• 대한설비공학회:학술대회논문집
• /
• 대한설비공학회 2005년도 동계학술발표대회 논문집
• /
• pp.398-403
• /
• 2005

The cooling performance of a transcritical $CO_2$ cycle varies significantly with a variation of refrigerant charge amount. In this study, the performance of the $CO_2$ system was measured and analyzed by varying refrigerant charge amount with a change of cycle option. The applied cycle options are the single-stage compression system, two-stage compression with 1-EEV system, and two-stage compression with 2- EEV system. The optimum normalized charge were 0.363, 0.297, and 0.282 for the two-stage compression with 2-EEV system, two-stage compression with 1-EEV system, and single-stage compression system, respectively.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제21권6호
• /
• pp.403-410
• /
• 2020

본 논문은 포항지역 태양광 데이터를 기반으로 태양열을 적용시켜 12kW의 소형 초임계 이산화탄소(s-CO₂) 시험 루프의 설계와 실험 시설의 이론적 연구, 안정화 및 최적화를 통한 이산화탄소의 특성 연구에 초점을 맞추고 있다. 실험 시설의 열역학 사이클은 구성 요소의 한계로 인해 액체, 가스 및 초임계 CO₂가 모두 존재하는 랭킨 사이클(임계점 순환 주기)이며, 펌프, 히터, 레귤레이터, 열교환기, 가스 부스터, 에어 컴프레서 등으로 구성된다. 현재 본 연구에서 제작된 12kW 소형 발전 시스템은 최고압력 12MPa 최고 온도 70℃의 조건에서 6.98%의 효율이 나타나도록 설계되었다. 본 실험 장치를 소형 Brayton cycle과 비교했을 때 약 2% 높은 효율을 가진다는 것을 이론적으로 확인하였고, 사이클 효율을 높이기 위해 최적의 터빈 입구 온도와 압력을 얻었으며, 이 조건에서 IHX(내부 열교환기)의 도입시 18.75%의 최대 효율을 기대할 수 있다는 결론을 도출하였다. 마지막으로, 실험 설비의 태양광 시뮬레이션 결과 5월에는 6.7%, 6월에는 6.26%의 효율로 태양열을 이용할 수 있음을 확인하였다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제10권1호
• /
• pp.32-38
• /
• 2009

R744용 초임계 증기압축식 냉동시스템의 작동변수에 대한 기초설계자료를 제공하고자 냉동능력, 압축일량, 성적계수에 대한 사이클 성능분석을 실시하였다. 본 연구에서 고려된 작동변수는 R744 증기압축식 사이클의 과열도, 가스냉각기 출구온도, 증발온도이다. R744의 냉동능력은 과열도가 증가할수록 증가하는 반면, 증발온도와 가스냉각기 출구온도가 증가할수록 감소한다. 압축일량은 R744의 과열도와 냉각압력과 함께 증가하나 증발온도는 증가할수록 감소한다. 그리고 성적계수는 가스냉각기의 출구온도와 증발온도가 증가할수록 증가하는 반면, 과열도는 감소한다. 그러므로, R744용 초임계 증기압축식 냉동시스템의 냉동능력, 압축일량, 성적계수는 과열도, 가스냉각기 출구온도, 증발온도에 영향을 받는 것을 알 수 있었다. 따라서, R744용 초임계 증기압축식 냉동시스템을 설계할 경우에는 이러한 영향을 면밀하게 파악하여야 한다.

• 대한설비공학회지:설비저널
• /
• 제31권7호
• /
• pp.45-52
• /
• 2002

1991년에 Maryland 대학에 Dr. Reinhard Rader-macher에 의해 환경에너지공학연구소(CEEE)가 설립되었다. 이 연구소는 환경 및 경제적인 관점에서 에너지 변환 시스템을 개발하는데 선두적인 역할들 수행해왔다. 환경 에너지 공학 연구소는 산업체, 정부,및 연구소에서 지원 받는 컨소시엄 형태의 연구 센터이다. 대체 냉매, $CO_2$초월임계 사이클에 관한 연구를 1993년에 시작한 이래, 현재 세계적으로 40여 개의 회사가 지원을 하고 있다. 2단 압축 $CO_2$ 사이클 최적화, 초월 임계 사이클에서의 오일에 따른 열전달 영향, 초월$CO_2$임계 시스템에서의 오일 정체, $CO_2$압축기 모델링, 자동차에서의 $CO_2$기후 조절 시스템, $CO_2$냉매를 이용한 에어컨, $CO_2$저온 냉동 시스템 등에 관한 연구를 수행하고 있다. CEEE는 향후 연구로 구성요소 및 시스템 최적화, 효율향상, 시스템 적용확대에 관한 연구를 할 예정이다. 센터는 보고서, 컨소시엄 미팅. 워크샵, 교과목 개설, 당문 연구자 초청들을 통해 산업계 및 기술을 전달하고 있다. 본 고에서는 환경에너지 공학 연구소에서 $CO_2$ 초월임계 사이클에 초점을 맞추어 연구소의 연구활동을 기술한다.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제32권6호
• /
• pp.454-462
• /
• 2008

