2009년 10월 26일
제 1 편 냉동기계 (冷凍機械, Refrigerator)
제 1 장 냉동의 기초 열역학
ⅩⅠ. 기체의 성질
1. 기체의 상태변화에 따른 법칙
(1) 보일의 법칙 (Boyle's Law)
어떤 기체의 온도가 일정(T = Constant)할 때 압력과 부피는 반비례한다.
P₁v₁ = P₂v₂ (T = 일정) [P₁: 변화 전 절대압, v₁: 변화 전 부피, P₂: 변화 후 절대압, v₂: 변화 후 부피]
(2) 샬의 법칙 (Charle's Law)
어떤 기체의 압력이 일정(P = Constant)할 때 부피는 절대온도에 비례한다.
v₁ / (273 + t₁) = v₂ / (273 + t₂) => v₁ / T₁ = v₂ / T₂[v₁: 변화 전 부피, T₁: 변화 전 절대온도, v₂: 변화 후 부피, T₂: 변화 후 절대온도]
(3) 보일-샬의 법칙
일정량의 기체의 부피는 압력에 반비례(보일의 법칙), 절대온도에 비례(샬의 법칙)한다.
P₁v₁/ T₁ = P₂v₂/ T₂
(4) 이상기체 상태방정식
PV = nRT [P : 압력 (㎏/㎡), V : 부피 (㎥), W : 가스의 무게 (㎏), T : 절대온도 (˚K),
= (W / M) * R * T M : 가스의 분자량 (㎏), R : 기체상수 (㎏ m/k㏖ ˚K), R' : 기체상수 (㎏ m/㎏ ˚K)]
= G * R' * T
일반기체상수 (R)
① 0.082 atm ℓ / ㏖ ˚K ② 848 ㎏ m / k㏖ ˚K ③ 8.314 J / ㏖ ˚K
2. 기체의 상태변화
(1) 단열변화
가스를 압축 또는 팽창시킬 때 외부로부터 열의 출입이 없는 상태에서 변화로 실제 불가능하며, 일량 및 온도 상승이 가장 크다.
PVⁿ = 일정 n = k (단열지수, 비열비) = Cp / Cv
(2) 등온변화
가스를 압축 또는 팽창시킬 때 온도를 일정하게 유지시킬 때 변화로 실제 불가능한 변화이다.
PVⁿ = dlfwjd n = 1
(3) 폴리트로픽 변화
단열변화와 등온변화의 중간과정으로 가스를 압축 또는 팽창시킬 때 일부 열량은 외부로 방출되고 또 일부는 가스에 공급되는 실제적인 변화이다.
PVⁿ = 일정 n = 폴리트로픽 지수 (k > n > 1)
<P-V 선도>
<T-S 선도>
<가스 압축시 비교>
가스 압축시 소비되는 일량, 온도 상승의 크기
단열압축 > 폴리트로픽압축 > 등온압축
압축기에서는 폴리트로픽 변화이나 복잡하므로 이론 계산시 단열변화로 간주하여 계산한다.
3. 주울 톰슨 효과, 교축작용 (Throtlling)
유체가 밸브 등 기타 저항이 큰 작은 구멍을 통과할 때 마찰이나 흐름의 흐트러짐으로 인하여 흐름방향으로 압력이 강하되는 현상을 교축이라고 하며, 이는 팽창밸브의 원리가 되며 냉동장치에서 저온을 얻기 위해 증발기 입구에 팽창밸브를 설치하여 단열팽창시켜 압력과 온도를 강하시키며 이 때 엔탈피 변화는 없다.
=> 압축된 유체가 넓은 관을 타고 흐르다 갑자기 단면적이 좁은 관을 만날 경우 유속이 급격히 증가하게 된다. 이렇게 유속이 급격히 증가하게 되면, 압력은 자연스럽게 떨어지게 된다(베르누이 방정식 : H (수두) = P / ρg (압력수두) + v² / 2g (속도수두) + Z (위치수두) = 일정). 이렇게 압력이 떨어지면 몇몇 기체들은 쉽게 증발(R-22의 경우 2기압에서 -25 ℃, 1기압에서 -42 ℃ 정도에서 증발하기 시작한다)하게 된다. 증발하면서 주위의 열을 빼앗아 가므로 기온은 자연스럽게 떨어지게 된다. (직접 작성 → 부록. 열역학 용어 정리 19. 주울 톰슨 효과 참조)
ⅩⅡ. 핀 튜브 (Finned Tube)
냉동장치의 열교환기(응축기, 증발기) 등에서 전열이 불량한 측에 설치하여 유효 전열면적을 증대시켜 전열을 양호하게 한다.
1. 로우 핀 튜브 (Low Finned Tube)
관(tube) 내측에 전열이 양호한 유체가 흐르고 외측에 전열이 불량한 유체가 있을 때 관 외측에 핀을 부착한 튜브
2. 이너 핀 튜브 (Inner Finned Tube)
관(tube) 내측에 전열이 불량한 유체가 흐르고 외측에 전열이 양호한 유체가 있을 때 관 내측에 핀을 부착한 튜브
튜브(Tube) : 유체의 열교환을 목적으로 제작된 관
파이프(Pipe) : 유체의 이동을 목적으로 제작된 관
전열이 양호한 순서 : NH₃ > H₂O > Freon > Air
P-V_figure.jpg
T-S_figure.jpg
GasPressure.jpg
ⅩⅠ. 기체의 성질
1. 기체의 상태변화에 따른 법칙
(1) 보일의 법칙 (Boyle's Law)
어떤 기체의 온도가 일정(T = Constant)할 때 압력과 부피는 반비례한다.
