한국기계연구원은 기계기술분야 R&D 대표 연구기관으로 Low GWP 냉매 대응 냉동시스템 핵심요소기술, 차세대 대체냉매 및 고효율 냉난방기기 기술개발 등 다양한 정부과제를 주관으로 수행했다. 산업용 열교환기, 터보냉동기용 열교환기 등 다수 과제에 참여하며 전문 연구인력 및 인프라를 보유한 히트펌프 전문연구기관으로서 역량을 확보하고 있다. 히트펌프 요소기기 및 시스템에 대한 이해도뿐만 아니라 열공정 플랜트에 대한 이해도가 높아 시너지를 낼 수 있을 것으로 기대된다. 특히 열공정극한기술연구실은 히트펌프연구 외 열공정 플랜트에 대해 오랜 연구경험이 있기 때문에 실증기업인 아진P&P와 협력이 과제의 성패를 결정짓는 중요한 요소가 될 것으로 보인다. 기계연구원의 관계자는 “탄소중립 이행을 위해 열원기기의 전기화라는 큰 목표를 가지고 다양한 연구과제 기획 업무를 수행했다”라며 “히트펌프의 산업공정 적용이라는 주제가 사회적·경제적 파급효과를 크게 낼 수 있을 것으로 판단돼 이번 과제에 참여하게 됐다”고 밝혔다. 성공적 트랙레코드 확보 주력기계연구원은 제지 건조공정 설계를 먼저 집중한다. 이번 과제에서는 히트펌프와 기존 보일러 스팀 라인을 어떻게 설계하고 어
한국냉동공조인증센터는 국내 냉동공조산업의 진흥 및 국제 경쟁력을 지원하기 위해 2006년 산업통상자원부 지원하에 설립된 비영리 국제 공인 시험인증기관이다. 특히 히트펌프 시험설비(물-물, 물–공기, 공기열원, 수열원 등), 숙련된 시험경험을 바탕으로 차별화된 표준화 및 인증서비스를 제공하는 국내 최고 히트펌프 시험연구기관으로 평가받고 있다. 또한 냉동공조기기 시험평가를 기반으로 신재생에너지(지열·수열 등)분야, 콜드체인분야, 히트펌프분야 확대를 통해 국가 탄소중립정책에 적극 기여하고자 노력하고 있다. 냉동공조인증센터는 국내 유일의 물-물, 물-공기, 공기열원, 수열원 등 다양한 히트펌프 성능시험장치를 보유·운영하고 있다. 또한 히트펌프 관련 KS 및 ISO 표준화 제안을 다수 진행하고 있으며 한국에너지공단 등의 유관기관 시험기관으로 지정돼 히트펌프 성능평가 신뢰성을 인젇받고 있다. 냉동공조인증센터의 관계자는 “냉동공조인증센터는 국내 히트펌프 전문 시험기관으로서 냉동공조분야 및 산업용 히트펌프에 대한 성능평가 및 경험을 보유하고 있다”라며 “이를 바탕으로 이번 과제에서 산업용 히트펌프 표준화 및 성능평가에 대한 업무에 기여하고자 한다”고 밝혔다. 산업용 히트펌
한국생산기술연구원은 중소·중견기업의 기술경쟁력 강화와 국내 제조업 발전을 위해 공통적으로 필요한 뿌리산업기술, 청정생산시스템기술, 융·복합생산기술 등 3대 중점 연구분야로 선정하고 수요 지향적 R&D 및 실용화, 미래 원천기술 확보를 통해 우리 산업의 체력을 강화하고 있다. 특히 폐열회수와 관련 다양한 과제를 수행함으로써 열교환기 최적설계와 시험평가 경험이 다수 있으며 열교환기 성능평가와 관련된 다수의 연구장비를 확보하고 있다. 또한 대표적으로 폐열회수와 관련된 시스템인 흡수식 및 흡착식시스템 과제를 수행한 경험을 토대로 관련된 노하우 및 특허를 관련기업에 기술이전해 국내 산업발전에 기여하고 있다. 