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R744-R404A용 캐스케이드 냉동시스템의 엑서지 분석
Exergy Analysis of R744-R404A Cascade Refrigeration System 원문보기

한국마린엔지니어링학회지 = Journal of the Korean Society of Marine Engineering, v.35 no.8, 2011년, pp.1001 - 1008  

오후규 (부경대학교 냉동공조공학과) ,  손창효 (부경대학교 냉동공조공학과)

초록
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본 논문은 내부 열교환기를 가지는 R744와 R404A용 캐스케이드 냉동시스템의 운전변수에 대한 최적의 설계를 위해서 냉동장치의 성능과 엑서지를 이론적으로 분석하였다. 본 연구에서 고려된 작동변수로는 과열도와 과냉각도, 내부 열교환기와 압축기 효율, 증발 및 응축온도 등이다. 분석한 결과를 요약하면 다음과 같다. 캐스케이드 증발온도가 증가할수록 R404A용 고온사이클의 COP는 증가하는 반면에, R744용 저온사이클의 COP는 감소한다. 따라서 이러한 이유로 전체 캐스케이드 냉동사이클의 COP는 거의 일정하다. 또한 캐스케이드 증발온도가 증가할수록 R404A용 응축기와 압축기의 엑서지 손실이 가장 큰 것을 알 수 있다. 따라서 R744와 R404A용 캐스케이드 냉동시스템의 COP 향상을 위해서는 R404용 응축기와 압축이의 엑서지 손실을 줄여야만 한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper describes an analysis on performance and exergy of R744-R404A cascade refrigeration system with internal heat exchanger to optimize the design for the operating parameters of this system. The operating parameters considered in this study include subcooling and superheating degree, interna...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • R744와 R404A용 캐스케이드 냉동사이클의 개략도와 상태점을 나타낸 Figure 1과 운전조건을 나타낸 Table 1과 2를 이용하여 T-s 선도와 P-h선도를 Figure 2와 Figure 3에 각각 나타내었다. Table 3의 분석범위로부터 Table 1과 2의 수식을 계산하고 이렇게 나온 결과값을 이용하여 R744와 R404A용 캐스케이드 냉동사이클의 성능과 엑서지에 영향을 미치는 인자들에 대해서 살펴보고자 한다.
  • 따라서 본 연구에서는 저온냉동냉장설비용 시스템인 R744와 R404A용 캐스케이드 냉동사이클의 성능에 미치는 인자들을 파악 및 분석하고, 엑서지 손실의 분석을 통해 저온용 캐스케이드 냉동시스템의 최적 설계를 위한 기초자료를 제공하고자 한다.
  • 지금까지 냉동냉장설비용 냉동시스템인 R744와 R404A 캐스케이드 냉동사이클의 성능특성과 각 구성기기에 대한 엑서지 분석에 대해서 살펴보았다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다.

가설 설정

  • · 운동에너지와 위치에너지의 변화는 없는 것으로 가정한다.
  • 본 논문에서 사용되는 냉매의 열역학적 물성치(엔탈피, 엔트로피, 압력, 온도 등)와 엑서지 분석은 EES(Engineering Equation Solver)[7] 소프트웨어를 이용하여 계산하였다. 고온 사이클에는 R404A 냉매를, 저온 사이클에는 R744 냉매를 적용하고, 고온과 저온 사이클에 내부 열교환기를 부착한 캐스케이드 냉동시스템의 성능 분석을 위해 다음과 같이 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
캐스케이드 냉동사이클이 저온을 얻는 방법은? 축기에서 소비되는 에너지가 많다. 따라서 이러한 이유로 저온냉동냉장설비용 냉동시스템으로는 독립된 2개의 저온과 고온 사이클이 서로 열교환하여 -50℃의 저온을 얻는 캐스케이드 냉동사이클을 사용하는 것이 유리하다.
다단증기 압축식 냉동사이클이 냉매 압력을 올리는 방법은? 대형냉동창고나 대형할인마트와 같은 냉동냉장설비에는 저온저장 식품을 보관하기 위해 저온용냉동시스템이 필요하다[1-2]. 이러한 냉동시스템에는 여러 대의 압축기를 이용하여 증발압력에서 응축압력까지 냉매 압력을 단계적으로 올리는 다단
저온냉동냉장설비용 냉동시스템에 캐스케이드 냉동사이클을 사용하는 것이 유리한 이유는 무엇인가? 증기 압축식 냉동사이클이 주로 사용되어 왔다[3]. 그러나 다단 증기 압축식 냉동장치는 주로 하나의 단일냉매를 사용하기 때문에 보다 낮은 저온을 얻는데 한계가 있다. 또한, 높은 압축비로 인해 저열원(증발기)에서 고열원(응축기)으로 열을 보내는데 압 축기에서 소비되는 에너지가 많다. 따라서 이러한 이유로 저온냉동냉장설비용 냉동시스템으로는 독립된 2개의 저온과 고온 사이클이 서로 열교환하여 -50℃의 저온을 얻는 캐스케이드 냉동사이클을 사용하는 것이 유리하다.
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참고문헌 (8)

  1. S., Sawalha, "Using $CO_{2}$ in supermarket refrigeration", ASHRAE J. vol. 47, no. 8, pp. 26-30, 2005. 

  2. I. Wilson, and D., Maier, "Carbon dioxide for use as a refrigerant" In: Refrigeration Science and Technology, Proceedings, IIR-IRHACE Conference, Innovative Equipment and Systems for Comfort and Food Preservation. The University of Auckland, pp. 305-311, 2006. 

  3. S. N. Park and M. S., Kim "Performance of autocascade refrigeration system using carbon dioxide and R134a", Korea J. of Air- Conditioning and Refrigeration Engineering, vol. 11, no. 6, pp. 880-890, 1999. 

  4. P. K. Bansal and S., Jain, Cascade systems: past, present, and future, ASHRAE Trans. vol. 113, no. 1, pp. 245-252, 2007. 

  5. G. D., Nicola, G., Giuliani, Polonara, F., and R., Stryjek, "Blends of carbon dioxide and HFCs as a working fluids for the low-temperature circuit in cascade refrigerating systems", International Journal of Refrigeration, vol. 28, pp. 130-140, 2005. 

  6. T. S. Lee, C. H. Liu and T. W. Chen, "Thermodynamic analysis of optimal condensing temperature of cascade-condenser in $CO_{2}/NH_{3}$ cascade refrigeration systems International", Journal of Refrigeration, vol. 29, pp. 1100-1108, 2006. 

  7. EES: Engineering Equation Solver, fChart Software Inc, 2006. 

  8. Darwin Rio Budi Syaka, Nasruddin, "Thermodynamics analysis of refrigerant selection in Cascade refrigeration system", Proceedings of 1st International Conference of Saving Energy in Refrigeration and Air- Conditioning, pp. 55-62, 2009. 

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