• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.539-539
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• 2012

전북대학교 고온플라즈마 응용연구센터는 교육과학기술부 기초연구사업 중 고가연구장비 구축사업의 일환으로, 고 엔탈피, 초음속 유동 환경을 모사하여, 항공우주, 군사기기, 핵융합 분야 등의 고온 재료 개발을 위한 기초 연구 장치로써, 0.4MW급 플라즈마 풍동 장치를 구축하고 있다. 0.4MW 플라즈마 풍동 장치의 플라즈마 발생부는 DC 전원 공급장치와 디스크 형태의 양극과 음극 사이에 동일 형태의 간극을 삽입한 0.4MW급 분절형 아크 플라즈마 토치로 구성되었으며, 토치에서 발생된 아크 플라즈마는 노즐을 통과하며 마하 2~4의 초음속을 나타내도록 설계 제작되었다. 시험 챔버는 노즐에서 나온 초음속 플라즈마의 특성 및 재료 시험을 위한 3차원 이송식 기판이 장착되어 있으며, 고 엔탈피 유동을 관측하기 위한 광학창을 구비하였다. 시험 챔버 하류에는 유동 안정을 위한 디퓨저(diffuser)가 설치되어 있으며, 디퓨저(diffuser)로부터 배출되는 고온가스는 열교환기를 통해 냉각된 후 진공펌프를 통해 대기로 배출되게 된다. 장치의 압력조절을 위하여 $1,000m^3/min$의 용량의 진공펌프 시스템이 설치될 예정이며 가스공급장치, 냉각수 공급장치, 디퓨져, 열교환기는 1MW급 용량으로 설계 제작되었다. 본 장치는 400kW의 전원 공급, 15 g/s의 공기유량 주입 시 약 13 MJ/kg의 고엔탈피를 가진, mach 2~4의 초음속 유동을 나타내는 것을 특징으로 한다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.34 no.10
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• pp.1455-1462
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• 2010

PHE (Process Heat Exchanger) is a key component required to transfer heat energy of $950^{\circ}C$ generated in a VHTR (Very High Temperature Reactor) to the chemical reaction that yields a large quantity of hydrogen. Korea Atomic Energy Research Institute established the helium gas loop for the performance test of components, which are used in the VHTR, and they manufactured a PHE prototype to be tested in the loop. In this study, as part of the hightemperature structural-integrity evaluation of the PHE prototype, which is scheduled to be tested in the helium gas loop, we carried out high-temperature structural-analysis modeling, thermal analysis, and thermal expansion analysis of the PHE prototype. The results obtained in this study will be used to design the performance test setup for the PHE prototype.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2011.11a
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• pp.247-253
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• 2011

An experimental study on performance characteristics of an evaporative heat exchanger based on tests for various operating conditions was presented. The heat exchanger maximizes the heat transfer rate per unit volume by applying mini-channels for both the air and coolant flow paths, and minimizes the amount of the coolant by using its latent heat of evaporation. The heat exchanger was manufactured by etching the flow paths, brazing the heat exchange plates, and welding the in/out ports of the media. The basic performance test has confirmed that the heat exchanger met its design requirements, and the results of the map test were analyzed to produce the performance characteristics quantitatively depending on the air inlet temperature, the air flow rate, and the coolant flow rate.

• Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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• 2010.04a
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• pp.44-44
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• 2010

대부분의 산업분야에서 사용되는 공업로는 연소 시 $1000^{\circ}C$이상의 고온 배기가스가 배출되고 있기 때문에, 이들 배기가스로부터 폐열을 회수하여 에너지를 절감하고자 열교환기를 사용하고 있다. 하지만 현재 사용되고 있는 금속 소재의 열교환기의 경우 사용온도가 $800^{\circ}C$로 제한되어 있으며, 산화, 부식, creep등의 문제가 대두되고 있다. 본 연구에서는 세라믹 소재의 열교환기를 제작하여 열전달율, 공기누설율등을 평가하는 성능실험을 하였다. 실험방법은 연소시작 후 정상상태에 도달하기까지의 경향을 알아보고 공기유량과 가스유량에 변화를 주었을 때, 열전달율과 공기누설율등을 평가하고 이론적인 데이터와 비교하였다. 실험 결과, $1300^{\circ}C$이상의 환경에서도 정상적으로 작동하였으며, 외부환경조건을 고려하였을 때, 이론적인 데이터와 근접한 데이터를 얻을 수 있었다. 그러나 대류열전달에 의한 열손실과 공기누설등이 문제점으로 지적되었다. 향후 연구에서는 대류열전달에 의한 열손실을 고려한 연구와 효과적인 씰링으로 누설을 줄일 수 있는 실험장치를 개발할 필요가 있다.

