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전기자동차 냉각수 리저버 탱크의 CAE 해석 적용 설계
이호상(H. S. Lee),박동현(D. H. Park),곽기원(K. W. Kwak) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
전기자동차 배터리 모듈은 최적의 온도 환경에서 사용하여야 최적의 성능과 긴 수명을 유지할 수 있으나 구동 중 발생하는 열과 외부의 온도변화에 의해 최적의 온도환경에서 사용하기 어려운 실정이다. 본 연구에서는 하나로 통합된 저장 탱크 및 이에 일체화된 장치들을 이용하면서 서로 독립적인 열관리 제어가 가능한 통합 열관리용 리저버 탱크의 최적화 설계에 대하여 연구하였다. 냉각수 리저버 탱크에 대한 개념설계를 기반으로 해석 모델을 구성하였으며, 냉각수에 의한 압력 경계 조건과 변위 경계조건을 설정하고 구조강도해석을 수행하였다. 이때 탱크에 압력이 균일하게 작용하는 경우와 냉각수의 높이에 의한 불균일 압력이 작용하는 경우 각각에 대하여 해석을 진행하고, 이를 통해 예측한 변형량과 응력을 분석하고 설계의 적절성 여부를 판단하였다. 또한 탱크 사출성형을 위하여 스프루, 러너, 게이트 등 주입기구와 냉각 채널을 고려한 해석 모델을 구성하였다. 충전 공정, 보압 공정, 냉각 공정 각각에 대한 사출성형 공정 해석과 최종적인 성형품 변형해석을 수행하였다. 충전 공정 해석을 통해 수지의 유동밸런스를 만족시킬 수 있도록 게이트 최적화 설계를 도출하였으며, 냉각공정해석을 통해 냉각 채널 최적화 설계 및 냉각 시간 최소화 조건을 도출하였다. 아울러 변형해석을 통해 탱크의 살두께 및 리브 설계 방안을 도출하였다. 최종적으로 구조강도해석과 사출성형해석 결과를 반영하여 냉각수 리저버 탱크의 최적설계 방안을 도출하였다.
이호생(H.S Lee),차상원(S.W Cha),정영권(Y.G Jung),김현주(H.J Kim),최범석(B.S Choi) 한국해양환경·에너지학회 2014 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.5
해양온도차발전(OTEC, Ocean Thermal Energy Conversion)은 해양 표층의 상대적으로 따뜻한 해수와 심층의 상대적으로 차가운 해수의 온도차를 이용하여 발전하는 방식이다. 이러한 해수 온도차가 20℃ 이상일 때 효율적인 발전이 가능한 것으로 알려져 있고, 저온도차에서도 발전하기 위한 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 해양온도차발전 실증 실험을 위하여 20kW급 폐쇄순환식 해양온도차발전 플랜트를 설계 및 제작하였다. 여기서, 작동유체는 R32를 사용하였으며, 온열원의 온도는 26℃, 냉열원의 온도는 5℃를 사용하였다. 열교환기인 증발기와 응축기는 반용접식을 사용하였고, 총출력은 20kW급으로 설계되었다. 시스템 설치는 강원도 고성군 소재 해양심층수연구센터에 설치되었으며, 이 해양온도차발전 파일럿플랜트의 성능평가를 위하여, 설계 과정에 실시한 해석 결과를 기준으로 운전실험 결과와 비교하여 고찰하였다. Ocean Thermal Energy Conversion(OTEC) is a method that utilizes the natural temperature gradient that exists in tropical ocean between warm surface water and the deep sea water to generate electricity. When the temperature difference between surface seawater and deep seawater is over 20℃, the system can be run with much better efficiency. Researches for the cases of low temperature differences are also ongoing. In this paper, to perform an experiment on the 20kW OTEC, a closed OTEC cycle was designed and fabricated. R32 was used as the working fluid, and the temperature of the heat source and heat sink were 26℃ and 5℃ respectively. A semi-welded-type heat exchanger was used as the evaporator and condenser, and the OTEC cycle was designed for a gross power of 20kW. R32-OTEC was installed in Seawater Utilization Plant Research Center in Gosung-gun, Gangwon-do. In order to analyze performance of the R32-OTEC pilot plant, the simulation results were compared to the experiment results.
