[논문]산업용 냉각기의 압축기 회전수 변화에 따른 용량제어 특성

백승문; 문춘근; 윤정인; 정석권; 김은필

doi:10.9726/kspse.2011.15.2.037

산업용 냉각기의 압축기 회전수 변화에 따른 용량제어 특성
The characteristics of capacity control using a variable speed compressor in an industrial cooler 원문보기

한국동력기계공학회지 = Journal of the korean society for power system engineering, v.15 no.2, 2011년, pp.37 - 41

백승문 (부경대학교 대학원) , 문춘근 ((주) 대일) , 윤정인 (부경대학교 냉동공조공학과) , 정석권 (부경대학교 냉동공조공학과) , 김은필 (부경대학교 냉동공조공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents the capacity-control characteristics in an industrial cooler with a variable speed compressor. The inverter-type compressor is controlled by the rotational speed of the operational frequency. This type of the compressor performs the wide range of load compared to the on-off type. When the load of the system reduces, the rotational speed will be reduced. Thus, the system leads to the less power consumption and extends the longer durability of the compressor. With the variable rotational speed of the compressor the cooling capacity of the cooler is about 1.6-3.6 kW and the capacity control is about 40-100%. The system showed the highest efficiency when the rotational speed is about 45-70 Hz. The results can be used as the basic design data to control an industrial cooler.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

규명하였다. 또한 일정범위 내에서 과열도를 유지시킨 상태에서 압축기의 회전수별 냉각능력 분포와 냉각기의 성능계수를 파악함으로써 산업용 냉각기를 최적의 조건으로 제어하기 위한 자료로 활용하고자 한다.
본 연구는 인버터형 가변속 압축기의 회전수 변화 에 따른 산업용 냉각기의 성능 변화를 실험적으로 규명하였다. 또한 일정범위 내에서 과열도를 유지시킨 상태에서 압축기의 회전수별 냉각능력 분포와 냉각기의 성능계수를 파악함으로써 산업용 냉각기를 최적의 조건으로 제어하기 위한 자료로 활용하고자 한다.

제안 방법

5kW(1RT) 급 가변 속 밀폐형 왕복동식이며, 응축기는 핀 튜브형 공랭식 응축기, 증발기로는 나관코일식 증발기를 장착하였으며 팽창밸브로는 전자팽창밸브 (EEV) 를 사용하였다. 그리고 저압을 측정하기 위해 압축기 냉매흡입 측에 압력센서를 장착하였고, 고압은 팽창밸브 입구 측의 압력 센서로 측정하였다. 밀폐형 왕복동식 압축기 소요동력은 파워메터 (Yokogawa) 를 부착하여 실험장치의 운전조건에 따라 압축기에서 소요되는 동력을 실시간으로 획득 저장이 가능하도록 설치하였다.
출구에는 T형 온도 센서를 설치하였으며, 냉매 유량 측정을 위해 질량유량계(Oval)를 응축기 출구 측에 설치하였다. 또한 공작기계 부하를 대신할 히터가 설치된 2차 열교환기를 설치하여 냉각기에서 냉각된 냉수와 열 교환될 수 있도록 하였으며, 냉수유량 측정을 위해 디지털 수유량 계를 설치하였다.
밀폐형 왕복동식 압축기 소요동력은 파워메터 (Yokogawa) 를 부착하여 실험장치의 운전조건에 따라 압축기에서 소요되는 동력을 실시간으로 획득 저장이 가능하도록 설치하였다. 또한 냉매배관 내 냉매상태 파악을 위하여 사이트 그라스를 응축기 출구와 압축기 입구에 각각 설치하였다. 그리고 증발기와 응축기, 압축기, 전자팽창밸브 등 주요 입 .
그리고 저압을 측정하기 위해 압축기 냉매흡입 측에 압력센서를 장착하였고, 고압은 팽창밸브 입구 측의 압력 센서로 측정하였다. 밀폐형 왕복동식 압축기 소요동력은 파워메터 (Yokogawa) 를 부착하여 실험장치의 운전조건에 따라 압축기에서 소요되는 동력을 실시간으로 획득 저장이 가능하도록 설치하였다. 또한 냉매배관 내 냉매상태 파악을 위하여 사이트 그라스를 응축기 출구와 압축기 입구에 각각 설치하였다.
압축기의 회전수 변화에 따라 전자팽창밸브의 개도를 조절하였을 경우 전체 시스템에 미치는 영향에 대해 실험적인 방법으로 연구를 수행하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
그리고 증발기와 응축기, 압축기, 전자팽창밸브 등 주요 입 . 출구에는 T형 온도 센서를 설치하였으며, 냉매 유량 측정을 위해 질량유량계(Oval)를 응축기 출구 측에 설치하였다. 또한 공작기계 부하를 대신할 히터가 설치된 2차 열교환기를 설치하여 냉각기에서 냉각된 냉수와 열 교환될 수 있도록 하였으며, 냉수유량 측정을 위해 디지털 수유량 계를 설치하였다.

