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한국마이콤, 공기로 초저온 냉동 실현

공기냉매 직접 순환…-50°C↓ 냉각 ‘파스칼 에어’ 공급

최근 지구온난화 및 온실가스 배출에 대한 문제를 심각하게 인식하고 있어 국제사회에서는 GWP, ODP 수치가 높은 냉매에 대한 규제를 단계적으로 실행하고 있다. 이에 따라 지구환경을 파괴하지 않는 새로운 냉매에 대한 관심이 높아지고 있으며 특히 GWP, ODP가 0인 자연냉매 영역이 주목받고 있다.

하지만 -40°C까지의 온도대는 암모니아와 CO₂를 이용한 자연냉매화가 진행되고 있으나 -50°C 이하의 초저온 영역에서는 대책 마련이 지연되고 있는 상황이다. 이러한 상황에서 한국마이콤은 -50°C 이하의 초저온 영역을 대상으로 궁극적인 자연냉매인 ‘공기’를 이용한 냉동기 시스템 ‘파스칼 에어’를 공급해 업계의 주목을 받고 있다.

환경오염 ‘ZERO’ 궁극적 자연냉매
공기는 우리에게 가장 친숙한 기체로 ODP와 GWP가 모두 0이며 독성, 가연성도 없기 때문에 궁극적인 자연냉매라고 할 수 있다. 또한 냉동사이클은 일반적인 브레이톤 사이클의 방열과 흡열이 반대로 작용하는 역브레이톤 사이클이며 상변화가 없는 가스사이클로 단열 압축한 후 방열, 단열 팽창 후에 흡열한다.

공기 냉동시스템 ‘파스칼 에어’는 냉동·냉장고내의 초저온 공기를 직접 냉매로 순환시키는 시스템이며 팽창기 일체형 압축기, 1차 냉각기, 냉열 회수 열교환기의 3개의 기기로 구성된다.

고내에서 흡입한 대기압, -60°C의 공기는 냉열회수 열교환기로 보내지고 1차 냉각기에서 40°C로 냉각된 공기와 열교환돼 35°C의 공기가 된다. 35°C의 공기는 팽창기 일체형 압축기의 압축기측에서 압축돼 174kPaA·90°C의 공기가 된 후 1차 냉각기에서 40°C까지 방열된다. 

40°C의 공기는 냉열 회수 열교환기에서 고내로부터 흡입한 -60°C의 공기와 열교환해 –55°C로 냉각, 170kPaA·-55°C의 공기는 팽창기 일체형 압축기의 팽창기측에서 단열 팽창돼 101.3kPaA·-80°C의 공기가 돼 냉장고 안으로 분출된다.



에너지절약 ‘30%’ 달성
파스칼 에어는 0.1MPa 이하로 운용되므로 저압용기이며 안전한 시스템이다. 기존 시스템에서 사용되는 플루오로카본계 냉매는 공기보다 무겁기 때문에 냉매누설 시 지표면에 머물러 최악의 경우 기계실 내에서 산소결핍 사고가 일어날 가능성도 있다. 파스칼 에어의 경우 냉매는 냉장고 내의 공기를 직접 사용하는 개방 사이클이므로 누설돼도 공장 주변에 환경오염이 없고 지역주민이나 사용처 직원에게도 매우 안전하다.

또한 전기설비, 냉각수 배관, 공기덕트 공사만으로 냉장고 내에 공기를 투입시킬 수 있기 때문에 기존 설비를 운용하면서 공사가 가능하며 단기 리뉴얼 공사도 가능하다.

기존 냉동시스템은 냉매로부터 열을 냉장고로 전달하기 위해 고내에 에어쿨러가 설치돼 있으며 사용되는 팬 모터의 발열은 냉장고의 냉각부하의 한 요인이다. 또한 에어쿨러에는 서리가 생성돼 열교환 효율을 저하시키므로 정기적인 제상을 해야 한다. 고내제상 방식에는 여러가지가 있지만 어느 방식이라도 고내온도를 상승시키며 냉동부하를 증가시키는 요인이 된다.

