냉동기열펌프

목차

1. 실험목적

2. 이론
(1) 냉동 Cycle 및 열펌프 Cycle

3-3. 실험 장치 및 실험방법
(1) 실험장치
(2) 실험방법
가. 공통사항
나. 냉동기 성능 실험
다. 열펌프 성능 실험

4. 실험결과

5. 결론 및 고찰

6. 참고문헌

본문내용

Speed
low
응축기 Fan Speed
high
증발기 출구 압력 (P1)
1.1 kgf/cm2
0.2091MPa
증발기 입구 압력 (P2)
1.4 kgf/cm2
0.2385MPa
응축기 출구 압력 (P3)
6.9 kgf/cm2
0.7775MPa
응축기 입구 압력 (P4)
6.9 kgf/cm2
0.7775MPa
증발기 출구 온도 (T1)
19.5oC
증발기 입구 온도 (T2)
-15oC
응축기 출구 온도 (T3)
20.3oC
응축기 입구 온도 (T4)
39.2oC
실 험 결 과
증발기 출구 엔탈피 (i1)
362 kJ/kg
증발기 입구 엔탈피 (i2)
220 kJ/kg
응축기 출구 엔탈피 (i3)
220 kJ/kg
응축기 입구 엔탈피 (i4)
372 kJ/kg
압축기 효율 (com)
15.6%
응축 열량 (Qc)
2872.8 W
2469.9 kcal/h
증발 열량 (Qe)
2683.8 W
2308.1 kcal/h
방 열 율 (E)
2.37
성적계수 (COPh.p)
15.2
* ; 이 표에서 i1～i4는 장치에서의 번호기준이며 기본 이론에서의 번호기준과는 무관하다.
5. 결론 및 고찰
1) 압축기 입구상태의 냉매는 증발기를 통과하면서 약간의 과열된 상태를 유지하여야 한다. 기액 혼합상태의 냉매가 압축기에 유입되었을 때의 문제점에 대해서 논하시오.
- 액체가 섞여있는 냉매가 압축기에 유입될 경우는 액체가 압축할 때 온도가 올라가면서 기화하려는 성질이 있기 때문이다. 따라서 기액 혼합상태의 냉매가 압축기에 들어가면 압축하는데 일이 쓰이는 것과 함께 기화하는 일을 하기 때문에 압축효율이 떨어진다. 따라서 압축기 입구상태에서 약간의 과열된 상태를 유지하여 기액 혼합상태가 안되게, 즉 기체 상태로만 존재하게 해준다.
2) 자동팽창밸브의 작동원리와 냉매 유량 조절 방법에 대해서 논하시오.
- 작동원리
: 팽창 밸브(expansion valve)는 건조기에서 보내진 고압의 액체 냉매를 증발기로 보내기 전에 증발하기 쉬운 상태의 저압으로 감압하는 작용과 냉매의 유량을 조절하는 역할을 한다.
팽창 밸브는 감열통, 다이어프램(diaphragm), 볼(ball), 압력 스프링 및 여과기로 구성되어 있으며, 감열통 안의 가스 압력의 크기에 따라 개폐되는 밸브이다. 팽창 밸브의 감열통에는 냉매와 같은 가스가 들어 있으며, 증발기 출구의 저압 쪽 배관과 접속되어 있다.
- 종 류
(1) 수동식 팽창 밸브
: 냉동부하의 변동에 대응하여 수동에 의해 냉매 소요량을 조절공급한다. 미세한 유량을 제어하기 위해 니들밸브 (Needle valve)로 되어 있다.온도식 자동팽창 밸브나 저압측 플로우트 밸브를 사용하는 곳에 고장시를 대비해 바이패스(Bypass)용으로도 이용된다.
(2) 모세관 팽창 밸브
: 조절이 불필요하고 구경이 작은 배관으로 제작되며 재질은 동을 이용한다. 냉동기 정지시 고저압이 바란스(Balance)되므로 기동시 기동부하가 적게 든다. 주로 소형 냉동기 즉 증발부하가 적은 곳에 사용되며 가정용 냉동기, 창문형에어콘 쇼케이스 등에 이용된다.
