본 판형 핀-관형 응축기는 기존의 냉장고에 적용돼오던 원형 핀 콘덴서보다 약 30 % 정도 가벼운 무게를 갖는다. 가벼운 무게는 곧 재료비 줄임을 의미하기 때문에 동일한 성능만 구현된다면, 관련 산업발전에 큰 영향을 줄 수 있다. 이러한 판형-핀 열교환기가 적용된 가정용 냉장고 응축기의 실용화 가능성을 조사하기 위해 실험적인 연구가 수행된다. 실험평가에는 원래 적용돼오던 원형 핀-관 열교환기를 포함하여 총 네 가지 유형의 열교환기가 사용되며, 실제 가정용 냉장고와 비슷한 운전 상태를 제공하는 정교한 냉매공급 장치가 이용되고, 각 실험 시료에 대해 열전달율과 공기측 압력손실 등이 정밀하게 측정된다. 실험결과, 판형 핀-관 열교환기의 열전달 성능은 기존의 원형 핀-관 열교환기보다 13% 이상 작은 것으로 나타났으나, 공기측 유로압력손실이 작고 단위질량당 열전달률이 우수한 것으로 나타났으며, 공기유속 증가와 유로 변경과 같은 최적화에 의한 동일 성능 구현의 가능성을 보여주는 것으로 나타났다.
본 판형 핀-관형 응축기는 기존의 냉장고에 적용돼오던 원형 핀 콘덴서보다 약 30 % 정도 가벼운 무게를 갖는다. 가벼운 무게는 곧 재료비 줄임을 의미하기 때문에 동일한 성능만 구현된다면, 관련 산업발전에 큰 영향을 줄 수 있다. 이러한 판형-핀 열교환기가 적용된 가정용 냉장고 응축기의 실용화 가능성을 조사하기 위해 실험적인 연구가 수행된다. 실험평가에는 원래 적용돼오던 원형 핀-관 열교환기를 포함하여 총 네 가지 유형의 열교환기가 사용되며, 실제 가정용 냉장고와 비슷한 운전 상태를 제공하는 정교한 냉매공급 장치가 이용되고, 각 실험 시료에 대해 열전달율과 공기측 압력손실 등이 정밀하게 측정된다. 실험결과, 판형 핀-관 열교환기의 열전달 성능은 기존의 원형 핀-관 열교환기보다 13% 이상 작은 것으로 나타났으나, 공기측 유로압력손실이 작고 단위질량당 열전달률이 우수한 것으로 나타났으며, 공기유속 증가와 유로 변경과 같은 최적화에 의한 동일 성능 구현의 가능성을 보여주는 것으로 나타났다.
A plate-fin tube type heat exchanger has a lighter weight, approximately 30%, than the conventional circular-fin type condenser of household refrigerator. Because the low weight means low cost, it can have significant effects on the growth of related businesses if similar performance can be guarante...
A plate-fin tube type heat exchanger has a lighter weight, approximately 30%, than the conventional circular-fin type condenser of household refrigerator. Because the low weight means low cost, it can have significant effects on the growth of related businesses if similar performance can be guaranteed. To check the possibility of the use of such a plate fin-tube condenser, experimental evaluations were performed in this study. Four different condensers including a conventional circular fin-tube condenser were used for the test. A well designed refrigerant supply system was used to supply similar conditions with a refrigerator, and the heat transfer rate and pressure drops of air side were measured precisely. As a result, the plate fin-tube type condensers showed a lower heat transfer rate of more than 13% than the conventional circular fin-tube type condenser, but the air side pressure drop was reduced and the heat transfer per unit weight was increased. Therefore, it shows the possibility of the use of a plate fin-tube type condenser after optimizing the air flow path and increasing the air flow to make a similar heat transfer rate.
A plate-fin tube type heat exchanger has a lighter weight, approximately 30%, than the conventional circular-fin type condenser of household refrigerator. Because the low weight means low cost, it can have significant effects on the growth of related businesses if similar performance can be guaranteed. To check the possibility of the use of such a plate fin-tube condenser, experimental evaluations were performed in this study. Four different condensers including a conventional circular fin-tube condenser were used for the test. A well designed refrigerant supply system was used to supply similar conditions with a refrigerator, and the heat transfer rate and pressure drops of air side were measured precisely. As a result, the plate fin-tube type condensers showed a lower heat transfer rate of more than 13% than the conventional circular fin-tube type condenser, but the air side pressure drop was reduced and the heat transfer per unit weight was increased. Therefore, it shows the possibility of the use of a plate fin-tube type condenser after optimizing the air flow path and increasing the air flow to make a similar heat transfer rate.
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가설 설정
3 %로 제시된다. 공기의 정압비열 물성치에 대한 불확도는 0.3%로 가정하였다. 공기측 온도차는 저항 온도계 (RTD)를 사용하였으며 ±0.
1%의 정밀도를 가진다. 냉매측 엔탈피는 물성치에 대한 오불확도로 0.3%로 가정하였다. 위 조건에서의 냉매측 열전댤량에 대한 불확도는 모든 열교환기에서 0.
제안 방법
가정용 냉장고에 사용되는 응축기 1종류와 무게가 30% 정도 감소된 열교환기 3종류에 대하여 냉장고 작동상태 조건을 일정하게 유지하도록 구현된 냉매공급 장치를 활용하여 실험 평가하여 얻은 결론은 다음과 같다.
