Low GWP 냉매를 적용한 엔진구동 히트펌프의 열역학 제1법칙 및 제2법칙 해석 = Analysis of the First and Second Laws of Engine-Driven Heat Pumps Using Low GWP Refrigerant

국문 초록 (Abstract)

GHP에서의 대체냉매의 적용 가능성은 대체냉매를 적용한 GHP의 열역학적 효율 뿐 아니라 엑서지 손실까지 고려해야 정확한 판단이 가능하다. 본 연구에서는 Low GWP 대체 냉매를 적용한 GHP의 성능과 성능개선 가능성을 확인하기 위하여 에너지 및 엑서지 분석을 수행하였다. 요소부품 입출구 냉매의 상태를 계산하였으며, 계산 결과를 이용하여 대체냉매를 적용한 GHP의 각 요소부품에서의 엑서지 손실, 엑서지 효율 그리고 개선 포텐셜을 계산하였다. 엑서지 손실은 R32를 사용한 GHP에서 가장 낮게 나타났으며 이후, R410A, R466A, R290, R452B의 순서로 나타났다. 또한, 엑서지 손실이 가장 크게 발생하는 요소부품은 응축기, 압축기, 증발기 그리고 팽창장치의 순서로 나타났다. R32를 사용한 GHP의 압축기, 응축기, 증발기, 그리고 팽창장치에서의 엑서지 손실은 R410A의 경우와 비교하여 각각 6.9%, 9.3%, 8.0% 그리고 0.5% 낮게 발생하였다. 또한, 엑서지 효율은 엑서지 손실의 역순으로, 개선 포텐셜은 엑서지 손실과 동일한 순서로 나타났다. 개선 포텐셜은 R452B를 사용한 GHP에서 가장 크게 나타났으며, R410A를 사용한 경우와 비교하여 압축기, 응축기, 증발기, 그리고 팽창장치에서 각각 4.1%, 8.7%, 6.3% 그리고 0.2% 높게 나타났다. 이를 통해, R32가 R410A의 대체냉매로서 바로 적용 가능하며, R452B를 사용한 GHP의 엑서지 손실을 감소시키는 경우, 성능저하 없이 R410A의 대체냉매로서 적용 가능하다는 것을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The applicability of alternative refrigerants in GHP can be accurately decided by considering not only the thermodynamic efficiency of the GHP using the alternative refrigerant, but also the exergy loss. In this study, energy and exergy analyses were performed to evaluate the performance and performance improvement potential of GHP using a low-GWP refrigerant. The state of refrigerant at the inlet and outlet of the main components was calculated, and the exergy loss, exergy efficiency, and improvement potential of the main component of GHP using an alternative refrigerant were calculated using the calculation results. Exergy loss was lowest in GHP using R32, followed by those using R410A, R466A, R290, and R452B. The highest exergy loss was shown in the condenser, followed by the compressor, evaporator, and expansion device. Compared to R410A, the exergy loss in the compressor, condenser, evaporator, and expansion valve of GHP using R32 was 6.9%, 9.3%, 8.0%, and 0.5% lower than that using R410A, respectively. In addition, the exergy efficiency was in the reverse order of the exergy loss, and the improvement potential was in the same order as the exergy loss. The GHP using R452B showed the highest improvement potential; the improvement potential in the compressor, condenser, evaporator, and expansion valve was 4.1%, 8.7%, 6.3%, and 0.2% higher than that using R410A, respectively. These results confirm the suitability of R32 as an alternative refrigerant to R410. Furthermore, R452B would also be a suitable alternative refrigerant to R410A with a decrease in exergy loss.