• Proceedings of the SAREK Conference
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• 2009.06a
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• pp.1484-1490
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• 2009

Since the cooling performance of a $CO_2$ cooling cycle is varied significantly with a variation of refrigerant charge amount and outdoor temperature, the reliability of $CO_2$ system is down. In this study, the performance characteristics of three kinds of $CO_2$ systems were measured and analyzed by varying refrigerant charge amount and outdoor temperature so as to study the characteristics of variation with cycle option. The applied system options are the single-stage compression(1C-1E) system, two-stage compression with 1-EEV(2C-1E) system, and two-stage compression with 2-EEV(2C-2E) system. The performances of two-stage compression with 2-EEV system were less sensitive than those of other systems and the system operated safely and steadily for wide charge amount. The performance of the two-stage compression with 1-EEV(2C-1E) system was the most sensitive to the charge amount, and that of the single-stage compression(1C-1E) system varied a lot with outdoor temperature.

• Journal of the Korean Society for Geothermal and Hydrothermal Energy
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• v.8 no.1
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• pp.13-20
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• 2012

This is an experimental study on the performance characteristics of effective heat pump in the cooling mode using a single-stage compression $CO_2$ cycle with an IHX(internal heat exchanger). The performance of a single-stage compression with IHX was investigated according to charge amount and operating condition. Moreover, the performance characteristic of cooling operating was analyzed with the length of IHX. As a result, the optimum refrigerant charge amount was 2.2 kg. The optimal system COP for compressor frequency of 30, 40, 50, and 60 Hz was 3.493, 3.228, 2.978, and 2.659, respectively. Since the system with IHX can maintain large cooling capacity regardless of operating condition, the system performance doesn't reduce considerably under unfavorable condition. When the compressor frequency was 40 Hz, the COP for a system with IHX length of 3 m and 5 m was 3.361 and 3.51, respectively. By using the IHX into a $CO_2$ cooling system, the performance and reliability improves simultaneously.

• Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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• v.19 no.2
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• pp.162-168
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• 2007

This paper presents the effects of thermoelectric module arrangement on the cooling performance of an air conditioner using thermoelectric module. A prototype of air cooling system, employing several thermoelectric modules, has been designed and built. The evaporative cooling technique is adopted for hot side of the module. The number of thermoelectric module in the system has been varied in the range of $2{\sim}8$. The optimal operation conditions, such as input power to the thermoelectric module, fans and pump, have been determined for each arrangement of the system and the cooling performance has been compared under the optimal operation. It is found that both cooling capacity and COP are increased as the number of thermoelectric module increased. It is also found that cooling capacity can be improved by connecting the thermoelectric modules in series than in parallel, while the COP is little affected.

• Journal of Biosystems Engineering
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• v.25 no.5
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• pp.385-390
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• 2000

The heat pump is one of heating and cooling systems driven by electricity using natural energy as a heat source. The heat pump system was mainly adopted to a cooling system or a refrigeration system. In regions with a large amount of electricity, it is used as a heating system or a heating and cooling system of houses, buildings and agricultural facilities. During cold weather, air source heat pumps do not work well because of some technical problems, such as frosting on evaporator coil when outside air temperature is below -5$^{\circ}C$. In this research, the heat regenerative technology was employed to eliminate the frosting on evaporator coil and improve the COP of the heat pump system. This fiber belt heat regeneration system(FBHRS) has very simple structure consisting of a geared motor and a porous fiber belt passing through alternatively between cold and warm air duct. The laboratory test showed that the heat pump system with a FBHRS yielded an impressive COP higher than 3.5 at the outside air temperature of -7$^{\circ}C$ in heating mode.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.120-120
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• 2010

