[논문]운전조건 및 노즐위치에 따른 이젝터 성능특성에 관한 실험적 연구

이재준; 전용석; 김선재; 김용찬

doi:10.6110/kjacr.2015.27.5.263

운전조건 및 노즐위치에 따른 이젝터 성능특성에 관한 실험적 연구
Experimental Analysis on the Performance Characteristics of an Ejector according to Inlet Pressure and Nozzle Position 원문보기

설비공학논문집 = Korean journal of air-conditioning and refrigeration engineering, v.27 no.5, 2015년, pp.263 - 268

이재준 (고려대학교 기계공학부 대학원) , 전용석 (고려대학교 기계공학부 대학원) , 김선재 (고려대학교 기계공학부 대학원) , 김용찬 (고려대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the performance of an ejector in the refrigeration cycle was experimentally studied using R600a. The performance of the ejector is analyzed according to the inlet pressure and nozzle position. The increase in the primary nozzle pressure decreased the pressure difference across the ejector. In the low entrainment region, the increased suction flow pressure led to an increase in the pressure difference. In the high entrainment region, the pressure difference was inversely proportional to the suction pressure. The effects of nozzle position ($L_n$) were also analyzed and for $L_n<0$, the decreased suction chamber volume led to a large pressure drop with the small increase in the suction mass flow rate. For $L_n>0$, the increased $L_n$ disturbed the primary nozzle flow and thus an increase in the primary nozzle flow increased the pressure lifting effect. In contrast, the increased suction mass flow rate decreased the pressure difference. When the nozzle outlet was located at the mixing part entrance ($L_n=0$), the ejector showed the highest pressure lifting effect.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

또한 최근 소형 냉동기가 많이 개발되고 보급됨에 따라 저압냉매 및 저유량 냉동 사이클에 관한 연구가 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 저압냉매를 이용한 이젝터 사이클의 운전조건에 따른 성능특성을 고찰하고, 추가적으로 메인노즐 위치에 따른 사이클 성능을 고찰하고자 한다.
본 연구에서는 R600a를 이용한 이젝터 운전조건과 노즐의 위치에 따른 단품성능 특성에 관한 연구를 실험적으로 진행하였다. 이에 따른 단품성능 특성은 다음과 같다.
본 연구에서는 이젝터 단품성능 특성을 측정하기 위해 실험장치를 제작하였다. Fig.

