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1[건설기계설비기사 필기] 20년 2회차
고온열원(T1)과 저온열원(T2) 사이에서 작동하는 역카르노 사이클에 의한 열펌프(heat pump)의 성능계수는?
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해설

역카르노 사이클 열펌프의 성능계수는 T1T1−T2\dfrac{T_1}{T_1 - T_2}이다.

열펌프에서 얻고자 하는 것은 고온측으로 방출되는 열 Q1Q_1이므로 COPH=Q1W=Q1Q1−Q2\mathrm{COP_H} = \dfrac{Q_1}{W} = \dfrac{Q_1}{Q_1 - Q_2}이고, 카르노 사이클에서는 Q1Q2=T1T2\dfrac{Q_1}{Q_2} = \dfrac{T_1}{T_2}가 성립한다.

분자·분모를 온도로 바꾸면 COPH=T1T1−T2\mathrm{COP_H} = \dfrac{T_1}{T_1 - T_2}가 된다. 같은 장치를 냉동기로 볼 때의 성능계수는 T2T1−T2\dfrac{T_2}{T_1 - T_2}이므로 두 값의 차이는 항상 1이다(COPH=COPR+1\mathrm{COP_H} = \mathrm{COP_R} + 1).

T1−T2T1\dfrac{T_1 - T_2}{T_1}은 카르노 열기관의 효율로 1보다 작은 값이다. 성능계수는 항상 1보다 크다는 점만 확인해도 분자가 온도차인 형태는 걸러진다.

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