초록 ▼

1. 단계최종목표
- 10 kW급 고온제조 압축식/흡수식 하이브리드 prototype 히트펌프 시스템 개발
- 압축식/흡수식 하이브리드 시스템 제어 및 설계 기술 확보 평가 (친환경 자연냉매 NH3/H2O 혼합냉매 이용, 50${^{\circ}C}$내외 폐열이용 90${^{\circ}C}$이상 고온 생산, COPH=3.5, 용량 5 kW급 prototype 시스템 개발)
2. 개발내용 및 결과
- 하이브리드 시스템 전용 가스압축시스템 설계, 제작 및 성능평가
- 하이

1. 단계최종목표
- 10 kW급 고온제조 압축식/흡수식 하이브리드 prototype 히트펌프 시스템 개발
- 압축식/흡수식 하이브리드 시스템 제어 및 설계 기술 확보 평가 (친환경 자연냉매 NH3/H2O 혼합냉매 이용, 50${^{\circ}C}$내외 폐열이용 90${^{\circ}C}$이상 고온 생산, COPH=3.5, 용량 5 kW급 prototype 시스템 개발)
2. 개발내용 및 결과
- 하이브리드 시스템 전용 가스압축시스템 설계, 제작 및 성능평가
- 하이브리드 시스템 전용 용액펌핑시스템 설계, 제작 및 성능평가
- 기액분리용 정류기 설계/제작
- 정상상태 운전해석 프로그램 개발
- 기동시 동적특성 해석 및 제어변수 도출
- NH3/H2O 농도 분석기술 개발
- NH3/H2O 2상이젝터 설계 응용시스템 비교분석
- 10kW급 prototype 하이브리드 히트펌프 구성
(1) 10kW급 하이브리드 히트펌프 기본설계 기술 개발
(2) 테스트용 하이브리드 히트펌프 예비시제품 제작
(3) 10kW급 prototype 하이브리드 히트펌프 시스템 제작
(4) 10kW급 prototype 하이브리드 히트펌프 시스템 성능실험, 평가 및 개선
- 하이브리드 시스템 최적제어 및 운전기술 확보
- 하이브리드 응용 히트펌프 시스템 상용화 원천기술 확보
- COPH=3.69, 고온토출온도 90.3${^{\circ}C}$달성 (최고출수온도 92.4)
3. 기대효과(기술적 및 경제적 효과)
- 기존 히트펌프 기술로는 불가능했던 고온수 생산(90${^{\circ}C}$ 이상)
- 히트펌프 성능을 월등히 뛰어넘는 고효율 실현($COP_{H}$ = 3.5)
- 폐열회수용 고효율 열교환기 개발기술 구축
- 약 1백만 TOE(제조업부분 총에너지소비량의 1.2% 해당)의 에너지 절감효과 기대(전체 폐열의 50% 회수할 경우)
- 기존 보일러 대비 에너지 소비효율 17% 향상(보일러효율 90%, 하이브리드 히트펌프 ($COP_{H}$ = 3.5, 발전효율 30%로 가정할 경우)
4. 적용분야
- 상업시설(사우나, 찜질방), 즉 난방 및 급탕 부하가 매우 큰 곳을 집중적으로 발굴하여 우선 보급
- 폐열이 대량으로 발생하는 설비(예: 열병합 설비 등)와 연계하여 활용
- 신도시의 에너지 공급망 설계시 참여하여 에너지 절약 지역난방 설비로서 활용할 수 있도록 추진.
- 공단지역에 적용할 경우, 산업체에서 대량으로 방출되고 있는 폐열을 회수하여 고온의 공정수로 활용 및 공장내의 냉난방을 위한 열부하 공급 방안으로 이용할 수 있으므로 각 지자체의 공단조성 계획시 고려할 수 있도록 추진하고자 함.

