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제안 방법
- 증발기 및 응축기의 용량을 결정하기 위해서는 각 열교환기로 흐르는 2차유체 측의 온도차를 정확히 측정해야 한다. 2차유체 측의 온도차를 정확히 측정하기 위해 6개의 열전대를 연결하여 Thermopile을 제작하였고 이 역시 정밀 온도계로 보정한 뒤 물 측 입출구에 삽입하여 직접 온도차를 측정하였다. 압축기의 흡입온도와 토출온도도 측정하여 압축기의 안정성과 냉매의 혼합비에 따른 변화도 살펴보았다.
- 측정하였다. 그리고 HFC 계열 중 GVVP가 140 으로 낮은 R152a와 탄화수소 자연냉매인 R600a (Isobutane)을 포함한 2원 혼합냉매를 근공비 조성에서 선택하여 성능을 측정하였다.® 대체혼합냉매의 조성을 결정하기 위해 Radermacher and Jung®이 만든 사이클 해석 프로그램을 이용하였으며, 냉매의 물성치는 미국의 표준 연구소에서 개발한 REFPROP 6.
- 응축기를 통과한 냉매가 완전히 과냉 되었는지 확인하기 위해 유리로 된 가시화 장치(Sight glass)를 설치하였으며 팽창밸브 전에 필터 드라이어를 설치하여 냉매 속에 있을지도 모르는 불순물이나 수분 등을 제거하였다. 그리고 미세조절이 가능한 수동식 팽창 밸브를 사용하여 증발기로 들어가는 냉매의 양과 압력을 조절하였다.
- 2%의 고정도를 갖는 질량 유량계를 이용하여 증발기 측 2차유체의 유량을 정확하게 측정하였다. 끝으로 온도, 압력, 유량 등의 데이터는 PC와 데이터 로깅 시스템(HP3852A)을 상호 연결하여 수집하였으며, 이렇게 수집한 데이터는 PC의 하드디스크에 저장하여 추후에 데이터 해석을 위한 프로그램을 이용하여 분석하였다.
- 본 실험에서 사용한 열교환기의 열 손실량을 알아보기 위해 냉매 측의 열량과 물 측의 열량을 계산하였다. 냉매 측의 열량은 열교환기의 입구와 출구의 압력과 온도를 이용해 엔탈피 차를 구하고 유량을 측정하여 결정하였고, 물 측의 열량은 열교환기 입구와 출구의 온도차를 이용해 대수 평균 온도차를 구하여 결정하였다.
- 이를 위해 본 연구에서는 실제의 자동차 공조기 내의 열교환기 입구의 온도와 비슷한 온도를 설정하였으며, 유량을 일정하게 하였다. 또한 압축기의 회전수를 동일하게 설정하여 모든 실험을 진행하였다.
- 그리고 열교환기의 물 측 입구에는 필터를 설치하여 물속에 섞여 있을지도 모르는 불순물을 제거하였다. 또한 칠러와 히터의 부하를 최소화하기 위해 응축기에서 나오는 뜨거운 물과 증발기에서 나오는 차가운 물을 열교환시켜 각각의 부하를 줄였다. 본 실험에서는 열손실을 최소화하기 위해 열교환기 외벽에 3mm 두께의 스펀지 테이프를 두 겹으로 감고, 그 위에 25mm 두께의 단열 폼을 덮었으며 그 뒤 열교환기 전체를 50 mm 두께의 유리섬유로 덮었다.
- 본 실험에서는 열손실을 최소화하기 위해 열교환기 외벽에 3mm 두께의 스펀지 테이프를 두 겹으로 감고, 그 위에 25mm 두께의 단열 폼을 덮었으며 그 뒤 열교환기 전체를 50 mm 두께의 유리섬유로 덮었다. 본 실험에서 사용한 열교환기의 열 손실량을 알아보기 위해 냉매 측의 열량과 물 측의 열량을 계산하였다. 냉매 측의 열량은 열교환기의 입구와 출구의 압력과 온도를 이용해 엔탈피 차를 구하고 유량을 측정하여 결정하였고, 물 측의 열량은 열교환기 입구와 출구의 온도차를 이용해 대수 평균 온도차를 구하여 결정하였다.
