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R-404A를 사용하는 소프트 아이스크림 제조기의 냉매 충전량 및 팽창 밸브 개도 최적화
Optimization of the Refrigerant Charge and the Expansion Valve Opening for the Soft Ice Cream Machine Using R-404A 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.17 no.8, 2016년, pp.728 - 734  

김내현 (인천대학교 기계공학과)

초록
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최근 들어 국민 식생활 문화가 개선되고 생활수준이 향상됨에 따라 소프트 아이스크림, 슬러시와 같은 일회용 냉동 유제품의 소비가 급증하고 있다. 이들 냉동 유제품은 소형 냉동 시스템에서 만들어진다. 소프트 아이스크림 제조기의 냉매로 그간 R-502가 주로 사용되어 왔으나 오존층 파괴와 관련하여 R-404A로 대체되고 있다. 본 연구에서는 냉각기 체적 2.8 리터인 R-404A를 사용하는 소프트 아이스크림 제조기에 대하여 최적화와 성능평가를 수행하였다. 최적화는 적정 냉매량 및 팽창 밸브의 개도를 찾는데 주안점을 맞춰 수행되었다. 최적 조건에서 아이스크림 제조 시간은 10분 5초, COP는 0.57로 나타났다. 이 제품에 대하여 무 간격 연속 판매 시험, 30초 간격 연속 판매 시험, 극한 시험을 수행하여 성능을 평가하였다. 무 간격 연속 판매는 20개까지 가능하였고 30초 간격 연속 판매는 무한대로 가능하였다. 또한 여름철 및 겨울철 환경에도 아이스크림 판매가 가능한 것으로 나타났다. 본 연구 결과는 냉동식품 제조기를 비롯한 여타 냉동 사이클의 최적화에도 활용될 수 있을 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The improvements of living and lifestyle have led to the increased sales of frozen milk products, such as soft ice cream or slush. These frozen milk products are commonly made in small refrigeration machines. R-502, which has long been used as the refrigerant in soft ice cream machines, is being rep...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 증발 온도, 응축 온도, 냉매 순환량으로부터 적절한 압축기, 팽창 장치를 선정하고 응축기, 냉각기를 설계한다. 각 부품들로 사이클이 구성되면 팽창장치의 개도, 냉매 충전량의 최적화를 수행한다. 본 연구에서는 R-404A용 소프트 아이스크림 제조기 기본 설계[1]로부터 구현된 냉동 시스템에 대해 팽창장치의 개도, 냉매 충전량의 최적화를 수행하였다.
  • 소프트 아이스크림 제조기의 성능 평가에 대해서는 별도의 규격이 존재하지 않는다. 따라서 아이스크림 제조기 업체에서 자체 규격을 개발하였다.[1] 성능 평가는 무 간격 연속 판매 시험, 30초 간격 연속 판매 시험, 극한 시험으로 구성된다.
  • 각 부품들로 사이클이 구성되면 팽창장치의 개도, 냉매 충전량의 최적화를 수행한다. 본 연구에서는 R-404A용 소프트 아이스크림 제조기 기본 설계[1]로부터 구현된 냉동 시스템에 대해 팽창장치의 개도, 냉매 충전량의 최적화를 수행하였다.

가설 설정

  • 최근 들어 국민 식생활 문화가 개선되고 생활수준이 향상됨에 따라 소프트 아이스크림, 슬러시와 같은 일회용 냉동 유제품의 소비가 급증하고 있다.[1] 이들 냉동 유제품은 소형 냉동 시스템에서 만들어진다. Fig.
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참고문헌 (11)

  1. H.-C. Park, "Development of an Ice-Cream Machine for R-404A," Final Report to ITEP, CFC Alternative Material Development Program, Se-A E&C, 2006. 

  2. W. F. Stoecker, J. W. Jones, "Refrigeration and Air Conditioning," 2nd Ed., McGraw-Hill Pub., 1983. 

  3. R. W. Hartel, "Ice Crystallization During the Manufacture of Ice Cream," Trends in Food Science and Technology, vol. 7, pp. 315-321. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/0924-2244(96)10033-9 

  4. M. B. Lakhdar, R. Cerecero, G. Alvarez, J. Guilpart, D. Flick, A. Lallemand, " Heat Transfer with Freezing in a Scraped Surface Heat Exchanger," Applied Thermal Engineering, vol. 25, pp. 45-60, 2005. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2004.05.007 

  5. L. Saraceno, G. Boccardi, G. P. Celata, R. Lazzarini, R. Trinchieri, "Development of Two Heat Transfer Correlations for a Scrapted Surface Heat Exchanger in an Ice Cream Machine," Applied Thermal Engineering, vol. 31, pp. 4106-4112, 2011. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2011.08.022 

  6. D. S. Martinez, J. P. Solano, F. Illan, A. Viedma, "Analysis of Heat Transfer Phenomena During Ice Slurry Production in Scraped Surface Plate Heat Exchangers," Int. J. Refrig., vol. 48, pp. 221-232, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2014.07.020 

  7. H.-W. Byun, J.-W, Lee, N.-H. Kim, "Heat Transfer Characteristics in the Evaporator of the Ice Cream Maker," Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society, vol. 13, no. 4, pp. 1466-1473, 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2012.13.4.1466 

  8. UNEP, "Montreal Protocol on Substances That Deplete the Ozone Layer," United Nation Environmental Programme, 1987. 

  9. A. Arora, S. C. Kaushik, "Theoretical Analysis of a Vapor Compression Refrigeration System with R-502, R-404A and R-507A," Int. J. Refrig., vol. 31, no. 6, pp. 998-1005, 2008. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2007.12.015 

  10. J. M. Calm, G. C. Hourahan, "Refrigerant Data Summary," Engineering Systems, vol. 18, no. 11, pp. 74-88, 2001. 

  11. ASHRAE Handbook, 1997 Fundamentals, ASHRAE, 1997. 

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