생산기술연구원의 관계자는 “대용량 대온도차 히트펌프 운영기술 및 현장 실증과제에서 실증사이트인 제지공장에서 발생되는 습공기의 폐열을 전량 회수하기 위한 열교환기의 국산화 개발이 필요하게 돼 참여하게 됐다”고 밝혔다. 국산화로 수입대체 기대 생산기술연구원은 이번 과제에서 대용량 대온도차 히트펌프 운영기술 및 현장 실증과제에서 실증사이트인 제지공장에서 발생되는 습공기의 폐열회수를 위한 판형 열교환기 설계기술을 개발한다. 이를 위해 제지산업 튜브타입 열교환기 전
고려대학교 기계공학과 에너지물질순환연구실은 국제 기술동향에 맞춰 친환경 및 에너지절약에 대응하는 냉동 및 열시스템을 설계하고 실험을 수행하는 연구실이다. 현재 △초임계 자연냉매 히트펌프시스템 최적화 연구 △화학흡착식 히트펌프 시스템 개발 △전기에너지 생산 시스템 개발 등 시스템 핵심기술 연구와 △흡수식 칠러 적용 고효율 전열관 개발 △히트펌프용 판형 응축기 성능평가 연구 등 시스템 요소기술 연구를 동시에 수행하고 있다. 고려대 연구책임자인 강용태 교수는 ‘플러스에너지빌딩(PEB) 혁신기술연구센터(ERC)’의 센터장을 역임하고 있으며 에너지물질순환연구실은 ‘PEB연구센터’에서 핵심 역할을 수행하고 있다. 에너지물질순환연구실은 2022년까지 ‘열에너지 다소비 산업설비 스마트설계 플랫폼 기술 개발 및 실증’ 연구를 수행하며 대용량 히트펌프 적용을 위한 판형 응축기 연구를 수행해 열에너지 다소비 산업설비의 생산주체인 중소기업들의 부족한 전문성을 제고하고 에너지다소비시스템 핵심기술과 요소기술을 설계하는 플랫폼을 국가 공공재로 개발했다. 강용태 교수는 “2000년부터 고효율 전열관에서의 응축·증발 특성을 연구해 터보냉동기와 히트펌프 등의 고효율 열시스템 요소기술을 개발
힉스프로(대표 정진희)는 고성능 선진기술을 적용한 제품을 개발하고자 지속적인 R&D투자로 완전 용접식 판형열교환기 및 기액 분리형 판형열교환기를 독자기술로 개발에 성공한 기업이다. 고효율의 에너지절감, 재생가능한 깨끗한 환경, 기업의 가치 향상에 집중하는 미래지향적 선도기업으로 더 많은 노력과 경쟁력을 갖춰 세계적인 기업으로 성장하는 것이 목표다. 힉스프로는 대온도차 대용량 히트펌프용 증발기, 응축기, 퍼지유닛, 스팀발생기, 습공기·물 열교환기를 설계, 개발하고 분석할 수 있는 우수한 연구 인력을 보유하고 있다. 특히 개발한 제품을 전 공정률 100% 자체 생산할 수 있는 스마트공장을 구축한 기업으로 실증시험 및 사업화 개발 제품을 대량생산이 가능한 시스템을 갖췄다. 힉스프로의 관계자는 “산업용 1,000RT 대온도차 히트펌프시스템 개발에 필요한 열교환기, 증발기, 응축기, 스팀발생기 원천기술을 보유하고 있는 기업으로서 고온용 스팀발생 히트펌프 열교환기 개발에 참여하게 됐다”라며 “산업공정에서 발생하는 폐열을 활용해 산업용 히트펌프의 에너지효율 향상에 따른 사회적·경제적 파급효과를 크게 낼 수 있을 것”이라고 강조했다. 다양한 산업현장 적용 주변장치
