• 제목/요약/키워드: Internal heat exchanger (IHX)

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$CO_2$ 시스템에서 내부열교환기 최적설계에 대한 실험적 연구 (Experimental Study on Optimal Design of Internal Heat Exchanger for $CO_2$ System)

  • 김대훈;이상재;최준영;이재헌;권영철
    • 대한기계학회:학술대회논문집
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    • 대한기계학회 2007년도 춘계학술대회B
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    • pp.2085-2090
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    • 2007
  • This paper describes the possible way to improve the capacity, the efficiency and the pressure drop of $CO_2$ system. It is considered the use of an internal heat exchanger (IHX) to improve the performance of the $CO_2$ system. Experiment was performed by changing a tube shape, a tube number and a tube length of IHX to investigate the performance of IHX for $CO_2$ system. The focus of the present study is to obtain the concept on IHX optimal design. Experimental results show that design parameters are closely related with the capacity and the pressure drop of $CO_2$ system. In the transcritical $CO_2$ cycle, the system performance is very sensitive to the IHX design. System performance on operation condition and shape of IHX is also introduced.

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난방모드 시 $CO_2$ 지열히트펌프의 내부열교환기에 대한 운전특성 (Operating Characteristics of Internal Heat Exchanger for $CO_2$ Geothermal Heat Pump in the Heating Mode)

  • 김재덕;이상재;김선창;김영률
    • 대한설비공학회:학술대회논문집
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    • 대한설비공학회 2009년도 하계학술발표대회 논문집
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    • pp.1226-1231
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    • 2009
  • This paper presents operating characteristics of internal heat exchanger(IHX) for $CO_2$ geothermal heat pump in the heating mode. Mass flow rate of $CO_2$, inlet temperatures of $CO_2$ at high and low pressure side were selected as main effect factors by using fractional factorial DOE(Design of Experiments). And RSM(Response Surface Method) was used in optimization phase. The results show that heat transfer rate of IHX increases when either inlet temperature of low pressure side decreases or inlet temperature of high pressure side increases. Effectiveness of IHX increases with increasing of inlet temperature of either high pressure side or low pressure side. Finally, performance contour map was provided over the operation ranges of the main design factors.

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이산화탄소 냉매 시스템용 내부 열교환기의 냉방성능에 관한 실험적 연구 (Experimental Study on Cooling Performance of Internal Heat Exchanger for CO2 Refrigerant System)

  • 김대훈;권영철
    • 한국산학기술학회논문지
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    • 제9권3호
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    • pp.587-592
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    • 2008
  • 이산화탄소 냉매 시스템용 내부 열교환기의 성능을 조사하기 위하여 4종류의 내부 열교환기를 사용하여 냉방운전조건에서 실험을 수행하였다. 내부 열교환기의 길이, 관 개수, 운전조건, 형상 변화에 대한 영향이 연구되었다. 내부 열교환기 길이가 증가할수록 능력과 효율은 향상되었다. 압력강하는 고압측보다 저압측에서 더 크게 나타났다. 가스쿨러의 온도가 높아질수록 능력과 효율은 선형적으로 증가하였으며, 증발기의 운전조건은 과열도보다는 이상영역을 설정하면 효율증대 효과 측면에서 유리하였다. 마이크로 채널의 경우가 튜브보다 능력과 효율이 크게 우수하였지만 압력강하 측면에서는 크게 불리하였다.

이산화탄소 냉방운전 시 냉매충전량 및 운전조건에 따라 내부열교환기가 성능에 미치는 영향 (Effects on Performance of an Internal Heat Exchanger According to Charge Amount and Operating Condition in $CO_2$ Cooling Mode)

  • 곽명석;조홍현
    • 한국지열·수열에너지학회논문집
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    • 제8권1호
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    • pp.13-20
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    • 2012
  • This is an experimental study on the performance characteristics of effective heat pump in the cooling mode using a single-stage compression $CO_2$ cycle with an IHX(internal heat exchanger). The performance of a single-stage compression with IHX was investigated according to charge amount and operating condition. Moreover, the performance characteristic of cooling operating was analyzed with the length of IHX. As a result, the optimum refrigerant charge amount was 2.2 kg. The optimal system COP for compressor frequency of 30, 40, 50, and 60 Hz was 3.493, 3.228, 2.978, and 2.659, respectively. Since the system with IHX can maintain large cooling capacity regardless of operating condition, the system performance doesn't reduce considerably under unfavorable condition. When the compressor frequency was 40 Hz, the COP for a system with IHX length of 3 m and 5 m was 3.361 and 3.51, respectively. By using the IHX into a $CO_2$ cooling system, the performance and reliability improves simultaneously.

