Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.41
no.3
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pp.191-196
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2017
Owing to the harmful environmental effects of HCFC and CFC refrigerants discovered in the late 20th century, the need for environmentally friendly refrigerants such as $CO_2$ in cooling systems has increased. Air-source $CO_2$ heat pumps that utilize ambient heat in cold winter are less efficient because of a higher evaporation temperature, and it is difficult to manufacture the components of the heat pump owing to a super critical pressure of over 130 bar. This research aims to overcome these disadvantages and improve energy efficiency by introducing a new lower-pressure $CO_2$ auto-cascade heat pump system. $CO_2$-R32 zeotropic refrigerants were considered for two-stage expansion and effective cooling heat exchanging system configurations of the new auto-cascade heat pump. The results indicated that the efficiency of the two-stage expansion system was higher than that of the original one-stage expansion system. Furthermore, the two-stage expansion system showed significant performance improvements when the two-stage expansion stage from highest pressure of 70bar, intermediate expansion pressure of 25bar, and final low pressure of 10bar is applied. The COP of the new two-stage auto-cascade system (2.332) was 43.15% higher than that of the present simple auto-cascade system (1.629). Refrigerants having an evaporation temperature of $-10^{\circ}C$ or lower can be obtained that can be easily evaporated in an evaporator even at a low temperature.
This study proposes a pixel-patterning method for organic light-emitting diodes (OLEDs) based on thermal transfer. An infrared lamp was introduced as a heat source, and glass type donor element, which absorbs infrared and generates heat and then transfers the organic layer to the substrate, was designed to selectively sublimate the organic material. A 200 nm-thick layer of molybdenum (Mo) was used as the lightto-heat conversion (LTHC) layer, and a 300 nm-thick layer of patterned silicon dioxide (SiO2), featuring a low heat-transfer coefficient, was formed on top of the LTHC layer to selectively block heat transfer. To prevent the thermal oxidation and diffusion of the LTHC material, a 100 nm-thick layer of silicon nitride (SiNx) was coated on the material. The fabricated donor glass exhibited appropriate temperature-increment property until 249 ℃, which is enough to evaporate the organic materials. The alpha-step thickness profiler and X-ray reflection (XRR) analysis revealed that the thickness of the transferred film decreased with increase in film density. In the patterning test, we achieved a 100 ㎛-long line and dot pattern with a high transfer accuracy and a mean deviation of ± 4.49 ㎛. By using the thermal-transfer process, we also fabricated a red phosphorescent device to confirm that the emissive layer was transferred well without the separation of the host and the dopant owing to a difference in their evaporation temperatures. Consequently, its efficiency suffered a minor decline owing to the oxidation of the material caused by the poor vacuum pressure of the process chamber; however, it exhibited an identical color property.
Pyrococcus furiosus α-amylase can hydrolyze α-1,4 linkages in starch and related carbohydrates under hyperthermophilic condition (~ 100℃), showing great potential in a wide range of industrial applications, while its relatively low productivity from heterologous hosts has limited the industrial applications. Bacillus subtilis, a gram-positive bacterium, has been widely used in industrial production for its non-pathogenic and powerful secretory characteristics. This study was conducted to increase production of P. furiosus α-amylase in B. subtilis through three strategies. Initial experiments showed that co-expression of P. furiosus molecular chaperone peptidyl-prolyl cis-trans isomerase through genomic integration mode, using a CRISPR/Cas9 system, increased soluble amylase production. Therefore, considering that native P. furiosus α-amylase is produced within a hyperthermophilic environment and is highly thermostable, heat treatment of intact culture at 90℃ for 15 min was performed, thereby greatly increasing soluble amylase production. After optimization of the culture conditions (nitrogen source, carbon source, metal ion, temperature and pH), experiments in a 3-L fermenter yielded a soluble activity of 3,806.7 U/ml, which was 3.3- and 28.2-fold those of a control without heat treatment (1,155.1 U/ml) and an empty expression vector control (135.1 U/ml), respectively. This represents the highest P. furiosus α-amylase production reported to date and should promote innovation in the starch liquefaction process and related industrial productions. Meanwhile, heat treatment, which may promote folding of aggregated P. furiosus α-amylase into a soluble, active form through the transfer of kinetic energy, may be of general benefit when producing proteins from thermophilic archaea.
Greenhouse farming was introduced to the Korean farmers in the middle of 1950's and its area has been increased annually. The plastic greenhouse, which is covered with polyethylene or polyvinyl chloride film, has been rapidly spread in greenhouse farming since 1970. The greenhouse farming greatly contributed to the increase of farm household income and the improvement of crop productivity per unit area. Since the greenhouse farming is generally practiced during winter, from November to March, the thermal environment in the plastic greenhouse should be controlled in order to maintain favorable condition for plant growing. Main factors that influence the thermal environment in the plastic greenhouse are solar radiation, convective and radiative heat transfer among the thermal component of the greenhouse, and the use of heat source. The objective of this study was to develop a simulation model for thermal environment of the plastic greenhouse in order to determine the characteristics of heat flow and effects of various ambient environmental conditions upon thermal environments within the plastic greenhouse. The results obtained are summarized as follows: 1. Simulation model for thermal environment of the plastic greenhouse was developed, resulting in a good agreement between the experimental and predicted data. 2. Solar radiation being absorbed in the plant and soil during the daytime was 75 percent of the total solar radiation and the remainder was absorbed in the plastic cover. 3. About 83 percent of the total heat loss was due to convective and radiative heat transfer through the plastic cover. Air ventilation heat loss was 5 to 6 percent of total heat loss during the daytime and 16 to 17 percent during the night. 4. The effectiveness of thermal curtain for the plastic greenhouse at night was significantly increased by the increase of the inside air temperature of the greenhouse due to the supplementary heat. 5. When the temperature difference between the inside and outside of the greenhouse was small, the variation of ambient wind velocity did not greatly affect on the inside air temperature. 6. The more solar radiation in the plastic greenhouse was, the higher the inside air temperature. Because of low heat storage capacity of the plant and soil inside the greenhouse and a relatively high convective heat loss through the plastic cover, the increase of solar radiation during the daytime could not reduce the supplymentary heat requirement for the greenhouse during the night.
