1.에어컨의 기본원리 2.냉동 사이클 3.냉동 사이클 구성부품

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1 1.에어컨의 기본원리 2.냉동 사이클 3.냉동 사이클 구성부품
증발하기 쉬운 액체를 증발시켜 그 증발열로써 물건을 차갑게 하는 자연 현상을 기계적으로 이루어지도록 한 것을 냉동기(냉방기) 라 한다. 2.냉동 사이클 압축식 냉동 사이클은 다음 행정에 의해 반복 된다. 증발 압축 응축 팽창 3.냉동 사이클 구성부품 1) 증발기 (EVAPORATOR) 에바 팽창밸브를 통과하여 저온 저압으로 강압된 액체 냉매를 유입하여 주위의 공간 또는  피냉각 물체와 열 교환시켜 액체 증발에 의한 열 흡수로 냉동의 목적을 이루는 기기. 2) 압축기 (COMPRESSOR) 콤푸레샤 증발기에서 증발한 저온 저압의 기체 냉매를 흡입하여 다음의 응축기에서 응축액화  할 수 있도록 응축온도에 해당되는 포화압력 까지 압력을 증대시켜 주는 기기 3) 응축기 (CONDENSER) 콘덴셔 압축기에서 압축되어 토출되는 고온 고압의 기체냉매를 주위의 공기나 냉각수로  열 교환 시켜 기체냉매의 고온의 열을 방출 시켜 응축액화 시키는 기기. 4) 팽창밸브 (CAPILLARY TUBE) 캐피라리 튜브 응축기에서 응축 액화한 고온 고압의 액체 냉매를 교축작용에 의하여 저온 저압의 액   냉매로 온도와 압력을 동시에 강화시켜 다음의 증발기에서 액체증발에 의한 열 흡수 작 용을 일으킬 수 있도록 적정량의 냉매유량을 조절공급 하는 밸브

2 4.에어컨의 개략도해 설명서 1) ROOM A/C :모세관( Copi : Tube)이 실외기측에 있다.
실내기 증발기 고압측 (액체) 모세관 실외기 응축기 저압축(기체) 동배관 연결부위 압축기 2) CUSTOM A/C :모세관( Copi : Tube)이 실내기측에 있다. 실내기 증발기 실외기 응축기 모세관 고압측(액체) 저압축(기체) 동배관 연결부위 압축기

3 5.싸이클의 구체적인 흐름도 압축기(compressor) → 고온고압의 기체냉매 → 응축기(condenser) → 고온고압의 액체냉매 → 드라이어(dryer) → 팽창밸브(capillary) 캐피라이 튜브 → 서비스밸브 → 저온 저압의 액 냉매 → 증발기(evaporator) 에바 즉 실내기 → 저온저압의 기체 → 서비스 밸브 → 압축기(compressor) 뜨거운 열 방출 과냉각 영역 고온고압액체 과열증기 영역 고온고압 가스토출 압축과정 응축과정 증기 액체 고압측 저압측 팽창과정 고압 저압(LP) 과냉각도(SC) 응축압력 과열도(SH) 증발압력 방출열량qc(㎉/㎏) A B C D E F G Q=hc-ha 냉동효과Q(㎉/㎏) Qc=hd-ha=q+AW AW 저온저압액체 증발과정 열 냉동능력Q(㎉/h) 과열영역 냉매순환량G(㎏/h) 기본냉동 싸이클 팽창밸브 통과전=고압상태 팽창밸브 통과후=저압상태 포화증기선 임계점 포화액선 임계점: 액체와 기체의 두 상태를 서로 분간할 수 없게 되는 임계상태에서의 온도와 이 때의 증기압.

