[공학저널 전찬민 기자] 세계적으로 신흥공업국의 에너지소비가 날로 증가해왔으며, 향후 인구증가, 산업화 등으로 에너지 소비는 더욱 증가될 것으로 예상되고 있다. 최근에는 선진국을 중심으로 탄소중립 사회 구현과 온실가스 감축목표와 같은 에너지 절감 정책에 따라 에너지 다소비 기기인 송풍기의 효율 증가에 대한 필요성이 대두되고 있다.
송풍기는 기계적 에너지를 부여해 임펠러를 회전시키면 유체는 원심력과 양력에너지로 변환돼 속도와 압력을 발생시키는 기계로, 압력비가 상대적으로 낮은(1.3 이하) 유체기계다. 또한, 건축물의 급·배기용, 공기 조화용으로 활용되는 각종 시스템의 주요 설비이며, 산업체의 제조 공정용, 보일러, 발전설비의 연소공기 공급용과 광산, 지하철, 터널 등의 환기, 제연용으로 사용된다.
선진 각국에서는 오래 전부터 에너지 소비가 큰 저효율 송풍기를 고효율 송풍기로 대체하거나 부분부하 운전 최적화 등을 통해 에너지 절감 효과를 높이는데 많은 노력을 하고 있다. 현재 국내에서는 일반 공조용 송풍기로 효율이 35~40% 정도인 다익 송풍기를 사용하고 있다.
하지만, 이러한 저효율 송풍기를 고효율 가변익 축류송풍기로 대체 할 경우, 송풍기의 효율이 FEG 80~FEG 85로 향상돼 15~25% 이상의 에너지 절감효과와 함께 설치공간이 50% 이상 축소돼 초기 시설 투자비의 절감까지도 기대되고 있다. 특히, 가변익 축류송풍기를 인버터에 의한 회전수 제어와 병행해 운전 할 경우에는 원심형의 댐퍼제어와 인넷 베인 제어보다 부분부하 운전에서 약 30~35% 이상 동력 절감이 가능할 것으로 예상되고 있다.
하지만, 기존 유압식 가변형 축류송풍기는 가변익 임펠러와 오일 유니트, 유압 밸브 제어용 액추에이터, 오일배관 등으로 구성되며, 유압실린더 구동에 필요한 배관설비와 부대설비의 유지관리 비용이 큰 단점을 가지고 있다. 또한, 유압펌프와 유압실린더의 고장이나 유압 배관 계통에서 누유가 발생하면 환경오염과 설비의 손상이 발생될 수도 있다는 것이 문제다.
무엇보다 가변익 축류송풍기는 현재 국산화율이 약 60~70% 정도로 추산되고 있다. 선진 유럽사에서는 이미 자동 가변익 축류송풍기를 50~60여 년 전부터 개발, 상용화해 유압 실린더와 강제순환 급유식 유압공급 시스템이 500MW 이상 석탄화력발전소 보일러 계통의 통풍과 배풍용으로 특화돼 있어 기술 경쟁력 강화를 위해서라도 완전 국산화 개발이 시급한 실정이다.
이러한 상황에서 최근 산업용 로봇, 초대형 유압 프레스, 제어 정밀성과 응답 신속성을 요하는 공작기계 등에서 이용되는 전동식 액추에이터와 서보드라이브를 조합한 시스템을 도입해 신개념의 자동 가변익 축류송풍기 개발이 진행되고 있어 이목이 집중되고 있다.
이번 기술 개발은 산업통상자원부, 한국에너지기술평가원이 지원하는 ‘가변형 고효율 유체기기 핵심 기술 및 운영 시스템 개발’ 연구과제의 2세부 과제인 ‘가변익이 적용된 송풍기 기술 개발’ 과제를 통해 수행되고 있다. 또한, ㈜삼원이앤비(대표 권민석)가 주관기관을 맡아 수원대학교, 한국기술교육대학교, 한국전자기술연구원과 함께 국산화를 목표로 연구개발에 매진하고 있다.
지난 2021년 착수된 이번 연구는 송풍기의 공력성능은 국제적으로 통용되는 축류송풍기 에너지 효율등급 인증에서 FEG 80~FEG 85등급의 고효율 가변익 축류송풍기를 개발하고 4세부에서 개발하는 플랫폼 기술을 도입해 부분부하 운전 시 효율을 극대화 시킬 수 있는 알고리즘 제어를 통해 획기적인 에너지절감을 연구목표로 하고 있다.