제안 방법

Nehdi et al.⁽⁷⁾ 은 질량, 모멘트, 에너지 보존을 기초로 한 일차원 해석 모델을 사용하여 이젝터 사이클을 분석하였다. Varga et al.
마지막으로 카트리지 히터를 관에 삽입하여 증발기 역할을 하였으며, 이를 이용하여 이젝터와 압축기 흡입부 유체의 온도조건을 조절하였다. 각각의 온도센서와 압력센서의 위치는 Fig. 2에 표시하였으며 이를 이용하여 온도와 절대압력을 측정하였다.
압력조건과 유입비 값은 노즐목의 개도를 조절하기 위해 설치한 니들과 미터링 밸브를 이용하여 조절하였다. 노즐위치 Ln은 메인노즐 출구와 혼합부 도입부 사이의 거리를 뜻하며, -3 mm에서 +3 mm까지 3 mm 간격으로 세 가지 케이스의 실험을 수행하였다.
흡입유동은 미터링 밸브를 이용하여 냉매를 팽창시키고 유량을 조절하였다. 마지막으로 카트리지 히터를 관에 삽입하여 증발기 역할을 하였으며, 이를 이용하여 이젝터와 압축기 흡입부 유체의 온도조건을 조절하였다. 각각의 온도센서와 압력센서의 위치는 Fig.
응축기는 이중관식 열교환기를 이용하여 물과 냉매가 열교환하는 방식을 사용하였으며, 칠러를 이용해 열교환량하는 온도를 제어하여 메인유동의 압력과 열교환량을 제어하였다. 메인유동 압력은 응축기에서 열교환하는 온도 조건을 변화시키면서 조절하였다. 흡입유동은 미터링 밸브를 이용하여 냉매를 팽창시키고 유량을 조절하였다.
25 간격으로 조절 하였다. 압력조건과 유입비 값은 노즐목의 개도를 조절하기 위해 설치한 니들과 미터링 밸브를 이용하여 조절하였다. 노즐위치 Ln은 메인노즐 출구와 혼합부 도입부 사이의 거리를 뜻하며, -3 mm에서 +3 mm까지 3 mm 간격으로 세 가지 케이스의 실험을 수행하였다.
메인유동의 압력은 450 kPa에서 650 kPa까지 100 kPa 간격으로 조절하였으며, 흡입유동의 압력은 70 kPa에서 110 kPa까지 20 kPa 간격으로 조절하였다. 압축기 토출유량이 메인유량과 유입유량으로 나뉘며 이들의 흐름량을 조절하여 유입비값을 나뉘며 이들의 유량을 조절하여 유입비값을 0.25에서 0.75까지 0.25 간격으로 조절 하였다. 압력조건과 유입비 값은 노즐목의 개도를 조절하기 위해 설치한 니들과 미터링 밸브를 이용하여 조절하였다.
압축기의 용량은 15 cc이고 왕복동식 압축기를 사용하였으며, 1650 rpm으로 고정운전 하였다. 응축기는 이중관식 열교환기를 이용하여 물과 냉매가 열교환하는 방식을 사용하였으며, 칠러를 이용해 열교환량하는 온도를 제어하여 메인유동의 압력과 열교환량을 제어하였다. 메인유동 압력은 응축기에서 열교환하는 온도 조건을 변화시키면서 조절하였다.

대상 데이터

1은 이젝터의 개략도를 나타낸다. 이젝터는 메인 노즐, 흡입챔버, 혼합부, 디퓨져로 구성되어있다. 응축기에서 나온 고압의 유체가 메인노즐을 통과하며 팽창을 하게 된다.
2는 실험장치 개략도를 나타낸다. 저압 냉매를 사용하였을 때의 이젝터 단품 성능특성을 고찰하기 위해 냉매는 R600a를 사용하였다. 압축기의 용량은 15 cc이고 왕복동식 압축기를 사용하였으며, 1650 rpm으로 고정운전 하였다.

