Development of a New Heat Exchanger for the Super Cooling (HESC) to Enhance the Performance of the
Heat Pump System for the Living Space by the Natural Energy
Song,Heon*
*2 1BMFA Nat ur alEne r gyDe ve l opme nt ( ar c hi l i e u@hot mai l . c om)
자연에너지를 이용한 생활공간 냉난방용 열펌프의 성능향상을 위한
과냉 촉진 신개념 열교환기(HESC) 개발
송 헌*
*2 1BMFA 자연에너지 개발( ar c hi l i e u@hot mai l . c om)
Abst r act
과냉 촉진을 위한 새로운 열교환기( HESC) 가 생활공간의 냉난방을 위한 공기-물 열펌프의 성능계수 향상을 위해 본 연구에서 개발되었으며 그 효과를 실험적으로 분석하였다.이 열교환기( HESC) 는 여러 단계의 셀과 튜 브로 구성되어 있으며,열펌프 시스템의 응축기와 증발기 사이에 장착되었다.실험 조건으로,외기온은 7° C에서 -17° C,입구 물 온도는 7∼10° C 그리고 제 2열전달매체로서 물의 질량 유동율은 시간당 100에서 300ℓ로 변화 를 주었다.본 실험에서 이 열교환기가 장착된 열펌프의 압축기에서의 냉매 입⋅출구 사이의 온도 차이는 열교환 기가 장착되지 않은 열펌프보다 15° C 높았다.이에 따라 이 열교환기가 장착된 열펌프 시스템은 외기온 -10° C 에서 COP가 0. 8증가하였다.따라서 이 공기-물 열펌프 시스템은 최근 한국에서 실용화되고 있는 고비용이 요구 되는 지열 열펌프 시스템을 대체하여 생활공간을 위한 냉난방 시스템으로서 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 사료된다.
Ke ywor ds:과냉 촉진 열교환기( He a tExc ha nge rf o rt heSupe rCo o l i ng( HESC) ) ,생활공간( Li vi ngSpa c e ) ,자연에너지 ( Nat ur alEne r gy) ,공기-물 열펌프 시스템( Ai r -t o-Wat e rHe atPumpSys t e m) ,성능계수( COP) [논문] 한국태양에너지학회 논문집
Journal of the Korean Solar Energy Society
Vol. 31, No. 6, 2011 IS S N 1 5 9 8 - 6 4 1 1
투고일자 :2011년 9월 14일,심사일자 :2011년 9월 17일,게재확정일자 :2011년 12월 12일
교신저자 :송헌( ar chi l i eu@hot mai l . com)
Nomencl at ur e
Q˙
gain :heatgainofthenew system
circuitwithHESC (㎉/hr)
Q˙
EVA,gc :heatabsorbedfrom
evaporatorinthegeneral
circuitwithoutHESC (㎉/hr)
Q˙
comp :powerconsumptionof
compressor(㎉/hr)
ΔQ˙
HESC :heatgainincreasedbythe
HESC (㎉/hr)
Q˙
Loss :theotherheatlossfrom the
heatpumpsystem (㎉/hr)
qLoss :heatlossperunitmassof
refrigerant(㎉/㎏)
G˙
0 :massflow rateofrefrigerant
(㎏/hr)
Δh :enthalpydifferencebetween
twoconditions(㎉/㎏)
COPgain :COP ofnew circuitwith
HESC
COPgc :COP ofthegeneralcircuit
withoutHESC
ΔCOPHESC :COP increasedbyHESC
Ev.i :Inletofevaporator
Ev.o :Outletofevaporator
S.i :InletofshellinHESC or
By-pass
S.o :OutletofshellinHESC or
By-pass
Cm.i :Inletofcompressor
Cm.o :Outletofcompressor
Cd.i :Inletofcondenser
Cd.o :Outletofcondenser
T.i :InletoftubeinHESC or
By-pass
T.o :OutletoftubeinHESC or
By-pass
Ex.i :Inletofexpansionvalve
Ex.o :Outletofexpansionvalve
1.I nt r oduct i on
Thehumanbe i ngshavebe e nf ac e dwi t h t hedoubl edi f f i c ul t i e soft hehi ghoi lpr i c e s
ande nvi r onme nt alpol l ut i onc aus e dby t he f os s i lf ue l .
I nor de rt os ol vet he s epr obl e ms ,al love r t hewor l dr e ne wabl ee ne r gypr oj e c t sar ei n pr ogr e s st ode ve l op t hes ys t e m us i ng t he al t e r nat i vee ne r gyr e s our c e s .
I n U. S. A.and Br az i l ,e t hanolde ve l ope d as a t r ans por tf ue lf r om c or n and s ugar c a nei soneoft hef a c t or st or a i s et hepr i c e s ofs ugarandani malf e e d.
I n Eur ope , J a pa n, and Sout h Kor e a , s c i e nt i s t sa r ei mme r s e di nr e al i z a t i onoft he wi ndpowe r ,s ol a rc e l l( phot ovol t a i cs ys t e m) s ys t e ms ,a ndge ot he r ma lhe a tpumps ys t e m, a nd e s pe c i a l l y t he Kor e a n Gove r nme nt pr opos e dt hena t i ona lpr ogr amsof" t hel ow c a r bon a nd hi gh gr e e n gr owt h" f or t he de ve l opme ntofr e ne wa bl ee ne r gy.
Eve n i f t he wi nd po we r a nd s o l a r c e l l s ys t e msc o ul dber e l a t i ve l ygo o dc o mpl e me nt s f o rt he na t ur a le ne r gy ut i l i z a t i o n,t he r e a r e s o medi f f i c ul t i e si nc o nve r t i ngt hes unr a ysi nt o t hec l e a na ndr e l i a bl ee ne r gy.Fo re xa mp l e ,t he e f f i c i e nc yo fs o l a rc e l li sl i mi t e dt o1 3 % a ndt he i ns t a l l a t i o nc o s to ft hes ys t e m i st o ohi gha s c o mpa r e d wi t h a i r -t o -wa t e r he a t pump s ys t e m.
I n ge ne r a l ,t h e e n e r gy s t o r a ge s ys t e m i s i ne vi t a b l e f o r t he s o l a r e ne r gy ut i l i z a t i o n . Fo r t un a t e l y,s o l a re ne r gyi ss t o r e da bu nd a nt l yi n t hea i r ,t h ee a r t ha n dt hewa t e r .Unf o r t una t e l y, ho we ve r ,t het e mp e r a t ur eva r i a t i o no ft hes o l a r e ne r gys t o r e di nt h ea i ra c c o r d i ngt ot h er e gi o ns a nds e a s o n si so neo ft het r o u b l e df a c t o r sf o rt h e r e a l i z a t i o no fs o l a re n e r gys ys t e ms .
I nc a s eo ft hea i r -t o -wa t e rh e a tp umps ys t e m
us i ngt hee ne r gys t o r e di nt hea mbi e nta i ra s
t hehe a ts o ur c e ,t hec o e f f i c i e nto fp e r f o r ma nc e
wo ul dr a pi dl yde c r e as ebe l ow -1 0° C oft he