부하조절과 냉매유량에 따른 냉동기 분석 6조 20030000 김관호 20031660 우상국 20052068 한승완

목 차 실험 목표 1 실험 장비 및 사용 프로그램 2 실험자료 분석 3 결 론 4

1. 실험 목표 ① 냉동 사이클을 이해할 수 있다. ② 실험에 필요한 회로를 구성할 수 있다. ③ 실험 자료를 그래프로 나타내고 분석할 수 있다. ④ 목표로 하는 온도를 측정, 조정하여 최적값을 찾을 수 있다. 숭실대학교

2. 실험장비 Standard refrigeration system apparatus 우리가 실험했던 실험장치 모습입니다. 데이터를 받기 위한 노트북과 통신을 위한 PCB가 있습니다. 위에는 실험장치를 제어하는 부분이고, 아래는 압축기와 응축기, 증발기 등이 있습니다.

3. 실험장비 Refrigerant Flow diagram

4. 자동제어장치 실험장치 제어부입니다. 시퀀스제어로 장치를 작동하였습니다.

5. 세부장치 전압계(Volt Meter)와 전류계(Am Meter) N.F.B

6. 세부장치 Relay 부저(Buzzer), 램프(Lamp) Relay란 Switch와 같이 On 신호를 Off로, Off신호를 On 신호로 바꾸는 역할을 하는 전자기적으로 작동하는 Switch이다. 부저와 램프를 이용하여 작동상태의 변화를 소리나 불빛으로 확인 할 수 있습니다.

7. 세부사항 자기 접촉기(MC) Toggle Switch 자기 접촉기(MC)는 압축기, 응축기 모터, 솔레노이드 벨브, 증발기 모터의 순환 순서를 제어 한다. 토글스위치는 수동작동 “C" 접점회로를 구성하기 위한 스위치로서 수동 및 자동우전 전환스위치, 운전, 정지의 전환스위치 등 다양하게 사용되어진다.

8. 회로구성 우리조가 실험했던 회로구성입니다. 증발기팬을 온도조절기에 연결하여 온도에 따라 증발기팬이 꺼졌다, 켜졌다 하도록 만들었습니다.

9. 온도제어장치 ①SET 버튼 - 설정 가능 하도록 해주는 버튼 ②올림/내림 버튼 - 온도를 조절 할 수 있는 버튼, 누르고 있으면 연속적으로 변하고 한번씩 누르면 1도 간격으로 미세 조정이 가능하다. ③Select버튼 - 편차와 기준을 선택할 때 사용

10. 사용프로그램 Real-Time P-h Diagram Program for KTE-1000BA 실험장치의 데이터를 보여주는 프로그램입니다. 앞에서 보았던 PCB와 연결하여 자료를 엑셀파일로 편하기 받을 수 있습니다.

응축기와 증발기 팬(fan)은 실험하는 동안 작동하지 않음 11. 실험방법-조작변인 첫번째 실험 두번째 실험   응축기 챔버 각도 증발기 챔버 각도 바꾼 시간 나사산 3개 0˚ 45˚ 4분 45초 9분 20초 14분 20초 나사산 4개 20분 24분 50초 29분 50초 36분 응축기 챔버 각도 증발기 챔버각도 시간 나사산 4개 변화없음 29분 응축기와 증발기 팬(fan)은 실험하는 동안 작동하지 않음 실험방법입니다. 우리조는 이번에 응축기와 증발기, 나사산의 높이를 조절하였습니다. 처음에는 ~ 두번째에는 나사산이 4개인 상태에서 응축기와 증발기의 팬을 모두 끄고 실험하였습니다.

12. Total temperature(1) 첫번째 실험의 전체 온도 그래프입니다. 20분 전후로 그래프의 확연한 변화를 보이고 있습니다.

13. Total temperature(2) 두번째 실험 그래프 입니다. 첫번째 실험 그래프보다 한 사이클의 시간이 더 길게 나타났습니다. 이 그래프도 15분 이후로 전과는 다른 모습을 보이고 있습니다.

14. Compressure Temp. temperature of compress in & out 압축기입구와 출구 온도 그래프를 살펴보면 약 33도를 기준으로 대칭적인 모습을 볼 수 있고 입구에서 압축기를 지나 냉매가 압축되면 온도가 상승되었음을 알 수 있다. 0분 정도에 급격하게 온도의 변화를 보이는데 이는 팽창밸브를 전보다 닫아 주었기 때문에 통과하는 냉매의 속도가 더 빨라지게 되었기 때문입니다. 두번째 실험 결과를 살펴 보면 앞의 실험과 다르게 압축기의 초기 온도가 더 높게 나타났고 15분 이후에는 10도정도로 일정한 온도 값을 나타내었다. temperature of compress in & out

