2단 압축 1단 팽창 냉동사이클

정의

2단 압축 1단 팽창 사이클은 증발압력의 냉매를 두 단계로 나눠 압축하는 냉동사이클이다.

저단 압축 후 중간냉각하고 고단 압축하며, 팽창밸브는 한 번만 둔다.

한 번에 응축압력까지 올리면 압축비가 커서 토출온도가 높아진다.

장치 구성

구성은 증발기, 저단 압축기, 중간냉각기, 고단 압축기, 응축기, 팽창밸브 순서다.

저단 토출가스는 중간냉각기에서 과열이 제거되고, 고압액은 과냉각된다.

고단 압축기는 중간압력에서 응축압력까지 압축하고, 응축기에서 액화된다.

팽창밸브는 한 번만 두며, 고압액을 등엔탈피 교축해 증발기로 보낸다.

중간압력 산정

중간압력은 증발압력과 응축압력의 기하평균으로 개략 구한다.

식은 두 압력을 곱한 뒤 제곱근을 취하는 형태다.

이 식은 완전 중간냉각과 이상기체를 가정한 개략 식이라 최종값은 물성으로 확인한다.

계산 예제

계산 조건은 NH3 냉매, 증발 -35℃, 응축 35℃, 중간냉각기 -10℃다.

저단과 고단 압축기 흡입은 모두 건포화증기로 본다.

COP는 증발기 냉동효과를 두 압축기 일의 합으로 나눈 값이다.

엔탈피는 물성표나 p-h 선도에서 읽고, 결과가 대략 1~2 수준인지 확인한다.

흔한 실수와 채점

헷갈리는 실수가 많다. 먼저 압력을 계기압으로 계산하는 경우다.

둘째는 저단 토출열과 고압액 냉각열을 혼동하는 것이다.

셋째는 팽창밸브 직전 온도로 엔탈피를 잡아 상태점을 틀리는 것이다.

저단 토출증기는 중간압력 포화증기까지, 고압액은 중간냉각기 온도의 액 엔탈피까지로 구분한다.

채점은 COP 분모가 두 압축기 일의 합인지와 중간냉각 방식을 밝혔는지로 본다.

정리

정리하면 2단 압축 1단 팽창은 압축을 나눠 압축비와 토출온도를 낮춘다.

압축일이 줄고 체적효율이 오르지만, 중간냉각기와 배관이 더 필요하다.

중간압력은 개략값에서 출발해 물성 기반으로 재조정한다.