• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권2호
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• pp.695-701
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• 2018

엔진에서 배기폐열을 회수하여 엔진의 열효율을 향상시키고자 하는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 연구에서는 모터사이클용 엔진의 배기 폐열 회수용 열전발전 시스템의 성능 해석을 수행하였다. Gamma Tech.의 GT-SUITE 소프트웨어를 사용하여 엔진모사 모델과 열전발전 시스템 모델을 구성하였다. 첫째, 엔진 속도 1000~7000 rpm, 엔진 부하 0~100% 조건에서 엔진의 출력, 연비 등 성능 특성과 배기가스량, 배기가스 온도 등 배기가스 특성을 파악하였다. 연료의 화학에너지 대비 배기가스로 배출되는 에너지의 비율은 엔진 속도 및 부하에 따라 40~60% 수준으로 확인되었다. 둘째, 배기폐열회수용 열전발전 시스템 모델을 구성하였다. 엔진 모델과 열전발전 시스템 모델을 통합 해석하여, 열전소자에서 발생하는 전압, 전류, 회수 전력 특성 등을 분석하였다. 열전소자의 발전 특성은 시스템을 통과하는 배기가스의 온도 분포에 지배적인 영향을 받았다. 현재 구성된 배기폐열회수용 열전발전 시스템의 열전발전량은 배기폐열 에너지 중 최대 2.2% 수준을 회수할 수 있음을 확인하였다. 향후 연구에서는 열전발전 시스템의 설계에 따른 열전발전량 특성을 파악하고, 열전발전 시스템 설계 최적화를 수행할 예정이다.

• 에너지공학
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• 제21권4호
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• pp.393-397
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• 2012

본 연구에서는 산업용 가스 엔진의 배기 폐열을 회수하여 발전하는 유기랭킨사이클을 구성하고 시스템 성능 분석 실험을 수행하였다. 엔진 배기가스 열을 작동유체(냉매 R134a)에 흡수시키기 위해 Shell & Tube 방식 열교환기를 엔진 배기 매니폴드 후단에 장착하였다. 엔진출력 60 kW인 조건에서 약 63 kW의 배기가스 열을 배출하였으며, 열교환기를 통해 작동유체에 흡수된 열량은 43~46 kW로서 배기가스 열회수율은 68~73%, 최대출력은 4.6 kW로서 배기가스 열량에 대한 최대출력의 비는 7.3%을 나타내었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권3호
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• pp.1022-1026
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• 2013

최근 엔진 효율 향상을 위하여 열전 소자를 이용한 자동차 엔진 폐열 회수 기술이 주목 받고 있다. 열전소자 해석 모델링은 많이 개발 되었으나, 특정한 시스템 해석 모델과 함께 적용된 사례는 찾아보기 어렵다. 따라서, 본 연구에서는 열전소자를 이용하여 디젤 엔진의 배기 폐열 에너지 회수율을 평가할 수 있는 해석 모델을 1-D 상용 프로그램인 AMESim을 이용하여 개발하였다. 개발한 열전소자 해석 모델은 다양한 소자 종류에 따른 열전 발전 효율 및 폐열 회수율 평가가 가능한 모델이며, 디젤 엔진 해석 모델은 현재 상용화된 모든 디젤 엔진을 모사할 수 있는 모델이다. 여러 운전 조건에서 디젤 엔진의 폐열로부터 하나의 열전소자를 사용하여 회수 가능한 에너지는 약 544.75W이고, 전기로 변환될 수 있는 동력은 약 40.4W이었다. 본 연구에서 개발한 해석 모델은 같은 해석 프로그램에서 연동하여 해석을 용이하게 수행할 수 있기에 추후 열전소자를 이용한 디젤 엔진의 배기 폐열 회수 시스템 개발 시 회수율을 예상하고 시스템 최적화를 수행할 수 있는 방법을 제공할 것으로 기대된다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권2호
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• pp.69-73
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• 2016

최근 자동차 엔지니어들은 자동차 엔진의 열효율을 향상시키기 위한 수단으로 폐열 회수 기술에 많은 관심을 기울이고 있다. 배기량이 큰 가솔린 엔진은 대체로 V형인데, 열 회수를 위해 두 개의 슈퍼히터를 각각의 배기 다기관 가까이에 설치하는 것은 비용 면에서 효율적이지 않다. 하나의 슈퍼히터를 한쪽 배기 다기관에 최대한 가깝게 부착하면 좀 더 높은 열교환 효율을 얻을 수 있으나 폐열회수를 위한 배기가스의 유량은 절반이 된다. 반면에, 배기가스의 유량을 전부 이용하기 위하여 두 배기관이 합류된 지점에 슈퍼히터를 설치하면 배기가스의 온도는 많이 감소된다. 이 사실을 바탕으로 슈퍼히터의 최적 위치를 조사하기 위하여 상용프로그램인 AMESim을 이용해 해석을 수행하였다. 이 때, 배기가스 유량 중 절반만을 사용하더라도 슈퍼히터를 배기 다기관과 최대한 가까이 부착하는 것이 엔진의 배기가스로부터 3.8 kW의 열을 더 회수할 수 있는 것으로 나타났다. 이 결과를 바탕으로 최적의 폐열 회수 모델을 도출하고 제안하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제15권8호
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• pp.4723-4728
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• 2014

본 연구에서는 1-D 해석 프로그램인 AMESim을 활용하여 열전소자와 디젤엔진을 모델링하여 이를 New European Driving Cycle (NEDC) 운전모드에서 구동시킨 자동차에서 나오는 폐열을 이용해 열전소자로 발전을 하고 이에 따른 결과를 분석해보는 연구를 수행하였다. 열전소자 모델링 시 배기폐열 회수율 및 전기 에너지 변환률 뿐만 아니라 재료적 특성을 고려하여 열전달부분에 초점을 맞추었다. 또한, 디젤 산화 촉매(DOC)를 설계하여 열전소자로 인한 폐열회수가 디젤 산화촉매 활성화에 미치는 영향과, 그 결과 배기가스의 성분별 증감을 조사하였다. 열전소자를 이용한 폐열회수는 자동차 연비개선에 도움이 되지만, 배기가스의 온도를 떨어뜨려 촉매 활성화에 영향을 미치게 되면, CO와 HC 배출이 최대 14% 증가하는 것을 관찰하였다. 따라서, 열전소자를 이용한 배기 폐열 회수 시스템 개발 시에 배기에 미치는 영향을 고려해야 한다.

