• The KSFM Journal of Fluid Machinery
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• v.16 no.2
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• pp.35-41
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• 2013

Inlet part of a printed circuit heat exchanger has been optimized by using three-dimensional Reynolds-Averaged Navier-Stokes analysis and surrogate modeling techniques. Kriging model has been used as the surrogate model. The objective function for the optimization has been defined as a linear combination of uniformity of mass flow rate and the pressure loss with a weighting factor. For the optimization, the angle of the inlet plenum wall, radius of curvature of the inlet plenum wall, and width of the inlet pipes have been selected as design variables. Twenty six design points are obtained by Latin Hypercube Sampling in design space. Through the optimization, considerable improvement in the objective function has been obtained in comparison with the reference design of PCHE.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 2000.05a
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• pp.169-177
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• 2000

The catalytic heat exchanger, which integrates two functions of heat generation and heat exchange into one equipment, was designed and its characteristics were investigated by the experiment and numerical simulation. The surface of the fin tube was deposited with Pd catalyst. The conversion of the mixture in the catalytic heat exchanger was more significantly affected by the inlet velocity of the mixture than by the inlet temperature and equivalence ratio of the mixture. It was found that the catalytic surface area of the fin tubes should be sufficiently increased to make the combustion intensity of the catalytic heat exchanger as high as possible. Results showed that the fin tubes, placed in the triangularly staggered form, should be adjusted so that the mixture flows uniformly over all the catalytic fin surfaces. Numerical simulation results demonstrated that the flow pattern of the mixture significantly affected the conversion of the mixture.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2003.06a
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• pp.832-835
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• 2003

This paper presents the investigation and development of heat exchangers incorporated with thermoelectric modules. Firstly, the characteristics of the modules themselves are evaluated with respect to the applied DC power. Then, the modules-based heat exchangers with an amplification apparatus to enhance cooling effects are designed and developed. The cooling performance of the proposed heat exchangers is experimentally investigated with respect to the magnitude and pattern of input DC power, along with cooling liquids. The results denote that the heat exchangers using thermoelectric modules can be effectively used in the field of the various cooling system.

• Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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• v.9 no.3
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• pp.259-267
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• 1997

Average heat transfer coefficients and friction coefficients have been measured from staggered short pin-fin arrays to investigate the effect of fin shapes. Flow entering into the test section is a fully developed duct flow and the Reynolds number ranges from 5,000 to 25,000 based on fin diameter and average approaching velocity. The fin has three different shapes; uniform-diameter circular fin, two stepped-diameter circular fins. Average heat transfer rates change slightly with the fin shapes. However, friction loss(pressure loss) for the stepped-diameter fins is significantly less than that for the uniform-diameter fin. This results indicate that the stepped-diameter fin arrays in duct flow enhance heat transfer rates largely based on unit pumping power.

• Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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• 2000.04a
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• pp.209-214
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• 2000

The catalytic heat exchanger, which integrates two functions of heat generation and heat exchange into one equipment, was designed and its characteristics were investigated by experiments. The surface of the fin tube was deposited with Pd catalyst. The conversion of the mixture in the catalytic heat exchanger was more significantly affected by the inlet velocity of the mixture than by the inlet temperature and equivalence ratio of the mixture. It was found that the catalytic surface area of the fin tubes should be sufficiently increased to make the combustion intensity of the catalytic heat exchanger as high as possible. Results showed that the fin tubes, placed in the triangularly staggered form, should be adjusted so that the mixture flows uniformly over all the catalytic fin surfaces.

• Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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• v.14 no.9
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• pp.717-724
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• 2002

A heat exchanger (100,000 W) using two-phase loop thermosyphons (TLT) was developed as a waste heat recovery system. An experimental and simulation study was carried out on the heat transfer characteristics of TLT heat exchanger, and the results from the experiments were used to see the possibility which the TLT heat exchanger could be an alternate solution for waste heat recovery system. The experimental results showed the provisional results as a waste heat recovery system. Also computer simulation code can predict the TLT system about the effects of various variables for the operation. Computer simulation results based on the thermal resistance networks were compared with the experimental results. The study clearly shows that the computer simulation for the TLT heat exchanger can Predict the most cases of the affecting parameters involved, provided that correct empirical correlations are used.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.35 no.1
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• pp.46-52
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• 2011

A study on the improvement for cycle efficiency of closed-type ocean thermal energy conversion (OTEC) was studied to obtain the basic data for the optimal design of cycle. For that, OTEC cycle with a generator, a reheater and a multi-turbine was simulated and analyzed. The basic thermodynamic model for OTEC is Rankine cycle and the surface seawater of $26^{\circ}C$ and deep seawater of $5^{\circ}C$ were used for the heat source of evaporator and condenser, respectively. Ammonia is used as the working fluid. The cycle efficiency increased when generator is added with 0.9 generator effectiveness. When the reheater and multi-turbine are applied in the basic cycle, the cycle efficiency showed 3.14% and the capacity of heat exchanger decreased for same total cycle power. For the OTEC cycle with the generator, the reheater and the multi-turbine showed the highest cycle efficiency and increased the efficiency by more than 6.5% comparing with the basic OTEC cycle.

