• 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.

• 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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• 제25권4호
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• pp.184-189
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• 2016

$CO_2$ 배출 규제와 에너지 소비 절감의 요구가 늘어남에 따라, 버려지는 열을 수확하여 전기를 생산하기 위한 열전발전 연구가 최근 활발히 이루어지고 있다. 본 연구에서는 폐열 에너지 회수장치로 사용하기 위한 열전모듈의 발전 특성을 분석하였다. Bismuth telluride로 제작된 열전모듈에 다양한 온도 조건을 부여하며 이에 따른 열전 거동을 분석하였다. 또한 다양한 온도 조건에서의 열전모듈의 발전 효율을 실험 및 이론에 의해 분석하였다. 이로 부터, 열전모듈로 열에너지를 보다 효율적으로 회수하기 위한 최적의 작동조건을 제시하였다.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 1993년도 추계학술발표회 초록집
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• pp.49-56
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• 1993

열병합 발전이란 한가지의 에너지원을 열원으로 하여 2가지 이상의 동력을 회수하는 방법을 말하며 회수에너지는 고급에너지인 전기가 주가 되고 이 때 발생되는 폐열은 회수하여 증기, 난방용 온수, 냉방용 냉수로 이용할 수 있어 총 효율이 70 ∼ 80%에 달하는 방식이다. 열병합 발전은 규모에 따라 목동열병합과 같은 쓰레기 소각로 이용형, 분당, 일산 등과 같이 지역난방과 연결할 수 있는 가스터빈, 증기터빈 조합형인 복합 열병합형의 대형열병합과 각 산업체 공장에서 전기 및 공장 Process 증기 생산을 주목적으로 하는 중형 열병합과, 조선호텔, 신라호텔, 상공회의소등과 같이 Hotel, 병원, 사무실 등에서 주로 이용하는 소형 열병합으로 분류할 수 있다. (중략)

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권4호
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• pp.383-390
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• 2010

본 연구에서는 폐열 회수를 위한 열전 발전 시스템을 구성하였다. 열전 모듈은 스테인레스 스틸덕트 내부에 부착되고, 뜨거운 공기를 불어넣는 장치가 덕트의 입구에 마주한 형태를 취하였다. 이 때 고온부의 온도가 균일한 상태에서 낼 수 있는 최대 파워를 구해내었다. 결과적으로 모듈에 가해지는 최적화된 압력이 있었다. 또한 열전 발전의 성능을 열전 모듈의 저온부의 열 싱크에 의하여 결정되었다. 자연대류 형식의 열 싱크에서 낼 수 있는 파워가 5배 가량 차이가 났다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제36권5호
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• pp.595-602
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• 2012

본 논문에서는 선박에서 배출되는 $CO_2$ 배출을 최소화하기 위한 노력의 일환으로 선박으로부터 배출되는 열에너지를 회수하고 재활용하는 방안으로 유기랭킨사이클 발전장치를 구동함으로써 선박의 에너지 효율을 높이고 온실가스 배출을 최소화할 수 있는 방안을 연구하였다. 선박에서 배출되는 배기가스와 냉각 시스템에서 배출되는 열에너지를 회수하여 터빈 발전기를 구동하는 ORC 발전시스템을 설계하고 시뮬레이션 하였다. 다양한 친환경 유기냉매를 이용하여 냉매를 적용하여 온도와 유량변화에 따른 열 해석을 실시하였고 냉각수 열원 예열기, 배기가스 가열기로 시스템을 구성하여 2,400kW급의 발전 출력을 얻을 수 있었다.

