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문제 정의
- FEM, BEM 등이 있다. 본 논문에서는 기존두 종류와 신규 한 종류의 머플러를 설계하고 이들을 비교하였다. Fig.
제안 방법
- 본 논문에서는 기존두 종류와 신규 한 종류의 머플러를 설계하고 이들을 비교하였다. Fig. 2와 같이 세 종류의 머플러의 mesh 를 구성하고, SYSNOISE를 사용하여 일정 입력에 대한 출력의 파워를 BEM으로 계산하고 그 결과를 Fig. 3에 나타내었다. 머플러의 설계시에는 스테이터와의 이격거리, 로터와의 이격거리, 볼트위치 등 많은 제약조건 때문에 머플러 설계가 자유롭지 않다.
- 11에 나타내었다. 각 운전조건은 Table 1과 같이 ASHRAE-T조건, 세트 냉방표준 조건, 세트 난방 표준조건으로 정하였다. 각 머플러 타입에서 효율은 세트 냉방표준조건이 가장 높고 ASH-RAE-T조건과 세트 난방 표준 조건은 유사하게 나타났다.
- 에어컨(set) 냉. 난방표준 조건을 추가하여 압축기 단품소음을 측정, 머플러의 타입별 소음 저감 능력을 확인하였다. Fig.
- 또한 머플러 타입에 따른 압축기의 단품 성능 및 토유량을 비교하고, 운전조건별로 성능을 비교하였으며 에어컨 장착 시의 성능을 확인하여 머플러에 따른 압축기 단품 및 에어컨의 소음, 성능 특성을 종합적으로 검토하였다.
- 머플러 타입에 따른 압축기 단 품 성능 및 토유량을파악하기 위해 18, 000 Btu/h급 압축기 모델에 대해 타입, A, B, C 시료를 만들고 ASHRAE-T 조건으로 시험하였다. 압축기 단품에 대한 성능 및 토유량은 Fig.
- 또한 머플러 내부의 공간을 냉매가 흘러가면서 부가적으로 소음이 발생하게 되는 데, 이 또한 설계 시 고려해야 할 중요한 요소 중의 하나이다. 본 논문에서는 머플러 음향 해석을 통하여 머플러의 소음 감소량과 소음주파수를 살펴보았는데 일반적으로 머플러의 음향해석(4)은 1차원 해석과 3차원 해석으로 분류될 수 있다. 1차원 해석은 머플러 내부의 음장을 평면파(plane wave)로 가정하여 머플러의 음향 특성을 계산하는 것으로 식(1)과 같은 투과 손실 식이 잘 알려져 있다.
- 본 논문에서는 회전식 압축기의 실린더 압축과정에서 발생되는 압력맥동소음을 1차적으로 감쇄시키는 머플러를 3가지 타입별로 해석하고, 18, 000Btu/h급회전식 압축기에 해석된 머플러를 적용하여 머플러 타입별로 소음 방사 스펙트럼(spectrum) 을 분석하였으며 음장가시화 분석 및 운전조건별 소음 비교와 함께, 최종적으로 에어컨 세트에 적용하여 그 효과를 확인하였다. 또한 머플러 타입에 따른 압축기의 단품 성능 및 토유량을 비교하고, 운전조건별로 성능을 비교하였으며 에어컨 장착 시의 성능을 확인하여 머플러에 따른 압축기 단품 및 에어컨의 소음, 성능 특성을 종합적으로 검토하였다.
- 본 연구 대상인 세 종류의 머플러가 회전식 압축기에 장착되었을 때의 소음 저감 효과를 판단하기 위하여, 타입 A, 타입 B와 타입 C를 적용한 회전식 압축기를 제작하였으며, 압축기의 입구와 출구 압력을 각각 5.35kgf/cm2G와 20.85 kgf/cn/G로 운전하고 때의 소음을 측정하여 그 결과를 Fig. 4에 나타내었다. 소음은 어큐물레이터(accumulator)를 기준으로 시계방향 90도 지점에 대해 압축기로부터 90 cm 간격의 거리를 두고 microphone으로 측정하였다.
- 4에 나타내었다. 소음은 어큐물레이터(accumulator)를 기준으로 시계방향 90도 지점에 대해 압축기로부터 90 cm 간격의 거리를 두고 microphone으로 측정하였다. Fig.
- 시험하였다. 압축기 단품에 대한 성능 및 토유량은 Fig. 8과 같은 압축기 칼로리미터를 이용하여 측정하였으며, ASHRAE-T 조건의 압축기 입구와 출구 압력이 각각 5.35 kgf/cnSG와 20.85 kgf/cnA} 이며 압축기 입구온도가 35 ℃이다. 토유량 시험은 Fig.
- 12에 나타내었다. 즉 에어컨의 실내기와 실외기를 각각 습공기식 칼로리 미터의 실내 실과 실외실에 설치하고 건 습구 온도를 실내측은 27/19.5 ℃, 실외 측은 35/24 t로 설정한 다음 최대풍량 조건으로 운전하여, 초기 운전, 예비운전, 안 전운 전후 정상 상태에 이르면 적 산하여 데이터를 산출하였다. 냉방능력의 경우 타입 C는 타입 A 대비 약 0.
