• 대한기계학회논문집B
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• 제40권2호
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• pp.85-91
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• 2016

내연기관 자동차와 달리 전기자동차는 배터리 폐열이 부족하여 실내 난방을 위해 추가적으로 PTC 히터를 사용하고 있지만 전력소모가 큰 단점이 있다. 최근 이러한 단점을 보완할 수 있는 히트펌프 적용에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 히트펌프의 운전특성 해석을 위해 MATLAB/SIMULINK$^{(R)}$환경에서 R134a 히트펌프 모델과 캐빈 모델을 개발하였다. 모델은 여름과 겨울에서 히트펌프의 작동 특성에 따른 실내 온도변화를 나타낼 수 있으며, 모델 검증은 구성품 수준에서 응축기와 증발기의 용량 비교를 수행하였다. 또한 동일한 냉방조건에서 캐빈온도 변화 비교를 통해 캐빈 모델을 검증하였다. 해석 결과 전동압축기 소비전력은 모든 외기온도 조건에서 PTC 히터 보다 낮은 것으로 나타났다. 또한 영하조건에서 히트펌프의 난방용량이 부족한 현상에 대해 폐열회수를 적용하여 효율적인 난방 작동을 할 수 있는 조건을 분석하였다.

• 설비공학논문집
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• 제26권6호
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• pp.257-262
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• 2014

This paper describes an experimental study for heating performance that can be used in R-134a automobile heat pump systems. The heat pump system is widely studied for heating system in zero-emission vehicles to attain both the small power consumption and the effective heating of the cabin. This paper presents the experimental results of the influence on heating capacity and coefficient of performance of heat pump system. Tests were performed with different sizes of internal and external heat exchangers, and refrigerant flow rate was also considered in two-way flow devices. In addition, the heat, air, and water sources with the heat pump system were examined. The experimental results with the heat pump system were used to analyze the impact on performances. The best combination of performance was A-inside heat exchanger, B-outside heat exchanger, and B-flow device, respectively. In addition, a water heat-source was found to give roughly 40% of better performance than an air heat-source heat pump system.

• 설비공학논문집
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• 제28권1호
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• pp.7-14
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• 2016

This study explores the feasibility of a cold storage system to provide thermal comfort for idle stop and go (ISG) vehicles. ISG function is the most valuable and environmental friendly technology in the current automobile industry. However, when an ISG vehicle stops, meaning when the engine standstill, the air-conditioning system does not work, because the compressor also stops. Therefore, passenger thermal comfort is not maintained, as cold air is not provided in the cabin. Consequently, many automakers have studied electric air-conditioning systems based on electrically-driven compressors or cold storage systems using phase-change materials. The experiments herein were conducted for the feasibility testing of different types of cold storage heat-exchangers, cold storage mediums, and thermo-expansion valves with current air-conditioners. The auxiliary cold storage system, filled with phase-change materials, was located behind the evaporator and almost stacked on top of it. In the experimental results, the air discharge temperature rate of increase was better than the conventional air-conditioning system when the compressor stopped and thermal comfort was maintained with $1.9{\sim}4.3^{\circ}C$ decreases within 60 seconds. The #1 cold storage heat-exchanger (CSH), #2 thermo-expansion valve (TXV) and #2 phase change material (PCM) were chosen because of the best temperature rise delay. It was concluded that a cold storage system is an effective solution for ISG vehicles to maintain thermal comfort during short engine stops.

• 한국가스학회지
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• 제19권3호
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• pp.9-17
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• 2015

한국에서 소비되는 대부분의 천연가스는 배관을 통한 수송을 위하여 높은 압력으로 압축되고, 수요처에 공급되기 전에 정압기지에서 다시 감압된다. 감압과정에서 간단하고 효율적인 설치를 위해 팽창밸브가 사용되었으나 팽창밸브에서는 압축을 통해 회수되는 에너지가 없다. 따라서 팽창밸브와 동일한 감압 기능을 수행하면서 압력에너지를 축일로 회수하여 전력을 생산할 수 있는 터보팽창기가 팽창밸브의 대안으로 제시되었다. 본 연구에서는 중압 정압기지에서 팽창밸브의 평균 입구, 출구 압력조건인 68.7 bar에서 23 bar로 감압될 때 입구의 온도, 유량조건에 따라서 생산 가능한 전력을 이론적으로 계산하였다. Peng-Robinson 상태방정식을 이용하여 천연가스를 순수한 메탄으로 고려한 경우와 소량의 질소와 탄화수소의 혼합물로 고려한 경우에 대한 열역학적 물성을 계산하였다. 2013년 공급량을 기준으로 터보팽창기 도입을 통해 회수 가능한 이론적인 최대 전력생산량은 순수한 메탄의 경우 1596 MW, 혼합물의 경우 1567 MW로 추산되었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권12호
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• pp.924-930
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• 2018

