April , 2006 Service Training Team

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1 April , 2006 Service Training Team
냉방사이클 April , 2006 Service Training Team 지금 보이시는 부분에 강사가 참고 할 내용을 기록 하였습니다. 꼭! 읽어보시고 강의 부탁 드리며 슬라이드 쇼 활용하여 애니메이션 효과도 활용 하시기 바랍니다.

2 에어컨 냉방 사이클 1. 감열과 잠열 1Kg / 539Kcal 1Kg 100Kcal 물체에 열을 가하거나 제거 시에 물체의 온도가 변하고, 상태변화가 없는 것을 감열이라 하고 (현열이라고도 함!) 물체의 상태는 변화하고, 온도가 변화하지 않는 것을 잠열 이라 한다. 에어컨에서 이 잠열을 이용하여 온도의 변화는 없고 상태변화를 얻어 주위의 온도를 빼앗아 찬 공기를 얻을 수 있다. 물체에 열을 가하거나 제거 시에 물체의 온도가 변하고, 상태변화가 없는 것을 감열이라 하고 물체의 상태는 변화하고, 온도가 변화하지 않는 것을 잠열이라 한다.

3 2. 온도의 눈금 섭씨와 화씨의 관계 절대온도 에어컨 냉방 사이클
표준대기압(1기압) 아래에서 물이 어는 온도(빙점) 섭씨 ℃, 화씨 ℉ 표준대기압 아래에서 물이 끓는 온도(비등점은) 섭씨 ℃ ℉ 섭씨 눈금은 100 ℃ 사이를 100등분하여, 그 한 눈금을 1 ℃로 한다. 화씨 눈금은 32℉와 212℉ 사이를 180등분하여 그 한 눈금을 1℉로 한 것이다. 섭씨와 화씨의 관계 섭씨 온도(℃) = (℉-32) * 5/9 화씨 온도(℉) = (℃*9/5)+32 절대온도 온도의 눈금은 화씨와 섭씨로 나눌 수 있다. 화씨 눈금은 32℉와 212℉ 사이를 180등분하여 그 한 눈금을 1℉로 한 것이다. (섭씨보다는 좀더 세분화 했다고 할 수 있다.) 섭씨와 화씨의 관계에서 위의 공식에 대입하여 풀 수 있다. 절대온도란 자연계에서 최저저온이며 이론적인 검토를 할때 사용이 되어진다고 한다. 절대온도에서는 분자의 이동이 없다 또한 뒤에 말을 하겠지만 열역학 제2법칙에서 나오는 엔트로피의 변화가 없게 된다. 절대 온도는 분자 온동이 정지되는 최저 한계의 온도를 K로 한 것으로, 자연계에서 최저 저온 이며 이론적인 검토를 할때 사용된다. 섭씨 온도(K) = (℃) K = -273 ℃ 절대 온도(R) = (℉) R = -460 ℉

4 3. 상태 변화 에어컨 냉방 사이클 임계점 : 온도변화는 없고 상태가 변화게 된다. 임계점 : 온도변화는 없고
- 온도변화는 업고 상태가 변화는 점을 말한다. 열역학 제 2법칙 엔트로피 어떤 물질이 일정한 온도에 있어서 얻은 일을 절대온도로 나눈 수를 엔트로피라고 한다. 즉 엔트로피의 값이 변화게 되면 상태가 변화기 쉽게 된 다고 할 수 있다. ds(엔트로피)=dq(열량)/T(온도) 임계점 : 온도변화는 없고 상태가 변화게 된다. 임계점 : 온도변화는 없고 상태가 변화게 된다.

