본 연구에서는 정유공정의 한 부부인 demethanizer의 core exchanger 주위 열교환기들에 대해 핀치설계법(pinch desgin method)을 이용하여 새로운 열교환망 합성을 수행하였다. 이로부터 초기에 설정했던 최소접근온도차가 총비용, 즉, 장치비와 에너지 비용에 결정적인 역할을 하는 것으로 확인되었다. 따라서, 본 연구에서는 이 총비용의 목표값이 최소가 되는 최적 최소접근온도차가 존재하고, 이로부터 열교환망 합성이 수행되어져야 최적의 열교환망 합성이 이루어져야 한다는 결론을 얻었다.
열교환기의 설치비 및 연간 비용에 주된 영향을 미치는 유틸리티의 소비와 열 교환 장치 수의 최소화를 목적으로 하여 경험법칙을 기초로 한 열교환망 합성 방법을 제안하였다. 본 연구에서 제안하는 열교환망 합성 알고리즘의 특징은 축소된 부문제 생성 기법과 부문제의 해를 구하는 방법에 있으며, 제안한 방법을 문헌에 실린 열교환망 합성 문제에 적용한 결과 이전의 결과보다 열교환장치 및 흐름의 분기등이 감소한 결과를 얻음으로써 본 방법의 우수성을 확인할 수 있었다.
공정산업에서 열교환망의 최적화를 통한 에너지 회수 및 절감 기술의 개발을 목적으로, 여러 개의 핀치를 갖거나 또는 안전 및 배열 등과 같은 제약조건들이 주어진 계를 대상으로, 계의 분리법(system separation method)을 적용하여 신뢰도가 높은 목표값(target)을 설정하는 연구의 일환이다. 본 연구에서는 그 목표값의 10% 이내에 도달할 수 있도록 실제적인 열교환망 합성을 수행하는 프로그램 개발에 중점을 두었으며, 조업 중인 기존 공정에 적용해 본 결과, 연간 총비용의 15% 정도를 절감할 수 있는 결과를 얻을 수가 있었다.
열교환망 합성은 에너지 회수와 절감 측면에서 상당히 중요한 문제이다. 최적 열교환망 합성 구조를 얻기 위해 multiple utility를 사용하여 유틸리티 소비를 최소화하는 방법을 제안하였으며, 공정 stream들간의 실제적인 합성은 수행하지 않고 목표값 설정에 중점을 두었다. 본 연구에서 제안한 이론을 근거로 하여 개발된 프로그램을 기존의 주정생산공정의 증류공정에 적용하여 좋은 결과를 얻을 수 있었다.
본 연구에서는 농업 분야 에너지 자립 시스템 기술도입의 일환으로 농산부산물 기반 SOFC 열병합발전 시스템의 공정 모사 모델을 구축하고 열교환망 최적화를 진행하였다. 0.3 ton/d급 농산부산물 반탄화 연료 가스화기 실험 결과를 기반 농산부산물 SOFC 열병합발전 시스템 모델을 구축하여 4~20 kW급 SOFC 발전 용량별 열교환망 최적화를 진행하였다. 현재 시스템상에서 8 kW급 농산부산물 기반 SOFC 열병합발전 시스템이 최적으로 도출되었으며, 본 연구 결과를 기반으로 추후 상용 설비 설계 시 기초자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.
최근 인터넷 수요의 증가로 통신망에서 음성, 영상 및 데이터(data)를 복합적으로 지원할 수 있는 멀티서비스(multiservice)의 교환 기술이 필수적이다. 또한 망 사업자들이 여러 벤더(vendor)들로부터 최적의 장비를 선택하여 망을 구축할 수 있도록 통신 장비들의 상호 운용성을 지원하는 개방형 구조의 망 및 스위치 시스템(switch system)을 정의하는 작업이 필요하다. 페트리 넷(Petri Nets)은 시스템(system)을 분석하기 위한 도구로서, 시스템은 페트리 넷 이론에 의해 시스템의 수학적 표현인 페트리 넷으로 설계될 수 있다. CPN(Colored Petri Nets)은 페트리넷의 확장형으로서, 토근(token)에 칼라를 부여하여 다양한 특성을 지닌 시스템을 표현하기에 적합하다. Design/CPN은 CPN의 사용을 지원하는 소프트웨어 패키지(software package)이다. 본 논문에서는 개방형 멀티서비스 교환 시스템의 핵심으로 스위치와 제어기(Controller) 사이의 표준 프로토콜인 GSMP(General Switch Management Protocol) 프로토콜을 Design/CPN 으로 변환하고, 이로부터 시험열을 생성한다.
