유상석 연구실
기계공학부 유상석
유상석 연구실은 기계공학부를 기반으로 연료전지 시스템, 열 및 물질전달, 에너지 변환 시스템 등 미래 친환경 에너지 기술의 핵심 분야를 선도적으로 연구하고 있습니다. 연구실은 고분자전해질 연료전지(PEMFC), 고체산화물 연료전지(SOFC) 등 다양한 연료전지 시스템의 성능 향상과 내구성 확보를 위한 열관리, 수분관리, 동적 운전 해석에 중점을 두고 있습니다. 실험적 계측과 수치해석, 시스템 모델링을 결합하여 연료전지 스택 내부의 온도 및 습도 분포, 수분 확산 특성, 냉각 시스템 최적화 등 실질적인 문제 해결에 기여하고 있습니다.
특히, 연료전지의 열 및 물질전달 특성 해석을 통해 스택의 효율과 내구성을 동시에 향상시키는 연구를 수행하고 있습니다. 중공사막 가습기, 바이패스 밸브, 냉각 시스템 등 다양한 부품의 설계와 제어 알고리즘 개발을 통해 실제 수소 모빌리티, 상용차, 전기버스 등 다양한 응용 분야에 적용 가능한 기술을 확보하고 있습니다. 또한, 실차 환경에서의 내구성 평가, 장기 운전 시 성능 저하 원인 분석 등 산업 현장과 연계된 실용적 연구도 활발히 진행되고 있습니다.
연구실은 볼텍스 튜브를 활용한 에너지 분리 및 가스 분리 기술에도 주목하고 있습니다. 볼텍스 튜브를 이용한 이산화탄소 분리, 배기가스 정화, 선박 및 차량용 온실가스 저감 시스템 등 다양한 응용 연구를 통해 친환경 에너지 및 탄소중립 사회 실현에 기여하고 있습니다. 실험적 연구와 수치해석을 바탕으로 볼텍스 튜브의 최적 설계와 운전 조건을 도출하고, 다수의 특허와 산학협력 프로젝트를 통해 기술의 실용화와 고도화를 추진하고 있습니다.
이 외에도 연구실은 연료전지 시스템의 모델링 및 제어로직 개발, 고내구·고밀도 열관리 부품 개발, 대용량 수소연료전지 기반 동력원 개발 등 다양한 국가 및 산업체 연구과제를 수행하고 있습니다. 국내외 학술지, 특허, 학술대회 발표 등에서 활발한 연구성과를 내고 있으며, 미래 에너지 시스템의 혁신을 이끌고 있습니다.
유상석 연구실은 기계공학, 에너지공학, 환경공학 등 다양한 융합 분야의 연구를 통해 지속 가능한 에너지 사회 구현에 앞장서고 있습니다. 학생과 연구원들은 첨단 실험장비와 시뮬레이션 도구를 활용하여 실무 중심의 연구를 수행하며, 산학협력 및 국제 공동연구를 통해 글로벌 경쟁력을 갖춘 연구실로 성장하고 있습니다.
Thermal Management System
Control System Design
Thermal Management Systems
연료전지 시스템의 열 및 물질전달 해석
유상석 연구실은 연료전지 시스템, 특히 고분자전해질 연료전지(PEMFC)와 고체산화물 연료전지(SOFC)의 열 및 물질전달 특성에 대한 심층적인 연구를 수행하고 있습니다. 연료전지의 성능과 내구성은 스택 내부의 온도 분포와 수분 관리에 크게 영향을 받기 때문에, 연구실에서는 다양한 실험적·수치적 방법을 통해 열관리 및 수분전달 메커니즘을 규명하고 있습니다. 이를 위해 1차원, 2차원, 3차원 모델링과 실험 데이터를 결합하여 연료전지 스택 내의 온도장, 습도장, 수분 확산 특성을 정밀하게 분석합니다.
