• The Magazine of the Society of Air-Conditioning and Refrigerating Engineers of Korea
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• v.29 no.10
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• pp.47-51
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• 2000

최근 룸에어콘이나 패키지에어콘의 에너지 절약, 쾌척성 등에 대환 사용자나 회사로부터의 요구는 더더욱 높아지고 있다. 공조기의 중요한 구성요소 중 하나인 열교환기도 이러한 요구에 대응하여 기술개발이 계속해서 진행되고 있다. 공조용 열교환기를 설계할 때 가장 중요한 과체는 비용이냐 설치성 등의 제약조건올 만족하면서 필요한 교환열량을 달성하기 위해, 요구되는 열 전달계수(K)와 전열면적(A)의 곱인 KA값을 얼마나 확보하는가 하는 점에 있다. 그러나 이 외의 과제, 예를 들어 홴입력, 소음을 억제하기 위한 공기측 통풍저항의 감소, 증발온도에 영향을 마치는 관내압력손실의 감소 등도 중요한 과제이다. KA값 증대와 통풍저항억제를 동시에 판촉하기 위해 공조용 열교환기는 전면면적을 크게 하고 두께를 작게 하여 사용하는 것이 원칙이다. 또, 전열관의 관경도 관 둘레길이와 냉매분배성능 면에서 제약이 발생한다. 이와 같은 배경으로부터 공조용 열교환기는 판경 6~10 mm정도의 전열 관을 20~25mm길이로 배치한 핀튜브형 열교환기가 주류로 되어있다. 여기에서는 공조기에 널리 사용하고 있는 핀튜브형 열교환기에 대한 최근의 기술개발 사례를 소개하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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• 1997.05a
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• pp.279-285
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• 1997

본 연구에서는 나선형과 판형의 핀을 가진 원자력 발전소용 직교류 핀-관 열교환기의 열량을 ARI Standard-410에 따라 실험적으로 측정하여 풍속과 냉수속에 따른 열저항 및 압력 손실을 도출하는 것을 목적으로 하였으며, 이러한 시도를 통해서 실제 열교환기의 성능 평가시 필요한 기술적 자료를 축적하고자 하였다. 실험에서는 나선형 6fin/in, 8fin/1n, 10fin/in 열교환기와 판형 8fin/in 열교환기를 사용하였으며, 풍속을 0.486m/s와 2.214m/s로, 수속을 1m/s～4m/s로 하여 실험을 행하였다. 실험 결과를 통하여, 원자력 발전소의 격납 용기내의 공기조화를 위하여 사용되어 지는 열교환기의 성능 평가 방법 및 실증 능력을 확보하였으며, 풍속 증가에 따라 총괄 열전달 계수는 전체적으로 비례 증가하는 경향을 보였다. 판형이 나선형 보다 열전달 계수가 작게 나타났으며, 나선형 열교환기의 경우 fin수에 따른 변화는 크지 않았으나, 열전달 면적을 고려한 경우에는 나선형 10fin/in 열교환기가 가장 뛰어난 열교환 성능을 발휘함을 알 수 있었다. 또한, 공기측의 압력 손실은 전체적으로 전연 풍속 증가에 따라서 속도 제곱에 비례하여 증가하는 경향을 보였다.

• Journal of Energy Engineering
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• v.9 no.1
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• pp.28-36
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• 2000

태양열 시스템에 사용되는 간접접촉을 열교환기는 열전달률감소, 부식, 스케일링 등의 문제에 기인하는 단점을 갖고 있다. 이러한 문제들을 해결하기 위하여 직접접촉 열교환기의 사용이 제안된다. 본 연구에서는 직접접촉 열교환기로서 분사칼럼이 도입되었다. 열전달률을 증가기키기위하여 작동유체는 연속유체와의 접촉면적을 증가시키기위하여 칼럼내에서 작고 균일한 방울들로 분산된다. 또한 작고 균일한 방울들로 만들기 위하여 열교환기 칼럼내에서 메쉬가 설치되었다. 디에틸 프탈레이트(Diethyl Pthalate , 밀도 : 1,052g/㎤)가 작동유체로 사용되었고, 메쉬가 있는 경우와 없는 경우로 비교 실험되었다. 실험중 칼럼의 길이방향으로 온도측정을 하였고, 두 유체간의 직접접촉 열교환 메카니즘을 알기 위하여 방울의 사진을 통하여 분석하였다. 방울이 제트형태로 형성될 때 방울은 작고 균일하였다. 한편 방울형태로 형성될 때는 크고 불균일하게 관찰되었으나 , 메쉬를 통해 칼럼내에서 효과적으로 작고 균일한 방울들로 되었다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.32 no.5C
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• pp.177-183
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• 2012

