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1 냉동부문 기술로드맵 기획 (최종보고서) 대한설비공학회

2 제 출 문 대한설비공학회 회장 귀하 본 보고서를 대한설비공학회 냉동부문위원회의 고유사업으로 시행 한 냉동부문 기술로드맵 기획 (사업기간 : )의 최종보고서로 제출합니다 대한설비공학회 냉동부문위원회 위원장 : 정시영 간사 : 장영수 기획위원 : 김욱중, 조금남, 최준영 부문위원 : 강병하, 강용태, 김내현, 김민수 김병삼, 김병주, 김영률, 김영일 김용찬, 김인수, 김종률, 김철수 남임우, 박성룡, 박창호, 신영기 신종민, 오종택, 우정태, 유해성 윤백, 윤석만, 이이호, 이대영 이재근, 정상권, 정한식, 조성환 최영기, 한정옥, 황윤제, 황인주

3 목 차 1. 서론 1 2. 산업기계 기반 기술로드맵 기술의 개요 및 특징 국내외 산업현황 국내외 기술개발동향 및 기술 수준 국내외 특허동향 산업 및 기술개발 전망 핵심기술 선정 기술개발 추진과제 및 추진 전략 에너지기계 기반 기술로드맵 기술의 개요 및 특징 국내외 산업현황 국내외 기술개발동향 및 기술 수준 국내외 특허동향 산업 및 기술개발 전망 핵심기술 선정 기술개발 추진과제 및 추진 전략 초저온 LNG 저장 수송 기술 기술의 개요 및 특징 국내외 산업현황 국내외 기술개발동향 및 기술 수준 국내외 특허동향 산업 및 기술개발 전망 핵심기술 선정 기술개발 추진과제 및 추진 전략 결론 135

4 1. 서론 1.1 냉동부문 TRM 추진 개요 ㅇ 국내 냉동공조시장은 2005년 기준으로 규모는 약 13조 2천억원으로서 그 중 에어컨디셔너가 8조 9천억원으로 전체 냉동공조 시장의 67%의 해당하여 가장 큰 비중을 차지하였고, 냉동냉장기기, 냉매 압축기, 공조설비 순으로 시장규모 를 형성하고 있음 ㅇ 냉동분야의 기술로드맵(TRM)은 대국적인 접근을 통해, 관련 업체들에게 공통 적인 이익이 돌아가고, 대외 경쟁력을 가질 수 있는 방향으로 추진 필요 ㅇ 현재 여러 기관(산업기술재단, 에너지 관리공단, 과기부, 국책연구소 등)에서 추진되고 있는 TRM 자료 중 냉동분야 관련 내용에 대한 검토분석을 통하여 냉동부문의 TRM 정리 필요 ㅇ 국가 성장 전략에 맞추어 핵심 원천기술을 확보하기 위해 지식경제부에서 작 성하고 있는 전략기술로드맵과 에너지관리공단에서 에너지다소비 7대 핵심기 기를 세계 최고 수준의 고효율기기로 개발하기 위한 전략 수립을 위한 연구 기획 자료, 국토해양부 한국건설교통기술평가원 가스플랜트사업단에서 수행한 초저온 LNG 저장, 수송 기술의 TRM을 요약 분석하여 작성 1.2 산업기계 기반 기술로드맵 ㅇ 최근 세계적으로 승자독식(Winner-takes-it-all)의 기술경쟁 하에서 승리하기 위 해서는 국가 성장전략에 기반한 전략기술의 확보가 중요 ㅇ 주요 선진국들은 국가 성장전략에 따라 '선택과 집중'의 원칙하에 핵심기술 분 야에 대한 산업기술 R&D 투자에 집중 - 일본( 新 산업창조전략, Innovation25전략), 미국(NNI, ATP), 중국(국가중점연구 개발 973계획), EU(7차 Framework), 인도(제 11차 경제개발 5개년 계획) - 1 -

5 - 최고수준 핵심기술 보유 : 한국 1%, 미국 56%, 일본 32% ㅇ 산업경쟁력 제고를 위해서는 선진기술의 모방 단계를 벗어나, 핵심 원천기술을 확보하는 것이 무엇보다 필요한 상황임 ㅇ 응용 및 개발 위주의 국가성장전략을 핵심 및 원천 기술개발 위주로 개편하고, 이를 위해 표 1.1과 같이 15대 전략기술 분야를 선정해 전략기술 (Break-Through Technology)을 발굴하고, 이를 집중 지원하는 '선택과 집중'전 략 마련 ㅇ 그 동안 우리나라 산업기술 R&D시스템은 1995년 기술개발 기반조성의 이원체 제로 큰 골격이 확립된 이후 10년 이상 변화가 없었기에 혁신적이고 철저한 사전연구기획을 통해 파급효과가 큰 '국가프로젝트'발굴 필요 ㅇ 기존 R&D 프로그램의 칸막이형 지원체제를 탈피하여 기술개발, 기반조성, 인 력양성, 표준, 특허 등을 포함하는 패키지형 지원이 가능한 지원체제를 도입하 는 TRM 작성 ㅇ 00년~'07년까지 총 5차에 걸쳐 산업기술로드맵을 수립하였으며, 반도체, 로봇 등 총 49개 기술 분야에 대한 기술전략을 제시하여 성장동력기술개발사업, 공 통핵심기술개발사업 등 정부기술개발사업뿐만 아니라, 민간부문의 기술개발 가 이드라인으로 활용 - 1~3차 산업기술로드맵은 미래수요예측을 토대로 로드맵 수립이 시급한 대상 분야를 발굴하고 중장기 기술개발전략을 수립 - 4차 산업기술로드맵은 차세대 반도체 등 산자부 주관 차세대 성장동력산업 5개 분 야에 대한 기술로드맵을 수립 - 5차 산업기술로드맵은 전략기술개발사업을 고려하여 IT융합가공장비 등 20개 분야 의 메가트랜드를 분석하여 78개 혁신주도기술 (Killer Application)을 도출 하고 체계 적인 기술전략을 수립 ㅇ 07년부터는 전략기술개발사업의 효율적인 추진을 위해 핵심원천기술 확보를 - 2 -

6 위한 패키지형 전략기술로드맵을 추진 ㅇ 산업기계 기반 기술로드맵은 지식경제부의 전략기술로드맵에서 산업기계로서 냉동공조분야의 기술로드맵을 분석, 요약한 것임 [표 1.1] 15대 전략기술 세부 분야 단위사업(7) 전략기술(15) 세부 기술 분야(예시) 반도체, 디스플레이 자동차, 조선 산업소재 차세대 컨버젼스 제조기반 바이오, 의료기기 지식서비스 반도체 디스플레이 자동차, 조선 섬유의류 화학공정소재 금속재료 차세대로봇 디지털컨버젼스 바이오 차세대 의료기기 생산시스템 생산기반 청정기반 나노기반 지식서비스 시스템통합, 시스템 디자인, 포스트 디바이스, 나노 집 적공정 디지털 TV용 LCD, PDP, AM-OLED, Flexible Display 친환경 연료전지, 하이브리드, 고효율/저공해, 지능형/경량 화 자동차 크루즈선 등 고부가치선박, 해양복합 플랜트, LNG선, 미래형 생 산시스템 슈퍼섬유, 나노복합 섬유, LOHAS 섬유, 스마트 섬유 공정고도화, 융복합 신소재, 고부가 특화기술 무빙 메탈, 에너지 메탈, IT디바이스 메탈, 그린 프로 세스 홈서비스, 실버 라이프, 사회Infra 국방, 초소형 초정밀 로봇 감성기반, 실감기반, 웰빙기반 컨버젼스 기기 의약 바이오, 산업 바이오, 융합 바이오 고해상도 진단, 고령친화형 재활치료, Ubiquitous 헬스케어, 한 방 진단 초정밀 가공, 신개념 생산, 스마트 기계 시스템, 지능형 가공 시스템 마이크로 생산기반, 신 융합 생산기반, Ubiquitous 생 산기반 국제환경 규제대응, E2제품, 무오염생산, 통합 E2생산 나노소재 제조 및 응용, 나노소자, 나노가공 측정장비, 나노 바이오 실시간 가치사슬 혁신, 비즈니스 서비스 고도화, 지식서비스 인프 라 고도화 - 3 -

7 1.3 에너지기계 기반 기술로드맵 ㅇ 산업화 시대를 거치면서 경제가 발전함에 따라 사람들의 삶의 질이 날로 향상 되어 건물의 냉난방 분야의 에너지 소비가 증가하고 있고, 전체 에너지 소비의 약 30%를 차지함에 따라 냉난방 기기의 소비전력 감소와 성능 향상을 통한 국가 에너지 절약의 중요성 증대 ㅇ 고유가, 세계기후변화협약에 대응하기 위한 에너지 기계 기술 분야의 국가적 연구 수요 증대 - 이명박대통령 2008년 18대 국회 개원 연설에서 에너지 자주개발률을 20%까 지 끌어올리고 저탄소사회를 향한 에너지 고효율 체계의 기반을 닦겠다 밝힘 - 우리나라 에너지 소비량은 세계 10위 수준이나 에너지 자주 개발률 4.2% 불 과, 에너지 효율성은 일본의 1/3 수준 에너지 분야의 장기 정책의 기본 방향은 에너지 안보, 에너지 효율, 친환경으 로 에너지절약 기술과 대체에너지 개발 연구 필요성 증대 - 에너지 절약 : 에너지 효율성 제고, IT를 이용한 에너지 절약, 에너지 저소비 사회 구 현 - 대체에너지 개발 : 에너지 안보문제 해결, 환경 친화적인 대체에너지 개발 선진국에서도 고유가, 에너지 안보, 지구변화협약 대응 기술 수요 확대되고 있 으며, 선진 각국 등의 투자 확대 및 성과 창출 가속화 추세 - (독일) SMART2020 Enabling low carbon economy in the information age - (일본) G8정상회담 에너지, 지구온난화, 지구변화협약 공동 대응 - (유럽) Green Paper on Energy Efficiency : Doing More With Less (재생 가능 에너 지 개발 보급 확대, 효율 개선) - (미국) Advanced Energy Initiative(석유소비 억제를 새로운 정책 목표로 설정) ㅇ 이와 같은 에너지 절약의 중요성 증대에 따라 냉난방 분야에서 기존의 중앙공 조 방식이 히트펌프 등을 활용한 개별 및 분산형 공조시스템으로 전환 - 4 -

8 ㅇ 2007년 상반기에 에너지관리공단에서 에너지다소비 7대 핵심기기(보일러, 전동 기, 공업로, 건조기, 조명기기, 냉난방기기, 가전기기)로서 선정하여 연구 개발 을 통하여 세계 최고 수준의 고효율기기를 개발하기 위한 전략 수립을 위해 연구 기획 수행, 이를 바탕으로 작성되었음 ㅇ 에너지기계 기반 기술로드맵은 냉난방기기로서 다양한 형태의 히트펌프 시스 템과 관련된 국내외 산업의 분석과 특허 분석을 포함한 국내외 기술 동향 분 석을 통하여 향후 정부 사업으로 수행하여야 할 중장기 기술 개발 사업 도출 을 목적으로 수행 1.4 초저온 LNG 수송 저장 기술 ㅇ 우리나라의 경우 천연가스가 2006년 1차 에너지 소비량 기준으로 13.7%를 차 지하고 있으며, 전체 에너지 소비량에서 1986년 0.1%, 1996년 7.4%이었음을 감 안하면 해마다 그 비중이 증가하고 있는 추세임 ㅇ 천연가스는 국가 산업 발전과 국민연료로서의 중요성이 큼에도 불구하고, 거의 모든 가스를 외국에서 수입하고 있으며, 저장설비는 선진국가의 50% 수준인 약 9%(약 33일분 저장능력)만을 보유 ㅇ LNG 시장은 선진 기업이 95% 이상의 시장점유율을 차지하며 후발주자들의 참여를 어렵게 하는 진입장벽을 만들고 있으며, 국내 LNG 수송, 저장 관련 기술개발 사례 및 역량은 매우 부족하여 기술력 개발이 시급한 상황임 ㅇ 천연가스의 주성분인 메탄은 1atm하에서 이하로 온도를 내리면 액 체가 되는데, 액화된 메탄의 부피는 표준상태인 기체상태의 메탄 부피의 1/600 정도이고 비중은 0.42로 원유비중의 약 1/2로 천연가스를 액화함으로써 수송 저장이 수월해지는 이점이 있음 ㅇ LNG 수송 저장을 위한 플랜트는 가스전(Gas field)에서 발생하는 천연가스를 정제한 후, 초저온으로 액화하여 수송 및 저장의 편리성을 향상시키는 것으로, - 5 -

9 초저온 냉동관련 기술이 핵심 분야임 ㅇ LNG 시장은 1996년 이후 연평균 7.7% 이상의 높은 증가율을 보이고 있어 전 략과제로 추진하기 적절한 성장세를 보이고 있으므로 선택과 집중을 통한 고 효율 대용량 LNG 수송, 저장 기술개발을 위한 냉동분야의 전략프로그램이 요 구됨 - 6 -

10 2. 산업기계 기반 기술 로드맵 2.1 기술개요 및 특징 (1) 일반기계산업의 개념 및 범위 ㅇ 기계산업은 표준산업분류(KSIC)상 일반기계, 전기기계, 정밀 기계, 수송기계, 금속제품 등 5대 업종으로 분류 ㅇ 일반기계 산업은 자동차, 철강, 반도체 산업 등 주력 제조업에 설비를 공급하 는 산업 - 자본재산업의 핵심이 되는 수송기계, 정밀기계, 공작기계, 섬유기계, 발전설비, 반도 체장비, 건설중장비 및 각종 Plant 등 다양한 업종 포함 전 산업의 Engine Industry, Mother Industry, Key Industry [그림 2.1] 산업기계의 범위 - 7 -

11 (2) 산업기계산업의 특징과 중요성 다품종 소량 주문 생산형 산업 ㅇ 기계류 완제품은 수많은 독립 업체로부터 다양한 부품 소재를 조달하여 제작 되는 네트워크 상품 - 부품 소재 가공 및 조립 등 복잡한 공정 특성상 개별기업 경쟁력과 중소/대기업간 협력관계가 경쟁력 평가 주요 요소 - 대량 생산을 통한 규모의 경제를 시현하기 어려움 자본집약 산업인 동시에 고용창출형 산업 ㅇ 생산기반 투자에 많은 자본이 소요되는 자본집약산업인 동시에 기술 인력에 대한 의존도가 높아 고용창출효과가 큰 산업 - 부가가치는 26조원( 04년)으로 제조업 전체 302조원의 8.5% - 종사자수는 31만 3천명으로 제조업 전체 280만명의 11.2% * 종사자수 1위: 전자부품 통신장비, 2위: 일반기계, 3위: 자동차 트레일러 * 종사자수 연평균 증가율( 99~ 04)은 제조업 전체의 2배 수준에 해당하는 4.2% * 취업계수(취업자수/10억 산출, 04년) : 제조업 3.5명, 일반기계 4.7명 [표 2.1] 주요 국가별 산업 종사자수 및 제조업대비 비중 산업 분류명 한 국 ( 04년) 미 국 ( 03년) 일 본 ( 03년) (단위: 천명, %) 독 일 ( 02년) 이태리 ( 02년) 제조업 종사자 수 2,798 15,917 11,331 7,949 5,199 일반기계(비중) 313(11.2) 1,165(7.3) 1,286 (11.3) 1,165(14.7) 580(11.2) 전자부품 통신장비(비중) 354(12.6) 685(4.3) 939 (8.3) 169(2.1) 114(2.2) 자동차 트레일러(비중) 247(8.8) 1,122(7.0) 943(8.3) 902(11.3) 174(3.4) * 자료 : OECD STAN DB( 04), 통계청 광업제조업산업총조사( 04) - 8 -

12 선진국의 Blue Ocean형 산업 ㅇ 선 후진국간 기술 격차가 크고 기술진입 장벽이 높아 단기간 경쟁력 확보 어 려움 - 제품이 다양하고 생산공정이 복잡하여 생산기술 축적을 위해서는 오랜 시간과 대규 모 기술개발 투자 소요 * 반도체는 제품 Cycle 및 기술개발 기간(6개월)이 짧은 반면, 수치제어장치 등 기계류는 기술개발 및 상용화에 장기간(5~7년)이 소요 ㅇ 기술개발 후 상용화가 되면 장기간 대외경쟁력을 보유할 수 있고 후발국의 추격이 어려운 산업 - 섬유, 전자 통신기기 등 여타 산업과 비교시 세계 선도국가 순위 변동이 거의 없을 정도로 산업 선점효과 지속 [표 2.2] 분야별 수출실적 순위 분 야 품 목 세계 순위( 95 04) 기 계 항공 피스톤 엔진 미국: 1위 1위, 영국: 2위 3위, 일본: 3위 2위 머시닝 센터 일본: 1위 1위, 독일: 2위 2위, 대만: 3위 3위 섬 유 장섬유사 중국: 7위 2위, 일본: 2위 5위, 호주: 14위 6위 강력사 직물 중국: 15위 5위, 한국: 2위 10위, 이태리: 6위 3위 전 자 컬러 TV 수신기 멕시코: 1위 1위, 중국: 5위 2위, 말련: 2위 7위 통 신 통신 부품 일본: 1위 2위, 독일: 3위 6위, 중국: 4위 1위 ㅇ 미국, 독일, 일본 등 선진국의 경우 일반기계산업이 전체 수출의 14~20%를 차지할 정도로 선도산업 역할 담당 - 우리나라는 04년 기준 7.5% 수준으로 향후 발전가능성 및 수출동력산업으로서의 잠 재력 보유 * 대부분 OECD 국가들의 對 개도국 무역흑자 1위 품목 - 9 -

13 2.2 국내외 산업 현황 (1) 국내 동향 ㅇ 국내 냉동공조시장은 매년 5%대의 꾸준한 성장을 나타내다가 2005년 지구 온실화에 의한 꾸준한 평균기온상승, 100년만의 무더위라는 기상청의 예보 등 으로 인하여 전년대비 30%이상 그 규모가 성장하였음 [표 2.3] 냉동공조산업의 국내 시장 규모 (단위 : 물량-천대, 금액-억원) 구분 2001년 2002년 2003년 2004년 2005년 국내 시장 물량 46,300 44,847 62,019 71,024 72,878 금액 78,540 77,380 76,340 90, ,565 산출근거 : 한국냉동공조협회 2006 통계현황 [표 2.4] 2005년 주요품목별 국내 시장 규모 (단위 : 물량-천대, 금액-억원, 점유율-%) 품목 2005년 시장규모 물량 점유율 금액 점유율 총 계 72, , 냉매압축기 38, , 에어컨디셔너 11, , 공조용 설비기기 , 냉동냉장기기 6, , 관련부품 및 기타 17, , 산출근거 : 한국냉동공조협회 2006 통계현황 용어설명 : 1) 냉매압축기 - 수송(승용차, 트럭)용 냉매압축기, 일반냉동공조 (왕복동, 로터리, 스크류, 스크롤, 원심식)압축기. 2) 에어컨디셔너 - 수송(승용 차, 버스, 트럭, 열차)용 에어컨디셔너, 룸(창문형, 분리형, 멀티형) 에어컨디셔 너, 패키지에어컨디셔너, 온풍난방기, 히트펌프. 3) 공조용 설비기기 - 열원기기

14 (왕복동식냉동기, 흡수식냉동기, 흡수식 냉온수기, 터보냉동기, 스크류냉동기, 빙축열시스템, GHP), 팬코일유닛, 에어핸들링유닛, 항온항습기, 제습기, 무균무 진장치, 환경시험장치, 폐열회수장치. 4) 냉동냉장기기 - 가정용 전기냉장고, 김 치냉장고, 수송용 냉동냉장유닛, 제빙기, 냉동냉장 쇼케이스, 냉동냉장유닛, 콘 덴싱유닛. 5) 관련부품 및 기타 - 자동기기 및 계측기, 용기 및 설비, 코일, 기 타관련부품 ㅇ 2005년 시장규모는 약 13조 2천억원으로서 그 중 에어컨디셔너가 8조 9천억원 으로 전체 냉동공조 시장의 67%의 가장 큰 비중을 차지하였고 냉동냉장기기, 냉매 압축기, 공조설비 순으로 시장규모를 형성하고 있음 ㅇ 수출입 현황 - 냉동공조 산업은 2005년 수출비중이 전체 출하량의 44%, 출하액의 73%를 차지하는 수출주력 산업이며 이중 에어컨디셔너, 냉동냉장고, 압축기가 전체 수출 시장의 75% 이상을 주도하고 있음 [표 2.5] 냉동공조산업의 수출입 현황 (단위 : 물량-천대, 금액-백만불) 구분 2001년 2002년 2003년 2004년 2005년 수출 수입 물량 20,318 24,550 26,945 28,961 23,085 금액 2,460 2,436 3,158 3,423 3,603 물량 2,759 3,797 4,077 4,289 3,870 금액 산출근거 : 한국냉동공조협회 2006 통계현황

15 [표 2.6] 주요 품목별 2005년 수출입 규모 (단위 : 물량-천대, 금액-백만불) 2005년 수출입 규모 품목 수출 수입 물량 금액 물량 금액 총 계 23,085 3,603 3, 냉동기(냉매압축기) 13, , 수송용 에어컨 룸에어컨 2, 패키지에어컨 냉동냉장쇼케이스 사무용 압축식유닛 냉동냉장고 4,232 1, 냉동공조 관련부품 2, 산출근거 : 한국냉동공조협회 2006 통계현황 비고 : 위의 자료는 공기기기 (진공펌프, 공기압축기, 송풍기)를 제외한 자료임 (2) 국외 현황 ㅇ 세계 시장 규모 - 최근 5년간 세계 냉동공조분야의 시장규모는 개도국(중국, 동남아시아)의 경제성장, 지구온실화의 영향으로 인하여 2005년 총 3억 9천만유닛, 1,350억 불의 시장규모를 나타냄 - 그중 특히 히트펌프, 냉매 압축기, 냉동냉장고, 음료용 자동판매기의 규모가 연평균 10%이상의 높은 성장률을 보이고 있음

16 [표 2.7] 냉동공조산업의 세계 시장 규모 (단위 : 물량-천대, 금액-백만불) 구분 2001년 2002년 2003년 2004년 2005년 세계 시장 물량 286, , , , ,009 금액 107, , , , ,000 산출근거 : "Industry Study 1549, World HVAC Equipment" 2003 The Freedonia Group, Inc. [표 2.8] 세계 냉동공조기기 주요품목의 시장규모현황 (단위 : 물량-천대, 증가율-%) 구분 2001년 2002년 2003년 2004년 2005년 (예상) 에어컨디셔너 44,834 46,840 54,379 58,147 60,422 (HP 포함) 22,058 24,357 29,908 33,143 36,253 냉동냉장고 58,822 65,738 72,215 78,345 81,799 냉매압축기 1 105, , , , ,266 냉매압축기 2 67,116 75,457 86,238 95, ,754 음료용 자판기 10,296 11,079 12,566 13,996 15,768 연평균 증가율 8.7% 16.1% 9.7% 5.6% 14% 13.3% 전체 286, , , , , % 산출근거 : Jarn , Jarn , JRAIA 2005통계, BSRIA 2005, Euromonitor, GfK, NPD, Stevenson. 용어설명 : HP - Heat Pump, VM - Vending Machine, Compressor 1 - Compressor for Refrigerator, Compressor 2 - Compressor for Air Conditioner 비고 : 히트펌프 시장규모는 Jarn 통계자료와 에어컨디셔너의 연간성장 률을 근거로 추정하여 산출함. (2001년 전체시장의 49%~2005년 전체시장의 60% 적용) - 미국 산업통계 전문기관인 Freedonia의 보고서에 의하면 2005년 냉동공조 전체시장 중 에어컨디셔너(수송용 에어컨디셔너 포함)가 약 39%로 가장 큰 비중을 차지하였 고 냉동냉장기기, 기타기기, 전열기기 순으로 시장규모를 차지한 것으로 나타남

