40도 폐열로 냉방하는 10kW 히트펌프 개발

공장과 데이터센터에서 버려지는 40도 안팎의 저온 폐열만으로 냉방을 구현하는 차세대 히트펌프 시스템이 개발됐다. 한국기계연구원 김영 탄소중립기계연구소 히트펌프연구센터 책임연구원팀과 중앙대학교 김민성·김동규 교수팀은 전기화학적 압축기를 결합한 화학흡착식 히트펌프 시스템을 완성해 5일 공개했다.

기계연은 40도 수준의 열로 작동하는 화학흡착식 히트펌프를 개발했고, 중앙대는 기계적 구동부가 없어 소음과 진동이 거의 발생하지 않는 전기화학적 압축기를 구현했다. 삼중테크는 이를 바탕으로 10kW급 시제품을 제작했다. 연구진은 흡착베드 구조도 개선해 냉방 성능 지표인 비냉방출력 346.5W/㎏을 달성했으며, 이는 해외 경쟁 기술보다 두 배 이상 높은 수준이다.

기존 흡착식 냉방 기술은 작동을 위해 70도 이상의 고온 열원이 필요했지만, 이번 시스템은 공장 폐열과 데이터센터 배열처럼 온도가 낮은 열원만으로도 냉방할 수 있음을 실증했다. 전기화학적 압축기는 기존 기계식 압축기보다 에너지 소비를 줄일 수 있고 운전 과정에서 발생하는 소음과 진동도 거의 없어 병원과 학교, 주거지역 등 다양한 환경에 적용할 수 있다.

연구진은 현재 10kW급 시제품을 활용한 실증 시험을 진행하고 있다. 후속 단계에서는 데이터센터와 건물, 산업 현장으로 적용 범위를 넓혀 버려지는 저온 폐열을 냉방 에너지원으로 활용하고 에너지 사용량을 줄이는 방안을 검증할 계획이다. 이번 과제에서는 SCI 논문 74건과 특허 출원 67건, 특허 등록 29건의 연구 성과도 확보했다.