열교환기 최적 설계를 통한 친환경 냉동탑차용 냉동시스템의 성능향상 연구 (Performance Improvement of a Refrigeration System for an Eco-friendly Refrigerator Truck by Optimizing Heat Exchanger Designs)

서지정보

· 발행기관 : 대한설비공학회
· 수록지 정보 : 설비공학 논문집 / 35권 / 6호 / 275 ~ 285페이지
· 저자명 : 김재범, 권순범, 한창호, 김희석, 김영주, 김용찬

초록

본 연구에서는 냉동탑차 냉동사이클의 여러 운전조건에서의 성능을 해석할 수 있는 해석모델을 개발하였다. 냉동사이클의 효율 개선을 위해 열교환기 최적화를 하였고, 여러 운전조건에서 기존과 최적화된 사이클의 성능을 비교하였다. 또한, R404A의 대체냉매인 R455A를 drop-in하여 성능 특성 분석을 하였다. 본 연구를 통하여 얻은 주요 결론은 다음과 같다.
(1) 열교환기 최적화를 위한 증발기 핀 형상은 wavy 핀이 열전달 상승률 대비 압력강하 증가 폭이 낮았다. 시뮬레이션에 적용된 증발기 핀 피치 및 튜브 관경은 열전달률과 압력강하를 고려하여 각각 3.5 mm와 7.52 mm로 선정하였다. 응축기의 핀 피치 및 높이가 각각 1.2 mm와 6 mm일 때 최고의 성능을 보였다. 하지만 핀 높이는 열전달률 상승에 큰 영향을 주지 않았다.
(2) 최적화된 냉동시스템의 COP는 압축기 회전수가 증가함에 따라 증가하였고, 기존 냉동사이클의 COP 대비 평균 12.5% 높았다. 또한, 외기온도가 증가할수록 COP는 4% 감소하였다.
(3) 기존 냉동시스템에 대체냉매인 R455A를 drop-in 하여 해석한 결과, R455A 적용된 시스템의 증발열량 및 소비전력은 기존 R404A 시스템의 증발열량 및 소비전력 대비 각각 16.9%, 17% 증가하여 COP 상승은 없었다. 하지만, 동일 열량 조건에서 R455A 적용 시스템의 COP는 R404A 적용 시스템 대비 약 8.7% 증가하였다.
(4) 본 연구에서 제안한 열교환기 최적점은 냉동탑차 설계시 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있으며, 온실감축 및 탄소배출 감축에 기여할 것으로 기대된다.

영어초록

An analytical study on the optimization of heat exchanger design parameters of a refrigeration system for a one-ton eco-friendly refrigerator truck was conducted to improve its performance. The components of the refrigeration system were modeled analytically. The developed model was validated by comparing the predicted values with the measured data. The effects of the major design parameters on system performance were analyzed using the developed model. The heat exchangers were optimized according to the geometric parameter to improve system efficiency. The COP of the optimized refrigeration system was an average of 12.5% higher than that of the conventional system. Additionally, a drop-in simulation for the optimized refrigeration system using R455A was conducted to determine an alternative for R404A. The COP of the refrigeration system with R455A (COPR455A) was almost the same as that of the refrigeration system with R404A (COPR404A) because the increase in the heat transfer rate was the same as that of the compressor work. However, the COPR455A was 8.7% higher than the COPR404A at the same heat transfer rate.

참고자료

· 없음