에너지 절약적 차원에서 한 대의 실외기에 다수의 실내기가 접속되는 개별공조형 멀티 열펌프에 관한 연구 및 개발과 보급이 증대되고 있다. 본 연구에서는 복수의 실내기를 갖고 가변속 압축기를 채용한 지열원 물대공기 멀티열펌프시스템을 학교 현장에 설치하여 제조사의 운전 제어 알고리즘에 따라 일일 냉난방 실증 성능 특성을 분석하였다. 2008년 9월 30일의 냉방부하가 낮은 일자에 대하여 시간에 따른 부하 변동에 따라 압축기의 용량가변으로 실내기 냉방용량은 정격용량 대비 17.1%에서 111.3%의 범위에서 변이되었으나, 열펌프 유닛의 일일 최대 COP는 6.2를 나타냈으며, 일일 평균 열펌프 유닛 COP는 4.5로 열펌프 유닛 인증 기준 이상의 성능을 나타냈다. 2008년 11월 10일 대비 2008년 12월 15일에는 시스템 가동 중의 평균 외기온도가 $9.6^{\circ}C$ 감소하였으나, 각 재실공간의 용도별 부분 부하특성으로 11월 10일 보다 난방 부하량이 작게 나타났다. 하지만, 12월 15일에는 부하량이 매우 작아서 11월 10일보다 잦은 압축기 가변에 따른 손실로 일일 평균 COP가 낮게 나타났다. 2009년 1월 12일에는 정격 용량대비 94%의 부하율로 11월 10일과 12월 15일 대비 4배 이상의 부하량으로 압축기 용량 가변율이 작아서 난방용량과 COP 변화율이 작게 나타났다. 2009년 1월 12일에는 지중순환수의 실외열교환기 유입온도가 2008년 12월 15일보다 감소하고, 시스템의 난방용량 증가로 상대적으로 응축기와 증발기 크기가 감소한 효과로 히트펌프 유닛 COP가 감소하였으나, 본 지열원 열펌프 제조사에서 생산하고 있는 본 지열원 시스템과 동일한 압축기 등을 채용한 동일 용량의 공기열원 열펌프의 1월 12일 외기온도 $-10^{\circ}C$에서의 열펌프 유닛 COP 대비 70% 우수한 성능을 나타냈다. 본 지열원 히트펌프의 2008년 11월 10일의 일일 평균 히트펌프 유닛 COP는 외기온도가 낮고 일일 부하량이 크게 나타난 1월 12일의 일일 평균 히트펌프 유닛 COP 대비 37% 높게 나타났으나, 지중순환펌프의 정속운전으로 시스템 요구 지중순환수 유량 증가에 따른 성능 향상보다 소비전력 증가 영향이 커서 1월 12일의 시스템 COP 보다 33.3% 작은 값을 나타냈다. 본 연구의 용량 가변형 압축기를 채용한 지열원 멀티 히트펌프 유닛을 지열원 냉난방 시스템의 히트펌프 유닛으로 사용할 경우 시스템 최적화를 통한 시스템 COP 향상과 연간에너지 절감을 이루기 위해서는 히트펌프의 용량 변화 시에 지중순환펌프의 순환 유량 최적화를 위한 효율적 운전 제어 알고리즘 개발이 요구된다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.31 no.6 s.261
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• pp.531-538
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• 2007

In this study, an air conditioning system using carbon dioxide as a refrigerant was developed for automotive cabin cooling. Experiments have been carried out to examine the steady state and dynamic characteristics of this system. The system consists of a compressor, a gas cooler, an evaporator, an expansion device, an internal heat exchanger and an accumulator. The compressor is a variable displacement type, driven by the electric motor, and the gas cooler and the evaporator are aluminum extruded heat exchangers of micro channel type. The $CO_2-refrigerant$ charge, the compressor speed, the air inlet temperature of the gas cooler, the air inlet temperature and the air flow rate of the evaporator and the cooling load are varied and the performance of the system is experimentally investigated. As the compressor speed increased, cooling capacity increased, but the coefficient of performance was deteriorated. As the cabin air temperature or the air flow rate to the cabin was set high, both the cooling capacity and the COP increased. In the cool down experiment with 1.0 or 2.0 kW of heat load, the dynamic characteristics of the air-conditioning system were investigated. For a given capacity of compressor, cool down speed was monitored, and the temperature change was acceptable fur low heat load condition.

• Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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• v.21 no.5
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• pp.297-304
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• 2009

The aim of this study is to investigate the cooling performance of ground source multi-heat pump systems with a vertical single U-tube GLHX(U-tube system) and a vertical double tube GLHX(double tube system), which were installed in a school building located in Cheonan. All systems were operated in a part load conditions for all day, and the maximum COP of the single U-tube system and the double tube system were 6.2 and 5.2 at cooling mode, respectively. The double tube GLHX designed by the GLHEPRO, commercial program, was estimated to have the same performance as the U-tube GLHX, because the inlet temperatures of each outdoor unit heat exchanger for the former was similar to the latter. However, it is needed to prove the long tenn performance. It is suggested that the new algorithms to control the flow rate of secondary fluid for GLHX according to load variation have to be developed in order to enhance the performance of the system.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.199-199
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• 2011

