1. 개요2. 증기압축식 냉동기의 원리3. 흡수식 냉동기의 원리
3.1. 난방
4. 구조(부속품)4.1. 밀폐형 압축기4.2. 응축기4.3. 냉매 유량제어장치(팽창밸브)4.4. 증발기4.5.
송풍기4.6. 흡기 필터4.7. 물 배출 호스4.8. 수액기4.9. 액분리기4.10. 유분리기4.11. 액가스 열교환기4.12. 필터드라이어4.13. 전자밸브(SV)4.14. 사방형밸브(4-WAY)4.15. 압력스위치4.16. 인젝션4.17. 팬제어 스위치4.18. 역상감지기4.19. OCR4.20. 마그네트 스위치4.21. 가용전4.22. 온도계4.23. 습도계4.24. 리모컨4.25. 밸브 구동기4.26. 댐퍼 구동기4.27. 커패시터(콘덴서)4.28. PCB4.29. ACP
1. 개요
에어컨[1]에 보편적으로 사용되는 증기압축식 냉동기와 흡수식 냉동기의 작동원리와 주요 부품을 설명한다.2. 증기압축식 냉동기의 원리
2.1. 기본 원리
에어컨의 기본 원리는 어떤 물질의 상(phase)이 변화할 때 열을 흡수하거나 방출하게 되는 물리 현상을 이용하는 것이다. 대부분의 에어컨은 액체 냉매가 기화될 때 주변에서 열을 흡수하는 현상을 이용한다. 대부분이라 한 건 냉매가 아니라 전기로 냉각하는 펠티어 소자 때문. 펠티어 소자는 냉매의 기화냉각식에 비해 효율이 높고 무척 소형으로 만들 수 있다는 장점이 있지만, 가격이 말도 안 되게 비싸서 상업용으로는 거의 가치가 없다.[2]물질의 상의 변화로 인한 열 이동을 예를 들면 더운 여름 날에 2리터짜리 생수병에 물을 꽁꽁 얼려서 방 안에 놔두면, 생수병 안의 얼음이 녹으면서 주변의 온도가 내려간다. 이는 생수병 안의 얼음이 고체에서 액체로 변화하면서 주변의 열을 흡수하기 때문이다.
에어컨의 원리도 이와 매우 비슷한데, 고체가 액체로 변하는 상태변화가 아니라 액체가 기체로 변하는 상태변화를 이용한다는 점이 다르다. 여기 사용하는 냉매는 기화점이 낮고 기화열이 큰 것이 사용된다. 즉 물은 상온에서 액체인데, 에어컨 냉매로 사용되는 프레온은 상온에서 기체다. 추가로 금속을 부식시키지 않을 것이 요구된다.
에어컨의 냉매관은 보통 구리 도관이므로 구리를 부식시키지 않을 정도면 충분하다.[3] 그리고 냉매가 겨울에 얼어버리면 곤란하니까 저온에서도 액체 상태로 존재하는 냉매가 유리하다. 냉매의 선택지, 실외기의 분리 유무만 제외하면 냉장고의 원리와 거의 같다. 조금 더 자세한 설명은 열역학 제2법칙 참고. 에어컨의 경우 실외기가 영하 20도 정도로 내려가는 날에도 실외에 방치되게 되어 어는 점이 낮은 냉매의 사용이 강제되지만, 실내에서 쓰는 냉장고는 그런 경우가 거의 없어 냉매를 보다 더 폭넓게 사용할 수 있기 때문이다.
에어컨이 돌아갈 때는 덤으로 제습까지 되는데, 이것 또한 위에서 설명했듯 얼린 생수병 주변에 공기 중의 수증기가 차가운 물체를 만나 액화된 물방울이 맺히는 것과 같은 원리에 의한 것이다. 그렇기 때문에 에어컨을 돌리면 차갑고 건조한 공기가 만들어져 훨씬 쾌적하고, 에어컨에는 냉매관에 맺히는 물을 제거하는 호스나 펌프가 있어서 물을 배출하게 되어 있다.
