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무급유 압축기, HVAC 효율 향상 이끈다

HVAC 효율 저하 원인은 ‘오일 함유’
댄포스 터보코 압축기, 세계 최대 압축기기업 성장 한 몫

HVAC 혹은 프로세스냉각에서는 비상용 장비가 중요하다. 한가지 부품의 고장은 결과적으로 냉동기를 정지시킬 수 있다. 무급유 압축기 샤프트의 고속회전으로 인해 압축비가 5.5까지 가능하게 되고 이로 인해 다양한 용도로 사용할 수 있다.

 

무급유 압축기 개발 기업은

터보코는 1993년 호주에서 HVAC&R 시장용 고효율 압축기기술을 개발하기 위해 국제적으로 설계 및 엔지니어들이 모여서 만든 R&D기업으로 시작됐다. 1999년 몬트리올로 북미 본사를 옮기고 제조공장 설비, 시험 및 엔지니어링 연구소와 훈련시설을 갖췄다.

 

2002년 터보코 압축기는 기존의 냉동유로 윤활되는 압축기를 대신해 신뢰성이 높고 조용하며 고효율로 유지비가 적은 압축기로 중대형 용량의 HVAC시장에 첫 선을 보였다. 터보코 압축기는 2003ASHRAE/AHR 엑스포에서 에너지 혁신상과 캐나다의 고효율상을 수상하며 기술력을 인정받기 시작했다.

 

2004년 덴마크에 본사를 둔 Danfoss와 몬트리올에 기반을 둔 터보코가 5050으로 투자한 합자벤처기업 ‘Danfoss Turbocor Compressor Inc.’가 창립됐다.

 

새로운 합자벤처는 댄포스가 가진 세계적인 강력한 자원과 터보코의 천재적인 혁신이 조화를 이룬 것이라 관련업계의 관심이 집중됐다. 이에 대해 댄포스의 관계자는 댄포스와 터보코의 조합은 최첨단의 고효율 무급유 압축기기술의 밝은 미래를 향한 문을 연 것이라고 강조했다.

 

2006년 댄포스 터보코는 보다 큰 용량인 TT400 모델과 중온용 브라인 용도로 사용할 수 있는 TT300MT 모델을 출시해 제품의 적용범위를 확장했다.

 

이는 HVAC&R 시장을 확대할 수 있는 원동력이 됐으며 댄포스 터보코는 유명한 ‘Frost & Sullivan의 압축기기술 선진화 부분을 수상하기도 했다.

 

Danfoss Turbocor사는 확장 정책 일환과 시장 요구의 성장에 대응하고자 본사와 제조설비를 플로리다주 탤러하시시로 2007년 이전했다.

 

2013Danfoss A/SDanfoss Turbocor의 모든 주식을 인수함으로써 세계에서 가장 큰 인버터 제조기업 중 하나이며 가장 큰 압축기 제조기업 중 하나로 성장하는 계기가 됐다.


HVAC 시스템에서의 오일과 효율저하와의 관계를 보면 3.5%의 오일이 함유되면 8%의 효율이 떨어진다는 Trane USA의 연구가 있다. ASHRAE 연구는 오래된 칠러의 평균오일 함유율을 정의했는데 평균은 12.88%였다. 결국 오일함유로 인해 HVAC시스템의 효율이 급격하게 떨어지고 있다는 뜻이다.

그렇다면 HVAC시스템의 효율을 올리는 방법은 오일이 함유되지 않거나 최소화시키는 압축기를 적용하는 방법밖에 없다. 특히 효율을 높이는 것은 에너지사용량을 줄일 수 있어 전세계 이슈인 온실가스를 그만큼 줄일 수 있다는 뜻이다. 유럽과 미주에서 전체 냉동기시장의 30% 이상이 무급유(Oil Free) 냉매압축기를 채택한 냉동기가 보급되고 있는 것으로 알려지고 있다.

 

그만큼 무급유 냉매압축기의 장점이 많다는 것으로 우리나라에서도 무급유 냉매압축기를 적용한 냉동기가 속속 출시되고 있다.

 

무급유 압축기는 어떤 제품인가

기존 압축기는 몸통과 샤프트가 맞닿아 구동되는 방식이다보니 맞닿는 부위에 오일이 필수적으로 필요하다. 적정량의 오일은 압축기 효율을 올릴 수 있으나 과다한 오일은 결국 HVAC 효율을 저하시키는 원인이 되고 있다. 무급유 압축기는 말 그대로 냉동기 효율을 저하시킬 수 있는 오일을 전혀 사용하지 않고 압축기성능을 제대로 발휘는 HVAC의 핵심부품이다.

 

맞닿는 부위에 마그네틱 베어링 시스템을 적용했다. 이렇다보니 로터 샤프트는 샤프트를 중앙에 위치시킬 수 있도록 지속적으로 힘을 변경하는 10개의 개별적으로 조절된 전자기 마그네틱 쿠션에 의해 고정돼 있다. 센서는 분당 600만번 이상 샤프트의 위치를 확인하고 있다. 이것이 활성서지제어의 핵심인 것이다.

