초전도를 1차 금속 및 뿌리산업용으로 활용하는 첫 번째 사례가 될 것으로 전망

창원대학교(총장 최해범) 박민원 교수(전기전자제어공학부) 연구팀은 28일 (주)텍스틸(총괄책임자 조상호 부사장)과 공동으로 2세대(2G) 초전도선을 적용한 초전도인덕션히터(제품명 MZR300ーH·사진)를 세계 최초로 개발하는 데 성공했다고 밝혔다.

박 민원 교수 연구팀은 28일 오후 ‘90% 이상 효율을 가지는 300 kW급 초전도직류유도가열로 개발’에 대한 전문가 평가 및 시연회를 개최했다. 초전도인덕션히터는 압출 및 단조 제품 생산을 위해 반드시 필요한 사전가열장치로, 전기저항이 ‘0’인 초전도선으로 제작된 초전도 자석을 이용한 인덕션히터이다.

기존의 금속소재(빌렛)를 가열하는 방식인 ‘분위기로’와 ‘교류유도가열로’는 가열효율이 각각 ‘20~30%’, ‘50~60%’로 낮은 반면, 초전도인덕션히터는 특정온도(임계온도) 이하에서 전기저항이 ‘ZERO(0)’가 되는 초전도 선재를 이용함으로써 낭비되는 에너지를 최소화해 효율을 최대 90%까지 높일 수 있다.

높은 에너지 효율과 함께 초전도인덕션히터의 가장 큰 장점은 가열되는 금속빌렛의 온도편차를 최소화해 압출 및 단조 제품품질을 최상으로 향상시킨 데 있다. 가열되는 빌렛의 중심부와 표면의 온도 편차는 회전속도 또는 주파수에 반비례하는데, ‘MZR300ーH'는 회전속도를 낮추고 동시에 짧은 시간에 가열하면서 온도편차를 최소화했다.

중심부와 표면의 온도차이가 작을수록 금속빌렛의 가열품질은 높으며, 이는 생산된 제품의 품질에 직결된다. 또한 압출 시 금속빌렛 길이방향의 온도편차를 줌으로써 압출품질을 높일 수 있는 자장변위시스템(창원대 특허출원)을 적용하는 등 시장 수요에 대응할 수 있도록 맞춤형 제작이 가능하다.

(주)텍스틸 총괄책임자 조상호 부사장은 “교류유도가열로 대비 30% 이상, 분위기로 대비 최대 70% 이상 에너지 효율이 높아 전기요금이 차지하는 비중이 큰 압출·단조 회사에서는 수퍼세이빙(super-savings) 할 수 있는 제품”이라며 “제품 상용화와 초전도를 산업에 활용할 수 있는 방법에 대한 노력을 계속 이어 나갈 것”이라고 했다.

박민원 교수는 “작년 8월 산업용 대용량 초전도자석 개발에 성공함으로써 기술적인 진입장벽을 넘어 섰다”면서 “이후 1년여 만에 초전도인덕션히터 상용제품 개발에 성공해 초전도를 1차 금속 및 뿌리산업용으로 활용하는 첫 번째 사례가 될 것으로 전망한다”고 설명했다.

한편 창원대 차세대전력응용연구센터 박민원 교수 연구팀은 2011년부터 초전도인덕션히터 개발에 대한 연구를 시작한 이래 (주)텍스틸과 산학공동연구를 통해 2014년 12월 한국에너지기술평가원의 ‘에너지기술개발사업 기계·소재분야 압출/성형/브레이징 공정 에너지절감 기술 분야’에 선정돼 상용화급 초전도인덕션히터 개발을 수행하고 있다.

또한 지난해 8월 세계 최대 규모 2세대 초전도자석 여자식을 개최했고, 최대자장 2.5T를 달성했으며, 이를 발판으로 지난해 9월 초전도인덕션히터 및 초전도자석 전문개발 기업인 수퍼코일(주)를 설립했다.