한국기계연구원(원장 임용택) 극한에너지기계연구실의 박성제 박사팀은 기존 가정용 보일러에서 온수와 1 kW의 전기를 동시에 생산할 수 있는 자유피스톤 방식의 스털링엔진·발전기의 원천기술을 개발하는데 성공했다.

스털링엔진은 피스톤과 실린더로 이뤄진 공간 내에 헬륨 또는 수소를 넣어 밀봉, 외부에서 가열·냉각을 반복해 피스톤을 구동하는 외연기관. 이론적으로 가장 높은 효율을 가진 엔진이다.

이번에 개발된 기술은 직선운동을 회전운동으로 변환하는 과정에서 발생되는 손실을 줄일 수 있는 자유피스톤 방식으로 부하변동에 따른 제어능력을 향상시켰다는 점이 특징이다.

또 스털링엔진은 연속연소가 가능해 내연기관과 달리 폭발행정이 없어 소음·진동과 유해가스 배출이 적다. 엔진구조도 단순해 내구성이 우수하고 대량생산 시 생산비가 감축된다. 특히 자유피스톤 방식을 사용해 수명을 연장시킬 수 있으며, 유지보수 기간도 상당히 늘릴 수 있는 장점이 있다.

1 kW급의 스털링엔진·발전기는 현재 선진국의 한두 개 회사에서 독점적으로 생산하고 있다. 국내에서는 그동안 기초연구단계에 머물러 있었다.

선진국에서는 주로 스털링엔진에 단방향 선형발전기를 접목한 방식을 주로 개발해 왔으나, 박성제 박사팀은 양방향 선형발전기를 개발해 전기출력과 효율 등의 기본성능은 비슷하나 진동과 소음을 대폭 줄일 수 있게 했다.

스털링엔진·발전기는 태양열발전시스템과 군사, 우주용 소형 전원용으로 활용될 수 있고, 자동차 배열과 산업 폐열을 이용한 발전시스템으로도 활용할 수 있어 파급효과가 매우 크다.

연구팀은 향후 군사 분야의 이동전원용 초소형 스털링엔진·발전기와 자동차 및 산업 폐열을 이용한 저온도차 스털링엔진·발전기 개발에 주력할 예정이다.

박성제 박사는 "최근 에너지 수급 불균형과 환경문제 등으로 분산전원 및 가정용 열병합발전시스템에 대한 관심이 높아지고 있다"며 "이번 다종연료 사용이 가능하고, 효율이 높은 스털링엔진·발전기의 국내 개발로 국가 전력 수요 불균형에 크게 기여할 것"으로 기대했다.