냉동기 성능계수 측정

소개글

냉동기 성능계수 측정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험목적

2. 이 론
(1) 냉동원리
(2) 증기 냉동사이클
1) 증발기
2) 압축기
3) 응축기
4) 팽창밸브
5) 성능계수

3. 실험방법

4. 실험 결과 정리
(1) 두 가지 실험 각각에 대하여 데이터 값을 작성하고 마지막 데이터 값의 평균을 이용하 여 p-h 선도를 그려라.
1) <실험 1>
ⅰ. <실험 1>의 조건
ⅱ. <실험 1. 데이터>
ⅲ. <실험 1. 계산과정>
ⅳ. <실험 1. p-h선도>
2) <실험 2>
ⅰ. <실험 2>의 조건
ⅱ. <실험 2. 데이터>
(2) 증발기의 냉동효과 QL
(3) 압축기의 등엔트로피효율
(4) 응축기의 QH
(5) COP와 단위 냉동톤 당의 냉매 질량유량(kg/s.ton)
(6) 두 가지 경우에 대하여 유동상태를 비교 검토하라.
(7) 두 가지 경우에 대하여 공기온도 변화를 비교 검토하라.

5. 고찰

본문내용

3
116
118
24
24
12.1
9.3
17.5
57.1
4
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24
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12.1
9.3
17.4
57.6
5
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24
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12.1
9.4
17.4
57.8
6
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24
24
12.1
9.5
17.4
58.2
마지막 데이터 평균
117
24
12.1
9.5
17.4
58.2
<실험 2>도 <실험 1>과 같은 계산 과정을 통하여 각각의 값들을 구할 수 있다. 똑같은 계산과정이므로 계산과정은 생략하고 결과값만 작성한다.
<실험 2. 각 구간의 엔탈피(h)>
h1 = 397.198(kJ/kg), h2s = 422.454(kJ/kg)
h2 = 443.157(kJ/kg), h3 = 250.2(kJ/kg)
h4 = 250.2(kJ/kg)
ⅱ. <실험 1. p-h선도>
(2) 증발기의 냉동효과 QL
QL = h1 - h4 (kJ/kg)
<실험 1>
395.695(kJ/kg) - 255.888(kJ/kg) = 139.807(kJ/kg)
<실험 2>
397.198(kJ/kg) - 250.2(kJ/kg) = 146.99(kJ/kg)
(3) 압축기의 등엔트로피 효율
<실험 1>
<실험 2>
(4) 응축기의 QH
QH = QL + W = h2 - h3 (kJ/kg)
<실험 1>
QH = 434.531 - 255.888 = 178.643(kJ/kg)
<실험 2>
QH = 443.157 - 250.2 = 192.957(kJ/kg)
(5) COP와 단위 냉동톤 당의 냉매 질량유량(kg/s.ton)
, m = ※(RL = 1냉동톤 = 3.516 kW)
<실험 1>
, ton)
<실험 2>
, ton)
(6) 두 가지 경우에 대하여 유동상태를 비교 검토하라.
질량유량의 변화 정도가 약간 감소됨을 문제(5)를 통해 알 수 있었고 관계식으로 부터 질량유량이 약간 감소하다 약간 증가함을 알 수 있었다.
냉매의 질량유량은 팽창밸브에서 조절하는데, 팽창밸브에서 조절하는 유량이 증발기에서 최적의 냉매보다 많아지면 냉매가 완전히 증발하지 못하고 증발 후에도 냉매액체가 남아있어 액체 상태로 압축기로 유입된다. 이런 액체 상태로 압축기로 유입 되면 압축기의 밸브 손상을 초례한다. 반대로 증발기로 유입되는 냉매의 양이 적정량보다 적으면 증발기 입구에서 출구에 이르기 전에 냉매가 모두 증발되고 계속 열을 흡수하므로 과열증기로 된다. 과열도가 비교적 작을 때에는 별 문제가 되지 않지만 이러한 상태가 계속되거나 과열도가 너무 크면 압축기에서 배출되는 냉매증기의 온도가 너무 높아지므로 압축기 손상을 초례한다. 그러므로 팽창밸브에서 증발기로 유입되는 냉매의 질량유량을 조절하는 것이 매우 중요하다.
