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특별기획

BPHE시대 열린다

가스켓 타입대비 50% 콤팩트
쉘&튜브형대비 무게·크기 80%↓



브레이징형 판형열교환기(BPHE: Brazed Plate Heat Exchangers)는 오늘날 가장 콤팩트한 열교환기이자 진공 브레이징기술을 이용한 Gasket Free 판형열교환기를 말한다.

얇게 주름잡힌 스테인레스 스틸 플레이트를 브레이징으로 붙여 제작하는 것이 특징이다. 플레이트를 서로 브레이징으로 접착하면 가스킷 타입의 열교환기와는 달리 가스킷과 볼트, 이동막대가 필요없다. 결론적으로 비용, 무게, 냉매, 설치 공간 등을 절약할 수 있다.

BPHE는 콤팩트한 디자인과 높은 열전달 효율로 가열, 냉각, 증발, 응축 등의 넓은 범위의 용도로 사용되고 있다. 신뢰성 및 내구성이 우수하며 유지보수비용이 절약되는 것이 특징이다.

또한 설계압력이 높아 고압의 냉매시스템에 적용이 가능하다. BPHE는 쉘&튜브형 열교환기대비 중량 및 크기를 80% 줄일 수 있으며 가스켓 타입 판형열교환기대비 50~60% 콤팩트하다.

BPHE의 구조는 일련의 채널 플레이트와 정면과 뒷면 커버판, 봉인판과 연결부로 구성돼 있다. 채널 플레이트들은 ‘V’ 모양이 찍힌 AISI 316 스테인리스로 만들어져 있다. 채널판들은 바로 옆의 판과 반대 방향으로 정렬되고 각각의 판의 융기된 부분에서 지지점들이 십자 무늬를 형성하게 된다.

판들은 순도 99.9%의 동으로 브레이징되기 때문에 접점들의 밀봉과 연속적으로 유체가 흐르는 채널을 형성하게 된다. 판의 외부 가장자리와 연결부는 브레이징으로 완전 밀봉된 상태로 만든다. 동이 적합하지 않은 사용처, 가령 초순수 혹은 암모니아를 사용하는 곳에는 스테인리스로만 만들어진 제품이 사용되기도 한다.

유체는 연결부의 입구로 들어가 좁은 채널들 사이로 분배되며 판들은 두 유체가 서로 대향류 혹은 순향류로 흐를 수 있도록 배열돼 있다. 증발기의 경우 냉매는 팽창밸브를 지나 열교환기내로 냉매액과 증기가 혼합해 들어오므로 냉매를 균일하게 분배해 주는 것이 가장 중요하다.

이를 위해 냉매분배장치를 적용하고 있으며 냉매의 종류 및 냉매가스의 양에 따라 분배가 달라지는 만큼 냉매분배 관련 기술개발도 활발하게 진행되고 있다.



특장점 부각되며 BPHE 확대
그동안 소형제품에 주로 튜브인튜브(Tube in Tube) 열교환기나 쉘앤코일(Shell & Coil) 열교환기가, 대형제품에는 쉘앤튜브(Shell & Tube) 열교환기가 주로 적용됐다.

하지만 최근 추세를 보면 제품의 효율 향상, 경량화, 설치면적 최소화 및 냉매 충전량을 줄이기 위해 유럽을 시작으로 전 세계적으로 판형열교환기(BPHE) 적용이 확대되고 있다. 특히 BPHE는 효율이 좋고 내구성이 뛰어나며 40bar 이상의 높은 압력에서 적용할 수 있는 장점이 부각되면서 냉동능력 100RT(352kW) 이하의 냉동기와 히트펌프 열교환기가 BPHE로 대체되고 있다.

업계의 한 관계자는 “BPHE는 효율이 좋고 내구성이 뛰어나며 제품이 작고 가벼워 설치면적을 최소화할 수 있다”라며 “신냉매 대응이 빠르며 냉매 충전량를 최소화해 시스템 가격을 최적화할 수 있다”며 BPHE의 특장점을 설명했다.

특히 글로벌기업들이 신뢰성이 높고 최적화된 시뮬레이션 프로그램 개발로 설계가 쉽고 다양한 적용이 용이하므로 적용분야도 확대되고 있다. 가정용 냉난방 및 지역 냉난방, 정밀온도 제어 장비, 냉동, 엔진 및 에너지 등의 다양하고 광범위한 분야로 확대되고 있는 것이다. 특히 산업용 냉동기를 포함한 정밀제어장비, ORC, 에어드라이어 및 압축공기분야 등으로 다양화되고 있다.

