• 한국자동차공학회논문집
• /
• 제16권1호
• /
• pp.121-126
• /
• 2008

The cooling heat transfer coefficient of $CO_2$ (R-744) in a horizontal and helically coiled tube was investigated experimentally. The main components of the refrigerant loop are a receiver, a variable-speed pump, a mass flow meter, a pre-heater, evaporator and gas cooler (test section). The test section consists of a horizontal stainless steel tube and hellically coiled copper tube of 4.57 and 7.75 mm. The experiments were conducted at saturation temperature of 100 to $20^{\circ}C$, and mass flux of 200 to $500kg/m^2s$. The test results showed the variation of the heat transfer coefficient tended to decrease as cooling pressure of $CO_2$ increased. The heat transfer coefficient with respect to mass flux increased as mass flux increased. The experimental results were also compared with the existing correlations for the supercritical heat transfer coefficient, which generally underpredicted the measured data. However, the experimental data showed a relatively good agreement with the correlations of Pitla et al. except for the pseudo critical temperature.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
• /
• 제2권4호
• /
• pp.531-536
• /
• 2016

세계적으로 온실가스저감에 대한 요구가 높아지고 있는 가운데 고효율 발전 시스템의 개발에 대한 연구개발이 꾸준히 진행되고 있다. 초임계 $CO_2$ 발전기술은 효율 향상과 소형화, 다양성의 장점을 가지고 있어, 2000년대 이후 세계 여러 나라에서 연구개발에 박차를 가하고 있다. 초임계 $CO_2$ 발전 시스템은 $CO_2$를 작동유체로 하는 발전 시스템으로 크게 간접가열방식과 직접가열방식으로 구분될 수 있다. 현재, 대부분의 연구는 간접가열방식의 초임계 $CO_2$ 발전 시스템 개발에 집중되어 있고, 미국은 NREL을 중심으로 태양열 연계 초임계 $CO_2$ 발전 시스템을 개발 중이며, DOE는 올 해 화력 연계 초임계 $CO_2$ 발전 시스템 개발에 대한 투자도 시작할 계획이다. GE는 10MW급 초임계 $CO_2$ 발전 시스템 개발뿐만 아니라, 50MW급과 450MW급 초임계 $CO_2$ 발전시스템의 개념 설계도 진행 중에 있다. 우리 나라에서는 원자력연구원이 초임계 $CO_2$ 발전시험 설비를 구축해오고 있으며, 한국전력공사 전력연구원은 현대중공업과 함께 디젤 및 가스엔진 폐열을 이용하여 2MW급 초임계 $CO_2$ 발전시스템 개발을 진행 중에 있다.

• Nuclear Engineering and Technology
• /
• 제55권8호
• /
• pp.2812-2822
• /
• 2023

The supercritical carbon dioxide (sCO₂) Brayton power cycle is more effective than the conventional power cycle and is more widely applicable to heat sources. The inlet working conditions of the compressor have a higher influence on their operating performance because the thermophysical properties of the CO₂ vary dramatically close to the critical point. The flow in the sCO₂ compressor is simulated and the compressor performance is analyzed. The results show that the sCO₂ centrifugal compressor operates outside of its intended parameters due to the change in inlet temperature. The sCO₂ compressor requires more power as the inlet temperature increases. The compressor power is 582 kW when the inlet temperature is at 304 K. But the power is doubled when the inlet temperature increases to 314 K, and the change in the isentropic efficiency is within 5%. The increase in the inlet temperature significantly reduces the risk of condensation in centrifugal compressors. When the heat load of the sCO₂ power system changes, the inlet pressure to the turbine can be kept constant by regulating the rotational speed of compressors. With the increase in rotational speed, the incidence loss and condensation risk increase.

• 대한기계학회논문집A
• /
• 제38권12호
• /
• pp.1415-1420
• /
• 2014

소듐냉각고속로(Sodium-cooled Fast Reactor, SFR)의 증기 Rankine 싸이클 발전시스템을 높은 열효율과 안전성을 가지는 초임계 이산화탄소(Supercritical carbon dioxide, $S-CO_2$) Brayton 싸이클로 대체하는 방안이 고려되고 있다. 다양한 오스테나이트계 합금이 고온 $S-CO_2$ 환경 열교환시스템 구조재료로 제시되고 있다. 구조재료는 장시간 고온 $S-CO_2$ 환경에 노출됨에 따라 미세구조에 변화가 일어나고, 나아가 기계적 특성의 저하가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 오스테니틱 스테인리스강들과 Alloy 800HT를 고온 $S-CO_2$ 환경에 노출시키고, 그에 따른 부식특성 및 인장특성을 평가하였다. 그 결과 $650^{\circ}C$, 250시간 노출 후 316H SS와 800HT에서 큰 연신율 감소를 보였다. $S-CO_2$ 환경이 인장특성 변화에 미치는 영향을 표면 산화막 및 탄화거동을 통해 분석한 결과, 316H 와 800H 의 거동이 큰 차이를 보였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제18권2호
• /
• pp.189-196
• /
• 2007

