일반기술

HFC 냉매의 응축기 및 증발기에서의 열전달

20세기 후반에 들어서면서 환경문제는 인류의 공통적 관심사가 되었으며, 증기압축식 냉동기 및 공조기의 냉매로 널리 사용되어온 CFC (chlorofluorocarbon) 계열 및 HCFC (hydrochlorofluorocarbon) 계열의 냉매가 오존층을 파괴한다는 사실이 밝혀지면서, 이로 인한 환경파괴를 방지하기 위하여 이들 냉매의 생산과 사용을 규제하게 되었다. 따라서, CFC 및 HCFC 계열의 냉매를 대체할 수 있는 새로운 물질들의 개발과 이러한 대체물질들을 새로운 작동유체로 사용하는 시스템에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 새로운 냉매를 기존의 냉매와 열역학적 물성치들이 유사하도록 선택하여도 전달물성치가 기존의 냉매와 동일하지 않으므로, 기존의 냉매를 사용하던 냉동 및 공조기기와 동일한 용량과 효율을 얻기 위해서는 시스템의 최적화를 위한 재설계가 필요하다. 이 과정에서 설계의 기본이 되는 증발기, 응축기에서의 새로운 냉매의 열전달 특성을 정확히 예측하기 위한 연구가 이루어져야 한다. 본 연구에서는 열펌프 및 냉동기의 구성요소 중에서 응축기 및 증발기에 대한 열전달 성능 실험과 대체냉매의 응축 및 증발 열전달계수를 정확하게 측정하는 것이 주된 내용이다. 냉매의 여러 특성 중에서 대체냉매에 대한 응축 및 증발열전달계수 자료는 많이 발표되지는 않고 있으며, 제한된 범위 내에서 측정한 값들만이 제시되고 있는 실정이다. 응축 및 증발 열전달 실험자료는 응축기 및 증발기의 성능을 평가하거나, 그 크기를 결정하는데 매우 중요하게 이용된다. 또한 응축 및 증발열전달에 관한 자료를 바탕으로 열펌프 및 냉동기를 효율적으로 설계하고 이를 토대로 고성능 열에너지 이용 기기를 생산하는 것이 필요하다. 본 연구를 통해 얻어진 결과를 토대로 새로이 개발되어 앞으로 그 사용이 확대되리라 예상되는 HFC 계열의 대체냉매에 대한 응축 및 증발 열전달 특성을 정확하게 파악할 수 있으며, 대체냉매를 이용하는 시스템의 설계를 합리적으로 할 수 있다.새로운 대체냉매의 열전달 특성을 기존에 사용하던 냉매들과 비교하여 제시함으로써 국내 산업계에서 대체냉매를 이용한 열시스템을 설계하는데 도움을 줄 수 있으며, 국가경쟁력 제고와 환경문제 해결에 일익을 담당할 수 있다.