최근 들어 가정용 공조기가 겨울철에 히트 펌프로도 사용된다. 이 때 실외기는 저온의 외기와 열전달을 하며 관내의 냉매를 증발시킨다. 반면 여름철에 냉방기로 사용될 경우 실외기는 고온의 외기와 열전달을 통해 관 내의 냉매를 응축시킨다. 즉, 동일한 열교환기가 여름철에는 응축기로, 겨울철에는 증발기로 사용되고 외기 조건도 겨울철의 저온에서 여름철의 고온까지 넓은 범위에 놓이게 된다. 본 연구에서는 표준 설계 온도 조건에서 얻어진 j와 f 인자가 저온 운전 시에도 무리없이 적용 가능한지를 실험을 통하여 확인하였다. 이를 위하여 2열 루버 핀-관 열교환기에 대하여 외기 온도를 변화시키며 일련의 실험을 수행하였다. 또한 관 내측의 브라인의 유량이 미치는 영향도 살펴보았다. 실험 결과 외기의 온도 변화가 j와 f 인자에 미치는 영향은 무시할 만 하였다. 모든 j와 f 인자는 각각 9%, 3% 내에서 일치하였다. 따라서 표준 조건에서 얻어진 j와 f 인자를 저온 조건에 사용하여도 무리가 없다고 판단된다. 또한 관 내측 유량 변화가 j와 f 인자에 미치는 영향이 미미한 것으로 미루어 관 내측 상관식의 적용이 적절하다고 판단된다.
최근 들어 가정용 공조기가 겨울철에 히트 펌프로도 사용된다. 이 때 실외기는 저온의 외기와 열전달을 하며 관내의 냉매를 증발시킨다. 반면 여름철에 냉방기로 사용될 경우 실외기는 고온의 외기와 열전달을 통해 관 내의 냉매를 응축시킨다. 즉, 동일한 열교환기가 여름철에는 응축기로, 겨울철에는 증발기로 사용되고 외기 조건도 겨울철의 저온에서 여름철의 고온까지 넓은 범위에 놓이게 된다. 본 연구에서는 표준 설계 온도 조건에서 얻어진 j와 f 인자가 저온 운전 시에도 무리없이 적용 가능한지를 실험을 통하여 확인하였다. 이를 위하여 2열 루버 핀-관 열교환기에 대하여 외기 온도를 변화시키며 일련의 실험을 수행하였다. 또한 관 내측의 브라인의 유량이 미치는 영향도 살펴보았다. 실험 결과 외기의 온도 변화가 j와 f 인자에 미치는 영향은 무시할 만 하였다. 모든 j와 f 인자는 각각 9%, 3% 내에서 일치하였다. 따라서 표준 조건에서 얻어진 j와 f 인자를 저온 조건에 사용하여도 무리가 없다고 판단된다. 또한 관 내측 유량 변화가 j와 f 인자에 미치는 영향이 미미한 것으로 미루어 관 내측 상관식의 적용이 적절하다고 판단된다.
Currently, residential air conditioners operate as a heat pump during winter. In this case, the outdoor heat exchanger acts as an evaporator obtaining heat from cold air. On the other hand, it acts as a condenser during summer transferring heat to hot air. The outdoor temperature changes significant...
Currently, residential air conditioners operate as a heat pump during winter. In this case, the outdoor heat exchanger acts as an evaporator obtaining heat from cold air. On the other hand, it acts as a condenser during summer transferring heat to hot air. The outdoor temperature changes significantly from high to low. Generally, the air-side j and f factors are obtained at a standard outdoor temperature. Therefore, the applicability of the j and f factors under different outdoor conditions needs to be checked. In this study, tests were conducted for a two-row louver finned heat exchanger changing the outdoor temperature to subzero. The effects of the tube-side brine flow rate were also checked. The results showed that air-side j and f factors were essentially constant and independent of the outdoor temperature, suggesting that an extension of j and f factors obtained under standard conditions to a low outdoor temperature is acceptable. All j and f factors agreed within 9% and 3%, respectively. Tests were also conducted by changing the coolant flow rate. Both the j and f factors did not change according to the flow rate, suggesting that the tube-side heat transfer correlation is acceptable.
Currently, residential air conditioners operate as a heat pump during winter. In this case, the outdoor heat exchanger acts as an evaporator obtaining heat from cold air. On the other hand, it acts as a condenser during summer transferring heat to hot air. The outdoor temperature changes significantly from high to low. Generally, the air-side j and f factors are obtained at a standard outdoor temperature. Therefore, the applicability of the j and f factors under different outdoor conditions needs to be checked. In this study, tests were conducted for a two-row louver finned heat exchanger changing the outdoor temperature to subzero. The effects of the tube-side brine flow rate were also checked. The results showed that air-side j and f factors were essentially constant and independent of the outdoor temperature, suggesting that an extension of j and f factors obtained under standard conditions to a low outdoor temperature is acceptable. All j and f factors agreed within 9% and 3%, respectively. Tests were also conducted by changing the coolant flow rate. Both the j and f factors did not change according to the flow rate, suggesting that the tube-side heat transfer correlation is acceptable.