본 연구의 목적은 수소연료전지 자동차의 난방부하 대응을 위한 스택 냉각수를 활용하여서, 전동식 히트펌프 시스템에 대한 난방성능 특성을 다양한 운전조건 변화에 대해서 고찰하는 것이다. 냉각수와 냉매(R-134a)와의 열교환을 위해서 판형열교환기를 적용하였고, 전동식 히트펌프 시스템에 적용되는 실내열교환기 입구의 공기온도와 압축기 회전수를 변화시키면서 난방 성능 특성을 분석하였다. 실내열교환기 입구 공기 온도 변화에 대해서 난방 성능은 거의 동일한 결과를 보이고 있는데, 이는 입출구 온도차와 공기 측 밀도의 변화가 균형을 이루었기 때문으로 판단된다. 반면, 히트펌프 시스템 효율(COP)의 경우, 난방 성능은 온도변화에 따라 동일하였지만, 유량 변화로 인하여서, 압축기 소모동력이 감소하였기 때문에, 실내열 교환기 입구 온도가 감소함에 따라서, 시스템 효율은 증가하는 경향을 보이고 있다. 추가적으로, EEV개도가 45%정도까지 열리는 구간에서는, 압축기 소모전력 감소하였기 때문에, 시스템 효율이 증가하였고, 그 이후에는 동일한 시스템 효율을 유지하는 것을 알 수 있었다. 압축기 회전수 변화 시에는 난방성능이 증가하면, 시스템 효율은 감소하는 경향을 보여주고 있다. 이러한 원인은 압축기 회전수 증가에 따른 유량의 증가로 판단된다. 향후, 열원으로 사용하는 냉각수에 대한 운전조건을 변화시켜가면서, 난방성능 특성을 분석하여, 전동식 히트펌프의 난방부하 대응을 위한 제어 방안을 연구하고자 한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권12호
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• pp.6053-6059
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• 2013

히트 펌프는 지열이나 태양열 등의 신재생 에너지를 이용하거나 기타 폐열을 재활용하여 기존의 전기 히팅 난방 시스템들보다 에너지 소비율을 낮출 수 있다는 장점으로 인해 그린 에너지 시스템으로써 주목을 받아 왔다. 고효율 히트펌프 시스템 설계를 위한 연구는 오랫동안 지속되어 왔지만, 각각의 구성요소가 유기적이며, 변화에 유연한 해석모델은 존재하지 않는다. 따라서 본 연구에서는 공기 열 원식 히트 펌프를 AMESim Software를 이용해 구성하였다. 독자적으로 개발한 스크롤 압축기 해석 모델을 히트펌프 시스템에 조합함으로써 효율 향상 방안을 모색하였으며, 실험 데이터를 이용하여 개발한 해석모델을 검증하였다. 실험 데이터와 개발한 해석 모델을 이용하여 예측된 데이터를 비교한 결과 최대 오차가 10% 이내로 두 데이터가 잘 일치하였다. 본 연구에서 개발한 히트펌프 해석모델은 향후 시제품을 개발하고 효율 향상을 위한 연구 등에 유용하게 사용될 것으로 사료된다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제40권7호
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• pp.563-568
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• 2016

본 연구는 연료전지 자동차용 공기조화기의 난방성능평가를 위하여 기존의 전반적인 히트펌프 시스템 중 공기열원 히트펌프 시스템의 증발기를 판형열교환기로 교체하여 시스템에 흐르는 냉매와 연료전지 스택 폐열을 직접 열교환이 가능한 수열원 이용이 가능한 난방시스템의 성능실험을 수행하였다. 실험결과에서 압축기의 회전수가 높을수록 소비동력이 증가하였다. 공기열원 이용방식의 경우 압축기 회전수가 1,200rpm이고 EEV개도가 25%인 경우 $COP_h$가 2.03으로 가장 높게 나타났고, 같은 압축기의 회전수에서 수열원 시스템은 EEV개도가 75% 및 스택 폐열의 온도가 $50^{\circ}C$인 경우 $COP_h$가 9.42로 가장 높게 나타났다.