CO₂ 열펌프

CO₂ 열펌프란

CO₂ 열펌프는 자연냉매인 이산화탄소, R-744를 작동유체로 쓰는 열펌프다.

열을 새로 만드는 것이 아니라 저온 열원의 열을 옮겨 온수를 얻는다.

임계점과 초임계

임계점은 압력 73.77bar, 온도 30.98℃에서 나타나는 한계 상태다.

이 점을 넘는 압력에서는 기체가 응축되지 않는다.

그래서 고압측은 응축 대신 온도만 떨어지는 가스 냉각을 한다.

구성과 사이클

CO₂ 열펌프는 증발기, 압축기, 가스 냉각기, 팽창밸브로 순환한다.

증발기에서 외기 열을 흡수하고, 압축기에서 고온 고압 기체가 된다.

가스 냉각기에서 물에 열을 내주고, 팽창밸브에서 저압으로 교축된다.

성능계수

난방 성능계수는 얻은 가열 열량을 압축 일로 나눈 값이다.

식의 h₁, h₂, h₃는 각각 증발기, 압축기, 가스 냉각기 출구 엔탈피다.

팽창밸브 과정은 등엔탈피 과정이다. 이 점을 떠올려 보자.

계산 예제

앞에서 본 것처럼 팽창밸브 출구 엔탈피 h₄는 h₃와 같다.

물 유량 0.1kg/s로 15℃의 물을 65℃까지 데우는 경우를 계산한다.

가열 열량은 질량유량, 비열, 온도차를 곱해 구한다. 결과는 약 20.9kW다.

출수온도를 높이면 COP가 떨어지므로 필요한 온도만 설정한다.

헷갈리는 점과 채점 포인트

시험 답안에서 자주 틀리는 부분을 표로 정리한다.

고압측은 응축기가 아니라 가스 냉각기라고 써야 한다.

임계점은 압력과 온도를 쌍으로 쓰고, 저압 팽창 시 막힘에 주의한다.

채점에서는 초임계 운전과 온도 기울기 감소를 빠뜨리지 않는다.

정리

정리하면 CO₂ 열펌프는 자연냉매를 쓰는 천이임계 열펌프다.

임계점 이상에서 가스를 냉각해 고온수를 효율적으로 얻는다.

시험에서는 가스 냉각기와 초임계 운전을 빠뜨리지 않는다.