• 대한설비공학회지:설비저널
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• 제30권12호
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• pp.15-21
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• 2001

미활용에너지ㆍ대체에너지를 난방, 급탕 및 흡수식 열펌프의 열원으로서 효율적으로 이용하기 위해 필수적인 중온축열의 국내 연구개발 현황과 앞으로의 과제에 대해 고찰해 본다.

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

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.798-801
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• 2009

소각로를 포함한 다양한 산업설비의 배폐열은 열병합 등의 다양한 방법을 통해 재활용되고 있으나 에너지의 효율적 사용과 편의성을 고려할 때, 단순한 온수공급 등의 방법보다는 전력으로서의 재활용이 매우 필요하다. 특히 재활용이 어려운 $400^{\circ}C$이내의 중저온급 폐열원을 발전할 수 있는 유력한 방안으로 열전발전기술이 최근 부각되고 있다. 열전발전은 발전모듈의 변환효율이 7~10%이고, 시스템 효율은 5%내외로 증기발전에 비해서는 낮지만 기계적 가동부분이 없어 고장발생이 적고 기동정지가 용이하며 열이 있으면 바로 발전이 가능한 차세대 친환경 발전기술이다. 본 연구에서는 현재까지 시도, 개발되지 못한 $100^{\circ}C$에서 $400^{\circ}C$내외 온도영역인 중저온급 소각폐열 회수를 위한 목적으로 중온용 열전발전소재 및 모듈과 저온과 중온에 각기 대응하여 폐열발전의 효용성을 높인 복식열전발전시스템을 개발 중에 있다. 본 고에서는 현재까지 진행된 일부 연구내용들을 소개하고자 하였다.

• 유기물자원화
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• 제28권1호
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• pp.83-95
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• 2020

폐기물을 이용한 공공 자원회수시설, BIO-SRF를 이용한 민간 열원시설 열에너지를 효율적으로 활용함에 있어 투자 대비 회수 기간의 경제성 문제가 대두 되었고, 이로 인하여 기존에 통상적으로 설계 시공 운영 되었던 온도, 압력 조건 범위값을 넘어서 실현 가능한 최적의 온도, 압력 조건의 열원 설비가 필요하게 되었다. 본 연구에서는 국내에서 운영 중인 열원시설을 대상으로 온도와 압력 조건에 따른 모델링을 통하여 에너지 전력 생산량을 분석하였고, 도출된 에너지 전력 생산량을 통하여 온실가스 배출량 감축 특성을 연구하였다. 최종적으로 폐기물 및 바이오매스 연료를 이용한 열에너지 생산시설의 효율적인 에너지 활용을 위해서는 고온의 온도와 고압의 압력 생산시 효율적인 에너지 생산이 이루어지고 경제성 있는 투자와 회수로 이루어지리라 판단된다.

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제26권4호
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• pp.73-81
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• 2006

In this paper, with water-LiBr-LiSCN mixture which utilizes solar energy as mid temperature range evaporator heat source, a thermodynamic analysis was performed to provide design data for a double-effect absorption heating system. A comparative study of the water-LiBr-LiSCN mixture against the water-LiBr pair was conducted by a computer simulation. The computer simulation is based on mass, material and heat balance equations for each part of the system. Coefficients of performance and flow ratios for effects of different operating temperatures are investigated. It is found that the heating COP is higher for the water-LiBr-LiSCN mixture than for the water-LiBr pair, and FR is lower for the former.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제28권6호
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• pp.618-626
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• 2017

Conventional high temperature reformers are not suitable for hybrid fuel cell systems that use waste heat as a heat source. So, development of a low temperature type reformer is needed. However, the analysis was conducted in two ways to increase the thermal efficiency, because of low reforming rate due to the low heat source. First, it is a way to ger thermal gain from the outside through partial insulation. In the case of one heat source tube and several heat source tubes, we analyzed the effect of partial heat insulation in some cases. Second, we found the most efficient arrangement of the heat source tubes by changing the location of the heat source tubes. The interpretation was carred out using the COMSOL Mutiphysics program.

• 플랜트 저널
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• 제10권2호
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• pp.38-47
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• 2014

2012년부터 신재생에너지 의무공급제도가 국내에 도입되고, 전 세계적인 에너지 절약과 환경보존 측면에서 미활용 및 신재생에너지원에 대한 관심이 날로 증가하고 있다. 특히, 중저온 열원의 활용방안에 대하여 많은 관심과 연구가 활발하게 진행되면서 고부가가치의 전력생산이 가능한 유기랭킨사이클이 그 대안으로 떠오르고 있다. 따라서 본 연구에서는 유기랭킨사이클 발전시스템을 하수 처리장 1,500 kW 바이오가스엔진 배기열을 열원으로 하부 사이클을 구성하여 성능해석 상용 프로그램으로 성능특성을 예측하였다. 바이오가스엔진 배열의 실제 운전조건은 $460^{\circ}C$의 온도와 매 초당 2.7 kg의 유량으로 운전되고 있었다. 이러한 열원 온도에 적합한 작동유체를 다수 선정하여 작동유체 종류별 성능해석을 수행하였으며, 최고의 성능이 나타나는 이소펜탄의 경우 163.1 kW의 발전출력과 13.66%의 효율을 얻을 수 있었다.