• 기계저널
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• 제25권5호
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• pp.400-405
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• 1985

펠티어효과가 10여년 전에 발견되었으나 이것을 공학분야에 응용되기 시작한 것은 반도체 재료가 개발되기 시작한 1950년경부터 실용화되기 시작하였다. 이러한 열전식 열펌프를 이용하여 냉 각시스템을 만들 경우 재래식인 기계식 냉동시스템과 비교해 볼 때 여러 가지 장점이 있다. 열전식 냉동방법은 전자가 한 반도체에서 다른 반도체로 이동하면서 그 주위의 열과 함께 이동 하는 원리를 이용한 것이기 때문에 기계식 냉동시스템의 중요한 구성품인 압축기, 증발기, 응 축기, 용매제와 같은 부품이 전혀 필요가 없다. 움직이는 부품이 없기 때문에 소음이 없고 신 뢰성이 높다. 100W 보다 적은 열출력에 대해서는 무게가 적고 부피가 적은 장점이 있다. 또한 습도 제어가 정확하고 전류의 방향만 바꾸워 주면 쉽게 냉동에서 가열로 전환이 된다. 작동습 도범위는 제품에 따라 다르지만 대개 +100.deg.C~ -125.deg. C까지 가능하다. 이러한 장점 때 문에 가장 많이 응용되고 있는 분야는 군사무기인 관성항법유도무기의 전자부품실을 냉각시켜 주는 데 사용되고 그 외에 용도는 다양하다. 본 고에서는 열전식 열펌프의 원리와 그 응용에 대해서 가능한 상세히 설명하여 앞으로 이 분야에 대한 연구에 보템이 되고저 한다.

• 대한설비공학회지:설비저널
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• 제31권7호
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• pp.15-23
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• 2002

환경친화적인 냉매를 탐색하는 과정에서 자연냉매 $CO_2$는 1990년대 초에 많은 사람들의 관심을 다시 끌게 되었고, 그 이후 구미 선진국 위주로 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히 $CO_2$는 탄화수소계 냉매가 안전상의 이유로 사용되기 어려운 차량용 냉방 시스템과 온수제조용 열펌프 시스템에 대하여 많은 연구가 이루어져 왔으며 최근에는 가정용 냉난방 시스템에 대한 연구도 진행되고 있다. $CO_2$를 냉매로 사용하는 냉동 시스템에 있어서 증발기는 시스템의 중요한 구성 요소이므로 제품 개발을 위해서는 증발기에서의 열전달 및 압력손실 특성에 대한 연구가 선행되어야 한다. $CO_2$의 증발 열전달에 있어서 작동매채인 $CO_2$의 비체적, 비열, 점성계수, 표면장력 등의 물성치가 크게 변화하므로 기존에 널리 사용되던 냉매의 중발열전달과는 상당히 다른 결과가 나타난다. 예를 들면 기존의 냉매에서는 건도가 증가함에 따라 열전달계수가 증가하는 것으로 알려져 있으나 $CO_2$의 경우에는 오히려 열전달계수가 감소하는 것으로 보고되고 있다. 이처럼 $CO_2$는 증발열전달 과정에서 기존 냉매의 경향으로부터 예측하기 힘든 결과가 나타나므로 다양한 형상의 증발기에 대하여 실험적으로 압력손실과 열전달계수를 구하는 연구는 성공적인 $CO_2$ 냉동 시스템의 개발을 위하여 필수 불가결하다. 본고에서는 $CO_2$ 냉동 시스템의 개발에 도움이 될 수 있도록 지금까지 국내외에서 수행된 $CO_2$ 증발 열전달에 관한 문헌조사를 통하여 연구결과들을 비교, 분석하고 향후의 연구 방향을 제시하고자 한다.

• 대한설비공학회지:설비저널
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• 제28권5호
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• pp.347-358
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• 1999

암모니아는 독성, 가연성 및 동 재질의 부식성 등의 단점은 있지만 CFC계 냉매가 개발되기 전에는 우수한 열역학 및 열전달 특성 때문에 냉매로서 가장 많이 사용되어져 왔다. 미국에서는 약120년, 일본에서는 약 80년 전부터 암모니아가 냉동 사이클에 사용되었고, 따라서 축적된 관련 기술 수준도 놀고 경험도 많은 편이다. 지금도 미국에서는 상업용 냉동기의 80% 정도가 암모니아를 냉매로 사용하고 있다. 우리나라도 냉동창고 냉동용으로는 암모니아 시스템이 널리 사용되고 있다.

