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▲부경대학교 냉동공조학과 윤정인 교수

 

 

윤정인·김청래·손창효 부경대학교 냉동공조공학과

이 논문 저자인 부경대학교 냉동공조공학과 윤정인 교수는 지난해 기존 냉동사이클에 이젝터를 적용함으로써 냉매에 따라 최대 70%의 효율 향상을 얻을 수 있다는 연구결과를 밝혀 한국동력기계공학회의 추천으로 한국과학기술단체 총연합회로부터 최근 과학기술우수논문상을 수상했다.(편집자 주)

이젝터 냉동사이클 관련 각종 연구 활발히 진행이 논문에서는 다양한 냉동사이클의 성능을 비교 및 분석했다. 냉동사이클에 이젝터를 적용할 경우 COP가 증가하는 것을 이론적으로 확인했고, 가장 효과적인 사이클을 제안하며 추후 연구방향을 제시했다.

이젝터를 적용한 냉동시스템 Wang 등의 경우 구동유체의 상(Phase)이 액체와 기체의 혼합 상태라는 점이 특징적이다. 이 경우 팽창밸브에 의한 팽창이 수반되며, 이 과정에서 구동유체의 압력이 감소되어 이젝터 성능의 저하를 야기한다.

반면에 부분 증발에 의한 구동유체의 밀도 감소로 인해 흡입부 유체와의 질량유량 비율은 상대적으로 양호하게 나타났다. Park 등은 구동압력과 형상과 같은 이젝터의 성능변수에 대한 CFD해석을 통해 내부 유동을 분석했다. Yoon 등은 이젝터를 적용한 냉동사이클에 R-134a를 적용했을 경우에 대해 성능분석을 실시했다. Lawrence 등은 이상류 이젝터를 적용한 세 가지 냉동사이클을 분석했으며, 압축기 입구에 이젝터를 적용한 사이클이 가장 효과적임을 확인했다.

최근 이젝터 냉동사이클과 관련된 각종 연구가 활발히 진행되고 있다. 반면에, CHC계 냉매의 사용이 이미 제한되었음에도 불구하고, HFC계 냉매 또는 천연냉매 등의 대체냉매에 대한 이젝터 냉동사이클의 성능분석 연구 이론은 확립되어 있지 않았다.

따라서 이 논문에서는 기본 냉동사이클과 Yoon 등의 연구에서 분석한 세 가지 이젝터 냉동사이클을 대상으로 해 6종의 다양한 냉매가 적용되었을 때의 성능을 비교 및 분석하고자 한다.

이론적 비교를 위해서 Aspen HYSYS5)를 이용하여 동일한 분석조건을 기준으로 해석하였다.

 

 

이젝터 냉동사이클

•이젝터 형상 및 효과

〈그림 1〉은 앞의 연구에서 사용한 이젝터 단면도 및 각 위치별 냉매 압력변화를 그래프로 나타낸 것으로 본 논문에서의 이해도를 높이기 위해 여기서 다시 상세히 설명한다.

이젝터는 Motive, Suction, Discharge로 구성되며, Motive 및 Suction으로 유입된 유체가 혼합된 후, Discharge로 토출된다. Motive로 유입되는 고압의 액상태 냉매는 Motive 노즐을 통과하며 유속이 증가하는 동시에 압력이 감소되며 Suction으로 저압의 냉매증기가 유인되어 Mixing chamber에서 혼합된다.

•비교 대상 사이클 요약

〈그림 2〉는 본 논문에서 비교대상으로 하는 네가지 냉동사이클의 개략도를 나타낸 것이다. 이

는 전편의 논문에서 설명했기에 여기서는 간단히 설명한다. 〈그림 2〉-(a)는 기본 증기압축 냉동사이클로 비교 대상 사이클의 기준이 되는 사이클이다. 〈그림 2〉-(b)는 응축기의 냉매액이 펌프와 증발기로 분지되는 냉동사이클이다. 〈그림 2〉-(c)는 일반적으로 많은 연구가 이루어지는 액-증기 이젝터 냉동사이클이다. 〈그림 2〉-(d)는 (c)와 유사하지만, Motive 전단에 승압펌프를 추가로 설치한 냉동사이클이다. (c)와 비교하여 Discharge의 압력이 회복되는 정도가 크기 때문에, 압축기 흡입냉매의 압력을 더욱 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.

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월간 냉동공조저널 2018년 9월호 참조