2.2. 냉매의 재료
먼저 냉동 사이클을 실현시키기 위해서는 물질의 상을 쉽게 변화시킬수 있는, 공조사이클 속을 순환할 물질이 필요하다. 그게 바로 냉매이다. 사실 이론적으로는 그냥 물도 훌륭한 냉매지만, 물은 높은 온도에서 기화하므로 열교환 사이클이 길어지는 문제가 있고[4] 구리 도관을 부식시키며, 상온에서 대부분 액체상으로 존재하므로 고압 펌프를 요구해서 잘 쓰지 않는다.[5]가정용 에어컨에서 주로 사용하는 냉매는 다음의 종류가 있다.
- R22: 염화플루오린화탄소. '프레온'이라는 이름으로 더욱 알려져 있다. 지구온난화를 유발하는 온실 기체 중 하나. 하지만 온실효과보다는 오존층 파괴 주범이라서 사용을 막고있다. 프레온은 듀폰사의 상표이며, 듀폰은 프레온이라는 악명이 만들어내는 광고효과가 더 크다고 판단했는지, 오존층을 파괴하지 않는 다른 성분의 제품들도 그냥 프레온이라는 이름을 붙여 팔고 있다.
- R410a: HFC계열의 혼합물. 오존층을 파괴하지 않지만 지구온난화의 주범이다. 어디까지나 R22보다 비교적 환경에 덜 해로울 뿐이다.
- R134a: 이 역시 HFC계열로 온난화 유발물질. 대한민국에서는 에어컨의 경우 가정용으로 거의 쓰지 않고 차량용에 사용되나 2000년대까지는 가정용 냉장고에 종종 사용되었다.
- R290: HC 계열로, 순수한 프로판 가스다. 적은 용량으로도 효율이 좋아서 컴프레서의 사이즈가 작아도 되고, 또 전동기에 부하가 덜 가므로 HFC에 비해 큰 전기세 절감이 가능하다. 가연성이 크지만, 사실 이미 전세계에서 다들 어마어마하게 사용하며 문제가 없다는 것이 증명되었다.
당연하지만, 에어컨에서 냉매를 다 빼버리고 대신 수증기(물)를 대용으로 집어넣으면 당연히 에어컨이 기능하지 않는다. 그 이유는 에어컨용 냉매는 약간의 압력 조절만으로도 기체에서 액체로, 액체에서 기체로 쉽게 변환이 가능하지만 수증기는 그렇게 하려면 훨씬 더 큰 압력이 필요하기 때문이다. 가정용 에어컨은 냉매 순환 과정에서 기체의 단열팽창 및 줄-톰슨 효과를 통해 냉매를 냉각 및 액화하기 때문에 압축기로 기체를 압축했을 때 기체가 액체가 돼야 한다.
2.3. 에어컨의 구조
에어컨의 종류에는 압축식과 흡수식이 있는데 여기에서는 대중적으로 사용되는 압축식 위주로 설명한다.에어컨의 구조는 간단하게 설명하면 냉매를 철제 또는 구리 파이프에 담아서 실내기와 실외기 사이를 계속 오가며 순환시키는 것이다. 냉매는 액상저온-(실내기)-기체상중온-(압축기)-액상고온-(실외 방열기)-액상저온 상태를 순환한다.
2.4. 냉방 사이클의 순서
냉방 사이클의 개괄도
냉방 사이클은 팽창벨브로 공간이 나누어진 하나의 관을 압축기로 연결해 앞쪽(진행 방향)의 관은 압력을 높이고, 뒤쪽의 관은 압력을 낮추는 것으로 냉매를 순환시켜 이루어진다. 자세한 순서는 다음과 같다.
- 압축기(혹은 컴프레셔)(4)가 스타트 지점이다. 압축기는 먼저, 뒤쪽 관에서 상온으로 기체화 한 냉매의 압력을 높혀 응축기로 보낸다. 이 압축기가 막대한 전기 소비를 하게 만드는 주범이다
-
고압의 가스가 된 냉매는 응축기(실외기)(1)의 관로를 통과하는 내내 이 높아진 압력 만큼 반대급부로 열을 방출하려고 점점 액화된다. 물리적으로 폐쇄된 공간 안에서 어떠한 기체건 간에 액체나 고체로 변해 부피가 작아지면 그만큼 압력이 낮아진다. 또한 열역학에 의하면 모든 물질은 보다 고밀도의 분자 구조로 변할 때 주변으로 열을 방출하는 성질이 있다. [8][9]이때 최대한 열방출을 좋게 하려고
라디에이터처럼 관로를 구불구불한 모양으로 꼰다. 또한 이 과정을 돕는 게 프로펠러다. 그래서 실외기에서는 뜨거운 바람이 나오는 것이다. 그런데 사실 냉매가 증발기에서 뺏은 열만 응축기에서 내보내는 게 아니라, 압축 과정 자체에서 분자 간의 마찰 열로 추가적인 열이 발생한다. 즉 에어컨이 식히는 열보다 더 많은 열을 응축기에서 내보내야 시원한 바람이 나온다.