The evaporation heat transfer coefficient and pressure drop of $CO_2$(R-744) in a horizontal tube was investigated experimentally. The main components of the experimental apparatus are a receiver, a variable-speed pump, a mass flow meter, a pre-heater and an evaporator(test section). The test section consists of a horizontal stainless steel tube of 4.57 mm inner diameter. The experiments were conducted at mass flux of $200{\sim}1000\;kg/m^2s$ saturation temperature of $0{\sim}20^{\circ}C$, and heat flux of $10{\sim}40\;kW/m^2$. The test results showed that the heat transfer coefficient of $CO_2$ has a greater effect on nucleate boiling more than convective boiling. Mass flux of $CO_2$ does not affect nucleate boiling too much. In comparison with test data and existing correlations, All of the existing correlations for the heat transfer coefficient underestimated the experimental data. However lung et al.'s correlation showed a good agreement with the experimental data. The evaporation pressure drop of $CO_2$ increases with increasing mass flux and decreasing saturation temperature. When comparison between the experimental pressure drop and existing correlations. Existing correlations failed to predict the evaporation pressure drop of $CO_2$.

• 설비공학논문집
• /
• 제16권12호
• /
• pp.1134-1139
• /
• 2004

The evaporative heat transfer coefficient of $CO_2$ (R-744) in a horizontal tube was investigated experimentally. The experiments were conducted without oil in a closed refrigerant loop which was driven by a magnetic gear pump. The main components of the refrigerant loop are a receiver, a variable-speed pump, a mass flow meter, a pre-heater and evaporator (test section). The test section consists of a smooth, horizontal stainless steel tube of inner diameter of 7.75 mm. The experiments were conducted at mass flux of 200 to 500 kg/m$^2$s, saturation temperature of -5 to 5$^{\circ}C$, and heat flux of 10 to 40kW/m$^2$. The test results showed the heat transfer of $CO_2$ has a greater effect on nucleate boiling more than convective boiling. Mass flux of $CO_2$ does not affect nucleate boiling too much, and the effect of mass flux on evaporative heat transfer of $CO_2$ is much smaller than that of refrigerant R-22 and R-134a. In comparison with test results and existing correlations, correlations failed to predict the evaporative heat transfer coefficient of $CO_2$, therefore, it is necessary to develope reliable and accurate predictions determining the evaporative heat transfer coefficient of $CO_2$ in a horizontal tube.

• 청정기술
• /
• 제14권4호
• /
• pp.287-292
• /
• 2008

본 연구에서는 연소 배 가스 중에 포함되어 있는 이산화탄소와 황화수소 성분을 메탄올 용매로 포집하는 공정에 대해서 전산모사를 수행하였다. 메탄올 용매에 대한 이산화탄소와 황화수소의 용해도를 증가시키기 위해서 흡수탑의 압력은 30 bar로 운전되도록 하였으며, 용매의 공급온도는 프로필렌을 냉매로 사용하여 $-20^{\circ}C$로 하였다. 이산화탄소와 황화수소의 포집공정의 전산모사를 위한 열역학 모델식으로는 NRTL 액체 활동도계수 모델식과 Soave-Redlich-Kwong 상태방정식을 사용하였으며, 기체 성분들의 메탄올 용매에 대한 용해도 추산을 위해서 Henry의 법칙을 사용하였다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제9권3호
• /
• pp.574-579
• /
• 2008

수평관내 $CO_2$의 증발 열전달 계수를 실험적으로 조사하였다. 냉매 순환루프의 주요 구성품은 수액기, 변속냉매 펌프, 질량 유량계, 예열기, 증발기(시험부)로 구성된다. 시험부는 내경 4.57 mm의 수평 평활 스텐레스관이다. 실험은 질량유속 $400{\sim}900kg/m^2s$, 포화온도 $5{\sim}20^{\circ}C$, 열유속 $10{\sim}40kW/m^2$인 조건에서 수행하였다. 실험결과로부터 $CO_2$의 열전달은 대류비등보다는 핵비등에 더 많은 영향을 받는 것을 알 수 있었고, $CO_2$의 질량유속은 핵비등에 많은 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 실험결과와 종래의 상관식을 비교해 본 결과, 기존의 상관식은 실험데이터를 과소예측하였지만, 정 등의 상관식은 좋은 일치를 보였다. 따라서, 수평관내 $CO_2$의 증발 열전달 계수를 예측할 수 있는 정확한 상관식의 개발이 필요하리라 판단된다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제54권6호
• /
• pp.863-870
• /
• 2016

