미세 채널에서 R123/R134a/R22 혼합 냉매의 유동 비등 열전달에 대한 실험적 연구

Abstract

미세 채널은 매크로 채널에 비해 단위 부피당 접촉 면적이 더 넓고 열전달 계수가 비슷한 작동 조건에서 훨씬 더 크기 때문에 제한된 공간 내에서 큰 열전달이 필요한 분야에 적용되고 있다. 특히 미세 채널을 이용한 컴팩트 열교환기는 휴대용 냉각 장치(1)나 이산화탄소 초임계 사이클 시스템(CO2 transcritical system)(2), 초소형 극저온 수술용 도관(cryosurgical probe)(3) 등에 활용되고 있다. 이러한 열교환기를 설계하는 데 있어서 미세 채널 내부의 열전달 계수를 정확하게 예측하는 것이 필수적이다. 본 연구는 내경이 0.19 mm인 단일 미세 채널에서 R123/R134a/R22 혼합 냉매의 유동 비등 열전달에 대하여 기술하고 있다. 질량 유속(314, 392, 470kg/m2s), 열유속(10, 15, 20 kW/m2), 건도(0.2 - 0.8)를 변화시켜 3성분 혼합냉매(R123/R134a/R22 몰비율: 0.19/0.62/0.19)의 유동 비등 열전달 실험을 수행하였다. 이 3성분 혼합냉매 열전달 특성은 이전 연구(4)에서 실험한 2성분 혼합냉매(R123/R134a 몰비율 : 0.5/0.5)의 열전달 특성, 즉 미세 채널을 연속적으로 지나가는 연장 기포 주위의 얇은 액체 필름의 증발에 의한 열전달과 매우 유사하였다. 또한 순수 냉매와 비교하였을 때 기액 계면의 온도를 증가시키는 물질 전달 효과로 인하여 혼합 냉매 열전달계수가 감소된 것을 확인할 수 있었다.