냉동기 구동 사이클

기본 개념

 

냉동기의 기본적인 구동 사이클은 4가지 주요 과정을 반복하는 방식으로 이루어져 있습니다

압축, 응축, 팽창, 증발입니다.

1.압축

  압축기는 냉매(냉동기의 작동 유체)를 저압 저온의 기체 상태에서 고압 고온의 기체 상태로 압축합니다. 이 과정에서 냉매의 압력과 온도가 크게 상승하죠.

 

2.응축

  압축된 냉매는 응축기로 이동합니다. 응축기에서는 냉매가 고온 고압의 기체 상태에서 주변 공기나 물과 열을 교환하며 액체로 응축됩니다. 이 과정에서 냉매는 열을 방출하게 되죠.

 

3.팽창

  응축된 냉매는 팽창 밸브를 통과하면서 저압 저온의 액체 상태로 변합니다. 팽창 밸브에서 냉매의 압력을 급격히 낮추어 냉매의 온도도 크게 낮아지게 됩니다.

 

4.증발

  낮아진 압력과 온도의 냉매는 증발기로 들어갑니다. 증발기에서는 냉매가 주위의 열(예: 냉장고 내부의 열)을 흡수하면서 기체로 다시 변화합니다. 이 과정에서 냉각 효과가 발생하고, 흡수한 열은 다시 압축기로 이동해 순환이 반복됩니다. 이렇게 냉동 사이클이 반복되면서 내부 공간을 냉각시키는 역할을 하는 거죠.

 

 

•  첨부

- 압축기 냉매는 엔탈피(내부 에너지와 압력에 의한 에너지의 합)를 높이는 작업을 받습니다. 냉매가 증발기에서 흡수한 열에 의해 저온, 저압의 포화 증기 상태로 압축기로 들어오고, 여기서 냉매는 등엔트로피 과정에 따라 고온, 고압의 과열 증기 상태로 변환됩니다. 이 과정에서 냉매는 열을 이동시킬 준비를 하게 됩니다.	- 응축기 냉매가 고온 고압의 과열 증기 상태에서 등온 과정에 의해 액체로 응축됩니다. 응축 과정에서는 냉매가 외부 공기나 냉각수에 열을 전달하며 내부 에너지를 방출합니다. 응축기는 열교환기의 일종으로, 열 전달 효율을 높이기 위해 핀 튜브 방식이나 쉘 앤 튜브 방식을 사용합니다.
- 팽창 밸브 또는 캡튜브(모세관) 냉매는 단열 팽창 과정을 겪으며, 압력이 급격히 낮아지고 온도도 감소합니다. 이때 냉매는 저온 저압의 포화 액체와 증기 혼합 상태로 변합니다. 팽창 과정은 냉동 사이클에서 냉매가 주위로부터 열을 흡수할 수 있도록 준비하는 중요한 단계입니다.	- 증발기 냉매는 주위의 열을 흡수하면서 포화 증기 상태로 완전히 증발합니다. 이 과정은 등온 과정으로 진행되며, 냉매가 열을 흡수할 때 증발 잠열(phase change energy)이 사용됩니다. 이로 인해 증발기 내부는 낮은 온도를 유지하게 됩니다. 냉매는 이 과정에서 다시 저온 저압의 증기 상태가 되어 압축기로 돌아가고, 사이클이 반복됩니다.

 

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Q. 냉동기 사이클의 효율을 높이려면 어떤 점을 고려해야 하나요?

냉동 사이클의 효율은 COP(Coefficient of Performance, 성능 계수)로 측정됩니다. 효율을 높이기 위해 다음 요소를 최적화해야 합니다.

1. 압축기의 효율: 고효율 압축기를 사용하여 에너지 손실을 최소화합니다.

2. 응축기와 증발기의 열교환 성능: 열교환 면적을 증가시키거나 적절한 냉매를 사용합니다.

3. 냉매 선택: 적합한 물리적 특성을 가진 냉매(예: R134a, R410A)를 사용해야 합니다.

4. 단열 손실 감소: 시스템 전반의 열 손실을 줄이는 설계를 도입합니다.