삼원이앤비 연구소장/부사장 양상호 박사(사진)는 “전동식 액추에이터와 서보드라이브를 이용한 자동 가변익 축류송풍기는 가변익 날개 제어 정밀성과 응답성이 빠르기 때문에 부분 부하변동이 심한 산업용 통풍시스템에 적합해 운전의 효율성을 증대시킨다”며 “또한, 유압장치, 유압 실린더, 유압제어용 액추에이터, 유압계통 배관라인이 불필요하다는 것이 특징으로, 설비가동율의 증가와 유지보수비용이 감소된다”고 말했다.
그는 이어 “전동식 액추에이터 구동 가변익 송풍기는 기존 유압식 대비 설비의 간소화로 가격경쟁력이 있다”며 “산업현장에서 저효율 원심형 송풍기를 대체해 에너지 절감효과를 획기적으로 높일 수 있을 것으로 예상된다”고 덧붙였다.
삼원이앤비는 지난 1978년 1월 권혁진 대표이사·회장이 삼원풍력을 창립한 이래 45년 동안 송풍기 산업을 주도해온 기업으로 성장해 왔으며, 2000년도 밀레니엄 시대 도래에 맞춰 재도약과 세계시장 진출을 목표로 환경(Environment)과 송풍기(Blower)를 상징하는 삼원이앤비로 새로운 도전을 이어나갔다.
현재 삼원이앤비에서 생산되는 산업용 송풍기는 전 산업분야에 걸쳐 생산라인과 직결된 프로세스용으로 사용되며, 고효율, 고압력, 고온, 방폭, 가스용 송풍기로 고난이도 기술을 필요로 하고 있다. 삼원이앤비는 오랫동안 축적된 기술력과 철저한 품질관리를 바탕으로 세계 39개국에 수출하고 있으며, 현재 세계유수 고객사로부터 많은 호평과 신뢰를 얻고 있다.
특히, 도로터널, 고속철도 터널, 해저터널, 지하철 등에서 사용하고 있는 제트홴이나 급·배기용 대형 축류홴은 정부지원 R&D 사업에서 산학연을 통한 원천기술개발에 많은 연구와 투자해 왔다. 그 결과, 고효율 송풍기의 연구개발 사업화 성공으로 국가 기간시설에서 매우 중요한 공익설비로서의 중추역할을 담당하며 시장 점유율 1위를 굳건히 지키고 있다.
이후로도 꾸준한 송풍기 기술개발 및 철저한 품질관리를 통해 2001년 ‘송풍기 성능 ‘K’마크 인증’ 등 다양한 인증을 획득해 송풍기 전문기업으로 그 기술력을 인정받았다. 이러한 기술력을 바탕으로 2012년에는 국내 최초로 터널용 슬림형 제트홴을 개발해 한국설비기술협회와 함께 제트홴의 에너지효율등급(FEG) 규격제정을 주도했으며, 이는 현재 한국도로공사의 표준 규격으로 사용 중이다.
슬림형 제트홴의 SJF-1400, SJF-1530 기종은 국가기술표준원의 KAS 단체표준에서 FEG 90으로 세계 최정상의 제트홴 효율을 입증한 바 있다. 또한, 기존 가역형 제트홴 대비 정방향 회전시 운전효율이 대폭 향상되어 기종에 따라 –18% ~ -27% 정도의 동력절감효과를 가져온 획기적인 제품으로 2015년 중소기업청의 성능인증(EPC)을 획득했고, 우수조달제품으로 우선구매조건을 충족해 매출액 신장에도 많은 기여를 하고 있는 효자 기술이다.
양 박사는 “산업용 송풍기 전문기업으로 성장해 온 삼원이앤비의 45년의 역사는 오직 고객으로부터 얻은 무한한 신뢰와 우수한 기술력을 바탕으로 이뤄진 결과이며, 앞으로도 국제경쟁력을 키워나가는데 더욱 정진할 것”이라며 “또한, 끊임없는 기술개발과 산학공동연구 등을 통해 IoT/ICT, AI와 연계하는 융·복합 송풍기 기술을 개발하고, 국가산업발전을 위한 무한한 책임감과 사명감으로 동종업계 선두기업으로서의 역할을 충실히 수행해 나갈 계획”이라고 말했다.
