Reverse Air Brayton Cycle 기반 냉각장치 성능평가 및 신뢰성 연구

국문 초록 (Abstract)

Reverse Air Brayton Cycle(RABC)은 공기를 냉매로 이용하는 냉동 사이클로서, 환경친화성 뿐만 아니라 신뢰성 또한 매우 높은 장점을 갖고 있으나, 성능계수가 기존 CFC/HFO 냉매를 이용하는 냉동 시스템 대비 다소 낮기 때문에 항공기용 압력제어 및 공기조화와 같은 특수한 용도를 위해서만 주로 사용되었다. 그러나 최근 유럽 및 글로벌 선진사를 중심으로 대응하고 있는 고강도의 환경 규제에 의해 자연 냉매에 대한 관심이 높아지면서, 공기(Air)는 그 중에서도 질식·화재·독성의 위험이 없는 가장 환경친화적이고 안전한 냉매로 새롭게 주목받고 있다. 지난 60 년 이상 항공기용 여압제어 및 공기조화 장치로 적용된 공기 냉동 사이클, RABC는 아직 일반적인 냉동이나 지상용 공기조화 목적으로 거의 사용되지않았기 때문에 이에 대한 연구 자료는 매우 미흡한 실정이다. 그럼에도 불구하고, 다양한 선행 연구결과들을 종합적으로 검토해보면, 압축기와 터빈, 축계에 걸친 요소부품의 성능과 신뢰성이 시스템 경쟁력을 결정하는 가장 중요한 변수로 판단된다. 본 연구에서는 한국에너지기술연구원 열변환시스템연구실이2021 년부터 본격 연구 개발하고 있는 역 브레이튼 공기 사이클(RABC) 냉동 기술과 관련한 최신 연구진행 상황을 공유하고, 해당 냉동 사이클을 제품화하는데 필요한 요소부품인 압축기, 터빈, 축계 등에서의 당면한 신뢰성 이슈를 짚어보고자 한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The Reverse Air Brayton Cycle (RABC) is a refrigeration cycle that uses air as a refrigerant, and has an advantage not only of environmental friendliness, but also reliability. But its coefficient of performance is somewhat lower than that of existing system using CFC/HFO refrigerants. It has been mainly used only for special applications such as the pressure control of plane’s cabin or air conditioning of it. However, as interest in natural refrigerants has increased due to high-strength environmental regulations that are responding to global warming situations in recent years, ‘air’ is among them the most environmentally friendly and safe refrigerant without the risk of suffocation, fire or toxicity. Since the air refrigeration cycle, which has been applied as a pressurization control and air conditioning device for aircraft for more than 60 years, has not been used for general refrigeration or ground air conditioning purposes, research data on this is very insufficient. Nevertheless, when comprehensively reviewing the results of various previous studies, it is judged that the performance and reliability of component parts across compressors, turbines, and shaft systems are the most important variables that determine system competitiveness. In this study, we would like to share the latest research progress related to the Reverse Brayton Air Cycle (RABC) refrigeration technology, which has been researched and developed by the Korea Institute of Energy Research (Thermal Conversion System Lab) since 2020.