R744, R290 혼합 냉매의 혼합 분율에 따른 모바일용 히트펌프의 성능 비교 = A Study on the Performance Comparison of a Mobile Heat Pump Based on the Mixing Ratio of R744 and R290 Refrigerant Mixture

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 R744와 R290 혼합 냉매의 혼합 분율에 따른 히트펌프 시스템의 냉·난방 성능, COP, 그리고 냉매 충진량 변화를 분석하기 위해 ACHP 기반 히트펌프 설계 프로그램을 활용하여 히트펌프 구성 요소를 설계하고 다음과 같은 결론을 도출하였다.
(1) R290 질량 분율이 증가할수록 냉·난방 성능이 향상되었다. 냉방 모드의 경우 R290 질량 분율에 따른 성능은 최대 55.5%의 차이를 보였으며, 난방 모드에서는 최대 54.53%의 성능 차이가 발생하였다.
(2) COP 역시 냉·난방 성능과 마찬가지로 R290 질량 분율이 증가할수록 향상되었다. 그러나 R-404A 압축기의 소비 동력 차이로 인해 COP는 선형적인 변화를 보이지 않았다. COP는 R290 질량 분율에 따라 냉방 모드에서 최대 38.44%, 난방 모드에서 최대 40.24%의 차이를 보였다.
(3) 냉매 충진량은 R290 질량 분율이 증가함에 따라 선형적으로 감소하는 경향을 나타냈다. 이는 R290과 R744의 밀도 차이와 기공률 차이에 기인한 결과로 분석된다. 냉매 충진량은 냉방 모드에서 최대 51.95%, 난방 모드에서 최대 56%의 차이를 보였다.
(4) R290의 질량 분율이 0.8인 R744&R290 혼합 냉매를 순수 R290 혼합 냉매와의 COP를 비교하였을 때, R290의 COP는 냉방 시 최대 19.42%, 난방 시 최대 17.6% 높아, 혼합 냉매보다 우수한 성능을 나타냈다.
(5) 순수 R290의 냉매 충진량은 모든 냉방 및 난방 조건에서 R744&R290 혼합 냉매보다 적었으며, 냉방 조건에서는 최대 30.72%, 난방 조건에서는 최대 27.2% 적은 것으로 나타났다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study aimed to analyze the heating and cooling capacity and refrigerant charge variation according to the mixing ratio of R744 and R290 in a mobile heat pump system. Results showed that as the mass fraction of R290 increased, both heating and cooling capacity, as well as the coefficient of performance (COP), improved. In particular, performance differences were observed depending on the outdoor temperature. The maximum difference was 55.5% in cooling mode and 54.5% in heating mode. When applying an R-404A compressor for the present model, the COP did not exhibit a linear increase within the R290 mass fraction range of 0.4 to 0.6. Additionally, the refrigerant charge decreased linearly with an increasing R290 mass fraction, attributed to the differences in density and void fraction between R744 and R290. The maximum reduction for refrigerant charge was 52.0% in cooling mode and 56% in heating mode. This study confirms that the compressor can significantly impact the overall performance of the heat pump system, indicating that compressor selection is a critical factor in the design process of a mobile heat pump system utilizing an R290 and R744 mixture.