냉동사이클 p-h선도

몰리에르 선도란

몰리에르 선도는 냉매의 압력과 엔탈피의 관계를 나타내는 선도다.

세로축은 압력, 가로축은 엔탈피로 두고 냉매의 상태 변화를 한 장에 나타낸다.

냉매는 눈에 보이지 않으므로 이 지도를 읽어 기기 입출구 상태를 파악한다.

p-h선도의 구성요소

p-h선도를 이루는 주요 선은 여섯 가지다.

등압선은 증발과 응축 과정, 등엔탈피선은 팽창밸브 과정을 나타낸다.

등엔트로피선은 압축기의 단열 압축, 등온선은 온도 확인에 쓰인다.

포화액선과 포화증기선은 습증기 영역의 경계가 된다.

사이클의 원리

사이클은 네 상태점을 따라 한 바퀴 돈다.

증발기에서 등압으로 열을 흡수해 증발하고, 압축기에서는 등엔트로피 압축된다.

응축기에서는 등압으로 방열해 냉매가 액화한다.

팽창밸브에서는 등엔탈피 교축으로 압력이 떨어지고 일부가 증발한다.

교축은 열과 일의 출입이 없어 선도에서 수직선으로 내려간다.

성적계수와 소요동력

성적계수 COP는 냉동효과를 압축일로 나눈 값이다.

냉동효과는 h1에서 h4를 뺀 값이고, 압축일은 h2에서 h1을 뺀 값이다.

1RT의 냉동능력은 3.52kW이므로, 1RT당 압축기 소요동력은 3.52를 COP로 나눈 값이다.

예를 들어 COP가 3.0이면 1RT당 소요동력은 약 1.17kW다.

엔탈피는 kJ/kg 기준으로 통일해야 계산이 맞는다.

정답과 실제 사이클

정답은 감소한다. COP가 커지면 3.52를 나눈 값이 작아지기 때문이다.

실제 사이클은 이론 표준사이클과 상태점이 다르다.

표준사이클은 압축을 등엔트로피 과정으로 가정해 계산을 단순하게 한다.

실제 사이클은 흡입 과열과 과냉각이 붙어 냉동효과와 압축일을 함께 바꾼다.

단위를 섞으면 동력값이 달라진다. 예제에서는 kJ/kg 기준으로 통일한다.

핵심 정리

마지막으로 핵심을 정리한다.

p-h선도는 엔탈피 차이만으로 열량과 COP를 빠르게 구하는 도구다.

시험에서는 구성요소 설명과 엔탈피 읽기 계산이 반복해 출제된다.

정답 확인

정답은 같다. 팽창 과정은 등엔탈피이므로 두 엔탈피는 같다.