2020년 ‘올해의 10대 기계기술’ 투표 시작

2020-09-25

센추리·삼중테크·LG·삼성·프로스트 등 후보 선정

△Low GWP 냉매 대응 냉동시스템 원천 기술(한국기계연구원, 센추리) △공기 중 부유하는 박테리아, 바이러스 제거 방전 기술/공기살균청정기(생산기술연구원) △국내 최초로 개발된 세계 최고 효율 3중 효용 흡수식 냉동기(삼중테크) △다양한 공기질 센서와 Zone별 제어가 가능한 맞춤형 청정환기 솔루션(삼성전자) △디스크 번들형 셸 앤 플레이트 열교환기 브레이징 제작 기술(프로스트) △증발기액분리의 신개념 사이클 기술을 적용한 고효율 에어컨(LG전자) 등이 ‘2020년 올해의 10대 기계기술’ 후보로 선정됐다. 

한국기계기술단체총연회는 지난 1년간 국내에서 개발된 기계분야의 제품 또는 기술 중 ‘올해의 10대 기계기술’을 선정해 연구자의 노고를 치하고 이를 대외적으로 홍보하고자 후보로 추천된 32개 기술에 대한 온라인 투표(http://ksme.or.kr/tech2020/step01.asp)를 실시한다고 밝혔다.

이번 투표기간은 오는 10월16일까지이며 ‘올해 10대 기계기술’로 선정되면 11월 중 개최될 예정인 ‘2020 기계의 날’ 기념행사에서 인증패가 수여될 예정이다.  

기계硏·센추리, L GWP 냉동기 원천기술 개발 

한국기계연구원와 (주)센추리가 공동개발한 ‘Low GWP 냉매 대응 냉동시스템 원천 기술 개발’도 ‘올해 10대 기계기술’ 후보에 올랐다. 전 세계적인 냉매 규제에 적극적으로 대응함으로써 국내 냉동공조시장의 국제적인 경쟁력 확보를 위해 Low GWP 냉매를 적용하는 냉동시스템의 원천기술을 확보한 기술이다. 



핵심기술은 냉동공조 관련 중소기업을 위해 Low GWP 냉매 선정과 적합성 평가, 사이클 시뮬레이션 프로그램을 개발하고 쉘-튜브, 판형, 핀-튜브 등 다양한 형태의 열교환기관련 열전달과 압력강하 상관식 및 열교환기 설계 프로그램을 개발했다. 이를 바탕으로 Low GWP 냉매(R-1233zd(E))를 적용한 500RT급 터보냉동기는 물론 핵심요소기기인 터보압축기, 모터 및 제어장치, 쉘-튜브 열교환기도 개발했다. 

국내 HFC 및 HCFC 냉매 규제는 키갈리의정서 A5국 그룹1에 소속돼 2024년 동결, 2029년 10%감축, 2045년 80%를 감축해야 하는 상황이다. 이번 기술개발을 통해 국내에서 상대적으로 미온적인 Low GWP 냉매를 대상으로 한 시스템의 원천기술 개발과 함께 국내 관련 업체들의 새로운 냉매시장 대응 준비에 기여할 수 있다. 

또한 Low GWP 냉매 대응 시장 확대에 따라 열교환기 설계와 관련한 원천기술 고도화와 Low GWP 냉매 및 오일 상용성·재질적합성 평가와 관련한 국내 원천기술을 확보할 수 있었다. 

특히 Low GWP 냉매 사용 압축기 및 냉동기 사용 증가에 따라 해당 냉매가 적용 가능한 기타 부속 부품시장 활성화는 물론 유럽의 F-gas 규제 등 지구온난화가스 감축 정책에 대응해 국내 관련 업체들의 시장 진출도 도모할 수 있을 것으로 기대된다. 

