Abstract
The cooling heat transfer characteristics of supercritical $CO_2$ in a helical coil gas cooler on the change of coil diameters are experimentally investigated. The main components of the refrigerant loop are a receiver, a variable speed pump, a mass flow-meter, a pre-heater and a helical coil gas cooler (test section). The test sections are made of a copper tube which the inner diameter is 4.55 mm and the helical coil diameters are done of 26.75 mm and 41.35 mm. The mass fluxes of refrigerant are varied from 200 to 800 [$kg/m^2s$] and the inlet pressures of gas cooler are 7.5 to 10.0 (MPa). A gas cooler with helical coil diameter of 26.75 mm has larger heat transfer coefficient than that of 41.35 mm. Also, when compared with experimental data and published correlations avaliable, most of correlations are under-predicted, but Pitla published correlations avaliable, most of correlations are under-predicted, but Pitla et al.'s correlation shows a relatively good coincidence with the experimental data except the region of pseudo critical temperature.
본 연구는 코일직경변화에 따른 헬리컬 코일 가스냉각기내 초임계 $CO_2$의 냉각 열전달 특성에 대해 실험적으로 조사하였다. 냉매 순환루프의 주요구성품은 수액기, 변속펌프, 질량유량계, 예열기, 헬리컬 코일형 가스냉각기(시험부)로 구성된다. 시험부는 내경 4.55 mm의 평활 동관과 26.75 mm와 41.35 mm인 코일직경으로 이루어져 있다. 냉매질량유속은 $200kg/m^2s$에서 $800kg/m^2s$가지 변화시켰고, 가스냉각기의 입구압력 범위는 7.5 MPa에서 10.0 MPa까지이다. 코일직경이 26.75 mm인 가스냉각기내 이산화탄소의 냉각열전달 계수가 코일직경이 41.35 mm인 열전달 계수보다 높은 것으로 나타났다. 또한 초임계 상태에서 제안한 종래의 냉각 열전달 상관식과 비교한 결과, 대부분의 상관식이 과소예측되었고, 그 중에서도 이산화탄소의 냉각 열전달 계수는 Pilta 등이 제안한 상관식과 좋은 일치를 보였다. 하지만, 유사임계 온도 영역부근에서는 실험데이터가 더 큰 것으로 나타났다.