압축식 냉동기의 구성 요소

핵심 정리

압축식 냉동기는 냉매의 상태 변화를 이용해 열을 저온 쪽에서 고온 쪽으로 옮기는 장치다. 이 장치의 뼈대는 냉매가 네 구성 요소를 일정한 순서로 돌면서 기체와 액체 사이를 오가는 데 있다. 냉동 사이클에서는 냉매가 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기 순으로 순환한다.

냉매는 순환의 매개체이므로 냉매 자체도 일정한 조건을 갖춰야 한다. 요건은 응축 쪽과 증발 쪽으로 나뉘며, 응축 쪽 요건의 기준은 온도다. 냉매는 임계온도가 상온보다 충분히 높아야 상온에서 응축·액화할 수 있다. 증발 쪽 요건은 압력이 기준이므로, 응축은 온도 문제로, 증발은 압력 문제로 나누어 보면 선지를 가르기 쉽다. 응축은 온도, 증발은 압력

냉동기의 효과는 증발기에서 저온의 열을 흡수하고 응축기에서 그 열을 밖으로 방출하는 데 있다. 압축기와 팽창밸브는 순환 중 압력을 바꾸어 증발과 응축이 각각 알맞은 온도에서 일어나게 한다. 이 구조를 알면 개별 기기에 관한 선지가 순환의 어느 부분을 설명하는지 가릴 수 있다.

어느 한 기기라도 제 역할을 하지 못하거나 냉매 조건이 맞지 않으면 순환 자체가 성립하지 않는다. 따라서 냉매 선택과 기기 배치는 함께 판단해야 한다.

자세히

압축기의 종류와 압축 원리

압축기는 기체 냉매를 압축해 압력과 온도를 높이는 기기다. 압축기는 냉매의 압력과 온도를 올려 응축기에서 열을 내보낼 수 있는 상태를 만든다. 압축 원리에 따라 압축기는 네 가지로 나뉜다. 실린더 안에서 피스톤이 왕복하며 냉매를 흡입하고 압축하는 압축기는 왕복동식이다. 암수 로터 사이의 공간으로 냉매를 압축하는 방식은 스크류 압축기다. 임펠러가 고속으로 회전하며 생기는 원심력으로 냉매를 압축하는 압축기는 원심식(터보) 압축기다. 회전축에서 편심된 회전자로 냉매를 압축하는 방식은 회전식(로터리) 압축기다.

네 방식은 모두 기체 냉매를 압축하는 기기라는 점에서 같다. 그러나 압축 원리는 서로 다르므로, 명칭과 원리를 바꾸어 제시하는 선지로 구분할 수 있다. 표의 원리를 기준으로 압축기 종류를 식별하면 된다.

응축기·팽창밸브·증발기의 역할

증발기에서는 저압의 냉매액이 주변의 열을 흡수해 증발하고 기체가 된다. 압력이 낮으면 끓는점도 낮아지므로, 저압의 냉매액은 저온에서도 증발하면서 주변의 열을 가져간다. 냉동 효과는 이처럼 증발기에서 생긴다.

응축기는 냉매의 열을 방출해 압력을 거의 일정하게 유지하면서 온도를 낮추고 기체를 액화시킨다. 액화는 압력을 올려서 일어나는 것이 아니라, 열을 빼앗겨 온도가 내려가면서 일어난다. 팽창 밸브를 통과한 냉매는 압력이 강하하여 낮아진다. 압력이 낮아진 냉매가 증발기로 들어가므로 팽창밸브는 증발기 직전의 저압 구간을 만든다.