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이상적 냉동사이클과 실제 냉동사이클 p-h 선도, 증기압축식시스템기타 기술 자료, 냉동(냉수) 시스템 요소기술
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함백산사내
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냉동공학 – 몰리엘선도로 ph선도 그리기
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증기 선도
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냉동사이클 (p-h 선도, COP, Win)
Thermodynamics – An Engineering Approach, Cengel & Boles, McGrawHill
Ch. 1 Introduction and Basic Concepts
Ch. 2 Energy, Energy Transfer, and General Energy Analsysis
Ch. 3 Properties of Pure Substances
Ch. 4 Energy Analysis of Closed Systems
Ch. 5 Mass and Energy Analysis of Control Volumes
Ch. 6 The Second Law of Thermodynamics
Ch. 7 Entropy
Ch. 8 Exergy
Ch. 9 Gas Power Cycles
Ch. 10 Vapor and Combined Power Cycles
Ch. 11 Refrigeration Cycles
Ch. 12 Thermodynamic Property Relations
Ch. 13 Gas Mixtures
Ch. 14 Gas-Vapor Mixtures and Air-Conditioning
Ch. 15 Chemical Reactions
Ch. 16 Chemical and Phase Equilibrium
Ch. 17 Compressible Flow
이상적 냉동사이클과 실제 냉동사이클 p-h 선도, 증기압축식시스템기타 기술 자료, 냉동(냉수) 시스템 요소기술
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1. 이상적 냉동사이클과 실제 냉동사이클 p-h 선도
1) p-h 선도에 대한 해석
가. 이상적 이론 냉동사이클
o A → B 과정
- 교축 팽창, 등엔탈피 과정
o B → C 과정
- 증발기 정압(등온) 증발 흡열 과정
o C → D 과정
- 단열, 가역 압축 과정
o D → A 과정
- 응축기 정압(등온) 응축 방열 과정
나. 실제 열교환, 비가역 냉동사이클
1 → 2 과정
o 역카르노사이클에서 터빈에 의한 단열팽창과정인 등엔트로피 과정이나, 응축기출구 측은 건도가 100% 이상인 과열증기의 상태가 아니므로, 터빈 브레이드 후단 액적의 형성에 따른 브레이드의 손상 등으로 인하여 터빈을 사용할 수 없음.
o 따라서 냉매액의 압력 강하로부터 온도 강하를 만들기 위하여 1) 교축밸브, 2) 모세관 등의 팽창기구가 사용되어짐. 교축 과정은 마찰에 의한 압력 강하 및 내적 비가역성으로 인하여 A->B 등엔탈피 과정 유지가 어렵다.
o 따라서, 건도 향상과, 증발기 냉동능력을 높이기 위하여 응축기 끝단 과냉각기인 수액기 를 설치하여 건도증가 문제를 해결하여 증발기의 냉동능력을 향상시킨다.
2 → 3 과정
o 증발기의 내부 관의 내경, 패스수 등과 관련되어 증발기 내부에서 직관부, 곡관부에서의 유체의 흐름에 의한 압력 손실과 온도 강하가 상시 발생한다.
o 따라서 이상적 과정 대비 실제 증발기에서의 열교환 과정은 등압(등온) 과정 유지가 힘 들다. 작동유체가 포화상태인 동안은 등온과정이 자연스럽게 유지되나 필연적으로 과열/ 과냉 영역에서 등온 유지가 어렵다.
3 → 4 과정
o 증발기 출구에서 압축기 입구까지의 저압배관에서의 압력 손실로 유속, 마찰 및 밀도에 관계됨.
o 단열 손실에 의한 열 취득과 관계됨.
4 → 5 과정
o 압축기 흡입밸브의 교축에 의한 압력강하, 실린더 벽의 고온 흡열 과열 압력 강하 5 → 6 과정
o 압축은 등엔트로피 과정이 아니며, 마찰과 손실로 인해 비효율적 폴리트로픽 압축 과정 으로 흡열로 온도, 엔탈피 및 엔트로피 증가됨
6 → 7 과정
o 압축기 토출 배출밸브 통과 과정, 압력 강하 발생됨.
7 → 8 과정
o 응축기 정압 방열과정이 아니며 배관 저항으로 압력 약간 감소, 냉매와 주변 유체를 포 함한 계에서 보면 유체의 열전달 과정은 엔트로피가 증가되는 방향으로 진행됨. 8 → 1 과정
o 응축기의 포화액 과냉 과정 →배관 저항으로 압력 감소됨.