5 4. 냉매의 상태 변화 에어컨 냉방 사이클 냉매의 구비조건 - 임계 온도가 상온보다 상대적으로 높아야 한다.
: R-12 : 111℃ / R-134a :101 ℃ - 응축압력이 작아야 한다. : 응축압력이 작아야 콤프레샤 압축이 부하를 적게 받는다. - 응고점인 낮아야 한다. : 응고점이 낮아야 낮은 온도에서도 냉매가 응고 되지 않는다. 한 여름 에어컨의 콤프레셔에서 나오는 고온 고압의 냉매는 약 80 ℃ 정도 고온으로 방출이 되는데 이때 임계점의 온도가 낮다면 이 냉매를 아무라 압력을 가해도 액체로 상태변화를 할 없게 됩니다. 에어컨에서의 냉방효과는 액체를 기체로 상태변화가 일어 나면서 주위의 공기의 열을 빼앗어 차가워 지는 효과에 있는데 액화를 할 수 없다면 아무 의미가 없다. * 임계온도 ; 열역학 용어로 온도·압력·부피를 변화시키며 기체의 액화, 액체의 기화 등의 변화가 일어날 때, 어느 점부터는 변화가 일어나지 않게 되는 상태의 온도를 말한다. - 예를 들면 암모니아는 132℃, 이산화탄소는 31℃, 산소는 －119℃가 임계온도로 알려져 있으며, 이보다 높은 온도에서는 압력을 아무리 크게 해도 기체는 액화하지 않는다. - 순수물질에 있어서 평형상태는 온도와 압력에 의해 결정 되며, 일반적으로 고체·액체·기체 등 각 상의 존재 범위를 나타낼 수 있다.  

6 에어컨 냉방 사이클 증발 잠열 참고: 용어정리 1. 열량 : 열의 양 단위 ( ㎈.㎉ ) 1㎉는 물 1㎏을 1℃올리는 데 소요되는 열량. 2. 압력 : 단위면적당 작용하는 힘의 크기 단위 (㎏/㎠) 3. 절대압력 : 완전한 진공상태를 0㎏/㎠으로 표시한 압력. 단위:㎏/㎠.abs 4. 게이지압력 : 압력계로 측정한 압력으로 대기압을 0으로 한다. 단위:㎏/㎠.G어떤물질이 5. 엔탈피 : 일정한 압력 밑에서 생성되는 동안, 그 물질 속에 축적된 열에너지. 6. 포화온도와 포화압력 : 액과 증기가 공존하여 있는 상태를 포화상태라고 하고 용기내의 액을 포화액,증기를 포화증기라 한다.

7 에어컨 냉방 사이클 차량이 받는 열 부하 1.인체로부터의 발열    일반적으로 성인 1인의 시간당 발열량은 100 ㎉정도. 2.복사열의 침입    태양으로부터 복사되는 열이 자동차 표면에 닿아서 전달됨. 900~1000 ㎉정도. 3.전도에 의한 열침입    엔진룸 및 뜨거운 아스팔트등에서 차체로 전도되는 열량 500~600 ㎉정도. 4.자연환기에 의한 열의 침입    외기도입으로 열과 수분이 침입한다. 300~400 ㎉정도. 차량의 색상에 관련하여 표면 온도의 변화가 있을까요? 같은 온도의 실험 조건하에서의 검정색 차량이 표면 온도가 70℃이면 흰색 차량의 경우는 약 49℃ 정도로 차량의 색상에 따라서 복사열의 침입이 차이가 있다.

8 생활 속의 냉방 장치와 자동차 냉방 장치의 냉방능력 비교
에어컨 냉방 사이클 생활 속의 냉방 장치와 자동차 냉방 장치의 냉방능력 비교 냉방능력(냉동능력) 냉방 능력이란 “1시간당 어느 정도 차게 할 수 있는가” 하는 능력을 말한다. 일본 냉동톤 ; 24시간 동안에 0℃의 물 1톤(ton)을 0℃의 얼음으로 만드는데 필요한 열랑 3320㎉/h -미국 냉동톤 ; 24시간 동안에 32 ℉(0℃)의 물 200Ib(POUNDS)를 32 ℉의 얼음으로 만드는데 필요한 열량 3024㎉/h 승용차 에어컨의 냉방능력은 3000~4000Kcal/ h정도이며, 가정용 실내 에어컨 4평의 약1000Kcal/ h 에 비해 상당히 큰 용량이다. 차 실내의 넓이는 면적 1평정도로 한 용적으로는 꽤나 적다. 그러나 이 공간에 정원5명이 승차하는 것을 고려하면 승차인원의 발열, 대량의 환기가 필요한 것, 승용차의 기능상, 성능상 요구에서 주택에서처럼 단열효과를 가지지 못한 점, 일사량 외에 엔진 배기계의 발열이 가해지는 것 등에 의해 이정도의 냉방능력이 필요하게 되었다.

