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공기사이클 냉동시스템의 성능해석
Performance Analysis of an Air-Cycle Refrigeration System 원문보기

설비공학논문집 = Korean journal of air-conditioning and refrigeration engineering, v.24 no.9, 2012년, pp.671 - 678  

원성필 (울산대학교 기계공학부)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The objective of this study is to analyze theoretically the performance of an open air-cycle refrigeration system in which environmental concerns increase. The pressure ratio of the external compressor and efficiencies of the components that compose of the system are selected as important parameters...

주제어

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문제 정의

  • 9에서처럼 외부 압축기와 ACM 압축기 사이에 열교환기를 추가로 장착할 수 있다. 기본적인 변화 경향은 두 개의 열교환기가 있을 때도 같을 것이므로 주요 결과만 비교해 보자. Fig.
  • 이상의 연구결과들을 종합적으로 검토해보면 해석 조건이나 실험 조건들에 따라 성능계수에 영향을 미치는 변수의 중요도가 다소 상이하며, 각 구성요소의 상대적인 중요성에 대한 비교결과가 미흡한편이며, 열역학 제 2법칙에 입각한 비교분석도 이루어지지 않았다. 따라서 본 연구는 그러한 미비점을 보완하는 데 주목적이 있으며, 일반 냉동 및 공기조화에 공기사이클 냉동의 적용 가능성을 평가하고자 한다. 본 연구에서는 항공기용 공기조화 장치의 해석(8-10)에서 보듯이(Fig.
  • 본 논문은 2010년도 울산대학교 연구비 지원에 의해 수행되었으며, 이에 감사드리는 바이다.
  • 본 연구는 요즈음 환경 문제로 관심이 증대되고 있는 공기사이클 냉동시스템을 일반 냉동이나 공조시스템에 적용할 때의 성능을 해석한 것이다. 압축기를 외부 압축기와 ACM 압축기로 분리하고 ACM 압축기의 소요 동력이 터빈 출력과 같다는 제한 조건 하에서 계산을 수행하였다.
  • 이 경우 외부 압축기의 압력비가 매우 중요한 성능변수가 되는 데, 대부분의 기존의 연구에서 간과한 부분이다. 아울러 각 구성요소의 상대적인 중요도를 평가하고, 열역학 제 2법칙에 입각한 해석도 수행하며, 엔트로피 생성률과 성능계수와의 상관관계 등을 최종적으로 검토하여 효율증진 방안을 모색하고자 한다. 또한 두 개의 열교환기를 사용했을 때의 결과도 추가로 분석할 것이다.

가설 설정

  • (3) 외부 압력비가 크게 세팅될수록 관계되는 효율이 작아도 된다. 즉 효율이 작은 장치들로 시스템을 구성하려 한다면 외부 압축기의 압력비를 크게 세팅해야 요구되는 냉각온도를 얻을 수 있다.
  • 압력강하는 고려하지 않는다.
  • 압축기와 터빈은 잘 단열되어 있다.
  • 본 연구는 요즈음 환경 문제로 관심이 증대되고 있는 공기사이클 냉동시스템을 일반 냉동이나 공조시스템에 적용할 때의 성능을 해석한 것이다. 압축기를 외부 압축기와 ACM 압축기로 분리하고 ACM 압축기의 소요 동력이 터빈 출력과 같다는 제한 조건 하에서 계산을 수행하였다. 해석 결과 다음과 같은 결론을 내릴 수 있다.
  • 외부 압축기의 압력비 변화에 대한 성능 변화를 보기 위한 것이므로, 각종 효율은 모두 1로 가정하고 계산을 수행하였다. 즉
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
지난 50년 이상 항공기용 공기조화 장치로 사용된 기술은 무엇인가? 지난 50년 이상 항공기용 공기조화 장치로 공기 사이클 냉동기술이 독점적으로 적용되었기 때문에그 분야에서는 상당한 연구결과가 축적되어 있으나, 일반 냉동이나 공기조화용으로는 거의 사용되지 않았기 때문에 이에 대한 연구 자료는 매우 미흡하다. Bhatti(2)는 공기사이클 냉동시스템을 차량용 공기조화 장치에 적용했을 때의 성능을 이론적 으로 광범위하게 분석하고 온난화지수를 기존장치와 비교하였다.
공기사이클 냉동시스템의 냉각효과가 없어지는 조건은 무엇인가? 이 되며, 최종 온도가 최초 온도보다 높게 된다면 당연히 냉각효과는 없다. 마지막으로 성능계수 COP 는 소요 동력에 대한 냉각률의 비로 나타낼 수 있으며, 다음과 같이 정의된다.
공기 사이클 냉동기술에 관해 Bhatti는 어떤 연구를 진행하였는가? 지난 50년 이상 항공기용 공기조화 장치로 공기 사이클 냉동기술이 독점적으로 적용되었기 때문에그 분야에서는 상당한 연구결과가 축적되어 있으나, 일반 냉동이나 공기조화용으로는 거의 사용되지 않았기 때문에 이에 대한 연구 자료는 매우 미흡하다. Bhatti(2)는 공기사이클 냉동시스템을 차량용 공기조화 장치에 적용했을 때의 성능을 이론적 으로 광범위하게 분석하고 온난화지수를 기존장치와 비교하였다. Spence et al.
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참고문헌 (10)

  1. Kim, Y. M., 2005, Air cycle refrigeration technology, Journal of the KSME, Vol. 45, No. 8, pp. 23-25. 

  2. Bhatti, M. S., 1998, Open air cycle air conditioning system for motor vehicles, SAE Paper No. 980289. 

  3. Spence, S. W. T., Doran, W. J., and Artt, D. W., 2004, Design, construction and testing of an air-cycle refrigeration system for road transport, Int. J. of Refrigeration, Vol. 27, pp. 503-510. 

  4. Spence, S. W. T., Doran, W. J., Artt, D. W., and McCullough, G., 2005, Performance analysis of a feasible air-cycle refrigeration system for road transport, Int. J. of Refrigeration, Vol. 28, pp. 381-388. 

  5. Wang, X. and Yuan, X., 2007, Reuse of condensed water to improve the performance of an air-cycle refrigeration system for transport applications, Applied Energy, Vol. 84, pp. 874-881. 

  6. Kim, J. J. and Kim, T. S., 2006, Design parameter analysis of a reverse Brayton cycle refrigerator using natural working fluids, Proceedings of the SAREK winter conference, pp. 410-415. 

  7. Kim, J. J. and Kim, T. S., 2007, Proceedings of the SAREK summer conference, pp. 127-132. 

  8. Figliola, R. S. and Tipton, R., 2000, An exergybased methodology for decision-based design of integrated aircraft thermal systems, SAE Paper No. 2000-01-5527. 

  9. Conceicao, S. T. and Turcio, W. H. L., 2007, Thermodynamic study of aircraft air conditioning air cycle machines : 3-wheel x 4-wheel, SAE Paper No. 2007-01-2579. 

  10. Zhao, H., Zhu Y., and Chen S., 2009, Experimental study on the performance of an aircraft environmental control system, Applied Thermal Engineering, Vol. 29, No. 16, pp. 3284-3288. 

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