A study on the comparison of the performance of a heat pump system with air and water heat sources Won-Bin Ko 1 ․ Youn-Cheol Park † 요약: 본 연구는 연료전지 자동차용 공기조화기의 난방성능평가를 위하여 기존의 전반적인 히트펌프 시스템 중 공기열 원 히트펌프 시스템의 증발기를 판형열교환기로 교체하여 시스템에 흐르는 냉매와 연료전지 스택 폐열을 직접 열교환이 가능한 수열원 이용이 가능한 난방시스템의 성능실험을 수행하였다. 실험결과에서 압축기의 회전수가 높을수록 소비동 력이 증가하였다. 공기열원 이용방식의 경우 압축기 회전수가 1,200rpm이고 EEV개도가 25%인 경우 COPh가 2.03으로 가 장 높게 나타났고, 같은 압축기의 회전수에서 수열원 시스템은 EEV개도가 75% 및 스택 폐열의 온도가 50℃인 경우 COPh가 9.42로 가장 높게 나타났다. Abstract: In

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... s study, experiments were conducted to evaluate the performance of a heat pump system. A heat pump system with an air as heat source is adapted as reference. The developed system uses a plate heat exchanger an evaporator to absorb heat from a stack of fuel cell driven electric vehicles. Hence, the system functions as a water source heat pump system. The results indicated that the; power consumption increased with the rotational speed of the compressor. A system performance(COPh) of 2.03 at an electronic expansion valve(EEV) openings of 25% and a compressor speed of 1200 rpm was observed in the reference system. However, at the same compressor speed, the COPh of the water source heat pump system corresponded to 9.42 at an EEV openings of 75%. It was found that the water source heat pump system exhibited the highest performance at a water temperature of 50℃. Keywords : Air heat source, Water heat source, Heat pump system, Plate heat exchanger, Stack waste heat 회전수가 증가함에 따라 약 1,381W, 2,232W 및 3,059W로 증가하며 압축기 회전수가 1,200rpm에서 1,800rpm으로 변 경된 경우 약 61.7%증가하고, 압축기 회전수가 1,800rpm에 서 2,400rpm으로 변경된 경우 약 37%증가하여 공기열원 이 용방식 소비동력 변화패턴과 일치하는 것으로 나타났다. 난방용량의 변화를 살펴보면, 압축기의 회전수가 증가함 에 따라 스택 폐열온도가 30℃인 경우 5,435W, 5,824W 및 6,754W로 나타나 압축기 회전수가 1,200rpm에서 1,800rpm 으로 변경된 경우 약 7.2%증가하고, 압축기 회전수가 1,800rpm에서 2,400rpm으로 변경된 경우 약 16%증가하였다. 스택 폐열온도가 40℃인 경우 7,271W, 8,480W 및 10,192W 로 나타나 압축기 회전수가 1,200rpm에서 1,800rpm으로 변 경된 경우 약 16.6%증가하고, 압축기 회전수가 1,800rpm에 서 2,400rpm으로 변경된 경우 약 20.2%증가하였다. 스택 폐 열온도가 50℃인 경우 10,230W, 11,225W 및 11,900W로 나 타나 압축기 회전수가 1,200rpm에서 1,800rpm으로 변경된 경우 약 9.8%증가하고, 압축기 회전수가 1,800rpm에서 2,400rpm으로 변경된 경우 약 6.5%증가하였다. Figure 6: Variation of power consumption and heating capacity with change of compressor speeds and EEV openings in the water source heat pump system Figure 7 ~ 9는 스택 폐열 온도에 따른 EEV개도별 성능계 수 변화를 압축기 회전수별로 구분하였다. 압축기 회전수가 1,200rpm일 때 EEV개도가 75%이고 스택 폐열의 온도가 5 0℃인 경우 성능계수가 9.42로 가장 높고, EEV개도가 25%이 고 스택 폐열의 온도가 30℃인 경우 2.53으로 가장 낮게 측 정되었다. 압축기 회전수가 1,800rpm일 때 EEV개도가 75% 이고 스택 폐열의 온도가 50℃인 경우 성능계수가 6.57로 가 장 높고, EEV개도가 75%이고 스택 폐열의 온도가 30℃인 경우 1.88로 가장 낮다. 압축기 회전수가 2,400rpm일 때 EEV 개도가 75%이고 스택 폐열의 온도가 50℃인 경우 성능계수 가 5.08로 가장 높게 측정되었고, EEV개도가 25%이고 스택 폐열의 온도가 30℃인 경우 1.63으로 가장 낮다.