초록 ▼

전기자동차용 고효율 모듈형 2kW급 히팅시스템 개발(I)

Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
◦ 리튬이온전지는 4V에 가까운 높은 방전 전압과 우수한 중량 에너지밀도를 가지고 있어 전력저장용 및 전기자동차용 등의 고성능 전지로 사용되고 있음. 리튬이온전지는 0 ℃ ~ 40 ℃ 범위에서 정상적인 성능을 나타내는 것으로 알려져 있지만, 배터리 성능은 0℃에서 실온조건(25℃)보다 20% 감소하며, -20℃에서는 40% 감소함.
◦ 이러한 저온에서의 배터리성능 저하 문제는 전기자동차용 복

전기자동차용 고효율 모듈형 2kW급 히팅시스템 개발(I)

Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
◦ 리튬이온전지는 4V에 가까운 높은 방전 전압과 우수한 중량 에너지밀도를 가지고 있어 전력저장용 및 전기자동차용 등의 고성능 전지로 사용되고 있음. 리튬이온전지는 0 ℃ ~ 40 ℃ 범위에서 정상적인 성능을 나타내는 것으로 알려져 있지만, 배터리 성능은 0℃에서 실온조건(25℃)보다 20% 감소하며, -20℃에서는 40% 감소함.
◦ 이러한 저온에서의 배터리성능 저하 문제는 전기자동차용 복합 히팅시스템을 통해 가열된 냉각수의 순환을 통해 저온 환경에서 배터리의 온도를 정상 작동범위로 히팅하여, 겨울철 전기자동차의 충전 및 시동성능을 향상 시킬 수 있음.
◦ 전기자동차는 1회충전주행거리가 짧은 한계가 있으며, 실내의 냉․난방을 위한 공기조화시스템은 배터리전력에 의존해야하기 때문에 1회충전주행거리가 크게 감소함. 특히 난방시에는 1/3 수준으로 크게 감소함.
◦ 전기자동차는 내연기관을 이용하는 기존 차량과 달리 차량 내부를 난방할 수 있는 폐열이 적으며, 모터 등에서 발생되는 열 또한 많지 않음.
◦ 전기자동차의 난방을 위해 사용되는 고전압 PTC(Positive temperature coefficient) 히터의 전력사용량(5.6 kW 정도)이 많기 때문에 1시간 작동시 전기자동차의 배터리 용량(약 16 kWh)의 30% 정도를 소모하게 되고 교통체증 등이 발생시 배터리방전에 대한 운전자의 불안감은 극도로 증가하는 문제점이 있음.
◦ 전기자동차의 냉난방을 위해 차량용 히트펌프를 적용하려고 하지만, 저온에서 히트펌프의 성능이 떨어지는 문제가 있어 PTC 히터를 추가 적용하고 있음. 그러나 PTC의 높은 전력소모로 인해 1회충전 주행거리가 역시 크게 감소함.
◦ 최근 전기모터의 폐열을 활용하여 히트펌프의 성능을 개선하려는 연구가 있으나, 차량이 구동되지 않는 배터리 충전시 및 장기 주차 후 시동시에는 모터의 폐열이 없기 때문에 전기자동차의 시동성능을 개선하지 못하고 있음.
◦ 이러한 전기자동차의 겨울철 문제점은 소량의 저탄소연료의 연소공기로부터 열교환된 고온공기 및 가열된 냉각수를 직접 공급함으로써 해결 가능함. 연료를 통해 생산된 전력을 사용하는 PTC히터와 달리 연료로부터 직접 에너지를 얻는 방식이기 때문에 효율 또한 높음.
◦ PTC히터를 대체할 본 연구의 전기자동차용 히팅시스템은 난방용 공기와 배터리히팅용 냉각수를 같이 공급하는 방식의 복합형 히팅 방식임.
◦ 현재까지 전기자동차의 미진한 보급으로 인해, 겨울철에 전기자동차를 운행해 본 운전자들이 많지 않은 실정에서 관련 기술의 중요성을 크게 인식하지 못하고 있으나, 정부의 보급계획에 따라 전기자동차 보급대수가 증가할 경우 관련 기술의 중요성이 크게 부각될 것으로 판단됨.


