R-1234ze(E) 냉매를 이용한 유하액막식 증발기 성능 실험 연구

• Published in: 설비공학 논문집, 36(7) Vol. 36; no. 7; pp. 366 - 375
• Main Authors: 하늘(Neul Ha), 정융(Yoong Chung), 류진우(Jinwoo Yoo), 손상호(Sangho Sohn), 송찬호(Chan Ho Song), 김정철(Jungchul Kim)
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 대한설비공학회 01.07.2024
• Subjects: 기계공학; Tube Heat Exchanger(쉘 & Falling film evaporator(유하액막식 증발기); Shell & Low GWP Refrigerant(Low GWP 냉매); Heat Pump(히트펌프); 튜브 열교환기
• ISSN: 1229-6422; 2465-7611
• DOI: 10.6110/KJACR.2024.36.7.366

현재 우리나라는 HFC, HCFC 냉매 규제로 인해 친환경 냉매인 HFO가 주목받고 있다. 해당 연구는 HFO 냉매 중 하나인 R-1234ze(E)를 사용하여 유하액막식 열교환기 냉각 성능 시험을 진행하였다. 냉수의 유입 유량과 유입 온도를 변화시켜가며 증발기 내부 각각의 전열관의 성능을 분석하였고, 전체 증발기의 냉각 성능을 분석하였다, 해당 연구에서의 주요 결과는 다음과 같다. (1) 유입 유량과 유입 온도가 냉각 성능에 가장 큰 영향을 끼쳤다. 유입 온도 15℃, 15 L/min 대비 75 L/min 일 때의 열량을 비교한 결과, 약 14,746 W로 약 4.3배 증가함을 알 수 있었고, 유입 온도가 높을수록 냉각 능력, 열량, 총괄열전달 계수에서 큰 차이를 보임을 알 수 있었다. (2) 각각의 전열관 별 냉각 성능을 분석하였을 때, 가장 아래에 있는 전열관의 냉각 성능이 가장 좋았으며, 이는 증발기 내부의 온도와 유입 온도의 차이가 상대적으로 컸기 때문이다. 또한 유량이 많을수록 높은 냉각 성능을 가졌다. (3) 포화온도 별 비교하였을 때, 포화온도가 높을수록 열량 값을 가졌다. 또한 Wilson plot 기법을 이용하여 외부 열전달계수를 측정했을 때, 큰 차이는 아니었으나 포화온도가 높을수록 더 큰 외부 열전달 계수 값을 가짐을 알 수 있었다. (4) 해당 실험에서 Q1 ~ Q3는 비교적 큰 차이를 보였다. 현재의 실험 내에서 열량을 줄일 수 있는 방법은 유입 유량을 늘리는 것이다. 저유량의 경우, Q1과 Q3의 차이는 약 1.7 ~ 2배 가량 차이를 보였으나, 고유량의 경우, 약 1.5배의 차이를 보였다. 따라서, 75 L/min 이상의 고유량으로 실험을 진행한다면 열량 차이를 줄일 수 있을 것으로 판단된다. Recently, the industry has witnessed a widespread development of environmentally friendly heat pump systems. These systems primarily utilize new refrigerants with a low Global Warming Potential (GWP), which tend to be more expensive. Particularly in large-scale systems, falling film evaporators have garnered increasing attention due to their ability to reduce the required amount of refrigerant compared to flooded evaporators. In this study, we investigated the performance of a falling film evaporator using one of these low GWP refrigerants, R-1234ze(E), under various operating conditions. We installed an experimental set-up for an 8 kW nominal capacity falling film evaporator. We considered three parameters as variables: inlet water temperature, inlet mass flow rate, and refrigerant saturation temperature. To determine the convective heat transfer coefficient on the refrigerant side, we employed the Wilson plot method. KCI Citation Count: 0