기계공학실험 | 냉동 사이클

 

 

TIP

 

 

1. 냉동 기관의 작동 원리를 알아본다.
2. 냉동 사이클의 구성품을 조사하고 이해한다.
3. 냉동 사이클의 장치 개략도를 이해한다.
4. 냉동 사이클의 P-H선도를 그려본다. 이 P-H선도를 이용하여 온도, 압력, 기체와 액체의 혼합비 등 여러가지 수치를 알아내어 냉동 사이클을 해석, 이해하여 본다 (사용 냉매 R-22)
5. 냉동 사이클을 이해하고 COP를 구해본다.

 

 

 

냉동 사이클의 구조

냉동 사이클은 위 그림들과 같이 압축기, 증발기, 팽창 밸브, 그리고 응축기 이렇게 4가지의 구성요소로 구성되어 진다. 사이클의 작동은 압력과 온도가 낮은 증발기의 냉매로 열이 전달 된다. 압축기에서는 냉매에 일이 가해지고, 압력과 온도가 높은 응축기의 냉매로부터 열이 외부로 전달 된다. 냉매가 팽창 밸브또는 모세관(Capillary Tube)을 지나면서 압력이 떨어진다.

1. 압축기 (Compressor)

증발기에서 나온 저압의 냉매를 흡입하여 고온 고압의 냉매로 응축기에 공급하는 장치로서 맹매의 흡입 온도나 흡입압력이 토출온도와 압력에 영향을 줄 수 있으며 이는 압축기의 운전 상태에 영향을 줄 수 있다. 냉매에 순환력을 부여하며, 압축으로 인해 냉매가 기체분자의 운동에너지가 증가하여 분자 충돌로 인해 에너지를 얻어 냉매가스의 온도가 올라간다. 또한 분자 사이의 거리가 매우 좁아져 단위 체적당 분자수가 증가한다. 즉, 분자들이 매우 질집되어 있어 상온에서 액화가 쉽게 일어나게 한다.

 

2. 응축기 (condenser)

압축기로부터 토출되는 고온 고압의 냉매증기를 냉각수나 냉각공기로 냉각시켜 냉매를 응축액화 시키는 장치이다. 실외의 공기가 냉매가스의 열을 제고한다. 액화 현상이 나타나고 증기가 액체의 혼합 상태가 된다.

 

3. 팽창 밸브

증발기에서 증발을 쉽게 하려면 압력을 낮추어야 한다. 압력을 낮추지 않으면 냉매액체가 증발이 안되어서 열을 빼앗아 올 수 없다. 팽창 밸브의 역할은 압력을 낮추는 것이다. 냉매 유량을 조절하여 적정량을 증발기로 공급한다. 액체 냉매를 효율좋게 증발 시키기 위해서는 압력을 낮추어 주는 감압장치(팽창밸브)를 두어 액체냉매의 압력을 낮추어 쉽게 실온에서 증발이 일어나도록 하는 것이다.

 

4. 증발기 (Evaporator)

냉매가 냉각되는 유체들로부터 열을 빼앗고 증발 하도록 하는 장치이다. 팽창 밸브를나온 저온, 저압의 냉매액은 실내 공기로부터 열을 빼앗아 기화된다. 이 결과 실온이 내려가서 냉방 효과를 얻을 수 있다.

 

5. 드라이어 (Dryer)

암모니아를 냉매로 하는 경우는 수분에 암모니아가 용해되어 동결점이 낮은 암모니아수가 되기 때문에 평창밸브 등에 수분이 빙결 될 염려는 없지만 프레온계 냉매는 냉매와 물이 서로 분리 되므로 냉매 속의 수분을 제거하지 않으면 팽창 밸브에서 수분이 결빙되므로 수분을 제거해야 한다. 이와 같이 수분을 흡수하기 위하여 드라이어를 팽창 밸브 전에 설치하게 된다.

 

6. 수액기 (Receiver)

수액기는 응축기에서 액화한 냉매를 팽창밸브로 보내기 전에 일시 저장하는 용기 수액기의 액 저장량은 냉동 장치의 운정 상태 변화에 따라 증발기 내의 냉매량이 변화하여도 항상 액이 수액기 내에 잔류하여 장치의 운전을 원활하게 할 수 있는 용량이 필요하다. 또한 냉동 장치를 수리하거나 장시간 정지 시 장치내의 냉매를 회수하는 역할을 한다. 또한 옆에 부착하여 응축기 액체 냉매가 피어서 그 능력을 저하시키지 않도록 한다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 항온조 냉각수온도를 Tw, in으로 맞춘다.

 

2) 냉동 실험 장치를 On 시킨다.

 

3) 응축기 유량을 1.3 l/m으로 맞춘다.

 

4) 시스템 안정이 되면 온도 및 압력을 계측한다.

 

5) 냉각수 온도를 변화시켜 실험을 반복한다.

 

 

 

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