R744-R404A용 캐스케이드 냉동시스템 개발에 관한 연구(1) - 성능 특성에 관한 분석 - Development of Cascade Refrigeration System Using R744 and R404A - Analysis on Performance Characteristics -원문보기
본 논문은 R744-R404A용 캐스케이드 냉동시스템의 기초 설계자료를 제공하기 위해서 성능특성에 대해 분석하였다. 작동변수로는 R404A용 고온사이클과 R744용 저온사이클의 과냉각도와 과열도, 압축효율, 응축과 증발온도이다. 이에 대한 주요결과를 요약하면 다음과 같다. 고온사이클에만 과열도를 주는 것이 가장 높은 COP를 가지는 반면에 저온 고온사이클 모두에 대해 과냉도를 주는 것이 가장 높은 COP를 가진다. 과열도, 과냉각도, 압축효율, 증발온도, 응축온도 등의 인자들이 R744와 R404A용 캐스케이드 냉동사이클의 COP에 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었고, 이들 각각의 인자들은 캐스케이드 냉동사이클의 성능을 최대로 하는 캐스케이드 증발온도가 존재함을 알 수 있었다.
본 논문은 R744-R404A용 캐스케이드 냉동시스템의 기초 설계자료를 제공하기 위해서 성능특성에 대해 분석하였다. 작동변수로는 R404A용 고온사이클과 R744용 저온사이클의 과냉각도와 과열도, 압축효율, 응축과 증발온도이다. 이에 대한 주요결과를 요약하면 다음과 같다. 고온사이클에만 과열도를 주는 것이 가장 높은 COP를 가지는 반면에 저온 고온사이클 모두에 대해 과냉도를 주는 것이 가장 높은 COP를 가진다. 과열도, 과냉각도, 압축효율, 증발온도, 응축온도 등의 인자들이 R744와 R404A용 캐스케이드 냉동사이클의 COP에 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었고, 이들 각각의 인자들은 캐스케이드 냉동사이클의 성능을 최대로 하는 캐스케이드 증발온도가 존재함을 알 수 있었다.
In this paper, analysis on the performance characteristics of R744-R404A cascade refrigeration system is presented to offer the basic design data for the operating parameters of the system. The operating parameters considered in this study include subcooling and superheating degree, compressor effic...
In this paper, analysis on the performance characteristics of R744-R404A cascade refrigeration system is presented to offer the basic design data for the operating parameters of the system. The operating parameters considered in this study include subcooling and superheating degree, compressor efficiency, and condensing and evaporating temperature in R404A high- and R744 low-temperature cycle, respectively. The main results were summarized as follows : It was observed that the highest COP of the system is achieved by higher superheating degree in R744 cycle than that in R404A cycle. The COP of the system increased by giving the subcooling degree in both cycles. The COP of the cascade system is the highest value when the system is operated at an optimum evaporation temperature.
In this paper, analysis on the performance characteristics of R744-R404A cascade refrigeration system is presented to offer the basic design data for the operating parameters of the system. The operating parameters considered in this study include subcooling and superheating degree, compressor efficiency, and condensing and evaporating temperature in R404A high- and R744 low-temperature cycle, respectively. The main results were summarized as follows : It was observed that the highest COP of the system is achieved by higher superheating degree in R744 cycle than that in R404A cycle. The COP of the system increased by giving the subcooling degree in both cycles. The COP of the cascade system is the highest value when the system is operated at an optimum evaporation temperature.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 고온사이클에는 R404A 냉매를, 저온사이클에는 R744 냉매를 적용한 캐스케이드 냉동사이클의 성능에 미치는 인자들을 이론적으로 파악 및 분석하고, 이를 통해 캐스케이드 냉동시스템의 최적 설계를 위한 기초자료를 제공하고자 한다.
R404A와 R744의 캐스케이드 냉동사이클의 각 상태점에서의 열물성치(엔탈피, 엔트로피, 압력, 온도 등)와 COP는 EES를 이용하여 계산하였다. 이렇게 해서 나온 결과값을 이용하여 R404A와 R744용 캐스케이드 냉동사이클의 성능에 영향을 미치는 과열도, 과냉도, 압축효율, 증발온도, 응축온도 등의 변수들에 대해서 살펴보고자 하였다.
가설 설정
· 운동에너지와 위치에너지의 변화는 없는 것으로 가정한다.
본 논문에서 사용되는 냉매의 열역학적 물성치와 성능 분석은 EES(Engineering Equation Solver)[4] 소프트웨어를 이용하여 계산하였다. 고온사이클에는 R404A 냉매를, 저온사이클에는 R744 냉매를 적용한 캐스케이드 냉동시스템의 성능 분석을 위해 다음과 같이 가정하였다.
제안 방법
R404A와 R744용 캐스케이드 냉동사이클의 성능에 영향을 미치는 과열도, 과냉각도, 압축효율, 증발온도, 응축온도 등의 변수들에 대해서 살펴보았고, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
R404A와 R744의 캐스케이드 냉동사이클의 각 상태점에서의 열물성치(엔탈피, 엔트로피, 압력, 온도 등)와 COP는 EES를 이용하여 계산하였다. 이렇게 해서 나온 결과값을 이용하여 R404A와 R744용 캐스케이드 냉동사이클의 성능에 영향을 미치는 과열도, 과냉도, 압축효율, 증발온도, 응축온도 등의 변수들에 대해서 살펴보고자 하였다.
