[공조냉동기계기사][열역학] 열효율, 성적계수 문제

열효율  열기관에서 열을 일로 바꾸는 데 효율
η= $\frac{Q_H-Q_L}{Q_H}$

성적계수 : 냉동기관에서 성능을 나타내는 값

공식

냉동기 $COP_R = \frac{T_L}{T_H-T_L}$
열펌프 $COP_{HP} = \frac{T_H}{T_H-T_L}$
$COP_{HP} = COP_R$ + 1

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2020년 6월

> 다음 중 가장 큰 에너지는?

   ❶ 100kW 출력의 엔진이 10시간 동안 한 일

   ② 발열량 10000 kJ/kg의 연료를 100kg연소시켜 나오는 열량

   ③ 대기압 하에서 10℃의 물 10m3를 90℃로 가열하는데 필요한 열량( 단, 물의 비열은 4.2kJ/(kgㆍK)이다.)

   ④ 시속 100 km로 주행하는 총 질량 2000kg인 자동차의 운동에너지

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2019년 4월

> 효율이 40%인 열기관에서 유효하게 발생되는 동력이 110kW 라면 주위로 방출되는 총 열량은 약 몇 kW 인가?

정답: 165
해설: 효율=$\frac{출력}{입력}=\frac{Q_1-Q_2}{Q_1}$
          0.4=$\frac{110}{Q_1}$
          $Q_1=\frac{110}{0.4}$=275kW
         $Q_1-Q_2$=110kW
         $Q_2$=$Q_1$-110=275-110=165kJ

> 축 동력 10kW, 냉매순환량 33kg/min인 냉동기에서 증발기 입구 엔탈피가 406kJ/kg, 증발기 출구 엔탈피가 615kJ/kg, 응축기 입구 엔탈피가 632kJ/kg 이다. ㉠실제 성능계수와 ㉡이론 성능계수는 각각 얼마인가?

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2019년 3월

> 시간당 380000 kg의 물을 공급하여 수증기를 생산하는 보일러가 있다. 이 보일러에 공급하는 물의 엔탈피는 830 kJ/kg이고, 생산되는 수증기의 엔탈피는 3230 kJ/kg이라고 할 때, 발열량이 32000 kJ/kg인 석탄을 시간당 34000 kg씩 보일러에 공급한다면 이 보일러의 효율은 약 몇 %인가?

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2018년 4월

> 증기 압축 냉동 사이클로 운전하는 냉동기에서 압축기 입구, 응축기 입구, 증발기 입구의 엔탈피가 각각 387.2kJ/kg, 435.1kJ/kg, 241.8kJ/kg일 경우 성능계수는 약 얼마인가?

정답: 3.0

> Brayton 사이클에서 압축기 소요일은 175kJ/kg, 공급열은 627kJ/kg, 터빈 발생일은 406kJ/kg로 작동될 때 열효율은 약 얼마인가?

정답: 0.368
해설: $\frac{유효열량}{공급열량}$ = $\frac{406-175}{627}$ = 0.368

> 매시간 20kg의 연료를 소비하여 74kW의 동력을 생산하는 가솔린 기관의 열효율은 약몇 %인가? (단, 가솔린의 저위발열량은 43470kJ/kg이다.)

정답: 31

해설: $\frac{74\times3600}{20\times43470}\times100$ = 30.64%
         참고 1kW = 1kJ/s = 1x3600kJ/h

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2017년 8월

> 어떤 냉장고의 소비전력이 2kW이고, 이 냉장고의 응축기에서 방열되는 열량이 5kW라면, 냉장고의 성적계수는 얼마인가? (단, 이론적인 증기압축 냉동사이클로 운전된다고 가정한다.)

정답: 1.5
해설: COP = $\frac{Q_e}{W} =\frac{Q_c-W}{W} = \frac{5-2}{2}$ 

> 증발온도 -30˚C, 응축온도 45˚C에서 작동되는 이상적인 냉동기의 성적계수는?

정답: 3.2
해설: COP = $ \frac{T_L}{T_H - T_L} = \frac{-30+273}{(45+273)-(-30+273)}$

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2017년 5월

> 출력 10000kW의 터빈 플랜트의 시간당 연료소비량이 5000 kg/h이다. 이 플랜트의 열효율은 약 몇 % 인가? (단, 연료의 발열량은 33440 kJ/kg이다.)

정답: 21.5

해설: 열효율 = $\frac{10000\times3600}{500\times33440}$

> 어느 증기터빈에 0.4kg/s로 증기가 공급되어 260kW의 출력을 낸다. 입구의 증기 엔탈피 및 속도는 각각 3000kJ/kg, 720m/s, 출구의 증기 엔탈피 및 속도는 각각 2500kJ/kg, 120m/s 이면, 이 터빈의 열손실은 약 몇 kW가 되는가?

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2016년8월

> 카르노 열펌프와 카르노 냉동기가 있는데, 카르노 열펌프의 고열원 온도는 카르노 냉동기의 고열원 온도가 같고, 카르노 열펌프의 저열원 온도는 카르노 냉동기의 저열원 온도와 같다. 이때 카르로 열펌프의 성적계수($COP_{HP}$)와 카르노 냉동기의 성적계수($COP_R$)의 관계로 옳은 것은?

정답: $COP_{HP} = COP_R$ + 1

 

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2016년 5월

> 냉동실에서의 흡수 열량이 5 냉동톤(RT)인 냉동기의 성능계수(COP)가 2, 냉동기를 구동하는 가솔린 엔진의 열효율이 20%, 가솔린의 발열량이 43000kJ/kg 일 경우, 냉동기 구동에 소요되는 가솔린의 소비율은 약 몇 kg/h인가? (단, 1 냉동톤(RT)은 약 3.86kW 이다.)

> 오토 사이클의 압축비가 6인 경우의 이론 열효율은 약 몇 %인가? (단, 비열비 = 1.4 이다.)