17 [표 2.9] 2005년 냉동공조산업 전체 세계시장 규모 (단위 : 금액-백만불, 점유율-%) 품목 2005년 시장규모 금액 점유율 총 계 135, 압축기 & 압축기 유닛 12,150 9 에어컨디셔너 36, 수송용 에어컨디셔너 15, 전열기기(공조설비기기) 20, 냉동냉장기기 25, 기타기기 25, 산출근거 : "Industry Study 1549, World HVAC Equipment" 2003 The Freedonia Group, Inc. 용어설명 : 1) 에어컨디셔너 - 유니터리 에어컨디셔너(가정용 단일패키지, 스플릿 시스템, 중앙공조시스템), 룸에어컨디셔너, 히트펌프. 2) 압축기 & 압 축기 유닛 - 압축기 또는 압축기 응용기기(콘덴서 등). 3) 수송용 에어컨디셔 너 - 승용, 트럭용, 버스용 에어컨디셔너 등. 4) 냉동냉장기기 - 가정용 전기 냉장고, 업소용 냉동냉장고, 제빙기, 냉동냉장 쇼케이스, 음료용 자동판매기 등. 5) 전열기기 - 산업용 칠러, 산업용 중앙공조 유닛, 전열교환기, 팬코일 공조시스템, 증발식 콘덴서, 패키지 터미널 공조시스템 등. 6) 기타기기 - 공 기 가열식 보일러, 라디에이터, 컨벡터, 스틸보일러, 가정용 스토브, 바닥 보 일러 등 ㅇ 주요품목별/대륙별 시장규모 - 세계 2004년 주요 품목들의 시장규모는 총 3억7천만 유닛으로 그중 중국의 경우 냉 동냉장고를 제외한 에어컨디셔너, 압축기분야에 세계 제 1의 시장규모를 자랑하고 있고 유럽의 경우 전 세계 냉동냉장고 시장의 약 45%를 차지하고 있음. - 미국은 2000년대 이전까지도 품목별 각 분야의 세계 제1의 규모를 자랑하였지만 중 국의 경제발전으로 인하여 에어컨, 냉동냉장고분야에서 각각 중국, 유럽에 이어 2위

18 를 나타내고 있음. - 한국은 단일국가로는 세계 4위의 시장규모를 나타내고 있으며 특히 에어컨 분야에 서는 2004년 전 세계적으로 약 1,600만대이상을 판매하여 세계시장 점유율 28%이상 을 기록하고 있음.(2005년 일본 후지경제연구소, R&DBiz) 산출근거 : JRAIA 2005통계, BSRIA 2005, Euromonitor, GfK, NPD, Stevenson. [그림 2.2] 2004년 세계 에어컨디셔너, 냉동냉장고, 압축기 시장규모현황 미국 - 미국은 전 세계 냉동공조시장의 1/3 이상을 차지하는 세계최대 시장으로서 가정용, 상업용, 산업용, 자동차용을 망라한 모든 분야 및 품목에 고른 시장구조를 나타내있 음 년 이후에도 미국은 Carrier - Carlyle, Delphi, Emerson & Copeland등 주요 Major 업체 중심으로 중대형/상업용 HVAC시스템, 압축기, 요소부품, Module 분야 에서 세계 최대의 경쟁력 확보 예상

19 시장구조 [표 2.10] 북미 냉동공조 시장 및 산업현황 (단위 : 금액 - 백만불, 성장률 - %) 성장률 냉동공조시장규모 29,910 35,290 41, % 가정용 % 산업용 % 자동차용 % 수출입현황 % 주요제조사 Carrier, Carlyle, Delphi, Dover, Emerson & Copeland, Fedder, Goodman, Lennox, Nortek, Whirlpool, York & Bristol, Tecumseh 주요제조사 매출 35,714 고용인원 693,970 산출근거 : "Industry Study 1549, World HVAC Equipment" 2003 The Freedonia Group, Inc. 일본 - 일본은 성숙기에 접어든 냉동공조 산업으로 인하여 매년 그 성장 폭이 작으나 뛰어 난 기술력을 바탕으로 여러 해외기업들과의 상호 협력관계를 통하여 세계적인 시장 을 형성하고 있음 - 가정용(냉난방기, 급탕기, 냉동냉장고 등)냉동 공조기기가 일본내 전체 시장에서 비 교적 큰 시장구조를 형성하고 있고 Matsushita, Sanyo, Hitachi, Denso, Mitsubishi 등의 압축기/시스템 업체와 사기노미야, 후지꼬끼 등 요소부품 제조업체 등이 있음

20 시장구조 [표 2.11] 일본 냉동공조 시장 및 산업현황 (단위 : 금액 - 백만불, 성장률 - %) 성장률 냉동공조시장규모 % 가정용 % 산업용 % 자동차용 % 수출입현황 % 주요제조사 Daikin, Denso, Matsushita, Paloma, Sanyo, Sharp, Mitsubishi, Hitachi, Saginomiya, fujikoki 주요제조사 매출 18,000 고용인원 537,890 [표 2.12] 유럽 냉동공조 시장 및 산업현황 (단위 : 금액 - 백만불, 성장률 - %) 성장률 냉동공조시장규모 % 시장구조 가정용 % 산업용 % 자동차용 % 수출입현황 % 주요제조사 Danfoss, Electrolux, Linde AG, Smiths, Valeo SA 주요제조사 매출 14,406 고용인원 257,785 시장규모 분포 West Europe : 80.8% East Europe : 19.2% 자료출처 : "Industry Study 1549, World HVAC Equipment" 2003 The Freedonia Group, Inc

21 유럽 - 유럽은 세계 2위의 가정용 냉동냉장고 회사인 Electrolux와 압축기 회사인 Danfoss 등을 중심으로 매년 5%이상 성장하였고 전체 시장의 80%이상을 프랑스, 스페인, 영 국, 독일, 이탈리아 등의 서유럽이 차지하고 있으며 상대적으로 동유럽은 그 시장규 모가 작은 구조를 나타내고 있음 중국 - 중국의 시장규모는 자동차용 공조기를 제외한 가정용, 상업용 냉동공조기기 비중이 전체분야의 95%이상을 차지하고 있으며 그 규모가 매년 20%대의 가파른 상승세를 나타내고 있음 - 또한 Haier, Midea, Gree, Chunlan등 중국 대표 가전업체들은 동등제품 대비 20%이 상 저렴한 가격경쟁력을 바탕으로 국내 내수는 물론 세계 냉동공조시장을 점점 장 악할 것으로 예상 [표 2.13] 중국 냉동공조 시장 및 산업현황 (단위 : 금액 - 백만불, 성장률 - %) 성장률 냉동공조시장규모 % 가정용 % 시장구조 산업용 % 자동차용 % 수출입현황 % 주요제조사 Haier, Midea, Gree, Chunlan 주요제조사 매출 4,770 고용인원 57,000 * 자료출처 : "Industry Study 1549, World HVAC Equipment" 2003 The Freedonia Group, Inc

22 2.3 국내외 기술개발동향 및 기술 수준 (1) 국내 기술 개발 동향 및 수준 [표 2.14] 국내 기술개발 현황 구분 제품/ 기술명 압축기 에어 컨디 셔너 개발 단계 개발 내용 개발주체 Pilot 냉장고(200W급)용 고효율 리니어 압축기 기술 LG전자 기술검토 고압대응 2단 인버터 로터리 압축기 기술 삼성전자 상용화 기술검토 기술검토 상용화 DVC(Digital Variable Compressor) 왕복동 압축기 기술 환경친화적 자연냉매인 CO2를 적용한 10.5kW급의 고효율 냉난방 및 급탕시스템기술 자연냉매(CO2)를 사용하는 친환경 첨단 자동차 에어컨시스템 공기열원을 이용한 고온 축열식 컴팩트형 냉난방 시스템 삼성전자 삼성전자 한라공조 기술검토 Hybrid EHP(Electric Heat Pump) System 기술 대우 기술검토 모듈형 동시냉난방 히트펌프 기술 삼성전자 냉동 공조 공조 상용화 상용화 상용화 VRF(variable Refrigerant Flow)기술을 적용한 Multi System 고효율 (0.58 kw/rt) 2단 터보냉동기 소형 (5RT, 7RT) 가스흡수식 냉난방기 삼성전자 LG전자 설비 상용화 R-600a 탄화수소계 냉매용 냉동기유 상용화 고효율 흡수식 시스템 냉동 냉장 요소 부품 상용화 상용화 상용화 상용화 상용화 공기를 이용한 10RT 급 냉동 및 냉장시스템 고효율 친환경 ARM(Air Refrigerating Machine)을 이용한 저온시스템 가전용 에어컨디셔너 적용을 위한 환형 Multi Flow 콘덴서 고성능 고 시스템 효율 버스에어컨 시스템을 위한 팬 홈 네트워크용 냉난방 습도조절 제어시스템 및 난방밸브 기술검토 고압시스템용 EEV 설계기술 자화전자 기술검토 고압시스템용 방향전환 V/V 기술 유니온금속

23 ㅇ 압축기 개발기술 전반적 기술개발동향 - 모든 냉동공조시스템의 성능을 실질적으로 좌우하고 있는 압축기는 그 종류 및 적 용에 따라 전 세계적으로 연간 2억대 이상의 규모와 다양한 방식과 기술로 개발되고 있음 - 국내 압축기 개발기술은 왕복동식, 로터리 압축기의 경우 그 성능 및 효율에 있어 선진국수준으로 올라온 상태이며, 다수의 해외생산기지를 통한 가격 및 품질경쟁력 을 갖추고 있음 - 국내에서 개발되는 압축기는 주로 가정용 및 업소용 위주의 중소형 압축기로서 기 존 냉매인 HCFCs(R22)계열과 HFCs(R410A, R407C, R134A)계열의 냉매를 적용할 수 있는 제품으로, 자연냉매를 적용할 수 있는 기반기술은 스크롤, 로터리, 선형 압 축기 등으로 극히 한정되어 있는 상태임 왕복동식압축기 기술개발동향 - 로터리 압축기와 더불어 전 세계적으로 가장 많이 사용되는 왕복동식 압축기는 1 Hp 이하일 경우 안전성과 높은 신뢰성으로 인하여 가정용 냉동냉장고, 음료용 자동 판매기 등에 적용되고 있으며, 적용 냉매로는 HFC 계열인 R134a와 자연냉매인 R600a가 있음 - 삼성전자는 최근 DVC(Digital Variable Compressor)기술을 적용한 소형 왕복동식 압축기인 EQ 시리즈를 개발하여 판매하고 있으며 이 압축기의 주요 기술은 다음과 같음

24 [표 2.15] 'EQ'시리즈 세부기술사항 EQ 1 EQ 2 Refrigerant R 600a R 134a Cooling Capacity 540 ~ 1290 BTU/H 445 ~ 1148 BTR/H Maximum Displacement 15.3 cc/rev 8.8 cc/rev Operating range 1600 ~ 3800 rpm 1600 ~ 3800 rpm 로터리압축기 기술개발동향 - 에어컨디셔너, 히트펌프의 75%이상에 적용되는 로터리 압축기는 크게 형식별로 1 단, 2단 방식 등으로 나눌 수 있으며 적용되는 냉매는 R22 및 R 410a 가 있음 - 로터리압축기를 제조할 수 있는 국내 업체는 LG, 삼성, 대우 등이 있으며 주로 1단 압축방식으로 구성된 압축기를 개발하고 있으나 효율이 높은 2단방식의 비중이 높 아짐에 따라 2단 압축 방식의 압축기를 일부 개발하고 있음 - 친환경냉매를 적용한 제품을 개발하여 상용화 중인 국내 제조사는 아직 없으며 삼 성에서 2003년부터 CO2를 적용한 고압, 인버터 방식기술이 적용된 압축기를 개발 중에 있으며 현재 시작품을 제작하여 신뢰성 및 성능테스트를 진행 중에 있음 스크롤압축기 기술개발동향 - 적용냉매로는 R22, R410a, R407C등이 있으며 자연냉매가 적용된 압축기를 개발한 국내업체는 없는 상황임 년부터 롤텍에서 CO2가 적용된 Scroll 압축기를 개발하여 시작품 제작에는 성 공하였으나 제품의 성능 및 안전성에 문제가 있어 현재는 개발하고 있지 않음

25 리니어압축기 기술개발동향 - LG전자는 냉장고의 소비전력을 획기적으로 절감할 수 있는 새로운 개념의 냉장고용 압축기를 2000년대 초에 개발하였는데 이 기술은 세계적으로 유일한 최초의 기술임 - 이 압축기는 기존 모터와 달리 직선운동을 하는 리니어 모터를 적용해 에너지소비 효율이 기존 냉장고 5.5보다 훨씬 높은 7.5에 달하는 고효율의 압축기임 - 리니어 압축기는 모터 자체가 직선운동을 하기 때문에 모터의 회전운동을 직선운동 으로 바꾸어 압축하므로 20%정도의 에너지 변환손실이 발생하는 기존 왕복동식 압 축기에 비해 에너지 효율이 40%정도 높음 - 현재 신뢰성 및 수명 Test를 위해 Field Test 중에 있는 이 압축기는 구동 용량이 비교 적 작기 때문에(4 kw 미만) 고압의 작동특성을 갖는 냉매에 가장 적합할 것으로 보임 ㅇ 에어컨디셔너 개발기술 전반적 기술개발동향 - 국내 에어컨디셔너/Heat Pump 개발기술은 이미 그 성능 및 효율에 있어 선진국수 준으로 올라온 상태로 뛰어난 품질 경쟁력을 바탕으로 국내 수요 및 해외시장을 장 악하고 있음 - 그러나, 이러한 시스템들은 기존 냉매인 HCFCs (R22) 계열 및 HFCs (R410A, R407C)가 적용된 제품으로 자연냉매를 적용한 기반기술은 일본 및 유럽에 비하여 매우 취약한 상태임 - 이제는 단순히 가격 경쟁력을 바탕으로 한 에어컨디셔너/히트펌프는 중국, 인도의 저가 제품에 밀려 세계시장을 장악하기 어려우므로 친환경과 고성능, 안전성이 접목 된 에어컨디셔너와 히트펌프의 개발이 급선무임

26 친환경 시스템/사이클 기술개발동향 - 국내 시장의 경우 아직 HCFC(R-22)냉매를 적용한 냉방 전용 가정용 RAC, PAC가 대부분을 차지하고 있으며 일부 수출용 RAC에는 대체화학냉매인 R410A가 적용되 고 있음 - 한국의 온돌난방 문화 특성상 냉난방기능을 동시에 구현할 수 있는 Heat Pump의 비율은 업소, 숙박시설, 사무실 등에 대형제품이 일부 적용되고 있으나 성능은 높지 않으며 특히 난방성능의 경우 제상 제어, 저온에서의 난방성능구현 등 기술적 어려 움이 많이 있음 년대 들어 지구 환경문제, 에너지 문제가 쟁점화 되면서 더 이상 기존냉매를 적 용한 Heat Pump 시스템은 해외시장에서 경쟁력을 잃게 됨에 따라 다수의 대학교 및 연구소에서는 자연냉매를 적용한 Heat Pump 시스템 개발 연구에 집중하고 있음 - 국내에서는 R410A, R407C를 적용한 히트펌프의 생산시스템을 갖춘 기업으로는 LG 전자, 삼성전자, 대우 일렉트로닉스, 신성이엔지, 파인텍 센추리, 범양, 캐리어 등이 있으며 이들 업체는 현재 미국, 유럽 등지에 이 시스템을 수출하고 있으나 유럽을 중심으로 화학냉매의 규제움직임에 따라 향후 10년 이내 자연냉매로의 전환이 시급 한 것으로 나타남 - 최근에는 여러 대의 실내기를 설치하여 개별냉난방이 가능한 멀티 히트펌프화 추세 에 따라 LG, 삼성, 대우 등 국내 주요 제조사들은 냉매의 용량을 가변적으로 제어하 여 Heat Pump 시스템의 효율을 극도로 높일 수 있는 VRF(Variable Refrigerant Flow) system 제품을 개발에 성공하여 출시함.( Jarn) ㆍ 삼성전자 : DVM Plus II 시스템 - 판매 중 ㆍ LG전자 : Multi V system - 판매 중 ㆍ대우일렉트로닉스 : 'Hybrid EHP' system - 개발 예정 가정용 에어컨디셔너/히트펌프용 열교환기 기술개발 동향

27 - 에어컨디셔너, 히트펌프 시스템에 Evaporator, Condenser or Gas Cooler, Internal Heat Exchanger, Hot Water Exchanger 등의 형태로 구성되는 열교환기는 전체 시 스템 성능의 20~40%이상을 차지하기 때문에 압축기 다음으로 시스템 구성시 중요 시 되는 핵심요소중의 하나임 - 히트펌프 사이클의 가장 기본구성요소인 Evaporator, Condenser에는 현재 가장 널 리 적용되고 있는 Fin-Tube HX를 적용하고 있고 R-22냉매가 적용된 시스템의 경우 9.52mm, R410A의 경우 7mm관이 가장 널리 사용되고 있고 국내 다수의 기업들이 기반기술 및 경쟁력이 이미 확보되어 있음 - 하지만 자연냉매가 적용된 히트펌프 시스템의 경우 저압에서부터 초고압(350bar 이 상)까지 견디면서 높은 열교환 성능을 나타내는 열교환기는 용접특성, 내압특성 등 기술적 어려움으로 인하여 아직 개발되어 있지 않은 실정임 ㅇ 공조설비(Chiller) 개발기술 - 현재 국내에서 유통되는 냉동기의 COP는 4.0~4.5 수준으로 세계적인 제조사와는 많은 차이를 보임. 이는 과거 기술도입에 의존한 국내 제조사들은 R134a 냉매교체로 기술 독점을 노리는 미국 및 선진국의 기술이전을 받지 못해 발생한 원인이라 해석 됨. 또, 다른 이유는 에어컨에 비해 상대적으로 작은 대형 냉동기 시장이 매력을 끌 지 못해 경영진이 자체 기술개발을 위한 R&D 투자에 소극적이어서, 80년 가까이 축 적된 선진국의 설계기술을 단시간에 극복하기 어렵기 때문임. - 그러나, 최근 LS 전선에서는 자체기술로 R134a 냉매를 이용한 제품을 생산하였고, SE사도 역시 자체 기술로 R134a 용 압축기를 개발하였음. [표 4.1]은 현재 국내에서 출시되고 있는 냉동기들 중 주요 제품을 나타냄. 하지만 아직까지 냉동톤당 소비전 력이 0.68~0.70으로 미국제품들의 0.56~0.65수준에는 미치지 못함. - 독자 개발을 시작한 것이 대체 냉매의 필요성이 대두되기 시작한 이래 불과 4~5년 에 불과해 제품을 개발하는 여러 기술들이 부족함

28 [표 2.16] 국내 출시 중인 R134a 냉동기 냉동능력 및 효율 냉동능력 usrt 냉수조건( ) 냉각수 조건( ) 입구 출구 입구 출구 효율(kW/RT) 120~ ~ ~ ~ ~ ㅇ 냉동냉장장치 개발기술 - 냉동냉장고에 적용되는 냉매로는 HFC 계열인 R-134a와 이소부탄인 R-600a가 대표 적이며 프로판인 R-290과 R-22도 극히 일부 사용되고 있음 - 국내시장에 적용되는 냉동 냉장고는 전량 R-134a 냉매를 사용하고 있으나 주요 Major 제조업체인 삼성전자, LG전자, 대우일렉트로닉스 등에서는 R-600a가 적용된 유럽 수출용 냉동냉장고를 개발 판매하고 있음 - 냉동냉장고의 대형화 고급화 바람, 기능의 다양화(예 : 개별냉각 냉동)에 따라 냉장 고에 적용되는 기술도 단순 정속기능에서 DC Inverter 기술(LG전자), Linear 기술 (LG전자), DVC 기술(삼성전자)등이 접목된 제품이 개발되고 있음 - 유럽에서 사용하고 있는 R-600a 냉장고(유럽 전체 중 약 30%의 비율)를 제외하면 자 연냉매를 적용한 제품은 개발되어 있지 않은 상황이며 일본, 미국, 중국 등에서는 R-600a의 인화성으로 인하여 사용을 금지하고 있음 - 이에 R-134a를 대체할 수 있는 무인화성, 무독성의 자연냉매를 적용한 냉동냉장고 기술을 개발하여 일본, 중국, 미국 등의 선진시장을 선점할 필요가 있음

29 요소부품 개발기술 전자팽창밸브 - 연간 약 240억원의 시장규모를 가진 팽창밸브의 국내 기술은 기존 Solenoid V/V에 서 머무르고 있으며 스테핑 모터 기술을 접목한 전자식 팽창밸브로 시스템에서는 전환되고 있으나, 국내 기술 보다는 일본의 기술을 도입한 즉, 수입으로 대체하고 있 는 실정임. - 국내 전자팽창 밸브의 제조 현황은 1 ~ 2 업체가 참여하고 있으나 그 수량은 매우 적으며 국산화 개발에 관심이 극히 적은 대기업의 영향과 제조의 어려움으로 실제 개발 참여가 저조한 실정임 - 가변식 압축기에 적절히 대응할 수 있는 가변형 냉매 유량 제어가 필요로 하는 제어 시스템에 전자 팽창밸브의 사용은 매년 증대하고 있으며, 효율과 제어의 용이성으로 적용이 확대되고 있음 - 수요가 점차 증대되고, 공조관련 요소 부품에서 주요 핵심 부품인 전자팽창밸브의 개발이 이루어지지 않으면, 점차 확대되는 기업간, 국가간의 기술 격차가 심화될 우 려가 있음 - 기존의 HCFC - 22를 이용한 냉동 공조기기용 오일분리기, Accumulator, 필터 드라 이어 등 비교적 간단한 형태의 일부 핵심 부품은 (주)유니온금속, (주)부성냉열, (주) 창성, 동화정밀 등에서 개발되어 시스템에 적용되고 있음 - 하지만 팽창 장치나 고가의 밸브 등은 덴마크의 Danfoss나 일본의 Saginomiya 등에 서 수입하여 사용하고 있는 상황이며 해석 모델 확립을 비롯한 핵심 기술 개발은 거 의 이루어지지 않고 있으나 다만 생산 단가를 줄이기 위한 제작 공정 개발과 용접 기술 분야 등은 상당한 기술 축적이 이루어져 있는 상황임 - 그러나 현재 고압과 초임계 조건에 따라 선택적으로 용해되는 오일 및 수분이 존재

30 하게 될 경우 산성화되는 특성을 지닌 자연냉매용 팽창장치, 오일분리기, 필터, Accumulator, 밸브 등 핵심 부품에 대한 국내 연구 개발은 현재 전무한 상황임 방향전환 밸브 - 4-way, 3-way 밸브는 국내업체 중 생산을 하는 업체가 없으며 시장은 선진기술(신 뢰성)을 가진 일본과 원가 경쟁력을 갖춘 중국이 100%차지하고 있으며 그 시장규모 로는 연간 약 550억원에 이름 - 4-way, 3-way 밸브의 사용 냉매는 HCFC, HFC 계열의 제품이며 현재 친환경냉매용 으로는 개발되어 있지 않음 - 유니온 금속은 현재 기계연구원과 협력하여 자연냉매 Heat Pump에 적용되는 4-way 밸브를 연구개발 중에 있으며 시작품을 제작하여 고압에서의 작동성 및 신뢰 성을 테스트 중에 있음

