The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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제26권5호
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pp.325-333
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2021
A 3 kW grid-tied PV inverter with Gallium nitride high-electron mobility transistor (GaN HEMT) for domestic commercialization was developed using boost converter and full-bridge inverter with LCL filter topology. Recently, many GaN HEMTs are manufactured as surface mount packages because of their lower parasitic inductance characteristic than standard TO (transistor outline) packages. A surface mount packaged GaN HEMT releases heat through either top or bottom cooling method. IGOT60R070D1 is selected as a key power semiconductor because it has a top cooling method and fairly low thermal resistances from junction to ambient. Its characteristics allow the design of a 3 kW inverter without forced convection, thereby providing great advantages in terms of easy maintenance and high reliability. 1EDF5673K is selected as a gate driver because its driving current and negative voltage output characteristics are highly optimized for IGOT60R070D1. An LCL filter with passive damping resistor is applied to attenuate the switching frequency harmonics to the grid-tied operation. The designed LCL filter parameters are validated with PSIM simulation. A prototype of 3 kW PV inverter with GaN HEMT is constructed to verify the performance of the power conversion system. It achieved high power density of 614 W/L and peak power efficiency of 99% for the boost converter and inverter.
The evolution of temperature and thermal stress in a granite specimen is studied via heating experiment in the context of a high-level radioactive waste repository. A heating condition based on the decay-induced heat is applied to a cubic granite specimen to measure the temperature and stress distributions and their evolution over time. The temperature increases quickly due to heat conduction along the heated surfaces, but a significant amount of thermal energy is also lost through other surfaces due to air convection and conduction into the loading machine. A three-dimensional finite element-based model is used to numerically reproduce the experiment, and the thermo-mechanical coupling behavior and modeling conditions are validated with the comparison to the experimental results. The most crucial factors influencing the heating experiment are analyzed and summarized in this paper for future works.
Park, Jung-Wook;Ryu, Dongwoo;Park, Dohyun;Choi, Byung-Hee;Synn, Joong-Ho;Sunwoo, Choon
Tunnel and Underground Space
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제23권5호
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pp.442-453
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2013
A large-scale high-temperature thermal energy storage(TES) was numerically modeled and the heat loss through storage tank walls was analyzed using a commercial code, FLAC3D. The operations of rock cavern type and above-ground type thermal energy storages with identical operating condition were simulated for a period of five consecutive years, in which it was assumed that the dominant heat transfer mechanism would be conduction in massive rock for the former and convection in the atmosphere for the latter. The variation of storage temperature resulting from periodic charging and discharging of thermal energy was considered in each simulation, and the effect of insulation thickness on the characteristics of heat loss was also examined. A comparison of the simulation results of different storage models presented that the heat loss rate of above-ground type TES was maintained constant over the operation period, while that of rock cavern type TES decreased rapidly in the early operation stage and tended to converge towards a certain value. The decrease in heat loss rate of rock cavern type TES can be attributed to the reduction in heat flux through storage tank walls followed by increase in surrounding rock mass temperature. The amount of cumulative heat loss from rock cavern type TES over a period of five-year operation was 72.7% of that from above-ground type TES. The heat loss rate of rock cavern type obtained in long-period operation showed less sensitive variations to insulation thickness than that of above-ground type TES.
