초전도 전력 케이블의 상용화 노력에 따라 점차 장선화 되면서, 단위 냉각 시스템당 냉각용량이 큰 대용량 냉동기의 필요성이 증가하고 있다. 국내에서는 극저온 냉동기에 대한 기술 부족으로 인해 현재 극저온 냉동기는 해외 선진사로부터 고가의 비용으로 수입되고 있다. 초전도 전력 케이블의 상용화를 위해서는 대용량 브레이튼 냉동기의 국내 개발이 시급하다. 대용량 브레이튼 냉동기의 구성은 복열식 열교환기, 압축기, 극저온 터보 팽창기로 구성되어 있으며, 냉동기 효율과 가장 직접적인 연관이 있는 것은 극저온 터보 팽창기이다. 극저온 터보 팽창기는 극저온에서 고속으로 회전하면서 고압의 헬륨 혹은 네온 가스를 팽창시켜 온도를 낮추는 역할을 한다. 본 논문에서는 역브레이튼 냉동 사이클을 설계하고, 이에 적합한 극저온 터보 팽창기를 설계하였다.
본 논문은 R290, R600a, R1270과 같은 탄화수소계 냉매를 사용하는 냉동사이클의 효율에 대한 흡입관 열교환기의 영향을 고려하였다. 이러한 흡입관 열교환기는 냉동시스템의 성능을 향상시킬 수도 있지만, 성능을 저하시킬 수도 있다. 본 논문에서는 흡입관 열교환기를 가진 냉동사이클의 성능 특성을 파악하기 위해서 정상상태의 수학적 모델을 사용하였다. 그리고 탄화수소계 냉매유량, 흡입관 열교환기의 내관 직경, 길이, 유용도 등과 같은 운전조건의 영향을 분석하였다. 연구결과는 흡입관 열교환기의 내관 직경, 길이, 유용도, 탄화수소계 냉매의 질량유량은 냉동사이클의 상대냉동능력지수, 냉동능력, 압축일량에 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 따라서 이러한 영향을 상세히 파악하여, 흡입관 열교환기를 설치한 탄화수소계 냉매용 증기압축식 냉동사이클을 설계할 필요가 있다.
최근 들어 단순 보관의 기능만을 가지고 있던 기존의 냉동창고가 보관뿐만 아니라, 규격화된 유통 시스템을 갖추어 전체 물류 공급망 관리의 효율성과 경쟁력을 갖추고자 한다. 이를 위해 라디오 주파수를 이용하여 움직이는 물체를 인식, 추적, 분류할 수 있는 기술인 RFID (Radio Frequency Identification)를 적용할 수 있다. 본 논문에서는 RFID 기술을 적용하여 최적화된 비즈니스 프로세스를 지원하는 냉동창고 관리 시스템을 개발하고자 한다. 이를 위해 냉동창고 업무 프로세스를 분석하고 RFID 기술 도입에 따른 의사결정이 필요한 설계요소들을 식별한다. 식별된 설계요소들은 RFID 배치 시뮬레이터를 이용하여 RFID 데이터가 비즈니스 프로세스에 통합되는 과정에 대하여 그 효율성을 판단할 수 있게 한다.
냉동공조용 열교환기의 종류, 특징, 기술개발 동향, 전망 등에 대해 요약한 결과를 정리하면 다 음과 같다. (1) 암모니아 냉매가 다시 각광을 받음에 따라 응축기의 형식도 크게 변하고 있다. 이러한 변화로 핀 튜브를 사용한 횡형, 금속용착형 플레이트 식, 플레이트 핀 식의 응축기들이 암모니아 용으로 적용되기 시작하고 있다. (2) 암모니아 냉동장치는 현재에도 많이 적용되고 있으나 대부분 중앙 집중식 천정증발기나 강관 제 유닛 쿨러를 사용하고 있다. 그러나 최근 기술의 발전과 더불어 알루미늄 관 알루미늄 핀 증발기가 개발됨에 따라 암모니아 냉매도 프레온 냉매와 마찬가지로 건식, 분산식으로 적용되게 되었으며 이 분야의 기술개발이 요청된다. (3) 열교환기의 연구 방향은 에너지 절약, 공간 절약에 기여하면서도 성능향상을 이룩할 수 있는 기술개발, 그리고 소음이 적은 기기 제조 기술이 요망된다. 또한, 착상에 대한 기술적 대책, 근 본적 대책에 대한 대비가 요망되며, 기존 냉매에 대한 대체 냉매용 최적 열교환기에 대한 적극적 연구가 요망된다. (4) 제한된 에너지 자원, 지구환경, 열악한 우리나라의 에너지 사정 등을 고려할 때 냉동공조용 열교환기의 성능 향상에 대한 국가와 일반 소비자들의 기대는 더욱 증가하리라 예상된다. 이들 요구를 만족시키기 위해서는 냉동공조용 열교환기의 성능 향상, 열교환기의 제작에 필요한 자 원의 절약, 생산성 향상, 설치장소와 관련한 효율적인 공간활용, 열교환기 자체 소음의 최소화 등의 방면에 착실한 연구 개발이 있어야 할 것이다.
