Abstract

An experimental study to investigate the condensing heat transfer characteristics of small diameter horizontal double pipe heat exchangers with R-22 and R-410A was performed. Experimental facility was constructed to calculate and observe HTC(heat transfer coefficients), flow patterns and pressure drop. The main components include a liquid pump, an evaporator, a condenser(test section), a sight-glass, pressure taps and measurement apparatus. Two pipes of different diameters are tested; One 5.35 mm ID 0.5 mm thick, the other 3.36 mm ID 0.7 mm thick. The mass flow rate ranged from 200 to $500\;ks/m^2{\cdot}s$ and heating capacity were form 1.0 to 2.4 kW. The flow patterns of R-22 and R-410A were observed with a high speed camera through the sight-glass. The tests revealed that HTC of R-410A was higher than that of R-22 by maximum 5%. Annular pattern was observed for the most cases but stratified flow was also detected when x<0.2. The pressure drop in 3.36 mm ID pipe was higher than that of 5.35 mm by $30{\sim}50%$. Comparing with previous correlations such as Shah, Fujii and Soliman's, Fujii' showed the best good agreement with my data with a maximum deviation of 40%.

프레온계 냉매의 지구온난화와 오존층파괴 문제로 인해 대체냉매로서 R-410A가 주목을 받고 있다. 이러한 대체냉매를 세관에 적용시킬 경우 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 지구환경에 미치는 영향을 감소시키고, 대기를 청정하게 만드는 기술 및 방안으로 각광 받고 있다. 따라서 본 연구에서는 R-22의 대체냉매로 각광받고 있는 R-410A의 세관응축기 내에서의 응축열전달 특성에 대해 실험적으로 고찰하고자 하였다. 실험장치는 유동양식, 열전달, 압력강하 특성을 파악할 수 있도록 제작되었고, 주요 구성품은 냉매펌프, 증발기, 응축기(시험부), 사이트 글라스(가시화부), 압력탭, 측정장치 등이다. 시험부의 내관은 내경 3.36 mm와 5.35 mm인 수평평활 동관이다. 실험변수들의 범위로서 질량유속 $200{\sim}500\;kg/m^2s$이고, 열유속은 $1.0{\sim}2.4\;kW$이다. R-410A의 응축열전달 계수가 R-22에 비해 최대 5% 정도 높은 것을 알 수 있었다. 세관 내 R-410A와 R-22의 유동양식은 환상류 영역이 지배적으로 나타남을 관찰하였고, 건도가 0.2 이하인 영역에서는 성층류가 나타남을 확인할 수 있었다. 내경 3.36 mm의 압력강하가 내경 5.35 mm에 비해 $30{\sim}50%$정도 높았다. 종래의 응축 열전달 상관식과 실험데이터를 비교한 결과, Fujii의 상관식과 최대 40%이내에서 일치하였다.

Keywords

• Heat transfer coefficient;
• Pressure drop;
• Refrigerant mixture;
• Small-tube flow pattern;
• Alternative refrigerant;
• R-410A

• 열전달계수;
• 압력강하;
• 혼합냉매;
• 세관 내 유동양식;
• 대체냉매;