대상 데이터

2는 본 연구에서 사용한 실험 장치의 개략도와 실제 실험장치 사진을 나타낸 것이다. 실험장치는 냉매가 순환하는 산업용 냉각시스템 계통과 응축기 및 증발기의 2차 열교환을 위하여 각열교환기에 공급되는 2차 유체의 온도를 조절하는 항온설비로 구성되어 있다.

성능/효과

(1) 전자팽창밸브 개도변화에 따른 시스템의 성능 특성을 파악할 수 있었으며, 압축기의 회전수 변화에 따른 증발기 압력강하는 0.04~0.24MPa 사이로 비교적 크게 나타나 시스템의 고효율화를 위해서는 증발기 형식의 변화를 줄 필요성을 확인할 수 있었다.
(2) 압축기의 회전수 변화에 따른 압축기 소요 동력 변화는 0.7~1.6kW 사이로 나타났으며, 최대 소요 동력과 최소 소요동력의 차이는 58%정도 편차가 큼을 확인 할 수 있었다.
(3) 압축기의 회전수 변화에 따른 시스템 냉동능력은 1.6~3.6kW로, 용량제어범위는 40~100% 정도임을 확인할 수 있었으며, 45~70Hz 범위가 가장 높은 효율을 나타내었다.
따라서 회전수 제어 시 30~35Hz에서의 제어는 피해야 될 회전 수영역으로 판단된다. 그리고 압축기 회전수를 낮출수록 증발기 출구압력은 높아짐을 보였으며, 최대압력과 최소압력의 차이는 26% 정도로 나타났다.
또한 압축기회전수 변화에 대한 압축기 소요동력의 변화는 압축기 회전수가 낮아질수록 감소하였으며 그 변화는 선형적임을 확인할 수 있었다. 그리고 최대 소요동력과 최소 소요 동력의 차이는 58%정도 편차가 큼을 확인 할 수 있었다.
압축기의 정격 Hz인 60Hz 를 기준으로 압축기 고회전수에서의 성능계수가 압축기 저회전수에서의 성능계수보다 낮은 값을 보였는데 이는 압축기 고회전수에서 냉각능력의 증가에 비해 압축기 소요동력의 증가가 상대적으로 더큼으로 인해 성능계수의 하락되는 것으로 판단된다. 또한 45~70Hz 정도의 중간 주파수 범위대에서 성능계수의 값이 상대적으로 높아 효율이 가장 좋은 운전조건임을 알 수 있었다. 이 결과는 향후 압축기 회전수 제어를 통한 산업용 냉각기의 용량제어 설계 시 참고가 될 수 있으리라 판단된다.
6kW 사이로 나타났다. 또한 압축기회전수 변화에 대한 압축기 소요동력의 변화는 압축기 회전수가 낮아질수록 감소하였으며 그 변화는 선형적임을 확인할 수 있었다. 그리고 최대 소요동력과 최소 소요 동력의 차이는 58%정도 편차가 큼을 확인 할 수 있었다.
또한 압축기회전수 변화에 따른 증발기 출구 압력은 0.61~0.85MPa 이내로 나타났으며 30~35Hz에서는 압축기 자체의 진동이 심하여 장시간 가동이 어려웠으며, 이로 인하여 압축기 자체의 안정성이 저해할 수 있을 것으로 판단되었다. 따라서 회전수 제어 시 30~35Hz에서의 제어는 피해야 될 회전 수영역으로 판단된다.
1MPa 로 나타났으며, 모두 압축기 한계압력 이하로 측정이 되어 실험조건으로 사용할 경우 문제가 없을 것으로 판단된다. 압축기 회전수를 낮출수록 응축기 출구압력은 낮아짐을 보였으며, 최대압력과 최소압력의 차이는 18% 정도로 나타났다.
6 사이로 나타났다. 압축기의 정격 Hz인 60Hz 를 기준으로 압축기 고회전수에서의 성능계수가 압축기 저회전수에서의 성능계수보다 낮은 값을 보였는데 이는 압축기 고회전수에서 냉각능력의 증가에 비해 압축기 소요동력의 증가가 상대적으로 더큼으로 인해 성능계수의 하락되는 것으로 판단된다. 또한 45~70Hz 정도의 중간 주파수 범위대에서 성능계수의 값이 상대적으로 높아 효율이 가장 좋은 운전조건임을 알 수 있었다.
6kW 사이로 나타났다. 압축기회전수 변화에 대한 냉각능력 변화는 선형적으로 변함을 알 수 있어 용량제어가 비교적 단순화될 수 있음을 보여주었다. 압축기회전수 변화에 따른 냉각기의 용량제어범위는 40~100% 정도로 확인되었다.