이호생(H. S. Lee),진병주(B. J. Jin),성광훈(K. H. Seong),윤정인(J. I. Yoon) 한국동력기계공학회 2007 한국동력기계공학회 학술대회 논문집 Vol.- No.-
In this study, evaporation heat transfer experiments were performed in 12.7㎜ micro-fin tube using natural refrigerants. The test rig had a straight, horizontal test section and refrigerant was heated by water through an annulus surrounding test section. Evaporation heat transfer coefficient was increased with increasing quality, refrigerant mass flux. The local and average evaporation heat transfer coefficients in micro-fin tube were compared to those a bare tube. The local evaporation coefficients of R-22 and natural refrigerants for the micro-fin tube were 131% and 96~124% higher than bare tube. EF(enhancement factor) is defined as the ratio of the micro-fin tube heat transfer coefficient to that of a comparable bare tube at a similar mass flux, heat flux, pressure level, and inlet outlet quality. EF of R-22 and natural refrigerants are presented average 2.68 and 2.41 at the all refrigerant mass flux in the experiment range.
이호생(H.S Lee),정영권(Y.G Jung),임승택(S.T. Lim),김영석,김현주(H.J Kim) 한국해양환경·에너지학회 2015 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.5
해양온도차발전(OTEC, Ocean Thermal Energy Conversion)의 대안으로서 고온의 폐열원을 이용하여 해수 표층온도보다 높은 열원을 사용하고 기존 냉열원보다 상대적으로 차가운 해양심층수의 온도차를 이용하여 발전하는 방식을 연구하였다. 이러한 열원 온도차가 충분할 때 효율적인 발전이 가능한 것으로 알려져 있으며, 열원의 온도차가 발전 시스템에 중요한 역할을 담당한다. 본 논문에서는 고온도차발전 실증 실험을 위하여 200kW급 폐쇄순환식 고온도차발전 플랜트를 설계 및 제작하였다. 여기서, 작동유체는 R245fa를 사용하였으며, 온열원의 온도는 75℃, 냉열원의 온도는 5℃를 사용하였다. 열교환기인 증발기와 응축기는 해수부식에 저항이 큰 티타늄, 산질화 코팅(SPCC)을 한 열교환기를 적용하였으며, 총출력은 200kW급으로 설계되었다. 시스템 설치는 강원도 고성군 소재 해양심층수연구센터에 설치되었으며, 이 해양온도차발전 파일럿플랜트의 성능평가를 위하여, 설계 과정에 실시한 해석 결과를 기준으로 열원 온도차에 따른 성능을 비교하여 고찰하였다. As an alternative of Ocean Thermal Energy Conversion(OTEC), we"ve researched using higher temperature heat source from waste heat and colder deep sea water instead of traditional heat sink. such an enough temperature difference between heat source and heat sink shows the possibility of the efficient generation and that plays an important role in power system. In this paper, to perform an experiment on the 200kW HOTEC, a closed OTEC cycle was designed and fabricated. R245fa was used as the working fluid, and the temperature of the heat source and heat sink were 75℃ and 5℃ respectively. The heat exchanger for evaporator and condenser was manufactured by Titanium and Oxynitride coating(SPCC) plates resisting to sea water corrosion, and the HOTEC cycle was designed for a gross power of 200kW. R245fa-HOTEC was installed in Seawater Utilization Plant Research Center in Gosung-gun, Gangwon-do. In order to analyze performance of the R245fa-HOTEC pilot plant, the experiment results were compared according to the temperature difference between heat source and heat sink.