이 연구 주제는 삼중주기 최소곡면(TPMS) 구조와 금속 적층제조 기술을 결합하여 차세대 고성능 열교환기를 설계하는 데 초점을 둔다. 기존 판형 또는 관형 열교환기는 제작성, 표면적, 유로 형상 자유도 측면에서 한계가 있지만, TPMS 기반 구조는 연속적이고 매끄러운 내부 표면과 넓은 비표면적을 제공하여 열교환 성능을 크게 높일 수 있다. 연구실은 특히 gyroid 계열을 포함한 TPMS 형상의 기능적 변형과 형상 최적화를 통해 고집적·소형화 열교환기 구현 가능성을 탐구하고 있다. 연구 방법론 측면에서는 전산유체해석(CFD), 열유동 해석, 압력강하 평가, 적층제조 제약을 동시에 고려하는 DfAM(적층제조 특화설계) 접근이 핵심이다. 단순히 열전달 계수를 높이는 것에 그치지 않고, 유동 정체 구간 감소, 유로 분배 균일화, 허용 가능한 벽 두께 확보, 기계적 건전성 유지까지 함께 고려한다. 실제로 연구실의 논문과 프로젝트에서는 필터링 그라데이션, 셀 크기 그라데이션, 레벨셋 제어와 같은 설계 전략을 활용해 열교환량을 높이면서도 압력손실 증가를 최소화하는 방향으로 구조를 최적화하고 있다. 이 연구는 전기자동차 배터리 및 전력반도체 냉각, 고출력 전장부품 열관리, 소형 냉동공조 시스템, 산업용 열회수 장치 등 다양한 분야에 직접 연결될 수 있다. 특히 800V급 미래 전기차용 열교환기 개발 과제와 연계되어 실제 산업 수요와의 접점이 크며, 설계-제작-실험 검증이 통합된 실용 연구라는 점에서 강점을 가진다. 향후에는 구리 및 알루미늄 기반 적층제조 소재 최적화, 다목적 최적설계 자동화, 대량생산 가능성 검토로 확장될 수 있는 대표 연구 분야이다.

연구실의 핵심 축 가운데 하나는 미세유로, 미니채널, 내부 구조화 채널에서 발생하는 단상 및 이상유동의 열전달과 압력강하 특성을 실험적으로 규명하는 것이다. 냉매가 협소한 채널을 통과할 때 비등, 응축, 유동분배, 건도 변화, 기포 생성과 소멸 같은 복합 현상이 동시에 나타나므로, 이를 정량적으로 이해하는 것은 열교환기 성능 향상과 시스템 안정성 확보에 매우 중요하다. 연구실은 FC-72, R-1234yf 등 다양한 작동유체를 대상으로 미세유로 내 유동비등과 응축 현상을 다루며, 열전달계수와 임계열유속, 압력손실의 상호관계를 분석해 왔다. 이 분야의 연구는 실험장치 설계와 계측 정밀도가 매우 중요하다. 연구실은 내부 유동 가시화, 수정 윌슨 플롯법, 적외선 기반 온도 측정, 다양한 핀 배열 및 내부 구조 형상 비교 등 정교한 실험기법을 활용하여 유동과 열전달 메커니즘을 파악한다. 또한 단순 평균 성능값뿐 아니라 질량유속, 열유속, 건도, 헤더 구조, 핀 배치, 유압직경과 같은 설계 변수가 성능에 미치는 영향을 체계적으로 비교한다. 이를 통해 열전달 향상과 압력강하 저감 사이의 상충 관계를 구체적으로 도출하고 설계 지침으로 연결한다. 이 연구 성과는 냉동공조 기기, 전자부품 냉각, 배터리 열관리, 소형 냉각 모듈, 고효율 히트펌프 등에 폭넓게 적용될 수 있다. 특히 친환경 냉매 전환과 고밀도 열부하 대응이 중요한 산업 환경에서 미세유로 열전달 데이터와 상관식은 매우 높은 활용 가치를 가진다. 앞으로는 가연성 저지구온난화지수 냉매, 다중 포트 유로, 비정상 운전 조건, AI 기반 성능 예측과 결합된 진단 기법까지 확장될 가능성이 높다.

연구실은 열전달 현상을 기초로 하면서도 이를 실제 건물·설비 시스템 수준으로 확장하여 수열원 히트펌프와 건물 에너지 활용 기술을 연구하고 있다. 수열에너지는 하천수, 유출지하수, 기타 수계 열원을 이용해 냉난방에 활용하는 기술로, 화석연료 사용량과 탄소배출을 줄일 수 있는 유망한 대안이다. 연구실은 단순한 장치 성능 평가를 넘어서 열원 정보, 건물 부하, 기기 구성, 설치 조건을 함께 고려하는 통합 설계 및 타당성 분석 방향의 연구를 수행하고 있다. 관련 특허와 학술발표를 보면, 수열 냉난방 시스템의 설계 대안을 생성하고 수명주기비용(LCC)과 수명주기 기후성능(LCCP)을 비교하여 최적안을 추천하는 모델링 플랫폼 개발이 중요한 연구 내용임을 알 수 있다. 또한 ECO2와 같은 건물 에너지 시뮬레이션 도구와의 비교, 건물 적용 시 에너지 자립률 분석, 펌프 동력 소비량 평가, 경제성 검토 등을 통해 실제 도입 가능성을 체계적으로 검토한다. 이러한 접근은 장치 단위 효율뿐 아니라 건축물 운영 수준의 성능까지 연결한다는 점에서 실용성이 높다. 이 연구는 탄소중립 건물, 지역 에너지 시스템, 친환경 냉난방 설비 확산과 직접적으로 연계된다. 특히 공공건물, 사무용 건물, 캠퍼스 단지와 같은 중대형 시설에 수열원을 적용할 때 초기 투자비, 배관 이격거리, 열원 가용성, 장기 운영비용을 함께 고려한 의사결정이 필수적이므로 연구실의 통합 평가 기술이 큰 가치를 가진다. 향후에는 디지털트윈 기반 설비 운영 최적화, 열펌프 고장 감지 및 진단, 재생에너지 연계 운전전략 개발로 이어질 수 있는 확장성이 크다.