차량용 에어컨 증발기의 결빙에 주변 환경이 미치는 영향에 대한 실험적 연구 (An Experimental Study on the Impact of Environmental Change on the Freezing of Automotive Air Conditioner Evaporator)

서지정보

· 발행기관 : 대한설비공학회
· 수록지 정보 : 설비공학 논문집 / 31권 / 10호 / 445 ~ 453페이지
· 저자명 : 이대웅

초록

이상으로 증발기의 결빙에 영향을 미치는 환경인자들인 냉매 충진량과 외기온도, 풍량에 대하여 실험적으로 규명하고, 여러 군데에서 증발기 표면온도를 측정하여 증발기 빙결이 진행되는 과정들에 대하여 확인하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
(1) 냉매 충진량이 줄어들면 증발기 내부로 흐르는 냉매유동이 불균일하여 증발기 표면온도 편차는 커지며 이는 온도감지 센서의 측정값과 저온부의 온도차로 인하여 증발기 결빙이 발생하였다. 냉매 충진량이 정상냉매량의 70%일 때는 결빙에 큰 영향은 없었으나, 50%가 충진되었을 때는 결빙이 발생하였으며, 이후 30%의 충진량에서는 냉매가 과열되어 증발기 온도가 전체적으로 상승하였기 때문에 결빙은 발생하지 않았다.
(2) 증발기로 공급되는 공기의 온도는 낮을수록 냉방 부하가 작아지기 때문에 증발기 빙결이 쉽게 발생하였다. 외기온 15℃에서는 약 6분을 지나면서 증발기 빙결이 시작되었다.
(3) 증발기로 공급되는 풍량이 줄어들수록 증발기 표면온도도 떨어지는 것을 알 수 있었고, 풍량이 결빙에 미치는 영향은 그다지 크지는 않았다. 증발기 결빙에 대한 본 실험결과로는 냉매충진량, 외기온도, 풍량순으로 결빙에 영향을 미치는 것을 확인 하였다.
(4) 증발기에서 온도 분포를 확인한 결과, 대부분의 운전 조건에서 증발기 출구 파이프가 위치한 부위의 온도가 높았으며, 이는 증발기 출구단으로 갈수록 과열된 냉매가 공기와 열교환하여 온도가 높게 나타난다.
(5) 증발기 결빙은 증발기 표면에서 어느 특정지점의 온도가 센서위치의 온도보다 낮을 때 발생하였으며, 급격한 환경변화는 결빙의 원인이 될 수도 있다.




이상으로 증발기의 온도 분포 변화 및 과도 영역 발생을 실험적으로 규명하였다. 에어컨 시스템의 강건 설계에 있어서 다양한 환경 및 사용 조건에 대한 증발기 결빙 실험이 증발기 표면의 온도 분포와 결빙 방지에 도움을 줄 것으로 기대하며, 향후 증발기 설계의 기초자료로 활용이 가능할 것이다.

영어초록

For successful design of an automobile air-conditioning system, the evaporator is the main component and ensuring the integrity of the freezing process is critical in maintaining reliable performance. In this study, the changes in environment, a lack of refrigerant charge amount with time when the vehicle is released, the changes in outdoor temperature, and the evaporator freezing with change of the air handler unit (AHU) airflow, are examined. Also, this study conducted the surface temperature of the evaporator and the effect of environmental factors on the freezing mechanism, according to the refrigerant flow pattern inside the evaporator. If the refrigerant flow which flows inside the evaporator would not be stable, causing the deviation of surface temperature of the evaporator, the refrigerant charge amount is reduced by 50%. As a result, the evaporator is likely to be froze due to temperature difference of actual an subzero point and measured value of the temperature sensor. The lower the outdoor temperature in the evaporator, the easier for evaporator to freeze due to the small cooling load. This paper’s analysis on the evaporator freezing mechanism of a variety of condition of air-conditioning systems and condition of usage will be valuable in creating robust designs relative to the prevention of evaporator freezing.

참고자료

· 없음