공조냉동실습_2 고 태 호 한국폴리텍1대학 서울정수 캠퍼스

안전 제일 - 나사작업 - 용접작업 - 무리한 작업 금지 정확성 - 치수 - 기밀성 신속성 - 작업의 편리성 추구 실습에 임하는 자세 안전 제일 - 나사작업 - 용접작업 - 무리한 작업 금지 정확성 - 치수 - 기밀성 신속성 - 작업의 편리성 추구 - 불필요한 동작 제거

물의 증발과 응축 증발선 과열증기 건포화점 158 oC 포화수의 끓는점 100 oC 건도 온도 (℃) 불포화수 0 oC 658 160 포화수의 끓는점 100 oC 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 건도 온도 (℃) 잠열 : 498 불포화수 0 oC 100 639 현열(100) 증발잠열(539) 엔탈피 (kcal/kg) 전열(639)

냉매 선도(P-h 선도) 이 선도는 종축에 압력 P( log P, 압력을 대수 눈금 표시 횡축에는 엔탈피 h를 잡은 것 (☞ 냉동에서는 일반적으로 모리엘 선도) P-h선도를 이용하면 냉매의 상태 변화를 알 수 있다. p-h선도에서는 일정 압력에 대한 상태변화 및 교축 작용(냉동 장치에서는 팽창 밸브에서의 변화)이 직선으로 표시되어 엔탈피의 차를 구하는데 편리 응축기나 증발기의 열량 계산, 냉동기의 운전에 필요한 동력 등의 계산 및 냉동 장치의 운전 상태를 판단하는데 사용.

냉매 선도(P-h 선도)

냉매 선도(P-h 선도)

등압선과 등엔탈피선

등건조도선

등건조도선 습증기 구역에서 건도가 일정한 점을 연결한 곡선이다. 건도는 습증기 중에 있는 증기의 비건포화증기일 때 건도는 1, 포화액일 때는 0 ☞ 예) 건도 0.2는 습기 중에 20%(중량 비율)가 건포화 증기이고, 나머지 80%가 액체인 상태를 나타낸다. 등건도선은 그림과 같이 습증기 구역 안에서만 존재한다.

등엔트로피선

등비체적선

등비체적선 등비체적선은 냉매의 비체적, 냉매 1kg 당의 체적이 같은 점을 연결한 곡선. 그림(P-h선도 ; 등비체적선)에서는 습증기와 과열증기 구역에 걸쳐 등비체적선이 점선으로 그어져 있다. 예를 들어 비체적이 1.0 m3/kg이라고 표시된 등비체적 선은 냉매 1 kg당 차지하는 체적이 1m3인 냉매를 뜻함. 등비체적선은 건조 포화증기선과 만나는 점에서 그 기울기가 조금 변함.

등온선

등온선 같은 온도의 점을 연결한 선으로, 등온선상에서는 모두 온도가 같다. 포화액선보다 왼쪽 부분(액화 냉매)의 등온선은 등엔탈피선과 거의 평행. 포화액선과 포화 증기전의 사이(습증기 구역)에서는 압력과 온도는 서로 상관 관계가 있어 냉매의 압력이 정하여지면 온도도 정해져 등온선은 등압선과 평행하므로 습증기 구역의 온도를 알 수 있음 포화 증기선 오른쪽인 과열 증기 부분에서의 등온선은 건조 포화 증기선 근방에서 다소 경사를 이루며 하방향으로 일점 쇄선으로 표시되어 있음

몰리에르 선도와 냉동싸이클

이상 냉동 싸이클과 실제 냉동 싸이클 K T S 1’ 5 2 1 4 3 a c b 2’ 3’ P=C h=C T1 P Aw q2 h1=h2 h4 h 팽창기(단열팽창) 증발기(등온증발) 압축기(단열압축) 응축기(등온응축) 이상냉동 싸이클 팽창밸브(교축팽창) 증발기(정압증발) 압축기(단열압축 응축기(정압응축) 실제냉동 싸이클

이론 냉동 싸이클

실제 냉동 싸이클

성적계수 계산 P-h 선도 응축기 P c1 팽창밸브 압축기 증발기 P e2 q e A w h h h h 1= 2 3 4

성적계수 계산 표준냉동싸이클 증발온도 응축온도등 조건에 따라 냉동기의 성능은 다르게 나타난다. 따라서 동일한 조건에서의 냉동능력을 표시한다. ※ 조건 - 응축온도 : 30℃ - 증발온도 : -15℃ - 압축기 흡입상태 : -15℃(건포화증기) - 과냉각도 : 5℃(팽창밸브 직전 액의 온도 25℃)

성적계수 계산 qe = h1 - h4 [kcal/kg] 냉동효과 단위질량의 냉매가 증발기 내에서 흡입하는 열량으로 증발기 내를 흐르는 단위냉매의 엔탈피 차이를 냉동효과. 그림에서 증발기 입ㆍ출구 지점을 4, 1점이라고 하면 냉동효과는 다음 식과 같이 계산. 1 상태로 압축기로 흡입될 때를 과열압축, 1’상태에서 압축될 경우를 건조포화압축, 1˝ 상태에서 압축될 경우를 습압축이라 한다. qe = h1 - h4 [kcal/kg]