• 기계와재료
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• 제23권3호
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• pp.156-163
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• 2011

쥴톰순 냉동기는 스터링 냉동기, GM 냉동기, 스터링형 및 GM형 맥동관 냉동기 등 기계적 극저온냉동기에 비해 단순한 구조, 수 초의 급속한 냉각특성을 장점으로 중대형의 가스액화사이클 뿐만 아니라 적외선검출기의 급속냉각, 저온수술 등 다양한 분야에서 널리 사용되어지고 있다. 일반적으로 100K 이하의 작동온도 및 수 초 수준의 빠른 냉각을 요구하는 적외선검출기의 냉각을 위해서는 수 백기압 이상 고압의 질소 및 아르곤 가스를 사용하는 쥴톰슨 냉동기가 주로 사용되고 있다. 쥴톰슨 냉동기는 핀-관(fin-tube) 형태의 열교환기와 열교환기의 구조적 기반을 제공하는 멘드렐(mandrel), 쥴톰슨 노즐 등으로 구성되며, 열교환기의 열전달 성능 및 유량조절기구의 특성은 냉동기 저온부의 냉각온도, 냉각시간 및 운전시간에 큰 영향을 미친다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권3호
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• pp.716-723
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• 2016

전열 촉진관은 흡수식 냉동기에 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 흡수식 냉동기의 재생기에 주로 사용되는 평활관, 리브 튜브, 코류게이트 튜브, 플로랄 튜브에 대하여 관 내측 열전달계수 및 마찰계수를 측정하였다. 실험 결과 열전달계수 및 마찰계수는 코류게이트 튜브에서 가장 크게 나타나고 다음으로 리브 튜브에서 크게 나타났다. 한편 플로랄 튜브의 열전달계수 및 마찰계수는 평활관 값과 4% 내에서 일치하였다. 이로부터 플로랄 튜브의 열전달 및 압력손실 특성이 수력직경으로 적절히 표현될 수 있음을 알 수 있다. 실험 데이터로부터 코류게이트 튜브와 리브 튜브의 B(e+)와 g(e+) 상관식을 구하였는데 코류게이트 튜브의 B(e+)와 g(e+)는 기존 상관식의 예측치와 20% 내에서 일치하였다. 본 연구 결과는 고온 영역에서 재생기용 전열촉진관의 관 내측 열전달 계수 및 마찰계수 산정에 활용될 수 있을 것이다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권1호
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• pp.93-100
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• 2011

액체질소 온도부근에서 작동하는 고온초전도 케이블 시스템을 개발하기 위해서는 고온초전도 케이블 시스템에 사용되는 극저온 절연재료의 정확한 열물성 자료가 필요하다. 금속재료와 달리, 비금속 계열의 재료는 열저항이 크기 때문에 정확한 열 유입량을 측정하기 위해서는 특별한 주의가 요구된다. 본 연구에서는 극저온 냉동기를 이용하여 30K 부터 상온 사이에서 절연재료의 열전도도를 정확하게 측정할 수 있는 시스템을 개발하였다. 설계와 제작과정을 포함한 열전도도 측정 시스템을 자세하게 기술하였다. 또한 상온으로부터 침입하는 불가피한 열유입량을 최소화하기 위한 열전도도 측정 시스템의 최적화 과정을 소개한다.

• 설비공학논문집
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• 제24권5호
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• pp.409-414
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• 2012

A theoretical investigation to optimize thermoelectric elements for thermoelectric coolers was performed using a new one-dimensional analytic model. Mathematical expressions for the optimum current and the optimum length of a thermoelectric element, which maximize the coefficient of performance of thermoelectric coolers, were obtained. The optimum current is expressed in terms of the cooling load for a thermoelectric element, the hot and cold side temperatures and thermoelectric properties, but not the length of a thermoelectric element. The optimum current is proportional to the cooling load and decreases as the temperature difference between the hot and cold sides decreases. It is also shown that the optimum length of a thermoelectric element decreases as the cooling load increases.

• 기계저널
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• 제29권4호
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• pp.394-402
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• 1989

열전달 분야 중에서도 대류열전달에 관련된 수치해석적 연구가 현재 국제적으로 많은 연구의 대상이 되고 있으므로 이번 기회에 국내에서 수치적 방법을 이용한 대류열전달 분야의 연구동 향을 간략히 기술하고자 한다. 대류열전달 분야를 소분류하는 방법에는 여러 가지가 있겠으나 이번 조사에서는 "자연대류 열전달", "강제대류 열전달" 그리고 "상변화 열전달"의 세 가지로 분 류하였으며 위의 분류에 명확히 속하지 않는 것이라고 유사성을 참고하여 분류하였다. 상기 각 분야에서의 기술 순서는 대략적으로 발표년도 순서를 따랐다. 본 연구동향의 조사에서는 국내 학술 문헌중 "대한기계학회논문집"을 중심으로 하여 이외에 관련된 학술지로서 "공기조화. 냉동 공학", "태양에너지"등에 수록된 논문을 발췌 요약하였다.uot;공기조화. 냉동 공학", "태양에너지"등에 수록된 논문을 발췌 요약하였다.된 논문을 발췌 요약하였다.

