2단 압축 2단 팽창 사이클

정의

2단 압축 2단 팽창 사이클은 고압과 저압 사이에 중간압력을 두는 증기압축 사이클이다.

압축과 팽창을 두 단계로 나눠 저온을 얻는 방식이다.

저온을 얻으려면 증발온도가 낮아지고 압축비가 커진다.

단단 압축의 한계

단단 압축은 증발압력이 낮아질수록 압축비가 커진다.

압축비가 커지면 토출 온도가 높아지고 체적효율이 떨어진다.

그래서 압축을 두 단계로 나눠 각 단의 압축비를 작게 한다.

구성과 냉매 흐름

2단 압축 사이클은 저단 압축기와 고단 압축기 사이에 중간냉각기를 둔다.

증발기 출구 증기는 저단 압축기에서 중간압력까지 압축되어 중간냉각기로 간다.

중간냉각기에서 과열을 제거한 증기는 고단 압축기에서 응축압력까지 올라간다.

응축기 출구 고압 액은 두 번 팽창하여 증발기로 들어간다.

중간압력과 중간냉각

중간냉각이 완전하면 저단 토출 증기가 중간압력의 포화 증기로 흡입된다.

중간냉각이 불완전하면 저단 토출 증기가 과열 상태로 고단 압축기에 들어간다.

완전 중간냉각식은 해석이 단순하고 이론상 압축 일이 최소가 된다.

중간압력은 증발압력과 응축압력의 기하평균으로 잡는 것이 기본이다.

계산 예

냉동효과는 증발기 출구와 입구의 엔탈피 차로 구한다.

예를 들어 증발기 출구 h1 은 1,400, 입구 h9 는 1,000 kJ/kg 이라고 가정한다.

이 값으로 냉동효과를 직접 계산해 보자.

정답은 400 kJ/kg 이다. 두 엔탈피의 차가 냉동효과가 된다.

시험 포인트 정리

시험에서는 사이클 해석과 냉매순환량, 성적계수 유도 문제가 반복해서 나온다.

중간냉각이 불완전하면 고단 냉매순환량은 저단 순환량에 중간 주입량을 더한다.

단위는 kW로 통일하고 PS 는 마지막에 환산한다.

정답은 기하평균이다. 두 압축기의 압축비를 거의 같게 하는 값이다.