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Reverse Air Brayton Cycle 기반 냉각장치 성능평가 및 신뢰성 연구
노철우(Chulwoo Roh),신형기(Hyungki Shin),조종재(Jongjae Cho),이범준(Beomjoon Lee),허균철(Gyunchul Heo),백영진(Young-jin Baik),김선화(Seonhwa Kim) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4
Reverse Air Brayton Cycle(RABC)은 공기를 냉매로 이용하는 냉동 사이클로서, 환경친화성 뿐만 아니라 신뢰성 또한 매우 높은 장점을 갖고 있으나, 성능계수가 기존 CFC/HFO 냉매를 이용하는 냉동 시스템 대비 다소 낮기 때문에 항공기용 압력제어 및 공기조화와 같은 특수한 용도를 위해서만 주로 사용되었다. 그러나 최근 유럽 및 글로벌 선진사를 중심으로 대응하고 있는 고강도의 환경 규제에 의해 자연 냉매에 대한 관심이 높아지면서, 공기(Air)는 그 중에서도 질식·화재·독성의 위험이 없는 가장 환경친화적이고 안전한 냉매로 새롭게 주목받고 있다. 지난 60 년 이상 항공기용 여압제어 및 공기조화 장치로 적용된 공기 냉동 사이클, RABC는 아직 일반적인 냉동이나 지상용 공기조화 목적으로 거의 사용되지않았기 때문에 이에 대한 연구 자료는 매우 미흡한 실정이다. 그럼에도 불구하고, 다양한 선행 연구결과들을 종합적으로 검토해보면, 압축기와 터빈, 축계에 걸친 요소부품의 성능과 신뢰성이 시스템 경쟁력을 결정하는 가장 중요한 변수로 판단된다. 본 연구에서는 한국에너지기술연구원 열변환시스템연구실이2021 년부터 본격 연구 개발하고 있는 역 브레이튼 공기 사이클(RABC) 냉동 기술과 관련한 최신 연구진행 상황을 공유하고, 해당 냉동 사이클을 제품화하는데 필요한 요소부품인 압축기, 터빈, 축계 등에서의 당면한 신뢰성 이슈를 짚어보고자 한다. The Reverse Air Brayton Cycle (RABC) is a refrigeration cycle that uses air as a refrigerant, and has an advantage not only of environmental friendliness, but also reliability. But its coefficient of performance is somewhat lower than that of existing system using CFC/HFO refrigerants. It has been mainly used only for special applications such as the pressure control of plane’s cabin or air conditioning of it. However, as interest in natural refrigerants has increased due to high-strength environmental regulations that are responding to global warming situations in recent years, ‘air’ is among them the most environmentally friendly and safe refrigerant without the risk of suffocation, fire or toxicity. Since the air refrigeration cycle, which has been applied as a pressurization control and air conditioning device for aircraft for more than 60 years, has not been used for general refrigeration or ground air conditioning purposes, research data on this is very insufficient. Nevertheless, when comprehensively reviewing the results of various previous studies, it is judged that the performance and reliability of component parts across compressors, turbines, and shaft systems are the most important variables that determine system competitiveness. In this study, we would like to share the latest research progress related to the Reverse Brayton Air Cycle (RABC) refrigeration technology, which has been researched and developed by the Korea Institute of Energy Research (Thermal Conversion System Lab) since 2020.
재생에너지 변동성 완화를 위한 고온 전력저장 시스템의 성능 특성 및 경제성 비교에 관한 연구
노철우(Chulwoo Roh),조준현(Junhyun Cho),신형기(Hyungki Shin),백영진(Young-Jin Baik),이길봉(Gilbong Lee),조종재(Jongjae Cho),이범준(Beomjoon Lee),최봉수(Bongsoo Choi) 대한설비공학회 2019 설비공학 논문집 Vol.31 No.5
Electricity storage is a key aspect in mitigating the volatility of renewable energy in sustainable energy systems. Particularly, a new lasting and cost-effective electricity storage technology with a discharge duration of 10 to 100 hours at rated power is required to support the energy time shift and many other stationary electricity storage applications commonly used on the grid today. A high-temperature electricity storage system requires chemical, thermal and mechanical technical approaches to achieve the long-duration and cost-effective electricity storage. This study presents a schematic of the high-temperature electricity storage system. The analysis of the roundtrip efficiency of the system and the levelized cost of storage (LCOS) is conducted based on the various operating conditions.
히트펌프를 이용한 냉각탑 증발 수분 회수 및 백연 제거에 관한 실험적 연구
노철우(Chulwoo Roh),이길봉(Gil Bong Lee),이범준(Beom Joon Lee),박상준(Sang Jun Park),왕은석(Eun Seok Wang),나호상(Hosang Ra),백영진(Young Jin Baek) 대한설비공학회 2018 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2018 No.11
본 연구는 냉각탑 배출 공기에서 수분을 회수하고 백연을 제거하는 히트펌프 설비의 운용 가능성을 검토하고자 수행되었다. 히트펌프로 제조된 냉수(24℃)가 냉각탑에서 비산 및 증발하는 수분을 응축 회수하고 이를 통해 흡수된 잠열은 히트펌프 응축기에서 온수(61℃)를 제조한다. 상기 온수는 냉각탑 후류에 설치된 공기-물 열교환기를 통해 앞서 수분이 제거된 냉각탑 배출공기 흐름을 가열하여 최종 배출시킨다. 냉각탑 배출공기모사 장치는 일종의 항온항습기로 건구온도 36℃, 상대습도 95%, 1000 CMH 풍량의 공기 조건을 맞추는데 이용되었다. 결과적으로, 상기 항온항습기로 설정된 공기 상태가 갖는 water mass flux에서 히트펌프로부터 제조된 냉수 열교환기를 거치면서 28.5%의 수분이 응축 회수되었고, 온수 열교환기를 거치면서 가열되어 건구온도 51℃, 상대습도 31% 수준의 상태로 배출되었다. 최종 배출 상태는 대기 건구온도 0℃, 상대습도 95% 수준에서도 mixing line이 psychrometric chart 포화선 내부에 위치하여 백연이 발생하지 않는 조건임을 확인하였다.
Active 기술로서의 초고효율 열펌프 시스템 미래 기술 연구 동향
노철우(Chulwoo Roh),신형기(Hyungki Shin),백영진(Young-jin Baik),이길봉(Gilbong Lee),이범준(beomjoon Lee),조준현(Junhyun Cho),최봉수(Bongsoo Choi),조종재(Jongjae Cho),허균철(Gyunchul Heo) 대한설비공학회 2020 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2020 No.6
In this study, candidate technologies for maximizing energy efficiency are reviewed when heat pumps are to be applied as technologies to actively reduce the energy consumption in buildings. In order to improve the efficiency of heat pump system compared to various existing technologies, it is necessary to escape from the traditional technology approaches. Electrochemical approaches, methods using radiation other than convection, or non-vapor compression methods through material innovation are being considered worldwide. Industrial research efforts are increasingly intensifying to simultaneously reduce greenhouse gas emissions and satisfying consumer preferences. Especially, this paper focuses on the future technology acquisition strategy of the Korea Institute of Energy Research compared to cases of global research institutes.