공조냉동기계의 냉동 원리에 대한 기초

냉동 기초

1. 냉동의 정의

 - 일정한 공간이나 물체의 온도를 주위의 온도보다 인공적으로 낮추는 행위. (열 제거)

(1) 냉동의 분류

• 냉각(Cooling) : 상온보다 낮은 온도로 열을 제거

• 냉장(Sorage) : 식품류 등을 얼지 않을 정도로 차갑게 보관

• 냉방(Air Conditioning) : 실내의 온습도를 냉각 및 조절하는 행이.

• 동결(Freezing) : 냉각작용에 의해 물질을 응고점 이하까지 열을 제거하여 고체상태로 만드는 것.

• 제빙 : 얼음의 생산을 목적으로 물을 얼리는 행위

 

2. 냉동 방법

(1) 자연적 냉동방법

• 융해잠열을 이용하는 방법 (얼음의 융해잠열)

• 증발잠열을 이용하는 방법 (물의 증발잠열)

• 승화잠열을 이용하는 방법 (드라이아이스)

• 기한제를 이용하는 방법 (얼음과 식염/ 얼음과 염화칼슘)

(2) 기계적인 냉동방법

- 일이나 열에너지를 사용하여 냉동효과를 연속적으로 얻는 것

       1. 증기압축식 냉동법 : 냉매의 증발잠열을 이용하여 피냉각물체를 냉각

           ⓐ 증기압축식 냉동장치 구성요소

               ① 압축기 : 압력과 온도를 증대하여 응축 액화하기 쉽게 만드는 역할 (냉동기의 심장부)

               ② 응축기 : 물 또는 공기와 열교환을 통해 냉각 응축

               ③ 팽창밸브(교축작용) : 액체냉매를 고압에서 저압으로 만드는 장치

                                              고온의 냉매는 이곳을 지나면서 액체에서 급격히 저온 저압의 습증기가 됨.

               ④ 증발기 : 냉동목적이 이루어 지는 곳. 냉매는 여기에서 주변의 열을 뺴앗아 증발하므로 주위는 저온이된다.

 

증기압축식 냉동장치 (출처 : 공조냉동기계기사 필기)

 

       ⓑ 냉매순환 : 압축기 -> 응축기 -> 팽창밸브 -> 증발기

증기압축식 냉동장치(출처 : 공조냉동기계기사 필기)

 

     2. 증기분사식 냉동법

        - 증기 이젝터를 이용하여 다량의 증기를 분사할 때 부압작용에 의해 진공을 만들어 냉동을 하는 방법

          (부압작용이란 : 대기압 이하의 압력)

증기분사식 냉동장치(출처 : 공조냉동기계기사 필기)

 

     3. 흡수식 냉동법

        - 기계적인 일을 하지 않고, 고온의 열을 이용하여 냉방하는 방법.서로 잘 용해되는 두가지 물질을 사용함.

 

     4. 전자냉동법(펠티어 효과를 이용)

        - 종류가 서로 다른 두 반도체를 접합시켜 직류전류를 통하면 에너지차이가 발생하여 열의 흡수/ 열의 방출이

          일어남.

 

** 펠티어 효과 : 금속, 반도체를 접속한 두 점 사이에 폐로를 구성, 전류를 흘리면 한쪽은 열이 발생하고 한쪽은 열을 흡수하는 현상.

 

 

2. 히트펌프(Heat Pump)

- 높은 온도를 발생하는 응축기의 방열을 이용. 구동방식에 따라 전기식과 엔진식이 있음.

 

(1) 특징

• 히트펌프는 각종 배열 등 미활용 에너지를 이용하여 에너지 저감효과

• 에너지 효율이 높음
• 깨끗하고 안전하며 무공해
• 1대로 냉방과 난방을 겸할 수 있음.

(2) 원리

• 압축기/증발기/응축기/팽창밸브로 이루어짐
• 난방 : 압축기에서 고온고압으로 압축된 냉매를 기화시키고 응축기에서 높은 온도의 열을 온도가 낮은 바깥쪽으로 내뿜는 사이클을 반복함
• 냉방 : 응축기는 증발기로, 증발기는 응축기로 사용되며 응축된 냉매가 더운 바깥 공기와 열교환됨으로 냉방 시킴

냉방과 난방 (출처 : 공조냉동기계기사 필기)

 

 

4. 빙축열 시스템

- 값싼 심야전력으로 심야시간에 냉동기를 가동시켜 빙축열조에 얼음을 만들어 저장하였다가 주간에 이를 녹여서 냉방에 사용하는 시스템

 

(1) 구성기기

• 저온냉동기 
• 냉각탑
• 축열조
• 열교환기
• 자동밸브

(2) 특징

• 장점 : 설비투자비 감소, 전력비용 감소, 다양한 건물 용도에 맞춤 사용 가능
• 단점 : 축열조 공간 확보, 효율 저하, 보냉 공사에 따른 수선비 증가, 열손실 있음, 수처리 필요

 

5. 기타 용어

• 냉동효과 : 냉매 1kg이 증방기에 들어가서 흡수하는 열량
• 냉동능력 : 증발기에서 시간당 제거할 수 있는 열량
• 냉동톤 : 1RT - 0도의 순수한 물 1ton을 24시간 동안 얼음으로 만드는데 필요한 냉동능력
• 제빙톤 : 25도의 원수 1ton을 24시간 동안에 -9도의 얼음으로 만드는 데 제거할 열량