• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권4호
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• pp.21-26
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• 2017

본 연구에서는 이중관형 열회수 환기장치의 제품 적용 가능성을 검토하기 위해 성능 시험을 수행하였으며 이중관의 내측관의 재질에 변경에 따른 검토를 하기 위해 종이관, 알루미늄관, 폴리머관을 제작하여 동일한 급/배기 풍량을 인가하여 측정하였다. 온도 교환 효율은 모든 경우에서 알루미늄관의 경우가 가장 큰 값을 나타냈으며 종이관과 폴리머관은 비슷한 결과를 보였다. 이는 내측관으로 사용된 재료의 열전도율과 두께의 차이 때문인 것으로 판단된다. 습도 교환 효율은 모든 경우에서 종이관의 경우가 가장 큰 값을 나타냈으며 알루미늄관과 폴리머관은 비슷한 결과를 보였다. 이는 종이 재질은 습도 교환이 가능하지만 알루미늄과 폴리머재질은 습도 교환이 불가능하기 때문인 것으로 판단된다. 습도 교환과 온도 교환의 두 값을 포함하는 전열 교환 효율은 종이관의 경우가 가장 큰 값을 나타냈으며 알루미늄관과 폴리머관은 비슷한 결과를 보였다. 에너지계수(COE)는 현열과 잠열교환이 동시에 일어나는 종이관의 경우 전열에너지계수 값을 현열교환만 일어나는 알루미늄관과 폴리머관은 현열에너지계수를 비교해 보면 종이관의 에너지계수가 가장 큰 값을 나타냄을 알 수 있었다. 본 연구를 통하여 이중관형 열회수 환기장치의 내부관 재질에 따른 성능을 비교 분석 하였으며 환기장치로 적용이 가능한 것을 알 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권4호
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• pp.2966-2970
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• 2015

최근 태양광발전은 정부의 재생에너지 지원책에 의해 널리 보급되고 있다. 하지만 발전효율은 태양전지 모듈이 일정온도보다 높게 유지될 때 떨어진다. 따라서 일정온도 이하로 유지하는 것이 필요하다. 본 논문에서는 태양전지 모듈의 효율을 개선하기 위해서 지열교환장치를 개발하였다. 지열교환장치는 태양전지의 열 흡수판과 열전도판 그리고 방열기로 구성된다. 태양전지 모듈의 열은 지열교환 장치에 의해 땅속으로 방열한다. 결과적으로, 지열교환장치는 태양전지모듈의 발전량을 증가시키며, 실험결과는 발생전력이 약 36% 증가함을 보여 주고 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.81.2-81.2
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• 2010

고체 산화물 연료전지(SOFC) 시스템은 스택과 기계적 주변 장치인 MBOP(Mechanical Balance of Plant), 그리고 전기적 주변장치인 EBOP(Electrical Balance of Plant)로 구성되어있다. SOFC는 일반적으로 $700^{\circ}C$ 이상의 고온에서 작동되기 때문에 효율적인 열 이용 및 열 관리가 중요하다. SOFC 시스템의 MBOP에는 상온의 연료가스들을 고온으로 가열하여 스택에 유입 시기키 위한 열교환기 및 촉매연소기 등의 장치들이 필요하며, 효율적인 열관리를 위해서는 고온에서 작동하는 장치들을 한곳에 통합하여 구성하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 SOFC 시스템의 MBOP(Mechanical Balance of Pant) 중 고온부에 해당하는 촉매연소기, 열교환기 및 스택이 통합된 스택 모듈을 제작에 앞서 개념 검증을 위해 열교환기 및 촉매연소기로 이루어진 프로토타입(prototype)의 SOFC 모듈평가 장치를 제작하였다. 열교환기는 Plate형으로 총 6개로 구성되어 있으며, 연료극과 공기극 가스라인에 각각 3개씩 배치하여 스택에 유입되는 연료 및 공기가 촉매연소기에서 나오는 고온의 배가스와 열교환되어 가열되도록 구성하였다. 촉매연소기는 honeycomb 타입의 촉매를 사용하였고, 촉매연소기로 유입되는 연료극 배가스와 공기의 균일혼합과 hot spot을 방지하기 위한 장치를 삽입하여 제작하였다. 제작된 SOFC 모듈평가장치는 시운전을 통해 각 장치의 성능 확인 후 반응면적이 $20{\times}20cm^2$ 인 단전지를 적층하여 연계 운전을 수행하였다.

