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문제 정의
- 본 연구에서는 R-22를 사용하고 평행류형 열교환기가 적용된 슬림형 중계기용 공조기를 개발하였다. 크기가 다른 두 종류의 응축기가 사용된 개발품에 대하여 냉방능력, 소비전력, 소비효율 등을 측정하였다.
- Webb과 Jung⑸은 평행류형 열교환기를 사용하여 핀-관열 교환기보다 체적을 50% 정도까지 줄일 수 있다고 보고하였다. 본 연구에서는 평행류형 열교환기를 증발기와 응축기로 사용하는 냉방능력 1.6 kW급 함체 냉각용 공조기를 개발하고 그 성능을 기존 수입품과 비교하였다.
제안 방법
- 크기가 다른 두 종류의 응축기가 사용된 개발품에 대하여 냉방능력, 소비전력, 소비효율 등을 측정하였다. 또한 이들을 R-134a를 사용하고 핀 T 牛 열교환기가 적용된 기존 수입품과 비교하였다’
- 수입품에 대해서도 냉매 충전량을 변화시키며 개발품과 동일한 시험을 수행하였다. 수입품의 경우는 냉매 충전량을 1, 100 g~ 1, 300 g 사이에서 변화시켰다.
- 반면에 응축기의 경우는, 냉매 흐름에 도움이 되도록 평판관을 수평으로 설치하였다. 수입품에서는 0.8마력, R-134a로터리 압축기가 사용되었으나 개발품에서는 적당한 R~134a 국산 압축기가 없어서 국내 조달이 가능한 R-22 압축기로 대체하였다. 팽창장치로는 과열도 5° 도의 온도 감응식 팽창변을 사용하였다.
- 크기가 다른 두 종류의 응축기가 사용된 개발품에 대하여 냉방능력, 소비전력, 소비효율 등을 측정하였다. 또한 이들을 R-134a를 사용하고 핀 T 牛 열교환기가 적용된 기존 수입품과 비교하였다’
- 평행류형 응축기와 증발기가 장착된 두 종류의 개발품과 핀-관 열교환기를 사용한 수입품에 대하여 냉방능력시험을 수행하였다. 시험에 사용된평행류형 열교환기의 체적은 증발기의 경우 핀-관 열교환기 의 67.
대상 데이터
- 실험장치는 2 실 칼로리메터로 항온항습 챔버, 흡입식 풍동, 온도측정 샘플러, 자료획득 장치로 구성되어 있다. KS C 9306(8) 조건하에서 실험을 수행하였고, Table 2에 실험조건을 정리하였다. 시료의 냉방 능력은 증발기 풍량과 입출구 온습도로부터 다음 식으로 부터 계산된다.
- 이들 열교환기의 사양은 Table 1에 나타나 있다. 개발품의 경우 응축기와 증발기에 동일한 형태(루버핀의 핀 핏치 1.3 mm, 열교환기 깊 이 20 mm)의 평 행류형 열교환기를 사용하였다. 수입품의 경우, 증발기에는 핀 핏치 1.
- 3 mm, 열교환기 깊 이 20 mm)의 평 행류형 열교환기를 사용하였다. 수입품의 경우, 증발기에는 핀 핏치 1.8mm, 깊이 50mm의 핀-관 열교환기를, 응축기에는 핀 핏치 1.8mm, 깊이 66mm의 핀-관 열교환기를 사용하였다. 공기측 압력강하실험은 Fig.
- 냉방능력시험을 수행하였다. 시험에 사용된평행류형 열교환기의 체적은 증발기의 경우 핀-관 열교환기 의 67.7 %이 고, 응축기 의 경우는 작은사이즈와 큰 사이즈에서 각각 33.1 %와 48.1% 이다. Cho et al '은 평행류 열교환기를 가정 용공 조기에 적용한 시험에서 핀-관 열교환기의 37 40%의 체적에서 동일한 성능이 나타난다고 보고하였다.
- 4에 시험장치를 나타내었다. 실험장치는 2 실 칼로리메터로 항온항습 챔버, 흡입식 풍동, 온도측정 샘플러, 자료획득 장치로 구성되어 있다. KS C 9306(8) 조건하에서 실험을 수행하였고, Table 2에 실험조건을 정리하였다.
- 수입품의 경우는 냉매 충전량을 1, 100 g~ 1, 300 g 사이에서 변화시켰다. 전술한 바와 같이 수입품에는 R-134a 압축기와 원형 핀-관 열교환기가 사용되었다.
