열펌프 실험 예비보고서

목차

R E P O R T
(열펌프 실험 예비보고서)

1. 실험목적

2. 실험이론
(1) 열펌프 시스템
(2) 열펌프의 특징
(3) 성적계수
(4) P-h 선도
(5) P-h 선도상의 냉동 사이클

R E P O R T
(열펌프 실험 결과보고서)

1. 실험결과 Data sheet 및 계산과정

(1) 입력 전력, 전달열 및 성적계수(COPH)의 결정
(2) 증기 압축 사이클의 압력-엔탈피 선도

2. 계산결과 Data

3. 결론 및 고찰

본문내용

at
compressor suction
P1 [kPa]
240
240
240
220
230
225
220
220
220
R-12 pressure at condenser outlet
P3 [kPa]
950
950
950
750
780
765
700
700
700
R-12 temperature at compresor suction
T1 [℃]
14
13.9
13.95
14
13.2
13.6
13.8
14
13.9
R-12 temperature at compressor delivery
T2 [℃]
56
62
59
61
61
61
61
60.5
60.75
R-12 temperature at condenser outlet
T3 [℃]
35
37
36
31
30.7
30.85
28
28
28
R-12 temperature at E.X. valve outlet
T4 [℃]
9
9
9
8
8.2
8.1
8
8
8
① Condenser water mass flow rate = 20[g/s] 인 경우...
i) 상태 1 : P1=240kPa, T1=13.95℃
보간법을 이용하면
ii) 상태 2 : P2=P3=950kPa, T2=59℃,
보간법을 이용하면 P2=950kPa 일 때 60℃이면
P2=950kPa 일 때 80℃이면
보간법을 이용하면
iii) 상태 3 : P3=950kPa, T3=36℃ 일 때 Psat=869.48kPa, vf=0.0007880㎥/kg,
hf=70.55kJ/kg
iv) 상태 4 : P4=P1=240kPa, T4=9℃
v)
② Condenser water mass flow rate = 30[g/s] 인 경우...
i) 상태 1 : P1=225kPa, T1=13.6℃
보간법을 이용하면 P1=225kPa 일 때 10℃이면
P1=225kPa 일 때 20℃이면
보간법을 이용하면
ii) 상태 2 : P2=P3=765kPa, T2=61℃,
보간법을 이용하면 P2=765kPa 일 때 60℃이면
P2=765kPa 일 때 80℃이면
보간법을 이용하면
iii) 상태 3 : P3=765kPa, T3=30.85℃ 일 때 Psat=761.88kPa, vf=0.0007759㎥/kg,
hf=65.43kJ/kg
iv) 상태 4 : P4=P1=225kPa, T4=8.1℃
v)
③ Condenser water mass flow rate = 40[g/s] 인 경우...
i) 상태 1 : P1=220kPa, T1=13.9℃
보간법을 이용하면 P1=220kPa 일 때 10℃이면
P1=220kPa 일 때 20℃이면
보간법을 이용하면
ii) 상태 2 : P2=P3=700kPa, T2=60.75℃,
보간법을 이용하면
iii) 상태 3 : P3=700kPa, T3=28℃ 일 때 Psat=706.48kPa, vf=0.0007694㎥/kg,
hf=62.63kJ/kg
iv) 상태 4 : P4=P1=220kPa, T4=8℃
v)
2. 계산결과 Data
유량=20[g/s]
유량=30[g/s]
유량=40[g/s]
실 제
이 론
실 제
이 론
실 제
이 론
입력 [W]
549.25

514.4

503.69

열전달율 [W]
1776.5
1868.46
1839.2
h1 [kJ/kg]

197.7943

197.83

198.117
h2s [kJ/kg]
224.84
221.89
220.9
h3 [kJ/kg]
70.613
65.43
62.625
h4 [kJ/kg]
70.613
65.43
62.625
COPH
3.23
5.7
3.63
6.5
3.65
6.95
3. 결론 및 고찰
이번 실험에서는 열펌프의 입력일 및 온도차를 통해 전달열을 구하고 이를 통해 열펌프의 실제 성적계수를 구했다. 또한, 몰리에르 선도를 이용하여 이상 사이클을 거치는 열펌프의 성적계수도 구해보았다. 여기서 열펌프가 이상적으로 작동할 경우 P2와 P3의 압력은 동일하다고 가정하고 실험결과를 구하였다.
그러나 공기를 흡열하여 저온의 냉각수를 고온으로 내보내는 경우, 열펌프의 이론 성적계수와 실제 실험의 성적계수와는 상당한 오차가 발생하였다. 즉, 이상적인 열펌프의 성적계수보다 실제의 성적계수는 모든 실험에서 낮게 나왔다. 이상 사이클과의 오차가 발생하는 것은 공학적으로 당연한 결과이겠지만, 여기서는 그 이유를 생각해 보기로 한다.
우선 실험을 시작하기 전 열펌프가 정상상태에 도달하기까지 충분한 시간을 두고 기다려야 하는데 과연 그 시점에서 유량이 안정화되면서 열펌프가 전체적으로 정상상태에 도달했는지 확인할 수가 없었던 것이 원인일 수 있겠다.
또한, 교수님 말씀에 따르면 장비의 노후화로 인해 압축기와 전동기에서 상당한 손실이 있었을 것이다. 또한, 유체의 관 마찰과 열전달, 그리고 완전한 가역단열과정이 아니라는 이유 등으로 낮아질 것으로 예상된다. 그리고 노즐성능 실험에서와 같이 실험장비가 아날로그 방식이었으므로 계측에 오차가 생길 수 있다. 아날로그 방식은 실험장치에 대한 작동과 원리를 이해하기에는 매우 유용하나 계측에 있어서는 계측자의 주관에 따라 결과값이 달라지는 단점이 있다.
계산과정의 엔탈피와 엔트로피는 R-12 냉매표를 참고하였는데, 정확한 온도와 압력이 나와 있지 않은 경우에는 선형 보간법을 이용하였다. 선형 보간을 하는 과정에서 계산 오차가 발생할 수 있고, 실제 온도와 압력이 측정된 상태에서 이상 사이클에 준하도록 가정을 한 과정에서 오차가 발생할 수 있었다. 즉, 상태 1과 상태 2는 등엔트로피 과정을 한다고 가정하였고, 응축기를 통과할 때의 압력변화는 거의 없다고 가정하여 압력 P2와 P3를 동일한 값으로 두었다. 하지만 응축기를 통과할 때 실제로는 주변의 열전달, 마찰 손실에 의해 P3는 낮아질 것이다. 또한 교축과정인 3-4는 단열과정으로 등엔탈피 과정으로 전개하였다.
각 상태점에 대한 엔탈피를 계산한 결과를 토대로 작성한 P-h 선도는 비교적 열펌프 반응의 변화에 근사하게 변화하는 것을 볼 수 있었다. 또한, 열펌프의 성적계수는 열펌프의 성능을 나타내주는 것으로 역학시간에 배운것과 같이 항상 1보다 크다는 것을 실제 실험을 통해서 확인할 수 있었고 그 크기가 클수록 열펌프의 성능이 좋아진다는 것을 알았다.

키워드

열펌프,   열전달,   시험결과,   보고서,   성적계수,   P-h 선도,   냉동 사이클