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문제 정의
- AC 모터를 사용할 경우에는 인버터와 같은 변환장치를 사용하여야 하기에 효율이 떨어진다. 본 연구에서는 휴대용 냉동시스템에 적용을 목표로 소형 냉동컴프레서를 설계·제작하여 압축성능과 냉동 성능을 확인함으로써 휴대용 냉동시스템으로의 적용가능성을 확인하고자 한다.
- 휴대용 냉동시스템에 적용을 목표로 소형 냉동컴프레서를 설계․제작하여 압축성능과 냉동성능을 확인함으로써 휴대용 냉동시스템으로의 적용가능성을 확인하고자 본 연구를 수행하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
제안 방법
- (1) 구조가 간단하여 소형에 적합한 롤링피스톤 방식으로 컴프레서를 설계하고 제작하였다. 후)냉매 온도를">냉매온도를 측정한다. Fig. 3의 냉동시스템에 적용된 전체 연결배관은 외부 영향을 줄이기 위해 발포고무 보온재로 단열처리 하였다.
- 개발된 컴프레서의 냉동성능을 확인하기 위해 컴프레서를 다양한 조건영역에서 운전할 수 있는 시험장치를 통해 응축온도와 증발온도 조건을 변화시키면서 각 부분의 온도와 압력, 전력 등 컴프레서의 성능을 측정하였다.
- 모터부에는 BLDC 모터에 3상의 전기적 신호를 연결하는 컨넥터와 전선이 내장되어 있으며 편심축과 롤러의 회전에 의한 진동발생을 저감하기 위해 무게추(balance weight)를 설치하였다. 무게추는 모터부와 압축부를 shell에 장착하여 롤링피스톤 컴프레서를 구동시켰을때 압축성능을 확인하고자 토출구에 압력센서를 장착하여 컴프레서 회전속도를 3000, 4500, 6000 rpm으로 회전하면서 토출압력을 25 bar까지 압축을 시키면서 압력상승속도와 압력별 소비전류를 확인하였다.
- 후)압력상승 속도는">압력상승속도는 압축부의 베인과 베인슬롯, 실린더와 롤러간의 공차가 작을수록 압력상승속도가 빨라지며 또한 컴프레서의 소비전력과 표면 마모마찰에 영향을 끼치므로 (7) 본 연구에서는 각 부분의 간극을 5 ㎛이내로 설계하였으며 이를 만족하는 구성품을 대상으로 시험에 적용하였다.
- 압축된 냉매가스의 누설에 대비하여 사용최고압인 22 bar에서의 누설시험과 사용최고압의 1.5배인 33bar에서의 내압시험을 거쳐 사용하였다.
- 후)압축 메커니즘을">압축메커니즘을 발생하는 압축부, 구동동력을 생성하는 모터부, 그리고 케이스인 shell부로 구성된다. 압축부의 형상과 구조는 현재 상용화되어지고 있는 에어컨용 컴프레서의 구조와 기존 발표된 관련 연구자료들(5, 6)을 토대로 하여 개발사양에 적합하도록 구성품 전체의 형태와 크기, 사양을 변경하여 적용하였다. 또한 컴프레서 구조가 소형화 및 후)증발 열량은">증발열량은 냉매의 유량측정에 의한 증발열량과 증발기에 설치된 히터의 소비전력량을 비교하여 확인하였다. 컴프레서의 컴프레서는 일정시간 가동후 안정화 상태를 거친후 진행하였으며 시험 후에는 적량의 오일을 주입하고 교체하였다. 후)2～7℃범위 내로">2～7℃범위내로 조절하였다. 컴프레서의 소비전력은 전원공급기를 통해 측정하였으며 컴프레서와 응축기 사이에는 R-134a용 질량유량계가 설치되어 있어 냉매유량을 측정하고 컴프레서 흡입부와 토출부에 압력센서(keller, PA-33X)를 설치하여 응축압력과 증발압력을 측정하였다. 온도센서는 후)증발 열량과">증발열량과 증발기에 설치된 히터의 소비전력량을 비교하여 확인하였다. 컴프레서의 회전속도를 3000 rpm으로 설정하고 응축온도 40℃ 조건(과냉도는 약 5℃ 기준) 에서 증발온도 5, 10, 15, 20℃에서 수행하였다.
