Exhaust gas of an industrial furnace used at such as metallurgy or ceramic manufacturing usually contains thermal energy with high temperature which can be recycled by heat exchanger. However, when the temperature of the exhaust gas is high such as more than $1,000^{\circ}C$, ordinary metallic heat exchanger cannot fully recover the heat due to the limitation of operating temperature depending on the material property. In the present study, a compact ceramic heat exchanger of cross flow type is introduced and evaluated by heat exchange rate and operating temperature. The ceramic heat exchanger can endure the gas temperature more than $1,300^{\circ}C$, and its volumetric heat exchanging rate exceeds 1 MW/$m^3$. The experimental data is also compared with the previous numerical result which shows reasonable agreement. Meanwhile, the gas leakage rate is measured to be about 3~4%, and heat loss to environmental air is about 23~26% of the fuel energy.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.29
no.9
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pp.447-454
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2017
In this study, local velocity distribution of cooling air in a heat exchanger used in an air compressor for a railway car was measured and heat transfer characteristics of the heat exchanger were analyzed. First, heat transfer coefficient and fin performance of the cooling air side were predicted and was checked if the fin of the heat exchanger was effectively used. Distribution of air flow rate at high temperature side was predicted through pipe network analysis and heat resistance at high temperature and low temperature side were predicted and compared. Spatial distribution of temperature in the interior and surface of the square channel constituting high-temperature side was predicted and appropriateness of the size of the heat exchanger was examined. As a result of the analysis, the present size of the heat exchanger could be reduced and it could be effective to promote heat transfer inside the heat exchanger rather than outside to improve performance of the heat exchanger.
This paper describes an analysis on performance of R744-R404A cascade refrigeration system with internal heat exchanger to optimize the design for the operating parameters of the system. The operating parameters considered in this study include subcooling and superheating degree, internal heat exchanger and compression efficiency, evaporating and condensing temperature in the R744 low- and R404A high-temperature cycle and temperature difference of cascade heat exchanger. The main results are summarized as follows : COP of cascade refrigeration system increases with the increasing of compression efficiency, but decreases with the increasing temperature difference of cascade heat exchanger. Also, the COP increases with the increasing of internal heat exchanger efficiency in high-temperature cycle, but decreases with that in low-temperature cycle. Therefore, internal heat exchanger efficiency, compressor efficiency and temperature difference of cascade heat exchanger on R744-R404A cascade refrigeration system have an effect on the COP of this system.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.5
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pp.665-671
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2013
In a Korean Generation IV prototype sodium-cooled fast reactor (SFR), various types of high-temperature heat exchangers such as IHX (intermediate heat exchanger), DHX (decay heat exchanger), AHX (air heat exchanger), FHX (finned-tube sodium-to-air heat exchanger), and SG (steam generator) are to be designed and installed. In this study, the high-temperature design and integrity evaluation of the sodium-to-air heat exchanger AHX in the STELLA-1 (sodium integral effect test loop for safety simulation and assessment) test loop already installed at KAERI (Korea Atomic Energy Research Institute) and FHX in the SEFLA (sodium thermal-hydraulic experiment loop for finned-tube sodium-to-air heat exchanger) test loop to be installed at KAERI have been performed. Evaluations of creep-fatigue damage based on full 3D finite element analyses were conducted for the two heat exchangers according to the high-temperature design codes, and the integrity of the high-temperature design of the two heat exchangers was confirmed.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.12
no.2
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pp.9-16
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2004
Close-coupled catalyst (CCC) can reduce the engine cold-start emissions by utilizing the energy in the exhaust gas. However, in case the engine is operated at high engine speed and load condition, the catalytic converter may be damaged and eventually deactivated by thermal aging. Excess fuel is sometimes supplied intentionally to lower the exhaust gas temperature avoiding the thermal aging. This sacrifices the fuel economy and exhaust emissions. This paper describes the results of an exhaust heat exchanger to lower the exhaust gas temperature mainly under high load conditions. The heat exchanger was installed between the exhaust manifold and the inlet of close-coupled catalytic converter. The exhaust heat exchanger successfully decreased the exhaust gas temperature, which eliminated the requirement of fuel enrichment under high load conditions. However, the cooling of the exhaust gas through the heat exchanger may cause the deterioration of exhaust emissions at cold start due to the increment of catalyst light-off time.
