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문제 정의
- 하지만 실제로 냉동시스템에 사용되는 증발기나 웅축기용 열교환기는 냉온수가 아닌 냉매와 열교환 되므로 냉온수를 사용하여 평가한 열교환능력과는 차이점이 있다. 그러므로 본 연구에서는 브레이징(brazing)에 의해 제 작된 냉동기용 판형열교환기의 열교환량 및 압력 강하량을 측정, 열교환기의 성능을 평가하기 위하여 R22-냉매용 성능시혐장치를 Fig. 1과 같이 제작하였다. 성능시험장치는 4대의 압축기와 증 발기 2대 (시험용, 보조용), 웅축기 2대 (시험용, 보조용), 응축용 냉각수와 증발용 온수공급시스템 및 제어반으로 구성하였다.
- 따라서 본 연구에서는 최근 국내에서 개발된 용접형 판형 열교환기의 성능평가를 위하여 제품의 성능시험 평가시스템을 구축하고 이에 대한 웅축 및 증발 실험을 통하여 독자적인 용접형 판 형 열교환기의 최적설계를 위한 기초자료를 제공 하고자 한다.
- 온수의 온도에 따른 판형 열교환기의 증발 및 응축시험의 성능을 평가하였다. 본 연구에서는 시험용 웅축기와 시험용 증발 기를 사용한 시험에 대한 결과를 제시하였다. 실 험조건은 Table 1과 같다.
제안 방법
- 국내에서는 권오갑(3)이 냉매 R-22와 대체냉매 R_404a와 R-407c를 이용하여 주름각이 20。, 3 5° ’ 45。일 때 용접형 판형 열교환기의 열전달 특성 및 압력손실에 대하여 질량유속과 입구압력 을 변화사켜 가며 웅축 및 증발 실험을 수행하였다. 또한 기존 연구자들의 압력강하 및 열전달특성에 관한 상관관계식과 비교하였다. 변재현饥등은 냉매 R-410a를 적용하여 세브론각이 45° , 5 5° , 70° 인 용접형 판형 열교환기의 응축열전달 특성에 대하여 R-22와 비교하여 실험하여 나타내었다.
- Kandlikar 와 Shah", " 는 판형열교환기의 유로에 있어서 배열의 방법과 흐름의 영향에 대하여 온도효율을 용량률비와 NTU의 항으로 표시 하였다. 또한 말단효과의 영향에 대해서도 고려 하면서 각각의 채널에서 유로의 숫자와 유량의 배분에 의하여 수치해석을 하였다.
- 1990년대에, 들어서 Bogaert와 Boles"은 용접형 판형열교환기에 대하여 물과 미네랄오일을 적용하여 충류와 난류흐름 영역에서의 유동특성을 확 인하고 가장 적절한 수력직경을 찾아내기 위한 실험을 하였다. 또한 열교환기의 특성을 Nusselt 수와 마찰계수와의 관계식으로 무차원화하여 특성 매개변수로 나타내었다. YarKC 등은 냉매 R-134a를 이용하여 세브론각이 60° 인 플레이트 열교환기의 증발/응축시.
- 성능시험장치는 4대의 압축기와 증 발기 2대 (시험용, 보조용), 웅축기 2대 (시험용, 보조용), 응축용 냉각수와 증발용 온수공급시스템 및 제어반으로 구성하였다. 먼저 압축기의 경우, 다양한 용량의 열교환기를 시험하기 위하여 2RT, 3RT 용량의 압축기를 각각 2대씩 설치하여 운전 조합에 따라 압축기의 능력을 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10RT로 용량을 조절하면서 시험 할 수 있도록 제작하였으며, 보조증발기 및 응축기는 10RT급의 shell-tube형 열교환기를 선정하였다. 또한 시험용 열교환기의 증발.
- 또한 기존 연구자들의 압력강하 및 열전달특성에 관한 상관관계식과 비교하였다. 변재현饥등은 냉매 R-410a를 적용하여 세브론각이 45° , 5 5° , 70° 인 용접형 판형 열교환기의 응축열전달 특성에 대하여 R-22와 비교하여 실험하여 나타내었다.
- 1과 같이 제작하였다. 성능시험장치는 4대의 압축기와 증 발기 2대 (시험용, 보조용), 웅축기 2대 (시험용, 보조용), 응축용 냉각수와 증발용 온수공급시스템 및 제어반으로 구성하였다. 먼저 압축기의 경우, 다양한 용량의 열교환기를 시험하기 위하여 2RT, 3RT 용량의 압축기를 각각 2대씩 설치하여 운전 조합에 따라 압축기의 능력을 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10RT로 용량을 조절하면서 시험 할 수 있도록 제작하였으며, 보조증발기 및 응축기는 10RT급의 shell-tube형 열교환기를 선정하였다.
- 압축기의 용량제어로 냉매의 냉매변화량에 따른 판형열교환기의 성능을 평가하였다. 또한 냉 .
