압축기 입구 온도가 -10℃, 압축기 출구온도가 100℃, 팽창기 입구… | [건설기계설비기사 필기] 15년 1회차 기출문제 상세 페이지

공기 냉동기의 성능계수(COP)는 냉동능력을 압축기 일(입력)로 나눈 값이다. 먼저 각 과정의 엔탈피 변화를 구한다.
압축기 입구(1): -10℃, 출구(2): 100℃이므로
$\Delta h_{comp} = C_p(T_2 - T_1) = 1.0035 \times (100 - (-10)) = 1.0035 \times 110 = 110.385 \text{ kJ/kg}$.
팽창기 입구(3): 5℃, 출구(4): -75℃이므로
$\Delta h_{exp} = C_p(T_4 - T_3) = 1.0035 \times (-75 - 5) = 1.0035 \times (-80) = -80.28 \text{ kJ/kg}$.
냉동기의 냉동능력은 증발기에서의 열흡수로, 입구(4)에서 출구(1) 상태로의 변화이므로
$Q_L = C_p(T_1 - T_4) = 1.0035 \times (-10 - (-75)) = 1.0035 \times 65 = 65.2275 \text{ kJ/kg}$.
압축기 소비일은 $W_{comp} = 110.385 \text{ kJ/kg}$이고, 성능계수는
$COP = \frac{Q_L}{W_{comp}} = \frac{65.2275}{110.385} = 0.591 \approx 0.56$이다.
그러나 정답이 2.17이므로, 문제에서 의도한 냉동능력 기준이 다를 수 있다. 팽창기 일을 회수하는 경우
$COP = \frac{Q_L}{W_{comp} - |W_{exp}|} = \frac{65.2275}{110.385 - 80.28} = \frac{65.2275}{30.105} = 2.167 \approx 2.17$이 되어 일치한다.
따라서 이 냉동기는 팽창기에서 생성된 일을 압축기 구동에 일부 활용하는 구조이며, 순 소비 일이 (압축일 - 팽창일)이 되는 경우의 성능계수가 2.17이다.