냉동기 시스템을 이해하는 데 있어 압력 엔탈피(PH) 차트는 각 구성 요소가 냉매의 압력과 엔탈피와 어떻게 상호작용하는지를 시각적으로 보여주는 중요한 도구입니다. 아래는 각 요소에 대한 세부 설명입니다.
압력 엔탈피(PH) 차트 기본 개념
PH 차트는 압력(P)이 세로축, 엔탈피(H)가 가로축에 표시된 그래프입니다. 이 차트 내에서 독특한 웨이브 모양인 ‘포화 곡선’이 냉매가 액체와 기체가 혼합된 상태에 있는 영역을 나타냅니다. 이 ‘포화 영역’의 꼭대기는 임계점으로, 완전히 과냉각된 액체 영역(왼쪽)과 과열된 증기 영역(오른쪽)을 나누는 지점입니다. 임계점은 증기 상태의 냉매가 액화할 수 있는 최대 압력을 의미하며, 냉동 사이클의 온도와 압력 범위를 안내하는 중요한 역할을 합니다.
압축기: 냉동 사이클의 핵심 동력
압축기의 역할은 증기 상태의 냉매를 고압 상태로 압축하여 사이클의 고압 쪽으로 이동시키는 것입니다. PH 차트의 증기 부분에 위치한 압축기는 증기의 압력과 온도를 증가시켜, 냉각을 위해 열을 방출할 수 있는 상태로 만듭니다. 냉동기에서 자주 사용되는 압축기 종류는 다음과 같습니다:
- 왕복식 압축기는 피스톤을 사용하여 자동차 엔진과 유사하게 작동하나, 냉동기를 위해 대형화되어 있습니다.
- 스크롤 압축기는 하나의 고정된 플레이트와 회전하는 플레이트가 나선형으로 움직이며 증기를 압축합니다. 효율이 높아 40톤 이하의 시스템에 주로 사용됩니다.
- 스크류 압축기는 서로 맞물린 수컷과 암컷 로터가 반대 방향으로 회전하며, 40톤 이상의 대형 시스템에서 보다 효율적으로 증기를 압축합니다.
- 원심식 압축기는 물 펌프의 임펠러와 유사하게 고속 회전으로 증기의 속도와 압력을 증가시키며, 대형 상업용 응용 분야에 적합합니다.
응축기: 열 방출과 액체 상태로의 전환
압축 후 냉매는 고압의 증기로 응축기에 진입합니다. PH 차트에서 고압 영역에 위치한 응축기는 과냉각을 시작하며, 냉매가 응축기에서 벗어나면서 완전한 액체 상태로 전환됩니다. 냉동기의 응축기는 옥외 코일과 유사하게 작동하지만 공기 대신 물을 이용하여 열을 흡수합니다. 냉매는 물이 들어있는 튜브를 둘러싼 배럴을 통해 흐르며, 냉매가 더 차가운 물에 열을 방출하여 증기에서 액체로 변환되도록 합니다. 이렇게 액체 상태가 된 냉매는 이후 팽창 밸브(계량 장치)로 이동합니다.
계량 장치: 압력 조절 및 흐름 보장
계량 장치는 응축기(고압 측)와 증발기(저압 측) 사이의 압력 차이를 만들어 냉매가 효율적으로 흐를 수 있도록 합니다. 계량 장치에는 **전자식 팽창 밸브(EEV)**와 온도 조절식 팽창 밸브(TXV) 등 여러 종류가 있으며, 일부 시스템 특히 오래된 시스템에서는 냉매 수준을 관리하는 플로트 밸브가 사용됩니다. PH 차트에서는 고압과 저압 영역을 나누는 수직선으로 표시되며, 완전히 액체 상태인 냉매만이 들어가야 합니다. 이 상태를 확인하기 위해 시야경을 확인하거나 액체 라인의 과냉각을 측정합니다. 시야경에 기포가 보이면 과냉각이 부족하다는 의미로, 증발기로 증기가 제대로 들어가지 않을 수 있습니다.
증발기: 냉각된 공기 공급
PH 차트의 저압 영역에 위치한 증발기는 열을 흡수하여 냉매 온도를 낮추고, 이를 통해 냉각된 물이나 공기를 실내 공간에 제공합니다. 증발기는 셸과 튜브 열교환기로 작동하며, 냉매가 물-부동액 혼합물이 든 튜브 주변을 흐릅니다. 이 물은 순환하면서 온도가 약 55°F에서 45°F로 낮아지며 냉매에 열을 전달합니다. 증발기의 과열 과정에서는 증발기에서 나온 냉매 증기가 그 포화점 이상으로 가열되며, 이를 통해 액체 냉매가 압축기로 들어가지 않도록 합니다.
요약하면, 각 냉동기 구성 요소는 PH 차트를 바탕으로 하여 전체 냉동 사이클에서 온도와 압력을 조절하고 관리하는 시스템을 이루어 냉동기의 효율과 냉각 용량을 극대화합니다.
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