기본 냉동: 열전달의 열역학

냉동 사업에 종사하지 않는 사람들은 종종 냉동 장비가 차가운 공기를 생성한다고 생각합니다. 실제로 장비는 실제로 공기에서 열을 제거하고 남은 것, 즉 추위를 남깁니다. 센서가 목표 온도에 도달했다고 판단하면 장비가 일시 정지되고, 온도가 회복되면 장비가 다시 작동됩니다.

이는 상당히 단순한 개념이지만, 우리 모두는 냉동 장비에 그 이상의 것이 있다는 것을 알고 있습니다. 이 기사에서는 열이 흐르는 방식과 열 전달 속도를 결정하는 요소에 대해 알아봅니다. 또한 온도와 압력 변화가 밀봉된 배관 시스템의 냉매 상태에 어떻게 영향을 미치는지 설명하는 4가지 법칙에 대해서도 배우게 됩니다. 기술자는 장비 문제를 해결하면서 이 모든 것을 알아야 합니다.

열 전달에는 세 가지 방법이 있습니다.

이제 다양한 열 전달 방법을 이해했으므로 열 전달 속도에 영향을 미치는 요소를 알아야 합니다.

냉매는 특정 특성에 따라 선택되며 냉매의 작동 방식은 열 제거 공정에 매우 중요합니다. 온도와 압력을 조작함으로써 냉매가 열을 흡수하거나 거부할 수 있는 조건을 설정할 수 있습니다.

자급식 또는 밀폐형 냉동 시스템에서는 냉매 배관이 완전히 연결되어 외부 공기 압력에 노출되지 않으며 구성 요소에는 압축기, 응축기, 증발기가 포함됩니다(그림 1 참조).

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그림 1: 냉동 시스템에는 압축기, 응축기, 증발기를 포함한 구성 요소가 포함되어 있습니다. (히트크래프트 제공)

액체 상태에서 냉매는 워크인 쿨러의 열을 시스템을 통해 실외 열교환기로 전달하도록 준비됩니다. 액체는 압축될 수 없으므로 냉매는 뜨거운 증기 형태로 응축기 입구로 들어와 응축 코일 통로를 통해 이동합니다. 외부 공기와 뜨거운 증기 사이에 온도 차이가 있기 때문에 열이 전달되고 냉매는 응축기 출구에서 나올 때 기체에서 액체로 상태가 변경됩니다.

그림 1에 표시된 액체 저장소는 단순히 과냉각된 액체를 받은 다음 열팽창 밸브(TXV) 또는 전기 팽창 밸브(EEV)로 흐릅니다. TXV 또는 EEV를 떠날 때 냉매는 분배기로 이동하여 액체 냉매의 흐름을 증발기 코일의 모든 개구부로 나눕니다. 여기서 냉매 압력이 떨어지면서 온도가 낮아집니다. 이 두 요소는 정비례합니다.

증발기 코일에서는 압력 저하로 인해 온도가 크게 저하됩니다. 코일을 통해 불어오는 따뜻한 공기는 흡입 라인을 통해 다시 압축기로 흡입되는 차가운 냉매에 의해 흡수된 열의 일부를 포기합니다. 냉매 증기는 압축기로 들어가고, 압축기는 냉매를 뜨거운 가스로 배출한 다음 응축 코일의 입구로 들어가고, 그곳에서 증발기에서 수집된 열을 외부 대기로 방출하거나 방출합니다. 그와 같이 뜨거운 기체에서 과냉각된 액체로 상태가 변경됩니다. 그런 다음 사이클이 다시 시작됩니다.

증기에서 액체로의 상태 변화를 관리하는 일련의 법칙이 있습니다. 냉매가 밀봉된 시스템 내부에 있을 때 액체 상태인지 기체(증기) 상태인지 여부에 여러 가지 요인이 영향을 미치며, 냉매의 거동을 설명하는 4가지 법칙이 있습니다.

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그림 2: 보일의 법칙은 이상기체(오염물질이 포함되지 않은 기체)의 압력은 일정한 온도에서 부피에 반비례한다는 것입니다. (히트크래프트 제공)

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그림 3: 완전기체 법칙에 따르면 냉매를 가열하면 압력이 증가하고, 냉매를 냉각하면 압력이 감소합니다. (히트크래프트 제공)

이 모든 정보는 기술자가 문제 해결에 더욱 능숙해지는 데 도움이 될 수 있습니다. 장비의 작동 방식을 아는 것은 비교 수단의 기준을 제공합니다.