박희성 교수

가스터빈 및 증기터빈 고온부품은 연소 가스 온도가 소재의 내열 한계를 초과하는 환경에서 작동하기 때문에 열손상을 방지하기 위한 막냉각 성능 향상이 필수적입니다. 이를 해결하기 위해 냉각 홀을 교차 배열한 이중벽 냉각구조를 설계하고, 삼각 형상의 박판 냉각홀을 적용하여 복합각도 막냉각 홀의 유동 특성을 해석했습니다. 해당 연구를 통해 냉각 홀의 교차 배열을 이용한 이중벽 냉각구조에 대한 특허(등록번호 10-2933451)를 등록했으며, 실험을 통해 냉각 효율 향상을 검증했습니다. 이 기술은 가스터빈 연소기 고온부품 냉각, 차세대 항공용 엔진 냉각, 발전용 F급 가스터빈 고온부품 재생정비 분야에 적용됩니다. 관련하여 진영티비엑스(주)와의 산학협력을 통해 중소형 스팀 터빈의 flow path 설계 해석 기법, 터빈 노즐 플레이트의 유동특성 및 효율 최적화 기술, 3 MW급 복합 중소형 증기 터빈 부품의 블레이드 및 베인 설계 최적화 기술, meridional plan 설계 기법, 3.5 MW급 폐압 증기 터빈의 최적 작동 환경 도출 수치해석 기법 등 다수의 기술이전을 수행했습니다(국립창원대학교, 2017~2020). 현재 TRL 5~6 수준의 기술로, 발전용 고온부품 재생정비 및 실용화 단계에 근접해 있습니다.

고전압 직류 송전(HVDC) 및 전력변환장치에 탑재되는 반도체 소자는 고발열 특성으로 인해 방열 성능 확보가 성능과 신뢰성을 좌우하는 핵심 과제입니다. 이를 해결하기 위해 나선형 홈 냉각유로를 적용한 방열판을 설계하고, 위상 최적화 기반 액체냉각 솔루션을 개발했으며, 서브모듈 및 퀵커플러의 유동특성을 분석했습니다. 해당 기술은 HVDC 전력변환기, 전기차 급속 충전기 케이블 냉각용 수냉식 칠러, 전기추진시스템 전력변환기 냉각에 적용되고 있습니다. 효성중공업 HULab(Hyosung-University Lab) 산학협력을 통해 다수의 산학과제를 수행하고 실용화 검증을 완료했습니다(TRL 6). 관련 기술이전 실적으로 (주)제이에스이엔지에 전기차 급속 충전기 케이블 냉각용 칠러의 온도 예측 기법을 이전했으며(국립창원대학교, 2023), 플로디에 고출력전자장치의 방열구조 최적 설계 및 실험 기법을 이전한 바 있습니다(국립창원대학교, 2021). 고밀도 패킹된 반도체 소자의 방열 문제 해결 경험을 바탕으로 전력변환기용 액체냉각 기술을 지속적으로 고도화하고 있습니다.

그리드 규모 에너지 저장장치로서 바나듐 레독스 유동전지(VRFB)의 효율을 높이기 위해서는 전극 성능과 전해액 물성 제어가 핵심 요소로 작용합니다. 이를 위해 다공체 전극의 위치별 성능을 평가하는 시스템을 구축하고, 나노 입자상 물질을 적용한 나노유체 전해액의 열물성을 제어하며, 유동 채널 구조를 최적화하는 연구를 수행했습니다. 다공체 전극 위치별 성능 평가 시스템에 대한 특허를 등록했으며, Journal of Power Sources와 Journal of Energy Storage 등 SCI 저널에 관련 연구 성과를 다수 게재했습니다(TRL 4~5). 해당 기술은 바나듐 레독스 유동전지(VRFB), 그리드 에너지 저장시스템(ESS), 2차 전지용 다공체 전극 분야에 적용됩니다. 이지파워와의 기술이전을 통해 에너지 저장시스템용 40 ft ISO 컨테이너의 열/유동 해석 기술을 이전한 실적이 있으며(국립창원대학교, 2016), 이는 그리드 에너지 저장시스템 분야로의 기술 적용 가능성을 뒷받침합니다.