HVAC 냉동사이클(Refrigeration Cycle) 기초 교육 — 한국어 번역
HVAC 초보 기술자 및 학생들을 위한 기본 냉동 사이클 설명
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여기 기본 냉동 사이클(refrigeration cycle) 파워포인트 자료가 있습니다. 초보 학생들이 이해할 수 있도록 만든 자료입니다.
빨간색 부분과 파란색 부분으로 나뉘어 있는데, 빨간색은 고압·고온(high pressure, high temperature) 측이고, 파란색은 저압·저온(low pressure, low temperature) 측입니다.
모든 냉동 시스템에는 고압 측과 저압 측을 구분하는 두 가지 핵심 부품이 있습니다.
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압축기(Compressor)
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팽창장치(Metering Device)
압축기의 역할은 냉매(refrigerant)의 압력을 높여 온도를 상승시키는 것입니다.
반대로 팽창장치는 냉매 압력을 낮춰 냉매 온도를 떨어뜨리는 역할을 합니다.
(00:30)
저압·저온의 기체 냉매(vapor refrigerant)가 압축기로 들어갑니다.
여기서는 왕복동 압축기(reciprocating compressor)를 사용하고 있습니다.
압축기 출구에서는 고압·고온의 기체 냉매가 나옵니다.
그 다음, 이 고압·고온의 토출가스(discharge gas)가 응축기 코일(condenser coil)로 들어갑니다.
응축기에서는 냉매가 열을 외부로 방출(reject heat)하게 됩니다.
냉동사이클 전체의 핵심 목적은 바로 열 이동(heat transfer) 입니다.
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증발기(evaporator) 또는 실내 코일(indoor coil)에서 열을 흡수
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응축기(condenser coil)에서 열을 방출
즉, 냉매는 열을 운반하는 매개체입니다.
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압력을 올리는 장치와 낮추는 장치를 통해 냉매 상태를 조절합니다.
응축기에서는 외부 공기를 코일에 통과시켜 냉매의 열을 외부 공기로 방출합니다.
반대로 실내 코일에서는 실내 공기를 코일에 통과시켜 냉매가 열을 흡수합니다.
그 결과 반대편에서는 더 차가운 공기가 나오게 됩니다.
즉, 시스템 내부에서는 다음 세 가지가 동시에 일어납니다.
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공기(Air)
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코일(Coil)
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냉매(Refrigerant)
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고압·고온의 토출가스는 응축기로 들어가고, 응축기를 통과한 후에는 고압·고온의 액체 냉매(liquid refrigerant)가 됩니다.
이 냉매는 과냉각(subcooled) 상태가 됩니다.
즉, 냉매 온도가 추가로 낮아져 완전한 액체 상태로 유지됩니다.
냉매는 다음 부품들을 통과합니다.
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액관 서비스 밸브(liquid line service valve)
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필터 드라이어(filter dryer)
필터 드라이어의 역할은 시스템 내 수분(water vapor)을 흡수하는 것입니다.
수분이 냉동오일(refrigerant oil)과 섞이면 압축기 내부 전동기의 권선(electrical winding)을 손상시킬 수 있기 때문입니다.
(02:07)
냉동 시스템 내부에서는 냉매와 냉동오일이 함께 순환합니다.
압축기는 밀폐형(hermetically sealed) 구조이며 내부에는 전동기가 있습니다.
냉매는 단순히 순환만 하는 것이 아니라, 압축기 내부 모터를 냉각시키는 역할도 합니다.
서비스 밸브에서 압력을 측정할 수 있으며 밸브를 차단(shut down)할 수도 있습니다.
필터 드라이어는 수분 제거용이지만 저장 용량에는 한계가 있습니다.
즉, 여기까지는 과냉각 액냉매(subcooled liquid refrigerant)가 상태 변화 없이 이동합니다.
(03:11)
이후 냉매는 팽창장치(metering device)로 들어갑니다.
고압·고온의 과냉각 액냉매가 피스톤형 팽창장치(piston metering device) 내부를 통과하면서 압력이 급격히 감소합니다.
그 결과 저압 액체 상태가 되지만, 일부는 기화됩니다.
위쪽의 연한 파란색 부분이 바로 플래시 가스(flash gas)입니다.
압력이 너무 급격히 낮아지면서 냉매가 팽창(expansion)하기 때문입니다.
일반적으로:
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80% 액체
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20% 플래시 가스
상태로 증발기 코일에 들어갑니다.
(03:45)
이 시점에서 냉매는 이미 포화상태(saturated state)입니다.
포화상태란:
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액체(liquid)
•
기체(vapor)
가 동시에 존재하는 상태를 의미합니다.
냉매가 포화상태일 때는 항상 상변화(phase change)가 발생합니다.
이 상변화가 바로 냉매가 공기에서 열을 흡수할 수 있게 만드는 핵심 원리입니다.
냉매는 코일 내부를 이동하는 동안 동일한 온도를 유지하다가 완전히 기체 상태가 될 때까지 증발합니다.
완전히 기체 상태가 된 이후에는 공기에서 추가 열을 흡수하면서 온도가 상승할 수 있습니다.
(04:17)
따뜻한 공기가 코일을 통과하면서 냉매는 열을 흡수합니다.
그 결과 증발기(evaporator)를 빠져나오는 냉매는:
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저압
•
저온
•
기체 상태
가 됩니다.
그리고 다시 압축기로 돌아가며 냉동사이클이 반복됩니다.
(04:48)
중요한 점은 압축기로 들어가는 냉매가 반드시 기체 상태여야 한다는 것입니다.
압축기는 기체 전용 압축기(vapor compressor)이기 때문입니다.
만약 포화냉매(saturated refrigerant), 즉 액체가 일부 포함된 상태로 압축기에 들어가면 압축기가 손상될 수 있습니다.
예를 들어:
•
실내 송풍기(blower motor) 고장
•
콘덴서(capacitor) 불량
등으로 공기 흐름이 멈추면, 냉매는 증발기에서 충분한 열을 흡수하지 못합니다.
그 결과 액체가 포함된 냉매가 압축기로 돌아가게 되고, 이는 압축기 손상의 원인이 됩니다.
(05:15)
이것이 기본 냉동사이클입니다.
더 배우고 싶다면 AC Service Tech 웹사이트를 참고하세요.
•
냉매 충전 및 서비스 절차 교재
•
공조 시스템 점검 방법
•
트러블슈팅(troubleshooting)
•
자율학습용 1000문제 워크북
•
PT 차트(Pressure-Temperature chart)
•
과열도(superheat), 과냉각(subcooling) 계산 카드
등의 자료를 제공합니다.
아마존에서도 구매 가능합니다.
시청해주셔서 감사합니다. 다음 영상에서 다시 뵙겠습니다.