본 논문의 목적은 소듐냉각고속로(sodium cooled fast reactor, SFR)와 초임계 $CO_2$ Brayton cycle의 연계 시, 원자로 열수송 계통과 동력변환 계통의 압력 경계를 형성하는 회로인쇄형 열교환기의 경계면에 균열이 발생해 고압(약 200 bar)의 $CO_2$가 상압 수준의 액체소듐유로 측에 유입되었을 때의 물리/화학적 현상을 파악하여 열교환기 설계에 활용 가능한 실험 자료를 생산하는 것이다. 열교환기의 소듐-$CO_2$ 경계면 균열 현상은 경계면의 균열 크기에 따라 미세 균열에 의한 소듐유로막힘(plugging) 현상과 상대적으로 큰 균열에 의한 열교환기 재료손상(wastage) 현상으로 나뉜다. Plugging 실험결과, 소듐유로 직경이 3mm일 때 $CO_2$ 주입 즉시 소듐 흐름이 정지한 반면 소듐유로 직경이 5 mm일 때는 유량이 감소되기 시작하는 시점은 3 mm의 경우와 유사하게 $CO_2$ 주입 즉시 나타났지만 소듐의 흐름이 완전히 정지할 때까지는 상대적으로 오랜 시간이 소요되었다. 이러한 실험결과는 실제 열교환기의 소듐-$CO_2$ 경계면에서 미세균열이 발생했을 때, 소듐유로 직경이 3 mm로 좁을 경우 균열 발생과 동시에 해당 소듐유로가 반응생성물에 의해 막혀 해당 유로 외의 유로들로 지속적인 열교환기 운전이 가능하지만, 소듐유로의 직경이 5 mm로 넓어질 경우 소듐유로가 고체생성물에 의해 즉시 막히지 않고 생성물이 소듐유로를 따라 계통 내부를 이동하다 일정 농도 이상이 되어야 소듐유로를 막게 할 것으로 예상할 수 있는 결과이다. Wastage 실험결과, 열교환의 재질(STS316, Inconel600, G91 합금강), 운전온도($400{\sim}500^{\circ}C$), 노즐직경(0.2~0.8 mm), 시편-노즐 거리(2~6 mm)와 무관하게 고압(약 200~250 bar)의 $CO_2$ 분사에 의한 시편의 물리적 손상(erosion) 현상은 발생하지 않았다. 노즐에서의 분사되는 $CO_2$의 분사속도는 마하 0.4~0.7인 것으로 확인되었다. 본 연구의 실험결과는 열교환기 파손 대처 설계에 배경 실험 자료로 활용될 것으로 기대된다.

• 설비공학논문집
• /
• 제19권1호
• /
• pp.94-131
• /
• 2007

A review on the papers published in the Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigerating Engineering in 2004 and 2005 has been done. Focus has been put on current status of research in the aspect of heating, cooling, air-conditioning, ventilation, sanitation and building environment. The conclusions are as follows. (1) Most of fundamental studies on fluid flow were related with heat transportation of facilities. Drop formation and rivulet flow on solid surfaces were interesting topics related with condensation augmentation. Research on micro environment considering flow, heat, humidity was also interesting for comfortable living environment. It can be extended considering biological aspects. Development of fans and blowers of high performance and low noise were continuing topics. Well developed CFD and flow visualization(PIV, PTV and LDV methods) technologies were widely applied for developing facilities and their systems. (2) The research trends of the previous two yews are surveyed as groups of natural convection, forced convection, electronic cooling, heat transfer enhancement, frosting and defrosting, thermal properties, etc. New research topics introduced include natural convection heat transfer enhancement using nanofluid, supercritical cooling performance or oil miscibility of $CO_2$, enthalpy heat exchanger for heat recovery, heat transfer enhancement in a plate heat exchanger using fluid resonance. (3) The literature for the last two years($2004{\sim}2005$) is reviewed in the areas of heat pump, ice and water storage, cycle analysis and reused energy including geothermal, solar and unused energy). The research on cycle analysis and experiments for $CO_2$ was extensively carried out to replace the Ozone depleting and global warming refrigerants such as HFC and HCFC refrigerants. From the year of 2005, the Gas Engine Heat Pump(GHP) has been paid attention from the viewpoint of the gas cooling application. The heat pipe was focused on the performance improvement by the parametric analysis and the heat recovery applications. The storage systems were studied on the performance enhancement of the storage tank and cost analysis for heating and cooling applications. In the area of unused energy, the hybrid systems were extensively introduced and the life cycle cost analysis(LCCA) for the unused energy systems was also intensively carried out. (4) Recent studies of various refrigeration and air-conditioning systems have focused on the system performance and efficiency enhancement. Heat transfer characteristics during evaporation and condensation are investigated for several tube shapes and of alternative refrigerants including carbon dioxide. Efficiency of various compressors and expansion devices are also dealt with for better modeling and, in particular, performance improvement. Thermoelectric module and cooling systems are analyzed theoretically and experimentally. (5) According to the review of recent studies on ventilation systems, an appropriate ventilation systems including machenical and natural are required to satisfied the level of IAQ. Also, an recent studies on air-conditioning and absorption refrigeration systems, it has mainly focused on distribution and dehumidification of indoor air to improve the performance were carried out. (6) Based on a review of recent studies on indoor environment and building service systems, it is noticed that research issues have mainly focused on optimal thermal comfort, improvement of indoor air Quality and many innovative systems such as air-barrier type perimeter-less system with UFAC, radiant floor heating and cooling system and etc. New approaches are highlighted for improving indoor environmental condition as well as minimizing energy consumption, various activities of building control and operation strategy and energy performance analysis for economic evaluation.