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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 한밭대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수2
이 논문의 연구 히스토리 (4)
2013
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현재 대표적으로 사용되는 냉매인 R22 나 R410A 등은 GWP(Global warming potential)가 1810, 2090 으로 매우 높으며 이로 인해 지구온난화 지수가 거의 없는 자연냉매인 이산화탄소 냉매를 이용한 히트펌프의 개발 및 사용이 확대되고 있다. 이에 본 연구에서는 아직까지 기본적 설계 자료 및 성능특성에 관한 연구가 부족한 비교적 중·대형 급인 압축기동력 10마력(7.45kW) 급의 이산화탄소 급탕기(Water heater)의 실험적 연구 및 시스템 시뮬레이션을 진행하였다. 이에 앞서 본 설계의 검증을 위해 기존 4kW 급 소형 이산화탄소 급탕기의 가스쿨러(Gascooler)를 개조하여 EEV(Electronic expansion valve) 개도율 변화에 따른 급탕기 성능 실험을 진행하였고 이를 토대로 본 실험을 진행하였다. 시스템 구성을 통해 외기조건 변화 및 가스쿨러 출수온도 변화에 따른 급탕기 성능 특성을 고찰하였다. 이를 통해 가스쿨러 출수온도가 80℃이상으로 상승할수록 냉매 측 질량유량의 감소폭 증가로 열용량이 하락하였고 또한 압축기 체적효율이 커져 소비동력의 상승을 야기하므로 COP(Coefficient of performance)는 하락하는 추세를 보였으며 외기온도가 하락 할수록 증발 압력의 저하로 인해 COP가 하락하였다. 이와 더불어 시스템 시뮬레이션을 통해 가스쿨러, IHX(Internal heat exchanger), 증발기 등, 요소부품의 길이 변화를 주어 급탕기 최적설계를 수행하였다. 이를 통해 본 설계 목적에 부합하는 가스쿨러 길이는 21m, IHX 1m, 증발기 튜브 길이는 1.2m 결정되었으며 본 설계로 구성된 시스템 시뮬레이션으로 외기온도 및 가스쿨러 출수온도 등 각각의 조건에서 EEV 개도율 변화를 수행하여 운전최적화를 진행하였다. EEV 조절을 통해 외기온도 12℃일 때 개도율 67%에서 COP 약 3.9로 가장 높이 나타났으며 -3℃에서는 개도율 50% 일 때 COP가 약 2.8로 나타났다. 또한 가스쿨러 출수온도에 따라 90℃에서는 개도율 약 47%에서, 70℃에서는 약 70%에서 최적의 COP 나타냈다. 각 조건에 따라 최적의 EEV 개도율이 존재하며 이를 토대로 외기온도 및 가스쿨러 출수온도 변화에 따른 EEV 최적 개도율 상관식을 개발하였다. 시뮬레이션을 통해 결정된 개도율과 같은 조건으로 상관식을 활용하였을 시 시뮬레이션 데이터대비 오차 범위 10%이내에서 만족하였고 이를 활용한 이산화탄소 급탕기의 운전최적화를 기대한다.
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