• 대한설비공학회지:설비저널
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• 제31권7호
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• pp.45-52
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• 2002

1991년에 Maryland 대학에 Dr. Reinhard Rader-macher에 의해 환경에너지공학연구소(CEEE)가 설립되었다. 이 연구소는 환경 및 경제적인 관점에서 에너지 변환 시스템을 개발하는데 선두적인 역할들 수행해왔다. 환경 에너지 공학 연구소는 산업체, 정부,및 연구소에서 지원 받는 컨소시엄 형태의 연구 센터이다. 대체 냉매, $CO_2$초월임계 사이클에 관한 연구를 1993년에 시작한 이래, 현재 세계적으로 40여 개의 회사가 지원을 하고 있다. 2단 압축 $CO_2$ 사이클 최적화, 초월 임계 사이클에서의 오일에 따른 열전달 영향, 초월$CO_2$임계 시스템에서의 오일 정체, $CO_2$압축기 모델링, 자동차에서의 $CO_2$기후 조절 시스템, $CO_2$냉매를 이용한 에어컨, $CO_2$저온 냉동 시스템 등에 관한 연구를 수행하고 있다. CEEE는 향후 연구로 구성요소 및 시스템 최적화, 효율향상, 시스템 적용확대에 관한 연구를 할 예정이다. 센터는 보고서, 컨소시엄 미팅. 워크샵, 교과목 개설, 당문 연구자 초청들을 통해 산업계 및 기술을 전달하고 있다. 본 고에서는 환경에너지 공학 연구소에서 $CO_2$ 초월임계 사이클에 초점을 맞추어 연구소의 연구활동을 기술한다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권12호
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• pp.1343-1349
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• 2011

본 연구에서는 $100^{\circ}C$의 저온 열원을 이용하여 구동되는 랭킨 동력 사이클에 대하여, HFC-134a를 이용한 아임계 운전을 할 경우의 출력과 HFC-125 를 이용한 초월임계 운전을 할 경우의 출력을 서로 비교함으로써, 초월임계 운전에 의한 출력 향상 가능성을 연구하였다. 서로 다른 두 사이클들의 출력을 공정하게 비교하기 위하여, 각 사이클들을 3 개의 설계인자를 이용하여 최적화 하였다. 이 때, 보다 현실적인 결과를 위하여 기존의 연구와는 달리, 열교환 과정에서 작동유체의 열전달 및 압력강하 특성을 고려하였다. 시뮬레이션 결과, HFC-125 초월임계 사이클의 출력이 HFC-134a 아임계 사이클의 출력에 비해 본 연구의 시뮬레이션 조건 하에서 9.4% 향상 될 수 있음을 보였다.

• 설비공학논문집
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• 제15권6호
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• pp.461-470
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• 2003

The purpose of this study is to investigate the performance of a transcritical cycle for hot water heating using $CO_2$ as a working fluid. Some of the main parameters that affect the practical performance of the $CO_2$ system are discussed; the performance on the variation of refrigerant charge, changes in flow conditions of secondary fluids, and that with or without internal heat exchanger, The experimental results show that the optimum charge is approximately the same for various mass flow rates of the secondary fluid at gas cooler. The experimental results on the effect of secondary fluids are in general agreement with the experimental results of transcritical cycle in the open literature and show similar trend for conventional subcritical vapor compression cycles. The heat exchanger effectiveness increases with an increase of the heat exchange area of the internal heat exchanger regardless of the mass flow rate at the gas cooler.

• 설비공학논문집
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• 제15권6호
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• pp.471-479
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• 2003

A simulation on the performance of a transcritical $CO_2$ heat pump system is carried out to investigate its characteristics for various operating conditions. Cycle simulation models are established for a steady-state simulation and are verified by comparing experimental data. Based on correlations and methods available in the literature, the processes in individual components of the transcritical cycle are simulated to analyze the performance of $CO_2$ transcritical heat pump system. The simulation models are good enough to predict the performance of a $CO_2$ transcritical cycle. Simulation results are provided to show the relative effects when varying the size of internal heat exchanger and the discharge pressure of a compressor.

