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심규호 연구실
서울과학기술대학교 심규호 교수
프리피스톤 스털링 엔진
스털링 열교환기
준정상류(iQSF) 모델
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심규호 연구실

서울과학기술대학교 심규호 교수

심규호 연구실은 진동과 열-동력 변환을 연계하는 기계 시스템 연구를 수행합니다. 프리 피스톤 스털링 엔진에서는 flexure spring 설계와 피로 검증을 바탕으로 동역학을 정합하고, 개선된 quasisteady flow 모델을 적용해 열교환기와 손실을 포함한 성능을 예측·최적화합니다. 또한 gas foil bearing과 gas foil-polymer bearing의 rotordynamics를 해석하고, piezoelectricity 기반 preload 제어 및 시험설비 기반 안정성 평가로 진동 억제 메커니즘을 규명합니다. 더불어 타이어 RFV 측정 조건과 선택적 매칭 알고리즘을 통해 구동 진동 저감을 위한 공정 설계를 다룹니다.

프리피스톤 스털링 엔진스털링 열교환기준정상류(iQSF) 모델플렉셔 스프링가스 포일 베어링
대표 연구 분야
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프리 피스톤 스털링 엔진 기반 열-진동 변환 및 성능 최적화 연구 thumbnail
프리 피스톤 스털링 엔진 기반 열-진동 변환 및 성능 최적화 연구
Free-Piston Stirling Conversion and Performance Optimization Research
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연구 성과 추이
표시된 성과는 수집된 데이터 기준으로 산출되며, 일부 차이가 있을 수 있습니다.