하지만 파스칼 에어는 고내의 공기를 흡입해 냉각하고 직접 분출하는 구조이므로 고내에 에어쿨러가 없고 내부 제상에 의한 온도상승도 없다. 팬모터의 발열, 고내제상이 없으므로 최대 30%의 에너지절약을 실현할 수 있다는 장점이 있다.

파스칼 에어의 냉장고 내에는 냉풍의 분출덕트 및 흡입덕트만이 배치돼 물품의 보관공간을 약 10% 증대할 수 있다. 또한 공기중의 수분으로 인한 서리는 파스칼 에어 유닛 내 제상처리가 가능하므로 에어쿨러에서 발생하는 팬 동력분의 열부하나 서리로 인한 열교환 손실이 없다.

고내에 열을 투입할 필요가 없고 고내 온도가 일정하게 유지됨과 동시에 열손실을 대폭적으로 줄일 수 있다. 고내온도와 분출공기 온도 차가 20℃나 되므로 기존 에어쿨러에 의한 냉각방식(온도차 2~3℃)과 비교해 고내 공기 순환량은 1/10이 되고 바람으로 물품을 건조시키지 않아 품질유지 효과와 체감기온의 상승으로 인한 작업자의 부담을 경감시키는 효과도 있다.

–50℃ 이하 초저온 영역 적합
–50℃ 이하의 초저온을 필요로 하는 참치·가물치 보관용 냉장고는 기존 냉매에 R22를 사용한 증기 압축식 프레온 냉동시스템 또는 저원측 냉매에 R23, 고원측 냉매에 R22를 사용한 증기 압축식 이원냉동시스템이 주류였다.

R23 및 R22는 모두 프레온계 냉매이며 지구환경 부하를 증가시키는 냉매다. 특히 R22는 몬트리올 의정서의 규제대상 냉매로 우리나라는 2029년부터 단계적 감축이 시작된다.

파스칼 에어는 -60~-100℃의 저온공기를 직접냉매로 순환시키는 시스템이며 ODP도 GWP도 모두 0인 자연냉매인 공기를 사용하고 있으므로 지구 환경부하가 전혀 없다.

파스칼 에어는 2009년 11월 일본 시즈오카현 야이즈시에 위치한 참치·가물치용 신설 초저온 냉장고(보관용량 8,000톤,고내온도 -55℃)에 6대를 첫 납입했다. 이후 일본에서 보급이 순조롭게 이뤄졌으며 2014년 9월 한국에서는 처음으로 부산 해천글로벌에 3대 납입하는 성과를 올렸다.

국내에서 공기냉동시스템을 설치한 해천글로벌은 참치를 초저온 냉동보관하는 냉동창고를 운영하고 있다. –55℃ 온도를 유지하는 1,719m²(520평) 규모 초저온창고에 파스칼 에어 90kW급 3대를 설치했다.

파스칼 에어의 적용시장은 초저온 참치·가물치용 냉장고 시장이 가장 유력하며 이외에도 적용 가능 시장은 폭넓은 것으로 전망된다. 향후 △식품 급속동결 장치 △진공 동결건조(FREEZE-DRY) △케미칼 프로세스 냉각 △의료·의약품 냉각 △반도체 제조공정 △저온분쇄 등 지금까지 액체질소 냉각시장으로 알려진 온도영역, 즉 -50~-100℃의 초저온 영역을 필요로 하는 산업분야에의 홍보와 영업활동에 주력한다는 방침이다.

한국마이콤의 관계자는 “최근 지구환경 보호에 관한 의식 향상과 오존층파괴 방지 및 온난화 방지책으로 자연냉매로의 전환 등 세계 동향을 반영해 국내에도 자연냉매 사용의 선두주자로 계속적으로 홍보·영업하도록 할 예정”이라고 밝혔다.