연소실 보호를 위한 재생냉각 방식 연구

박희호(Hee-ho Park),김정훈(Jung-Hun Kim),최영환(Young-Hwan Choe),김유(Yoo Kim) 한국항공우주학회 2005 韓國航空宇宙學會誌 Vol.33 No.3

본 연구는 재생냉각 시스템 설계를 위한 설계절차를 확립하고, 프로그램을 개발하는 것이다. 재생냉각 시스템 개발을 위한 설계변수를 도출하기 위해서 물을 냉각제로 하는 냉각 시스템을 설계절차에 맞추어 설계하였다. 물을 냉각제로 하는 250㎏f급 엔진을 이용한 연소시험을 통해서 제안된 예측결과와 실험결과를 비교하였고, 비교적 일치함을 보였다. 이와 같이 검증된 설계 프로그램이 케로신을 냉각제로 하는 재생냉각 시스템에 적용 가능함을 확인하였다. 본 연구를 통해 얻은 기초 자료와 관계식은 실제 액체로켓엔진 설계에 직접 사용 가능할 것이다. The purpose of the study was to establish the design procedure and develop the program for designing regenerative cooling system. To obtain the design parameter necessary for the realization of regenerative cooling system, water-cooled regenerative cooling system was designed from suggested procedure. To compare experimental results with a present method of analytically predicting the heat transfer loads, 250㎏f experimental LRE with water-cooled regenerative cooling system was investigated. Based on the investigation, the good correction between the predicted and measured data was verified. Developed design program can be used to designing Kerosene-cooled regenerative cooling system. The basic experimental data and correlations obtained in this study for 250㎏f experimental LRE with water-cooled regenerative cooling system can be directly applicable to the real LRE.

하이브리드 추진시스템의 엔진 냉각시스템 최적화 설계 및 시험

김태균(Taekyoon Kim),김영진(Youngjin Kim),여홍태(Hongtae Yeo) 항공우주시스템공학회 2023 항공우주시스템공학회 학술대회 발표집 Vol.2023 No.05

태양광 모듈의 과열 방지용 공랭형 스털링기관 냉각 시스템 개발

김형은,박찬우,추진경,금동엽,박실로,김정민,김대진,Kim, Hyoungeun,Park, Chanwoo,Chu, Jinkyung,Keum, Dongyeop,Park, Silro,Kim, Jeongmin,Kim, Daejin 대한기계학회 2014 대한기계학회 논문집. Transactions of the KSME. C, 산업기술과 혁신 Vol.2 No.1

태양광 모듈의 과열을 방지하여 효율을 향상시키기 위해 스털링기관을 이용한 새로운 공랭식 냉각 시스템을 개발하였다. 베타 타입 스털링기관에 냉각팬을 연결하고 태양광 모듈의 뒷면에 반원형의 에어가이드를 부착함으로써 스털링기관 작동에 의해 발생된 강제대류가 에어가이드를 따라 이동하면서 태양광 모듈의 후면을 냉각하는 방식이다. 할로겐 조명을 활용한 하절기 모사 성능 평가 실험 결과 본 연구를 통해 개발된 새로운 냉각시스템을 적용할 경우 태양광 모듈의 온도가 냉각을 적용하지 않은 경우에 비해 약 $12^{\circ}C$ 낮아지고 출력 전압은 약 25% 향상되었다. In this paper new air-cooling system utilizing Stirling engine was proposed for improving efficiency in solar photovoltaic power generation. The solar cell plate was equipped with semi-circular channel for air flow on the backside. Beta-type Stirling engine was installed on the plate and its flywheel was connected to a motor fan by a transmission belt. A forced convective air flow for heat radiation was generated by the operation of the self-starting Stirling engine. The performance tests for power generation of solar cell with or without the proposed air-cooling system were conducted under halogen lamp. From the experimental results, it was found that decline in output voltage of the solar cell with proposed cooling system was 25% less than that of the solar cell without cooling system.

헬륨 냉각용 열교환기 설계에 대한 고찰

송재강(Jaekang Song),박주현(Joohyen Park),문종훈(Jonghoon Moon),이장환(Janghwan Lee),김용욱(Yongwook Kim),김형근(Hyeungkeun Kim) 한국추진공학회 2019 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2019 No.5