특히, 연료전지의 동적 운전 조건에서 발생하는 열 및 물질전달 현상을 실시간으로 계측하고, 이를 바탕으로 열관리 시스템의 최적화 전략을 제시합니다. 예를 들어, 중공사막 가습기, 바이패스 밸브, 냉각 시스템 등 다양한 부품의 설계와 제어 알고리즘을 개발하여 연료전지의 효율과 내구성을 동시에 향상시키고 있습니다. 또한, 실차 환경에서의 내구성 평가와 장기 운전 시 성능 저하 원인 분석 등 실용적인 연구도 병행하고 있습니다.
이러한 연구는 수소 모빌리티, 상용차, 전기버스 등 다양한 응용 분야에 적용되고 있으며, 실제 산업 현장에서 요구되는 고내구·고효율 연료전지 시스템 개발에 기여하고 있습니다. 연구실의 성과는 국내외 학술지, 특허, 산학협력 프로젝트 등에서 활발히 발표되고 있으며, 미래 친환경 에너지 시스템의 핵심 기술로 자리매김하고 있습니다.
볼텍스 튜브 및 가스 분리 기술의 응용
연구실은 볼텍스 튜브를 활용한 에너지 분리 및 가스 분리 기술에 대한 연구도 활발히 진행하고 있습니다. 볼텍스 튜브는 압축된 기체를 고온과 저온의 두 흐름으로 분리하는 장치로, 연구실에서는 이를 이용한 이산화탄소 분리, 배기가스 정화, 선박 및 차량용 온실가스 저감 시스템 등 다양한 응용 분야에 대한 연구를 수행하고 있습니다. 실험적 연구와 수치해석을 통해 볼텍스 튜브의 형상, 운전 조건, 내부 유동 특성이 온도 분리 및 가스 분리 효율에 미치는 영향을 분석하고, 최적 설계 방안을 도출하고 있습니다.
특히, 볼텍스 튜브를 이용한 이산화탄소 및 입자상 물질의 분리 저감 시스템, 선박용 배출가스 저감 장치, 수소 회수 시스템 등 다수의 특허를 보유하고 있으며, 실제 산업 현장에 적용 가능한 기술로 발전시키고 있습니다. 또한, 볼텍스 튜브 기반의 냉난방 시스템, 공조시스템, 프리쿨러 등 다양한 에너지 응용 기술도 개발 중입니다. 이러한 연구는 친환경 에너지 및 탄소중립 사회 실현에 중요한 역할을 하고 있습니다.
연구실은 볼텍스 튜브의 기본 물리 현상부터 산업적 응용까지 폭넓은 연구를 수행하며, 실험실 내에서의 실증과 더불어 국내외 산학협력 및 정부과제 등을 통해 기술의 실용화와 고도화를 추진하고 있습니다. 이로써 에너지 절감, 환경오염 저감, 신재생에너지 시스템의 효율 향상 등 다양한 사회적 요구에 부응하고 있습니다.
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Explainable surrogate modeling for predicting temperature separation performance of the vortex tube
임석연, 허효범, 이준호, 윤정원, 유상석, 김병재, 박승환
CASE STUDIES IN THERMAL ENGINEERING, 202501
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Analysis of control strategy of cooling system for dual-stack proton exchange membrane fuel cell system in heavy-duty truck
유상석, Nguyen Huu Linh, 우종빈, 김영현
INTERNATIONAL COMMUNICATIONS IN HEAT AND MASS TRANSFER, 202412
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Numerical investigation of non-equilibrium condensation of carbon dioxide from a gas mixture of carbon dioxide and argon in a supersonic nozzle under cryogenic conditions
윤상희, 김성진, 유상석, 김병재
PHYSICS OF FLUIDS, 202410
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대용량 단모듈 연료전지시스템 수소상용차 내구 실증
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FC-REEV용 연속출력 60kW급 트레일러형 연료전지 시스템 개발 및 실증