초록 ▼

본 연구에서는 탄화수소계 대체냉매인 R290을 스크롤 압축기가설치된 인버터 열펌프에 적용하여, 시스템의 성능특성에 대한 이론적 해석 및 실험적 연구를 실시하였다. 연구의 주요 목적은 인버터 열펌프의 성능특성을 예측할 수 있는 사이클해석 프로그램의 개발, 그리고 시스템의 운전조건 및 설계변수의 변화에 따른 각 요소기기및 시스템의 성능특성을 측정하는 것이다.인버터 열펌프 사이클 해석프로그램은 주요 요소기기인 스크롤 압축기, 팽창장치(모세관과 오리피스), 열교환기등에 대한 모델을 개발하고, 각 요소기기의 종합을 통하여 사이클

본 연구에서는 탄화수소계 대체냉매인 R290을 스크롤 압축기가설치된 인버터 열펌프에 적용하여, 시스템의 성능특성에 대한 이론적 해석 및 실험적 연구를 실시하였다. 연구의 주요 목적은 인버터 열펌프의 성능특성을 예측할 수 있는 사이클해석 프로그램의 개발, 그리고 시스템의 운전조건 및 설계변수의 변화에 따른 각 요소기기및 시스템의 성능특성을 측정하는 것이다.인버터 열펌프 사이클 해석프로그램은 주요 요소기기인 스크롤 압축기, 팽창장치(모세관과 오리피스), 열교환기등에 대한 모델을 개발하고, 각 요소기기의 종합을 통하여 사이클을 구성하였다. 압축기 모델은 스크롤 압축기에 대한 기하학적 모델링과 열역학적 모델링에 기초하여 회전수 변화에 따른 스크롤 압축기의 성능을 고찰하였다. 또한 압축기 실험을 통하여 스크롤 압축기의 성능을 회전수 변화에 따라 측정하고 계산결과를 검증하였다.팽창장치 모델은 모세관과 오리피스에 대한 특성실험를 실시하고 측정결과를 활용하여 경험식을 개발하였다. 열교환기는 기존의 열전달식 및 실험결과에 근거하여 관순법(tube-by-tube method)을 적용하여 해석하였다. 전체 사이클 성능계산 프로그램은 압축기와 팽창장치의 냉매유량 평형 및 증발기 출구 과열도 평형을 통하여 수렴을 평가하였다.또한, 기상자료 및 실험결과에 기초하여 SEER을 계산할 수 있는 프로그램을 작성하였다.인버터 열펌프를 항온항습 열량계에 설치하고 R22 및 R290 냉매를 적용하여 다음과 같은변수에 대하여 성능특성실험을 실시하고 결과를 비교,검토하였다: (1) 압축기 회전수, (2) 실내외 온도, 그리고 (3) 팽창장치의 종류(모세관 및 오리피스).본 연구를 통하여 인버터 열펌프의 성능 평가프로그램을 개발하였으며, R22와 290냉매의 인버터 열펌프에서 성능특성의 변화를 비교, 고찰함으로써 R22 대체냉매를 적용한 에너지 절약장치에 대한 연구의 기초자료를 제공하였다. 인버터형 열펌프의 최적사이클 운전을 위하여 바이패스 오리피스 팽창장치를 개발하였으며 저주파수 영역에서 약 8%의 성능향상을 얻었다. R290를 인버터 열펌프에 적용한 결과 용량은 R22에 비해 다소 감소하였지만, 소비전력 또한 감소하여 전 주파수 영역에서 COP가 R22보다 높게 나타났다.

Abstract ▼

The performance characteristics of inverter heat pump with ascroll compressor were investigated experimentally and theoretically applying the naturalrefrigerant of R290. The primary objectives of the current research were thedevelopment of a cycle simulation program for inverter heat pump

The performance characteristics of inverter heat pump with ascroll compressor were investigated experimentally and theoretically applying the naturalrefrigerant of R290. The primary objectives of the current research were thedevelopment of a cycle simulation program for inverter heat pumps, and measurement ofthe performance characteristics of each components and the system.The cycle simulation program consisted of each models for scroll compressor,expansion devices(including capillary tube and orifice), and heat exchangers. The scrollcompressor model was developed by solving geometrical and thermodynamical model asa function of orbiting angle and frequency with some experimental data. Mass flowrate through expansion devices was determined using semi-empirical model developedin the present study. The system convergence was checked by the mass flowbalance between expansion device and compressor, and balance of superheat at the exitof evaporator as well. Furthermore, the performance characteristics of the system weremeasured by applying R22 and R290 as a function of the following parameters: (1)compressor frequency, (2) indoor/outdoor conditions, and (3) change of expansiondevices. An experimental work was performed in the psychrometric room based on theappropriate standards. Besides, the seasonal energy efficiency ratio was determined bycombining the experimental results with weather data.Based on the present study, a simulation program for an inverter heat pump wasdeveloped, and results on the application of alternative refrigerants and characteristics ofinverter heat pump were provided. The bypass orifice designed for an inverter heatpump showed 8% enhancement of COP at the low frequency region. It was alsoobserved that the system with R290 showed higher COP compared with the systemwith R22 at all frequency levels.

목차 Contents

• 1. 서 론...7
• 2. 스크롤 압축기 모델링...9
• 3. 팽창장치의 성능 실험 및 모델링...18
• 4. 열교환기 모델링...26
• 5. 사이클 시뮬레이션 모델링 및 고찰...28
• 6. 인버터 열펌프 성능 측정 및 고찰...34
• 7. 결론...47
• 8. 인용문헌...48
• 연구수행관련 논문발표목록서...50
• 자체평가서...52