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2 kW급 SOFC 시스템에서 Hot BoP의 열분배 시스템과 열적 성능에 대한 실험적 연구
김영배 ( Young-bae Kim ),김은주 ( Eunju Kim ),윤종혁 ( Jonghyuk Yoon ),송형운 ( Hyoung-woon Song ) 한국환경기술학회 2018 한국환경기술학회지 Vol.19 No.2
본 연구에서는 SOFC 시스템에서 배출되는 폐열원을 효과적으로 활용하기 위하여 수치적인 계산과 실험적 검증을 수행하였다. Hot BoP 내 열분배 시스템은 열원의 효율적인 공급을 위한 연소기 및 공기예열과 폐열회수를 위한 열교환기들로 구성되었다. 실험에 사용된 연료는 메탄가스이며 일정한 과잉공기와 합께 예혼합되어 안정적인 희박연소가 가능하게 하였다. 결과로써, SOFC 시스템의 열부하에 따른 열교환기의 전열면적과 열교환율이 반복적 수치 계산을 통하여 분석되었다. 또한 연료의 저위발열량을 기준으로 시스템의 열부하, 열교환기의 효율, 열 손실, 열 회수 성능을 실험적으로 비교 분석하였다. 최종적으로 열분배 시스템은 2 kW급 SOFC 시스템에 상응하는 열 부하에서 약 40 %의 열효율 성능을 나타내었다. In this study, numerical calculation and experimental verification of Hot BoP were conducted to effectively reuse the waste heating gas from SOFC system. For Hot BoP, the well-heated regenerated combustor and three-heat exchangers for pre-heating air, steam generating and economizer were fabricated on the basis of 2 kW SOFC system. CH4 with excess air was used as a fuel and it was possible to burn stably through the pre-mixed combustion. As a results, the required heating area and the thermal efficiency of heat exchanger were estimated through iterative numerical calculation. Also, the system performance such as heat load, thermal efficiency, heat loss and heat recovery were analyzed experimentally. Finally, it was confirmed that Hot BoP has heat recovery rate about 40 % under the full load of 2 kW SOFC system.
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원전 보조계통 열교환기 튜브 와전류검사자 자격인증체계 개발
박병호(Byong-Ho Park),김덕진(Deok-Jin Kim),김창수(Chang-Soo Kim),정남두(Nam-Du Jung) 한국비파괴검사학회 2021 한국비파괴검사학회지 Vol.41 No.5
원전 보조계통 열교환기는 비-안전 등급 기기로 분류되지만 튜브의 열화로 인해 출력 감소 및 불시 정지를 유발할 수 있는 중요 기기로서, 열교환기 튜브의 건전성을 평가하기 위해 보빈코일 기법의 와전류검사를 적용한 비파괴검사를 수행한다. 따라서, 원전 운영자는 와전류검사 신호평가자가 튜브 열화를 정확히 탐지하여 인적오류가 발생하지 않도록 하기 위한 다양한 노력을 하고 있다. 이러한 일환으로 한수원 중앙연구원은 국내원전 보조계통 열교환기 와전류검사 신호평가자 자격인증체계(BOPH-A)를 개발하여 운영하고 있다. 금번에 개발한 자격인증체계는 가동중 및 폐기된 열교환기에서 발생한 결함 데이터를 바탕으로 결함의 발생 위치 및 메커니즘으로 특성화하여 데이터베이스를 구축하였으며, 특정유형 열화를 해석하는 평가자의 기반 지식과 데이터 평가 기술을 CBT 기반으로 검증한다. BOPH-A 개발 후 약 2년 반 동안의 시행 결과를 바탕으로 자격인증체계의 유효성과 적정성을 검토하였다. Balance of plant (BOP) heat exchangers in nuclear power plants are classified as non-safety class components, but these can cause a decrease in output and an unanticipated shutdown as a result of tube degradation. Eddy current testing (ECT) with the bobbin coil technique is used to evaluate the integrity of heat exchanger tubing. Therefore, utilities are making various efforts to prevent human errors in accurately detecting tube degradation by ECT signal analysts. To address this, KHNP-CRI has developed and operated a performance demonstration system for ECT analysts of BOP heat exchangers in Korean nuclear power plants. This performance demonstration system a database built by characterizing the location and damage mechanism based on defect data derived from in-service and retired heat exchangers. It also validates analyst"s knowledge base and data evaluation skill in interpreting specific types of damage mechanisms using a computer base test. The adequacy and validity of the system were reviewed from the results of a qualification test performed for two and a half years.
