개념 한 쪽
공조냉동기계산업기사 냉동의 원리 — 열수지·증기분사·플래시 가스와 체적유량
냉동 사이클은 열을 어디서 빼앗아 어디로 버리는지로 이해한다. 응축기가 내놓는 열, 흡수식의 열평형, 진공을 만드는 방식, 팽창 과정에서 생기는 가스를 차례로 본다.
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뜻
응축기가 방출하는 열은 냉동능력과 압축기 동력을 더한 값이다. 냉동능력 1RT가 3,320kcal/h이고 압축기 동력이 1kW일 때, 1kW를 860kcal/h로 바꾸어 더하면 4,180kcal/h가 된다. 냉동하면서 빼앗은 열과 압축에 쓴 일이 모두 응축기에서 열로 나오기 때문이다.
흡수식 냉동기의 열평형은 입력과 출력을 나누어 세운다. 발생기에서 넣은 열 QG와 증발기에서 들어온 열 QE가 입력이고, 응축기에서 버린 열 QC와 흡수기에서 버린 열 QA가 출력이다. 따라서 QG+QE=QC+QA가 성립한다.
증기분사 냉동기는 스팀 이젝터를 쓴다. 고압 증기를 분사해 진공을 만들고, 그 부압으로 냉매를 증발시켜 냉동 작용을 얻는다. 왕복동이나 스크류는 기계적으로 압축하는 방식이고, 공기를 냉매로 쓰는 공기압축 방식은 별도의 사이클이다.
플래시 가스는 고압의 액체 냉매가 팽창밸브를 지나면서 압력이 떨어져 포화 상태가 되고 곧바로 기화한 가스다. 압축기 토출가스나 증발기 출구 가스, 응축기 입구의 냉매와는 발생 위치와 상태가 다르다.
냉동톤당 압축기 흡입증기의 체적은 질량유량과 비체적으로 구한다. 1냉동톤을 3.9kW로 보고 냉동효과 1,088kJ/kg으로 나누면 질량유량이 약 0.00358kg/s가 되고, 시간당으로 바꾸면 약 12.9kg/h다. 여기에 비체적 0.5087m³/kg을 곱하면 약 6.56m³/h가 된다.
얼음을 만드는 냉동기의 냉동능력은 단계별 열량을 더해 구한다. 물 1톤을 10℃에서 0℃로 식히는 데 41.9MJ, 0℃에서 얼리는 데 335MJ, 얼음을 -10℃까지 식히는 데 20.9MJ가 들어 합계 397.8MJ/h다. 이를 kW로 바꾸면 110.5kW가 되고, 이 냉동능력을 소비동력 37kW로 나누면 성적계수는 약 2.99가 된다.
예제
선지 판단은 응축기 방출열을 냉동능력과 압축기 동력의 합으로 보는지, 3,320과 860을 더해 4,180kcal/h를 얻는지, 흡수식 열평형을 QG+QE=QC+QA로 세우는지, 스팀 이젝터를 증기분사 냉동기의 구성으로 보는지, 플래시 가스를 팽창밸브의 압력 강하로 기화한 가스로 읽는지, 1냉동톤당 흡입증기 체적을 6.56m³/h로 계산하는지, 제빙 냉동능력 110.5kW를 37kW로 나누어 성적계수 2.99를 얻는지에서 갈린다. 열수지와 흡수식 평형식을 바르게 세운 선지, 이젝터와 플래시 가스의 정의를 맞게 적은 선지, 6.56m³/h와 성적계수 2.99를 얻은 선지가 맞고, 응축기 방출열에서 동력을 빼는 선지와 플래시 가스를 압축기 토출가스로 본 선지는 어긋난다.
자주 묻는 물음
- 냉동능력 1RT, 압축기 동력 1kW일 때 응축기 방출열은 얼마인가요?
- 4,180kcal/h입니다. 1RT를 3,320kcal/h, 1kW를 860kcal/h로 바꾸어 더합니다. 빼앗은 열과 압축 일이 모두 응축기에서 열로 나오기 때문입니다.
- 흡수식 냉동기의 열평형식은 어떻게 세우나요?
- QG+QE=QC+QA입니다. 발생기 열 QG와 증발기 열 QE가 입력이고, 응축기 열 QC와 흡수기 열 QA가 출력입니다.
- 플래시 가스란 무엇인가요?
- 고압의 액체 냉매가 팽창밸브 등에서 압력이 떨어져 포화 상태가 되고 즉시 기화한 가스입니다. 압축기 토출가스나 증발기 출구 가스와 구분합니다.
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