공조냉동기계기사(6)

전열

 전열이란 열이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 것으로 전열량은 온도차에 비례하고 열저항에 반비례한다. 전열에는 대류, 복사, 전도가 있다.

 먼저, 대류는 유체가 온도에 의한 밀도차가 생겨 이 밀도차에 의해 유체가 이동하면서 열을 운반시키는 것을 대류라 하며 유체의 밀도 변화에 의하여 일어나는 자연대류와 팬, 펌프 또는 교반기 등 기계적인 방법으로 행하는 강제대류가 있다.

 복사는 고온의 물체는 복사선을 내고 자기 자신은 냉각된다. 이 복사선은 빛과 같은 전파의 일종으로 매질이 없는 진공 중에서도 전달된다. 이와 같은 것을 열의 복사라 한다. 특히 검은색은 복사열을 잘 흡수하고 또한 복사열을 잘 방출한다. 이러한 이유로 가정용 냉장고의 응축기는 검은색으로 한다.

 전도는 도체에서 도체로 즉, 도체 내부에서의 열의 이동을 말한다.

 전달은 유체와 고체 간의 열의 이동을 열전달이라 한다. 열전달의 특징으로는 액체가 기체보다 열 전달률이 크고, 유체의 유속이 빠를수록 열 전달률이 크다.

 통과는 고체를 사이에 둔 유체 간의 열의 이동으로 통과율 또는 전열 계수, 열관류율이라 한다.

 

전열벽에 따른 특징

 대항류, 병류, 직접 팽창이 있다. 대항류는 항류, 역류라고도 말하며 유체의 운동방향이 서로 반대방향으로 흐를 때 온도 분포 상태를 나타낸다. 병류는 유체의 흐름 방향이 같은 경우를 말한다. 그리고 마지막으로 직접 팽창은 냉동기의 증발기 같이 냉매온도는 증발 과정에서 일정하고 냉각관 벽을 격하여 냉수가 냉각되는 전열 과정에서의 온도 분포를 나타낸다.

 핀 튜브의 전열은 냉동장치에 있어 냉매와 냉각수, 냉매와 공기 간에 전열 저항이 큰 쪽의 전열 면적을 증가시켜 주기 위하여 핀을 부착한 튜브로 주로 프레온 냉동장치에 쓰인다. 핀 튜브의 종류로는 로우 핀 튜브와 이너 핀 튜브가 있다.

 로우 핀 튜브는 튜브 내로 전열이 양호한 유체가 흐르고 있을 때 전열이 불량한 튜브 외에 핀을 설치한 튜브를 말한다. 

 이너 핀 튜브는 직접 팽창식 수냉각기에 있어서는 냉각관 내에 냉매가스, 관 외에 물이 통하게 되나 표면 전열이 나쁜 가스 측의 전열면적을 크게 하기 위하여 관 내측에 핀을 붙인 냉각관을 말한다. 이런 관을 사용함으로써 수냉각기의 크기를 비교적 소형화할 수 있고 효율도 높일 수 있다.

 

냉동 사이클

 역 카르노 사이클이라고도 불리며, 두 개의 등온선과 두 개의 단열선으로 이루어지며 카르노 사이클의 역방향으로 이루어진다. 먼저, 단열 압축은 압축기에 해당되며 저 열원에서 고열원의 온도로 상승한다. 그다음 등온 압축은 응축기에 해당되며, 고열원의 온도에서 열량을 방출한다. 단열 팽창은 팽창밸브에 해당하며, 고열원의 온도에서 저 열원의 온도로 강하한다. 마지막으로 등온 팽창 과정은 증발기에 해당되며, 저 열원의 온도에서 열을 흡수한다.

 

성적계수

 냉동기가 저열원에서 열을 흡수하여 고열원으로 열을 버리는 데는 일이 필요한데, 이 일을 직접적으로 하는 것이 압축기이다. 그러므로 압축기가 적은 일을 하여 많은 열을 내었다면 그 냉동기의 성적계수는 좋다고 할 수 있다.

 이론 성적계수는 증발 열량/압축 일의 열량으로 나타내며, 열역학에서 매우 중요한 변수이다.

 

냉동력

 냉동력은 냉매 1kg이 증발기에서 흡수하는 열량으로 단위는 kcal/kg이다. 냉동력은 압축기 흡입 가스의 엔탈피에서 팽창밸브 직전의 엔탈피를 뺀 값이다.

 

냉동능력

 단위 시간에 증발기에서 흡수하는 열량을 냉동능력이라 하며, 단위는 kcal/h이다. 1 냉동톤 즉, 1RT는 0도씨 물 1 Ton을 하루 동안에 0도씨 얼음으로 만드는데 제거해야 할 열량을 뜻한다. 계산해보면, 1RT는 3,320kcal/h이다.

 

제빙톤

 제빙톤은 원류수 25도씨 1 Ton을 하루 동안에 -9도씨 얼음으로 만드는데 제거해야 할 열량이다. 이때 열 손실률은 약 20%로 계산한다. 1 제빙톤의 크기는 1.65RT이다.