연세대학교 에너지·유체·터보기계연구실은 압축기, 터빈, 펌프, 송풍기 등 다양한 종류의 터보기계 설계방법, 전산해석(CFD)방법을 이용한 정확한 성능예측, 해석결과를 분석하고 설계에 반영하는 기술을 연구 개발하고 있다. 다양한 터보기계 설계에 적용한 경험을 보유하고 있으며 터보기계 설계 및 성능해석에 필요한 설계프로그램 및 성능해석 프로그램들은 직접 개발하거나 상용코드들을 활용하고 있다. 또한 터보기계에서 중요한 유체-열 복합해석, 이상유동, 유체-고체 해석방법 등을 개발하고 이와 관련 문제 해결방안을 찾는 연구들도 지속 진행하고 있다. 연세대 연구실은 히트펌프 주기기인 냉매압축기 성능 특성 분석과 고효율 설계에 필요한 압축기 설계, 해석 및 기술을 보유하고 있으며 냉매압축기에 대한 설계 및 해석 경험이 이번 연구목표를 달성에 많은 도움이 될 것으로 기대된다. 주원구 연세대 교수는 “탄소중립 이행을 위해 열원기기 전기화는 매우 중요하다”라며 “히트펌프는 전기를 사용해 열에너지를 만드는 가장 효율적인 시스템 중 하나로 탄소중립 사회에서 사회적·경제적·기술적으로 큰 파급효과를 줄 수 있다”고 밝혔다. 이어 “특히 대용량 대온도차에 사용되는 히트펌프는 아직 상용화
포항공과대학교 유동물리연구실은 다양한 수치해석 기법을 사용해 터보기계를 포함한 다양한 분야 유체 시뮬레이션을 수행해 터보기계 내부 유동 현상에 대한 이해도가 높다. 실제 터보기계 해석에서 요구되는 격자, 난류 모델 등 수치기법에 대한 기준이 정립돼 있으며 원심 압축기, 축류 터빈 등 다양한 터보기계 관련 과제수행 경험을 보유하고 있다. 다양한 분야 전산해석 연구를 통해 히트펌프 핵심요소 중 하나인 압축기를 포함한 전반적인 유동현상에 대한 이해도가 높으며 강화학습을 활용한 다목적 최적화, 원심 압축기 1차원 모델 등 유동물리연구실이 보유한 다양한 기술이 이번 과제에 적용되면 큰 시너지 효과를 낼 수 있을 것으로 기대된다. 유동현 포항공대 교수는 “탄소중립 이행을 위한 대용량, 대온도차 산업용 히트펌프 개발의 핵심 요소 중 하나인 터보압축기 개발에 우리 연구실이 보유한 지식과 기술이 큰 도움이 될 것”이라고 참여배경을 설명했다. 압축기성능 예측 1차원 모델 개발1세부과제어 포항공대는 전산해석을 통한 압축기 내부 유동현상을 분석한다. 압축기와 같은 터보기계의 경우 내부 유속이 매우 빠르고 형상이 복잡해 실험을 통해 유동특성을 자세하게 분석하기가 어렵다. 이에 따라
한국과학기술원(KAIST) 정밀 메카트로닉스 연구실은 모터나 정밀한 구동기 설계 및 제어를 중심으로 연구하고 있다. 현재는 셀프 센싱 자기베어링, 소형 헬리콥터를 위한 로터시스템 개발, 드론 추진기 상태추정시스템 등의 연구를 진행하고 있다. 특히 자기부상시스템 베어링에 대해 꾸준한 연구를 진행해 왔다. 대표적인 예로 혈류펌프를 위한 자기부상형 모터를 개발했다. 이와 같은 경험을 통해 압축기용 자기베어링기술 개발에 필요한 전문성을 갖추고 있다. 노민균 KAIST 교수는 “압축기에 자기베어링을 사용하면 기존의 급유베어링을 사용할 때보다 시스템 효율면에서 장점이 있다”라며 “자기베어링의 특성을 활용하면 사회적, 경제적으로 관심을 받고 있는 히트펌프의 압축기 개발에 기여할 수 있을 것으로 판단돼 이번 과제에 참여하게 됐다”고 밝혔다. 