컴프레서기반냉동의기초

컴프레서기반냉각시스템의작동방식을이해하려면다음과같은세가지물리적현상을염두에두어야합니다。

기체가압축되면온도가상승합니다。반대로,팽창하면온도가감소합니다。이는열역학제1법칙의결과중하나입니다。

순수한액체의온도는끓거나응축될때일정하게유지됩니다。끓는물의온도를측정하는경우,액체상태로물이존재하는한온도는212°F또는100°C로일정하게유지됩니다。기체가응축되면모든기체가액체로변할때까지시스템온도가일정하게유지됩니다。

유체가상변화를하기위해서는상당한양의에너지가필요합니다。주어진양의물을완전히끓이려면,같은양의물을0°C(32°F)에서99°C(211°F)까지올리는것보다더많은에너지가필요합니다。이는상당한양의에너지가저장된다음상변화동안에한해방출됨을의미합니다。

냉동사이클은연속적인공정입니다。냉매는컴프레서에서콘덴서로,계량장치를통해증발기로이동한다음,그사이클이반복됩니다(그림1참조)。

컴프레서는증발기로부터저압기체를받은후,그이름이나타내는것처럼압축을통해고압기체로변환합니다。기체는압축됨에따라온도가상승합니다。

그후,고온냉매가스는콘덴서로흐릅니다。콘덴서는냉매를냉각시키기위해더차가운유체,일반적으로는주변공기를사용하는열교환기입니다。이열교환기를거쳐냉매가흐르면뜨거운액체로응축됩니다。액체냉매는콘덴서를빠져나와시스템의계량장치로흐릅니다。

계량장치는팽창밸브또는모세관일수있으며압력강하를생성하는데사용됩니다。앞서언급한바와같이,액체의온도및끓는점은압력이감소함에따라감소합니다。일부냉매액체는기화되고액체-가스혼합물의온도가떨어집니다。그런다음,차가운냉매가증발기로흐릅니다。

증발기는열원과냉매사이에서열이이동하게하는또다른열교환기입니다。냉각기에서열원은장비로유입되는냉각유체입니다。냉매는저온가스-액체혼합물로서증발기로유입됩니다。설계상열원의온도는항상냉매의끓는점보다높습니다。증발기에서냉매는열원으로부터열을흡수함에따라증발합니다。냉매온도는증발하면서일정하게유지됩니다。그런다음,냉매는기체로서증발기를빠져나와컴프레서로들어가고사이클이다시시작됩니다。