• Journal of Aerospace System Engineering
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• v.14 no.3
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• pp.1-9
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• 2020

In this paper, the effects of the delta winglet vortex generator, the airfoil vortex generator and the guide vanes on the friction factor and the Colburn factor in the fin-tube flow were studied. The vortex generator and guide vane were non-dimensionalized based on the channel height and tube diameter, and locations were selected according to the authors' suggestions. The Reynolds number based on the inlet velocity and the tube diameter was selected in the range of 1400-8000. As a result, the friction factor resulted in a 4.7% decrease in guide vanes at the Reynolds number 8000 over the conventional fin-tube, and the Colburn factor resulted in a 33% increase in the delta winglet vortex generator at the Reynolds number 3800 over the conventional fin-tube.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.224.2-224.2
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• 2010

연료개질기는 연료전지 시스템의 핵심 구성요소 중의 하나로 도시가스로부터 수소를 생산하는 역할을 담당한다. 연료개질기는 주로 탈황, 수증기 개질, 수성가스 전이, 선택적 산화 반응의 4단계로 구성되어 있으며 이 중 상온 탈황부분을 제외한 나머지 부분은 일체화 설계를 통해 제작된다. 탈황의 경우 도시가스에 포함된 부취제인 황화합물를 제거하여 후단에 위치한 촉매층이 황에 의해 피독되는 것을 막는 역할을 하며 주로 상온흡착식 탈황제를 사용한다. 황이 제거된 도시가스는 물과 함께 연료개질기로 도입되어 수증기 개질반응을 통하여 수소, 일산화탄소, 이산화탄소 및 소량의 메탄과 미반응 수증기로 구성된 개질가스로 전환된다. 이후의 수성가스 전이반응에서는 일산화탄소가 물과 반응하여 수소 생산량을 늘리며 동시에 일산화탄소의 농도를 낮추게 된다. 또한 고분자 전해질 연료전지에 공급되는 개질가스는 선택적 산화반응을 통하여 일산화탄소의 농도를 10ppm이하로 유지하게 된다. 이러한 기능의 연료개질기 개발의 주요 이슈로는 컴팩트화 및 고효율화이며 이 두가지 요소를 고려하여 연료개질기를 설계하여야 한다. 연료전지 시스템의 전체부피를 줄이기 위한 노력의 일환으로 연료개질기의 컴팩트화가 요구되는데 가정용 연료전지 기술 선진국인 일본 제품의 경우 $1Nm^3/h$급 연료개질기의 부피는 20L정도로 알려져 있다. 또한 연료전지 시스템의 효율은 연료개질기의 개질효율과 연료전지 스택의 발전효율의 곱으로 계산되기 때문에 연료개질기의 연료개질 효율은 전체 시스템의 효율에 직접적으로 영향을 미치게 된다. 한국에너지기술연구원에서는 수소생산량 기준 $1Nm^3/h$급 연료개질기의 개발을 완료하였으며 크기 및 효율면에서 선진국 제품과 비교하여 동등 또는 우위의 수준을 달성하였다. 연료개질기 내부의 혼합 및 분배 구조를 개선하고 각 촉매층의 최적 배치를 통해 연료개질기의 부피를 최소화 하였으며 연료개질기 내부에서 고온부위와 저온부위 사이의 최적 열교환을 통해 열효율을 극대화 시켰다. 현재 개발된 $1Nm^3/h$급 개질기의 단열 후 부피는 13.5L 그리고 단독운전 시 열효율은 80%(LHV)로 측정되었다. 또한 $1Nm^3/h$급의 연료개질기의 스케일-업 설계를 통하여 수소생산량 3, $5Nm^3/h$ 규모의 연료개질기를 개발하였으며 성능평가가 진행 중이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.69-69
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• 2011

