초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 히트펌프의 고효율화를 위하여 착상 지연 기법을 연구하고 적절한 운전 전략을 제시하는 것이 목표이다. 착상 지연 기법을 개발하기 위해 발수 표면에 대하여 분석 하였고 상변화 시점을 포착하는 실험법을 고안하였다. 이 실험법을 바탕으로 표면 접촉각에 따른 착상 거동을 파악하였으며, 착상 4대 인자에 대한 영향도와 착상 지연 영역을 제시하였다. 그리고 이 착상 4대 인자를 이용하여 열교환기의 열 및 물질 전달을 열저항의 함수인 수학적 모델을 개발하여 착상 임계 특성 및 선도를 제시하였다. 실제

□ 연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 히트펌프의 고효율화를 위하여 착상 지연 기법을 연구하고 적절한 운전 전략을 제시하는 것이 목표이다. 착상 지연 기법을 개발하기 위해 발수 표면에 대하여 분석 하였고 상변화 시점을 포착하는 실험법을 고안하였다. 이 실험법을 바탕으로 표면 접촉각에 따른 착상 거동을 파악하였으며, 착상 4대 인자에 대한 영향도와 착상 지연 영역을 제시하였다. 그리고 이 착상 4대 인자를 이용하여 열교환기의 열 및 물질 전달을 열저항의 함수인 수학적 모델을 개발하여 착상 임계 특성 및 선도를 제시하였다. 실제 열교환기에서 착상 임계 선도의 검증을 완료하였고, 발수 표면의 열교환기에서 착상 지연 현상도 관찰, 분석하였다. 또한 히트펌프의 고효율화를 위하여 기존 시스템에서의 개선 방안을 추가적으로 제시하였다.

□ 연구결과
히트펌프의 고효율화를 위해 열교환기의 착상 현상의 유/무를 판단해주는 착상 임계 특성, 착상 현상을 최대한 억제하여 열적 성능을 극대화 시키는 착상 지연 기법, 그리고 기존 히트펌프 시스템의 개선 방안에 대하여 연구를 수행하였으며 이에 대한 구체적인 내용은 다음과 같다.

(가) 열교환기의 착상 임계 특성 개발
(1) 착상 4대 인자를 이용한 열 및 물질전달의 수학적 모델 수립
(2) 수학적 모델을 이용한 착상 임계특성 파악
(3) 착상 임계 선도 개발
(나) 착상 지연 기법 개발 및 열교환기의 적용 가능성
(1) 응축수의 상변화 시점 포착에 대한 실험법 고안
(2) 표면 접촉각에 따른 착상 지연 현상 및 초기 착상 거동 분석
(3) 착상 4대 인자에 대한 착상 지연 영향도 파악
(4) 열교환기의 표면처리와 착상 지연 가능성 파악
(5) 표면처리 열교환기의 적정 운전 전략 제시
(다) 기존 히트펌프 시스템 개선 방안
(1) 루버핀 및 루버핀 열교환기의 열‧유동 특성 파악
(2) 루버핀 열교환기의 착상 성능에 대한 개선 방안 제시
(3) 히트 펌프 제상 로직에 대한 개선 방안 제시

□ 연구결과의 활용계획
본 연구로부터 히트펌프 고효율을 위한 여러 가지 방안을 제시하였다. 착상 지연 기법과 착상 4대 인자를 이용한 착상 임계 특성 및 선도는 향후 히트 펌프 열교환기 설계에 필요한 기초 자료로 활용할 수 있다. 또한 표면 접촉각에 대한 착상 거동은 고효율 히트펌프에 기여할 뿐만 아니라 항공, 태양광, 풍력 발전 등 발수 표면이 적용되는 여러 분야에 영향을 미칠 수 있다. 학문적 측면에 있어 이상 유동 및 착상 거동을 예측 할 수 있는 착상 모델링 개발에 착상 초기 데이터가 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대한다. 착상 시점을 포착할 수 있는 실험 방법은 응축 및 착상 과정의 물질 전달 메커니즘을 밝히는데 유용하게 쓰여질 수 있다. 추가적으로 연구된 루버핀 열교환기의 열 및 유동 특성은 바로 산업에 적용 할 수 있고, 제안된 새로운 형상 또한 기업과의 산학 활동으로 바로 적용이 가능 할 것으로 본다. 그리고 개발된 제상 로직은 히트 펌프뿐만 아니라 냉장고와 같은 모든 냉동 사이클에 적용 가능하기 때문에 기업과 연계된 여러 추가적인 산학 연구에 적용할 예정이다.
(출처:요약문 4p)

