7.열펌프 예비+결과보고서

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7.열펌프 예비+결과보고서에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

한다.
① Heat controller 15℃
② Heat controller 19℃
Heat controller 23℃
Heat controller 27℃
Heat controller 31℃
Heat controller 35℃
5) 성능계수() 구하기
이상적 성능계수는 『CoolPack』 프로그램의 Refrigeration Utilities를 통해 구한 이상적 P-H선도의 정보에 나타난 성능계수이다.
ex) Heat controller 15℃ 일 때 이상적 P-H선도의 정보 : [사진 2]
실험적으로 성능계수는 (단, (at ), (at ), (at ))로 구한다.
ex) Heat controller 15℃ 일 때 :
Heat controller [℃]
15
19
23
27
31
35
성능계수()
1.48
1.15
1.05
1.00
0.99
0.99
이상적 성능계수
9.66
8.44
7.06
6.47
6.26
6.49
3. 결과 분석
1) 이상적인 Rankine Cycle의 경우 용매는 Compressor, Condenser, Expansion valve, Evaporator을 지난 후 온도와 압력에 따라 Superheated vapor, Saturated Liquid, Liquid-Vapor Equilibrium, Saturated Vapor의 Phase를 갖는다. 그러나 이번 실험에 쓰인 장치에서 냉매가 이상적인 거동을 한다는 보장이 없으므로 측정한 온도와 압력을 바탕으로 각 지점에서의 냉매의 Phase를 결정해야 하며, 몰리에르선도를 통한 P-H선도를 보아 대부분 Superheated vapor상태임을 알 수 있다.
2) Expansion valve에서 이므로 등엔탈피 팽창이 일어나지 않음을 알 수 있다.
3) 성능계수
실험으로 구한 엔탈피를 이용하여 성능계수()를 구한 값을 보면 수조의 온도가 상승할수록 성능계수의 값이 낮아지는 경향성이 있음을 확인할 수 있다.
4) 온도
i) Expansion valve에서 기체의 확대와 냉매의 특성에 의한 영향이 Temp 6번의 온도의 변화를 일으켰다.
ii) Condenser에 의한 영향 때문에 Temp 4번이 Temp 3번보다 온도가 낮았다.
iii) Evaporator가 물의 에너지를 흡수하기 때문에 온도가 증가한다.. 따라서 Temp 7번에서 Temp 6번보다 온도가 상승하게 된다.
4. 토의, 결론
토의
- 오차원인 분석
1) 이상적인 Cycle은 단열상태에서 이루어져야한다. 하지만 실험은 외부환경에 그대로 노출되어 있기 때문에 단열이 잘 이루어지지 않았을 것이다. 이러한 열의 출입은 오차를 발생시킬 수 있다. 예를 들어 , 의 경우 단열이 잘 된다면 거의 비슷해야 하지만, 온도차이가 많이 나는 것을 보아 단열이 잘 이루어지지 않음을 알 수 있다.
2) 냉매의 유동 중 마찰에 의한 손실 및 열교환, 열손실로 인한 오차가 있었을 것이다. 따라서 이상적인 등온압축, 등온팽창, 단열압축, 단열팽창이 될 수 없다. 이러한 마찰로 인해 증발기와 응축기에서 압력강하가 일어나고, 압축기와 팽창기에서 등엔트로피가 일어나지 않음을 볼 수 있다.
3) cycle이 진행되는 관 안에 불순물이 있었을 수 있다. 이러한 불순물이 섞여 있는 경우 유체의 물성에 영향을 미쳐, 이론적 온도,압력에 오차가 발생할 수 있다.
4) 온도를 측정할 때, 성능계수를 정확히 측정하기 위해서는 온도가 정상상태일 때 온도와 압력을 측정해야 한다. 그러나 실제 실험시에는 온도를 상승시키는 과정 중 해당온도에 도달했을 때를 기준으로 측정하였기 때문에 이러한 점에서 오차가 발생했을 수 있다.
결론
: 이번실험은 열펌프 장치의 원리와 공정에 사용되는 장치들의 대해 알아보고 이를 온도별 몰리에르선도의 사이클을 그려보며 성능계수를 구해보는 실험이었다. 또한 실험값을 토대로 그린 선도와 이상적인 선도를 비교해보고 그 차이를 확인해보는 실험이었다. 실험값을 보면 Compressor를 지나면서 온도가 증가하였다. 즉, T1에서 T2로 온도가 증가하였다. 또 Condenser를 지나면서 온도는 감소하였다. 즉, T3에서 T4로 온도가 감소함을 확인 할 수 있다. Evaporator를 지난 후에는 온도가 증가하였다. 즉 T6에서 T7로 온도가 증가함을 확인 할 수 있다. 이것은 Evaporator가 물의 에너지를 흡수하기 때문이다. 또한 Evaporator와 Condenser에서 증발과 압축이 일어날 때 이상적 냉동사이클에서는 등압이 유지된다. 하지만 실제 실험에서는 Evaporator 전후 압력인 P4와 P1의 경우 차이가 생긴 것을 확인할 수 있었다. 이는 이상적 냉동사이클에서는 증발기와 응축기가 등압 조건을 유지하지만 실제 사이클의 경우 냉매가 순환하면서 생기는 흐름 마찰로 인한 압력 손실이 발생하기 때문이다. 따라서 증발기에서 나올 때 압력은 증발기로 들어갈 때보다 더 낮은 압력을 가지게 되는 것이다.
이번 실험의 경우 온도만 설정해주면 실험장치가 작동하며 알아서 측정된다. 따라서 다른 실험들보다 실험자에 의한 오차는 적었을 것이라 생각한다. 실험기구의 오차는 등엔탈피, 등엔트로피 상태를 만드는 것이 현실적으로 어렵기 때문이라고 생각된다. 이번 실험을 통해 열펌프 장치의 열전달 과정과 각 장치의 기능에 대해 알 수 있었고 온도와 압력을 이용하여 엔탈피, 엔트로피 값을 얻는 과정을 알 수 있었다. 또한 실제 장치의 성능계수를 계산하는 방법과 장치의 성능계수를 알아볼 수 있었다.
5. 참고 문헌
- 냉동 및 공기조화,W. F. Stoecker, 에드텍, 1990, p439
- 공업열역학 3th Edition , 이창식 외 1명, 동명사, 2008, p569~p625
- 화공열역학 7th Edition , 김화용 외 3명, McGrawhill education, p278~p285
- http://www.arkema.com/export/shared/.content/media/downloads/products-documentations/fluoroch
emicals/Forane-22-Saturation-pressure-temperature-data.pdf

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