4 1) 증발과정 (Vaporization) 증발과정은 냉동장치의 증발기(실내기)에서 액냉매가 열교환기 주위에 있는 공기나 물질로부터 증발에 필요한 증발잠열을 흡수하여 증발하는 과정을 말한다. 이에 따라서 냉매에게 열을 빼앗긴 주위의 공기나 물질은 냉각되어 저온으로 유지되며, 냉매는 주위에서 열을 빼앗아 증발하게 된다. 이때 냉매가 액체에서 기체로 증발하는 과정에서의 냉매온도와 압력은 일정하게 유지된다. 이때 냉매로 흡수되는 열량은 냉매가 액체에서 기체로 변화하는 과정에 기여하는 잠열이며, 이 흡수열량이 많다는 것은 곧, 냉동 능력이 크다는 것이다.   * 다시말해 증발과정이 에어컨의 냉방능력 및 제습능력을 결정한다. 냉매가 기체로 모두 변하는 B점 이후부터 B-C 구간은 과열도로 표기되며, 증발기에서 증발이 끝난 냉매(B점)에서 과열되어 압축기의 가스측 흡입구(Suction) 부위에 들어가는 것을 의미한다. (A-B-C) 2) 압축과정 (Compression) 압축기에서 냉매증기를 압축하는 과정을 말하며, 압축변화는 등엔트로피선을 따라 응축 압력에 도달하게 된다. 증발기에서 나온 과열증기(C점)는 압축기에 흡입되어 D점까지 압축되고 응축기로 들어간다. 압축과정은 상온의 물이나 공기에 의해 냉각되어 응축이 잘 될 수 있도록 압력을 높이는 역할을 한다.(C-D)    * 냉매가스를 압축하는 이유 - 가스를 응축하여 액체로 변환시키기 위해서는 가스 온도를 높여주면 상온의 온도로 냉각하여도 쉽게 응축된다. 따라서 응축기의 가스 온도가 80℃ 정도라면 상온의 온도(30℃)로 쉽게 응축된다. 반대로 응축기 가스온도가 30℃ 라면 응축하기 위하여 주변의 온도는 30℃ 보다 훨씬 낮은 0℃ 정도의 공기로 냉각 하여야 한다. 따라서 통상 상온에서 설치되는 기계적 환경을 생각할 때 냉매가스를 압축하여 온도를 높여야 하는 이유가 설명된다.    * 예를 들어 에어컨에 흔히 사용하는 냉매인 R-22는 대기압(1.033kg/cm2a) 에서 -40.8℃에서 증발한다. 따라서 제품에 적용하기 위해서는 우리가 원하는 증발온도에 상응하는 압력까지 압력을 상승시켜야 한다. 즉 압력을 6.14kg/ cm2a 까지 올리면 증발온도는 6℃로 올라간다.

5 3) 응축과정 (Condensation) 응축기(실외기) 내에서 냉매가 응축되는 과정을 말하며, 냉매는 응축기 외부의 물이나 공기에 의해 냉각되어 기체에서 액체 상태로 변화한다. 압축기에서 나온 고온 고압의 냉매가스는 상온의 냉각수나 냉각공기에 의하여 식혀지고,쉽게 액화할 수 있는 상태가 되며, 이때 냉각수나 냉각공기로 방출되는 열량을 응축열량이라고 한다. 이 응축열량은 냉매가 증발기에서 주변의 온도를 빼앗아 흡수한 열량과 압축기에서 압축에 의해 가해진 열을 합친 열량이 된다. 응축과정도 증발과정과 같이 응축기 내에서의 냉매는 증기와 액이 혼합된 상태이며, 기체에서 액체로 변화하는 동안 응축압력과 온도 사이에는 일정한 관계가 있어 압력이 결정되면 온도가 결정되고, 역으로 온도가 결정되면 그 때의 압력도 알 수 있다. 압축기에서 나온 과열증기(D)는 냉각되어 E 점부터 기체에서 액체로 응축이 되기 시작한다. E- F 구간에서는 계속하여 기체에서 액체로 응축되다가 점 F에서 100% 액냉매가 된다. F-G 구간은 계속 냉각되어 과냉의 액냉매가 된다. 4) 팽창과정 (Expansion) 팽창과정은 액 냉매가 팽창밸브를 통과하며 상태가 변화하는 것을 말하며, 외부와의 열출입이 없는 단열팽창으로 엔탈피의 변화가 없다. 이 팽창과정은 응축기에서 응축된 액 냉매가 증발기에서 쉽게 증발할 수 있도록 압력을 저하시키며, 팽창과정 동안에 온도도 저하된다. 팽창밸브는 냉매의 팽창이 일어나는 곳으로 감압작용과 함께 증발기로 유입되는 냉매의 유량을 조절하는 역할을 한다.(G-A)  * 단열팽창이란? - 에어컨의 Capillary tube 를 통과하는 냉매는 좁은곳에서 갑자기 넓은 곳으로 쏟아져 나오면, 압력이 적어지면서 부피가 순간적으로 급격히 커지게 된다. 이에 따라 외부온도와 열을 주고받을 새도 없이 자신이 가지고 있는 열을 써서 부피를 늘리는데 사용하므로 냉매의 온도도 내려가는 것이다.   * 엔탈피란? -  물질이 갖는 전체 에너지는 내부 에너지 외에 그때의 압력과 체적의 곱에 해당되는 에너지를 가지고 있다. 이 두가지를 합한 것을 하나의 양으로 다루는 것이 편리한데, 이 양을 엔탈피 라고 하며, H kcal 또는 h kcal/kg 으로 표기한다.  본래 1930년 대에 네덜란드의 유명 실험물리학자인 온네스라는 사람에 의해 제창되었으며, 어원은 그리스어의 “따뜻하다”라고 하는 의미에서 온 것이기 때문에 한마디로 그 물질이 가지고 있는 열량이다. 이 장에서의 엔탈피란 냉매가 어느 상태에서 보유한 열량의 총량(내부에너지+일 에너지)을 말한다.

