2원 냉동기

2원 냉동기란

2원 냉동기는 두 증기압축 냉동 사이클을 열교환기로 연결한 냉동장치다.

저온측 사이클의 응축열을 고온측 사이클이 흡수해 외부로 내보낸다.

단일 사이클로는 도달하기 어려운 초저온을 얻을 때 쓰는 방식이다.

구성과 열 흐름

두 사이클은 모두 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기로 구성된다.

저온측 응축기와 고온측 증발기는 캐스케이드 열교환기 하나로 합쳐진다.

저온측 응축열량이 고온측 증발열량과 같아야 중간 열교환기 열수지가 맞는다.

저온측과 고온측에는 각각 온도대에 맞는 냉매를 따로 고른다.

열 관계와 성적계수

중간 열교환기에서 오가는 열은 이 열평형식으로 정리된다.

캐스케이드 열교환기로 넘어가는 열량은 냉동능력과 저온측 압축 동력의 합이다.

성적계수는 총 냉동능력을 두 압축기 동력의 합으로 나눠 구한다.

전체 COP는 두 압축기 동력을 모두 더한 값으로 나눠야 한다.

두 방식 비교

컴파운드 방식도 2단 구조지만 냉매 순환 경로가 다르다.

캐스케이드는 독립된 두 회로를, 컴파운드는 하나의 연속 회로를 쓴다.

캐스케이드는 저온측과 고온측에 서로 다른 냉매를 쓸 수 있다.

두 냉매를 달리 쓰는 방식이 캐스케이드라는 점이 두 방식을 가르는 기준이다.

헷갈리는 점과 정리

2단 압축은 한 회로 안에서 중간 냉각하는 방식이라 2원 냉동과 다르다.

답안 첫 줄에는 두 독립 회로와 중간 열교환기를 분명히 써야 한다.

중간 열교환기 열수지와 COP 계산을 빠뜨리지 않는 것이 중요하다.

2원 냉동은 저온측 응축열이 고온측 증발열로 넘어가는 구조가 핵심이다.