[공조냉동기계기술사 제140회 2교시 1번]

1)

• 단일 압축기 및 응축기를 공유하는 병렬 증발기 배관 구성
• 고온 및 중온 증발기(A, B) 출구에 EPR 밸브 설치 및 감압 라인 표현
• P-h 선도 상의 각 상태점(1~11)과 장치도 주요 위치의 정확한 매칭

풀이 순서: 압축기(1에서 2) 및 응축기(2에서 3)를 직렬로 작도 → 응축기 출구에서 분기해 팽창밸브 3개와 증발기 A·B·C 병렬 연결 → 증발기 A 출구(7)에 EPR 밸브를 연결하여 압력을 감압(10)하는 배관 작도 → 증발기 B 출구(8)에 EPR 밸브를 연결하여 압력을 감압(11)하는 배관 작도 → 증발기 C 출구(9)와 EPR 통과 배관(10, 11) 합류 후 흡입부(1)로 연결

2)

• 각 증발기(A, B, C)의 냉방 부하(Q)와 입출구 엔탈피 차이를 이용한 질량 유량 계산
• 모든 팽창밸브 입구 엔탈피는 응축기 출구 엔탈피와 동일함을 적용

공식: $h_3 = h_4 = h_5 = h_6$, $G_A = \frac{Q_A}{h_7 - h_4} = \frac{Q_A}{h_7 - h_3}$, $G_B = \frac{Q_B}{h_8 - h_5} = \frac{Q_B}{h_8 - h_3}$, $G_C = \frac{Q_C}{h_9 - h_6} = \frac{Q_C}{h_9 - h_3}$

풀이 순서: 각 증발기에서 요구되는 냉방 능력을 각각 Q_A, Q_B, Q_C로 정의 → P-h 선도의 등엔탈피 팽창 특성을 이용하여 증발기 입구 엔탈피를 응축기 출구 엔탈피(h3)로 치환 → 증발기 A의 열정산식을 통해 냉매순환량 G_A 도출 → 증발기 B의 열정산식을 통해 냉매순환량 G_B 도출 → 증발기 C의 열정산식을 통해 냉매순환량 G_C 도출

3)

• EPR 밸브 통과 시 등엔탈피 과정 적용
• 합류점 1에서의 질량 보존 및 에너지 보존 법칙 적용을 통한 혼합 엔탈피 도출

공식: $h_7 = h_{10}$, $h_8 = h_{11}$, $G_A \cdot h_{10} + G_B \cdot h_{11} + G_C \cdot h_9 = (G_A + G_B + G_C) \cdot h_1$, $h_1 = \frac{G_A \cdot h_7 + G_B \cdot h_8 + G_C \cdot h_9}{G_A + G_B + G_C}$

풀이 순서: 합류점으로 유입되는 총 질량 유량을 각 증발기 유량의 합(G_A + G_B + G_C)으로 정의 → EPR 밸브에서의 등엔탈피 팽창 조건(h7=h10, h8=h11) 확인 → 압축기 흡입 전 합류 배관에서의 열량 수지 방정식(에너지 보존) 수립 → 방정식을 h1에 대해 정리하여 최종 계산식 도출

4)

• 전체 시스템의 냉방 효과(총 증발기 부하) 산출
• 총 냉매 유량 및 압축기 입출구 엔탈피 차이를 이용한 총 압축 일량 산출
• 총 냉방 효과를 총 압축 일량으로 나누어 성적계수 계산

공식: $Q_{total} = Q_A + Q_B + Q_C = G_A(h_7 - h_3) + G_B(h_8 - h_3) + G_C(h_9 - h_3)$, $W_c = (G_A + G_B + G_C)(h_2 - h_1)$, $COP = \frac{Q_{total}}{W_c} = \frac{G_A(h_7 - h_3) + G_B(h_8 - h_3) + G_C(h_9 - h_3)}{(G_A + G_B + G_C)(h_2 - h_1)}$

풀이 순서: 증발기 A, B, C에서 얻은 냉방 효과를 모두 더하여 시스템 총 냉방 부하 계산 → 압축기 흡입(1)과 토출(2) 엔탈피 차이에 전체 냉매 순환량을 곱하여 압축기 소요 동력 계산 → 계산된 총 냉방 부하를 압축기 소요 동력으로 나누어 COP 산출식 완성