특허정보_자연 친화적 신냉매 시스템으로 인식되고 있는 이산화탄소 냉매를 이용한 공조기 이번호에는 이산화탄소 냉매를 사용한 공조기와 이를 이용한 자동차용 공조기의 기술을 알아보고 이에 관련된 특허출원을 분석해 본다.
자연 친화적 신냉매 시스템으로 인식되고 있는 이산화탄소 냉매를 이용한 공조기
이번호에는 이산화탄소 냉매를 사용한 공조기와 이를 이용한 자동차용 공조기의 기술을 알아보고 이에 관련된 특허출원을 분석해 본다. 이산화탄소 냉매를 이용한 공조기는 전체적으로 1997년 교토의정서를 기점으로 기술개발이 늘어남을 알 수 있다. 하지만 아직 냉동사이클(F25B)을 제외하고는 많은 투자가 이루어지지 않았음을 알 수 있다. 현재 사이클에 대한 개발이 어느 정도 진행되면 다른 분야로의 적용이 시작될 것으로 보인다
전순근 「한국특허정보원(KIPI) 조사분석 1팀」
산업혁명으로부터 시작된 석탄 에너지 소비의 증가는 20세기부터 시작된 자동차의 보급과 맞물려 많은 문제가 발생하고 있다. 환경오염 이외에도 오염물질 배출과 이산화탄소 배출에 의한 온실효과, 오존층 파괴 냉매의 유출 같은 환경적인 부작용도 동시에 수반되고 있다.
특히 냉매 유출에 의한 지구의 오존층을 보호하기 위한 몬트리올 의정서 이후 오존층 파괴물질의 사용이 점차 감소되고는 있다. 의정서 이후 가정용 냉장고 및 자동차용 에어컨에는 대부분 R134a를 채택하고 있는데, 이는 R134a가 오존층을 파괴하지 않을 뿐만 아니라 적절한 사이클 효율을 가지면서 안전하고 비독성이며 불연성이기 때문이다.
가정용 에어컨에는 혼합냉매인 R407C와 R410A가 R22 냉매를 대체해 적용되고 있다. 그러나 현재 CFC 및 HCFC 대체 냉매로 많이 사용되는 HFC계 냉매도 지구 온난화 지수가 대단히 큰 문제를 가진다. 1997년에 채택된 교토의정서에는 HFC 냉매가 온실효과 가스의 배출규제물질에 포함되어 있다.
그리고 냉매가 지구환경에 영향을 미치는 냉매 자체만이 아닌 시스템 운전에 필요한 전력 생산 때 발생되는 이산화탄소의 영향도 고려해야 한다. 그래서 지구온난화와 이산화탄소(CO2)의 발생원에 대한 관점에서 GWP(지구온난화지수) 대신 TEWI(Total Equivalent Warming Impact)라는 새로운 지표를 사용하게 되었다.
이는 냉매의 누설에 의한 직접적인 CO2 환산 배출량과 공조장치 구동에 따른 연료 소비량에 따른 간접적 CO2환산 배출량을 합한 것이다. 우리가 사용하는 냉매 종류별 TEWI를 보면 CO2를 1로 했을 때 R134a는 1300, R12는 8500 정도이다.
이에 따라 오존층 파괴지수가 0이고 지구온난화 지수도 거의 없는 자연냉매가 주목받게 되었으며, 자연냉매의 하나인 이산화탄소(R744, CO2) 냉매의 응용기술 및 제품개발이 진행되는 상황이다. CO2는 비독성, 비가연성이며 열전달성이 우수한 물질로서 대부분의 운전조건에서 CO2를 냉매로 사용하는 시스템이 기존 시스템의 성능을 능가하는 것으로 나타났다.
또한 히트 펌프(Heat Pump) 시스템으로의 역사이클이 가능하기 때문에 전기자동차, 연료전지 자동차와 같은 난방용 열원이 없는 차세대 자동차에서는 일석이조의 효과가 있기 때문에 현재까지 가장 현실적인 자연 친화적 신냉매 시스템으로 인식되고 있다.
이산화탄소 이용 냉동사이클
1. 이산화탄소의 환경친화적 특성
이산화탄소가 증기압축식 사이클의 냉매로 사용되기 시작한 것은 1866년 새디어스(Thaddeus)가 제빙기를 만들면서부터이다. 1880년에는 윈드하우젠(Windhausen)이 최초로 이산화탄소용 압축기를 개발했고, 효율향상을 위한 지속적인 노력의 결과로 1889년에는 영국의 홀(Hall)에 의해 2단 시스