생기원, 공기살균청정기 개발 

한국생산기술연구원이 개발한 ‘공기 중 부유하는 박테리아, 바이러스 제거 방전 기술 및 공기살균청정기’도 ‘올해의 10대 기계기술’ 후보에 올랐다. 이 기술은 공기 중 부유하는 병원체(박테리아, 바이러스, 곰팡이 등)를 제거하기 위한 저온 플라즈마 발생 기술 및 전원장치 기술이다.  


일정 공간 내 플라즈마 장치를 설치함으로써 공기 중 부유세균을 제거해 실내 공기 질(IAQ: Indoor air quality)을 개선하는 기술이며 공기 중 부유세균 제거시스템을 구축함으로써 플라즈마의 공기 중 부유세균 제거율 측정 및 공인시험 인증 결과도 예측할 수 있다. 또한 0.03ppm 미만의 오존을 형성해 인체에 무해하고 대기압 플라즈마에서 발생되는 활성종에 의한 공기 중 부유세균도 제거할 수 있다. 플라즈마 전극은 5W 미만의 전력을 소모하며 공기청정기에 적용돼 한국산업기술시험원(KTL)의 실험결과 실내 부유세균 99.8% 제거를 인증받았다. 

특히 플라즈마 발생 전극과 전원을 결합해 휴대가 간편하고 장소에 영향을 받지 않는 공기 중 부유세균 제거 모듈은 물론 공기청정기에 플라즈마를 적용함으로써 필터의 교체주기가 연장되고 필터링이 어려운 0.3um 이하 크기의 박테리아까지 제거 가능해 공기질 개선분야에 핵심기술로 사용될 수 있을 것으로 기대된다. 

생기원의 관계자는 “플라즈마에서 발생되는 활성종은 박테리아뿐만 아니라 바이러스도 제거할 수 있으며 공기에 의한 감영과 질병을 예방해 사회적, 경제적 손실을 막을 수 있다”라며 “박테리아와 바이러스를 제거할 수 있는 플라즈마 공기살균기술은 국민의 생활수준 개선과 고부가가치의 신산업 발굴이 가능하다”고 강조했다. 


생기원은 중소기업인 금오산업에 기술이전해 플라즈마 기술이 적용된 공기청정기를 상용화함에 따라 공기청정기시장 내 경쟁력 확보와 매출, 고용 증대가 기대된다. 

삼중테크, 세계 최고 효율 흡수식 개발 

삼중테크가 국내 최초로 개발한 ‘세계 최고 효율(COP 1.65, IPLV 1.75) 3중 효용 흡수식 냉동기’ 역시 ‘2020년 올해의 기계기술’ 후보로 선정됐다. 현재까지 범용화돼 있는 2중 효용 흡수식 냉동기의 시스템효율 한계를 극복하기 위해서 내부에 순환하는 용액의 온도와 압력을 추가로 상승시켜 이론상 최고효율을 달성할 수 있는 3중 효용 흡수식 냉동기를 국내 최초로 개발해 전체 시스템효율 27% 향상, 가스소모량은 22% 절감한 세계 최고 수준의 기술로 평가받고 있다. 


삼중테크는 주요 핵심 기술 및 요소부품들의 국산화를 달성하고 3중 효용 흡수식 냉동기 최적화 설계 및 제작, 평가기술을 확보했다. 세계 최초 3중 효용 개선 역-병렬흐름 사이클로 상용화에 유리토록 개발했으며 저흡입(0.4m), 고양정(25m) NON-SEAL PUMP도 개발했다. 

여기에 △고온(200℃), 고압(2bar.g)형 관류타입 고효율 고온재생기 △고온부식 특성 성능평가 및 부식억제 기술로 3중 효용 흡수 용액 및 부식억제제 △내압 및 내부식성이 우수한 고효율 판형 용액 열교환기 선정 및 각종 상관식 △안정성 향상 및 신뢰성이 확보된 최적 제어기술 및 안전로직도 개발했다. 이를 통해 구조해석 및 요소부품 최적배치로 전체 시스템 고효율화 및 컴팩트화를 달성했으며 실증대체 장기 성능평가 수행으로 제품의 트러블 한계평가 및 신뢰성, 안전성도 확보했다.