• Journal of the KSME
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• v.18 no.3
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• pp.18-24
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• 1978

열고환기에는 boiler와 같이 다량의 열 energy를 취급하는 것을 비롯하여 가정용 냉장고, 냉방기 기와 같이 비교적 적은 양의 열 energy를 취급하는것, 가종 고온 gas-gas 열교환기, 초전도송전 등의 초저온기기에 부속되는 저온열교환기 혹은 배열회수, 태양열이용을 위한 장치에 포함되는 열교환기등이 있으며, 그 종류와 내용에 있어서 다양하다. 따라서 새 형식의 열교환기 혹은 우수 한 전열특성을 갖는 표면, 형상을 갖는 전열관의 연구, 개발은 한층더 절실하게 요망된다. 최근주 목을 받고 있는 열교환기용전열관중에는 관축방향을 따라 표면을 파상으로 가공한 것(corrugate 식)과 축과 평형이 되게 만든 좁은 흠을 갖는 관(fluted tube)등이 있는데 이들에 있어서는 다같 이 표면의 요철에 의한 면부근의 난동을 촉진시켜서 우수한 대류열전달의 특성을 갖도록 하고 있다. 한편 응축과 비등등의 상변화를 동반하는 열전달에 대해서는 세구, 기공질금속층, 세공등을 갖는 면에 관해서 새로운 관심이 집중되고 있다. 이 후자의 전열면은 유축열전달에서는 평활면보 다 약10배의 높은 열전달율을 가지며 불등열전달에서는 벽면과 액의 온도차는 평활면의 경우보다 약1/5의 값을 갖는다. 동시에 한계열유속은 5활이상으로 증가시킬 수 있음이 알려져 있다. 따라서 본론에서는 후자의 전열면중에서 최근에 알려진 비약적으로 높은 전열성능을 갖는 전열면에 관해 서 소개하기로 한다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.34 no.9
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• pp.1241-1248
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• 2010

In large-scale production of hydrogen, a PHE (Process Heat Exchanger) is a key component because the heat required to carry out the Sulfur-Iodine chemical reaction that yields hydrogen is transferred from a VHTR (Very High Temperature Reactor) by the PHE. Korea Atomic Energy Research Institute established a helium gas loop for conducting performance test of components that are used in the VHTR. In this study, as a part of high-temperature structural-integrity evaluation of a designed PHE prototype that is scheduled to be tested in the helium gas loop, we carried out high-temperature structural-analysis modeling, thermal analysis, and thermal-expansion analysis for the designed PHE prototype. An appropriate constraint condition is proposed at the end of the in-flow and out-flow pipelines of the primary and secondary coolants and the proposed constraint condition will be applied to the design of the performance-test loop setup for the designed PHE prototype.

• Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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• v.21 no.5
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• pp.282-290
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• 2009

A ceramic monolith heat exchanger is studied to find the performance of heat transfer and pressure drop by numerical computation and $\xi$-NTU method. The numerical computation was performed throughout the domain including fluid region in exhaust gas-side rectangular ducts, ceramic core and fluid region in air-side rectangular duct with the air and exhaust in cross flow direction. In addition, the heat exchanger was also analyzed to estimate the performance by conventional $\xi$-NTU method with several Nusselt number correlations for flow in rectangular duct from literature. By comparisons of both performances by the numerical computation and the $\xi$-NTU method, the effectiveness by $\xi$-NTU method was closest to the result by numerical computation within a relative error of 2.14% when Stephan's Nusselt number correlation was adopted to the $\xi$-NTU method among the several correlations.

