• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제30권4호
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• pp.297-302
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• 2019

In this paper, the power generation efficiency increase has been studied for a Rankine cycle using both supercritical carbon dioxide as a working fluid and LNG as a coolant with PRO/II with PROVISION release 10.0 from Aveva company. Peng-Robinson equation of the state model with Twu's alpha function was selected for the modeling of the power generation cycle using LNG cold heat. Power generation efficiency was increased from 24.82% to 57.76% when using LNG as a coolant for supercritical carbon dioxide power generation cycle.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권11호
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• pp.737-744
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• 2016

인쇄기판형 열교환기는 집적도가 높고 구조적으로 견고하여 차세대 초임계 이산화탄소 발전 사이클용 열교환기로 각광받고 있다. 본 논문에서는 열원측과 열침측의 채널 크기가 상이한, 획기적인 형태의 인쇄기판형 열교환기에 대한 수치적 연구 결과를 보고한다. 초임계 이산화탄소를 작동유체로 하는 인쇄기판형 열교환기에 대해서 형상변수에 따른 전열성능을 해석하였으며, 그 결과 열원 혹은 열침측의 채널 직경이 증가함에 따라 유속 감소에 의해 전열성능이 단조적으로 감소하는 것을 확인하였다. 채널간격의 경우 열교환기의 전열성능에 크게 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 또한 수력직경이 동일할 경우 채널 단면의 모양은 전열성능에 괄목할 만한 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.

• 청정기술
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• 제23권4호
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• pp.441-447
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• 2017

개념설계 단계에서 개발 공정에 대한 경제적 타당성 분석에 대한 중요성이 대두되고 있으며, 목표 경제성에 부합하는 공정개발을 위한 공정 최적화에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. 발전 시스템 분야에서는 전력 단가(Levelized cost of electricity, LCOE)를 예측하여 경제적 효과를 정량적으로 비교 분석하는 평가 방법이 많이 활용되고 있다. 본 연구에서는 목표 전력 단가에 부합한 발전 시스템을 설계하기 위해서 요구되는 핵심기기의 설계 조건을 역산출 할 수 있는 플랫폼을 구축하였으며 초임계 이산화탄소 발전 시스템이 석탄 화력에 적용될 경우, 목표 전력 단가(초임계 증기 랭킨 사이클 발전 단가, $ 85.4 /kWh)를 충족하기 위해 요구되는 주요 핵심기기(압축기, 터빈, 열교환기) 등의 설계 지표 기준을 도출하였다. 터빈의 등엔트로피 효율이 86%인 경우, 주압축기 효율은 88% 이상 설계되어야 한다. 만약 터빈의 등엔트로피 효율이 88%로 설계된 경우, 주압축기 효율은 82%까지 완화하여 설계가 가능하다. End seal 부분에서 누설량을 0.24% 수준으로 유지하고, 열교환기의 경우 cold side 출구측 온도가 $92{\sim}97^{\circ}C$, 열용량은 2650 ~ 2680 MWth로 설계한다면 목표 전력단가를 충족시킬 수 있을 것으로 확인되었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권6호
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• pp.403-410
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• 2020

본 논문은 포항지역 태양광 데이터를 기반으로 태양열을 적용시켜 12kW의 소형 초임계 이산화탄소(s-CO₂) 시험 루프의 설계와 실험 시설의 이론적 연구, 안정화 및 최적화를 통한 이산화탄소의 특성 연구에 초점을 맞추고 있다. 실험 시설의 열역학 사이클은 구성 요소의 한계로 인해 액체, 가스 및 초임계 CO₂가 모두 존재하는 랭킨 사이클(임계점 순환 주기)이며, 펌프, 히터, 레귤레이터, 열교환기, 가스 부스터, 에어 컴프레서 등으로 구성된다. 현재 본 연구에서 제작된 12kW 소형 발전 시스템은 최고압력 12MPa 최고 온도 70℃의 조건에서 6.98%의 효율이 나타나도록 설계되었다. 본 실험 장치를 소형 Brayton cycle과 비교했을 때 약 2% 높은 효율을 가진다는 것을 이론적으로 확인하였고, 사이클 효율을 높이기 위해 최적의 터빈 입구 온도와 압력을 얻었으며, 이 조건에서 IHX(내부 열교환기)의 도입시 18.75%의 최대 효율을 기대할 수 있다는 결론을 도출하였다. 마지막으로, 실험 설비의 태양광 시뮬레이션 결과 5월에는 6.7%, 6월에는 6.26%의 효율로 태양열을 이용할 수 있음을 확인하였다.

• 대한설비공학회지:설비저널
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• 제31권7호
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• pp.32-44
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• 2002

1989년 프레온계 냉매의 대체 가능한 물질로서 $CO_2$재 출연하게 되었고, 그 이후 관련 연구는 점차 증가하였다. 1996년 북미 지역에서 $CO_2$의 연구는 일리노이 대학내 ACRC (Air Conditioning and Refrigeration Center)에서 최대로 시작되었다. 연구비의 90%는 산업체에 의해 지원되었고, 나머지는 미국 정부에 의해 지원되었다. 본 고는 자동차 및 가정용 에어컨 및 열펌프 시스템 및 구성부품 개선에 대한 전반적인 연구활동에 관해 기술하였다. 또한 시스템 성능 비교 결과는 열전달, 압력강하, 사이를 변환,냉매 분해에 대한 연구 지침을 제시하였고, 지속적인 연구 노력을 통하여 천연냉매를 이용하여 간접적인 지구온난화 가스 방출을 최소화하기 위한 시스템 효율을 증가시키고 빈다. $CO_2$의 고유 특징인 초임계 $CO_2$사이클, $CO_2$의 열역학 및 전달 물성치를 통한 효율 개선, 내부 열교환을 통한 사이클 성능 개선방안도 기술되었다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2008년도 추계학술대회B
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• pp.3181-3188
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• 2008