• 기계저널
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• 제25권5호
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• pp.413-418
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• 1985

직접 접촉식 교환장치(이하 직접 교환기라 함)에서 액체의 유통형태의 선택은 매우 다양하며 전달계수 역시 개별적인 상황이나 충전물의 종류에 따라서 달라지므로 일률적으로 제시되지 못 하고 있다. 많은 경우 실험을 통하여 열전달 또는 물질전달계수를 측정하게 되나 개수로, 자유 낙하액체막, 액체분류와 같이 이상화가 가능한 경우, 이러한 전달계수를 구하기 위하여 이론적 또는 반실험적인 해석을 수행하기도 한다. 수많은 관련 연구결과들은 층류유동에 관한 것과 난류유동의 경우로 구분되고(예상되듯이 대부분의 직접교환기의 유통영역은 난류쪽이다), 난류 유통의 해석은 다시 표면갱신이론(surface renewal model), 와류확산계수모델(eddy diffusivity model-macroscopic), 미분형와류모델(differential eddy diffusivity model)로 대별된다. 여기서는 수많은 교환기형태의 자료정리보다 상기와 같이 대별된 액체측 유동영역별로 전달현상해석의 방법을 간단히 정리하고자 한다.

• 기계저널
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• 제35권7호
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• pp.638-646
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• 1995

직접접촉 얼교환 기술은 냉각탑, 접촉급수 가열기 및 공기분리기 등과 같은 장치에 예전부터 이용되어 왔는데, 그 주요한 적용이유는 가열유체와 수열유체의 사이에 일어나는 전열이 일반 열교환기와는 달리 고체벽(금속 열전달표면)을 통과하지 않고 열교환을 함으로써, 종래의 열교 환기에 비하여 상대적으로 설비의 간단화, 부식 및 스케일 부착문제가 경감됨에 따른 적은 유 지보수비 및 높은 열전달률을 얻을수 있는 이점이 있으며, 저 온도차에서의 효율적인 사용이 가능하기 때문이다. 이 글에서는 직접접촉응축 현상의 장점을 이용하는 직접접촉식 교환기의 구조와 형태, 그리고 그 응용분야에 대해서 알아보고자 한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제12권10호
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• pp.4302-4307
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• 2011

최근에 연비향상을 위해 다양한 기술들이 개발 중에 있다. 본 연구의 목적은 배기열 재순환장치의 열교환 성능을 평가한 후 최적 성능의 모델을 제안하는데 있다. 이 장치는 버려지는 배기열을 이용하여 가능한 한 빠르게 엔진 냉각수를 웜업 시키도록 설계하였다. 이 목적을 달성하기 위하여 CFD를 이용하여 냉각수의 흐름 방향과 냉각수의 유입 유출 위치에 따른 열유동 특성을 분석하고, 열교환 효율을 상승시키기 위한 방법을 제시하였다. 그 결과 냉각수 유량이 적고, 배기가스와 냉각수의 유로를 각각 구성하여 배기가스의 열이 직접적으로 냉각수에 영향을 미치는 구조가 가장 열교환 효율이 좋은 것으로 나타났다.

• 에너지공학
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• 제14권4호
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• pp.248-258
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• 2005

본 연구는 폐 바이오매스로부터 발효에 의한 폐열을 회수하기 위한 발효열 교환기를 제작하여 에너지 회수 장치로서의 가능성을 평가 분석하였다. 개발된 발효열 교환기는 궁극적으로 폐 바이오매스를 이용한 발효열을 회수하여 가정용 온수 공급을 위한 열교환 장치를 개발하기 위함이다. 실험을 위하여 다양한 폐 바이오매스를 이용하였으며, 실험을 통하여 개발된 열교환기는 가정용 온수공급을 위한 충분한 열을 회수 할 수 있는 것으로 확인할 수 있었다. 바이오매스 열교환기는 실험을 위해 하루 20분씩 운용을 했으며, 1시간 정도 지나면 다시 바이오매스의 온도가 상승하여 지속적으로 운용가능하다는 장점이 있으며, 일일 3회 운용 시 62,400kcal/day의 에너지를 공급할 수 있음을 알 수 있다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제10권4호
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• pp.740-746
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• 2009

본 논문에서는 공진형 유도가열기를 이용한 2단 직렬 부하형 유도가열 과열증기 발생장치를 제안하였다. 발열방식은 외부의 가열코일로부터 특수 합금 발열체에 비접촉 상태로 전자유도 와전류를 구조체에 흐르게 하였다. 인버터는 풀-브리지 고주파 직렬 부하 공진형 이며, LC 공진 설계에서 부하자체를 인덕터로 선정하여 효율을 최대화 하였다. 개발된 장치는 전자유도가열 발열체와 유체이동에 의한 새로운 열교환 방식으로 일체의 연소과정 없이 기체, 액체 및 증발체 등을 상온에서 고온에 이르기까지 고정도의 가열이 가능하다.

