냉동공조관련 용어

[朴 鉉 求]

 

냉동공조관련 용어

1.  냉동기의 정의

   “냉동기”라고 하는 가장 기본적인 용어의 정의는 다소 추상적이며 포괄적인 것으로서 적절히 규정하기 힘들다.

“refrigerator”를 냉동기라고 번역하는 것은 잘못된 것으로서 이는 전기 냉장고를 말하는 것이고, 냉동기에 적절하게 대응되는 영어는 없다. 냉동제조업체 혹은부품상의 카탈로그에서 흔히 볼수 있는 압축기, 압축기용 전동기, 응축기 및 부속품이 일체형으로 구성되어 임의의 증발기와 조합할 수 있는 냉매 재액화 장치로서의 유닛은 정확하게 말하면 “응축유닛(condensing unit)”이라고 하는 것이다.

   한편 터보 냉동기나 흡수식 냉동기는 냉수를 만드는 장치로서 증발기까지 포함해서 칭하는 것인데 더 넓은 의미에서는 플랜트를 구성하는 냉동 장치까지도 냉동기라고 부르고 있다. 때문에 냉동기라는 단어가 구체적으로 냉동사이클의 어느 부분을 지칭하는 것인지는 규명하기가 매우 힘들다.

2.  냉매의 특성관련 용어

1)      포화상태

   어떤 상태를 나타내는 양이 한계선에 이르러 더 이상 증가할 수 없는 상태가 될 때 일반적으로 이것을 포화 상태라고 한다.

   예컨대 용기 속에 들어있는 냉매액은 어떤 일정한 온도 하에 두면 포화 상태가 되는데 이때 나타내는 압력은 온도에 따라서 결정된다. 주위의 온도가 상승하면 압력도 상승하여서 시간이 지나면 주위온도에 평형한 일정한 압력으로 유지되는데 이 상태가 포화상태이다.

   또한 다른 예를 들면 증발기 내에서 통상 압력은 일정하게 유지되어 있는데 냉매의 액체와 증기가 혼합되어 있어 포화상태 하에 있는데 이 압력하에서의 냉매액은 조금이라도 열을 가하면 온도는 변하지 않고 증발 즉, 비등을 시작한다. 이와 같은 상태의 액체를 포화액이라고 한다. 또한 이 포화액과 함께 있는 증기를 포화증기라고 한다.

   포화압력과 포화온도와의 관계에 잇어서, 압력을 어떤 방법으로 어떤 값으로 일정하게 유지하면 온도가 결정되고 반대로 온도를 일정하게 유지하면 그때의 압력이 결정된다.

[표1]은냉매 R-22의 포화상태의 온도와 포화압력의 관계를 나타낸다.

2)      포화압력

    냉매가 포화상태에 있을 때에 나타내는 압력이다. [표1]로부터 예컨대 온도가 40℃?일 때 냉매 R-22의 포화압력은 계기압력으로 14.61kgf/㎠이다.

[표1] 압력과 온도의 관계(프레온 22)

증발압력		응축압력
온도(℃?)	계기압력(kgf/㎠)	온도(℃?)	계기압력(kgf/㎠)
12	6.34	20	8.25
8	5.50	24	9.33
4	4.74	28	10.50
0	4.04	32	11.77
-4	3.42	36	13.14
-8	2.85	40	14.61
-12	2.85	44	16.19
-16	1.88	48	17.89
-20	1.47	52	19.71
-24	1.11	56	21.65
-28	0.78	60	23.73
-32	0.50	64	25.94
-36	0.25	68	28.30
-40	0.04	72	30.81

3)      포화온도

   냉매가 포화상태에 있을 떄의 온도를 말한다. [표1]로부터 예컨대 압력이 계기압력으로 14.61kgf/㎠일 때 냉매 R-22의 포화온도는 40℃?이다.

4)      습증기

   냉매의 포화증기와 포화액의 섞여 있는 상태를 말한다.

5)      과열증기

   포화상태에 있을 때 압력이 정하여지면 이에 대하여 온도가 결정되지만 이 중에서 포화증기만 (“건포화증기”라고 한다)을 꺼내어 압력은 그대로 둔 채 열을 가하면 증기의 온도가 상승한다. 이와 같이 어느 압력에 대응하는 포화온도보다도 높은 온도에 있는 증기를 “과열증기”라 하고 포화증기와 과열증기의 온도차를 “과열도”라고 한다.

   기계 등이 허용한계를 넘어서 온도가 상승하는 과열상태(overheat)와 혼동하지 말 것.