31 (2) 해외 기술개발 현황 [표 2.17] 해외 주요국의 기술개발 현황 구분 제품/ 기술명 압축기 에어 컨디 셔너 개발 단계 개발 내용 개발주체 상용화 R410a, Ammonia, HC 왕복동 압축기 기술 Roltec 상용화 CO2 왕복동 압축기 기술 Grasso 상용화 CO2용 2 stage Inverter 로터리 압축기 기술 산요 상용화 Non-Fluorocarbon용 2-stage 로타리 기술 도시바-캐 리어 상용화 R407C냉매 적용 로터리 기술 산요 상용화 60 hp 급 스크롤 압축기 기술 댄포스 상용화 CO2용 스크롤 압축기 기술 덴소, 마쯔시타 상용화 2단압축방식이 적용된 고효율 히트펌프 히타치 상용화 7가지 이상의 프론트 판넬 칼라 및 산소공급 히트펌프 산요 상용화 고효율의 멀티 히트펌프 시스템 다이킨 상용화 자동공기청정 기술 적용 히트펌프 후지츠 상용화 자동 감지기술이 적용된 히트펌프 미쯔비시 상용화 COP 6.0이상의 R134a용 냉동기기술 미쯔비시 냉동 공조 공조 설비 상용화 0.6kW/RT 이하의 원심식 냉동기 기술 - 밀폐형 임펠러 기술향상 - 블레이드 기술향상 - 다단 압축기술 향상 - non-cfc 냉매 대체기술 향상 Trane, York, Carrier 냉동 냉장 상용화 Suction line HX, Expander를 적용한 냉동냉장고 기술 상용화 Cassette형 구성방식의 Vending Machine 기술 상용화 CO2용 Vending Machine 기술 SINTEF, 산요 Vendor, ROV 댄포스, 산요 요소 부품 상용화 상용화 고압용 EEV(Electric Expansion V/V) 기술 자동차용 에어컨시스템 요소기술 사기노미야 후지코키 산쿄, 파커 칼소닉 비스턴 덴소

32 ㅇ 압축기 개발기술 전반적 기술개발동향 년대 초반 룸 에어컨디셔너용 인버터 압축기가 최초로 개발되면서 20여년 동안 압축기 기술은 무수한 발전을 이루어 와 최근에는 초 고압에서도 신뢰성 있게 높은 효율로 작동할 수 있는 다양한 타입의 압축기 까지 개발되어 왔음 [그림 2.3] 새롭게 개발된 일본 주요 업체들의 CO2 압축기 - 다음은 최근 압축기를 개발하는데 있어 큰 흐름인 Inverter Technology, Digital Technology, Efficiency Important를 위해 세계 모든 압축기 개발업체들이 가장 중요 하게 여기는 핵심 요소들임 Supply Stability Price Production Level Efficiency on the environment Operational range Capacity (shifts to smaller/lager capacities) Size (compactness)

33 Simplicity of operation Ease of maintenance 왕복동식 압축기 - 적용냉매의 경우 Inverter기술과 신냉매의 적용이 이루어졌으며 R410a, Ammonia, HC는 Roltec사가 CO2는 Grasso, Refcomp사가 각각 신 냉매를 적용한 압축기를 생 산하였음 - 적용냉매의 경우 R134a 적용률이 64%, 자연냉매인 HC(R600a), CO2 증가추세이며 2006년 R600a 사용률은 30%로 예상됨 - Embraco는 2004년 R12 용 압축기의 생산을 중지하였고, Zel_China ACC)는 2006년 R12용 압축기의 생산을 중지할 예정임 로터리 압축기 년에 인버터 제어형 가변 속도 로터리 1단 압축기가 RAC에 장착되어 시장에 처음 나왔는데 이 압축기는 더 많은 에너지 절약에 매우 큰 기여를 했음 - 또한 상업용 에어컨에 2단 로터리(회전 피스톤형) 압축기가 최초로 1985년에 일본에 서 상품화되었고, 좋은 진동 특성 때문에 큰 로터리 압축기의 개발에 매우 유리하게 되었음 년에는 낮은 속도운전범위가 가능함으로 이전 제품과 비교했을 때 용량비가 2 배 이상이 되는 RAC를 위한 2실린더 로터리 압축기가 개발되었는데 이것은 눈에 띄는 에너지 절약, 더 낮은 진동과 소음 수준을 현실화시킬 수 있게 되었고 DC모터 의 도입으로 더 나은 기술적 혁신을 이루게 되었으며 이 부분에 있어서는 일본이 세 계 최고의 기술 수준을 가지고 있음 년 9월 중국정부는 에어컨디셔너의 에너지 효율에 관한 기준을 제정함으로서

34 이는 대부분의 ACs에 적용되는 로터리압축기의 AC 또는 DC Inverter기술 비율의 증가를 가속시킬 것으로 예상 - 압축기의 주파수를 변화시켜 용량을 가변하는 Inverter 기술은 로터리 압축기 뿐만 아니라 왕복동식, 스크롤식, 스크류식, 원심식 압축기 에도 모두 적용되는 기술임 - 냉매적용에 있어 일본의 산요는 최종적인 잠재 대체냉매인 CO2를 적용한 2단 Inverter Rotary를 개발하여 현재 제품을 판매하고 있음 - 또한 도시바-캐리어는 2006년 1월 최초로 Non-Fluorocarbon용 냉동냉장고에 적용할 수 있는 "Double-Stage" 로타리 압축기를 개발하였음 - 냉동냉장유닛에 적용되는 로터리 압축기의 경우 적용냉매는 대부분 R22이나 R404a, R134a를 적용한 압축기도 새롭게 출시되고 있는 상황이며 Sanyo는 R407c냉매용 압 축기를 생산 중에 있음 스크롤 압축기 - 일본에서는 자동차를 위한 스크롤 압축기가 1981년에 처음으로 상품화되었고 PAC 를 위한 스크롤 압축기 또한 1983년 처음으로 상품화되었음 - 비록 스크롤 압축기가 20년의 짧은 역사를 가지고 있지만 중소형의 냉각장치에서 에어컨에까지 적용의 범위를 확장하여 왔으며 Danfoss Maneurop은 60hp 용량의 제 품을 만들었고 더 큰 용량으로 기술을 개발 할 가능성이 매우 큼 - Copeland 또한 2001년 1월 애틀란타에서 열린 AHR 엑스포에 전시하면서 단일 스 크롤 압축기의 25hp 모델을 개발했다고 발표했다. 이 두 거대 제조업체는 OEM으로 하여금 대형 냉공조제품에 스크롤 압축기를 도입하게 함으로써 스크롤 압축기의 판 매를 촉진시키려 하고 있음 - Hitachi Home & Life Solution Inc.사는 2005년 에너지를 절약할 수 있고 동시에 온

35 도를 조절할 수 있는 상업용 냉동냉장장치용(Ice cream showcases, Cold soft drink showcases 등) ZS'시리즈의 스크롤 압축기를 개발하였음 - Scroll 압축기는 일본시장의 80%이상이 Inverter 기술이 적용될 정도로 고효율, 저진동, 저소음을 자랑하며 이는 냉동냉장 뿐 아니라 에어컨디션에도 기술이 적용되고 있음 - 공조용 Scroll 압축기의 경우 전량 R410A를 적용하고 있으며 Denso, Matsushita, Hitachi의 경우 급탕기에는 CO2를 적용하고 있음 - 그밖에 Inverter Scroll 압축기 기술을 적용하고 있는 대표 업체로는 Danfoss, Melco 등 이 있음 냉매오일 - 윤활유의 선택은 냉동기와 에어컨 압축기의 전체적인 작동 효율성에 있어서 매우 큰 영향을 줄 수 있어 최근 몇 년 동안 윤활유 개발의 초점은 HFC와 그 대체냉매를 사용하여 운영되는 제품에 관심이 맞춰져 있음 - 3년전 고베 심포지엄에서 Uniqema Lubricants(영국) 등은 윤활유 점성의 중요성을 강조하였고 현재 CO2와 탄화수소(HC)를 사용하는 윤활유에 대한 연구 또한 활발히 진행 중임 - 이레미츠와 도미나가 등의 발표에 의하면 CO2 냉매에 대한 가장 유력한 후보의 윤 활유는 PAG(polyalkylene glycol)라고 결론지었으며 지금까지 R407C와 R410A(HFC)에게 POE와 PVE 같은 오일이 적합하다고 일반적으로 여겨지고 있지 만, CO2 냉매를 사용하는 시스템에 가장 적합한 윤활유를 결정 하는 데는 더 많은 연구와 시간이 필요할 것임 - 특히 CO2냉매의 오일로 유력한 PAG 오일은 현재 Sanyo가 2001년에 포괄적인 청구 범위로 특허를 이미 등록해 놓은 상태이기 때문에 회피 또는 무시할 수 있는 방안도 연구되어야 함

36 ㅇ 에어컨디셔너/히트펌프 개발기술 미국 - 미국은 다른 국가와 달리 전체 1300만대 중 60%이상의 에어컨디셔너 및 히트펌프가 Unitary Type(Ducted)이고 나머지 40%도 Window Type으로 에너지 효율향상의 필 수 기술인 Inverter기술의 적용 비율이 낮음 - 주요 제조업체로는 Carrier, Trane, York, Lennox, Nordyne, Rheem / Ruud and Goodman등이 있으며 이들은 거의 Unitary Type의 에어컨디셔너를 개발하여 판매 하고 있음. Window Type ACs의 경우는 중국, 한국 기업을 위주로 미국 기업브랜드 또는 판매자 브랜드를 사용하여 생산 판매하고 있음 - 현재까지 에너지 소비에 다소 넉넉한 편이었던 미국도 에어컨디셔너 효율기준을 2006년 1월부터 기존대비 30%상향(SEER 10 SEER 13) 조정함에 따라 위의 각 업 체들은 고효율의 압축기, 열교환기 개발 등을 통한 향상된 성능기준에 맞추기 위하 여 노력하고 있음 - 현재 거의 모든 Window type 및 Unitary type 에어컨디셔너에는 R22냉매를 사용하 고 있으며 현재 위 시스템의 대체냉매인 R410A가 적용된 제품은 비록 높은 가격으 로 인하여 잘 판매되고 있지 않지만 2010년 이전에는 새로운 R22제품의 판매가 전 면 금지될 것으로 예상 - 세계최대의 Chemical 냉매회사인 미국의 Dupont은 차세대 자동차용 공조시스템에 적용될 수 있는 신냉매(H-Refrigerant)를 개발하였다고 발표하였는데 이는 GWP가 150미만으로서 HFC-134a를 대체할 수 있는 것으로 현재 유독성, 안전성, 신뢰성을 시험하고 있으며 3 ~ 5년 이내에 상용화 될 것을 기대하고 있음.( Jarn) - Dupont의 신냉매 개발 발표는 실질적으로 유럽연합(EU)의 자연냉매 정책에 반하는 것으로 유럽에서 냉동냉장 시스템에 널리 사용되고 있는 이소부탄(R-600a)냉매도 인 화성을 이유로 금지하고 있으며 미국 정부 역시 Dupont회사 입장에서 자연냉매의

37 적용보다는 신 냉매(H-Refrigerant)의 개발쪽으로 역점을 두고 있음 일본 - 일본은 RAC 시장의 대부분인 Split Wall mounted type ACs (약 700만대)제품의 98%이상이 냉방 난방이 가능한 Heat pump type 이고 거의 모든 제품에 인버터 방 식을 채택하고 있어 실질적으로 세계 에어컨디셔너, 히트 펌프 시장의 기술을 선도 하고 있음 - 또한 일본내에 판매되고 있는 모든 제품에는 R22 대체냉매인 R410A 또는 R407C 냉 매를 적용하고 있으며 이는 세계에서 가장 친환경적이며 고효율인 제품시장을 주도 한다고 볼 수 있음 - 최근에는 에너지 절약효과가 큰 고 효율 기능과 높은 실내 공기질(high IAQ)제공 기 능, 화려하고 깔끔한 칼라의 외관, 여러 단계의 공기 필터기능 등이 포함된 디지털 인버터 제품을 개발하는 것을 목표로 일본 내 주요기업들은 신제품 개발을 위해 박 차를 가하고 있음 - 대부분의 업체는 에어컨디셔너의 에너지 효율 향상에 있어 가장 중요한 기준인 성 능이 꾸준히 향상되어 현재 가장 일반적인 모델인 2.2kW급의 경우 COP 기준으로 6.2 ~ 6.5를 달성 하였고 평균적으로도 6.0이상을 달성하였음 - 친환경냉매 적용 분야에서도 일본은 이미 1980년대 후반부터 정부지원하에 ECO - CUTE 라는 환경친화 장기프로젝트를 진행하여 다이킨, 산요, 덴소, 코로나, 마쯔시 타 등 다수의 일본내 업체들은 현재 2.5 ~ 4kW급 소형 급탕기를 실용화하는데 성공 함 - 또한 일본 내 주요 메이커들은 2008년 상용화를 목표로 소형 공랭식 냉난방기 개발 프로젝트를 수행하고 있음

38 중국 - 중국은 냉방과 난방을 동시에 구현할 수 있는 힛 펌프형 에어컨디셔너는 전체 중 약 70%이상을 차지하고 있으며 그중 4 ~ 6%가 인버터 모델이며 상당수의 중국기업이 일본기업들과의 기술협력관계로 기술이전을 받아 Heat Pump 분야에서 상당한 효 율 향상을 가져옴 - 아직 대부분의 에어컨디셔너, Heat Pump 모델은 R22 냉매를 사용하고 있지만 R410A를 적용할 수 있는 압축기 기술을 개발하여 일부 모델에 적용하고 있음 - 중국의 경우 아직 자연냉매가 적용된 에어컨디셔너 및 히트펌프를 개발하지는 않았 지만 현재 중국의 청화대, 서안교통대, 천진대 등에서는 CO2를 적용한 Ejector Cycle, Linear Expander Cycle 등을 연구하고 있음 ㅇ 공조설비(Chiller) 개발기술 - 선진 미국의 경우 냉동기 제조 3대 업체인 Trane, York International, Carrier에서 생 산하고 있는 냉동기의 특성 및 종류는 [표 2.18]~[표 2.20]와 같음. - 소비전력은 냉동톤당 액 0.6kW 전후의 수준으로 이는 밀폐형 임펠러의 제작기술의 발달과 더불어 후향경사각을 갖는 3차원적으로 최적 설계된 블레이드를 사용함이 주기술임. [표 2.18] Trane사의 Hermetic Centrifugal Chiller usrt Model 냉매 165~1,400 CVHE, CVHF R123 1,400~3,000 LHCV *Direct-drive 3,600rpm fixed speed *High efficiency 0.52kW/ton (300~1,200 usrt)

39 [표 2.19] York사의 Millennium Centrifugal Chiller usrt 냉매 비고 350~2,100 R134a/R22 Reduction 30% of power 100~850 R123 consumption annually with variable speed motor 400~2,100 R134a Natural gas engine drive application 2,000~8,500 R134a/R22 Multi-stage compression [표 2.20] Carrier사의 Centrifugal Chiller usrt 모델 냉매 200~1,500 19XR Evergreen (1st.) 350~525 19XR Evergreen R134a (1st., 0.50kW) 300~600 19XR 300~530 19XR R22 800~2,200 19XR (2st., 0.56~0.60kW) 1,500~2,300 17ER (2st., 0.55~0.59kW) R134a 3,000~6,800 17DA(1St.) - 압축기 효율 향상을 위해 CFD를 적용한 벌류튜 설계기술도 향상되고 있음. 1,000 usrt 이상 급의 대형 냉동기들도 응축기, 증발기, 압축기들을 조합하여 고객이 원하 는 여러 가지 형태의 모델을 출시함으로 제품 경쟁력을 높임 - 일본의 미쯔비시는 경우 non-cfc 대체로 R134a 냉동기를 1993년부터 개발하여 ART 시리즈를 발매하였으며, 2000년 이후 COP 6.0 (0.584kW / usrt)이라는 고효율 냉동기를 개발하여 출시하고 있음. ㅇ 냉동냉장유닛 개발기술 - 가정용 냉동냉장고는 과거 단순한 구조의 1 Door 또는 상하 양문형 냉장고에서 최 근에는 좌우 양문형 냉장고, 3 Door 이상의 다도어 냉장고 등 그 구조 및 기능이 다 양화 되고 있는 추세임

40 - 가정용 냉동냉장고에 적용되는 압축기의 대부분은 200 ~ 300W급의 소형 왕복동식 압축기가 적용되기 때문에 냉매의 경우도 R 134a가 60%이상 적용되고 있음 - 최근에는 유럽을 중심으로 자연냉매인 R600a가 적용된 냉동냉장고의 수요가 증가되 고 있으나 R600a의 경우 인화성 및 폭발성으로 인하여 보다 안전성이 요구되는 자 연냉매(예 : CO2)가 적용된 제품의 필요성이 대두되고 있음 - CO2의 경우 고온, 저온환경조건에서 높은 열효율을 나타내는 장점으로 인하여 노르 웨이 SINTEF 및 일본 Sanyo 에서는 Suction line 열교환기, Expander 등을 장착한 냉동냉장고의 개발을 진행 중에 있음 - 또한 일부 업체(Roltec, Grasso, Refcomp)에서는 CO2 등의 신 냉매를 적용한 압축기 를 생산하여 시장적용을 위한 준비 중에 있음 - 냉동냉장고의 경우 에어컨디셔너, 히트펌프에 비하여 상대적으로 Inverter기술을 접 목시키기가 용이하나 가격대가 매우 높아 에너지절약 효과의 이점을 상쇄하고도 남 기 때문에 널리 상용화되기는 상당한 기간이 요구됨 ㅇ 요소부품 개발기술 - 세계적으로 자연냉매를 이용한 냉장냉동 및 히트펌프 시스템분야에서 가장 앞선 곳 은 일본이며 시스템을 구성하는 요소부품 개발분야에 가장 앞선 곳 또한 일본임. 그 외 유럽 및 선진국에서 개발을 진행 중에 있음 - 일본에서는 Electronic Expansion Valve는 양산체제에 진입을 하였으며, 극저온 지 역인 홋가이도 지역을 중심으로 급탕 및 히트펌프가 양산되어 장착 중에 있음. 또한 Toyota와 같은 대형 자동차 업체 위주로 하이브리드카에 적용되어지는 차량용 에어 컨 시스템 개발이 진행 중에 있음 - 유럽 지역에서는 Danfoss사가 중심이 되어 Market에 적용되어지는 냉동 냉장 시스

41 템을 양산 중에 있고, 히트펌프의 요소부품 개발이 진행 중에 있으며 미주지역에서 는 GM, Ford 및 Chrysler에서 차량용 에어컨 시스템을 개발 중에 있음 방향전환밸브 - 세계에서 요소부품 기술이 가장 잘 발달된 일본에서는 기존 힛 펌프용 방향전환밸 브의 경우 후지코키, 사기노미야 등을 중심으로 시장을 주도 하고 있으며 관련 특허 또한 가장 많이 등록되어있는 상태임 - 하지만 산요, 다이킨, 히타치 등의 업체에 의해 이미 개발되어 상용화된 자연냉매를 적용한 급탕용 난방시스템은 방향전환밸브가 적용되지 않고 있고 아직까지 냉난방 용 에어컨 시스템은 개발되어 있지 않음으로 인해 방향전환밸브에 관한 개발도 이 루어지고 있지 않음

42 2.4 국내외 특허동향 (1) 연도별 특허 출원/등록 추이 ㅇ 냉동기기 산업은 80년대에서부터 지속적으로 일정 이상의 꾸준한 등록수를 보 이고 있으며 전체적으로 증가하는 추세에 있음 - 외국인과 미국인의 등록수가 거의 동등함 - 외국인은 일본, 한국, 독일, 캐나다 등의 순의 등록수를 보이며 특히 일본의 경우 외 국인 등록수의 절반이상을 차지함 일본 31% 미국 48% 한국 9% 독일 3% 기타 7% 캐나다 2% 스웨덴 1% 기타 2% 프랑스 1% 대만 1% 덴마크 0% 브라질 0% 영국 1% 이탈리아 1% 등 400 록 건300 수 외국인 미국인 0 "81 "82 "83 "84 "85 "86 "87 "88 "89 "90 "91 "92 "93 "94 "95 "96 "97 "98 "99 "00 "01 "02 "03 "04 "05 자국인 외국인 합계 제 1 출원인 기준 2. 분석구간: 1981~2006 (등록년도) [그림 2.4] 미국인 외국인 연도별 특허 등록건수

43 (2) 냉동공조산업의 기술발전 위치 ㅇ 등록건수와 출원인수 변화의 상관관계를 통해 기술의 위치를 살펴보는 포트폴 리오 기본모델에서, 미국특허는 발전기 단계에 있는 것으로 나타남 - 90년대 말에 등록수와 특허권자수가 크게 증가함을 알 수 있음 - 포트폴리오 모델로 보았을 때 발전기가 좀 더 지속되거나 혹은 성숙기로 들어설 가 능성이 있음 퇴조기 부활기 성숙기 등 록 건 수 발전기 특허권자수 1. 분석구간 : 미국 - 81~ 85, 86~ 90, 91~ 95, 96~ 00, 01~ 05(등록년도) 2. X축: 특허권자수, Y축: 등록건수 [그림 2.5]. 포트폴리오로 본 냉동공조기기의 위치

44 (3) 냉동공조산업의 특허분포도(Themescape) ㅇ 전체적으로 냉동기기에 공통적으로 많이 쓰이는 압축기, 밸브, 열교환기, 제어 에 연관된 기술의 위치가 높은 것으로 분석됨 - 스크롤 압축기, 사판식 압축기, 베인형 압축기에 대한 기술이 높은 지점에 위치하여 있음 - 제어에 필요한 밸브바디, 온도에 관련된 밸브 부분 등에 관련된 기술의 등고선이 높 음 - 열교환기, 열교환기 핀, 열교환기의 온도에 관련된 부분의 등고선이 높음 분석도구: Aureka 1) [그림 2.6] 냉동기기 산업의 특허분포도(Thermescape) 1) Thomson Scientific사의 분석Tool로서 Text Mining을 이용하여 Technical Field Overview를 2만피트 상공 에서 내려다보는 등고선 형태의 지도로 제공함. 관련 주제어(키워드)를 가진 특허들끼리 조밀하게 위치시 키며 맵에서의 거리가 멀면 관련성이 적음을 의미함. 또한, 등고선의 높이가 높을수록 봉우리의 주제어와 관련성이 높은 특허가 많음을 의미

45 (4) 세부기술의 연도별 특허동향 ㅇ 미국의 냉동공조산업은 기술 전체적으로 고른 특허 활동을 보이고 있으며 증 가하는 추세에 있는 것을 알 수 있음 - 냉매압축기는 80년대에 특허활동이 활발하다가 소강상태를 보인 후 90년대 말부터 다시 특허 활동이 활발해짐 - 에어컨디셔너는 특허활동이 지속적으로 활발하며 특히 90년대 말 이후로 등록수가 급격히 증가함 - 관련기기와 냉동냉장기기는 꾸준한 등록수를 보임 등 록 건 수 관련기기 냉동냉장기기 냉매압축기 에어컨디셔너 관련기기 에어컨디셔너 에어컨디셔너 등록년도 분석구간: 미국특허 1981~2005(등록년도) 냉동냉장기기 냉매압축기 관련기기 [그림 2.7] 세부기술별 등록특허 추이 냉동냉장기기 냉매압축기

46 (5) 포트폴리오 분석 ㅇ 미국특허에서 기술들의 점유율이 20%이상 되어 기술개발이 집중되는 분야보 다는 유사한 비율로 기술개발이 진행됨을 알 수 있음 - 에어컨디셔너와 냉매압축기의 점유율이 상대적으로 높게 나타나며 에어컨디셔너의 경우 증가율이 상대적으로 높음 - 냉동냉장기기, 냉매압축기의 경우 등록특허의 증가가 거의 없는 것으로 조사됨 - 관련기기의 경우 증가율이 (-)로 이후 점유율이 떨어질 것으로 예상 할 수 있음 미국특허 특 허 증 가 율 5% 냉동냉장기 기 에어컨디셔 너 냉매압축기 관련기기 -5% 15% 25% 특허점유율 1. 제 1출원인 기준 2. 분석구간: 미국- 1981~ 2005(등록년도) 3. X축: 100%/기술분야 개수, Y축: 분석구간의 연평균 증가율 의 기하평균값 4. 분석의미: 1사분면- 지속적으로 특허출원이 활발, 2사분면- 최근 특허출원이 활발 3사분면- 초창기(도입기) 기술, 4사분면- 최근 특허출원이 감소추세 [그림 2.8] 특허점유율 및 증가율에 따른 포트폴리오 분석