ATES(Aquifer Thermal Energy Storage) 열펌프 시스템은 기존의 다양한 열원 적용 시스템 대비 효율이 우수한 것으로 알려져 유럽과 미국에서 건물 냉난방 시스템으로 적용되고 있다. 특히, ATES 시스템은 기존의 냉난방 시스템 대비 경제성이 우수한 것으로 알려져 있으나 국내에서는 이에 대한 연구 결과는 전무한 실정이다. 본 연구에서는 ATES 열펌프 시스템의 실증 성능 결과를 분석하였으며, LNG 보일러와 에어컨을 사용하는 기존의 냉난방 시스템을 비교시스템으로 ATES 열펌프 시스템의 경제성 평가를 수행하였다. ATES 시스템의 연간 실증 성능 실험결과 ATES 시스템은 외기온도와 무관하게 연중 안정적인 성능을 나타내었다. 경제성 평가시에 생애주기법(Life Cycle Cost)을 적용하여 ATES 열펌프 시스템의 설치 및 운전에 필요한 총 소요비용을 산정하고, 이 결과를 바탕으로 투자회수기간법을 통해 ATES 시스템의 투자회수 기간을 산정하였다. 생애주기법 적용 시에 현재가치법을 사용하였으며, 현재가치법은 수명주기에 발생하는 모든 투자비용과 절감액을 일정한 시점을 기준으로 등가환산하는 방법을 의미한다. 현재가치법에 사용되는 현재가치는 초기비용과 현재가치계수의 곱으로 나타나는데, 여기에서 현재가치계수는 임의의 이자율로 일정기간 동안 정기적인 할부금액이 적립될 때의 현재금액을 구하기 위해 사용하는 계수를 의미한다. 전기와 LNG는 각각 2009년 7월의 (주)한국전력공사와 (주)한국가스공사의 고시요금을 적용하였다. 본 시스템은 실증 설비용량인 20RT를 대상 건물로 가정하였고, 초기투자비는 크게 공사비와 냉난방 설비 구입비로 구성되어 있으며, 기본적인 물가지표는 (사)한국물가정보(KPI)의 고시 데이터를 참조하였다. 각 시스템의 초기투자비는 ATES 시스템이 비교대상 기존 냉난방 시스템 대비 5.7배 높게 나타났다. 일일 8시간 사용기준으로 계절별 전력요금을 고려한 연간운전 비용은 ATES 시스템이 기존 시스템 대비 냉난방 시에 각각 77%와 16%를 나타내어 운전비용이 연간 절감되었고, 난방 운전 시 절감 비율이 냉방시보다 크게 나타났다. 두 시스템에 대한 생애주기비용을 산정하기 위하여 에어컨과 보일러의 기존시스템과 ATES 시스템의 가용연수를 모두 20년으로 설정하였고, 유지보수 비용은 초기투자비용의 2%로 설정하고, 할인율은 은행 예금이자를 기준으로 5%로 설정하였다. 전기와 LNG의 요금 상승률은 (사)한국물가정보를 바탕으로 각각 2%와 8%로 가정하였다. 이러한 조건에서 생애주기법을 이용한 경제성평가는 ATES 시스템의 경우 생애운전비용이 초기투자비용보다 작게 나타났으며, 기존 냉난방 시스템은 생애운전비용이 초기투자비용에 비하여 높게 나타났다. 본 연구 대상 ATES 열펌프 시스템의 실증 성능 데이터와 기존 문헌으로부터 얻은 냉난방 시스템의 성능 결과를 이용하여 생애주기 비용을 적용한 결과 ATES 시스템의 기존 시스템 대비 투자회수 기간은 6.62년으로 나타났다. 특히, 본 연구에서는 ATES 시스템이 국내 최초로 적용됨에 따라 스크린 등의 부품을 다소 고가의 제품으로 시스템에 적용하였으므로 ATES 시스템의 신뢰성과 안정성이 확보되면 초기 투자비 감소가 가능할 것으로 예상되며, 기존 시스템 대비 투자회수 기간은 더욱 감소될 수 있을 것으로 예상된다.

• Solar Energy
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• v.19 no.4
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• pp.45-53
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• 1999

This report Introduces a total heat exchanger in a solar air-conditioning system using Lithium Chloride(LiCl) solution. The hot and humid outside air is cooled and dehumidified by LiCl solution that is sprayed on the packed layer of the total heat exchanger. LiCl solution once diluted is concentrated again in a regenerator using solar energy. Three types as the packed materials were used in this experiment and the dehumidification performance was evaluated by the value of $k_xa(kg/h{\cdot}m^3{\cdot}{\Delta}x)$, overall mass transfer coefficient based on a humidity ratio potential difference, the influence of inlet LiCl solution flow rate, air flow rate, packed layer height on $k_xa$ was investigated. It was found that air flow rate, LiCl solution flow rate, packed layer height for all types had a great influnce on the value of $k_xa$.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.23 no.2
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• pp.272-280
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• 1999

A cycle analysis was achieved to predict the characteristics by comprehensive modeling and simulation of an air-cooled, double-effect absorption system using a new $H_2O/LiBr+HO(CH_2)_3OH$ solution. The simulation results showed that the new working fluid may provide the crystallization limit 8% higher than the conventional $H_2O/LiBr$ solution. With a crystallization margin of 3wt%(weight%), the optimal solution distribution ratio was found in the range of 36 to 40%. Variation of cooling air Inlet temperature has a sensitive effect on the cooling COP and corrosion problem. The simulation of heat exchangers with UA value revealed that the absorber and the evaporator are relatively important for an air-cooled system compared with the condenser and the low temperature generator. The effect of cooling air flow rate, circulation weak solution flow rate and chilled water inlet temperature were also examined. The new working fluid may provide the COP approximately 5% higher than the conventional $H_2O/LiBr$ solution.