Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제36권5호
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pp.595-602
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2012
본 논문에서는 선박에서 배출되는 $CO_2$ 배출을 최소화하기 위한 노력의 일환으로 선박으로부터 배출되는 열에너지를 회수하고 재활용하는 방안으로 유기랭킨사이클 발전장치를 구동함으로써 선박의 에너지 효율을 높이고 온실가스 배출을 최소화할 수 있는 방안을 연구하였다. 선박에서 배출되는 배기가스와 냉각 시스템에서 배출되는 열에너지를 회수하여 터빈 발전기를 구동하는 ORC 발전시스템을 설계하고 시뮬레이션 하였다. 다양한 친환경 유기냉매를 이용하여 냉매를 적용하여 온도와 유량변화에 따른 열 해석을 실시하였고 냉각수 열원 예열기, 배기가스 가열기로 시스템을 구성하여 2,400kW급의 발전 출력을 얻을 수 있었다.
The outlet temperature of gas cooler has a great effect on the efficiency of carbon dioxide heat pump system. In order to obtain a small approach temperature difference at gas cooler, near-counter flow type heat exchanger has been proposed, and larger heat transfer area is demanded. The optimum design of gas cooler involving the analysis of trade-offs between heat transfer performance and cost is desirable. In this study, the effects of geometric parameters, such as the circuit arrangement, tube diameter, transverse tube spacing, longitudinal tube spacing and the number of tube rows and fin spacing on the performance of heat transfer were investigated using the developed model. This study suggested various simulation results for optimum designs of gas cooler.
본 연구에서는 CO, $H_2$가 주성분인 모사합성가스를 이용하여 합성천연가스(SNG, Synthetic Natural Gas) 제조공정을 평가하기 위하여, 3종류의 SNG 합성반응시스템을 제안하였다. 제시된 공정은 다단 단열반응시스템, 재순환이 있는 다단 단열반응시스템 그리고 강제냉각방식의 수냉각반응시스템이다. 3개의 연속된 반응기로 구성된 다단 단열반응시스템에서의 1차반응기에서는 온도가 최대 $800^{\circ}C$까지 상승하였으며, 이로 인한 수성가스전환반응으로 인해 $CO_2$가 다른 시스템에 비해 많이 생성되었으며, SNG 내의 $CH_4$ 농도는 90.1% 정도를 얻었다. 다단 단열반응시스템의 문제점을 해결하기 위해 재순환이 있는 다단 단열반응시스템에서는 반응기의 온도제어를 위해 일부 전환가스를 재순환한 것으로, $CH_4$는 최대 96.3%를 얻었다. 이러한 다수개의 반응기로 구성된 단열반응기의 단점을 해결하여 반응기 개수를 줄일 수 있는 쉘과 튜브 형태의 반응기로 구성된 강제냉각방식의 수냉각시스템에서는 쉘 측으로 냉각수를 공급하여 반응열을 흡수하는 형태로, 공급되는 냉각수의 유량과 압력에 의해 온도를 제어할 수 있다. 이 시스템에서는 최대 $CH_4$는 최대 99.2%를 얻었으며, 1차 반응기인 강제냉각방식의 수냉각반응기 출구에서의 97% 이상의 $CH_4$ 농도를 얻을 수 있음을 확인하였다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제29권5호
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pp.526-532
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2005
The cooling heat transfer coefficient of $CO_2$(R-744) in a horizontal tube was investigated experimentally. The experiments were conducted without oil in a closed refrigerant loop which was driven by a magnetic gear pump. The main components of the refrigerant loop are a receiver, a variable-speed pump. a mass flow meter. a pre-heater and gas cooler(test section). The test section consists of a smooth, horizontal stainless steel tube of 7.75 mm inner diameter. The experiments were conducted at mass flux of 200 to $400\;kg/m^{2}s$ and the inlet cooling pressure of 7.5 MPa to 10.0 MPa. The variation of heat transfer coefficient tends to decrease as cooling pressure of $CO_2$ increases. The heat transfer coefficient with respect to mass flux increases as mass flux increases. The pressure drop of $CO_2$ in the gas cooler shows a relatively good agreement with that predicted by Blasius's correlation. The local heat transfer coefficient of $CO_2$ agrees well with the correlation by Bringer-Smith.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제28권1호
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pp.65-74
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2004
The heat transfer coefficient and pressure drop of $CO_2$(R-744) during gas cooling Process of carbon dioxide in a horizontal tube were investigated experimentally and theoretically. The experiments were conducted without oil in the refrigerant loop. The main components of the refrigerant loop consist of a receiver. a variable-speed pump. a mass flowmeter, an evaporator. and a gas cooler(test section). The main components of the water loop consist of a variable-speed Pump. an constant temperature bath. and a flowmeter. The gas cooler is a counterflow heat exchanger with refrigerant flowing in the inner tube and water flowing in the annulus The test section consists of smooth, horizontal stainless steel tube of 9.53 mm outer diameter and 7.75 mm inner diameter. The length of test section is 6 m. The refrigerant mass fluxes were 200 ~ 300 kg/($m^2{\cdot}s$) and the inlet pressure of the gas cooler varied from 7.5 MPa to 8.5 MPa. The main results were summarized as follows : The predicted correlation can evaluated the R-744 exit temperature from the gas cooler within ${\pm}10%$ for most of the experimental data, given only the inlet conditions. The predicted gas cooley capacity using log mean temperature difference showed relatively food agreement with gas cooler capacity within ${\pm}5%$. The pressure drop predicted by Blasius estimated the pressure drop on the $CO_2$ side within ${\pm}4.3%$. The predicted heat transfer coefficients using Gnielinski's correlation evaluated the heat transfer coefficients on the $CO_2$ side well within the range of experimental error. The predicted heat transfer coefficients using Gao and Honda's correlation estimated the heat transfer coefficients on the coolant side well within ${\pm}10\;%$. Therefore. The predicted equation's usefulness is demonstrated by analyzing data obtained in experiments.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제31권6호