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8kW급 SOFC 스택 오프가스 이용 열분배시스템 최적 설계
송형운(Hyoungwoon Song),정희숙(Heesuk Jung),윤종혁(Jonghyuk Yoon),정석우(Seokwoo Chung) 한국열환경공학회 2019 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2019 No.춘계
고체산화물연료전지(SOFC)는 높은 전기 생산 효율과 비귀금속계의 전극 사용 및 다양한 연료의 적용이 가능한 이점이 있다. 그러나 SOFC 시스템은 약 700℃ 내외의 운전 특성으로 오프가스의 폐열을 활용하기 위한 열분배시스템의 최적화가 필요하다. 본 연구에는 8 kW급 SOFC 시스템의 성능을 안정적으로 유지하기 위하여 스택에서 배출되는 고온에 오프가스의 폐열을 활용하는 열분배시스템을 최적 설계하고자 하였다. 특히, SOFC 스택에서 배출된 AOG(anode off gas)를 완전 산화시켜 발생하는 산화열과 AOG와 COG(cathode off gas)가 보유한 현열을 이용하고자 열교환기를 통해 열에너지를 회수하여 시스템내 재 이용함으로 에너지 효율 최적화를 도모하였다. 또한 2kW급 단위스택의 열분배시스템을 통해 얻어진 운전데이타를 기반으로 8kW급 시스템으로 용량을 스케일업하기 위하여 설계 영향인자를 도출하였다. 그리고 다중 스택 배열 및 매니폴드를 설계 제안하고 열유동 해석을 통해 스택 및 단열박스내에 열분배 특성을 파악하였다. 또한 열분배시스템의 공정 해석을 통해 물질 및 에너지 수지를 산출하고, 이를 기반으로 구성 요소의 설계 및 열적성능을 평가하였다.
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박성호(Park, Sungho),갈한주(Kal, Hanjoo),정영식(Jeong, Youngsik),이상훈(Lee, Sanghoon),이재준(Lee, Jaejun),오용민(Oh, Yongmin),김선화(Kim, Seonhwa) 한국신재생에너지학회 2011 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.05
본 연구는 연료전지 중 용융탄산염을 전해질로 하는 MCFC의 MBOP에 포함된 부품으로 매우 중요한 역할을 하는 가습기와 이때 발생되는 폐열을 회수하기 위한 장치인 HRU에 관한 것이다. 가습기는 연료와 물이 가습기 상부로 유입되어 가습기 하부로 유입되는 배가스와 열교환을 하면서 물이 스팀화 되어 연료가 가습된 상태로 가습기 출구로 일정온도를 유지하며 배출된다. 또한 HRU는 가습기에서 배출된 고온의 배가스를 물을 이용하여 열교환을 통해서 열을 회수하여 난방 및 온수로 사용할 수 있는 열교환 장치를 말한다. 먼저 이들의 특성을 파악하기 위해 가습기 및 HRU를 설계, 제작하여 각각의 특성을 확인하였다. 가습기와 HRU의 성능 향상을 위해 먼저 열교환부에 적용될 튜브의 수치해석적 분석을 통해서 최적의 열전달 성능을 얻을 수 있는 가습기 및 HRU를 설계, 제작하였으며 이들의 성능을 파악하기 위해 120,000kcal/h 용량을 테스트 할 수 있는 장치를 구축하여, 이들의 열전달 특성, 압력강하, 회수 열량, 가습기 온도 등의 특성을 파악하였다. 이 장치를 통해서 확인된 가습기와 HRU의 특성은 수치해석을 통해서 얻은 값과 거의 유사함을 확인할 수 있었으며, 가습 성능도 효과적으로 달성할 수 있었다. 가습기와 HRU의 특성 중 압력강하 부분은 지속적인 연구가 필요한 부분이며, 가습기와 HRU의 일체화를 통하여 소형화 및 설치공간 축소 효과를 얻을 것으로 본다.
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