한국생산기술연구원

버려지는 폐온수 재활용해 냉방한다

    - 60~90℃ 폐온수 활용한 흡착식 냉동기 원천기술 국산화
    - 냉방전력 10분의 1로 줄이고 온실기체 대신 냉매로 물 사용

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□ 산업현장에서 소각로나 보일러 가동 후 발생하는 250℃ 이상의 폐열은 난방, 전력생산 등에 재활용되지만 상대적으로 온도가 낮은 60~90℃의 폐온수는 활용기술이 없어 대부분 버려진다.

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□ 한국생산기술연구원(원장 이성일, 이하 생기원) 열유체시스템그룹 권오경 그룹장이 이끄는 연구팀이 90℃ 이하의 폐온수를 냉방에 재활용하는 흡착식 냉방시스템 원천기술을 개발했다.
  ㅇ 개발된 기술을 구현한 흡착식 냉동기는 고체 흡착제를 사용해 수분의 흡착과 탈착, 그리고 탈착된 수분이 응축을 반복하는 과정에서 냉각 효과를 발생시킨다.
  ㅇ 흡착제에는 제습 효과가 뛰어난 실리카겔 또는 제올라이트가 사용되며, 물을 냉매로 쓰는 것이 장점이다.

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□ 흡착식 냉동기는 뜨거운 마당에 물을 뿌리면 물이 기화되면서 주변의 열을 흡수해 시원해지는 것과 같은 원리로 작동된다.
  ㅇ 저압 진공상태인 증발기에 물이 공급되면 약 5℃에서 증발하면서 증발량만큼의 열을 주변으로부터 빼앗아 냉각 효과가 발생한다.
  ㅇ 이 과정에서 증발된 수분을 흡착제가 흡수하는데, 이를 말려 재사용하기 위한 탈착 공정에서 외부 열원이 필요하다.
  ㅇ 탈착에 필요한 열원은 60~90℃면 가능해 저온 폐온수를 재활용 할 수 있다.

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□ 또한 전기식 에어컨의 10분의 1 정도 전력만으로 작동 가능해 에너지 절감 효과가 크고, 오존층을 파괴하는 것으로 알려진 프레온 가스 대신 물을 냉매로 사용하기 때문에 온실기체를 발생시키지 않는다.
  ㅇ 특히 온수 온도가 80℃ 이하로 내려가면 냉동능력이 절반 이상 떨어지는 기존 흡수식 냉동기*와 달리 90% 수준까지 냉동 효과를 유지할 수 있어 더 낮은 온도의 폐열 회수에 유리하다.
   * 흡수액의 온도 변화를 이용해 냉수를 만드는 냉동기로, 흡착식과 거의 유사하나 냉매만 순환하는 흡착식과 달리 흡수용액이 냉매(물)를 흡수해 시스템 내를 같이 순환한다는 점이 다름

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□ 생기원은 내부 전문가로 융합연구 팀을 꾸린지 4년 만에 7kW급 흡착식 냉방시스템 원천기술 개발에 성공, 냉동기 제조사인 삼중테크㈜와 ㈜월드이엔씨로 기술이전을 완료했다.
  ㅇ 융합연구에는 지능형청정소재그룹 박인 수석연구원이 흡착제 합성 및 대량생산 기술을, 열처리그룹 황태진 수석연구원이 흡착제 코팅용 Binder 선정 및 표면코팅 기술을, 권오경 그룹장이 냉동기 설계, 제작, 평가 기술을 맡았다.
  ㅇ 현재는 후속 연구로 70℃의 지역난방수를 이용하는 COP* 0.5 이상의 35kW급 냉동기 개발을 진행 중이며, 2019년 한국지역난방공사가 제공하는 실증 장소에서 기술 타당성 검증 후 실용화할 계획이다.
   * 냉동기 능률을 나타내는 성능계수(Coefficient of performance)의 약자로, 계수가 클수록 능률이 좋음

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□ 권 그룹장은 “국내에서는 불모지였던 저온 폐열 기술 분야를 개척해 원천기술 확보 성과를 냈다.”고 말하며 “전량수입에 의존해 온 흡착식 냉동기 국산화로 전력 피크 문제를 해소하고, 중동 및 동남아지역 수출도 지원할 계획”이라고 밝혔다.
  ㅇ 연평균 4.4% 성장률을 기록하고 있는 세계 냉동기 시장은 2022년에는 113억 3,000만 달러로 확대될 전망이다.

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[참고] 개발한 흡착식 냉동기 시제품 자료사진

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