기계실험 - 냉동사이클 실험

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공기로부터 열을 얻어서 기화된다.(실온이 내려가서 냉방효과를 얻을 수 있음)
5. 실험결과
위 치
실험값 (℃)
압축기 입구
19.2
압축기 출구
55.6
응축기
29.4
증발기
13.1
팽창밸브 입구
25.2
팽창밸브 출구
-10.7
열교환기 입구(액체)
27.5
열교환기 출구(액체)
27.1
열교환기 입구(가스)
18.5
열교환기 출구(가스)
22.1
실외온도
16.5
실험값 (MPa)
고압
1.05
저압
0.2
이론 사이클 (cop=3.95)
실제 사이클 (cop=3.85)
이론 사이클과 실제 사이클간의 오차 = 2.53%
6. 고찰
R-22 소형 냉동프레온 냉동장치를 이용한 이번 실험은 간단한 실험을 통하여 사이클의 각 부분에서의 온도와 압력을 측정, cool pack 소프트웨어를 이용한 P-h 선도 그리기로 사이클을 이해하는 것이 목적이었다.
실제 사이클의 p-h 선도를 보면 이론 사이클과는 많이 다름을 알 수 있다. 이론 사이클에서는 압축과정의 흡입 냉매가스는 포화증기 상태이나 실제 과정에서는 약간의 과열증기 상태로 압축기를 통과한다. 이것은 포화증기상태로 압축기를 통과하게 만드는 게 어려울 뿐만 아니라, 포화증기 상태 근처에서 압축기를 통과할 경우 남아있는 약간의 습기가 압축기의 수명에 악영향을 줄 수 도 있기 때문이다. 더불어 실제 사이클에는 열교환기에서 이뤄지는 과열과 과냉이 존재하여 응축기 출구도 포화액 상태가 아니게 된다.
위 Cycle Info를 살펴보면 압축일이 실제 사이클은 약 50kJ/kg인데 반해 이론 사이클은 약 41kJ/kg의 압축일을 갖고 있다. 전체적인 응축 및 증발 열량의 크기가 실제 사이클이 크지만 단위 압축일 당 냉동효과는 이론 사이클이 크기 때문에 높은 COP를 가짐을 알 수 있었다.
위와 같은 이유로 압력으로만 표기한 이론 사이클과 온도를 포함시켜 과열과 과냉이 존재하는 실제 사이클간의 COP오차는 2.53% 였다.
마지막으로 우리가 실험하여 얻은 각 부분에서의 온도 값에 문제가 있다는 생각이 든다. 실제 사이클을 구했을 때, 측정되어진 온도와 그래프에서 기재된 온도와의 차이가 컸기 때문이다. 예를 들면 압축기 출구의 온도는 실제 관측했을 경우 55.6℃ 였으나 압력과 열교환기 온도를 고려한 사이클을 그려보면 그래프에서는 압축기 출구의 온도가 70℃에 육박하는 등 전체적인 온도측정과 그래프에서의 온도가 조금씩 불일치함을 알 수 있었다. 이것은 실험데이터를 얻기 위한 사이클 장치에 문제가 있었기 때문에 발생한 실험오류라고 생각한다. 그 문제 요인으로는 불충분한 열센서의 예열 및 짧은 가동시간 등을 들 수 있다.
여느 실험과 마찬가지로 이번 실험도 이론값과 측정값의 차이가 존재했다. 그렇지만 평소 사이클을 무수히 그렸고 공조냉동기계기사를 준비하는 과정에서 이론으로만 깊게 접한 사이클을, 실제로 장치를 통해서 만나보니 반가움이 컸다. 이번 실험을 계기로 사이클에 관해서는 확실한 의미 정립을 이루어서 만족스런 실험이었다.
자료출처 : 냉동 및 공기조화(Stoeker, W.F, 홍릉과학출판사)

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기계실험,   냉동사이클 ,   실험목적,   냉동사이클 실험