• 제목/요약/키워드: One-stage refrigeration

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천연가스 냉각을 위한 1단 냉동과 2단 냉동 사이의 비교연구 (A Comparative Study Between One- and Two-Stage Refrigeration System for the Natural Gas Cooling Process)

  • 조정호;김동민
    • 한국산학기술학회논문지
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    • 제11권8호
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    • pp.3106-3111
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    • 2010
  • 본 연구에서는 천연가스의 온도를 $-40^{\circ}C$까지 냉각시키기 위해서 프로판을 냉매로 사용한 1단 냉동과 2단 냉동 사이의 비교연구를 수행하였다. 열역학 모델식으로는 Peng-Robinson 상태방정식을 적용하였으며, 냉동 사이클의 전산모사를 위해서 Invensys사의 PRO/II with PROVISION 8.3을 활용하였다. 본 연구에서로부터 2단 압축 냉동 사이클을 최적화한 결과 1단 압축 냉동 사이클에 비해서 압축기의 소요동력을 33.5% 가량 줄일 수 있었다.

$CO_2$용 2단압축 1단팽창 냉동 사이클의 성능 분석 (Performance Analysis of a Carbon Dioxide(R744) Two-Stage Compression and One-Stage Expansion Refrigeration Cycle)

  • 노건상;손창효
    • 동력기계공학회지
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    • 제13권6호
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    • pp.70-75
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    • 2009
  • In this paper, cycle performance analysis of R744($CO_2$) two-stage compression and one-stage expansion refrigeration system is presented to offer the basic design data for the operating parameters of the system. The operating parameters considered in this study include superheating degree, compressor efficiency, gas cooling pressure, mass flowrate ratio, outlet temperature of gas cooler and evaporating temperature in the carbon dioxide two-stage refrigeration cycle. The main results were summarized as follows : The cooling capacity of two-stage compression and one-stage expansion refrigeration system increases with the increasing superheating degree, compressor efficiency and gas cooling pressure, but decreases with the increasing mass flowrate ratio and evaporating temperature. The compression work of two-stage compression and one-stage expansion refrigeration system increases with the increasing superheating degree, outlet temperature of gas cooler, gas cooling pressure and evaporating temperature, but decreases with the increasing compressor efficiency and mass flowrate ratio. The COP of two-stage compression and one-stage expansion refrigeration system increases with the increasing compressor efficiency, but decreases with the increasing superheating degree, gas cooling pressure, mass flowrate ratio and evaporating temperature. Therefore, superheating degree, compressor efficiency, gas cooling pressure, mass flowrate ratio, outlet temperature of gas cooler and evaporating temperature of R744($CO_2$) two-stage compression and one-stage expansion refrigeration system have an effect on the cooling capacity, compressor work and COP of this system.

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프로판 냉매를 활용한 단일 및 다단 냉동 사이클의 전산모사 비교 연구 (A comparative study on the simulation of single-stage and multi-stage refrigeration cycle using propane as a refrigerant)

  • 노상균
    • 한국산학기술학회논문지
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    • 제15권5호
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    • pp.3327-3335
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    • 2014
  • 본 연구에서는 천연가스의 냉각을 위한 프로판을 냉매로 사용한 단일 및 다단 냉동 사이클에 대한 소요 에너지를 비교하였다. 이를 위해서 천연가스의 온도를$ -37.00^{\circ}C$까지 냉각시키기 위해서 프로판을 냉매로 사용하여 1단 압축 및 2단, 3단, 4단 압축을 이용한 냉동 사이클에 대한 비교 연구를 수행하였다. 전산모사를 위해 한국가스공사로부터 제공받은 천연가스 조성을 적용하였으며, 열역학 모델식으로는 Peng-Robinson 상태방정식을 적용하였다. 냉동기 압축 단수가 증가할수록 응축기의 heatduty는 점점 줄어드는 것을 알 수 있었다. 4단 압축공정의 경우 1단 압축공정에 비해 응축기의 heatduty는 약 20.36% 정도 감소하였으며 냉매의 총 순환 유량은 약 14.53% 감소하였다. 또한 4단 압축공정의 경우 1단 압축공정에 비해 압축기의 총 소요 동력은 약 41.61% 감소함을 알 수 있었다.