분리막이용 환경친화적 제습공조 시스템 기술개발(I)

Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
- 1차 에너지의 30% 정도가 주거/건물 에너지이며, 그 중 70% 이상이 냉난방/공조용 에너지가 차지할 정도로 많은 에너지가 냉난방 및 공조를 위해 사용 중임
- 고온 다습한 여름철 냉방부하의 지속적 증가로 인한 피크전력 부족 및 Black-out 가능성 등으로 인한 저에너지형 공조시스템 개발이 시급히 요구됨
- 공조시스템에서 냉방 외에도 제습, 제진 등에 의한 공기 질 향상을 통한 삶의 질 개선이 요구되고 있음
- 기존의 제습시스템의 경우 기체 냉각 및 제습제의 재생을 위해 과다한 에너지가 소모되므로 절대습도를 직접 낮출 수 있는 시스템 개발을 통해 에너지절약효과를 극대화할 수 있는 제습공조시스템이 필요하며, 이에 부합하는 시스템이 분리막 제습시스템임
- 기존 제습방식은 제습 성능의 한계와 에너지의 과다사용 등 제한요소를 갖고 있지만 분리막 이용 제습기술은 동일 온도/습도조건에서 저에너지를 사용하여 수분을 제거하여 원하는 온도와 습도를 만들 수 있는 제습기술임
- 많은 분야에서 사용하고 있는 건조 및 제습은 방식에 따라 여러 가지 문제가 발생하고 있음. 따라서 제습냉각기술의 활용도 및 국/내외 시장개척을 위해서는, 제습로터, 증발냉각기 등 주요 부품에 대한 개발 및 신개념의 기술개발이 필요함
☛ 설치공간의 최소화, Energy Saving (효율증대 및 동력절감), 유지보수 최소화 할 수 있는 공기조화 시스템 개발 필요


기후변화 대응을 위한 흡착 냉방 시스템 개발에 관한 연구(I)

Ⅱ. 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
- 경제의 발전에 따라 쾌적한 주거 및 근무환경 추구와 지구 온난화로 인한 기온 상승으로 냉방수요가 급격히 증가하여 세계에서 생산된 전력의 15%, 전체 가정, 상업용 건물의 45% 에너지가 냉동, 냉방에 사용되고 있고 그 비율이 더 증가할 것임.
- 세계적으로 냉방의 99% 이상이 프레온계 냉매를 사용하는 전기압축식 냉동기로 이루어지므로 하절기 전력 부족, 온실가스 배출, 오죤층 파괴 등의 문제를 야기함.
- 반면에 산업폐열 중 가장 많이 발생하는 90oC 이하의 저온폐열과 하절기 태양열 온수 등은 마땅한 사용처가 없음.
- 에너지 수요 증가와 기후변화 대응을 위하여 저온 폐열과 신재생 열에너지의 효율적인 활용 기술이 필요하고, 2016년부터 시행 예정인 신재생 열에너지 공급 의무화제도(RHO)에 대비하기 위하여 하절기에 활용도가 낮은 신재생열에너지를 이용한 냉방기술 개발이 필요함.
- 흡착식 냉방시스템은 저온 열원 (60~90oC)으로 구동되고 냉매로 물, 메탄올, 에탄올, 암모니아 등을 사용하여 냉방열(5~15oC) 또는 냉장열 (-20~0oC)을 생산하므로 전기압축 프레온 냉방기를 대체하는 무전력 환경친화적 냉방시스템임.
- 저온열원
- 산업폐열 중 가장 많이 발생하지만 활용처가 마땅찮은 저온폐열 (90oC 이하)
- 태양열 온수: 하절기 활용처 확대를 위한 태양열 냉방 연구 활발
- 지역난방 온수: 우리나라 지역난방 보급 활발, 하절기 유효한 활용 방안 필요
- CHP, 지열, 연료전지 폐열, 발전기 엔진 냉각열 등
- 흡착제와 냉매로서 실리카겔-물 또는 제올라이트-물을 사용하는 흡착식 냉동기가 일본, 독일, 미국 등에서 일부 상용화 되어 있지만 부피가 크고, 고가여서 많이 활용되지 못하고 있음.
국외 관련회사: Mayegawa/Nishiyodo/Mitsubish/Union Ind. (일본), Power partners/HIJC (미국), SorTech/Solar Next/GBU/Invensor (독일), Weatherite Mfg (영국)
- 미국 DOE ARPA-E 프로젝트 중 High efficiency adsorption chiller (PNNL 주관)
- 생산기술연구원, 흡착식 냉동 연구 중

