냉동시스템에서 진공압력 예측과 기체부하에 따른 압력 변화 모델링 및 분석 = Modeling and Analysis of Vacuum Pressure and Pressure Variation due to Gas Load in Refrigeration System

국문 초록 (Abstract)

냉동사이클 내부 불응축가스의 존재는 시스템 에너지 소비 효율에 큰 영향을 미친다. 불응축가스의 영향을 최소화하기 위해, 냉매를 주입하기 전 진공펌프를 사용하여 시스템 내부를 진공 상태로 유지한다. 하지만, 시스템 내부에 존재하는 기체부하를 완전히 제거하는 것은 불가능하다. 이에 따라 진공이 완료 된 후, 시스템 내부의 불응축가스 양은 상승한다. 냉매를 주입하기 전, 냉동시스템 내부의 불응축가스의 상승을 파악하는 것은 시스템 운전 성능에 중요함에도 불구하고, 이에 대한 연구는 현재까지 매우 부족하다. 따라서, 본 연구는 냉동시스템 내부의 진공압력에 영향을 미치는 인자를 분석하여, 시스템 내부 초기 불응축가스의 상승률을 이해하는데 목적이 있다. 본 연구에서는 진공압력 예측을 위한 모델링 방법을 제시하고, 이를 기반한 알고리즘을 개발하였다. 진공압력에 영향을 미치는 인자로서, 각 구성요소의 유동저항, 기체방출, 탈기 그리고 누설 등을 고려하였으며, 이러한 현상들이 냉동시스템 각 구성요소의 압력에 미치는 영향을 분석하였다. 진공펌프를 활용한 시스템 내부 기체 배출 과정에서는 각구성요소의 유동저항이 시스템 진공압력에 가장 큰 영향을 미쳤다. 특히, 핫라인과 응축기 내부 미세 채널은 낮은 전도도를 가지고 있어, 응축기 출구에서 가장 높은 진공압력이 예측되었다. 이 과정에서 기체방출과 탈기 현상으로 인한 분자 배출은 상대적으로 작아서 무시할 정도였다. 진공펌프가 정지한 후에는 기체누설이 시스템 내부 압력에 가장큰 영향을 미쳤다. 기체누설이 없는 상황에서는 배출되지 못한 분자들로 인해 시스템 내부 압력은 상승했다. 각 구성요소의 형상에 따라 압력 평균화 과정을 거친 후, 기체방출과 탈기의 영향으로 인해 압축기에서는 201%, 필터 드라이어에서는 43%의 압력이 증가하는 것으로 나타났다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1장. 서론 .................................................................................1
• 1.1 연구 배경 ..................................................................................................... 1
• 1.2 연구 목표 ..................................................................................................... 3
• 제 2장. 이론 .................................................................................9
• 2.1 기체 유동 ..................................................................................................... 9
• 2.2 기체방출......................................................................................................12
• 2.3 기체탈기......................................................................................................14
• 2.4 기체누설......................................................................................................15
• 제 3장. 모델링............................................................................ 25
• 3.1 기체 유동 현상 모델링 .................................................................................25
• 3.2 시스템 표면에서 기체방출 현상 모델링..........................................................26
• 3.3 오일에서 공기 탈기 현상 모델링 ...................................................................28
• 3.4 기체누설 현상 모델링...................................................................................30
• 3.5 진공압력 예측 모델링...................................................................................31
• 제 4장. 시뮬레이션...................................................................... 37
• 4.1 냉동시스템에 모델링 적용.............................................................................37
• 4.2 진공 해석 알고리즘......................................................................................40
• 4.3 유효성 검사.................................................................................................41
• 제 5장. 결과 및 분석................................................................... 50
• 5.1 냉동시스템 각 구성요소 유동저항의 영향 ......................................................50
• 5.2 시스템 표면에서 기체방출의 영향 .................................................................52
• 5.3 압축기 오일에서 탈기되는 공기의 영향..........................................................53
• 5.4 미세 균열에서 발생하는 기체누설의 영향 ......................................................54
• 5.5 기체방출과 탈기 현상을 고려한 냉동시스템 내부 진공압력 변화 .....................55
• 제 6장. 결론 ............................................................................... 79
• 참고 문헌 ...................................................................................81