[공학저널 보도자료]초고압 부품 기술 경쟁력, 정밀 제어·안전성 결합에서 찾는다

 

[공학저널 전수진 기자] 수소충전소에서 700bar 이상의 압력으로 압축된 수소를 안전하게 공급하려면 작은 밸브 하나에도 높은 수준의 정밀성과 내구성이 필요하다. 수소는 분자 크기가 작아 미세한 틈으로도 누출될 수 있고 반복적인 압력 변화와 부품 마모는 설비의 안전성을 떨어뜨리는 원인이 되기도 한다. 특히 고압 수소를 저장하고 이송하는 과정에서 밸브와 배관 연결부의 기밀성이 확보되지 않으면 전체 시스템의 신뢰성을 보장하기 어렵다.

이러한 초고압 유체 제어 기술은 수소 산업에만 국한되지 않는다. 반도체 제조장비와 석유화학 플랜트, 워터젯 장비 등 높은 압력에서 유체를 정밀하게 제어해야 하는 산업 전반에 활용된다. 압력이 높아질수록 소재의 강도와 가공 정밀도, 밀봉 구조의 완성도가 중요해지는 만큼 핵심 부품의 설계·제조 기술 확보가 산업 경쟁력과 직결될 것으로 전망되고 있다. 이에 따라 국내에서도 국내 초고압 부품의 기술 자립에 주력하고 있다.
 
 

㈜하이플럭스는 최대 150,000psi 수준의 초고압 환경에 대응하는 밸브와 피팅, 튜브를 자체 설계·생산하며 관련 산업에 주력 중이다. 일반 산업용 유체 배관을 비롯해 고압 플랜트와 연구·실험장비에 필요한 부품을 공급해 왔으며 축적된 정밀 가공 기술을 바탕으로 수소충전소용 핵심 부품의 국산화에도 나서고 있다.

하이플럭스 기술의 강점은 극한의 압력에서도 안정적인 유체 제어가 가능하도록 소재와 구조를 정밀하게 설계하는 데 있다. 고강도 특수 합금과 스테인리스강을 정밀 가공해 내압성과 내구성을 확보하고 급격한 압력 상승이나 진동, 온도 변화에도 대응할 수 있는 구조 설계 기술을 적용한 것이 특징이다.

특히 수소 산업에 사용되는 니들밸브와 공압밸브에는 이중 밀봉 구조를 적용했다. 1차 밀봉 부위에 마모나 결함이 발생하더라도 2차 밀봉 구조가 수소의 외부 누출을 방지하도록 설계한 것이다. 반복적인 개폐 과정에서 발생할 수 있는 부품의 마모와 고착 현상을 줄이기 위해 무회전 스템 구조와 특수 열처리 기술도 활용하고 있다.

하이플럭스는 초고압 밸브와 안전밸브에 대한 유럽 CE 인증을 확보한 것은 물론 해외 제품과 경쟁할 수 있는 품질과 가격 경쟁력, 국내 생산에 기반한 신속한 납기 대응을 강점으로 내세우고 있다. 주요 제품은 반도체와 제약, 화장품 제조설비 등에 공급 중이며 해외 워터젯 장비 제조사에도 주문자상표부착생산(OEM) 방식으로 납품하고 있다.

 

하이플럭스 김현효 대표이사(사진)는 “초고압 부품은 단순히 높은 압력을 견디는 것만으로 성능을 평가할 수 없다”며 “반복적인 작동과 압력 변화 속에서도 기밀성과 내구성을 유지하는 것이 핵심이며, 이를 위해 소재 선정부터 정밀 가공, 밀봉 구조 설계까지 기술력을 축적해 왔다”고 설명했다.

일반적으로 초고압 유체 제어 기술은 산업별로 요구하는 운전조건이 서로 달라 적용 환경에 맞춘 설계 역량이 필수 요소로 꼽힌다. 반도체 제조공정에서는 유체의 정밀한 제어와 청정도가, 화학·정유 플랜트에서는 부식성 유체에 대한 내구성과 장시간 운전 안정성이 주요 고려사항이다. 수소 설비 역시 압력과 온도, 유량 조건에 따라 부품에 가해지는 부담이 달라진다. 따라서 다양한 산업에서 축적한 설계·가공 경험을 개별 공정의 특성에 맞게 적용하는 것이 초고압 부품의 활용 범위를 넓히는 기반이 된다고 할 수 있다.