The supercritical $CO_2$ Brayton cycle energy conversion system is presented as a promising alternative to the present Rankine cycle. The principal advantage of the S-$CO_2$ gas is a good efficiency at a modest temperature and a compact size of its components. The S-$CO_2$ Brayton cycle coupled to a SFR also excludes the possibilities of a SWR (Sodium-Water Reaction) which is a major safety-related event, so that the safety of a SFR can be improved. KAERI is conducting a feasibility study for the supercritical carbon dioxide (S-$CO_2$) Brayton cycle power conversion system coupled to KALIMER(Korea Advanced LIquid MEtal Reactor). The purpose of this research is to develop S-$CO_2$ Brayton cycle energy conversion systems and evaluate their performance when they are coupled to advanced nuclear reactor concepts of the type under investigation in the Generation IV Nuclear Energy Systems. This paper contains the research overview of the S-$CO_2$ Brayton cycle coupled to KALIMER-600 as an alternative energy conversion system.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제17권6호
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• pp.95-103
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• 2014

During the international effort to develop the next generation nuclear reactor technologies, many new power cycle concepts were derived to improve efficiency and reduce the capital cost. Among many innovative power cycles, it was identified that the supercritical $CO_2$ (S-$CO_2$) Brayton cycle technology has a big potential to outperform the existing steam cycle and eventually replace it. The S-$CO_2$ cycle achieves high efficiency with very compact size, which is the ultimate advantage for a power cycle to have. The S-$CO_2$ cycle has a great potential not only for the future nuclear applications but also for general heat sources such as coal, natural gas, and concentrated solar. In this paper, a brief introduction to the S-$CO_2$ power cycle technologies will be first provided, and a short summary of current research and development status of the power cycle technology around the world will be followed. Especially the research works performed by KAIST, KAERI and several related research institutions in Korea will be reviewed in more detail, since they have recently developing a strong infrastructure to test these ideas by constructing a demonstration facility while producing many innovative ideas to improve and realize the concept.

• 대한기계학회논문집B
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• 제41권11호
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• pp.699-707
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• 2017

본 연구에서는 아홉 종류의 작동유체를 고려하여 저온 열원으로 구동되는 아임계 및 초월임계 유기 랭킨 사이클의 열역학적 성능 특성을 비교 해석한다. 터빈입구압력, 열원온도 및 작동유체가 열교환기 내 온도분포와 핀치포인트, 작동유체의 유량, 시스템 출력 및 열효율 등 시스템의 성능에 미치는 영향을 분석한다. 해석 결과는 작동유체의 압력이 아임계 영역에서 초임계 영역으로 높아지면 열교환기에서 열원과 작동유체 사이의 온도 불균일 정도가 감소하면서 시스템 출력이나 열효율 등은 증가하나 시스템의 단위출력당 터빈 크기는 작아짐을 보여준다.

• 한국마린엔지니어링학회:학술대회논문집
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• 한국마린엔지니어링학회 2006년도 전기학술대회논문집
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• pp.55-56
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• 2006

냉매 충전량과 이차유체의 입구조건은 $CO_2$용 열펌프시스템의 성능실험에서 중요한 제어변수이다. 따라서, 열펌프사이클의 적용과 난방성능 향상을 위해 제어변수의 특성을 조사하는 것이 필요하다. 본 논문에서, $CO_2$용 열펌프 사이클의 성능 실험은 여러 가지 냉매 충전량에서 이차유체 입구조건에 변화를 주어 수행 되었다. 실험결과, 난방COP는 냉매 충전량이 증가함에 따라 1158g의 냉매 충전량에서 최대가 되었다가 감소하는 경향이 나타나며, 이는 COP가 최대가 되는 냉매충전량이 존재함을 나타낸다. 또한, 난방성능은 가스쿨러내 이차유체의 질량유량의 증가에 따라 증가하였다. 가스냉각기내 2차유체의 입구은도가 $10^{\circ}C$에서 $40^{\circ}C$로 증가하면, 난방용량, 압축일량, 토출압력은 각각 -8.57%, -35.89%, 32.78%로 변화했으며, 증발기 2차유체의 입구 온도가 감소하였을 때 난방COP는 감소하는 경향을 보였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제41권4호
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• pp.293-301
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• 2017

초임계 이산화탄소 발전사이클의 다양한 특성을 분석하기 위하여 Sub-kWe급의 소형 실험장치를 설계, 제작하였으며, 터보발전기를 개발하였다. 초임계 이산화탄소 발전용 터빈에서는 팽창비가 작고, 유량이 작기 때문에 터보발전기의 회전수가 높아지게 되고, 이에 따라 회전 부품의 선정, 터빈 공력설계, 축력 및 회전체 동역학 설계가 어려워지게 된다. 이에 터보발전기의 회전수를 줄이기 위하여 노즐의 여러 채널 중 1개의 노즐만 사용하는 부분유입 방법을 세계 최초로 초임계 이산화탄소 발전용 터보발전기에 적용하였으며, 회전체의 진동을 측정하여 부분유입 노즐을 적용함에도 회전체 안정성은 허용 범위내에 있음을 확인하였다.