친환경 냉매를 사용하는 냉동사이클의 효율에 대한 내부열교환기와 모세관의 영향을 고려하였다. 이러한 내부열교환기와 모세관은 냉동시스템의 성능을 향상시킬 수도 있지만, 성능을 저하시킬 수도 있다. 본 논문에서는 내부열교환기와 모세관을 가진 냉동사이클의 성능 특성을 파악하기 위해서 정상상태의 수학적 모델을 사용하였고, 친환경 냉매의 열역학 및 열전달 물성치는 EES 물성치 코드를 이용하였다. 그리고 친환경 냉매의 냉매유량, 내부열교환기와 모세관의 내관 직경, 길이, 유용도 등과 같은 운전조건의 영향을 분석하였다. 연구결과는 내부열교환기와 모세관의 내관 직경, 길이, 유용도, 냉매의 질량유량은 냉동사이클의 냉동능력, 압축일량, 상대냉동능력지수에 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 따라서 이러한 영향을 상세히 파악하여, 내부열교환기와 모세관을 설치한 친환경 냉매용 증기압축식 냉동사이클을 설계할 필요가 있다.
내부열교환기와 모세관을 적용한 친환경 냉매용 증기압축식 소형 냉동장치에서 증발온도, 응축온도, 과냉각도, 모세관길이 및 내부열교환기 길이 등의 변화에 따른 증기압축식 소형 냉동장치의 성능 특성을 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다.
1. 응축온도가 증가하면 내부열교환기 입구의 온도가 올라감에 따라 증발기출구 엔탈피는 상승하나 냉동효과는 감소하는 것을 알 수 있었다.
2. 내부열교환기를 적용하면, 압축기입구의 온도 상승과 응축기출구의 과냉각도 증가로 인해 냉동능력과 압축일량은 증가하나 압축일량에 비해 냉동능력의 상승폭이 크기 때문에 R717를 제외한 냉동시스템에서 성능계수가 증가함을 알 수 있었다.
3. 증기압축식 소형 냉동장치에서 과냉각도 변화에 대한 모세관길이를 비교한 결과 과냉각도가 증가할수록 모세관 입구온도가 감소하여 모세관 입구압력과 모세관 출구압력 사이의 압력차가 증가하고 모세관길이는 증가함을 알 수 있다.
4. 증기압축식 소형 냉동장치에서 증발온도가 증가할수록 압력차는 감소하게 되지만, 이에 반해 모세관출구의 건도 감소로 인해 밀도차가 증가하게 되어, 이와 같이 압력차와 밀도차의 상쇄현상으로 인해 이상류영역의 모세관길이도 일정하게 된다는 것을 알 수 있다. 증발온도가 -20~0℃로 변화할 때 R600a의 모세관길이는 1m이나 냉매 R134a, R290, R717, R1270, R1234yf는 2~4m가 적정함을 나타내었다.
5. 내부열교환기 길이가 증가하면 냉동능력이 향상되지만 그 길이가 과대하게 되면 압축동력의 증가 폭도 커지기 때문에 2.0~3.0m가 적정함을 알 수 있었다.
6. 친환경 냉매를 사용하는 소형 냉동장치에서 내부열교환기의 길이, 냉매유량, 내관 직경, 유용도 등에 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다. 그리고 냉매별 RCI 측면에서 살펴보면 R717>R290>R134a>R1234yf>R1270>R600a 순서인 것을 알 수 있다.
7. 유용도가 증가할수록 냉동능력은 증가하나, 압축일량은 거의 일정하게 나타났다. 상대냉동능력지수는 유용도와 함께 증가하는 경향을 보이며, 내부열교환기의 유용도 변화에 따른 냉매별 상대냉동능력지수는 R290>R134a>R1234yf>R717>R1270=R600a순으로 나타났다.