• 설비공학논문집
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• 제26권6호
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• pp.287-293
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• 2014

Internal combustion engines release 30~40% of the energy from fossil fuels into the atmosphere in the form of exhaust gases. By utilizing this waste heat, plenty of energy can be conserved in the auto industry. Thermoelectric generation is one way of transforming the energy from engine's exhaust gases into electricity in a vehicle. The thermoelectric generators located on the exhaust pipe have been developed for vehicle applications. Different experiments with thermoelectric generators have been conducted under various test conditions as following examples: hot gas temperature, hot gas mass flow rate, coolant temperature, and coolant mass flow rate. The experimental results have shown that the generated electrical power increases significantly with the temperature difference between the hot and the cold side of the thermoelectric generator and the gas flow rate of the hot-side heat exchanger. In addition, the gas temperature of the hot-side heat exchanger decreases with the length of the thermoelectric generator, especially at a low gas flow rate.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2006년도 제37회 하계학술대회 논문집 A
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• pp.539-540
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• 2006

소형 열병합 (CHP, Combined Heat & Power)은 발전 용량이 1MW 이하인 발전 시스템을 지칭하는 용어로, 전기와 더불어 원동기에서 발생한 폐열을 회수하여 사용한 수 있는 발전 시스템을 말한다. 대표적인 원동기로서는 가스 엔진, 터빈, 마이크로 터빈, 연료 전지 등이 있다. 소형 열병합 시스템은 폐열 회수의 특징으로 기존 시스템에 비해 50% 이상의 에너지 이용 효율이 높으며, 기존의 대형 발전 시스템에서 필연적으로 존재하는 송전 및 배전 손실이 존재하지 않는 수요지 발전의 특징도 갖고 있어서 연료 절약형 에너지 생산 시스템으로서의 높은 가치를 가지고 있다. 또 다른 장점으로 열병합 발전 시스템은 여름철의 최대 전력 부하를 제거하는 역할을 할 수 있음으로 국가 전력 수요 공급의 안정화에 기여하는 바가 크다. 본 논문에서는 최근에 개발된 325kW급 열병합 가스엔진 발전 시스템의 주제어를 담당하는 통합 제어 장치의 개발과 소형 열병합 시스템의 시험 결과에 대해서 소개한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.798-801
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• 2009

소각로를 포함한 다양한 산업설비의 배폐열은 열병합 등의 다양한 방법을 통해 재활용되고 있으나 에너지의 효율적 사용과 편의성을 고려할 때, 단순한 온수공급 등의 방법보다는 전력으로서의 재활용이 매우 필요하다. 특히 재활용이 어려운 $400^{\circ}C$이내의 중저온급 폐열원을 발전할 수 있는 유력한 방안으로 열전발전기술이 최근 부각되고 있다. 열전발전은 발전모듈의 변환효율이 7~10%이고, 시스템 효율은 5%내외로 증기발전에 비해서는 낮지만 기계적 가동부분이 없어 고장발생이 적고 기동정지가 용이하며 열이 있으면 바로 발전이 가능한 차세대 친환경 발전기술이다. 본 연구에서는 현재까지 시도, 개발되지 못한 $100^{\circ}C$에서 $400^{\circ}C$내외 온도영역인 중저온급 소각폐열 회수를 위한 목적으로 중온용 열전발전소재 및 모듈과 저온과 중온에 각기 대응하여 폐열발전의 효용성을 높인 복식열전발전시스템을 개발 중에 있다. 본 고에서는 현재까지 진행된 일부 연구내용들을 소개하고자 하였다.

• 에너지공학
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• 제27권4호
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• pp.50-63
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• 2018

화석연료의 무분별한 사용으로 인해 지구 온난화 및 환경오염 문제가 대두되고 있으며, 이에 따라 효율적인 에너지 활용을 위해 기존에 버려지는 폐열을 회수하는 기술에 대한 필요성이 커지고 있다. 산업폐열 발전 시장은 발전효율을 높일 수 있다는 장점으로 인해 연평균 5% 성장하고 있다. 고효율 폐열발전시스템 설계를 위해 열원별 조건에 따른 발전 기술별 경제성을 평가할 수 있는 프로그램 개발이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 산업폐열 발전시스템에 최적화된 경제성분석 모듈 개발을 위해 균등화 전력원가를 산출하는 모듈을 개발하고 NETL의 경제성분석 사례를 바탕으로 시스템의 신뢰도를 검증하였다. 검증 결과, 오차율은 약 6~7%로 사업 타당성 평가를 위한 정확도를 만족하였으나, 신뢰성 향상을 위해 NETL에서 사용하는 균등화 방법론을 적용하여 알고리즘을 개선하였고 이에 따라 오차율은 1% 미만으로 신뢰도가 향상되었다.