15. Condenser Temp. Temperature of condenser in&out 첫번째 실험은 응축기는 압축기를 지나온 고온고압의 기체 냉매가 액체로 되는 과정을 거치게 되는데 입구 온도는 압축기를 지나왔기 때문에 비교적 높은 온도를 갖게 되고 비교적 높은 온도의 냉매가 응축기를 통과하게 되고 출구쪽의 온도를 살펴보면 기체였던 냉매가 응축기를 통해 액체로 변하기 때문에 액화 되는 과정에서 주위에 열을 발산하므로 냉매의 온도가 급격하게 떨어짐을 알 수 있다. 두번째 실험에서는 무부하 상태에서도 응축일을 하는데 필요한 열교환이 어느정도까지 이루어진 것을 확인할 수 있고 16분 이후에서부터는 응축 후 출구의 온도가 종전보다 약간 상승하였음을 확인 할 수 있다. Temperature of condenser in&out

17. Expansion valve Temp. Temperature of expansion valve in&out 첫번째 실험에서 냉매가 팽창밸브를 지나가게 되면 출구쪽에 관이 입구쪽보다 확장됨으로 압력이 급격하게 떨어지게 됨으로서 온도가 급격하게 떨어지는 것을 알 수 있습니다. 또한 20분 부근에서 팽창밸브의 출입구의 크기를 줄여주었는데 관의 직경이 줄어들게 되었기 때문에 내부의 유체 속도는 빨라지지만 압력은 낮아지게 되고 압력이 더 낮아졌기 때문에 온도가 전보다 더 낮아지게 되었다. Temperature of expansion valve in&out

18. Evaporator Temp. Temperature of evaporator in&out 첫번째 실험에서 증발기의 온도 변화 그래프를 살펴보면 이 과정을 통하여 액체의 냉매가 기체로 증발하게 되는데 이때 냉매액이 기체로 증발하기 위한 잠열을 주위에서 흡수하게 되어서 실외와 열교환을 하여 실외의 온도가 낮아지게 된다. 우리가 실험을 할때에는 초기에 설정값이 0도의 온도를 얻기 위해 편차를 5로 주었는데 증발기 출구 온도만 살펴보면 관성에 의하여 온도가 더 올라가고 내려가기 때문에 우리가 설정한 값보다도 좀더 낮거나 높은 곳까지 온도변화가 있어야 한다. 하지만 우리가 실험을 통하여 얻어낸 그래프의 경우에는 온도의 관성에 의한 부분이 잘 나타나지 않았는데 이는 1분마다 온도를 측정하는 기계의 특성상 측정하는 시간과 냉동기의 사이클이 완전하게 맞물리지 않아 그래프가 이렇게 나왔다고 생각합니다. 두 번째 실험에서의 시간에 따른 온도 그래프를 살펴보면 처음에는 온도의 설정값에 따라 냉동과정이 진행되면서 사이클을 이루는 모습을 볼 수 있고, 온도의 관성에 의한 변화도 확인 할 수 있다. Temperature of evaporator in&out

19. Pressure of system All pressure of system 압축기 출구압력과 응축기 입구 압력이 같고, 팽창밸브 출구압력과 압축기 입구 압력기 같기 때문에 두번의 실험에서 모두 이와 같은 그래프 모양이 나오게 되었습니다. All pressure of system

20. Enthalpy of system All Enthalpy of system 엔탈피는 온도와 관련이 많기 때문에 상대적으로 온도가 낮은 응축기 출구와 팽창밸브 출구의 엔탈피가 낮은 것을 볼 수 있습니다. All Enthalpy of system

21. Compress Ent. Enthalpy of compress in&out 첫번째 실험에서 압축기의 입구 온도는 증발기의 출구 온도와 같기 때문에 실험 시 설정온도의 영향을 받게 되는데 20분 이후에서는 증발기에서 외부 온도 는 같다는 조건하에서 좀 더 빠른 시간 안에 열교환이 이루어지게 되고 때문에 열 교환량도 증가하게 되어 냉매의 온도가 더 높게 나타나게 된다. 두번째 실험에서 약 430kJ/kg․K를 기준으로하여 입출구의 엔탈피가 대칭적인 개형을 이루고 있고, 증발기를 거쳐서 빠져나온 낮은 엔탈피의 냉매가 압축기에서 압축력을 받아 엔탈피가 증가되었음을 확인할 수 있다. Enthalpy of compress in&out