이를 바탕으로 하이플럭스는 수소충전소용 부품 국산화에서도 구체적인 성과를 확보했다. 700bar 이상의 고압 환경에서 대유량을 안정적으로 제어할 수 있는 밸브 개발을 추진해 왔으며, 수소충전소용 수동밸브 4종에 대해 한국가스안전공사의 KS 제품인증(제KGS-23-0003호)을 획득했다. 인증 제품은 1/4인치부터 3/4인치까지 다양한 유량 조건에 대응하도록 구성됐다.

이를 통해 수입 의존도가 높았던 수소충전소용 고압 부품의 국내 공급 기반을 마련하고 개발을 완료한 체크밸브와 공압밸브, 초고압 튜브 및 피팅류의 상용화에도 역량을 집중하고 있다. 해당 제품들은 수소충전소의 저장설비와 디스펜서, 유체 제어 배관 등에 적용돼 고압 수소의 흐름과 압력을 조절하는 역할을 한다.

이러한 초고압 부품의 국산화는 제품 자체의 성능 확보뿐 아니라 설비 운영과 유지보수 측면에서도 의미를 갖는다. 해외 부품에 의존할 경우 교체품 수급이나 기술 지원에 시간이 소요될 수 있지만 국내 생산 기반을 확보하면 현장별 운전조건에 맞춘 제품 설계와 사양 변경에 보다 유연하게 대응할 수 있다. 특히 수소충전소처럼 안정적인 운영이 필수적인 시설에서는 부품 공급의 연속성과 신속한 기술 대응이 설비 가동률과 운영 효율에 영향을 미친다.

그간 하이플럭스는 한국기계연구원 신뢰성평가센터로부터 제품 개발 초기 단계에서 시뮬레이션 지원을 받아 신뢰성 예측과 검증을 수행해 왔다. 초고압 환경에서 발생할 수 있는 구조적 문제를 사전에 검토하고 설계에 반영함으로써 개발 기간을 단축하고 제품의 완성도를 높이는 데 활용하고 있다.

아울러 대학·연구기관과 협력해 수소 취성과 고압 누출, 마모 등 극한 환경에서 발생하는 문제를 해결하기 위한 소재 및 설계 기술을 연구하고 있다. 시험평가기관의 장비를 활용한 내구성과 기밀성 검증도 병행하면서 실제 산업현장에서 요구하는 안전성과 장기 운전 신뢰성 확보를 위해 노력 중이다.

 

향후 하이플럭스는 수소 산업을 비롯해 반도체, 우주항공, 방위산업, 특수 플랜트 등으로 적용 분야를 넓힐 계획이다. 개별 밸브와 피팅 공급에 머무르지 않고 고객의 설비 조건에 맞춘 통합형 초고압 밸브 모듈과 유지보수 솔루션을 제공하는 방안도 검토하고 있다.

액화수소 인프라 시장 진입을 위한 기술개발도 추진할 예정이다. 액화수소는 영하 253℃의 극저온 환경에서 취급되는 만큼 기존 고압 부품과는 다른 소재 특성과 밀봉 기술이 요구된다. 이에 하이플럭스는 극저온·초고압 환경에 대응하는 융합 기술과 대유량 제어 제품을 개발해 사업 영역을 확대할 방침이다.

 

김 대표는 “초고압 및 수소 산업의 핵심 부품은 여전히 해외 제품에 대한 의존도가 높은 만큼 국내 기업들이 기술력과 신뢰성을 확보하는 것이 무엇보다 중요하다”며 “앞으로도 초고압 유체 제어 분야에서 축적한 기술을 바탕으로 극저온과 대유량 제어 기술을 고도화하고 다양한 첨단산업에 적용할 수 있는 제품을 개발해 글로벌 시장에서 경쟁력을 높여 나가겠다”고 전했다.





 

[전수진 기자]

출처 : 공학저널(http://www.engjournal.co.kr)