냉동기의 원리와 구조 | 냉동사이클 이해

 

냉매의 상태변화

 

냉동기2

몰리에르선도 : p-h선도라고도 하며 냉매의 상태를 나타내는 線圖로서수직축에 압력(P)를 수평축에 엔탈피(h)를 나타낸다.

 

냉동사이클 흐름

① COMPRESSOR :
증발기에서 증발한 냉매증기를 흡입하는 작용과 그 증기를 응축기의 포화압력까지 압력을 높여서 내보내는 작용을 한다.
즉 고온고압의 GAS를 만듬 (RPM: 3000~ 3600)

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② CONDENSER :
ㆍ압축기로부터 토출되는 냉매GAS를 받아들이고 응축시켜서 재액화 시킴
ㆍ즉 압축기에 의해서 압축된 고온고압의 냉매증기를 상온고압으로 응축액화함
ㆍ응축기의 냉각작용이 크면 응축기내의 온도가 낮아지고 응축압력도 낮아짐
ㆍ액화된 냉매는 보통 응축온도보다 더 낮은 과냉각액체가 되어 응축기에서 나옴
  (응축기에서 제거하는 열량 = 압축기가 한 일량 + 증발기에서 냉매가 흡수한 열량)

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③ STRAINER :
ㆍ응축된 냉매중의 불순물을 걸러줌

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④ DRYER :
ㆍ순환되는 냉매 GAS로 부터 수분을 제거하여 냉매회로 막힘불량을 사전 방지함
  (수분은 제거하고 냉매만 통과시킴)

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⑤ CAPILLARY TUBE :
ㆍ응축기로부터 나오는 액체냉매를 교축 (絞縮 ), 팽창시켜서 증발기로 보냄
ㆍ즉 냉매의 흐름을 제한해서 압력을 낮게 유지해서 냉매가 증발되기 쉽도록 함
ㆍ정상적인 운전상태에서는 CAPI-TUBE 입구에서는 액체의 냉매가 가득차게 되는 소위 액봉(液封 , Lipuid Seal)의 

   상태로 되어야 함
ㆍ냉동 CYCLE의 고압측과 저압측과의 경계선이 되는 곳임

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⑥ EVAPORATOR :
ㆍ액체의 냉매를 증발시켜서 증발잠열에 의해 열을 흡수하여 저온을 생성함

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⑦ ACCUMULATOR :
ㆍCOMP로 습냉매(액체성냉매)가 들어가는 것을 방지하여 COMP의 효율을 좋게함

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교축작용

가스는 저항이 큰 곳을 통과 할때 마찰이나 흐름의 흩어짐으로 인하여 흐름방향으로 압력이 강하한다.
즉 기체가 임의의 가는 구멍을 통과할 때에는 마찰 또는 흐름의 교량등으로 압력이 내려간다.

이와 같이 압력이 저하되고, 엔탈피가 일정한 변화를 교축 팽창 (Throtting Expansion)이라고 한다.

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기본냉동사이클

이상과 같이 밀폐계인 냉동사이클은 끊임없이 사이클내를 반복순환하며 원하는 냉동운동을 하고 있습니다.

냉동의 원리는 열역학 제2법칙의 표현을 빌리자면 '외부로부터 일의 공급이 없으면 물은 항상 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐른다'라고 할 수 있는 것과 같이 '열도 외부로부터 일의 공급이 없으면 항상 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐른다'라고 표현할 수 있습니다.

열역학 제 2법칙은 냉동의 이론과 깊은 관련을 가지고 있으나, 이렇게 이야기하는 것만으로 열의 이동원리나 냉동작용의 원리를 이해하기는 어렵습니다.

한여름의 낮에 냉방이 되지 않는 사무실내에 물을 뿌리거나 길가의 상점 주인들이 집 앞의 도로에 물을 뿌리는 광경을 자주 보게 되는데, 이럴 때 주위가 어쩐지 시원해짐을 느낀다거나, 만원버스에서 땀을 흘린 후 차에서 내려 바람을 맞으면 좀 시원함을 느끼는 것은 우리는 일상생활에서 흔히 경험하는 일 입니다.

 이러한 현상은 물이나 땀이 주위의 공기 온도보다 낮기 때문이라기보다는 물이 증발할 때의 냉각 작용에 의한 것이 훨씬 큽니다.

즉, 수분이 증발할 때 열이 필요하며, 이러한 열이 증발열인데, 이 증발열을 주위의 공간으로부터 빼앗기 때문에 그 주위에 있는 우리가 좀 시원한 느낌을 받을 수 있으며, 땀에서 수분이 증발할 때는 상당 부분의 열을 신체로부터 빼앗기 때문에 시원함을 느끼게 되는 것입니다.

이러한 증발열은 물에만 한정되는 것이 아니고 모든 액체가 증발하여 기체로 될 때도 필요한 것이며, 이 것을 우리는 증발잠열이라고 합니다.

"전열=현열+잠열" 이라는 공식에서 실제적인 일을 하는 것이 잠열(숨어있는 열)이라고 할 수 있습니다.
 
냉동장치에 사용되는 냉매는 같은 액체 상태의 유체를 물 대신 우리들 주위에 뿌리거나 신체에 발라도 앞에서 이야기한 것과 마찬가지로 이 액이 증발할 때 필요한 열을 주위에서 빼앗으므로 우리는 시원함을 느낄 수 있습니다.

이러한 유체는 대단히 증발을 잘 할 뿐만 아니라 상당히 저온에서 증발하는 물질이라 우리는 물대신 냉매를 사용하는 것입니다.  물론 물또한 냉매로써 역할을 할 수 있습니다.

냉동기는 이와 같은 액체를 냉각관내에서 증발시켜 관을 냉각시키고, 냉각된 관이 주위의 공기나 어떤 물질을 냉각하는 결국 냉각관 속에 냉매액이 증발할 때의 증발열은 이용하여 냉각관은 주위의 공기 등의 물질로부터 열을 빼앗아 냉동효과를 나타내는 것입니다.

또한 냉동을 하기 위해서는 이러한 액체의 증발열을 이용하는 방법 이외에 얼음의 융해열이나 드라이아이스의 승화열 등을 이용하는 방법도 있으며, 증기의 팽창을 이용하는 방법, 펠티어효과를 이용하는 방법 등도 있습니다.

공업적으로 가장 많이 사용되고 있는 방법은 냉매를 이용하여 증발열을 이용하는 것으로서, 증기압축식 냉동법, 흡수식 냉동법 등이 있습니다.