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에코큐트(Eco Cute), 가정용 CO2 히트펌프 온수기의 개발 비화

관리자
2016-04-12 09:59
조회수 2852

에코큐트(Eco Cute), 가정용 CO2 히트펌프 온수기의 개발 비화 


Michiyuki Saikawa / Japan  

일본 전력중앙연구소(CRIEPI)를 위시한 R&D 합작으로 20015월에 일본에서 에코큐트(Eco Cute)가정용 CO2 히트펌프 온수기가 상용화된 지도 벌써 10년이 넘었다. 20153월말 현재 누적 출고량은 460만대를 넘어섰다. 상용화된 것은 아무것도 없긴 해도, CRIEPI에서 에코큐트를 개발하기 전까지 온수 히트펌프와 관련해 두 가지 프로젝트를 진행하고 있었다. 여기에서는 이전의 두 가지 프로젝트를 포함하여 에코큐트가 나오게 된 과정과 기술적인 면에 대해 다룬다.

 

에코큐트의 개발 배경

도쿄전력(TEPCO), 덴소(Denso Corporation, DENSO), 일본전력중앙연구소(CRIEPI)R&D 합작으로 20015에코큐트(Eco Cute)가정용 CO2 히트펌프 온수기가 상용화 된 지도 10년이 흘렀다. 일본 정부의 보조금, 신제품의 시장 진입, 환경에 대한 관심으로 널리 보급이 되었다. <그림 1>에서 볼 수 있듯이 20153월말 누적 출고량은 460만대를 넘었다.

 

당 기관 CRIEPI에서 에코큐트를 개발하기 전 온수 히트펌프와 관련해 두 가지 프로젝트를 진행하고 있었다. 이 기회에, 이 두 프로젝트를 포함해 에코큐트가 나오게 된 배경과 기술적인 부분을 소개한다.

 

CRIEPI의 히트펌프 연구 개발 역사

CRIEPI의 히트펌프 R&D 활동은 1984년에 개시한 국가 프로젝트인 슈퍼 히트펌프 개발 프로젝트중 일부를 의뢰받으면서 시작되었다. 히트펌프는 화력발전 사이클과 원리가 같기 때문에 필자의 선임이었던 화력 발전부 직원들이 이 연구 프로젝트에 중심 역할로 배정되었다.

 

CRIEPI는 프로젝트를 위한 신규직원을 채용하기로 했고, 이렇게 하여 필자가 1986년에 프로젝트에 합류하게 되었다.

 

의뢰받은 연구 프로젝트만 진행하는 것이 아니라, 히트펌프를 도입하여 에너지를 대량으로 절약할 수 있는 분야에 대한 CRIEPI 자체 연구도 시작했다. 그 결과 일본 전력중앙연구소(CRIEPI)를 위시한 R&D 합작으로 20015월에 일본에서 에코큐트(Eco Cute)가정용 CO2 히트펌프 온수기가 상용화된 지도 벌써 10년이 넘었다. 20153월말 현재 누적 출고량은 460만대를 넘어섰다. 상용화된 것은 아무것도 없긴 해도, CRIEPI에서 에코큐트를 개발하기 전까지 온수 히트펌프와 관련해 두 가지 프로젝트를 진행하고 있었다. 여기에서는 이전의 두 가지 프로젝트를 포함하여 에코큐트가 나오게 된 과정과 기술적인 면에 대해 다룬다.

 

효율 히트펌프를 개발하여 수돗물 온수기에 도입할 수 있으면 에너지도 대거 절약할 수 있다는 사실을 발견했다. 온수 수요가 가정용 에너지 소비량의 약 30%를 차지하고 있지만, 이 수요 대부분은 화석연료 직접 연소로 충당하고 있다.

 

이런 조건에서 선임연구원은 화력발전 사이클 분야 지식과 경험을 바탕으로, 2단계 압축-연쇄 가열방식 히트펌프 온수기(TS-HPWH)라는 새로운 시스템을 발명했다. 이 시스템은 나중에 일본특허로 등록했다.

 

탄화불소 같은 보통 냉매는 연소 사이클의 고압측에서 일정한 온도로 응결된 냉매로 물이나 공기를 가열한다. 이런 이유로 에어컨처럼 가열 온도 범위가 좁아야 높은 효율을 볼 수 있다. 한편 온수기의 경우 10°C인 물을 최고 65°C까지 가열해야 하므로, 고온 상승 가열 과정을 구현해야 한다. <그림 2>(a)는 물 온도를 65°C까지 올리는 단순 히트펌프 사이클의 가열 과정이다. 그림에서도 볼 수 있듯이, 70°C에서 냉매를 응결시켜 약 20°C 정도의 저온수를 가열하는 구간이 있어서 손실이 크다. 30°C 가열하는데 20°C에서 물을 가열하는 것으로 충분하다.

 

중략

2016년 월간 히트펌프공조 4월호 해외기술동향

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