Abstract ▼

□ Purpose& contents
This study aims to develop the frost retardation method and suggest appropriate operating strategy for high efficiency of air-source heat pumps under frosting conditions. Experiments were performed to evaluate the hydrophobic surface and to capture the phase-change period. The

□ Purpose& contents
This study aims to develop the frost retardation method and suggest appropriate operating strategy for high efficiency of air-source heat pumps under frosting conditions. Experiments were performed to evaluate the hydrophobic surface and to capture the phase-change period. The effect of the surface contact angle, in addition to the effects of four major factors, on frosting and frost retardation were evaluated. The critical operating conditions for frosting were suggested using mathematical model which is a function of thermal resistance, developed for the heat and mass transfer of the heat exchanger using these four major factors. The verification for critical operating conditions in heat exchanger was completed and the frost retardation effect was also well realized. Also, in order to improve the efficiency of the heat pump, an improvement plan for the existing system is additionally suggested.

□ Result
For the high efficiency of heat pump, the following results are researched.
(가) The development of critical operating conditions
(1) Development of a mathematical model of heat and mass transfer using four major parameters.
(2) Identification of critical operating conditions for frosting.
(3) Developing the critical operating condition lines
(나) Development of a frost-retardation method and assessment of its application to heat exchangers
(1) Development of an experimental method for capturing the phase-change period
(2) Examination of frost behaviors at an early stage along the surface contact angle
(3) Evaluation of the frost-retardation effects of four major factors
(4) Assessment of heat exchanger surface treatment and the possibility of frost retardation
(5) Identification of the appropriate operating strategy for surface-treated heat exchangers
(다) Improvement of existing heat pump systems
(1) Investigation of heat and fluid characteristics for louvered-fin
(2) Development of an improvement plan for louvered-fin heat exchangers under frosting conditions
(3) Improvement plan for defrosting logic on heat pump system

□ Expected Contribution
From this study, various methods for high efficiency heat pump are suggested. . The frost-retardation method and the critical operating conditions will be useful as basic data for designing heat exchangers. Additionally, the frosting behavior along the surface contact angle not only contributes to high-efficiency heat pump systems but also affects many areas with hydrophobic surfaces, such as aircraft, solar cells, and wind turbines. Academically, the data from the early stages of frosting will make a significant contribution to the development of modeling of two-phase flow and frost formation for frosting behavior prediction. The experimental method for capturing the phase change period will be useful for clarifying the mass transfer mechanism in condensation and frost formation. The heat and flow characteristics of the louvered-fin heat exchanger, also investigated in this study, can be applied directly in industry; the proposed shape is also applicable to various fields. The new defrosting logic is not only useful in heat pump systems but also in any refrigeration cycle, although additional research will be required for individual applications.
(출처:SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 2연구계획 요약문 ... 3연구결과 요약문 ... 4 한글요약문 ... 4 SUMMARY ... 5연구내용 및 결과 ... 6 1. 연구개발과제의 개요 ... 6 2. 국내외 기술개발 현황 ... 9 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 11 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 26 5. 연구결과의 활용계획 ... 27 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 28 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 29 8. 참고문헌 ... 29 9. 연구성과 ... 32 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설.장비 현황 ... 35 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 35별첨1 대표연구성과 ... 37별첨2 세부 목표 관련 증빙 ... 53끝페이지 ... 68