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문제 정의
- 실제 에어컨은 멀티형 , 냉동 시스템으로 제품이 빠르게 변화하고 있으나, 1개의 기계실에 다수의 냉장고를 병렬로 연결한 시스템(멀티형 냉장고 시스템)의 연구 및 개발은 거의 이루어 지지 않은 실정이다. 본 논문에서는 멀티형 냉장고 시스템에 대하여 냉매 충전량, 냉장실 개수 및 운전조건 변경에 따른 멀티형 냉장고 시스템의 성능 특성을 실험적으로 고찰하고자 한다. 또한 멀티형냉장고 시스템의 성능 개선을 위하여 SLHX(suc- tion line heat exchanger)적용하여 성능 변화를 고찰하고자 한다.
- 본 논문에서는 멀티형 냉장고 시스템에 대하여 냉매 충전량, 냉장실 개수 및 운전조건 변경에 따른 멀티형 냉장고 시스템의 성능 특성을 실험적으로 고찰하고자 한다. 또한 멀티형냉장고 시스템의 성능 개선을 위하여 SLHX(suc- tion line heat exchanger)적용하여 성능 변화를 고찰하고자 한다.
- 만약 주방에 일반냉장고, 김치냉장고 및 와인냉장고가 별도로 있는 경우 총 3개의 기계실이 존재하게 된다. 본 연구에서는 1개의 기계실에 다수의 냉장고를 병렬로 구성한 멀티형 냉장고 시스템에 대하여 운전조건에 따른 성능 특성을 고찰하였다.
- 본 연구에서는 1개의 기계실에 3개의 냉장고를 병렬로 구성하여 응축온도 및 증발온도의 변하, SLHX의 적용에 따른 멀티형 냉장고 시스템의 성능 특성을 고찰하였다. 본 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
- 팽창장치를 통과한 저압의 냉매는 각 냉장고에서 냉동 또는 냉각의 역할을 수행하고, 흡입관에서 혼합되어 압축기로 유입된다. 본연구에서는 한 개의 증발기를 적용한 경우에는 Single 시스템으로 명명하였으며, 두 개 및 세 개의 증발기를 적용한 경우는 각각 Dual 및 Triple 시스템으로 정의하였다.
- 응축기의 냉각유체는 50% 에틸렌글리콜 수용액을 사용하였다. 증발기 1, 2, 3의 부하는 단열 중공형 원통 히터를 증발기에 부착하여 사용하였다. 압축기의 소비전력은 적산전력계로 측정하였으며, 압축기의 회전수는 인버터 드라이버를 사용하여 변경하였다.
- 증발기 1, 2, 3의 부하는 단열 중공형 원통 히터를 증발기에 부착하여 사용하였다. 압축기의 소비전력은 적산전력계로 측정하였으며, 압축기의 회전수는 인버터 드라이버를 사용하여 변경하였다.
- 냉동사이클의 분석을 위하여 사이클 주요 운전 점에서 온도, 압력 및 유량을 측정하였다. 시스템의 온도는 T-타입의 열전대를 사용하여 측정하였으며, 정밀도는 ±0.
- 가정용 냉장고는 냉장 조건인 3°C에서 냉동조건인 -20°C까지 다양한 온도조건에서 운전되고 있지만, 본 연구에서는 냉장조건인 3°C을 기준으로 실험조건을 선정하였다. 외기온도는 30°C로 고정하고, 응축온도는 35°C를 기준으로 60°C까지 5°C씩 증가시키고, 증발 온도는 -25°C를 기준으로 -35°C까지 2.5°C씩 감소시키며 실험을 수행하였다. 기계실 유닛에 연결되는 증발기의 용량은 50.
- 증발기 용량에 적합한 압축기의 회전수를 선정하고, 기준조건에서 최대 COP를 나타내는 최적 냉매 충전량을 결정하였다. 실험을 통해 결정된 최적 냉매 충전량에서 증발온도를 변화시키면서 성능 특성에 대한 영향을 고찰하였다.
- 충전량을 결정하였다. 실험을 통해 결정된 최적 냉매 충전량에서 증발온도를 변화시키면서 성능 특성에 대한 영향을 고찰하였다. 최종적으로 최적 냉매충전량과 최적 증발온도에서 응축온도를 변화시키면서 Single, Dual 및 Triple 냉장고 시스템의 성능 특성을 비교하였다.
- 실험을 통해 결정된 최적 냉매 충전량에서 증발온도를 변화시키면서 성능 특성에 대한 영향을 고찰하였다. 최종적으로 최적 냉매충전량과 최적 증발온도에서 응축온도를 변화시키면서 Single, Dual 및 Triple 냉장고 시스템의 성능 특성을 비교하였다.