본 연구에서 개발된 해동 시스템은 에너지 절감 및 친환경 측면에서 위해 요소 중점 관리기준(HACCP)에 대응하기 위한 필수적인 기술이다. 개발된 해동 시스템으로 냉동 돈육과 연육을 실험하였다. 실험 결과 냉동 연육보다 냉동돈육이 해동되지 않는 부위가 많이 발생하였다. 이와 같은 현상은 냉동 연육의 경우 갈아 있어서 부피와 밀도가 균일하게 형성 되었지만, 돈육은 밀도가 조밀하여 온도 차이 변화가 큰 것으로 사료되었다. 또한 해동 후 측정 위치 중심부에서 온도가 대체적으로 낮은 것으로 나타났다. 이것은 냉동 부위의 중심부분이 임피던스 변화가 적어 나타난 현상으로 사료되었다. 향후에는 임피던스 변화를 위해 해동 시스템의 구조를 변경할 필요가 있는 것으로 판단되었다.
조개류의 인공종묘생산시 생멱이생물의 대체먹이원을 개발하기 위해 냉동 EH는 건조한 먹이생물의 먹이효율을 조사하였다. T. suecica를 대상으로 실험구를 생 T. suecica, 건조 T. suecica, 냉동 T. suecica, 생 T. suecica(50%)+냉동 T. suecica(50%), 생 T. suecica(50%)건조 T. suecica(50%)를 구분하여 참굴과 개량조개 유생 그리고 바지락 치패에게 먹이로 공급하며 먹이효율을 비교하였다. 참굴 유생의 경우는 생 T. suecica를 공급한 실험구가 각고 $231.9^{\mu}$m로 성장이 가장 좋았고, 생존율은 72.6%로 가장 높게 나타났으며 다른 실험구와 유의적인 차이를 보였으며 건조 T. suecica를 단독으로 공급한 실험구에 각고 $168.7^{\mu}$m, 생존율 39.3%로 가장 저조한 것으로 나타났다. 개량조개 유생에서는 생 T. suecica를 공급한 실험구가 각장 $213.0^{\mu}$m, 생존율 42.9%로 가장 좋았으나 다른 실험구와 유의적인 차이가 없었다. 바지락 소형 치패의 경우 성장은 생 T. suecica, 생 T. suecica(50%)+냉동T. suecica50%)를 공급한 실험구와 다른 실험구와 유의적인 차이를 보였다. 그리고 대형 치패 경우 성장은 생 T. suecica, 생 T. suecica(50%)+건조 T. suecica(50%) 실험구와 유의적인 차이를 나타냈다. 그러나 바지락 치패의 생존율에서는 유의적인 차이를 보이지 않았다. 이와같이 냉동, 건조된 T. suecica의 먹이효율은 유생의 종류와 성장단계에 따라 다른 것으로 나타났으며 생 T. suecica를 부분적으로 대체할 수 있을 것으로 판단된다.
냉동기는 얼음을 만드는 기계이다. 이를 제조 및 판매하는 회사는 대부분 중소기업으로, 판매 후 사후 관리에 어려움을 겪고 있다. 사후관리의 어려움은 대부분 구매처의 불필요한 고객 서비스 요청에 기인하며, 이 요청은 결국 판매처와 구매처의 불필요한 비용 지출로 이어진다. 하지만 재정적으로 열악한 냉동기 제조 기업은 이 비용을 최대한 줄이고자 한다. 뿐만 아니라, 국외에 냉동기를 판매하고 싶어도 사후 관리 때문에 주저하고 있는 상황이다. 이러한 이유로 냉동기 제조업체는 직접 방문 없이 원격지에서 냉동기의 상태를 확인하고 적절한 조치를 취할 수 있는 시스템을 필요로 하고 있다. 따라서 본 논문에서는 원격지에서 냉동기의 상태를 모니터링하고 필요에 따라 제어할 수 있는 냉동기 원격 제어 및 운전 상태 모니터링 시스템을 구현하였다. 개발된 시스템을 통해, 냉동기 제조업체와 냉동기 구매업체는 냉동기의 상태를 빠르게 파악함으로써 즉각적으로 고장에 대응할 수 있다. 게다가, 판매 후 유지보수 및 관리를 효율적으로 할 수 있어 비용절감에 큰 효과가 있을 것으로 예상된다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제35권8호
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pp.1001-1008
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2011
본 논문은 내부 열교환기를 가지는 R744와 R404A용 캐스케이드 냉동시스템의 운전변수에 대한 최적의 설계를 위해서 냉동장치의 성능과 엑서지를 이론적으로 분석하였다. 본 연구에서 고려된 작동변수로는 과열도와 과냉각도, 내부 열교환기와 압축기 효율, 증발 및 응축온도 등이다. 분석한 결과를 요약하면 다음과 같다. 캐스케이드 증발온도가 증가할수록 R404A용 고온사이클의 COP는 증가하는 반면에, R744용 저온사이클의 COP는 감소한다. 따라서 이러한 이유로 전체 캐스케이드 냉동사이클의 COP는 거의 일정하다. 또한 캐스케이드 증발온도가 증가할수록 R404A용 응축기와 압축기의 엑서지 손실이 가장 큰 것을 알 수 있다. 따라서 R744와 R404A용 캐스케이드 냉동시스템의 COP 향상을 위해서는 R404용 응축기와 압축이의 엑서지 손실을 줄여야만 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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