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가변속 압축기를 사용한 열펌프 온수가열 시스템

전문가 제언: ○ 열펌프나 냉동시스템, 특히 온수가열 시스템에 있어서 작동유체로 친환경 냉매(refrigerant)인 이산화탄소(CO2)를 사용하는 시스템이 확대되고 있다. 이산화탄소는 작동압력이 종래의 냉매보다 아주 높으나 친환경적인 냉매로서 주목을 받고 있다.

○ 이산화탄소는 임계점(critical point)이 낮아 이를 냉매로 사용하는 대부분의 냉동시스템은 임계점을 초과하거나 부분적으로 임계점 부근에서 운전된다. 이산화탄소 시스템은 압축기, 가스냉각기, 팽창장치, 증발기로 구성된다. 냉매는 압축기에서 압축된 후 가스냉각기에서 물이나 물을 가열시키는 유동매체로 열을 방출한다. 온수가열 시스템은 온수를 가열하는 데 이 방출열을 이용한다.

○ 압축기를 지나는 냉매의 속도는 시스템 회로 내 냉매의 질량 유량을 변화시켜 가스냉각기와 증발기의 성능에 영향을 미친다. 따라서 모든 운전조건에서 성적계수(COP) 향상을 위해서는 압축기를 최적의 속도로 운전해야 한다. 일반적으로 성적계수를 향상시키려면 외기온도가 높을수록 압축기 속도는 낮아져야 한다. 즉 가변속 압축기(variable speed compressor)로 냉매 속도를 조절하는 열펌프나 냉동시스템이 필요하다.

○ 우리나라의 경우에는 이산화탄소 냉매시스템은 1990년대 말부터 산학연의 협력으로 연구개발을 수행하고 있으나 상품화까지는 아직 이르지 못한 상황이다. 이산화탄소는 친환경적이고 작동압력이 높아 시스템 크기를 줄일 수 있는 장점이 있다. 그러나 내압성이 향상된 부품과 소재 개발이 필요하고 사용자의 안전에 대한 우려감을 해소시켜야 하는 과제를 안고 있다.

○ 그러나 이산화탄소 이외의 냉매 시스템에 있어서 가변속 압축 시스템은 에너지효율 향상을 위해 룸 에어컨, 패키지 에어컨은 물론, 일부 냉장고에 이르기까지 많은 제품에 널리 적용이 확대되고 있다. 이에 따라 다양한 방식의 가변속 압축 기술이 개발되고 있다.

저자: CARRIER CORPORATION
자료유형: 특허정보