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R744-R410A용 이원 냉동시스템 성능 특성
Performance Characteristics of Cascade Refrigeration System Using R744 and R410A 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.14 no.4, 2013년, pp.1548 - 1554  

구학근 (동명대학교 냉동공조공학과)

초록
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본 논문은 R744-R410A용 이원 냉동시스템의 작동변수에 대한 기초 설계자료를 제공하고자 이원 냉동시스템의 성능 특성을 분석한 것이다. 이원 냉동시스템의 성능은 EES 프로그램을 이용하여 분석하였다. 작동변수로는 R410A용 고온사이클과 R744용 저온사이클의 압축기효율, 응축과 증발온도이다. 이원 냉동사이클의 응축온도가 감소할수록 이원 냉동사이클의 COP는 증가하며, 증발온도가 증가할수록 COP가 증가함을 알 수 있다. 또한, 이원 냉동사이클의 압축효율이 증가할수록 COP가 증가한다. 그러므로 압축효율, 증발온도, 응축온도 등의 인자들이 R410A와 R744용 이원 냉동사이클의 COP에 영향을 주는 것을 알 수 있다. 그리고 이 이원 냉동사이클은 각각의 변수들에서 최고 효율을 가지는 캐스케이드 증발온도가 존재함을 알 수 있다. 따라서 이러한 인자들을 고려하여 R410A와 R744용 이원 냉동사이클을 설계하는 것은 중요하다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents the analysis on performance characteristics of R744-R410A cascade refrigeration system to offer the basic design data for the operating parameters of this system. The performance of cascade refrigeration system is analyzed by using EES program. The operating parameters include co...

주제어

#Cascade refrigeration system   #Performance analysis   #R410A   #R744   #Vapor compression system  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 고온부에는 R410A 냉매를, 저온부에는 R744 냉매를 적용한 이원 냉동사이클의 성능에 미치는 인자들을 이론적으로 파악 및 분석하고, 이를 통해 이원 냉동시스템의 최적 설계를 위한 기초자료를 제공하고자 한다.
  • 지금까지 R410A와 R744용 이원 냉동사이클의 성능에 영향을 미치는 압축효율, 증발온도, 응축온도 등의 인자들에 대해서 살펴보았다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다.

가설 설정

  • ∙ 운동에너지와 위치에너지의 변화는 없는 것으로 가정한다.
  • ∙ 저온과 고온사이클내 열교환기(증발기, 응축기, 이원 열교환기)내의 냉매 압력강하와 열손실은 무시한다.
  • ∙ 저온과 고온사이클의 팽창밸브내 냉매는 단열팽창인 등엔탈피과정이다.
  • 본 논문에서 사용되는 냉매의 열역학적 물성치와 성능 분석은 EES(Engineering Equation Solver)[8] 소프트웨어를 이용하여 계산하였다. 고온사이클에는 R410A 냉매를, 저온사이클에는 R744 냉매를 적용한 이원 냉동시스템의 성능 분석을 위해 다음과 같이 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
프레온계 냉매의 환경오염을 통해 대두되고 있는 자연 냉매는 무엇이 있는가? 그러나 프레온계 냉매는 오존층 파괴와 지구온난화로 인해 사용이제한되기 때문에, 환경에 영향을 최소화하는 자연냉매에 대한 관심이 대두되었다. 대체 냉매로써 고온사이클에는 R290, R717과 같은 자연 냉매가 사용되며, 저온사이클에는 R744 등과 같은 자연 냉매들이 대두되고 있다.
일반적으로 저온용 냉동장치는 어떤 사이클을 이용하는가? 일반적으로 저온용 냉동장치에는 다단 압축 사이클이나 이원 냉동사이클이 사용된다[1-3]. 그러나 단일 냉매를 사용하는 다단 증기 압축 냉동장치는 높은 압력비로 인해 저열원으로부터 고열원으로 열을 보내는데 에너지 소비가 많으므로, 이원 냉동시스템을 사용하는 것이 유리 하다.
이원 냉동사이클의 고온과 저온 사이클에는 어떤 냉매가 사용되는가? 그러나 단일 냉매를 사용하는 다단 증기 압축 냉동장치는 높은 압력비로 인해 저열원으로부터 고열원으로 열을 보내는데 에너지 소비가 많으므로, 이원 냉동시스템을 사용하는 것이 유리 하다. 기존의 이원 냉동사이클의 고온사이클에는 R22, R134a와 같은 고비점 냉매를, 저온사이클에는 R23, R115와 같은 저비점 냉매를 사용하고 있다. 이와 같은 프레온계 냉매는 열역학적 특성으로 인해 증기 압축 냉동시스템에서는 가장 효율적인 작동을 할 수 있다.
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참고문헌 (8)

  1. Sawalha, S., 2005. Using $CO_2$ in supermarket refrigeration. ASHRAE J. 47 (8), pp. 26-30, 2005. 

    상세보기

  2. Wilson, I. and Maier, D., 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. Park, S. N. and Kim, M. S., Performance of autocascade refrigeration system using carbon dioxide and R134a, Korea Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, Vol. 11, No. 6, pp. 880-890, 1999. 

  4. Bansal, P. K. and Jain, S., Cascade systems: past, present, and future. ASHRAE Trans. 113 (1), pp. 245- 252, 2007. 

  5. Winkler, J. M., Aute, V., Radermacher, R., Shapiro, D., Simulation and Validation of a R410A/ $CO_2$ cascade refrigeration system. Proceedings of the international refrigeration and air conditioning conference at Purdue. 12 (1), 2273, 2008. 

  6. Rees, B., Rohrer, C., Shapiro, D., Trachta, J., Performance testing and comparison of liquid overfeed and cascade $CO_2$ systems with R410A primary. International congress of refrigeration. 22, ICR07-B2-123, 2007. 

  7. Knudsen, H. J. H., Pachai, A. C., Energy Comparisons between carbon dioxide cascade systems and state of the art R410A systems. Refrigeration science and technology. 01511637(2), P10, 2004. 

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

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