9 자동차 에어컨의 원리 에어컨 냉방 사이클 자동차 실내는 여름철 태양의 복사열, 아스팔트
로부터의 열전도, 인체에서의 발열 등으로 열이 가해진다. 이런 자동차 실내를 냉방하기 위해서 자동차는 강한 냉방능력이 요구되어지는데 자동차에 사용되는 냉방방식은 일반 가정용 에어컨디셔너와 같은 냉매의 기화 잠열을 이용 열을 제거하는 방식을 이용하고 있고, 또한, 사용상의 편의를 위해서 수동에어컨에서 자동에어컨으로 점점 발전하고 있다. 냉매의 기화 잠열을 이용한 냉방방식을 사용하고 있다.

10 3-4. Principle of the Cold Loop
에어컨 냉방 사이클 3-4. Principle of the Cold Loop Expansion(팽창) Expansion 밸브에 블로워 모터 장착 팽창밸브의 역할 ; 고압의 액체냉매가 익스팬션 밸브를 통과해서 저압의 액체냉매로 된다. 상태변화가 잘 일어날 수 있도록 온도를 낮추어 준다. - P(압력)*V(체적)=R(물질상수)*T(온도) 이상기체 방정식에 의해 체적이 커진 것에 비해 압력이 더 많이 내려 감으로서 온도도 같이 떨어지게 된다. 이배퍼레이터의 역할 ; 이배퍼레이터에 들어온 저온 저압의 액체냉매가 상태변화를 하면서 주위의 온도를 빼앗아 주위 공기는 차가워 진다. 또한 이배퍼레이터의 출구쪽은 저온 저압의 기체가 된다. - 주위의 공기는 열을 빼앗김으로 차가워 진다. 콤프레셔 역할 ; 이배퍼레이터에서 나온 저온저압의 기체가 콤프레셔의 압축일에 의해 고온 고압의 기체로 만들어 진다. 또한 가지 역할은 냉매가 순환 할 수 있는 압력을 형성 시킬 수 있다. - 콤프레셔에 들어갈 냉매는 반드시 기체로 되어 있어야 콤프레셔 고장을 방지 할 수 있다(액체는 비 압축성이기 때문이다) Evaporator(증발기) Compression(압축기)

11 Condenser(응축기) Receive Dryer(수액 건조기) 에어컨 냉방 사이클 응축기의 역할
: 콘덴서에 들어온 고압 냉매의 증기는 콘덴서를 통해 냉각되어 70℃에서 55℃로 저하되면 잠열을 버리고 액체로 된다. 리퀴드 탱그(수액 건조기) : 리퀴드 탱크에 들어간 냉매는 증기와 액체를 분리하여 액체만 익스팬션 밸브에 보낸다. 리퀴드 탱크는 냉매량에 따라서 액체 냉매를 공급할 수 있도록 저장기능을 갖는다. Receive Dryer(수액 건조기)

12 Principle of the Cold Loop
에어컨 냉방 사이클 Principle of the Cold Loop 팽창밸브 이배퍼레이터 이 부분은 꼭 슬라이드 쇼의 애니메이션 효과를 활용하여 교육 하시기 바랍니다. 냉가팬과 블로원 모터의 회전이 아주 좋습니다. 꼭 사용해 주세요!!! 콤프레셔 리퀴드 탱크 콘덴서