The ground in cold region consists of active and permafrost layers. The active layer at the unstable state may cause ground corrosion and uplift, when the temperature of frozen ground increases due to seasonal changes. The thermosyphon is one of the stabilization methods to maintain the ground stability in the frozen ground. The thermosyphon is a closed two-phase convection device that extracts heat from the ground and discharges it into the atmosphere. In this study, ground freezing experiment using a thermosyphon and simulated ground with the isolation material was conducted to evaluate the thermal performance of the thermosyphon. In order to consider the thermal performance of the thermosyphon, commercial numerical program (TEMP/W) was adopted. Likewise, the thermal performance of thermosyphon and thermal properties of ground were applied in the numerical model. In a series of comparisons with experiment results and numerical study, thermal performance of thermosyphon can be evaluated.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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제19권1호
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pp.94-131
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2007
A review on the papers published in the Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigerating Engineering in 2004 and 2005 has been done. Focus has been put on current status of research in the aspect of heating, cooling, air-conditioning, ventilation, sanitation and building environment. The conclusions are as follows. (1) Most of fundamental studies on fluid flow were related with heat transportation of facilities. Drop formation and rivulet flow on solid surfaces were interesting topics related with condensation augmentation. Research on micro environment considering flow, heat, humidity was also interesting for comfortable living environment. It can be extended considering biological aspects. Development of fans and blowers of high performance and low noise were continuing topics. Well developed CFD and flow visualization(PIV, PTV and LDV methods) technologies were widely applied for developing facilities and their systems. (2) The research trends of the previous two yews are surveyed as groups of natural convection, forced convection, electronic cooling, heat transfer enhancement, frosting and defrosting, thermal properties, etc. New research topics introduced include natural convection heat transfer enhancement using nanofluid, supercritical cooling performance or oil miscibility of $CO_2$, enthalpy heat exchanger for heat recovery, heat transfer enhancement in a plate heat exchanger using fluid resonance. (3) The literature for the last two years($2004{\sim}2005$) is reviewed in the areas of heat pump, ice and water storage, cycle analysis and reused energy including geothermal, solar and unused energy). The research on cycle analysis and experiments for $CO_2$ was extensively carried out to replace the Ozone depleting and global warming refrigerants such as HFC and HCFC refrigerants. From the year of 2005, the Gas Engine Heat Pump(GHP) has been paid attention from the viewpoint of the gas cooling application. The heat pipe was focused on the performance improvement by the parametric analysis and the heat recovery applications. The storage systems were studied on the performance enhancement of the storage tank and cost analysis for heating and cooling applications. In the area of unused energy, the hybrid systems were extensively introduced and the life cycle cost analysis(LCCA) for the unused energy systems was also intensively carried out. (4) Recent studies of various refrigeration and air-conditioning systems have focused on the system performance and efficiency enhancement. Heat transfer characteristics during evaporation and condensation are investigated for several tube shapes and of alternative refrigerants including carbon dioxide. Efficiency of various compressors and expansion devices are also dealt with for better modeling and, in particular, performance improvement. Thermoelectric module and cooling systems are analyzed theoretically and experimentally. (5) According to the review of recent studies on ventilation systems, an appropriate ventilation systems including machenical and natural are required to satisfied the level of IAQ. Also, an recent studies on air-conditioning and absorption refrigeration systems, it has mainly focused on distribution and dehumidification of indoor air to improve the performance were carried out. (6) Based on a review of recent studies on indoor environment and building service systems, it is noticed that research issues have mainly focused on optimal thermal comfort, improvement of indoor air Quality and many innovative systems such as air-barrier type perimeter-less system with UFAC, radiant floor heating and cooling system and etc. New approaches are highlighted for improving indoor environmental condition as well as minimizing energy consumption, various activities of building control and operation strategy and energy performance analysis for economic evaluation.
Song, Ki O;Yu, Jeong Ho;Lee, Tae Ho;Jeon, Hyun Ik;Ha, Seung Woo;Cho, Sun Young
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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제39권11호
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pp.1175-1181
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2015
A heat insulating material used in the industrial site normally derives its heat insulating performance by using a low thermal conductivity material such as glass fiber. In case of the metal insulation for nuclear power plant, in contrast, only TP 304 stainless steel foil having high thermal conductivity is the only acceptable material. So, it is required to approach in structural aspect to ensure the insulation performance. In this study, the design factors related to the metal insulation internal structure were determined considering the three modes of heat transfer, i.e., conduction, convection, and radiation. The analysis of heat flow was used to understand the ratio of the heat transfer from each factor to the overall heat transfer from all the factors. Based on this study, in order to minimize the convection phenomenon caused by the internal insulation, a multiple foil was inserted in the insulation. The increase in the conduction heat transfer rate was compared, and the insulation performance under the three modes of heat transfer was analyzed in order to determine the internal geometry.