47 (6) 기술분야별 주요 출원인 ㅇ 캐리어는 관련기기와 에어컨디셔너 분야에서 상위 특허권자임 ㅇ GE 와 Whirlpool 은 다른 기술 분야의 점유율은 낮으나 냉동냉장기기에 대한 점유율이 높아서 냉동냉장기기에 주력하는 기업으로 파악됨 ㅇ 냉매압축기에서는 일본기업인 Toyoda, Hitachi, Matsushita 가 상위 그룹을 형 성함 순 위 [표 2.21] 세부 기술 분야별 다출원인 TOP 5 관련기기 점유율 냉동냉장기기 점유율 1 Carrier Corp 2 Fujikoki Corporation Modine Manufacturing 3 Company SAMSUNG 4 ELECTRONICS 5 Hitachi Ltd 순 위 1 4% 8% General Electric Co (77) (148) 2% 7% Whirlpool Corp (39) (141) 2% 4% Daewoo Electronics (32) (70) 1% 2% Toshiba Corporation (26) (49) 1% 1% Sanyo Electric Co Ltd (25) (28) 냉매압축기 점유율 에어컨디셔너 점유율 Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho 2 Hitachi Ltd Matsushita Electric 3 Industrial Co., Ltd. Scroll Technologies, 4 Inc. Mitsubishi Electric 5 Corp 분석구간: 미국특허 1981~2005(등록년도) 12% 7% (286) Carrier Corp (156) 5% Mitsubishi Electric 4% (116) Corp (84) 4% 3% Denso Corporation (108) (75) 4% Matsushita Electric 2% (90) Industrial Co., Ltd. (52) 3% 2% LG Electronics Inc. (74) (35)

48 (7) 국가별 국제공동연구 ㅇ 발명자와 출원인의 국적을 바탕으로 국가간 발생하는 국제 공동 연구 현황을 분석함 ㅇ 미국이 가장 많은 국제 공동연구 결과가 존재하며 독일과 5건, 프랑스와 3건, 일본과 2건, 한국과 1건, 싱가포르와 1건의 결과가 존재함 ㅇ 프랑스가 5건의 국제 공동연구 결과가 존재하며 미국과 3건, 캐나다와 1건, 덴 마크와 1건의 결과가 존재함 ㅇ 한국의 경우 미국과 1건의 국제 공동연구가 존재함 [표 2.22] 국제 공동 발명 국가명 코드 CA CH DE DK FR GB JP KR SG US 캐나다 CA 1 스위스 CH 1 독일 DE 덴마크 DK 1 프랑스 FR 영국 GB 1 일본 JP 1 2 한국 KR 1 싱가포르 SG 1 미국 US 분석구간: 미국특허 1981~2005(등록년도)

49 ㅇ [그림 2.9]는 국제공동발명의 국가내 점유율 그래프로 %의 수치가 점유율, 괄 호안의 수치는 전체 등록 건수를 보여주며 미국에 등록된 각 국가별 등록수에 서 국제공동 발명의 비율을 나타냄 - 싱가포르의 점유율이 20%, 프랑스가 5.56%, 스위스가 4.17%의 점유율을 보이며 이 외의 국가들은 그 점유율이 미미함 일본 0.11% (2741건) 한국 0.14% (732건) 미국 0.29% (4088건) 캐나다 0.75% (134건) 영국 1.59% (63건) 독일 2.65% (302건) 덴마크 3.13% (32건) 스위스 4.17% (24건) 프랑스 5.56% (90건) 싱가포르 20% (5건) 0% 5% 10% 15% 20% 25% 분석구간: 미국특허 1981~2005(등록년도) [그림 2.9] 국제공동발명 국가내 점유율

50 (8) 주요기업의 특허경쟁력 (가) 질적수준을 고려한 주요기업의 시장력 분석 ㅇ 대다수의 기업이 시장확보력이 크게 분석되고 있으며 질적수준은 평균보다 높 지 않은 것으로 분석됨 - Whirlpool 의 경우 질적수준은 높으나, 시장확보력이 떨어지는 것으로 분석됨 - Hitachi, Toshiba의 경우 질적수준, 시장확보력 모두 높은 것으로 분석됨 - 한국기업인 Samsung과 LG는 질적수준은 떨어지나 시장확보력이 높은 것으로 분석됨 인 용 도 지 수 C P P ( 4 3 ) 2 Whirlpool GE 평균 특허인용수: 7.26 질 적 수 준 高 시장확보력 大 평균 Family s ize: 3.24 Hitachi Toshiba Toyoda Mitsubishi Matsushita Carrier Samsung LG 시장력지수 (PFS) 1. 분석구간: 미국특허 1981~2005(등록년도) 2. X축: PFS=분석기업의 전체 PatentFamily수/분석기업의 전체 특허수 Y축: 분석기업 전체특허의 피인용회수 합계/분석기업의 전체 특허수 [그림 2.10] 주요기업의 특허 영향력 및 시장확보력

51 (나) 주요기업의 연구개발방향 및 기술발전속도 ㅇ 대다수의 기업이 빠르고 보다 응용적인 분야에 연구개발이 집중되고 있음 - 특히 Denso, sanden, Toyoda, LG의 기술순환주기가 빠르게 나타나며 Toyoda, Toshiba, Hitachi, Whirlpool은 응용기술분야에 가장 집중되어 있는 것을 알 수 있음 ㅇ LG, Samsung 의 경우 LG는 기술순환주기가 빠른쪽에, Samsung은 보다 응용 분야에 가깝게 연구개발방향을 잡고 있는 것을 알 수 있음 4 More Basic More Applied 논 문 인 용 수 N P R ( ) 평균TCT: 6.36 Dens o s anden Toyoda M ats us hita Sanyo LG Carrier M its ubis hi GE Hitachi Sams ung Tos hiba Whirlpool 평균 NPR: 기술순환주기( TCT) 논문인용수 평균 3.66 TCT 평균 Faster Slower 분석구간: 미국특허 1981~2005(등록년도) [그림 2.11] 주요기업의 연구개발방향 및 기술발전속도

52 (다) 기술력 지수 비교 ㅇ LG, Denso, Toyoda는 90년대 말에서 2000년대 초로 오면서 가장 기술력이 높 아진 기업이고 Carrier, Samsung의 경우 같은 기간 기술력이 떨어진 기업으로 분석됨 - 특히, Samsung의 경우 기술력이 절반까지 줄어들어 냉동기기 분야의 기술개발에 투 자하지 않는 것으로 판단됨 ~' ~ 기 술 100 력 지 80 수 LG Denso Toyoda Carrier SAMSUNG Matsushita Whirlpool Sanyo Mitsubishi Daewoo 1.분석구간: 미국특허 1981~2005 (등록년도) 2.산출방법: 특허등록건수 X PII [그림 2.13] 주요기업의 기술력 지수

53 (9) PSI(Patent Scoring Index) 분석 (가) 분석 개요 ㅇ 분석방법 - 기술전문가(전문위원)의 주관적 판단에 따른 특허의 기술적 가치와 특허의 서 지정보(평가 Factor)를 이용한 권리적 중요성을 평가하여 국가, 기업 및 기술 분야별 특허의 질적수준을 정량적으로 측정함 (미국등록특허 이용) ㅇ 분석절차 노이즈 제거 (특허분류작업) - 특허분석담당자 기술중요도 평가 권리중요도 평가 - 노이즈 제거 결과 - 특허평가 Factor들 의 신뢰성검증을 을 이용 겸한 전문위원의 - 특허분석담당자 주관적 평가 ㅇ 권리중요도 평가 Factor 및 가중치 [표 2.23] 권리중요도 평가 Factor 및 가중치 권리평가 Factor 가중치1 가중치2 적용값 PFS(Patent Family Size) 특허권자수 청구항수 발명자수 피인용횟수 국제공동연구 기술순환주기(TCT) 평균보다 1개 증가: 3%, 2.5개: 35%, 20개 이상: 54% 가중치1: Factor들이 권리중요도 평가에 영향을 주는 정도에 따른 가중치 가중치2: Factor들의 산업별 평균값과의 차이에 따른 가중치

54 (나) 세부기술분야별 기술 및 권리 중요도 ㅇ 기술별로 기술중요도와 권리중요도가 유사한 값을 가짐 - 상대적으로 냉매압축기가 가장 기술중요도와 권리중요도가 높으며 그 특허등록수 또한 가장 많음 6 기 술 중 요 도 에어컨디셔너 관련기기 냉매압축기 냉동냉장기기 권리중요도 [그림 2.14] 기술별 기술 및 권리 중요도 (다) 주요국가의 Patent Score ㅇ 일본의 Patent Score가 가장 높으며 다음으로 미국, 한국 등의 국가의 스코어 가 높음 - 일본의 경우 한국의 10배 가까운 종합 PSI 점수를 나타냄

55 [표 2.24] 주요국가의 평균 Patent Score 국가 핵심 평균 평균 특허건수 기술중요도 권리중요도 PSI평균 종합PSI 일본 미국 한국 독일 프랑스 스웨덴 영국 평균PSI: (10점척도로 환산한 평균기술중요도+평균권리중요도)/2 종합PSI: 평균PSI X 핵심특허건수 평균기술 중요도 평균권리 중요도 평 균 PSI 일본 미국 한국 독일 프랑스 스웨덴 영국 [그림 2.15] 주요국가의 평균 patent Score (라) 주요기업의 Patent Score ㅇ 토요다의 종합스코어가 가장 높은 것으로 분석됨 ㅇ Carrier, Sanden, 삼성 등의 순으로 종합 PSI 스코어가 높음

56 [표 2.25] 주요기업의 평균 Patent Score 국가 핵심 평균 평균 특허건수 기술중요도 권리중요도 PSI평균 종합PSI Toyoda Carrier Sanden Sanyo Mitsubishi SAMSUNG Copeland 평균PSI: (10점척도로 환산한 평균기술중요도+평균권리중요도)/2 종합PSI: 평균PSI X 핵심특허건수 평 균 기 술 중 요 도 평 균 권 리 중 요 도 평 규 P SI Toyoda Carrier Sanden Sanyo Mitsubishi SAMSUNG Copeland [그림 2.16] 주요기업의 평균 Patent Score

57 (마) PSI 상위 특허리스트 특허번호 등록일 출원인 발명의 명칭 US US Copeland Corporation Toyoda US Central Research US Denso Corporation Tokyo US US Electric Power Company Engineering Dynamics US General Motors Scroll compressor with liquid injection Displacement controlling structure for clutchless variable displacement compressor Heat-pump water heater Heat-pump water heater Heat-pump water heater Portable germicidal air filter Vehicular air conditioner using heat pump 기술 중요도 권리 중요도 평균 PSI

58 2.5 산업 및 기술개발 전망 (1) 시장 전망 (가) 국내 시장 전망 - 국내 냉동공조 시장은 지구 온실화영향에 따른 여름철 온도 상승, 가전기기(에어컨 디셔너) 보급률 상승, 대형 냉동공조기기 수요의 증가 등에 따라 향후 성장전망은 매우 낙관적임 - 특히 국내시장을 주도했던 중소형 냉동냉장기기 및 에어컨디셔너의 시장이 중대형 용량의 냉동냉장기기 및 에어컨디셔너로 바뀌고 있는데 이는 국내 제조업체들이 저 가의 중국제품에 맞서 시장 경쟁력과 지배력이 높고 수익성이 큰 고급형 프리미엄 제품 등을 집중 개발하고 있는데 따른 것으로 분석됨 [표 2.26] 냉동공조산업의 국내 시장 전망 (단위 : 물량-천대, 금액-억원) 구분 2004년 2005년 2010년 2012년 2015년 국내 시장 물량 71,024 72,878 82,352 86,634 93,058 금액 90, , , ,316 점유율 산출근거 : 2006 통계청 자료 및 한국냉동공조협회 2006 통계현황을 근거 로 성장률을 추산함

59 [표 2.27] 용량별 에어컨디셔너, 냉동냉장고 변화 현황 및 전망 (단위 : 물량-천대) Air Conditioner Refrigerator 품 목 증감폭 RAC (4kW 이하) 5,804 3,469 2,902 25%감소 PAC (4kW 이상) ,306 56%증가 200l이하 1, %감소 200 ~ 400l 2,279 1,921 1,548 16%감소 400l이상 2,228 2,739 3,253 23%증가 산출근거 : 2006 통계청 품목별 자료 ㅇ 냉매압축기 - 국내 냉매압축기의 시장규모는 계속된 중국으로의 생산 공장 이전으로 인하여 2004 년 2000만 유닛 규모에서 2005년 1700만 유닛규모로 줄어들었으며 향후 10년 동안의 시장규모도 크게 변하지 않고 2,000 ~2,200만 유닛규모를 꾸준히 유지할 것으로 전 망됨 - 국내 시장도 향후 친환경 제품의 장려정책으로 인하여 CO2가 적용된 2단 압축방식 의 로터리 압축기, R600a 또는 CO2가 적용된 왕복동식 압축기, 리니어 압축기의 시 장규모가 꾸준히 증가될 것으로 전망됨 [표 2.28] 냉매압축기의 국내 생산, 수출입 전망 (단위 : 물량-천대, 금액-백만불) 구 분 2004년 2005년 연평균 증가율 생산량 17,552 13, , % 공 생산액 % 급 수입량 3,886 3,540 3, , % 수입액 % 수출량 16,973 12,417 14,709 15,625 17,000 0% 수 수출액 % 요 내수량 4,465 4,518 4,783 4,889 5, % 내수액 % 산출근거 : 2006 통계청 자료 및 한국냉동공조협회 2006 통계현황을 근거로 성장률을 추산함

60 ㅇ 에어컨디셔너 - 국내 에어컨디셔너의 시장규모는 2000년대 초반부터 국내기업들의 중국공장이전으 로 인하여 2004년~2005년에는 그 생산량과 수출규모가 40%이상 줄어들었으나 그해 여름철 무더위로 인하여 내수규모는 약 50%이상 증가하였음 - 현재 국내 주요업체(LG전자, 삼성전자, 대우일렉트로닉스)들의 수출전략이 기존 소 형 에어컨디셔너에서 여러 대의 실내기를 하나의 실외기에 연결한 중형급 이상의 멀티형 에어컨디셔너, 또는 고급형 히트펌프로 변할 것으로 전망됨 - 이에 따라 수출량은 2004년 대비 다소 줄어들 것으로 전망되나 수출액 및 내수 규모 는 각각 11%, 2 ~ 3%로 꾸준히 증가할 것으로 전망됨 [표 2.29] 에어컨디셔너(히트펌프 포함)의 국내 생산, 수출입 전망 (단위 : 물량-천대, 금액-백만불) 구 분 연평균 증가율 생산량 6,399 3,878 4,939 5,364 6, % 공 생산액 2,680 2,169 2,810 3,066 3, % 급 수입량 , % 수입액 % 수출량 5,349 2,599 3,550 3,930 4, % 수 수출액 1, ,100 1,260 1, % 요 내수량 1,302 2,056 2,278 2,367 2, % 내수액 1,362 1,507 1,754 1,852 2, % 산출근거 : 2006 통계청 자료 및 한국냉동공조협회 2006 통계현황을 근거로 성장률을 추산함 ㅇ 공조설비기기 - Chiller - 압축식 냉동기는 대용량 냉방기기로 100~2,000RT까지 생산이 되고 있으며, 국내에 서는 원심식 냉동기의 경우 1971년 미국의 Chrysler Airtemp의 설계로 현대양행이 최초로 제작을 한 후 에어컨 시장에 비해 상대적으로 작은 시장으로 인해 각광을 받

61 지 못하였으나, 왕복동 및 스크류식과 함께 나름대로의 장점을 가지고 시장을 형성 하고 있음. - 현재 국내 생산업체로서는 LS 전선, SE, 화인텍 센츄리 등 소수업체에 불과하며, 나 머지는 대리점 형식으로 미국 및 일본의 제품을 판매하고 있음. - 국내 압축식 냉동기 판매 추이는 [표 2.30]과 같으며, 1980년대까지 대형 냉방기기로 각광을 받았으나, 전력 평준화 정책에 의해 도입된 흡수식 냉방기기에 그 지위를 내 주어 현재는 흡수식 시장의 약 20% 수준에 머물고 있으며, 2000년대 이 후 터보냉동 기의 경우 연간 295대를 정점으로 수요에 큰 변화가 없음을 알 수 있음. - 현재 국내에서 생산되는 압축식 냉동기의 냉매로는 R11, R123 및 R134a가 사용되어 지고 있음. 현재 한국 시장에서는 R123 냉동기가 주류를 이루고 있으나 오존층 파괴 문제와 지구온난화로 인하여 앞으로는 오존층 파괴지수(ODP, Ozone depletion potential)가 0인 HFC계 냉매인 R134a가 주로 사용될 것임. [표 2.30] 국내 압축식 냉동기 수요 추이 2000년 2001년 2002년 2003년 2004년 합계 왕복동식 ,764 흡수식 1,143 1,054 1, ,010 터보 ,

62 ㅇ 냉동냉장장치 [표 2.31] 냉동냉장고의 국내 생산, 수출입 전망 (단위 : 물량-천대, 금액-백만불) 구 분 2004년 2005년 연평균 증가율 생산량 5,464 5,350 5,741 6,027 6, % 공 생산액 1,772 2,045 2,483 2,658 2, % 급 수입량 % 수입액 % 수출량 4,154 3,851 4,176 4,436 4, % 수 수출액 1,407 1,625 1,813 1,888 2, % 요 내수량 1,401 1,575 1,638 1,663 1, % 내수액 % 산출근거 : 2006 통계청 자료 및 한국냉동공조협회 2006 통계현황을 근거로 성장률을 추산함 - 국내 냉동냉장고의 시장규모는 2004년 18억 달러 규모에서 2015년 약 30억불 규모로 연평균 6%대의 성장을 기록할 것으로 전망됨 - 미국, 유럽을 중심으로 좌우 양문형 냉동냉장고 또는 다도어 냉동냉장고의 인기와 더불어 국내 내수 시장규모도 600L 이상의 대형 양문형 냉장고가 주류를 이룰 것으 로 전망됨 ㅇ 요소부품 - 냉동공조기기의 주요 구성품인 전자팽창밸즈, 방향전환밸브 등의 요소부품은 2015 년 그 시장규모가 1억2500만달러로 매년 5%이상의 성장률을 기록할 것으로 전망됨 - 또한 중국의 저가 제품과 일본의 높은 수준의 제품에 의하여 상대적으로 가장 국산 화율이 뒤떨어진 요소부품은 현재 자화전자, 유니온금속 등 주요제조업체들이 높은 수준의 제조 기술 확보와 대량생산준비로 인해 연간 약 8,000만 달러 이상의 수입대 체 효과도 가져올 수 있을 것으로 예상됨

63 (나) 세계 시장 전망 - 매년 4%이상의 꾸준한 성장세를 유지할 것으로 전망되며 2010년 이후 냉동공조시스 템의 대형 복합기능, 디지털 기능, 친환경 흐름에 따라 미국, 유럽, 일본 등 선진국을 위주로 한 냉동공조분야의 세계시장은 분야별, 국가별 특성이 고려되어 향후 급속한 성장세가 예상됨 - 유럽 : 냉동냉장고, 자동차를 중심으로 친환경 자연냉매적용제품 시장규모의 증가가 예상됨 - 미국 : 산업용 냉동공조설비의 꾸준한 증가가 예상되며 친환경냉매를 적용한 공조시 스템의 시장규모가 증가살 것으로 예상됨 - 일본 : 급탕기, 히트펌프를 중심으로 자연냉매를 적용한 제품 시장규모의 증가가 예상됨 - 중국 : 2008년 베이징 올림픽을 전후로 냉동공조 전분야에 걸쳐 신규시장규모 창출이 예상됨 [표 2.32] 냉동공조산업의 세계 시장 규모 (단위 : 물량-천대, 금액-백만불) 구분 2005년 2008년 2010년 2004년 2015년 세계 시장 물량 392, , , , ,486 금액 135, , , , ,567 산출근거 : Jarn , Jarn , JRAIA 2005통계, BSRIA 2005, Euromonitor, GfK, NPD, Stevenson

64 [표 2.33] 냉동공조기기 분야의 세계시장규모 전망 (단위 : 물량-천대, 증가율-%) 연평균 구분 2005년 증가율 에어컨디셔너 60,422 68,654 71,410 76,906 85,151 4% (HP 포함) 36,253 48,057 52,843 59,218 68, % 냉동냉장고 81,799 90,610 95, , , % 냉매압축기 230, , , , , % 음료용 15,768 21,255 24,913 28,571 34, % 자판기 전체 392, , , , ,486 5 % 산출근거 : Jarn , Jarn , JRAIA 2005통계, BSRIA 2005, Euromonitor, GfK, NPD, Stevenson. 비고 : 히트펌프 시장 규모는 Jarn 통계자료와 에어컨디셔너의 연간 성장률을 근거 로 추정하여 산출함. (2) 기술 개발 전망 (가) 질적수준을 고려한 각국의 시장력 분석 ㅇ 다수의 국가들이 시장확보력은 크나 질적수준이 낮게 나타나며 미국과 캐나다의 경우 시장확보력은 다른 국가에 비해 떨어지나 그 질적수준이 높은 것으로 나타남 ㅇ 일본의 경우 시장확보력이 평균을 소폭 상회하며 질적수준 또한 평균을 소폭 상회함 ㅇ 한국의 경우 시작확보력은 큰쪽에 있으나 질적수준이 떨어지는 것으로 분석됨

65 8 평균 Family s ize: 3.62 인 용 도 지 수 C P P ( 4 ) 3 2 질 적 수 준 高 미국 캐나다 일본 독일 한국 시장확보력 大 프랑스 브라질 평균 특허인용수: 6.00 영국 스웨덴 덴마크 이탈리아 시장력지수 (PFS) 1. 분석구간: 미국특허 1981~2005(등록년도) 2. X축: PFS=분석국가의 전체 PatentFamily수/분석국가의 전체 특허수 Y축: 분석국가 전체특허의 피인용회수 합계/분석국가의 전체 특허수 [그림 2.17] 주요국가의 특허 영향력 및 시장확보력 (나) 주요국가의 연구개발 방향 및 기술발전 속도 ㅇ 한국과 프랑스가 기술순환이 빨리되고 응용분야쪽에 더 가까운 것으로 분석됨 ㅇ 브라질과 미국은 기술순환이 빠르고 좀더 기초분야쪽에 가까운 것으로 분석됨 ㅇ 대다수의 국가들이 기술순환은 느리나 응용분야쪽에서 연구개발을 하고 있는 것으로 분석됨

66 More Basic More Applied 논 문 인 용 수 N P R ( ) 평균TCT: 6.36 브라질 TCT 평균 15.4 미국 논문인용수 평균 2.2 네덜란드 영국 한국 독일 캐나다 프랑스 스웨덴 덴마크 이탈리아 대만평균 NPR: 기술순환주기( TC T) Faster Slower 분석구간: 미국특허 1981~2005(등록년도) [그림 2.18] 그림 주요국가의 연구개발 방향 및 기술발전속도 (다) 각국의 기술력 비교 ㅇ 미국등록특허에서 기술수준을 측정하는 3가지 지표(특허등록건수, 영향력지수 (PII), 기술력 지수(TS))를 통해 국가별 분포를 살펴본 결과, 미국은 특허등록건 수, 기술력지수, 기술력 모두 1위를 차지하였고, 영향력 지수또한 높게 나타남. ㅇ 한국의 경우 영향력 지수가 96~ 2000 년대 보다 200~2005 구간에서 두계단 상 승하며 질적수준이 상승된 것으로 분석됨

