에너지 전달현상 실험실

지구온난화를 유발하지 않는 냉매를 활용한 시스템 개발 과제에 참여하게 되었습니다. 기계연구원 주관으로 9개의 기관이 참여하고 우리 실험실에서는 실내기의 fin-tube 수치해석을 담당합니다. 

우리 연구실이 국방부 무인기 개발 과제에 참여하게 되었습니다. 우리 연구실이 맡은 부분은 압축기에서 연소기와 터빈으로 공급되는 냉각공기의 분배와 유동손실의 해석입니다.

습식 열회수 방식을 산업용 보일러를 개발하는 과제에 참여하고 있습니다. 저희 연구실에서 맡은 부분은 예혼합기 유동, 연소실 급수 예열기 그리고 기수분리기를 CFD 해석을 담당합니다.

나주 혁신도시에는 열+전기 복합 그리드가 설치되어 있습니다. 이 과제에서는 시스템을 모델링하고 시뮬레이션을 통해 적절한 운전 알고리즘을 개발하고자 합니다.

3차원 프린터가 초기에 등장하였을 때는 소재도 플라스틱 계열로 제한되었고 기계적 강도, 열전도도, 내압 특성이 좋지 않아 열교환기의 소재로는 부적합하였지만 최근 금속 소재의 3차원 프린팅이 가능해지면서 열교환기에 적용할 수 있는 가능성이 열렸습니다. 3차원 프린터라면 형상의 제약이 없어지면서 자유로운 열전달 촉진이 가능해지면서 이를 위한 형상 설계가 중요해 집니다. 본 과제에서는 CFD를 이용하여 형상을 개발하고 실증 실험을 진행하였습니다. 

2017년 에너지 분야의 가장 큰 이슈는 탈원전, 탈석탄일 듯 합니다. 전자는 폐기물 처리와 안전 문제 후자는 미세먼지와 환경 문제로 비중을 축소하는 방향으로 가고 있고 증가하는 에너지 수요를 담당할 대안으로 신재생 에너지와 천연가스 원료의 가스터빈 복합화력 발전이 제시되고 있습니다. 이 과제에서는 태양광 발전과 태양열 냉난방 그리고 지열 냉난방을 결합하여 제로 에너지 타운에 에너지 공급 체계를 구축하는 데 필요할 때 에너지 수급을 시뮬레이션합니다. 

해양고세균이라고 하니 왠지 무섭지만 인체에는 무해하다고 합니다. 수온 80oC 정도의 고온의 해저 화산지대에 사는 미생물인데 일산화탄소(CO)를 대사하는 과정에서 수소를 발생시킨다고 합니다. 수소를 생산하는 촉매와 비슷한 역할을 하는데 촉매에 활용되는 귀금속은 자원이 매우 제한되어 있으니 미생물을 배양한다면 좋은 대안이 될 것입니다. 원료가되는 CO와 반응이 일어나는 80oC를 유지하는 것이 관건인데 제철소에는 CO와 열, 모두 있어서 이를 활용하여 수소를 생산하는 시스템을 개발하고자 합니다. 저희 연구팀은 이 중에서 반응을 일으키는 열시스템을 설계하는 일을 담당하여 5년간 과제를 진행하게 되었습니다.

에어컨을 역으로 돌리면 난방 장치로 활용할 수 있고 최근 이러한 원리를 이용한 가역 사이클의 냉난방장치가 많이 보급되고 있습니다. 그러나 에어컨을 역이용하는 열펌프의 경우 외기 온도가 낮아질수록 성능이 저하되는 특성이 있어 혹한의 날씨에 난방 성능이 부족하게 되는 문제점을 안고 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 보일러와 열펌프를 하이브리드로 구성한 시스템을 개발하고 있고 우리 연구팀에서는 그곳에 필요한 제어를 연구하고 있습니다.

CFD Based Gas Safety Technolgy for Petrochemical Plant

최근 에너지 플랜트에서 안전의 문제가 심각하게 대두되면서 산업부에서 에너지 기술개발 사업의 일환으로 가스 안전 기술 개발 과제를 기획하게 되었습니다. 우리 연구실에서는 그 중에서 석유화학 플랜트의 안전 기술에 참여하게 되었고 구체적으로는 CFD 기반의 사고 심각도 해석 기술 연구라는 주제를 담당하고 있습니다. 석유화학 플랜트의 사고는 경험적, 현상적으로 해석해 왔으나 최근 CFD를 접목한 해석이 주목을 받고 있으며 이번 과제를 통해 석유화학 플랜트의 가장 위험도가 높은 부분인 가열로/개질로의 사고 해석을  CFD로 수행해 나가고 있습니다.

Primary Heat Exchanger for Geothermal ORC

지열발전은 풍력이나 태양열같은 다른 신재생 에너지와 달리 전기를 비교적 일정하게 계속 생산할 수 있다는 장점이 있습니다. 그럼에도 불구하고 화산대 내지는 지진대가 아닌 곳에 위치한 우리나라는 지열 자원이 풍부한 편이 아닙니다. 지열을 이용하여 증기를 만들어 터빈을 돌리기 위해서는 100도가 훨씬 넘는 고온이 필요한데 그러기 위해서는 매우 깊은 곳까지 시추를 해야하고 공사도 어려울 뿐더러 경제성을 갖추기도 어렵겠죠. 그래서 대안으로 나온 것이 물 대신 냉매를 작동유체로 활용하여 터빈을 돌리는 유기랭킨 사이클(Organic Rankine Cycle)입니다. 유기랭킨 사이클에는 증발기와 응축기가 들어가는데 우리 실험실에는 주전열면 열교환기를 유기랭킨사이클에 적용하기 위한 해석 및 설계 기법 개발에 관한 연구를 수행하고 있습니다.