• 사물인터넷융복합논문지
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• 제8권1호
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• pp.23-29
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• 2022

본 연구의 개발대상 제품은 선박 및 발전용 EGB(Exhaust Gas Boiler-폐열보일러) 종류로써 디젤 엔진, 가스 엔진, 가스 터빈 등에서 나오는 배기 가스의 여열을 이용하여 물을 가열하여 고온·고압의 증기나 온수를 발생시키는 열회수 장치이다. 발생된 증기나 온수는 선박의 선실 난방 및 온수 시설이나 HFO Heating, 터빈 구동에 필요한 동력원으로 사용된다. 폐열보일러의 원리는 여열을 가진 고온의 배기 가스가 보일러의 Tube를 통과하면서 물을 데우는 역할을 한다. 데워진 물은 스팀 형태로 선실이나 터빈장치로 보내어져 사용하게 되는 구조이다. 본 연구에서는 EGB의 열전달 부품인 관형 튜브를 Plate Tube로 대체하여 열전달 표면을 늘려 효율을 극대화하는데 목표가 있다.

• 해양환경안전학회지
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• 제27권6호
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• pp.839-845
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• 2021

본 연구에서는 CO₂ 가스 배출 저감 및 선박 폐열 회수 증대를 목적으로 선박 배기로 버려지는 폐열을 전기로 변환하는 ORC(Organic Rankine Cycle) 발전에 대해 시뮬레이션을 통한 냉매별 효율을 보여주고 있다. 상대적으로 고온인 배기가스의 폐열과 상대적으로 저온인 냉각해수를 이용하여 Aspen HYSYS 11을 이용하여 시뮬레이션을 수행하였다. 해수냉각 ORC 발전시스템의 시뮬레이션 결과, 작동유체 효율은 R717 냉매가 2.86 %로 가장 높았고, 다음 순으로 R152a, R134a, R143a, R125a로 나타났다.

• 한국마린엔지니어링학회:학술대회논문집
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• 한국마린엔지니어링학회 2011년도 전기공동학술대회 논문집
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• pp.40-40
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• 2011

특정한 엔진부하 조건에서 배기가스 및 흡입공기 대해서는 물 또는 에탄올이 R134a에 비하여 시스템 효율이 상대적으로 더 높게 나타났고, 냉각수에 대해서는 R134a가 다른 냉매에 비하여 회수되는 일률이 상대적으로 더 컸다.

• 에너지공학
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• 제21권4호
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• pp.402-410
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• 2012

본 연구에서는 가솔린 엔진 자동차에서 엔진 폐열 회수를 위한 이중 회로 랭킨 사이클 성능 해석이 수행되었다. 고온(HT)의 엔진 배기가스 열회수를 위해서는 물을 사용하는 스팀사이클이 적용되었고, 엔진 냉각수열과 고온 사이클로부터의 응축열을 활용하는 저온(LT) 사이클은 R-134a를 사용하는 유기랭킨사이클이 적용되었다. 고온 및 저온 열원을 동시에 활용하는 이중 회로 시스템의 특성을 파악하기 위해 에너지 및 엑서지 분석이 수행되었다. 고온 및 저온 사이클에 사용되는 용적형 팽창기의 체적이 차량적용을 위한 시스템 최적화에 매우 중요하며 시스템 최적화를 위해서는 반드시 고려되어야 한다. 목표로 하는 엔진 운전 조건에서 고온(HT) 팽창기와 저온(LT) 팽창기의 체적을 고려하면서 고온(HT) 사이클의 팽창비와 저온(LT) 사이클의 응축온도가 시스템의 성능에 미치는 영향을 파악하였다. 본 연구에서는 이러한 이중 회로 랭킨 사이클 시스템에 의해 목표 엔진 운전조건에서 엔진 폐열로부터 약 21%의 추가 동력을 얻을 수 있는 것으로 예측되었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권1호
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• pp.81-86
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• 2013

소형디젤 발전기의 배기가스는 양적 및 질적 수준에서 유용하게 활용되기에는 부족한 폐열원으로 간주된다. 그러나 본 연구에서는 이러한 배기가스의 폐열을 히트파이프에 의해 회수하고 다중효용확산 증발에 의해 효율적으로 열을 이용하는 해수담수기를 제안하였다. 제안한 증류기는 $171^{\circ}C$의 배기가스에서 52 W 의 폐열을 회수할 수 있고, 이 회수 열량 중 약 85%가 약 70 g/h의 담수를 생산할 수 있는 유용한 열량으로 사용된다. 이 결과는 50cc, 4 행정 엔진을 가진 극소형 발전기의 폐열에 대하여 단효용 장치의 실험값이므로, 10 중효용으로 구성할 경우 약 500 g/h 의 성능을 가질 수 있는 것으로 계산되었다. 따라서 본 증류기는 전기와 담수가 동시에 부족한 지역에서 실제 필요한 식수량을 확보할 수 있는 소용량 담수화장치로 유용하게 활용될 수 있다.