공조냉동기계산업기사 냉동사이클 — 2원 사이클·암모니아 장치·역카르노 성적계수

2원 냉동 사이클은 고온측과 저온측을 직렬로 연결한다. 온도 대역이 다르므로 각 측에 맞는 냉매와 윤활유를 따로 쓴다. 고온측에는 R115처럼 비점이 높은 냉매를, 저온측에는 R13이나 R22처럼 비점이 낮은 냉매를 넣는다. 저온측의 고압부에는 과압을 막는 팽창탱크를 둔다.

같은 표준 사이클에서도 냉매에 따라 냉동효과가 크게 다르다. R12의 냉동효과는 약 28~30kcal/kg이고 암모니아는 약 260~270kcal/kg이므로, R12는 암모니아의 약 11% 수준이다. 암모니아의 증발잠열이 매우 커서 같은 질량으로 더 많은 열을 옮긴다.

암모니아 냉동장치의 증발압력 조정밸브는 증발기 압력이 설정값보다 과도하게 낮아지는 것을 막아 일정 압력 이상으로 유지한다. 압축비가 커지면 체적효율이 떨어지고, 암모니아는 토출온도가 높다.

역카르노 사이클의 성적계수는 절대온도로 계산한다. 0℃와 100℃ 사이에서 작동하면 273을 373과 273의 차이 100으로 나누어 2.73이 된다. 섭씨 값을 그대로 넣거나 고온과 저온의 자리를 바꾸면 답이 달라진다.

냉동 사이클 해석에는 압력-엔탈피 선도가 가장 널리 쓰인다. 등압선과 등온선이 직관적으로 표시되어 성적계수와 압축비, 일량과 냉량을 읽기 쉽기 때문이다. 온도-엔트로피 선도는 이론 해석에 쓰이지만 실무 사이클 해석의 표준은 아니다.

등온 과정에서는 보일의 법칙이 성립한다. 온도가 일정하면 압력과 체적의 곱이 일정하므로 압축 전후의 값을 같게 놓고 계산한다.

p-h 선도로 구할 수 있는 것과 없는 것을 구분한다. 엔탈피와 압력을 알면 냉동능력, 냉매순환량, 성적계수를 계산할 수 있다. 마찰계수는 기계적 손실과 관계된 값이므로 열역학 선도에서 구할 수 없다.

표준 냉동 사이클의 과냉각도는 일반적으로 5℃로 잡는다. 과냉각이 너무 작으면 효과가 부족하고, 지나치게 크게 잡으면 과잉 설계가 된다.