Yubin Kim;Kihwan Kim;Seungcheol Ryu;Hojun Cha;Seokho Kim
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.26
no.1
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pp.25-30
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2024
High-temperature superconducting rotors offer advantages in terms of output-to-weight ratio and efficiency compared to conventional phase conduction motors or generators. The rotor can be cooled by conduction cooling, which attaches a cryocooler, and by refrigerant circulation, which uses circulating liquid or gas neon, helium and hydrogen. Recent work has focused on environmental issues and on high-temperature superconducting motors cooled with liquid hydrogen that can be combined with fuel cells. However, to ensure smooth supply and return of the cryogenic cooling fluid, a cryogenic rotational coupling between the rotating and stationary parts is necessary. Additionally, the development of a sealing structure to minimize fluid leakage applicable to the coupling is essential. This study describes the design and performance evaluation of a non-contact sealing method, specifically a labyrinth seal, which avoids power loss and heat load caused by friction in contact sealing structures. The seal design incorporates a spiral flow path to reduce leakage using centrifugal force, and computational fluid dynamics (CFD) simulations were conducted to analyze the flow path and rotational speed. A performance evaluation device was configured and employed to evaluate the designed seal. The results of this study will be used to develop a cryogenic rotational coupling with supply and return flow paths for cryogenic applications.
The High Temperature Superconducting power cables (HTS power cables) become increasingly longer to commercialize the HTS power cable system. Accordingly, demands on refrigerators of large cooling capacity per a unit system have been increased. In Korea, it is currently imported from abroad with the high price due to insufficient domestic technologies. In order to commercialize the HTS power cables, it is necessary to develop the refrigerators with large cooling capacity. The Brayton refrigerators are composed of recuperative heat exchangers, compressors and cryogenic turbo expanders. The most directly considering the efficiency of the Brayton refrigerator, it depends on performance of the cryogenic turbo expander. Rotating at high speed in cryogenic temperature, the cryogenic turbo expanders lower temperature by expanding high pressure of a helium or neon gas. In this paper, the reverse Brayton cycle is designed and the cryogenic turbo expander is designed in accordance with the thermodynamic cycle.
Lee, Cheonkyu;Park, Inmyong;Yoo, Donggyu;Jeong, Sangkwon;Park, Sang Woo
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.15
no.3
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pp.40-48
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2013
Cryoablation device is a surgical instrument to produce the cooling effect to destroy detrimental biological tissue by utilizing low temperature around 110 K. Usually, this device has the concentrated cooling region, so that it is suitable for concentrated and thick target. Accordingly, it is hard to apply this device for the target which is distributed and thin target. In this study, the design procedure of a closed-loop cryoablation device with multiple J-T expansion part is developed for the treatment of incompetent of great saphenous vein. The developed cyoablation device is designed with the analysis of 1-dimensional (1-D) bio-heat equation. The energy balance is considered to determine the minimum mass flow rate of refrigerant for consecutive flow boiling to develop the uniform cooling temperature. Azeotropic mixed refrigerant R410A and zeotropic mixed refrigerant (MR) of R22 ($CHClF_2$) and R23 ($CHF_3$) are utilized as operating fluids of the developed cryoablation device to form the sufficient temperature and to verify the quality of the inside of cryoablation probe. The experimental results of R410A and the zeotropic MR show the temperature non-uniformity over the range are $244.8K{\pm}2.7K$ and $239.8K{\pm}4.7K$ respectively. The experimental results demonstrate that the probe experiences the consecutive flow boiling over the target range of 200 mm.
Proceedings of the Korea Institute of Applied Superconductivity and Cryogenics Conference
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2003.02a
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pp.171-173
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2003
The cryostat or dewar have been widely used for making and maintaining cryogenic and vacuum environments. The thermal performances of such cryogenic vacuum system mainly depend on the radiation heat transfer between hot and cold surface The characteristics of radiation heat transfer are complicated, because amounts of heat transfer depend on view factor, emissivities, and areas of thermal elements. In this study, the analysis of the radiation heat transfer in the small cryogenic vacuum system was performed using the surface to surface radiation model for evaluation of the required cooling capacity of the cryocooler.