온난화의 주범 - 응축기 관로 끝에 도달하면서 어느 정도 식은 액체 냉매는 압력이 낮은 증발기 관로로 이동하기 위해 팽창밸브(2)라는 '좁은' 관문을 통과하면서 잘개 쪼개진다. 분무기가 물을 안개처럼 뿌리듯이 반대편 관에 냉매가 안개처럼 뿌려지는 느낌이다. 이렇게 하는 이유는 양쪽 관로(응축기와 증발기) 사이의 압력을 나누면서, 동시에 기화를 쉽게 돕기 위함이다. 팽창밸브는 종류에 따라 형태가 여러 가지지만 기본적인 형태는 냉매가 지나는 관로가 갑자기 엄청나게 좁아져서 교축(throttling, 목을 조르다는 뜻)을 의도적으로 발생시키는 것이다.
- 안개화 된 냉매는 증발기(에어컨)(3)를 통과하는 내내 이 관로의 낮은 압력 만큼 주변의 열을 흡수해서 기화된다. 물리적으로 폐쇄된 공간 안에서 어떠한 물체건 간에 기화되면 부피가 팽창해 그만큼 압력을 상승시킬 수 있다. 또한 열역학적으로 모든 물질은 보다 저밀도의 분자 구조로 변화할 때 주변의 열을 흡수한다. 그리고 이 열 흡수를 돕는 장치도 역시 프로펠러다. 이 프로펠러에서 나오는 시원한 바람이 우리가 여름에 좋아하는 찬 바람이다. 즉 증발기에서는 냉매가 실내의 열을 프로펠러의 도움으로 적극적으로 빼앗는다.
- 증발기 관로 끝에 도달한[10] 기체 냉매는 다시 압축기에 의해 강제로, 압력이 높은 응축기 관로로 이동한다.
- 1~5 반복
종류에 따라 다르지만 요즘은 증발기를 제외한 나머지 부분이 사실상 실외기에 해당한다.[11] 즉, 에어컨의 핵심 부분은 실외기이고 그래서 에어컨 가격의 70%이상을 차지한다.[12]그래서 이 실외기를 훔쳐 장물로 파는 도둑들도 있다.
2.5. 대용량 냉동기 사이클의 순서[13]
1. 컴프레셔에서 저압 가스를 흡입해 압축한다.2. 압축된 가스를 유분리기로 보내 오일은 저압 배관 및 오일 주입구로 보내고 가스는 응축기로 보낸다.
3. 고압 고온 가스를 응축기에서 응축 시켜 온도를 낮추고 가스를 고압 중온 액체로 만들어 수액기로 보낸다.
4. 수액기에서 가스는 보관하고 액화된 고압 중온 액체를 T로 만든 배관을 통해 전자밸브를 통해 팽창이 가능한 구조로 만든 배관으로 지나 저압 배관으로 보내 토출 온도를 낮추는 역할인 인젝션 쪽으로 보내고 한쪽은 드라이어 필터로 보내 1차적으로 이물질 및 수분을 제거한다.
5. 드라이어 필터에서 전자 밸브를 지나 팽창 밸브로 이동해 팽창 밸브에서 교축 작용으로 압력을 급속히 낮춰 저압 저온 가스로 만든다.
6. 팽창 밸브에서 저압 저온 가스를 증발기로 보내 증발 시킨 후 가스를 액분리기로 보내 액은 액분리기에 보관하고 기체만 콤프레셔로 보낸다.
