국민대) 냉동기 성능 실험

목차

1. Data Sheet

2. 표준이상 cycle

3. 실제 cycle

4. 이상 cycle

5. “Q" 값 계산

6. 과열도, 과냉도

7. 고찰

8. 참고문헌

본문내용

∴ COP = = 2.556
4. 이상 cycle

R-22의 포화상태량을 나타내는 표에서 찾고자 하는 데이터 값이 속해 있는 데이터 범위를 찾아 보간법을 사용해 값을 계산한다.
P.H abs = 1600 kPa
(kJ/kg)
(kJ/kgK)
1533.5
261.15
0.8746
1600
R
L
1729.0
261.90
0.8682
R = = 261.41
L = = 0.8724
= R = 261.41 (kJ/kg)
= L = 0.8724 (kJ/kgK)
점 1는 P=400kPa일 때의 포화상태이므로, =0.8724 에 대응하는 엔탈피는
R-22의 포화 상태량 표의 데이터를 이용하여 보간법으로 찾을 수 있다.
(kJ/kg)
(kJ/kgK)
포화액체
36.932
0.1324
Y
0.8724
포화증기
248.022
0.9368
Y = =231.122
∴ = Y = 231.122 (kJ/kg)
P.H abs = 1600 kPa
(kJ/kg)
(kJ/kgK)
1533.5
94.27
0.3417
1600
C
D
1729.0
100.98
0.3624
C = = 96.5524
D = = 0.3487
= 96.5524
=0.3487
점 4는 P=400kPa일 때의 포화상태이므로, =0.3487 에 대응하는 엔탈피는
R-22의 포화 상태량 표의 데이터를 이용하여 보간법으로 찾을 수 있다.
(kJ/kg)
(kJ/kgK)
포화액체
36.932
0.1324
Z
0.3487
포화증기
248.022
0.9368
Z = = 93.6933
∴ = Z = 93.6933 (kJ/kg)
∴ COP = = 4.537
5. “Q" 값 계산
냉매 R-22의 물성치는 다음과 같다.
,
6. 과열도, 과냉도
※ 과열도
- 과열도 : 증발기(증발코일)에서 냉매가 액체상태가 없도록 하기위해 적절하게 과열시켜주는 것
- 과열도가 필요한 이유
: 증기-액 구간 내에서 증발을 완료하고, 증발코일을 벗어나 압축기로 인입이 된다면 압축기내에 다음과 같은 문제가 발생 할 수 있다.
압축기 흡입 측에 액의 유입으로 액햄머 현상으로 밸브 및 부속품 소손우려
압축기의 액 압축으로 과부하로 인한 권선의 절연파괴
압축기 내의 냉동 유에 녹아들어 냉동유의 유동성 저하로 인한 피스톤 등의 부속에 무리
냉동효율이 떨어짐
※ 과냉도
- 과냉도 : 응축코일에서 기체상태가 없도록 정적하게 과냉각시켜주는 것
- 과냉도가 필요한 이유
: 증기-액구간 내에서 응축을 완료하고, 응축코일을 벗어나 팽창변으로 인입된다면 다음과 같은 문제를 발생시킬 수 있다.
팽창변의 증기 - 액이 혼합되어 팽창변의 무리를 주고 팽창제어의 어려움을 줌
액과내에 핫가스가 발생시켜 배관내의 마찰 손실을 증가시키거나 팽창변에 무리를 줌
냉동효율이 떨어짐
소음 발생 및 팽창변의 제어 불량을 일으킬 수 있음
실내 부하에 따라 증발기와의 사이클 상의 문제를 일으킴.
- 과냉도 설정하는 방법
: 과냉도(보통 5℃ 전후) = (냉매 압력에 따른 증기 - 액선상의 온도) - (실제측정온도)
7. 고찰
이번 실험은 냉동기를 통하여 열역학적 사이클을 이해하고, P-h선도를 그리고 COP계산해보는 것을 목적으로 한다.
냉동기는 외부에서 일을 공급받아 저온부에서 열을 흡수하여 고온부에서 열을 방출하여 사용하고자 하는 곳을 차갑게 유지 시킬 수 있게 하는 장치이다.
냉동기에서 작동 되는 사이클은 증발기(evaporator)에서는 액체 냉매가 증발하면서 그 주위로부터 열을 흡수한다. 증발기(evaporator)를 통과한 저압의 냉매 증기는 압축기(compressor)로 들어가고, 압력과 온도가 상승되어 과열증기로 된다. 이 과열증기는 응축기(condenser)에서 열을 방출하여 고압의 포화 액이 되고, 팽창 밸브(expansion valve)를 통과하면서 증발기 압력으로 떨어진다. 증발기에서 저압의 액체 냉매가 다시 증발하면서 위의 사이클을 반복한다.
각 사이클에서의 COP를 비교해보면 다음과 같다.
표준이상 cylce
이상 cylce
실제cycle
4.396
4.537
2.556
성능계수가 클수록 성능이 우수하다. 이론적 내용과 실험적 내용을 바탕으로 계산 해 본 COP는 이상 cycle > 표준이상 cycle > 실제 cycle 순이었다. 이것은 이상 cycle의 성능이 제일 우수하고, 실제 cycle의 성능이 제일 낮다는 것을 의미한다.
실제 cycle이 이상 cycle보다 성능계수가 작은 이유는 마찰에 의한 압력강하, 과냉, 과열, 완벽하지 못한 단열과 비가역성 때문이다. 따라서 실제 cycle을 프로그램으로 그릴 때 , , , , , , 를 계산하였다. 는 압력강하를 의미하므로 단위를 Bar로 해야 하지만, 압력강하는 온도의 차이로 계산 될 수 있기 때문에, 온도 차이를 넣어 단위를 K로 계산하였다.
실제 cycle의 효율을 높이기 위해 과냉도와 과열도를 설정한다. 압축기로 들어가는 온도가 포화증기선 안쪽에 있게 되면 소량의 액체가 고장날 수 있으므로 원래보다 온도를 높게 하는 과열도를 설정하여 100% 증기를 들어가게 만든다. 과냉도 역시 포화액체선 안쪽에서 팽창하면 팽창밸브의 효율이 떨어지게 되므로 온도를 낮게 하는 과냉도를 설정하여 효율을 높일 수 있다.
실제 cycle의 효율을 높이기 위해 냉매주입량 역시 중요하다. 냉매를 적정량을 정확하게 넣어야 냉동효율을 최대한으로 발휘할 뿐만 아니라 전기소비를 최소화할 수 있다. 과열도와 과냉도를 측정하면서 정확한 량의 냉매를 보충하여야 한다.
실험에서는 P-h선도에 cycle을 그려보았는데, T-s선도에 cycle을 나타낼 수도 있다.
실험에서 했던 P-h선도와 더불어 T-s선도도 그려보고, 냉동기의 효율을 떨어뜨리는 원인과 향상시킬 수 있는 방법 등을 살펴봄으로써 냉동기와 여러 가지의 사이클에 대한 이해도를 높일 수 있었던 기회였다.
8. 참고문헌
- 냉동(Refrigeration) / 냉동공조 및 이상유동 연구실 - 고려대학교 기계공학과
(pp. 18~29)
- 열역학 FUNDAMENTALS OF THERMODYNAMICS
/ 사이텍 미디어 - 박영무, 박경근, 공역 (pp. 420~421, 부록)

키워드

표준이상 cycle,   표준이상 사이클,   COP,   실제 cycle,   실제 사이클,   이상 cycle,   이상 사이클,   Q