5개년 연도별 논문 게재 수

14총합

5개년 연도별 피인용 수

70총합
주요 논문
5
논문 전체보기
1
article
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인용수 1
·
2025
Performance Measurements and Control Characteristics of a 1 kW Class Free Piston Stirling Converter With AC Bus Controls
Jong-Su Park, Dong-Jun Kim, Kyuho Sim
IF 4.2 (2025)
International Journal of Energy Research
An experimental study of the control characteristics of a 1 kW class free‐piston stirling converter (FPSC) with alternating current (AC) bus controls is conducted. A performance test rig is constructed using a commercial beta‐type FPSC, and an AC bus controller that includes a tuning capacitor, a set of load resistors, and an AC power supply is developed. Experiment parameters include the tuning capacitance and load resistance for the AC bus circuit and the control voltage and control frequency for AC bus control under various head temperatures of the test FPSC. In addition, preliminary experiments under load resistance control scheme were conducted to identify the natural operational characteristics of the test FPSC without an external active control scheme and to determine the proper ranges of the experiment parameters for AC bus control. The experimental results are presented in terms of the output power, the power factor, and the thermal‐to‐electric efficiency of the FPSC with respect to the load resistance and the AC bus control parameters. In particular, the effect of the control frequency with respect to the FPSC operating frequency, as well as the influence of the alternator inductance on the control characteristics of FPSC are discussed in detail. Finally, it is anticipated that this research will yield a better physical understanding of comprehensive AC bus parameters related to the performance of FPSCs, will provide a simple and accurate control method for laboratory experiments on FPSCs, and will provide fundamental data for those who design advanced virtual tuning capacitor controllers.
https://doi.org/10.1155/er/5540741
Stirling engine
Piston (optics)
Automotive engineering
Electrical engineering
Control theory (sociology)
Engineering
Nuclear engineering
Control (management)
Mechanical engineering
Materials science
2
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인용수 0
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2025
Design Study of 50 W Linear Generator for Radioisotope Stirling Converters Using Numerical Simulations
Muhammad Mohsin, Dong-Jun Kim, Kyuho Sim
IF 3.2 (2025)
Energies
Stirling engines are the engines that convert heat energy into mechanical work. This study models a 50 W linear generator designed for integration with a Stirling engine. To develop a model, the base design of the already developed 1 kW model was used, and its size was proportionally reduced to match the stroke of the Stirling engine. By reducing the length of the 1 kW model to a length scale factor (LSF) of 0.5, the stroke level of the engine was determined. However, the radius of the LSF 0.5 linear generator model was adjusted to match the engine. After finalizing the 50 W linear generator dimensions, the model was simulated using MAXWELL v14. software to compute output power and other electrical parameters. This study also analyzed the losses of the 50 W linear generator and its phasor diagram. Later, the output values generated using MAXWELL software were compared with the results obtained using SAGE v11. software for verification. The outcome of this study was a model that achieved an output power of 50 W with an efficiency of 90% and a generator size of 96 mm. Because of its versatility, low weight, and high efficiency, it can be used in a wide range of applications. Due to its small size, it can be utilized for empowering humanoid robots, radioisotope power, space exploration, etc.
https://doi.org/10.3390/en18174731
Stirling engine
Converters
Generator (circuit theory)
Linear congruential generator
Nuclear engineering
Computer science
Engineering
Physics
Mechanical engineering
Electrical engineering
3
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2024