6)      과냉각액

   냉매액의 온도가 포화온도보다 낮을 때 그 냉매를 “과냉각액”이라고 한다. 포화상태의 액체를 더욱 냉각할 때에는 과냉각액이 된다.

   또한 같은 압력 하에서 과냉각의 상태에 있는 냉매액의 온도와 그 포화 온도와의 온도차를 “과냉각도”라고 한다. 또한 예컨대 물을 아주 서서히 냉각해 나가면 동결온도인 0℃?에서도 얼지 않는다. 이와 같이 동결온도 이하의 온도하에 있는 액체(물)의 상태를 “과냉각”이라고 할 수 있는데 이것과 정확하게 구별하기 위해서 “서브쿨(subcool) 액체”라고 하고 그때의 온도차를 “서브쿨도”라고 한다.

7)      비체적

   냉매 1kg이 차지하는 체적(㎥)을 “비체적(㎥/kg)”이라고 하는데 냉매액 및 냉매증기에 모두 적용된다. 이것을 구분하기 위하여 “액체비체적”, “증기비체적” 등으로 나타내기도 한다.

8)      엔탈피(enthalpy)

   냉매가 갖는 내부에너지와 [압력x체적]과의 합계를 “엔탈피”라고 한다.

   보통 1kg에 대한 값을 말하는데 kcal/kg의 단위로 나타낼 때 “질량엔탈피” 또는 “비엔탈피(specific enthalpy)”라고 한다. 다만 1kg에 대한 것이라는 것이 분명할 때에는 비엔탈피를 단순히 “엔탈피”라고 부르는 일이 많다.

a)  압력이 일정한 상태에서 냉매를 가열하거나 냉각하거나 할 때의 엔탈피의 변화량은 그동안에 출입한 열량과 같다.

h₂ – h₁ = Q

h₁ : 처음의 엔탈피(kcal/kg)

h₂ : 변화후의 엔탈피(kcal/kg)

Q : 변화하는 사이에 가해진 열량(kcal/kg)

b)  단열압축을 할 때의 엔탈피의 증가량은 압축에 사용된 일량과 같다.

h₂ – h₁ = W

W : 압축에 사용된 일량(kcal/kg)

c)  교축팽창(예를 들면 팽창밸브를 통과할 때)을 할 때에는 교축팽창 전후의 엔탈피의 값은 변화하지 않는다.

h₂ – h₁ = 0,  h₂ = h₁

d)  같은 압력의 냉매를 혼합할 때, 엔탈피 h₁, 질량 m₁인 냉매와 엔탈피 h₂, 질량 m₂인 냉매를 혼합하면 혼합한 후의 엔탈피 h₃은 각각의 엔탈피와 질량의 곱의 합을 각각의 질량의 합으로 나눈 값이다.

h₁m₁ + h₂m₂

h₃ = ㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡ

m₁ + m₂

9)      엔트로피(entropy)

절대온도가 T인 냉매에 미소 열량 dQ를 가할 때 그 냉매의 엔트로피의 미소 증가량 ds는

       dQ

ds = ㅡㅡㅡㅡ

        T

가 되고 온도가 일정한 상태에서 변화할 경우

            Q

S2 – S1 = ㅡㅡㅡ

                       T

           Q : 가해진 열량(kcal/kg)

           S₁ : 처음의 엔트로피(kcal/kgK)

           S₂ : Q의 열량을 가한 후의 엔트로피(kcal/kgK)

           단열압축을 할 때는 dQ=0 이기 때문에 ds=0, 따라서 단열압축을 할

           때는 엔트로피가 변화하지 않는다.

           엔트로피도 특히 1kg에 대한 것이라고 하는 것을 강조할 때에는 “비엔

           트로피”라고 한다.

10)    증발잠열

   압력이 일정한 상태 하에서 건포화 증기의 엔탈피와 포화액체의 엔탈피의 엔탈피 차를 “증발잠열”이라고 한다. 응축할 때의 잠열도 압력이 같으면 증발잠열과 같다.

엔트로피의 정의로부터

          r=T(S₂-S₁)(kcal/kg)

r : 증발잠열

S₂ : 건포화증기의 엔트로피(kcal/kgK)

S₁ : 포화 액체의 엔트로피(kcal/kgK)

T : 포화온도(K)

11)    증기와 가스

   증기와 가스의 구별은 명확하게 정의되어 잇지 않다.

일반적으로는,

(a) 액체와 평형상태에 있는 포화증기의 상태로부터 멀리 떨어지지 않은 상태의 것을 증기라고 한다.

