냉동공학 - 증기압축 냉동사이클, 2단압축 1단, 2단팽창, 중간냉각기

냉동공학 - 증기압축 냉동사이클, 다단압축, 2단압축 냉동사이클

 

증기압축 냉동사이클의 1단압축 사이클은 냉매의 증발온도가 낮아지면 압축비가 커지게 됩니다.

압축비가 커지면 토출가스 온도가 높아져 체적효율이 낮아지고 냉동능력이 감소합니다.

 

이를 개선하기 위해 만들어진 사이클이 다단압축 냉동사이클입니다.

보통 압축비가 6이 넘어가면 2단압축사이클,

      압축비가 20이 넘어가면 3단압축사이클을 사용하여 압축비를 줄여줍니다.

 

 

2단압축 냉동사이클 특징

2단압축 1단팽창

2단압축 2단팽창

(2단압축 1단팽창, 2단팽창 사이클은 계산식이 똑같습니다.)

2단압축 1단팽창은 팽창밸브 1개만 증발기에 직접적으로 영향을 줍니다.

2단압축 2단팽창은 팽창밸브 2개가 증발기에 직접적으로 영향을 줍니다.

 

1. 두 대의 압축기를 사용하여 냉매증기를 두번 압축합니다.

2. -30ºC이하의 낮은 온도를 얻기 위할 때 사용합니다.

3.  중간 냉각기를 사용합니다.

 

 

중간 냉각기의 역할입니다.

ㄱ. 저단측 냉매의 토출가스 온도를 낮춥니다.

저단측 냉매의 토출가스 온도를 건포화증기선까지 낮춰 고단측 압축기의 과열압축을 방지합니다.

ㄴ. 고단측 압축기에서 냉매증기와 냉매액를 분리합니다.

 

액백현상을 방지해줍니다.(냉매액이 압축기로 들어와버리는 현상)

액백현상이 일어나면 압축기가 망가져버립니다.

 

분리된 냉매액은 액분리기로 보내져서 수액기로 보내지거나 증발기로 재순환시키거나 합니다.

액분리기는 증발기 뒤, 압축기 앞에 있습니다. 

 

2단압축 1단팽창 냉동사이클

증발기evaporator 쪽에서 들어오는 열량을 Qe로 표현합니다. 열을 흡수하기 때문에 안쪽으로 들어오는 방향입니다.

응축기condenser 쪽으로 나가는 열량을 Qc로 표현합니다. 열을 방출하기 때문에 밖으로 나가는 방향입니다.

일량 work 은 한 일입니다. 압축일이라고도 표현합니다.

WL은 저단압축기가 한 일입니다.

WH는 고단압축기가 한 일입니다.

일량과 열량의 단위는 [kW], [kcal/h]입니다.

 

저단측 냉매순환량은 GL입니다.

중간측 냉매순환량은 GM입니다.

고단측 냉매순환량은 GH입니다.

냉매순환량의 단위는 [kg/s]입니다.

 

 

1. 냉동능력, 냉동효과

 

2. 응축열량

 

3. 일량

 

 

4. 냉동기 성적계수

냉동기 성적계수는 이론성적계수와 실제성적계수가 있습니다.

실제 냉동기가 작동할 때 압축기에 여러 손실이 일어나게 되며 압축기가 실제 하는 일보다 작은 값이 나오게 됩니다.

실제로 압축기는 2'만큼의 일을 하지만, 손실이 일어나 결과적으로는(이론적으로는) 2만큼의 일을 합니다.

 

 

4-1 냉동기 이론 성적계수

 

4-2 냉동기 실제 성적계수

실제 성적계수는 엔탈피2'값을 사용합니다.

이때 엔탈피 2'값은 이렇게 압축효율과 기계효율로 표현됩니다.

 

 

5. 중간압력과 압축비

PH는 고단압축기의 압력입니다.

PM은 중간압력입니다.

PL은 저단압축기의 압력입니다.

 

5-1 저단압축비

 

5-2 고단압축비

 

고단압축비와 저단압축비가 일치할 때, (고단압축비=저단압축비 일 때)

성능이 가장 좋습니다. 

 

6. 중간냉매순환량

GH=GL+GM입니다.

고단측 냉매량은 저단측냉매량과 중간냉매량을 더한 값입니다.

 

또한

이렇게 분수로 표현할 수도 있습니다.

 

문제에서 중간냉매량을 구할 때,

[1] 냉동능력 열량으로 GL을 구한다.

[2] GH/GL로 GH값을 구한다.

[3] GH=GL+GM로 GM값을 구한다.

 

순서로 구하면 됩니다.

 

2단압축 2단팽창 냉동사이클

2단압축 2단팽창 냉동사이클은

2단압축 1단팽창 냉동사이클과 계산식이 똑같습니다.

냉매순환 위치만 잘 기억하면 됩니다.