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공조냉동기계기사 실기 · 2단압축 사이클 계산

Two-Stage Cycle Calc

증발 온도가 낮아 압축비가 커지면 1단 압축으로는 토출 온도가 너무 오르고 체적 효율이 떨어지므로, 압축을 저단과 고단으로 나누고 그 사이에서 냉매를 식히는 2단 압축을 쓴다. 중간 압력은 흔히 두 절대압력의 기하평균 Pm = √(Pe Pc)로 잡아, 두 단의 압축비를 같게 만든다. 그림의 사이클은 중간 냉각기에서 1차 팽창한 냉매가 끓으며 저단 토출 가스를 포화 증기(3)까지 식히고, 남은 액(7)을 다시 팽창시키는 2단 압축 2단 팽창이며, 고단 순환량은 중간 냉각기의 열 수지 GH = GL(h₂ − h₇) ÷ (h₃ − h₆)로 구한다. 그림은 R-134a 선도 일부에 여덟 점과 같은 조건의 1단 압축선(회색 점선)을 그린 것이고, 증발 온도와 응축 온도 슬라이더로 중간 압력 · 두 단의 순환량 · COP 가 바뀐다(냉동능력 50 kW, 포화표는 어림값, 압축 끝은 근사).

증발 · 응축 온도 바꾸기

-40 ℃
40 ℃
💡 지금 값
①압력: 증발 51 kPa, 응축 1017 kPa, 중간 √(51 × 1017) ≈ 228 kPa(-6.6 ℃)
②저단 GL = 50 ÷ (374.0 − 191.2) ≈ 0.274 kg/s, 고단 GH = GL × (404.0 − 191.2) ÷ (394.7 − 256.4) ≈ 0.421 kg/s
③동력 저단 8.2 kW + 고단 13.1 kW, COP 2.35(1단이면 1.87)
④토출 온도는 2단 고단 약 46 ℃, 1단이면 약 56 ℃ 로 더 높다

계산식

중간 압력
Pm = √(Pe Pc)
Pe · Pc 는 증발 · 응축 절대압력이다. 이렇게 잡으면 두 단의 압축비가 √(Pc/Pe) 로 같다
저단 · 고단 순환량
GL = Qeh1 - h7, GH = GL h2 - h7h3 - h6
중간 냉각기로 들어오는 열(GL h₂ + GH h₆)과 나가는 열(GL h₇ + GH h₃)이 같다는 식에서 나온다. h₆ = h₅
성적계수
COP = QeGL(h2 - h1) + GH(h4 - h3)
분모는 저단과 고단 압축기 동력의 합이다

2단 압축에서 챙길 것

📏 중간 냉각기와 방식
①흔히 압축비가 6 을 넘으면 2단 압축을 검토한다
②중간 냉각기는 저단 토출 가스를 식히고, 고단 흡입 가스의 과열을 막고, 증발기로 가는 액을 더 차갑게 해 냉동효과를 늘린다
③2단 압축 1단 팽창은 중간 냉각기 안의 코일로 고압 액을 과냉각한 뒤 증발 압력까지 한 번에 팽창시킨다
④−70 ℃ 쯤보다 낮은 온도는 끓는점이 다른 두 냉매 사이클을 열교환기로 잇는 이원 냉동을 쓴다

시험 포인트와 기출 유형

🎯 시험 포인트
①Pm = √(Pe Pc), 절대압력으로 계산
②GL = Qe ÷ (h₁ − h₇), GH = GL(h₂ − h₇) ÷ (h₃ − h₆)
③COP = Qe ÷ (저단 동력 + 고단 동력)
④중간 냉각기: 저단 토출 냉각 · 고단 흡입 과열 방지 · 액 과냉각
📝 대표 기출유형
①[기출유형] 증발 압력 0.1 MPa, 응축 압력 1.6 MPa(절대)일 때 중간 압력은? (답: √(0.1 × 1.6) = 0.4 MPa)
②[기출유형] GL = 0.3 kg/s, h₂ = 404, h₃ = 395, h₆ = 256, h₇ = 191 kJ/kg 일 때 고단 순환량은? (답: 0.3 × 213 ÷ 139 ≈ 0.46 kg/s)
③[기출유형] 중간 냉각기가 하는 일은? (답: 저단 토출 가스 냉각, 고단 흡입 가스 과열 방지, 증발기로 가는 액의 과냉각)
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응축기 용량과 냉각수량 계산

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