40도 폐열로 냉방하는 10kW급 히트펌프 개발

공장과 데이터센터에서 배출되는 40℃ 수준의 저온 폐열만으로 냉방할 수 있는 차세대 화학흡착식 히트펌프 시스템이 개발됐다. 한국기계연구원 탄소중립기계연구소 히트펌프연구센터 김영 책임연구원 연구팀과 중앙대학교 김민성·김동규 교수 연구팀이 공동으로 기술을 완성했으며, 삼중테크는 10kW급 시제품을 제작했다.

연구진은 히트펌프의 핵심 부품인 흡착베드 구조를 개선해 질량당 냉방 성능을 나타내는 비냉방출력 346.5W/kg을 달성했다. 해외 경쟁 기술보다 2배 이상 높은 세계 최고 수준의 성능이다. 시스템에는 기계적 구동부가 없는 전기화학적 압축기도 적용됐다. 기존 기계식 압축기보다 에너지 소비를 줄일 수 있고 소음과 진동이 거의 발생하지 않는 것이 특징이다.

기존 흡착식 냉방 기술은 작동을 위해 70℃ 이상의 고온 열원이 필요했지만, 이번 시스템은 활용이 어려웠던 40℃ 수준의 폐열로 냉방이 가능하다는 점을 실증했다. 기계연은 저온 폐열 구동 화학흡착식 히트펌프를 맡았고 중앙대는 전기화학적 압축기를 개발했다. 연구는 한국에너지기술평가원 알키미스트 사업의 지원으로 진행됐으며, 자연 냉매인 암모니아를 사용해 국제 냉매 규제에 대응할 기반도 마련했다.

연구진은 현재 10kW급 시제품으로 실증 시험을 진행하고 있다. 적용 대상은 데이터센터와 공장, 건물 냉난방 시스템이며, 소음과 진동이 적어 병원·학교·주거지역에서도 활용할 수 있다. 그동안 버려졌던 열을 에너지원으로 전환해 전력 소비를 낮추고 에너지 활용도를 높이는 것이 개발 목표다. 이번 과제를 수행하며 SCI 논문 74건과 특허 출원 67건, 특허 등록 29건의 성과도 확보했다.