As a means of improving cycle performance of a R410A air-conditioning system, a combined structure of compressor and expander was introduced. A vane rotary type expander was designed to share a common shaft with twin type rolling piston rotary compressor in a housing. Numerical simulation on the performance of the combined compressor and expander was carried out. At ARI condition, the volumetric and total efficiencies of the designed vane expander were 69.37% and 30.23%, respectively. With the application of this expander, the compressor input was reduced by 3.91%, and the cooling capacity was increased by 3.98%. As a result, COP of the air-conditioning system was improved by 8.2%. As the pressure difference between the condenser and the evaporator becomes large, COP improvement increases unless the mass flow rate in the expander exceeds that in the compressor.
This paper introduces a conceptual design of a combined scroll expander-compressor unit for a fuel cell. Since air discharged out of the fuel cell stack has still high pressure energy, some power can be extracted from the air by directing it to pass through an expanding device. Such extracted power can be used to drive an auxiliary compressor. For this purpose, a scroll type expander coupled to a scroll type compressor was designed for a 1kW-class fuel cell. The orbiting scroll members of the expander and the compressor were made to share three of common drive shafts installed in the mid frame plate. Performance analysis for the combined expander-compressor unit showed that the installation of this unit could reduce the auxiliary power consumption in the fuel cell by about 42%.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
/
v.30
no.3
/
pp.107-115
/
2018
A design combining the use of a compressor and expander was introduced in order to improve the cycle performance of a $CO_2$ automotive air conditioning system. Both the compressor and expander used were of rotary vane type and were designed to share a common shaft in a housing. Numerical simulation was carried out to evaluate the merit of the combined unit. In a typical automotive air conditioning operating conditions, the COP of the system was improved by 8.7% by the application of the combined unit. The compressor input was reduced by 5.2% through use of the expander output. In addition, about 3.06% increase in the cooling capacity was obtained through isentropic expansion in the expander. Our study noted that, as the pressure difference between the gas cooler and the evaporator becomes larger, the COP of the system improved increases unless the mass flow rate in the expander exceeds that in the compressor.
This paper introduces conceptual design of scroll expander-compressor unit for fuel cell. Since air discharged out of the fuel cell stack after reaction has still high pressure energy, some power can be extracted out of it by directing it to pass through an expanding device so that the extracted power can be used to drive an auxiliary compressor. For this purpose, a scroll type expander coupled to a scroll type compressor was designed: orbiting scroll of the expander and that of the compressor were made to share three of common drive pins installed in the mid frame plate, and central cavity in the mid-plate was used as a back pressure chamber to provide axial compliance for both orbiting scrolls. Performance analysis for the expander showed that the shaft power of the expander could reduce the auxiliary power consumption in the fuel cell by about one third at the scroll clearance of $10{\mu}m$.
Kim, Woo-Young;Kim, Hyun-Jin;Kim, Young-Min;Lee, Sang-Tae
Proceedings of the SAREK Conference
/
2007.11a
/
pp.397-403
/
2007
In this paper, conceptual design of scroll expander-compressor for Stirling engine utilizing solar energy as heat source has been carried out. Orbiting scroll member was designed to have a double-sided structure to reduce the overall scroll size and to cancel out the axial forces on the orbiting scroll base plate. Diameter of designed scroll base plate was about 251 mm for the expander, and it was about 218 mm for the compressor. With operating condition such as temperature range of $400^{\circ}C/20^{\circ}C$, pressure range of 6 MPa/2 MPa, and shaft speed of 2700 rpm, the shaft output of the designed scroll expander was calculated to be 49.8 kW, while input power for the scroll compressor was 38.6 kW, yielding 11.2 kW for the output power of the Stirling engine. Overall efficiencies of the scroll expander and compressor were 93.73% and 92.87%, respectively.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
/
v.18
no.5
/
pp.434-442
/
2006
