고-기 화학열변환기의 최적설계 및 성능해석에 관한 연구

최승훈; 이세일; 백일현; 최익수

Journal of the Korean Industrial and Engineering Chemistry, Vol.8, No.5, 729-736, October, 1997

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고-기 화학열변환기의 최적설계 및 성능해석에 관한 연구

A Study on the Optimal Design and Performance Analysis of the Solid-Gas Chemical Heat Transformer

최승훈, 이세일, 백일현, 최익수

초록

산업폐열을 활용하기 위해 금속염화물-암모니아계 화학열변환기를 설계하고 1kW-1hr 용량의 장치개발을 하였다. 이는 170℃ 열원을 210℃이상으로 승온시키는 화학열펌프 시스템으로서, 효율적인 화학반응기의 설계를 위하여 필요한 반응물의 양과 반응물의 조건 등을 산출하는 정적계산과 동적모사를 수행하였다. 모사결과 열교환면적이나 반응기내 염의 양 등의 변수에 따라 시스템의 온도와 출력이 변함을 알 수 있었고 또한 반응물질의 양과 겉보기밀도 및 장치구조의 영향을 고찰하고 최적조건을 결정할 수 있었다. 4단계 작동사이클에 따라 운전한 결과 온도 및 출력의 실험치는 모사치와 비교하여 양호한 결과를 얻었으며 이 화학열변환기는 일정온도로 승온시킬 수 있는 특징으로 인해 앞으로 산업공정에서 배출되는 폐열원을 활용할 수 있는 시스템으로서의 가능성을 확인하였다.

For the recovery of industrial waste heat, a chemical heat transformer based on the reversible reaction between metal chlorides and ammonia gas was designed and a pilot scale unit of 1 kW-lhr was developed. A static calculation, which determined the amount of reacting materials and operating condition of system, and dynamic simulations were performed for the optimal design. The temperature and output power of generator in the system were varying with the amount of salt and heat exchange area. Optimum conditions such as the amount of salt-graphite, apparent density and size of mechanical unit were determined by the dynamic simulation for the system. According to the operating cycle of 4 stages, experimental results of temperature and output power were well agreed with the simulation values. This chemical heat transformer is turned out to be a very promising system for recovery of industrial waste heat because of its effective feature of lifting temperature.

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