CO2(R-744) 냉동기의 초고압 컴포넌트 필수 규격 및 고압가스 안전관리법 분석

2026년 글로벌 저탄소 규제 및 ESG 경영 확산에 따라 지구온난화지수(GWP)가 1인 자연냉매 이산화탄소(CO2, R-744) 시스템 도입이 가속화되고 있습니다. 그러나 CO2 냉매는 임계 온도가 31.1℃, 임계 압력이 73.8bar로 낮아, 하절기 외기 온도가 높은 조건에서는 상변화 없이 초임계(Transcritical) 영역에서 운전됩니다.

이때 시스템 운전 압력은 120 ~ 140bar까지 상승하므로, 기존 HFC 시스템(15 ~ 30bar) 대비 매우 높은 내압성이 요구됩니다. 본 리포트에서는 한국 및 베트남의 고압가스 관련 법적 규제 기준을 비교하고, 시스템 승인을 위한 핵심 컴포넌트 규격 및 안전 제어 방안을 공학적으로 분석합니다.

CO₂(R-744) 초 고압 컴포넌트 필수 규격

목차

1. 한국과 베트남의 고압가스 안전 법적 기준 비교

[설계 단계] ➔ KGS / TCVN 인허가 검토
[제조 단계] ➔ 특정설비 제조 승인 및 재질 성적서 확보
[시공 단계] ➔ 비파괴검사(RT/UT) 및 내압 시험 수행
[운전 단계] ➔ 정전·정지 대응 안전 루프 구축

CO2​ 냉동 시스템은 저압측(아임계 영역) 운전 압력도 40bar 이상을 형성하므로, 설비 전체가 고압가스 관련 법령의 적용을 받습니다.

구분한국 고압가스 안전관리법 (KGS)베트남 기술기준 (TCVN / MOLISA)

관련 법령 및 코드	고압가스안전관리법, KGS AA212, KGS AB211	TCVN 8366:2010, TCVN 6153 시리즈, MOLISA 규정
법적 고압가스 범위	상온 압력 1MPa (10bar) 이상 가스	위험성 높은 기구 지정 (압력용기 및 냉동 설비)
인허가 핵심 요건	특정설비 제조 승인, KGS 검사 필증, 재질 성적서(MTR)	최대허용설계압력(PS) 증명, 외기 45∘C 기준 엔지니어링 계산서
배관 및 용접 규격	비파괴검사(RT, UT) 및 고온 납용접 기준 준수	TCVN 압력용기 기술 요구사항 준수

2. 초고압 컴포넌트 필수 물리적 규격

초임계 압축기(Compressor) 및 특정설비 압력용기

• 하우징 및 구조: 고압축비와 압력 맥동을 견디기 위해 연성 주철 대신 단조강(Forged Steel) 재질을 적용하며, 냉매 누설을 차단하기 위해 반밀폐형(Semi-hermetic) 구조를 채택합니다.
• 압력용기 두께 산정: KGS AA212 기준에 따른 내압 두께 산정 공식을 충족해야 하며, 가스 쿨러 및 유분리기는 특정설비로 분류되어 제조 공정 검사를 이행해야 합니다.

초고압 배관 및 밸브 스펙

• 배관 재질: 일반 동관 사용이 금지되며, 동-철 합금관(K65 관) 또는 스테인리스강관(SUS316L)을 적용합니다.
• 접합 규격: TIG 용접 또는 은 함량 15% 이상의 BCuP-5 고온 납용접을 실시하고 비파괴검사(RT/UT)를 거쳐야 합니다.
• 전자식 팽창밸브(EEV): 최소 140bar 이상의 파열 압력 스펙을 가진 전용 초고압 밸브를 선정합니다.

이중 안전장치(Safety Loop) 구성

• 다단 안전밸브(Dual Relief Valve): 정비 중에도 시스템 방어 라인이 유지되도록 3-Way 전환 밸브와 조합된 다단 안전밸브 구조를 적용합니다.
• 고압 차단 스위치(HP Cut-out): 설계 압력의 90% 수준에서 즉시 작동하도록 설정합니다.

