열펌프의 성능 측정실험

목차

1. 실험 목적

2. 관련 이론
1) 증기 압축 냉동 사이클
2) 실제 증기 압축 냉동 사이클과 이상 사이클의 차이

3. 실험 도구
1) 냉매
2) 압축기 (Compressor)
3) 증발기 (Evaporator)
4) 응축기 (Condenser)

4. 실험 과정

5. 실험 결과

6. 고찰
1) 압축기 효율 평가
2) 열펌프 성능에서 냉각수 유량의 영향
3) 측정값의 정확도와 실험 결과의 신뢰성

본문내용

1. 실험 목적
-증기압축 열기관의 구성과 작동에 대해 이해한다.
-열역학적 관점에서 가열 온도와 효율성의 영향을 확인한다.

2. 관련 이론
1) 증기 압축 냉동 사이클
다음 그림1에서 상태 3을 응축기 온도에서의 포화 액체로, 상태 1을 증발기 온도에서의 포화 증기로 생각한다. 따라서 등엔트로피 팽창과정 3-4는 액체가 대부분인 2상 영역에 있게 된다. 그 결과로 이 과정 동안 출력일은 매우 미약하며 시스템에 장치를 설치하는 비용 대비 가치가 없다. 따라서 터빈을 밸브나 긴 모세관 등의 스로틀 기기로 대치하여, 작동 유체가 고압에서 저압으로 스로틀 팽창하도록 한다. 그 결과가 그림2에 나타낸 증기 압축 냉동 시스템의 이상 모델이다. 저압의 포화 증기는 압축기로 들어가서 과정 1-2로 가역 단열 압축된다. 그러고 나서 과정 2-3에서 등압으로 열이 방출되며 작동 유체는 포화 액체로 응축기에서 나온다. 그 후 작동 유체는 단열 스로틀 과정 3-4를 거치며, 등압 증발 과정 4-1을 통해 한 사이클을 완성한다.

2) 실제 증기 압축 냉동 사이클과 이상 사이클의 차이
실제 냉동 사이클이 이상 사이클과 다른 가장 중요한 이유는 유체 유동에 의한 압력 강하와 주위와의 열전달이다. 실제 사이클은 다음의 그림과 같이 표시할 수 있다.
압축기 입구에서 냉매는 보통 과열 증기이다. 압축 과정 동안 비가역성이 존재하며, 주위에서 혹은 주위로 열전달이 생기는데, 그 방향은 주위의 온도와 냉매의 온도로 결정된다. 비가역성과 냉매로의 열전달은 엔트로피를 증가시키지만, 냉매에서 주위로의 열전달은 엔트로피를 감소시키므로, 이 과정 동안 엔트로피는 증가할 수도 있고 감소할 수도 있다. 두가지의 가능성을 점선 1-2 및 1-2’로 나타내었다. 응축기 출구에서 액체 압력은 입구에서 증기 압력보다 낮으며, 응축기 내의 냉매 온도는 열이 전달되는 주위의 온도보다 약간 높을 것이다. 보통 응축기 출구에서 액체 온도는 포화 온도보다 낮다.

참고자료

· -Claus Borgnakke, Richard E. Sonntag , Thermodynamics (Wiley, 2014)
· -본 강의 강의록, Performance of Vapor-Compression Heat Pump
· -네이버 백과사전, 응축기∙증발기∙압축기 (http://terms.naver.com/)
· -네이버 블로그, 상현이날자의 기계설계도표 편람 (https://m.blog.naver.com/PostList.nhn?blogId=오호석이)