- 냉동'시스템의 증발온도를 -25°C, 응축온도를 35°C 로 고정하고, 냉매 충전량을 변화시키면서 최대의 COP를 얻는 :상태를 최적 냉매 충전량으로 결정하였다. Single 시스템인 경우 1500rpm 에서 50W 의 냉동용량을 나타냈으며, Dual 시스템과 Triple 시스템의경우 2100 rpm과 3300 rpm에서 각각 100 W 및 150W의 냉동용량을 나타냈다.
- Single 시스템인 경우 1500rpm 에서 50W 의 냉동용량을 나타냈으며, Dual 시스템과 Triple 시스템의경우 2100 rpm과 3300 rpm에서 각각 100 W 및 150W의 냉동용량을 나타냈다. 각 시스템에 대하여 위에' 명시한 압축기 회전수에서 냉매 충전량 실험을 진행하였다.
- SLHX를 적용하여 증발기 출구의 기상의 저온 냉매를 응축기 출구의 액상의 고온 냉매와 열교환 시켜사이클의 성능 변화를 고찰하였다. SLHX 의 적용으로 인하여 시스템의 체적이 증가하기 때문에 최적 냉매 충전량 실험을 다시 수행하였다.
- SLHX 의 적용으로 인하여 시스템의 체적이 증가하기 때문에 최적 냉매 충전량 실험을 다시 수행하였다. Fig.
대상 데이터
- 1은 시스템의 성능평가를 위한 실험 장치의 개략도이다. 실험장치는 1단압축 3실 병렬사이클, 2차 유체(물 및 에틸렌글리콜 수용액) 순환루프(loop) 및 계측장치로 구성되어 있다. 압축기는 R600a 냉매를 사용하는 BLDC 왕 복동식 압축기를 사용하였으며, 응축기는 이중관 열교환기를 사용하였다.
- 실험장치는 1단압축 3실 병렬사이클, 2차 유체(물 및 에틸렌글리콜 수용액) 순환루프(loop) 및 계측장치로 구성되어 있다. 압축기는 R600a 냉매를 사용하는 BLDC 왕 복동식 압축기를 사용하였으며, 응축기는 이중관 열교환기를 사용하였다. 팽창장치는 수동조절형 팽창밸브를 각 증발기 입구에 설치하여 사용하였다.
- 팽창장치는 수동조절형 팽창밸브를 각 증발기 입구에 설치하여 사용하였다. 응축기의 냉각유체는 50% 에틸렌글리콜 수용액을 사용하였다. 증발기 1, 2, 3의 부하는 단열 중공형 원통 히터를 증발기에 부착하여 사용하였다.
- 시스템의 온도는 T-타입의 열전대를 사용하여 측정하였으며, 정밀도는 ±0.3℃이다. 냉매압력은 디지털식 냉매압력계를 사용하였으며, 압력계의 정밀도는 전체 측정범위에서 ±0.
- 대한 간격을 나타내고 있다. 가정용 냉장고는 냉장 조건인 3°C에서 냉동조건인 -20°C까지 다양한 온도조건에서 운전되고 있지만, 본 연구에서는 냉장조건인 3°C을 기준으로 실험조건을 선정하였다. 외기온도는 30°C로 고정하고, 응축온도는 35°C를 기준으로 60°C까지 5°C씩 증가시키고, 증발 온도는 -25°C를 기준으로 -35°C까지 2.
성능/효과
- 1%이다. 측정값에 의한 냉동능력과 시스템 COP의 불확실도는 각각 1.78% 와 1.89%로 나타났다.
- 냉매 충전량이 증가함에 따라 증가하는 경향을 보이나, 60g 이상 충전조건에서부터 점차 감소하였다. 냉매 과충전 조건에서 사이클 전체 압력은 상승하였으며, 기준 증발온도를 유지하기 위하여 미터링 밸브의 개도는 감소되었다. 따라서 밸브.
- 22로 나타났다. 세 가지 시스템의 비교 결과 Single 시스템보다 Dual과 Triple 시스템에서 COP는 22. 0-29.
- 냉매량 과충전 조건인 70g에서 Single 시스템의 경우 COP는 0.83, 냉동용량은 50 W를 나타내어 최적 충전량 조건인 40g과 비교하여 COP가 17.3% 감소하였으며, 냉동용량은 11.0% 감소하였다. Dual 시스템의 경우에는 응축압력이 급격히 상승하여 COP는 1.
- 0% 감소하였다. Dual 시스템의 경우에는 응축압력이 급격히 상승하여 COP는 1.29에서 0.49로 62.0% 감소하였으며, 냉동용량은 101.0W에서 60.7 W로 40.0% 감소하였다. Triple 시스템의 경우 냉동용량은 150.
- 0% 감소하였다. Triple 시스템의 경우 냉동용량은 150.1 W에서 108.9 W로 COP는 L22에서 0.76으로 사이클 성능이 크게 감소하였다. 따라서 멀티형 냉장고 시스템은 증발기의 조합에 따라 최적 냉매 충전량이 다르므로 이를 완충할 수 있는 수액 기의 장착이 필수적임을 알 수 있다.
