• 대한설비공학회지:설비저널
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• 제31권7호
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• pp.15-23
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• 2002

환경친화적인 냉매를 탐색하는 과정에서 자연냉매 $CO_2$는 1990년대 초에 많은 사람들의 관심을 다시 끌게 되었고, 그 이후 구미 선진국 위주로 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히 $CO_2$는 탄화수소계 냉매가 안전상의 이유로 사용되기 어려운 차량용 냉방 시스템과 온수제조용 열펌프 시스템에 대하여 많은 연구가 이루어져 왔으며 최근에는 가정용 냉난방 시스템에 대한 연구도 진행되고 있다. $CO_2$를 냉매로 사용하는 냉동 시스템에 있어서 증발기는 시스템의 중요한 구성 요소이므로 제품 개발을 위해서는 증발기에서의 열전달 및 압력손실 특성에 대한 연구가 선행되어야 한다. $CO_2$의 증발 열전달에 있어서 작동매채인 $CO_2$의 비체적, 비열, 점성계수, 표면장력 등의 물성치가 크게 변화하므로 기존에 널리 사용되던 냉매의 중발열전달과는 상당히 다른 결과가 나타난다. 예를 들면 기존의 냉매에서는 건도가 증가함에 따라 열전달계수가 증가하는 것으로 알려져 있으나 $CO_2$의 경우에는 오히려 열전달계수가 감소하는 것으로 보고되고 있다. 이처럼 $CO_2$는 증발열전달 과정에서 기존 냉매의 경향으로부터 예측하기 힘든 결과가 나타나므로 다양한 형상의 증발기에 대하여 실험적으로 압력손실과 열전달계수를 구하는 연구는 성공적인 $CO_2$ 냉동 시스템의 개발을 위하여 필수 불가결하다. 본고에서는 $CO_2$ 냉동 시스템의 개발에 도움이 될 수 있도록 지금까지 국내외에서 수행된 $CO_2$ 증발 열전달에 관한 문헌조사를 통하여 연구결과들을 비교, 분석하고 향후의 연구 방향을 제시하고자 한다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제18권3호
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• pp.275-283
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• 2007

본 논문은 세관(ID<7 mm) 내 R-22와 R-134a의 증발 열전달과 유동양식에 대한 실험적 연구이다. R-22와 R-134a의 유동양식을 관찰하기 위해 내경 2와 8 mm의 파이렉스 튜브를 사용하였고, 열전달 계수는 내경 1.77, 3.35, 5.35 mm의 수평 평활동관에 대해서 측정하였다. 증발 유동양식에서 내경 2 mm의 환상류 영역이 내경 8 mm에 비해 저건도 영역에서 발생하는 것을 확인할 수 있었고, 내경 2 mm의 유동양식은 Mandhane의 선도와 많은 오차를 보였다. 세관(ID<7 mm) 내 증발 열전달 계수는 종래의 대구경관(ID>7 mm)에 비해 관직경에 대한 영향이 많이 나타나는 것을 알 수 있었다. 내경 1.77 mm의 열전달 계수는 내경 3.36 mm와 5.35 mm에 비해서 20내지 30% 정도 높은 것을 나타났다. 또한 종래의 열전달 상관식(Shah's, Jung's, Kandlikar's and Oh-Katsuda's correlation)과 비교한 결과, 실험 데이터는 상관식과 많은 이탈 정도를 보였다. 따라서 실험데이타를 기초로 세관내 R-22와 R-134a에 적용할 수 있는 증발 열전달 상관식을 새로이 제안하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제13권4호
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• pp.1466-1473
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• 2012

소프트 아이스크림은 환형 증발부의 외측에서 증발하는 R-404A에 의해 형성된 얼음을 스크레이퍼로 깍아내어 제조된다. 본 연구에서는 소프트 아이스크림 증발기의 냉매 측 및 아이스크림 측 열전달계수를 도출하였다. 실험 결과 환형부 내 냉매 유동은 격막에 의해 매우 복잡한 양상을 보이고 열전달계수도 위치에 따라 현저히 달랐다. 즉, 유입위치의 열전달 계수가 다른 부분에 비하여 낮게 나타났다. 냉매측 평균 열전달계수는 열유속의 증가에 따라 또한 포화온도의 감소에 따라 증가하였다. 열유속과 포화온도를 변수로 하여 평균 열전달계수를 예측하는 상관식을 도출하였다. 아이스크림 측 열전달계수는 연속적으로 진동하였다. 이는 스크레이퍼에 의해 관벽의 얼음이 주기적으로 탈착되기 때문으로 판단된다. 아이스크림 원액의 단상 열전달계수는 냉각 기간 중 150 W/$m^2K$에서 250 W/$m^2K$로 증가하였다. 아이스크림 제조 시 열전달계수는 대략 280 W/$m^2K$로 나타났다.