7. 1번으로 이동해 반복[14]
2.6. 난방
히트펌프(Heat pump)는 저온의 열원으로부터 열을 흡수하여 높은 온도를 가진 다른 공간으로 열을 방출하는 시스템이다.[15] 일반적인 냉동사이클도 그 구조나 작동 원리 면에서 히트펌프의 일종에 해당한다. 근래에는 냉매사이클의 흐름을 바꾸어 냉방과 난방을 겸용하는 히트펌프식 냉난방기가 널리 보급되어 있다.히트펌프식 냉난방기는 보통 실외기 1대에 여러 대의 실내기를 연결하여 하나의 시스템으로 구성되기 때문에 시스템에어컨이나 멀티에어컨이라는 명칭과 구분없이 불리기도하는데, 경우에 따라서는 모든 시스템(멀티)에어컨이 히트펌프식 냉난방기가 아니라는 것을 알아야 한다.[16]
히트펌프는 냉난방 운전모드에 따라 보통 4방향밸브(4-way)를 사용하여 열교환코일에 공급되는 냉매의 흐름을 반대방향으로 바꾸어 주게 되는데, 이를 통해 실내기와 실외기의 열교환코일은 계절에 따라 증발기와 응축기로 서로 그 기능이 바뀌게 된다. 겨울철 난방시에는 실외기의 코일이 증발기의 역할을 하게 되어 외기 중의 습기가 코일 표면에서 결빙되어 얼음이 부착된다. 이럴 경우 열 교환능력이 저하되어 난방능력이 떨어지게 되므로 제상운전이 필요하다.
예전엔 제상운전 시 냉방모드로 임시 전환하여 냉매를 역순환시켜 실외기 코일 표면의 얼음을 제거하기도 했는데, 이 과정에서 실내에는 찬바람이 나오는 불편함이 있어 근래에는 실외기 코일에 제상용 전기코일을 내장하거나[17] 순환되는 고온의 냉매 일부를 제상을 위해 실외기 코일 표면부로 바이패스시키는 방법들이 사용되기도 한다. 열병합발전이나 GHP(가스히트펌프)[18] 등은 고온의 엔진 냉각수나 폐열을 이용해 제상은 물론 추가 가열이 가능해 동절기에 제상이 크게 문제가 되진 않는다.
2.7. 기타
- 건물 밖에 붙어있는 실외기 근처는 덥다 못해 뜨겁다. 언젠가부터 VRF(Variable Refrigerant Flow)라는 방식을 이용하여, 실외기 1대에서 냉매 유량을 가변적으로 조절하여 적게는 2대, 많게는 수십 대의 실내기를 한 번에 연결하여 처리할 수 있는 히트펌프(즉, 에어컨)를 많이 사용한다. 따라서 2010년 이후에 대형 건물 옥상에는, 예전부터 우리가 흔히 보던, 크고 뚱뚱한 냉각탑이 아닌 좀 더 늘씬하고 길다란 실외기(ODU, Outdoor Unit) 수십 대가 줄지어 서 있는 모습도 흔히 볼 수 있다. 이 경우 건물 옥상의 커다란 실외기들은, 실내의 각 실에 연결된 실내기들이 실내의 열을 흡수하며 가열시킨[19] 냉매를 다시 냉각시키는데, 이렇게 냉매를 다시 냉각시키는 과정에서 대기 중으로 냉매가 갖고 있는 열에너지를 방출한다.[20] 즉 실내가 시원해질수록 실외는 더워진다는 말이다. 냉장고 뒤쪽이 뜨거운 것과 같은 맥락인데, 그 규모가 커진 것이라 보면 된다.[21]
- 북미나 일본에서는 히트 펌프를 이용한 HVAC으로 난방까지 하는 경우가 많지만, 대한민국은 건물에 단열 작업만 제대로 되어 있으면 어차피 온돌식 난방에 의해 공기도 데워지므로 실내 공간이 넓거나 이런 보일러를 달지 못하는 경우가 아닌 한[22] 가정집에서 굳이 공기를 덥히는 방식의 난방을 할 필요가 없다.[23]
- 에어컨은 증발기에 물이 맺히기 때문에 습도를 낮춰준다. 제습기와 에어컨은 같은 원리로 동일하게 작동하는데, 여름철 효과 비교에 대해선 제습기 항목 참조. 에어컨과 똑같은 원리인 냉장고 역시 실외기가 냉장고 바로 뒤에 붙어있는 격이라고 볼 수 있다. 따라서 냉장고를 열어놓아도 흡수한 열을 그대로 같은 공간에 방출하니 소용이 없다. 아니 열기관의 열 손실로 인해 오히려 더 더워진다. 그러니 덥다고 냉장고 문 열어놓지 말자. 차라리 바닥을 젖은 밀대 걸레로 닦고 기다리면 자연증발로 바닥이 차가워진다.[24]
3. 흡수식 냉동기의 원리
증기압축식 냉동기와 같이 액체의 증발열을 이용한다.흡수식 냉동기에서 냉매로는 물이 사용되는데 물은 대기압인 1기압에서는 100도에서 증발하지만 기압이 낮아진다면 더 낮은 온도에서 증발할수 있다. 그래서 증발기 내부를 진공상태로 만들어서 물이 4도 정도에서 증발할수 있도록 만든다.