2단압축 이산화탄소 사이클의 냉방성능 향상 특성에 대한 실험적 연구 (Experimental Study on the Cooling Performance Improvement of a Two-stage Compression $CO_2$ Cycle)

  • 조홍현;이호성;김용찬
    • 설비공학논문집
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    • 제18권10호
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    • pp.835-841
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    • 2006
  • A $CO_2$ system using the two-stage compression cycle was tested by varying $1^{st}-2^{nd}$ compressor frequencies in the cooling mode. To improve the cooling performance of the two-stage compression $CO_2$ cycle, the following cycle options were applied: a basic cycle, a cycle with an intercooler, a cycle with an IHX (internal heat exchanger), and a cycle with an intercooler and IHX. The cycle with the intercooler-IHX showed the highest cooling capacity improvement among the cycle options at all compressor frequencies. The cycle with the intercooler, the cycle with the IHX, and the cycle with the intercooler-IHX improved the cooling COP by 7, 12, and 15%, respectively, over the basic $CO_2$ cycle when the compressor frequencies for the first and second compressors were 50 Hz and 30 Hz, respectively. In addition, the applications of the selected cycle options enhanced system reliability.

휜 타입 내부열교환기 적용에 따른 차량용 냉방시스템 성능 특성 (Performance Characteristics of Vehicle Air Conditioning System Using Internal Heat Exchanger with Inner Fin)

  • 김성철
    • 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.

내부열교환기 및 전자팽창장치를 적용한 가변속 이산화탄소 사이클의 냉방성능에 관한 실험적 연구 (Experimental Study on the Cooling Performance of a Variable Speed $CO_2$ Cycle with Internal Heat Exchanger and Electronic Expansion Valve)

  • 조홍현;류창기;김용찬
    • 설비공학논문집
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    • 제17권3호
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    • pp.209-215
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    • 2005
  • Since a transcritical $CO_2$ cycle shows lower performance than conventional air conditioners in the cooling mode operation, it is required to enhance the performance of the $CO_2$ cycle by applying advanced technologies and optimizing components. In this study, the cooling performance of a $CO_2$ system measured by varying refrigerant charge amount, compressor frequency, EEV opening and length of internal heat exchanger. As a result, the cooling COP of the basic system without internal heat exchanger was 2.1. The cooling performance of the modified cycle applying internal heat exchanger improved by $4-9\%$ over the basic cycle.

이젝터를 적용한 이산화탄소 냉동사이클의 내부열교환기 길이에 따른 성능 변화 (Performance Variation with Length of Internal Heat Exchanger in CO2 Cooling Cycle Using an Ejector)

  • 강변;조홍현
    • 설비공학논문집
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    • 제24권2호
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    • pp.147-154
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    • 2012
  • Recently, many researchers have studied the performance of the transcritical $CO_2$ refrigeration cycle in order to improve the system efficiency. In this study, the length of IHX in the $CO_2$ ejector cycle was varied so as to evaluate the performance improvement. As a result, compressor work and cooling capacity was increased by 3% and 5% as the length of internal heat exchanger was changed from 3 m to 15 m. The best COP was appeared at internal heat exchanger length of 12 m, and it was 3.01. Besides, the length of internal heat exchanger has a big effect to pressure lift ratio and entrainment ratio in the ejector $CO_2$ cycle and it may be changed with operating conditions and system specifications.

난방운전 조건하에서 $CO_2$ 열펌프용 내부 열교환기의 열전달 특성에 대한 연구 (Study on Heat Transfer Characteristics of Internal Heat Exchanger for $CO_2$ Heat Pump under Heating Operating Condition)

  • 김대훈;이상재;최준영;이재헌;권영철
    • 에너지공학
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    • 제17권2호
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    • pp.116-123
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    • 2008
  • 본 연구에서는 $CO_2$ 열펌프에 사용되는 내부 열교환기를 난방조건에서 운전할 경우, 실험 및 수치적 방법으로 열전달량, 효율, 압력강하 등을 관찰하였다. 4가지 종류의 내부 열교환기를 사용하였다. 수치 해석은 단면분할법과 하디크로스 방법을 이용하여 유량, 길이, 운전조건, 내부 열교환기 종류에 따른 영향을 분석하고 실험을 통해 확인하였다. 유량이 증가함에 따라 열전달량이 약 25% 향상되었다. 마이크로 채널이 동심관에 비해 열전달량이 약 100% 크게 나타났다. 길이가 증가함에 따라 열전달 증가율은 감소하였다. 압력강하는 고압측에 비해 저압측이 크게 나타났으며, 동심관에 비해 마이크로 채널이 약 100% 크게 나타났다. 고온입구조건이 증가할수록, 저온입구조건이 감소할수록 열전달량은 약 3% 증가하였다. $CO_2$의 열전달 계산의 정확성을 위해 $CO_2$의 특성과 관형상을 고려할 수 있는 열전달 상관식의 개발이 필요하다.

대체냉매 R1234yf를 적용한 자동차용 에어컨 시스템의 성능 향상에 관한 연구 (Study on the Performance Improvement for an Automobile Air Conditioning System Using Alternative Refrigerant R1234yf)

  • 조홍현;이호성;박차식
    • 설비공학논문집
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    • 제25권4호
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    • pp.201-207
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    • 2013
  • The performance of automobile air conditioning systems of R1234yf was evaluated and compared with that of R134a. In particular, the performance evaluation was carried out by installing an internal heat exchanger in order to improve the performance of the system used in R1234yf. A performance comparison between the R1234yf and R134a for automotive air conditioning revealed that the cooling capacity and COP of the 1234yf system without the IHX decreased by up to 7% and 4.5%, respectively, but those with the IHX decreased by up to 1.8% and 2.9%, respectively.