P₁v₁ = P₂v₂ (T = 일정) [P₁: 변화 전 절대압, v₁: 변화 전 부피, P₂: 변화 후 절대압, v₂: 변화 후 부피]
(2) 샬의 법칙 (Charle's Law)
어떤 기체의 압력이 일정(P = Constant)할 때 부피는 절대온도에 비례한다.
v₁ / (273 + t₁) = v₂ / (273 + t₂) => v₁ / T₁ = v₂ / T₂[v₁: 변화 전 부피, T₁: 변화 전 절대온도, v₂: 변화 후 부피, T₂: 변화 후 절대온도]
(3) 보일-샬의 법칙
일정량의 기체의 부피는 압력에 반비례(보일의 법칙), 절대온도에 비례(샬의 법칙)한다.
P₁v₁/ T₁ = P₂v₂/ T₂
(4) 이상기체 상태방정식
PV = nRT [P : 압력 (㎏/㎡), V : 부피 (㎥), W : 가스의 무게 (㎏), T : 절대온도 (˚K),
= (W / M) * R * T M : 가스의 분자량 (㎏), R : 기체상수 (㎏ m/k㏖ ˚K), R' : 기체상수 (㎏ m/㎏ ˚K)]
= G * R' * T
일반기체상수 (R)
① 0.082 atm ℓ / ㏖ ˚K ② 848 ㎏ m / k㏖ ˚K ③ 8.314 J / ㏖ ˚K
2. 기체의 상태변화
(1) 단열변화
가스를 압축 또는 팽창시킬 때 외부로부터 열의 출입이 없는 상태에서 변화로 실제 불가능하며, 일량 및 온도 상승이 가장 크다.
PVⁿ = 일정 n = k (단열지수, 비열비) = Cp / Cv
(2) 등온변화
가스를 압축 또는 팽창시킬 때 온도를 일정하게 유지시킬 때 변화로 실제 불가능한 변화이다.
PVⁿ = dlfwjd n = 1
(3) 폴리트로픽 변화
단열변화와 등온변화의 중간과정으로 가스를 압축 또는 팽창시킬 때 일부 열량은 외부로 방출되고 또 일부는 가스에 공급되는 실제적인 변화이다.
PVⁿ = 일정 n = 폴리트로픽 지수 (k > n > 1)
가스 압축시 소비되는 일량, 온도 상승의 크기
단열압축 > 폴리트로픽압축 > 등온압축
압축기에서는 폴리트로픽 변화이나 복잡하므로 이론 계산시 단열변화로 간주하여 계산한다.
3. 주울 톰슨 효과, 교축작용 (Throtlling)
유체가 밸브 등 기타 저항이 큰 작은 구멍을 통과할 때 마찰이나 흐름의 흐트러짐으로 인하여 흐름방향으로 압력이 강하되는 현상을 교축이라고 하며, 이는 팽창밸브의 원리가 되며 냉동장치에서 저온을 얻기 위해 증발기 입구에 팽창밸브를 설치하여 단열팽창시켜 압력과 온도를 강하시키며 이 때 엔탈피 변화는 없다.
=> 압축된 유체가 넓은 관을 타고 흐르다 갑자기 단면적이 좁은 관을 만날 경우 유속이 급격히 증가하게 된다. 이렇게 유속이 급격히 증가하게 되면, 압력은 자연스럽게 떨어지게 된다(베르누이 방정식 : H (수두) = P / ρg (압력수두) + v² / 2g (속도수두) + Z (위치수두) = 일정). 이렇게 압력이 떨어지면 몇몇 기체들은 쉽게 증발(R-22의 경우 2기압에서 -25 ℃, 1기압에서 -42 ℃ 정도에서 증발하기 시작한다)하게 된다. 증발하면서 주위의 열을 빼앗아 가므로 기온은 자연스럽게 떨어지게 된다. (직접 작성 → 부록. 열역학 용어 정리 19. 주울 톰슨 효과 참조)
ⅩⅡ. 핀 튜브 (Finned Tube)
냉동장치의 열교환기(응축기, 증발기) 등에서 전열이 불량한 측에 설치하여 유효 전열면적을 증대시켜 전열을 양호하게 한다.
1. 로우 핀 튜브 (Low Finned Tube)
관(tube) 내측에 전열이 양호한 유체가 흐르고 외측에 전열이 불량한 유체가 있을 때 관 외측에 핀을 부착한 튜브
2. 이너 핀 튜브 (Inner Finned Tube)
관(tube) 내측에 전열이 불량한 유체가 흐르고 외측에 전열이 양호한 유체가 있을 때 관 내측에 핀을 부착한 튜브
튜브(Tube) : 유체의 열교환을 목적으로 제작된 관
파이프(Pipe) : 유체의 이동을 목적으로 제작된 관
전열이 양호한 순서 : NH₃ > H₂O > Freon > Air
P-V_figure.jpg
T-S_figure.jpg
GasPressure.jpg
# by | 2009/10/26 20:43 | 공조냉동 | 트랙백 | 덧글(0)
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