In a two-stage compression $CO_2$ transcritical cycle, application of a scroll expander-compressor unit has been considered in order to improve the cycle COP. For both expander and 1st stage compressor, scroll wrap profile which was originally designed for a R410A air-conditioning cycle mechanism was used with minor modifications: wrap height and involute end angle were adjusted for required displacement volume and built-in volume ratio. For pressure condition of 10 Mpa/3.5 MPa and expander inlet temperature of $35^{\circ}C$, 25% improvement in COP was obtained by using expander-compressor unit. As evaporator pressure increased, COP improvement was lowered mainly due to decreasing compressor peformance.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
/
v.21
no.2
/
pp.94-102
/
2009
Conceptual design of scroll expander and scroll compressor for 10kW-class Stirling engine utilizing solar energy as heat source has been carried out to estimate the applicability of scroll mechanism for Stirling cycle. CO2 was chosen as working fluid, since it has lower expansion index and higher density among probably usable gases. Gas temperature at the expander inlet was set at $700^{\circ}C$, and that at the compressor inlet was at $40^{\circ}C$. System efficiency reached maximum at the pressure ratio of about 2.5, and the peak efficiency increased with increasing high side pressure. Due to safety concern, the pressure condition of 6 MPa/2.5 MPa was chosen as design condition. Orbiting scroll members for the expander and compressor were designed to have double-sided structure in order to reduce the overall scroll size and to cancel out the axial gas forces acting on the orbiting scroll base plate. By parametric study on the scroll profile, smaller possible size for the scroll members was obtained. With the shaft speed of 3600rpm, the shaft output of the designed scroll expander was calculated to be 45.4kW, while input power for the scroll compressor was 34.5kW, yielding 10.9kW for the output power of the Stirling engine. System efficiency was estimated to be about 7.3%, and overall efficiencies of the scroll expander and compressor were around 84.1% and 88.3%, respectively.
Scroll compressor has been used extensively for refrigeration since the early 1980's for its improved efficiency, greater reliability, smoother operation, lower noise and vibration. And also, nowadays, the scroll mechanism is used for expander even though in niche market yet. But scroll expander has not been used for high-temperature and high-pressure gas, because the continuous expansion of the gas causes a wide range of temperature distribution over the whole scroll wrap that leads to differential thermal expansion of scroll elements, which results in system vibrations, noise and efficiency losses. For the scroll expander to produce power more efficiently, all of radial and radial clearances between scroll wrap must be the same. In order to reduce differential thermal expansion in addition to improvements in thermal efficiency and specific power, we propose a scroll expander with heating structure. Heat-pipe heating structure is considered as the most effective method to heat the scroll expander at a uniform temperature. This paper includes some results of preliminary study of the scroll expander with heating structure and proposals of their systems for power generation and refrigeration.
The linear compressor have been widely used for pressure wave generation in the Stirling cryocooler and Stirling type pulse tube cryocooler for tactical purpose. The linear compressor has small and compact structure, and long life due to having non-contact sealing mechanism. and the pressure drop through regenerator was ver important role in the motion of displacer in the expander of the Stirling cryocooler. In this study, the characteristic of the linear compressor and the pressure drop through regenerator in the expander was experimentally investigated. The results show the resonance of the compressor is very important to get maximum performance. and the gas spring force in the compression space of the compressor has effect on the characteristic of reonance. and the results show the pressure drop through regenerator is very small than operating pressure change.
A turbo-expander is developed for the regeneration in the expansion process. The turbo-expander operates in the partial admission and supersonic flow, and an axial-type single stage turbine is applied to the turbo-expander. Its outer diameter is 82mm and the operating gas is R134a. A 15kW reciprocating compressor is applied in this experiment and the turbo-expander is installed in the expansion process instead of the commonly using expansion valve. Two supersonic nozzles are applied for the expansion process. The high speed of R 134a after passing the supersonic nozzles gives the impulse force to the turbo-expander and some powers are generated on this process. A generator is installed at the end of the turbo-expander shaft. The generating output power from the turbo-expander is controlled by the power controller. Pressures and temperatures are measured on the lines for the performance investigation. More than 600W/(kg/sec) are generated in this experiment.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.