삼중테크(대표 최종완)는 1990년 초반부터 흡수식 냉방기기 국산화 개발, 납품한 흡수식 냉난방기 전문제조기업으로 1999년 삼성중공업에서 분사한 이후 지난 30여년간 국산화 기술 연구개발을 통해 다양한 고효율 흡수식 냉난방기를 출시, 판매함으로써 고효율 흡수식시장을 선도하고 있다.
삼중테크가 개발한 ‘3중 효용 직화흡수식 냉온수기’ 는 산업통상자원부가 선정하는 혁신제품으로 지정됐으며 가스의 연소열과 태양열 온수로 구동되는 하이브리드 흡수식 기본 설계기술이 적용된 다중열원 흡수식 냉난방기는 세계 최초로 개발한 만큼 핵심 원천기술을 보유하고 있다. 특히 국내 최대 규모인 1,500RT급 열구동 냉동기 성능시험설비와 소형 40RT급 열구동 냉동기 성능시험설비를 보유하고 있다.
최근에는 탄소중립에 크게 기여할 수 있는 열구동 냉동기의 획기적인 신기술들을 국내 순수 기술로 개발해 양산하고 있다. 특히 산업통상자원부, 에너지기술평가원 지원을 받아 저온 미활용 열원 이용을 위한 하이브리드 흡착식 냉동기를 개발해 직물류 제조판매기업인 아즈텍WB(부산광역시 소재)에 실증사이트를 구축해 주목받고 있다. 이번 개발과제를 총괄한 우성민 삼중테크 부장을 만나봤다.
■ 하이브리드 흡착식은 어떤 제품인가
‘하이브리드 흡착식’은 95℃ 이상 열원을 사용하는 기존 열구동 냉동기의 한계를 넘어 70℃ 이하 미활용 저온열원을 활용하기 위해 흡착식 및 압축식시스템을 결합한 하이브리드 냉동시스템이다. 시스템 체적이 매우 크며 고단가인 흡착식 냉동기의 단점을 극복하고 성능 향상과 시스템체적절감으로 경쟁력을 확보할 수 있는 냉동기다. 저부하 시 흡착식 단독 구동을 하며 고부하 시 흡착식과 압축식이 동시에 구동되는 제품이다.
■ 기술개발 배경은
최근 산업계는 신재생에너지 보급 확대 및 4세대 지역난방 보급, 전력절감이라는 정책적, 기술적 요구가 증대되는 시점이다. 아직 70℃ 이하 저온열원은 전량 방출 및 냉각 폐기되고 있는 실정이며 저온 열원을 활용할 수 있는 흡착식 냉동기는 낮은 효율과 큰 체적 및 고단가로 인해 경쟁력이 높지 않은 실정이다.
지구온난화로 대기오염을 일으키는 환경오염물질 저감과 프레온냉매 사용 규제가 필요한 만큼 Low GWP냉매 이용 기술개발이 절실히 요구되고 있다.
■ 기존 제품과 차별화성은
대표적인 열구동 냉동기인 흡수식 냉동기는 95℃ 이하 열원을 사용하지 못하며 흡착식 냉동기는 70℃ 이하 열원을 사용할 수 있으나 상대적으로 매우 큰 체적과 낮은 효율, 비싼 가격으로 경쟁력 확보가 어려운 실정이다.
전기 압축식 냉동기는 지구온난화에 따른 온실가스 저감 기술이 필요하나 아직 국내 기술은 연구개발 단계에 불과하다.
하이브리드 흡착식 냉동기는 70℃ 이하 저온 열원을 활용하며 스크롤 압축기를 적용한 전기 압축식과 하이브리드화로 시스템효율 향상 및 체적 감소로 경쟁력을 확보할 수 있다. 특히 GWP 7 이하인 R1234ze 신냉매를 활용해 최근 강화되고 있는 냉매규제에 대응할 수 있다.
■ 글로벌시장에서 경쟁력은
글로벌 선진국에서는 흡착식 냉동기 상용화 및 Low GWP 냉매 활용 압축식시스템을 개발 중이다. 선진국 중 독일의 Fahrenheit사에서 하이브리드 흡착식을 상용화해 제품을 출시했으나 국내 기후조건과 상이하며 가격이 상당히 고가였다.
