전북대학교 기계설계공학부 에너지물질순환시스템 연구실은 열 및 유체와 관련된 다양한 분야의 연구를 수행하고 있다.
주요 연구항목으로는 △흡수식·증기압축식 히트펌프시스템의 사이클 시뮬레이션 설계 및 제어연구 △AI를 활용한 전기차배 터리 열관리시스템 연구 등이 있다.
박찬우 전북대 교수가 ‘냉매규제 대응 친환경 저온 콜드체인 냉동시스템 기술개발’과제 연구책임자를 맡는다. 전북대 연구실은 현재 수행 중인 연구와의 시너지및 기존 연구경험을 경쟁력으로 꼽았다.
전북대 연구실의 관계자는 “염색공정 과정에서 화석연료를 사용해 고온공급수를 생산하던 시스템을 직물 세척과정에서 발생하는 폐열을 이용해 고온수 가열을 보조하는 시스템으로 개선하는 연구에서 히트펌프시뮬레이션 연구를 수행하고 있다” 라며 “이번 연구의 경험과 결과를 바탕으로 콜드체인시스템에 사용되는 히트펌프 시뮬레이션 연구 역시 수월하게 수행할 수있을 것”이라고 밝혔다. 이어 “기존에 표면 젖음성 및 저항가열 특성을 가지는 탄소섬 유강화 고분자복합재를 활용해 제상시간을 감축한 제상 관련 연구 역시 진행한 바 있어 제상시스템 구축에도 큰 기여를 할 수 있을 것”이라며 “현재 진행 중인 인공지능(AI)을 이용한 에너지시스템 실시간 최적화제어도 이번 과제에서큰 시너지를 낼 수 있을 것” 이라고 강조했다.
사이클 시뮬레이션·AI 활용 최적 효율 달성 목표
이번 과제에서 전북대는 5개년에 걸쳐서 △F1급(-30℃) 10RT 이상 △F2급 (-40℃) 5RT 이상 등 총 2개의 냉동시스템 개발을 목표로 하고 있다. 이를 위해 △히트펌프 사이클 시뮬레이션 설계 △AI를 활용한 정확한 제상 운전 시간제어 등을 진행한다. 전북대는 시뮬레이션을 이용해 적은 비용으로 단시간 내에 실제 시스템성능을 미리 확인해보며 더 좋은 성능을 낼 수있는 최적의 조건을 제시할 계획이다. 또한 AI를 활용함으로써 제상운전 시 발생하는 에너지손실을 줄이고 효율성을 높이는 역할을 담당한다.
전북대는 5년간 △1년차: F1급 냉동시 스템의 사이클시뮬레이션 설계 및 제상 제어시스템 초기연구·개발 △2년차: F1급 냉동시스템 시뮬레이션과 제상제어 최 적화 및 F2급 사이클시뮬레이션과 제상제 어시스템 연구개발 △3년~5년차: F1 및 F2 급 냉동시스템 보완 및 최적화·실증적용 결과분석 연구 등을 순차적으로 진행한다.
특히 전북대는 AI를 활용한 시스템연구도 진행한다. 전북대의 관계자는 “연구는 기본적으로 주관의 실험결과를 바탕으로 진행되지만 히트펌프 운전경향성 확인과 최적의 인공신경망 구성 확인을 위한 Lab scale 장치실험도 진행해볼 예정”이라며 “제상제어와 관련해서는 이미지분류에 강점을 가진 인공신경망인 CNN을 활용하거나 운전 중 얻는 정보를 바탕으로 최적운 전을 하도록 학습하는 ‘강화학습’ 등을 활용해 새로운 제상제어방식을 시스템에 도입해 볼 예정”이라고 말했다.