67 [표 2.34] 미국특허에서 국가별 기술력 Score 특허등록건수 영향력지수 (PII) 기술력 (TS) 96~' ~ ~' ~ ~' ~2005 미국 882 미국 1023 미국 1.16 미국 1.10 미국 1024 미국 1124 일본 596 일본 688 캐나다 1.00 일본 1.00 일본 일본 한국 334 한국 306 일본 0.97 캐나다 0.88 한국 한국 독일 60 독일 75 영국 0.93 한국 0.87 독일 독일 캐나다 36 캐나다 32 독일 0.84 독일 0.75 캐나다 캐나다 프랑스 24 대만 31 한국 0.74 영국 0.74 영국 대만 영국 19 프랑스 20 대만 0.69 프랑스 0.72 프랑스 프랑스 ~' ~ 기 술 력 지 수 미국 일본 대한민국 독일 캐나다 대만 프랑스 스웨덴 국가별 1.분석구간: 미국특허 1981~2005 (등록년도) 2.산출방법: 특허등록건수 X PII [그림 2.19] 주요국가의 기술력 지수 (라) 국가간 상호 기술의 흐름 및 기술자립도 ㅇ 전세계 국가는 미국의 특허를 주로 모니터링 하여 자국내 기술혁신을 수행하고 있음 - 미국의 기술자립도는 높은 편이고 미국은 미국과 일본의 기술을 주로 모니터링 하 여 기술 혁신을 수행하고 있음

68 ㅇ 일본의 경우 일본과 미국의 기술을 주로 모니터링 하여 기술혁신을 수행함 ㅇ 한국의 경우 주로 미국, 한국, 일본의 기술을 모니터링 하는 것으로 분석됨 - 미국을 주로 모니터링 하며 다음으로 한국과 일본의 특허를 유사한 비율로 모니터 링 하는 것으로 분석됨 [표 2.35] 국가간 상호 기술의 흐름 특허출원전 인용한 특허의 특허등록 후 피인용된 특허의 특허권자 국적 국적 특허권자 국적 IT SE G T F C D K U JP US B W R A E R S JP K D C F T G SE IT R E A R W B 미국 일본 호주 한국 독일 캐나다 대만 영국 스위스 이탈리아 분석구간: 1981~2005 제1 특허권자 국적 기준임 :기술 자립도를 의미 2. 숫자는 인용 or 피인용한 특허의 국가별 점유율임 3. 좌측: 분석대상 국가의 전체 Backward Citation 중에서 국가별로 차지하는 비율 우측: 분석대상 국가의 전체 Forward Citation 중에서 국가별로 차지하는 비율

69 (마) 주요국가의 기술경쟁력 및 추이 ㅇ 미국의 특허 점유율 피인용 점유율 모두 50% 이상이었다가 90년대 말부터 50%이하로 떨어지나 전체적으로 여타 국가에 비해 양적 질적으로 모두 높은 수준을 유지함 - 미국의 특허 점유율과 피인용 점유율 모두 감소함 60.0% 4.0% 미국 50.0% 3.0% 2.0% 캐나다 독일 40.0% 30.0% 피 인 용 점 유 율 1.0% 대만 이탈리아 스웨덴 영국 0.0% 0.0% 1.0% 2.0% 3.0% 4.0% 일본 20.0% 10.0% 한국 특허점유율 0.0% 0.0% 10.0% 20.0% 30.0% 40.0% 50.0% 60.0% 1. 분석구간: 1981~2005 (등록년도) 2. X축: 전체특허 중에서 국가별 점유율 Y축: 전체 Forward Citation중에서 국가별 점유율 [그림 2.20] 주요국가의 기술 경쟁력 ㅇ 일본 또한 특허 점유율 피인용 점유율 모두 높은 수치를 보이며 양적, 질적인 면 모두 강점을 보임 - 일본의 특허 점유율, 피인용 점유율이 소폭 감소하였다가 다시 상승함 ㅇ 한국은 특허 점유율이 90년대 이후 20%에 근접하게 급격히 증가하며 피인용 점유율 또한 10%이상으로 급격히 증가하여 양적, 질적인 면 모두 발전이 있는 것으로 분석됨

70 70% 60% 4% 3% 독일 미국 50% 2% 1% 캐나다 피 인40% 용 점 유 30% 율 20% 0% 0% 1% 2% 3% 4% 일본 한국 10% 특허점유율 0% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 1. 분석구간: 91~ 95, '96~2000, 2001~ X축: 전체특허 중에서 국가별 점유율 Y축: 전체 Forward Citation중에서 국가별 점유율 [그림 2.21] 한 미 일 삼국의 기술 경쟁력 추이 (바) 지구환경보존을 위한 친환경제품으로의 전환 ㅇ 오존층을 파괴하는 CFC 냉매를 대신하는 HFC계열의 대체냉매도 지구온난화 를 가속시키는 물질로 밝혀짐으로 냉동공조제품 개발의 핵심은 지구환경을 파 괴하지 않는 환경제품으로 옮겨졌고 이미 선진국에서는 이를 적용한 차세대 친환경 냉동공조시스템의 개발이 활발히 진행되고 있음 ㅇ 유럽 : 실질적으로 오존층, 온실가스등 환경규제를 선도하고 있으며 친환경 냉 매가 적용된 자동차용 에어컨개발을 성공하여 2011년 상용화 예정임 ㅇ 미국 : GWP 150 이하의 신냉매 개발, 자연냉매용 Vending Machine 개발등 자발적인 온실가스 감축을 위한 Project 진행 중

71 ㅇ 일본 : 환경규제에 가장 발빠르게 대처하여 친환경 난방급탕기, 친환경 자동차 용 에어컨 등 이미 개발에 성공하여 다수의 원천기술도 확보함 ㅇ 한국 : 일부 진행 중인 자연냉매적용 냉난방 제품개발 Project를 제외하고는 체 계적인 개발이 이루어지고 있지 않음 [그림 2.22] 냉동공조기기의 친환경적 기술개발 추이 (사) 냉동공조기기의 고효율화, 대형화, 다양화, 에너지다원화 ㅇ 세계 각국은 다양한 방법으로 에너지 다소비 산업인 냉동공조기기의 친환경, 고효율을 동시에 만족시키기 위해 고효율 축열시스템, 지열시스템, 복합공조시 스템, 멀티시스템 제품 등을 개발/상용화 하고 있음 ㅇ 미국 : 2006년 1월부터 SEER 기준을 기존대비 30%상향 조정하여 각 제조업체 들로 하여금 고효율의 압축기, 냉동기, 공조설비 등의 성능향상을 유도함 ㅇ 일본 : 일본내 에어컨디셔너 제품의 대부분(98%)이 Inverter Heat Pump기술을 채택하고 있으며 친환경시스템, 축열시스템 등 전반적인 냉동공조시스템에서 가장 우수한 성능 및 기술을 보유

72 ㅇ 한국 : 냉동공조기기의 고효율화를 위해 국내 각 기업들은 경쟁적으로 멀티시 스템을 개발하고 있으며 일부 분야에 지열을 이용한 히트펌프 시스템을 개발 하여 적용하고 있음 [그림 2.23] 냉동공조기기의 에너지 다변화

73 2.6 핵심 기술 선정 [표 2.36] 냉동공조산업의 핵심적 제품/기술군 번호 제품군 필요기술 1 초절전형 인버터 압축기 설계기술 2 친환경 냉매용 200W급 소형 2단 왕복동 압축기 설계기술 3 압축기 R-410A용 스크류 압축기 및 냉동기 설계기술(30마력 이상) 4 CO2용 BLDC 전동식 스크롤 압축기 개발기술 5 무급유 에어포일 베어링을 적용한 200kW급 전동기 직결 Comp.설계기술 6 무착상 히트 펌프 설계기술 7 실버형 에어컨(증발기 출구 공기온도 15 이상) 설계기술 8 주방용 에어컨(4평~6평 용량) 설계기술 9 접는 초박형 에어컨 설계기술 10 Portable 에어컨(펄티어 소자, MEMS/NANO 소자 이용) 설계기술 11 CNT(Carbon Nano Tube) 적용 통신 장비 냉각용 cooler 개발 12 초고효율 에어컨(COP 10이상)설계기술 13 스마트 멀티 에어컨 설계기술 14 친환경냉매적용 한냉지 대응 고효율 히트펌프 설계기술 15 에어컨디셔너 친환경 냉매를 적용한 하이브리드 멀티 에어컨디셔너 설계기술 16 복합열원 하이브리드 히트펌프 설계 및 제조기술 17 폐열 환기장치 내장형 히트펌프 설계기술 18 지열을 이용한 친환경 고효율 히트펌프 설계 및 제조기술 19 냉온열 동시 제조 히트펌프 상용화 기술 ( 냉열 -2,온열 60 ) 20 자연냉매이용 28kW급 상업용 공기열원 냉난방/급탕시스템 기술 21 Water Vapor Compressor Cycle을 이용한 Heat Pump 설계기술 22 가정용 지열원 히트펌프(물-물, 물-공기 방식 혼합적용)개발기술 23 국부발열원 냉각을 위한 초소형 냉각시스템의 설계기술 24 중대형 에어컨(5RT급 이상)의 DC인버터 적용기술 25 R134a용 고효율 원심식 냉동기 설계 및 제조기술 26 냉각성능 자가진단형 용량제어시스템 적용 냉각탑 설계기술 27 다공성 필러 적용 고효율 냉각탑 설계기술 28 LNG용 중대형 흡수식 가스냉난방기 설계 및 제조기술 29 Microturbine 배열회수 소형 흡수식 냉온수기 개발기술 30 이중상변화 축열식 복합열원 히트펌프시스템 최적화 기술 31 공조설비기기 삼중효용 하이브리드 시스템 설계기술 32 COP 1.6이상의 삼중효용 흡수식 냉온수기 설계기술 33 Compact 이중효용 흡수식 냉온수기 설계기술 34 대용량(100RT급) 지열원 히트펌프 설계기술 35 신냉매(R-134a 대체)를 적용한 고효율 터보냉동기 설계기술 36 에너지 초절약형 CHP 최적화 기술(Combined Heat Pump) 37 폐열원구동 압축/흡수식 Hybrid 히트펌프 시스템개발 38 줄톰슨 방식을 이용한 고내온도 -150 초저온 냉동고 설계기술 39 냉동냉장기기 친환경 냉매를 적용한 극저온 냉동시스템 설계기술 40 친환경 냉매를 적용한 가정용/상업용 냉동냉장기기 설계기술 41 극저온 열교환기 설계기술(LNG, 공기액화, 수소 및 헬륨 액화기 적용) 42 산업용 티타늄 브레이징을 이용한 판형열교환기 설계기술 43 CNT(Carbon Nano Tube) 소자 이용 미세 열교환기 설계 기술 44 Indoor Unit용 알루미늄 마이크로 채널 열교환기 설계기술 요소부품 45 고압대응 소형 EEV, Reverse Valve 개발기술 기타 46 차세대 가정용 연료전지용 무윤활 공기압축기 개발 47 신뢰성시험을 위한 항온항습기 및 열충격기 적용 EEV 콘트롤러 설계기술 48 연료전지 적용 초소형 개질기(reformer)용 고효율 열교환기 설계기술 49 형상기억형 송풍기 설계기술

74 2.7 기술개발 추진과제 및 추진 전략 (1) 냉동공조 2015 미래상

75 (2) 발전비전 (3) 산업의 SWOT 분석 내부 강점 (Strength) - 우수한 제조기술력 - 세계 제일의 가정용 냉동공조기기 생산 능력 - 새로운 제품 군 기술개발 능력 우수 - 새로운 제품 수요가 활발한 사회 - 동북아 비즈니스 중심지로의 급부상 - 세계유수기관과의 Network 외부 기회 (Opportunity) - 세계 냉동공조산업계의 급격한 구조개편 - 온실가스냉매 규제에 의한 새로운 기술 적용 - 중국, 인도 시장의 확대 - 세계 경제 호전으로 인한 수요확대 - 기후온난화로 인한 수요확대 - 새로운 기술 수요 생성 내부 약점 (Weakness) - 원천기술 부족으로 인한 국제경쟁력 기반 취약 - 산업용 냉동공조분야 개발기술력 취약 - 중소기업의 기술수준 미약 - 내수시장 협소 - 국제표준화에 대한 대응 미흡 외부 위협 (Threat) - 선진국의 치열한 R&D 경쟁 - 선진국을 중심으로 한 환경보호 정책주도 - 중장기적인 HCFC, HFC계 냉매 규제 - 일본의 기술개발 잠재력 - 중국, 인도의 성장

76 (4) 기술 개발 추진 과제 (가) 압축기 전략 제품/기술명 : 초 절전형 인버터 다단 압축기 설계기술 ㅇ 선정사유 : 냉동공조기기 성능의 가장 큰 비중을 차지하는 핵심 부품으로 항상 꾸 준한 성능향상이 필요. 기존냉매(R-22, R-134a)를 대체할 수 있는 친환경냉매적용 필수. 응용범위 및 기술파급효과가 가장 큼 ㅇ 핵심기술 : DC 인버터 적용기술 고효율 리니어/스크롤/스크류/왕복동 설계기술. 다단압축 설계기술, 저소음/저진동 설계기술 ㅇ 기술수명 : 15년 기술개발시기 2011년 ㅇ 개발방향 : 핵심부품소재 개발 3년 (나) 에어컨디셔너 전략 제품/기술명 : 스마트 멀티에어컨 설계기술 ㅇ 선정사유 : 가정용 에어컨디셔너의 친환경화(친환경냉매적용), 멀티화, 다기능화, 대 형화, 고효율화가 필수 가정용 에어컨디셔너를 대체할 수 있는 유력한 제품군으로 시장 성장 률이 매우 큼 ㅇ 핵심기술 : 친환경 냉매적용기술, 자동제어를 통한 용량가변기술 정밀 온습도 제어기술, 인공지능 공기조절기술. 냉매분배 및 흐름제어 (VRF)기술, 오일 균등분배 및 회수기술

77 ㅇ 기술수명 : 20년 기술개발시기 2008년 ㅇ 개발방향 : 핵심부품소재 개발 3년 전략 제품/기술명 : 복합열원 친환경냉매를 적용한 한냉지 대응 고효율 히트 펌프 설계기술 ㅇ 선정사유 : 저온환경조건(-5 이하)에서 현재 히트펌프의 성능계수는 1.5이하로서 매우 낮아 고효율(COP 3.0 이상)의 성능을 구현할 수 있는 저온환경용 히트펌프의 기술개발의 필요성이 시급함 열원을 기존 전기에서 신재생에너지인 연료전지 또는 가스(GHP)와 복 합하여 계절별 에너지 수급의 불균형 해소가 필요함 한냉지용 히트펌프설계기술은 중국, 러시아, 북미, 유럽 등 그 수요가 매우 다양하고 폭넓음 매우 높은 수준을 필요로 하는 기술적 특성으로 인하여 개발성공시 세 계 히트펌프 기술을 선도할 수 있음 ㅇ 핵심기술 : 친환경냉매 적용기술, 고효율 압축기 설계기술 다단압축, 2단 팽창 사이클 설계기술, 냉매분사 사이클 설계기술, 용량가변제어기술, 무착상 설계기술, 복합열원 적용기술 ㅇ 기술수명 : 15년 개발시기 2010년 ㅇ 개발방향 : 중기거점 5년 전략 제품/기술명 : 친환경 냉매를 적용한 하이브리드 멀티 에어컨디셔너 설계기술 ㅇ 선정사유 : 기존냉매(R-22)를 대체할수 있는 친환경냉매적용 필수 공랭식에어컨디셔너의 능력/효율의 한계 극복, 가장 가파른 시장 성장 ㅇ 핵심기술 : 수냉식 응축기 설계기술 ㅇ 기술수명 : 20년 개발시기 2008년 ㅇ 개발방향 : 중기거점 5년

78 전략 제품/기술명 : 폐열회수 환기장치 내장형 히트펌프 설계기술 ㅇ 선정사유 : 현재는 에어컨디셔너와 환기장치가 별도의 제품으로 되어 에너지 소비, 비용, 공간활용 측면에서 낭비 요소가 많음. 두 기능을 겸비한 에너지 절약형 신제품의 개발이 절실함 ㅇ 핵심기술 : 폐열 열교환기 설계기술, 에어컨시스템/환기장치 모듈화 기술 고효율 팬 설계기술, 인버터 압축기 설계기술 ㅇ 기술수명 : 20년 개발시기 2007년 ㅇ 개발방향 : 중기거점 5년 (다) 공조설비기기 전략 제품/기술명 : R134a용 고효율 원심식 냉동기 설계 및 제조기술 ㅇ 선정사유 : 현재 대형 냉동공조기기 분야는 가정용 냉동공조기기분야에 비해 상대 적 작은 시장으로 인해 기기의 고효율화를 위한 개발수준이 미흡함 이에 취약기술인 산업용, 빌딩용 고효율 대형 냉동기의 국내기업들의 개발능력 확보가 시급함. 개발성공시 수입대체 효과 크며 복합 냉동시스템의 적용이 가능함 ㅇ 핵심기술 : 2단압축, 임펠러 회전수 제어기술 고효율/저소음 블레이드 설계기술 시스템 성능 향상기술 (COP 5.6 ~6.1) ㅇ 기술수명 : 20년 기술개발시기 2008년 ㅇ 개발방향 : 핵심부품소재 개발 3년 전략 제품/기술명 : LNG용 중대형 흡수식 가스냉난방기 설계 및 제조기술 ㅇ 선정사유 : 현재 대형 냉동공조기기 분야는 가정용 냉동공조기기분야에 비해 상대 적 작은 시장으로 인해 기기의 고효율화를 위한 개발수준이 미흡함

79 이에 취약기술인 산업용, 빌딩용 고효율 대형 냉동기의 국내기업들의 개발능력 확보가 시급함. 개발성공시 수입대체 효과 크며 복합 냉동시스템의 적용이 가능함 ㅇ 핵심기술 : 이중효용흡수식, 냉각탑/순환펌프 일체형 냉방 COP 1.3, 난방효율 86%, 용량 60 ~120RT 설계기술 ㅇ 기술수명 : 20년 개발시기 2007년 ㅇ 개발방향 : 중기거점과제 5년 전략 제품/기술명 : 복합열원 구동 압축/흡수식 하이브리드 냉난방시스템 설계기술 ㅇ 선정사유 : 현재 대형 냉동공조기기 분야는 가정용 냉동공조기기분야에 비해 상대 적 작은 시장으로 인해 기기의 고효율화를 위한 개발수준이 미흡함 이에 취약기술인 산업용, 빌딩용 고효율 대형 냉동기의 국내기업들의 개발능력 확보가 시급함. 개발성공시 수입대체 효과 크며 복합 냉동시스템의 적용이 가능함 ㅇ 핵심기술 : 열병합발전에서 발생되는 폐열 또는 가스, 공기열, 수열, 지열 등을 하 나의 히트펌프로의 적용기술 냉방 COP 3.0, 난방 COP 4.0, 복합부하 COP 7.0 용량 30hp급 이상 고 효율 설계기술 ㅇ 기술수명 : 20년 개발시기 2009년 ㅇ 개발방향 : 중기거점과제 3년 (4) 냉동냉장기기 전략 제품/기술명 : 복합열원/친환경 냉매를 적용한 냉동냉장기기 설계기술 ㅇ 선정사유 : 지구온실화 문제로 HFC냉매의 사용이 금지될 경우를 대비하여 실생활 에 필수적이며 산업규모가 큰 냉동냉장 제품에 대한 대책수립이 시급

80 열원을 기존 전기에서 신재생에너지인 연료전지와 복합하여 기기의 고 효율화를 극대화함 개발성공시 가정용 냉동냉장기기 시장 뿐만아니라 상업용 쇼케이스, 음 료용 Vending Machine 시장 등 세계 냉동냉장기기 시장을 선도할 수 있음 ㅇ 핵심기술 : 친환경 냉매(CO2, R-600a등)적용기술 고효율, 저소음, 저진동, 컴팩트 압축기 설계기술 고압시스템 작동으로 인한 정밀요소부품 설계기술(Micro Channel HX, EEV, Stepping motor 등) ㅇ 기술수명 : 20년 개발시기 2008년 ㅇ 개발방향 : 중기거점과제 5년 (5) 요소부품 전략 제품/기술명 : Indoor Unit용 알루미늄 마이크로 채널 열교환기 설계기술 ㅇ 선정사유 : 현재 사용되고 있는 동관 핀 튜브 열교환기는 형태가 획일화되어 있어, 접촉저항 및 압력강하 개선의 한계로 인하여 공간 및 가격의 부담이 항상 내포. 상대적으로 저렴한 알루미늄을 적용하여 개발할 경우 파급효과 및 가 격경쟁력 우수 ㅇ 핵심기술 : 응축수 배출 설계기술 마이크로 채널 설계기술, 냉매 분배기술 ㅇ 기술수명 : 15년 개발시기 2009년 ㅇ 개발방향 : 핵심부품소재 3년

81 전략 제품/기술명 : 차세대 가정용 연료전지용 무윤활 공기압축기 개발 ㅇ 선정사유 : 향후 2010년 이후 상용화될 가정용 연료전지 시스템의 구성모듈 중 핵 심 구성기기인 공기압축기의 무윤활/고효율화를 포함한 자체개발을 통 하여 수입대체품목으로 육성할 필요성이 매우 큼 ㅇ 핵심기술 : 1 ~ 3kW급 가정용 연료전지용 공기압축기의 무윤활 설계 저소음, 저진동 설계, Compact 설계기술 ㅇ 기술수명 : 20년 개발시기 2010년 ㅇ 개발방향 : 중기거점 5년

82 3. 에너지기계 기반 기술로드맵 3.1 기술의 개요 및 특징 (1) 기술의 개요 일반적인 광의의 냉난방기기에는 각종 보일러시스템과 냉동기, AHU, FCU 등 대부분의 냉동공조기계 등이 포함될 수 있으나 기획에서는 하나의 시스템으로 냉난방의 기능을 가진 히트펌프 시스템을 대상으로 한정하여 수행되었다. [그림 3.1] 히트펌프 개념도 히트펌프는 다음의 [그림 3.1]에 나타낸 바와 같이 저온의 열원으로부터 열을 흡수하여 고온의 열을 생산하는 기계장치로서 작은 구동 에너지(전기, 가스 등)를 이용하여 보다 많은 에너지를 열의 형태로 공급하는 에너지 효율이 높 은 냉난방 시스템이다. 히트펌프는 구동에너지에 따라 압축식 히트펌프, 화학식 히트펌프, 흡수식 히 트펌프, 흡착식 히트펌프로 분류되나, 기획에서는 현실적으로 적용 가능한 시 스템인 압축식과 흡수식 히트펌프 분야로 한정하였다. (2) 히트펌프 기술 분야의 시장 특성