6 6.냉매의 상태변화와 p-h 선도 몰리에르선도 :
포화증기:일정한 온도의 공간에서 액체와 평행 상태에 있는 증기, 증발을 계속하던 액체가 어느 한도에 이르러 그치게 된 때의 증기 과열증기: 불포화 증기 또는 비등점 보다 높은 온도의 증기 액체나 고체가 증발 또는 승화하여 생긴 기체 응축기:Condenser <상온고압> 과열증기 <고온고압기체> 포화액선 포화증기선 과냉각액 팽창밸브 Capi. Tube 고압 S/V 증발기:Evaporator <저온저압> 응축행정 팽창행정 증발행정 압축행정 절대압력<P> (Kg/㎠abs) 습증기 포화증기 저압S/V 상온저압 Discharge Suction 부 압축기 <Compressor> 엔탈피<h>(㎉/kg) 포화액(액체) 포화증기(기체) 포화증기(기체) 포화액(액체) 몰리에르선도 : p-h선도라고도 하며 냉매의 상태를 나타내는 線圖로서 수직축에 압력(P)를 수평축에 엔탈피(h)를 나타낸다.

7 1) 용어설명 ① 포화증기선: 포화증기선은 냉매액이 엔탈피를 얻어 충분히 활성화 되어 그 압력에서 액으로서의 냉매를 하나도
가지고 있지 않은 상태점들을 연결한 선이다. 포화증기선의 왼쪽 부분으로 가면 습증기상태이고 오른쪽 부 분으로 가면 과열증기가 된다. 포화증기선에 가까울수록 냉매의 건조 도가 증가하게 되고 포화액선을 0, 포화증기선을 1로 잡아 사이에서 의 건조한 정도를 그 냉매의 건도라고 한다. ② 포화액선: 그림에서 알 수 있듯이 포화액선은 완전포화상태의 상태점들을 연결한 선이다. 이 상태에서 왼쪽부분으로 가면 과포화상태가 되고 오른쪽 부분으로 가면 증기가 포함된 상태가 된다. ③ 엔탈피: 어느 압력하에서 1kg의 물체내에 들어있는 열량과 그 체적 만큼 주 위의 것을 밀어낸 일의 열당량을 합한 것을 말하는데 어떤 상태에서 가지고 있는 그 물질의 총열량이라고도 표현할 수 있다. 세로축의 등 엔탈피선 위의 냉매는 모두 같은 엔탈피(kcal/kg)를 가진다. ④ 등압선: 선도에서 횡으로 그어진 선 위의 냉매 압력은 모두 같다. 등압선에 표시된 압력의 다누이는 절대압력 (절대압력=게이지압+대기압)을 사용 하므로 냉동장치의 압력계(게이지압)과 비교할 때에는 주의하여야 한다 ⑤ 등비체적선: 등비체적선은 냉매의 비체적, 즉, 냉매 1kg당의 체적이 같은 점을 연 결한 곡선이다. v=0.1m3/kg이라고 표시된 등비체적선은 냉매 1kg당 체적이 0.1m3인 냉매를 나타내고 있는 것이다. ⑥ 등엔트로피선: 엔트로피란 물체가 어느 열량을 잃어버리거나 얻을 때, 그 열량을 물 체의 절대온도로 나눈 값으로서 엔트로피의 감소 또는 증가로 나타난 다고 생각할 수 있다. 바꾸어 말하면 물체에 열의 출입이 없으면 그 물체의 엔트로피는 변화하지 않게된다. 냉동장치의 압축기에서 냉매 가스를 압축할 때 일어나는 과정을 단열압축이라 가정하고 이 때 엔 트로피는 변화하지 않는다. 실제 압축기에서의 냉매변화는 등엔트로피선을 따라 움직인다