Development and Validation of an Improved Quasisteady Flow Model with Additional Parasitic Loss Effects for Stirling Engines
Dong-Jun Kim, Yeongchae Park, Kyuho Sim
IF 4.2 (2024)
International Journal of Energy Research
This paper presents the development and validation of an improved quasisteady flow model (iQSFM) that applies comprehensive parasitic losses to the quasisteady flow model (QSFM) considering an oscillating flow, which is the actual type of flow occurring in a regenerator. Validation of iQSFM was evaluated by comparing it with a QSFM based on the experimental results of a RE‐1000 regenerator. Compared to QSFM, iQSFM improved the prediction accuracy by reducing the indicated power error from 66.7% to 24.9% and the efficiency error from 35.3% to 9.4%. In addition, the prediction accuracy of iQSFM was compared when the oscillating flow and the steady flow correlation were applied to a regenerator. When iQSFM applied an oscillating flow correlation to the regenerator, it predicted the experimental results of RE‐1000 slightly more accurately than in a steady flow correlation. Finally, the engine performance and parasitic losses were analyzed through a parameter study of RE‐1000 using iQSFM. Through this, it was confirmed with iQSFM that the RE‐1000 is designed to maximize the engine performance by minimizing the parasitic losses.
https://doi.org/10.1155/2024/8896185
Regenerative heat exchanger
Flow (mathematics)
Stirling engine
Power (physics)
Mechanics
Control theory (sociology)
Computer science
Engineering
Mechanical engineering
Thermodynamics
최신 정부 과제
13
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1
2022년 2월-2027년 2월
|180,997,000
우주용 초소형 원자로 발전을 위한 스털링 컨버터 기술 개발
우주용 초소형 원자로 발전을 위한 스털링 컨버터 기술을 개발한다. 이를 위하여 고효율/고내구 프리피스톤 스털링 컨버터 프로토타입을 개발하고, 원자로 핵반응 모사 열원을 개발하여 원자로-스털링발전 개념을 실험 검증하며, 집합엔진 형태로 구현하여 실제 적용시 시스템 확장성과 작동 신뢰성을 검증한다. 이를 통하여 우주용 스털링 컨버터 요소기술과 원자로 연계 집합...
우주용 전원장치
초소형 원자로 발전
프리 피스톤 스털링 엔진
원자로-스털링 발전 시스템
원자로 열원 시뮬레이
2
주관|
2022년 2월-2027년 2월
|201,107,000
우주용 초소형 원자로 발전을 위한 스털링 컨버터 기술 개발
- 본 연구의 우주용 원자로-스털링 발전시스템은 집합엔진 형태로 스털링컨버터, 원자로 열원 시뮬레이터의 핵심장치와 엔진 구동을 위한 냉각장치, 전력변환제어기, 로드뱅크 등의 부가장치로 구성된다. 스털링 컨버터는 고온부 원자로 시뮬레이터 열원과 저온부 냉각장치를 통해 가열/냉각하여 스털링엔진이 동력을 발생시키고 선형 발전기는 전력을 생산한다. 전력변환제어기는 엔진 시동을 위한 전력공급 모터링, 발전을 위한 전기부하(로드뱅크) 스위칭을 제어하고 전기부하 조절을 통하여 피스톤 진폭을 제어한다. 스털링 핵심요소기술 개발은 엔진 내외부 열교환을 위한 열교환/재생기, 선형 피스톤 운동의 전력변환을 위한 리니어발전기, 피스톤 공진 구동을 위한 플렉셔스프링, 미세 피스톤간극 마찰 감소를 위한 가스베어링을 포함한다. - 원자로 열원 시뮬레이터는 원자로 핵분열 반응을 열적으로 모사한다. 일반 발전용 원자로는 노심 온도 상승시 핵분열 반응도가 감소하고 온도 하강시 반응도가 증가하여 열생산이 스스로 안정화 된다(자기안정화, Self-regulating) . 스털링엔진 출력은 원자로를 냉각하므로, 원자로 시뮬레이터의 열생성과 스털링엔진의 출력은 자기안정화를 통하여 열평형을 이룬다. 원자로 시뮬레이터는 히터블록, 카트리지히터, 전력제어기로 구성되어 노심을 모사하는 히터블록의 온도에 따라 핵반응 방정식에 기반한 제어알고리즘을 통하여 히터 입력전력 및 열생성량을 제어한다. - 집합엔진 시스템은 엔진 진동 상쇄를 위한 대칭구조를 이루며, 원자로 시뮬레이터가 중앙에 위치하여 균일하게 열공급한다. 엔진의 중복 제작을 피하기 위하여, 스털링 열적 시뮬레이터는 냉각수 순환장치로 구현되어 스털링 엔진의 원자로에 대한 열적 기능만을 모사한다(엔진 제작비 절감 및 개발기간 단축). 실험장치 구성은 엔진 성능시험장치 구성과 동일하다.
우주용 전원장치
초소형 원자로 발전
프리 피스톤 스털링 엔진
원자로-스털링 발전 시스템
원자로 열원 시뮬레이
3
주관|
2018년 5월-2022년 5월
|50,000,000
초임계 CO2를 적용한 스털링 사이클의 해석모델 개발 및 실험적 타당성 연구
본 과제는 스털링 사이클 기반 열기관인 스털링 엔진에 초임계 이산화탄소를 적용해 마찰손실을 줄인 구조의 한계를 열손실 관점에서 개선하는 연구임. 연구 목표는 해석모델 기반으로 초임계 이산화탄소 스털링 엔진을 설계·구현하고 기술 타당성을 검증함. 핵심 연구 내용은 열역학 유동유체 에너지방정식 기반 준정상유동 해석모델과 피스톤 운동방정식 가진력 연계 비선형 동역학 해석모델 개발, 헤드부 고항복응력 재료·두께 최소화 설계, 열교환부 열전달량/압력강하 예측 및 실험계획법 최적설계, 발전부 전자기 해석 최적화, 공기·헬륨 구동안정화 후 초임계 상태제어 알고리즘 확보와 선형발전기 발전/모터모드 성능·환경변화 시험으로 모델 검증 수행임. 기대효과는 학술적 신규성, 효율 향상 검증을 통한 기술 혁신, 친환경 재생에너지 전력화 및 극저온 냉동기 등 산업 파급 확대 기대함.
초임계 이산화탄소
스털링 사이클
프리피스톤 스털링엔진
열역학
동역학
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상태출원연도과제명출원번호상세정보
공개2021휠과 타이어 매칭 방법1020210041244
등록2019고체연료 직접연소 방식과 가스화 연소 방식을 이용하는 하이브리드 열공급 장치 및 이를 이용하는 열병합 발전 시스템1020190114847
등록2019스털링 냉동기를 이용한 전신 크라이오테라피 장치 및 그 방법1020190114846
전체 특허

휠과 타이어 매칭 방법

상태
공개
출원연도
2021
출원번호
1020210041244

고체연료 직접연소 방식과 가스화 연소 방식을 이용하는 하이브리드 열공급 장치 및 이를 이용하는 열병합 발전 시스템

상태
등록
출원연도
2019
출원번호
1020190114847

스털링 냉동기를 이용한 전신 크라이오테라피 장치 및 그 방법

상태
등록
출원연도
2019
출원번호
1020190114846

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