Hypertwain

이론적인 관점에서 보면, 정방향 흐름 즉 병류(co-current) 방식의 증발이 선호되는 작동 모드라는 사실은 잘 알려져 있습니다. 열교환기 입구에서 온도 차이가 클수록 역방향 흐름 즉 대향류(counter-current)에 비해 더 많은 기화를 촉진하므로 다음과 같은 이점을 얻을 수 있습니다.

• 냉매 분배 개선
• 동결 저항 개선
• 가역식 시스템에서 가열 및 냉각 성능을 모두 최적화할 수 있습니다.

병류 흐름에 발생하는 문제는 적절하고 안정적인 수준의 과열을 달성하는 것입니다. 1차 및 2차 측면 온도는 열 교환기 출구에서 서로 빠르게 접근하므로, 병목 구간에 대한 리스크가 있습니다. 즉, 고성능 및 합리적인 과열에 도달할 수 없습니다.

흡입 라인에 다른 열교환기를 추가하면(흡입 가스 열교환기, SGHX) 증발기에서 과열이 제거됩니다. 흡입 가스 열 교환기는 액체 라인에서 과냉각된 냉매를 사용하여 증발된 냉매의 필요한 과열을 생성합니다. SGHX가 과열을 발생시키기 때문에 병목 현상이 발생하는 리스크를 줄이고 증발기가 효율적으로 작동될 수 있습니다. SGHX를 추가하면 설치 공간, 비용 및 추가 압력 강하가 증가할 수 있습니다. 따라서 SGHX가 항상 좋은 해결책은 아닙니다.

SWEP은 Hypertwain과 함께, SGHX와 증발기를 결합한 혁신적인 열 교환기를 도입했습니다. SGHX의 모든 장점을 제공하지만 단점은 없습니다. 기존의 접합 플레이트형 열 교환기와 달리, 이 플레이트에는 증발 과정을 위한 전용 영역이 있으며 출구 포트 근처에는 냉매의 과열에 최적화된 간단한 작은 영역도 있습니다. 작은 과열 영역은 따뜻한 냉매 액체 라인에 연결된 통합 흡입 가스 열 교환기로서 작동하며, 해당 영역은 이 액체를 사용하여 증발된 냉매를 과열시킵니다. SGHX가 플레이트에 통합되어 있기 때문에 SGHX와 증발기 부품은 물리적으로 구분되지 않습니다.

액체와 기체의 밀도 차이가 크면 흡입 가스 열 교환기의 한 부분에서는 기체 농도가 높고 다른 부분에서는 냉매에 더 젖어 있기 때문에 불분배가 발생하는 경향이 있으며, 결과적으로 외부 흡입 가스 열 교환기의 크기가 훨씬 크거나 작아져야 합니다. 그리고 분배가 불안정하기 때문에 가변 부하 중에 제어하기가 어려워집니다. 이 문제에 대한 대부분의 해결책은 증발기 이후의 압력 강하를 늘려서 시스템 성능에 부정적인 영향을 미치는 경향이 있습니다. 통합 흡입 가스 열 교환기는 이 문제를 훨씬 더 최소화합니다. 분배를 증발기와 동일한 분배 장치로 대부분 해결하기 때문입니다. 열 교환기를 하나만 사용할 경우 포트 압력 강하는 두 개의 열 교환기가 아닌 하나의 열 교환기에서만 발생합니다.

역방향 흐름으로 작동하는 기존의 냉동기/히트 펌프의 경우(냉각 및 가열 기능 제공), 향상된 온도 접근법 덕분에 증발 증가/응축 온도 감소로 인하여, 온도에서 몇 도의 효율 이득이 있습니다. 작동 모드의 효율 이득 외에도 Hypertwain 열 교환기는 비대칭 플레이트 설계를 활용하여 높은 열 성능과 낮은 2차 측면 압력 강하를 제공합니다. 평가 방법으로서, 두 개의 Hypertwain 장치를 갖춘 데모 냉각기(물 ~ 물)를 개념을 설명하기 위한 목적으로 SWEP에서 사전 제작하였습니다. 100kW 냉각 용량의 설계 지점(100kW에서 증발기 열 흐름 12.7kW/m2, 응축기 HF 15.7kW/m2)은 다양한 수류(water flow)로 EN14825에 따라 시행한 테스트에서 SEER 값이 6.0 이상이고 SCOP 값은 6.5 이상인 것으로 나타났습니다.

그림 1 R410a의 일반적인 성능 및 냉각기 조건 열 흐름 10kW/m2, 물 7 / 12°C, 및 액체 응축 온도 30°C.

정방향 흐름 증발기를 사용한 실험에서 나타난 것처럼, 과열은 병목 현상을 발생시킵니다. 즉, 과열도의 증가는 열 성능(온도 접근법)을 동일하게 감소시킵니다. Hypertwain은 시장에서 조절에 사용되는 과열도 수준을 고려하여 증발기가 높은 열 성능을 발휘할 수 있도록 설계되었습니다. 위 차트는 증발기와 통합 흡입 가스 열 교환기의 콤보가 어떻게 작동하고 있는지 나타냅니다. 모든 열 교환기와 마찬가지로 부하가 높을수록 더 높은 온도 접근성을 제공하며, 결과적으로 부하에 따라 곡선이 아래 또는 위로 이동합니다. 경사도는 열 케이스 및 냉매에 따라 다르게 보일 수 있지만, 대부분의 관련 전체 부하에서 부분 부하 케이스의 경우 약 4~5K에서 안정적인 과열도가 생성됩니다.

제품 수명 주기 동안 히트 펌프 또는 냉동기와 관련된 주요 비용은 운영 비용입니다. 운전 비용은 시스템 효율성과 바로 연결됩니다. 시스템 효율성이 낮으면 전기 소비가 증가하므로 총 소요 비용이 증가합니다.

기존 BPHEs를 사용하는 시스템과 비교했을 때 Hypertwain은 시즌별 COP(Coefficient Of Performance:냉동 사이클에서의 냉동 능력과 소비된 압축기의 일량과의 비율)와 EER(Energy Efficiency Ratio:에너지 효율로서 단위 소비 전력“W”당 가지고 있는 전열“kcal/h”)을 크게 개선할 수 있습니다. 냉각* 에 최적화된 시스템의 경우, 가열 SCOP를 10~15% 개선할 수 있으며 냉각 SEER를 약 5% 개선할 수 있습니다. 이러한 성능 향상으로 인해 전력 소비량과 운전 비용이 감소합니다. 매년 가역식 히트 펌프/냉동기의 전기 절약 효과는 상당히 클 수 있습니다.

제품 수명 주기 동안 히트 펌프 또는 냉동기와 관련된 주요 비용은 운영 비용입니다. 운전 비용은 시스템 효율성과 바로 연결됩니다. 시스템 효율성이 낮으면 전기 소비가 증가하므로 총 소요 비용이 증가합니다.