Study on Design Technology of Heat Pump Cycle for High Temperature Performance

고온 생산용 열펌프 사이클 설계

About 55% of total energy is consumed in the industrial division. The industrial heat pump application will show magnificent energy saving effect as well as higher cost efficiency because of larger energy consuming volume of each facility and longer operation hour and higher stability against seasonal temperature change. Over 90% of dryer for industrial usage has hot wind heat source and hot wind dryer is the representative type covering 68.7% while its 30 ~ 50% lower heat efficiency causes lots of energy loss by exhaust air. Re-usage of exhaust air can improve energy efficiency of dryer because 68% heat energy or 78% of hot air lose in exhaust air. Therefore, high temperature heat pump dryer can be the best alternative. Comparing to the existing dryer with 30% ~ 50% energy efficiency, newly developing high temperature heat pump dryer will enhance energy efficiency up to 60% ~ 80% efficiency. In this paper, heat pump system for high temperature was designed, constructed and tested. The results have shown that system COPh is estimated as 3.3.

기존의 열풍건조기의 효율은 약 30% ~ 50%인 반면, 최적 설계된 열풍-열펌프 건조기 효율은 약 60% ~ 80% 수준이므로 에너지 효율향상과 에너지 절약을 이룰 수 있다. 외국의 여러 사례에서는 기존 대비 약 60% ~ 80%의 에너지를 절약할 수 있으며, 밀폐형 순환방법을 사용하여 건조공기에 포함될 수 있는 환경오염물질의 외부로의 유출을 최소화 할 수 있어 기존의 건조기에 비해서 환경문제에 적극적으로 대응할 수 있을 것을 판단된다. 본 논문에서는 이와 같은 특성을 가진 건조기에 적용하기 위한 고온 생산이 가능한 열펌프를 얻기 위하여 시스템의 사이클을 설계하고 시스템을 구축하여 목표 성능을 만족하는지 여부를 확인하였다. 본 연구에서는 열펌프 복합건조기 적용을 위한 고온용 열펌프 시스템을 설계하고 제작한 후, 성능평가를 수행하여 다음의 결론을 얻었다. (1) 고온생산을 위한 시스템 설계는 2사이클이 가장 우수한 것으로 나타났다. (2) 2사이클 시스템은 저단이 R134a를, 고단이 R124를 냉매로 사용할 경우 가장 적합한 것으로 나타났다. (3) 사이클 운전을 통하여 상용압력으로 간주되는 범위에서 R134a시스템은 $75^{\circ}C$, R124시스템은 $95^{\circ}C$ 생산이 가능한 것으로 나타났다. (4) 수냉식 2사이클 시스템의 성능 시험을 수행한 결과 목표성능을 상회하는 결과를 얻어 고온 생산이 가능한 열펌프 시스템의 설계 및 제작이 가능한 것으로 나타났다.