기계자동차_공학실험냉방기_및_열펌프_실험

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목차

Ⅰ. 실험 목적

Ⅱ. 냉방기 및 열펌프의 원리

증기압축 냉동 시스템의 작동 유체

실제 증기압축 냉동 사이클과 이상 사이클의 차이

실제 증기 압축 사이클

Ⅲ. 실험 장치

Ⅳ. 실험 방법

Ⅴ. 결과 및 계산

열펌프 Data Sheet

냉동기 Data Sheet

Ⅵ. 고찰

본문내용

3
압축기 출구온도
T2
℃
91.0
응축기 입구온도
T2'
℃
77.6
응축기 출구온도
T3
℃
52.5
팽창밸브입구온도
T3′
℃
48.5
팽창밸브출구온도
T4
℃
6.8
증발기 입구온도
T4'
℃
6.1
증발기 출구온도
T1'
℃
25.0
증발온도
증발압력 포화온도
℃
4.734
응축온도
응축압력 포화온도
℃
55.042
응축기 과냉도
정의 : 응축압력 포화온도 - 팽창밸브 입구온도
식 : 55.042 - 48.5
6.542
증발기 과열도
정의 : 압축기 입구온도 - 증발압력 포화온도
식 : 26.3 - 4.734
21.566
< 게이지압력 + 대기압 = 절대압력 >
응축압력 : 21 + 1 = 22 bar 22 100 = 2200 kPa
2000 kPa에서 포화온도 51.28℃ 3000 kPa에서 포화온도 70.09℃
(열역학 책 부록B의 R-22 과열증기표 참조)
내삽법 이용 : 51.28+(70.09-51.28)= 55.042℃
증발압력 : 4.8 + 1 = 5.8 bar 5.8 100 = 580 kPa
500 kPa에서 포화온도 0.15℃ 600 kPa에서 포화온도 5.88℃
(열역학 책 부록B의 R-22 과열증기표 참조)
내삽법 이용 : 0.15+(5.88-0.15)= 4.734℃
냉동기 Data Sheet
외기온도 : 22
기 호
단 위
냉동사이클
고압 gage 압력
PH.gage
bar
13.0
저압 gage 압력
PL.gage
bar
2.0
압축기 입구온도
T1
℃
27.8
압축기 출구온도
T2
℃
88.5
증발기 출구온도
T1'
℃
19.0
응축기 출구온도
T3
℃
34.4
팽창밸브입구온도
T3′
℃
30.4
팽창밸브출구온도
T4
℃
-10.5
증발온도
증발압력 포화온도
℃
-14.61
응축온도
응축압력 포화온도
℃
36.31
응축기 과냉도
식 : 36.31 - 30.4
5.91
증발기 과열도
식 : 27.8 - (-14.61)
42.41
< 게이지압력 + 대기압 = 절대압력 >
응축압력 : 13 + 1 = 14 bar 14 100 = 1400 kPa
1400 kPa에서 포화온도 36.31℃
(열역학 책 부록B의 R-22 과열증기표 참조)
증발압력 : 2 + 1 = 3 bar 3 100 = 300 kPa
300 kPa에서 포화온도 -14.61℃
(열역학 책 부록B의 R-22 과열증기표 참조)
Ⅵ. 고찰
(1) 과열도
증발기 내부는 액 냉매와 기체 냉매가 혼합된 저압의 포화냉매로 되어있다. 팽창밸브 통과 직후의 냉매는 90% 이상이 액 냉매인데, 증발기를 통과하면서 열을 흡수 하여 증발하면서, 기체 냉매로 변한다.
