The performance characteristics of heating and cooling operation for a heat pump system using seawater heat source and exhaust energy are presented. The heat pump system is made of a waste heat recovery system and a vapor compression refrigeration system. The working fluid is R-22. The heat pump system COPs are measured during heating and cooling operation modes, and the resultant COPs were 9.7 and 7.9, respectively, which are three times higher than those of the heat pump itself. Therefore, the performance of the heat pump system using exhaust energy is excellent compared to that of a general heat pump. The experimental data can be effectively used for the design of the high efficient heat pump using a seawater heat source.
Use of heat from seawater could be different from the weather conditions of a coastal city and seawater temperatures near the city. It will be a good option to use surface layer water with Heat Pump system for using seawater cooling/heating in Jeju. The study investigates the proper depth for seawater heat gain of Jeju area in Korea. Sampling points are 0, 10, 20, 30m from the surface of the Sea. Seawater temperature does not change significantly according to the depth in winter, while the temperature is quite different according to the depth in summer. In this study, it is analyzed to compare existing system and seawater heat source system for target buildings on Jeju. And this systems are calculated a initial cost.
A seawater pumps in the nuclear power plant is responsible for providing cooling water to other components all the time. Because of the depreciation, the seawater pump with current impeller consumes too much power for maintaining the total head. Therefore the objective of this study is to reduce power with maintaining certain the total head by cutting the current impeller. By using a commercial CFD code, FLUENT, the overall performance of seawater pump with current and modified impeller was simulated. Also Affinity law was applied at pumps with various impeller diameter and evaluated the validity of the affinity law. The numerical results show that the pump efficiency is quite irrelevant to the diameters of the impellers and the pump efficiency becomes worse over the designed flow rate. And affinity law result and numerical one show good agreements at small change of impeller diameter. One of the impeller diameters was decided to modify and was applied to the nuclear power plant with the numerical study above.
The fresh water and sea water in present ships is used as cooling water for marine engine. Therefore, corrosion damage in seawater system is frequently occurred. In particular, in the impeller of pump, the performance and material span due to the corrosion and cavitation erosion has adverse effects. Most of the pump impellers in vessels are used Cu-Al alloy. Cu-Al alloy which having the excellent mechanical properties and corrosion resistance is widely used in marine environments. However, despite the excellent characteristics, the periodic replacement parts due to the cavitation damage in seawater is vulnerable to economic viewpoint. In this study, Cu-Al alloy used with impeller for centrifugal pump were conducted various experiments to evaluate its characteristics in seawater and fresh water solutions. As an electrochemical result, the dynamic conditions that exposed to the cavitation environment presented high corrosion current density with collapse of the cavity compared with the static conditions. Cavitation test results, the weightloss and weightloss rate in fresh water are observed more than those of seawater.
A fleet consists of a main vessel, light vessels and carrying vessels for purse seine fishery. Carrying vessels contains fish storages to maintain freshness of catches. Currently most carrying vessels applies the cooling system using plain ice though accompanied various shortcomings. Seawater cooling system directly chilling seawater are now in use on carrying vessels in some developed countries to make up for these shortcomings and maximize advantages. This research deals with necessity of seawater cooling systems and establishes system criteria using Aspentech HYSYS program, prior to an experiment of compact-scale seawater cooling system which now in progress of manufacture. Performance comparison on condensation capacity, mass flow rate of working fluid, compressor power input, pump power input and others of the seawater cooling system applying a flooded evaporator is conducted with respect to the temperature of surface seawater varying according to seasons. The result presents that mass flow rate circulating the system is increased about 16.7% as the temperature of surface seawater increases. At the same condition, condensation capacity and compressor input work also increase about 9.8% and 91.2%, respectively.