삼중테크의 관계자는 “전기식대비 약 20% 이상 경제성 우위로 흡수식 냉동기의 활성화로 가스관련 산업의 기술경쟁력 제고와 동반성장에 유용하며 하절기 전력피크 문제 해소도 가능하다”라며 “일본의 가와사키에 이어 세계에서 두 번째로 상용화에 성공해 고효율 제품을 선호하는 해외시장으로의 수출 가능성이 높아 관련 산업의 동반성장도 가능하다”고 밝혔다.

이 관계자는 이어 “2중 효용에서 정체돼 있는 흡수식 관련업체들의 기술개발 능력을 향상시켜 흡수식 히트펌프 등 관련기술로의 파급이 가능하며 부품 고효율화, 국산화로 기술경쟁력이 확보돼 수입대체효과도 기해할 수 있다”라며 “냉매로 물을 사용해 오존층 파괴를 일으키지 않고 높은 COP로 가스소모량이 절감돼 탄소배출량 등 대기오염 물질이 줄어 대기환경 개선 효과도 충분하다”고 강조했다. 

삼성전자, 맞춤형 청정환기 솔루션

삼성전자는 환기장치와 센서탑재 청정모듈 연결로 자동 환기 및 실내청정 동시구현이 가능한 ‘다양한 공기질 센서와 Zone별 제어가 가능한 맞춤형 청정환기 솔루션’으로 ‘올해의 10대 기계기술’ 후보에 올랐다.


환기와 공기청정을 한번에 복합 청정환기시스템으로 기존 환기시스템에 공기청정기능을 더해 미세먼지 고민까지 해결했다. 일반적인 환기시스템은 환기덕트를 통해 신선한 외기를 내부로 공급하는 환기기능만 가능하다. 하지만 복합 청정환기시스템은 외기를 내부로 공급 시 청정모듈을 한번 더 거쳐 환기와 공기청정기능까지 가능한 것이 특징이다. 

전체 환기부터 실별 공기청정까지 가능한 맞춤형 청정환기 모듈로 편의성을 향상시켰으며 에너지를 절감할 수 있다. 기존 환기덕트는 on/off 선택만 가능하며 전체 공간 동시 환기만 가능하지만 삼성전자의 기술은 전체 동시 환기뿐만 아니라 개별 통제도 가능해 에너지효율을 향상시킨다. 


삼성만의 특화기술인 무풍청정기능이 적용돼 직바람 없이 공기를 청정하게 관리할 수 있다. 또한 에어컨디셔너 및 공기청정기 단체품질인증인 CAC, CA인증으로 청정성능 100% 확보할 수 있는 품질을 자랑한다. 삼성 시스템청정환기는 상황에 따라 △공기질센서 탑재로 각실별 자동상황맞춤 청정&환기 동시제어 △각 재실공간별 개별&독립청정운전 △히든블레이드를 통한 풍향제어, 특화판넬을 통한 무풍청정 구현 등이 가능해 효율적인 활용할 수 있다. 

삼성전자의 관계자는 “청정과 환기를 동시에 자동으로 구현하는 신규 솔루션 제공으로 한국 신규아파트 분양시장에서 신규 비즈니스를 창출할 수 있을 것으로 기대하고 있다”고 강조했다. 

프로스트, 기존 제품 대체 '번들형 열교환기' 개발

브레이징 판형 열교환기 전문기업 프로스트는 ‘디스크 번들형 셸 앤 플레이트 열교환기 브레이징 제작 기술’로 ‘2020년도 올해의 10대 기계기술’ 후보에 선정됐다. 