• 에너지공학
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• 제16권4호
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• pp.181-186
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• 2007

본 연구에서는 이산화탄소의 증발열전달 특성을 이해하기 위해 질량유속, 열유속 기리고 포화온도를 변화시키면서 이산화탄소의 증발 열전달계수와 압력강하를 측정하였다. 질량유속과 열유속은 기존의 실험범위보다 크게 확장하여 내경 7.75 mm, 길이 5.0 m의 수평관에서 실험하였다. 실험장치는 시험부, 전원공급기, 히터, 칠러, 기어펌프, 유량계, 계측시스템 등으로 구성되었다. 건도가 증가할수록 증발 열전달계수는 감소하였으며, 이산화탄소의 증발 열전달계수는 질량유속보다 열유속에 더 민감함을 확인하였다. 또한 주어진 열유속과 포화온도에 따라 증발 열전달계수의 급격한 감소가 다르게 관찰되었다. 압력강하는 질량유속 증가에 대해 선형적인 증가를 보였지만 열유속 증가에 대한 압력강하의 증가효과가 크지 않았다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권3호
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• pp.255-262
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• 2014

판형열교환기의 증발과정에서 오일에 위한 영향을 알아보기 위해 마이크로 기어 펌프를 이용한 냉매-R134a 순환 성능실험 장치를 구성하여, 증발열전달 실험을 수행하였다. POE 오일을 펌프를 이용하여 냉매 질량 유량에 비례하도록 0~5%를 첨가하여, 오일순환량에 따른 열전달계수 변화를 측정하였다. 오일순환율이 증가할수록 R134a 증발 열전달계수는 감소하며, 압력손실은 증가한다. 질량유량 80 g/s, 증발 온도 $30^{\circ}C$ 일 때, 오일 순환율 2%조건에서 무오일 대비 약 10%의 열전달계수가 감소하였고, 압력손실은 약 10% 증가하였다.

• 한국농업기계학회:학술대회논문집
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• 한국농업기계학회 2017년도 춘계공동학술대회
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• pp.103-103
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• 2017

증발기의 형태에 따라 수치적 해석을 진행하면서 최적의 효율을 나타낼 수 있는 증발기를 설계하는 것이 중요하다. 증발기의 수치적 해석은 EES 프로그램을 이용하여 진행되었으며, 계산의 검증은 자사의 제품의 성능과 비교하면서 검증하였다. 증발기의 수치적 해석의 구성은 지배방정식과 연속방정식을 이용하여, 냉매의 총괄열전달계수, 관내외벽의 열전도율, 공기의 총괄열전달계수를 이용하여 총괄열전달계수를 계산하였으며, 총괄열전달계수를 이용하여 증발기의 열량을 계산하였다. 증발기의 수치적 해석과 자사 제품 5개의 제품과 비교하였고, 평균적으로 약 10%의 오차율을 보였다. 신뢰성이 확보된 계산식을 이용하여 Fin의 간격, 단위 질량유량, 열 교환 코일 길이, 풍량의 조건을 각각 변동시켜 증발기 열량 비교를 하며 경향성을 고찰하였다. Fin의 간격을 1mm에서 20mm으로 0.5mm 간격으로 변화 시켰을 경우, 핀 간격이 좁으면 공기 유속이 빨라져 열 교환 효율이 낮아지며, 반대로 넓어지면 냉매 유량에 비해 공기 유량이 많기 때문에 열 교환 효율이 낮아진다. 열 교환 코일 길이를 500mm에서 2400mm으로 50mm 간격으로 변화 시켰을 경우, 열 교환 코일 길이가 길어질수록 배관의 마찰력과 냉매의 온도 상승으로 인하여 공기 온도와의 온도 차이가 줄어들어 열 교환 효율은 낮아진다. 풍량을 20cmm에서 400cmm으로 10cmm 간격으로 변화 시켰을 경우, 일정 풍량 이상 올라가면 공기 유속이 빨라져서 열량이 낮아지는 경향을 보인다. 질량유량을 3g/sec에서 174g/sec으로 4.5g/sec 간격으로 변화 시켰을 경우, 질량 유량에 따라 비례적으로 열량이 높아지는 경향을 보이다가 일정 질량 유량 이상에서는 공기 풍량에 비해 냉매 유량이 많기 때문에 반비례적으로 열량이 낮아진다. 이처럼 증발기의 설계는 Fin 간격, 열 교환 코일 길이, 풍량, 질량유량 등을 복합적으로 고려하여 증발기 설계를 해야 하며, 저장고의 크기, 부하, 사용목적에 따라 최적화된 증발기를 설계하여야 한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제9권2호
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• pp.264-269
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• 2008

