• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제34권2호
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• pp.226-233
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• 2023

In this study, we compared the performance of several refrigeration cycles using different refrigerants and utilizing the cold heat of liquefied natural gas (LNG) for the liquefaction of carbon dioxide. The final conditions for the liquefied CO₂ were set to -20℃ and 20 bar. The refrigerants used included R404a, ammonia, propane, and propylene using a vapor recompression refrigeration cycle. For the refrigeration cycle, the CO₂ at room temperature and pressure was compressed in a two-stage compression process with an intermediate cooling stage using a refrigeration unit. To compare with the liquefaction process using refrigeration, we compressed the CO₂ to 8 bar in a single compression stage and cooled it to around -50℃ using the cold heat of the LNG before liquefying it. Results showed that using ammonia as the refrigerant required the least amount of compressor power for the liquefaction process, and the heat transfer area of the evaporator was the smallest when using propylene as the refrigerant. Using the cold heat of LNG instead of refrigeration using R404a resulted in approximately 69% less energy consumption.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제9권5호
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• pp.568-576
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• 2017

With an increase in the usage of LNG, there is a heightened interest about its safety aspects regarding the explosion of LNG carrier tank. The need for a cryogenic explosion-proof camera has increased. The camera has to work in cryogenic environment (below $-160^{\circ}C$) in LNG carrier. This study conducted design and heat transfer analysis of cryogenic camera to secure working time in limitation of heat source. The design with gap width of double pane windows was conducted based on simple vertical cavity model to insulate from cryogenic environment. The optimal gap width was 12.5 mm. For effective analysis considering convection within the camera, equivalent thermal conductivity method was adopted with ABAQUS. The working time of the camera predicted was over 10 h at warm-start condition. In cold-start condition, it required about 5 h of pre-warming time to work. The results of analysis were compared with the ones of the actual cryogenic test.

• 설비공학논문집
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• 제19권7호
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• pp.485-490
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• 2007

The LNG BOG re-liquefaction system for LNG carriers was designed based on the Claude refrigeration cycle and the thermodynamic analysis was carried out in order to find the design point of the three heat exchangers constituting the system. The thermodynamic analysis revealed that the system state could be defined by the three cold endpoint temperatures of the three-pass heat exchanger. Hence the iso-lines of the specific liquefaction work, taken as the performance indicator, were presented in terms of those three temperatures and discussed. The system was found most economical when those three temperatures approached a single temperature of $-140^{\circ}C$ and thus this system state could be taken as the design point for the heat exchangers.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제40권3호
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• pp.174-179
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• 2016

해양의 환경오염을 줄이기 위하여 LNG 운송선박, 벙커링 선박 및 LNG를 연료로 추진되는 선박의 건조가 증가하고 있다. 이러한 LNG 선박의 저장탱크들은 외부로부터의 열유입으로 증발가스가 지속적으로 발생하고 있으며, 최근 국내 조선사들은 이 BOG를 재액화하여 회수하는 장치를 개발하여 보급하고 있다. 본 연구에서는 부분재액화 처리장치들의 이론적 최대 재액화 수율을 분석하고 재액화 수율에 미치는 영향 인자들을 비교하였다. 해석결과, BOG와 플래시 가스가 보유한 냉열을 열교환으로 간접 이용하는 부분재액화 처리장치는 최대 48.7%가 되었으며, BOG와 플래시 가스가 혼합 합체되어 냉열이 직접 이용되는 부분재액화 처리장치는 최대 41%로 해석되었다. 또한 액체 수율에 크게 영향을 미치는 인자로는 열교환기의 효율로 열교환기의 성능과 단열이 매우 중요한 것임을 알 수 있다.

• 대한기계학회논문집 C: 기술과 교육
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• 제3권1호
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• pp.55-62
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• 2015

국내에서는 천연가스 공급국가와 수입국가의 거리, 공급시설 투자, 국가 간 협력 등 여러 가지 제약에 따라 액화천연가스를 수입하고 있다. 수입한 액화천연가스를 수요처로 공급하기 위해 해수를 이용한 기화과정에서 냉열이 낭비되고 있다. 본 연구에서는 이러한 냉열을 효율적으로 활용하는 냉열발전시스템에서 직접팽창과 유기랭킨사이클 방식의 운전성능을 비교 연구하였다. 시뮬레이션은 Aspen HYSYS를 이용하여 수행하였으며, 운전성능 분석은 T-S 선도 및 시스템 성능 해석을 토대로 비교분석하였다. 시뮬레이션 결과로부터 발전시스템의 운전 측면에서는 유기랭킨사이클 방식이 유리한 것을 확인하였다.

• 한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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• 제8권4호
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• pp.34-38
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• 2006

Cycle analysis was performed in order to find the optimum design point of the LNG Boil-off gas re-liquefaction system. Thermodynamic analysis revealed the system could be defined by three state variables. Thus the system performance could be described by the three cold endpoint temperatures of the three-pass heat exchanger. This enabled us to investigate the cycle performance in terms of the heat exchanger parameters. To get access to the cycle states of higher system performances, larger heat exchangers were found necessary. Also the thermal pinch in cryogenic heat exchangers was found to act as a limiting factor to the system performance.