우선 [1]은 저온사이클내 R744의 응축온도를 최적화하기 위해 캐스케이드 냉동사이클의 성능을 이론적으로 분석하였다.
이론/모형
본 논문에서 사용되는 냉매의 열역학적 물성치와 성능 분석은 EES(Engineering Equation Solver)[4] 소프트웨어를 이용하여 계산하였다. 고온사이클에는 R404A 냉매를, 저온사이클에는 R744 냉매를 적용한 캐스케이드 냉동시스템의 성능 분석을 위해 다음과 같이 가정하였다.
성능/효과
(u)의 물성치가 관여하는데, 내부에너지가 증가할수록 비체적은 감소하는 것을 알 수 있었다.
1. 고온사이클에만 과열도를 주는 것이 가장 높은 COP를 가지는 반면에 저온·고온사이클 모두에 대해 과냉도를 주는 것이 가장 높은 COP를 가지는 것을 알 수 있었다.
2. 압축효율이 낮은 경우에는 저온사이클의 COP가 가장 높았고, 압축효율이 높은 경우에는 저온·고온사이클의 COP가 가장 높은 것을 알 수 있었다.
3. 과열도, 과냉각도, 압축효율, 증발온도, 응축온도 등의 인자들이 R744와 R404A용 캐스케이드 냉동사이클의 COP에 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었고, 이들 각각의 인자들은 캐스케이드 냉동사이클의 성능을 최대로 하는 캐스케이드 증발온도가 존재함을 알 수 있었다.
고온사이클에만 과열도를 준 경우에 가장 높은 COP를 나타내고 저온·고온사이클 모두에 과열도를 준 경우에 가장 낮은 COP를 나타내는 것을 알 수 있다.
저온·고온사이클에 과냉도를 준 경우에 가장 큰 COP를 나타내고 저온사이클에 과냉도를 준 경우에 가장 낮은 COP를 나타내는 것을 알 수 있다.
후속연구
지금까지의 캐스케이드 냉동장치는 R22, R134a와 같은 고비점 냉매를 고온사이클에, R23, R170, R115의 저비점 냉매를 저온사이클에 사용해왔다. 그러나 향후 이러한 프레온계 냉매는 오존층 파괴와 지구온난화로 인해 사용이 규제됨에 따라 환경에 무해한 R1270, R290, R717, R744와 같은 자연냉매로 대체될 가능이 높아지고 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
본 논문은 R744-R404A용 캐스케이드 냉동시스템의 기초 설계자료를 제공하기 위해서 무엇에 대해 분석하였는가?
본 논문은 R744-R404A용 캐스케이드 냉동시스템의 기초 설계자료를 제공하기 위해서 성능특성에 대해 분석하였다. 작동변수로는 R404A용 고온사이클과 R744용 저온사이클의 과냉각도와 과열도, 압축효율, 응축과 증발온도이다.
어떤 인자들이 R744와 R404A용 캐스케이드 냉동사이클의 COP에 영향을 미치는가?
고온사이클에만 과열도를 주는 것이 가장 높은 COP를 가지는 반면에 저온 고온사이클 모두에 대해 과냉도를 주는 것이 가장 높은 COP를 가진다. 과열도, 과냉각도, 압축효율, 증발온도, 응축온도 등의 인자들이 R744와 R404A용 캐스케이드 냉동사이클의 COP에 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었고, 이들 각각의 인자들은 캐스케이드 냉동사이클의 성능을 최대로 하는 캐스케이드 증발온도가 존재함을 알 수 있었다.
R744-R404A용 캐스케이드 냉동시스템의 기초 설계자료 제공을 위한 연구에서 작동변수는 무엇인가?
본 논문은 R744-R404A용 캐스케이드 냉동시스템의 기초 설계자료를 제공하기 위해서 성능특성에 대해 분석하였다. 작동변수로는 R404A용 고온사이클과 R744용 저온사이클의 과냉각도와 과열도, 압축효율, 응축과 증발온도이다. 이에 대한 주요결과를 요약하면 다음과 같다.
참고문헌 (6)
Lee, T. S., Liu, C. H. and Chen, T. W., "Thermodynamic analysis of optimal condensing temperature of cascade condenser in $CO_2/NH_3$ cascade refrigeration systems". Int. J. Refrigeration 29, pp. 1100-1108, 2006.
Bhattacharyya, S., Mukhopadhyay, S., Kumar, A. and Khurana, R. K., Sarkar, J., "Optimization of a CO2-C3H8 cascade system for refrigeration and heating", Int. J. Refrigeration 28, pp. 1284-1292, 2005.
Getu, H. M. and Bansal, P. K., "Thermodynamic analysis of an R744-R717 cascade refrigeration system", International journal of refrigeration. 31, pp. 45-54, 2008.
Nicola, G. D., Giuliani, G., Polonara, F., and Stryjek, R., "Blends of acrbon dioxide and HFCs as working fluids for the low-temperature circuit in cascade refrigerating systems", International journal of refrigeration, vol 28, pp. 45-54, 2008.
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