- 8마력, R-134a로터리 압축기가 사용되었으나 개발품에서는 적당한 R~134a 국산 압축기가 없어서 국내 조달이 가능한 R-22 압축기로 대체하였다. 팽창장치로는 과열도 5° 도의 온도 감응식 팽창변을 사용하였다. 열교환기, 압축기, 팽창장치의 상세 사양을 Table 1에 나타내었다.
데이터처리
- 01℃의 교정된 Pt-100Q 센서를 사용하였다. 실험의 오차해석을 ANSVASHRAE 37(11)에 따라 수행하였는데 공기측 풍량 측정의 오차는 ±0.5%, 냉방 능력의 오차는 ±1.2% 이내로 나타났다.
이론/모형
- 노즐차압을 이용하여 공기측 풍량을 측정하였고⑼ 샘플링 방법으로 입출구 온습도를 측정하였다."® 공기측 온도 측정에는 정밀도 ±0.
성능/효과
- (1) 개발품에서는 응축기가 큰 경우 냉방 능력과 소비효율이 크게 나타났다. 냉매 충전량 500g 에서 최대 냉방능력은 1, 721 W, 소비효율은 2.
- (2) 개발품의 최적 냉매 충전량은 500 ge 수입품 1, 250g의 40% 수준이다. 서로 다른 냉매를 사용한 시스템에 대한 비 교이긴 하지 만, 내부 체적이 작은 평행류형 열교환기를 사용한 것이 냉매 충전량을 줄이는 데에 중요한 역할을 하였다고 판단된다.
- (3) 평행류형 응축기가 적용된 개발품에서, 응축기의 크기가 큰 경우 소비 전력량이 감소하고 소비효율이 증가하였다.
- (4) 핀-관 열교환기를 적용한 수입품보다 평행류형 열교환기를 적용한 개발품에서 공기측 압력손실이 적게 나타났다. 따라서 개발품은 수입품보다 소형 홴을 사용할 수 있었고, 그 결과 제품 소음을 현저히 줄일 수 있었다.
- 여기서 최적 냉매량은 냉방 능력이 최대가 되는 냉매 충전량을 말한다. 개발품은 수입품보다 냉각능력이 6% 증가하고 소비효율은 33% 증가하였다.
- 적게 나타났다. 따라서 개발품은 수입품보다 소형 홴을 사용할 수 있었고, 그 결과 제품 소음을 현저히 줄일 수 있었다.
- 큰 응축기가 장착된 개발품의 경우 최대 냉각능력은 냉매 충전량 500g에서 1, 721 W이었다. 따라서 냉매 충전량은 개발품에서 60% 감소하고 냉각능력은 6% 증가함을 알 수 있다. 상기 비교는 서로 다른 냉매를 사용한 두 시스템에 대한 비교이므로 주의를 요하나, 내부 체적이 작은 평행류형 열교환기를 사용한 것이 냉매 충전량을 줄이는 데에 중요한 역할을 하였다고 판단된다.
- Table 1에 개발품과 수입품의 홴 사양을 나타내었다. 제품 소음실험을 무향실에서 수행한 결과 수입품의 실외측소음치가 768dB이었고 개발품의 경우는 65.0dB 로 11.8dB 감소함을 확인하였다.
- 증발기의 냉방능력은 총합 열전달 계수와 온도차의 곱 (Q=Z7/L4T)에 비례하므로 냉방능력이 최대가 되는 최적 냉매량이 존재하게 된다. 최대 냉방능력은 작은 응축기를 장착한 경우는 1, 715 W, 큰 응축기를 장착한 경우는 1, 721 W로 큰 응축기에서 다소 크게 나타났다. 하지만 두 경우 모두 목표치인 L6kW를 상회하였다.
- 5에 개발품에 대하여 R-22 충전량을 400 ~600g 사이에서 변화시키며 측정한 냉방 능력과소비 동력을 나타내었다. 최적 냉매 충전량은 작은사이즈의 평행류형 응축기를 사용한 경우 450g, 큰 사이즈의 평행류형 응축기를 장착한 경우 500 g으로 큰 응축기를 장착한 경우 다소 크게 나타났다. 증기압축식 냉동기에서 냉매충전량이 증가하면 응축기와 증발기에 액체가 몰려 응축압력과 증발압력이 올라간다.
- 소비 효율은 냉 방능력 을 소비 동 력 으로 나눈 값이다. 큰 응축기를 사용한 경우 소비효율의 최적 치는 냉매 충전량 450g에서 2.17로 나타났다. 최대의 냉방 능력은 냉매충전량 500g에서 나타났었다.
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