The use of energy pile foundation has been increased for economic utilization of geothermal energy. In particular, a coil-shaped ground heat exchanger (GHE) is preferred than conventional U-shaped heat exchanger to ensure better efficiency of heat exchange rate. This paper presents experimental results by changing different pitch spaces of spiral coils. Joomunjin sand was filled in a steel box of which the size was $5m{\times}1m{\times}1m$. Thermal response tests (TRTs) were conducted to measure the ground thermal conductivity with temperatures of circulating water using line source model and ring coil model. Experimental results and analytical solutions were compared to validate the applicability of these models. Ring coil model showed more accurate similar results with experimental data rather than line source model and cylindrical source model.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.81.2-81.2
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• 2010

고체 산화물 연료전지(SOFC) 시스템은 스택과 기계적 주변 장치인 MBOP(Mechanical Balance of Plant), 그리고 전기적 주변장치인 EBOP(Electrical Balance of Plant)로 구성되어있다. SOFC는 일반적으로 $700^{\circ}C$ 이상의 고온에서 작동되기 때문에 효율적인 열 이용 및 열 관리가 중요하다. SOFC 시스템의 MBOP에는 상온의 연료가스들을 고온으로 가열하여 스택에 유입 시기키 위한 열교환기 및 촉매연소기 등의 장치들이 필요하며, 효율적인 열관리를 위해서는 고온에서 작동하는 장치들을 한곳에 통합하여 구성하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 SOFC 시스템의 MBOP(Mechanical Balance of Pant) 중 고온부에 해당하는 촉매연소기, 열교환기 및 스택이 통합된 스택 모듈을 제작에 앞서 개념 검증을 위해 열교환기 및 촉매연소기로 이루어진 프로토타입(prototype)의 SOFC 모듈평가 장치를 제작하였다. 열교환기는 Plate형으로 총 6개로 구성되어 있으며, 연료극과 공기극 가스라인에 각각 3개씩 배치하여 스택에 유입되는 연료 및 공기가 촉매연소기에서 나오는 고온의 배가스와 열교환되어 가열되도록 구성하였다. 촉매연소기는 honeycomb 타입의 촉매를 사용하였고, 촉매연소기로 유입되는 연료극 배가스와 공기의 균일혼합과 hot spot을 방지하기 위한 장치를 삽입하여 제작하였다. 제작된 SOFC 모듈평가장치는 시운전을 통해 각 장치의 성능 확인 후 반응면적이 $20{\times}20cm^2$ 인 단전지를 적층하여 연계 운전을 수행하였다.

• 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.

• Journal of Bio-Environment Control
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• v.15 no.3
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• pp.211-216
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• 2006

This study was carried out to investigate the effect of greenhouse cooling by a geothermal heat pump system on greenhouse temperature and growth of vegetable transplants in summer season. Greenhouse air temperature in day time was $3-4^{\circ}C$ lower in fog plus shading system than in shading, while in night time that was $5-7^{\circ}C$ lower in geothermal heat pump (GHP) plus shading system compared to shading or fogplus shading. system. Plant height of cucumber, tomato and hot pepper transplants was shortened in GHP plus shading compared to shading or fog plus shading system. And Leaf area and dry weight were slightly decreased in GHP plus shading compared to the other systems. Therefore, healthy transplant index on cucumber, tomato and hot pepper was higher in GHP plusshading than in shading or fogplusshading system.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.35 no.2
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• pp.215-220
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• 2011

A 0.5 t/h class non-furnace boiler has been developed with the aim of achieving a high efficiency and compactness. A metal fiber burner has been adopted so that a stable flame can be obtained. The tube banks are installed downstream of the burner. Bare tubes are used upstream, while finned tubes are installed downstream. The heat-transfer characteristics of the non-furnace boiler have been studies on the basis of the results of the numerical simulation as well as those of the experiment. Important design parameters such as the bulk temperature along the streamwise direction and the temperature of the fin tips have been evaluated using the CFD results and compared with the experimental data and the empirical correlations typically used for the design of the boiler.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.52 no.6
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• pp.720-726
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• 2014