한국형발사체 추진제탱크의 가압방식으로는 극저온 저장가스 가압시스템이 적용되어졌다. 극저온 유체로는 헬륨이 사용되어졌으며, 발사체 내에서 극저온 상태 유지를 위하여 산화제(액화산소) 저장탱크내 극저온 헬륨 저장탱크를 위치하도록 하였다. 산화제 탱크 내 위치한 헬륨 탱크에 상온 헬륨을 공급할 경우, 헬륨과 산화제의 급격한 온도차로 인하여 여러 문제점을 발생시킬 수 있다. 따라서 가압용 헬륨 충전을 위해서는 산화제와의 온도차를 줄이기 위한 지상 공급시스템의 냉각 장치가 필요하다. 또한 헬륨 냉각용 열교환기는 설치 후 비용, 인허가 및 반출입의 제약으로 인해 보완이 어렵다. 따라서 본 연구에서는 대수평균 온도차 기법과 Pilot test를 통한 액화질소를 냉매로 사용한 헬륨 냉각용 열교환기의 설계 방법에 대하여 알아보고자 하였다. A cryogenic storage gas pressurization system was applied as a pressurization method for the propellant tank of KSLV-Ⅱ. Helium was used as the cryogenic fluid and the cryogenic helium storage tank in the oxidizer(LOx) storage tank was positioned to continue cryogenic conditions in the projectile. When room temperature helium is supplied to a helium tank located in an oxidizer tank, various problems may be caused due to a rapid temperature difference between helium and oxidizer. Therefore, for the pressurized helium charging, a cooling system of the ground supply system is required to reduce the temperature difference with the oxidizer. Also after installing, the heat exchanger for helium cooling is difficult to improve due to costs, permission for high pressure gases and import / export restrictions. Therefore, in this study, the design method of helium cooling heat exchanger using liquefied nitrogen as a refrigerant through logarithmic mean temperature difference method and pilot test was investigated.

공개 데이터베이스를 활용한 액체로켓엔진 성능 분석

조원국,김철웅,박순영 한국항공우주학회 2012 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.11

한국형발사체 1단 엔진의 성능이 적정 수준인지 분석하였다. 이를 위하여 기존 엔진 성능의 공개된 데이터베이스를 활용하였다. 본 엔진의 개념설계는 이전에 보고된 것과 동일하며 성능은 약간 상향 조정되었다. 본 엔진의 성능은 적정 범위에 있음이 확인되었다. 추진제의 차압 특성은 타 엔진에 비하여 다소 큰 것으로 나타났다. 이에 대한 원인은 사전 설정된 차압을 이용하는 성능 보정방식과 냉각수의 유속 증가인 것으로 판단된다. The performance of the KSLV-Ⅱ 1st stage engine system has been analyzed. The published database of existing rocket engines is used as the reference. The conceptual design is the same as the previously published paper while the performance is slightly upgraded. The performance of the present engine has been confirmed to be reasonable. The propellant pressure drop is a little high. The main causes are the performance tuning method to use the pre-allocated pressure drop and the increased coolant velocity.

액체로켓엔진 연소기의 수직형 지상연소시험설비 구축 방안

이광진(Kwang-Jin Lee),김지훈(Ji-Hoon Kim),조남경(Nam-Kyung Cho),한영민(Young-Min Han) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.11

액체로켓엔진 연소기의 연소시험을 위한 수직형 지상연소시험설비의 배치안을 제시하였다. 본 논문에서 제시된 테스트 스탠드와 가스덕트 냉각시스템은 자연 지형을 최대한 활용하고, 비행 모델의 초기 자세를 모사할 수 있도록 수직형 시험설비를 계획함에 따라 결정되었다. 액체산소와 케로신을 추진제로 공급하는 이 설비는 가압식 시스템을 이용하여 원하는 유량을 공급하게 된다. Construction plan of the vertical ground hot-firing test facility for a liquid rocket engine combustion chamber were proposed. The vertical test stand and gas duct cooling system which was suggested in this paper were determined according to the design scheme to use the natural lay of the land and simulate the initial position of a flight model. This facility supply the accepted flow rate of LOX and Kerosene as propellants with a pressure-fed system.

엔진 냉각수 폐열 회수를 위한 ORC 시스템 및 폐열 회수 열교환기 설계

배석정(Sukjung Bae),허형석(Hyungseok Heo),황재순(Jaesoon Hwang),박정상(Jeongsang Park),이홍열(Hongyeol Lee) 한국자동차공학회 2011 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2011 No.5

A 2-loop waste heat recovery system with Rankine steam cycles for the improvement of fuel efficiency of a gasoline vehicle has been established. A high temperature loop system is used to recover waste heat from exhaust gas, and a low temperature loop system is used for heat recovery from the relatively cold engine coolant. This paper has dealt with a layout of an low temperature loop system, a review of the working fluids, and the design of the cycle. R1234yf has been chosen as the working fluid. The design point and the target heat recovery of the LT boiler, a core heat exchanger for the organic Rankine cycle, has been presented and analytically investigated. Considering the characteristics of the cycle, the basic concept of the heat exchanger has been determined to be a shell-and-tube type counter flow heat exchanger. The performance characteristics for various design parameters were investigated.

