• 설비공학논문집
• /
• 제14권5호
• /
• pp.377-384
• /
• 2002

For economic evaluation of cooling plant equipments, it is necessary to simplify energy Prediction method, which should includes efficiency corrected by part-load ratio. This study proposed simplified method with regression equations of time-average partial loads and refrigerator capacity. DOE-2 Program was used to carry out a parametric study of twelve design variables. Five input variables were considered to be significant and were used in the regression equations. To test accuracy of simplified method, calculated results were compared with DOE-2 simulated results. Test result showes a good agreement with the simulation result with an error of 5.9∼7.6%. It is expected that this method can be used as an easy prediction tool for comparing energy use of different cooling plants during the early design stage.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
• /
• pp.69-69
• /
• 2011

태양열 발전 플랜트에 사용되는 중고온 범위의 축열조에 고체-액체간 상변화를 수행하는 용융염을 축열물질로 사용하면 액체상 또는 고체상만으로 된 열저장 매체에 비해 축열조의 규모를 축소함과 동시에 축열온도의 균일성 향상에 기여할 수 있다. 중온인 $250{\sim}400^{\circ}C$ 범위에서 이용 가능한 용융염으로는 질산칼륨($KNO_3$), 질산리튬($LiNO_3$)등이 있다. 그러나 이러한 용융염의 가장 큰 단점은 열전도율이 매우 낮다는 것이며, 이로 인해 요구되는 열전달률을 성취하기 위해서는 많은 열접촉면적이 필요하다는 것이다. 이러한 단점을 극복하는 방법을 도입하지 않고서는 축열시스템의 소규화를 성취하는데 큰 효과를 가져올 수 없다. 한편 열수송 성능이 탁월한 히트파이프를 사용하면 열원 및 열침과 축열물질 사이의 열전달 효율을 증가시켜 시스템의 성능 향상과 동시에 소규모화에 기여할 수 있다. 중온 범위 히트파이프의 작동유체로서 다우섬-A(Dowtherm-A)는 $150^{\circ}C$이상 $400^{\circ}C$까지의 범위에서 소수에 불과한 선택적 대안 중 하나이다. 따라서 본 연구에서는 용융염을 사용하는 중온 태양열축열조에 적용 가능한 다우섬-A 히트파이프의 성능을 파악하여 기술적 자료를 제시하고자 하였다. 열원으로는 고온 고압의 과열증기, 그리고 열침으로는 중온의 포화증기를 고려하였다. 용융염 축열조를 수직으로 관통하는 히트파이프는 하단부에서 열원 증기와 열교환 가능하며, 중앙부에서 축열물질과 열교환하고, 상단부에서는 중온 증기와 접촉할 수 있도록 배치하였다. 축열모드에서는 히트파이프의 하단부가 증발부로 작동하고, 중앙부가 응축부로 작동하여 용융염으로 열을 방출하면 용융염의 온도가 상승하고 용융점에 도달하면 액상으로의 상변화가 진행되면서 축열이 활성화된다. 축열모드에서 히트파이프의 상단부는 단열부로 작동한다. 방열과정에서는 히트파이프의 하단부가 단열된 상태이고, 중앙부는 용융염으로부터 열을 받아 증발부로 작동하며, 상단부는 중온 증기로 열을 방출하므로 응축부로 작동한다. 즉, 축열시스템의 작동모드에 따라 하나의 히트파이프에서 증발부, 응축부, 단열부의 위치가 변하게 된다. 특히, 히트파이프의 중앙 부분이 응축부에서 증발부로 전환될 때에도 작동이 보장되려면 내부 작동유체의 연속적인 재순환이 가능해야 하므로, 일반 히트파이프에서와는 달리 초기 작동액체의 충전량을 증발부 전체의 체적보다 더 많이 과충전해야 한다. 이러한 히트파이프의 성능 파악을 위한 실험에서 고려한 변수들은 열부하, 작동액체의 충전률, 작동온도 등이며, 열수송 성능의 지표로서는 유효열전도율과 열저항을 이용하였다. 중온범위에서 적정한 작동온도를 성취하기 위해 실험에서는 전압 조절기로 열부하를 조절하는 동시에 항온조로 응축부의 냉각수 입구 온도를 제어하였다. 하나의 히트파이프에 대해서 최대 1 kW까지의 열부하에서 냉각수 입구 온도를 $40^{\circ}C$에서 $80^{\circ}C$ 범위로 변화시키면 히트파이프 작동온도를 약 $250^{\circ}C$ 내외로 조절 가능하였다. 히트파이프 작동액체 충전률은 윅구조물의 공극 체적을 기준으로 372%에서 420%까지 변화 시켰다. 실험 결과를 토대로 열저항과 유효 열전도율을 각각 입력 열유속, 작동온도, 작동액체 충전률 등의 함수로 제시했다. 동일한 냉각수 온도에서는 충전률이 높을수록 히트파이프의 작동온도가 감소하였다. 열저항 값의 범위는 최소 $0.12^{\circ}C/W$에서 최대 $0.15^{\circ}C/W$까지로 나타났으며 유효 열전도율의 값은 최소 $7,703W/m{\cdot}K$에서 최대 $8,890W/m{\cdot}K$까지 변화했다. 최소 열저항은 충전률 420%인 경우에 나타났는데 이때의 작동온도는 약 $262^{\circ}C$이었다. 히트파이프의 작동한계로서 드라이아웃(dry-out)은 충전률 372%의 경우에 열부하 950 W에서 발생하였으나, 그 이상의 충전률에서는 열부하 1060 W까지 작동한계 발생이 관찰되지 않았다. 실험 결과 본 연구에서의 히트파이프는 중온 태양열 축열조에 적용되어 개당 약 1 kW의 열부하를 이송하면서 축열물질 및 축방열 대상 유동매체와 열교환을 하는데 사용하는데 충분할 것이라 판단된다.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제35권1호
• /
• pp.53-60
• /
• 2011

