왕복동 압축기의 피스톤 압출량은 실린더 지름 · 행정 · 회전수 · 기통 수로 정해지는 이론 흡입 체적이고, 실제로 빨아들이는 양은 여기에 체적효율을 곱한 만큼이다. 체적효율이 1 보다 작은 것은 틈새(클리어런스)에 남은 고압 가스가 다시 팽창하고, 흡입 가스가 데워지며, 밸브 저항과 누설이 있기 때문이다. 실제 흡입 체적을 흡입 가스의 비체적으로 나누면 냉매 순환량 G 가 되고, G 에 냉동효과를 곱하면 냉동능력, 압축일을 곱하면 이론 동력이 나온다. 그림은 실린더와 그 계산 사슬(행정 · 기통 수 · 엔탈피 등은 설명용 값)이고, 지름 · 회전수 · 체적효율 슬라이더로 줄마다 값이 바뀐다.
지름 · 회전수 · 체적효율 바꾸기
80 mm
1200 rpm
70 %
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피스톤 압출량. 체적효율. 냉매 순환량.
실린더(지름 D · 행정 L)와 피스톤 압출량 → 실제 흡입 → 냉매 순환량 → 냉동능력 · 동력 계산 사슬. 행정 · 기통 수 · 엔탈피 · 효율은 설명용 값
💡 지금 값
①피스톤 압출량 101.3 m³/h, 실제 흡입 70.9 m³/h
②냉매 순환량 887 kg/h
③냉동능력 39.4 kW, 축동력 11.97 kW
④지름은 제곱으로, 회전수와 체적효율은 그대로 압출량과 능력을 키운다
계산식
피스톤 압출량
Va = π4 D2 L N Z × 60
D 는 지름(m), L 은 행정(m), N 은 회전수(rpm), Z 는 기통 수다. 단위는 m³/h
냉매 순환량
G = Va ηvv1
ηv 는 체적효율, v₁ 은 흡입 가스의 비체적(m³/kg)이다
축동력
N = G (h2 - h1)ηc ηm
h₂ − h₁ 은 압축일, ηc 는 압축효율, ηm 은 기계효율이다. 냉동능력은 Qe = G (h₁ − h₄)
체적효율을 낮추는 것
📏 실제 흡입이 줄어드는 까닭
①틈새 체적이 클수록 남은 가스의 재팽창이 커진다
②압축비가 클수록 재팽창이 커져 체적효율이 떨어진다
③흡입 가스가 실린더 벽에 데워지면 비체적이 커진다
④흡입 · 토출 밸브의 저항과 피스톤 링 누설도 실제 흡입을 줄인다
시험 포인트와 기출 유형
🎯 시험 포인트
①Va = (π/4) D² L N Z × 60(m³/h)
②G = Va ηv ÷ v₁, Qe = G (h₁ − h₄)
③축동력 = G (h₂ − h₁) ÷ (ηc ηm)
④압축비가 크면 체적효율이 떨어진다
📝 대표 기출유형
①[기출유형] 피스톤 압출량이 뜻하는 것은? (답: 이론 흡입 체적)
②[기출유형] 압축비가 커지면 체적효율은? (답: 떨어진다)
③[기출유형] 냉매 순환량 0.25 kg/s, 냉동효과 160 kJ/kg 일 때 냉동능력은? (답: 0.25 × 160 = 40 kW)