- YarKC 등은 냉매 R-134a를 이용하여 세브론각이 60° 인 플레이트 열교환기의 증발/응축시.열전달 및 압력강하 특성을 건도에 따라 실험하여 그에 대한 결과를 제 시하였다’
- 온수 유량에 따른 판형열교환기의 증발 성능 및 웅축 성능을 평가하였고 냉 . 온수의 온도에 따른 판형 열교환기의 증발 및 응축시험의 성능을 평가하였다. 본 연구에서는 시험용 웅축기와 시험용 증발 기를 사용한 시험에 대한 결과를 제시하였다.
- 또한 시험용 열교환기의 증발. 응축 온도와 압력을 임의의 조 건하에 일정하게 유지시키면서 모의 부하를 주기 위한 냉온수 항온조시스템의 용량은 최대 10RT 이상까지 시험할 수 있도록 선정하였다. 실험에 사용된 시제품으로는 국내 J사에서 제작한 10RT 급 증발기와 웅축기용 판형열교환기의 성능을 평 가하였다.
- 국내에서는 권오갑(3)이 냉매 R-22와 대체냉매 R_404a와 R-407c를 이용하여 주름각이 20。, 3 5° ’ 45。일 때 용접형 판형 열교환기의 열전달 특성 및 압력손실에 대하여 질량유속과 입구압력 을 변화사켜 가며 웅축 및 증발 실험을 수행하였다. 또한 기존 연구자들의 압력강하 및 열전달특성에 관한 상관관계식과 비교하였다.
대상 데이터
- 응축 온도와 압력을 임의의 조 건하에 일정하게 유지시키면서 모의 부하를 주기 위한 냉온수 항온조시스템의 용량은 최대 10RT 이상까지 시험할 수 있도록 선정하였다. 실험에 사용된 시제품으로는 국내 J사에서 제작한 10RT 급 증발기와 웅축기용 판형열교환기의 성능을 평 가하였다. 크기는 증발기 500mmx 250mm, 22매, 응축기 450mmx 152mm, 32매로 제작하였으며, Chevron 각 25。인 SUS 304으로 제작하여 실험 하였으며 Fig.
- 실험에 사용된 시제품으로는 국내 J사에서 제작한 10RT 급 증발기와 웅축기용 판형열교환기의 성능을 평 가하였다. 크기는 증발기 500mmx 250mm, 22매, 응축기 450mmx 152mm, 32매로 제작하였으며, Chevron 각 25。인 SUS 304으로 제작하여 실험 하였으며 Fig. 2와 같다.
이론/모형
- 본 실험에서는 열교환기의 냉매측 열전달 계수 를 구하기 위하여 LMTD방법을 사용하였다. 먼저 에너지평형을 이용하여 냉매측과 물측의 열전달 량을 식 (1)과 식 (2)로 구하였다.
- 여기서 물측 열전달계수는 Marriot(I0M 상관관 계식을 이용하였다.
성능/효과
- 4에서와 마찬가지로 응축열전달계 수가 증발열전달계수보다 50%가량 작게 나타남 을 알 수 있었다. 냉각수온도 및 냉수온도에 따라 차이가 있지만 응축시 냉매질량유속 24~58의 범위에서 응축열전달계수는 580~ 2, 733W/m2K 의 값을, 증발시 냉매질량유속 23~53의 범위에서 증발열전달계수는 1, 803~3, 395\"11欠의 값을 얻을 수 있었다.
- 7은 냉각수 및 냉수유량에 따른 총괄열전 달계수의 변화를 나타낸 것이다. 냉각수 및 냉수 유량이 증가할수록 총괄열전달계수는 증가하는 일반적인 경향을 보였으며, 냉매질량유속이 높을수록 총괄열전달계수는 크게 나타났다. 냉매 질 량유속에 따라 차이가 있지만 냉각수유량 50~ 110의 범위에서 총괄열전달계수는 ~LSKWnfK 의 값을, 냉수유량 55~145의 범위에서 총괄열전 달계수는 1, 244 ~2, 324可㎛栄의 값을 얻을 수 있었다.
- 냉각수 및 냉수 유량이 증가할수록 총괄열전달계수는 증가하는 일반적인 경향을 보였으며, 냉매질량유속이 높을수록 총괄열전달계수는 크게 나타났다. 냉매 질 량유속에 따라 차이가 있지만 냉각수유량 50~ 110의 범위에서 총괄열전달계수는 ~LSKWnfK 의 값을, 냉수유량 55~145의 범위에서 총괄열전 달계수는 1, 244 ~2, 324可㎛栄의 값을 얻을 수 있었다.
- 6은 냉매질량유속에 따른 응축 및 증발시 냉매압력강하의 변화를 나타낸 것이다. 냉매 질 량유속이 증가할수록 응축 및 증발시 압력강하는 증가하는 경향을 보였다. 압력강하는 냉각수 및 냉수온도보다는 냉매의 질량유속에 크게 영향을 받는다는 것을 알 수 있다.