본 연구에서는 지열발전 등과 같은 저온 열원을 에너지원으로 하는 발전에 응용될 수 있는 HFC-134a 유기랭킨사이클의 출력 극대화를 수행하였다. 기존의 연구와는 달리, 본 연구에서는 열교환기해석에 유한체적법을 적용함으로써 작동유체의 열전달 및 압력강하 특성을 고려하였다. 또한, 열원과 냉각수의 입구온도 및 유량, 그리고 사이클을 구성하는 열교환기들의 총 전열면적을 구속 조건으로 함으로써, 기존 연구들에 비해 보다 현실적인 결과를 얻을 수 있도록 하였다. 사이클의 출력은 3 개의 설계인자를 이용하여 최적화 하였다. 시뮬레이션 결과, 출력을 극대화 시킬 수 있는 설계인자들의 최적조합이 존재함을 보였다. 또한, 출력 향상을 위해서는 증발과정의 개선이 우선적으로 필요함을 보였다.

• 에너지공학
• /
• 제28권2호
• /
• pp.47-54
• /
• 2019

복합화력발전소 에너지절감 사업으로 폐열회수용 흡수식 히트펌프가 설치됨에 따라 부분부하(Partial Load)에서의 성능 데이터 확인을 위해 성능시험을 실시하였다. 부분 부하에서 히트펌프 가동에 따른 운전 데이터 변화는 다음과 같다. 기기냉각수(CCW) 배열 및 배열회수열교환기(HRSG)로부터 공급되는 저압증기(LP STM)의 일부가 히트펌프의 열원으로 공급되므로 지역난방열 생산이 증대된다. 그러나 증기터빈으로 공급되는 저압증기의 유량감소에 따라 증기터빈 출력이 감소된다. 또한 고압 지역난방열교환기(HP-DH) 및 저압 지역난방열교환기(LP-DH)로 공급되는 고압터빈(HPT) 배기증기의 유량 저하에 따라 HP-DH 및 LP-DH의 열생산량도 감소한다. 부분부하에서는 정격부하 대비 히트펌프에 운전에 따른 터빈 출력 저하가 큰 것으로 나타났으며, 이에 따라 부분 부하에서는 발전소 전체의 열 생산 증가량, 전기출력 감소량을 종합적으로 고려하여 히트펌프 운전 여부를 결정해야 한다.