업계의 또 다른 관계자는 “BPHE는 콤팩트하고 신뢰성 및 내구성이 우수하며 고압의 냉매시스템 및 Pressure Break, 산업용 열교환기, 신재생에너지 시스템 등에 다양하게 적용할 수 있도록 개발된 제품”이라며 “가정용 및 산업용 전 분야의 확대 가능하다”고 강조했다.
냉수와 온수를 생산해 냉난방 및 급탕을 공급할 수 있는 히트펌프시스템 확대는 BPHE시장의 거대시장 중 하나로 성장하고 있다.

업계의 관계자는 “히트펌프시스템은 지구환경보호와 에너지문제에 가장 효과적으로 대처할 수 있는 냉난방장치로 전 세계적으로 기존 보일러를 대체할 수 있는 히트펌프 냉온수기에 대한 수요가 급격하게 신장되고 있다”라며 “특히 히트펌프 냉온수기시장은 시장조사기관이 예측했던 규모를 훨씬 뛰어넘고 있다”고 밝혔다.

국내에서는 심야전기보일러를 교체하는 축열식 히트펌프보일러에 대한 기대가 크다. 국내 냉동공조분야 대표기업 및 보일러 대표기업 모두가 진출해 있어 경쟁도 치열한 시장이다. 최근 심야보일러 출하 증가, LGP 배관망사업 확대 등으로 주춤하지만 장기적인 관점에서 축열식 히트펌프시장은 지속적으로 확대될 가능성이 매우 큰 시장이다.

지역난방용도 BPHE 확대
유럽에서는 지역난방용 열교환기로 효율이 좋은 BPHE가 표준으로 적용되고 있으며 가스켓 타입 판형열교환기는 옵션으로 선정되고 있지만 국내에서는 가스켓 타입 판형열교환기를 주로 적용되고 있다. 이는 지역난방공사 열사용시설규정에 난방열교환기의 허용 최대 총괄 전열계수를 3,000kcal/m².hr.c 이하로 제한하고 있기 때문이다. 이렇다보니 효율 좋은 BPHE의 적용을 제한되고 있다. 결국 이러한 문제가 개선되지 않으면 신규시장 확대가 불가능할 것으로 보인다.

또한 지역난방방식 중 통합배관시스템(2-pipe)도 최근 보급이 늘어나고 있어 향후 BPHE시장 확대에 기폭제가 될 것으로 기대된다. 통합배관은 기존 4배관시스템을 2개로 줄인 것으로 기계실에서는 난방열교환만 한 후 급탕은 각 가정에서 세대별 유닛을 통해 해결하는 시스템이다. 기존의 급탕배관을 별도로 설치하지 않아 건축비, 설비 시공비, 설비관리 및 유지보수비용 등을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.

업계의 한 관계자는 “통합배관시스템 적용은 최근 일부 세대별 열교환기기업들이 건설회사 및 엔지니어링 회사들을 통해 활발히 Plan & Specification을 하고 있다”라며 “통합배관시스템은 에너지효율을 향상시키고 열손실을 최소화하며 시공비도 절감할 수 있다”고 밝혔다.

또 다른 관계자는 “유럽에서는 세대별 열교환기를 적용한 통합배관시스템이 표준으로 적용되고 있어 국내에도 빠른 시간에 확대될 것”이라며 “보통 국내에서는 싱크대 밑에 설치하는 경우가 많아 별도의 바닥면적을 필요로 하지 않아 아파트의 유효공간이 증가해 아파트 가치도 상승하는 효과를 기대할 수 있다”고 밝혔다.

이 관계자는 “특히 사용량만큼 급탕이 생산, 공급되기 때문에 박테리아 증식에 대한 위험요소가 없다”라며 “가스보일러와 달리 가스누출 위험도 없다”고 강조했다.

BPHE의 특장점인 콤팩트하고 우수한 신뢰성과 내구성 등이 향후 보다 다양한 현장에 적용될 것으로 기대된다. 특히 지역냉난방시장의 BPHE 적용은 신시장 창출에 기폭제 역할을 할 전망이다.