작성일 : 18-05-16 10:45
권오경 생기원 박사팀, 내부 전문가로 구성해 융합연구 수행, 버려지는 폐온수 재활용해 냉방에 활용
 글쓴이 : happy
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산업현장에서 소각로나 보일러 가동 후 발생하는 250도 이상의 폐열은 난방, 전력생산 등에 재활용된다. 하지만 상대적으로 온도가 낮은 60도에서 90도의 폐온수가 대부분 버려지고 있는 가운데 이를 활용할 방안이 마련됐다.   

한국생산기술연구원(원장 이성일)권오경 열유체시스템그룹장이 이끄는 연구팀90도 이하의 폐온수를 냉방에 재활용하는 흡착식 냉방시스템 원천기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

연구팀이 개발한 흡착식 냉동기는 뜨거운 마당에 물을 뿌리면 물이 기화되면서 주변의 열을 흡수해 시원해지는 것과 같은 원리로 작동한다.

저압 진공상태인 증발기에 물이 공급되면 약 5도에서 증발하면서 증발량만큼의 열을 주변으로부터 빼앗아 냉각 효과가 발생한다.  

이 과정에서 증발된 수분은 흡착제가 흡수한다. 저온 폐온수를 재사용하기 위해서는 탈착 공정에서 60도에서 90도 사이의 외부 열원을 활용하면 된다.

연구진이 개발한 흡착식 냉동기는 전기식 에어컨의 10분의 1 정도의 전력만으로 작동 가능하며, 프레온 가스 대신 물을 냉매로 사용하기 때문에 온실기체를 발생시키지 않는다. 

특히 기존 흡수식 냉동기가 온수 온도가 80도 이하로 내려가면 냉동능력이 절반 이상 떨어지는 와 달리 90% 수준까지 냉동 효과를  유지하고, 더 낮은 온도의 폐열을 회수할 수 있다.

한편, 이번 연구는 생기원의 내부 전문가로 구성된 융합연구팀이 수행했다. 연구팀은 4년간의 과정을 통해 7kW급 흡착식 냉방시스템 원천기술을 개발하고, 관련 기수을 냉동기 제조사인 삼중테크와 월드이엔씨로 기술을 이전했다.  

연구에서 박인 지능형청정소재그룹 수석연구원흡착제 합성과 대량생산 기술을 담당했으며, 황태진 열처리그룹 수석연구원이
흡착제 코팅용 바인더 선정과 표면코팅 기술을 개발했다. 권오경 그룹장은 냉동기 설계, 제작, 평가 기술을 맡았다.


연구팀은 현재 후속 연구로 70℃의 지역난방수를 이용하는 COP(냉동기 능률을 나타내는 성능계수) 0.5 이상의 35kW급 냉동기 개발을 진행하고 있다. 내년에는 한국지역난방공사가 제공하는 실증 장소에서 기술 타당성 검증과 실용화도 추진할 계획이다. 

권오경 그룹장
"국내에서 불모지였던 저온 폐열 기술 분야를 개척해 원천기술 확보 성과를 냈다"면서 "전량수입에 의존해 온 흡착식 냉동기 국산화로 전력 피크 문제를 해소하고, 중동과 동남아지역 수출도 지원할 계획"이라고 말했다. 

권오경 그룹장(오른쪽)과 박인 수석연구원(왼쪽)이 개발한 흡착식 냉동기 시제품의 작동상태를 살펴보고 있다.<사진=한국생산기술연구원 제공 >
권오경 그룹장(오른쪽)과 박인 수석연구원(왼쪽)이 개발한 흡착식 냉동기 시제품의 작동상태를 살펴보고 있다.<사진=한국생산기술연구원 제공>



공장 폐온수 모아서 에어콘 공짜로 돌린다

2018년 05월 15일 18:40

산업 현장에서 소각로나 보일러 등을 가동한 후 발생하는 폐열을 모아 여름철 냉방장치를 돌리는 신기술을 국내 연구진이 개발했다.