(b) 임계온도 이하의 온도 하에 있을 때 증기라고 한다.

(c)     임계온도 이상으로 충분하게 과열된 상태에서는 가스라고 한다.

   냉동에서는 압축기 출구의 상태는 임계온도를 넘는 경우도 많고 과열이 충분한 경우가 많으므로 “토출가스”라고 하는데 흡입구에서느 ㄴ위에서 말한 (a), (b)의 상태가 보통이므로 “흡입증기”라고 하는 경우가 많다.

3.  냉동사이클에 관한 용어

1)      냉동효과

   냉동사이클에서 증발기출구의 엔탈피와 증발기입구의 엔탈피의 차를 말한다.

   엔탈피의 값은 비엔탈피(kcal/kg)로 나타내는 것이 보통이므로 “냉동효과”라고 하는 용어는 냉매의 유량 1kg에 대한 냉동능력을 맗한다. 이에 대해서 “냉동능력”은 이 냉동효과에 냉매의 질량유량을 곱한 값, 즉 증발기에 있어서의 냉동능력을 말한다.

2)      건압축

   압축기의 흡입구로부터 토출구까지 냉매가 과열상태인 압축과정을 말한다.

3)      습압축

  압축의 과정에서 냉매가 습한 상태인 압축과정을 “습압축”이라고 한다.

4)      단열압축

   압축과정에서 냉매에 대하여 열의 출입이 없을 때 이것을 “단열압축”이라고 한다. 실제의 압축기에서는 반드시 얼마만큼의 열의 출입이 있으나 이 열량은 일반적으로 적기 때문에 단열압축으로 가정해서 냉동사이클의 계산을 한다.

4.  공기와 공기조화

1) 습공기

      공기와 수증기가 혼합되어 있는 보통의 대기를 “습공기”라고 한다.

   공기만 있고 수증기가 포함되지 않는 경우를 “건조공기”라고 한다. 안개

   가 섞여 있는 공기는 “안개낀 공기”라고 해서 습공기와 구별한다.

      습공기 중의 수증기의 분압이 그 온도에서의 포화수증기압력과 같을

   때 그 공기를 “포화습공기”라고 한다. 이 온도에서는 그 이상의 수증기

   는 포함 할 수 없기 때문이다.

2) 건구온도

      감온부가 건조한 상태인 온도계(보통의 온도계)로 측정한 공기의 온

   도를 말한다.

      온도계는 주위로부터 복사열을 받을 때는 올바른 공기의 온도를 나타

   낼 수 없으므로 이와 같은 때에는 정확하게 하려면 복사열의 영향을 보

   정하여야 한다.

3) 습구온도

      온도계의 감온부가 물에 젖은 습포(가제 등의 젖은 심지) 등으로 둘

   러싸여 있으며 3~5m/s 이상의 공기류에 접촉시킬 때 온도계에 나타나

   는 온도를 말한다.

      감온부 주위의 공기가 건조되어 있으면 습포의 표면으로부터 물이 증

   발해서 증발잠열의 형태로 열을 빼앗겨서 그만큼 온도가 낮아지므로 공

   기중의 수분의 양(습도)을 측정하는데 이용된다.

4) 상대습도

      습공기의 건구온도에서 갖는 포화습공기의 수증기분압에 대한 습공기

   중에 있는 수증기분압의 비를 백분율로 나타낸 값이다.

5)      절대습도

   습공기중의 1kg의 건조공기와 함께 포함되어 있는 수증기의 질량(kg/kg(건조공기) 또는 (DA))이다. 이것을 (kg/kg(DA))로도 표시한다.

6)      노점온도

      습공기를 냉각할 때 수증기의 일부가 응결하여 물방울이 되기 시작하

   는 온도, 즉 결로를 일으키기 시작하는 온도인데 습공기 중의 수증기분

   압에 대한 물의 포화온도이다.

7)      엔탈피

      습공기의 엔탈피는 0℃?의 건조공기의 엔탈피를 기준으로 해서 습공

   기가 갖는 열량을 건조공기 1kg에 대해서 나타낸다. 건구온도 t℃? 및 절

   대습도 xkg/kg인 습공기의 엔탈피는 h = 0.24t + (597.3 + 0.441t) x

   (kcal/kg(DA))로 표시된다.

8)      공조부하

   공기조화를 할 때 외기와의 사이의 온도와 습도의 차, 일사, 내부에서의 발열 등에 의해서 생기는 공조장치가 대응해서 처리해야 하는 열량