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문제 정의
- 기존의 연구(6-8)와는 달리, 본 연구에서는 N-연속-카르노 사이클의 출력을 극대화 시키기 위하여 2개의 인자를 택하여 최적화 시켰다. 첫 인자는 N번째 카르노 사이클의 고온부 온도 Th,N이며, 나머지 인자는 사이클 구동에 필요한 총 열관류율 중 사이클이 열원으로부터 열을 받는데 필요한 열관류율 분율인 UAH/(UAH+UAL)로 하였다.
- 본 연구의 목적은 열원 및 열침(냉각수) 유량 조건, 그리고, 사이클 구동에 필요한 총 열관류율이 주어진 경우에 대해, 약 100℃ 근처의 저온 열원을 이용하는 열기관의 이론 최대 출력을 연속-카르노 사이클 모델을 이용하여 구하고, 설계 조건 변화에 따른 최적 설계변수 값의 변화를 고찰하는데 있다. 이러한 고찰은 향후 실제 저온 열원 이용 동력 사이클 설계 및 최적 운영에 참고자료로서 활용될 수 있다.
- 열에너지를 전기에너지로 변환시키기 위한 연구는 오랫동안 진행되어 왔으나, 현재 대부분의 상용화된 응용분야는 온도차를 이용한 열역학적 동력 사이클을 근간으로 하고 있다. 전통적인 열역학적 동력 사이클 연구는 화석연료 등의 연소열을 에너지원으로 사용하는 스팀 랭킨 사이클에 관한 연구로서, 한정된 연소열 조건하에서 주로 사이클의 효율(1법칙 효율)을 향상시키는 것에 목적을 두고 있었다.
가설 설정
- # 조건을 만족하면 저온부의 열교환기 내 최소 온도차 △Tmin,L를 가정한다.
- 계산의 편의를 위하여 각 미소 사이클의 수열량(#)은 동일하다고 가정하였으며, 각 미소 사이클들과 열원의 최소온도차는 △Tmin,H, 미소 사이클들과 열침의 최소온도차는 △Tmin,L로 각각 동일하다고 가정하였다.
- # 조건을 만족하면 저온부의 열교환기 내 최소 온도차 △Tmin,L를 가정한다. 또한, TI,N을 가정한다. 다음, N번째 사이클의 방열량 #을 구한다.
- 2와 같은 과정으로 구할 수 있다. 우선 고온부의 열교환기 내 최소 온도차 △Tmin,H를 가정한다. 주어진 Th,N으로부터 열원 출구온도 THO,N을 구한다.
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