에너지분야의 풍부한 경험과 기술력, 서비스를 바탕으로 에너지 전문기업으로 성장하고 JB에너텍(대표 김창근)은 성능과 효율을 인정받은 미쓰비시중공업의 CO₂ 히트펌프 ‘Q-ton’을 판매하고 있다.

자연냉매인 CO₂는 지구온난화 계수가 낮고 불연성인 데다 냉매특성 상 고온 급탕이 가능하다. 가정용 히트펌프 급탕기용 냉매로 널리 보급되고 있으며 업무용·산업용으로 사용이 확산되고 있다.

하지만 CO₂냉매는 작동압력이 높은 압축기의 누출 및 기계손실이 커지기 때문에 히트펌프의 성능향상을 위해서는 이러한 문제해결이 요구된다.

이러한 문제를 해결하기 위해 업무용 CO₂ 히트펌프에 이용하는 새로운 구조의 스크로터리 압축기를 개발했다. 스크롤 압축기와 로타리 압축기를 혼합한 스크로터리 압축기는 이단 압축구조가 채용돼 압축기의 누출 및 기계손실을 최소화시켰다. 또한 중간 가스 인젝션에 의한 폭넓은 운전조건에서 높은 가열능력과 고효율을 달성했다.

스크로터리 압축기를 이용한 이단압축+중간압력 가스 인젝션 사이클의 채용한 업무용 CO₂ 히트펌프 온수기 ‘Q-ton’은 기존 모델대비 대폭적인 가열능력과 COP 향상효과를 얻었다. 기존 히트펌프는 외기온도 저하에 따라 가열능력도 저하되지만 한랭지조건에서도 제약없이 안정적인 운전이 가능하다.

특히 업계 최고 수준의 COP 4.3을 달성해 사용자들에게 최고의 에너지효율을 제공하며 외기온도 -25℃의 극한조건에서도 90℃ 온수가 가능한 것이 장점이다.

‘Q-ton’에 적용된 스크로터리 압축기는 업무용 CO₂급탕기용 압축기에 가장 적합한 구조로 △이단압축구조 △중간압력하우징 △스크롤 기구와 회전 기구의 조합 채용 등이 특징이다.

CO₂ 냉매의 고압과 저압의 압력 차이는 기존의 HFC 냉매에 비해 몇 배 더 커진다. 이에 따라 차압에 의해 틈새누출이 증가하고 압축기 효율이 저하될 뿐만 아니라 베어링 등 습동부에 작용하는 하중도 증가해 압축기 신뢰성을 저하시킨다.

이러한 문제를 개선하기 위해 이단 압축구조를 채용해 일단 주의 차압을 저감시키는 것이 효율 및 신뢰성 확보 측면에서 효과적이다.

업무용과 산업용 같이 압축기가 대형화될수록 커지는 압축기의 소형 경량화를 위해 하우징 설계압력에 중간압력을 채용하고 하우징에 토출압력이 직접 작용하지 않도록 해 압축기를 소형 경량화했다.

압축형식은 압축기의 성능, 신뢰성을 결정하는 가장 중요한 요소 중 하나로 이단 압축기의 경우 저단측과 고단측의 각각 운전특성에 기초해 적절하게 압축형식을 선택해야 한다. 용적형 압축기의 압축형식으로는 왕복식, 스크류식, 스크롤식과 로터리식 등이 알려져 있지만 스크로터리 압축기는 히트펌프의 운전특성에 가장 적합한 압축기로 저단에 로타리, 고단에 스크롤식을 채용했다. 세계 최초로 로터리식과 스크롤식을 조합, 채용함으로써 높은 신뢰성과 폭넓은 운전조건에서 고효율화를 달성할 수 있었다.

자료출처: 미쓰비시중공업 기보 Vol.49 NO.1(2012)

제목: CO₂ 히트펌프급탕기용 스크로타리 압축기의 개발

저자: 佐藤 創(Hajime Sato)、木全 央幸(Yoshiyuki Kimata) 외 4명