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문제 정의
- 본 연구에서는 SLHX의 전도열저항과 접촉열저항의 합을 측정하기 위하여 실험을 수행하였다.
제안 방법
- SLHX 전체를 발포 테이프로 단열처리 하였고 모세관이 접촉하지 않은 부분은 모세관과 흡입관 각각을 발포성 테이프로 단열처리를 하였다.
- Table 1과 같이 2 종류의 SLHX에 대하여 성능평가를 수행하였다. 각 SLHX의 유량, 모세관 및 흡입관 입ㆍ출구에서의 온도와 압력을 측정하였다.
- 각 SLHX 의 열교환 구간을 변경시키면서 냉동 사이클의 특성을 해석하였다.
- 각 SLHX의 유량, 모세관 및 흡입관 입ㆍ출구에서의 온도와 압력을 측정하였다.
- 모세관 입구 온도를 약 40℃로 흡입관 입구 온도를 약 60℃로 유지하면서 실험을 수행하였다.
- 본 실험에서는 Figure 2에 나타낸 바와 같이 용접형 SLHX 와 모세관과 흡입관을 열수축 튜브로 접촉시킨 테이프형 SLHX 에 대한 열전달 성능을 평가하였다.
- 실험으로 측정된 2 가지 SLHX 의 열저항 값을 냉동사이클 해석프로그램에 입력하고 냉동사이클의 성능 변화를 평가하였다.
- 실험을 통하여 측정한 SLHX의 전도열저항을 시뮬레이션 프로그램[10]에 입력하여 냉동사이클의 특성 및 성능을 해석하였다.
- 실험을 통하여 현재 가장 널리 사용되는 2 종류의 SLHX에 대한 열저항을 측정하였다. 모세관과 흡입관의 접촉방법의 차이로 인하여 테이프형 SLHX 의 전도열저항이 용접형 SLHX 보다 크게 나타났다.
- 온도와 압력은 ±0.1℃ 정도를 가지는 T-형 열전대와 ±1%의 측정오차를 가지는 압력계를 사용하여 측정하였다.
- 이 논문에서는 SLHX의 연결방법, 즉, 모세관과 흡입관의 접촉방법에 따른 SLHX의 전도 특성을 실험적으로 측정하고 이 결과를 냉동 사이클 해석프로그램에 적용하여, SLHX변경에 따른 냉동사이클의 성능변화를 해석하였다.
- 실험을 통하여 측정한 SLHX의 전도열저항을 시뮬레이션 프로그램[10]에 입력하여 냉동사이클의 특성 및 성능을 해석하였다. 이 때 SLHX의 열교환 구간 및 위치를 변경하면서 냉동기의 성능변화를 해석하였다. 사용된 시뮬레이션 프로그램은 냉동 시스템을 구성하는 각 구성요소(압축기, 응축기, 모세관 및 흡입관, 증발기)의 수학적 모델 방정식들을 Newton-Raphson 방법을 이용하여 정상 상태 해석을 수행한다.
- 각 SLHX의 유량, 모세관 및 흡입관 입ㆍ출구에서의 온도와 압력을 측정하였다. 질량 유량과 온도를 이용하여 모세관과 흡입관의 열량 변화를 계산하였다. 모세관 입구 온도를 약 40℃로 흡입관 입구 온도를 약 60℃로 유지하면서 실험을 수행하였다.
- 펌프는 분해능이 1rpm인 마이크로 기어 펌프를 사용하였고 ±1% 정밀도를 가지는 스테인레스 스틸 재질의 기어 유량계로 유량을 측정하였다.
대상 데이터
- 2절에서 설명하였다. 본 실험에서는 작동유체로 물을 사용하였고 실험 방법은 다음과 같다.
- 실험 장치는 항온수조, 펌프, 전열기, 그리고 유량, 압력 및 온도 센서와 데이터획득 장치로 이루어져 있고 흡입관과 모세관이 대향류를 이루도록 유로를 구성하였다.
- 실험에 필요한 항온수조의 냉각용량과 전기히터의 용량을 각각 500W와 1500W로 선정하였다.
이론/모형
- 이 때 SLHX의 열교환 구간 및 위치를 변경하면서 냉동기의 성능변화를 해석하였다. 사용된 시뮬레이션 프로그램은 냉동 시스템을 구성하는 각 구성요소(압축기, 응축기, 모세관 및 흡입관, 증발기)의 수학적 모델 방정식들을 Newton-Raphson 방법을 이용하여 정상 상태 해석을 수행한다. Figure 3은 사이클 해석 프로그램의 흐름도이다.
성능/효과
- 열교환 길이와 위치가 같은 경우에 용접형 SLHX를 사용한 시스템의 성능계수와 냉동능력이 테이프형 SLHX를 사용한 시스템보다 약간 높게 나타났다.
- 4) 성능계수는 열교환이 없는 경우에 비하여 최대 5.09% 향상되었으며 냉동능력은 14.77% 향상되었다.
- 5) 성능계수는 열교환이 없는 경우에 비하여 최대 5.05% 향상되었으며 냉동능력은 14.75% 향상되었다.
- 모세관과 흡입관의 접촉방법의 차이로 인하여 테이프형 SLHX 의 전도열저항이 용접형 SLHX 보다 크게 나타났다.
- 실험으로 측정된 2 가지 SLHX 의 열저항 값을 냉동사이클 해석프로그램에 입력하고 냉동사이클의 성능 변화를 평가하였다. 용접형 SLHX를 채택한 경우 테이프형 SLHX를 채택한 경우보다 COP와 냉동능력이 약간 큰 것으로 나타났다. 용접형 SLHX 를 채택한 경우 열교환이 없는 경우에 비하여 성능계수는 5.
- 용접형 SLHX 를 채택한 경우 열교환이 없는 경우에 비하여 성능계수는 5.09%, 냉동능력은 14.77% 향상되었으며, 테이프형을 적용한 경우 성능계수는 5.05%, 냉동능력은 14.75% 향상되는 것으로 예측되었다.
- 이는 기상 냉매가 흐르는 흡입관의 대류열저항이 SLHX 구조물의 열저항에 비하여 매우 크기 때문이다. 한편, 두 경우 모두 성능계수비가 최대인 지점과 냉동능력비가 최대인 지점의 위치가 다른 것으로 나타났다. 그러나 두 위치가 가까이 있어서 두 지점사이에 최적운전 조건을 찾으면 될 것으로 판단된다.
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