• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권1호
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• pp.69-73
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• 2013

내부열교환기를 이용한 에어컨 시스템은 작동유체인 R134a의 고압측 액상냉매와 저압측 기상냉매의 상호 열교환을 통해 시스템의 응축 효율을 증가시켜 에너지 효율을 개선시킨다. 이는 에어컨 시스템의 성능 향상 및 경량화를 가능하게 하여 차량 연비 향상과 냉매 누출을 최소화할 수 있으며, 또한 현 R134a 대비 대체냉매 (R1234yf 등)의 동등 냉방성능 확보를 가능하게 하는 기술이다. 본 연구에서는 내측 압출 파이프 및 외측 사이 고효율 냉각 휜 (fin)이 삽입된 이중관 형태의 내부열교환기 상세 설계를 위해, 냉각 휜의 높이 및 내측 압출 파이프 내부형상 등의 다양한 형상 설계인자 변경에 따른 열전달 성능 및 압력강하 특성을 살펴보았다. 가장 우수한 내부열교환기 성능은 난류형성을 위한 내측관 형상이 라이너 및 세레이션 겸용 타입이었으며, 이는 내부열교환기가 장착되지 않은 경우보다 냉방시스템 성능이 약 6.4%, 시스템 COP는 약 9.2% 향상된 결과를 나타내었다.

• 한국추진공학회지
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• 제17권2호
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• pp.114-121
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• 2013

미세채널을 갖는 증발형 열교환기의 효율을 평가하기 위하여, 공기의 온도와 물의 온도와 같은 열교환기의 상태값들을 계산하기위한 관계식들이 문제를 단순화하기 위한 몇 가지 가정을 적용한 Navier-Stokes 방정식으로부터 유도되었다. 미세채널내부는 물의 상태에 따라 3가지 영역으로 나누었다. 이 연구의 결과로써, 미세유로를 갖는 증발형 열교환기의 증발시작시점과 건조완료점을 계산하는 방정식이 제시되었다. 본 연구결과는 증발효과를 이용하는 미세채널형 열교환기의 설계, 성능예측 및 시험결과 분석 등에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권7호
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• pp.270-276
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• 2020

3D 프린팅은 고분자, 세라믹, 금속 등 다양한 소재를 대상으로 복합적인 형상을 한 번의 공정으로 제작할 수 있는 적층 기반 제작 기술이다. 최근의 3D 프린팅 기술은 프린팅 속도의 향상과 적용 가능 소재의 지속적인 개발에 의해 양산형 제품 생산이 가능한 수준으로 발전하였다. 본 연구에서는 레이저를 활용한 3D 프린팅 기술을 적용하여 철도 차량용 공기 압축기에 쓰이는 열교환기 제작을 진행하였다. 먼저 3D 프린팅에 적합한 형상으로 경량화 및 컴팩트화를 주안점으로 열교환기의 최적 설계를 진행하였다. 그로부터 도출된 설계안을 기반으로 SLM 기법을 적용하여 AlSi10Mg 합금 소재로 열교환기 시작품을 제작하였다. 다음으로, 제작된 시작품을 기존 공기 압축기에 부착하여, 압축공기의 열교환 성능을 시험하였다. 3D 프린팅 시작품의 시험 결과는 기존 열교환기 대비하여 저압부와 고압부에서 열교환 성능은 각각 약 80% 및 85% 수준을 보였다, 하지만 외부 냉각공기 조건을 기존 열교환기와 유사한 조건으로 가정하였을 때 𝓔-NTU 법을 활용하여 계산한 열전달량은 기존 열교환기 대비하여 유사한 성능을 보여 주었다. 결과적으로, 3D 프린팅 제작 열교환기의 성능 효과 및 경량화 등의 장점을 확인할 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권11호
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• pp.802-809
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• 2017

3D 프린팅 제조 기술은 폴리머 및 금속 소재를 구조물 형상으로 적층하여 제품을 제작하는 성형기술로서, 설계 자유도가 높고 기능성을 요구하는 부품 제작에 유리하다. 또한 다품종 소량 생산 특성으로, 향후 철도 차량 부품 제작에 적합한 기술이다. 3D 프린팅 기술의 장점을 충분히 활용하기 위해서는 제품 설계시 공정 특성 고려가 필수이다. 이번 연구에서는 철도차량용 공기압축기의 열교환기를 대상으로, 3D 프린팅 기법 적용을 통한 제작을 위해, 성능과 공정조건을 고려한 제품의 재설계 및 제작 기술을 연구하였다. 먼저 열교환기의 성능을 높이기 위한 설계 컨셉을 정의하고 기존 열교환기의 시험을 통해 성능 분석 후, 이를 만족하기 위한 컨셉 설계 범위를 지정하였다. 또한 금속 3D 프린팅의 제작 한계 및 제작 시간, 특성 등을 고려하여, 상세 설계에 관한 수정을 진행하였다. 도출된 최종 설계안을 토대로, 알루미늄 소재를 사용하여 3D 프린팅 공정을 통해 제품을 제작하고 치수 정밀도를 만족함을 확인하였다. 최종 중량은 기존 제품 대비 41%의 중량 절감 효과를 보였다. 본 연구를 통해, 3D 프린팅 기술 활용을 위한 제품 설계 과정을 정립함으로써, 향후 3D 프린팅 기술 적용시 효율적인 설계가 가능할 것이다.