- 또한 칠러와 히터의 부하를 최소화하기 위해 응축기에서 나오는 뜨거운 물과 증발기에서 나오는 차가운 물을 열교환시켜 각각의 부하를 줄였다. 본 실험에서는 열손실을 최소화하기 위해 열교환기 외벽에 3mm 두께의 스펀지 테이프를 두 겹으로 감고, 그 위에 25mm 두께의 단열 폼을 덮었으며 그 뒤 열교환기 전체를 50 mm 두께의 유리섬유로 덮었다. 본 실험에서 사용한 열교환기의 열 손실량을 알아보기 위해 냉매 측의 열량과 물 측의 열량을 계산하였다.
- 이 사용한 것과 비슷하게 설계한 벤치 테스터를 개략적으로 보여준다. 본 실험에서는 증기 압축식 냉동기 의중요 요소인 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 조합하여 4kW의 냉동 용량의 벤치 테스터를 설계, 제작하였다.
- 본 연구에서는 R12를 대체하기 위해 R12와 증기압이 비슷한 R134a와 R152a, DME의 성능을 먼저 측정하였다. 그리고 HFC 계열 중 GVVP가 140 으로 낮은 R152a와 탄화수소 자연냉매인 R600a (Isobutane)을 포함한 2원 혼합냉매를 근공비 조성에서 선택하여 성능을 측정하였다.
- 본 연구에서는 각각의 실험조건에 대하여 과냉도가 5'C로 되는 냉매의 충전량을 적정 충전량으 로 결정하였다.
- 본 연구에서는 개방형 왕복동식 압축기(HCC 压ORD의 FS10)를 사용하는 수냉식 벤치 테스터에서 R12, R134a, R152a, DME 순수냉매와 네 종류의 혼합냉매의 성능을 두 가지 2차유체의 부하 조건에 따라 측정하였다. 모든 냉매에 대해 최소한 2번씩 반복 실험을 수행해서 각각의 편차가 1% 미만이 되는 것을 확인하여 데이터로 간주했다.
- 본 연구에서는 지금까지 자동차 공조기의 냉매로 사용되어온 R12나 R134a를 대체할 수 있는 HFC 계열 냉매인 R152a와 탄화수소 계열 냉매인 DME(Dimethyle ether), R 600a(Isobutane) 등으로 이루어진 혼합냉매를 선정하고 이들의 성능을 두 가지 외부 온도조건하에서 측정하여 그 특성을 비교/분석하였다.
- 본 연구에서는 현재 자동차 공조기의 냉매로 사용되는 R12 및 R134a의 보충냉매와 대체냉매를 이론적 성능해석을 통해 선정하고, 이들의 성능을 실험적으로 측정하여 다음과 같은 결론을 얻게 되었다.
- 3536n?이다. 사용된 이중관 열교환기의 내관으로 2차 유체가 흐르도록 하였으며, 냉매는 내관과 외관 사이의 환상 공간으로 흐르게 하였고, 열교환을 극대화시키기 위하여 대향류가 되도록 제작하였다. 한편응죽기는 상용 열교환기인 FW 1(미국 Doucette industries사 제작)을 사용하였다.
- 2차유체 측의 온도차를 정확히 측정하기 위해 6개의 열전대를 연결하여 Thermopile을 제작하였고 이 역시 정밀 온도계로 보정한 뒤 물 측 입출구에 삽입하여 직접 온도차를 측정하였다. 압축기의 흡입온도와 토출온도도 측정하여 압축기의 안정성과 냉매의 혼합비에 따른 변화도 살펴보았다.
- 위의 연구 목표를 달성하기 위해 본 연구에서는 냉매와 물이 대향류를 이루며 흐르면서 외부조건을 균일하게 맞추어 줄 수 있는 벤치 테스터 장비를 설계하고 제작하여 여러가지 대체 냉매의 냉동 용량, 성능 계수, 압죽기 토출 온도 등을 즉정하고 비교, 분석하였다. Fig.
- 이와 같은 시스템은 실제의 자동차 공조기처럼 인버터를 이용하여 압축기의 회전수를 조절 할 수 있다는 장점이 있다. 응축기를 통과한 냉매가 완전히 과냉 되었는지 확인하기 위해 유리로 된 가시화 장치(Sight glass)를 설치하였으며 팽창밸브 전에 필터 드라이어를 설치하여 냉매 속에 있을지도 모르는 불순물이나 수분 등을 제거하였다. 그리고 미세조절이 가능한 수동식 팽창 밸브를 사용하여 증발기로 들어가는 냉매의 양과 압력을 조절하였다.