PEM fuel cell vehicles have been getting much attraction due to a sort of highly clean and effective transportation. The onboard fuel processor, however, is inevitably required to supply the hydrogen by conversion from some fuels since there are not enough available hydrogen stations nearby. A lot of studies have been focused on analyses of ATR reactor under the assumption of thermo-neutral condition and those of the optimized process for the minimization of energy consumption using thermal efficiency as an objective function, which doesn't guarantee the maximum hydrogen production. In this study, the analysis of optimization for 100 kW PEMFC onboard fuel processor was conducted targeting various fuels such as gasoline, LPG, diesel using newly defined hydrogen efficiency and keeping simply synthesized heat exchanger network regardless of external utilities leading to compactness and integration. Optimal result of gasoline case shows 9.43% reduction compared to previous study, which shows the newly defined objective function leads to better performance than thermal efficiency in terms of hydrogen production. The sensitivity analysis was also done for hydrogen efficiency, heat recovery of each heat exchanger, and the cost of each fuel. Finally, LPG was estimated as the most economical fuel in Korean market.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.241-241
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• 2011

최근들어 저온플라즈마를 이용한 생물학적 응용분야가 각광을 받고 있다. 특히 전기전도도를 가진 전해질 내에서 형성된 액상 플라즈마는 열손상없이 암, 세균 및 비정상 장기조직의 제거가 가능하다는 점에서 기존 시술들이 가지는 문제를 해결할 수 있다. 허리통증을 유발하는 탈출 수핵을 대용량으로 제거하기위한 플라즈마발생 전극에 관한 연구가 수행되었다. 수핵 분해량을 늘리기 위해서는 플라즈마를 통하여 다량의 수산화기 라디컬을 형성, 수핵표면에 조사해야 한다. 이를 위하여 6개의 텅스텐 전극표면에서 기포를 발생시켜 플라즈마 발생면적을 넓힐 수 있었다. 텅스텐 전극들은 캡톤코딩과 세라믹 스페이서를 통하여 분리되었고, 전극의 후방에는 SUS 재질의 환형 접지전극을 배치하여 6개의 텅스텐 전극표면에서 모두 기포가 발생할 수 있도록 하였다. 시술적용시 플라즈마 및 전극이 가지는 제한 조건은 단백질 변성을 막기위한 섭씨 45도 이하의 온도 상승과 조직에 대한 기계적인 손상 방지를 위한 2.5 mm 이하의 전체 전극 굵기이다. 이를 만족하는 가운데 수산화기 라디컬 형성을 증대할 수 있는 전극의 구조를 결정하기 위하여 1-D 전기 열유체 모델 도입하였다. 모델에서 도출된 기포의 두께를 바탕으로 다중전극간의 거리 조절을 통하여 플라즈마 방전구조를 전극 - 전극 (기포두께${\times}2$ > 전극간 거리)과 전극 - 기포표면 (기포두께${\times}2$ < 전극간 거리)으로 통제하였다. 형성된 플라즈마의 소모전력, 전자 밀도및 수산화기 라디컬의 회전온도를 분석하기 위하여 0.9% 염화나트륨 수용액, 1.6 S/m, 전해질에서 플라즈마 형성를 형성하고 전기신호 및 광학신호를 관측하였다. 전극에 인가된 전압은 340 VRMS이며 운전주파수는 380 kHz이다. 실험 결과, 전극 - 기포표면 방전구조는 전극 -전극 방전구조에 비하여 전해질의 저항역할로 인하여 방전전류가 3.4 Ipp에서 1.6 Ipp로 감소하였으나, 기포표면에서의 물분자의 분해로 인하여 수산화기 라디컬에서의 발광세기는 약 4배 증가하였다. 또한 수산화기의 회전온도 분포상에서도 전극 - 기포표면 방전은 주변 물분자의 열교환으로 인하여 전극 -전극간 방전의 1500K 에 비하여 낮은 400K를 보였다. 이는 전극-기포표면 방전구조의 전극이 낮은 온도의 수산화기를 다량으로 형성할 수 있음을 시사하며, 카데바를 이용한 실험에서 220초에 걸쳐 약 87%의 수핵을 기계적 손상 및 단백질 변형없이 효과적으로 제거함을 확인하였다.