대상 데이터
- 후)단 자핀은">단자핀은 케이스와 절연될 수 있는 글라스 대 금속봉인(Glass to metal sealing)으로 만들어진 시중품을 구매하여 용접하여 사용하였으며 흡입구와 토출구는 피팅 컨넥터를 적용하여 배관을 쉽게 결합할 수 있도록 하였다. shell 내부는 압축된 냉매가스로 가득 채워지는 고압 shell 방식이다.
- 압축부의 형상과 구조는 현재 상용화되어지고 있는 에어컨용 컴프레서의 구조와 기존 발표된 관련 연구자료들(5, 6)을 토대로 하여 개발사양에 적합하도록 구성품 전체의 형태와 크기, 사양을 변경하여 적용하였다. 또한 컴프레서 구조가 소형화 및 경량화 됨에 따라 쉽게 발생되는 진동과 소음을 우선 고려대상으로 설계에 반영하였다.
- 롤링피스톤 컴프레서에서는 회전자가 고정자 내측에 편심축과 결합되어진 내전형으로 설계되어 있다. 마그넷은 로터 중심부에 위치하며 링타입(ring-type)의 형상으로 극수는 10극이며 마그넷의 재질은 Nd-bonded 자석으로 제작되었다.
- 본 소형 컴프레서의 용량은 1 cc이며 압축부 구동원으로 BLDC 모터를 적용하였다. BLDC 모터의 장점은 DC 전원으로 구동된다는 점도 있지만 컴프레서 본 연구에서의 롤링피스톤 컴프레서는 압축메커니즘을 발생하는 압축부, 구동동력을 생성하는 모터부, 그리고 케이스인 shell부로 구성된다. 압축부의 형상과 구조는 현재 상용화되어지고 있는 에어컨용 컴프레서의 구조와 기존 발표된 관련 연구자료들(5, 6)을 토대로 하여 개발사양에 적합하도록 구성품 전체의 형태와 크기, 사양을 변경하여 적용하였다.
- 후)시험 장치도를">시험장치도를 나타낸 것이다. 시험장치로는 압력센서(sensys, 압전형타입)와 데이터 측정장치(Data Acquisition system), 전원공급기(DAP-3010)를 사용하였다. 데이터 측정장치는 하드웨어와 소프트웨어로 구성되며 하드웨어는 NI 사(National Instrument Co.
- 작동매체는 대기중의 공기(대기 상태의 압력과 20℃ 기준 편차 ±1℃이내 조건)를 사용하였다.
데이터처리
-
후)전원 공급기(DAP-3010)를">전원공급기(DAP-3010)를 사용하였다. 데이터 측정장치는 하드웨어와 소프트웨어로 구성되며 하드웨어는 NI 사(National Instrument Co., USA)의 SCXI-1000을사용하였으며 소프트웨어는 NI사의 LabVIEW프로그램을 사용하였다. 데이터
이론/모형
- 본 연구의 소형 컴프레서 압축방식은 롤링피스톤 방식으로 설계하였다. 롤링피스톤 방식은 가정용의 에어컨에 주로 적용되는 방식이며(4) 구조가 간단하여 소형에 적합하다.
성능/효과
- (2) 제작된 롤링피스톤 컴프레서의 압축부와 모터 부의 무게는 약 374 g으로 shell부를 프레스판금 또는 경량화 소재로 만든다면 더욱더 경량화 될 수 있음을 확인하였다.
-
(3) 압축성능 시험을 통해 압축부와 모터부의 구성품이 정상적으로 작동됨을 확인하였고 냉동성능시험을 통해 증발온도 증가에 따라 증발열량과 COP 가 증가됨을 확인하였다. 또한 컴프레서 소비전력과
후속연구
- 후)1(b)는">1(b) 는
- 후)증발 열량과">증발열량과 COP 가 증가됨을 확인하였다. 또한 컴프레서 소비전력과 증발열량을 열전소자의 효율과 비교할 경우, 높은 효율을 얻음으로써 컴프레서의 내구성과 신뢰성을 확보한다면 휴대용 냉동기로 충분히 적용가능하다고 판단된다.
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