(7) 두 가지 경우에 대하여 공기온도 변화를 비교 검토하라.
댐퍼를 열고 팬을 가동시킴으로써 증발기의 온도는 약간 증가하였으며 응축기의 온도는 상당히 감소하였다. 이는 댐퍼를 열고 팬을 가동하여 강제로 대류현상을 일으키므로 증발기에 상대적으로 따뜻한 외부 공기가 유입되어 약간의 온도 상승이 일어났다. 증발기의 온도 상승은 R134a 냉매의 상변화에 필요한 열을 외부에서 유입된 상대적으로 따뜻한 공기로부터 공급받으므로 기존의 내부에 있는 차가운 공기의 온도는 더 이상 떨어지지 않고 오히려 외부의 따뜻한 공기와 섞여 증발기 내의 온도는 상승하게 되었다. 응축기의 경우 상대적으로 차가운 외부 공기가 유입되어 응축기의 온도가 상당히 감소하였다.
5. 고찰
이번 실험을 통하여 항상 보았던 냉장고가 어떤 원리로 작동을 하고 어떠한 열역학적인 이론적 지식이 적용되는 것을 알 수 있었다. 열역학적으로 생각하면 냉동기는 외부에서 일을 공급받아 저온부에서 열을 흡수하여 고온부에서 열을 방출하는 기계이고 구체적으로 작동 되는 사이클을 살펴보면 증발기에서는 액체 냉매가 증발하면서 그 주위로부터 열을 흡수한다. 증발기를 통과한 저압의 냉매 증기는 압축기로 들어가고, 여기서 압력과 온도가 상승되어 과열증기로 된다. 이 과열증기는 응축기에서 열을 방출하여 고압의 포화액이 되고, 팽창 밸브를 통과하면서 증발기 압력으로 떨어진다(교축과정, Throttling). 증발기에서 저압의 액체 냉매가 다시 증발하면서 위의 사이클을 반복한다.
<실험 1>과 <실험 2>의 차이점은 댐퍼의 개폐와 팬의 On, Off의 차이다. 다시 말해 <실험 2>에서는 차가워진 공기를 밖으로 강제대류 시켜 냉동기의 일을 더 많이 하게 하는 것이다. 이것은 냉장고 문을 열어 놓았을 때라고 생각 하면 될 것이다. 이런 차이에 따라서 냉동기를 구성하는 작동 기계들의 반응도 당연히 틀려 질 것이다.
열교환기를 작동시킴으로써 증발기에서 나온 저온 저압의 열증기와 응축기에서 나온 고온 고압의 과액체가 열교환기에서 만나서 과냉 액체는 더욱 과냉한 상태로 변화하고 열증기는 더욱 과열된 상태로 변화함으로써 냉동기의 성능 계수가 증가한다.
열교환기를 가동 하였을 때 COP가 증가하는 이유는 증발기와 응축기에서 찾을 수 있다. 냉동기에서 가장 중요한 장치는 증발기와 응축기다. 앞에서 언급한대로 열교환기를 가동시켰을 때, 증발기의 온도는 증가하고, 응축기의 온도는 감소한다. 증발기의 온도증가는 저온의 냉매의 열 흡수량을 증가시키고 응축기의 온도감소는 과열증기의 열 방출량을 증가시킨다. 결국 각 장치의 성능이 좋아진다는 것이다.
이렇게 이 번 실험에서는 증발기, 압축기, 응축기, 팽창밸브 각각의 과정에서 작동이 달라짐에 따른 COP계수의 변화의 상관관계를 알 수 있었다. 다른 실험에 비해 이해하기 어려웠고 시간적으로도 많이 걸려서 힘들었지만 냉동기에 대한 지식을 좀 더 넓일 수 있었다는데 보람을 느꼈다.
※참고문헌 및 인터넷 참고자료
● UUP 출판 <기계*자동차공학실험> -울산대학교 공과대학 기계자동차공학부 실험교재 편
집 위원회-
● 보성각 출판 <열역학> -원성필 저-
● 사이텍미디어 <열역학> -Richard E. Sonntag, Claus Borgnakke,
Gordon J. Van Wylen-
● 경문사 출판 <열전달> -JP.Holman 저-
● 보성각 출판 <냉동공학> -원성필 저-

키워드

냉동기,   성능계수,   압축기,   응축기,   효율