[논문]R1234yf와 R134a 냉매의 이젝터를 적용한 냉동사이클 성능에 대한 해석적 연구

조홍현; 박차식

doi:10.6110/kjacr.2015.27.7.362

R1234yf와 R134a 냉매의 이젝터를 적용한 냉동사이클 성능에 대한 해석적 연구
A Numerical Study on the Performance of a Vapor Compression Cycle Equipped with an Ejector Using Refrigerants R1234yf and R134a 원문보기

설비공학논문집 = Korean journal of air-conditioning and refrigeration engineering, v.27 no.7, 2015년, pp.362 - 368

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents a numerical study on the performance of a vapor compression cycle equipped with an ejector as an expansion device to improve the COP by reducing the expansion loss and compressor work. The simulation is carried out using a model based on the conservation of mass, energy and momentum in the ejector. From the results of the simulation, the vapor compression cycle equipped with an ejector showed a maximum COP improvement of 14.0% when using R134a refrigerant and 16.8% when using R1234yf. In addition, the performance of the system with an ejector represents the increased performance as the temperature difference between condensing and evaporating increased.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구에서는 증기압축식 냉동사이클 성능 향상 방안으로 기존의 냉동사이클에 이젝터를 팽창장치로 적용한 시스템을 해석하였다. 시스템의 성능 개선 효과를 기존 R134a 냉매와 대체냉매 R1234yf 냉매 시스템을 비교분석하여 해석에 적용된 운전조건에 대하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

제안 방법

⁽¹⁰⁾ 특히, 현재 자동차용 냉매로 사용중인 R134a 냉매와도 열역하적 특성이 비슷하여 기존의 자동차용 공조시스템에도 Drop-in 적용이 가능하나, 동일한 포화온도에서 R1234yf 냉매가 R134a 냉매와 비교하여 증발잠열이 작아서 기존 시스템에 적용할 경우 성능이 떨어지는 단점이 있다.^{(11, 12)} 본 연구에서는 증기압축식 냉동사이클 성능 향상 방안으로 기존의 냉동사이클에 이젝터를 적용하여, 시스템 성능 개선의 효과를 기존 R134a 냉매와 대체냉매 R1234yf 냉매에 대하여 해석하고 운전조건 변화에 따라 성능을 비교분석하였다.

데이터처리

본 연구에서 주요 부분에서 냉매 R134a와 R1234yf의 열역학적 물성치를 이용하기 위하여 상용프로그램인 EES Ver 9.698⁽²⁰⁾을 이용하였으며 이를 활용하여 사이클 해석을 수행하였다.
10은 응축온도의 운전조건 변화에 따라서 기존 냉동사이클 성능과 이젝터를 적용한 냉동사이클의 성능을 비교하여 나타내었다. 성능 향상은 기존 시스템 대비 이젝터를 적용한 시스템의비로 표준화하여 R134a 과 R1234yf 냉매를 비교하여 나타내었다. R134a 냉매를 이젝터 시스템에 적용한 경우는 응축온도 30℃에서 14.

성능/효과

(1) 냉매 R1234yf와 R134a를 기존의 냉동사이클이과 이젝터를 적용한 냉동사이클에 동일한 운전조건으로 적용할 경우 R134a 냉매가 대체냉매 R1234yf보다 성능측면에서 우수하였다.
(2) 이젝터를 적용한 냉동사이클의 이젝터 최적면적비에서 증발기와 이젝터의 디퓨저 출구에서 승압은 R134a 와 R1234yf 냉매가 각각 36.7 kPa와 42.1 kPa 상승하였고, 반면에 압축비는 4.042와 3.631로 감소하였다.
(3) 이젝터를 적용한 냉동사이클은 기존의 냉동사이클과 비교하여 R134a 냉매는 14.0%, R1234yf 냉매는 16.8%의 최대 성능향상을 나타내어 R1234yf 냉매의 성능향상이 R134a보다 크게 나타났다.
(4) 응축온도의 운전조건 변화에 따른 기존 냉동사이클 성능과 이젝터를 적용한 냉동사이클의 성능 해석을 분석한 결과 증발기와 응축기의 온도차가 커질수록 더 큰 성능개선 효과를 나타내었다. 특히, 기존의 R134a 냉매보다 R1234yf 냉매의 경우에 더 큰 시스템 성능 개선효과를 나타내었다.

후속연구

특히, 기존의 R134a 냉매보다 R1234yf 냉매의 경우에 더 큰 시스템 성능 개선효과를 나타내었다. 따라서 향후 R134a 냉매 규제에 따른 대체냉매 R1234yf 시스템 설계시에 이젝터를 이용한 냉동사이클 시스템의 적용이 성능측면에서 유리할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	이젝터가 시스템의 성능을 향상시키는 원리는 무엇인가?	이젝터(ejector) 는 고압의 구동유체(motive nozzle)를 분사시켜 이차유체 (secondary fluid)와 운동량 교환을 하여 저압의 유체를 높은 압력으로 수송하는 장치이다. 이젝터는 기존의 팽창장치인 모세관이나 오리피스에서 발생하는 감압팽창 과정의 추력손실(expansion loss)을 압력에너지로 회수 하여 압축기 입구에서의 압력을 상승시키고, 결과적으로 압축기의 소요동력을 감소시킴으로서 시스템의 성능을 향상시키게 된다.
	이젝터는 무엇인가?	냉동사이클의 성능향상을 위한 하나의 방안으로 이젝터 사이클에 대한 연구가 진행되고 있다. 이젝터(ejector) 는 고압의 구동유체(motive nozzle)를 분사시켜 이차유체 (secondary fluid)와 운동량 교환을 하여 저압의 유체를 높은 압력으로 수송하는 장치이다. 이젝터는 기존의 팽창장치인 모세관이나 오리피스에서 발생하는 감압팽창 과정의 추력손실(expansion loss)을 압력에너지로 회수 하여 압축기 입구에서의 압력을 상승시키고, 결과적으로 압축기의 소요동력을 감소시킴으로서 시스템의 성능을 향상시키게 된다.
	이젝터 사이클이 냉동사이클의 성능 향상시킬 수 있는 이유는 무엇인가?	이젝터(ejector) 는 고압의 구동유체(motive nozzle)를 분사시켜 이차유체 (secondary fluid)와 운동량 교환을 하여 저압의 유체를 높은 압력으로 수송하는 장치이다. 이젝터는 기존의 팽창장치인 모세관이나 오리피스에서 발생하는 감압팽창 과정의 추력손실(expansion loss)을 압력에너지로 회수 하여 압축기 입구에서의 압력을 상승시키고, 결과적으로 압축기의 소요동력을 감소시킴으로서 시스템의 성능을 향상시키게 된다.

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