- 이를 위해 본 연구에서는 실제의 자동차 공조기 내의 열교환기 입구의 온도와 비슷한 온도를 설정하였으며, 유량을 일정하게 하였다. 또한 압축기의 회전수를 동일하게 설정하여 모든 실험을 진행하였다.
- 냉동기의 용량을 정확히 결정하기 위해서는 증발기 측 2차 유체의 질량유량을 정확하게 측정해야 한다. 이를 위해 본 연구에서는 점도나 밀도 등 유체의 물성치에 영향을 받지 않고 ±0.2%의 고정도를 갖는 질량 유량계를 이용하여 증발기 측 2차유체의 유량을 정확하게 측정하였다. 끝으로 온도, 압력, 유량 등의 데이터는 PC와 데이터 로깅 시스템(HP3852A)을 상호 연결하여 수집하였으며, 이렇게 수집한 데이터는 PC의 하드디스크에 저장하여 추후에 데이터 해석을 위한 프로그램을 이용하여 분석하였다.
- 증발기 내에서 냉매 및 물의 온도를 측정하기 위해 각각 20개 이상의 T-type 열전대를 열교환기 연결 부위의 냉매 및 물이 흐르는 관속에 삽입하였고, 모든 열전대들은 사용에 앞서 정도 ±0.01℃ 의 정밀 온도계로 보정하였다. 응축기의 냉매와 물의 온도를 측정하기 위해서는 T-type 열전대를 열교환기 표면에 부착하였다.
- 한편 증발기와 응축기의 입출구에는 모세관을 삽입하여 압력 측정포트를 만들었고 정도가 ±0.1% 미만인 정밀 압력 변환계를 이용하여 냉매측 압력을 측정하였다. 한편 압축기의 소요동력은 토크 미터를 이용하여 측정하였다.
대상 데이터
- 물을 사용하였다. 물의 온도를 일정하게 맞추기 위해 응축기에는 칠러를 사용하였으며, 증발기에는 히터를 사용하였다. 그리고 열교환기의 물 측 입구에는 필터를 설치하여 물속에 섞여 있을지도 모르는 불순물을 제거하였다.
- 본 실험 장치의 압축기로는 실제 자동차 공조기용 압축기인 개방형 왕복동식 압축기 (HCC/FORD 의 FS10)를 전기 모터와 인버터에 연결하여 사용하였다. 이와 같은 시스템은 실제의 자동차 공조기처럼 인버터를 이용하여 압축기의 회전수를 조절 할 수 있다는 장점이 있다.
- 본 실험에서 증발기로 사용한 열교환기는 내경 19.0 mm, 외경 25.4 mm, 길이 740 mm의 이중관형태의 동관을 8개씩 직렬로 연결하여 만들었다. Fig.
- 중요한 일이다. 본 연구에서는 가능한 한 기존의 압축기나 윤활유를 바꾸지 않아도 되는 냉매를 선정하는데 초점을 맞추었으므로, R 134a를 제외한 모든 실험냉매에 대해 기존의 R12와 함께 사용되어온 미네랄 윤활유(Suniso 3GS)를 그대로 사용하였으며 R134a의 윤활유는 PAG(일본 IDEMITSU의 FD46XG)를 사용하였다.
- 증발기 의 2차유체 로는 에 틸 렌글리 콜이 40 wt% 혼합된 물/에틸렌글리콜 혼합물을 사용하였고, 응축기에는 물을 사용하였다. 물의 온도를 일정하게 맞추기 위해 응축기에는 칠러를 사용하였으며, 증발기에는 히터를 사용하였다.
이론/모형
- 그리고 HFC 계열 중 GVVP가 140 으로 낮은 R152a와 탄화수소 자연냉매인 R600a (Isobutane)을 포함한 2원 혼합냉매를 근공비 조성에서 선택하여 성능을 측정하였다.® 대체혼합냉매의 조성을 결정하기 위해 Radermacher and Jung®이 만든 사이클 해석 프로그램을 이용하였으며, 냉매의 물성치는 미국의 표준 연구소에서 개발한 REFPROP 6.0<", 을 이용하여 구하였다.
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