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문제 정의
일반적 으로 난류 영역에서는 열 경계조건이 열전달계수에 미치는 영향이 크지 않은 것으로 알려져 있으나 이 부분에 대해서는 확인이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 관 내측 물의 유량을 변화시키며 열교환기 실험을 수행하여 이들이 공기측 j와 f인자에 미치는 영향을 살펴봄으로써 상기 열경계조건 문제를 확인하고자 하였다. 또한 동일한 조건 에서 브라인을 사용하여 반복 실험을 수행하여 관 내측 유체의 종류가 j와 f인자에 미치는 영향도 검토하였다.
본 연구의 목적은 설계 외기 온도 조건에서 얻어진 j 와 f 인자가 넓은 온도 범위에 적용 가능한지를 확인하 는데 있다. 또는 공랭식 응축기에서 j 인자의 Prandtl 수지수 2/3가 적절한지를 확인하고자 한다. 이를 위하여 외기 온도를 변화시키며 일련의 실험을 수행하였다.
이를 위하여 2열 루버 핀-관 열교환기에 대하여 외기 온도를 변화시키며 일련의 실험을 수행하였다. 또한 관 내측의 브라인의 유량이 미치는 영향도 살펴보았다. 주된 결론은 다음과 같다.
본 연구에서는 표준 설계 온도 조건에서 얻어진 j와 f 인자가 저온 운전 시에도 무리 없이 적용 가능한지를 실험을 통하여 확인하였다. 이를 위하여 2열 루버 핀-관 열교환기에 대하여 외기 온도를 변화시키며 일련의 실험을 수행하였다.
본 연구의 목적은 설계 외기 온도 조건에서 얻어진 j 와 f 인자가 넓은 온도 범위에 적용 가능한지를 확인하 는데 있다. 또는 공랭식 응축기에서 j 인자의 Prandtl 수지수 2/3가 적절한지를 확인하고자 한다.
본 연구의 목적은 설계 외기 조건에서 물을 사용한 실험 데이터가 넓은 외기 온도 범위에 적용 가능한 지를 확인하는데 있다. 설계 조건에서 물을 사용한 실험을 통하여 공기측 j와 f 인자를 구할 경우 물의 유량을 우선 결정하여야 한다.
제안 방법
공기측 풍량은 흡입식 풍동 후방에 장착된 노즐을 사용하여 측정하였고 [6] 시료의 압력손실은 정밀도±1.0 Pa의 차압 트랜스듀서로 측정하였다.
따라서 본 연구에서는 관 내측 물의 유량을 변화시키며 열교환기 실험을 수행하여 이들이 공기측 j와 f인자에 미치는 영향을 살펴봄으로써 상기 열경계조건 문제를 확인하고자 하였다. 또한 동일한 조건 에서 브라인을 사용하여 반복 실험을 수행하여 관 내측 유체의 종류가 j와 f인자에 미치는 영향도 검토하였다.
물 (또는 브라인)의 온도는 정밀도 ±0.1℃의 정밀 RTD(P t-100Ω 센서)로써 측정하 였고, 유량은 정밀도 ±0.0015 L/s의 질량 유량계로 측정 하였다.
본 연구에서는 표준 설계 온도 조건에서 얻어진 j와 f 인자가 저온 운전 시에도 무리 없이 적용 가능한지를 실험을 통하여 확인하였다. 이를 위하여 2열 루버 핀-관 열교환기에 대하여 외기 온도를 변화시키며 일련의 실험을 수행하였다. 또한 관 내측의 브라인의 유량이 미치는 영향도 살펴보았다.
또는 공랭식 응축기에서 j 인자의 Prandtl 수지수 2/3가 적절한지를 확인하고자 한다. 이를 위하여 외기 온도를 변화시키며 일련의 실험을 수행하였다. 관내측의 유체로는 40% 에틸렌글리콜 수용액 (브라인)을사용하였다.
대상 데이터
이를 위하여 외기 온도를 변화시키며 일련의 실험을 수행하였다. 관내측의 유체로는 40% 에틸렌글리콜 수용액 (브라인)을사용하였다.
3%의 면적 (A s/A f)이 전열 촉진 가공이 되어 있다. 시료에 사용된 튜브는 마이크로 핀 관으로 높이 0.12 mm, 선회각 25o 인 마이크로 핀 60개가 관 내측에 가공되어 있다. 튜브측 회로는 직교대향류로 구성되어 있다.
