[논문]냉매 충진량에 따른 분리형 히트파이프 성능에 관한 실험적 연구

전성택; 조진표

doi:10.5762/kais.2015.16.3.1600

냉매 충진량에 따른 분리형 히트파이프 성능에 관한 실험적 연구
An experimental study on the performance of the separate type heat pipe in accordance with the refrigerant charge 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.16 no.3, 2015년, pp.1600 - 1604

전성택 (인천대학교 기계시스템공학부) , 조진표 (인천대학교 기계.전자 RIC)

초록
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현대 주택이 고기밀 고단열로 건축되기 때문에 에너지 절감의 이점이 있는 반면 오염된 공기로 인한 많은 부작용이 발생하고 있다. 이런 부작용을 해결하기 위해 환기장치를 사용하여 실내 공기 환경을 개선하고 있다. 본 연구에서는 폐열회수 환기장치의 일종인 히트파이프를 사용하여 작동유체 충진량 및 환기량에 따른 히트파이프의 환기성능을 시험적으로 평가하였다. 본 연구에서 사용된 히트 파이프는 환기장치에 적용이 가능하도록 분리형으로 제작되었다. 작동유체는 R22이고 유체의 충진량은 40~55(%vol.)로 5(%vol.) 단위로 충진 하였다. 환기량은 전면풍속을 기준으로 0.3~1.5m/s로 0.3 m/s 간격으로 바꿔 가며 측정하였다. 시험결과 최대 효율을 가지는 냉매 충진량이 환기량에 따라 다름을 알 수 있었고, 실험 결과 분석을 통하여 분리형 히트파이프의 환기량에 따른 최적 냉매 충진량을 찾을 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

As modern houses are constructed with high-density and high-insulation, there is benefit to reduce energy consumption, but there are many side effects raised from polluted air. To solve the problem, a ventilation system is used to improve a indoor air quality. In this research, we experimentally estimate ventilation performance of HRV(heat recovery ventilator) with heat-pipe according to working fluid filling quantity and ventilation. Heat-pipe used in this study was designated separately to be applied to a ventilation system. The working fluid was R22, which was filled from 40 to 55 (%vol.) by 5(%vol.). Ventilation based on the front velocity was measured from 0.3 m/s to 1.5 m/s by 0.3 m/s intervals. Refrigerant filling quantity with the highest efficiency was found to depend on the ventilation. From this study the optimal refrigerant filling quantity in accordance with the ventilation of the detachable heat pipes was found experimentally.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

2) 실험결과 최대 효율을 가지는 작동유체 충진량이 환기량에 따라 다름을 알 수 있었고, 환기량이 작을수록 온도교환 효율이 높게 나타났다. 본 연구를 통하여 분리형 히트파이프의 환기량에 따른 최적냉매 충진량을 찾을 수 있었다.
본 연구에서는 별도의 동력장치가 필요 없어 친환경적인 히트파이프를 사용하여 작동유체 충진량 및 환기량에 따른 분리형 히트파이프의 환기성능을 시험적으로 평가 하였다. 본 연구에서 사용된 히트 파이프는 환기장치에 적용 가능하도록 분리형으로 제작되었다.

제안 방법

공기측 온도/습도 측정은 정밀도 ± 0.01℃로 교정된 PT-100Ω 센서를 장착한 공기 취득 장치를 이용해 건구 온도와 습구 온도를 측정하였다.
4 ℃로 일정하게 유지 되도록 제어되었다. 공기측 풍량의 제어는 응축부와 증발부 히트파이프 열교환기에 풍동을 직접 연결하여 제어하였다.
본 연구에서는 별도의 동력장치가 필요 없어 친환경적인 히트파이프를 사용하여 작동유체 충진량 및 환기량에 따른 분리형 히트파이프의 환기성능을 시험적으로 평가 하였다. 본 연구에서 사용된 히트 파이프는 환기장치에 적용 가능하도록 분리형으로 제작되었다. 분리형 히트파이프식 열교환기의 내부를 진공으로 한 후에 일정한 양의 작동유체를 주입하고 고온의 열유체를 가열부로 보내면 각 가열관내의 작동유체는 증발하면서 압력이 높아지며, 증기가 증발부의 헤더에 모인 후 증기상승관을 통하여 냉각부 위 헤더에 도달한다.
본 연구에서는 분리형 히트파이프의 작동유체의 충진량을 40～55(% vol)로 5(% vol) 단위로 변화시키고, 전면 속도를 0.3～1.5m/s로 0.3 m/s 단위로 변화 시켜서 온도 교환효율과 열회수량을 시험을 통하여 측정하였으며 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
1에서 나타낸 것과 같이 멀티 노즐 방식으로 제작되었다. 열교환기 입구측 온도 측정은 공기 포집 장치를 이용해서 히트파이프 입구와 출구에서 각각 측정하였다. 작동유체의 충진은 히트파이프의 관내체적을 계산하여 냉매 실린더를 사용해서 충진 하였다.
열교환기 입구측 온도 측정은 공기 포집 장치를 이용해서 히트파이프 입구와 출구에서 각각 측정하였다. 작동유체의 충진은 히트파이프의 관내체적을 계산하여 냉매 실린더를 사용해서 충진 하였다. 작동유체의 충진량은 40～55(% vol.
풍량은 열교환기 전면 통과 풍속을 기준으로 0.3～1.5 m/s로 0.3 m/s로 5단계 바꾸어 가며 측정하였다. 풍동은 Fig.
1에 나타내었다. 항온항습으로 제어되는 2룸 챔버에 KS B 6879 열회수형 환기장치 시험 기준의 난방 조건으로 시험하였다. 히트파이프 상부 응축부와 하부 증발부의 풍량 및 온도/습도 측정은 실내측과 실외측에 구비되어 있는 풍량 측정 챔버와 온도 샘플러를 이용하여 측정하였다.
항온항습으로 제어되는 2룸 챔버에 KS B 6879 열회수형 환기장치 시험 기준의 난방 조건으로 시험하였다. 히트파이프 상부 응축부와 하부 증발부의 풍량 및 온도/습도 측정은 실내측과 실외측에 구비되어 있는 풍량 측정 챔버와 온도 샘플러를 이용하여 측정하였다. 공기측 온도/습도 측정은 정밀도 ± 0.
응축부와 증발부의 연결은 직경 1/2인치, 길이 2m 동관을 사용해 용접하여 제작하였다. 히트파이프내 진공은 고진공 시스템을 이용해서 1시간이상 충분히 진공을 유지 하였으며 작동유체 충진은 냉매실린더를 사용해서 충진 하였다.

