Carbon dioxide ($CO_2$, R-744) has become a very popular issue in application to refrigeration and air conditioning systems as a natural refrigerant. An experimental study has been carried out to investigate miscibility and the vapor pressure of refrigerant R-744 in the presence of lubricant oil. This is of particular interest in the selection of the lubricant oil for the compressor of a refrigeration system or an air conditioning system using the refrigerant R-744. The experimental set-up consists of the equilibrium cell, measuring devices, the vacuum pump, the constant temperature bath and relevant connecting pipes made of stainless steel. Five lubricant oils, such as mineral oil (Naphthenic), AB (Alkyl Benzene) oil, PAO (Poly Alpha Olefin) oil, PAG (Poly Alkylene Glycol) oil and POE (Polyol Ester) oil are considered in the present study. Test runs were conducted with the oil concentration range from 5 to 50 wt%, and the temperature range from -10 to 1$0^{\circ}C$ with 2$^{\circ}C$ intervals. The miscibility results are visualized and correlated with the vapor pressure for the individual test components.
Evaporative heat transfer characteristics of carbon dioxide have been investi- gated by experiment. The experiments have been carried out for a seamless stainless steel tube of the outer diameter of 9.55 mm, the inner diameter of 7.75 mm and the length of 5.0 m. Direct heating method was used for supplying heat to the refrigerant where the test tube was uniformly heated by electric current which was applied to the tube wall. Experiments were conducted with$CO_2$of purity 99.99% at saturation temperatures of 0.0 to 10.5$^{\circ}C$, heat fluxes of 12 to 27kW/$m^2$s and mass fluxes of 212 to 530 kg/$m^2$s. The heat transfer coefficients of $CO_2$are decreased as the vapor quality increases and these phenomena are explained by dimensionless Weber and Bond numbers. The heat transfer coefficients of$CO_2$increase when the heat and mass fluxes increase, and the saturation temperature effects are minor in the test range of this study. The present experimental data are compared with six renowned correlations with root-mean-squared deviations ranging from 23.0 to 94.9% respectively.
Carbon dioxide($CO_2$, R-744) has become a very popular issue in application to refrigeration and air conditioning systems as a natural refrigerant. An experimental study has been carried out to investigate the vapor pressure and miscibility of refrigerant R-744 in the presence of lubricant oil. This is of particular interest in the selection of the lubricant oil for the compressor of a refrigeration system or an air conditioning system using the refrigerant R-744. This apparatus consists of the test section, measuring devices, the vacuum pump, the constant temperature bath and relevant connecting pipes made of stainless steel. Two lubricant oils, such as mineral oil(Naphthenic) and polyol ester(POE) oil, are considered in the present study. For this purpose, test runs were conducted with the oil concentration range from 5 to 50 wt%, and the temperature range from -10 to $10^{\circ}C$ with $2^{\circ}C$ intervals. The results are correlated with the vapor pressure. and showed with the miscibility as visualization for the individual text components.
In this study, natural refrigerants and their mixtures that can supplement and replace R12 and R134a in automobile air-conditioners are studied. R134a is currently used as the refrigerant in new motor vehicle air conditioners, replacing the ozone depleting refrigerant R12. Although R134a has no ozone depletion potential, it has a relatively large global warming potential, approximately 1300 times that of $CO_2$ over a 100 year time horizon. For this reason, performance of natural refrigerants and their mixtures containing R152a, RE170 (Dimethylether, DME) and R600a (Isobutane) are measured under 2 different temperature conditions. They were tested in a refrigerating bench tester with an open type compressor. The test bench provided about 4 kW capacity and water and water/glycol mixture were employed as the secondary heat transfer fluids. Test results show that the coefficient of performance (COP) of these refrigerants is up to 21.55% higher than that of R12 in all temperature conditions. Overall, these fluids provide good performance with reasonable energy savings without any environmental problem and thus can be used as long term alternatives for automobile air-conditioners.
Recently, focus has been drawn on natural refrigerants due to increasing concern on global warming. As a consequence, CO2 systems such as a heat pump water heater using CO2 as a refrigerant are rapidly growing on the market. Currently, rolling piston rotary compressors are widely used for CO2 heating and/or refrigeration systems. There are several ways of realizing gas compression structure. They are single stage compression with single cylinder, single stage compression with two cylinders, and two stage compression with two cylinders. In this paper, computer simulation program which was validated for a single stage rotary compressor with one cylinder has been extended for a single stage, two cylinder rotary type. Numerical investigation has been made on optimal design for the cylinder configuration using the extended simulation program. For a single stage two cylinder rotary compressor having a displacement volume of 4 cc for each cylinder, compressor efficiency has been found to be maximum when the cylinder radius and height are 31mm and 10mm, respectively.
