삶의 질 향상 및 난치병 치료를 위한 바이오·의료 연구의 중요성 증가로 초저온 냉동고 수요급증과 식품산업 등의 진공동결건조기분야가 확대되고 있다. 이에 따라 한국에너지기평가원의 2018년 신규과제로 ‘스터링 냉동기 적용 초저온 냉동고 시스템 개발’이 진행될 예정이다.
바이오 시약(DNA, RNA, 단백질 등) 보관을 위한 –80℃ 이하 초저온 냉동고는 바이오분야 핵심장비이며 선형압축기 구동 스터링 냉동기는 기존 냉매용 압축기기반 초저온냉동기 비해 고효율·고신뢰성·친환경·소형화 기술이 필요하다.
또한 냉동기 온도 및 용량 제어가 용이해 넓은 온도 범위에서 효율적 운전이 가능하다. 내부에 윤활유를 사용하지 않아 불순물 고화에 의한 시스템 고장의 위험이 없으며 GWP(지구온난화지수)가 0인 헬륨을 냉매로 낮은 메탄·에탄을 열전달 물질로 사용한다. 부품과 배관으로 구성되는 기존 냉동기와 달리 단일 유닛으로 제작돼 시스템 소형화가 가능하다.
바이오·의료용 냉동고 세계시장 규모는 2016년 28억달러이며 CAGR 4.8%로 증가해 2021년까지 35억달러를 예상한다. 국내 시장 규모는 2016년 약 1,200억원 규모이며 일신바이오, 대한과학 등의 업체가 다단 냉각 사이클 방식의 초저온 냉동고 생산중이나 외산 수입스터링 냉동기 적용 초저온 냉동고는 전량 수입에 의존. Upright방식의 냉동고가 전체 시장의 77%를 차지하고 있다.
이에 따라 시장 요구조건을 반영하고 적용 영역 확장을 위한 스터링 냉동기 기술개발이 필요한 실정이다. 개발 스터링 냉동기는 반도체분야 급속·저온 냉각시스템으로 적용영역 확대 가능하며 향후 기존 냉매압축기 냉장고를 스터링 냉동기 냉장고로 대체 가능할 전망이다.
연구목표는 스터링 냉동기 개발 및 800리터급(내용적) 초저온 냉동고 시스템 개발이다. △Free piston 스터링 냉동기 설계 및 제조 기술 개발 △스터링 냉동기의 oilless 윤활 기술 개발 △스터링냉동기의 냉각부로부터 냉동고로의 냉열 전달 기술 및 열 사이펀(Thermosiphon) 설계·제조 기술 등이 진행될 예정이다.
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