- 이 연구에서는 나노기술을 활용한 혁신적인 흡착제와 흡착탑의 열 및 물질전달 향상, 그리고 고효율 흡착 냉방 사이클을 연구하여 흡착식 냉방 시스템의 성능을 획기적으로 향상시키고자 함.


고효율 흡수식 응축열회수 기술 개발

Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
본 연구에서는 배가스 폐열을 회수할 수 있는 흡수식 응축열회수 시스템 성능을 확인하였다. 기존 흡수식 응축열회수 성능을 개선하기 위해, 유동층 열교환 기술 및 시스템 최적화를 통해 흡수액 재생을 위해 필요한 재생열량을 최소화하면서 최적운전을 위해 전단열교환기를 적용하였다. 이를 실증하기 위해, 0.3Ton/hr 증기발생 용량의 가스보일러와 연계한 pilot-scale 흡수식 응축열회수 장치를 통해 배가스 배열회수 성능을 확인하였다. 시스템 성능계수인 COP의 경우 1.0을 상회하는 것을 확인하였으며, 3단 유동층 열교환기의 효율이 90%이상 됨을 확인하였다. 본 연구에서 개발된 흡수식 응축열회수 기술은 저온 배가스가 배출되는 다양한 산업 및 집단난방 시스템들에 적용이 가능하며, 이를 위해서는 상업용 규모의 시스템에 적용 가능한 scale-up 기술 개발로 시스템 최적화 및 장기운전에 따른 시스템 신뢰성에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.


터보컴파운드를 적용한 배기에너지회수시스템 개발

Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
터보컴파운드용 터빈의 경우 설계 및 해석을 통해 10.4 kW 의 출력을 생산하는 경우 86.4%의 효율을 보임을 확인하였고, 발전기의 경우 10 kW 정도의 출력을 내는 경우 효율이 90% 이상이었다.
터빈과 발전기를 결합하여 완성된 터보컴파운드시스템은 리그시험 평가를 통한 평가까지 진행되어 실제 엔진 발전기 적용 시 나오는 터보컴파운드시스템에서 발생하는 전력량에 대한 평가를 하지 못하였고, 다만 리그시험 결과에서 4.4 kW 정도의 발전출력을 얻을 수 있었다. 리그시험 장치에서 터보컴파운드시스템으로 공급하는 유체의 온도 및 유량이 실제보다 낮기 때문에 터보컴파운드시스템에서의 발전출력이 낮게 타나난 것이다.
엔진의 배기에너지를 회수 할 수 있는 터보컴파운드시스템은 시스템이 단순하고 부피가 크지 않기 때문에 엔진 발전기 외에도 차량용 엔진에도 적용이 가능할 것으로 판단된다.

Abstract ▼

Development of High Efficient Condensing Heat Recovery System with Absorption Solution

Ⅳ. Result and Recommendations
To improve the efficiency in absorption condensing heat recovery system, a fluidized bed heat exchanger are applied and pre-heat exchanger have been integrated with absorpti

Development of High Efficient Condensing Heat Recovery System with Absorption Solution

Ⅳ. Result and Recommendations
To improve the efficiency in absorption condensing heat recovery system, a fluidized bed heat exchanger are applied and pre-heat exchanger have been integrated with absorption condensing heat recovery system through the optimization. Pilot-scale test rig has been demonstrated with natural gas fired boiler (generating amount of 0.3 Ton/hr steam). The result showed that COP(coefficient of performance) in system is higher than 1.0 (target of current study) and heat exchanger efficiency is over 90% (target of current study) as well. This absorption condensing heat recovery system could be applied to various industrial boilers and industrial processes etc. For commercialization, the future studies are as follows; the optimization on absorption condensing heat recovery system with respect to scale-up and the reliability of system according to long-term operation.


