히트펌프의 양방향 전자식 팽창밸브 개도 따른 냉방성능

손창효,이준혁,이상우,윤정인,문춘근 한국동력기계공학회 2019 동력시스템공학회지 Vol.23 No.5

히트펌프는 주로 암축기, 증발기, 응축기, 팽창밸브로 구성되며 냉매의 흐름을 바꿔 단일장치로 냉각 및 난방이 가능하다. 팽창밸브는 주로 냉동기용으로 개발된 단방향 팽창밸브를 주로 사용하며 이에 따라 바이패스라인과 체크밸브가 필요하며 히트펌프의 성능 저하가 나타나게 된다. 그러므로 이 연구에서는 바이패스라인과 체크밸브가 필요없는 R-404A용 양방향 전자식 팽창밸브를 사용하여 팽창밸브의 개도율에 따라 히트펌프의 냉각성능을 분석하였다. 실험결과를 보면, 냉동기의 성능계수는 온도식 팽창밸브의 경우 3.633, 기존의 전자식 팽창밸브의 경우 3.795, 양방향 전자식 팽창밸브의 경우 3.851이 나왓으며 이는 온도식팽창밸브에 비하여 6.001%, 기존의 전자식 팽창밸브와 비교하여 1.476%의 성능향상을 보였다.

헬리컬 코일형 가스냉각기 내 CO2의 냉각 열전달 특성

손창효,전민주,오후규 한국마린엔지니어링학회 2007 한국마린엔지니어링학회지 Vol.31 No.6

The cooling heat transfer coefficient and pressure drop of CO2 (R-744) in helical coil copper tubes were investigated experimentally. The main components of the refrigerant loop are a receiver, a variable-speed pump, a mass flow meter, a pre-heater and a inclined helical coil type gas cooler (test section). The test section consists of a smooth copper tube of 2.45 and 4.55 mm inner diameter. The refrigerant mass fluxes were varied from 200 to 600 [kg/m2s] and the inlet pressures of gas cooler were 7.5 to 10.0 [MPa]. The heat transfer coefficients of CO2 in helical coil tubes increase with the increase of mass flux and gas cooling pressure of CO2. The pressure drop of CO2 in the gas cooler shows a relatively good agreement with those predicted by Ito’s correlation developed for single-phase in helical coil tubes. Though a few correlation available with the data, the local heat transfer coefficient of CO2 agrees well with those presented by Pitla et al. among the predictions. However, at the region near pseudo-critical temperature, the experiment data indicate higher values than the Pitla et al. correlation.

냉매 충전량에 따른 CO₂용 수냉식 열펌프의 성능 특성에 관한 연구

손창효,유태근,장승일,오후규,Son, Chang-Hyo,Yu, Tae-Guen,Jang, Seong-Il,Oh, Hoo-Kyu 한국마린엔지니어링학회 2007 한국마린엔지니어링학회지 Vol.31 No.5

The performance characteristics of water-chilling heat pump using $CO_2$ with respect to variation of refrigerant charge amount was investigated experimentally. An experimental apparatus is consisted of a compressor, a gas cooler, an expansion valve, an evaporator and a liquid receiver. All heat exchangers used in the test rig are counter-flow-type heat exchangers with concentric dual tubes, which are made of copper. The gas cooler and the evaporator consist of 6 and 4 straight sections respectively arranged in parallel, each has 2400 mm length. The experimental results summarize as the followings : As the refrigerant charge ratio of $CO_2$ heat pump system increases, the discharge pressure and compressor ratio increases, but mass flow rate of refrigerant decreases. Also the compressor work increases with the increase of refrigerant charge ratio. However, the heating and cooling capacity of $CO_2$ heat pump decreases as the refrigerant charge ratio increases. The maximum heating COP of $CO_2$ heat pump system presented at 0.25 refrigerant charge ratio. It is possible to confirm the optimum charge ratio of $CO_2$ heat pump system by the viewpoint of heating COP.

