에너지기계 / 열유체공학과

공조냉동 (HVAC)

Heating, Ventilation & Air Conditioning

냉매를 압축·팽창시키며 저온부에서 열을 흡수해 고온부로 방출하는 냉동사이클로 실내 온도를 조절하는 기술. 넣어준 일 대비 옮긴 열량 의 비율인 성능계수(COP)가 클수록 같은 냉방 효과를 더 적은 전력으로 얻는 효율적인 시스템.

ex) 에어컨 에너지효율등급이 이 COP 값을 기준으로 매겨지는 것.

열교환기 설계

Heat Exchanger Design

고온·저온 두 유체를 얇은 금속판이나 관으로 분리한 채 맞흐름 또는 병행흐름으로 지나가게 해 열만 교환시키는 장치. 두 유체 온도차를 입구·출구에서 대수적으로 평균한 LMTD를 이용해 필요한 전열 면적과 유량을 계산해 설계함.

ex) 발전소 응축기가 터빈을 통과한 증기를 냉각수로 다시 물로 되돌리는 열교환 과정.

가스터빈 및 발전설비

Gas Turbines & Power Generation Equipment

압축기로 공기를 고압으로 압축하고, 연소실에서 연료와 섞어 태워 고온·고압 가스를 만든 뒤, 그 가스가 터빈 블레이드를 밀어내며 회전력을 발생시켜 발전기를 돌리는 브레이턴 사이클 기반 설비. 배기가스의 남은 열로 증기를 만들어 다시 증기터빈을 돌리는 복합화력이 단일 사이클보다 효율이 훨씬 높음.

ex) LNG 복합화력발전소가 가스터빈과 증기터빈을 이어붙여 효율을 높이는 방식.

전자기기 열관리

Thermal Management for Electronics

반도체 칩이 소모한 전력의 상당량이 열로 바뀌므로, 칩에서 방열판·냉각팬까지 이어지는 경로의 열저항 을 최소화해 칩 온도를 안전 한계 이하로 유지하는 설계. 열저항이 낮을수록 같은 발열량에서도 온도 상승폭 이 작아짐.

ex) 게이밍 노트북이 고성능 CPU·GPU의 발열을 히트파이프와 팬으로 식히는 냉각 설계.

열병합발전과 엑서지 효율

Combined Heat & Power (Cogeneration) & Exergy Efficiency

발전소가 전기만 생산하면 터빈을 돌리고 남은 배기열은 그냥 버려지는데, 이 폐열을 회수해 지역난방이나 공정용 증기로 함께 공급하면 하나의 연료로 전기와 열 두 가지 유용한 에너지를 동시에 얻어 전체 에너지 이용률을 80% 이상까지 끌어올릴 수 있음. 단순 열효율이 아니라 전기(고품질 에너지)와 열(상대적으로 저품질 에너지)의 질적 차이까지 반영하는 엑서지 효율로 평가해야 진짜 시스템 개선 효과를 정확히 판단할 수 있음.

ex) 아파트 단지의 지역난방이 발전소에서 전기 생산 후 남은 열을 재활용해 공급되는 방식.

히트펌프 원리

Heat Pump Principle

냉동사이클과 원리는 완전히 같지만 목적이 반대인 장치로, 에어컨이 실내 열을 밖으로 버려 냉방하는 것과 달리 히트펌프는 겨울철 차가운 외부 공기에서도 소량의 열을 억지로 뽑아내 실내로 옮겨 난방함. 전기를 직접 열로 바꾸는 전기히터보다, 외부의 열을 옮겨오는 히트펌프가 투입 전력 대비 훨씬 많은 열량을 전달할 수 있어 에너지 효율이 크게 높음.

ex) 전기요금을 아끼려 기존 전기보일러 대신 공기열원 히트펌프 난방 시스템을 도입하는 건물.

냉매의 종류와 환경규제

Refrigerants & Environmental Regulations

과거 널리 쓰인 프레온(CFC) 냉매는 오존층을 파괴하는 것으로 밝혀져 전 세계적으로 퇴출됐고, 이를 대체한 HFC 냉매는 오존층은 파괴하지 않지만 강력한 온실가스라는 문제로 다시 규제 대상이 되면서, 온난화 지수가 낮은 자연냉매(이산화탄소, 프로판 등)나 HFO 냉매로 전환이 진행 중임. 냉매 선택이 단순 성능뿐 아니라 국제 환경 규제에 직접 좌우되는 산업.

ex) 최신 에어컨·냉장고가 몬트리올 의정서·교토 의정서 이후 규제를 따라 냉매를 교체해온 역사.