8 <압력/온도에 대한 수치는 참고치 임>
7.냉동사이클의 흐름도해  넓은관(9.52)을 사용함 완전기체 증발기 (액냉매가 주위의 열을 흡수하여증발) 냉매(R22)비등점 대기압:-40.8℃ 5kg/㎠:5.4℃ 20kg/㎠:52.7℃ 이부분 압력은 캐피튜브 (CAPI Tube)에 비례함. -길어지면 낮아지고 짧아지면 높아짐 액체(85%)+기체(15%) 5kg/㎠.G.온도 5℃ (팽창밸브)-CAPI Tube (600~1,200mm) Dryer(수분제거용) *Dryerd의 건조제는 최대로 흡수 할 수 있는량이 정해져 있음 열흡수 Packed Valve(3/8”) Suction 부 Accumulator 액체제거 입력 출력 Compressor 압축기 압력19㎏/㎠G 액체압력20㎏ 주위온도 35℃ 표면온도(10~12℃) Discharge 부 이부분은 액체이므로 부피가 작아서 가는관을사용함 기체 액체5℃ 액체45℃ 온도39~40℃ 20㎏/㎠ G95℃ 열방출 응축기 압력은 일정하게 변하지 않고 온도만 낮춤 기체를 액체로 변환시킴 <압력/온도에 대한 수치는 참고치 임> Packed Valve(1/4”)

9 1) 각 기능별 동작 및 역할 ① Compressor : ② Condenser: ③ Strainer: ④ Dryer:
증발기에서 증발한 냉매증기를 흡입하는 작용과 그 증기를 응축기의 포화압력까지 압력을 높여서 내보내는 작용을 한다.즉 고온고압의 GAS를 만듬 (RPM: 3000~ 3600) ② Condenser: ㆍ압축기로 부터 토출되는 냉매GAS를 받아들이고 응축시켜서 재액화 시킴 ㆍ즉 압축기에 의해서 압축된 고온고압의 냉매증기를 상온고압으로 응축액화 함 ㆍ응축기의 냉각작용이 크면 응축기내의 온도가 낮아지고 응축압력도 낮아짐 ㆍ액화된 냉매는 보통 응축온도보다 더 낮은 과냉각액체가 되어 응축기에서 나옴 (응축기에서 제거하는 열량 = 압축기가 한 일량 + 증발기에서 냉매가 흡수한 열량) ③ Strainer: ㆍ응축된 냉매중의 불순물을 걸러줌 ④ Dryer: ㆍ순환되는 냉매 GAS로 부터 수분을 제거하여 냉매회로 막힘 불량을 사전 방지함      (수분은 제거하고 냉매만 통과시킴) ⑤ Capillary Tube: ㆍ응축기로 부터 나오는 액체냉매를 교축 (絞縮 ), 팽창시켜서 증발기로 보냄 ㆍ즉 냉매의 흐름을 제한해서 압력을 낮게 유지해서 냉매가 증발되기 쉽도록 함 ㆍ정상적인 운전상태에서는 CAPI-TUBE 입구에서는 액체의 냉매가 가득차게 되는 소위   액봉(液封 , Lipuid Seal)의 상태로 되어야 함 ㆍ냉동 CYCLE의 고압측과 저압측과의 경계선이 되는 곳임

10 교축작용 ⑥ Evaporator: ⑦ Accumulator:
ㆍ액체의 냉매를 증발시켜서 증발잠열에 의해 열을 흡수하여 저온을 생성함 ⑦ Accumulator: ㆍCOMP로 습냉매(액체성냉매)가 들어가는 것을 방지하여 COMP의 효율을 좋게 함 교축작용 가스는 저항이 큰 곳을 통과 할때 마찰이나 흐름의 흩어짐으로 인하여 흐름방향으로 압력이 강하한다. 즉 기체가 임의의 가는 구멍을 통과할 때에는 마찰 또는 흐름의 교량등으로 압력이 내려간다. 이와 같이 압력이 저하되고, 엔탈피가 일정한 변화를 교축 팽창 (Throtting Expansion)이라고 한다.

