과냉각도 및 유량비에 따른 냉동-온도차발전 듀얼시스템의 성능 분석

Abstract

현재까지 세계적으로 풀어야 할 숙제인 지구 환경문제는 지구온난화와 오존층 파괴가 가장 대표적이며, 이는 화석연료 사용의 증가가 주된 원인으로 지목된다. 이에 세계 각국은 대체에너지 개발에 박차를 가하고 있으며, 해양에너지는 무한한 자원과 지속 가능성 및 친환경성으로 이를 활용한 연구 개발도 활발하다. 대표적인 일환으로 해양의 표층수와 심층수의 온도차를 이용한 해양온도차 발전시스템이 있으며, 해양온도차 발전시스템에 이젝터를 적용하여 효율을 높이는 연구가 진행되고 있다. 이젝터의 적용은이젝터의 승압효과를 이용하여 터빈 입·출구 압력차를 증대시켜 효율을 향상하기 위한 목적이다. 또한 냉동시스템에서도 이젝터를 적용하여 팽창 시 에너지 손실을 줄임으로써 효율을 높이는 등의 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 연구를 바탕으로 해양의 표층수와 심층수를 사용하는 냉동-온도차발전 듀얼시스템은 기존의 냉동시스템과 해양온도차 발전시스템을 듀얼시스템으로 구현하였으며, 이젝터 적용을 통해 시스템의 성능 향상을 목표로 한다. 본 연구에서는 이젝터의 유량비와 냉동시스템의 과냉각도를각 변수로 두어 COP와 시스템 효율에 대한 분석을 실시하였다. 이젝터의 유량비는 이젝터의 모티브 냉매유량과 흡입 측 냉매유량의 비를 의미하며, 이는 냉동과 발전의 비중을 의미한다. 과냉각도의 경우 냉동사이클에서는 COP 향상에 기여하고, 발전사이클에서는 증발열량의 일부를 차지하여, 발전시스템의 효율과 직결되는 변수이다. 분석에 사용된 냉매는 R134a냉매이며, 응축기로 들어가는 표층수의 온도는 26℃, 발전사이클의 냉각수로는 5℃의 심층수로 설정하였다. 냉동사이클에서 증발온도는 30℃로 20℃