증기 분리식 예냉 증기압축 냉동 사이클의 성능 특성 연구
Performance characteristics of vapor separation process in pre-cooled vapor compression refrigeration cycle
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초록
증기 압축식 냉동 사이클은 압축기, 응축기, 팽창장치, 증발기 등으로 구성되며, 냉동기 용량에 따라 많은 전기 에너지가 소비되므로 지속적인 에너지 절약의 노력을 필요로 한다. 증기 압축식 냉동 사이클에서 팽창과정 중 발생하는냉매 기체는 증발기 내부에서 냉동효과를 제공하지 못하며, 액체만이 기체로 상태가 바뀌면서 냉동 역할을 수행한다. 그러므로 본 연구에서는 증발기 유입 전에 기체 냉매를 분리하는 새로운 2단 팽창 사이클을 고안하여 성능계수 향상 효과를 분석하였다. 분석 결과, 증기 분리식 예냉 냉동 사이클은 중간 팽창 압력 5 bar에서 현재 사이클 대비 약 30 % 이상의 성능 향상을 보였다. 비교 기준 사이클은 가정용 R-134a 냉장고 냉동 공간으로 고압은 10.166 bar, 예냉이 5℃된 응축온도 35℃, 그리고 저압은 1.064 bar, -25℃를 기준하였다. 또한, 증기 분리 2단 팽창 사이클 경우 증발기 내부에 흐르는냉매 질량유량흐름이 15 ~ 20 %가 감소하게 되어 증발기의 규격이 크게 감소하게 되었다.
Abstract
The purpose of this study is to improve the performance of the current vapor compression refrigeration cycle composed of a compressor, a condenser, an expansion device, and an evaporator. In the refrigeration cycle, a certain portion of the liquid refrigerant evaporates after the expansion process, and the evaporated vapor refrigerant does not play a role in the refrigeration effect in the evaporator. Therefore, a new two-stage expansion refrigeration cycle, in which the vapor is separated from the mixture after the middle expansion process, was introduced and analyzed. It was found that the new vapor-separated cycle significantly improves the coefficient of performance by ~30% compared with that of the current existing refrigeration cycle, when a middle expansion pressure of 5 bars is applied in a typical R-134a domestic freezer cycle working in the high-pressure condition of 10.166 bars, a condensation temperature of 35 °C having 5 °C of pre-cooling, and a low-pressure condition of 1.064 bars and −25°C. In addition, because the mass flow rate of the liquid phase in the evaporator decreases by ~15%–20% compared with that of the current cycle, the evaporator size can be significantly reduced.
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