Development of Exhaust Energy Recovery System with the Turbo Compound

Ⅳ. Result and Recommendations(14포인트, 신명 태명조체, 왼쪽)
The turbine for the turbo compound was designed and analyzed had 86.4% efficiency and 10.4 kW mechanical power. And the generator had over 90% efficiency under around 10 kW generation.
The turbo compound by combining the turbine and generator was not assessed with the real engine but with rig tester. In the case of rig tester, the turbo compound generated about 4.4 kW. The power from the turbo compound was lower than expect because the rig tester did not supplied enough flow rate and temperature to the turbo compound system.
Though the result from the rig tester, still the turbo compound regenerating the exhaust gas energy can applied not to engine generators but also to vehicles due to its smaller volume and simple shape

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 총목차 ... 3
• 전기자동차용 고효율 모듈형 2kW급 히팅시스템 개발(I) ... 4
• 표지 ... 4
• 목차 ... 6
• 2015년도 주요사업 연차(최종)평가 보고서 ... 8
• Ⅰ. 일반현황 ... 8
• Ⅱ. 과제의 목표 및 내용 ... 9
• Ⅲ. 추진 전략 ... 12
• Ⅳ. 추진 실적 ... 16
• Ⅴ. 향후 계획 ... 43
• 분리막이용 환경친화적 제습공조 시스템 기술개발(I) ... 44
• 표지 ... 44
• 목차 ... 46
• 2015년도 주요사업 연차(최종)평가 보고서 ... 48
• Ⅰ. 일반현황 ... 48
• Ⅱ. 과제의 목표 및 내용 ... 49
• Ⅲ. 추진 전략 ... 51
• Ⅳ. 추진 실적 ... 53
• Ⅴ. 향후 계획 ... 73
• 기후변화 대응을 위한 흡착 냉방 시스템 개발에 관한 연구(I) ... 74
• 표지 ... 74
• 목차 ... 76
• 2015년도 주요사업 연차(최종)평가 보고서 ... 78
• Ⅰ. 일반현황 ... 78
• Ⅱ. 과제의 목표 및 내용 ... 79
• Ⅲ. 추진 전략 ... 81
• Ⅳ. 추진 실적 ... 84
• Ⅴ. 향후 계획 ... 110
• 고효율 흡수식 응축열회수 기술 개발 ... 111
• 표지 ... 111
• 요약문 ... 113
• SUMMARY ... 115
• CONTENTS ... 117
• 목차 ... 118
• 그림목차 ... 119
• 표목차 ... 121
• 제1장 서론 ... 123
• 제1절 연구 배경 ... 123
• 제2절 기술 개요 ... 125
• 제3절 연구 목적 ... 126
• 제2장 국내외 연구동향 ... 128
• 제1절 저온배가스 회수기술 메가트랜드 ... 128
• 제2절 단순 응축열회수 기술 ... 129
• 제3절 흡수식 응축열회수 기술 ... 134
• 제3장 연구개발 수행내용 및 결과 ... 138
• 제1절 흡수식 열회수 시스템 최적설계 ... 138
• 제2절 pilot-scale 실험 ... 143
• 제4장 결 론 ... 164
• 참고문헌 ... 165
• 터보컴파운드를 적용한 배기에너지회수시스템 개발 ... 166
• 표지 ... 166
• 요약문 ... 168
• SUMMARY ... 170
• CONTENTS ... 172
• 목차 ... 174
• 그림목차 ... 176
• 표목차 ... 182
• 제1장 서 론 ... 184
• 제1절 연구 배경 ... 184
• 제2절 기술 개요 및 필요성 ... 184
• 제2장 배열회수 기술 개발 현황 ... 188
• 제1절 국내 외 기술 개발 현황 ... 188
• 제2절 터보컴파운드기술 개발 현황 ... 192
• 제3장 전기식 터보컴파운드시스템 기술 개발 ... 195
• 제1절 시스템 구성 ... 195
• 제2절 터보컴파운드용 발전기 ... 195
• 제3절 터보컴파운드용 터빈 ... 202
• 제4절 터보컴파운드 시스템 ... 263
• 제4장 결 론 ... 269
• 참고문헌 ... 270
• 끝페이지 ... 270