제목

3D 프린팅 열교환기를 적용한 초임계 자연냉매 히트펌프 사이클의 성능 최적화

상세 설명

이 연구는 초임계 자연냉매 히트펌프 사이클의 성능을 최적화하고 기술경제성을 평가하기 위해 3D 프린팅 열교환기를 적용하는 것을 목표로 함. 초임계 CO₂ 히트펌프 시스템은 높은 에너지 효율과 낮은 탄소 배출을 실현할 수 있는 잠재력을 가지고 있으나, 임계점 근처에서의 급격한 열물리학적 변화와 복잡한 유동 거동으로 인해 성능 최적화가 어려운 과제를 안고 있음. 연구의 첫 번째 단계에서는 Brayton 사이클을 기반으로 한 초임계 CO₂ 히트펌프 사이클의 열교환기 수치해석 모델을 개발하며, 임계점 근처의 열물리학적 특성을 고려한 유동거동 해석과 사이클 시스템 내부의 열전달 현상 해석모델을 구축함. 또한, 작동 인자를 반영한 범용 열전달 Nusselt 수 상관식을 도출하고 오차 범위를 분석함. 두 번째 단계에서는 3D 프린팅 기술을 적용하여 유동 최적화된 특수형상 열교환기를 설계하고, 유동 레짐을 규명하며 초임계 CO₂ 히트펌프 사이클의 부하 대응 수치해석 평가를 수행함. 마지막으로, 금속 3D 프린팅 기술을 활용하여 제작된 열교환기의 실험적 성능평가를 통해 열전달 성능을 최적화하고 성적계수를 분석함. 본 연구를 통해 에너지 효율 증대와 탄소 배출 저감을 실현함으로써 환경 보호에 기여하고, 3D 프린팅 기술을 활용한 혁신적인 열교환기 설계를 통해 초임계 CO₂ 히트펌프 시스템의 상용화 가능성을 높이고자 함. 궁극적으로, 이 연구는 지속 가능한 에너지 솔루션을 제공하고 친환경 에너지 전환 및 산업 경쟁력 강화에 중요한 기여를 할 것으로 기대됨.

기관명

과학기술정보통신부

예산

키워드

프로젝트 기간

2022년 02월 - 2023년 01월

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