The Journal of the Convergence on Culture Technology
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제7권2호
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pp.443-451
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2021
This study compared and analyzed the thermal characteristics based on the ratio of moisture content of infected and non-infected Bursaphelenchus Xylophilus by heat of combustion experiment. The experiment results are as follows. The analysisresult of the ratio of water content shows that 19.92% on average for infected Bursaphelenchus Xylophilus and 26.27% for non-infected which decreases water content as the size of conduction, convection, and radiant heat increases in case of fire. As the vaporization of the moisture content accelerates, the average moisture content is reached, and the result is contrary to the thermal characteristics of the wood that the moisture content is not ignited by a heat source when the moisture content is under 15%. The combustion heat analysis result showed that infected and non-infected Bursaphelenchus Xylophilus had no significant difference in combustion heat at about 3%. However, it shows that combustion heat is higher than other species. In conclusion, decreasing in moisture content based on the increasing conduction, convection, and radiant heat is one of the direct causes of ignition, and the lower the moisture content, the faster the fire spreads.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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제35권2호
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pp.129-135
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2011
An ice-making model has been developed and analyzed in this study. The effects of the following on the ice formation on the outer surface of a tube in which a refrigerant flows and boils are numerically investigated: thermal resistance of the refrigerant and thermal resistance of the ice formed on the outer surface of the tube. The ice thickness and related variables are analyzed in the case of the refrigerants R22 and R134a by using the expressions for phase-change heat transfer and boiling heat transfer coefficient. Vapor qualities of the refrigerants range from 0 to 0.8. As a result, up to the first 30 min, the internal convection resistance is higher than the thermal resistance of the ice on the external surface of the tube. However, after about 30 min, the thermal resistance of the ice increases remarkably due to the increase in the ice thickness. Thus, the heat flux to the refrigerant decreases, and further, the refrigerant quality and the boiling heat transfer coefficient also decrease. As the heat transfer coefficient of R22 is higher than that of R134a, the mass of the ice formed when R22 is used is higher than that formed when R134a is used.
Han, Jun Hee;Kim, Ji Yoon;Lee, Jung Hee;Lee, Seong Hyuk
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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제17권9호
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pp.126-132
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2016
This study numerically investigates the characteristics of chemical reactions and thermal deformation in a steam reformer. These phenomena are significantly affected by the high-temperature burner gas and the process gas conditions. Because the high temperature of the burner gas ranges from 800 to 1000 K, the reformer tubes undergo substantial thermal deformation, eventually resulting in structural failure. Thus, it is necessary to understand the characteristics of the reaction and thermal deformation under the operating conditions to evaluate the reformer tubes for sustainable, stable operation. Extensive numerical simulations were carried out using commercial CFD code (ANSYS FLUENT/MECHANICA Ver. 13.0) while considering three-dimensional turbulent flows and combined heat transfer including conduction, convection, and radiation. Structural analysis considering conjugated heat transfer between solid tubes and fluid flows was conducted using the Fluid-Solid Interaction (FSI) method. The results show that when the injection temperature of the process gas and burner gas decreased, the hydrogen production rate decreased significantly, and thermal deformation decreased by at least 15 to 20%.
Latent heat storage system using micro-encapsuled phase change material is effective method for floor heating of house and building. The temperature profile in capsule block and flow rate of hot water are important parameters for the development of heat storage system. In the present study, a mathematical model based on 3-D, non-steady state, Navier-Stokes equations, scalar conservation equations and turbulence model ($\kappa$-$\varepsilon$), is used to predict the temperature profiles in capsule and the velocity vectors in hot water pipe. The multi-block grids and fine grids embedding are used to join the circle in hot water pipe and square in capsule block. The phase change process of the capsule is quite complex not only because the size of phase change material is very small, but also because phase change material is mixed with the cement to form thermal storage block. In calculation, it's assumed that the phenomena of phase change is limited only the thermal properties of phase change material and the change of boundary is not happened in capsule. The purpose of this study is to calculate the temperature profiles in capsule block and velocity vectors in hot water pipe using the numerical calculation. Two kinds of thermal boundary condition were considered, the first (case 1) is the adiabatic condition for the both outside surfaces of the wall, the second (case 2) is the case in which one surface is natural convection with atmosphere and another surface is adaibatic. Calculation results are shown that the temperature profile in capsule block for case 1 is higher than that for case 2 due to less heat loss in adaibatic surface. Specially, in the domain of near Y=0, the difference of temperature is greater in case 1 than in case 2. The detailed experimental data of capsule block on the temperature profile and the thermal properties such as specific heat and coefficient of heat transfer with the various temperature are required to predict more exact phenomena of heat transfer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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