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$CO_2$ 냉매의 증발열전달 특성

정시영    (서강대학교 기계공학과  );
  • 초록

    환경친화적인 냉매를 탐색하는 과정에서 자연냉매 $CO_2$ 는 1990년대 초에 많은 사람들의 관심을 다시 끌게 되었고, 그 이후 구미 선진국 위주로 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히 $CO_2$ 는 탄화수소계 냉매가 안전상의 이유로 사용되기 어려운 차량용 냉방 시스템과 온수제조용 열펌프 시스템에 대하여 많은 연구가 이루어져 왔으며 최근에는 가정용 냉난방 시스템에 대한 연구도 진행되고 있다. $CO_2$ 를 냉매로 사용하는 냉동 시스템에 있어서 증발기는 시스템의 중요한 구성 요소이므로 제품 개발을 위해서는 증발기에서의 열전달 및 압력손실 특성에 대한 연구가 선행되어야 한다. $CO_2$ 의 증발 열전달에 있어서 작동매채인 $CO_2$ 의 비체적, 비열, 점성계수, 표면장력 등의 물성치가 크게 변화하므로 기존에 널리 사용되던 냉매의 중발열전달과는 상당히 다른 결과가 나타난다. 예를 들면 기존의 냉매에서는 건도가 증가함에 따라 열전달계수가 증가하는 것으로 알려져 있으나 $CO_2$ 의 경우에는 오히려 열전달계수가 감소하는 것으로 보고되고 있다. 이처럼 $CO_2$ 는 증발열전달 과정에서 기존 냉매의 경향으로부터 예측하기 힘든 결과가 나타나므로 다양한 형상의 증발기에 대하여 실험적으로 압력손실과 열전달계수를 구하는 연구는 성공적인 $CO_2$ 냉동 시스템의 개발을 위하여 필수 불가결하다. 본고에서는 $CO_2$ 냉동 시스템의 개발에 도움이 될 수 있도록 지금까지 국내외에서 수행된 $CO_2$ 증발 열전달에 관한 문헌조사를 통하여 연구결과들을 비교, 분석하고 향후의 연구 방향을 제시하고자 한다.


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