대상 데이터

여기서 응축액의 귀환력은 냉각부를 높은 위치에 설치하여 발생하는 액위차에의해 구동력이 발생된다.[5] 분리형 히트파이프에 사용된 작동유체는 열적 특성이 우수한 R22를 사용하였다.
본 연구에서 사용된 히트파이프 열교환기 크기는 400×380×60mm(가로×세로×두께)로 3열 18단의 핀-관형 열교환기로 구성되어 있다.

이론/모형

실험 챔버의 온도는 KS B 6879 열회수형 환기장치 시험 기준의 난방 조건으로 설정 하였다. 실내측 챔버의 건구온도/습구온도는 22.
실험의 오차해석을 ANSI/ ASHRAE 37[6]에 따라 수행 하였는데 공기측 풍량 측정 오차는 ± 0.5% 이내로 나타났다.

성능/효과

1) 전면속도가 0.9m/s 보다 낮을 경우에는 작동유체 충진량이 40(%vol.)의 경우가 가장 높은 온도교환 효율 및 열회수량을 보였으며 전면속도가 0.9m/s 이상의 경우에서는 작동유체 충진량이 많을수록 커지는 결과를 보였다.
2) 실험결과 최대 효율을 가지는 작동유체 충진량이 환기량에 따라 다름을 알 수 있었고, 환기량이 작을수록 온도교환 효율이 높게 나타났다. 본 연구를 통하여 분리형 히트파이프의 환기량에 따른 최적냉매 충진량을 찾을 수 있었다.
3은 전면풍속 변화에 따른 온도교환 효율을 나타내었다. 모든 충진량에 대하여 전면풍속이 낮을 때 큰 값을 나타냈으며 전면속도 증가에 따라 점차 감소 하였다. 전면풍속이 저 풍속일 경우 작동유체의 충진량이 40(%vol.
시험결과 최대 효율 및 열회수량은 전면속도와 작동 유체 충진량에 따라 변화함을 볼 수 있었고 전면속도가 낮을 경우는 충진량이 적을수록 전면속도가 클 경우는 충진량이 많은 경우가 유리함을 알 수 있었다.
4에는 전면풍속 변화에 따른 열회수량을 나타내었다. 열회수량은 모든 충진량에서 전면풍속이 증가함에 따라 증가하는 경향을 보였는데 전면풍속이 증가함에 따라 기울기가 감소하는 것을 관찰 할 수 있었다. 전면풍속이 낮을 경우는 작동유체의 충진량이 적은 경우에서 높은 열회수량을 보이고 전면속도가 증가할수록 작동유체의 충진량이 큰 경우에서 높은 값을 나타내었다.
)일 때가 가장 높았는데 전면풍속이 증가함에 따라 역전하는 결과를 보였다. 전면풍속이 0.9 m/s ～ 1.2 m/s 사이의 결과를 보면 충진량 40(%vol.)일 경우온도교환 효율이 급격히 떨어졌으며 45(%vol.)나 50(%vol.) 보다 낮은 값을 나타내었다. 전면풍속이1.
열회수량은 모든 충진량에서 전면풍속이 증가함에 따라 증가하는 경향을 보였는데 전면풍속이 증가함에 따라 기울기가 감소하는 것을 관찰 할 수 있었다. 전면풍속이 낮을 경우는 작동유체의 충진량이 적은 경우에서 높은 열회수량을 보이고 전면속도가 증가할수록 작동유체의 충진량이 큰 경우에서 높은 값을 나타내었다. 열회수량의 경우에도 온도교환 효율과 비슷한 결과를 보이는데 전면풍속이 1.

참고문헌 (6)

Korea Air Cleaning Association, "Indoor environmental professional development training materials", pp 3-9, 2005.
Ministry of Environment, "Installation of ventilation equipment, such as a multi-use facility setting research standards", pp 203-204. 2008.
Lee, W.H., Kim, Y.B., Kim, J.H., and Kim, J.S., "Influence of Working Fluids to Heat Transfer Characteristics of the Heat Exchanger using Oscillating Capillary Tube Heat Pipe for Low Temperature Waste Heat Recovery", Korean Journal of SAREK, Vol. 12 No.7, pp. 659-666, 2000.
Gu, Y. U., Kwon, Y. H., Kim, J. S., "An experiment of Pulsating Heat pipe according to the Number of inner flow channel of Flat Tube Heat Exchanger", Proceedings of the SAREK 2013 Winter Annual Conference, pp. 073-076, 2013.
Lee, K, W "Seperate heat pipe heat exchanger" Proceedings of the SAREK 1997 Annual Conference, 31-49, 1997.
ANSI/ASHRAE Standard 37, "Standard measurement guide, engineering analysis of experimental data", ASHRAE., 2005.

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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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