또한 R134A 등 일반 냉매 사용으로 상당량의 온실가스를 배출하고 COP 0.65정도에 불과했다. 이에 반해 삼중테크가 개발한 하이브리드 흡착식 냉동기는 COP 0.85를 달성했으며 Low GWP냉매 사용으로 타사대비 제품경쟁력을 확보했다.
■ 실증지 선정 배경과 성과는
개발한 하이브리드 흡착식 실증사이트는 염색, 가공산업단지에 입주해 있는 기업인 아즈텍WB이며 1990년 조성돼 상당히 노후화된 상황이었다. 특히 하절기 공정용 냉각시스템이 절실한 상황이었다.
아즈텍WB의 실증사이트는 열병합발전소에서 스팀을 공급받고 있으며 공정에 사용된 스팀 응축수와 공정에서 발생된 온수 등 미활용 열원이 다량으로 축적되고 있었다.
이에 따라 미활용 열원을 활용하고 공정설비 냉각이 필요한 시점에서 하이브리드 흡착식 냉각시스템이 최적이었으며 현재 냉각이 필요한 설비에 냉수를 공급해 공정 품질 향상에 도움이 되고 있다.
■ 참여기관 역할은
이번 하이브리드 흡착식 냉동기 개발에는 삼중테크 외 전문기관으로 연구원 2개과 대학 2개 등 총 4개 기관이 참여했다. 한국기계연구원은 Low GWP 10 이하 냉매 적용 전기 압축식 냉동유닛 설계, 제작 및 압축식 냉동유닛 최적화에 집중했으며 한국생산기술연구원은 수분흡착제 합성기술 개발 및 최적화, Lab. scale 흡착식 실험장치 설계 및 제작했다.
세종대학교는 흡착탑 열교환기 해석을 통한 Design guideline 제시 및 최적 하이브리드 사이클 선정, 기초설계 등을 전북대학교는 컴팩트형 응축기, 증발기 설계 및 개발, 캐스케이드 사이클용 판형 응축 열교환기 시뮬레이션 및 해석 등을 담당했다.
삼중테크는 향후 실증사이트의 장기 성능평가를 통해 제품 신뢰성, 안정성 확보 및 내구성 평가에 나설 계획이며 제품 상용화를 위해 상품성 향상 및 원가경쟁력 향상 연구를 진행할 예정이다.
■ 개발된 제품 보급 확대 방안을 제안한다면
상용화 판매 및 빠른 시장진입을 위해서는 다양한 모델 확보 및 모델별 공인성적서가 필요하다. 공인성적서 확보와 납품실적이 증빙돼야만 NEP, 조달우수 등 정부의 지원제도를 활용해 공공기관에 대한 판매 활성화가 가능하다. 이에 따라 정부 기관 및 공사 등이 협력해 시범설치사업을 진행함으로써 조기 상용화 및 공인성적서 확보가 가능할 수 있다. 정부 기관을 통한 시범사업은 하이브리드 흡착식에 대한 대외 홍보로 이어질 수 있으며 민간 판매의 마중물로 활용돼 판매가 촉진될 수 있다.
■ 총괄 주관기관으로서 애로사항은
마지막 차수인 5차년도에 현장 실증연구가 계획돼 있어 4차년도부터 실증사이트 선정에 상당히 많은 검토와 시간이 소요됐다. 적합한 현장사이트 선정 후에도 현장과의 이해관계, 설비구축 비용, 유지보수 등 실증시스템 구축에 많은 애로사항이 있었다.
■ 마지막으로 하고 싶은 말이 있다면
신재생에너지 및 생산공정에서 발생되는 70℃ 이하 열원들이 대량으로 폐기되고 있는 실정이다. 하이브리드 흡착식 냉동기는 70℃ 이하 열원을 활용해 국가적인 에너지시스템 효율 향상과 하절기 전력피크 해소로 정부 에너지정책을 효과적으로 수요관리할 수 있으며 온실가스 감축, 대기환경 개선, 신재생에너지 보급 확대에 기여할 수 있는 만큼 반드시 활성화가 필요하다.
이에 따라 정부에서는 미활용 배열이 많은 수요기업 및 공공기관에게 하이브리드 흡착식 냉동기술을 홍보할 수 있는 다양한 기회를 제공해 주고 에너지절감과 환경에 기여하는 편익에 비해 경제성 지표인 기기수명 내 투자비 회수가 어려운 실정인 만큼 보조금 지원 등 관련 제도 검토가 필요하다.
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