• 대한기계학회논문집B
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• 제20권5호
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• pp.1591-1602
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• 1996

In operating the underwater engines such as encountered in exploring submarines, the dumping of the exhaust gas out of the engine requires a large portion of the total power, frequently amounting to 25-30% of the power generated. This unfavorable circumstance can be cured by liquefying the exhaust gas and storing it. In the present study, two liquefaction systems were simulated to enhance the overall efficiency; one is a closed cycle diesel engine and the other is a closed cycle LNG engine. The liquefied natural gas (LNG) is chosen as a fuel, not only because its use is economical but also because its cold energy can be utilized within the liquefaction system. Since a mixture of oxygen and carbon dioxide is used as an oxidizer, liquefying carbon dioxide is of major concern in this study. For further improving this system, the intercooling of the compressor is devised. The necessary power consumed for the liquefying system is examined in terms of the related properties such as pressure and temperature of the carbon dioxide vessel as a function of the amount of the exhaust gas which enters the compressor. The present study was successful to show that much gain in the power and reduction of the vessel pressure could be achieved in the case of the closed cycle LNG engine. The compression power of exhaust gas were observed remarkably lower, typically only 6.3% for the closed cycle diesel engine and 3.4% for the closed cycle LNG engine respectively, out of net engine power. For practicality, a design -purpose map of the operating parameters of the liquefaction systems was also presented.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 1996년도 추계학술발표회 논문집
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• pp.77-80
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• 1996

우리나라에서 피크부하용으로 사용하는 복합발전이 하계시에서 외기온도가 상승함에 따라 실제로는 정격출력을 내지 못하고 있다. 따라서 본 연구에서는 연료(LNG)의 냉열을 이용하여 가스터빈의 연소용공기를 냉각시킬 경우, 복합발전 시스템의 성능변화를 분석하기 위하여 시뮬레이션을 수행하였다. 그 결과 LNG의 냉열을 이용하여 연소용공기를 원하는 온도까지 냉각시킬 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한 연소기로 연료를 투입하기전에 설계온도까지 예열시키는 열교환기를 통해 배기가스에 함유된 현열을 더욱 많이 회수하면서, 가스터빈 투입연료의 온도를 상승시킬 수 있어, 시스템효율이 더욱 상승함을 알 수 있었다. 결론적으로 외기온도가 변하는 경우에, 본 시스템의 도입을 위해서는 경제성분석과 더불어 열교환기 시스템의 최적합성이 추후 진행되어야 할 것이며, 이를 통해 최적의 발전시스템을 구성할 수 있으리라 생각된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제59권3호
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• pp.345-358
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• 2021

본 연구에서는 액화천연가스(LNG; liquefied natural gas) 재기화 과정에서 버려지는 냉열을 회수하는 방법으로 액화 공기를 생산하는 공정을 개발하였다. 액화 공기는 LNG 수출국으로 운송하여 천연가스 액화를 위한 냉매를 부분적으로 대체하는 용도로 활용될 수 있다. 이를 위하여, 액화 공기는 LNG 운반선에 저장 가능한 압력을 만족하여야 한다. 따라서, 가장 널리 사용되는 멤브레인 탱크로 액화 공기를 운송하기 위해 약 1.3 bar에서 공기가 액체 상태로 존재할 수 있도록 설계하였다. 제안한 공정에서, 공기는 LNG와의 열교환 이후 추가적인 질소 냉매 사이클과의 열교환을 통해 과냉된다. LNG 운반선의 최대 용량만큼 액화 공기를 생산할 때 운송비용 측면에서 가장 경제적일 수 있으며, 천연가스 액화공정에서 활용할 수 있는 냉열이 많아지게 된다. 이를 비교하기 위하여, 동일한 1 kg/s의 LNG 공급 조건 하에서 기존 공정을 이용한 Base case와 제안공정 내 유입 공기 유량을 각각 0.50 kg/s, 0.75 kg/s, 1.00 kg/s으로 하는 Case1, Case2, Case3를 구성하고 열역학적 및 경제적 측면에서 분석하였다. 액화 공기 생산량이 많을수록 1kg의 생산량 당 더 많은 에너지가 요구되는 경향을 보였으며 Case3는 Base case 대비 0.18 kWh 높게 나타났다. 그 결과 Case3의 액화 공기 1 kg 당 생산 비용이 $0.0172 더 높게 나타났다. 그러나 액화 공기의 생산량이 증가함에 따라 1 kg 당 운송 비용이 $0.0395 감소하여 전체 비용 측면에서 Case3는 Base case에 비해 1 kg 당 $0.0223 적은 비용으로 액화 공기를 생산 및 운송할 수 있음을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권6호
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• pp.483-491
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• 2014

본 연구에서는 현열 형태의 저온 열원과 LNG의 냉열을 이용하는 복합 동력 생산시스템에 대한 열역학적 성능 해석을 수행하였다. 시스템의 작동유체로서 암모니아-물의 비공비 혼합물을 고려하였으며 재생기가 없는 기본 사이클과 있는 재생 사이클의 경우를 비교 해석하였다. 작동유체의 암모니아 농도나 응축 온도에 따라 시스템의 순생산일, 엑서지 파괴, 열효율이나 엑서지 효율 등에 미치는 다양한 영향에 대해 분석하고 논의하였다. 해석 결과는 시스템의 성능 특성이 작동유체의 암모니아 농도나 응축 온도에 따라 민감하게 변화하며, 열원유체 단위질량당 순생산일은 기본 사이클이 유리하나 열효율이나 엑서지 효율은 재생 사이클이 유리하다는 사실을 보여준다.