[논문자료] 예열기를 갖는 초임계 이산화탄소 동력 사이클의 시뮬레이션

출처: 픽사베이

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초임계 이산화탄소(Supercritical carbon dioxide, 이하 S-CO2) 발전사이클은 임계압력 이상으로 압축 한 CO2 를 작동유체로 하며, 이를 고온으로 가열 하여 터빈을 구동하여 발전하는 브레이튼 사이클 (Brayton cycle)이다. S-CO2 사이클은 높은 열효율과 단순한 레이아웃, 소형화된 터보기계 및 열교환기 를 통해서 작은 공간에서도 높은 열효율로 전력을 생산할 수 있는 잠재력을 가진 것으로 평가되고 있다. 이 기술이 최초로 제안된 것은 1900 년대 중 반이나, 2000 년대에 들어서 SFR(Sodium-cooled Fast Reactor)과 같은 차세대 원자력 발전 기술을 개발하는 과정에서 기존의 스팀 랭킨 사이클을 대 체할 수 있는 기술로서 재조명 되기 시작하였다. 보다 최근에는 태양열 분야를 비롯한 가스터빈 및 용융탄산염 연료전지(MCFC) 폐열(1,2) 등의 열원을 이용하려는 시도도 함께 이루어지고 있는데, 원자 력 및 태양열 분야에서는 비교적 많은 연구 결과 들이 소개되어 오고 있으나, 폐열 분야에서의 연 구 결과는 상대적으로 많지 않다.

논문 출처: https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO201530261998604

 

본 연구에서는 예열에 의한 S-CO2 브레이튼 동 력 사이클의 출력 향상 여부를 살피기 위하여, 재 생 S-CO2 브레이튼 사이클과 예열-재생 S-CO2 브 레이튼 사이클을 모델링하고 시뮬레이션 하였다.

 

시뮬레이션 결과, 예열-재생사이클의 순출력은 본 연구의 설계변수인 CO2 분기율에 따라 변화함을 확인하였다. 또한, 순출력을 극대화시킬 수 있는 최적 CO2 분기율이 존재함을 확인하였다. 본 연구 의 시뮬레이션 조건 하에서, 예열에 의한 순출력 향상은 약 16~26%로 계산되었다.

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초임계 이산화탄소 추출

 

초임계 추출 Supercritical Fluid Extraction

초임계 추출기술은 증류와 추출기술의 원리가 복합된 기술로 기존의 기술로는 분리가 쉽지 않았던 열변성 혼합물, 고분자, 이성질체, 천연재료에서의 유효성분 분리 등을 수행할 수 있으며 에너지 절약형 청정기술로 다양한 산업에서 각광 받고 있습니다. 첨단 분리기술로 꼽히는 초임계 추출은 유체의 용해력을 이용해 물질을 추출하는 기술로 추출과 분리 단계로 이루어집니다.

 

추출단계에서는 시료와 초임계 유체 용매가 밀접하게 접촉되어 용해도의 차이에 의해 시료 중 가용성분이 초임계 유체로 용해되며 추출단계에서 나오는 용질을 함유한 초임계유체는 온도, 압력에 의해 다시 분리단계에서 용질로 분리됩니다. 추출단계에서 온도와 압력을 조절하면서 초임계 유체의 용해력을 변경시켜 시료 중 특정 성분만을 추출할 수 있습니다.

 

초임계 물질로 가장 많이 이용되는 Co2는 임계 조건에 쉽게 접근할 수 있으며 불연성, 화학적으로 안전합니다. 임계온도가 낮기 때문에 용질의 성분이 변질되지 않아 열변성 물질의 저온공정(의약품, 식품 추출)에 적합하며 화장품, 화학, 에너지 산업 등 친환경 공정기술로 많은 곳에서 사용되고 있습니다.

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