표준 냉동사이클

정의

표준 냉동사이클은 증기압축식 냉동기의 성능을 비교하는 기준 사이클이다.

마찰, 열손실, 과열과 과냉각을 모두 없앤 이상화된 증기압축 사이클이다.

핵심어는 건포화증기, 포화액, 등엔트로피 압축, 등엔탈피 팽창이다.

증발기 출구는 건포화증기, 응축기 출구는 포화액으로 본다.

장치 구성과 순환

표준 냉동사이클은 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기 네 요소로 구성된다.

냉매는 압축기에서 고압으로 올라가 응축기에서 열을 외부로 방출한다.

팽창밸브에서 저압으로 낮아진 냉매는 증발기에서 저온부의 열을 흡수한다.

과정 이름은 압축 등엔트로피, 응축 등압, 팽창 등엔탈피, 증발 등압이다.

이 네 과정이 표준 사이클의 정의를 이룬다.

과정별 해석

각 과정은 압력, 엔탈피, 엔트로피 중 하나가 일정하다는 조건으로 구분한다.

압축은 가역 단열이라 등엔트로피 과정이고, 압축기가 일을 공급한다.

응축은 등압 방열 과정이다. 팽창은 교축으로 엔탈피가 변하지 않는다.

증발은 등압 흡열 과정으로, 여기서 냉동효과가 생긴다.

채점은 과정 명칭과 각 과정의 열·일 관계를 함께 썼는지를 본다.

계산 예시

가상의 조건으로 증발 -10℃, 응축 35℃의 단단 압축 사이클을 계산한다.

냉동효과는 증발기에서 흡수한 열이며, 395에서 240을 뺀 155 kJ/kg이다.

압축일은 압축기에서 가한 일이며, 425에서 395를 뺀 30 kJ/kg이다.

성능계수는 냉동효과를 압축일로 나눈 값이라 155를 30으로 나눠 약 5.17이다.

냉동용 증기압축 사이클의 성능계수는 보통 3~6 범위라 이 값은 타당하다.

실제 사이클과의 차이

실제 장치에는 배관 압력 강하, 압축 비가역, 비이상기체 거동이 더해진다.

그래서 실제 사이클의 성능계수는 표준 사이클보다 낮게 나온다.

흡입 과열과 응축기 출구 과냉각은 흡입 밀도와 냉동효과에 직접 영향을 준다.

팽창 과정을 등엔탈피로 보면서 등엔트로피 팽창이라 쓰는 실수가 흔하다.

방금 직접 풀기 문제의 답은 155 kJ/kg이다.

정리

표준 냉동사이클은 압축, 응축, 팽창, 증발 네 과정의 이상 증기압축 사이클이다.

압축은 등엔트로피, 응축과 증발은 등압, 팽창은 등엔탈피 과정이다.

성능계수는 냉동효과를 압축일로 나눈 값으로, 두 엔탈피 차로 구한다.

실제 사이클과 구분해 서술하고, 과열도와 과냉각도는 별도 문장으로 적는다.