83 산업화 시대를 거치면서 경제가 발전함에 따라 사람들의 삶의 질이 날로 향상 되어 건물의 냉난방 분야의 에너지 소비가 증가하고 있고, 전체 에너지 소비의 약 30%를 차지함에 따라 냉난방 분야에서 기존의 중앙공조 방식이 개별공조 시스템으로 전환되고 있으며, 개별공조 분야에서 에너지 절약기기인 히트펌프 의 사용이 지속적으로 증대되고 있다. 최근 오존층 파괴 및 지구 온난화 현상 등 환경문제가 전 인류의 관심사로 대 두되었으며, 냉동공조 분야에서도 환경친화적인 냉동공조 기술 개발의 필요성 이 크게 부각되고 있으며, 히트펌프의 냉매로 광범위하게 사용되어 오던 CFC(chlorofluorocarbon) 및 HCFC(hydrochlorofluorocarbon)계열 냉매의 생산 과 사용이 금지될 예정으로, 기존의 냉매를 대체할 수 있는 새로운 물질의 개 발과 이러한 대체 물질을 새로운 작동유체로 사용하는 시스템 개발의 필요성 이 증대되고 있다. 세계적으로 에너지 절약 및 환경의 중요성으로 인해 에너지 절약적이며 환경 친화적인 히트펌프 제조사들은 내수시장 확대, 환경친화적 제품 개발, 중국 제 조사들의 급속한 성장, 다양하고 새로운 기술 개발 등의 당면 과제를 해결해야 만 세계시장 경쟁에서 살아남을 수 있는 상황이며 따라서 미래형 첨단 히트펌 프 기술 제품 발굴과 이에 대한 연구 및 기술 개발에 대한 투자와 정책적 지원 을 기반으로 공조분야의 신규 시장에서의 글로벌 경쟁력 확보를 위한 국가적 차원에서의 정책적 지원이 절실히 요구되고 있다.(중국산업 및 산업기술 경쟁력 정보구축 산업기술기반조성에 관한 보고서, 냉동공조분야, 산업자원부, 2004.) 우리나라는 세계 공기조화 시장에서 미국, 중국, 일본에 이어 4위에 있으나 분 리형 룸에어컨(Split Room Air-Conditioner)와 분리형 패키지에어컨(Split Packaged Air-Conditioner)가 주요 시장 상품으로 2001년의 경우 공기조화기 매출의 90%가 이들 제품에 편중되어 있으며, 히트펌프 비율은 약 22%로 매우 낮아 다양한 히트펌프 제품군에 대한 산업 활성화를 통한 세계 공조시장에서의 국가경쟁력 확보의 필요성이 급증하고 있다.(신기술동향보고서, 특허청, 2004)

84 히트펌프 분야의 후발 주자이면서 급속도로 성장하고 있는 중국제조사들과 기 술 격차를 벌릴 수 있고, 친환경적이며, 지역 냉난방 등 국가적 정책에 부응함 으로써 내수 시장을 확보할 수 있는 미래형 히트펌프 기술 개발 추진이 절실 히 요구되고 있다. 3.2 국내외 산업현황 (1) 국내외 산업현황 (가) 산업구조 분석 히트펌프시스템과 직접적으로 관련이 있는 냉동공조 산업은 에너지 절약, 지구 환경 보존과 밀접한 관련이 있는 특성상 세계적으로 그 수요가 꾸준히 증가하 여 [표 3.1]에 나타낸 바와 같이 2001년 870억 달러 규모에서 2011년에는 시장 규모 예측치인 1,380억 달러 규모로 연평균 5%의 성장이 예상되고 있다. [표 3.1] 냉동공조(HVAC)산업 세계 시장규모 현황 및 전망 (단위 : 백만 달러) 세계 냉동공조 산업 시장규모 연평균 증가율 ~ ~ ~ , , , % 5.1% 5.2% * 자료출처 : "Industry Study 1549, World HVAC Equipment" 2003 The Freedonia Group, Inc. 북미는 전 세계 냉동공조 시장의 1/3 이상을 차지하는 세계최대 시장으로서 가정용, 상업용, 산업용, 자동차용을 망라한 모든 분야 및 품목에 고른 시장구 조를 나타내고 있다. 또한 향후에도 미국은 Carrier-Carlyle, Delphi, Emerson & Copeland 등 주요 Major 업체 중심으로 중대형/상업용 HVAC시스템, 압축 기, 요소부품, Module 분야에서 세계 최대의 경쟁력 확보가 예상되고 있다. 일본은 성숙기에 접어든 냉동공조 산업으로 인하여 [표 3.2]에 보인 바와 같이

85 매년 그 성장 폭이 작으나 뛰어난 기술력을 바탕으로 여러 해외기업들과의 상 호 협력관계를 통하여 세계적인 시장을 형성하고 있으며 가정용(냉난방기, 급 탕기, 냉동냉장고 등) 냉동공조기기가 일본 내 전체 시장에서 비교적 큰 시장 구조를 형성하고 있고 Matsushita, Sanyo, Hitachi, Denso, Mitsubishi 등의 압 축기/시스템 업체와 사기노미야, 후지꼬끼 등 요소부품 제조업체 등이 있다. [표 3.2] 일본의 냉동공조 시장 및 산업구조 growth HVAC Demand (million us$) % Residential % by Commercial % market Motor Vehicle % Net Exports % Major Company Daikin, Denso, Matsushita, Paloma, Sanyo, Sharp, Mitsubishi, Hitachi, 사기노미야, 후지꼬끼 Total sale(million us$) 18,000 Employees 537,890 * 자료출처 : "Industry Study 1549, World HVAC Equipment" 2003 The Freedonia Group, Inc. 유럽은 세계 2위의 가정용 냉동냉장고 회사인 Electrolux와 압축기 회사인 Danfoss 등을 중심으로 매년 5%이상 성장하였고 전체 시장의 80%이상을 프랑 스, 스페인, 영국, 독일, 이탈리아 등의 서유럽이 차지하고 있으며 상대적으로 동유럽은 그 시장규모가 작은 구조를 나타내고 있다. 중국의 시장규모는 [표 3.3]에 보인 바와 같이 자동차용 공조기를 제외한 가정 용, 상업용 냉동공조기기 비중이 전체분야의 95%이상을 차지하고 있으며 그 규모가 매년 20%대의 가파른 상승세를 나타내고 있다. 또한 Haier, Midea, Gree, Chunlan등 중국 대표 가전업체들은 동등 제품 대비 20%이상 저렴한 가 격경쟁력을 바탕으로 국내 내수는 물론 세계 냉동공조시장을 점점 장악할 것

86 으로 예상되고 있다. [표 3.3] 중국 냉동공조 시장 및 산업구조 growth HVAC Demand (million us$) % Residential % by Commercial % market Motor Vehicle % Net Export % Major Company Haier, Midea, Gree, Chunlan Total sale(million us$) 4,770 Employees 57,000 * 자료출처 : "Industry Study 1549, World HVAC Equipment" 2003 The Freedonia Group, Inc. (나) 향후 시장 전망 히트펌프시스템이 포함된 냉동공조 산업은 지구환경 보존을 위하여 2010년 이 후 온실가스 감축의무에 따라 미국, 유럽, 일본 등 선진국을 위주로 한 고효율, 친환경 냉동공조분야의 세계시장이 [표 3.4]에 보인 바와 같이 분야별, 국가별 특성이 고려되어 향후 급속한 성장세가 예상되고 있다. - 유럽 : 히트펌프, 급탕기, 냉동냉장고, 자동차를 중심으로 친환경 자연냉매적 용제품 시장규모의 증가가 예상됨 - - 미국 : GWP 150 이하인 신 냉매 개발을 통하여 냉동냉장고, 음료용 자동판매 기, 자동차를 중심으로 시장규모의 증가가 예상되며 EHP의 경우 당분간은 R 410A 를 유지할 것으로 전망됨 - 일본 : 급탕기를 중심으로 자연냉매(CO 2 )를 적용한 제품 시장규모의 급격한 증가가 예상되며 현재 R410A가 대부분 EHP의 냉매로 적용되고 있으나 향후 자연냉매가 적용된 EHP의 시장진입이 예상됨 - 중국 : 2008년 베이징 올림픽을 전후로 신 재생에너지(지열 등)등을 적용한 히트펌프 또는 온수 급탕기의 신규시장규모 창출이 예상됨

87 [표 3.4] 냉동공조기기 분야의 세계시장규모 전망 (단위 : 1000 Unit) 구분 2005년 Air conditioner 60,422 68,654 71,410 76,906 85,151 (Include HP) 36,253 48,057 52,843 59,218 68,121 Refrigerator 81,799 90,610 95, , ,201 Compressor 230, , , , ,076 VM 15,768 21,255 24,913 28,571 34,058 연평균 증가율 4% 8.8% 3.2% 5.5% 11.6% 전체 392, , , , ,486 5 % * 자료출처 : Jarn , Jarn , JRAIA 2005통계, BSRIA 2005, Euromonitor, GfK, NPD, Stevenson * 비고 : 히트펌프 시장 규모는 2003 Jarn 통계자료와 에어컨디셔너의 연간 성장 률을 근거로 추정하여 산출함 국내 냉동공조 시장은 지구 온실화영향에 따른 여름철 온도 상승, 가전기기(에 어컨) 보급률 상승, 대형 냉동공조기기 수요의 증가 등에 따라 향후 성장전망은 매우 낙관적이며 특히 국내시장을 주도했던 중소형 냉동냉장기기 및 에어컨 시 장이 중대형 용량의 냉동냉장기기 및 에어컨으로 바뀌고 있는데 이는 국내 제 조업체들이 저가의 중국제품에 맞서 시장 경쟁력과 지배력이 높고 수익성이 큰 고급형 프리미엄 제품 등을 집중 개발하고 있는데 따른 것으로 분석되고 있다. 히트펌프시스템의 경우 국내 가정 난방문화 특성상 아직 에어컨 대비 적용비율 이 10%미만으로 매우 낮으나 최근 히트펌프 개발기술 발달, 친환경 문제 대두, 연료비 상승, 신재생에너지 등 에너지원 및 적용범위가 다원화됨에 따라 [표 3.5]에 보인 바와 같이 향후 시장규모가 급격히 증가할 것으로 예상되고 있다

88 [표 3.5] 국내 주요 냉동공조기기 시장규모 변화 현황 및 전망 품 목 증감폭 Air Conditioner RAC (4kW 이하) 5,804 3,469 2,902 25%감소 PAC (4kW 이상) ,306 56%증가 200l이하 1, %감소 Refrigerator 200~400l 2,279 1,921 1,548 16%감소 400l이상 2,228 2,739 3,253 23%증가 * 자료출처 : 통계청 2005 품목별 생산규모 3.3 국내외 기술개발동향 및 기술 수준 (1) 국내 기술개발동향 (가) EHP 시스템 1990년대 이후부터 꾸준히 연구 개발이 이루어져 왔으며 특히 2000년대에 들 어서면서 국내 대기업(LG와 삼성전자)을 중심으로 시스템 히트펌프 제품 개발 을 시작하며 본격적인 기술 개발이 진행되었다. 다양한 부하에 대응하고 저온에서의 성능 향상을 위하여 인버터 등의 가변속 압축기를 적용하여 저온에서의 성능 확보를 위한 한랭지향 시스템 히트펌프에 대한 기술 개발이 진행되고 있으나, 일본 등의 세계 최고 수준의 기술과 비교 하여 미약한 상태에 있다. 일반 인버터 적용 히트펌프의 경우 -5 o C 이하에서 난방능력이 부족하고 저온 외기의 경우 -10 o C에서 90%이상의 용량을 확보하였으나, 압축기의 대용량화로 시스템 효율이 낮은 상태에 있어 계속적인 연구가 필요한 상황이다. 폐열 회수를 통한 냉온열 동시 제조 시스템 등에 대한 연구 및 개발이 진행되

89 고 있으나, 5HP 이하의 소용량으로서 주로 Lab. scale의 연구가 진행되어 상 용화를 위해서는 시스템의 대용량화와 신뢰성 확보가 필요한 상태이다. 고온의 폐열을 활용하여 중고온수 제조를 위한 하이브리드 히트펌프의 필요성 이 증가하고 있으나, 초기 시스템 개발 단계로서 용량 증대 및 시스템 최적화 에 대한 기술 개발이 요구되고 있다. (나) GHP 시스템 2001년부터 한국기계연구원을 총괄 주관기관으로 삼성전자, 에너지기술연구원 등이 참여하여 R407C 냉매를 사용하는 멀티형 GHP 상용화 기술개발을 중대 형과제로 2년간 수행하였으나 시장성 확보 문제로 현재 상품화는 중단된 상태 에 있다. 한국가스공사 연구개발원에서는 20 HP급에 대한 연구를 1998년부터 수행하여 2002년에 센추리와 LS전선에 기술이전을 하였으며 이를 바탕으로 LS전선에서 는 2005년 10원에 제품 출시를 발표하였으며 현재에는 R410a 냉매를 사용한 시스템을 개발하고 있다. (다) AHP 시스템 국내에서 생산되는 제품의 COP는 가스발열량 기준으로 1.0정도인 반면, 일본 에서 최근 출하되는 제품은 동일 기준으로 COP가 1.3에 다가서고 있다. COP 에 있어서 이러한 격차는 에너지 절약의 관점에서 막대한 손실을 의미할 뿐만 아니라 세계 최대시장인 중국 진출에 커다란 걸림돌이 되고 있는 실정이다. 최근 들어서 가격경쟁력 및 국제적인 고효율화 추세에 대응하기 위해 2중 효 용 시스템의 고효율화 및 이를 위한 부품의 고효율화 개발이 추진되고 있다. 반면 소형 공조용 빌딩(10~30 RT)에 적합한 공랭 흡수식 냉온수기 시스템 연 구 개발 및 설치 실적이 전무한 상태이며, 일본의 경우처럼 종합적이고 체계적 인 연구개발이 절실히 요구되고 있다

90 (2) 국외 기술개발동향 (가) EHP 시스템 세계적으로 우수한 기술력을 보유한 일본의 시스템 히트펌프 대표 기업인 다 이킨은 주로 AC 인버터를 사용한 가변속 압축기를 시스템에 채용하여 기술 개 발을 수행하였다. 인버터가 장착된 속도 가변형 압축기와 제어 시스템의 발전으로 냉매유량 가 변형(VRF : Variable Refrigerant Flow) 시스템 히트펌프 시스템 개발이 수행되 고 있으며, 건물 대형화에 따라 시스템 시스템 히트펌프를 다수 병렬 조합한 모듈형 (MMS : Modular Multi System) 히트펌프 제품의 최적화 및 효율적 운 전제어와 원격 운전 및 Solution 개발에 관한 기술 개발이 진행되고 있다. 일본의 다이킨, 히타치 등에서 시스템 히트펌프를 생산하여 공급하고 있으며, 히타치의 경우 -10 o C에서 난방 성능 확보를 위한 인젝션 사이클을 채용한 한랭 지향 히트펌프 시스템을 개발하고 있으며, 다양한 용량대의 제품 개발과 효율 향상에 관한 연구를 수행하고 있다. York, Trane사 등은 고온수 제조를 위한 2단 터보 압축 시스템 개발에 관한 연구를 수행하고 있으며, 다양한 용량대의 제품군 개발에 박차를 가하고 있다. 선진국에서는 냉온열 동시 제조 시스템을 개발하여 실용화하고 있으며, 주로 시스템의 고효율화에 대한 연구가 추진되고 있으며, 일본의 경우 축열조와 연 계된 시스템을 통하여 부하평준화와 고효율화를 실현하고 있다. 일본의 경우 공장, 변전소 등의 배열과 해수, 하천수 등의 온도차를 이용한 미 활용 에너지를 활용하여 지역 열공급 시스템을 구축하고 있으며, 동절기 에너 지 절감을 통한 효율 향상을 수행하고 있다. (나) GHP 시스템 기술선진국인 일본의 경우 이미 GHP 전용 고효율 가스엔진을 개발 완료하였

91 으며 관련된 요소기술로서는 고압축비화, 희박연소, EGR 시스템 채용, Miller 사이클 적용 등이 있다. 또한 시스템 측면에서도 일본의 경우 동시냉난방 시스템, 22.4, 28, 35.5, 45, 56, 84 kw 출력의 다양한 시스템을 출시하고 있으며 신냉매인 R410A, R407C 등의 냉매기술도 개발 완료된 기술 성숙단계에 있다. 또한 자가발전, 급탕 등이 가능한 시스템도 구비하고 있다. 열교환기 성능 향상, 냉방용 라디에이터 분리, 배관 압력 손실 저감, 압축기 효 율 제고, 판형 배열 회수 장치 채용 등을 통하여 냉난방 평균 COP가 1.34에 이르고 있는 것으로 보고되고 있다. (다) AHP 시스템 흡수식 냉온수기는 일본이 세계적으로 기술력에 있어서 가장 앞서 있으며, Kawasaki, Sanyo, Mitsubishi, Ebara, Hitachi, Yazaki(중소형) 등의 업체에서 활 발한 신기술 개발을 통하여 기기의 효율을 끊임없이 향상시키고 있다. 특히, 일본의 Kawasaki에서 고효율 3중 효용 시스템을 개발 완료하여 COP 1.6의 제품을 상용화 준비하고 있으며, 이와 관련하여 고효율 전열관, 열교환기, 고온재생기, 새로운 사이클, 고온부식 제어기술 등을 개발하였다. 2004년에 일 본 Sanyo는 2중 효용에서 세계 최고수준의 COP 1.35(저발열량 기준으로 한 JIS 기준은 이것을 COP 1.5라고도 함)의 제품을 제시하고 있다. 또한 일본에서는 소형 흡수식 냉난방기의 분야에서도 많은 노력을 기울여오고 있으며, 전기냉방대체용 소형 공냉형 흡수식 냉온수기 등의 가스이용 냉방기 개발을 위한 통상산업부의 가정용 초소형 가스냉방기 기술개발사업과 암모니아 이용 공냉형 흡수식 냉온수기 개발을 위한 MIT의 JGA(Japan Gas Association) Project를 토대로 세계최초로 Yazaki에서는 8RT급의 ACH-8 공랭 흡수식 모델 을 개발하여 상품화 하고 있다. 미국의 경우는 소형 분야에서는 관연산 협동으로 협력하여 GAX 사이클을 이 용하여 새로운 고효율 열펌프 시스템 개발을 추진하는 DOE와 ORNL의

92 National GAX Program과 개선된 흡수제/냉매 개발을 목표로 하는 DOE의 Hi-Cool Project가 추진되었다. 중국의 경우는 오래전부터 독자적인 기술에 의해 개발된 제품이 시장을 주도 하여 왔으며, 중국시장에서 1위의 시장을 점유하고 있는 업체는 遠 大 (영문명은 Broad)라고 하는 회사로 근래에 출시하는 제품의 COP가 1.23이고, 이 회사는 공격적인 경영으로 미국, 유럽의 시장으로 진출하고 있고 최근에는 한국시장에 까지 제품을 소개하고 있다.. 그와 경쟁하는 독자기술의 회사 双 良 (Shuangliang)과 일본 Sanyo와 합작회사인 大 連 三 洋 (Dailen Sanyo)은 COP 1.22 를 시장에 제시하고 있다. (3) 기술수준 비교 EHP 시스템 개발목표 선진국 선진국대비 기술 내용 최고수준 현재 수준 2015년 목표달성도 [%] ( 15년) 한랭지향 시스템 한랭지 성능 70% 95% 95% 100 히트펌프 열병합 플랜트 보조 열원용 고 온형히트펌프 냉온열 동시 제 조 히트펌프 고온 토출온도 38 o C 45 o C 43 o C 100 고온수 온도 50 o C 77 o C 77 o C 100 COP 고온수 - 60 o C 60 o C 100 COP 하이브리드 트펌프 히 온수 - 80 o C 80 o C 100 COP

93 GHP 시스템 기술 내용 현재 수준 개발목표 2015년 선진국 최고수준 ( 15년) 선진국대비 목표달성도 [%] 고효율 고풍량 팬 R410A 사용 실외기 멀티 GHP시 스템 고효율 가스엔진 멀티 실내기 제어 신냉매 적용기술 가스엔진 제어기술 배열회수 기술 엔진내구신뢰성 향상기술 AHP 시스템 기술내용 현재 수준 개발목표 2011년 선진국 최고수준 ( 15년) 선진국대비 목표달성도 [%] 신용액 이용 고효율 공랭 COP 관련제품 無 냉방 0.9 난방 0.8 냉방 0.95 난방 흡수식 냉온수기 냉방능력 관련제품 無 10RT 8RT 국내외 특허동향 (1) EHP 시스템 EHP 분야에서는 한국이 가파른 상승세, 미국과 일본은 하향세, 유럽은 소폭 의 상승세를 나타냈다. 90년대 후반까지 성숙기를 보이던 한국은 2001년 기점

94 으로 다시 성장기의 형태를 보이고 있으며, 미국과 일본은 다소의 기복이 있으 나 전체적으로 쇠퇴기의 형태를 보이고 있어 주요국별 기술개발의 방향에 차 이를 보이고 있었다. 한국을 비롯한 주요 기술선도국의 특허점유율과 증가율에 따른 포트폴리오는 다음의 [그림 3.2]와 같이 나타났다. 일본특허의 경우, 기타장치 및 제어 관련 기술의 특허 점유율과 증가율이 모두 평균 이상의 값을 나타내는 반면에 나머지 기술 분야들은 증가율이 음의 값으 로 나타났다. 압축기, 열교환기, 팽창장치, 제상과 관련된 기술은 특허 점유율과 증가율이 모 두 평균 이하의 값을 나타내고 있으며, 시스템/사이클 관련 기술은 점유율이 평균 이상인 반면에 증가율은 음의 값을 나타내고 있어 과거에 비하여 특허활 동이 감소하는 것으로 판단되었다. 유럽특허의 경우, 기타장치 및 제어, 시스템/사이클 분야가 특허 점유율, 증가 율이 상대적으로 높아 특허활동이 활발한 것으로 나타났다. 특히 팽창장치 분 야는 특허 증가율이 음의 값이고, 특허점유율도 매우 낮아 도입기 기술인 것 으로 보였다. 결과적으로 차세대 공조기 기술 분야는 새로운 기술 트렌드 및 응용기술 개발 과 새로운 에너지 소비 절약형 모델의 제시 및 개발이 병행되어야 하며, EHP 분야는 에너지 정책과 관련된 새로운 연구 트렌드의 선정과 함께 변화하는 개 발 환경이 반영되도록 하고 효율적인 기술적 연계에 대한 산학연 기반 시스템 의 확충이 필요한 것으로 조사되었다

95 특 허 증 가 율 한국특허 90% 70% 50% 30% 10% A H C B G F -10% -5% 5% 15% 25% 35% 45% 55% 특허점유율 E D 25% 특 허 15% 증 가 율 5% -5% 미국특허 A B F C H G 0% 20% 40% 60% 80% 특허점유율 E D 특 허 증 가 율 일본특허 10% 5% 0% -5% -10% -15% -20% A C B F H G 0% 20% 40% 60% 80% 특허점유율 E D 특 허 증 가 율 유럽특허 25% 20% 15% 10% 5% 0% -5% H C F B A -10% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 특허점유율 G E D A (압축기) B (열교환기) C (팽장창치) D (기타장치) E (제어) F (제상) G (시스템/사이클) H (열원) 1. 제1출원인 기준 2. 분석구간 : 한국, 일본, 유럽 `95~04년(출원년도), 미국특허 `97~`06년(등록년도) 3. X축 : 100%/기술분야개수, Y축 : 분석구간 연평균 증가율의 기하평균값 4. 분석의미 : 1사분면-지속적으로 특허출원이 활발, 2사분면- 최근특허출원이 활발 3사분면- 초창기(도입기)기술, 4사분면- 최근 특허출원이 감소추세 [그림 3.2] 특허점유율 및 증가율에 따른 포트폴리오 분석 (2) GHP 시스템 GHP 시스템 분야는 각 국가에서의 특허출원(등록)량이 다른 방식의 히트펌프 에 비해 적고, 특허출원(등록)의 증가 혹은 감소추세가 일정하지 않았다. 즉, 미국등록특허는 94년에서 98년까지 특허등록량이 상대적으로 많다가 그 이후 로는 특허등록량이 급격히 감소하는 경향을 보이고 있고, 일본공개특허는 92 년부터 계속해서 출원량의 변동이 심하다가 01년 가장 많은 출원량을 보인 후 다시 감소하는 추세를 보이고 있었다. 반면 한국공개특허는 00년까지 출원량 이 거의 없다가 01년부터 지속적으로 출원량이 증가하는 추세를 보이고 있는

