한국 열공학 학문의 미래를 담다
한국 열공학 학문의 미래를 담다
  • 김남근 기자
  • 승인 2017.02.21 14:19
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[이슈메이커=김남근 기자]

한국 열공학 학문의 미래를 담다

 


꾸준한 연구 활동으로 한국 에너지 문제 해결에 앞장

 


업계에 따르면, 지난 2015년 연료전지 시스템 시장 규모는 1조 4,553억 원으로 추정됐다. 산업 현장과 가정에서 사용됐던 연료전지에 더해 연료전지 자동차가 상용화되면서 관련 시장은 가파른 상승세를 보이고 있다. 따라서 연료전지의 기본이 되는 열공학 연구의 중요성이 점차 높아지고 있다. 이에 연료전지와 냉동시스템 관련 열공학분야 연구에 매진하고 있는 연구자가 있다. 서울대학교 기계항공공학부 김민수 교수가 그 주인공이다.


 

 

 

꾸준한 열공학 연구로 한국공학한림원 정회원으로 선정

기계공학의 한 분야인 열공학은 현대 사회에서 날로 중요성이 증대되고 있는 학문이다. 열공학이란 기계공학의 한 분야로써 에너지 보존에 관한 기본 원리를 바탕으로 동력 발생, 효율 향상 등의 공학적 응용을 하는 학문 분야이다. 기초 이론을 바탕으로 발전소, 엔진 등과 같은 사이클에 대한 성능 분석 및 에어컨, 열펌프 등과 같은 기기의 효율 향상 등도 추구하는 것은 열공학 분야의 실제적인 응용 사례라 할 수 있다. 또한, 변환되는 에너지의 효율을 극대화해 환경오염 절감과 화석연료 감소에 따른 에너지 절약에 동참할 방법을 개발하는 학문이다. 여름철 냉방기기 사용에 따른 전기요금 등이 사회적으로 논란을 낳고 있는 한국에서는 에너지를 절약하면서 냉방 효과는 키울 수 있는 학문적 연구가 중요해졌다. 이에 서울대학교 기계항공공학부의 김민수 교수는 국내 열공학 분야를 대표하는 연구자로서, 열공학 분야에서 냉동시스템과 연료전지 분야에 집중적으로 연구 활동을 이어온 그는 지난 1월 4일, 국내 공학기술 분야 최고 권위 단체로 널리 알려진 한국공학한림원 기계공학 분과 정회원으로 선정되어 그간의 연구업적과 연구력을 인정받고 있다.
 

  김 교수는 과거 연료전지 자동차 응용을 전제로 국내 자동차 업체와 연구개발을 해왔다. 또한, 정부과제도 다양하게 수행한 바 있다. 김 교수 연구팀이 연구한 내용은 현재 국내에서 생산하는 연료전지 자동차의 기술 중 일부로 포함돼있다. 또한, 그는 냉동시스템과 관련한 연구 활동에도 주력하고 있다. 2011년부터 국제냉동기구한국위원회 회장으로 활동하고 있는 김 교수는 지금까지 적은 양의 전기를 사용하면서 냉방효과는 높일 수 있는 연구를 수행해왔다. 이에 대한 일부로 김 교수 연구팀은 에어컨에서 주로 나타나는 냉매 충전량 문제를 해결하고자 냉매 충전이 제대로 되어 있는지 판단할 수 있는 로직을 개발했다. 이 로직은 국내 에어컨 회사에서 냉매 충전량 판단에 대한 제어 프로그램으로 활용 하고 있다. 
 

  김민수 교수는 “한국공학한림원은 한정적으로 회원을 운영하는 기관이면서 동시에 공학 분야 유수의 연구자들이 여러 기술 및 정책을 논의하는 중요한 단체입니다”라며 “이번 정회원으로 선정된 것은 개인적으로 큰 영광입니다. 서울대학교에 있으면서 우수한 인력을 양성하고 있다는 점과 열공학 분야에서 냉동시스템과 연료 전지 관련한 연구업적이 좋은 평가를 받은 것 같습니다”라고 말했다.


 

냉동시스템과 연료전지 성능 책임진 두 곳의 연구소

서울대학교에서 김민수 교수는 자신의 연구 분야에 맞춰 ‘냉동 시스템 및 컨트롤 실험실’(Refrigeration System and Control Laboratory)과 ‘연료전지 시스템 연구실’(Fuel Cell System Laboratory)을 함께 운영하고 있다. 이 두 연구실은 김 교수와 석박사 과정의 학생들이 연구 활동을 펼치는 공간이다. 냉동 시스템 및 컨트롤 실험실에서는 현재 증기 인젝션(Vapor Injection)을 이용한 히트 펌프(Heat Pump) 시스템 연구와 히트 펌프 시스템에서 냉매 충전량 판단 방안 연구, 증기 생산 히트 펌프 시스템의 성능 향상 연구, 냉동기유의 효과적 분리 연구, 히트 펌프 착상 및 제상 진단 연구 등을 수행하고 있다. 특히, 이 연구실에는 실내와 실외의 환경을 모사할 수 있는 실험 시설이 구비돼있어 에어컨 실험을 하기 용이하다. 이 연구시설에서는 실내외부 공기의 온도와 습도에 따라 작동하는 에어컨 시스템의 특성을 관찰하고, 냉매가 부족할 경우 고장을 감지할 수 있는 제어방법 등을 연구하고 있다. 
 

  연료전지 시스템 연구실에서는 현재 고분자 전해질막 연료전지 운전 장치에 대한 연구가 한창이다. 김 교수와 연구진들은 연료전지 운전장치 개발 및 성능에 대한 실험을 하고 있고, 자동차용 연료전지의 냉각장치와 연료전지 유로 개선을 통한 고출력 연료전지를 개발하고 있다. 또한, 공기 호흡형 연료전지 성능 향상과 다중 공기공급을 이용한 연료전지 성능 향상 연구에도 박차를 가하고 있다. 
 

  그동안 국내 열공학 분야에서 연구 성과를 이어가고 있는 김 교수는 한국에서 연구 과제를 진행하면서 짧은 기간 안에 연구 결과를 도출해야 하는 점은 아쉽다고 얘기한다. 연구개발에는 오랜 기간이 필요한데, 단기적으로 진행되다 보니 과제의 완성도나 아이디어 부문에서 부족함이 있을 수 있다는 게 그의 설명이다. 김 교수는 “기업에서는 단기적인 성과를 희망하는 경우가 많아 산·학 협동과제는 기간을 많이 늘릴 수 없겠지만, 정부 연구과제 등은 지금보다 더 긴 기간으로 한 주제를 오랫동안 연구하여 확실한 결과를 낼 수 있는 풍토가 정착되기를 바랍니다”라고 희망했다.
 

  꾸준한 연구 활동으로 국내 에너지 문제를 해결하는 데 이바지하면서 한국의 미래를 열어가는 연구자로서, 또한 교육자로서 좋은 학생을 배출하는 데 주력하겠다는 김민수 교수. 학생 교육을 제일 중요시하면서 연구와 사회활동 역시 학생 교육에 융합해 우수한 인재를 양성하겠다는 그의 다짐에 에너지 강국으로 도약하는 한국의 미래를 엿볼 수 있었다.

 


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