-산업 동향 및 압축기 등 효율향상 기술 소개

국내외 히트펌프 산업의 최근 동향을 파악하고 히트펌프의 효율 향상을 위한 압축기, 열교환기 등의 관련 기술을 공유하는 자리가 마련됐다.

(사)히트펌프산업포럼은 9월 7일(목) 부산 벡스코(BEXCO) 컨벤션홀에서 히트펌프 관련 산학연 관계자 100여 명이 참석한 가운데 ‘2017년 히트펌프 산업포럼 정기세미나’를 개최했다.

‘2017 국제환경에너지산업전 부대행사로 개최된 이번 세미나에서는 △다열원 히트펌프 응용기술 동향(국민대 장영수 교수) △혼합축열식 냉난방시스템 소개(한국기계연구원 김욱중 선임연구원) △히트펌프 효율 향상 압축기 기술(비쳐코리아 김도진 차장) △히트펌프 효율 향상 열교환기 기술(스웹 문인식 이사) △BLDC 기술을 이용한 고효율 히트펌프(카렐코리아 이춘봉 부장) 주제발표와 참석자들과의 질의응답 시간으로 진행됐다.

산업용 스팀 히트펌프 개발, 실증운전...핵심 기술 확보

국민대학교 장영수 교수

국민대학교 장영수 교수는 ‘다열원 히트펌프 응용 기술 동향’ 주제 발표에서 “신기후변화 체제에 따른 온실가스 감축이 의무화되면서 정부는 2030년 국내 온실가스 감축목표를 BAU 대비 37%로 확정하고 에너지 신산업을 육성에 나서고 있으며 올해에만 4조 6천억 원 시장 창출을 목표로 하고 있다.”며 “이의 일환으로 산업체 등에서 기술과 경제적 한계로 버려지거나 자연계에 존재하지만 활용하지 못했던 미활용에너지를 이용해 에너지 신산업을 추진하면 에너지설비 효율 향상은 물론 온실가스 감축, 일자리 창출 등으로 이어질 수 있는 등 산업체 미활용에너지는 103,4GW로 9조 1천억 원의 경제적 가치가 있다.”고 밝혔다.

ETP21보고서는 히트펌프 사용에 의해 2050년 약 12억5,000톤의 이산화탄소 저감이 가능할 것으로 예상하고 있다.

장 교수는 “현재 히트펌프 부문에서 가정용 및 상업용 냉난방 히트펌프 분야는 기술개발 및 보급이 가장 활발히 진행되고 있지만 그 외 분야는 아직 시장 초기 진입단계”라고 밝히며 “한랭지형 히트펌프와 고온수형 히트펌프 시스템 등 차세대형 히트펌프에 대한 산학연의 R&D 기술 인프라 확대가 절실하다”고 언급했다.

또 장 교수는 “현재 국내에서도 미활용 에너지 등을 활용한 고온수 제조용 히트펌프 시스템 연구가 진행 중이지만 아직 초기 단계라 요크(York)나 캐리어(Carrier) 등의 제품에 비하면 성능과 용량 등 여러 부분에서 부족한 상태”라고 전했다.

이어 그는 “현재 정부 과제로 히트펌프의 핵심부품인 고효율 압축기, 저 착상 열교환기, 신냉매 및 신재생 열원과 연계한 하이브리드 시스템의 원천기술 확보를 위한 연구개발이 올해 완료된다.”고 덧붙였다.

이 과제는 에너지기술평가원의 에너지자원융합원기술개발사업 중 하나인 ‘건물용·산업용 열에너지 네트워크 적용 단위시스템 개발’ 국책연구과제로 2014년부터 4차년에 걸쳐 추진, 올해 개발과 실증시험이 마무리된다.

이 국책과제에는 한국기계연구원, 한국생산기술연구원, 서울대, 세종대, 국민대, 장한기술, 이젠엔지니어링, 수성엔지니어링, LG화학 등이 참여하며 정부출연금을 포함해 총140여 억원이 투자됐다.

그동안 LG화학 여수공장 내에 스팀 히트펌프 사이트를 구축하고 화학공정에 히트펌프를 연계하는 공정설계 기술과 스팀히트펌프 성능 시뮬레이션, 내부열교환기 사이클 성능 평가, 100kW급 시스템 설계 및 제작, 실증시스템 설계 및 제작, 실증용 고온열교환기 설계 및 제작, 플래시 탱크 설계 제작 기술 등 개발을 통해 산업용 스팀 생성을 위한 히트펌프 및 실증운전에 필요한 핵심 기술을 확보한 것으로 알려졌다.

빙축열용 캡슐 용기, 중고온수에 적합 여부 언급

한국기계연구원 김욱중 책임연구원

우선 김욱중 책임연구원은 “현재 캡슐형은 형상에 따라 아이스 볼(ice ball)형과 아이스 바(ice bar), 아이스 렌즈(ice lens)형이 주로 적용되고 있는데 보급용기 대부분이 플라스틱이다.”라며 “빙축열용 캡슐 용기는 한전 기준에 따라 인증을 받아 내구성과 신뢰성을 확보하고 있지만 혼합축열용으로 이용 시 60~80℃ 중고온수에도 적합한지 이에 대한 검증절차가 숙제로 남아 있다.”고 언급했다.

또 김 책임연구원은 외기와의 온도차를 고려한 단열 강화 필요성도 제기하며 “대기와 축열매체의 설계 축열온도 차가 다를 경우 보간법(interpolation)을 이용하고 캡슐형의 경우에는 순환매체 최저온도를 적용해야한다”고 강조했다.

이어 외기에 노출된 부동액 EG(Ethylene Glycol)의 유해성 문제도 언급하며 열교환기 설계 시에 고려해야 할 사항이라고 설명했다.

MSDS(Material Safety Date Sheet)에 따르면 EG는 NFPA 등급에서 보건=2(응급조건 하에 일시적으로 무능력감 또는 후유증을 초래하는 물질), 화재=1(예열되었을 때 점화가 일어나는 물질), 반응성=0 등으로 나타나고 있어 현재 산업안전보건법에서 관리대상유해물질, 작업환경측정물질, 노출기준설정물질로 되어 있다.

한전에서도 EG는 열원(고온)쪽에서 사용을 금하고 있다.

김욱중 책임연구원은 이에 반해 “부동액 PG(Propylene Glycol)는 상대적으로 안전한 것으로 나타났다.“며 “MSDS에 따르면 PG는 NFPA 등급에서 보건=1(응급조건 하에 중요한 자극을 초래하는 물질), 화재=1(예열되었을 때 점화가 일어나는 물질), 반응성=0 등급으로 현재 산업안전보건법에서 특별하게 규정되어 있지 않은 상태”라고 강조했다.

김욱중 책임연구원은 “혼합축열식 냉난방설비는 심야전력 을(Ⅰ)을 공급받아 심야시간(밤 11시~아침 9시)에만 축열하던 기존 축냉식 설비와 달리 심야전력 을(Ⅱ)를 공급받아 심야시간 축열은 물론 기타 시간에도 전기를 공급받아 사용할 수 있는 장점이 있다고 말했다.

현재 한전 인정을 받은 혼합축열식 냉난방시스템은 아이스 온 코일형(Ice on coil)과 공기열원 고온수 축열 혼합 △ 아이스 슬러리형(Ice slurry)과 지열원 수축열 혼합 △아이 온 코일형 빙축열과 공기열원 수축열 혼합 △캡슐형(Capsule) 빙축열과 공기열원 고온 수축열 혼합 등 4가지 형태이다.