배터리로 냉난방 해결...KIST '열배터리' 핵심 기술 확보

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KIST 도시에너지연구단 신유환 박사(왼쪽)와 신동호 박사가 열배터리 성능을 테스트하고 있다.
<KIST 도시에너지연구단 신유환 박사(왼쪽)와 신동호 박사가 열배터리 성능을 테스트하고 있다.>

국내 연구진이 열에너지를 저장하는 '열배터리(thermal battery)' 효율을 획기적으로 높일 수 있는 기술을 개발했다.

한국과학기술연구원 도시에너지연구단 신유환 박사팀은 열배터리의 핵심 기술인 '열량제어장치'를 개발, 실증해 열배터리 성능을 증가시키는 데 성공했다고 31일 밝혔다.

열배터리는 태양열을 저장했다가 필요할 때 사용하는 장치다. 태양열을 '잠열축열조'에 저장한 후, 사용하고 싶을 때 스위치를 켜 물을 끓여 난방수로 사용한다.

신유환 KIST 박사팀은 열배터리 열사용 효율을 높이는 기술을 개발, 실증했다. 연구팀은 항공·우주선에 쓰이던 형상기억 합금과 플라즈마 제어 기술을 열배터리 시스템에 접목한 '자동열량제어장치'를 개발했다. 주변 온도에 반응해 형상이 변하는 형상기억합금 특성을 이용한 것 핵심이다. 이를 응용해 만든 특수 파이프를 열배터리 잠열축열조에 적용했다.

파이프는 주변 온도에 따라 관의 지름이 유동적으로 바뀐다. 열 전달 부하를 효과적으로 제어할 수 있어 열배터리가 방출하는 열 온도를 날씨와 상관없이 온수 공급온도인 45도로 일정하게 유지시켜주는 역할을 한다. 온수 온도를 불안정하게 유지하는 열배터리 문제점을 개선하는 시스템이다.

연구진은 플라즈마 제어 기술 중 하나인 '코로나 방전' 기술을 열교환기에 접목시킨 공랭식 열교환기도 개발했다. 코로나 방전에 의해 발생하는 유동을 제어해 공급 용수 온도를 효과적으로 조절한다. 팬을 이용하던 기존 공랭 시스템을 크게 발전시킨 기술이다. 손톱만한 크기로 소형화가 가능하며 전력 사용량은 기존 팬의 1% 수준이다.

연구진은 응용 기술을 통해 열배터리 탱크 관내 열 손실은 최대 56% 감소하고 탱크 내 저장 열량이 기존 온수 저장 축열조 대비 2.2배 증가하는 것을 확인했다. 온수 발생 시 운전시간이 응용기술 적용 전보다 70분 이상 증가하는 것을 증명했다.

신유환 KIST 박사는 “이번 연구결과는 도시에너지 해결을 위한 차세대 냉난방 시스템의 명확한 발전 방향을 제시한 것”이라면서 “향후 상용화 실증단계를 거쳐 제로하우스 등 건물 에너지 자립화에 기여할 것”이라고 말했다.

본 연구는 과학기술정보통신부지원으로 KIST 기관고유사업 일환으로 수행했다. '자동 열랑제어장치'와 '공랭식 열교환기 개발' 연구결과는 'Energy Conversion and Management' (IF : 6.377, JCR 분야 상위 1.87%) 최신호에 각각 게재됐다.

최호 산업정책부기자 snoop@etnews.com