CO2 냉매용 제어 밸브의 유동특성 향상을 위한 연구 (A Study on the Improvement in Flow Characteristics of Control Valves Using CO2 Refrigerants)

서지정보

· 발행기관 : 대한기계학회
· 수록지 정보 : 대한기계학회논문집 A / 45권 / 5호 / 427 ~ 433페이지
· 저자명 : 강효림, 박주향, 한승호

초록

환경문제가 대두됨에 따라 CFC(chlorofluorocarbon) 냉매를 대체하기 위한 천연 냉매가 세계적으로 주목받고 있다. 그중 CO2 냉매는 높은 전열 효율 및 증발 잠열을 가지고 있으나 기존 CFC 냉매에 비해 설계압력이 4배 정도 높아 액체 및 기체 상태에서 각각 고압 조건에서의 유동특성 분석이 필요하다. 본 연구에서는 CO2 냉매용 제어밸브를 대상체로 하여 냉동․공조 시스템에서 존재하는 CO2 상(phase)에 대하여 전산유체해석을 진행하였다. 밸브가 모두 개방된 상태에서 액체 및 기체 상태의 CO2 유량계수는 각각 51.16 그리고 146.85로 나타나 운용조건에서 제시한 유량계수 성능을 모두 만족하였다. 아울러, 유량 특성을 향상시키기 위해 밸브 트림부의 주요 부품인 콘의 형상 설계안을 제시하였다. 전산유체해석을 통해 고압조건에서 각 모델의 발달된 와류의 개수 및 정도를 평가하고 유량계수의 경향성을 분석하였다. 이를 통해 에너지 손실을 최소화하면서 미세 유량조절에 용이한 콘의 형상을 선정하였다.

영어초록

CO2 refrigerants have lower environmental impact than conventional chlorofluorocarbon (CFC) refrigerants because of their better latent heat of evaporation and heat transfer efficiency. However, the CO2 refrigerants require a four folds higher design pressure than the CFC refrigerants. Therefore, an investigation of flow characteristics under high pressure conditions is required. In this study, CFD analysis was conducted on two phases of a CO2 refrigerant, that is, liquid and gaseous, for the control valves used in the refrigeration and air-conditioning system. The obtained results indicated that the flow coefficients of the CO2 refrigerant in liquid and gaseous phases for the case of 100% opening rates were 51.16 and 146.85, respectively. These values satisfied the operating condition requirements. To improve the flow characteristics, newly designed cones were proposed that had same cross-sectional areas but different shapes. Through the CFD analysis, the number and degree of the developed vortex in each cone were evaluated under high pressure conditions, and then the change in flow coefficients was investigated. Consequently, a proper cone to minimize energy loss and provide a fine flow control was determined.

참고자료

· 없음