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1[에너지관리기사 필기] 20년 2회차

다음 T-S 선도에서 냉동사이클의 성능계수를 옳게 나타낸 것은? (단, u는 내부에너지, h는 엔탈피를 나타낸다.)

 $\dfrac{h1 - h4}{h2 - h1}$

 $\dfrac{h2 - h1}{h1 - h4}$

 $\dfrac{u1 - u4}{u2 - u1}$

 $\dfrac{u2 - u1}{u1 - u4}$

해설

그림의 T-S 선도에서 1은 증발기를 나온 포화증기(압축기 입구), 2는 압축기 출구의 과열증기, 3은 응축기를 나온 포화액, 4는 교축팽창 후 증발기 입구 상태다. 즉 1→2 압축, 2→3 응축(방열), 3→4 교축팽창, 4→1 증발(흡열) 순서로 사이클이 돈다.

압축기·응축기·증발기는 모두 유체가 드나드는 정상유동(개방계) 장치이므로 각 과정의 에너지 수지는 내부에너지 u 가 아니라 엔탈피 h 의 차로 나타낸다. 증발기가 흡수하는 냉동효과는 $q_e=h_1-h_4$ , 압축기에 넣어 준 일은 $w_c=h_2-h_1$ 이다.

따라서 냉동사이클의 성능계수는 $\varepsilon_R=\dfrac{q_e}{w_c}=\dfrac{h_1-h_4}{h_2-h_1}$ 로, 증발기 흡열량을 압축일로 나눈 값이다. 이 값을 뒤집은 형태는 히트펌프도 아닌 잘못된 식이고, 내부에너지 u 로 쓰면 유동일 $pv$ 가 빠져 개방계 해석에 쓸 수 없다.

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