Ice Rink is energy intensive building type. Concern of energy saving from buildings is one of very important issues nowadays. New and renewable energy sources for buildings are especially important when we concern about energy supply for buildings. Among new and renewable energy sources, use of seawater for heating and cooling is an emerging issue for energy conscious building design. The options of energy use from sea water heat sources are using deep sea water for direct cooling with heat exchange facilities, and using surface layer water with heat pump systems. In this study, energy consumptions for an Ice Rink building are analyzed according to the heat sources of air-conditioning systems; existing system and sea water heat source system, in a coastal city, Kangnung. The location of the city Kangnung is good for using both deep sea water which is constant temperature throughout the year less than $2^{\circ}C$, and surface layer water which should be accompanied with heat pump systems. The result shows that using sea water from 200m and 30m under sea lever can save annual energy consumption about 33% of original system and about 10% of that using seawater from 0m depth. Annual energy consumption is similar between the systems with seawater from 200m and 30m. Although the amount of energy saving in summer of the system with 200m depth is higher than that with 30m depth, the requirement of energy in winter of the system with 200m depth is bigger than that with 30m depth.
The induction motor is used for driving the special equipments such as warship and submarine pump due to robust structure and simple maintenance. Domestic and foreign warships use a wide range of voltages and the DC voltage sources mainly from battery. In the low voltage level, the ${\Delta}$-connection operation of induction motor can be used for the maximum power. However, the temperature of the inverter increases because of the high input current. On the other hand, Y-connection operation of the induction motor does not cause a problem of temperature because of the low input current compared to the ${\Delta}$-connection. But the lack of the supply voltage can not be avoided. Therefore, this paper suggests the algorithm of the optimum field weakening control to extend the operating range of the induction motor with maximum power in a limited thermal and DC voltage condition.
원심 해수냉각 펌프를 분석하기 위하여 다른 운전 유량에 대한 캐비테이션 거동을 조사하였다. 3D 2상 해석은 ANSYS-CFX 상용코드로 수행되었다. 해석에는 $k-{\varepsilon}$ 난류와 Rayleigh-Plesset cavitation 모델이 사용되었다. 수치 예측에 기초하여 세 가지 토출 유량값에 대하여 헤드 드롭 특성곡선이 작성되었다. 더 높은 유량에서 임펠러는 버블 캐비테이션에 보다 취약하다. 0.7Q, Q 및 1.3Q(Q: 설계 유량)에서 작동하는 펌프의 3 % 헤드 드롭 위치는 각각 NPSHa 1.21 m, 1.83 m 및 3.45 m에 해당한다. 증기 기포의 볼륨이 예측되고 캐비테이션의 위치는 임펠러 내에서 발생하는 캐비티를 시각화하여 예상하였다. 또한, 압력계수와 날개 부하 분포가 구체적으로 제시되어 캐비테이션이 펌프 운전에 미치는 해로운 영향을 나타냈다. 또한, 압력계수 분포와 날개부하 차트가 구체적으로 제시되어, 펌프 운전에 캐비테이션이 미치는 해로운 영향을 나타냈다.
This study deals with the maximum thermal load analysis and optimal capacity determination method of tank culture system for applying seawater source heat pump to save energy and realize zero energy. The location of the fish farm was divided into four sea areas, and the heat load in summer and winter was analyzed, respectively. In addition, two representative methods, the flow-through aquaculture system and the recirculation aquaculture system were reviewed as water treatment methods for fish farms. In addition, the concept of the exchange rate was introduced to obtain the maximum heat load of the fish farms. Finally, power consumption for heat pumps was analyzed in the view point of sea areas, tank capacity, and exchange rate based on the calculated maximum thermal load.
It is important to select an optimal capacity for equipment, because the initial cost of new and renewable energy system is more expensive than that of exiting system. An optimal equipment and enhanced rate of operation can be selected, to analyze the cooling and heating load of buildings. In this study, seawater heat pump system in the Jeju area will be applied, by the heat source equipment of district heating. The loads of buildings are analyzed from existing researches, to select optimal capacity of equipment. Also, an optimal rate of building use will be set up, from a combination of buildings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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