1. 냉동톤
"냉동톤"이라는 용어는 주로 냉동 및 냉방 시스템에서 열 효과의 측정 단위로 사용됩니다. 냉동톤은 냉매가 1시간 동안 얼마나 많은 열을 흡수 또는 방출하는지를 나타내는 단위입니다.
일반적으로 1 냉동톤은 12,000 BTU(영국 열량 단위)에 해당합니다. 여기서 BTU는 British Thermal Unit로, 열의 에너지를 나타내는 단위입니다. 따라서 1 냉동톤은 12,000 BTU/h이며, 1 시간 동안 12,000 BTU의 열을 이동할 수 있는 냉매의 냉동 능력을 나타냅니다.
냉동톤은 주로 냉동 및 냉방 시스템의 냉동 능력을 표현하는 데 사용되며, 건물이나 공간의 크기, 열손실, 단열 상태 등을 고려하여 시스템의 적절한 크기를 선택하는 데 도움이 됩니다. 보통 더 큰 건물이나 공간은 더 많은 냉동톤이 필요할 수 있습니다.
① 한국 냉동톤(RT)
냉동기가 24시간에 0℃의 물 1ton을 0℃의 얼음으로 만드는 능력을 말한다.
1RT = {1,000(1톤) X 79.68(잠열값)} ÷ 24(시간) = 3,320kcal/h = 3.86kW
kW구하는 값 = 3,320kcal X 4.19(물의 비열) ÷ 3,600(초) = 3.86kW
② 미국 냉동톤(USRT)
32℉ 물 2,000Lb(1ton)을 24시간 동안에 32℉의 얼음으로 만드는데 제거해야 할 열량을 말한다.
1한국 냉동톤, 1RT = 3,320kcal/h = 3.86kW
1미국 냉동톤, 1USRT = 3,024kcal/h = 3.52kW
2. 제빙능력
제빙능력은 제빙공장에서 하루에 제빙되는 양을 톤으로 나타낸 것이다. 즉, 상온의 25℃ 물 1톤을 24시간 동안에 -9℃의 얼음을 기 준으로 생산할 때 제거해야 할 열량을 말한다. 이때 제빙과정 중 열손실은 제거열량의 20%로 하며 따라서 1제빙톤은 약 1.65냉동 톤을 기준으로 한다.
25℃물 → 0℃물 → 0℃얼음 → -9℃얼음
① ② ③
① Q1 = G(1톤) · C(물의 비열) · △t(온도변화) = 1,000 X 1 X 25 = 25,000kcal/day
② Q2 = G · r(잠열값) = 1,000 X 79.68 = 79,680kcal/day
③ Q3 = G · C · △t = 1,000 X 0.5(얼음비열) X 9 = 4,500kcal/day
그러므로 제거열량에 열손실(20%) 및 시간을 고려하면
1제빙톤 = 5,459kcal/h = 1.65RT 가 되며 즉, 25℃ 물 1ton을 -9℃ 얼음으로 제빙하려면
1.65RT의 제빙능력을 갖는 냉동기를 사용해야 한다.
3. 냉동방법
냉동이란 어떤 물질이나 일정한 공간으로부터 열을 제거하여 상온보다 낮은 온도로 유지하는 작업을 말한다.
이 저온을 일으키는 방법에는 크게 나누어 융해, 승화, 증발 등의 자연현상에 의한 흡열작용을 이용하는 자연적인 냉동방법과 열이나 기계적인 에너지를 소비해서 냉동하는 기계적인 냉동방법이 있다.
(1) 자연 냉동방법
1) 융해잠열 이용(heat of fusion)
얼음을 이용하여 냉동하는 방법으로서 우리 일상 생활에서 널리 사용하는데 얼음이 녹아 물로 상태 변화하면서 0℃에서 80kcal/kg(333.6kJ/kg)의 융해잠열을 흡수하는 것을 이용한 것이다. 따라서 아이스박스 내부에 얼음을 넣으면 내부를 7~9℃정 도를 유지할 수 있다.
2) 증발잠열 이용(heat of evaporation)
여름에 마당에 물을 뿌리면 시원하게 느껴지는 것은 물이 증발하면서 주위에서 열을 흡수하기 때문이다. 또한 암모니아 액체를
밀폐 단열된 용기 속에 넣고 마개를 열어 용기내의 압력이 대기압과 같은 상태로 만들어 토출시키면 약 -33.3℃가 된다. 또한 증 발한 암모니아 가스를 압축하여 적당한 고압과 고온으로 만든 후 냉각시키면 다시 액화시킬 수 있다.