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pp.707-714
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2007
The heat transfer coefficient and Pressure drop during gas cooling process of $CO_2$ (R-744) in inclined helical coil copper tubes were investigated experimentally. The main components of the refrigerant loop are a receiver. a variable-speed pump. a mass flow meter, a pre-heater and a inclined helical coil type gas cooler (test section). The test section consists of a smooth copper tube of 2.45mm inner diameter. The refrigerant mass fluxes were varied from 200 to $600[kg/m^2s]$ and the inlet Pressures of gas cooler were 7.5 to 10.0 [MPa]. The heat transfer coefficients of $CO_2$ in the inclined helical coil tubes increases with the increase of mass flux and gas cooling pressure of $CO_2$. The pressure drop of $CO_2$ in the gas cooler shows a relatively good agreement with those Predicted by Ito's correlation developed for single-phase in a helical coil tube. The local heat transfer coefficient of $CO_2$ agrees well with the correlation by Pitla et al. However, at the region near pseudo-critical temperature. the experiments indicate higher values than the Pitla et al. correlation. Therefore. various experiments in the inclined helical coil tubes have to be conducted and it is necessary to develop the reliable and accurate prediction determining the heat transfer and pressure drop of $CO_2$ in the inclined helical coil tubes.
The heat transfer coefficient and pressure drop during gas cooling process of carbon dioxide in a horizontal tube were investigated. The experiments were conducted without oil in the refrigerant loop. The main components of the refrigerant loop are a receiver, a variable-speed pump, a mass flowmeter, an evaporator, and a gas cooler(test section). The main components of the water loop consist of a variable-speed pump, an isothermal tank, and a flowmeter. The gas cooler is a counterflow heat exchanger with refrigerant flowing in the inner tube and water flowing in the annulus. The test section consists of smooth, horizontal stainless steel tube of the outer diameter of 9.53mm and of the inner diameter of 7.75mm. The length of the test section is 6m. The refrigerant mass fluxes were 200∼300kg/(m2$.$s) and the inlet pressure of the gas cooler varied from 7.5㎫ to 8.5㎫. The main results were summarized as follows : Pressure drop of CO2 increases with increasing gas cooler pressure. The friction factors of CO2 in a horizontal tube show a relatively good agreement with the correlation by Blasius. The heat transfer coefficient of CO2 in transcritical region increases with decreasing gas cooler pressure and decreasing mass flux of CO2. Most of correlations proposed in a transcritical region showed significant deviations with experimental data except for those predicted by Gnielinski.
In this study, a $CO_2$ air-conditioning system was investigated with different types of electrically driven compressors, parallel flow type gas cooler, four-pass type evaporator, internal heat exchanger integrated with accumulator, and electric expansion valve. The experimental study was conducted under various operating conditions (ie., different rotational compressor speeds, air inlet temperatures and air velocity coming into heat exchangers). The experimental results showed the cooling capacity was 3.5kW at $35^{\circ}C$ ambient temperature when the vehicle was idle (ie., the worst condition for cooling off the gas cooler). In terms of performance effect of the compressor, the e-RP model had a slightly better cooling capacity and coefficient of performance than the e-GR model under the same test conditions. An experimental equation for optimum cooling-performance control was also suggested based on the results. A high-pressure control algorithm for the super critical cycle was determined to achieve both maximum cooling performance and efficient energy consumption. The results from the experimental equation coincided with those of previous experimental studies.