이 기술은 쉘 하우징 내부에 분리가 가능한 모듈화된 조립식 디스크 타입의 브레이징 판형 열교환 번들을 구비한 고압 번들형 쉘 앤 플레이트 열교환기 제작 기술로 원형의 금속판으로 구성된 디스크 타입의 판형 열교환기 번들을 진공 브레이징으로 접합하는 기술이다. △원형의 판형 열교환기에 대한 브레이징 접합·적층기술 △브레이징 접합된 원판형 열교환기의 고압에 대한 누수 방지기술 △0.4t두께 소재두께의 전열판에 대한 43Mpa 내구성 유지 등이 특징이다. 

이를 통해 기존 쉘 앤 튜브 열교환기 및 플레이트 열교환기 적용분야를 대체할 수 있으며 LNG 벙커링 관련기술 및 Cooling down system, Vaporizer분야 소형화 및 비용절감 기술력도 확보했다. 타 산업분야에 적용 가능한 원형 금속판에 대한 진공브레이징 접합기술과 모듈화된 번들 단위 교체가 가능해 열교환기 유지보수 및 용량 증감에 대한 새로운 대안기술을 확보했다는 의미가 매우 크다.



프로스트의 관계자는 “Shell and tube 열교환기에 비해 40% 이상 체적 감소 및 제품 비용 40% 이상 절감을 기대할 수 있다”라며 “브레이징 접합을 사용하므로 기존 쉘 앤 플레이트 열교환기의 용접방식보다 일정한 품질 및 대량 생산 가능을 통한 제품경쟁력을 확보했다”고 밝혔다.

이 관계자는 “2022년 기준 세계 열교환기시장은 203억달러, 국내 시장은 2억8,170만달러 규모로 기존 제품 대체 및 수입대체 효과에 따른 시장성을 확보했으며 LNG용 기화기의 해외 수입대체효과로 인한 비용절감도 가능하다”고 강조했다. 

LG전자, 신개념 사이클 기술로 E효율 1등급  

LG전자는 ‘증발기 액분리의 신개념 사이클 기술을 적용한 고효율 에어컨’으로 ‘2020년 올해의 10대 기계기술’ 후보로 선정됐다. 

이 기술은 증발기를 흐르는 2상 냉매의 유동 패턴을 이용해 적정 건도 구간에서 튜브 한 가운데에 흐르는 기상 냉매를 분리해 압축기 흡입단으로 바이패스 시키는 기술로 바이패스 시점 이후 증발기 및 흡입배관을 흐르는 냉매 유량이 감소돼 냉매측 압력 손실 감소에 의한 성능 및 효율 향상이 가능하다.  

이를 위해 2상 냉매에서 기상 분리를 위해 환형유동 원리를 활용한 증발기 중간에서 기체 냉매를 분리하는 바이패스 구조와 제품 신뢰성 확보를 위한 알고리즘 로직 최적 설계를 개발했다.

또한 증발기 내부 배관에 흐르는 냉매의 압력 손실을 줄여 기존 제품대비 압력손실을 63% 개선하고 제품 효율을 최대 11% 향상시켜 싱글 냉난방기 국내 최초 에너지효율 1등급 제품을 출시할 수 있었다. 제품 운전 사용 시 최적 제어를 통한 기존 제품대비 월간 에너지비용도 20% 절감한다. 

LG전자의 관계자는 “시스템에어컨 효율 향상을 통한 에너지절감, 에너지정책에 부합하며 기술의 차별화를 통한 에너지효율 1등급 시장 선점으로 매출확대를 기대하고 있다”라며 “제품 효율 경쟁력을 개선할 뿐만 아니라 강력한 난방성능 공급이 가능하게 돼 한랭지 제품시장 확대에 기여할 수 있으며 Global 기술 파급으로 경쟁력 우위를 확보하게 됐다”고 강조했다. 
강은철 기자 eckang@kharn.kr
저작권자 2015.10.01 ⓒ Kharn


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