[충청뉴스 이성현 기자] 공장·데이터센터 등에서 버려지는 40°C 수준의 저온 폐열만으로 냉방이 가능한 차세대 히트펌프 시스템이 개발됐다.
기존 에어컨이 전기를 이용해 냉매를 압축하는 방식인 반면, 이번 기술은 버려지는 열을 에너지원으로 활용해 냉방을 구현한다.
특히 세계 최고 수준의 흡착베드 성능을 달성해 전력 소비를 줄이고 에너지 활용도를 높일 수 있는 기반을 마련했다.
한국기계연구원 탄소중립기계연구소 히트펌프연구센터 김영 책임연구원 연구팀과 중앙대학교 김민성, 김동규 교수 연구팀은 한국에너지기술평가원(KETEP) 알키미스트 사업의 지원을 받아 '전기화학적 압축기를 이용한 화학흡착식 히트펌프 시스템'을 개발했다.
기계연은 40°C 저온 폐열로 구동되는 화학흡착식 히트펌프를, 중앙대는 소음과 진동이 없는 전기화학적 압축기를 개발했으며, 삼중테크(주)가 10 kW 화학흡착식 히트펌프 시제품을 제작하였다.
연구진이 개발한 화학흡착식 히트펌프는 공장 폐열이나 데이터센터 배열과 같은 저온 폐열을 활용해 냉방을 구현하는 기술이다. 기존 흡착식 냉방 기술이 70℃ 이상의 고온 열원을 필요로 했던 것과 달리, 이번 기술은 40℃ 수준의 저온 폐열만으로도 냉방이 가능함을 실증했다.
또한 연구진은 히트펌프 핵심 부품인 흡착베드의 구조를 개선해 비냉방출력(SCP) 346.5 W/kg을 달성했다. 이는 해외 경쟁 기술 대비 2배 이상 높은 수준으로, 세계 최고 수준의 성능이다.
개발된 시스템에는 기계적 구동부가 없는 전기화학적 압축기가 적용됐다. 기존 기계식 압축기보다 에너지 소비를 줄일 수 있으며, 소음과 진동이 거의 발생하지 않아 병원과 학교, 주거지역 등 다양한 환경에서 활용할 수 있다. 기계연은 중앙대와의 협업으로 대면적 암모니아 압축기 개발을 통해, 컨셉 실증 및 상용화 단계로 한걸음 더 다가갔다.
향후 해당 기술은 데이터센터와 공장, 건물 냉난방 시스템 등에 적용될 수 있다. 특히 지금까지 활용되지 못했던 폐열을 에너지원으로 사용할 수 있어 에너지 절감 효과가 크고, 자연 냉매인 암모니아를 사용해 국제 냉매 규제에도 대응할 수 있을 것으로 기대된다.
김영 책임연구원은 "공장과 데이터센터에서 버려지는 40℃ 수준의 저온 폐열만으로 냉방을 구현한 것이 이번 연구의 가장 큰 성과"라며 "현재 10kW급 시제품 실증 시험을 진행하고 있으며, 향후 데이터센터와 건물, 산업 현장 등에 적용해 에너지 절감에 기여할 계획"이라고 밝혔다.
이번 연구는 한국에너지기술평가원(KETEP) 알키미스트 사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구진은 이번 과제를 통해 SCI 논문 74건, 특허 출원 67건·등록 29건 등의 성과를 창출했으며, 현재 10kW급 시제품을 활용한 실증 시험을 진행하고 있다.