- 물이 증발기에서 증발하여 주변의 열을 흡수하면서 온도를 낮춘다.
- 증발한 물이 기체(수증기) 상태가 되어 증발기 내부의 기압을 높이면 더 이상 증발이 일어날수 없다.
- 수증기를 매우 잘 흡수하는 LiBr 수용액을 흡수기에 뿌려주면 LiBr 수용액이 흡수기와 연결된 증발기의 수증기를 흡수해 증발기를 진공 상태로 유지한다.
- LiBr수용액이 포화되어 수증기를 더 이상 흡수하지 못하게 되면 재생기로 보낸다.
- 재생기에서는 수용액에 열을 가하여 물을 증발시켜서 수용액이 다시 물을 흡수할수 있게 만든다.
- 증발된 수증기는 응축기로 보내지고 냉각수에 의해 식어서 액체 생태로 만들어져 다시 증발기로 돌아간다.
3.1. 난방
재생기에서 LiBr 수용액을 가열하면 수증기가 발생하는데 이 수증기를 응축시켜 난방에 이용한다. 사실상 스팀 보일러와 비슷한 원리.4. 구조(부속품)
4.1. 밀폐형 압축기
압축기는 증발기에서 피냉각 물체로부터 열을 흡수해 증발한 저온저압의 냉매가스를 흡입, 압축하여 냉매가스의 압력을 상승시켜주는 부속품이다. 가정용 에어컨이나 냉장고같은 소형 냉동장치에서 주로 밀폐형 압축기가 많이 사용되고있다. 밀폐형 압축기는 압축장치와 전동기가 일체화되어 있어서 동력 전달을 위한 축장치가 필요없다. 때문에 기밀성이 높고 크기도 소형으로 제작되며 운전 소음도 적다.4.2. 응축기
- 공랭식 응축기 : 압축기에서 나온 고온고압의 냉매가스가 응축코일을 순환할 때 주위의 공기를 통과시켜 열을 대기 중으로 방출시켜 냉매가스를 액으로 응축시키는 열교환장치다. 수랭식 응축기에 비해 구조가 간단하고 보수가 쉬우며 용량이 크지 않은 경우 실외에 간단히 설치할 수 있어서 일반 에어컨 및 냉난방기에서 보편적으로 사용되고 있다.
- 수랭식 응축기 : 수랭식 응축기는 냉각수의 현열을 이용하여 냉매가스를 냉각, 액화하는 방식으로, 입형 쉘앤튜브식, 횡형 쉘앤튜브식, 2중관식, 7통로식, 지수식, 대기식응축기 등이 있는데 현재 사용하고 있는 것은 특별한 경우를 제외하고는 대부분 횡형 쉘앤튜브식이 사용되고 있다. 수랭식 응축기는 냉각수의 순환과 냉각을 위한 냉각탑과 냉각수 배관, 순환펌프 등이 필요하여 공랭식에 비해 시스템이 복잡하고 시설비가 비싸다. 그러나 냉각탑의 냉각효율이 우수해서 공랭식에 비해 여름철에 안정적인 냉방운전이 가능하고, 공랭식으로 대처하기 곤란한 경우에는 수랭식을 사용하는 것이 효율적이다.
