냉동사이클(2)

 

  증기 압축 냉동사이클

  (1) 기준 냉동사이클

    냉동기의 성능은 온도 조건에 따라 냉동능력 및 소요동력 등은 변화하게 된다. 따라서 각각의 운전조건이나 형식이 다른

    냉동기의 성능을 비교하기 위해서는 하나의 기준을 정하고 다른 냉동기를 동일한 온도 조건하에서 성능을 환산하여 그 

    냉동기의 능력을 비교 판단하기 위한 사이클을 기준 냉동사이클 또는 표준 냉동사이클이라 한다. 이러한 기준 냉동사이

    클의 온도조건은 각 나라마다 차이는 있지만 기준 응축온도는 30℃, 기준 증발온도는 -15℃, 응축기 출구 냉매액의 과냉

    각도 5℃ (팽창밸브 입구에서의 냉매액의 온도 25℃) 로 하고, 압축기 입구에서의 냉매증기 상태는 -15℃의 건조포화증

    기(증발기 출구에서의 과열도 0℃)로 한다. 다만, 미국에서는 상기 조건하에서 증발기 출구 과열도를 5℃로 하고 있다.

P-i 선도

 

  (2) 모리엘 선도에서 냉동사이클의 작도법

    ① 암모니아 냉매의 증발온도(-15℃)를 습포화증기구역에서 찾아 수평으로 선을 긋는다. 좌측의 압력을 보면 증발압력

          (2.41kgf/㎠a, 0.24MPa)을 알 수 있다.

    ② 응축온도(30℃)를 습포화증기구역에서 찾아 수평으로 선을 긋는다. 좌측의 압력을 보면 응축압력(11.895kgf/㎠a,

          1.19MPa)을 알 수 있다.

    ③ 팽창밸브 입출구(응축기 출구, 증발기 입구) 상태점 : 팽창밸브의 입구온도(25℃)를 포화액선에서 찾아 수평으로 그은

          응축온도선과 증발온도선 사이를 수직으로 긋는다.

    ④ 증발기 출구(압축기 입구) 상태점 : 증발기 출구상태는 증발온도(-15℃)의 건조포화증기로 건조포화증기선에서 -15℃

         를 찾는다. 만약 과열도가 5℃라면 증발온도 + 과열도(-15+5=-10℃)로 계산한다.

    ⑤ 압축기 출구(응축기 입구) 상태점 : 증발기 출구상태 -15℃의 건조포화증기에서 등엔트로피선을 따라 수평으로 그어진

         응축온도선과 일치 시킨다.

    ⑥ 4개의 상태점으로 선도가 완성되면 선도의 상단이나 하단이나 냉매의 포화증기표에서 엔탈피, 압력, 비체적 등을 찾는다.

냉동사이클의 작도

 

  (3) 냉동장치와 모리엘 선도 설명

냉동장치에 따른 모리엘 선도

모리엘 선도의 구성

    그림에서 표시된 지점에서 A점은 압축기 흡입 상태점이면서 증발기 출구 상태점, B점은 압축기 토출 상태점이면서 응축기

    입구이며 C점은 응축기에서 응축이 시작되는 점이다. D점은 응축기에서 응축이 끝난 점이면서 과냉각이 시작되는 점, E점

    은 팽창밸브 입구 상태점이며 F점은 팽창밸브 출구이면서 증발기 입구 지점이 된다.

 

구분	과정	압력	온도	비체적	엔트로피	엔탈피	건조도
A -> B	압축	상승	상승	감소	일정	증가	-
B -> C	과열제거	일정	감소	감소	감소	감소	-
C -> D	응축	일정	일정	감소	감소	감소	감소
D -> E	과냉각	일정	감소	감소	감소	감소	-
E -> F	팽창	강하	강하	증가	증가	일정	증가
F -> A	증발	일정	일정	증가	증가	상승	증가
A -> A'	과열	일정	증가	증가	증가	증가	-

 

  (4) 냉동사이클 P-i선도의 계산 ★

모리엘 선도에서의 계산

  ① 냉동효과 (qe : kcal/kg, kJ/kg, W)

    냉매 1kg이 증발기에 증발하면서 주위의 피냉각 물체로부터 흡수하는 열량을 냉동효과 또는 냉동력이라 하며 냉동효과가

    클수록 냉동기의 성능이 우수하게 된다.

    위 그림을 참고해서 간단하게 요약하자면 a - f 이다.  

 

  ② 압축열량 (Aw : kcal/kg, kJ/kg, W)

    압축기에서 저압의 냉매증기를 압축하는데 소요되는 일량을 열량으로 나타낸 것으로 압축일량이 클수록 냉동기의 성능은

    떨어지게 된다.

    요약 :  b - a 

 

  ③ 응축열량 (qc : kcal/kg, kJ/kg, W)

    증발기에서 통과하는 동안 냉매 1kg이 흡수한 열량과 압축기에서 받은 열량을 공기나 냉각수에 의하여 방출해야 하는 열량이다.

    요약 :  ① + ②

 

  ④ 성적계수 (COP : ε)

    냉동사이클에서 피냉각물로부터 증발기에 흡수되는 열량, 즉 냉동능력과 압축기에서 소비되는 소요동력과의 비를 성적계수

    또는 동작계수(coeffcient of performance)라고 하며 성적계수가 클수록 냉동기의 성능은 우수하게 된다.

    요약 : ① ÷ ② 

                냉방 COP : ① ÷ ②

                난방 COP : ③ ÷ ②

 

  ⑤ 냉매 순환량 (G : kg/h)

    냉동장치에서 필요한 냉동능력을 얻기 위하여 1시간동안 증발기에 공급하여야 할 냉매량을 냉매 순환량이라 하며 냉매 순환량

    이 적으면 적정한 냉동능력을 얻을 수 없게 되므로 적정한 냉매량을 충전하여야 한다. 또한 필요한 냉동능력을 얻기 위하여 공급

    하는 냉매 순환량을 처리하는 압축기 크기를 결정하기 위하여 압축기 흡입가스량으로 환산하여야 하며 이를 위해 냉매의 압축기

    흡입가스의 비체적을 곱하여 압축기 피스톤 압출량을 구할 수 있다.

    여기서, Qe : 냉동능력, qe : 냉동효과, V : 이론적 피스톤압출량, ηv : 체적효율, va : 흡입가스 비체적

 

  ⑥ 냉동능력, 냉동톤 (Qe : kcal/h)

    증발기에 공급된 냉매가 1시간동안 피냉각 물체로부터 흡수할 수 있는 열량을 냉동능력이라 하며 냉동능력은 냉동열량이나 

    냉동톤으로 나타낼 수 있다.

      1) 냉동능력

        여기서, 기존에 사용하던 RT, kcal/h, kJ/h, kW의 관계는 다음과 같다.

        1RT = 3,320kcal/h = 13,900kJ/h = 3.86kW = 3,860W

 

      2) 냉동톤

        여기서, v : 압축기 흡입가스의 비체적

                        Va : 압축기 피스톤 압출량

                        ηv : 체적효율

 

 

 

 

 

 

※ PC버전으로 보시는 것을 추천드립니다.

양이 많은 관계로 3챕터로 나눠서 찾아뵙겠습니다.