• The KSFM Journal of Fluid Machinery
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• v.18 no.4
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• pp.13-21
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• 2015

The system design of the Organic Rankine Cycle(ORC) is greatly influenced by the thermal properties such as the temperature or the thermal capacity of heat source. Typically waste heat, solar energy, geothermal energy, and so on are used as the heat source for the ORC. However, thermal energy supplying from these kinds of heat sources cannot be provided constantly. Hence, an experimental study was conducted to utilize fluctuating thermal energy efficiently. For this experiment, an impulse turbine and supersonic nozzles were applied and the supersonic nozzle was used to increase the velocity at the nozzle exit. In addition, these nozzles were used to adjust the mass flowrate depending on the amount of the supplied thermal energy. The experiment was conducted with maximum three nozzles due to the capacity of thermal energy. The experimented results were compared with the predicted results. The experiment showed that the useful output power could be producted from low-grade thermal energy as well as fluctuating thermal energy.

• New & Renewable Energy
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• v.10 no.1
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• pp.6-19
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• 2014

Organic Rankine cycle (ORC) has been widely used to convert renewable energy such as solar energy, geothermal energy, or waste energy etc., to electric power. For a small scale output power less than 10 kW, turbo-expander is not widely used than positive displacement expander. However, the turbo-expander has merits that it can operate well at off-design points. Usually, the available thermal energy for a small scale ORC is not supplied continuously. So, the mass flowrate should be adjusted in the expander to maintain the cycle. In this study, nozzles was adopted as stator to control the mass flowrate, and radial-type turbine was used as expander. The turbine operated at partial admission. R245fa was adopted as working fluid, and supersonic nozzle was designed to get the supersonic flow at the nozzle exit. When the inlet operating condition of the working fluid was varied corresponding to the fluctuation of the available thermal energy, optimal operating condition was investigated at off-design due to the variation of mass flowrate.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.120-120
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• 2010

에너지 절약적 차원에서 한 대의 실외기에 다수의 실내기가 접속되는 개별공조형 멀티 열펌프에 관한 연구 및 개발과 보급이 증대되고 있다. 본 연구에서는 복수의 실내기를 갖고 가변속 압축기를 채용한 지열원 물대공기 멀티열펌프시스템을 학교 현장에 설치하여 제조사의 운전 제어 알고리즘에 따라 일일 냉난방 실증 성능 특성을 분석하였다. 2008년 9월 30일의 냉방부하가 낮은 일자에 대하여 시간에 따른 부하 변동에 따라 압축기의 용량가변으로 실내기 냉방용량은 정격용량 대비 17.1%에서 111.3%의 범위에서 변이되었으나, 열펌프 유닛의 일일 최대 COP는 6.2를 나타냈으며, 일일 평균 열펌프 유닛 COP는 4.5로 열펌프 유닛 인증 기준 이상의 성능을 나타냈다. 2008년 11월 10일 대비 2008년 12월 15일에는 시스템 가동 중의 평균 외기온도가 $9.6^{\circ}C$ 감소하였으나, 각 재실공간의 용도별 부분 부하특성으로 11월 10일 보다 난방 부하량이 작게 나타났다. 하지만, 12월 15일에는 부하량이 매우 작아서 11월 10일보다 잦은 압축기 가변에 따른 손실로 일일 평균 COP가 낮게 나타났다. 2009년 1월 12일에는 정격 용량대비 94%의 부하율로 11월 10일과 12월 15일 대비 4배 이상의 부하량으로 압축기 용량 가변율이 작아서 난방용량과 COP 변화율이 작게 나타났다. 2009년 1월 12일에는 지중순환수의 실외열교환기 유입온도가 2008년 12월 15일보다 감소하고, 시스템의 난방용량 증가로 상대적으로 응축기와 증발기 크기가 감소한 효과로 히트펌프 유닛 COP가 감소하였으나, 본 지열원 열펌프 제조사에서 생산하고 있는 본 지열원 시스템과 동일한 압축기 등을 채용한 동일 용량의 공기열원 열펌프의 1월 12일 외기온도 $-10^{\circ}C$에서의 열펌프 유닛 COP 대비 70% 우수한 성능을 나타냈다. 본 지열원 히트펌프의 2008년 11월 10일의 일일 평균 히트펌프 유닛 COP는 외기온도가 낮고 일일 부하량이 크게 나타난 1월 12일의 일일 평균 히트펌프 유닛 COP 대비 37% 높게 나타났으나, 지중순환펌프의 정속운전으로 시스템 요구 지중순환수 유량 증가에 따른 성능 향상보다 소비전력 증가 영향이 커서 1월 12일의 시스템 COP 보다 33.3% 작은 값을 나타냈다. 본 연구의 용량 가변형 압축기를 채용한 지열원 멀티 히트펌프 유닛을 지열원 냉난방 시스템의 히트펌프 유닛으로 사용할 경우 시스템 최적화를 통한 시스템 COP 향상과 연간에너지 절감을 이루기 위해서는 히트펌프의 용량 변화 시에 지중순환펌프의 순환 유량 최적화를 위한 효율적 운전 제어 알고리즘 개발이 요구된다.

• Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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• v.21 no.8
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• pp.425-432
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• 2009

In this study, the improvement of cooling capacity by applying gas injection technique in a two-stage heat pump using R410A was experimentally investigated. A twin rotary type compressor with gas injection was applied to the heat pump system. The optimum refrigerant charge for the injection and the non-injection cycles was selected to achieve the maximum COP at the cooling standard condition. The injection cycle showed less optimum refrigerant charge than that of the non-injection cycle. The cooling performances of the injection and the non-injection cycles were measured and compared by varying compressor frequency from 40 to 90 Hz. The cooling capacity of the gas injection cycle was 1.6% -11.3% higher than that of the non-injection cycle. The COP of the gas injection cycle was 13.7% to 28.9% higher than that of the non-injection cycle at the same cooling capacity. The heat pump system showed stable operation after 30% of the injection valve opening.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2002.10a
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• pp.274-278
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• 2002

Surface finishing is still indispensable for most rapid prototyping (RP) processes because of the inherent stair-stepped surface and shrinkage of the parts. These problems can be minimized in the $VLM-_ST$ Process, because it uses expandable polystyrene foam sheets, each of which has a thickness of3.9 mm and a linear-interpolated side slope. The use of thick layers, however, limits the process capability of constructing fine details. This study focuses on the design of post-processing tool for fine details of $VLM-_ST$ parts and investigation of thermal characteristics during EPS foam cutting using the post-processing tool. To calculate the heat flux from the tool into the foam sheet, the tool was modeled as a heat source of radiation for finite element analysis. Results of the analysis agreed well with those of the experiment.

• The KSFM Journal of Fluid Machinery
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• v.17 no.1
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• pp.12-21
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• 2014

An organic Rankine cycle was analyzed to work at the optimal operating point when the heat source is fluctuated. R245fa was adopted as a working fluid, and an axial-type turbine as expander on the cycle was designed to convert the heat energy to the electricity since the turbo-type expander works at off-design points better than the positive displacement-type expander. A supersonic nozzle was designed to increase the spouting velocity because a higher spouting velocity can produce more output power. They were designed by the method of characteristics for the operating fluid of R245fa. Three different cases, such as various spouting velocities, various inlet total temperatures, and various nozzle numbers, were studied. From these results, an optimal operating cycle can be designed with the organic Rankine cycle when the available heat source as renewable energy is low-grade temperature and fluctuated.

• Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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• v.23 no.8
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• pp.571-579
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• 2011

Heat pump systems for commercial building with variable refrigerant flow(VRF) are expanding a market due to high energy efficiency, lower maintenance cost and easy installation comparing with the conventional heat pump with the constant refrigerant flow. In general, heat pump systems degrade the energy efficiency in the extremely low temperature regions. In this study, VRF heat pump system with refrigerant heating is experimentally investigated to overcome the low heating performance in the extremely low temperature regions. VRF heat pump system with refrigerant heating is found out the sufficient heating performance in the -25 degree temperature condition comparing with the conventional heat pump system and is obtained more than 2,500 kPa high pressure in the evaporator at low temperature.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.119-119
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• 2010

무한 지속 가능한 지열 에너지를 활용한 공조시스템인 지열원 냉난방 시스템은 기존의 공조 시스템보다 열원이 안정적이기 때문에 높은 효율과 우수한 성능을 가지므로, 기후변화협약 대응의 주요수단으로서 기술개발과 보급이 증대되고 있다. 본 연구에서는 대수층 축열 지열원 열펌프 시스템에 대한 실증 연구를 통하여 대수층 축열 지열원 열펌프 시스템의 하절기 냉방 성능을 분석하였다. 대수층 축열 냉난방 시스템은 주입정과 양수정의 2개의 우물공이 설치되어 있으며, 겨울 난방 운전 중에 한 개의 우물공으로부터 지하수를 열펌프로 유입한 후 낮은 온도의 지하수를 타 우물공에 축열하고, 하절기에 겨울에 저온으로 축열된 우물공으로부터 지하수를 열펌프로 유입하여 온도가 증가된 지하수를 타 우물공에 주입한다. 즉, 계절별로 열펌프에서 생성된 냉수와 온수의 대수층 축열을 위하여 계절별로 주입정과 양수정이 바뀌게 된다. 본 연구의 대수층 축열 지열원 열펌프 시스템의 2009년 8월의 주요일자별 시스템 운전 중의 평균 냉방 열펌프 유닛 COP와 냉방 시스템 COP는 각각 4.7과 3.4이상의 우수한 성능을 나타냈다. 또한, 모든 일자에 대하여 외기온도가 $31.6^{\circ}C$서 $22^{\circ}C$까지 변화가 크게 나타났지만 열펌프 유닛 COP와 시스템 COP의 변화는 미소하였다. 이는 양수정으로부터의 지중 순환수가 운전기간 중에 $17.5^{\circ}C$로 일정하게 유지되었기 때문이다. 양수정과 주입정 사이에 5개의 관측공을 설치하였으며, 양수정 측에 인접한 관측공의 온도는 거의 변화가 없었으며, 단기간이지만 널리 사용되고 있는 수직밀폐형 시스템과 달리 지속적인 냉방운전 중의 양수 온도의 증가는 발생하지 않아 안정적인 성능을 나타냈다. 주입정에 인접한 모니터링 홀의 온도는 심도가 깊은 곳의 온도가 낮은 곳보다 높게 나타났다. 이는 냉방 운전 시 열펌프 유닛의 실외열교환기에서 지중 순환수가 냉매로부터 열을 취득하여 온도가 상승하면서 주입정측에 온열이 축열이 진행되었기 때문으로 분석되며, 하절기의 냉방 운전 시간이 증가할 경우 축열 효과는 더욱 증가할 것으로 예상된다. 양수정과 주입정 중간의 모니터링 홀의 온도는 2009년 8월 가동 중에 온도변화는 없었는데, 이는 양수정과 주입정 사이의 열간섭이 발생하지 않았기 때문으로 분석된다. 일자별로 운전 중의 열펌프 유닛 COP는 차이가 없었지만, 운전 및 정지 시간을 모두 포함한 시스템 소비전력과 냉방용량을 모두 합산하여 산정한 일일 평균 냉방 열펌프 유닛 COP와 냉방 시스템 COP는 일자별로 다소 차이가 발생하였는데, 이는 각 일자별로 열펌프 유닛 가동율의 차이로 인하여 열펌프 유닛 가동 전에 먼저 작동되는 지중순환펌프의 운전 소비전력의 차이와 열펌프의 단속운전 시의 열손실과 추거 소비전력의 차이 때문이다.