- -35°C 까지 낮아지게 된다. 이와 같이 냉장고의 온도가 낮은 저부하 조건에서 Dual과 Triple 시스템의 COP는 L13으로 Single 시스템 COP 0.84 대비 34% 높은 효율을 나타내었다.
- 웅축온도를 35°C에서 60℃로 증가시킨 경우 모든 시스템의 소비전력은 계속적으로 증가하였으며, 냉동용량은 감소되었다. Single 시스템의 냉동용량은 56.2W에서 39.1 W로 30.4% 감소하였으며, 소비전력은 56.0W에서 74.9W로 33.8% 증가하였다. Single 시스템과 동일조건에서 Triple 시스템의 냉동용량은 150.
- 8% 증가하였다. Single 시스템과 동일조건에서 Triple 시스템의 냉동용량은 150.1 W에서 73.8 W로 50.8% 감소하였으며, 소비전력은 122.7W에서 132.0W로 7.6% 증가하였다.
- 그리고 응축압력의 상승으로 인하여 압축비가 크게 상승하였으며, 이로 인하여 압축기의 소비전력은 증가하였고, 결과적으로 COP는 감소하게 되었다. Single 시스템의 COP는 1.
- 응축온도 증가에 대한. COP 감소율은 Dual과 Triple 시스템에서 Single 시스템 보다 높게 나타났다. 외부 온도가 높거나 혹은 방열부(응축기)의 성능이 낮은 경우에 증발부하가 큰 멀티 시스템의 성능 악화가 더 크.
- , 9는 SLHX 적용에 따른 COP의 변화를 나타내고 있다. 모든 시스템에서 SLHX 적용에 따라 기본 시스템과 비교하여 최적 냉매 충전량이 증가하였다. 특히 Triple 시스템에서 최적 냉매 충전량의 증가가 현저하게 나타났다.
- 모든 시스템에서 SLHX 적용에 따라 기본 시스템과 비교하여 최적 냉매 충전량이 증가하였다. 특히 Triple 시스템에서 최적 냉매 충전량의 증가가 현저하게 나타났다. SLHX의 적용에 따라 Single 시스템의 COP는 1.
- 특히 Triple 시스템에서 최적 냉매 충전량의 증가가 현저하게 나타났다. SLHX의 적용에 따라 Single 시스템의 COP는 1.0에서 1.37 로 37.0%, 개선되었으며, Dual 시스템은 1.29에서 1.39로 :7.8%.향상되었다.
- SLHX에서 추가적인 열교환으로 인하여 팽창장치 입구에서의 과냉도가 증가되어, 증발기 입구에서 냉매의 엔탈피를 크게 낮출 수 있었다.
- (1) Single, Dual, Triple 시스템의 최적 냉매 충전량은 각각 40 g, 45 g, 55 g으로 나타났으며, 시스템의 COP는 각각 1.0, 1.29, 1.22로 나타났다. 증발기 대수가 증가함에 따라 시스템 체적이 증가하기 때문에 적절한 냉매 충전량 조절이 요구된다.
- (2) Single, Dual, Triple 시스템은 증발 온도의 감소에 따라 소비전력, 냉동용량 및 COP의 감소는 동일한 경향을 보이나 증발온도를 rc 감소할 때 COP 감소는 Single 0.016, Dual 0.016, Triple 0.01 로 Triple 시스템의 COP 감소율이 가장 적게 나타났다.
- (4) SLHX 적용함으로써 모든 시스템에서 성능은 향상되었으며, SLHX 적용으로 인한 COP 상승률은 Single, Dual, Triple 시스템에서 각각 37.0%, 7.8%, 23.8%로서 Single 시스템에서의 성능 향상이 가장 높았다.
- 응축온도의 상승에 따라 냉매와 외기와의 온도 차이가 감소하여 응축기 열량이 감소하게 되어 증발기 입구에서의 건도가 증가되면서 냉매 유량의 감소를 유발하여 시스템의 냉동용량이 감소하였다. 그리고 응축압력의 상승으로 인하여 압축비가 크게 상승하였으며, 이로 인하여 압축기의 소비전력은 증가하였고, 결과적으로 COP는 감소하게 되었다.
- (3) Single, Dual, Triple 시스템은 응축온도의 증가에 따라 소비전력의 증가, 냉동용량의 감소, COP 의 감소는 동일한 경향을 보이며 응축온도를 5°C 증가시킬 경우 COP 감소율은 Single 시스템이 0.1, Dual 0.14, Triple 0.13으로 멀티 시스템의 COP 감소율이 Single 시스템 보다 높게 나타났다.
후속연구
- 마지막으로 압축기 및 응축기가 중복적으로 사용되므로 자원 효율의 문제점을 가지고 있다. 이처럼 냉장고의 소비자 사용 패턴의 변화와 다수 냉장고 운전의 문제점을 해결하기 위하여 멀티형…냉창고 시스템의 연구가 필요하다.
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