Since operating conditions are significantly different for heating and cooling mode operations in a $CO_2$ heat pump system, it is difficult to optimize the performance of the $CO_2$ cycle. In addition, the performance of a $CO_2$ heat pump is very sensitive to outdoor temperature and gascooler pressure. In this study, the cooling and heating performances of a variable speed $CO_2$ heat pump with a twin-rotary compressor were measured and analyzed with the variations of EEV opening and compressor frequency. As a result, the cooling and heating COPs were 2.3 and 3.0, respectively, when the EEV opening was 22%. When the optimal EEV openings for heating and cooling were 28% and 16%, the cooling and heating COPs increased by 3.3% and 3.9%, respectively, over the COPs at the EEV opening of 22%. Beside, the heating performance was more sensitive to EEV opening than the cooling performance. As the compressor speed decreased by 5 Hz, the cooling COP increased by 2%, while the heating COP decreased by 8%.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제10권9호
• /
• pp.2189-2194
• /
• 2009

부분 부하운전시 냉동공조장치의 능력을 조절하기 위해서 핫가스 바이패스 기술을 적용한다. 이 개념은 압축기에서 나온 고온의 냉매증기를 증발기 입구측으로 보내는 것이다. 본 논문에서 질량과 에너지 보존법칙을 근거로 CO2에 대한 핫가스 바이패스 개념을 적용하여 분석한다. 본 논문에서 고려된 운전 변수는 냉동장치의 압축효율, 과열도, 가스냉각기 냉매 출구온도, 증발온도 등이다. 주요결과를 요약하면 다음과 같다. 과열도, 가스냉각기 출구온도, 증발온도는 냉동장치의 COP와 냉동능력에 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 따라서 이러한 결과의 면밀한 분석을 통해 R744용 냉동장치를 설계할 필요가 있다.

• 동력기계공학회지
• /
• 제13권6호
• /
• pp.70-75
• /
• 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.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
• /
• 제33권6호
• /
• pp.827-834
• /
• 2009

The cooling heat transfer coefficient of $CO_2$ in a brazing type small diameter tube was investigated experimentally. The main components of the refrigerant loop are a receiver, a $CO_2$ compressor, a mass flow meter, an evaporator and a brazing type small diameter tube as a test section. The mass flux of $CO_2$ is $400{\sim}1600$ [kg/$m^2s$], the mass flowrate of coolant were varied from 0.15 to 0.3 [kg/s], and the cooling pressure of gas cooler were from 8 to 10 [MPa]. The cooling heat transfer coefficients of the brazing type small diameter copper tube is about $4{\sim}11.7%$ higher than that of the conventional type small diameter copper tube. In comparison with test results and existing correlations, correlations failed to predict the cooling heat transfer coefficient of $CO_2$ in a brazing type small diameter copper tube. therefore, it is necessary to develope reliable and accurate predictions determining the cooling heat transfer coefficient of $CO_2$ in a brazing type small diameter copper tube.

• 한국자동차공학회논문집
• /
• 제17권1호
• /
• pp.146-153
• /
• 2009

The performance characteristics of heat exchangers which consist of a gas cooler, an evaporator and an internal heat exchanger have been investigated at various operating conditions of $CO_2$ air conditioning system by experiments. The heat exchangers were designed for use in the vehicle $CO_2$ air conditioning system, when considering the characteristics of heat transfer and high pressure as $CO_2$ refrigerant. This paper studied the performance of heat exchangers at various compressor speeds and expansion valve openings, and quantified the heat transfer rates and pressure drops. Heat transfer rates at the gas cooler and the evaporator were 6.9 kW and 5.2 kW, respectively, when the compressor speed was 4000 rpm and refrigerant vapor quality at the evaporator outlet was 0.98. Therefore, this paper carried out that the heat exchangers were analyzed to achieve superior performance for the vehicle transcritical $CO_2$ cycle.

• 설비공학논문집
• /
• 제20권4호
• /
• pp.230-237
• /
• 2008

The objective of this paper is to investigate the performance characteristics of a $CO_2$ cooling and water heating system using a twin-rotary compressor with the compression volume ratio of 0.6. The cooling performances of the $CO_2$ heat pump were measured and analyzed with the variations of charge amount, EEV opening, and compressor frequency. In addition, the performance of the combined system including cooling and water heating was also measured and analyzed by varying inlet temperature of the EEV. As a result, the optimal normalized charge and cooling COP in the cooling mode were 0.307 and 2.06, respectively. The application of the water heating into the $CO_2$ heat pump improved the cooling performance over 78% and decreased the EEV inlet temperature by $8^{\circ}C$, which can increase system reliability.