• 한국융합학회논문지
• /
• 제13권3호
• /
• pp.191-196
• /
• 2022

내연기관 자동차 히터는 연소과정 중에 발생하는 엔진 열을 이용하므로 열원이 추가로 필요치 않지만, 배터리로부터 동력원을 얻는 전기자동차용 히터는 별도의 전열 장치가 요구된다. 지금까지 개발된 전기차용 히터 중에서 냉매를 이용하는 고전압 히터는 효율이 높고 작동 온도 범위가 넓은 장점이 있다. 고전압 히터 내부의 냉각수 유로의 형상은 열교환 성능을 크게 좌우하므로 히터 개발 시 유로 설계는 기술적으로 매우 중요하다. 본 논문에서는 대칭형 서펜타인 유로를 갖는 7kW급 고전압 히터의 유로 형상 설계를 위해 고전압 열유동 시뮬레이션을 수행하였다. 해석결과로부터 입출구간 차압과 차온 및 유로에서의 유동 균일도를 계산하여 히터의 성능을 평가하였다. 도출된 대칭형 서펜타인 유로 설계안은 기존 평행 서펜타인 비해 차압은 높지만, 열교환 성능은 비등하며 저온부가 비교적 넓게 존재하여 제어 회로의 설치 공간으로 활용할 수 있다는 장점이 있다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제15권2호
• /
• pp.666-671
• /
• 2014

최근 디젤 차량과 같은 내연기관의 고효율화에 따라, 보조난방 열원으로서 PTC 히터의 사용이 증가하는 추세이다. 디젤 차량의 시동 초기에는 냉각수의 온도가 난방으로 직접 사용하기에 충분히 높지 않으므로, 동절기 난방을 위해 보조난방 열원은 필수적이다. 본 연구에서는 스크린 인쇄 전극공정을 바탕으로 한 PTC 소자를 제작하였고, 이를 활용한 PTC 소자 모듈 및 히터를 설계 및 제작하였다. PTC 소자 모듈의 방열핀 접촉형상 및 전열소자의 크기 변경에 따른 난방성능 변화를 열유동 해석을 통해 분석하였고, 난방성능 실험을 수행하여 PTC 히터의 난방성능 및 효율 특성을 살펴보았다. PTC 히터 시작품의 경우, 기존 PTC 히터와 동등한 수준 이상의 난방성능 및 효율을 나타내었으며, 향후 이를 바탕으로 PTC 소자와 히터에 대한 공정개선 및 성능증대 연구를 수행할 계획이다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제19권12호
• /
• pp.924-930
• /
• 2018

본 연구의 목적은 수소연료전지 자동차의 난방부하 대응을 위한 스택 냉각수를 활용하여서, 전동식 히트펌프 시스템에 대한 난방성능 특성을 다양한 운전조건 변화에 대해서 고찰하는 것이다. 냉각수와 냉매(R-134a)와의 열교환을 위해서 판형열교환기를 적용하였고, 전동식 히트펌프 시스템에 적용되는 실내열교환기 입구의 공기온도와 압축기 회전수를 변화시키면서 난방 성능 특성을 분석하였다. 실내열교환기 입구 공기 온도 변화에 대해서 난방 성능은 거의 동일한 결과를 보이고 있는데, 이는 입출구 온도차와 공기 측 밀도의 변화가 균형을 이루었기 때문으로 판단된다. 반면, 히트펌프 시스템 효율(COP)의 경우, 난방 성능은 온도변화에 따라 동일하였지만, 유량 변화로 인하여서, 압축기 소모동력이 감소하였기 때문에, 실내열 교환기 입구 온도가 감소함에 따라서, 시스템 효율은 증가하는 경향을 보이고 있다. 추가적으로, EEV개도가 45%정도까지 열리는 구간에서는, 압축기 소모전력 감소하였기 때문에, 시스템 효율이 증가하였고, 그 이후에는 동일한 시스템 효율을 유지하는 것을 알 수 있었다. 압축기 회전수 변화 시에는 난방성능이 증가하면, 시스템 효율은 감소하는 경향을 보여주고 있다. 이러한 원인은 압축기 회전수 증가에 따른 유량의 증가로 판단된다. 향후, 열원으로 사용하는 냉각수에 대한 운전조건을 변화시켜가면서, 난방성능 특성을 분석하여, 전동식 히트펌프의 난방부하 대응을 위한 제어 방안을 연구하고자 한다.