3) 승화잠열 이용(heat of sublimation)
고형 이산화탄소 즉, 탄산가스를 고체화 한 드라이 아이스를 이용하는 냉동법으로 고체상태에서 기체로 승화하면서 -78.5℃에서 137kcal/kg(573kJ/kg)의 승화잠열을 흡수하는 것을 이용한 것이다. 이 방법은 얼음보다는 매우 낮은 온도를 얻게 되어 냉동효 과가 매우 양호하며 냉동능력은 보통 얼음의 2배 효과를 나타내고 식품의 동결과 저온상태에서 화학반응 촉진 냉각제로 많이 사 용한다.
(2) 기계적인 냉동방법
1) 압축 기체 팽창 냉동방법(compressed air refrigeration)
이 방법은 공기를 압축하면 공기의 온도가 고온이 되며 다시 팽창시키면 저온이 되는 단열팽창의 원리를 이용한 방법으로 공기를 냉매로 하는 공기냉동기나 항공기의 냉방장치에 이용되거나 공기를 액화시키는 장치에 이용된다.
2) 증기 압축식 냉동방법(vapour compression type refrigeration method)★
현재 가장 많이 사용하는 방법으로서 냉매를 압축하여 응축과 팽창, 증발을 반복하게 하면서 냉동목적을 달성한다. 냉매는 대기 압에 가까운 압력에서 쉽게 증발하는 것을 이용하는데 종류에는 여러 가지가 있다.
3) 증기 분사식 냉동방법(steam jet refrigeration method)
이 방법은 고온 증기의 열에너지를 운동에너지로 바꾸고 이것을 이용하여 냉매증기를 압축한다. 이때 증기 이젝터를 사용하는데 원리는 고압증기가 노즐로부터 고속으로 분출하면서 증발기 내의 압력이 저하되고 증발기 중의 물의 일부가 증발하면서 증발잠 열에 의해 증발기 내의 물이 냉각되면서 냉동효과를 얻게 되는 것이다.
4) 흡수식 냉동방법(absorption type refrigeration method)
이 방법은 증기 압축식과 달리 압축기를 사용하여 가스를 압축하는 기계적인 일을 사용하지 않고 열에너지를 사용한다. 이러한 열에너지의 가열원으로는 증기, 온수, 도시가스, 폐열, 태양열 등을 이용하여 냉동하는 방법으로 서로 잘 용해하는 두 물질을 사용 한다. 즉, 저온에서는 두 물질이 강하게 용해하나 고온에서는 두 물질이 분리되는 성질을 이용하는 것으로 냉매와 흡수제를 이용 하는 방법으로 용기 내에 암모니아 냉매와 흡수제인 물 또는 냉매로서 물과 흡수제인 리튬 브로마이드용액의 흡수 및 분리를 통 하여 냉동작용을 한다.
5) 히트펌프(heat pump)
물은 높은 곳에서 낮은 곳으로만 흐르는데 낮은 곳의 물을 높은 곳으로 이동시키려면 펌프라는 기계를 사용하여야 한다. 이와 마 찬가지로 열은 그 자신만으로는 온도가 낮은 곳에서 온도가 높은 곳으로 이동이 불가능하며, 열의 이동에는 반드시 일이 소요되 며 열펌프란 열을 온도가 낮은 곳에서 높은곳으로 이동시킬 수 있는 장치를 의미하며 사이클의 구성과 작동방법은 냉동기와 같으 며 단지 저온의 열을 사용하는 경우에는 냉방기, 고온의 열을 사용하는 경우에는 난방기가 되며 모두 열펌프가 되는 것이다.
(사방밸브를 사용)
6) 전자 냉동방법(electronic refrigeration method)
이 방법은 두 종류의 다른 금속을 서로 연결하여 직류전류를 통하게 하면 양 접합부에서 온도차가 생기고 이 온도차에 비례하여 기전력이 발생하고 재료의 저항으로 인한 열발생 현상 이외에 접점에서 추가적인 열전달이 나타난다. 이러한 현상을 펠티어 효과 라고 한다.
( 열 → 전기 [제벡 효과], 전기 → 열 [펠티어 효과])