하이브리드 유하액막 증발기 성능에 관한 수치적 연구 (Numerical Study on the Performance of Hybrid Falling Film Evaporator)

서지정보

· 발행기관 : 대한설비공학회
· 수록지 정보 : 설비공학 논문집 / 34권 / 8호 / 371 ~ 379페이지
· 저자명 : 김학수, 김우경, 이공훈, 김동호

초록

본 연구에서는 하이브리드 유하액막 증발기 성능 예측을 위한 정상상태 모델링을 수행하였고, 이를 바탕으로 증발기 압력조건, 풀 비등 영역의 전열관 열수, 트레이에서의 배관 축 방향 냉매 유량 배분 비율, 유하액막 영역에서의 열전달 계수 최댓값을 변경하며 해석을 수행하였다. 증발기 압력 증가에 따라, 냉매와 냉수의 온도차가 감소하고 이는 전열관 길이 증가로 이어진다. 풀 비등 영역에서 열전달 계수는 감소하나, 전열 면적 증가로 인해 풀 비등 영역에서의 냉각 열량이 증가한다. 본 해석에 사용한 상관식에서는 풀 비등 영역의 열전달 계수가 유하액막 영역보다 높기 때문에, 풀 비등 영역의 전열관 열수가 증가함에 따라 전체적인 전열관 길이가 감소한다. 하지만 풀 비등 영역이 증가하면 냉매 충전량이 증가하기 때문에 적절한 전열관의 열수가 풀 비등 영역이 되도록 시스템을 설계해야 한다. 본 해석 조건에서는 풀 비등 영역의 전열관 열수가 1개에서 3개로 증가할 때 전열관 길이는 약 16% 감소하나, 전열관 열수가 3개에서 4개로 증가할 때에는 전열관 길이 감소효과가 약 2% 정도였다. 따라서 본 해석 조건에서는 풀 비등 영역의 전열관 개수가 3개인 것이 적절한 것으로 볼 수 있다. 트레이에서의 배관 축 방향 냉매 유량 배분 비율이 균등할 때 대비하여 9:1로 불균형이 심해질 경우, 동일한 성능을 달성하기 위해 전열관이 약 9% 정도 더 길어야 한다는 것을 확인하였다. 유하액막 영역에서의 냉매 측 열전달 계수 최댓값이 5,000에서 11,000 W/m2K으로 증가함에 따라, 전열관 길이는 약 27% 감소하는 것을 확인하였다.

영어초록

The purpose of this study was to develop steady-state model of hybrid falling film evaporator, and to analyze performance of the heat exchanger. R1233zd(E) which is one of the low GWP refrigerants was selected as a working fluid. The steady state model was developed, based on the heat transfer correlations from previous studies for falling film evaporation and pool boiling using R1233zd(E). Based on the analysis results according to the number of nodes, the number os axial nodes was selected as 24. Performance analysis was conducted with respect to evaporator pressure, axial direction liquid refrigerant supply ratio from tray, rows of pipe for pool boiling region, and maximum heat transfer coefficient of falling film region. For the same heat capacity of the evaporator, the length of the pipe should extend approximately 3.6 times, when evaporator operation pressure increases from 49.2 to 58.4 kPa. The length of the pipe can be reduced approximately 18% as the number of rows for pool boiling region increases from one to three. The axial direction liquid refrigerant supply ratio from the tray also affects the performance of the evaporator. Compared to the equal supply ratio case, the pipe length must increase approximately 9%, when the axial direction liquid refrigerant supply ratio is 9:1 for the same cooling capacity. As the maximum heat transfer coefficient at falling film region increases from 5000 to 11000 W/m2K, the length of the pipe can be reduced approximately 27%.

참고자료

· 없음