 

샤프트의 공차는 76micron으로 베어링은 샤프트를 2.54micron 내에서 조절한다. 참고로 사람 머리카락의 직경은 70micron이며 사람이 보조도구없이 볼 수 있는 최대치는 40microns이라는 점에서 얼마나 정교하게 조절되고 있는지를 확인할 수 있다.

 

활성 서지 제어적층식 샤프트는 140여개의 구성요소로 샤프트 구조를 완성했다. 일반적인 베어링의 경우 서징 컨트롤을 위해 압축기 운전 맵을 사용하고 있다. 마그네틱 베어링은 서징을 피하기 위해 맵과 함께 샤프트의 움직임을 이용한다.

 

압축기는 가스를 가압하기 위해 공기 역학적 압축 효율이 가장 높은 원심력을 이용해 마찰 손실이 없어 압축기 수명이 증가하고 높은 안정성을 보장한다. 경량화, 소형화가 가능하고 변속형을 적용해 기어부품 제거 및 최고의 부분부하 효율을 제공한다.

 

압축기 속도는 최적의 효율을 얻기 위해 부하 및 현재의 운전조건에 맞게 자동으로 조절되며 대부분의 용량 조절에서 속도를 조절하고 완전히 언로드 되는 경우에만 흡입 가이드 베인을 사용한다.

 

정전 시 0.5마이크로초 내에 모터는 발전기가 돼 감속을 조절하기 위해 베어링에 전원을 공급하며 온보드 커패시터는 모터에서 발전기 모드로 변환되는 동안 베어링시스템을 지원할 수 있는 충분한 전력을 갖고 있다.

 

흡입 가이드 베인은 1단 임펠러에서 가스가 소용돌이치게 하기 위해 과회전되며 압축기가 오일이 필요없어 단식 냉동사이클에 복수의 압축기 사용이 가능하다. 이 압축기는 부분부하에서 가장 효율이 좋으며 복수로 압축기를 더하면 에너지효율이 중복적으로 증가하게 된다.

 

HVAC 혹은 프로세스냉각에서는 비상용 장비가 중요하다. 한가지 부품의 고장은 결과적으로 냉동기를 정지시킬 수 있다. 무급유 압축기 샤프트의 고속회전으로 인해 압축비가 5.5까지 가능하게 되고 이로 인해 다양한 용도로 사용할 수 있다.

 

무급유 압축기 개발 기업은

터보코는 1993년 호주에서 HVAC&R 시장용 고효율 압축기기술을 개발하기 위해 국제적으로 설계 및 엔지니어들이 모여서 만든 R&D기업으로 시작됐다. 1999년 몬트리올로 북미 본사를 옮기고 제조공장 설비, 시험 및 엔지니어링 연구소와 훈련시설을 갖췄다.

 

2002년 터보코 압축기는 기존의 냉동유로 윤활되는 압축기를 대신해 신뢰성이 높고 조용하며 고효율로 유지비가 적은 압축기로 중대형 용량의 HVAC시장에 첫 선을 보였다. 터보코 압축기는 2003ASHRAE/AHR 엑스포에서 에너지 혁신상과 캐나다의 고효율상을 수상하며 기술력을 인정받기 시작했다.

 

2004년 덴마크에 본사를 둔 Danfoss와 몬트리올에 기반을 둔 터보코가 5050으로 투자한 합자벤처기업 ‘Danfoss Turbocor Compressor Inc.’가 창립됐다.

 

새로운 합자벤처는 댄포스가 가진 세계적인 강력한 자원과 터보코의 천재적인 혁신이 조화를 이룬 것이라 관련업계의 관심이 집중됐다. 이에 대해 댄포스의 관계자는 댄포스와 터보코의 조합은 최첨단의 고효율 무급유 압축기기술의 밝은 미래를 향한 문을 연 것이라고 강조했다.

 

2006년 댄포스 터보코는 보다 큰 용량인 TT400 모델과 중온용 브라인 용도로 사용할 수 있는 TT300MT 모델을 출시해 제품의 적용범위를 확장했다.

 

이는 HVAC&R 시장을 확대할 수 있는 원동력이 됐으며 댄포스 터보코는 유명한 ‘Frost & Sullivan의 압축기기술 선진화 부분을 수상하기도 했다.

 

Danfoss Turbocor사는 확장 정책 일환과 시장 요구의 성장에 대응하고자 본사와 제조설비를 플로리다주 탤러하시시로 2007년 이전했다.

 

2013Danfoss A/SDanfoss Turbocor의 모든 주식을 인수함으로써 세계에서 가장 큰 인버터 제조기업 중 하나이며 가장 큰 압축기 제조기업 중 하나로 성장하는 계기가 됐다.