In order to investigate the effects of PAG oil concentration on heat transfer performance and pressure drop during gas cooling process of $CO_2$, the experiments on fin-tube heat exchanger of $CO_2$ heat pump were performed. The experimental apparatus consists of a gas cooler, a heater, a chiller, a mass flow meter, a pump and measurement system. Experiments were conducted in various experimental conditions, which were inlet temperature($110^{\circ}C$), mass flow rates (50, 55, 60, 65, 70 g/s) and PAG oil concentration(0 to 2.6 wt%). Heat transfer rate decreased with the increase of the oil concentration and the decrease of inlet pressure. And pressure drop increased with the increase of the oil concentration and mass flow rate of refrigerant. The COP reduction by deterioration of gas cooler performance with oil concentration was analyzed. When inlet pressure of gas cooler is 100 bar, the COP reduction was estimated by 6% under 1 wt% of oil concentration.
나노미터 크기의 결정립을 가지는 나노분말 및 나노복합분말의 제조와 특성에 관한 연구가 매우 활발하다. 나노복합분말의 제조방법에는 기상증발후 응축법, 화학응축법, 기계적합금법 등이 있으나, 고순도 및 균일한 크기분포의 분말과 응집되지 않은 분말의 제조 조건을 가장 잘 만족하는 방법은 화학기상응축법(Chemical Vapor Condensation; CVC)이다. 본 연구그룹 에서는 CVC밤법으로 이용하여 공구/금형재료에 가장 많이 사용되는 WC/Co 합금의 결정립을 n nm크기로 극미세화고자하는 연구을 진행하고 있다. 본 연구에서는 이들 WC/Co합금제조시 가장 중요한 출발분말인 나노크기 WC 분말의 제조와 그 특성에 관하여 연구하고자 하였다. 나노미터 WC분말을 제조하기 의한 전구체는 고상의 금속유기물인Tungstenhexacarbonyl$(W(CO)_6)$ 을 사용하였다. 수평관상로을 반응기로 사용하였으며, 노내의 온도을 500-110$0^{\circ}C$로 변화시 키면서 WC 분말을 합성하였다. 반응기 및 포집기 내부를 대기분위기, 상압의 Ar분위기, 진공 분위기로 변화시켜 압력 및 분위기의 영향을 조사하였다. 포집기는 상온 및 액체질소로 냉각 한 Chiller을 사용하였다. 형성분말의 상분석은 XRD로 조사하였으며, 형태 및 결정립크기는 TEM로 분석하였다. 반응온도 600 -1 OOO$^{\circ}C$의 온도범위에서 검은색의 WC 분말이 제조되었다. XRD 분석의 결과 로 제조된 분말은 상온에서 준안정상인 Hexagonal 구조의 $\gammar-WC_{1-x}$ 상이였으며, TEM 분석결 과 상압하에서는 약 30nm이하의 WC분말이 제조되었으며, 그 형태는 둥근 4각형의 모양을 지녔다. 감압하에서 진행한 경우 결정립의 크기는 8nm이하를 가졌다.곤가스로 산화를 방지하였고, 냉매로는 질소가스를 이용하였다. 제조된 분말을 기ㅖ적 분급법을 이용하여 분급하였고, 냉매로는 질소가스를 이용하였다. 제조된 분말을 기계적 분급ㅂ법을 이용하여 분급하였고, 압출에 이용된 분말은 250$\mu\textrm{m}$이하의 크기를 사용하였다. 또한 분말제조과정 중 형성되는 표면산화층을 제거하기 위하여 36$0^{\circ}C$에서 4시간동안 수소 환원처리를 행하였다. 제조된 분말은 열간 압출을 위하여 Aㅣcan에 넣고 냉간성형체를 만들고, 진공처리를 한 후 밀봉하여 탈가스처리를 하였다. 압출다이는 압출비가 각각 28:1과 16:1인 평다이(9$0^{\circ}C$)를 사용하여 각각 내경이 9, 12cm이고, 길이가 50, 30cm인 압출재를 제조하였다. 열간압출한 후의 미세조직을 광학현미경으로 압출방향에 평행한 방향과 수직방향으로 관찰하였고, 열간 압출재 이방성을 검토하기 위하여 X선 회절분석을 실실하여 결정방위를 확인하였다. 전기 비저항 및 Seebeck 계수 측정을 위하여 각각 2$\times$2$\times$10$mm^3$ 그리고 5$\times$5$\times$10TEX>$mm^3$ 크기의 시편을 준비하였다.준비하였다.전류를 구성하는 주요 입자의 에너지 영역(75~l13keV)에서 가장 높은(0.80) 상관계수를 기록했다. 넷째, 회복기 중에 일어나는 입자들의 유입은 자기폭풍의 지속시간을 연장시키는 경향을 보이며 큰 자기폭풍일수록 현저했다. 주상에서 관측된 이러한 특성은 서브스톰 확장기 활동이 자기폭풍의 발달과 밀접한 관계가 있음을 시사한다.se that were all low in two aspects, named "the Nonsign
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[게시일 2004년 10월 1일]
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