3. 정지(Standstill) 및 하절기 압력 방어 엔지니어링 솔루션

정지 시 압력 상승 및 축압 용기(Expansion Vessel) 스펙

시스템 가동 중지 시 외부 열 침입으로 잔여 액냉매가 기화하여 주변 온도 포화 압력까지 상승합니다. 외기 온도가 38 ~ 45℃에 도달하면 배관 내 압력이 임계 압력을 초과합니다.

• 대응책: 냉매 방출(Venting) 없이 안전 상태를 유지하기 위해 대용량 축압 용기(Expansion Vessel)를 설치합니다. 외기 45℃ 기준에서도 내부 압력이 45∼60bar 이하로 유지되도록 팽창 공간을 설계합니다.

정전 대비 백업 유지 냉각기(Still Unit) 적용

비상 정전 발생 시 수신기 내 압력 급상승을 방지하기 위해 독립 비상 전원(UPS/발전기) 기반의 소형 백업 유지 냉각기(Still Unit)를 연동합니다. 정전 시에도 수신기 내부를 0℃ 이하(35bar 환경)로 강제 냉각하여 안전밸브의 냉매 대기 분출을 차단합니다.

[정전 발생] ➔ 비상 전원 개입 ➔ 백업 Still Unit 작동 ➔ 수신기 강제 냉각($35\,\text{bar}$ 유지) ➔ 안전밸브 분출 방지

중압 수신기 플래시 가스 바이패스 밸브(FGBV) 제어

고온 다습한 외기 환경에서는 가스 쿨러 출구 온도가 상승하여 수신기 내 플래시 가스(Flash Gas) 비율이 증가합니다. 중압 수신기 상단에 플래시 가스 바이패스 밸브(FGBV)를 배치하여 플래시 가스를 보조 압축기(Eco-compressor) 또는 저압 흡입 측으로 우회시킴으로써 수신기 압력을 45∼50bar 수준으로 제어합니다.

4. [기술 적용 검증] 법적 검사 및 안전 개선 사례

해외 수입 CO2​ 랙(Rack) 시스템 KGS 재검사 통과

• 장애 현상: 유럽 CE 인증을 받은 CO2​ 초임계 랙 시스템 도입 시, KGS 기준의 소재 화학 성분 분석표 및 재질 성적서(MTR) 누락으로 준공 검사 승인 거부.
• 개선 조치: 현장 비파괴 표면 경도 시험 및 성분 재분석을 실시하고, KGS 특례 조항에 맞춘 공학적 구조 해석 서류 제출.
• 결과: 특정설비 조건부 재검사 통과 및 정상 준공 승인 획득.

하절기 정전 시 냉매 분출 방지를 위한 인터록 구축

• 장애 현상: 외기 최고 온도가 41℃인 상태에서 공장 불시 정전 발생, 메인 압축기 정지로 내부 압력이 상승하여 안전밸브 작동 및 CO2​ 냉매 전량 분출.
• 개선 조치: 비상 발전기와 연동되는 소형 백업 프레온 냉각 장치(Still Unit)를 수신기 배관에 인터록 구조로 설치.
• 결과: 정전 발생 시에도 수신기 내부 온도를 안정적으로 제어하여 냉매 분출 재발 방지.

5. 결론

CO2​(R-744) 초임계 시스템의 성공적인 적용을 위해서는 열역학적 효율성 검토와 함께 관련 법적 안전 규격 준수가 선행되어야 합니다.

1. 법적 승인: KGS 및 TCVN 기준에 맞춘 특정설비 승인, 비파괴검사, 재질 성적서 확보.
2. 부품 스펙: K65/SUS316L 배관, 단조강 반밀폐 압축기, 140bar 내압 EEV 적용.
3. 안전 제어: 축압 용기 설계, FGBV 제어, 백업 Still Unit 인터록을 통한 정지 및 정전 대비 압력 방어 체계 구축.

참고 문헌 (References)

1. 한국가스안전공사 (KGS): KGS AA212 (냉동용 특정설비 제조의 기준) 및 KGS AB211 (2025/2026).
2. Vietnam Ministry of Labour - Invalids and Social Affairs (MOLISA): TCVN 8366:2010 - Pressure Vessels Technical Requirements (2025).
3. International Institute of Refrigeration (IIR): Thermodynamic Properties and Safety Standards of Transcritical CO2 Cycles (2025/2026).