다양한 냉매를 적용한 내부열교환기 부착 2단 압축 냉동시스템의 성능 분석 (Performance Analysis of Two-stage Compression Refrigeration System with Internal Heat Exchanger Applied Various Refrigerants)

  • 윤정인;허성관;제재면;전민주;손창효;문정현
    • 동력기계공학회지
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    • 제19권6호
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    • pp.82-88
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    • 2015
  • In this paper, cycle performance analysis of two-stage compression and one-stage expansion refrigeration system applied various refrigerants is presented to offer the basic design data for the operating parameters of the system. The operating parameters considered in this study include degree of superheating and subcooling, compressor efficiency, evaporation temperature, condensing temperature, mass flow rate ration into inter-cooler, effectiveness of internal heat exchanger. The main results were summarized as follows : The COP of two-stage compression and 1-stage expansion refrigeration system increases with the increasing subcooling, mass flow rate ration of inter-cooler, evaporation temperature, but decreases with the increasing condensing temperature and superheating degree. Therefore, subcooling degree, mass flow rate ratio of inter-cooler of two-stage compression and 1-stage expansion using substitute refrigerant have an effect on COP of this system. The COP of alternative refrigerants was higher than the COP of R22 in this study, although the COP of some mixed refrigerants were lower than COP of R22.

캐스케이드 냉동시스템과 2단 압축 1단 팽창식 냉동 시스템의 성능 비교 (Performance comparison of cascade refrigerator and two-stage compression refrigerator)

  • 손창효
    • 한국산학기술학회논문지
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    • 제15권2호
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    • pp.625-631
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    • 2014
  • $-30^{\circ}C{\sim}-50^{\circ}C$ 범위의 저온 증발온도를 얻기 위해서는 2단 압축 1단 팽창식 냉동 시스템이나 캐스케이드 냉동 시스템이 필요하다. 하지만 이러한 냉동시스템의 성능 비교에 대한 연구 결과는 대단히 부족한 실정이다. 본 논문은 R744-R404A용 캐스케이드 냉동시스템과 R404A용 2단 압축 1단 팽창식 냉동 시스템의 성능을 서로 비교한 것이다. $-30^{\circ}C{\sim}-50^{\circ}C$의 증발온도 범위에서 2단 압축 1단 팽창식 냉동시스템의 성능계수가 캐스케이드 냉동시스템 보다 약 36%~57% 정도 높다. 하지만, 2단 압축 1단 팽창식 냉동 시스템의 경우 증발온도와 압축효율 감소시에 성능계수의 변화가 커서 안정적이지 못하다. 특히, 압축효율 감소시에 성능계수가 크게 감소하는데, 이는 장기간 냉동 시스템의 사용시에 단점이 될 수 있다. 반면, R744-R404A용 캐스케이드 냉동 시스템은 자연냉매를 사용하여 친환경적이며, 고온과 저온 사이클에 사용되는 냉매의 적절한 선택에 의해서 다양한 온도영역에서 고효율 냉동 시스템을 구성할 수 있다. 위의 결과로부터, 성능과 환경적인 측면을 고려하여 용도에 따라 적합한 저온 냉동시스템을 선택하는 것이 좋으리라 판단된다.

An Experimental Investigation of the G-M type Pulse Tube Refrigerator

  • Park, Seong-Je;Koh, Deuk-Yong;Yeom, Han-Kil;Hong, Yong-Ju;Kim, Hyo-Bong
    • 한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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    • 제6권2호
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    • pp.40-45
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    • 2004
  • The experimental results of the G-M (Gifford-McMahon) type pulse tube refrigerators are presented in this paper. The pulse tube refrigerator, which has no moving parts at its cold section, is attractive in obtaining higher reliability, simpler construction, and lower vibration than any other small refrigerators. The objectives of this study are to develop the design technology of the G-M type pulse tube refrigerator and acquire its application methods for replacing G-M cryocooler. As a preliminary test, the refrigeration performances of the basic, orifice, and double inlet pulse tube refrigerators were investigated. The lowest temperature obtained in the one-stage pulse tube refrigerator was 34.4K and the refrigeration capacity at the optimum operation condition was 23W at 80K. And the lowest temperature of the second stage cold head in the two-stage pulse tube refrigerators was 18.3K and the refrigeration capacities at optimum condition were 0.45W at 20K and 20W at 80K, respectively. Finally, the lowest temperature obtained in the three-stage pulse tube refrigerator was 29.8K and the refrigeration capacity at the optimum operation condition was 1.3W for 40K and 5W for 70K.

