변화하는 열유량에 대응하기 위한 온도차발전용 판형열교환기의 최적설계

Abstract

해양온도차발전(OTEC) 시스템의 원리는 표층수의 더운물과 심층수와의 온도차를 이용해 비등점이 낮은 액체(냉매)를 증발 냉각시킨 뒤 그 압력차를 이용해 발전하는 것으로 즉, 고온의 열원에서 저온의 열원으로 열이 흘러 들어가 터빈을 구동시켜 전력을 생산하는 방법이다. 냉매의 증발과 응축을 위해서는 열교환기가 필요하고, 이때 많은 해수가 필요하다. 본 연구는 기존의 해양온도차발전 시스템에 다양한 유량과 온도조건이 있을 때 기존의 열교환기를 사용할 수 있도록 온열원의 조건을 설정하기 위한 연구이다. 이를 위해 다양한 열원의 온도와 유량별로 1대의 열교환기를 사용할 수 있도록 온도와 유량을 설계하였으며, 이때 열용량과 냉매의 조건을 일정하게 설정하게 하였다. 고온의 열원만 있다면, 그 열원의 유량을 조절함으로써 동일한 열량을 가지면서 냉매의 조건은 일정한 1대의 열교환기를 사용 가능할 수 있음을 알 수 있었다. 고온의 열원의 온도가 50℃일때 기존의 시스템의 해수 유량보다 10%만 사용하여도 동일한 열교환기 성능을 발휘할 수 있었다. 그러나 냉매의 출구 조건을 정확하게 맞추기 위해서는 실제 운전을 통해 냉매량 조절이 필요하다고 판단된다.