김병균 댄포스 아시아퍼시픽 어플리케이션 본부장은 ‘2023 BOCK & CO₂ 세미나’ 프로그램 중 ‘BOCK CO2압축기’ 발표에서 BOCK의 반밀폐 압축기 및 CO2압축기 라인업과 특장점, 선정 프로그램, 신제품 출시 계획 등에 대해서 발표했다.

댄포스(Danfoss)는 올 3월 1일 CO2 및 저 GWP 냉매용 반밀폐 압축기 업체인 보크(이하 BOCK)를 인수했다.

BOCK 반밀폐 압축기는 고정식(Stationary)과 운송용(Mobile)으로 분류된다.

고정식 반밀폐 압축기는 가스냉각 방식인 HG 압축기, 공기냉각 방식인 HA 압축기, HFO냉매 등 Low GWP용 LG 압축기, 초임계 및 아임계용 CO2 압축기 그리고 폭발 위험 환경에서 사용 가능한 ATEX 인증 압축기가 라인업돼 있다. 또 프로판 등 탄화수소용 HC 압축기, 2단 압축기인 HGZ 압축기, 공랭식·가스냉각식 콘덴싱 유닛(SHG / SHA / SHGZ), 해상용 F압축기도 공급 중이다.

운송용은 FK 압축기(버스, 기차, 트럭), 알루미늄 HG 압축기(운송용 반밀폐 압축기) 그리고 CO2 운송용 압축기가 라인업돼 있다.

김병균 본부장은 “BOCK 반밀폐 압축기 중 CO2 초임계 운전 사이클 압축기는 S모터 제품군으로 중고온용 18개, 중저온용 18개 모델 등 총 36개 모델(HGX12~HGX46)이 4개 플랫폼으로 구성돼 있어 다양한 CO2 냉동 솔루션에 대응할 수 있다.”고 말했다.

이어 압축기 버전(S, ML, SH)과 안전운전 영역에 대해 설명하며 “한국 시장에서는 모델 제고 및 시장 재고관리를 위해 인버터 운전과 확장된 안전 운전이 가능한 중고온용 S버전을 추천하고 있다.”고 말했다.

BOCK CO2 압축기에는 인버터가 필요 없는 LSPM모터와 인버터 드라이브를 적용한 고효율 모델, UL인증을 받은 북미시장 대응 S버전도 라인업돼 있다.

김병균 본부장은 “LSPM모터 적용 모델은 높은 가격대비 효율 향상 효과는 10% 정도라 댄포스의 경우 일반 압축기에 인버터 드라이브를 적용하는 것을 추천하고 있다.”고 밝혔다.

김 본부장은 압축기 냉매에 따른 적절한 오일 선정 중요성도 강조했다.

CO2 초임계 운전 사이클 압축기는 기존 스탠더드 오일이 아닌 점도 85의 CO2 압축기 정품(Bocklub) 오일을 사용해야 하며 Bocklub 오일 재고가 없을 경우 RENISO사의 C시리즈를 사용하는 것을 추천했다.

김병균 본부장은 BOCK 반밀폐형 CO2 압축기에는 CO2 냉매를 위한 정밀한 설계 및 다양한 가공기법이 적용됐다며 핵심기술과 부품에 대해 설명했다.

우선 BOCK 반밀폐형 CO2 압축기에는 고압(~150bar)에 견딜 수 있는 견고한 바디와 최대 차압 105bar를 견딜 수 있는 크랭크 샤프트 설계가 적용됐다. 또 피스톤 재질도 알루미늄에서 스틸 재질로 강화했으며 피스톤링도 2개를 사용하던 HFC 압축기와 달리 3개를 적용해 고효율 및 낮은 오일 토출량을 실현했다.

피스톤이 움직이는 실린더 접촉 부위는 특수 가공을 통해 가공 오차를 최소화 했다.

BOCK CO2 압축기는 압축기 신뢰성 향상을 위해 스러스트 워셔를 2개로 강화했다.

김병균 본부장은 “스러스트 워셔 2개를 적용하므로 인버터 드라이브 적용한 속도 가변시 낮은 회전수에서도 안정적으로 오일을 공급할 수 있다.”라며 이 점이 압축기 신뢰성 향상에 아주 중요한 부분이라고 강조했다.

BOCK CO2 압축기에는 댄포스 인버터 드라이브가 적용돼 있으며 20~70Hz까지 용량 가변제어가 가능하다.

컨넥팅 로드 부분도 BOCK의 차별화된 설계 기술이 적용됐다. 무엇보다 압차가 큰 만큼 마찰 해소를 위해 크랭크샤프트 연결 부분에 쉘을, 실린더 핀 연결 부분에 부싱을 넣었다. 또 원할한 오일 공급을 위해 컨넥팅 로드 아이 설계를 변경했다.

BOCK CO2 압축기는 오염물질 관리를 위해 흡입필터 및 병판에도 최적화 설계를 도입했다. 압력 손실을 줄이기 위해 흡입 필터 크기를 상당히 키웠다. 또 장배관 시스템시 배관 내 오염 물질로 인한 트러블 대응을 위해 흡입배관 필터뿐 아니라 압축기 흡입가스 입구 부위에도 0.15mm 크기의 스트레이너를 장착했다.

특히 병판의 CO2 유동에 최적화된 설계로 오염물질이 실린더 내로 들어가지 않고 병판에서 안정적으로 배출될 수 있도록 포켓 설계를 통해 신뢰성을 높였다. 오일 유로는 최적화 설계를 통해 오일 토출량을 0.2%까지 낮췄다.

김병균 본부장은 BOCK의 2024년 CO2 압축기 라인업 확장 계획에 대해서도 밝혔다. 그 동안 BOCK는 CO2 초임계용으로 HGX 46 CO2 T 모델이 최대 용량이었댜.

김병균 본부장은 “6실린더 HGX56 CO2 T 모델은 2024년 초 출시 목표로 현재 필드테스트 중이며 8실린더 HGX68 CO2 T 모델도 2024년 출시를 목표로 상용화 작업이 진행 중이다.”라며 “8실린더 모델까지 출시되면 대형 CO2 시스템까지 대응이 가능하다.”라고 밝혔다.

또 “현재 운송용(횡형)으로 사용되고 있는 스타 압축기(StarCO2mpressor)를 콘덴싱 유니트(입형)에도 사용할 수 있도록 이단압축 사이클로 설계 변경 등 개발을 진행중이다.”라고 덧붙였다.

CO2 초임계용 스타 압축기(StarCO2m-pressor)는 6개 실린더 중 실린더 2개는 고압, 4개는 저압의 이단 압축사이클로 증발온도는 -50~-15℃, 용량은 2kW(13Hz)~14kW(75Hz)까지 라인업될 예정이다.

김병균 본부장은 “실제 냉동 사이클을 구성하기 위해서는 Gas bypass 사이클을, 중저온 쇼케이스를 함께 사용하기 위해서는 CO2 Booster Cycle을 사용해야 하고 또 IT 압축기 및 이젝터 등 추가 조합에 따라 약 30% 이상 효율을 높일 수 있다."라며 "이러한 고효율 사이클을 구성하는 부품들을 댄포스 CO2토탈 솔루션으로 구성하면, 패키지 솔루션을 통한 빠른 제품 선정 및 설계가 가능하고, 댄포스 Application Engineering Team 의 지속적인 지원을 받을 수 있는 면에서 큰 메리트가 있다”고 강조했다.