고성능 상용튜브를 사용한 태양열 가열 해양온도차발전용 열교환기 설계 최적화 (Design Optimization of Heat Exchangers for Solar-Heating Ocean Thermal Energy Conversion (SH-OTEC) Using High-Performance Commercial Tubes)

서지정보

· 발행기관 : 대한기계학회
· 수록지 정보 : 대한기계학회논문집 B / 40권 / 9호 / 557 ~ 567페이지
· 저자명 : 주천준, 웬반합, 이근식

초록

태양열 가열을 도입한 해양온도차발전용 열교환기(증발기와 응축기)설계 최적화가 수행되었다. 출력은 100kW이고 작동유체는 R134a이며 고성능 상용튜브를 사용하였다. 열전달면적과 압력강하는 관수의 증가와 관통로수의 감소에 따라 서로 상반되는 경향이 존재하므로 이를 해결하기 위하여, 설비투자비에 관련되는 열전달면적과 압력강하에 관련되는 운전비용 최소화를 고려한 두 목적함수를 갖는 유전자 알고리즘(GA)을 이용하여 다목적설계최적화를 수행하였다. 설계최적화 결과, 구현 가능한 최적의 열전달면적 및 압력강하의 조합들이 적정한 관수 및 관통로 수에 대하여 존재하였다. 도출된 증발기와 응축기의 Pareto 선들은 설계자들에게 재정적인 면을 고려하여 선택할 수 있도록 넓은 범위의 최적해를 제공하였다. 또한, 총열전달면적 중 응축기의 열전달면적이 증발기 쪽보다 크게 나타났다.

영어초록

In this study, the optimal design of heat exchangers, including the evaporator and condenser of a solarheating ocean thermal energy conversion (SH-OTEC), is investigated. The power output of the SH-OTEC is assumed to be 100 kW, and the SH-OTEC uses the working fluid of R134a and high-performance commercial tubes. The surface heat transfer area and the pressure drop were strongly dependent on the number of tubes, as well as the number of tube passes. To solve the reciprocal tendency between the heat transfer area and pressure drop with respect to the number of tubes, as well as the number of tube passes, a genetic algorithm (GA) with two objective functions of the heat transfer area (the capital cost) and operating cost (pressure drop) was used. Optimal results delineated the feasible regions of heat transfer area and operating cost with respect to the pertinent number of tubes and tube passes. Pareto fronts of the evaporator and condenser obtained from multi-objective GA provides designers or investors with a wide range of optimal solutions so that they can select projects suitable for their financial resources. In addition, the surface heat transfer area of the condenser took up a much higher percentage of the total heat transfer area of the SH-OTEC than that of the evaporator.

참고자료

· 없음