경사진 헬리컬 코일 열교환기의 열전달 특성에 관한 연구

손창효,전민주,장승일,오후규,Son, Chang-Hyo,Jeon, Min-Ju,Jang, Seong-Il,Oh, Hoo-Kyu 한국마린엔지니어링학회 2007 한국마린엔지니어링학회지 Vol.31 No.6

The heat transfer coefficient and Pressure drop during gas cooling process of $CO_2$ (R-744) in inclined helical coil copper tubes were investigated experimentally. The main components of the refrigerant loop are a receiver. a variable-speed pump. a mass flow meter, a pre-heater and a inclined helical coil type gas cooler (test section). The test section consists of a smooth copper tube of 2.45mm inner diameter. The refrigerant mass fluxes were varied from 200 to $600[kg/m^2s]$ and the inlet Pressures of gas cooler were 7.5 to 10.0 [MPa]. The heat transfer coefficients of $CO_2$ in the inclined helical coil tubes increases with the increase of mass flux and gas cooling pressure of $CO_2$. The pressure drop of $CO_2$ in the gas cooler shows a relatively good agreement with those Predicted by Ito's correlation developed for single-phase in a helical coil tube. The local heat transfer coefficient of $CO_2$ agrees well with the correlation by Pitla et al. However, at the region near pseudo-critical temperature. the experiments indicate higher values than the Pitla et al. correlation. Therefore. various experiments in the inclined helical coil tubes have to be conducted and it is necessary to develop the reliable and accurate prediction determining the heat transfer and pressure drop of $CO_2$ in the inclined helical coil tubes.

세관내 R-22 and R-134a의 증발 유동양식과 열전달

손창효 한국수소및신에너지학회 2007 한국수소 및 신에너지학회논문집 Vol.18 No.3

본 논문은 세관(ID<7 mm) 내 R-22와 R-134a의 증발 열전달과 유동양식에 대한 실험적 연구이다. R-22와 R-134a의 유동양식을 관찰하기 위해 내경 2와 8 mm의 파이렉스 튜브를 사용하였고, 열전달 계수는 내경 1.77, 3.36, 5.35 mm의 수평 평활동관에 대해서 측정하였다. 증발 유동양식에서 내경 2 mm의 환상류 영역이 내경 8 mm에 비해 저건도 영역에서 발생하는 것을 확인할 수 있었고, 내경 2 mm의 유동양식은 Mandhane의 선도와 많은 오차를 보였다. 세관(ID<7 mm) 내 증발 열전달 계수는 종래의 대구경관(ID>7 mm)에 비해 관직경에 대한 영향이 많이 나타나는 것을 알 수 있었다. 내경 1.77 mm의 열전달 계수는 내경 3.36 mm와 5.35 mm에 비해서 20내지 30% 정도 높은 것을 나타났다. 또한 종래의 열전달 상관식(Shah’s, Jung’s, Kandlikar’s and Oh-Katsuda’s correlation)과 비교한 결과, 실험데이터는 상관식과 많은 이탈 정도를 보였다. 따라서 실험데이타를 기초로 세관내 R-22와 R-134a에 적용할 수 있는 증발 열전달 상관식을 새로이 제안하였다.

저온 사이클에 R744를 적용한 2원 냉동시스템의 성능분석

손창효,문춘근 한국동력기계공학회 2019 동력시스템공학회지 Vol.23 No.2

논문은 캐스케이드 냉동시스템의 성능계수와 질량유량비율을 고온사이클의 과열도, 과냉각도, 응축온도, 증발온도, 내부열교환기와 압축기의 효율에 따라 분석한다. 고온 사이클에는 다양한 냉매가 사용되며, R744는 저온 사이클에서만 사용된다. 그 결과는 다음과 같이 요약된다: COP는 과냉각 정도가 증가함에 따라 증가한다. COP는 R22, R32 및 R717을 제외한 과열의 정도가 증가함에 따라 감소한다. COP는 응축 온도를 높이고 내부 열 교환기 효율을 증가시킬 때 감소한다. 고온 주기의 응축 온도가 증가함에 따라 질량 흐름비가 증가한다. 질량 흐름 비율은 과열, 과냉각, 내부 열 교환기 및 증발 온도의 증가에 따라 감소한다. 그럼에도 불구하고, 질량 흐름 비율은 압축 효율이 증가함에 따라 변화가 없다.

