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[열동력실험] 냉동 사이클의 성능 실험

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레포트 > 공학계열
2006.03.24
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소개글

[열동력실험] 냉동 사이클의 성능 실험에 대한 자료입니다.

4.1 실험에서 측정한 값을 성능 실험표에 기록하고 다음의 값들을 계산하시오.
(1) 냉매의 유량 계산
(2) 증발기의 용량계산
(3) 성능계수

4.2 측정결과를 첨부된 압력-엔탈피 선도상에 나타내어 냉동사이클의 선도를 작성하시오.

4.3 4.2 에서의 사이클과 이상적인 사이클에 대해 비교하고 실제 사이클이 이상 사이클이 될 수 없는 제한요인을 설명하시오.
1) 1 ⇒ 2 구간 (단열압축과정)
2) 2 ⇒ 3 구간 (정압냉각 과정)
3) 3 ⇒ 4 구간 (스로틀링 과정)
4) 4 ⇒ 1 구간 (정압과열 과정)

4.4 실험결과를 토대로, 외기 조건 변화에 따른 성능변화에 대하여 논하시오.

4.5 압축기입구의 냉매상태는 과열증기이고, 응축기 상태는 과냉각액이다. 이 때 증발기의 포화온도와 압축기 입구의 온도차를 과열도라고 하며, 응축기 포화온도와 팽창밸브입구 온도차를 과냉도라고 하는데 이렇게 과열도와 과냉도를 일정수준으로 유지하는 이유는 무엇인가?

4.6 냉동사이클의 성능계수(COP)를 향상시키기 위한 방안은 무엇인지 서술하시오.
1) 냉매 종류를 바꾸는 방법
2) 이상적인 터빈을 사용하는 방법
3) 흡수식 냉동장치 사용
4) 2단 압축.1단 팽창 증기압축 냉동사이클
5) 냉매 중에 포함된 윤활유 제거

4.7 4.1(3) 성능계수를 구하는 두 경우(a),(b)에 있어서, 값이 크게 차이가 나는 이유를 설명하시오.

4.8 냉동사이클에 사용되는 압축기의 종류를 조사하고 각각의 장-단점을 설명하시오.
1) 왕복동식 압축기
2) 로터리 압축기
3) 스크류 압축기
4) 원심식 압축식

4.9 압력 측정원리와 방법을 압력수준에 따라 분류하고 상세히 설명하시오.
1. 액주식 압력계
2. 탄성식 압력계
2.1 부르돈관 압력계
2.2 다이아프램 (Diaphragm) 압력계
2.3 벨로즈형 압력계
3. 전기식 압력계
3.1 스트레인 게이지(Strain Gauge) 압력센서
3.2 정전용량식 압력 센서
4. 반도체식 압력센서
5. 압전형 압력 센서

본문내용

1) 1 ⇒ 2 구간 (단열압축과정)

① 이상적인 사이클
단열 압축 과정이므로 Q(열전달량)=0 이며 가역적 반응이므로 ds(엔트로피 변화량)이 없어 그림에서 보이듯이 등 엔트로피 선을 따라 1에서 2로 가게 된다. 압축과정이므로 압력이 올라가며 이로 인한 일에 의해 엔탈피의 증가도 있다. 일정한 공간에 압력이 상승하므로 온도도 같이 상승하게 된다.

② 실험 사이클
저온의 과열증기 상태의 냉매가 단열 압축되면서 등 엔트로피선을 따라 1에서 2에 가면서 평균적으로 85°C, 1.2-1.3 Mpa의 온도와 압력에 변화에 의해 엔탈피가 증가하였다. 응축기 입구 온도가 대기 온도보다 높으므로 압축기 출구에서 응축기 입구로 가는 도중에 어느 정도의 열손실이 있었으리라고 본다. 결국 각각의 온도에서 의 값이 실제로는 다소 높게 계산되었어야 한다. 이는 냉매가 관을 따라 흐르면서 열전달에 의해 온도값이 달라진다는 것에 원인이 있다.

2) 2 ⇒ 3 구간 (정압냉각 과정)

① 이상적인 사이클
냉매가 정압 에서 응축기에 의하여 냉각되고 과열 증기 상태에서 포화증기상태를 거쳐 포화액 상태로 그리고 과냉각액 상태까지 온도가 낮아지며 응축된다. 이 때는 압력이 변하지 않으면서 열을 빼앗기기 때문에 엔탈피는 감소하게 된다. 3 ⇒ 3‘구간에서는 냉매가 과냉각되는 상태를 나타내며, 이 온도차를 과냉도(subcooling, SC)라고 한다.

② 실험 사이클
실험 사이클을 보면 이상적인 사이클과 달리 에서 로 완만하게 압력강하가 일어났음을 알 수 있다. 이는 추측 건데 압축기의 방식에 원인이 있다고 본다. 이번 실험에서 사용된 압축기는 냉매 진입 시 윤활유와 섞여져서 압축되고 압축기 출구에서 윤활유가 걸러져 다시 순환되므로 윤활유의 압력이 영향을 미쳐 압축기 출구의 압력이 냉매 자체의 압력보다 높게 나왔을 것이다.

3) 3 ⇒ 4 구간 (스로틀링 과정)

① 이상적인 사이클
액화된 냉매가 3 ⇒ 4 구간, 단열팽창구간을 지나게 된다. 이 구간을 지나면서 팽창 장치에 의해 다시 증기 상태로 되는데 이 과정에서 열을 주고 받는 일은 없으므로 엔탈피 변화는 없고 체적이 증가하므로 압력이 낮아지게 된다.

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