R-404A를 사용하는 소프트 아이스크림 제조기의 냉매 충전량 및 팽창 밸브 개도 최적화

Abstract

최근 들어 국민 식생활 문화가 개선되고 생활수준이 향상됨에 따라 소프트 아이스크림, 슬러시와 같은 일회용 냉동 유제품의 소비가 급증하고 있다. 이들 냉동 유제품은 소형 냉동 시스템에서 만들어진다. 소프트 아이스크림 제조기의 냉매로 그간 R-502가 주로 사용되어 왔으나 오존층 파괴와 관련하여 R-404A로 대체되고 있다. 본 연구에서는 냉각기 체적 2.8 리터인 R-404A를 사용하는 소프트 아이스크림 제조기에 대하여 최적화와 성능평가를 수행하였다. 최적화는 적정 냉매량 및 팽창 밸브의 개도를 찾는데 주안점을 맞춰 수행되었다. 최적 조건에서 아이스크림 제조 시간은 10분 5초, COP는 0.57로 나타났다. 이 제품에 대하여 무 간격 연속 판매 시험, 30초 간격 연속 판매 시험, 극한 시험을 수행하여 성능을 평가하였다. 무 간격 연속 판매는 20개까지 가능하였고 30초 간격 연속 판매는 무한대로 가능하였다. 또한 여름철 및 겨울철 환경에도 아이스크림 판매가 가능한 것으로 나타났다. 본 연구 결과는 냉동식품 제조기를 비롯한 여타 냉동 사이클의 최적화에도 활용될 수 있을 것이다. The improvements of living and lifestyle have led to the increased sales of frozen milk products, such as soft ice cream or slush. These frozen milk products are commonly made in small refrigeration machines. R-502, which has long been used as the refrigerant in soft ice cream machines, is being replaced with R-404A due to the ozone layer depletion issue. In this study, an optimization and performance evaluation were conducted on a soft ice cream machine with a freezer volume of 2.8 liters. The optimization focused on the appropriate refrigerant charge and expansion valve opening. Under the optimized conditions, ice cream was produced in 10 minutes and 5 seconds, and the COP was 0.57. The performance tests included ice cream sales with no interval, ice cream sales with 30 second intervals and under extreme outdoor conditions. The results showed that 20 sales were possible with no interval, and infinite sales could be made with 30 seconds intervals. Ice cream sales were also possible under summer or winter outdoor conditions. The present results may be used for the design of food refrigeration machines as well as to optimize other refrigeration cycles.