히트펌프시스템 신뢰성 향상 기여산업용 압축기는 공조용 압축기보다 연속 가동율이 높아 신뢰도가 가장 중요하다. 이에 따라 KAIST는 자기베어링 내부의 갭 센서에 이상이 발생해도 전류 및 전압측정값을 이용해 회전체의 위치를 추정할 수 있는 셀프 센싱시스템을 개발한다. 또한 자기베어링 데이터와 압축기 공력데이터를 이용해 압축기의 과부하 및
충남대학교 메카트로닉스공학과 기전시스템실험실은 1999년부터 자기베어링 설계 및 제어, 자기부상, 전자기구동기, 센서 관련 연구를 진행하고 있다. 연구실적으로 SCI급 논문 40편, 국내등재지 논문 11편, 특허 11건 등이 있으며 터보분자진공펌프, 플라이휠에너지저장장치, 무급유 터보압축기, 송풍기 등의 개발에 참여했다. 충남대는 2014년부터 압축기, 송풍기와 같은 에너지다소비 회전기기에 자기베어링기술을 적용하는 연구를 진행하고 있다. 특히 LG전자와 함께 무급유 마그네틱 베어링 압축기를 적용한 인버터 터보냉동기 상용화에 성공해 NET인증을 획득했다. 이처럼 충남대는 다양한 시스템에 자기베어링을 적용하고 제어기를 설계한 경험을 바탕으로 산업용 대온도차 히트펌프의 핵심요소인 무급유 압축기의 개발에 참여하게 됐다. 노명규 충남대 교수는 “히트펌프의 핵심 요소인 압축기 성능과 효율을 향상하고 대온도차 조건을 만족하기 위해 자기베어링을 이용해 무급유 압축기를 구현하고자 한다”라며 “기존 무급유 압축기보다 높은 온도조건에서 작동해야 하므로 온도변화를 고려한 제어 알고리즘 개선과 제어기 최적화 등의 연구 기회가 예상돼 이번 과제에 참여하게 됐다”고 밝혔다. 불평형 진
숭실대학교 지능기전시스템연구실은 센서, 구동기, 정밀제어, 정밀기계설계를 주제로 지능 메카트로닉스와 정밀기계설계 융합기술을 연구하고 개발하고 있다. 현재 반도체 장비 관련 정밀모션제어, 능동진동제어, 자기부상 터보기계 및 관련 지능형 요소기술을 연구하고 있다. 자기부상 터보기계 관련 연구 수행 경험을 토대로 이번 산업용 1,000RT 대온도차 히트펌프시스템 과제 중 1세부인 ‘대용량 대온도차 히트펌프 운영기술 및 현장 실증’에 참여하게 됐다. 안형준 숭실대 교수는 “대용량 대온차 히트펌프의 핵심 요소기술인 자기부상 관련 핵심 요소 및 지능제어기술을 보유하고 있다”라며 “수열냉난방 및 재생열 하이브리드시스템 기술개발 및 실증 등이 진행될 이번 과제에 직접적으로 관련된 과제 수행 경험 및 현장에 직접 적용할 수 있는 다양한 요소 기술을 보유하고 있다”고 참여배경을 밝혔다. 고온 갭 센서기술 개발숭실대는 고온히트펌프의 핵심 요소기술인 자기부상 압축기의 고온용 갭 센서 해석 및 설계기술을 개발한다. 갭 센서 연구경험을 바탕으로 고온 환경에서 신뢰성을 갖는 갭 센서 정밀 해석 및 설계기술을 개발하고 이를 실험을 통해 검증한다. 또한 개발 갭 센서에서 온도 관련 영향을
