Linde refrigerator에서 compressor를 통해 고압의 기체를 형성한 후, heat exchanger와 액화된 기체와 저온 기체가 존재하는 실린더(?)에서 고압 기체의 온도를 낮추고 있다고 보았습니다. Joule-Thomson effect를 활용하여 고압 기체는 결국 팽창하면서 냉각되어 온도가 낮아질텐데 왜 열교환 과정을 별도로 진행시키는 것인지 궁금합니다.
Joule-Thomson 효과의 냉각 효율은 기체의 온도에 크게 의존하기 때문에 열교환 과정이 필요하다고 생각합니다. 교재에 있는 그래프와 같이 일반적으로 대부분의 기체는 어느 정도 낮은 온도 이하에서 팽창해야만 온도가 떨어지는 효과를 제대로 얻을 수 있습니다. 만약 고압 기체가 너무 뜨거운 상태(예: 압축기 직후 상태)에서 바로 팽창하면, 오히려 온도가 올라가거나 냉각 효과가 거의 발생하지 않을 수 있을 것 같습니다. 따라서, 팽창 전에 열교환기를 이용해 기체의 온도를 충분히 낮춰야 Joule-Thomson 효과가 유의미해진다고 생각합니다!
질문자님께서 말씀하신대로 이론상으로는 Joule-Thomson effect만을 사용하여 고압 기체의 팽창을 통해 냉동기를 구현할 수 있습니다. 다만 Joule-Thomson effect의 조건에 따라 일종 온도, 즉 반전 온도(inversion temperature)에 도달해야 냉각이 일어나는데, 상온의 기체를 사용할 경우 냉각이 잘 일어나지 않거나 냉각 효과가 약할 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 기체를 사전에 냉각하는 heat exchanger 등의 기계를 통한 열교환 과정을 거침으로써 냉각 효율을 극대화하고 Joule-Thomson effect가 효과적으로 도출되도록 할 수 있습니다. 결론적으로 기체의 초기 온도를 충분히 낮춰 냉각의 효율을 극대화하기 위해 Linde refrigerator에서 열교환 과정을 별도로 진행합니다.
Joule-Thomson 효과의 냉각 효율은 기체의 온도에 크게 의존하기 때문에 열교환 과정이 필요하다고 생각합니다. 교재에 있는 그래프와 같이 일반적으로 대부분의 기체는 어느 정도 낮은 온도 이하에서 팽창해야만 온도가 떨어지는 효과를 제대로 얻을 수 있습니다. 만약 고압 기체가 너무 뜨거운 상태(예: 압축기 직후 상태)에서 바로 팽창하면, 오히려 온도가 올라가거나 냉각 효과가 거의 발생하지 않을 수 있을 것 같습니다. 따라서, 팽창 전에 열교환기를 이용해 기체의 온도를 충분히 낮춰야 Joule-Thomson 효과가 유의미해진다고 생각합니다!
안녕하세요? 화공생명공학과 이치우입니다.
질문자님께서 말씀하신대로 이론상으로는 Joule-Thomson effect만을 사용하여 고압 기체의 팽창을 통해 냉동기를 구현할 수 있습니다. 다만 Joule-Thomson effect의 조건에 따라 일종 온도, 즉 반전 온도(inversion temperature)에 도달해야 냉각이 일어나는데, 상온의 기체를 사용할 경우 냉각이 잘 일어나지 않거나 냉각 효과가 약할 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 기체를 사전에 냉각하는 heat exchanger 등의 기계를 통한 열교환 과정을 거침으로써 냉각 효율을 극대화하고 Joule-Thomson effect가 효과적으로 도출되도록 할 수 있습니다. 결론적으로 기체의 초기 온도를 충분히 낮춰 냉각의 효율을 극대화하기 위해 Linde refrigerator에서 열교환 과정을 별도로 진행합니다.