96 데, 이는 한국이 다른 선진국 인 일본, 미국에 비해 기술개발이 늦었지만 최근 에 GHP관련 기술을 응용하여 특허출원을 하고 있는 것으로 나타나고, 유럽공 개특허는 출원량이 극히 적게 나타나고 있었다. 특허활동지수(AI; Activity Index)를 통해 한국, 미국 및 일본, 유럽특허에서의 주요국가(한국, 일본, 미국, 영국)의 기술 분야별 특허활동도를 살펴본 결과, [그림 3.3]에 보인 바와 같이 한국특허에서는 열교환기 분야에서 한국국적 출 원인의 특허활동이 비교적 활발한 것으로 나타나고 다른 분야에서는 특허활동 이 저조한 것으로 나타났다. 엔진 분야에서는 한국특허와 유럽특허에서 일본출원인의 특허 활동이 매우 활 발한 것으로 나타났으며, 미국특허 또한 미국 출원인의 특허활동이 활발한 것 으로 나타났다. 열교환기 분야에서는 유럽특허에서 미국, 영국출원인의 특허 활동이 매우 활발 한 것으로 나타났지만, 실제 출원건수가 너무 작기 때문에 AI지표만 보고 특 허활동이 활발하다고 판단할 수는 없었다. 제어 분야에서는 미국특허에서 영국 출원인의 특허활동이 매우 활발한 것으로 나타났고, 일본특허에서 미국 출원인의 특허활동도 활발한 것으로 나타났다. 실외기팬 분야에서는 한국특허와 유럽특허에서 일본출원인의 특허 활동이 매 우 활발한 것으로 나타났다. 전체적인 GHP 분야 기술흐름도를 보면 1990년 이후로 일본에서 GHP 기술분 야의 출원이 꾸준하게 지속되고 있고, 실외기 분야의 특허가 다수 출현하기 시작하였으며, 2000년대에 들어서면서 열교환분야 특허가 증가하기 시작하였 다. 또한 한국에서는 2000년 이후로 GHP에 관한 특허가 증가하기 시작하였다

97 2 엔진 한국특허 미국특허 일본특허 유럽특허 열교환기 2.5 한국특허 미국특허 일본특허 유럽특허 특 허 활 동 지 수 특 허 활 동 지 수 한국 일본 미국 영국 0 한국 일본 미국 영국 6 제어 한국특허 미국특허 일본특허 유럽특허 실외기팬 2 한국특허 미국특허 일본특허 유럽특허 특 허 활 동 지 수 특 허 활 동 지 수 한국 일본 미국 영국 0 한국 일본 미국 영국 [그림 3.3] 특허점유율 및 증가율에 따른 포트폴리오 분석 (3) AHP 시스템 흡수식 냉난방기기 분야의 특허는 각 특허공보에서 증가추세를 보이다가 1990 년대 중후반을 기준으로 감소추세를 보이고 있었다. 즉, 1985년~2004년까지 출 원(미국은 1987년~2006년까지 등록)된 특허건수의 연평균 증가율은 한국 7.6%, 미국 -4.7%, 일본 2.9%, 유럽 -1.9%로 현재 흡수식 냉난방기기 분야의 특허활 동이 다소 저조한 것으로 판단되었다. 흡수식 냉난방기기 분야 전체에서 일본공개특허가 63.29%로 가장 많은 비중을 차지하며, 일본 출원인의 특허가 72.43%로 압도적인 점유율로 1위를 차지하였 다. 한국은 특허건수와 같은 양적수준 평가지표에서 [표 3.6]에 보인 바와 같이 6 위를 기록하였으나, 영향력지수(PII), 기술력지수(TS)와 같은 질적 수준 평가지 표에는 3위~4위를 기록하여 양적 수준에 비해 질적 수준이 상대적으로 높은

98 것으로 분석되었다 결과적으로 국내업체들이 흡수식 냉난방기기 분야의 기술 개발을 수행하기 위 해서는 각 기술 분야의 주요 특허기술 뿐만 아니라 주요 특허를 보유한 출원 인의 관련 기술에 대한 심도 있는 권리분석 및 지속적인 특허분석을 통한 기 술개발 전략 수립이 필요할 것으로 사료되었다. [표 3.6] 주요국가의 기술경쟁력 현황(미국등록특허 기준) 국가 특허 건수 기술력 영향력 시장력 TS 순위 PII 순위 PFS 순위 미국 일본 영국 독일 스웨덴 한국 산업 및 기술개발 분석 및 전망 최근 국제 유가가 급증하고 있으며, 에너지 및 환경의 중요성이 증대됨에 따라 에너지 소비의 약 30%를 차지하고 있는 냉난방 분야에서 에너지 절약적 공조 기기의 사용 및 효율 향상을 통한 국가 에너지 절감에 대한 요구가 세계적으 로 급증하고 있다. BSRIA/JARN(2002)에 의하면 세계 공조시장의 규모는 340억 달러이며, 세계의 히트펌프 총 판매액은 160억 달러로 세계 공기조화 시장의 47%를 차지. 미국, 중국, 일본의 세계 상위 1,2,3위 국가들이 세계 공기조화기 판매 총액의 64% 를, 히트펌프 판매 총액의 73%를 점유. 한국과 이태리, 스페인, 타이완, 호주 그리고 프랑스를 포함한 상위 9위까지의 국가들이 세계 공기조화기 판매 총액

99 의 76%를, 히트펌프 판매 총액의 86%를 차지한 것으로 조사되었다. 이와 같이 에너지 절약 및 쾌적성 향상 측면에서 매우 우수한 성능을 가진 개 별 공조 시스템인 히트펌프의 수요는 지속적으로 증가가 예상되었다. 1990년 대 초기까지는 일본이 히트펌프 시장의 최대국가였으나, 1990년대 중후반을 지나면서 미국 내 주택수요의 증대로 미국을 포함한 북미대륙이 일본시장을 추월하였고, 이어 2000년대에 들어서면서 중국시장의 활성화로 중국이 일본을 제외한 아시아 지역의 가장 큰 시장 점유율을 차지하였다. 최근의 히트펌프 시장 성장은 주로 아시아 지역의 개발도상국들의 경제성장에 따른 것이며 특히 1990년대 초부터 공조분야 시장의 활성화에 따라 히트펌프 시장이 급격히 팽창하고 있는 중국은 2000년 초부터 세계의 가장 큰 시장으로 대두되어 현재 가장 큰 시장 성장률을 갖고 있으며, 현재 히트펌프 보급률은 약 10%로서 산업 발전이 급격히 이루어지고 있으므로 주택, 상업용 건물 및 중대형 건물의 신축 및 쾌적성 향상에 대한 요구가 증가되고 -10 o C 이하의 저 온지역에서 히트펌프의 시장이 급성장할 것으로 예상됨에 따라 한랭지향 시스 템 히트펌프 시장이 급격히 성장할 것으로 예상되었다. 일본에서는 1960년대부터 개별 공조 기기가 활성화되기 시작하여 1980년대부 터 히트펌프의 많은 기술적 진보와 함께 히트펌프의 보급이 활성화되어 세계 3대 히트펌프 수요 국가로서 85%의 히트펌프 보급률을 가지고 있으며, 현재에 는 정부와 전기공사의 에너지 정책에 따라 장려금 제도를 통해 히트펌프 설치 및 신기술 개발이 활발히 진행됨에 따라 신축주택이나 상업용 시장에서 대용 량 및 냉난방과 온탕이 가능한 냉온열 동시 제조 히트펌프의 수요가 지속적으 로 유지 될 것으로 예상되었다. 1980년대 일본의 다이킨사에 의해 복수의 실내기를 갖는 멀티 히트펌프 제품 군이 활성화되기 시작하여 2000년대에 다이킨의 매출액은 약 4조원 정도에 이 르렀으며, 에너지 고효율화, 공간 절약, 공사비 절감, 다양한 건축구조물에의 적용 등을 위하여 10마력 이상의 시스템 히트펌프로 대형화 추세를 이루고 있 으며, 세계적으로 멀티 히트펌프의 대형화 및 급탕에 대한 다양한 요구 사항

100 증가로 중대형 냉온열 동시 제조 히트펌프 제품의 매출 성장은 향후 지속될 것으로 예상되었다. 유럽은 생활수준이나 구성된 나라의 수로 볼 때 실제 히트펌프 보급이 상대적 으로 매우 적은 편이지만, 교토 의정서 발효 및 공간적 장점으로 인해 히트펌 프 보급이 꾸준히 증가하고 있으며, 주거용 히트펌프 보급률이 가장 크고 유 럽 중서부와 북부에서는 난방 및 급탕 등의 동시 냉난방 히트펌프의 보급량이 크고, 그리스/이태리/스페인/프랑스 남부 등에서는 냉방용 히트펌프의 수요 증가가 이루어지고 있었다. 2차 대전 후 미국에서는 주택을 간편하게 짓는 경향이 나타났으며, 이에 따라 하나의 기기로 냉방과 난방을 동시에 할 수 있는 히트펌프는 큰 매력을 갖게 되었으며 원자력에 의한 전기 생산이 활성화되면서 전기요금이 하락하여 히트 펌프보급이 증대되었으나 공기조화기 시장에서 총 수량의 20%와 총 판매액의 30%를 차지하여 보급률은 낮은 편이지만, 최근 신도시 개발 등과 관련하여 고 온수 제조가 가능한 2단 터보형 히트펌프 매출이 유지되고 있는 상태였다. 일본에서는 공장, 변전소 등의 배열과 해수 하천수 하수도의 온도차를 이용 한 지역 열공급 사업이 확대됨에 따라 중고온수의 열원의 활용을 통한 지역 열공급 시스템 구축을 통한 하이브리드 히트펌프 시스템의 매출이 지속적으로 증가하고 있었다. 흡수식 냉온수기는 주로 중대형 건물에 적합한 100RT이상의 수냉식 타입이 주 로 보급되고 있으나, 소형 공조용 빌딩(10~30RT)에 대한 가스냉방 시장 활성 화와 전력수요 완화 측면에서 공기로 냉각하는 공랭 흡수식 냉온수기에 대한 개발 필요성이 강하게 대두됨. 공기를 통하여 시스템을 냉각하는 공랭 흡수식 냉온수기는 외부로 열전달을 수행하는 흡수기 및 응축기의 총괄열전달계수가 물에 비해 5배 이상 적으므로 기기의 전열면적이 증대되고, 이에 따라 시스템 의 온도, 압력, 농도 등이 상승하는 문제점이 발생하므로 고농도에서 결정이 생기지 않은 신흡수용액 개발, 새로운 공랭 흡수식 사이클의 개발, 흡수기 및 응축기의 최적화 설계, 관련 요소부품의 최적화 등이 핵심기술 내용이었다

101 또한 이 시스템은 기존의 기계식 냉동시스템과 비교하여 냉동기 내부에 구동 장치가 없어서 소음, 진동이 없고 전력소모도 적으며, 환경오염의 주범인 CFC 냉매를 사용하지 않아 환경파괴 문제가 없어 지구의 오존층을 보존하는 새로 운 대체기술로 각광을 받고 있으며 앞으로 지속적인 연구개발이 요구되었다. 3.6 핵심기술 선정 향후 21세기는 교토의정서 채택에 따른 국가간 온실가스 배출권거래 및 청정 개발체재 실시 등 국제 기후변화대책 및 환경문제의 중요성이 계속 증대되고 있으며, 고유가 시대의 지속, 에너지 시장의 글로벌화 등에 대비한 에너지 사용 의 국가적 대응전략 수립이 매우 중요하다. 중요 대응 전략의 하나인 에너지 기기 효율 향상의 중요성 증대에 따라 국가 에너지의 약 30%를 사용하고 있는 냉난방 분야에서 세계적으로 대표적 에너지 절약기기인 EHP, GHP, AHP 등 다양한 형태의 히트펌프의 사용이 지속적으로 증대되고 있으며 전기 및 가스 등 고급 에너지의 고효율 및 합리적 이용과 공 기, 산업폐수 등 자연 및 미활용에너지의 효과적인 회수와 이용에 가장 적합한 에너지 절약기기인 히트펌프 개발은 에너지 사용의 국가적 대응전략 차원에서 매우 중요한 과제이다. 또한 21세기를 맞이하여 우리나라 공기조화기 제조사들은 내수시장 확대, 환경 친화적 제품 개발, 중국 제조사들의 급속한 성장, 다양하고 새로운 기술 개발 등의 당면 과제를 해결해야만 세계시장 경쟁에서 살아남을 수 있는 상황이다. 따라서, 중국제조사들과 기술 격차를 벌릴 수 있고, 친환경적이며, 지역 냉난방 등 국가적 정책에 부응함으로써 내수 시장을 확보할 수 있는 다양한 형태의 미 래형 히트펌프 기술 개발 추진을 위하여 상세한 산업분석과 기술 분석을 수행 하였으며 최종적으로 다음 [표 3.7]에 보인 바와 같이 6개의 과제 추진을 건의 하였으며 각 과제의 구체적 Product와 세부단위기술은 [표 3.8]과 같이 설정하 였다

102 [표 3.7] 핵심 과제 선정 세부 분야 개발과제명 시작 연도 예상개발 기간 한랭지향 시스템 히트펌프 개발 EHP 열병합플랜트 보조 열원용 고온형 히트펌프 개발 냉/온열 동시제조 히트펌프 시스템 개발 산업 폐열 구동 하이브리드 열펌프 시스템 기술 개발 GHP R410A 사용 실외기 멀티 GHP 시스템 개발 AHP 신용액 이용 고효율 공랭 흡수식 냉온수기 개발

103 [표 3.8] Product 및 세부단위기술 Product 한랭지향 시스템 히트펌프 열병합플랜트 보조 열원용 고온형 히트펌프 냉온열 동시제조 히트펌프 산업폐열 구동 하이브리드 히트펌프 R410A사용 실외기 멀티 GHP 시스템 신용액 이용 고효율 공랭 흡수식 냉온수기 세부단위기술 - 용량가변형 다단 압축기 기술 - 저온 성능 향상 기술 - 오일 회수 및 저온 기동 성능 확보 기술 - 고장 예지 및 Back-up 기술 - 대체냉매 적용 기술 - 열회수 기술 - 다단 사이클 구성 및 설계 기술 - 세정 기술 - 시스템 제어 및 최적화 기술 - 가변 부하 대응 기술 - 2단 압축사이클 기술 - 고효율 열교환기 기술 - 내부 열교환기 설계기술 - 냉열수송 기술 - 안전 및 시스템 최적제어 기술 - HGAX 사이클 해석 기술 - 사이클 설계 및 최적화 기술 - 고효율 열교환기 기술 - 하이브리드용 용액 펌프 기술 - 시스템 최적제어 기술 - GHP 전용 가스엔진 기술 - 실내기 및 실외기 멀티제어 기술 - 고효율 고풍량 팬 기술 - 배열회수 장치 및 이용 향상 기술 - 공랭식 사이클 해석 및 설계 기술 - 신흡수용액 기술 - 흡수기 등 핵심 요소기기 설계 및 최적화 기술 - 시스템 최적 제어 기술

104 3.7 기술개발 추진과제 및 추진 전략 냉난방기기 분야의 범위가 매우 광범위하고 시스템별로 매우 다른 특징을 가 지므로 전문기획위원들이 수행한 산업분석과 기술 분석을 통하여 도출된 각 세 부분야(EHP, GHP, AHP)의 최종 product를 중심으로 위의 [표 3.6]에 제안한 과제에 대한 구체적인 개발계획을 세웠다. 각 세부분야별 우선순위는 산업 분석 및 기술 분석에 따른 시장 요구사항과 현재 국가과제로 수행되고 있는 과제 현황, 기술 개발에 소요되는 예상 예산 규모 등을 참조하여 다음과 같이 평가지표를 부여하였으며 각 평가지표에 대해 표에 보인 바와 같이 가중치를 부여하여 결과를 정량화하였다. 1. 인자 평가 기준표 Mark 기술보급현황 국내적용중 국내개발중 국내미개발 기술개발가능성 아주낮음 낮음 중간 높음 아주높음 투자대비경제성 아주낮음 낮음 중간 높음 아주높음 에너지절감효과 5%이하 5%~10% 10%~20% 20%~40% 40%이상 개발기간 초장기 장기 중기 단기 초단기 2. 평가요소 가중치 기술보급 기술개발 투자대비 에너지 평가지표 현황 가능성 경제성 절감효율 개발기간 가중치 다음의 [표 3.9]와 같이 정량화된 결과를 이용하여 점수가 높은 과제부터 우선 순위를 부여하였다

105 [표 3.9] 과제 우선 순위 결정 평가지표 기술보급 기술개발 투자대비 에너지 현황 가능성 경제성 절약효과 개발기간 합 과 제 명 가중치 계 점수 Mark Score Ma Score Mark Score Mark Score Mark Score rk 한랭지향 시스템 히트펌프 개발 열병합플랜트 보조 열원용 고온형 히트펌프 개발 냉온열 동시제조 히트펌프 개발 산업 폐열 구동 하이브리드 열펌프 시스템 기술 개발 R410A 사용 실외기 멀티 GHP 시스템 개발 신용액 이용 고효율 공랭 흡수식 냉온수기 개발 이와 같은 정량적인 분석 결과를 바탕으로 하여 최종적으로 다음과 같이 각 세부분야별로 1개 과제를 제안하였다. - EHP : 한랭지향 시스템 히트펌프 개발 - GHP : R410A 사용 실외기 멀티 GHP 시스템 개발 - AHP : 신용액 이용 고효율 공랭식 흡수식 냉온수기 개발

106 * 기술로드맵 (I-6-1) 히트펌프 총괄 기술지도 기 술 명 2007 단 기 중 기 장 기 한냉지 시스템 기술 극한냉지 시스템 기술 압축식 히트 펌프 기술 열병합 발전용 고온 제조 기술 대용량 열병합플랜트용 고온 제조기술 실외기 멀티 GHP 기술 냉온열 동시제조 및 제상/축열 기술 산업페열 구동 하이브리드 시스템 기술 흡수식 히트 펌프 기술 고효율 공랭 흡수식 냉온수기 기술 한냉지향 시스템 히트펌프 열병합플랜트용 고온형 히트펌프 Products 실외기 멀티 GHP 하이브리드 히트펌프 공랭 흡수식 냉온수기 중요도 고 저 연구개발 의 성격 상업화 실증 연구 기초/적용성 연구 개발 전략 국산화 자립 국제공동 기술도입

107

108 (I-6-1-5) 실외기 멀티 고효율 GHP 기술 로드맵 기 술 명 2007 단 기 중 기 장 기 세부목표 GHP 전용 기스엔진 개발 20 HP급 이상 제동열효율 >40% 핵심 요소 기기 용량 가변 압축기 개발 (신냉매, 빌딩용 멀티 대응 용량) 20 HP급 이상 평균 효율 >80% 멀티제어 기술 개발 (신냉매, 빌딩용 멀티 대응 용량) 실내기 16대 실외기 4대 가스엔진 히트펌프 시스템 빌딩용 멀티 시스템 기술 개발 신뢰성 고도화, 초경량화, 초저소음화 기술 개발 20 HP급 이상 실내기 16대 이상 냉난방 평균 COP >1.2 중요도 고 저 연구개발 의 성격 상업화 실증 연구 기초/적용성 연구 개발 전략 국산화 자립 국제공동 기술도입

109 (I-6-1-6) 6) 공랭 흡수식 냉온수기 기술 로드맵 기 술 명 2006 단 기 중 기 장 기 세부목표 신흡수용액 개발 열물성측정, 이론적 성능특성평가, 몰비 및 부식실험 신흡수용액 고효율화, 내구성 평가 LiBr/LiI/LiNO 3 /LiCl 농도 67% 적용 핵심 요소기기 개발 흡수기, 응축기, 증발기, 저온재생기, 고온재생기 등 관련부품 최적화 열교환기 배열 최적화, 요소기기 내구성 평가 핵심 요소기기 고효율화 공냉식 사이클 프로그램 작성 및 해석 평가 시스템 문제점 보완 및 안정화 평가 시스템 설계 및 검증 시스템 기본 및 상세설계 1, 2, 3차 시제품 제작 및 평가 시스템 최적 제어기술 개발 COPc : 0.9 COPh : RT 실증 플랜트 고효율 공냉 흡수식 냉온수기 시스템 개발 중요도 고 저 연구개발 의 성격 상업화 실증 연구 기초/적용성 연구 개발 전략 국산화 자립 국제공동 기술도입

110 4. 초저온 LNG 수송 저장 기술 4.1 개요 (1) 초저온 LNG 수송 저장 기술 개요 (가) LNG 수송 저장의 개념 및 특성 LNG 수송 저장을 위한 플랜트는 가스전(Gas field)에서 발생하는 천연가스를 정제한 후, 초저온으로 액화하여 수송 및 저장의 편리성을 향상시키는 것임 - 액화하였을 때, 표준상태인 기체 상태 메탄 부피의 1/600 정도이 고 비중은 0.42로 원유비중의 약 1/2이 되어 가스 상태보다 수송 이 편리함 - 또한, 천연가스를 액화, 저장하여 도시가스 등의 계절적 수요변동 을 조절이 가능함 [그림 4.1] 액화를 통한 천연가스의 비중 변화 [참고 자료] LNG의 우수성 LNG의 특성 - 액화공정 전에 탈황 탈습되기 때문에 그 성질이 천연가스보다 뛰어나고 더욱이 청 결하며 황분이 없고 해가 없는 등 특성이 있음 - 천연가스의 주성분인 메탄은 1atm하에서 이하로 온도를 내리면 액체가 되는데, 액화된 메탄의 부피는 표준상태인 기체상태의 메탄 부피의 1/600 정도이고 비중은 0.42로 원유비중의 약 1/2로 천연가스를 액화함으 로써 수송 저장이 수월해지는 이점이 있음 (나) 고효율 대용량 LNG 플랜트의 개요 본 전략과제의 방향성은 LNG 플랜트의 효율성 강화 및 대용량화임

111 - 장기적으로 LNG 플랜트는 가격경쟁 력 확보를 위하여 대용량화하면서 효 율을 높이는 방향으로 추진함 - 최근 LNG 프로젝트는 10억 달러 이 상의 발주가 보편화되는 대형화로 가 고 있으며, 1 2억불 정도의 프로젝 트는 중소규모로 취급되어 대형사들 이 수주를 주저하고 있는 틈새시장으 로 구분됨 [그림4.2] LNG 플랜트의 방향성 (개념적) 본 과제의 범위는 LNG Value Chain에서 생산 및 액화 공정까지를 포함함 - 수송을 위한 LNG 유조선은 국내 주요 조선업체에서 주요 수출품목으로 진행하고 있어 전략프로그램에 포함하지 않음 [그림 4.3 ] LNG Value Chain 별 소요비용 2) 자료: CEE (Center for Energy Economics), LNG update Texas CPAs, 2006 자료: BG, ALNG, CMX (2) 전략과제 추진 필요성 LNG 시장은 1996년 이후 연평균 7.7% 이상의 높은 증가율을 보이고 있어 전략과제로 추진하기 적절한 성장세를 보이고 있음 2) MMBtu: million British thermal units

112 자료: CEDIGAZ First Estimates,, 2006 Natural Gas Year in Review, 2007 LNG 시장은 선진 기업이 95% 이상의 시장점유율을 차지하며 후발주자들의 참여를 어 렵게 하는 진입장벽을 만들고 있음 3) - KBR-JGC와 Bechtel, 그리고 Chiyoda가 Technip과 협력체계를 구축하여 95%의 시장 점유율을 확보하고 있음 년 중동지역에서 선진 5개사의 수주액이 전체의 63.0%였는데 04년의 경우 이 수치가 77.6%까지 높아졌음 - LNG 플랜트의 핵심 기술인 천연가스 액화공정기술을 보유하고 플랜트 실적이 있는 회사는 세계적으로 4개사 (APCI, Technip, Pritchard, ConcoPhillips)이며 이중 APCI 가 88.1%의 실적을 보유하고 있음 선진기업의 높은 시장점유율을 넘기 위해서는 자체 기술경쟁력과 마케팅 능력 등 종합 적인 접근이 필요함 - 자체 기술경쟁력을 확보한 일부 후발주자들 중에서 Axens의 경우 신규 LNG 프로 젝틀 수주한 바 있음 국내 LNG 플랜트 관련 기술개발 사례 및 역량은 매우 부족하여 기술력 개발이 시급한 상황임 3) 조현, LNG 플랜트 기술개발 해외전문가 초청세미나,

