대체 냉매(R290)를 적용한 전기자동차 2차 루프 히트펌프의 성능에 관한 연구|RISS 상세보기

국문 초록 (Abstract)

지구온난화를 가속시키는 HFC계열 냉매의 규제가 강화됨에 따라 기존 자동차 히트펌프 시스템에 주로 사용되는 R134a 냉매를 대체할 수 있는 냉매에 대한 관심이 증가하고 있다. 대체냉매 중에서도 R290 냉매는 지구온난화지수(GWP : Global Warming Potential)가 낮고 가격이 저렴하고 저온 환경에서 유리하며 시스템 성능이 좋은 장점이 있다. 그러나 R290 냉매는 가연성이 있어 기존 히트펌프 시스템 적용에 어려움이 있다. 이차 루프 히트 펌프 시스템(Secondary Loop Heat Pump System)은 추가적인 냉각수 회로를 이용하여 승객실 내부로 냉매가 유입되는 것을 방지할 수 있기 때문에 가연성이 있는R290 냉매를 사용할 수 있다. 본 연구에서는 R290 냉매를 사용한 이차 루프 시스템의 성능에 관하여 연구를 진행하였다. 시스템 성능 비교에 앞서 냉매의 열역학적, 물리적 특성을 파악하고 이론적인 히트펌프 사이클 설정 후 체적냉동용량과 성능계수를 비교하였다. 그리고 R290 냉매를 이차 루프 히트펌프 시스템에 적용하여 냉/난방 능력과 COP를 기존의 R134a 냉매를 사용한 직접 공랭식 히트펌프 시스템(Direct air type heat pump system)과 비교하였다. 이를 위해 Gamma technology사의 1-D 상용 소프트웨어인 GT-Suite®를 이용하여 R134a 냉매를 사용한 히트펌프 시스템 모델과 R290 냉매를 사용한 이차 루프 히트펌프 시스템 모델을 개발하였다. 그 후 운용 조건 별 히트펌프 시스템의 냉/난방 능력과 소모 동력, COP를 비교하였다. 추가적으로 열교환기 파라미터 스터디를 통해 열교환기 변경에 따른 이차 루프 히트펌프 시스템의 성능 개선 가능성을 파악하였다.

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지구온난화를 가속시키는 HFC계열 냉매의 규제가 강화됨에 따라 기존 자동차 히트펌프 시스템에 주로 사용되는 R134a 냉매를 대체할 수 있는 냉매에 대한 관심이 증가하고 있다. 대체냉매 중...

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

As regulations for HFC refrigerants accelerating global warming have been strengthened, there is an increasing interest in refrigerants that can replace R134a refrigerants, which are commonly used in vehicle heat pump systems. Among alternative refrigerants, R290 refrigerant has a low global warming potential (GWP), low price, advantages in low temperature environment, and has good system performance.
However, since R290 refrigerant has flammable, it is difficult to apply existing heat pump system. The secondary loop heat pump system prevents refrigerant from leaking into the passenger compartment, which is advantageous in that an Low-GWP refrigerant having flammability can be used. In this study, the performance of the direct air type heat pump system (R134a refrigerant) and the secondary loop system using R290 refrigerant were studied. Before comparisons of system performance, the thermodynamic and physical characteristics of the refrigerant were analyzed and the volumetric refrigerating capacity and the coefficient of performance(COP) were compared after setting the theoretical heat pump cycle.
To compare the performance of the heat pump system, direct air type heat pump system model using R134a refrigerant and a secondary loop heat pump system model using R290 refrigerant was developed using GT-Suite®, 1-D commercial software from Gamma technology. After that, the cooling / heating capacity, power consumption, and COP of the heat pump system were compared. In addition, the heat exchanger parameter study was conducted to find heat exchanger causing thermal bottlenecks and to identify the potential for performance improvement of secondary loop heat pump system due to change of heat exchanger.

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목차 (Table of Contents)

제 1 장 서론 1
1.1 전기자동차용 히트펌프 시스템 연구 배경 1
1.2 대체 냉매 연구 배경 3
1.3 연구 동향 6
1.4 연구 목적 8

제 1 장 서론 1
1.1 전기자동차용 히트펌프 시스템 연구 배경 1
1.2 대체 냉매 연구 배경 3
1.3 연구 동향 6
1.4 연구 목적 8
제 2 장 R134a, R290 냉매의 열역학적 특성 및 시스템 비교 9
2.1 냉매의 열역학적 특성 비교 9
2.2 이상적인 히트펌프 사이클 비교 11
제 3 장 히트펌프 시스템 모델 개발 17
3.1 히트펌프 시스템 비교 17
3.2 히트펌프 시스템 모델 개발 19
3.2.1 압축기 모델 21
3.2.2 팽창 밸브 모델 24
3.2.3 수액기 모델 24
3.2.4 루버 핀-튜브 열교환기 모델 25
3.2.5 판형 열교환기 모델 32
제 4 장 히트펌프 시스템 모델 시뮬레이션 35
4.1 히트펌프 시스템 모델 시뮬레이션 조건 35
4.2 히트펌프 시스템 냉매량 설정 36
4.3 히트펌프 시스템 모델 시뮬레이션 결과 38
제 5 장 이차 루프 히트펌프 시스템 열교환기 파라미터 스터디 41
5.1 열교환기 파라미터 스터디 조건 41
5.2 히트펌프 시스템 모델 시뮬레이션 결과 47
제 6 장 결론 50
참고문헌 51
영문 요약(Abstract) 57

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