HCFC22 대체 HFC32, HFC125 혼합냉매의 성능평가 = Performance Evaluation of HFC32/HFC125 Mixtures for Alternative Refrigerants of HCFC22

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 냉동/공조 설비에서 널리 사용되어 온 HCFC22가 CFC에 비해서는 오존층 붕괴지수가 낮지만 여전히 오존층을 붕괴시킬 가능성이 크기 때문에 HCFC22의 대체냉매로 HFC계열 냉매인 R32, R125를 포함한 혼합냉매에 대한 성능 평가를 수행하였다.
본 연구에 사용된 혼합냉매는 순수냉매인 R32, R125를 혼합한 2원 혼합냉매이며 질량기준 조성비로 R32는 40%부터 60%까지 5%간격으로, R125는 60%부터 40%까지 5%간격으로 혼합하였으며 미국 냉동 공조학회(ASHRAE)에서 공식적으로 R410A로 명명한 혼합냉매(50%HFC32/50%HFC125)또한 사용되었다. 혼합냉매의 성능을 실험하기 위해 개방형 왕복동식 압축기를 이용하며 냉매와 물이 대향류가 되도록 설계한 수냉식 벤치테스터를 제작하였다. 실험 조건은 기준 냉매인 HCFC22의 증발기 포화온도와 응축기 포화온도가 각각 7℃/45℃(여름 냉방조건), -7℃/41℃(겨울 난방조건)로 설정하였으며 증발기 출구의 과열도는 5℃(±1℃), 응축기 출구의 과냉도는 5℃(±1℃)로 유지하였다.
R32/R125 2원 혼합냉매는 실험을 수행한 모든 조성에서 성능계수가 HCFC22보다 높았으며, 특히 R410A 조성인 50:50에서 7.8%로 가장 높았다. 압축기 토출온도는 0.7∼7.1？？ 정도 높거나 낮았지만 이 정도 차이라면 시스템의 안정성이나 수명에 큰 영향을 미치지 않을 것으로 판단된다. 또한 모든 냉매들은 액체밀도가 HCFC22에 비해 낮았기 때문에 HCFC22보다 최대 16%까지 감소하였다.
본 연구에서 실험을 수행한 모든 냉매는 오존층 붕괴를 일으키지 않아 친환경적이므로 앞으로 이러한 환경 문제를 해결할 수 있는 장기적 대체 냉매라 할 수 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, performance of R410A(50%R32/50%R125) and HFC32/HFC125 mixture is measured in an attempt to substitute HCFC22 used in air-conditioners and heat pump.
The composition of HFC32/HFC125 mixture varies ±10% from the reference composition of R410A. They were tested in a refrigerating bench tester with an open type compressor. The test bench employed water and water/glycol mixture as the secondary heat transfer fluids. All tests were conducted under the same external conditions resulting in the averager saturation temperatures of summer cooling(7/45℃) and winter heating(−7/41℃) in the evaporator and condenser, respectively.
Test results show that the coefficient of performance(COP) of R32/R125 mixtures are 5.0~7.8% higher than those of HCFC22 in all temperature conditions. Compressor discharge temperatures have difference up to 7.1℃ as compared to that of HCFC22. For all refrigerants, the amount of charge was reduced up to 16% as compared to HCFC22 due to the decrease in liquid density.
Overall, these fluids are free from environmental problem and thus can be used as long term alternatives for residential air-conditioning and heat pumping application. Also performance of R410A is not appreciably affected by the composition shift of ±10% of R32.

목차 (Table of Contents)

• TABLE OF CONTENTS
• 요약문 i
• ABSTRACT ii
• NOMENCLATURE iii
• TABLE OF CONTENTS iv
• LIST OF TABLE vii
• LIST OF FIGURES viii
• 제 1 장. 서론 1
• 1.1 연구배경 1
• 1.2 친환경적 대체냉매 연구의 필요성 4
• 1.3 연구방향 6
• 제 2 장. 이론적 배경 8
• 2.1 혼합냉매의 필요성 및 특성 8
• 2.2 HCFC22 대체냉매의 특성 12
• 2.2.1 HCFC22 대체냉매의 조건 12
• 2.2.2 열역학적 특성 12
• 2.2.2.1 증기압 (Vapor pressure) 13
• 2.2.2.2 임계온도와 임계압력 (Critical temperature and critical pressure) 14
• 2.2.2.3 증발 잠열 (Heat of vaporization) 15
• 2.2.2.4 밀도 (Density) 16
• 2.2.2.5 압축비 (Pressure ratio) 17
• 2.2.3 오일의 적합성 (Compatibility) 18
• 제 3 장. 실험 장치 20
• 3.1 열펌프 설계 및 제작 20
• 3.2 데이터 측정 23
• 3.3 실험 조건 26
• 3.4 실험 방법 27
• 3.5 실험 냉매 조성 28
• 3.6 윤활유 선정 29
• 제 4 장. 결과 및 고찰 30
• 4.1 열역학적 사이클 시뮬레이션 32
• 4.2 성능 계수 35
• 4.3 소요 동력 36
• 4.4 압축기 토출 온도 37
• 4.5 냉매 충전량 38
• 제 5 장. 결론 39
• 제 6 장. 참고 문헌 40