• 지질공학
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• 제25권1호
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• pp.131-148
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• 2015

본 연구는 지열시스템 열교환 효율의 개선방안을 모색하기 위한 것으로 금속재질의 열교환기인 동관 및 스테인레스관과 기존 지열시스템에 많이 적용되는 PE관을 이용하여 지열열교환기의 재질에 따른 열전달 효율을 비교 분석하였다. 또한 지하매질의 지하수에 포함되어 있는 지하수열을 동시 활용할 경우의 열전달 효율 변화를 평가하고 그 적용성을 검토하였다. 열교환기 내의 유속, 유량 및 열교환기의 구경을 조절함으로써 열교환기의 재질에 따른 열전달 효율을 평가 후 현장실증시험 설계인자를 도출하였다. 열교환 효율과 유효 열전도도는 현장 열전달 효율 시험 및 열응답 시험을 통해 변화양상을 분석하였다. 분석결과 금속재질이 PE관에 비해 높은 열전달 효율을 보였으며, 유량에서의 구경증대에 따른 열전달효율은 크지 않았으나 유속에서의 구경증대에 따른 열전달효율은 높아지는 것을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제35권10호
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• pp.1249-1255
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• 2011

공정열교환기는 초고온가스로로부터 생성된 $950^{\circ}C$ 정도의 초고온 열을 대량의 수소를 생산하기 위한 화학반응공정으로 전달하는데 필요한 핵심기기이다. Hastelloy-X 로 제작된 소형 공정열교환기 시제품이 한국원자력연구원에 있는 소형가스루프에서 성능시험이 계획되어 있다. 본 연구에서는 소형가스루프 시험조건하에서 소형 공정열교환기 시제품의 고온 구조건전성을 사전에 평가하기 위한 작업의 일환으로 소형 공정열교환기 시제품에 대한 고온 구조해석 모델링, 거시적 열 해석 및 탄 소성구조 해석을 수행하고 그 결과들을 정리한 것이다. 해석 결과는 공정열교환기 수정 시제품 성능시험장치 설계에 반영할 것이다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제10권9호
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• pp.2195-2201
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• 2009

본 논문은 R290, R600a, R1270과 같은 탄화수소계 냉매를 사용하는 냉동사이클의 효율에 대한 흡입관 열교환기의 영향을 고려하였다. 이러한 흡입관 열교환기는 냉동시스템의 성능을 향상시킬 수도 있지만, 성능을 저하시킬 수도 있다. 본 논문에서는 흡입관 열교환기를 가진 냉동사이클의 성능 특성을 파악하기 위해서 정상상태의 수학적 모델을 사용하였다. 그리고 탄화수소계 냉매유량, 흡입관 열교환기의 내관 직경, 길이, 유용도 등과 같은 운전조건의 영향을 분석하였다. 연구결과는 흡입관 열교환기의 내관 직경, 길이, 유용도, 탄화수소계 냉매의 질량유량은 냉동사이클의 상대냉동능력지수, 냉동능력, 압축일량에 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 따라서 이러한 영향을 상세히 파악하여, 흡입관 열교환기를 설치한 탄화수소계 냉매용 증기압축식 냉동사이클을 설계할 필요가 있다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권1호
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• pp.512-520
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• 2020

개방형 지중열교환기(SCW)는 수직 밀페형 지중열교환기에 비해 높은 용량과 효율을 갖고 있어 최근에 우리나라에서 많이 보급되고 있는 추세이다. SCW형 지중열교환기의 여러 설계 및 운전변수 중 블리딩 운전이 지중 열전도율, 보어홀 열저항 등 열성능 개선에 가장 효과가 큰 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 SCW형 지중열교환기가 설치된 현장의 열응답시험 결과를 기반으로 블리딩해석 모델을 정립하고 블리딩율 및 지하수 유입수의 위치변화가 SCW형 지중열교환기 열성능에 미치는 영향을 수치해석을 통하여 고찰하였다. 해석결과 지하수가 지중열교환기 상부에서 유입될 경우 지중열교환기 순환수의 시간에 따른 온도증가는 블리딩율이 증가함에 따라 낮아지는 경향을 보였으며, 지중 열전도율은 30% 블리딩율에서 179% 증가하는 결과를 보였다. 반면에 지하수가 지중열교환기 하부에서 유입될 경우 지중열교환기 순환수는 지중과 먼저 열교환을 한 후 유입수와 하단에서 혼합되기 때문에 지중열교환기 순환수의 온도증가는 상부 유입의 경우보다 적으며 블리딩율이 약 10%를 초과하면 일정하게 유지되는 경향을 보였다.

• 지열에너지저널
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• 제5권3호
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• pp.4-11
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• 2009

• 한국지반공학회지:지반
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• 제22권5호
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• pp.31-43
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• 2006