목차 Contents

• 표지 ...1
• 제출문 ...2
• 단계보고서 초록 ...3
• 요약문 ...4
• 목차 ...12
• 그림목차 ...17
• 표목차 ...27
• 제1장 서 론 ...29
• 제1절 개발기술의 중요성 및 필요성 ...29
• 1. 기술적 측면 ...29
• 2. 산업.경제적 측면 ...33
• 3. 정책적 측면 ...37
• 제2절 국내.외 관련기술 및 특허 현황 ...42
• 1. 국내.외 기술현황 ...42
• 가. 국내 기술현황 ...42
• 나. 해외 기술현황 ...43
• 2. 특허기술현황 ...46
• 3. 현 기술상태의 취약성 ...47
• 제3절 기술개발 시 예상되는 파급효과 및 활용방안 ...48
• 1. 기술적 측면 ...48
• 2. 산업.경제적 측면 ...48
• 3. 정책적 측면 ...49
• 4. 활용방안 ...50
• 제2장 기술개발 내용 및 방법 ...51
• 제1절 최종 목표 및 평가 방법 ...51
• 1. 연구개발의 최종목표 ...51
• 2. 개발기술의 평가방법 ...52
• 제2절 단계 목표 및 평가 방법 ...53
• 1. 단계 연구개발 목표 ...53
• 2. 개발기술의 평가방법 ...54
• 가. 연차별 평가 착안점 및 기술 ...54
• 나. 정량적 목표 ...55
• 제3절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ...56
• 1. 1차년도 ...56
• 가. 개발목표 ...56
• 나. 개발내용 및 개발범위 ...56
• 2. 2차년도 ...60
• 가. 개발목표 ...60
• 나. 개발내용 및 개발범위 ...60
• 3. 3차년도 ...61
• 가. 개발목표 ...61
• 나. 개발내용 및 개발범위 ...62
• 제3장 연구개발 내용 및 결과 ...64
• 제1절 히트펌프 기술의 개요 ...66
• 1. 전기구동 히트펌프 (EHP, Electric Heat Pump) ...66
• 2. 가스구동 히트펌프 (GHP, Gas-driven Heat Pump) ...69
• 3. 흡수식 히트펌프 (Absorption Heat Pump) ...73
• 4. 압축/흡수식 하이브리드 히트펌프 ...77
• 5. 하이브리드 사이클의 응용 예 ...82
• 제2절 하이브리드 히트펌프 해석 ...94
• 1. 하이브리드 시스템 모델링 및 시뮬레이션 ...94
• 2. DAHX 시스템 시뮬레이션 및 결과 ...114
• 3. 히트펌프 성능 비교 해석 ...125
• 가. 증기압축식 히트펌프 시스템과 1단 압축 하이브리드 히트펌프 시스템 비교 ...125
• 나. 1단 압축 하이브리드 히트펌프와 2단 압축 하이브리드 히트펌프 비교 ...128
• 다. 소결론 ...134
• 4. 2단 압축 하이브리드 히트펌프 설계 ...135
• 제3절 하이브리드 히트펌프 제작 ...147
• 1. 예비 실험설비 구축 ...147
• 가. 암모니아-물 혼합냉매 특징 ...147
• 나. 요소부품 선정 ...149
• 1) 압축기 ...149
• 2) 용액펌프 ...152
• 3) 열교환기 ...156
• 4) 팽창장치 ...160
• 다. 시스템 제작 ...161
• 라. 실험조건 제어를 위한 자동제어 장치 ...174
• 마. 측정시스템 구축 ...175
• 2. 예비 실험을 통한 요소부품 개선 ...196
• 가. 가스압축 시스템의 개선 ...196
• 1) 압축기의 손상 ...196
• 2) Suction Filter ...197
• 3) Purge Port ...198
• 4) 보조 액분리기 ...198
• 5) 저단압축기 입구 압력 조절밸브 ...200
• 나. 용액펌핑 시스템의 개선 ...201
• 1) 용액펌프 Diaphragm의 손상 ...201
• 2) 용액펌프 Discharge Valve Spring Retainer 손상 ...201
• 3) 용액펌핑 시스템의 구성 ...202
• 4) 용액펌프 입구 캐비테이션 방지 배관 구성 ...203
• 5) 부스터 펌프 압력 조정 바이패스 밸브 설치 ...207
• 6) 수액기 및 가시창 설치 ...207
• 7) 안전장치 구성 ...208
• 다. 암모니아-물(Ammonia-Water) 혼합 성능 개선 ...212
• 1) 노즐분사 방식 ...212
• 2) 유량에 따른 Nozzle 분사 특성 ...213
• 3) 흡수기 입구 분배기, 믹서 및 노즐 설치 ...216
• 라. 팽창밸브 설치 ...221
• 마. 기액분리기 설계 및 제작 ...223
• 1) Accumulator 1차 설계 ...223
• 2) Accumulator 2차 설계 ...223
• 3. 흡수기 및 농도에 따른 시스템 특성 ...228
• 가. 흡수기 최적화 실험 ...228
• 1) 서론 ...228
• 2) 실험 방법 ...230
• 3) 믹서 및 노즐 실험 ...230
• 4) 흡수기 중간 믹서 적용 실험 ...232
• 5) 흡수기 타입 실험 ...233
• 나. 농도 실험 ...236
• 1) 농도에 따른 시스템의 변화 ...236
• 2) 실험장치 및 실험결과 ...240
• 4. 흡수기의 노즐 분배 성능 실험장치 설계, 제작 및 test ...245
• 가. 실험장비 ...245
• 나. 실험결과 ...250
• 다. 소결론 ...254
• 5. NH3/H2O In-line 농도 분석기술 비교 평가 ...255
• 가. 추출법 ...255
• 나. On-line 측정법 ...259
• 다. 실험방법 및 결과 ...263
• 라. 소결론 ...269
• 6. 10 kW급 하이브리드 히트펌프 최종시제품 성능실험 ...270
• 가. 압축시스템 구성 ...270
• 1) 압축기 선정 ...272
• 2) 토크미터 선정 ...274
• 3) 윤활계통 선정 ...275
• 나. 정류기(Rectifier) 설계 및 제작 ...281
• 1) 정류기 설계 ...281
• 2) 재생기(Desorber) 설계 및 제작 ...289
• 3) 정류기 제작 ...290
• 4) 암모니아수용액-오일 혼합물에서의 추출형 오일회수 기술 ...294
• 다. 시스템 구성 ...298
• 라. 모니터링 ...302
• 1) 측정점 위치 및 항목 ...302
• 2) 시스템의 모니터링 ...305
• 마. 열교환기 상태 분석 ...313
• 바. 최종 성능 실험 ...315
• 1) 시스템 성능 실험 ...315
• 2) 최종 성능 실험 결과 ...322
• 7. 결 론 ...323
• 제4장 결과 및 향후 계획 ...326
• 제1절 단계 연구개발 결과 ...326
• 1. 단계 연구개발 추진일정 ...326
• 2. 단계 연구개발 추진실적 ...328
• 가. 기술개발 실적 ...328
• 나. 각 기관/기업별 추진 내역 ...330
• 다. 특허실적 ...331
• 라. 논문실적 ...331
• 1) 논문게재 ...331
• 2) 학술대회발표 ...332
• 제2절 시장 현황 및 사업화 전망 ...333
• 1. 시장규모 ...333
• 2. 사업화 계획 및 전망 ...333
• 제3절 차기 단계 계획 ...336
• 제4절 기업 재무건전성 현황 ...337
• 참고문헌 ...338