Silicon carbide (SiC) is a candidate material for heat exchangers for VHTR (Very High Temperature Gas Cooled Reactor) due to its refractory nature and high thermal conductivity. This research has focused on demonstration of physical properties and mock-up fabrication for the future heat exchange applications. It was found that the SiC-based components can be applied for process heat exchanger (PHE) and intermediate heat exchanger (IHX), which are operated at $400{\sim}1000^{\circ}C$, based on our examination for the following aspects: optimum fabrication technologies (design, machining and bonding) for compact design, thermal conductivity, corrosion resistance in sulfuric acid environment at high temperature, and simulation results on heat transferring and thermal stress distribution of heat exchanger mock-up.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.20
no.1
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pp.75-83
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2024
In this study, high temperature design and integrity evaluation methodology have been developed for Type 316L stainless steel air-to-sodium heat exchanger which uses 700℃ sodium as coolant. Currently the only design rules that take creep effects into consideration explicitly for the 316L stainless steel subjected to high temperature in the creep range are French RCC-MRx, where elevated temperature designs are possible around 550℃. Absent design coefficients at high temperature were determined based on the material properties newly determined in previous studies, and high-temperature design evaluation methodologies were developed based on 3D finite element analyses on the 700℃ class heat exchanger. In addition, works were conducted on the web-based design evaluation program of HITEP_RCC-MRx including incorporation of material properties and design coefficients up to 700℃. Methodologies on high temperature design evaluations on Type 316L stainless steel high-temperature heat exchanger were suggested.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.12
no.1
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pp.85-92
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2016
The operating temperature of VHTR components is much higher than that of conventional PWR due to high core outlet temperature of VHTR. Material requirements and technical issues of VHTR reactor components which are mainly dominated by high temperature service condition were discussed. The codification effort for high temperature material and design methodology are explained. The design class for VHTR components are classified as class A or B according to the recent ASME high temperature reactor design code. A separation of thermal boundary and pressure boundary is used for VHTR components as an elevated design solution. Key design characteristics for reactor pressure vessel, control rod, reactor internals, graphite reflector, circulator and intermediate heat exchanger were analysed. Thermo-mechanical analysis of the process heat exchanger, which was manufactured for test, is presented as an analysis example.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.27
no.2
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pp.87-93
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2015
Recently, the heat exchangers are requiring higher performance and reliability since they are being used under the operating condition of high temperature and pressure. To satisfy these requirements, we need special materials and bonding technology. This study presents a manufacturing technology for high temperature and high pressure micro channel heat exchanger using Inconel 617. The bonding performance for diffusion bonded heat exchanger was examined and analyzed. The analysis were conducted by measuring thermal and mechanical properties such as thermal diffusivity and tensile strength, and parametric studies about bonding temperature and pressing force were also carried out. The results provided insight for bonding evaluation and the bonding condition of $1200^{\circ}C$, and 50 tons was found to be suitable for this heat exchanger. From the results, we were able to establish the base technology for the manufacturing of Inconel 617 heat exchanger through the application of the diffusion bonding.
We develop a heat exchanger modules for a multi-burner boiler. The heat exchanger module is kind of a heat recovery steam generator (HRSG). This heat recovery system has 4 heat exchanger modules. The 1st module consists of 27 bare tubes due to high temperature exhaust gas and the others consist of 27 finned tubes. The maximum steam pressure of each module is 1 MPa and tested steam pressure is 0.7 MPa. In order to test these heat exchanger modules, we make a 0.5t/h flue tube boiler (LNG, $40\;Nm^3/h$). We tested the heat exchanger module with changing the position of each heat exchanger module. We measured the inlet and outlet temperature of each heat exchanger module and calculated the heat exchange rate. The results show that if module C is placed at second stage (the 1st stage is always module O, bare tube module), there is no need to attach an additional heat exchanger module. In this case the exit temperature of module C is low enough to enter an economizer which is more effective in heat recovery than a heat exchanger module.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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