NH₃냉동장치의 과열도 변화에 따른 성능 특성에 관한 연구

Abstract

최근에 세계적으로 큰 문제가 되고 있는 오존파괴와 지구온난화의 환경문제로 인해 특정 냉매의 사용이 규제되고 있다. 이러한 환경문제의 측면에서 가장 최선의 해결책은 천연냉매를 이용하는 것이다. 그 중에서도 암모니아 냉매는 넓은 온도 범위에서 많이 사용할 수 있고 COP 및 열전달이 좋으며 임계온도 및 임계압력이 높아 냉매로서 우수한 특성을 가지고 있지만 독성과 가연성, 폭발성을 갖고 있다는 단점이 있다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결할 수 있는 방법으로 장치 내의 냉매량을 최소화하고 냉매의 누설이 적고 초소형 경량인 Shell & Disk Type의 고밀도 열교환기의 응축압력과 과열도 변화에 대한 성능 특성을 통하여 최적 운전 조건과 아직까지 국내 산업현장에서 냉동, 공조용으로 실용화되지 않고 있는 Shell & Disk Type의 고밀도 열교환기의 우수성을 입증하는 연구를 하고자 한다. 과열도와 응축압력에 따른 성능 특성 실험 결과는 다음과 같다. 1. 동일 응축압력에서 과열도가 높아짐에 따라 증발압력이 저하하여 평형온도가 낮아지고 냉매증기의 비체적이 커지게 되어 냉매 질량유량이 감소함을 알았으며, 동일 과열도에서는 응축압력이 높아짐에 따라 압축비가 증가하여 체적 효율의 저하로 인해 냉매 질량유량이 감소함을 알았다. 2. 각각의 응축압력 조건에 따라 증발기 흡열량의 변화폭이 미소함을 알았고, 응축압력과 과열도가 높아짐에 따라 감소함을 알 수 있었다. 3. 응축압력과 과열도가 높아짐에 따라 증발기에 유입되는 냉매 질량유량이 감소하여 압축비가 커지므로 소요동력이 증가하여 COP가 감소하므로 에너지 손실이 많아짐을 알 수 있었다. 4. 각 응축압력에 따라 과열도 0℃에서 COP가 가장 높게 나타났으며, COP가 가장 낮은 10℃에 비해 각 응축압력 조건에 따라 37.1～37.4% 높게 나타났다.|Recently, due to the environment problem such as depletion of ozone and global warming, using of refrigerants has been restricted in the field of industry around world. In this aspect of environmental problems, the best solution is to use the natural refrigerant in the world such as ammonia of mineral compounds and propane, propylene of HC(hydrocarbon). Among them, ammonia can be used in the wide temperature range and it has quite good merits as a refrigerant due to a great COP and heat transfer rate, moreover high critical pressure and high critical temperature. But also it has the characteristic of toxicity, inflammability and explosiveness. Therefore, in this study, we will find the most suitable operating condition of Shell & Disk type heat exchanger with ammonia as refrigerant and prove the superiority of Shell & Disk type heat exchanger that has not been used in field of refrigeration and air-conditioning. The result of performance characteristic test according to condensing pressure and superheat temperature is as following. 1. As the degree of superheat was raised at each uniformity condensing pressure condition, the mass flow rate of refrigerant was decreased due to lowering of evaporative pressure, lowering of equilibrium temperature and increase of specific volume at both Shell & Tube type and Shell & Disk type heat exchanger. Also we found that as the condensing pressure was raised at each uniformity degree of superheat condition, the mass flow rate of refrigerant was decreased due to increase of compression ratio and lowering of volume efficiency. 2. At each uniformity condensing pressure condition, Shell & Disk type heat exchanger had slight change in a capacity of evaporator and capacity of evaporator was decreased according as condensing pressure and degree of superheat were getting higher. 3. At Shell & Disk type heat exchanger, the mass flow rate of refrigerant was decreased according as condensing pressure and degree of superheat were getting higher. As the result, compression ratio and required power were getting higher and the energy loss was incurred. 4. In case of Shell & Disk type heat exchanger, the highest COP was appeared when the degree of superheat 0℃ and With 10℃ of superheat temperature, COP was 37.1%～37.4%. It showed the most decrease. 5. As a result of study, It revealed that Shell & Disk type heat exchanger was applicable to the ammonia refrigeration system, it seemed possible to have some economic profit and to solve the environment problem because refrigerant was charged less than Shell & Tube type heat exchanger and refrigerator can be installed in limited area.