The liquid nitrogen as an environmentally safe coolant has been widely recognized in cryogenic machining, its function as a lubricant is plausible due to its chemical inertness, physical volatility and low viscosity. Since a reduced friction is a direct witness of the lubrication effect from a tribological viewpoint, this paper presents an evaluation of the apparent friction coefficient on the tool-chip interface in cryogenic cutting operations to prove and characterize the lubricity of LN2 in cryogenic machining. The cryogenic cutting technology used in this study is based on a cooling approach and liquid nitrogen delivery system which are intended to apply liquid nitrogen in well-controlled fine jets to selectively localized cutting zones and to penetrate liquid nitrogen to the tool-chip interface. It has been found that the apparent friction coefficient can be significantly reduced in cryogenic machining, depending on the approach of liquid nitrogen delivery.
Proceedings of the Safety Management and Science Conference
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2002.05a
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pp.221-225
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2002
Machinability improvement by the use of liquid nitrogen in cryogenic machining has been reported in various studies. This has been mostly attributed to the cooling effect of liquid nitrogen. However, No study has been found in discussion on whether liquid nitrogen possesses lubrication effect in cryogenic cutting. This paper presents lubrication mechanism related to chip microstructure. The friction reduction was further reflected In larger shear angle and less secondary deformation in the chip microstructures.
Proceedings of the Korea Institute of Applied Superconductivity and Cryogenics Conference
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2000.02a
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pp.63-66
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2000
A rotating cryogenic system was designed similar to the cooling system for the rotor of a superconducting generator. The experimental rotor has an inner vessel which simulates the winding space of an actual superconducting rotor, and a torque tube of comparable design. This paper describes the evaluation of the total heat leak into the inner vessel that leads to the study of the jheat transfer characteristic of the rotating cryogenic system.
Park, Kijung;Ko, Dea Hoon;Kim, Byung Min;Lim, Hak Jin;Lee, Jung Min;Cho, Young-Rae
Korean Journal of Metals and Materials
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v.49
no.1
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pp.9-16
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2011
To develop a 6061 aluminum alloy with low residual stress and high tensile strength, a cryogenic treatment process was investigated. Compared to the conventional heat treatment process for precipitation hardening with artificial aging, the cryogenic treatment process has two additional steps. The first step is cryogenic quenching of the sample into liquid nitrogen, the second step is up-hill quenching of the sample into boiling water. The residual stress for the sample was measured by the $sin^2{\psi}$ method with X-ray diffraction. The 6061 aluminum alloy sample showed 67% relief in stress at the cryogenic treatment process with artificial aging at $175^{\circ}C$. From this study, it was found that the optimum cryogenic treatment process for a sample with low residual stress and high tensile strength is relatively low cooling speed in the cryogenic quenching step and a very high heating speed in the up-hill quenching step.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.14
no.3
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pp.141-148
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2015
The cryogenic cooling system should maintain the HTS power cable below 77 K. As the length of HTS power cables has increased, there have been many efforts to develop large capacity cryocoolers. Brayton, Joule-Thomson, and Claude refrigerators were considered for the large capacity cryocooler. Among the various cryocoolers, the Brayton refrigerator is the most competitive in terms of the HTS power cable. At present, it is thought that a 10-kW class refrigerator will be able to be used as a unit cooling system for the commercialization of HTS power cables in the near future. The Brayton refrigerator is composed of recuperative heat exchangers, a compressor, and a cryogenic turbo expander. Among the various components, the cryogenic turbo expander is the part that decreases the temperature, and it is the most significant component that is closely related with overall system efficiency. It rotates at high speed using high-pressure helium or neon gas at cryogenic temperatures. This paper describes the design of a 300-W class Brayton refrigeration cycle and the cryogenic turbo expander as a downscale model for the practical 10-kW class cycle. Flow and structural analyses are performed on the rotating impeller and nozzle to verify the efficiency and the design performance.
The cryogenic test facility is developed for test of deep groove ball bearings, floating ring seals, materials (steel & copper) for High Pressure Turbopump of liquid rocket engine (LRE). The cryogenic bearing test is performed to evaluate the flow rate of cooling water and the load-carrying capacity of bearings. The cryogenic seal test is performed to evaluate the determination of magnitude of leakages through the seal, a time variation of this magnitude. The test of the materials Pair is performed to evaluate its fitness for operation in the liquid oxygen medium.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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