수평관내 이산화탄소의 증발 열전달과 압력강하

손창효 한국수소및신에너지학회 2007 한국수소 및 신에너지학회논문집 Vol.18 No.2

The evaporation heat transfer coefficient and pressure drop of CO2(R-744) in a horizontal tube was investigated experimentally. The main components of the experimental apparatus are a receiver, a variable-speed pump, a mass flow meter, a pre-heater and an evaporator(test section). The test section consists of a horizontal stainless steel tube of 4.57 mm inner diameter. The experiments were conducted at mass flux of 200~1000 kg/m2s, saturation temperature of 0~20℃, and heat flux of 10~40 kW/m2. The test results showed that the heat transfer coefficient of CO2 has a greater effect on nucleate boiling more than convective boiling. Mass flux of CO2 does not affect nucleate boiling too much. In comparison with test data and existing correlations, All of the existing correlations for the heat transfer coefficient underestimated the experimental data. However Jung et al.'s correlation showed a good agreement with the experimental data. The evaporation pressure drop of CO2 increases with increasing mass flux and decreasing saturation temperature. When comparison between the experimental pressure drop and existing correlations. Existing correlations failed to predict the evaporation pressure drop of CO2.

Condensation Heat Transfer Characteristics of Hydrocarbon Refrigerants in Horizontal Tubes of 7.73 mm and 5.80 mm

손창효 한국수소및신에너지학회 2008 한국수소 및 신에너지학회논문집 Vol.19 No.4

본 논문은 내경 7.73 mm와 5.80mm의 수평관내 프레온계 냉매 R-22와 탄화수소계 냉매 R-290과 600a의 응축 열전달 계수의 실험적 결과를 나타내었다. 실험장치는 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기 등으로 구성된다. 응축 실험은 질량유속 35.5~210.4 kg/m2s이고, 응축온도 40℃인 조건에서 수행하였다. 주요 결과를 요약하면 다음과 같다. 탄화수소계 냉매 R-290과 R-600a의 평균 열전달 계수는 프레온계 냉매 R-22보다 높게 나타났으며, R-600a의 평균 열전달 계수가 모든 관경에 대해 가장 높게 나타났다. 실험결과와 종래의 상관식을 비교한 결과, 모든 관경과 냉매에 대해 Haraguchi 등의 상관식이 가장 좋은 일치를 보였다. 그 중에서 Cavallini-Zecchin의 상관식은 7.73 mm 관경의 실험데이터와, Dobson 등의 상관식은 내경 5.80 mm 관경의 데이터와 좋은 일치를 보였다.

세관내 R-22와 R-410A의 응축 압력강하

손창효 한국수소및신에너지학회 2008 한국수소 및 신에너지학회논문집 Vol.19 No.2

The condensation pressure drop for R-22 and R-410A flowing in a small diameter tube was investigated. The test section is a counterflow heat exchanger with refrigerant flowing in the inner tube and coolant flowing in the annulus. The test section consists of 1220 mm length with horizontal copper tube of 3.38 mm outer diameter and 1.77 mm inner diameter. The refrigerant mass fluxes ranged from 450 to 1050 kg/m2s and the average inlet and outlet qualities were 0.05 and 0.95, respectively. The main experimental results were summarized as follows : In the case of two-phase flow, the pressure drop increases with increasing mass flux and decreasing quality. The pressure drop of R-22 is slightly higher than that of R-410A for the same mass flux. Most of correlations proposed in the large diameter tube showed enormous deviations with experimental data.

내부 열교환기 부착 CO₂-C₃H8용 캐스케이드 냉동시스템의 성능 특성

손창효 한국수소및신에너지학회 2009 한국수소 및 신에너지학회논문집 Vol.20 No.6

In this paper, cycle performance analysis of CO₂-C₃H8(R744-R290) cascade refrigeration system with internal heat exchanger is presented to offer the basic design data for the operating parameters of the system. The operating parameters considered in this study include subcooling and superheating degree and gas cooling pressure and evaporating temperature in the propane (R290) low temperature cycle and the carbon dioxide (R744) high temperature cycle. The main results were summarized as follows : The COP of cascade refrigeration system of CO₂-C₃H8(R744-R290) increases with the increasing subcooling degree, but decreases with the increasing superheating degree. The COP of cascade refrigeration system increases with the increasing evaporating temperature, but decreases with the increasing gas cooling pressure. Therefore, superheating and subcooling degree, compressor efficiency, evaporating temperature and gas cooling pressure of CO₂-C₃H8(R744-R290) cascade refrigeration system have an effect on the COP of this system.