22. Condenser Ent. Enthalpy of condenser in&out 압축기를 통해 높은 엔탈피를 갖는 냉매가 응축기를 통과하면서 기체에서 액체로 액화되므로 많은 양의 열을 발산하게 된다. 따라서 응축기의 출구 쪽에서 측정 할 때에는 냉매가 낮은 엔탈피를 갖고 빠져 나가게 된다. 또한 그래프를 확대해서 보게 되면 사이클의 변화를 확인할 수 있는데 이는 실험 중에 챔버의 각도 조절을 하면서 부하를 주었기 때문에 부하에 따른 엔탈피의 변화를 확인 할 수 있다. Enthalpy of condenser in&out

23. Expansion valve Ent. Enthalpy of Expansion valve in&out 팽창 밸브의 경우에는 냉매가 단열팽창 과정을 거치게 되기 때문에 엔탈피의 경우에는 팽창밸브의 입구와 출구에서의 차이가 없게 된다. 또한 20분 지점에서의 약간의 엔탈피 차이는 팽창밸브의 크기 조절에 의한 변화임을 확인 할 수 있다. Enthalpy of Expansion valve in&out

24. Evaporator Ent. Enthalpy of evaporator in&out 증발기의 경우에는 팽창밸브를 통한 낮은 온도의 냉매가 증발기를 통과하면서 외부의 공기와 열교환이 이루어지게 되어 냉매가 열을 얻으므로 엔탈피가 크게 증가했음을 확인 할 수 있다. 또한 증발기 출구 쪽의 엔탈피의 양은 크게 변화가 없는데 이는 증발기 출구 온도를 일정하게 유지하기 위한 실험 기기의 특성상 온도는 여러 부하조건이나 냉매의 속도에 크게 영향을 받지 않으므로 엔탈피 또한 비교적 일정하게 나오게 됨을 확인할 수 있다. Enthalpy of evaporator in&out

25. Heat Exchange Heat exchange in evaporator&compressor 냉동효과(qe)는 압축기에 들어가는 냉매의 엔탈피와 팽창밸브를 빠져나온 냉매의 엔탈피의 차이이다. 압축일(AW)은 압축기로 들어가는 냉매의 전후 엔탈피 차이이다. 밸브를 조정한 이후에는 압축기의 입․출구의 온도차가 줄어들게 됨으로 압축기 일도 줄어들게 된다. Heat exchange in evaporator&compressor

26. Dry ratio, Wet Dry ratio, Wet 건도도와 습도는 flash gas의 영향을 받게 되는데 flash gas는 응축기에서 응축된 냉매액이 과냉각이 덜 되어 팽창변으로 가는 도중 액의 일부가 기체로 된 것을 말하는데  아래 몰리에르 선도에서 B-A의 값은 플래쉬가스의 손실 열량이다 만약 과냉각이 덜 된다면 위의 정상상태와 비교하여 그 값이 커지게 된다 따라서 이 값이 커지게 되면 건도도가 커지게 것 인데 원인에는 액관 라인에 열을 받는 부분이 있는 경우와 액관 라인이 막혀 있는 경우 배관라인이 길어서 마찰 저항이 증가하여 압력 손실이 많이 발생하는 경우를 들 수 있다.  flash gas에 의한 건도도와 습도도는 팽창밸브에서 액을 팽창하는데 액과 기체의 혼합된 상태의 냉매를 팽창 시키므로 냉동능력이 감소하기 때문에 성능계수 (COP)에 영향을 미치게 되는데 이를 그래프를 통하여 확인할 수 있다. Dry ratio, Wet

Coefficient of Performence 첫번째 실험에서 COP는 증발기의 절대온도를 응축기와 증발기의 절대온도의 차로 구할 수 있는데 압축기의 성능을 알 수 있는 유용한 지표이다. 팽창밸브를 조절한 이후의 성능이 더 좋아졌으며 33분 정도에 최고의 성능계수를 보였다. 그래프서 알 수 있듯이 처음보다 냉매의 속도가 증가했을 때  사이클의 성능이 좋아졌다. 두번째 실험에서 처음에는 댐퍼안의 외부 공기가 있었기 때문에 그 공기의 양만큼의 열교환이 일어나게 되고 그 양만큼 냉동이 이루어지게 된다. 이때 성능계수가 최대가 되고 어느 정도의 시간이 흐르면 더 이상 외부에 온도가 매우 낮아지게 되어 열교환이 반대로 이루어지게 되어 열이 유입되게 되고 이후에 어느 정도의 시간이 더 흐르게 되면 평형상태를 이루어 냉동성능이 떨어지게 된다. coefficient of performance

28. 결론 챔버의 각도에 따라서 생기는 부하의 영향으로 인하여 냉동사이클이 형성되는 주기가 짧아 지거나 길어지게 된다.  팽창 밸브에서 유입되는 냉매의 양을 적정량으로 조절하는 일이 냉동사이클을 이루는데 매우 중요하다.

감사합니다