LG전자의 ‘무급유 고양정 터보냉동기’가 2022년 14주차 IR52 장영실상을 수상하며 기술력을 인정받았다. 무급유 고양정 터보냉동기는 일반적으로 건물, 데이터센터, 공장 등 큰 규모의 냉방을 위해 사용되는 제품으로 냉매의 증발-응축 사이클을 활용해 물의 온도를 차갑게 만들고 차가운 물을 통해 제품이 적용된 공간의 온도를 쾌적한 환경으로 조절한다.
또한 물이 부족한 중동지역에 수출하기 위해서 건식 응축기를 활용함으로써 기존의 물을 소비하는 방식으로 작동됐던 냉동기의 단점을 극복한 것이 가장 큰 특징이다.
우리나라의 기후조건 및 물이 풍부해 대용량 공랭식 냉동기 수요가 거의 없으며 대용량의 경우 대부분 수냉식을 사용하고 있다.
반면 중동지역에 출시되고 있는 냉동기는 고양정 냉동기의 응축기를 거친 물을 기계실 밖의 대형 라디에이터(radiator)를 통해 방열시키고 있으며 단지 냉각탑 역할을 radiator로 치환한 냉동기를 출시하고 있을 뿐 냉매를 직접 열교환해 응축기로 보내는 제품을 출시하지 않고 있다.
이에 따라 LG전자는 하수열 이용 히트펌프 개발 과제를 통해 획득한 고양정 압축기술을 바탕으로 터보냉동기 설계 노하우를 적용한 대용량 공랭식 터보냉동기를 개발하게 됐다.
LG전자의 관계자는 “냉동사이클 활용은 필연적으로 에너지를 배출할 곳이 필요하며 물이 부족하고 온도가 높은 중동지역에 제품을 수출하기 위해서는 물낭비를 최소화하고 동시에 높은 온도의 공기에 열을 배출하기 위해서는 건식 응축기 사용이 필수적이었다”라며 “건식 응축기를 사용하기 위해서는 압축기에는 기존의 운전조건보다 높은 압력으로 만들 수 있는 능력과 고객의 요구조건인 대용량 조건을 만족해야 하기 때문에 기존에 시도되지 않았던 5단 압축사이클을 설계했다”고 밝혔다.
이후 제품의 철저한 검증을 위해 단품 실험, lab-scale 실험, 사이클 계산, 3단 압축 회전체 계산 및 실험 등 끝없는 검토와 수많은 노력과 시간이 투자돼 ‘무급유 고양정 터보냉동기’가 완성됐다.
LG전자의 관계자는 “제작된 제품을 실험하기 위해 시험설비를 사용해야 했는데 전력피크 제한으로 어려움이 있었다”라며 “사내 공장에서 정해진 전력 내에서 사용해야 했기 때문에 낮 시간에는 설비를 사용할 수 없어 퇴근 시간 후 밤부터 실험을 진행했다”며 어려움을 토로했다.
무급유 고양정 터보냉동기는 압축시스템의 유체역학적 설계를 통해 압축용량 증대 및 회전수를 낮추는 방법을 도입해 정속시스템을 구축했다. 대용량 무급유 마그네틱 베어링을 사용해 오일회수 문제를 근본적으로 차단해 시스템의 신뢰성 향상 및 압축기 전·후단에 설치되던 오일회수·분리장치를 제거해 차압을 감소시켜 전체 시스템효율을 개선했다.
응축기와 radiator 사이에 물을 사용하지 않고 냉매를 실외에 있는 건식 응축기에 보내 응축하는 직접 응축시스템을 사용해 열교환 효율을 향상시켰다. 이로써 LG전자의 무급유 고양정 터보냉동기의 냉동능력 2,500RT 기준 냉동효율은 3.81로 기존 선진국의 유사경쟁제품(2,000RT)의 효율 3.41보다 용량은 20% 이상, 효율은 11% 이상 향상됐다.
LG전자의 관계자는 “무급유 고양정 터보냉동기은 기존에 없던 제품으로 스페인의 엔지니어링기업 Araner와 협업해 제품을 개발했으며 중동의 대규모 건설기업인 EMAAR가 고객”이라며 “이번 계약을 통해 바레인의 쇼핑몰에 첫 판매를 성공적으로 진행했으며 한 번의 판매로 250만달러의 수출액을 달성했다”고 밝혔다.
6억달러 중동 냉동기시장 공략
2017년 기준 냉동기 해외시장 규모는 60억달러 이상이며 매년 4~5% 성장할 것으로 전망된다. 냉동기 중 판매비중이 가장 높은 제품은 주로 스크류, 원심식, 스크롤 등이다. 공냉식 터보시스템의 경우 주요 판매대상 국가는 중동지역(6억달러 이상 규모)이다.
LG전자의 공랭식 터보냉동기는 중동지역 4억달러 규모 스크류 냉동기 및 2억달러 규모 원심식 냉동기의 대체수요로 공급이 가능하나 현재 경쟁사인 YORK의 Remote Radiator Type 이외 시장적용 사례가 없는 것으로 조사된다.
이에 따라 LG전자는 이번에 개발된 제품을 활용해 6억달러 규모 중동시장 스크류, 원심식 냉동기 대체품으로 향후 10년간 매년 약 연간 600만달러 이상 지속적인 성장을 통해 시장점유율을 확대시켜 나갈 계획이다.
LG전자의 관계자는 “대용량 고양정 무급유 터보냉동기 개발을 통해 여러 가지 기술을 내부적으로 쌓았으며 이를 통해 중동지역에서의 대용량 고양정 냉동기시장을 선점할 계획”이라며 “동시에 가장 시장이 큰 소용량 터보냉동기에 대한 시장장악력을 높이기 위해 해당 용량의 제품 개발을 이어갈 예정”이라고 밝혔다.
이 관계자는 “특히 시장 규모가 큰 중동지역을 타겟으로 진행되고 있는 공랭식 터보냉동기 R&D를 지속할 계획”이라며 “동시에 ESG 기반의 경영을 위해, 나날이 장벽이 높아지는 환경규제에 대응하기 위해 환경오염 위험도가 낮은 R1233zd, R1234ze 등 대체냉매를 활용한 공랭식 터보냉동기 개발도 진행할 예정”이라고 강조했다.
