1. 냉동장치 구성요소
냉동장치는 열을 흡수하고 이를 외부로 방출하여 일정 온도를 유지하거나 낮출 수 있는 장치입니다. 냉동장치의 기본적인 구성 요소는 다음과 같습니다:
- 압축기 (Compressor):
- 압축기는 냉매를 압축하여 높은 압력과 온도로 만듭니다. 이는 냉매의 상태를 변화시키고 열을 흡수할 수 있도록 합니다.
- 증발기 (Evaporator):
- 증발기는 높은 압력으로 압축된 냉매의 압력을 낮춰주고, 이 과정에서 냉매가 증발하여 열을 흡수합니다. 이렇게 흡수된 열은 냉동장치의 내부에서 제어된 공간으로 전달됩니다.
- 팬 (Fan):
- 팬은 공기를 순환시켜 증발기에서 흡수한 열을 외부로 방출합니다. 이는 냉동장치가 냉방 또는 냉동을 수행할 때 발생한 열을 외부로 배출하는 역할을 합니다.
- 콘덴서 (Condenser):
- 콘덴서는 높은 압력과 온도로 압축된 냉매의 열을 외부로 방출하기 위한 장치입니다. 증발기에서 흡수한 열이 여기에서 외부로 방출되어 냉동장치가 재사용될 수 있도록 합니다.
- 제어 장치 (Control Unit):
- 냉동장치의 작동을 제어하는 부분으로, 온도, 압력, 습도 등을 감지하고 그에 따라 압축기나 팬의 속도 등을 조절하여 안정적인 운전을 제공합니다.
- 냉매 (Refrigerant):
- 냉매는 열을 흡수하고 방출하는 과정에서 상태를 변화시키며 냉동장치의 주요 매체입니다. 일반적으로 화폐 형태로 존재하며, 수화물이나 암모니아 등이 사용됩니다.
- 서로 분리된 회로 및 관로:
- 냉동장치는 적절한 구조를 가지고 있어서 증발기 측과 콘덴서 측의 회로가 서로 분리되어 있습니다. 이는 냉매의 순환과 열 전달을 효과적으로 관리하게 해줍니다.
이러한 구성 요소들은 냉동장치가 정상적으로 작동하고 온도를 제어하는 데 필요한 주요 부분입니다. 다양한 종류의 냉동장치가 다양한 용도에 사용되고 있으며, 냉동고, 에어컨, 냉동 창고 등 다양한 응용 분야에서 찾아볼 수 있습니다.
2. 냉장고의 작동 원리
냉매가 '액체→기체'로 변할 때 냉장실의 열을 흡수하여 온도를 낮추며
냉장고가 차가운 온도를 유지하는 핵심 원리는 기화열입니다.
기화열은 액체가 기화할 때 주변의 열을 흡수하는 현상으로, 땀이 흘렀다 마르면서 체온이 낮아지는 것과 같은 원리입니다.
즉, 액체 상태의 냉매가 기체로 변하는 과정에서 저장실의 열을 흡수해서 저장실의 온도가 낮아지고 차가운 환경을 유지하는 것입니다.
냉매는 '압축기→응축기→모세관→증발기' 4가지 장치를 순환하며 액체와 기체로 상변화를 계속 반복합니다.
이 중 냉장고의 성능에 중요한 역할을 하는 것은 바로 압축기와 증발기인데요.
압축기(컴프레셔, 모터)는 냉매를 압축 시켜 고온·고압의 기체로 만들고 에너지를 전달하는 동력원으로, 쉽게 말해 심장과 같은 역할을 합니다.
따라서 압축기에서 압축을 많이 할수록 많은 에너지를 전달할 수 있기 때문에 냉장고를 더욱 차갑고 시원하게 만들 수 있습니다.
증발기(냉각기)에서는 냉매가 기화하며 저장실의 열을 흡수해 온도를 낮춥니다. 즉, 냉장고를 시원하게 만드는 과정을 담당하는 것이 바로 증발기입니다.
3. 모리엘 선도 이해
친환경 냉각 및 온도 제어의 개념을 설명하려면 기존의 냉각 기술에 대한 이해가 요구된다.
냉동싸이클을 이용한 에어컨, 냉장고 등은 대표적인 온실가스의 주범이 되는 냉매가스를 사용한다.
환경 규제로 인해서 다양한 친환경 냉매를 개발하고는 있지만.....아직 까지도 큰 실효를 거두지는 못하고 있다.
기존에 냉각 시스템을 개발하기 위해서는 다양한 냉매가스의 모리엘 선도를 이해하고 시스템을 구성하는
설계 작업이 진행되었다.
공기가 가지고 있는 복잡한 성질을 한 눈에 알 수 있도록 한 것이 공기선도라면, 냉매에 관해서도
그 여러 가지 성징을 한 눈에 알 수 있도록 한 선도가 모리엘(mollier) 선도 이다.
엔탈피는 지금으로부터 약 70년 전에 네덜란드의 유명한 실험 물리학자인 온네스라는 사람에 의해
제창되었으며, 어원은 그리스어의 "따뜻하다" 라고 하는 의미에서 왔기 때문에 한 마디로 하면 그 물질이
가지고 있는 열량입니다. 엔탈피가 200 kcal/kg 이라면 그 물질 1 kg 속에 200 Kcal의 열량이 포함되고 있는
것입니다.
등건조선은 냉매가 어느 정도 습한 상태인가를 나타내는 것으로, 포화액선은 건조도 0%, 포화증기선은
건조도 100%로 하여 그 사이클 10% 마다 구분해서 같은 점을 연결해 선을 그은 것이다.
등엔트로피선이 엔탈피와 이름이 닮았으나 같은 것이 아니다. 엔트로피는 그리스어의 "변화한다" 라는 의미로
지금으로부터 약 110년 전에 독일의 물리학자 클라우지스에 의해 처음으로 사용되었다.
엔트로피는 누구나 알 수 있도록 쉽게 설명한다는 것이 대단히 어려운 일이나, 1그램(g)의 기체가 상태변화를
일으켜 이 기체가 가지고 있는 열량이 극히 조금 변화 한 경우, 이 변화한 열량 값을 그 때 기체의 절대온도로 나눈
값을 엔트로피라 한다. 물질이 가지고 있는 열량의 상태 변화를 아는데 현재 널리 이용되고 있다.
냉매가스를 압축기로 압축할 때 이 등엔트로피선에 따라 압력과 온도가 변화한다.
