공조냉동기계산업기사 모리엘선도와 상 변화 — 건조도·표준 사이클·등엔탈피 팽창

표준 냉동 사이클은 성능을 견주기 위한 기준 운전 조건이다. 증발 온도 -15℃, 응축 온도 30℃, 압축기 흡입 건조포화증기를 기준으로 하며, 과냉각은 5℃를 적용한다. 응축 온도가 30℃이므로 과냉각 5℃를 빼면 팽창밸브 직전 온도는 25℃가 된다. 과냉각을 45℃로 잡으면 기준과 어긋난다.

저압측 압력조정밸브는 증발기나 압축기 흡입측의 압력을 제어하는 밸브다. 증발압력조정밸브, 흡입압력조정밸브, 정압밸브가 여기에 든다. 응축압력조정밸브는 고압측인 응축기의 압력을 조절하므로 저압측 밸브가 아니다.

냉동 사이클의 각 과정은 열역학적 성질이 다르다. 단열압축은 외부에서 일을 받아 엔탈피가 늘고 압력과 온도가 함께 오른다. 응축기는 고압 기체가 열을 내보내며 액체로 바뀌는 등압 과정이고 엔탈피는 줄어든다. 증발기는 등압등온 과정이며, 팽창밸브는 외부와 열이나 일을 주고받지 않는 등엔탈피 과정이다.

p-h 선도에서 포화액선은 건조도 0, 포화증기선은 건조도 1을 나타낸다. 두 선 사이의 포화영역은 0과 1 사이의 값을 가진다. 건조도 2는 물리적으로 나올 수 없는 값이다.

실제 냉동 사이클은 이상 사이클과 같지 않다. 마찰과 열손실, 불완전 압축이 있고, 흡입관의 압력 강하와 열교환 때문에 압축기 입구 상태가 증발기 출구와 같지 않다. 마찰손실과 열출입, 교축작용은 실제 사이클에 나타나는 손실 요인이다.

엔트로피는 열을 방출하는 과정에서 줄어든다. 증기압축식 사이클에서는 응축과정이 여기에 해당한다. 압축은 등엔트로피, 팽창은 등엔탈피, 증발은 열흡수 과정이므로 엔트로피가 줄어드는 과정이 아니다.

증발 온도가 일정한데 응축 온도가 올라가면 압축비가 커진다. 그 결과 체적효율이 떨어지고 토출가스 온도가 오르며 냉동능력과 성적계수가 줄어든다. 성적계수가 늘어난다고 보면 현상과 반대다.