태양열 이용 냉난방 공조시스템 제습/냉방에 관한 연구

한국이나 동남아시아 같이 여름에 덥고 습한 지역에서는 냉방을 필요로 한다. 따라서 여름에 강한 일사량을 냉방에 활용할 수 있는 기술을 개발하면 그 만큼 여름에 냉방부하가 경감될 것이다. 따라서 본 연구실은 이렇게 겨울에 태양열을 난방 및 급탕에 활용하는 것은 물론, 여름에 활용되지 않고 있는 태양열을 활용하여 흡수제를 재생시킴으로써 제습효과를 초래하여 냉방효과를 얻는 시스템 개발에 박차를 가하고 있다.
또한 배열가스 및 공기가열기로부터 얻어진 가열공기를 온수를 효율성 높게 전환하는 열회수시스템의 최적 구조 및 성능에 관한 연구를 하고 있으며, 더 나아가 연료전지시스템에서 변환효율 향상을 위한 요소 기술에 대해서 시뮬레이션으로 그 기여도를 조사하는 연구도 본 연구실에서 수행하고 있다.

냉동공조시스템이 고효율 기술개발에 관한 연구

이산화탄소 등 온실가스 배출량이 많을수록 기온이 높아지는데 이러한 기후변화는 폭염과 집중호우 증가, 가뭄과 태풍의 세기가 강해질 것으로 예상된다. 우리가 사용하고 있는 가정용 에어컨, 공기조화용 칠러, 산업용 냉동기 등에는 거의 대부분 프레온계 냉매가 충전되어 있다. 프레온계 냉매는 지구온난화지수(GWP)가 CO에 비해 1,400 ~ 13,800배 높아 지구온난화에 심각한 영향을 미친다. 이러한 상황에 고효율 기술개발, 친환경 대체 냉매개발, 냉매 회수 의무화등 많은 노력이 이루어지고 있다. 따라서 본 연구실은 GWP가 높은 냉매의 대기방출 예방을 위한 냉매 회수에 있어 응축열을 이용하는 방식을 개발하였다. 반도체 공정 냉각을 위한 냉동사이클을 제작하여 혼합냉매의 냉매조성비에 따른 성능특성을 확인하였다. 그리고 공조시스템, 이동식 에어컨의 실외기를 물과 열교환을 통해 냉각하여 소비전력 감소, 냉각능력 향상을 확인할 수 있었다. 이에 외도 선망어선용 해수냉각시스템의 국내 도입, 온도차 발전 사이클의 효율 향상 등의 연구를 진행하였다. 이에 따라 기후변화에 영향이 큰 온실가스 배출량의 감소 및 에너지 절약 효과가 기대된다.

가변속냉동시스템의 고효율 고정밀 자동제어

가변속 냉동시스템은 에너지절약 성능 및 넓은 범위의 부분부하 대응 능력, 그리고 제어 속응성이 우수관계로 그 사용범위가 점차 확대되고 있다. 본 연구실에서는 가변속냉동시스템의 동적 모델링과 이에 기반한 Smart 제어 실현을 목표로 한다. 전달함수 모델에 기반한 다양한 고전제어 방법과 상태공간 모델에 기반한 현대제어 수법들을 적용하여 환경변화, 외란과 잡음 인가, 모델 불확실성에 강인한 Robust 제어계설계와 구현을 목표로 한다. 그 외에도 각종 AC 모터의 고성능 제어 기술을 바탕으로 압축기의 성능 향상, 전류 정보를 이용한 고장진단, 고장허용 제어도 다룬다.

밀폐식 냉각탑의 최적화 설계

최근 들어 CFD는 하드웨어와 소프트웨어의 눈부신 발달로 보다 신뢰성을 갖추고 열유체 해석분야에서 널리 사용되고 있다. CFD는 보다 빠르고 정확하게 조건에 따른 결과를 보여주고 이를 실제 실험에 적용시킬 수 있도록 해준다. 본 연구에서 FLUENT를 이용한 열유동 해석은 멀티패스 밀폐식 냉각탑의 성능특성을 파악하기 위한 열교환기의 유동특성에 관한 변화를 찾아내는 것이다. 이를 위해 여기서는 관의 직경, 인접한 관 사이의 거리, 패스변화 등을 변수로 하여 열 및 유동특성 변화를 예측할 것이다. 그 결과는 실제 실험장치를 제작하는데 있어 중요한 데이터로 제공될 것이다.

R744와 R404A용 캐스케이드 냉동시스템과 R404A용 2단 압축 냉동시스템의 성능 비교에 관한 연구

본 연구의 목적은 R744-R404A용 캐스케이드 냉동시스템과 R404A용 2단 압축 1단 팽창식 냉동 시스템의 성능을 서로 비교하는 것이다. -30℃~-50℃의 증발온도 범위에서 2단 압축 1단 팽창식 냉동시스템의 성능계수가 캐스케이드 냉동시스템 보다 높다. 하지만, 2단 압축 1단 팽창식 냉동 시스템의 경우 증발온도와 압축효율 감소시에 성능계수의 변화가 커서 안정적이지 못하다. 특히, 압축효율 감소시에 성능계수가 크게 감소하는데, 이는 장기간 냉동 시스템의 사용시에 단점이 될 수 있다. 반면, R744-R404A용 캐스케이드 냉동 시스템은 고온과 저온 사이클에 사용되는 냉매의 적절한 선택에 의해서 다양한 온도대에서 고효율 냉동 시스템을 구성할 수 있다.