Aspen plus는 Aspentech사에서 개발한 공정모사용 프로그램으로서 다양한 화학종의 열역학적 자료를 기반으로 공정설계, 공정최적화, 공정모니터링 등 공정개발에 활용되고 있다. 연료개질기는 수증기 개질반응, 수성가스전이반응, 선택적화학반응으로 구성된 소규모 수소생산공정에 해당된다. 따라서 Aspen 전산모사를 통해 다양한 조건에서의 운전결과를 모사하여 개질기에 미치는 영향을 분석함으로써 운전조건을 최적화 할 수 있다. 연료개질기의 성능에 영향을 미치는 주요인자는 주로 수증기개질 촉매층 출구온도 및 수증기/탄소 비이다. 수증기개질 촉매층의 출구온도를 $660{\sim}740^{\circ}C$로 변화시키면서 개질가스의 조성, 카본 전환율, 개질효율 등을 비교 분석하였다. 또한 수증기/탄소 비를 3~5의 범위에서 변화시키면서 영향을 살펴보았다. 수증기개질 촉매층의 온도가 높을수록 수소생산량이 증가에 따른 효율 증가가 나타났으며 수증기/탄소 비가 증가할 경우에도 개질효율에 긍정적인 영향을 미치는 것을 확인하였다. 하지만 실제 개질기의 운전에서는 소재의 제약에 따라 운전 온도에 제약이 있으며 수증기/탄소비의 증가 역시 개질기의 부피 증가로 이어지는 단점이 있다는 것을 고려해야 한다. 따라서 반응기 재질, 크기, 운전온도와 개질효율과의 상관관계를 파악하여 개질기의 특성을 최적화 하여야 한다.
본 논문은 격자 구조 회선 교환 망에서 발생할 수 있는 호 차단 확률 및 failure model을 설정하여 신뢰도를 분석하였다 특히 failure model에서는 link failure 모델을 고려하였다. 대상 모델은.flooding search routing 방식을 사용하여 패킷을 통화 대상자 노드에 전송하였다. 이때. 각 링크failure는 독립적이라고 가정하였다. 이와 같은 failure모델의 성능을 평가하기 위한 방법으로서 joint probability를 이용하여 소규모 격자 구조 회선 교환망의 신뢰도를 분석해 보았으며. 이를 시뮬레이션 한 값과 비교해 보았다 또한. 통신망에서 주요한 성능 지표중 하나8! 호 차단 확률을 구하여 회선망의 신뢰도를 평가하였다.
이산화탄소 분리공정에 있어서 분리막 공정은 소형, 모듈성, 설치의 용이성, 작동의 유연성, 낮은 설치 비용 및 낮은 에너지 소비량 등의 장점들로 인하여 주목 받고 있다. 본 연구에서는 실험데이터와의 비교를 통해 교차흐름, 병류흐름, 향류흐름 3가지 모델의 정확도를 알아보았다. 실험에서 이용된 이산화탄소 분리공정을 가장 잘 나타내어주는 모델을 토대로 전산모사를 통하여 2단 막 분리 구조에서의 운전조건을 규명하고 분리막의 투과도 및 선택도가 분리성능에 미치는 영향을 알아보았다. 나아가 수증기 sweep을 이용하는 2단 막 분리 구조에서 열교환망 합성기법을 적용하여 열교환기 도입에 따른 소요 전력의 변화와 운전비용 절감효과를 살펴보았다.
본 논문에서는 하천에 유입되는 열 오염물질의 혼합거동을 분석하기 위해 2차원 수심 평균된 이송-분산방정식에 유한요소법을 적용하여 수치 모형을 개발하였다. 유한요소법의 여러 수치기법 중 SUPG법을 적용하였으며, 복잡한 하천경계를 보다 정확히 재현할 수 있도록 삼각 및 사각 요소망의 혼용이 가능하도록 하였다. 열 오염물질의 거동을 표현하기 위해서 열 교환을 묘사하는 반응항을 평형온도와 수온과의 차이에 비례하는 식으로 나타내고, 열교환 계수 및 평형온도에 따라 수온의 변화가 적용되도록 방정식을 구성하였다. 모형의 검증을 위하여 직사각형 수로에 선원으로 연속주입하여 얻은 수치해와 1차원 정상상태의 해석해를 비교하였다. 비교결과 수치해와 해석해의 결과가 서로 일치하는 것으로 밝혀졌다. 모형의 현장적용을 위해 상수원 보호구역인 팔당댐 하류부터 잠실수중보까지 22.5 km 구간을 대상영역으로 하였다. 구리하수처리장 방류수에 의한 수온 변화를 모의한 결과 수질측정망 측정자료와 비교적 비슷한 경향이 나타났다. 본 연구에서 개발한 수치모형이 열 오염원 유입으로 인한 수온 변화를 잘 표현하는 것을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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