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대형 가솔린 엔진의 폐열 회수 장치인 슈퍼히터의 최적 위치선정을 위한 시뮬레이션 연구
A Simulation Study for Selecting Optimum Position of a Superheater in a Waste Heat Recovery System Integrated with a Large Gasoline Engine 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.40 no.2 = no.365, 2016년, pp.69 - 73  

김세린 (충북대학교 기계공학부) ,  최경욱 (한양대학교 기계공학부) ,  이기형 (한양대학교 기계공학부) ,  김기범 (충북대학교 기계공학부)

초록
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최근 자동차 엔지니어들은 자동차 엔진의 열효율을 향상시키기 위한 수단으로 폐열 회수 기술에 많은 관심을 기울이고 있다. 배기량이 큰 가솔린 엔진은 대체로 V형인데, 열 회수를 위해 두 개의 슈퍼히터를 각각의 배기 다기관 가까이에 설치하는 것은 비용 면에서 효율적이지 않다. 하나의 슈퍼히터를 한쪽 배기 다기관에 최대한 가깝게 부착하면 좀 더 높은 열교환 효율을 얻을 수 있으나 폐열회수를 위한 배기가스의 유량은 절반이 된다. 반면에, 배기가스의 유량을 전부 이용하기 위하여 두 배기관이 합류된 지점에 슈퍼히터를 설치하면 배기가스의 온도는 많이 감소된다. 이 사실을 바탕으로 슈퍼히터의 최적 위치를 조사하기 위하여 상용프로그램인 AMESim을 이용해 해석을 수행하였다. 이 때, 배기가스 유량 중 절반만을 사용하더라도 슈퍼히터를 배기 다기관과 최대한 가까이 부착하는 것이 엔진의 배기가스로부터 3.8 kW의 열을 더 회수할 수 있는 것으로 나타났다. 이 결과를 바탕으로 최적의 폐열 회수 모델을 도출하고 제안하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, automotive engineers have paid much attention to waste heat recovery technology as a possible means to improve the thermal efficiency of an automotive engine. A large displacement gasoline engine is generally a V-type engine. It is not cost effective to install two superheaters at each exh...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 랭킨 사이클 히터 부분인 보일러와 슈퍼히터의 위치에 따라 폐열 회수율이 어떻게 달라지는지 2가지 모델을 가지고 평가해 보았으며 자동차의 폐열 회수를 위한 최적의 랭킨사이클 시스템 설계를 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
현재 자동차에 사용되는 내연기관의 에너지 효율의 수준은 어떠한가? 현재 자동차에 사용되는 내연기관은 공급된 화석 연료의 30 % 정도만 동력으로 전환되고, 60% 이상의 에너지는 배기가스와 냉각 폐열로 버려지는데, 이는 에너지 효율 측면에서 볼 때 큰 손실이다.(1) 또한, 지구온난화에 주범인 이산화탄소에 대한 배출 규제가 강화되어 이를 만족시키기 위해서는 자동차 엔진의 연비 향상이 시급하다.
자동차에 사용되는 내연기관의 에너지효율 및 배출규제 문제 해결을 위해서 어떤 연구가 진행되고 있는가? 이러한 문제를 해결하기 위하여 엔진의 배기 및 냉각수의 폐열 에너지를 다시 사용하는 에너지 회수 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 추세이다.(4) 이러한 시스템을 폐열 회수 시스템이라고 하는데, 폐열을 회수하는 방법은 크게 세 가지로 열전소자 발전, 랭킨 사이클, 터보 컴파운드 시스템 등을 이용하는 방법이 있다.
폐열을 회수하는 방법에는 무엇이 있는가? 이러한 문제를 해결하기 위하여 엔진의 배기 및 냉각수의 폐열 에너지를 다시 사용하는 에너지 회수 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 추세이다.(4) 이러한 시스템을 폐열 회수 시스템이라고 하는데, 폐열을 회수하는 방법은 크게 세 가지로 열전소자 발전, 랭킨 사이클, 터보 컴파운드 시스템 등을 이용하는 방법이 있다. 이중 폐열 회수율이 뛰어난 랭킨 사이클이 주목을 받고 있다.
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참고문헌 (6)

  1. Cha, W. S., Choi, K. W., Kim, K. B. and Lee, K. H., 2012, "A Study on the Way to Improve Efficiency of a Waste Heat Recovery System for an Automotive Engine," Trans. Korean Soc. Automotive. Eng. Vol. 20, No. 4, pp. 76-81. 

  2. Stobart, R. and Weerasinghe, R., 2006, "Heat Recovery and Bottoming Cycles for SI and CI Engines-A Perspective," Society of Automotive Engineering. 2006-01-0662. 

  3. Endo, T., Kawajiri, S., Kojima, Y., Takahashi, K., Bada, T., Ibaraki, S., Takahashi, T. and Shinohara, M., 2007, "Study on Maximizing Exergy in Automotive Engines," Society of Automotive Engineering. 2007-01-0257. 

  4. Teng, H., Regner, G. and Cowland, C., 2007, "Waste Heat Recovery of Heavy-Duty Diesel Engines by Organic Rankine Cycle Part I: Hybrid Energy System of Diesel and Rankine Engines," Society of Automotive Engineering. 2007-01-0537. 

  5. Saadatfar, B., Fakhrai, R. and Fransson, T., 2013, "Waste Heaet Recovery Organic Rankine Cycles in Sustainable Energy Conversion: A State-of-the-Art Review," Journal of MacroTrends in Energy and Sustainability, Vol. 1, No. 1, pp. 161-188. 

  6. Glavatskaya, Y., Podevin, P., Lemort, V., Shonda O. and Descombes, G., 2012 "Reciprocating Expander for an Exhaust Heat Recovery Rankine Cycle for a Passenger Car Application," Energies, Vol. 5, No. 6, pp. 1751-1765. 

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