보일러세관, 노통연관보일러, 수관보일러, 관류보일러, 계속사용안전검사
찾아 오시는 길 : 발산역 1번 출구에서 양천향교역 방향으로 쭉 직진해서 오시다 보면,
‘마곡대명 투웨니퍼스트’ 라는 건물이 보이실 겁니다. 그 건물 1층으로
‘마곡전기철물’이 새단장을 했습니다!
☞냉동공학 제2장 냉동의 기초 제12강 모리엘(Mollier) 냉동사이클 선도 그리기 사이클 선도는 냉매종류마다 다 다르게 만들어진다. 즉 우리가 주로 사용하는 프레온 냉매 종류마다 다 다르게 그려진다는 것이다. 이 많은 냉매를 모두 그려볼 수는 없고 프레온 냉매 중 제일 많이 사용하는 R-12 냉매를 기준으로 그려보기로 하겠다. 한 가지만 그려보면 다른 냉매의 선도도 그리 어렵지 않게 그릴 수 있다. R-12의 냉매를 사용하는 냉장장치에서 각 부분을 점검하니 아래와 같은 수치로 확인되었다고 가정해 보자. 냉 매명 R-12 증발온도 5℃ 응축온도 35℃ 흡입가스 과열도 5℃ 팽창밸브 직전의 냉매 액의 온도 30℃
1. 임계점을 중심으로 하여 포화 액 선과 건조포화증기선을 기준으로 먼저 응축온도(35℃)에 해당하는 등온선을 찾는다. 찾은 선 왼쪽으로 보면 응축온도에 해당하는 등압선을 찾을 수 있다. 이 선을 따라 포화 액 선과 건조포화증기선 사이를 수평으로 아래 그림처럼 실선으로 그린다.
2. 증발기 냉매 증발온도가 5℃에 해당하는 등온선을 찾는다. 이 선은 앞에서 그린 응축 고압부의 온도 선보다 낮으므로 포화 액 선과 건조포화증기선 사이를 기준으로 고압부보다 압력이 낮아 아래에 그려진다. 이 선, 또한 포화 액 선과 건조포화증기선 사이를 수평 실선으로 그리고 응축압력의 등압선 증발압력 등압선을 그려둔다.
3. 팽창밸브 직전의 냉매온도의 과 냉도 5℃를 고려하여 선도에 그리는 이유는 응축기와 팽창밸브 간 연결된 배관의 냉매온도가 외기온도보다 높으므로 냉매의 열이 외기로 이동돼 액 관의 냉매온도가 내려가는 원인이 된다. 연결배관 길이에 따라 약간의 차이는 있겠으나 보통 5℃ 정도로 잡는다. 응축온도와 등압선을 따라 그린 선 근처에 30℃에 해당하는 등온선을 쉽게 찾을 수 있을 것이다. 보통 등온선은 5℃ 단위나 10℃로 기준으로 그려지며 선은 점선으로 표기된다. 찾은 등온선과 만나는 등엔 탈피 선을 따라 그림처럼 아래로 그린다.
4. 증발기 증발온도가 5℃이다. 증발기에서 압축기까지 연결된 배관으로 이동하면서 외기의 열 침입으로 냉매 온도는 약 5℃ 상승하므로 건조포화증기선에서 10℃에 해당하는 등온선을 찾아서 아래 그림과 같이 실선으로 연결한다. 이 냉매의 과열 도는 냉매의 종류마다 조금씩 다르게 잡는데 보통 프레온 냉매는 압축기 토출가스 온도가 낮으므로 과열압축을 암모니아를 냉매로 하는 장치는 압축기 토출가스온도가 매우 높아 습 압축을 하는 것을 기본으로 설계한다. 습압축에 관한 내용은 압축기 편에서 다시 다루겠다.
5. 증발기 냉매온도 10℃ 등온선 주위에 등 엔트로피 선을 찾아 등온선 지점에서 응축압력에 해당하는 등압선이 만나는 지점까지 등 엔트로피 선을 따라 실선으로 그림처럼 연결한다.
6. 응축압력의 등압선을 따라 그린 실선을 등 엔트로피 선을 따라 그린 선과 아래 그림과 같이 연결한다.
7. 기본적 선도는 다 그려졌다. 이 선도의 열량을 알기 위해서는 각 지점의 등엔 탈피 선을 찾아야 하므로 아래 그림같이 엔탈피 선을 찾아 열량의 수치를 기록한다. 그림에서 Tc는 응축온도를 뜻하고 Te는 증발온도이며 T는 각 지점 배관의 온도를 뜻한다.
제11강 다음 강의 제13강
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