한국에너지기술연구원은 국내 유일 신재생에너지 연구 전문 R&D 연구기관으로 공기 및 자연냉매를 활용한 Low GWP 냉매 대응 냉방 및 극저온 냉동 시스템 핵심요소 기술 및 산업 공정용 고온스팀히트펌프 기술 등을 연구하고 있다. 고온 히트펌프의 주 요소기술인 터보기기 설계기술을 보유하고 하고 있으며 산업공정용 스팀히트펌프 개발 및 히트펌프를 통한 백연 저감 과제 수행 경험 등이 이번 과제와 직접적으로 관련된 과제 수행 경험 및 산업단지 내 실증경험을 보유하고 있다. 에너지기술연구원의 관계자는 “산업공정용 고온히트펌프 개발 연구 과제 경험을 토대로 산업공정의 폐열원을 활용해 기존 화석연료 방식을 대체할 수 있는 대용량 대온차 히트펌프 개발 과제에 참여하게 됐다”고 밝혔다. 최적 설계 알고리즘 개발에너지기술연구원의 이번 과제 첫 번째 목표는 고온히트펌프의 핵심요소 기술인 고온 최종단 압축기 랩스케일 설계 및 고온 시험운전을 통해 압축기의 고온 운전특성을 사전에 확인해 압축기 고온 운전 신뢰성 확보 및 운전전략을 수립하는 것이다. 또한 히트펌프 최적 설계 알고리즘을 개발해 공정조건에 따른 최적 설계 및 탈설계 성능해석을 수행한다. 이를 통해 실증공정의 부하
LG전자는 일반인들에게는 생소하지만 대형 냉동공조 제품을 1968년부터 제작, 판매하고 있다. 1997년 중국에 공장을 설립하고 중국 및 동남아지역으로 제품 판매를 확대하고 있다. 또한 2017년에는 서남물재생센터에 1만600RT급 터보히트펌프를 판매해 현재 성공적으로 운영되고 있다. LG전자는 가정용 및 상업용 에어컨뿐만 아니라 산업 및 대형 냉동공조시장에 적합한 대형 히트펌프 및 칠러도 판매하고 있다. LG전자는 고온히트펌프의 주요 기술인 고양정, 고효율 임펠러 설계 및 무급유 자기베어링에 대한 수년간 축적한 설계 및 제작기술을 보유하고 있으며 2017년부터 무급유 터보칠러 제품도 양산하고 있다. 특히 2021년에는 세계 최대 용량인 2,500RT급 무급유 공랭식 터보칠러를 개발해 중동지역에 납품하며 주목받았다. LG전자의 관계자는 “탄소제로시대로의 이행을 위해 산업계는 탈탄소를 위해 많은 노력을 기울이고 있다”라며 “이에 발맞춰 LG전자의 대형 냉동공조시스템 설계 및 제작 능력을 활용해 산업체에서 필요로하는 고온 출수가 가능한 히트펌프 개발 필요성을 확인하고 탈탄소 흐름에 동참하기 위해 이번 ‘산업용 1,000RT 대온도차 히트펌프시스템’ 과제에 참여하
제지산업은 365일 24시간 가동되는 에너지다소비산업이다. 화석연료 기반 에너지연료를 사용함으로써 온실가스 배출권거래제할당 대상이기도 하다. 이에 따라 화석연료를 대체할 에너지사용 필요성이 꾸준히 제기되고 있는 산업이다. 특히 전 세계적으로 탄소제로화에 박차를 가하면서 에너지다소비업종인 제지산업도 탄소중립을 요구받고 있어 모든 부문에서 전기화 전환 노력이 진행되고 있다. 제지업계는 생산공정의 에너지절감 및 화석연료 사용을 줄임으로써 산업체의 탄소중립을 달성할 수 있는 기술을 찾고 있으며 생산 중 발생하는 폐열을 활용하는 히트펌프기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 제지산업체 내 건조공정용 스팀생산의 최적인 히트펌프가 제지산업의 혁신적인 에너지솔루션으로 기대받고 있다. 