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KIST 한국과학기술연구원 Korea Institute of Science and Technology

최신연구성과

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제목 냉온열 저장 가능한 열 배터리 기술로 도시 냉난방 에너지 문제 해결한다
연구팀 도시에너지연구단 신유환 박사팀 조회수 235
파일첨부
- 첨단 기술 접목한 열량제어 장치 개발로 열 배터리 성능 2배 향상

- 차세대 냉난방 시스템 제시, 향후 제로하우스 등 에너지 자립화 가능성 기대


만약 한여름 뜨거운 태양열을 배터리에 저장했다가 한 겨울 난방에 활용할 수 있다면또한 한 겨울 얼음과 눈의 차가운 냉기를 배터리에 저장했다 한 여름 냉방에 활용할 수 있다면이러한 아이디어에서 출발한 열 배터리(termal battery)’ 기술은 최근 이상기후로 인한 폭염블랙아웃 등에 대비할 수 있는 차세대 대체 에너지 관련 핵심 연구 중 하나이다최근 국내연구진이 냉난방비 부담을 크게 줄이고국민의 삶의 질을 높일 수 있는 최고 수준의 열에너지 저장기술인 열 배터리 기술을 발표해 주목 받고 있다

 

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권도시에너지연구단 신유환 박사팀은 지난 수 년 간 도시 에너지로 활용 가능한 열 배터리 기술의 성능을 세계 최고 수준으로 올리기 위한 연구를 수행해왔다최근 KIST 신유환 박사팀이 열 배터리의 핵심 요소 기술인 열량제어장치를 개발 및 실증하여열 배터리 성능을 크게 증가시켰다고 밝혔다

 

열배터리 기술의 핵심 소재는 바로 저온 상변화 물질(low temperature phase change material)이다이 물질은 고체에서 액체로 상변화 시 주변의 열을 흡수하고반대로 액체에서 고체가 될 때에는 그 열을 주변으로 방출한다처음에 액체 상태인 손난로의 내부에 들어있는 동전 모양의 스위치를 똑딱’ 하고 건드리면내부 액체가 하얗게 굳으며 뜨거운 열을 방출하는 휴대용 손난로가 대표적인 예다손난로 사용 후재사용하기 위해 물에 넣고 끓이면 그 열을 흡수하여 다시 액체 상태로 돌아간다이와 마찬가지로 열 배터리는 한 낮의 태양열을 저온상변화 물질을 이용하여 잠열축열조라는 탱크에 저장한 후사용하고 싶을 때 스위치를 켜 발열시킴으로써 물을 데워 사용하는 원리이다

 

KIST 신유환 박사팀은 최근 항공·우주선에 쓰이던 형상기억 합금과 플라즈마 제어 기술을 열배터리 시스템에 접목하여 뛰어난 성능을 보이는 자동열량제어장치를 개발하였다이번에 개발된 자동열량제어장치는 주변 온도에 반응하여 형상이 변하는 형상기억합금의 특성을 이용한 것 핵심이다이를 응용 개발한 특수 파이프가 열배터리 탱크(잠열축열조)에 적용됨으로써 주변 온도에 따라 관의 지름이 유동적으로 바뀌게 된다이를 통해 열 전달 부하를 효과적으로 제어하는 것이 가능하여열배터리가 방출하는 열의 온도를 날씨와 상관없이 온수 공급온도인 45 C로 일정하게 유지시켜주는 역할을 한다이는 불안정한 공급온수의 온도와 부족했던 온수공급 시간 등의 열배터리 문제점을 획기적으로 개선시켜 주는 시스템이다.

 

또한 KIST 연구진은 플라즈마 제어 기술 중 하나인 코로나 방전* 기술을 열교환기에 성공적으로 접목시킨 공랭식 열교환기를 개발하였다본 기술은 코로나 방전에 의해 발생하는 유동을 적절히 제어함으로써 공급 용수의 온도를 효과적으로 조절할 수 있게 한다팬을 이용하던 기존 공랭 시스템을 크게 진보시킨 기술로손톱만한 크기로 소형화가 가능하며 기존 팬보다 1/100 정도의 사용전력으로 구동가능하다

*코로나 방전(corona discharge) : 기체 속 방전의 형태로 전기장이 강한 부분이 발광하여 전도성을 갖는 현상

 

KIST 연구진은 이번 응용 기술을 통해 열배터리 탱크 관내 열 손실은 최대 56% 감소하며탱크 내 저장 열량이 기존 온수 저장 탱크 대비 2.2배 증가함을 밝혔다또한 온수 발생 시 운전시간이 응용기술 적용 전보다 70분 이상 증가하는 것을 실험을 통해 증명했다

 

이번 연구의 제1저자인 KIST 신동호 박사는 본 기술이 적용된 열 배터리 장치는 수 년 내 상용화 될 것으로 보이며이에 따른 경제적 잠재 가치는 매우 클 것이라고 말했다. KIST 신유환 박사는 이번 연구결과는 도시에너지 해결을 위한 차세대 냉난방 시스템의 명확한 발전 방향을 제시한 것이라고 말하며, “향후 상용화 실증단계를 거쳐 제로하우스 등 건물 에너지 자립화에 기여하길 기대한다.”고 밝혔다.

 

본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민)지원으로 KIST 기관고유사업의 일환으로 수행되었으며, ‘자동 열랑제어장치와 공냉식 열교환기 개발의 연구결과는 ‘Energy Conversion and Management’ (IF 6.377, JCR 분야 상위 1.87%) 최신호에 각각 2건이 게재되었다.



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