에너지 전달현상 실험실

소형열병합

위의 그림은 가스엔진 기반의 소형 열병합 시스템을 설명한 그림입니다. 열병합 발전은 가스터빈, 가스엔진 같은 발전 원동기의 배가스나 냉각수로부터 배열을 회수하여 냉난방에 활용하는 시스템을 의미합니다. 소형열병합 시스템은 현재 아파트 단지에도 공급이 되고 있지만 롯데월드, 삼성의료원, GS타워, 수원역과 같은 복합 건물에 많이 적용되고 있습니다. 

HRSG

소형 열병합 시스템에서 발전을 하는 원동기의 배열을 난방이나 급탕에만 활용할 경우에는 온수 열교환으로 충분하겠지만 증기를 생산하여 병원 같은 곳에서 소독 또는 자립형 공장에서 생산 공정에 활용하거나 또는 증기 터빈에 공급하여 추가적인 전기를 만들기 위해서는 배열을 이용하여 증기를 만드는 장치가 필요한데 이를 HRSG(Heat Recovery Steam Generator)라고 합니다.

연구 주제

제가 연구하는 분야는 미니 보일러의 개념을 응용한 모듈형의 HRSG입니다. 열병합 시스템의 목적과 원동기에 따라 HRSG를 모듈 형태로 연결하면 성능을 확보하기도 쉽고 여러 원동기에 같은 원리로 대응할 수 있어 하나의 기술을 널리 활용할 수 있습니다. 그를 위해 실험식 및 설계식 개발, 수치해석 등의 연구를 진행하고 있습니다.

지역냉난방

지역냉난방은 화력발전의 배열 (열병합 발전)이나 폐기물의 소각열을 이용하여 지역 단위의 냉난방을 공급하는 것을 의미합니다. 우리나라에는 1980년대에 도입이 되었고 도입 초기에는 반신 반의 했지만 지금은 정착이 되어 같은 지역에서 지역 난방이 설치된 아파트가 조금 더 시세가 높게 형성된다는 이야기도 들은 것 같습니다. 지금까지는 지역 난방을 중심을 보급이 되었는데 여름에도 전기는 만들고 쓰레기는 소각해야 되지만 난방을 할 필요는 없다는 문제점이 있었습니다. 이러한 계절적인 에너지 수요, 공급의 불일치 문제를 해결하고 여름에 버려지는 배열을 활용하기 위해 배열을 이용한 냉방에 대한 연구가 진행되어 왔습니다.

제습냉방

열을 이용한 냉방 방식 중에 지역 난방과의 연계 면에서 가장 적합하다고 판명된 것이 왼쪽 사진에 보이는 제습냉방입니다. 냉매 대신에 물이 증발하면서 열을 빼앗아 가게 만드는 냉방 방식입니다. 물을 증발 시키기 위해서는 고온 건조한 공기가 필요한데 외부에서 공기를 받아 들여 습기를 실리카 겔과 같은 제습제로 제거하고 가열하여 증발을 일으키게 합니다. 이 과정에서 공기를 가열하고 물을 머금은 제습제에서 물을 제거하여 다시 물을 흡수할 수 있게 해 주어야 하는 데 그 과정에서 여름에는 사용하지 않는 지역 난방열을 활용할 수 있는 것이죠.

연구주제

저희 연구실에서는 강병하 교수님 연구실과 공동으로 이와 같은 시스템을 실제 아파트에 설치하여 (왼쪽은 용인 구성지구 LIG에 이 시스템을 설치하기 위해 양해각서를 체결하는 모습입니다. 저도 자리에 있었는 데 사진 왼쪽에서 잘린 듯 하네요.) 실시간으로 모니터링하고 설계 자료 및 사이클 시뮬레이션 자료와 비교, 분석하고 이와 같은 시스템을 보급, 확산하기 위한 전략을 마련하고 표준화를 위한 기준을 검토하는 연구를 진행하고 있습니다.