에너지기술평가원이 발주한 2023년도 에너지기술개발사업 신규 연구개발과제로 '산업용 1,000RT 대온도차 히트펌프시스템 핵심기술 및 실증운영 기술개발'를 아진P&P 컨소시움이 수주했다. 총괄주관을 맡은 김진두 아진P&P 대표를 만나봤다. ■ 아진P&P는 어떤 기업인가아진P&P는 가전제품과 농산물, 식음료 포장재는 물론 최근에는 택배까지 우리 생활에 밀접한 박스를 만드
한국에너지기술평가원은 에너지, 자원안보와 기후위기 극복을 위한 에너지R&D 전문기관이다. 이윤빈 효율향상PD는 산업, 건물, 수송으로 구성된 에너지수요부문 효율을 높일 수 있는 R&D기획을 맡고 있다. 에너지효율 향상을 통해 국가 에너지정책 방향과 연계해 에너지다소비기기, 설비, 공정 초고효율화와 무탄소, 전기화 및 융복합화를 위한 신규 R&D 기획에 집중하고 있다. 산업용 1,000RT 대온도차 히트펌프 기술개발의 국책연구과제 선정에 집중한 이윤빈 PD를 만나 선정배경, 국가적 기대효과 등에 대해 들어봤다. ■ 산업용 1,000RT 대온도차 히트펌프 기술개발 과제 선정된 배경은탄소중립 핵심기술로서 히트펌프의 산업부문 적용 확대와 보수적인 산업공정 설비시장에 히트펌프시스템을 진출시켜야 한다는 방향에 대해 공감대가 형성됐다. 물론 혁신 선도국들의 본격적인 연구개발 경쟁과 최근 국제적인 냉매규제 현실화로 인해 기술개발 방향과 시장구조 모두 급변하고 있는 점도 정부 R&D추진의 중요한 배경 중 하나였다. 히트펌프에 대한 전망은 과거 어느 때보다 좋다. 일례로 IEA에서 지난해 11월 발표한 보고서를 보면 유럽 산업부문 중 식품, 제지,
최근 탄소중립, 에너지가격 상승 등 글로벌 에너지산업이 급변함에 따라 히트펌프에 대한 중요성이 갈수록 커지고 있다. 2050 탄소중립(Net-Zero)의 선언과 함께 히트펌프 시스템이 주목받고 있으며 전 세계적으로 히트펌프 개발 및 산업으로의 적용 가능성에 대한 검토가 발빠르게 진행되고 있다. 또한 세계적인 냉매 규제에 따라 산업용 시스템에 친환경 냉매 적용이 요구되고 있어 친환경 냉매를 활용한 기술개발도 활발하다. 산업용 히트펌프는 공장에서 발생하는 폐열을 이용해 고온의 열을 생산한 뒤 공정으로 재활용하거나 지역난방·공조 등에 열을 공급하는 시스템을 의미한다. 국제에너지기구(IEA)의 발표에 따르면 히트펌프는 온수 생산을 위해 사용한 연소식 보일러에 비해 1차 에너지와 온실가스를 각각 60%, 70% 이상 감소시킬 수 있는 대표적인 에너지절약기기로 명시하고 있다. 산업공정에 히트펌프를 열원으로 적용하기 위해서는 터보히트펌프 개발, 독자 기술 보유 및 기술 고도화가 필요하다. 이에 따라 대용량 온열 수요나 온수와 냉수를 동시에 필요로 하는 산업공정 적용을 위한 고효율 고신뢰도의 시스템 기술 확보 시급한 상황이다. 냉동시스템 내 오일 농도 증가에 따른 효율저하
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