성능/효과

(1) 전체 유량이 일정한 조건에서 이젝터로 유입되는 냉매의 유량이 증가할수록 고속의 메인유동이 가지는 운동에너지의 영향이 감소하여 승압효과가 감소하게 된다. 결과적으로 유입비와 승압량과의 관계는 반비례관계를 갖게 된다.
(2) 동일 유입비 조건에서 메인유량에 따른 이젝터의 승압효과는 메인노즐로 흐르는 유량이 증가할수록 더 큰 승압효과를 가진다. 승압효과가 커질수록 압축기에서 필요한 압축비가 감소하여 소비전력이 감소하게 된다.
(4) 최적 노즐위치(Ln)는 본 연구에 사용된 이젝터에서는 0 mm일 때 이젝터가 최대 승압효과를 보이며, 이는 노즐을 통해 나오는 유체의 유로를 방해하지 않으며 최대의 흡입챔버체적 값을 가질 수 있는 조건임을 알 수 있다.
⁽²⁾은 냉동 사이클에서의 이상 이젝터의 다양한 적용사례들을 설명하였다. Ersoy and Sag⁽³⁾ 은 R134a를 이용한 냉동사이클에서 팽창장치로서의 이상 이젝터 적용가능성을 실험적으로 연구하였으며, 기존 냉동 시스템 대비 6.2～14.5% 정도의 COP 향상을 확인하였다. Chaiwongsa and Wongwises⁽⁴⁾는 R134a 를 냉매로 사용하여 노즐 출구 직경을 2.
결과적으로 메인유동에 따른 이젝터 승압효과를 살펴보면 메인노즐로 흐르는 유량이 증가할수록 더 큰 승압효과를 가진다는 것을 알 수 있다. 이는 압축기에서 소비되는 소비전력의 감소로 이어지고 사이클에 흐르는 유량 또한 증가하게 되어 전체적인 이젝터 사이클의 COP가 상승하게 된다.
결과적으로 흡입유량에 따른 이젝터 승압효과를 살펴보면 흡입유량이 증가할수록 흡입챔버에서 발생하는 압력강하가 커지고, 이를 줄이기 위해선 더 큰 흡입챔버의 체적이 요구된다는 것을 알 수 있다. 또한 흡입유량의 영향이 커질수록 메인유동과 혼합된 유체가 가지는 운동에너지가 감소하기 때문에 승압효과는 더욱더 감소하게 된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	이젝터는 유체상태에 따라 무엇으로 나뉘는가?	이젝터는 크게 이젝터 내의 유체상태에 따라 단상 (single-phase) 이젝터와 이상(two-phase) 이젝터로 나뉜다.(1) Sumeru et al.
	메인유동과 흡입유동의 압력이 고정되어 있는 상태에서 유입비가 증가함에 따라 승압량은 감소하는 경향을 보이는 이유는?	메인유동과 흡입유동의 압력이 고정 되어 있는 상태에서 유입비가 증가함에 따라 승압량은 감소하는 경향을 보인다. 그 이유는 유입비가 증가할수록 메인유동의 영향이 감소하기 때문이다. 고속의 메인유동이 가지는 운동 에너지가 감소하기 때문에 이 젝터 출구에서의 압력회복량이 적어지고 결과적으로 승압량은 감소하게 된다.
	승압량이란 무엇인가?	승압량(Pressure difference, Pdiff)은 이젝터 출구 압력과 흡입유동 압력과의 차이를 의미하며 식(1)과 같이 나타낸다. 승압비(Pressure lifting ratio, PLR)는 흡입유동 압력대비 승압량의 비를 의미하며 식(2)와 같다.

참고문헌 (10)

Naduvath, M. N. V., 1999, Investigation of single and two-phase flow ejectors, Ph.D. Thesis, University of Maryland, East Adelphi, MD, U.S.A.
Sumeru, K., Nasution, H., and Ani, F. N., 2012, A review on two-phase ejector as an expansion device in vapor compression refrigeration cycle, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 16, pp. 4927-4937.

상세보기
Ersoy, H. K. and Sag, N. B., 2014, Preliminary experimental results on the R134a refrigeration system using a two-phase ejector as an expander, International Journal of Refrigeration, Vol. 43, pp. 97-110.

상세보기
Chaiwongsa, P. and Wongsies, S., 2008, Experimental study on R-134a refrigeration system using a twophase ejector as an expansion device, Applied Thermal Engineering, Vol. 28, pp. 467-477.

상세보기
Bilir, N. and Ersoy, H. K., 2009, Performance improvement of the vapour compression refrigeration cycle by a two-phase constant area ejector, International Journal of Energy Research, Vol. 33, pp. 469-480.

상세보기
Sarkar, J., 2010, Geometric parameter optimization of ejector-expansion refrigeration cycle with natural refrigerants, International Journal of Energy Research, Vol. 34, pp. 84-94.

상세보기
Nehdi, E., Kairouani, L., and Bouzaina, M., 2007, Performance analysis of the vapour compression cycle using ejector as an expander, International Journal of Energy Research, Vol. 31, pp. 364-375.

상세보기
Varga, S., Lebre, P. M. S., and Oliveira, A. C., 2013, CFD study of a variable area ratio ejector using R600a and R152a refrigerants, International Journal of Refrigeration, Vol. 36, pp. 157-165.

상세보기
Lucas, C., Rusche, H., Schroeder, A., and Koehler, J., 2014, Numerical investigation of a two-phase CO2 ejector, International Journal of Refrigeration, Vol. 43, pp. 154-166.

상세보기
Li, D. and Groll, A., 2005, Transcritical $CO_2$ refrigeration cycle with ejector-expansion device, International Journal of Refrigeration, Vol. 28, pp. 766-773.

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증