냉방설비(1)_냉동사이클과 냉동기 주요부품

냉방설비는 공조기 코일에 직접 냉매를 흘려주거나 찬물을 흘려주어 찬공기를 공급하는 역할을 합니다.
공기조화기로 찬공기를 공급하면 해당 공간에 냉방이 되는 것입니다.
반대로 공기조화기 코일에 사이클을 반대로 돌리면 히트펌프가 되어 난방이 가능합니다.

우선 냉동기를 이해하려면 냉동기의 원리를 알아야 합니다.
냉동기의 원리가 곧 냉동사이클의 이해입니다.
냉동기의 주요 부속기기는 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기가 있고 추가적으로 수액기, 유분리기, 액분리기를 설치합니다.
냉동기의 주요 부속품이 냉동사이클에서 어떤 위치에 있고 어떠한 역할을 하는지 냉동사이클을 보고 설명하겠습니다.

냉동사이클

▶a-b 구간(압축기)
냉동기 사이클에서 압축기(콤프레셔)에 해당하는 구간으로 냉매을 고압으로 압축하면 고압의 기체상태 냉매가 됩니다.
온도선도상으로도 a-지점에서의 온도와 b-지점에서의 온도를 보면 b-지점의 온도가 높은 것을 알 수 있습니다.
압축기는 모터를 통한 압축을 하는 역할을 하므로 일정압력 이상으로 올라가면 압축기 소손의 우려가 있으므로 고압압력스위치(Pressure Switch)를 압축기와 응축기 사이 배관에 설치합니다.

압력스위치

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고압스위치가 작동되면 냉동기가 정지되도록 합니다. 압력스위치는 자동복귀형과 수동복귀형이 있습니다.
자동복귀형이면 압력저하시 다시 재기동 되는데 수동복귀형은 압력스위치에 설치된 리셋(Reset) 버튼을 눌러 주어야 장치가 정상작동합니다.
압축기의 형식은 왕복동식, 스크류식, 스크롤식, 터보식 등이 있습니다.

▶b-c 구간(응축기)
응축기에 해당하는 구간입니다. 응축기는 압축기에서 배출한 고압의 냉매가스를 응축시키는 역할을 합니다.
응축되는 과정에서 압력과 온도변화가 없고 기체상태의 냉매가 기체와 액체가 혼합된 상태로 바뀝니다.
일반적으로 응축기를 실외기라고 불리는데 쉽게 열교환을 통해 실내의 열을 흡수하여 실외기로 열교환을 통해 외부로 배출하는 역할을 합니다.
응축기의 팬을 통해 외부의 열과 열교환을 하는데 응축기 설치위치가 공기의 유동이 없거나 팬의 고장 발생시 열교환 불량으로인한 온도의 상승으로 응축압력이 높아 지면서 고압이 상승합니다.
고압이 상승할 경우 고압압력 스위치가 동작되어 냉동기 가동을 정지 시킵니다.

▶c-d 구간(팽창밸브)
응축기에서 열교환으로 기체에서 액화되는 과정에 있는 냉매가 팽창밸브를 통해 단열팽창 되는 과정입니다.
단열팽창되면서 위의 냉동사이클에서 보는 바와 같이 온도가 급격히 하락합니다.
결국 팽창밸브에 의해 저온의 냉매가 만들어 지는 셈입니다.

▶d-a 구간(증발기)
팽창밸브에 의해 단열팽창되어 저온으로 된 냉매가 실내기라 불리는 증발기를 통해 열교환해서 다시 기체상태로 변화되는 과정입니다.
역시 압력과 온도 변화는 없습니다.
만약 해당 냉동사이클에 적정 냉매량보다 적은 양이 충전되어 있는 경우 과냉이 되어 압력이 하락합니다.
따라서 증발기로 가는 모세관에 성애가 발생합니다.
이 경우 냉방효율을 떨어지고 저압압력스위치가 동작되어 냉동기를 정지 시킵니다.
증발기에 의해 열교환된 냉매는 다시 압축기로 들어가는 사이클이 이루어집니다.

위 냉동사이클에서 주요기기인 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기의 대락적인 기능을 설명했습니다.
다음으로는 부속기기를 살펴 보겠습니다.

▶유분리기
압축기와 응축기 간에 설치하여 압축기 출구에서 혼합상태의 냉매와 압축기유가 배출되는데 압축기로 압축기유를 회수하는 기능을 합니다.
▶수액기
응축기와 팽창밸브 사이에 설치하여 액체상태의 냉매만 팽창밸브로 보내는 역할을 합니다.
▶액분리기
증발기와 압축기 사이에 설치하여 증발기를 통해 열교환된 냉매 중 액체상태의 냉매가 압축기로 들어갈 경우 액압축에 의해 압축기의 소손우려가 발생되므로 액상태의 냉매가 압축기로 들어 가지 않도록 하는 기기입니다.

냉동사이클을 반대로 돌리면 난방이 됩니다.
과거에는 냉방설비 따로 난방설비 따로 설치했으나 요즘은 사이클 변경으로 냉난방 겸용 설비를 설치합니다.