열역학적으로 냉동 사이클을 분석하는 방법을 정리해 봤습니다. 최대한 간략하게 정리하려고 노력했어요.

 

도도한 쭌냥이

 

 

1. 냉동 사이클 분석에 적용되는 열역학 법칙

냉동 사이클을 분석하기 위해서 사용하는 열역학 법칙은 두 가지가 있습니다. 하나는 열역학 제1법칙이고, 둘은 열역학 제2법칙입니다. 열역학 제1법칙과 2법칙에 대해서는 아래 링크를 참고하시기 바랍니다. 

 

열역학 기본 법칙들 간단하게 정리 해봤어요.

 

열역학 제1법칙은 에너지 보존의 법칙이고, 열역학 제2법칙은 에너지의 방향성과 관련된 법칙입니다. 이점을 참고하셔서 아래 내용을 보시기 바랍니다. 

 

2. 냉동 사이클 성능 분석

냉동 사이클은 COP라는 성적계수를 통해서 분석이 됩니다. COP는 coefficient of performance의 약자입니다. 기본적인 개념은 공급대비 출력의 정도를 비례적으로 나타내는 값입니다. COP를 통해서 냉동 사이클의 성능을 계산하고 목표하는 값과 비교하여 시스템 적용 가능 여부를 결정할 수 있습니다.

 

COP를 식으로 표시하면 다음과 같습니다. 

 

• COP(증기압축식 냉동 사이클) = 냉동효과 / 외부 투입 에너지 = Q(증발기) / W(압축기 일)
• COP(흡수식 냉동 사이클) = 냉동효과 / 외부 투입 에너지 = Q(증발기) / {Q(재생기) + W(투입 일)}

 

3. 냉동 사이클 효율 분석

냉동 사이클의 효율은 이론적 최대 능력치와 실재 시스템의 성능을 비교하여 퍼센트 값으로 표현한 값입니다. 해당 값을 통해서 시스템 개선 유무를 판단할 수 있습니다. 효율은 아래 식으로 계산 가능합니다. 

 

• η = 실제 사이클의 성적계수 / 이론적 사이클의 성적계수 = COP(실제) / COP(가역)

 

4. 열역학 법칙의 적용

열역학 제1법인 에너지 보존법칙은 COP 계산 공식을 유도할 때 적용됩니다. 해당 내용은 단일 냉동 사이클 관련해서 글을 작성할 예정인데 거기서 상세하게 다루도록 하겠습니다. 

 

열역학 제2법칙은 냉동 사이클의 효율과 관련이 있습니다. 실제 냉동 사이클은 가역 사이클이 아니기 때문에 손실이 발생합니다. 손실의 대표적인 예는 냉매가 흐르는 관로 또는 호스의 저항과 응축기, 증발기, 팽창밸브의 저항을 예로 들 수 있겠네요. 따라서 언급한 부품들을 계선하여 손실을 최소화한다면 이론적인 냉동 사이클의 능력과 유사하게 되어 효율은 100%에 가까워집니다. 

 

5. 마치며.

냉동 사이클의 분석 방법을 알아보았습니다. 냉동 사이클을 분석하기 위한 지표로 성적계수(COP)와 효율(η)이 있고 해당 값들은 열역학 제1법칙과 제2법칙을 통해서 계산된다는 것을 확인하였습니다. 오랜만에 공부를 하니 대학 다닐 때 기억이 납니다. 공학 부분을 공부할 때 정말 재미있었는데 그때 기분을 다시 느끼는 것 같아요. 모두 즐거운 마음으로 공부했으면 하고 다음에는 단일 냉동 사이클에 대한 내용을 찾아뵙겠습니다. 

 

도도한 쭌냥이