1에 본 연구에 사용된 2열 열교환기의 상세 제원을 나타내었다. 시료의 높이와 폭은 모든 시료에서 234mm와 400 mm이고 세로 방향 튜브 피치(Pt)는 21.0mm, 가로 방향 튜브 피치(Pl)는 18.2 mm, 튜브 직경(Dc) 은 7.3 mm, 핀 핏치 (Pf)는 1.7 mm, 핀 두께(t f)는 0.11mm이다. 핀의 중심부에는 루버각( )이 22.
이론/모형
0 m/s 사이에서 변화시키며 수행 되었는데 공기측과 물 (또는 브라인)측 열평형은 ±3% 내에서 일치하였다. ASHRAE 규격 41.5 [7] 에 따라 실험 오차 해석을 수행하였고 그 결과를 Table 2에 나타내었다. 마찰인자의 오차는 주로 차압계 (±1.
시료는 흡입식 풍동의 입구에 설치되고 시료 후방에는 배플이 설치되어 배출공기를 혼합시켜 준다. 시료의 입출구 온습도는 ASHRAE 규격 41.1에 따라 측정하였다. [5] 시료의 내측 으로는 물 (또는 브라인)이 순환하는데 항온조로부터 일정온도와 유량을 공급받았다.
는 핀의 면적이다. 핀 효율은 Schmidt [10]가 제안한 식을 사용하여 구한다.
성능/효과
(1) 실험 결과 외기의 온도 변화가 j와 f 인자에 미치는 영향은 무시할 만 하였다. 따라서 표준 조건에서 얻어진 j와 f 인자를 저온 조건에 사용하여도 무리가 없다고 판단된다.
(2) 관 내측 유량 변화가 j와 f 인자에 미치는 영향이 미미한 것으로 미루어 별도의 실험을 통하여 얻어진 관 내측 상관식의 적용이 적절하다고 판단 된다.
(3) 상기 결과는 열교환기 표면의 형상 변화가 없을 때에만 적용 가능하다. 만일 수분 응축, 결로 등에 의해면 열교환기 표면 형상이 변화한다면 j와 f 인자도 영향을 받을 것으로 예상된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
핀-관 열교환기의 특징은 무엇인가?
핀-관 열교환기는 구조가 간단하고 제작이 용이하여 가정용 공조기의 증발기 또는 응축기로 널리 사용된다. 이 경우 관 내로는 냉매가 흐르고 관 외측의 핀 사이로 는 공기가 흐른다.
핀-관 열교환기가 가정용 공조기의 증발기 또는 응축기로 사용될 경우 어떻게 작동하는가?
핀-관 열교환기는 구조가 간단하고 제작이 용이하여 가정용 공조기의 증발기 또는 응축기로 널리 사용된다. 이 경우 관 내로는 냉매가 흐르고 관 외측의 핀 사이로 는 공기가 흐른다. 최근 들어 가정용 공조기가 겨울철에 히트 펌프로도 사용된다.
데이터 리덕션이란?
실험 결과로부터 열전달 해석을 통하여 열전달계수를 도출하는데 이 과정을 데이터 리덕션이라 한다. [1,2] 데이터 리덕션을 통하여 구해진 열전달 계수는 j 인자로 무차원화 되고 (압력손실은 f 인자로 무차원화 된다) 동시에 풍속은 Reynolds 수로 무차원화 된다.
참고문헌 (12)
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Kim, N.-H., Oh, W.-K., Cho, J.-P., Park, H.-Y, Youn, B., "Data reduction on the air-side heat transfer coefficients of heat exchangers under dehumidifying conditions," Korean J. Air Conditioning Refrigeration, vol. 15, no. 1, pp. 73-85, 2003.
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ASHRAE Standard 41.5, Standard Measurement Guide, Engineering Analysis of Experimental Data, ASHRAE, 1975.
ESDU 98005, Design and performance evaluation of heat exchangers: the effectiveness and NTU method, Engineering and Sciences Data Unit 98005 with Amendment A, London ESDU International plc., pp. 122-129, 1998.
Park, B.-B., You, S.-M., Yoon, B., and Yoo, K.-C., "Experimental study of heat transfer and pressure drop characteristics for flow of water inside circular smooth and micro-fin tubes," Korean J. Air Conditioning Refrigeration, vol. 9, no. 4, pp. 454-461, 1997.
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Dittus, F. W. and Boelter, L. M. K., "Heat transfer in automobile radiators of the tubular type," University of California Publications on Engineering, vol. 2, no. 13, pp. 443-461, 1930.
Gnielnski, V., "New equations for heat and madd transfer in turbulent pipe and channel flow," Int. Chem. Eng., vol. 16, pp. 359-368, 1976.
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