13 냉동사이클의 열량변화 에어컨 냉방 사이클 고압하에서 고온에서 상변화 저압하에서 저온에서 상변화
열은 온도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 이동하지만 반대로 온도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 이동하는 것은 불가능하다. 자동차는 상대적으로 열부하가 적은 실내에서 열량을 빼앗아 열부하가 높은 차실외에 열량을 방출한다. 고압하에서 고온에서 상변화 팽창밸브에서는 엔탈피 변화가 없다. -일을 더하거나 받은 일을 하지 않았기 때문이다. ◆ 풍선을 이용한 엔탈피 이해 공기가 들어 있는 한 개의 풍선에 밸브를 달아 서서히 밸브를 열고 다른 풍선을 연결하면 어는 순간 풍선의 크기는 같아 진다. 즉, 체적의 변화는 없고 내부에너지 변화는 없다. 그러므로 엔탈피의 변화는 생기지 않는다. 저압하에서 저온에서 상변화

14 에어컨 냉방 사이클 냉동사이클의 구성 냉동사이클의 온도와 압력을 이해 할 수 있다. 또한 교육생들에게 숙지를 시켜 주세요

15 에어컨 냉방 사이클 - Parts related to the refrigeration cycle and the state of refrigerant 명칭 역할 냉매 상태 압력 온도 익스팬션 밸브(팽창밸브) 입구 출구 이배퍼레이터 (증발기) 컴프레셔 (압축기) 콘덴서 (응축기) 리퀴드 탱크 (수액건조기) 약 13㎏/㎠ 약 2㎏/㎠ 약 55℃ 약 0℃ 고압의 액체냉매가 익스팬션 밸브를 통과해서 저압의 액체냉매로 된다. 이배퍼레이터에 들어온 액체냉매는 실내의 열을 빼앗아 증기로 된다. 증발중의 압력과 온도는 일정하다. 약 2㎏/㎠ 약 0℃ 약 2㎏/㎠ 약 13㎏/㎠ 약 0℃ 약 70℃ 저압 냉매의 증기를 흡입해서 압축하여 고압, 고온의 증기로 만든다. 역할은 슬라이드 쇼를 보시면 보이지 않습니다. 이때 교육생들에게 질문을 하고 답변을 하도록 해주세요 그 다음 슬라이드 쇼를 보고 교육생이 말한 내용과 일치 하는지 확인 해주세요 콘덴서에 들어온 고압 냉매의 증기는 콘덴서를 통해 냉각되어 70℃에서 55℃로 저하되면 잠열을 버리고 액체로 된다. 입구에서 70℃에서 55℃로 저하 할 때의 방열량은 잠열이 약 1/10정도밖에 없다. 약 55℃ 입구에서 70℃ 약 13㎏/㎠ 리퀴드 탱크에 들어간 냉매는 증기와 액체를 분리하여 액체만 익스팬션 밸브에 보낸다. 리퀴드 탱크는 냉매량에 따라서 액체 냉매를 공급할 수 있도록 저장기능을 갖는다. 약 13㎏/㎠ 약 55℃

16 P(압력)*V(체적)=R(물질상수)*T(온도)
에어컨 냉방 사이클 열역학 제 1법칙 – 에너지 보존의 법칙 일과 열은 모두 에너지의 한 형태로서 일과 열은 본질적으로 같은 일은 열로, 열은 일로서로 전환 할 수 있고, 일이 열로 변할 때 또는 열이 일로 변활 때의 양적 관계를 말한다. dq(열량)=dh(엔탈피)=du(내부에너지)+Aw(일량) 이상 기체 방정식 P(압력)*V(체적)=R(물질상수)*T(온도) 주전자에 물을 체우고 온도를 상승 시키면 주전자 뚜껑이 넘을려고 하는것 열역학 제 2법칙 – “일이 쉽게 열로 변화되지만 열을 일로 변환시키기 어렵다는 원리” 즉, 물체를 마찰하면 열이 발생하고, 가스를 급격히 압축하면 뜨거워지는 것과 같이.일은 쉽사리 열로 바뀌어 진다. 그러나 반대로 열은 일로 바꾸는 것은 간단하지 않다. 즉, 연료를 연소시켜 엔진을 작동시킬 때 발생한 열은 극히 일부만이 동력 발생에 이용된다. 또한 열은 고온도의 물체에서 저온도의 자연적으로 흐르지만, 그 반대로 이동시키려는 무엇인가 수단 방법을 주지 않으면 안된다. ds(엔트로피)=dq(열량)/T(온도)