 

한국생산기술연구원(생기원) 열유체시스템그룹 권오경 그룹장팀섭씨 90도 이하의 폐온수를 냉방에 재활용하는 흡착식 냉방시스템 원천기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

 

산업체에서 발생하는 폐열을 재활용하는 기술은 꾸준히 연구돼 왔다. 섭씨 250도 이상의 폐열은 난방과 전력생산 등에 재활용되지만, 상대적으로 온도가 낮은 60~90℃의 폐온수는 활용할 기술이 없어 대부분 버려지고 있었다.

 

소각로나 보일러 등 온도가 낮은 60~90도씨의 폐온수도 활용할 수 있는 기술이 개발됐다. - 사진 GIB 제공
소각로나 보일러 등 온도가 낮은 60~90도씨의 폐온수도 활용할 수 있는 기술이 개발됐다. - 사진 GIB 제공

권 그룹장팀은 고체 흡착제를 사용해 수분을 흡착시켰다가 다시 탈착시키고, 이렇게 탈착된 수분이 응축을 반복하는 과정에서 냉각 효과를 발생시키는 원리를 이용해 새로운 냉방기술을 개발했다. 버려지는 열을 에어콘에서 흔히 사용하는 ‘냉매’로 활용하는 기술을 확보한 것이다.

 

흡착제에는 제습 효과가 뛰어난 실리카겔 또는 제올라이트가 쓰였다. 뜨거운 마당에 물을 뿌리면 물이 기화되면서 주변의 열을 흡수해 시원해지는 것과 같은 원리다.  증발기에 물을 공급하면 약 5℃에서 증발하면서 증발량만큼의 열을 주변으로부터 빼앗아 냉각 효과가 생긴다. 이 과정에서 증발된 수분을 흡착제가 흡수하는데, 이를 말려 재사용하기 위한 탈착 공정에서 외부 열원이 필요했다. 연구진은 이 과정에서 섭씨 60~90도의 저온 폐온수를 사용해 추가 에너지 없이 냉방이 가능하도록 만들었다.

 

한국생산기술연구원 제공
한국생산기술연구원 제공

 

특히 이 방식은 기존 에어컨의 10분의 1 정도 전력만으로 작동 가능해 에너지 절감 효과가 크고, 환경 파괴를 일으키는 각종 프레온 가스 등 특수 냉매가 필요 없는 것도 장점이다.

 

생기원 연구진은 내부 전문가로 융합연구 팀을 꾸리고 4년 간의 연구 끝에 7kW(킬로와트)급 흡착식 냉방시스템 원천기술 개발에 성공, 냉동기 제조사인 삼중테크와 월드이엔씨로 기술을 이전했다.

 

이같은 흡착식 냉방시스템 기술 개발은 국내에서는 이번이 처음이다. 외국 기술은 온수 온도가 80℃ 이하로 내려가면 냉방 능력이 절반 이상 떨어지는데 비해, 이번에 개발한 기술은 90% 수준까지 냉방 능력을  유지할 수 있는 고효율 장치로 개발했다.

 

에너지 절감 효과가 크고, 환경 파괴를 일으키는 각종 프레온 가스 등 특수 냉매가 필요 없다 - 사진 GIB 제공
에너지 절감 효과가 크고, 환경 파괴를 일으키는 각종 프레온 가스 등 특수 냉매가 필요 없다 - 사진 GIB 제공

연구진은 이번 기술의 경제적 가치가 클 것으로 보고 추가 연구 역시 서두르고 있다. 흡착식 냉방시스템 시장은 연평균 4.4% 성장률을 기록하고 있으며 022년에는 113억3000만 달러로 확대될 전망이다. 생기원 연구진은 후속 연구로 섭씨 70도의 지역난방수를 이용하는 35kW급 냉동기를 개발 중이다.  2019년 한국지역난방공사가 제공하는 실증 장소에서 기술 타당성 검증 후 실용화할 계획이다.

  

권 그룹장은 “국내에서는 불모지였던 저온 폐열 기술 분야를 개척해 원천기술 확보 성과를 냈다”며 “전량 수입에 의존해 온 흡착식 냉동기 국산화로 전력 피크 문제를 해소하고, 중동 및 동남아지역 수출도 지원할 계획”이라고 밝혔다.

  • 전승민 기자 enhanced@donga.com