이론대로 한다면 증발기 출구/압축기 입구에서의 냉매 상태는 완전히 기체화 되어 압축에 지장이 없어야 한다. 그러나 급격한 실내 부하변동이 있을 경우 증발기를 완전히 통과한 냉매에도 약간의 액체 상태가 있을 수 있는데, 이 액체 상태의 냉매가 압축기로 들어가면 압축기를 망가뜨릴 위험이 있다. 이를 방지하기 위하여 증발기를 통과한 냉매가 압축기로 가는 과정에서 몇도 정도 온도가 상승 하게하여, 액체 냉매가 있을 수 없도록 하는 것이 냉매의 과열이다. 압축기 입구의 과열증기 온도와 같은 압력에서 포화온도와의 차를 ‘과열도’라고 한다.
(2) 과냉도
응축기에서 압축되어 액화될 때의 온도를 포화 응축온도라 하는데, 이 때 이 응축된 액체 냉매의 온도가 포화응축온도 보다 낮아지는 것을 과냉이라 한다.
즉 응축기 출구의 압축액체 온도와 같은 압력에서 포화온도와의 차이를 ‘과냉도’라 한다.
만약 과냉이 되지 않은, 포화 냉매를 그대로 팽창밸브로 보내면 배관의 저항으로 액체냉매의 일부가 증발하면서 기체 상태로 되는데 (flash gas ), 기체 상태의 냉매가 섞인 냉매가 팽창밸브로 가게 된다. 이는 팽창벨브의 정상적인 작동을 방해하고, 냉동 능력을 급감시키므로 반드시 액체 상태로 팽창밸브까지 보내야 한다. 그래서 flash gas의 발생을 방지하기 위하여 몇도 정도의 과냉도를 유지하도록 시스템 설계하는 것이 좋은 것이다.
(2) 실험 수행 과정 및 소감
실험 매뉴얼상에 ‘실제 싸이클에서는 마찰 때문에 압축기 배출 부분과 팽창밸브 입구사이, 팽창밸브 출고와 압축기 흡입부분 사이에 작은 압력 강하가 발생한다’고 되어있으나 이번 실험에서 이 부분은 무시되었다. 따라서 내가 그린 실제 싸이클의 P-h선도가 정확한 실제 싸이클이라고 볼 수는 없다.
COP를 계산하는 과정에서 처음에는 열역학 책 뒷부분에 실려있는 부록B의 R-22에 관한 상태량표를 참고하여 h값을 얻어 COP를 계산해 보려 하였다. 그러나 R-22의 압축액체표가 없어서 P-h선도에서 눈으로 읽어들인 h값을 이용하여 COP를 계산하였다. 그런데 여기서 한가지 이상한 점이 발견되었다. 열역학책 부록B의 표에서 얻은 h값과 P-h선도에서 얻은 h값이 크게 달랐다. 아래는 그 예를 들은 것이다.
-열펌프 T2점에서의 h값-
P-h선도에서 읽어들인 h값 : 460 kJ/kg
열역학책 부록B에서 내삽법을 통해 얻은 h값 : 297.89 kJ/kg
물론 나의 열역학적 지식이 부족하여 내가 뭔가 잘못 이해하고 있는 부분일 수도 있으나 아직까지 나에게 이 부분은 풀리지 않은 의문점으로 남아있다.
냉매의 흐름에서 높은 온도에서 낮아지고 있는 과정을 빨강색으로 나타내고 낮은 온도에서 높아지고 있는 과정을 파랑색으로 나타내보면 다음과 같을 것이다.
실험 결과 데이터 시트를 보면 파이프를 이동하는 동안에 냉매의 온도가 약간씩 변화했다는 것을 알 수 있다. 이 파이프들을 단열이 잘 되는 소재로 대체한다면 이런 현상이 어느 정도 보완될 것이다. 그러면 더욱 효율적인 시스템이 될 수 있을 것이라고 생각된다.
지난 1학기 때 수강했던 열역학 과목에서 그다지 좋은 성적을 얻지 못했던 나로서는 이번 실험이 꽤 복잡하고 어렵게 느껴졌다. 그렇다보니 실험을 하면서 배우는 점들이 많은 것 같다. 무엇보다도 열펌프와 냉방기의 작동 원리 및 과정을 어느 정도 이해하였다는 것을 기쁘게 생각한다. 자동차 엔진 분야에 관심이 많고 차후에 응용열역학도 수강할 계획이 있으므로 열역학 공부에 좀 더 적극적인 자세로 임해야 하겠다.

키워드

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