• 설비공학논문집
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• 제11권4호
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• pp.457-463
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• 1999

The Joule-Thomson cryocooler with $H_2$gas has been developed. Cool-down characteristics and the cooling performance of a JT cryocooler have been investigated in detail. The JT cryocooler consists of JT expansion valve, heat exchanger, expansion chamber, compressed $H_2$gas storage tank, $LN_2$precooler, heater and a cryostat. The precooling process using both $GN_2$and $LN_2$was peformed to cool down the inside components of cryocooler under the maximum inversion temperature of $H_2$. The $H_2$expansion experiments have been peformed for 2-5MPa of H$_2$pressure to evaluate steady state temperatures of the cryocooler. It is found that the steady state temperatures are decreased as the H$_2$pressures are increased. The effects of cooling temperatures on the performance have been evaluated for various $H_2$and $N_2$pressures. It is seen that the cooling loads are increased, as the cooling temperature and operating pressure are increased.

• 설비공학논문집
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• 제12권10호
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• pp.901-907
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• 2000

The conceptual determination of mixed-refrigerant (MR) for a closed Joule-Thomson cryocooler is described in this paper. The thermodynamic cycle design was mainly considered to develop a cryocooler by using a compressor of domestic air-conditioning unit. The target cooling performance of the designed cryocooler is 10 W around 70 K with less than 5 kJ/kg enthalpy rise. The systematic approach of choosing a proper refrigerant among 20 different kinds of mixture for such cryogenic temperature was introduced in detail. The main components of the cryocooler are compressor, evaporator, oil separator, after-cooler, counterflow heat exchanger, and J-T expansion device. Due to the limitation of the compressor operation range, the temperature after the compression was limited below $117^{\circ}C$ (390 K) and the temperature before compression was restricted above $5^{\circ}C$ (278 K). 20 atm of discharging pressure (high pressure) and less than 3 atm suction pressure (low pressure) were the design conditions. The inlet temperature of a counterflow heat exchanger in the high Pressure side was about 300 K. The proper composition of the mixed refrigerant for the designed J-T cryocooler is 15% mol of$ N_2, 30% mol of $CH_4,\; 30% mol\; of C^2H^ 6,\; 10%\; mol\; of\; C_3H_8\; and \;15%\; mol\; of\; i-C_4H_10$.

• 한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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• 제9권1호
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• pp.86-90
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• 2007

The cryoprobe used in cryosurgery should be fabricated in milimeter-order size for its practical usage. In general a miniature J-T(Joule-Thomson) refrigerator is applied to a cryoprobe. In case of the miniature J-T refrigerator, the mass flow rate of working fluid is small due to considerable friction in a minute flow path. For that reason, the miniature J-T refrigerator has a limited cooling power. To obtain the large cooling power from the J-T refrigerator, the refrigerator should have large mass flow rate and effective J-T temperature drop. These quantities are closely related to the geometry of the heat exchanger and the expansion nozzle in a cryoprobe, and are contradictory. The large mass flow rate leads to the small J-T temperature drop and vice versa in the miniature J-T refrigerator. Therefore, the optimal design of a cryoprobe to achieve maximum cooling power at fixed tube size and fixed operating temperature is required. This paper presents the design procedure of such case.

• 한국대기환경학회지
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• 제20권4호
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• pp.493-501
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• 2004

The principle of vortex tube and cyclone was introduced to enhance the treatment efficiency of waste air streams containing particulate matters, toluene, and others developed by Hangreen Tech, Ltd. and Hoseo Chemical and Industrial Technology R＆D Center. Adsorption, condensation, and/or coagulation could be induced at low temperature zone formed by vortex tube and Joule-Thomson expansion. The pressurized air was introduced at the tangential direction into the cyclone system applied with the coaxial funnel tube. Easily condensible vapors such as toluene. carbon dioxide, and water vapor were adsorbed enforcedly on coagulated or condensed materials which were formed as cores for coagulation or condensation by themselves. These types of coagulation or condensation rates were rapidly promoted as the diameter being growing up. The maximum removal efficiency for carbon dioxide and toluene was achieved to about 87 and 90 percent, respectively. The Joule-Thomson coefficients were increased with the pressure of air injected in the range of the relative humidities between 10% and 30%. An optimum value was observed within the range of the tested temperatures at a fixed pressure. In conclusion. it could be identified that the treatment efficiency would be depended on the pressure of the process air introduced and physical and chemical characteristics of waste air streams containing target materials for a designed system. The final design parameters should be decided depending upon the given system and target materials.

• 설비공학논문집
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• 제12권8호
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• pp.703-710
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• 2000

Energy separation characteristic occurring in a counterflow vortex tube was studied experimentally, where air, $C_2$, and R22 were used as working fluids. The experiments were carried out with pressure ratio from 3 to 8 and cold mass fraction(y) from 0.1 to 0.9. As results, Ranque-Hilsch effect showed different results from adiabatic expansion process. Temperature difference in vortex tube outlet was affected by Joule-Thomson effect as well as Ranque-Hilsch effect. The more effective the energy separation was, the more increased the entropy in the cold oulet of vortex tube was.