• 대한설비공학회지:설비저널
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• 제29권4호
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• pp.48-54
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• 2000

자성재료에 자기장을 걸어주변 가열되고 자기장을 제거하면 냉각되는 성질이 있는데, 이를 자기열량효과(magnetocaloric effect)라고 하며, 이것을 이용해서 저온을 생성시키는 방법을 자기냉동(magnetic refrigeration)이라고 한다. 큐리 온도(Curie temperature) 부근의 강자성체에 자 기장이 가해지면 전자례도내에서 쌍을 이루지 않은 전자들의 자기모벤트들이 자기장에 평행 하게 배열되는데, 이로 인해 열역학적 무질서의 척도인 엔트로피는 낮아지고 이러한 손실을 보상하기 위해 재료의 온도가 올라가게 된다.반대로 자기장이 제거되면 자기모벤트가 본래의 무질서한 상태로 돌아오며, 엔트로피가 증가하 고 재료의 온도는 떨어지게 되는 것이다. 역사적으로 보면 1881년에 Warburg가 큐리온도 부근의 철에서 자기열량효과를 처음 발견하였으며. 1926년과 1927년에 Debye와 Giauque가 각각 단열소자볍 (adiabatic demagnetization)을 제안함으로써 실용화되기 시작하여 주로 극저온을 얻는 방법으로 이용되어 왔다. 1950년도 이전의 연구는 절대온도 영도(OK)에 도달하고 자 하는 순수과학적인 노력으로서 개방사이클(open cycle)을 이용한 단열냉각 방식을 추구하 였으나, 1950년 이후부터는 공학적인 응용을 목적으로 밀폐사이클(closed cycle)을 형성하는 자기냉동기에 관한 연구가 진행되었다. 1976년에 Brown은 희토류(rare earth) 금속인 가돌리늄(Gd)을 사용하여 유체(물 80%와 에틸 알코올 20%)를 재생시킴으로써 상온에서 작동 하는 자기냉동기를 보고한 바 있다. 그는 7 T의 큰 자장을 이용하였으며, 고온부와 저온부의 온도는 각각 $46^{\circ}C와\;-1^{\circ}C로서\;47^{\circ}C$의 온도간격을 얻었다. 자기냉동에 있어서의 또 하나의 중요한 진전은 1978년과 1982년에 Steyert와 Barclay에 의해서 능동자기재생기(active magnetic r regenerator)의 개념이 소개되고 개발된 것으로, 이는 자성재료가 냉매로서 뿐만 아니라 열전달 유체의 재생기로도 사용되는 방식이다. 이상과 같은 자기냉동기술의 발달에 이어서 1997년에 미국의 Astronautics사(Wisconsin주 Madison시 소재)와 Ames 연구소(Iowa주 Ames 시 소재)의 공동연구팀이 발표한 두 가지의 새로운 진전으로 인해 공기조화 및 냉동분야에 적용할 수 있는 자기냉동기의 실용화 가능성이 한층 높아졌다. 이들의 연구결과는 (1) 자기냉동이 실온에서도 실현 가능한 기술이며 증기압 축식 냉동에 필적할 만하다는 것을 보인 것과 (2) 이미 알려져 있던 자기냉동재료보다 자기 열량효과가 훨씬 큰 새로운 재료를 발견한 것이다. 이로써 자기냉동에 대한 관심과 기대가 한결 커지고 있다. 본 원고에서는 자기냉동의 원리가 되는 자기열량효과와 이를 이용한 자기냉동의 방법 그리고 최근에 이루어진 새로운 진전에 대해 소개하고 공기조화 및 냉동분야에의 적용 가능성을 전망해 보고자 한다.

• 대한설비공학회지:설비저널
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• 제28권5호
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• pp.389-395
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• 1999

냉동공조설비, 발전설비, 화학플랜트설비 등에 사용되는 응축기는 주로 증기가 관의 외부에서 응축을 하고 냉각수가 관 내부로 흐르는 쉘-튜브(shell and tube)형 태를 취하고 있다. 초기투자비용 및 운전비용을 줄이기 위해서는 응축기의 열교환 성능을 향상시키는 일이 필수적이며 이를 위해 코팅 표면(coated surfaces), 거친 표면(rough surfaces), 코일 튜브(coiled tubes), 선회 흐름장치(swirl flow), 전열면적을 넓힌 낮은 핀관과 3차원 형상을 갖는 열전달 촉진관의 사용이 제시되고 있다.