4.3. 냉매 유량제어장치(팽창밸브)
냉동사이클을 구성하는 기본 장치 중의 하나이며 크게 두 가지 기능을 한다. 냉매의 압력을 낮춰 팽창시켜 증발기 내에서 고온고압의 냉매액이 저온저압의 냉매가스로 증발되도록 하는 역할을 하며, 다른 기능으로 냉방 부하량에 따라 증발기 내를 순환하는 냉매의 유량을 조절하는 역할을 한다.일반적으로 팽창밸브라고 부르며 냉매의 압력을 감압하기 때문에 감압장치라고도 하고, 감압하는 과정이 밸브의 교축작용에 의해 이루어지므로 교축변이라고도 한다. 부하 변동에 따라서 냉매의 흐름을 제어하기 때문에 냉매 유량제어장치라고도 한다.
종류는 다음과 같다.
| 구분 | 종류 |
| 수동식 | 모세관식 팽창장치, 수동팽창밸브식 |
| 자동식 | 온도식 자동팽창밸브, 정압식 자동팽창밸브, 전자식 팽창밸브, 플로트식 팽창밸브 |
4.4. 증발기
Evaporator. 팽창밸브에서 팽창된 저온저압의 냉매가 증발기에서 피냉각 물체로부터 증발잠열을 흡수하여 증발하면서 냉각효과를 발휘하게 되는 열교환장치다. 증발기에서 팽창증발된 냉매가스는 압축기로 흡입되어 재압축된 후 순환하게 된다. 증발기의 전열장치는 냉각, 냉동시키고자 하는 대상 물질의 형상이나 설치 여건에 따라 다양한 형태를 띄고 있다. 증발기 내에서의 냉매 흐름방식에 따라서도 건식 증발기, 만액식 증발기, 반만액식 증발기, 냉매액 강제순환식 증발기로 나눌 수 있다.- 건식증발기 : 팽창밸브에서 감압된 냉매가 증발기로 보내져 전열관 내를 흐르는 동안 점점 증발하면서 튜브출구에서는 완전히 증기가 된다. 증발기 출구에서 냉매액이 유출되지 않고 완전히 증발이 이루어지도록 하기 위해 팽창밸브에서 정밀한 유량조절이 필요하고, 증발되지 못한 일부 냉매액은 압축기 입구 쪽의 액분리기에서 처리된다. 전열면이 액 또는 가스와 동시에 접촉하고 있어 전열효과는 만액식이나 반만액식에 비해 좋지 않은 편이다. 다만 다른 형식에 비해 소요되는 냉매량이 적고 윤활유가 증발기에 고이는 양도 적다.
- 만액식 증발기 : 만액식 증발기는 내부가 항상 냉매액으로 채워져 있고, 증발된 냉매가스는 액 중에서 기포가 되어 상승하여 분리된다. 전열면이 거의 냉매액과 접촉하고 있기 때문에 전열작용이 양호하지만 다른 형식에 비해 많은 양의 냉매가 필요하다. 주로 급속 동결을 요구하는 대형 동결장치에 사용된다. 증발기 내에 냉매액을 가득 채우기 위해서는 액면제어장치가 필요하고 액과 증기를 분리시키는 액분리기도 필요하다. 냉동기유는 암모니아의 경우 증발기 하부에서 간단히 제거할 수 있으나, 프레온계 냉매의 경우에는 오일과 냉매가 혼합되기 때문에 별도의 오일 회수장치가 필요하다.
4.5. 송풍기
실내의 뜨겁고 습한 공기를 빨아들여 증발기에 뿌려준다. 그러면 뜨거운 공기가 증발기를 지나면서 열과 습기를 빼앗겨 차갑고 건조해지고 이 차고 건조한 공기가 실내로 퍼지는것. 에어컨의 풍량을 조정하면 이녀석의 회전 속도가 변한다. 위치는 스탠드형은 몸체 아래에 있고 천장형은 가운데에 있다.4.6. 흡기 필터
송풍기로 공기를 빨아들일때 반드시 먼지도 같이 들어갈게 뻔하고 이러면 에어컨은 먼지를 빨아들여 뿌리는 장치가 되어버리기 때문에 송풍기의 흡입구 앞에 설치해서 먼지를 거른다. 당연히 공기청정기급의 성능은 아니다. 최신식 에어컨은 공기청정기처럼 이 흡기 필터의 교체 주기가 되면 알려준다.4.7. 물 배출 호스
에어컨의 작동 메커니즘의 특성상 증발기와 그 주변에는 물이 맺히는데 이 물을 한데 모아 배출하는 호스다. 보통 실외기와 연결된 파이프 뭉치에 같이 붙여서 실외로 빼놓는다. 간혹 위치의 문제로 물이 빠지기 힘들다면 펌프를 별도 설치해서 빼내기도 한다.4.8. 수액기
수액기는 응축기에서 응축한 냉매액을 임시로 저장하였다가 증발기 내에서 소요된 양의 냉매를 팽창밸브로 이송하는 역할을 한다. 냉동장치를 수리하거나 장기간 정지시키는 경우 펌프 다운으로 장치 내부의 냉매를 회수하여 저장할 때도 사용된다.수액기는 팽창밸브형 냉매 조절장치가 있는 대부분의 냉동장치에 장착된다. 소형 마력의 유닛 중 모세관을 사용하는 유닛에서는 모든 액상의 냉매가 사이클의 오프-파트나 증발기에 저장되기 때문에 수액기가 있어야 할 필요는 없다. 수랭식 응축기 방식에서 응축기가 수액기의 기능을 겸하는 경우에는 수액기를 사용하지 않을 수 있다.