그 이유는 냉장고에 응축기가 장착된 상태에서 전제 냉동 사이클 성능시험이 주로 평가되기 때문인 것으로 여겨지는데, 제품에 서로 다른 응축기를 장착하여 시험하게 되면, 그때 마다 사이클 평형점이 달라져 동일한 조건에서의 응축기 성능검토가 어렵게 된다. 본 연구에서는 Park[3]이 개발한 냉매공급 장치를 활용하여 실제 운행조건과 비슷한 실험조건을 유지한 상태에서, 총 네 가지의 냉장고 응축기들의 성능을 측정하고 비교 분석한다.
4의 시험 장치를 이용했다. 시험 열교환기는 흡입식 풍동형 테스트의 섹션(test section)에 설치되어 있으며, 공기측의 열누설량을 최소화 하기 위하여 풍동 전체를 단열하였다.
실험데이터는 유입공기의 온도와 속도 그리고 냉매의 입구온도와 유량, 압력 등이 정상상태에 도달한 후, 공기와 냉매 온도변동이 ±0.5 ℃ 이내로 안정되면 공기의 질량유량, 입출구 온도, 입출구 압력차 그리고 냉매의 질량유량, 압력, 입출구 온도 등이 30분간 30초 간격으로 획득된다.
5는 작동유체인 R-134a를 사용한 냉매 공급 회로이다. 열교환기의 냉매를 제어하기 위하여 열교환기 입출구에 밸브를 장착하였고, Heater_1과 Heater_2를 사용하여 냉매의 입구 과열도를 조절하였으며, Receiver에 히터를 장착하여 냉매 회로의 압력을 조절하였다. 펌프입구에서 냉매상태를 액상으로 유지하기 위하여 Receiver에 저장된 냉매는 냉동기로 냉각된다.
대상 데이터
본 실험연구에 사용되는 열교환기는 총 4종으로써 원형 핀-관 열교환기 1종과 무게가 30% 정도 적은 비용저감용 판형 핀-관 열교환기 3종이다. 원형 핀-관 열교환기는 외경 5 mm, 내경 4 mm로 제작된 강관에 지름이 17 mm이고 핀 피치가 7.
성능/효과
(1) 시험 열교환기의 열전달량은 기존의 원형 핀-관응축기가 가장 높은 성능을 보였고, 판형 핀-관 응축기 중에서는 Sample_3 가 원형 핀-관 열교환기 대비 87 %정도의 열전달량 성능이 측정되었으며, 세 개의 판형-핀시료 중에서 단위질량당 열전달량이 가장 큰 것으로 나타났다.
(3) 공기측 유동압 변화율에 대한 열전달률과 변화율의 비를 비교한 결과, Sample_1과 Sample_2가 우수한 것으로 나타났다. 이는 공기의 유량을 늘려 원형 핀-관 열교환기 수준의 압력강하가 되었을 때 열전달량이 늘어날 수 있다는 것을 의미하므로 유량증가와 이에 따른 유로와 핀의 최적화에 대한 추가적인 연구가 기대된다.
후속연구
(3) 공기측 유동압 변화율에 대한 열전달률과 변화율의 비를 비교한 결과, Sample_1과 Sample_2가 우수한 것으로 나타났다. 이는 공기의 유량을 늘려 원형 핀-관 열교환기 수준의 압력강하가 되었을 때 열전달량이 늘어날 수 있다는 것을 의미하므로 유량증가와 이에 따른 유로와 핀의 최적화에 대한 추가적인 연구가 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
circular-fin tube type을 대체해 plate-fin tube type 응축기가 냉장고에 사용된다면 어떠한 효과를 얻을 수 있는가?
1(b)와 같은 plate-fin tube type 응축기는 같은 공간에서 재료비가 30% 정도 절감되는 특징이 있다. 후자의 열교환기가 같은 작동조건에서 전자의 열교환기와 같은 성능을 보인다면 냉장고 응축기에 대해 30%의 원가 절감을 기대할 수 있게 된다.
냉장고 응축기 내부의 온도는 작동유체의 유무에 따라 어떠한가?
냉장고 응축기 내부에서는 냉매가 상변화가 일어나고 일정부분 관로 손실이 있기 때문에 냉매가 흐르는 경로에 따라 온도가 일정하게 유지되는 반면, 물이나 글레세린과 같은 작동유체가 사용되는 경우에 응축기의 관내 온도는 계속적으로 강하되므로 온도 특성이 서로 달라진다. 이에 따라 Park[3]은 여러 조건으로 열교환기에 냉매를 공급할 수 있는 정밀한 냉매 공급 장치를 개발하고 연구에 활용하였다.
판 핀-관 열교환기의 열전달계수에 영향을 주는 요소는 무엇인가?
Jang[1]등은 판 핀-관 열교환기의 판상에 가공되는 vortex generator의 형상에 따라 열전달계수가 향상될 수 있음을 보였고, Lee[2]등은 냉장고 조건에서 열교환기 단품시험을 구현하고자 하였다. 그러나 첫 번째 연구는 Fig.
참고문헌 (3)
J.Y. Jang et al., Optimization of the span angle and location of vortex generators in a plate-fin and tube heat exchanger, International Journal of Heat and Mass Transfer 67, pp. 432-444, 2013 DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2013.08.028
M.Lee et al,, Air-side heat transfer characteristics of spiral-type circular fin-tube heat exchangers, International Journal of Refrigeration, pp. 313-320, 2010 DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2009.09.019
Junkwon Park, A study on the capacity estimation for the compact evaporator of refrigerators, Master thesis, Department of mechanical Engineering Pahang University of Science and Technology, Pohang, Korea, 2005.
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