17 dq(열량)=dh(엔탈피)=du(내부에너지)+Aw(일량)
에어컨 냉방 사이클 엔탈피 단위 중량의 물질이 어떤 상태에서 갖고 있는 총 열량을 말하며 그 단위는 1 Kcal/kg 이다. dq(열량)=dh(엔탈피)=du(내부에너지)+Aw(일량) 엔트로피 어떤 물질이 일정한 온도에 있어서 얻은 일을 절대온도로 나눈 수를 엔트로피라고 한다. 냉동 사이클에 있어서는 냉매에 대하여 0℃의 포화액의 엔트로피를 1 Kcal/kg℃이다. 단열변화의 경우는 엔토로피의 변화가 없다. ds(엔트로피)=dq(열량)/T(온도)

18 냉동 사이클 특성 이해 에어컨 냉방 사이클 (온도) (엔트로피) (압력) (엔탈피) (엔탈피) (엔트로피) 4→1번
이배퍼레이터의 구간을 말한다. 저온 저압의 액체가 저온저압으로 기체로 상태변화가 일어나면서 주위의 공기의 열을 빼앗아 공기는 차가워 지게 된다. 이때 이배퍼에이터는 주위의 열을 빼앗아 열량 즉 엔탈피는 상승하였고 엔트로피는 온도가 일정한 대비 열량이 늘어나 엔트로피는 T,S선도에서 보는것 처럼 상승하게 된다. ds=dq/T(열역학 2법칙) 2. 1→2번 압축기 구간을 말한다. 저온 저압의 기체를 압축하여 고온 고압의 기체로 만들어 준다. dq(열량)=dh(엔탈피)=du(내부에너지)+Aw(일량) 내부에너지는 일정하고 콤프레셔에 의해 일을 더 했기 때문에 열량은 올라가며 압축에 의해 온도도 같이 상승하기 때문에 엔트로피는 일정하다. - ds=dq/T(열역학 2법칙) 3. 2→3번 응축기 즉 콘덴셔 구간을 말한다. 고온 고압의 기체가 콘덴셔에 의해 열을 빼앗겨 열량은 감소하고 액체로 상태 변화가 일어 나게 된다. 임계점 부분 이므로 온도와 압력은 일정하고 열량은 감소 하였으므로 엔트로피는 감소 하였다. - ds=dq/T(열역학 2법칙) 4. 3→4번 팽창밸브 구간을 말한다. 고온 고압의 액체를 팽창밸브의 체적증가 및 온도 하강에 의해 저온 저압의 액체와 기체가 공존하게 된다. P(압력)*V(체적)=R(물질상수)*T(온도) 이상기체 방정식에 의해 체적이 커진 것에 비해 압력이 더 많이 내려 감으로서 온도도 같이 떨어지게 된다. 그러므로 열량 즉 엔탈피 변화는 없고 온도 변화가 저온으로 내려가 온도 변화가 크므로 엔트로피 값은 올라가게 된다. (엔탈피) (엔트로피)