• 생물환경조절학회지
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• 제11권3호
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• pp.101-107
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• 2002

본 연구에서는 온실의 온풍식 난방시스템 연통에 장착할 수 있는 폐열 회수기의 성능을 개선하기 위하여 각각 상이하게 설계된 3개의 열교환 장치에 대해 열회수 성능을 실험적으로 비교 분석하였다. A형 열회수시스템의 경우, 초기 투자비용과 현재의 농용 전력요금 하에서 대체로 1년을 전후하여 투자에 대한 보상이 충분한 것으로 판단된다. B형 및 C형 열회수시스템의 경우, 열 회수용 공기 흐름방향이 180$^{\circ}$굴절로 저항이 크게 발생되어 송풍팬의 전압 증가에 따른 유속 증가가 미미하며 동일한 열 교환면적에서는 송풍팬의 공기저항 증대로 열 회수 성능이 현저히 개선되지는 못했지만, 직선형보다 B형의 경우 약 5%. C형의 경우 약 13%정도 높은 열 회수효율을 보였다. 송풍팬의 용량은 A형에 사용된 용량인 25m$^3$/min전후가 적절할 것으로 판단되며, 적정 송풍팬 용량 하에서 열회수성능은 헤어핀형이 직선형보다 효과적인 것으로 나타났다. 다만, 헤어핀형은 물론 직선형에서도 열교환 파이프의 배치밀도, 파이프 길이 및 두께 등의 변화에 따른 최적화 연구가 수반되어야 할 것으로 판단된다.

• Journal of Biosystems Engineering
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• 제29권2호
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• pp.141-150
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• 2004

우리가 소비하는 가공 식품은 위생상 안전하도록 살균처리가 이루어진다. 식품 내에 존재할 수 있는 유해 세균은 일정 살균온도에서 살균에 필요한 시간 동안 노출되면 사멸하며, 일반적으로 살균온도가 높을수록 살균에 필요한 시간은 단축된다. 연속살균장치는 혼합 및 저장탱크에 담겨진 식품을 점프로 이동시키면서 가열 열교환기에서 살균온도로 가열하고 단열관을 거치는 동안 살균온도를 유지시켜 살균을 완료한다. 또한 살균된 식품은 냉각용 열교환기에서 상온으로 냉각되며 이 과정에서 회수되는 열은 저장탱크에서 유입되는 식품의 예열에 사용되어 에너지 효율을 제고하는데 사용되기도 한다. 이와 같이 관을 이동하면서 가열되는 살균장치는 기존의 배치식 살균방법에 비하여 균일하게 가열이 이루어지므로 130C의 고온으로 살균할 수 있어서 살균에 필요한 시간을 수초에서 수십초 정도로 단축시킬 수가 있고 그에 따라 열손상을 크게 줄일 수 있다. 또한, 상온으로 냉각된 식품을 포장함으로써 저렴한 가격의 포장용기를 사용할 수 있고 상온에서 저장할 수 있으므로 저장비용이 저렴한 장점이 있다. 그러나, 가공식품에 고기나 야채와 같은 고체 상태의 식품이 함유된 경우에는 액상 식품이 열 교환기에서 순간 가열되며, 고상 식품은 액상식품과의 대류에 의한 열전달로 가열된다. 이 과정에서 고상식품은 이동관 내벽이나 다른 고상식품과 부딪치거나 회전하면서 이동관 내부에서 자유롭게 운동하게 된다. 이 과정에서 액상식품과의 상대이동 속도가 발생하여 이것이 대류열전달에 영향을 미치게 된다. 이 상대이동속도에 따른 대류 열전달계수는 고상식품의 내부온도 결정에 사용되는 연속살균장치의 중요한 설계인자이다. 대류열전달계수는 연속살균장치에서 자유로이 이동하는 고상식품의 중심부의 온도를 측정하여 결정할 수 있으나 이는 현실적으로 어렵다. 따라서 본 연구에서는 고정된 고상식품에 액상식품을 이동시켜 상대속도를 재현하고 액상식품의 온도와 고상식품의 중심온도를 측정하는 장치를 개발하였으며, 각 상대속도와 액상식품의 점도 별 대류열전달계수를 결정하는 프로그램을 유한차분법을 이용하여 개발하였다. 이 장치를 분당 15, 30, 40 리터의 유량에서 유체의 점도를 0에서 15 centipoise 사이의 세 수준에서 정육면체 소고기를 모델 고상식품으로 내부 온도분포를 측정하였으며, 유한차분법 프로그램으로 대류열전달계수를 결정하였다. 대류열전달계수는 792에서 2,107 W/m$^2$로 분석되었다. 대류열전달 계수는 액상식품과의 상대속도가 증가함에 따라서 증가하였고, 점도가 증가함에 따라서는 감소하였다.