핀-튜브 열교환기에서 불균형적 착상의 영향에 대한 연구 (The Effect of Non-uniform Frost Deposition on Fin-Tube Heat Exchanger)

서지정보

· 발행기관 : 대한설비공학회
· 수록지 정보 : 설비공학 논문집 / 35권 / 2호 / 61 ~ 69페이지
· 저자명 : 정융, 손상호, 송찬호

초록

본 연구에서는 확장된 유용도-NTU 방법을 도입하여 착상 열교환기에 대한 효율적 계산 모델을 수립하였고, 해당 모델을 활용하여 서리의 불균형성이 착상 열교환기의 성능 감소에 미치는 영향을 분석하였다. 확장된 유용도-NTU 방법을 이용한 착상 열교환기 모델은 선행논문의 실험 데이터를 바탕으로 검증되었다. 일정 수준의 오차가 있지만, 착상 열교환기의 거동을 모사하기에 충분함을 확인하였다. 이후 모델의 정합성을 높이기 위해, 배경이 되는 이론적 서리 모델 자체의 정확도를 높이는 연구와 확장된 유용도-NTU 방법의 전개 과정에서 수립된 가정으로 인한 오차를 줄일 수 있는 후속 연구가 필요할 것이다. 서리의 불균형성은 각각 In-plane과 Through-plane으로 경우를 나누어 심도 높은 분석을 수행하였다. Through-plane의 경우 다른 조건에 비해 공기유속조건이 그 불균형성에 미치는 영향이 상대적으로 큰 것을 확인할 수 있었다. In-plane의 경우에는 서리의 불균형한 착상이 공기 유량을 증대시키는 데는 도움을 주지만, 증가된 공기 유량 대부분이 효율적으로 열교환에 참여되지 못해 오히려 열교환기 성능이 감소하는 것을 확인하였다.
후속 연구에서는 이러한 연구결과를 바탕으로 서리의 불균형성을 제어하기 위한 열교환기 설계 및 히트펌프 제어 전략에 대한 개선 연구가 필요하겠다. 먼저 히트펌프의 저부하조건에서도 팬기동을 최소화하기보다는 냉매유량을 줄임으로서 서리 증착의 최소화 가능성을 확인할 수 있다. 나아가 다양한 핀 설계 아래에서 through-plane 불균형성의 변화 정도를 확인함으로서, 열교환기 설계의 적합성에 대한 판단 기준을 새롭게 수립하는 연구를 진행할 수 있다. In-plane 측면에서는 튜브의 분지 및 유로 패턴에 대한 설계 최적화를 통해 공기 흐름을 균일화하고 냉매의 단상영역을 최소화하는 연구를 수행할 수 있다. 이를 통해 In-plane 불균형성을 해소하고 냉매와 공기의 실질 열교환 면적을 넓히는 방안에 대한 탐구가 필요하다.

영어초록

The aim of this study was to investigate effect of non-uniform frost deposition on fin-tube heat exchangers. Frost deposition phenomena mainly occur in an outdoor unit of a heat pump system because the temperature of the evaporator fin surface is lower than the dew point temperature of the intake air. To minimize performance drop of the evaporator, it is important to consider frost deposition pattern and its impact on the evaporator heat exchanger. As a first step, an efficient simulation model of the fin-tube heat exchanger under frosting condition was introduced and verified with experimental data. Frost non-uniformity was then investigated in terms of two different types of frost non-uniformity: through-plane non-uniformity and in-plane non-uniformity. As a result, it was found that the through-plane non-uniformity was dependent on air intake amount other than air temperature or humidity conditions. It was also found that the heat exchanger with in-plane non-uniformity had more severe degradation of heat transfer rate, although it might relieve the overall air side pressure drop.

참고자료

· 없음