(3) 정압식 자동 팽창 밸브
벨로우즈와 다이어프램을 사용하는 것이 있으며 작동원리는 동일하다. 증발압력이 높아지면 밸브가 닫히고 낮아지면 밸브가 열려 증발압력을 항상 일정하게 유지하며 개폐된다. 냉동부하의 변동에 관계없이 증발압력에 의해서만 작동되므로 부하 변동이 적은 소용량 에 적합하며 냉동부하의 변동이 심한 곳에 사용되면 과열압축 및 액압축이 발생되기 쉽다.
(4) 온도식 자동 팽창 밸브
증발기 출구의 흡입증기 냉매의 과열도를 일정하게 유지하며 개페된다. 냉동부하의 변동에 따라 개도가 조절되는 구조로 되어 있다.(부하가 감소되면 밸브가 닫히고 증가하면 밸브가 열린다.) 본체의 구조에 따라 벨로우즈(bellows)식과 다이어프램(diaphragm)식이 있으며 감온구의 충전방식에 따라 가스충전식, 액충전식, 크로스 충전식으로 구분된다.
(5) 파일로트 온도식 자동팽창 밸브
온도식 자동팽창 밸브(T.E.V)의 단독용량에는 한계가 있어 냉동능력 100-270RT의 대용량이 되면 많은 유량이 필요로 하게 되고 액관이 굵어지므로 이 팽창밸브를 사용되고 , 파일로트 T.E.V의 개도에 비례하여 주 팽창밸브가 열린다.
3) 실제 냉동기 및 열펌프에서는 외부의 열부하가 일정하지 않고 수시로 바뀔 수가 있다. 각각의 cycle에서 열부하가 증가 또는 감소되었을 때 cycle에 어떤 변화가 발생하는지 논하시오.
-그런 것들은 팽창 밸브에 의해 제어가 된다. 외부의 열부하를 팽창밸브가 감지하여 냉매의 양을 조절하여 사이클이 안정되게 돌아가게 한다. 이런 것들을 이상 냉동 사이클이 아닌 실제 증기 압축 냉동 사이클이라 볼 수 있는데 실제로 적용되는 증기 압축 냉동 사이클은 이론적 증기 압축 냉동 사이클보다 몇 가지 면에서 상이하다. 응축기에서 액화한 냉매는 팽창 밸브로 들어가기 전에 과냉각되고 , 증발기를 나온 가스는 압축기에 들어가기 전에 과열 상태가 된다.
4) Mollier 선도 와 오차분석
먼저 위 실험의 데이터는 실험과정에서 오차를 가져올 수 있는 요인이 몇 가지 있었다. 시간, 온도, 압력을 계측하는 데 있어서 실험자가 직접 측정을 하였으므로 정확한 데이터를 측정하였다고 볼 수 없었기 때문이다. 또한 15분의 시간을 두어 측정을 하였으나 Steady-state 상태라고 확정할 수 없다. 좀 더 시간이 경과한 뒤 측정을 하면 더 작은 오차를 얻었을 것이라고 생각한다.
또한 Mollier 선도에서는 정압과정과 등엔트로피 과정이 제대로 나타나지 않았는데 이는 관 안의 조도에 따른 혹은 곡관에 따른 관내마찰 때문이라고 생각된다. 엔탈피를 구하기 위해 표에서 값을 찾아쓰려 했으나 건도를 알 수 없었는데 우리가 썼던 mollier 선도는 우리가 실험한 R12냉매에 대해서 온도와 압력을 알고 있으면 엔탈피를 구할 수 있게 되어있어서 x값(건도)를 고려할 필요 없이 바로 구할 수 있었다.
6. 참고문헌
1) 공업열역학 / 이창식, 김우승 공저/
2) Fundamentals of Thermodynamics 5th Edition / Shipiro 외1인/

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