LNG 냉열을 활용한 이산화탄소 액화공정에서 절감되는 전력량의 산출 (Estimation of the Amount of Electric Power Saved in the Carbon Dioxide Liquefaction Process using LNG Cold Heat)

  • 이지환;조정호
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제31권2호
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    • pp.259-264
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    • 2020
  • In this study, comparison study has been performed between two-stage compression and a vapor-recompression refrigeration cycle and a liquefaction using LNG cold heat. When using a first method using two-stage compression and a refrigeration cycle, at least three compressors are required, however when using LNG cold heat, no compressor is required since carbon dioxide can be pumped after condensing with the heat exchange with -160℃ of LNG. Through this study, we can save more than one hundred million KRW annually by using LNG cold heat instead of using gas compression and refrigeration cycle.

상용성 화학공정모사기를 활용한 혼합냉매 이용 냉동사이클의 전산모사 (Simulation of the Mixed Propane Refrigeration Cycle Using a Commercial Chemical Process Simulator)

  • 조정호;김영우
    • 한국산학기술학회논문지
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    • 제10권11호
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    • pp.3253-3259
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    • 2009
  • 본 연구에서는 프로판이 주성분인 혼합냉매를 사용하여 프로세스의 온도를 $-20^{\circ}C$까지 낮추는 증기 재 압축을 활용한 냉동사이클에 대한 전산모사를 수행하였다. 냉매의 공급온도는 프로세스와의 온도차를 $10^{\circ}C$로 가정하여 $-30^{\circ}C$로 정하였다. 전산모사를 위한 열역학 모델식으로는 Peng-Robinson 상태방정식을 적용하였으며, 냉매 혼합물의 각 성분에 대한 순수성분의 온도에 따른 증기압을 잘 추산하기 위해서 새로운 Alpha function을 이용하였다. 한편, 냉매 혼합물의 각각의 이성분계 실험 데이터를 잘 추산하기 위한 혼합규칙으로는 van der Waals 혼합규칙을 사용하였다. 한편 전체공정의 전산모사를 위해서 Invensys사의 PRO/II with PROVISION 8.2를 활용하였으며, 압축기의 소요동력을 최소화시키기 위해서 2단 압축공정을 사용하였으며. 첫 번째 압축기 후단의 최적 압력은 6bar이며 이때 총 소요동력은 755.7kW임을 알 수 있었다.

Utilization Of Ethane As Working Fluid At Two-Stage Cascade Vapour Compression System

  • Kim, Yeong-Geun;Shin, You-Sik;Jeong, Hyo-Min;Chung, Han-Shik;Lubi, Rahadiyan
    • 대한설비공학회:학술대회논문집
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    • 대한설비공학회 2005년도 동계학술발표대회 논문집
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    • pp.414-420
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    • 2005
  • For supporting future demands of lower temperature. environmental friendly low- temperature refrigerants must be studied and developed to replace halocarbon. Ethane. which is one of hydrocarbon compound. is an environmental friendly refrigerant because it has zero ODP and GWP ${\sim}$ 20[per 100yr]. On this study, two-stage cascade refrigeration system was utilized to investigate performance of ethane on the low-stage. By employing R22 at higher stages. energetic performance as well as operating condition of R22/R170 system is compared to R22/R23. At low stage evaporation pressure ranges from 1.10 to 2.74 bar, R22/R170 shows higher COP over R22/R23. Furthermore, at the same range evaporation temperature R22/R170 can reach lower temperature.

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Magnetic refrigerator for hydrogen liquefaction

  • Numazawa, T.;Kamiya, K.;Utaki, T.;Matsumoto, K.
    • 한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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    • 제15권2호
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    • pp.1-8
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    • 2013
  • This paper reviews the development status of magnetic refrigeration system for hydrogen liquefaction. There is no doubt that hydrogen is one of most important energy sources in the near future. In particular, liquid hydrogen can be utilized for infrastructure construction consisting of storage and transportation. Liquid hydrogen is in cryogenic temperatures and therefore high efficient liquefaction method must be studied. Magnetic refrigeration which uses the magneto-caloric effect has potential to realize not only the higher liquefaction efficiency > 50 %, but also to be environmentally friendly and cost effective. Our hydrogen magnetic refrigeration system consists of Carnot cycle for liquefaction stage and AMR (active magnetic regenerator) cycle for precooling stages. For the Carnot cycle, we develop the high efficient system > 80 % liquefaction efficiency by using the heat pipe. For the AMR cycle, we studied two kinds of displacer systems, which transferred the working fluid. We confirmed the AMR effect with the cooling temperature span of 12 K for 1.8 T of the magnetic field and 6 second of the cycle. By using the simulation, we estimate the total efficiency of the hydrogen liquefaction plant for 10 kg/day. A FOM of 0.47 is obtained in the magnetic refrigeration system operation temperature between 20 K and 77 K including LN2 work input.