Journal of the Korean Society for Geothermal and Hydrothermal Energy
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v.18
no.3
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pp.1-6
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2022
Ground source heat pump (GSHP) system is highly efficient and environment-friendly and supplies heating, cooling and hot water to buildings. For an optimal design of the GSHP system, the ground thermal properties should be determined to estimate the heat exchange rate between ground and borehole heat exchangers (BHE) and the system performance during long-term operating periods. However, the process increases the initial cost and construction period, which causes the system to be hindered in distribution. On the other hand, much research has been applied to the artificial neural network (ANN) to solve problems based on data efficiently and stably. This research proposes the predictive performance model utilizing ANN considering local characteristics and weather data for the predictive performance model. The ANN model predicts the entering water temperature (EWT) from the GHEs to the heat pump for the modular GHEs, which were developed to reduce the cost and spatial disadvantages of the vertical-type GHEs. As a result, the temperature error between the data and predicted results was 3.52%. The proposed approach was validated to predict the system performance and EWT of the GSHP system.
Kim, Han-Seok;Ahn, Kook-Young;Kim, Ho-Keun;Lee, Yun-Won;Lee, Chang-Eon
Journal of the Korean Society of Combustion
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v.7
no.4
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pp.29-35
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2002
[$CO_2$] is a well-known greenhouse gas, which is the major source of global warming. Many researchers have studied to reduce $CO_2$ emission in combustion processes. The central method of low $CO_2$ emission is Oxygen/CxHy combustion. Theoretically Oxygen/CxHy combustion only produces $CO_2\;and\;H_2O$ and allows convenient recovery of $CO_2$. The combustion characteristics, flame stability, composition in the flame zone and temperature profile were studied experimentally for various compositions of oxidant by substituting $CO_2\;for\;N_2$ with the constant $O_2$ concentration. Results showed that flame became unstable due to the high heat capacity, low transport rate and strong radiation effect of $CO_2$ in comparison with those of $N_2$. The reaction zone was quenched and broadened, as the ratio of $CO_2\;to\;N_2$ was increased. The emission of NOx in flue gas decreased due to the decreased temperature of the reaction zone. As the conversion ratio of $CO_2\;to\;N_2$ was increased, the emission of CO and the higher temperature zone increased due to decrease of reaction rate by the a quenching effect.
Park, Jun-Tark;Lee, Young-Soo;Kim, Jiyoung;Chae, Kyu-Jung;Yang, Hee-Jung
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.25
no.3
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pp.168-172
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2013
A preliminary performance test of a 30RT 2-stage screw heat pump was carried out in order to develop a high performance large-scale unutilized energy source heat pump system, which will be used for district heating and cooling. In this study, two issues of the system operating control were investigated. The first issue is the mode switching control from 1-stage to 2-stage. A stable 2-stage heating operation is guaranteed, only if the load-side water inlet temperature is over a certain value, where the 1-stage heating operation should be done first from a cold start. The second issue is oil level control. An oil shortage problem in the low stage compressor, which depends on the degree of suction superheat, was solved by a proper oil level control scheme.
Kim, Ji-Young;Baik, Young-Jin;Lee, Young-Soo;Ra, Ho-Sang
Proceedings of the SAREK Conference
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2006.06a
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pp.501-505
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2006
A preliminary performance test of a 30RT 2-stage screw heat pump was carried out in order to develop a high performance large-scale unutilized energy source heat pump, which will be used in district heating and cooling. Two issues on the system control were investigated in this study, A stable 2-stage heating operation is guaranteed only if the load-side water inlet temperature is over a certain value, to where the 1-stage heating operation should be done first from a cold start. An oil shortage problem in low stage compressor, which depends on the degree of suction superheat, was solved by the proper oil level control scheme.
In Ocean, the temperature of the deep sea water is always lower than that of the surface sea water. The temperature difference between the surface water and deep sea water is about $20^{\circ}C$. Based on thermodynamics, this temperature difference can be converted into mechanical power. The mechanical power can be converted to electricity through a generator. However, the temperature difference is relatively small compared with that of traditional steam turbines. It is difficult to apply the steam turbine technology for this small temperature difference directly. Therefore, the turbine for OTEC system using low temperature difference should be designed to meet the system requirement. The present study focuses on the development of the turbine for 20 kW OTEC system using R32. The paper includes the determination of working fluids, meridional design, turbine layout and 3D CFD results. With off-design points analysis, the full performance of 20kW OTEC turbine is investigated. Through the research, one stage radial type turbine with R32 as working fluid is successfully developed and can be applied to other high temperature heat source.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.14
no.4
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pp.301-306
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2011
The paper presents an analysis of the heating cycle and discusses a desalination cycle that uses lowtemperature seawater. The basic heating cycle model is the heat pump cycle, and seawater desalination is usually performed by the indirect freezing desalination method. The low temperature of the seawater (below $5^{\circ}C$) acts as the heat source of the evaporator. R-134a, R-1234yf, R-600a are used as working fluids. In the 2-stage compression cycle, the compressor's work decreased by about 15.6% from that in the 1-stage compression cycle. Further, the COP in the 2-stage cycle was 17.6% higher than that in the 1-stage cycle. In the indirect desalination cycle, the energy per unit fresh water productivity in the 2-stage cycle was 19.8% lower than that in the 1-stage cycle.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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