성적계수 계산 냉동효과

성적계수 계산 압축기의 압축일량 (소요동력) 압축기가 증발기로부터 흡수한 냉매가스를 압축하는데 필요한 동력의 단위. 시간당의 일량(kgfㆍm/h)을 열량으로 환산하기 위해서는 일의 열당량 A = 1/427 (kcal/kgfㆍm)를 곱하여야 한다. 그러나 몰리에르선도상에서는 그림과 같이 일을 직접 열량으로 구할 수 있다. 즉, 냉매 1kg을 압축하는데 필요한 일의 열당량은 압축과정의 엔탈피 차로 다음과 같이 나타낼 수 있다. Aw = h2 - h1 [kcal/kg]

성적계수 계산 압축기의 압축일량 (소요동력)

성적계수 계산 응축 열량 qc = qe + Aw [kcal/kg] 그림에서와 같이 압축기에서 토출된 냉매 가스는 응축기에서 열을 방출하고 응축하게 되는데, 이때 방출하는 열량은 에너지 보존법칙으로부터 증발기에서 흡수한 열량과 압축기에서 주어진 일량과의 합으로 다음과 같이 구할 수 있다. qc = qe + Aw [kcal/kg] qc = (h1 - h4) + (h2 - h1) = h2 - h4 [kcal/kg], h3 = h4

성적계수 계산 응축 열량

성적계수 계산 냉동능력 냉동장치에서 필요한 냉동능력을 얻기 위해서는 얼마만큼의 냉매량을 증발기에 공급하여 증발시켜야 하는가 즉, 단위 시간당 몇 kg의 냉매량이 증발기에 공급되는 가를 나타낸 것이 냉매 순환량이며, 냉동능력은 냉매 순환량과 주어진 조건하에서 냉매 1kg이 흡수할 수 있는 냉동효과와의 곱으로 계산한다. Qe = Gㆍqe Qe : 냉동능력(kcal/h), qe : 선도에서 구한 냉매 1kg당 냉동효과 (kcal/kg) G : 냉매 순환량 (kg/h)

성적계수 계산 냉동능력 그러나 필요한 냉동능력을 얻기 위하여 공급되는 냉매 순환량을 처리하는 압축기의 크기를 결정하기 위해서는 이 냉매 순환량을 압축기의 흡입 가스량 V(m3/h)으로 환산해야 한다. 흡입가스량 환산을 위하여 압축기 입구 냉매상태에서 냉매의 비체적을 알아야 한다. 따라서 다음 식에 의하여 냉매 증기 순환량(압축기의 피스톤 압출량) V(m3/h)를 구할 수 있다.

성적계수 계산 성적계수(COP ; Coefficient of Performance) 냉동기의 성능 표시하는 무차원 수 증발기에서 냉매가 흡수한 열량 (kcal/h) 성적계수 = 압축기에서 공급한 일의 열당량 (kcal/h) 냉동 효과(냉동능력) = 압축 일량 q2 = AW (h3 – h1) = (h4 - h3)

성적계수 계산 ※ 히트펌프의 성적계수 냉동싸이클의 응축기열을 이용하는 것을 히트펌프라고 하며 히트펌프 COP는 냉동기 COP의 값에 1을 더한 것 q2 q2 ηc = = AW q2 – q1 q1 q2 + AW ηh = = AW AW q2 = + 1 AW ηc = + 1

성적계수 계산 증발기에서 흡수한 열량(냉동효과 : kcal/kg) 압축기에서의 일량(kcal/kg) q2 = h3 – h2 = h3 – h1 압축기에서의 일량(kcal/kg) AW = h4 – h3 응축기에서의 일량(kcal/kg) q1 = h4 – h1 냉동능력(kcal/h) 1시간 동안 증발기에서 흡수하는 열량(kcal/h) Qe = q2 × G ※ q2 : 냉동효과(kcal/kg) , G : 냉매순환량(kg/h)

성적계수 계산 압축비 소요동력(kW) Pc1 ÷ Pe1 (1단 압축 보통 3~4) 보통의 냉매로 -30℃이하를 얻을때 압축기 2대를 설치하여 2단 압축 (압축비 6~9) -70℃ 이하 초저온이 되면 단일냉매로 단단 혹은 2단 압축하여 도 저온을 얻을수 없을때 2원냉동(일반냉매로 각각의 Cycle로 운전) 소요동력(kW) ( AW × G ) ÷ 860 ※AW : 압축일의 열당량(kcal/h), G : 냉매순환량(kg/h)

펌프다운(Pump down)과 펌프아웃(Pump out) 펌프다운 : 저압측을 수리하기 위해서 저압측의 냉매를 고압측 (응축기, 고압 수액기)으로 옮기는 작업 펌프아웃: 고압측의 냉매 누설이나 이상 발생시 고압측을 수리하기 위해서 고압측 냉매를 저압측(저압 수액기, 증발기)으로 옮기는 작업.

Report < 과제 > 1. 모리엘선도에 대하여 설명하시오 2. 냉매선도에서 과냉각액, 포화액, 건포화증기, 과열증기 및 포화액선과 포화 증기선에 대하여 설명하시오 3. P-h 선도에서 등엔탈피선과 등압선, 등엔트로피선, 등온선, 등건조도선 및 등비체적선 대하여 설명하시오. 4. 이론냉동싸이클과 실제냉동싸이클에 대하여 설명하시오 5. 표준냉동싸이클에 대하여 설명하시오? 6. 냉동효과와 냉동능력을 비교설명하시오 7. 냉동기의 성적계수와 히트펌프의 성적계수를 비교 설명하시오. 8. 압축비를 설명하시오. 9. 펌프다운 과 펌프아웃을 설명하시오.