본 논문은 수평 이중관식 열교환기 내 프레온계 냉매의 대체냉매인 탄화수소계 냉매(R-290과 R-600a)의 증발 열전달 계수에 대한 실험적 결과를 나타내었다. 증발기의 내관 내경은 각각 10.07 mm와 6.54 mm의 2가지를 사용하였다. 증발실험은 질량유속 $35.5{\sim}210.4\;kg/m^2s$이고, 냉각용량 $0.95{\sim}10.1\;kW$인 조건에서 수행하였다. 실험결과를 요약하면, 탄화수소계 냉매 R-290과 R-600a의 증발 열전달 계수가 프레온계 냉매 R-22보다 높았다. 즉, R-22의 증발 열전달 계수에 비해, R-290와 R600a는 각각 $56.7{\sim}70.1%$와 $46.9{\sim}59.7%$ 정도 높았다. 실험데이터와 종래의 상관식을 비교한 결과, 모든 냉매와 관경에 대해서 Kandlikar상관식이 가장 좋은 일치를 보였다.

• 한국식품과학회지
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• 제24권4호
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• pp.301-305
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• 1992

원심식 박막증발기를 이용해 마늘 착즙을 농축한 경우 가열 매체 및 증발온도가 농축비, 총괄열전달계수, 증발속도 등에 대해 미치는 영향에 대하여 조사하였다. 마늘착즙의 급액속도와 증발온도가 일정할 때 가열증기의 온도가 높을수록 농축비, 증발속도, 및 총괄열전달계수는 증가하였으나, 가열증기의 온도가 $110^{\circ}C$ 이상이 되면 이들 값의 증가가 현저하게 둔화되었다. 증기온도 $100^{\circ}C$ 이하에서는 증발온도가 증가함에 따라 농축비, 증발속도, 총괄열전달계수는 감소하였다. 그러나 그 이상의 온도에서 어느 일정 증발온도까지는 이들 값이 증가하다가 다시 감소하는 경향을 나타내었다. 급액속도가 일정할 때 증기의 온도와 증발온도와의 차이가 $70^{\circ}C$가 될 때까지는 농축비, 증발속도 및 총괄열전달계수는 모두 증가하였다. 그러나 온도 차이가 $70^{\circ}C$ 이상이 되면 이들 값의 증가가 둔화되거나 감소하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제41권3호
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• pp.197-201
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• 2017

대부분의 어선에서는 포획된 어류를 관리하고 저장하기 위해 얼음 냉각 시스템을 사용한다. 그러나 얼음 냉각 시스템은 작동 시간의 제한뿐만 아니라 적절한 온도와 염분 농도를 유지하는 것이 어려운 단점이 있다. 본 연구의 목적은 어류 운반선의 어창에 적정한 해수온도 유지를 위한 해수 냉각 시스템용 만액식 증발 열전달 특성을 파악하는데 있다. 실험은 냉매의 해수 온도, 유량 및 포화 온도의 변화를 주며 열전달 특성을 파악하였다. 동일 열유속에서 Aluminium-Brass tube가 Copper-Nickel tube 보다 외측 열전달계수가 약 10% 큰 것으로 확인할 수 있었으며, 이를 통해 해수용 열교환기의 전열관으로 Aluminium-Brass를 적용하는 것이 열전달 측면에서 효과적일 것을 확인할 수 있었다. 만액식 단관 열전달계수와 18 kW급 만액식 해수냉각시스템의 총괄열전달계수의 비교를 통해 동일 조건에서는 25%정도 단관의 열전달계수가 큰 값을 나타내었으며, 이러한 결과는 만액식 관군 열교환기의 설계를 위한 중요한 자료가 되리라 판단된다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권6호
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• pp.635-642
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• 2010

마이크로채널 열교환기에서 채널 굽힘 각도에 따른 R-134a의 증발열전달 특성에 관하여 실험적 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 채널의 굽힘 각도가 $120^{\circ}$, $150^{\circ}$ 및 $180^{\circ}$인 마이크로채널 열교환기에서 R-134a의 증발온도와 Reynolds수 변화에 따른 열전달 특성을 대향류 조건에서 실험하였으며, 실험결과 마이크로채널 열교환기에서 증발열전달량과 증발열전달계수는 R-134a의 레이놀즈수 증가에 따라 증가하였다. 또한 채널의 굽힘각도가 $120^{\circ}$ 및 $150^{\circ}$인 마이크로채널 열교환기는 증발온도 $4.9{\sim}14.9^{\circ}C$ 에서 채널굽힘 각도가 $180^{\circ}$인 마이크로채널 열교환기와 비교하여 평균 약 17.1% 및 13.3%로 증발열전달량이 증가하였으며, R-134a의 증발열전달계수는 채널의 굽힘 각도가 작을수록 증발열전달계수가 증가하는 것으로 나타났다.