• 공업화학
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• 제16권2호
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• pp.194-199
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• 2005

본 연구에서는 배연가스속에 함유되어 있는 휘발성 유기화합물과 입자물질 등의 오염물질을 보텍스 사이클론의 원리를 이용하여 동시에 제거하는 메카니즘을 규명하고 나아가 효율을 높이기 위한 영향인자들을 분석 하였다. 보텍스 사이클론 속에 접선방향으로 압축된 공기를 주입함으로써 Joule-Thomson 팽창에 의하여 형성된 저온부분에서 페놀, 탄산가스 및 수분이 활성탄소 입자표면에 응집, 응축 및 흡착이 일어나도록 하였다. 활성탄소와 같은 입자물질은 쉽게 응축될 수 있는 물질들이 저절로 응집이나 응축은 입자물질의 입경이 증가함에 따라 속도는 급속도로 빨라져서 제거효율이 상승된다. 본 연구실험에서 탄산가스와 페놀의 제거효율은 각각 87.3%와 93.8%로 얻어졌다. 그리고 페놀 제거효율은 톨루엔과는 달리 상대습도의 증가에 따라 함께 증가되었고, 활성탄의 주입으로 제거효율도 증폭되었다. Joule-Thomson 계수는 상대습도 10%~50% 범위에서는 도입되는 압력이 높아짐에 따라 같이 상승하였다. 실험의 결과로는 도입되는 압력과 수분이 보텍스 사이클론의 처리효율에 미치는 영향은 공기 속에 함유되어 있는 대상물질의 물리화학적 특성과 입자물질의 특성에 따라 많은 영향을 받고 있음을 알 수 있고, 따라서 휘발성 유기화합물의 제거효율은 수분의 양과 입자물질의 물리화학적 특성을 조절함으로 제어할 수 있다고 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제12권3호
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• pp.1473-1478
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• 2011

본 연구에서는 전처리 공정을 거친 천연가스로부터 에탄 이상의 성분을 회수하기 위한 탈메탄탑에 대한 전산모사와 공정 최적화를 수행하였다. 전처리된 천연가스는 탈메탄탑 상부의 차가운 기상류와의 열교환 및 프로판 냉동 사이클이 포함된 예냉공정을 거친 후에 기상과 액상이 분리된다. 기상은 터보 팽창기를 거치면서 생산되는 동력을 residue gas의 압력을 높이기 위한 압축기에 전달한 후에 부분적으로 응축되어 탈메탄탑 상부로 주입된다. 액상류는 줄-톰슨 팽창 밸브를 거친 후 더욱 냉각되어 탈메탄탑의 중간부로 주입된다. 원료 대비 에탄의 회수율은 75% 이상으로 정하였으며, 탈메탄탑의 탑저에서 에탄에 대한 메탄의 몰비는 0.015로 정하였다. 한편 프로판 냉동 사이클의 heat duty를 최소화시키기 위해서 원료를 분리하여 side reboiler와 열교환시킴으로써 냉열의 일부 회수할 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제12권2호
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• pp.1032-1037
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• 2011

본 연구에서는 전처리 공정을 거친 천연가스로부터 에탄 이상의 성분을 회수하기 위한 탈메탄탑에 대한 전산모사와 공정 최적화를 수행하였다. 전처리된 천연가스는 탈메탄탑 상부의 차가운 기상류와의 열교환 및 프로판 냉동 사이클이 포함된 예냉공정을 거친 후에 기상과 액상이 분리된다. 기상은 터보 팽창기를 거치면서 생산되는 동력을 residue gas의 압력을 높이기 위한 압축기에 전달한 후에 부분적으로 응축되어 탈메탄탑 상부로 주입된다. 액상류는 줄-톰슨 팽창 밸브를 거친 후 더욱 냉각되어 탈메탄탑의 중간부로 주입된다. 원료 대비 에탄의 회수율은 80% 이상으로 정하였으며, 탈메탄탑의 탑저에서 에탄에 대한 메탄의 몰비는 0.0119로 정하였다. 한편 프로판 냉동 사이클의 heat duty를 최소화시키기 위해서 원료를 분리하여 side reboiler와 열교환시킴으로써 냉열의 일부를 회수할 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제12권1호
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• pp.552-558
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• 2011

본 논문에서는 천연가스를 액화시키기 위해서 프로판, 에틸렌 및 메탄 냉매를 이용한 캐스케이드 냉동 사이클에 대한 전산모사를 PRO/II with PROVISION 8.3에 내장되어 있는 Peng-Robinson 상태방정식을 활용하여 수행하였다. 천연가스의 조성은 한국가스공사로부터 제공받은 것을 적용하였으며, 유량은 년간 500만톤으로 가정하였다. 프로판 냉매의 공급온도는 $-40^{\circ}C$로, 에틸렌 냉매의 공급온도는 $-95^{\circ}C$로 메탄 냉매의 공급온도는 $-155^{\circ}C$로 각각 정하였으며, 천연가스와 각각의 냉매의 최소 접근온도는 $3^{\circ}C$로 정하였다. 메탄 냉매에 의해서 $-152^{\circ}C$까지 냉각된 천연가스는 줄-톰슨 팽창에 의해서 $-162^{\circ}C$까지 냉각되어 액화가 일어나도록 하였다. 결론적으로 캐스케이드 냉동 사이클과 줄-톰슨 팽창을 통해서 천연가스의 액화율은 몰비로 91.64%임을 알 수 있었다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제19권1호
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• pp.52-61
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• 2016

대용량의 $CO_2$를 지중에 저장하기 위한 CCS(Carbon Capture and Storage)는 고압의 파이프라인 수송공정을 수반한다. 또한, 사고 및 유지보수와 같은 비정상상태가 발생할 경우 고압의 $CO_2$를 대기 중으로 방출시키는 감압공정이 필요하다. 본 연구에서는 고압 $CO_2$ 파이프라인에서의 감압현상을 수치해석적 방법을 이용하여 분석하였다. 수치계산 결과를 실험데이터와 비교분석함으로써 수치해석의 예측 능력을 검증하였다. 수치모델이 기체-액체 혼합 구간에서의 2상 감압현상을 잘 예측하였다. 그러나 초임계 액체 단상 감압과 기체 단상 감압현상에 대해서는 온도변화 등을 예측하는데 한계가 있음을 밝혔다.