과거 550~700℃배가스를 열원으로 구동되는 흡수식 냉방시스템 개발연구는 활발히 진행돼왔지만 250~350℃ 수준 배가스를 냉방에 활용하는 기술개발 연구가 필요한 시점이다.
발전용 연료전지는 SOFC와 PAFC 두 타입으로 보급되고 있다. SOFC는 발전효율이 좋고 320~350℃ 배가스가 나오며 PAFC는 100℃ 내외 온수로 배출된다. 온수는 국내 보급중인 중온수 2단·1단 흡수식을 활용해 냉방에 사용되는 반면 배가스는 550~700℃에 최적화된 배가스 흡수식을 사용했을 때 냉동능력과 성적계수가 매우 낮아져 저온 배가스 전용 2중 효용형 배가스 흡수식냉동기 개발이 필요하다.
흡수식시스템은 전기를 적게 쓰며 프레온가스를 쓰지 않고 열을 이용해 염소를 만들 수 있는 유일 산업물로 탄소중립·ESG경영 환경에서도 역할을 하고 있다.
삼중테크와 SK에코플랜트는 이러한 동향에 발맞춰 ‘연료전지 배가스를 활용한 2중 효용형 냉동능력 211kW급 흡수식냉방시스템 제품 설계·성능평가 MOU’를 체결했다.
우성민 삼중테크 부장은 연구진을 대표해 지난 6월19일부터 6월21일까지 열린 대한설비공학회(회장 최준영) 하계학술대회 가스냉방특별세션에서 'SOFC연료전지 배열을 활용한 친환경 흡수식냉방일체형시스템 상용화 연구' 발표를 진행했다.
우 부장은 "상용화돼있는 중온수 2단 흡수식냉동기와 2중 효용 저온배가스 흡수식을 각각 분석해 성적계수(COP)·냉동능력 분석을 실시했다"라며 "2중효용 배가스 흡수식이 효과적이라는 결과가 나타났다"고 말했다.
삼중테크와 SK에코플랜트는 600kW 전력생산과 함께 냉방능력 211.4kW를 확보할 수 있는 시스템 상용화를 개발목표로 잡고 냉방시스템을 설계·제작했다. 흡수식냉동기와 냉수·냉각수 펌프 및 제어반 등을 일체형으로 해 설치공간을 절감하며 시스템제어 안정성을 향상했다.
우 부장은 “자동시스템을 적용해 전체 오퍼레이터로 느끼는 부담감도 덜하다”라며 “실시간 데이터모니터링과 백업을 통해 연구진들이 전체 시스템을 컨트롤할 수 있도록 시스템 안정성을 향상시켰다”고 전했다.
211kW급 저온배가스 흡수식냉방 성능시험
211kW급 저온배가스 흡수식 냉동기를 제작하고 배가스 발생장치와 냉각탑, 자동제어설비가 구축된 삼중테크 김포공장에서 성능시험을 실시했다. 온도·압력·유량을 실시간 측정해 냉수온도·냉각수 온도변화에 따라 기기가 수행하는 냉방능력과 COP가 표시되도록 구성했다.
시험결과 발생장치로부터 발생되는 배가스가 흡수식 냉동기 고온재생기로 유입돼 열을 전달하고 120~130℃ 수준 감온 후 외기배출됐고 100% 부하에서 고온재생기 온도는 약 118~122℃였다. 압력은 350~380mmHg로 저농도였으나 밀폐식 2단 증발·흡수기와 고효율화 고온재생기·다패스브레이징열교환기를 적용해 효과적인 2중 효용사이클을 구현했다.
우 부장은 “저온배가스 흡수식냉동기 실험결과 냉동능력 216.6kW 성적계수 1.19였다”고 전하며 “냉동능력은 31.6%·COP는 52.6%가 향상돼 흡수식시스템을 직접 쓰면 더 많은 냉동능력을 낼 수 있다는 점을 알아냈다”고 말했다.
우 부장은 "향후 SOFC 연료전지단위모듈 발전용량이 660kW급으로 향상되면 이번 실험결과보다 냉동능력과 COP가 더욱 향상될 것이다"라며 “기하급수적으로 늘어나고 있는 DC나 스마트팜 등에 이번 시스템이 도움이 될 것”이라고 전했다.
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