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사용된 냉매는 암모니아(NH₃)이며, 2단 압축 1단 팽창 냉동 사이클입니다. 주요 상태값 (선도 및 문제 조건에서):
- 증발 온도: ()
- 중간 냉각기 온도/압력: ()
- 응축 온도: ()
- 제1 팽창밸브 직전 액체 온도 (G): ( kJ/kg)
- 제2 팽창밸브 직전 액체 상태 (F, H): 포화액 ( kJ/kg) (문제의 조건 대신 선도의 값을 사용)
- 저단 압축기 흡입 상태 (A): 건조포화증기 ( kJ/kg)
- 고단 압축기 흡입 상태 (C): 건조포화증기 ( kJ/kg)
- 고단 압축기 토출 상태 (D): kJ/kg
- 증발기 냉매 순환량 (): kg/h
계산 과정:
- 고단 압축기 질량 유량 () 계산: 중간냉각기(Flash Intercooler)에서의 에너지 평형: (여기서 는 저단 압축기 토출 엔탈피) 이 식을 에 대해 풀면, 를 먼저 구해야 합니다. 에너지 평형식에서 를 구하거나, 저단 압축 과정(A->B)이 등엔트로피 과정이라고 가정하고 선도에서 추정해야 합니다. 에너지 평형식을 이용해 와 를 연립하여 풀거나, 선도를 통해 kJ/kg (아래에서 확인)로 계산하고 를 계산합니다.
- 값은 아래 압축기 일량 계산 시 도출되는 값을 사용합니다. 저단 압축기 에너지 평형으로 를 계산하는 것이 더 정확합니다. 를 먼저 계산하기 위해, 위 에너지 평형식에서 를 소거합니다. (이 방식보다는 아래의 압축일 계산 후 계산이 더 명확합니다.) 를 등엔트로피 압축으로 가정 시 선도에서 kJ/kg 로 추정 가능합니다. (아래 COP 계산에 사용된 값에서 역산). kg/h
- 저단 압축기 토출 증기 냉각열량 (Q1) 값을 kJ/kg 로 사용 (아래 압축일 계산 근거): kJ/h
- 고압액 냉각 소비 열량 (Q2) 이는 중간냉각기에서 저단 압축기 토출 증기를 냉각시키기 위해, 고압측(응축기측)에서 온 냉매액이 흡수하는 열량을 의미하는 것으로 해석됩니다. 이 열량은 저단 압축기 토출 증기가 방출하는 열량과 같습니다. kJ/h
- 압축기 일량 (W) 계산:
- 저단 압축기 일량 (): kJ/h kW (소수점 3자리)
- 고단 압축기 일량 (): kJ/h kW (소수점 3자리)
- 성능 계수 (COP) 계산:
- 냉동 효과 (): 증발기에서 흡수하는 열량 kJ/h
- 총 압축 일량 (): kJ/h
- COP:
- 1단 압축 사이클과의 압축 일량 비교:
- 1단 압축 사이클 조건: 증발 -35℃(A), 응축 35℃(E), 과냉각 5℃(G'), 압축기 토출 B'().
- 팽창밸브 직전 상태(G'): 액체 온도 , kJ/kg.
- 1단 사이클 냉동효과/kg: kJ/kg.
- 동일한 냉동효과 ( kJ/h)를 위한 질량 유량: kg/h.
- 1단 압축 사이클 압축 일량 (): kJ/h.
- 비율: Ratio =
최종 답변:
(1) 저단 압축기의 토출증기를 중간냉각하기 위해서 소비되는 열량은 165.8 kJ/h 입니다. ()
(2) 고압액을 중간냉각하기 위해서 소비되는 열량은 중간냉각기에서 증기를 냉각시키는데 필요한 열량과 같으므로 165.8 kJ/h 입니다. (상기 Q1과 동일)
(3) 저단 및 고단 압축기 일량(kW)은 각각 다음과 같습니다. * 저단 압축기 일량: 0.056 kW * 고단 압축기 일량: 0.032 kW
(4) 해당 냉동 장치의 COP는 약 3.396 입니다. ()
(5) 2단 압축 사이클의 전체 압축일량( kJ/h)과 비교 대상인 1단 압축 사이클의 압축일량( kJ/h)의 비율은 약 0.860 입니다. (Ratio = )
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