• 설비공학논문집
• /
• 제25권4호
• /
• pp.180-186
• /
• 2013

An electric vehicle is an environment-friendly automobile which does not emit any tailpipe pollutant. In a conventional vehicle with an internal combustion engine, the internal cabin of the vehicle is usually heated using waste heat from the engine. However, for an electric vehicle, an alternative solution for heating is required because it does not have a combustion engine. Recently, a heat pump system which is widely used for residential heating due to its higher efficiency has been studied for its use as a heating system in electric vehicles. In this study, a heat pump system utilizing air source and waste heat source from electric devices was investigated experimentally. The performance of the heat pump system was measured by varying the mass flow rate ratio. The experimental results show that the heating capacity and COP in the dual heat source heat pump were increased by 20.9% and 8.6%, respectively, from those of the air-source heat pump.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제15권9호
• /
• pp.5425-5433
• /
• 2014

본 연구에서는 발전용량이 20kW인 폐열회수용 칼리나 발전시스템의 설계 자료를 확보하기 위하여 EES프로그램을 사용하여 해석하였으며, 암모니아농도, 증기압력, 열원온도 및 냉각수온도가 발전효율에 미치는 영향을 분석하였다. 연구결과에서, 암모니아 농도는 낮을수록, 증기압력은 높을수록 발전효율은 증가하였다. 하지만 암모니아 농도가 너무 낮으면 발전효율이 감소하는 영역이 있었다. 터빈입구의 증기압력이 높아지면 발전효율도 높아지며, 암모니아 농도가 높을수록 증기압력의 영향을 더 많이 받는 것으로 나타났다. 최대의 발전효율을 얻기 위한 암모니아 농도, 증기압력, 열원온도 및 냉각수온도 조건이 존재한다는 것을 알 수 있었다. 20kW의 발전시스템에서는 증기압력은 25bar, 열원온도는 $160^{\circ}C$, 냉각수온도가 $10^{\circ}C$일때 암모니아 농도가 0.4에서 발전효율은 최고로 15%까지 가능하였다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제16권6호
• /
• pp.4260-4266
• /
• 2015

본 연구는 외기의 변화에 대해 쾌적성을 유지함과 동시에 열원 및 공조설비의 총 전력소비량을 최소화할 수 있는 최적 제어방법에 대한 시뮬레이션 연구를 수행하였다. 최적제어방법은 외기 건구 및 습구온도 등의 환경변수가 변할 경우 냉각수온도, 급기온도, 냉수온도 등의 제어변수 최적 설정값들이 결정되도록 함으로써 환경 변화에 따라 최대 및 부분부하운전을 적절히 수행하도록 한 것이다. TRNSYS 프로그램을 이용하여 시스템을 모델링하였으며, 본 연구에서 제시한 최적제어방법과 고정 설정값으로 운전한 기존의 방식의 제어성능을 비교 분석하였다. 연구결과로는 본 연구에서 제시한 최적제어방법이 기존 운전방식에 비해 에너지 절감 성능이 양호함을 알 수 있었다.