• 대한기계학회논문집B
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• 제41권11호
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• pp.699-707
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• 2017

본 연구에서는 아홉 종류의 작동유체를 고려하여 저온 열원으로 구동되는 아임계 및 초월임계 유기 랭킨 사이클의 열역학적 성능 특성을 비교 해석한다. 터빈입구압력, 열원온도 및 작동유체가 열교환기 내 온도분포와 핀치포인트, 작동유체의 유량, 시스템 출력 및 열효율 등 시스템의 성능에 미치는 영향을 분석한다. 해석 결과는 작동유체의 압력이 아임계 영역에서 초임계 영역으로 높아지면 열교환기에서 열원과 작동유체 사이의 온도 불균일 정도가 감소하면서 시스템 출력이나 열효율 등은 증가하나 시스템의 단위출력당 터빈 크기는 작아짐을 보여준다.

• 설비공학논문집
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• 제16권2호
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• pp.158-166
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• 2004

The performance of a heat pump using $CO_2$ is predicted and analyzed by using a cycle simulation model developed in this study. Cycle simulations are conducted by varying design parameters and operating conditions with the applications of advanced techniques to improve system performance. The applied systems in the simulations are internal heat exchanger, expander, and 2-stage compression with intercooling. As a result, the applications of advanced techniques improve the heating and cooling performances of the transcritical $CO_2$ cycle by 8∼26％ and 20∼30％, respectively, over the basic cycle.

• 설비공학논문집
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• 제17권3호
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• pp.209-215
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• 2005

Since a transcritical $CO_2$ cycle shows lower performance than conventional air conditioners in the cooling mode operation, it is required to enhance the performance of the $CO_2$ cycle by applying advanced technologies and optimizing components. In this study, the cooling performance of a $CO_2$ system measured by varying refrigerant charge amount, compressor frequency, EEV opening and length of internal heat exchanger. As a result, the cooling COP of the basic system without internal heat exchanger was 2.1. The cooling performance of the modified cycle applying internal heat exchanger improved by $4-9\%$ over the basic cycle.

• 설비공학논문집
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• 제16권12호
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• pp.1134-1139
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• 2004

The evaporative heat transfer coefficient of $CO_2$ (R-744) in a horizontal tube was investigated experimentally. The experiments were conducted without oil in a closed refrigerant loop which was driven by a magnetic gear pump. The main components of the refrigerant loop are a receiver, a variable-speed pump, a mass flow meter, a pre-heater and evaporator (test section). The test section consists of a smooth, horizontal stainless steel tube of inner diameter of 7.75 mm. The experiments were conducted at mass flux of 200 to 500 kg/m$^2$s, saturation temperature of -5 to 5$^{\circ}C$, and heat flux of 10 to 40kW/m$^2$. The test results showed the heat transfer of $CO_2$ has a greater effect on nucleate boiling more than convective boiling. Mass flux of $CO_2$ does not affect nucleate boiling too much, and the effect of mass flux on evaporative heat transfer of $CO_2$ is much smaller than that of refrigerant R-22 and R-134a. In comparison with test results and existing correlations, correlations failed to predict the evaporative heat transfer coefficient of $CO_2$, therefore, it is necessary to develope reliable and accurate predictions determining the evaporative heat transfer coefficient of $CO_2$ in a horizontal tube.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제19권2호
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• pp.156-162
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• 2008

The condensation pressure drop for R-22 and R-410A flowing in a small diameter tube was investigated. The test section is a counterflow heat exchanger with refrigerant flowing in the inner tube and coolant flowing in the annulus. The test section consists of 1220 mm length with horizontal copper tube of 3.38 mm outer diameter and 1.77 mm inner diameter. The refrigerant mass fluxes ranged from 450 to $1050\;kg/m^2{\cdot}s$ and the average inlet and outlet qualities were 0.05 and 0.95, respectively. The main experimental results were summarized as follows : In the case of two-phase flow, the pressure drop increases with increasing mass flux and decreasing quality. The pressure drop of R-22 is slightly higher than that of R-410A for the same mass flux. Most of correlations proposed in the large diameter tube showed enormous deviations with experimental data.

• 설비공학논문집
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• 제15권12호
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• pp.987-995
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• 2003

The performance of a residential heating and cooling system with $CO_2$ is predicted by using a cycle simulation model. The simulations are conducted by varying design parameters and operating conditions. The efficiency of the transcritical cycle can be improved by utilizing the advantages in heat transfer characteristics of $CO_2$ and developing microchannel indoor and outdoor heat exchangers. For the designed system of this study, the predicted COP of the heat pump system is approximately 3.5 in the heating mode and 3.0 in the cooling mode. The predicted optimal discharge pressure for the heat pump system is approximately 11 MPa in the heating mode and 9 MPa in the cooling mode.