113 - 국내의 LNG 플랜트 관련 기술 개발 사례는 없으며, 국내 업체의 LNG 플랜트 사업 참여 내용으로는 주된 액화 공정을 제외한 주변 장치 설계 (sub-contractor) 및 건설 부문으로 제한되어져 있음 따라서 이러한 위기 상황의 극복하기 위하여 선택과 집중을 통한 고효율 대용량 LNG 플랜트 중장기 기술개발을 위한 전략프로그램과 전략적 마케팅이 절실히 요구됨. - 시장 규모가 지속적으로 커지고 있는 LNG 플랜트 사업 수행을 위해서는 국내 업체 의 가스전 지분 참여와 동시에 자체 공정기술 및 IT를 기반으로 한 기본설계 기술 등을 확보하여 LNG 플랜트 사업에 진출하는 노력이 절실히 필요함. 4.2 국내외 산업 현황 (1) 국내 동향 국내 엔지니어링 업체의 경우, LNG 플랜트의 일부 공정에만 참여하여 독립적인 설계 시행 능력은 확보하지 못한 상황임 - 일부 업체는 천연가스 전-후처리 공정에 대한 시공 및 일부 상세 설계에 다수 참여 한 경험 및 이를 바탕으로 자체적인 기본설계 능력을 갖춘 업체도 있으나 대외적으 로 이에 대한 객관적인 검증이 이루어지지 못하였음 상대적으로 신규시장에 속하는 중소규모 액화플랜트 사업을 위하여 세계적으로 경제성 이 확보된 설비/공정 기술을 개발 중에 있는 상태임 - 엔지니어링 업체의 경험과 비록 초기 개발 단계이지만 일부 원천기술을 확보하고 있는 국내 터보기계 생산업체간의 협력을 통하여 플랜트 패키지를 개발하는 경우 기존의 기술을 보유하고 있는 회사의 플랜트 기술 수준 대비 우월한 중소형 플랜트 개발이 가능함 - 이 경우, BOG(Boil-off Gas)의 재액화를 통하여 중질화를 방지하는 기술은 최근 개 발된 바 있음 따라서 국내의 기술 수준을 바탕으로 패키지화된 액화플랜트를 개발 시, 본 프로젝트 가 완료되는 시점에서 중소규모 LNG 플랜트 기술력을 바탕으로 대용량 고효율의 선도 적인 LNG 플랜트 기술을 유지할 수 있음

114 LNG 저장탱크의 경우에도 특허를 가진 액화공정과는 달리 국제적으로 규격 및 코드에 따라 설계, 시공 및 안전성이 확보될 경우 원가 경쟁력을 갖추기만 한다면 약 50여기에 이르는 국내 LNG 저장탱크 시공경험을 갖춘 국내 업체들이 충분히 EPC 턴키 시장에 진출할 수 있는 기회를 창출할 수 있음 - 생산 저장기지 건설 경험을 가지고 있는 대우, 현대 및 대림건설사 등 대형 건설사 에 및 엔지니어링사에서 충분한 기술력을 확보하고 있음. (2) 선진국 동향 LNG 플랜트는 지속적으로 비용절감을 목적으로 기술적인 변화를 추구하고 있음 년에는 LNG Value chain 비용이 1995년대비 절반이하로 감소할 것을 예측하고 있음 자료: Peter Hartley, A Global Model of Natural Gas Markets:Some Case Results 지속적인 LNG 수요 상승으로 인한 대규모 LNG 플랜트 건설이 증가하고 있음 - 현재까지 플랜트 Train의 규모를 연도별로 살펴보면 2000년 이후부터는 Train당 연 간 3백만톤 이상의 LNG 플랜트가 건설되는 것으로 나타남 (EnB, 변모하는 비즈니 스( ) 인용) 세계 LNG플랜트 시장은 선두 그룹과 그 뒤를 추격하는 후미 그룹이 있음 - 선두에는 JGC/KBR, Chiyoda, Bechtel 및 Technip 등이 있고, 그 뒤로는 Snamprogetti, Linde 및 TEC 등이 있음 LNG플랜트는 첨단 고부가가치 분야라 프로젝트의 규모가 평균 10억불이 넘는 대형 프

115 [그림 4.4] LNG 플랜트 Train 사이즈의 연도별 추이 로젝트이기 때문에 기술 선진국들의 각축장임 - 2위 그룹들은 메이저가 되기 위하여 각종 프로젝트에 선두그룹과 같이 프로젝트에 공동으로 참여하기를 원하나 선진그룹들은 후발주자들이 경쟁우위를 갖는 지역 국 가에 주공정이 아니라 유틸리티(Utility)나 오프사이트(Offsite) 정도만 참여시키고 있 음 중소형 LNG 플랜트 기술사 및 업체는 기술대비 경쟁력이 낮음 - 중소형 LNG 플랜트 기술사 및 플랜트 건설 경험이 있는 회사로는 미국의 Air Products and Chemicals Inc., Black & Veatch Pritchard, Chart Industries Inc., CH-IV Cryogenics, Chicago Bridge & Iron Company, Cryogenics, Krypak Inc. 와 노르웨이의 Hamworthy 그리고 독일의 Linde 등이 있음 - 이들이 제공하는 기술은 대규모 LNG 플랜트의 기술을 적용한 것으로 LNG 제품의 경제성 측면에서 새로이 개발 되고 있는 기술대비 경쟁력이 낮음

116 LNG 플랜트 선두그룹 이 분야의 1인자는 JGC/KBR 합작 팀임. 이들은 전 세계 시장의 50% 이상의 점유율을 보이고 있으며 지역적으로 동남아 및 아프리카 시장을 주 활동무대로 하고 있음. 2위는 전 세계 시장점유율을 30% 정도 차지하고 있는 Chiyoda로 러시아 및 카타르에서 두각 을 나타내고 있음 Phillips의 OCP 기술을 독점적으로 사용하고 있는 Bechtel사는 시장점유율이 약 10% 정도이며 Trinidad, 이집트 및 적도기니 등의 수의계약 프로젝트 위주로 참여하고 있음 시작이 제일 늦은 Technip은 자국의 TOTAL 프로젝트에 참여하여 나이지리아, 카타르, 예멘 등지에서 꾸준히 LNG 프로젝트에 참여하고 있음 LNG 플랜트 후발그룹 2위 그룹으로는 이탈리아의 Snamprogetti, 독일의 Linde 및 일본의 TEC 등을 들 수 있 음. 단독 수행경험이 없는 Snamprogetti는 모회사인 ENI 투자 프로젝트를 위주로 참여 하면서 실적을 축적하고 있음 한편 Linde는 Statoil사와 공동 개발한 MFCP 기술로 노르웨이의 스노빗 LNG 플랜트 를 수행 중에 있고 이란 NIOC LNG 프로젝트에 EPC로 참여할 예정으로 있음. Linde 는 계약사가 극저온 관련기술을 보유하고 있어 선두그룹으로 진출할 가능성이 가장 큼 TEC는 단독수행 경험이 없어 러시아 지역의 지역적 우위성을 바탕으로 Chiyoda와 공 동으로 사할린 LNG플랜트에 참여하고 있음 미국 Bechtel - 설계와 시공의 통합을 통해 시너지 효과를 얻을 수 있는 분야에 주력하고 자사의 뛰 어난 CM능력을 활용함. 원자력, 발전 등 핵심경쟁력을 가진 분야에 집중하여 사업 을 전개함으로써 리스크를 회피하고 있음 - 현지화를 위해 현지 영업사무소 간 유기적인 협력체계를 구축하고, 현지인 채용을 확대하고 이들을 교육하는 인력개발의 현지화를 추진하고 있음. - 또한 우량자재의 현지조달을 강화하는 자재조달의 현지화와 함께 효율적인 기술과 금융지원전략을 전개하고 있음. 최근에는 6시그마 경영혁신활동을 도입하여 철저한 고객중심의 데이터 분석을 통한 과학적이고 합리적인 문제해결 운동을 주도하고 있 음

117 영국 Technip - 사업범위는 설계, 엔지니어링, 구매, 건설 등으로 다양하며 대형 턴키 프로젝트에 강 점을 갖고 있음 - 해외활동비율은 90%(유럽, 중동, 동남아, 중남미지역에 집중). 자사의 핵심역량을 바 탕으로 한 국제적인 J/V(Joint Venture)로 유대를 강화하여 석유 및 가스 생산국, 신 흥공업국, 고도 경제성장지역(중동, 아시아, 남미 등)에 활발하게 진출하고 있음 - 외국업체와의 J/V시 축적된 리스크 매니지먼트 경험을 바탕으로 사업의 주도력을 발휘하고 있음 - 해외시장에 대한 기동성과 적응력을 강화하기 위해 해외지사의 개척과 합병,신설 등 을 적극 모색 중임 - 설계, 엔지니어링, 구매, 건설, PM 능력 등 턴키수행력은 세계 최고 수준으로 턴키계 약이 매출의 85%를 차지할 정도로 턴키 프로젝트에 집중. On+Offshore 사업에 강 점, M&A와 협력(Alliance)을 통한 시장 확대 중에 있는 실정임 이탈리아 Snamprogetti - M&A에 의한 사업 확대 전략을 지양하고 안정적인 전략을 취하고 있음 - 사업부문은 석유정제, 가스플랜트, 화학, 비료플랜트, 해양구조물, 광업, 야금 플랜트, 에너지 시스템 등인데, 특히 석유와 가스, 석유화학, 파이프라인 등 핵심 사업에만 전력을 다하고 있음 - 80년대 후반까지 자국 내 공사 위주로 하였으나 90년대부터 본격적으로 해외에 진 출하기 시작함 - 암모니아 플랜트는 경쟁력 강화를 위하여 취약요소에 대한 보완을, 요소/MTBE 플 랜트는 지속적인 경쟁력을 유지하며, 탈수소분야는 차별화된 기술력을 바탕으로 수 주를 강화한다는 전략을 갖추고 있으며 지역별로는 중국과 구 소련지역을 공략할 계획임 일본 JGC - 고객의 다양한 수요를 충족시키기 위해 사업영역과 기능을 확충하고 있음. 동사의 성장전략은 EPC 요소분야의 수직통합화와 참여사업 범위의 확대를 통한 수평적 확 대사업화 전략으로 구성되어 있음 - EPC사업은 동사의 가장 중요한 사업이고 수익의 원천이기 때문에 요소분야의 효율 성을 극대화시키기 위하여 수직통합을 추진함과 동시에 대상 사업범위를 현재의 가

118 스처리, 정유, 석유화학, 등의 분야에서 벗어나 미래 신사업프로젝트로 사업의 수평 적 외연 확대를 통해 지속적 성장과 아울러 수익확대를 추구하고 있음 년 9월에 안정적인 수주확대를 위한 프로젝트 사업추진본부 를 신설함. 수평 확 대화를 위한 3대 영역은 자원투자, 유틸리티 인프라, 기술개발로 구성됨. 해외사업의 성공을 위해 철저한 현지화를 추진하고 있음 - 프로젝트 성공을 위해 독자적인 프로젝트 매니지먼트 체제 확립하고 있음 - 플랜트 설계부터 기자재 조달,건설, 오퍼레이션, 메인터넌스 등 프로젝트 전체의 단 계에 따라 종합적인 프로젝트 매니지먼트를 시행함 - 프로젝트 팀은 총책임자인 프로젝트 매니저가 있고,전문 엔지니어 및 각 부문의 스 텝으로 구성됨 4.3 국내외 기술개발동향 및 기술 수준 (1) 기술개발 동향 LNG 액화기술 라이센스 연도별 개발 추이는 다음과 같음 1960~1970s 1990s 2000s APCI Conocophillips Shell Propane Pre-cooled MR (1972) Optimized Cascade (1999) Dual-MR (2005) Market share 77% Market share 9% Market share 4% APCI Statoil/Linde Single Refrigerant MR (1970s) M ixed fluid Cascade (2006) Market share 5% Market share 1% Prico APCI Single MR (1970s) AP-X (2007/2008) Market share 2% - Marathan/Philllips IFP-Axens Classic Cascade (1969) Liquefin (2002) Market share 1% - [그림 4.5] 주요 LNG 액화기술 라이센스의 연도별 개발추이 1)

119 가스 생산 분야 - 가스전으로부터 천연가스를 생산하는 것으로 특허 라이센스 기술이 없고 모두 공개 된 Open Technology이며 여기는 관련 가스 생산기자재 제작 기술이 중요함 가스 전처리 분야 - 생산된 가스의 수분을 Dehydration 공정으로 없애고 Sweetening공정으로 함유된 산 소를 제거하는데 주로 흡착과 흡수로 이루어짐. 이 부분도 Open Technology이며 공 정에 사용되는 Zeolite라는 Chemical이 중요함 액화가스 생산 분야 - 액화천연가스의 생산 공정으로 여기에 다음과 같은 특허기술이 있으며 기술마다 Heat Integration 및 Recovery가 차이가 있음 - C3 Pre-Cooled Mixed Refrigerant Process (C3/MR Process) 라이센서는 APCI이고 현재 세계시장의 60% 이상을 점유할 정도로 많은 플랜트 가 이 기술을 사용하고 있으며 최대 공칭용량(Normal Production Capacity)은 연 4.7 백만 톤임. 최근에는 N2 Expander를 추가한 AP-X Process 계량공정이 개 발되어 연 6백만 톤 이상도 가능하게 되었음 - Optimized Cascade Process(OCP) 기술보유자는 Conoco Phillips이며 초기 LNG 플랜트에 도입되었음. Bechtel과 독점계약을 하였고 최근에 기술개량(Technology Modification)이 되면 서 에너지소모가 가장 적어져 (현재 기술 중 에너지 소모량이 가장 적음)시장점

120 유율이 살아나고 있음 - Trinidad 및 이집트 LNG에 적용하였음 - Mixed Fluid Cascade Process (MFCP) Statoil/Linde가 보유한 기술로 Mixed Refrigerant와 Cascade Process가 결합한 공정임. 공칭생산은 연 4백만 톤 이상이며 최근 노르웨이의 Snohvit LNG 플랜트 에 처음으로 적용함 기술의 변천을 살펴보면 다음과 같음. 60년대와 70년대 전반기에는 5개 플랜트에 4개 사 특허기술(Licensed Technology)이 사용되었으나 70년대 후반기에서 99년까지 SHIKDA 프로젝트 이외에는 APCI 기술만 사용되었음 - 이러한 상황에서 00년부터 Philips가 본격적으로 참여하고 Linde와 Shell이 신기술 을 개발하여 다시 4개의 특허기술을 중심으로 하는 기술 4강 구도를 이루게 되었는 데 이 중 APCI(ARI Products and Chemicals Inc.)사의 시장 독점력은 여전히 유지 되고 있음 LNG 플랜트의 경우 앞서 언급한 바와 같이 KGR/JGC, Chiyoda, Technip 등의 선진국 들이 기술과 시장을 독점하여 우리업체가 이 분야에 참여한 경험이 전무한 실정임 - 라이센서 특허공정 현황 APCI C3/MR -세계시장 최대점유(60% 이상) Conoco Phillips OCP - Bechtel 독점계약. Trinidad 및 이집트 LNG 플랜트적용 Statoil/Linde MFCP - Mixed Refrigerant와 Cascade Process 결합공정. 노르웨이 Snohvit에 첫 적용 Shell DMR -사할린 및 오만 LNG 플랜트에 적용 Axen Liqufin -이란 사우스파 LNG 플랜트에 적용 예정

121 4.4 국내외 특허동향 (1) 국내외 특허동향 LNG플랜트 관련 연도별 출원추이를 살펴보면, 1970년대 초부터 기술 개발이 시작되어 90년대 중반이후에는 활발한 특허 출원이 이루어지고 있으며, 특히 최근 2~3년의 증가 세가 두드러짐 - 또한 2001년 이후 해외출원을 포함한 패밀리특허의 건수가 통합 건수 대비 확연한 차이를 보이고 있어, 최근 해외 지재권 확보가 활발한 분야로 추정됨. 300 (단위: 특허건수, 출원일 기준) 전체 출원건수 기준 특허패밀리 통합건수 기준 [그림 4.6] LNG플랜트 기술의 연도별 출원추이 LNG플랜트의 전처리, 액화, 수송, 저장 부문으로 나뉘어 연도별 추세를 보면 아래와 같음 - Open Technology로 활용되고 있는 천연가스 전처리 기술을 제외한 액화, 수송 및 저장 부문의 기술은 최근 개발이 활발한 분야임. - 다만 수송 부문의 경우 80년대 중반 Hitachi사가 LNG선을 활용한 수송 기술에 대한 특허를 다수 출원한 바 있음

122 (단위: 특허건수, 출원일 기준) LNG플랜트 전처리 액화 저장 수송 전처리기술 저장기술 액화기술 수송기술 [그림 4.7] LNG플랜트 분야 가치사슬 기술의 연도별 추이 LNG플랜트 관련 특허의 제목과 초록에 포함된 keyword를 이용한 Text mining기법을 통해 Landscape 분석을 실시하면, 아래 그림과 같이 천연가스 액화기술, 저장탱크 기 술, BOG 액화기술 및 전처리 기술 등이 큰 군집을 형성하고 있음. [그림4.8] LNG플랜트 관련 기술에 대한 Landscape분석(1971~현재)

123 앞서 연도별 추이에서 2000년 이후 총 특허 건수 및 패밀리통합 건수가 큰 증가세를 보 이고 있으므로, 2000년 이후 출원된 특허에 대해 다시 Landscape 분석을 실시하면, BOG액화, 액화공정의 가압용기, 압축기 및 저장탱크/수송파이프 등에 대한 특허의 출 원이 활발한 것을 알 수 있음. [그림 4.9] LNG플랜트 관련 기술에 대한 Landscape분석(2000~현재) 반면 LNG플랜트 관련 기술의 국가별 전체 출원추이를 살펴보면 2000년 이후 미국, 유 럽 및 PCT특허가 주도적으로 출원되고 있으며, 일본의 경우 꾸준한 기술개발이 이루어 지고 있는 것으로 추정됨

124 특 허 출 원 건 수 EP JP US WO [그림 4.10] LNG플랜트 기술의 국가별 출원추이 LNG플랜트 관련 주요 출원인으로는 Ishikawajima중공업, MHI 등이 있으며, 출원건수 기준으로는 주로 일본의 중공업체, 가스업체, 철강업체 등에서 상위권을 차지하고 있 음. 반면 연평균 피인용도 상위20% 보유건수를 기준으로 보면 Exxonmobil, Conoco phillips 및 APCI(Air Products & Chemical, Inc)사가 주요 출원인으로 분석됨. (2) 기술수준 분석 주요 기술명 세계 최고 수준 국가 및 기관 명 수준 (%) 국내 기술수준 경쟁력 평가 LNG 공정 기술 미국 50 강력 LNG 플랜트 설계/건설 기술 미국 60 유리 LNG 플랜트 기반기술 미국 50 유리

125 외부 전문가 기술수준 조사 결과 LNG플랜트의 전략과제와 핵심기술의 중요도 및 기술수준 전략과제명 전략 과제 중요도 핵심기술명 핵심 기술 중요 도 핵심 기술 수준 핵심 기술 수준 평균 LNG 공정 물성데이터베이스 구축기술 LNG 공정 액화사이클 모델링 및 해석기술 LNG 공정 초저온 열전달 제어기술 LNG 플랜트 Process Flow Diagram 개발 기술 (H&MB, P&ID 포함) 고효율 대용량 LNG 플랜트 개발 4.00 LNG 플랜트 공정설계 및 FEED 패키지 (scale-up/down, 기자재 선정 등) LNG 플랜트 시스템 제어 (control)기술 LNG 플랜트 사업관리기술 (시공, 위험, 물류 등) LNG 플랜트 시스템 분석 시험 평가기술 (시스템, 재료, 물성, 적합성 등) LNG 플랜트 통합운영기술 (지능형 진단 조치, 동적시뮬레이터, 유지관리 등) LNG 플랜트 기획 타당성평가기술 (성능, 경제성, 위험도, 대규모 M&S, 개념설계 등) 특허 및 논문 통합 경쟁력 지수 분석 4) 특허 및 논문지표 분석을 통한 국가별 연구개발경쟁력 순위 분석을 해보면, 미국이 1위 를 기록하고 있고, 다음으로 일본, 프랑스, 핀란드, 호주, 네덜란드, 영국, 한국 순으로 나타나고 있음. - 스위스의 경우 특허순위는 4위를 기록하고 있으나, 논문순위는 19위를 기록하고 있어서 대학, 연구기관 등의 기초연구는 상대적으로 떨어지나 기업들의 기술개발이 매우 활발한 것으로 평가됨. 4) 테크노베이션파트너스, 건설교통기술 특허동향조사,

126 [표 4.1] LNG플랜트 기술분야 국가간 연구개발경쟁력 순위 특허순위 논문순위 종합순위 미국 일본 프랑스 핀란드 호주 네덜란드 영국 한국 중국 캐나다 대만 독일 스위스 덴마크 이탈리아 오스트리아 스페인 러시아 인도 스웨덴 LNG플랜트의 특허경쟁력은 미국, 프랑스, 핀란드, 스위스, 일본, 캐나다 순으로 높게 나타남. 우리나라의 특허경쟁력 순위는 11위로 나타났으며, 최근 5년간 특허 경쟁력 순위가 약 간 떨어짐 미국 프랑스 핀란드 스위스 일본 캐나다 호주 영국 [그림 4.11] LNG플랜트 기술의 국가별 특허경쟁력지수(1991~2005) 독일

127 4.5 산업 및 기술개발 전망 (1) 국내 산업 및 기술개발 전망 국제환경규제 에너지 안보 등으로 천연가스 수요는 지속 증가 할 것으로 보임 일부공단 및 산업시설을 제외한 투자는 정체 또는 감소 할 것으로 전망 (2) 국외 산업 및 기술개발 전망 천연가스관련 value chain 전반(탐사/개발 - 액화 - 수송 저장/보급)에 걸쳐 지속 성장을 전망 원천/기초/응용 기술 확보를 통하여 고부가가치 사업 분야 경쟁이 치열해질 것으로 전 망(기획 개발형 사업모델의 수행 역량강화가 필요) 플랜트건설산업의새로운기술변화및가치를고려한기술혁신 - 공종별 기술변화(공정방식, 공법, 재료 등)를 고려한 가치 제고 - 시장흐름과 제품의 기능과 서비스, 기술을 고려한 중장기 로드맵을 마련 고부가가치가스플랜트 해외시장 전망 - 가스 부문의 투자금액은 향후2030년까지 동안 총 2조7천억 달러로서 연평균 약 1000억 달러 - 이중 절반 이상은 탐사 및 개발 분야(상류)에 사용될 것으로 전망 - 나머지는 액화플랜트 및 수송 및 저장 등 하류부분에 투자될 것으로 예측

128 [그림 4.12] 천연가스 관련 세계 투자 전망 (IEA2004 보고서) 4.6 핵심기술 선정 (1) 핵심기술의 선정 제1핵심과제 : 가스플랜트 핵심 기반 기술 개발 - RAM 기반의 가스플랜트 모듈화 기술 개발 인공지능 기반의 건전성 평가기술 가상환경, 부품모델 및 계통구성, RAM, O&M 개선 등 LNG/GTL 시스템 위험 평가기술 및 DB구축 터보 익스팬더 및 드라이버 최적화 Micro-channel 기반의 열교환 구조, ITM 반응모듈 - 동적 공정설계 시물레이터 개발 LNG/GTL 공정 설계, 운전조건 동적 모사기술 대규모 모델링 및 시뮬레이션기술(에너지 유효이용 및 통합관리기술 등)