- 5는 냉매질량유속에 따른 응축 및 증발열전달계수의 변화를 나타낸 것이다. 냉매 질량유 속이 증가할수록 응축 및 증발열전달계수는 증가 하였으며, Fig. 4에서와 마찬가지로 응축열전달계 수가 증발열전달계수보다 50%가량 작게 나타남 을 알 수 있었다. 냉각수온도 및 냉수온도에 따라 차이가 있지만 응축시 냉매질량유속 24~58의 범위에서 응축열전달계수는 580~ 2, 733W/m2K 의 값을, 증발시 냉매질량유속 23~53의 범위에서 증발열전달계수는 1, 803~3, 395\"11欠의 값을 얻을 수 있었다.
- 72kPa의 값을 얻을 수 있었다. 또한 냉각수 및 냉수유량에 따른 총괄열전달계수의 변화를 살펴본 결과 냉각수 유량 및 냉수유량이 증가할수록 총괄열전달계수는 증가하였으며, 냉매 질량유속의 높을수록 총괄열전달계수는 크게 나타났다. 증발기와 웅축기의 열전달 성능(UA)를 분석한 결과 응축열 전달계수가 증발열전달계수의 절반 정도밖에 되지 않아, 응축기 성능이 증발기 성능에 비하여 매우 열등한 것으로 파악되었으며, 웅축기와 증발기의 성능 불균형이 큰 것을 알 수 있었다.
- 압력강하는 냉각수 및 냉수온도보다는 냉매의 질량유속에 크게 영향을 받는다는 것을 알 수 있다. 또한 응축시의 압력 강하가 증발시의 압력강하보다 크게 나타났으며, 웅축시에는 냉각수온도가 높고, 증발시에는 냉수 온도가 높을수록 압력강하는 증가하였다. 응축시 냉매질량유속 24~581泌11%의 범위에서 압력강하는 2.
- 증발기와 웅축기의 열전달 성능(UA)를 분석한 결과 응축열 전달계수가 증발열전달계수의 절반 정도밖에 되지 않아, 응축기 성능이 증발기 성능에 비하여 매우 열등한 것으로 파악되었으며, 웅축기와 증발기의 성능 불균형이 큰 것을 알 수 있었다. 본 시스템에서의 COP는 3.67 ~ 4.05 정도의 만족할 만한 값을 구할 수 있었다. 차후에는 세브론 각도의 변화, 냉매의 변화시험을 수행하여 용접형 판형 열 교환기의 설계 데이터를 축적하고자 한다.
- 본 연구에서는 국내에서 개발된 세브론 각 25。 를 갖는 용접형 판형열교환기의 성능시험에 대한 연구결과를 나타낸 것이다. 본 연구에서 개발한 판형 열교환기는 응축시 냉매질량유속 24- 58kg/m2s의 범위에서 웅축열 전달계수는 580- 2, 733 W/m2K, 압력 강하는 2.78~7.84kPa의 범위의 값을, 증발시 냉매질량 유속 23~53kg/m2s의 범위에서 증발열전달계수는 1, 803~3, 3955¥/01^ 압력 강하 6.84~13.72kPa의 값을 얻을 수 있었다. 또한 냉각수 및 냉수유량에 따른 총괄열전달계수의 변화를 살펴본 결과 냉각수 유량 및 냉수유량이 증가할수록 총괄열전달계수는 증가하였으며, 냉매 질량유속의 높을수록 총괄열전달계수는 크게 나타났다.
- 4는 응축기와 증발기에서 판형열교환기를 적용한 경우의 열전달 성능을 나타낸 것이다. 응 축기와 증발기에 있어서 열용량이 중가할수록 열 전달성능은 증가하였으며, 냉각수온도가 낮고, 냉 수온도가 높을수록 열전달성능은 증가하는 일반적인 경향을 보였다. 또한 응축기의 열전달성능 이 증발기에 비하여 50%정도 밖에 되지 않는 것을 알 수 있다.
- 또한 냉각수 및 냉수유량에 따른 총괄열전달계수의 변화를 살펴본 결과 냉각수 유량 및 냉수유량이 증가할수록 총괄열전달계수는 증가하였으며, 냉매 질량유속의 높을수록 총괄열전달계수는 크게 나타났다. 증발기와 웅축기의 열전달 성능(UA)를 분석한 결과 응축열 전달계수가 증발열전달계수의 절반 정도밖에 되지 않아, 응축기 성능이 증발기 성능에 비하여 매우 열등한 것으로 파악되었으며, 웅축기와 증발기의 성능 불균형이 큰 것을 알 수 있었다. 본 시스템에서의 COP는 3.
후속연구
- 05 정도의 만족할 만한 값을 구할 수 있었다. 차후에는 세브론 각도의 변화, 냉매의 변화시험을 수행하여 용접형 판형 열 교환기의 설계 데이터를 축적하고자 한다.
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