앞에서 몰리에르선도를 보는 법을 설명드렸습니다. 이번에는 몰리에르선도에 냉매의 상태변화를 통해 냉동사이클을 이해해 보도록 하겠습니다.

냉동사이클은 크게 압축 – 응축 – 팽창 – 증발 4개의 과정으로 구분됩니다.

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1-2 증발과정

냉매 1의 상태는 건조도가 0.25 로 냉매 증기가 25% 액이 75% 인 습증기 상태 입니다. 팽창밸브를 통과한 후 증발기로 유입되어 증발기의 튜브 내부를 흐르면서 공기와 열교환을 하고 3번점의 상태에서 증발기를 떠납니다. 3번점의 상태는 포화증기곡선을 지나 우측으로 과열증기 구역에 위치해 있습니다. 포화증기곡선과 만나는 2번점에서 조금더 우측으로 이동한 상태로써 1번점에서 2번점까지는 같은 온도로 증발온도라고 하며 2번점에서 3번점까지 온도가 상승하는데 이 온도차를 과열도라고 합니다. 일반공조에서 증발온도는 5℃~7℃ 이며, 과열도는 5℃ 정도로 3번점의 온도는 (증발온도 + 과열도) 10℃ ~ 12℃ 가 됩니다. 증발온도에서의 압력을 증발압력이라고 하며 게이지 압력으로 4bar ~ 5bar (0.4MPa ~ 0.5MPa)가 적당합니다 .

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3-4 압축과정

3번점의 상태로 증발기를 떠난 냉매증기는 압축기로 들어갑니다. 압축기는 냉매가 냉동사이클을 순환할 수 있도록 냉매를 압축합니다. 이 과정에서 냉매의 온도와 압력이 4번의 상태점까지 올라갑니다. 4번점의 온도를 압축기 토출가스온도라고 하고 일반적으로 약 80℃ 전후가 됩니다. 압축과정은 단열압축과정으로써 등엔트로피 선을 따라 냉매의 상태가 변화합니다.

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4-6 응축과정

고온고압의 4번점 과열증기는 응축기로 들어가 냉각이 되면서 동일 압력에서 온도가 내려가 포화증기곡선과 만나면서 액으로 변하기 시작하며 포화증기곡선을 지나 좌측으로 이동하면서 증기가 액으로 변하는 응축과정이 완성됩니다. 포화증기곡선에서 5번점까지는 온도와 압력이 일정한 상태에서 냉매증기가 액으로 변하는데 이 온도를 응축온도, 압력을 응축압력이라고 합니다. 5번점에서 100% 냉매 액상태로 변하며 6번점까지 더 냉각을 한 생태에서 응축기를 떠납니다. 5번과 6번의 온도차를 과냉각도라고 합니다. 과냉각도를 유지하는 것은 냉매액이 증발기까지 가는 과정에서 압력이 낮아지게 되면 5번점에서 수직방향으로 아래로 이동하는데 그러면 건조도가 0이상이 되어 습증기구역으로 들어옵니다. 다시 말하면 냉매의 일부가 가스상태가 된다는 의미이고 이것을 플래시가스라고 부릅니다. 플래시가스가 발생되면 그 만큼 냉매액의 양이 줄어들므로 냉방능력이 떨어지는 결과를 초래합니다. 이를 방지하고자 과냉각도 만큼 더 냉매를 냉각함으로써 증발기 까지 만액의 상태로 이동하도록 하는 것입니다. 과냉각 이후의 6번 점에서는 압력이 조금 떨어진다고 해도 과냉각구역에 속해 있어 액상태를 유지할 수 있습니다. 응축온도는 40℃ ~ 50℃이고 응축압력은 게이지 압력으로 17bar ~ 19bar (1.7MPa ~ 1.9MPa) 가 적당합니다. 과냉각도는 5℃ 정도 적용해서 6번 상태의 온도는 35℃ ~ 45℃가 됩니다.

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6-1 팽창과정

냉매액이 팽창밸브를 통과하면서 압력과 온도가 낮아지는데 이 과정을 팽창과정(교축과정)이라고 합니다. 6번 냉매 액상태에서 1번점의 습증기 상태로 변화하는 데, 이 때 압력은 18bar에서 4bar로 온도는 35℃ ~ 5℃로 떨어집니다. 1번 점은 건조도 0.25로 액이 75%, 증기가 25% 인 습증기 상태로 증발기 입구로 들어갑니다.

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이 과정을 반복해서 냉동사이클이 운전됩니다.

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이와 같이 몰리에르 선도를 통해 냉동사이클을 흐르는 냉매의 상태를 알아보았습니다.