In this study, we compared the performance of several refrigeration cycles using different refrigerants and utilizing the cold heat of liquefied natural gas (LNG) for the liquefaction of carbon dioxide. The final conditions for the liquefied CO2 were set to -20℃ and 20 bar. The refrigerants used included R404a, ammonia, propane, and propylene using a vapor recompression refrigeration cycle. For the refrigeration cycle, the CO2 at room temperature and pressure was compressed in a two-stage compression process with an intermediate cooling stage using a refrigeration unit. To compare with the liquefaction process using refrigeration, we compressed the CO2 to 8 bar in a single compression stage and cooled it to around -50℃ using the cold heat of the LNG before liquefying it. Results showed that using ammonia as the refrigerant required the least amount of compressor power for the liquefaction process, and the heat transfer area of the evaporator was the smallest when using propylene as the refrigerant. Using the cold heat of LNG instead of refrigeration using R404a resulted in approximately 69% less energy consumption.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제34권2호
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pp.259-266
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2010
다중관식 헬리컬 코일형 가스냉각기내 $CO_2$의 열유량과 압력강하는 LMTD 방식을 이용하여 예측하였고 그 결과를 실험값과 비교하였다. $CO_2$와 냉각수의 유량은 각각 0.06~0.075 kg/s이고, 가스냉각기의 냉각압력은 8~10 MPa이다. 초임계 $CO_2$의 냉각시의 열유량과 압력강하는 LMTD 방식을 이용하여 예측하였고, 이때 냉매측 열전달과 압력강하식은 각각 Gnielinski와 Dittus-Boelter 식을 사용하였다. LMTD법으로 예측한 값과 실험값을 비교한 결과, $CO_2$의 열유량과 압력강하는 상대적으로 좋은 일치를 보였다.
Evaporation heat transfer coefficients of carbon dioxide($CO_2$), R-22, and R-134a in a horizontal smooth tube were measured and analyzed as a function of heat flux, mass flux, and evaporating temperature. The experiments were carried out by varying heat flux from 10 to 20 $kW/m^2$, mass flux from 170 to 340 $kg/m^2s$, and saturation temperatures of 5 and $10^{\circ}C$. It was found that the heat transfer coefficient of $CO_2$ decreased with a rise of quality due to an earlier liquid-film dryout as compared to R-22 and R-134a. Averaged heat transfer coefficients of $CO_2$ were 22-63% higher than those of R-22 and R-134a at all test conditions. The effects of mass flux and heat flux on averaged heat transfer coefficients were much greater in $CO_2$ than in R-22 and R-134a. When comparing $CO_2$ test results with the correlations in the literature, the existing models yielded large deviations at medium and high qualities. Therefore, a generalized correlation for $CO_2$evaporation heat transfer needs to be developed by including the effects of dryout phenomenon.
An FLNG (floating liquefied natural gas) or LNG FPSO (floating production, storage and offloading) unit is a notable offshore unit with the increasing demand for LNG. The liquefaction process on an FLNG unit is the most important process because it determines the economic feasibility, but would be a hazard source because of the large quantity of hydrocarbons. While a high efficiency process such as C3MR has been preferred for onshore liquefaction processes, a relatively simple process such as the SMR (single mixed refrigerant) or DMR (dual mixed refrigerant) liquefaction process has been selected for offshore units because they require a more compact size, lighter weight, and higher safety due to their space limitation for facilities and long distance from shore. It is known that an SMR has the advantages of a simple configuration, small footprint, and lower risk. However, with an increased production rate, the inherent safety of SMR needs to be evaluated because of its small train capacity. In this study, the potential explosion risks of the SMR and DMR liquefaction processes were evaluated at the conceptual design stage. The results showed that an SMR has a lower overpressure than a DMR at the same frequency, only with a small production capacity of 0.9 MTPA. With increased capacity, the overpressure of the SMR was higher than that of the DMR. The increased number of trains increased the frequency in spite of the small amount of equipment per train. This showed that the inherent risk of an SMR is not always lower than that of a DMR, and an additional risk management strategy is recommended when an SMR is selected as the concept for an FLNG liquefaction process compared to the DMR liquefaction process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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