고온측 냉매에 따른 이원 냉동시스템의 성능 분석 논문자료

 

고온측 냉매에 따른 이원 냉동시스템의 성능 분석
Performance Analysis of Cascade Refrigeration 
System with Respect to Refrigerants Appling to 
High Temperature Cycle

본 논문은 고온사이클에 적용되는 냉매에 대한 캐스케이드 냉동시스템의 성능계수(COP)와 질량유량비를 제시한다. 본 연구에서 고려된 작동 매개변수에는 과열도와 과냉각도, 압축기 효율, 증발 온도, 응축 온도 및 고온 사이클에서의 내부 열교환기 효율성이 포함됩니다. 본 연구의 결과는 다음과 같다. 캐스케이드 시스템의 COP는 응축온도 증가를 제외하고 과열도와 과냉각도, 압축기 효율 및 내부 열교환기 효율이 증가할수록 증가한다. 저온과 고온 사이클의 질량유량비는 증발온도와 응축온도가 증가함에 따라 증가하지만, 내부 열교환기 효율, 과열도 및 과냉각도가 증가함에 따라 감소합니다. 또한, 질량유량비는 고온 사이클에서 압축기 효율과 상관관계가 없습니다.

[연구 주제]

1. 문제 정의

본 연구에서는 저온부에는 R717을, 고온부에는 다양한 냉매를 적용한 캐스케이드 냉동시스템의 작동 변수에 따른 성능을 분석함으로써, 이를 통해 자연냉매를 적용한 캐스케이드 냉동시스템의 최적 설계를 위한 기초 자료를 제공하고자 한다.

Table 2의 분석조건으로부터 Table 1의 수식의 결과 값을 이용하여 저온부에 R717을 사용한 이원 냉동시스템의 성능에 영향을 미치는 고온 사이클의 작동 변수들이 시스템에 미치는 영향에 대해서 살펴보고자 한다.

2. 가설 설정

저온측 사이클에는 R717을, 고온측 사이클에는 R22, R32, R134a, R404A, R410A, R507A R600a, R1270을 적용한 이원 냉동시스템의 성능 분석을 위해 다음과 같이 가정하였다.

운동에너지와 위치에너지의 변화는 없는 것으로 가정한다.

[연구 방법]

1. 이론/모형

본 논문에서 사용되는 냉매의 열역학적 물성치와 성능 분석은 EES(Engineering Equation Solver) 소프트웨어를 이용하여 계산하였다.

[연구 결과]

1. 성능/효과

Fig. 2에서 알 수 있듯이, R507A가 총 8.61%로 영향을 가장 많이 받고, 특히 0℃에서 5℃로 증가할 때, 2.30%로 가장 큰 결과를 보였다. R404A가 총 16.63%로 영향을 가장 많이 받고, 특히 0℃에서 5℃로 증가할 때, 4.92%로 가장 큰 결과를 보였다. 

Fig. 4에서 알 수 있듯이, R32가 총 5.25% 로 가장 많이 영향을 받고, 특히 –5℃에서 0℃로 증가할 때, 1.51%로 가장 큰 결과를 보였다. R507A가 총 36.53%로 가장 많이 영향을 받고, 특히 55℃에서 60℃로 증가할 때, 10.92%로 가장 큰 결과를 보였다.

1) 과열도가 증가할수록 R22와 R32를 제외한 냉매들은 COP가 증가하고 질량유량비가 감소한다.

2) 과냉각도가 증가할수록 COP가 증가하는 반면에 질량유량비는 감소한다.

3) 압축효율이 증가할수록 COP가 증가하며 질량유량비는 압축효율과 상관관계가 없다.

4) 증발온도가 증가할수록 COP와 질량유량비 모두 증가한다.

5) 응축온도가 증가할수록 COP는 감소하는 반면에 질량유량비는 증가한다.

▼출처 및 바로가기 : 
https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO201720136711100

[논문]고온측 냉매에 따른 이원 냉동시스템의 성능 분석