냉동사이클 정의와 특징

냉동사이클은 냉동기와 열펌프의 기본 원리를 이해하는 데 중요한 개념입니다. 이번 블로그 글에서는 냉동사이클의 정의, 성능계수, 역카르노사이클, 이상적 증기압축식 냉동사이클 및 실제 증기압축식 냉동사이클에 대해 살펴보겠습니다.

 

 

1. 냉동기와 열펌프

(1) 정의

① 냉동기 (Refrigerator) 냉동기는 저온부에서 고온부로 열을 전달하는 장치로, 동력을 필요로 합니다.

② 열펌프 (Heat Pump) 열펌프는 냉동기와 본질적으로 같은 장치이지만, 목적이 다릅니다. 냉동기의 목적은 냉동실을 저온으로 유지하는 것이고, 열펌프의 목적은 실내를 따뜻하게 유지하는 것입니다.

 

(2) 성능계수 (Coefficient of Performance, COP)

① COP_R (냉동기)

 

② COP_H (열펌프)

 

2. 역카르노사이클 (카르노 냉동사이클)

(1) 정의

역카르노사이클은 카르노사이클의 역과정으로, 카르노 냉동기와 카르노 열펌프를 포함합니다. 냉동사이클의 효율을 연구하는 데 기준이 되는 이상적인 가역사이클입니다. 그러나 실제 사이클은 설계와 구현에서 몇 가지 어려움이 있습니다.

 

(2) 과정

1. 등온팽창 (1 → 2)

2. 단열압축 (2 → 3)

3. 등온압축 (3 → 4)

4. 단열팽창 (4 → 1)

 

(3) 성능계수

① COP_R (냉동기)

 

② COP_H (열펌프)

 

(4) 이상적인 냉동사이클

① 효율

역카르노사이클은 두 개의 주어진 열원에서 작동하는 냉동사이클 중 가장 효율이 좋습니다.

② 현실적이지 않은 이유

· 포화영역의 기체-액체 혼합물 압축

· 포화온도에서의 흡열 및 방열과정 유지의 어려움

 

3. 이상적 증기압축식 냉동사이클

(1) 과정

1. 등엔트로피 압축 (1 → 2)

2. 등압 (2 → 3)

3. 등엔탈피 팽창 (3 → 4)

4. 등온 (4 → 1)

이상적 증기압축식 냉동사이클 TS 선도 및 Ph 선도

 

 

(2) 성능계수

① COP_R

 

② COP_H

 

4. 실제 증기압축식 냉동사이클

(1) 비가역성의 원인

· 유체 마찰로 인한 압력 강하

· 주위와의 열전달

 

(2) 현실적 어려움

· 과열증기로 설정된 압축기 출구

· 교축밸브로 들어가기 전의 과냉각 필요

 

냉동사이클은 열을 일로 변환하는 과정에서 중요한 역할을 합니다. 이 글에서는 냉동기와 열펌프, 역카르노사이클, 이상적 및 실제 증기압축식 냉동사이클에 대해 다루었습니다. 냉동사이클의 효율을 높이기 위한 다양한 방법과 실제 구현에서의 어려움을 이해하는 데 도움이 되기를 바랍니다.

 

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