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LG전자, R32 적용 히트펌프 ‘장영실상’

-25℃서 최고 출수온도 65℃ 달성
유럽 최고효율등급 ‘A+++’ 획득

LG전자가 개발한 ‘R32 냉매를 이용한 냉온수용 공기열원 히트펌프’가 2019년 30주차 IR52 장영실상을 수상해 기술력을 인정받았다. 

히트펌프는 냉매를 이용해 저온의 열원을 고온으로 전달하거나, 고온의 열원을 저온으로 전달하는 냉난방장치로 냉온수용 공기열원 히트펌프는 거주 공간의 냉난방을 해결하고 물탱크와 연결해 뜨거운 물을 공급하는 급탕기능을 갖추고 있다. 냉난방 및 급탕을 구현할 수 있는 제품이 바로 히트펌프로 유럽을 중심으로 시장이 형성돼 성장하고 있다. 

전 세계 난방시장 중 3분의 1을 차지하는 유럽 난방기기는 현재 대부분 연소식 보일러를 사용하고 있지만 환경규제가 강화되면서 히트펌프와 같은 신재생에너지로 전환이 빨라지고 있다. 

특히 최근 유럽을 중심으로 지구온난화 대책으로 히트펌프에 사용하는 냉매도 지구온난화지수(GWP)가 낮은 친환경 냉매로 전환이 빨라지고 있으며 LG전자는 경쟁사보다 앞서 친환경 냉매를 적용한 히트펌프 제품을 개발하는 데 뛰어들었다. 

LG전자가 사용한 R32 냉매는 기존 냉매와 비교했을 때 GWP가 3분의 1 수준으로 친환경적이다. R32 냉매를 이용한 냉온수용 공기열원 히트펌프는 기존 히트펌프대비 이산화탄소양이 2년간 승용차에서 발생하는 양만큼 덜 배출된다. 

그러나 R32 냉매를 적용한 공기열원 히트펌프 상용화가 어려운 게 단점이었다. 냉매를 압축할 때 냉매 온도가 과도하게 상승해 150~160℃에 이르는 만큼 별도의 냉각기술이 필요했으며 원가가 올라가는 것이 문제였다. 

LG전자는 R32 냉매 사용으로 압축기 토출부에서 냉매 온도의 과도한 상승을 막기 위해 압축기 중간단으로 기액혼합 냉매를 분사시키는 Flash Gas Injection 기술을 적용했다. 이 기술이 구현될 수 있도록 LG전자 고유의 하부압축스크롤(R1) 압축기를 적용했으며 안정적인 운전을 위해 독립적인 과냉각 회로를 구성했다. 

이를 통해 냉매의 온도를 제어하고 충분히 냉각시킬 수 있어 -25℃의 한랭지조건에서도 난방운전이 가능하고 최고 출수온도를 기존 57℃에서 65℃로 개선했다.  

또한 압축기로 분사한 냉매에 의해 전체의 냉매유량을 증가시켜 저온 외기 조건에서의 난방능력을 30% 증가시켰다. 동일 난방능력기준 증발기의 부하가 감소해 운전효율이 개선돼 유럽의 최고효율등급인 A+++를 획득했다. 

LG전자 L&A센터의 관계자는 “R32 냉매를 활용해 -25℃ 조건에서도 난방 운전이 가능하고 난방 능력은 30% 향상됐다”라며 “유럽 최고 효율 등급을 획득했다”고 밝혔다.  

LG전자는 주택 규모에 맞게 선택할 수 있도록 제품 용량을 소용량에서 대용량까지 6개 모델을 갖췄다. LG전자의 R32 냉매를 적용한 냉온수용 공기열원 히트펌프는 2018년 8월 유럽 시장에 출시된 이후 판매량이 급증하고 있다.
 
LG전자의 관계자는 “새로운 냉매 및 시스템에서의 신뢰성 확보를 위해 압축기 등 핵심부품과 시스템으로 누적 6,000시간 이상 장·단기 신뢰성 시험도 수행했다”라며 “결과적으로 R32 적용의 어려움을 극복하는 정도를 넘어 기존보다 성능 및 신뢰성을 더욱 개선해 글로벌 경쟁력을 갖춘 제품을 개발했다”고 강조했다.