태양열 발전 플랜트에 사용되는 중고온 범위의 축열조에 고체-액체간 상변화를 수행하는 용융염을 축열물질로 사용하면 액체상 또는 고체상만으로 된 열저장 매체에 비해 축열조의 규모를 축소함과 동시에 축열온도의 균일성 향상에 기여할 수 있다. 중온인 $250{\sim}400^{\circ}C$ 범위에서 이용 가능한 용융염으로는 질산칼륨($KNO_3$), 질산리튬($LiNO_3$)등이 있다. 그러나 이러한 용융염의 가장 큰 단점은 열전도율이 매우 낮다는 것이며, 이로 인해 요구되는 열전달률을 성취하기 위해서는 많은 열접촉면적이 필요하다는 것이다. 이러한 단점을 극복하는 방법을 도입하지 않고서는 축열시스템의 소규화를 성취하는데 큰 효과를 가져올 수 없다. 한편 열수송 성능이 탁월한 히트파이프를 사용하면 열원 및 열침과 축열물질 사이의 열전달 효율을 증가시켜 시스템의 성능 향상과 동시에 소규모화에 기여할 수 있다. 중온 범위 히트파이프의 작동유체로서 다우섬-A(Dowtherm-A)는 $150^{\circ}C$이상 $400^{\circ}C$까지의 범위에서 소수에 불과한 선택적 대안 중 하나이다. 따라서 본 연구에서는 용융염을 사용하는 중온 태양열축열조에 적용 가능한 다우섬-A 히트파이프의 성능을 파악하여 기술적 자료를 제시하고자 하였다. 열원으로는 고온 고압의 과열증기, 그리고 열침으로는 중온의 포화증기를 고려하였다. 용융염 축열조를 수직으로 관통하는 히트파이프는 하단부에서 열원 증기와 열교환 가능하며, 중앙부에서 축열물질과 열교환하고, 상단부에서는 중온 증기와 접촉할 수 있도록 배치하였다. 축열모드에서는 히트파이프의 하단부가 증발부로 작동하고, 중앙부가 응축부로 작동하여 용융염으로 열을 방출하면 용융염의 온도가 상승하고 용융점에 도달하면 액상으로의 상변화가 진행되면서 축열이 활성화된다. 축열모드에서 히트파이프의 상단부는 단열부로 작동한다. 방열과정에서는 히트파이프의 하단부가 단열된 상태이고, 중앙부는 용융염으로부터 열을 받아 증발부로 작동하며, 상단부는 중온 증기로 열을 방출하므로 응축부로 작동한다. 즉, 축열시스템의 작동모드에 따라 하나의 히트파이프에서 증발부, 응축부, 단열부의 위치가 변하게 된다. 특히, 히트파이프의 중앙 부분이 응축부에서 증발부로 전환될 때에도 작동이 보장되려면 내부 작동유체의 연속적인 재순환이 가능해야 하므로, 일반 히트파이프에서와는 달리 초기 작동액체의 충전량을 증발부 전체의 체적보다 더 많이 과충전해야 한다. 이러한 히트파이프의 성능 파악을 위한 실험에서 고려한 변수들은 열부하, 작동액체의 충전률, 작동온도 등이며, 열수송 성능의 지표로서는 유효열전도율과 열저항을 이용하였다. 중온범위에서 적정한 작동온도를 성취하기 위해 실험에서는 전압 조절기로 열부하를 조절하는 동시에 항온조로 응축부의 냉각수 입구 온도를 제어하였다. 하나의 히트파이프에 대해서 최대 1 kW까지의 열부하에서 냉각수 입구 온도를 $40^{\circ}C$에서 $80^{\circ}C$ 범위로 변화시키면 히트파이프 작동온도를 약 $250^{\circ}C$ 내외로 조절 가능하였다. 히트파이프 작동액체 충전률은 윅구조물의 공극 체적을 기준으로 372%에서 420%까지 변화 시켰다. 실험 결과를 토대로 열저항과 유효 열전도율을 각각 입력 열유속, 작동온도, 작동액체 충전률 등의 함수로 제시했다. 동일한 냉각수 온도에서는 충전률이 높을수록 히트파이프의 작동온도가 감소하였다. 열저항 값의 범위는 최소 $0.12^{\circ}C/W$에서 최대 $0.15^{\circ}C/W$까지로 나타났으며 유효 열전도율의 값은 최소 $7,703W/m{\cdot}K$에서 최대 $8,890W/m{\cdot}K$까지 변화했다. 최소 열저항은 충전률 420%인 경우에 나타났는데 이때의 작동온도는 약 $262^{\circ}C$이었다. 히트파이프의 작동한계로서 드라이아웃(dry-out)은 충전률 372%의 경우에 열부하 950 W에서 발생하였으나, 그 이상의 충전률에서는 열부하 1060 W까지 작동한계 발생이 관찰되지 않았다. 실험 결과 본 연구에서의 히트파이프는 중온 태양열 축열조에 적용되어 개당 약 1 kW의 열부하를 이송하면서 축열물질 및 축방열 대상 유동매체와 열교환을 하는데 사용하는데 충분할 것이라 판단된다.