11 8.기본냉동사이클 저온.저압 액체 이부분은 기체이므로 부피가 커서 넓은관을 사용 실내기 증발기 10~12℃ 기체
이부분은 액체이므로 부피가 작아서 가는관을 사용 액측 5℃ 2-Way Valve CAPI Tube Dryer 증발기에서 쉽게 증발할 수 있도록 압력을 낮추어 줌 실외기 39~40℃ 고압,상온 3-Way Valve Accumulator (㎏/㎠) 4.5~5.5 압축기 고온,고압 80~100℃ 19㎏/㎠ 주위온도 35℃ 열흡수 역냉매가 주위의 열을 흡수하여 증발하면서 냉각시킴 압축기로 액상의 냉매가 유입되는 것을 방지(압축기로 액상의 냉매가 들어가면 과부하가 걸림 열방출 주위의 열을방출 하여 기체를 액체로 변환 응축기 5℃

12 9.히트펌프형 냉매가스 순환 회로도해                                                                                                                                             

13 10.냉동 사이클에 의한 냉동능력 공 식 계 산 응 용 냉동효과(냉동력,냉동량) 냉매 1kg이 증발기에서 흡수하는 열량 q : 냉동효과(kcal/kg) ia : 증발기 출구 증기냉매의 엔탈피(kcal/kg) ie : 팽창밸브직전 고압액냉매의 엔탈피(kcal/kg) q = ia - ie V= 485㎥/h 응축온도30℃ 팽창변직전온도25℃ 흡입증기의 온도 -20℃ q = ia - ie = =269(kcal/kg) 압축일의 열당량 압축기에는 흡입된 저압증기 냉매 1kg을 응축압력까지 압축하는데 소요되는 열당량 Aw : 압축일의 열당량(kcal/kg) ib : 압축기 토출 고압증기 냉배의 엔탈피(kcal/kg) ia : 동 일 Aw = ib - ia Aw = ib - ia = = 74(kcal/kg) 응축기의 방출열량 압축기에서 토출된 고압증기 냉매1kg을 응출하기 위해 공기 및 냉각수에 방출제거해야 할 열량 qc : 응축기의 방출열량(kcal/kg) q : 냉동효과 (ia - ie ) Aw : 압축일의 열당량(ib - ia ) ie : 동 일 qc = q +Aw = (ia - ie ) +Aw qc = ib – ie qc = q +Aw = =343

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15 11.냉동기의 성적계수 및 냉동능력 P h 4 3 2 1 그림 8-2 증기 압축 냉동 사이클의압력(p)-엔탈피(h)선도
과정 1에서2 : 정압증발과정(열량Q₂kcal를 흡수) 과정 2에서3 : 단열압축 과정(등 엔트로피 변화) 과정 3에서4 : 정압 응축과정(열량Q₁kcal를 방열) 과정 4에서1 : 교축 팽창과정(등 엔탈피 변화) P h 4 3 2 1 1)증발기에서 냉매 1kg이 흡수하는 열량(q₂kcal/kg) q₂= h₂- h₁ 여기서, h₁,h₂: 각각 증발기 입ㆍ출구의 엔탈피이다. 증발기에서의 흡수열량을 냉동효과라 한다. 2)압축에 필요한 일( AW kcal/kg) AW = h₃- h₂ 여기서,h₂,h₃: 압축기 입구와 출구에서의 엔탈피 3)응축기의 방열량 ( q₁ kcal/kg) q₁ = h₃- h₄ 팽창 밸브에서는 등엔탈피 변화를 하므로 h₄= h₁이 된다. 4)성적계수(coefficient of performance) :ε 증발기에서 흡수하는 열량 q₂와 압축소요일 Aw와의 비를 말한다.     q₂h₂- h₁h₂- h₄ε===Awh₃- h₂h₃- h₂

16 12.압력 Switch 냉매누설 또는 외기온도 하강에 의해서 사이클내의 압력강하시 다이아프렘 수축으로 인하여 S/W가 OFF됨
에어컨 고압 ,저압 차단 스위치 2005/11/24 오후 11:30 | 에어컨 관련 자료방 12.압력 Switch 냉매누설 또는 외기온도 하강에 의해서 사이클내의 압력강하시 다이아프렘 수축으로 인하여 S/W가 OFF됨 고압압력 상승으로 다이아프렘이 팽창하여 가변접점을 밀어 S/W가  OFF됨 구  분 저압 스위치 고압 스위치 취부위치 COMP 흡입측 배관 COMP 토출측 배관 목적 냉매누설 시 압력강하를 감지하여 스위치를 Off 하여 콤프레샤 소손을 방지 시스템 고압압력 상승 시 압력상승을 감지하여 스위치를 Off 하여 콤프레샤 소손을 방지 작동압력 OFF 2.2±1 kg/㎠.G 27±1 kg/㎠.G ON 3.2±1 kg/㎠.G 20±1 kg/㎠.G