차세대 Low GWP 가연성 냉매(R290 등) 적용이 용이하도록 히트펌프 핵심 요소부품의 소형화 및 단위 냉난방용량당 냉매충전량 저감 기술이 국제 공동연구로 개발된다.

한국에너지기술연구원은 최근 에너지 국제공동연구를 통한 기술협력 활성화로 국가 에너지기술 경쟁력 제고와 에너지안보 확립 및 에너지 신시장 창출에 기여할 ‘2026년 1차 에너지국제공동R&D 신규지원 대상과제’를 공고했다고 밝혔다. 이번 과제에는 ‘차세대 히트펌프 소형화 기술 개발’ 과제가 공고됐다.

정부 정책목표 달성 핵심 R&D

정부가 발표한 2035년까지 히트펌프 350만대로 확산시키고 온실가스를 감축하고자 하는 히트펌프 보급 활성화 정책 목표 달성을 위한 기술개발이 필요한 상황이다. 글로벌 환경규제 강화에 따라 히트펌프 보급 확대를 위한 차세대 저GWP 냉매 적용시스템의 냉매 충전량 절감 기술확보가 필수적이다. 열에너지 활성화 핵심인 히트펌프 보급 확대를 실현함으로써 국가 차원의 에너지절감 및 탄소중립 목표 달성에 기여할 수 있다.

Low GWP 대체냉매의 가연성 및 안전이슈를 극복을 위해서는 냉매 충전량을 획기적으로 줄이고 히트펌프의 설치공간을 줄이는 기술이 필요한 상황이다. 기존 방식으로 불가능한 미세채널구조 구현 기술, 부품 일체화·제작 공정 단축·원자재 절감 기술 확보를 통해 제조비용 절감과 생산효율의 비약적 제고가 시급하다. 특히 중국과 경쟁심화로 글로벌시장에서 국내 기업이 처한 기술적 한계와 위기를 극복하고 기술적 자립과 시장 주도권을 확보해야 하는 상황이다.

소형화를 통한 설치공간 및 초기비용 장벽을 해소하고 제조 원가감소 및 안정성 향상을 통해 국내시장과 글로벌시장에서 경쟁력을 향상시킬 수 있다. 히트펌프 경박단소화 기술은 건물용, 수송용 등 다양한 히트펌프의 시장 보급 확산과 파급효과 발생의 핵심 요인이다. 특히 기존 비가연성 냉매대비 안전이슈에 중요성 증대로 충전량 저감 기술이 필수이며 국내시장 보급과 국제시장 진입의 핵심요건이다.

히트펌프의 설치공간 제약의 완화를 통한 생활공간의 수용성 향상은 물론 노후 및 중소 건물 적용성 확대를 위한 기술 확보가 시급하다.

HP 핵심부품 소형화·냉매충전량 저감기술 개발

이번 국제 공동연구는 차세대 Low GWP 가연성 냉매(R290 등)의 적용이 용이하도록 히트펌프 핵심 요소부품의 소형화 및 단위 냉난방용량당 냉매충전량 저감기술을 개발한 것으로 핵심개발 목표는 단위 냉난방용량당 냉매충전량 30g/kW 이하, 동등용량의 기존 히트펌프대비 부피 감소율 40% 이상이다.

이를 위해 고집적도 미세채널 열교환 구조 설계를 통한 냉매체적 최소화와 열교환 표면 조도 향상 및 압력강하 감소 표면제작 기술을 바탕으로 차세대 소형 및 고정밀 제조기술 기반 냉매 저충전형 열교환기 설계 및 제작기술을 개발한다.

또한 요소기기별 냉매량과 윤활유 체류량의 정량 분석 및 절감전략을 도출하고 요소기기와 배관계통의 최적화를 통한 냉매량 절감과 윤활유 절감을 위한 Low GWP 냉매량 절감 기술이 개발된다.

특히 △열교환기, 압축기 등 요소기기를 통합한 히트펌프 시스템 제작 및 운전 △시스템 운전 안정성 평가를 통해 성능검증 및 신뢰성 확보 △요소기기 별 민감도 분석을 통한 Scale-up 설계안 도출 등을 통해 히트펌프시스템 통합 및 성능검증이 필수다.

고집적도 열교환기 Scale-up, 양산화, 국내 기술 내재화 등 관점에서의 전략을 도출하는 하한편 사업화 추진을 위한 선진국 선행특허 사전조사와 회피 방안 및 지식재산권 확보를 위한 전략을 제시해야 한다. 선도기술 확보와 시장 진출 가능성 제고를 위해 국제기구 또는 선진 연구기관과 협력을 통한 공동 시제품 제작 등 입체적 협력 방안 마련도 필요하다.

이번 국제 공동연구 개발기간은 36개월 이내이며 정부지원연구개발비는 1차년도 정부출연금 5억원 내외 총 정부출연금 30억원 내외다.