후속연구

또한 45~70Hz 정도의 중간 주파수 범위대에서 성능계수의 값이 상대적으로 높아 효율이 가장 좋은 운전조건임을 알 수 있었다. 이 결과는 향후 압축기 회전수 제어를 통한 산업용 냉각기의 용량제어 설계 시 참고가 될 수 있으리라 판단된다.
압축기고 회전수에서 증발기의 압력강하가 크며 저회전수에서는 압력강하가 작음을 확인할 수 있었는데, 증발기의 압력강하가 클수록 압축기 소요동력이 커지게 되며, 이로 인해 전체적인 냉각기의 성능계수의 하락을 이끌기 때문에 증발기의 압력강하를 줄이는 것이 필요하다. 현재 장착되어 있는 증발기 이외의 제품을 통해 압력강하를 줄이는 방향으로 향후 설계를 할 필요가 있음을 확인할 수 있었다.

참고문헌 (10)

S. M. Beak, J. H. Choi, J. Y. Byun, C. G. Moon, H. S. Lee, S. K. Jeong, and J. I. Yoon, 2009, "Characteristics of Temperature Control by Hot-gas Bypass Flow Rate on Industrial Water Cooler", Journal of the Korean Society of Marine Engineering Vol.33, No. 8, pp. 55-62.
J. H. Choi, S. M. Baek, B. J. Jin, W. J. Choi, C. G. Moon, H. S. Lee and J. I. Yoon, 2009, "Performance Characteristics of Cooler Controled Capacity Using Hot-Gas Bypass", ICHMT CONV -09 Tunisia, pp.502-505.
Cohen. R, J. F. Hamilton and J. T. Pearson, 1974 "Possible energy conservation through the use of variable-capacity compressor", Proc. Purdue Compressor Technology Cong., Purdue, USA, pp. 50-54.
Lida. K, T. Yamamoto, T. Kuroda and H. Hibi, 1982, "Development of an energy saving oriented variable-capacity system heat pump", ASHRAE Trans., No. 88, pp. 441-449.
Ischii. N, M. Yamamura, H. Morokiski, M. Fukushima, 1988, "On the superior dynamic behaviour of a variable rotating speed scroll compressor", Proc. Purdue comp. Tech. Conf. Purdue. USA, pp. 7-82.
Ischii. N, M. Yamamura. S. Muramatsy, et al., 1990, "Mechanical efficiency of a variable speed scroll compressor", Proc. Purdue comp. Tech. Conf. Purdue. USA, Vol. 1, pp. 192-199.
S. M. Beak, C. G. Moon, H. W. Kim, S. K. Jeong and J. I. Yoon, 2010, "Characteristics of Capacity Control of Variable Speed Water Cooler with the Electronic Expansion Valve Open/Close Degree", Journal of the Korean Society of Marine Engineering, Vol.34, No. 1, pp.282-288.

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D. S. Yang, G. b. Lee, M. S. Kim and Y. M. Cho, 2004, "A Study on the Capacity Modulation of a Variable Speed Vapor Compression System using Superheat at the Compressor Discharge," Proceedings of the SAREK 2004 Winter Annual Conference, p. 99.
Hua. Li, J. I. Yoon and S. K. Jeong, 2004, "Dynamic Characteristics of Refrigeration System for Control Evaporator Superheat and Compressor Capacity", The Korean Society for Power System Engineering, KSPSE The 2004 Spring Conference, pp. 170-174.
Sun Chul Kim, Dae Sun Hong and Won Jee Chung, 2004, "Temperature Control for an Oil Cooler System Using PID Control with Fuzzy Logic", Transactions of Korean Society of Machine Tool Engineers, Vol.13, No. 4, pp.87-94.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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