자동차용 엔진 냉각시스템의 열전달 특성에 관한 연구

박경석,원종필,정동화,Park, Kyoung-Suk,Won, Jong-Pil,Jung, Dong-Hwa 대한기계학회 1998 大韓機械學會論文集B Vol.22 No.8

This paper describes a theoretical model developed for analyzing the heat transfer of automotive cooling systems. From the model, heat transfer rate of automotive cooling systems can be predicted, providing useful information at the early stages of the design and development. The aim of the study is to develop a simulation program for automotive cooling system analysis and a performance analysis program for analyzing heat exchanger. Heat release rate from combustion gas to coolant through cylinder wall in engine cylinder was analyzed by using a two zone combustion model. This paper studied how cooling condition would affect engine heat release rate and measured temperature distribution of coolant in water jacket.

액체로켓엔진 고공모사시험설비의 개념설계

김철웅(Cheul-Woong Kim),남창호(Chang-Ho Nam),김승한(Seung-Han Kim),설우석(Woo-Seok Seol) 한국추진공학회 2008 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.11

고공모사시험설비의 구축에는 엔진과 설비의 특성, 로켓의 임무 그리고 시험의 경제적 측면 등에 대한 종합적인 이해를 가지고 최적의 기술적 결정을 하여야 한다. 본 논문에서는 상단 액체로켓엔진의 고공모사시험설비를 구축하고자 할 때 개념설계단계에서 요구되는 일반적인 조건 및 요구사항을 고찰하였고, 초음속 디퓨저와 냉각수 용량에 대한 예비적인 계산을 수행하였다. To design a high altitude test facility for testing liquid rocket engine optimal technical solutions with general understanding about characteristics of engines and test stands, mission of a rocket and the financial aspects of tests are required. In this paper conditions and requirements needed at the stage of conceptual design of high altitude engine test facility were suggested, and preliminary calculations of the sizes of a supersonic diffuser and volume of cooling water were carried out.

선박메인엔진 냉각수를 활용한 선박폐열발전-담수화 시스템 성능평가 시뮬레이션

임승택,김현주,문정현,이호생 한국마린엔지니어링학회 2019 한국마린엔지니어링학회지 Vol.43 No.9

The demand for high efficiency vessels is increasing due to the problems of international marine environments and rising ship oil prices. As a result, research on power generation methods that utilize waste heat from ships has begun. In this study, organic Rankine cycle (ORC)-based waste heat power is designed using engine cooling water of a 58MW ship and is compared through simulation with the desalination capacity of a desalination plant that uses cooling water of 80 °C passed through a waste heat power. The power output and heat transfer performance are assessed by applying various refrigerants to select the working fluid for ship waste heat recovery, and then the performances of new refrigerants are compared to identify one with a low global warming potential. The study also compared the output of a ship waste heat recovery system with generated waste heat discharged to the sea by applying various types of engine types and cooling water flow rates. The power output and thermal power are compared when engine coolant is supplied at temperatures of 80 °C, 85 °C, and 90 °C. Finally, the optimal operating conditions of the ship waste heat–desalination system are determined by comparing the evaporation temperature and fresh water production rate based on the evaporation pressure of the ship desalination plant. The waste heat recovery–desalination system using a 90 °C heat source from the 10S90ME 58MW ship confirmed a pure water output of 564.4 kW and fresh water production of 1.278 kg/s when the R245fa working fluid was applied, and a reduction of 35%. 국제적 해양 환경문제와 선박유의 가격상승으로 고효율 선박의 수요가 증가하고 있으며, 선박에서 발생하는 폐열을 활용한 발전 방식의 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 58MW급 선박의 엔진 냉각수를 활용하여 ORC를 기반으로한 폐열발전을 시뮬레이션을 통해 설계하였으며, 폐열발전을 통과한 80℃의 냉각수를 활용한 담수화 설비의 담수생산량을 비교하였다. 선박폐열발전의 작동유체의 선정을 위한 다양한 냉매를 적용하여 발전출력과 열전달 성능을 비교하였으며, 저 GWP 냉매를 적용하기 위하여 신냉매의 성능을 비교하였다. 다양한 선종의 엔진타입과 냉각수 유량을 적용하여선박폐열발전의 출력과 바다로 배출되는 폐열 발생을 비교하였으며, 엔진 냉각수 온도가 80℃, 85℃, 90℃로 공급될 때발전 출력과 페열량을 비교하였다. 또한, 선박 담수화 설비의 증발압력의 변화에 따른 담수 생산량과 증발 온도를 비교하여 선박폐열발전-담수화 시스템의 최적 운전조건을 도출하였다. 10S90ME의 58MW급 선박의 90℃ 열원을 활용한 폐열발전-담수화 시스템은 R245fa 작동유체를 적용하여 564.4kW의 순수 발전출력과 1.278kg/s의 담수생산량을 확인하였으며, 기존 폐열 발생량 대비 35%의 감소량을 확인하였다.