개념 한 쪽
공조냉동기계기사 흡수식 냉동사이클 — 엔탈피-농도 선도와 듀링선도·성적계수
흡수식 냉동사이클 세트는 선도 읽기에서 출발해 역카르노 성능계수 계산, 이원 냉동, 증기압축 사이클의 운전 조건 변화로 이어진다. 엔탈피-농도 선도의 축, 듀링선도의 용도, 절대온도로 바꾼 COP 계산이 중심이다.
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뜻
흡수식 냉동사이클의 선도는 두 가지로 나눠 읽는다. 엔탈피-농도 선도(i-x선도)는 수평축에 농도 x, 수직축에 비엔탈피 i를 잡고 포화용액의 등온·등압선과 발생증기의 등압선을 그린다. 따라서 수평축에 비엔탈피, 수직축에 농도를 잡는다는 설명은 축이 뒤바뀐 것이다. 증발잠열처럼 설계에 필요한 열량은 이 선도에서 구한다. 듀링선도는 수용액의 농도·온도·압력 관계를 나타내며, 각 열교환기 내부의 열교환량을 표현하는 데는 쓰지 않는다.
역카르노 사이클의 성능계수는 절대온도로 바꾼 증발온도를 응축온도와 증발온도의 차로 나눈 값, COP=TL/(TH-TL)이다. 응축 40℃, 증발 -10℃이면 263.15/50으로 약 5.26이고, 응축 30℃, 증발 -10℃이면 263.15/40으로 약 6.6, 응축 47℃, 증발 -10℃이면 263.15/57로 약 4.61, 330K과 270K이면 270/60으로 4.5다. 성능계수 6.84, 응축온도 22.7℃가 주어지면 COP=Te/(Tc-Te)를 Te에 대해 풀어 증발온도가 약 -15℃임을 구한다.
이원 냉동 사이클은 저온부 냉동사이클의 응축기에서 나온 발열량을 고온부 냉동사이클의 증발기가 흡수하도록 연결한 연쇄 구조다. 아주 낮은 온도를 얻을 때 쓰며, 저온측과 고온측에 서로 다른 냉매를 쓴다.
증기압축식 사이클의 운전 조건 변화도 함께 본다. 증발온도를 일정하게 두고 응축온도를 높이면 압축비가 커져 토출가스 온도와 소요동력이 오르고 성적계수는 내려가며 플래시 가스 발생량은 늘어난다. 플래시 가스가 감소한다는 설명은 틀리다. 응축압력과 증발압력이 일정할 때 흡입증기의 과열도가 커지면 토출가스 온도가 상승하고 체적효율이 저하되며 냉동능력과 냉매순환량이 감소한다.
예제
출제 패턴은 네 가지다. ① 선도 — i-x선도는 수평축 농도·수직축 비엔탈피이고, 듀링선도는 농도·온도·압력 관계를 나타내며 열교환량 표현에는 쓰지 않는다. ② 역카르노 COP — 절대온도로 바꿔 TL/(TH-TL)에 넣으며, 40℃/-10℃는 5.26, 30℃/-10℃는 6.6, 47℃/-10℃는 4.61, 330K/270K은 4.5다. ③ 이원 냉동 — 저온부 응축기의 발열을 고온부 증발기가 흡수하는 구조다. ④ 운전 조건 — 응축온도 상승은 COP 감소·토출온도 상승·소요동력 증대·플래시 가스 증가를 만들고, 과열도 상승은 토출온도 상승과 냉동능력 감소를 만든다.
자주 묻는 물음
- i-x선도와 듀링선도는 각각 무엇을 나타내나요?
- i-x선도는 수평축에 농도, 수직축에 비엔탈피를 잡고 포화용액의 등온·등압선과 발생증기의 등압선을 그린 선도입니다. 듀링선도는 수용액의 농도·온도·압력 관계를 나타내며, 각 열교환기의 열교환량을 표현하는 데는 쓰지 않습니다.
- 역카르노 사이클의 성능계수는 어떻게 계산하나요?
- 절대온도로 바꾼 증발온도를 응축온도와 증발온도의 차로 나눈 COP=TL/(TH-TL)를 씁니다. 응축 40℃, 증발 -10℃이면 263.15/50으로 약 5.26입니다. 섭씨 값을 그대로 넣으면 안 됩니다.
- 응축온도나 과열도가 변하면 사이클은 어떻게 되나요?
- 증발온도를 일정하게 두고 응축온도를 높이면 압축비가 커져 토출가스 온도와 소요동력이 오르고 COP가 내려가며 플래시 가스가 늘어납니다. 흡입증기 과열도가 커지면 토출가스 온도가 상승하고 체적효율과 냉동능력, 냉매순환량이 감소합니다.
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