• Resources Recycling
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• v.9 no.3
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• pp.13-21
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• 2000

This study describes to analyze the heat transfer characteristics of waste solvent recovery system using a double pipe heat exchanger heating solvent by the hot oil. The solvent recovery system consists of the feeding pump, the double pipe heat exchanger, the vacuum spray chamber, and the condenser. A double pipe heat exchanger consists of the first section to conduct the heating of solvent to the thermal saturated point and the second section to evaporate the saturated solvent. The heat transfer area for vaporization of water, benzene and alkylbenzene was predicted by the heat balance modelling and experimentally measured from the temperature distribution as a function of solvent flow rate and heating temperature. The required heat transfer area for vaporization was increased with increasing solvent flow rates and with decreasing heating temperatures due to decreased quantity of transferred heat per the unit area. Theoretical modelling of the heat transfer area for solvents vaporization in the pipe showed good agreement with experimental results. Results showed to be suitable for the waste solvent recovery using a double pipe heat exchanger.

• Journal of Biosystems Engineering
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• v.29 no.2
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• pp.141-150
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• 2004

우리가 소비하는 가공 식품은 위생상 안전하도록 살균처리가 이루어진다. 식품 내에 존재할 수 있는 유해 세균은 일정 살균온도에서 살균에 필요한 시간 동안 노출되면 사멸하며, 일반적으로 살균온도가 높을수록 살균에 필요한 시간은 단축된다. 연속살균장치는 혼합 및 저장탱크에 담겨진 식품을 점프로 이동시키면서 가열 열교환기에서 살균온도로 가열하고 단열관을 거치는 동안 살균온도를 유지시켜 살균을 완료한다. 또한 살균된 식품은 냉각용 열교환기에서 상온으로 냉각되며 이 과정에서 회수되는 열은 저장탱크에서 유입되는 식품의 예열에 사용되어 에너지 효율을 제고하는데 사용되기도 한다. 이와 같이 관을 이동하면서 가열되는 살균장치는 기존의 배치식 살균방법에 비하여 균일하게 가열이 이루어지므로 130C의 고온으로 살균할 수 있어서 살균에 필요한 시간을 수초에서 수십초 정도로 단축시킬 수가 있고 그에 따라 열손상을 크게 줄일 수 있다. 또한, 상온으로 냉각된 식품을 포장함으로써 저렴한 가격의 포장용기를 사용할 수 있고 상온에서 저장할 수 있으므로 저장비용이 저렴한 장점이 있다. 그러나, 가공식품에 고기나 야채와 같은 고체 상태의 식품이 함유된 경우에는 액상 식품이 열 교환기에서 순간 가열되며, 고상 식품은 액상식품과의 대류에 의한 열전달로 가열된다. 이 과정에서 고상식품은 이동관 내벽이나 다른 고상식품과 부딪치거나 회전하면서 이동관 내부에서 자유롭게 운동하게 된다. 이 과정에서 액상식품과의 상대이동 속도가 발생하여 이것이 대류열전달에 영향을 미치게 된다. 이 상대이동속도에 따른 대류 열전달계수는 고상식품의 내부온도 결정에 사용되는 연속살균장치의 중요한 설계인자이다. 대류열전달계수는 연속살균장치에서 자유로이 이동하는 고상식품의 중심부의 온도를 측정하여 결정할 수 있으나 이는 현실적으로 어렵다. 따라서 본 연구에서는 고정된 고상식품에 액상식품을 이동시켜 상대속도를 재현하고 액상식품의 온도와 고상식품의 중심온도를 측정하는 장치를 개발하였으며, 각 상대속도와 액상식품의 점도 별 대류열전달계수를 결정하는 프로그램을 유한차분법을 이용하여 개발하였다. 이 장치를 분당 15, 30, 40 리터의 유량에서 유체의 점도를 0에서 15 centipoise 사이의 세 수준에서 정육면체 소고기를 모델 고상식품으로 내부 온도분포를 측정하였으며, 유한차분법 프로그램으로 대류열전달계수를 결정하였다. 대류열전달계수는 792에서 2,107 W/m$^2$로 분석되었다. 대류열전달 계수는 액상식품과의 상대속도가 증가함에 따라서 증가하였고, 점도가 증가함에 따라서는 감소하였다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.14 no.1
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• pp.145-156
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• 1990

In this study, thermophysical properties of the engineering ceramic materials such as $Al_{2}$O$_{3}$, Si$_{3}$N$_{4}$ and SiC were measured b y a single rectangular pulse heating method. The values of thermal diffusivities, specific heats, and thermal conductivities were measured as a function of temperature ranging form room temperature to 1300K. The measured thermal properties of one group of ceramic material were compared with those of other group and discussed in detail in connection with the chemical composition. Thus, some criteria for thermal design with the engineering ceramic materials were proposed.