19 온도 압력 상태 열량 엔탈피 엔트로피 dQ T P dh ds=dQ/T 1 → 2 (압축기) 2 → 3 (응축기)
에어컨 냉방 사이클 이상 기체 공식 : PV = R·T 몰리에르 선도 분석 P[압력] V[체적] = R[각 물질의 상수 값] T[온도] dq=dh=du+Aw[열역학1법칙], ds=dq/T(열역학 2법칙) 온도 압력 상태 열량 엔탈피 엔트로피 dQ T P dh ds=dQ/T 1 → 2 (압축기) 2 → 3 (응축기) 3 → 4 (팽창밸브) 4 → 1 (증발기) 고온 고압 기체 일정 고온 고압 55℃ 일정 13bar일정 기체→액체 앞에서 설명한 한 내용이므로 한번 설명해 주시고 교육생 2명 정도를 선발하여 앞으로 나오게 해 슬라이드 쇼 실행하면서 다른 교육생들에게 그 동안 배웠던 내용을 설명 하도록 해 주세요. 저온 저압 기체:34%액체:66% 일정 일정 저온 저압 기체 일정 일정

20 몰리에르 선도 에어컨 냉방 사이클 Ⓒ→ⓓ 구간은 콤프레셔의 압축 구간 입니다.
건포화증기선으로 가까이 갈 수록 냉매는 기체의 상태을 유지 하게 되며. 반대로 포화액선으로 갈 수록 액체에 가깝게 된다. Ⓓ→ⓕ 구간은 콘덴셔 구간이라 합니다. - 냉매의 표를 보면 약 15 ℃ 온도를 내리면 그때부터 액화를 시작하게 된다. Ⓕ→ⓑ 구간은 팽창밸브 구간 입니다. - 약 기체 34% 액체 66%의 기체 액체 상태를 유지하며 주위의 온도가 높아 Ⓒ→ⓓ 구간이 높아지게 되면 액체,기체의 비율이 기체가 점점 많아져 냉방 성능이 떨어지게 된다. 실제적으로 냉방효과는 액체가 기체로 상태변화가 될 때 얻게 되므로! Ⓑ→ⓒ 구간은 이배퍼레이터 구간을 말하며 이때가 바로 냉방효과를 얻는 구간이다. - 저온저압의 액체가 기체로 상태변화가 일어나면서 주위 공기의 열을 빼앗아 공기가 차갑게 되는 구간이다.

21 몰리에르 선도 에어컨 냉방 사이클 Ⓒ→ⓓ’ 구간은 콤프레셔의 압축 구간 입니다.
건포화증기선으로 가까이 갈 수록 냉매는 기체의 상태을 유지 하게 되며. 반대로 포화액선으로 갈 수록 액체에 가깝게 된다. 주위온도의 상승으로 Ⓒ→ⓓ’ 의 온도가 높아지므로 콤프레션는 부하를 더 받게 되고 콘덴셔의 액화 할 수 있는 기간이 짧아지게 된다. Ⓓ→ⓕ’ 구간은 콘덴셔 구간이라 합니다. - 냉매의 표를 보면 약 15 ℃ 온도를 내리면 그때부터 액화를 시작하게 된다. 콘덴셔 구간이 짧아지게 된다. 충분히 액화를 시킬수 있는 구간이 짧아 지게 된다. Ⓕ→ⓑ’ 구간은 팽창밸브 구간 입니다. - 약 기체 34% 액체 66%의 기체 액체 상태를 유지하며 주위의 온도가 높아 Ⓒ→ⓓ 구간이 높아지게 되면 액체,기체의 비율이 기체가 점점 많아져 냉방 성능이 떨어지게 된다. 실제적으로 냉방효과는 액체가 기체로 상태변화가 될 때 얻게 되므로! Ⓑ’→ⓒ 구간은 이배퍼레이터 구간을 말하며 이때가 바로 냉방효과를 얻는 구간이다. - 저온저압의 액체가 기체로 상태변화가 일어나면서 주위 공기의 열을 빼앗아 공기가 차갑게 되는 구간이다. Ⓑ’→ⓒ구간이 짧아 지므로 냉방효과를 얻는 구간이 짧아져 냉방효과는 떨어지게 된다.