"40도 저온 폐열로 냉방한다"…기계硏, 차세대 흡착식 히트펌프 개발
기존 기술 70도 이상 열원 필요…40도 저온 폐열로 10kW급 냉방 실증
흡착베드 출력 해외 기술의 2배 이상…데이터센터·공장 폐열 활용 기대
기존 에어컨처럼 전기로 냉매를 압축하는 대신 버려지는 열을 에너지원으로 활용하는 방식으로, 데이터센터와 산업 현장의 전력 소비를 줄이는 데 활용될 것으로 기대됩니다.
한국기계연구원 탄소중립기계연구소 히트펌프연구센터 김영 책임연구원 연구팀은 중앙대 김민성·김동규 교수 연구팀과 함께 '전기화학적 압축기를 이용한 화학흡착식 히트펌프 시스템'을 개발했습니다.
기계연은 40도 수준의 저온 폐열로 작동하는 화학흡착식 히트펌프를 개발했고, 중앙대 연구팀은 소음과 진동이 없는 전기화학적 압축기를 개발했습니다. 삼중테크(주)는 이를 기반으로 10킬로와트급 화학흡착식 히트펌프 시제품을 제작했습니다.
이번 기술의 핵심은 기존에는 활용하기 어려웠던 낮은 온도의 폐열까지 냉방 에너지로 사용할 수 있다는 점입니다.
기존 흡착식 냉방 기술은 일반적으로 70도 이상의 고온 열원이 필요했지만, 연구진은 공장 폐열이나 데이터센터에서 발생하는 40도 수준의 배열만으로도 냉방이 가능하다는 것을 실증했습니다.
히트펌프의 핵심 부품인 흡착베드 성능도 크게 높였습니다.
연구진은 흡착베드 구조를 개선해 비냉방출력(SCP)를 킬로그램당 346.5와트까지 끌어올렸습니다. 이는 해외 경쟁 기술보다 2배 이상 높은 세계 최고 수준의 성능입니다.
시스템에는 일반적인 기계식 압축기 대신 전기화학적 압축기가 적용됐습니다.
기계적으로 움직이는 구동부가 없어 기존 압축기보다 에너지 소비를 줄일 수 있고 소음과 진동도 거의 발생하지 않는 것이 특징입니다.
연구진은 대면적 암모니아 압축기까지 개발해 개념 검증을 넘어 실제 상용화를 위한 실증 단계로 기술 수준을 높였습니다.
특히 자연 냉매인 암모니아를 사용하기 때문에 강화되고 있는 국제 냉매 규제에도 대응할 수 있을 것으로 기대됩니다.
상용화될 경우 대규모 냉각 수요가 발생하는 데이터센터를 비롯해 공장과 건물 냉난방 시스템 등에 활용할 수 있습니다.
지금까지 외부로 버려졌던 저온 폐열을 다시 냉방에 활용할 수 있어 전력 사용량과 에너지 비용을 동시에 줄이는 효과도 기대됩니다.
김영 책임연구원은 "공장과 데이터센터에서 버려지는 40도 수준의 저온 폐열만으로 냉방을 구현한 것이 이번 연구의 가장 큰 성과"라며 "현재 10킬로와트급 시제품 실증 시험을 진행하고 있으며, 향후 데이터센터와 건물, 산업 현장 등에 적용해 에너지 절감에 기여할 계획"이라고 말했습니다.
연구진은 한국에너지기술평가원(KETEP) 알키미스트 사업의 지원을 받아 수행된 이번 과제를 통해 SCI 논문 74건을 발표하고 특허 67건을 출원해 29건을 등록했습니다.
(사진=한국기계연구원)
김건교 취재 기자 | kkkim@tjb.co.kr
Copyright © TJB