대상 데이터
- 본 논문에서 보인 머플러 타입 A, 타입 B와 신규 개발된 타입 C는 출구단이 서로 다른 형상을 가지고 있다. 3 가지 타입 머플러의 주요 차이점은 토출 방법과 위치이며 설계parameter는 머플러 내부 단 면적 변화비와 머플러 높이이다. Fig.
성능/효과
- 1) 세 종류의 머플러에 대하여 머플러 토출구의 형상에 따른 BEM해석, 회전식 압축기에 적용 한소 음의 주파수 특성 분석 및 운전조건별 소음분석에서 타입 B, C가 타입 A보다 소음 특성이 우수하였고, 에어컨에 장착하여 소음을 비교한 결과에서도 머플러 타입 B, C가 소음이 우수하였다.
- 2) 세 종류의 머플러를 회전식 압축기에 적용하여 압축기 단품의 효율을 비교한 결과 약간의 차이가 있었으며, 오일토유량은 타입 C가 타입 B대비 현저히 감소하였고 타입 A와는 유사하였다. 운전 조건별 압축기 단품 효율은 머플러 타입별로 비슷한 경향을 나타내었고, 에어컨에 장착하여 효율을 비교한 결과 타입 B대비 타입 A, C가 약 2.
- 3) 결론적으로 압축기 단품 및 에어컨의 시험 결과를 통해 신규 개발된 머플러 타입 C가 소음, 성능 측면에서 가장 우수한 결과를 나타내었으며, 신규 압축기 양산 모델에 적용되었다.
- 이 소음 저감 주파수 대역은 머플러 단품 해석 결과와 유사하며, 압축기 단품 소음 시험 결과와도 일치하는 경향이다. Fig. 7의 소음 스펙트럼은 회전식 압축기 머플러만을 변경 하였을 때의 에어컨 실외기 소음 비교 그림이므로, 머플러 설계 변경의 효과가 에어컨 실외기의 소음 특성에 큰 영향을 미치며, 머플러 재설계에 의해 소음 저감량과 주파수를 조절하여 에어컨 실외기의 소음을 크게 감소시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
- 각 운전조건은 Table 1과 같이 ASHRAE-T조건, 세트 냉방표준 조건, 세트 난방 표준조건으로 정하였다. 각 머플러 타입에서 효율은 세트 냉방표준조건이 가장 높고 ASH-RAE-T조건과 세트 난방 표준 조건은 유사하게 나타났다. 일반적으로 압축기 단품에 대한 시험조건인 ASHRAE-T 조건이 실제 세트 상태의 압축기 운전조건들보다 더 가혹한 조건이며, 냉난방 겸 용인 경우 난방조건이 냉방조건보다는 압축기에 더 많은 부하가 걸리다.
- 이것은 타입 C의 토유량이 타입 B보다 적기 때문에 실제 에어컨 상태에서 크게 성능이 개선되었다고 판단된다. 결국 에어컨의 성능 특성은 압축기 단품의 성능과 토유량 특성에 영향을 받으며 머플러설계 변경에 의해 토유량을 저감함으로써 에어컨 성능을 상당히 개선하였다.
- 6에서 ASHRAE-T 조건보다는 냉. 난방 조건에서 소음이 더 낮음을 알 수 있고, 타입 C가 타입 A보다는 소음이 낮고 타입 B와 비슷함을 확인할 수 있다.
- 운전 조건별 압축기 단품 효율은 머플러 타입별로 비슷한 경향을 나타내었고, 에어컨에 장착하여 효율을 비교한 결과 타입 B대비 타입 A, C가 약 2.5% 에어컨 효율이 높게 나타났는데 이것은 토유량 저감에 기인한 것으로 판단된다.
- 일반적으로 압축기 단품에 대한 시험조건인 ASHRAE-T 조건이 실제 세트 상태의 압축기 운전조건들보다 더 가혹한 조건이며, 냉난방 겸 용인 경우 난방조건이 냉방조건보다는 압축기에 더 많은 부하가 걸리다. 타입 C 효율은 세트 냉방표준 조건에서 타입 A와 동등 수준이고 타입 B보다 약간 높게 나타났으며 ASHRAE-T 조건 및 세트난방표준 조건에서는 거의 차이가 없음을 알 수 있다. 그러나 실제 에어컨 상태에서의 머플러 타입별 성능은 압축 기 토유량과 같은 특성이 영향을 미치므로 다른 결과가 나타날 수 있다고 생각된다.
후속연구
- 가정용 에어컨의 저소음화 및 고효율화에 대응하기 위해 국내외 가전업계는 오래전부터 지속적인 연구를 해오고 있으며 앞으로도 이러한 분야의 요구는 점점 더 증가될 것으로 예상된다. 에어컨을 구성하는 구성부품 중 시스템의 성능 및 소음에 큰 영향을 미치는 핵심 부품이 압축기이므로 압축기의 저소음, 고효율 기술이 곧 에어컨의 에너지 효율 향상 및 저소음에 대한소비자의 요구를 만족시킬 수 있는 주요 기술이라 할 수 있다.
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