대부분의 수액기에는 서비스 밸브가 붙어 있으며 내부에는 여과망이 있어서 이물질이 팽창밸브로 들어가는 것을 방지하여준다. 수액기는 압축기에서 토출된 후 응축된 고압의 냉매를 저장하는 고압용기이므로 안전밸브나 가용전과 같은 안전장치가 달려있다. 그리고 수액기에는 액체냉매가 들어있어서 직사광선을 받는다거나 화기에 가까이 하면 좋지 않다.
4.9. 액분리기
액분리기는 증발기 토출측과 압축기의 흡입관 사이에 설치되어 증발기에서 완전히 증발되지 않은 냉매액을 분리하는 역할을 한다. 압축기 가동 시 증발기에서 완전히 증발되지 못한 다량의 냉매액이 흡입된 경우 액압축현상으로 운전이 불안정해지거나 압축기에 무리가 가고 압축기에 있는 오일이 냉매액과 섞이거나 희석되어 마찰부분의 손상이나 기밀성이 떨어진다.액분리기의 구조는 유분리기와 비슷한데, 단면적이 넓은 원통 내부에 냉매가스가 유입되면서 통과속도가 저하되어 액적이 중력으로 아래로 분리되고, 다공판에 가스를 충돌시키면서 미분리된 액적을 한 번 더 분리시킨다.
4.10. 유분리기
프레온계 냉매는 오일과 혼합되는 성질을 가지고 있어 압축기에서 토출되는 고온고압의 냉매 중에는 약간의 오일이 혼합되어 배출된다. 이렇게 배출되는 오일의 양이 많아지면 압축기의 윤활 부족에 의한 마모와 과열, 기밀성에 문제가 생기고 응축기나 증발기, 필터드라이어에 유입되어 전열 성능을 저하시키거나 냉매의 흐름을 좋지않게 만들어버린다. 이런 문제를 예방하기 위해 압축기 토출측과 응축기 사이의 배관 중에 유분리기를 설치해서 압축기에서 공급되는 냉매 중의 오일을 분리하여 다시 압축기로 돌려놓는다.4.11. 액가스 열교환기
에어컨에서 응축기를 지나온 고온고압의 냉매액과 증발기를 나와 압축기로 흡입되는 저온 저압의 가스를 접촉시켜 열교환을 시키는 장치이다.R134a같은 냉매는 비열비가 작기 때문에 압축기의 흡입증기가 과열되어 있는 것이 성능계수를 좋게 만들 수 있고, 압축기의 토출가스도 염려될 만큼 높게 되지않는다. 증발기를 나온 저온의 냉매증기와 응축기 출구의 고온 응축액을 열교환시켜 압축기의 흡입증기는 과열시키고 팽창 밸브 입구의 고압액의 과냉각도는 증가되게 된다.
액가스 열교환기는 2중관식 열교환기 등을 사용하면 공기냉각이용 증발기에서 냉매를 과열시키는 것보다 열교환 면적을 절감할 수 있어서 유리하다. R22를 사용하는 장치에서는 성능계수의 증대효과는 없지만, 압축기의 액압축을 저감시키기 위한 대책으로 사용되기도 한다.
4.12. 필터드라이어
프레온 냉동장치에는 냉매온도가 내려감에 따라 냉매 중의 수분 용해도가 적어지게 된다. 이로 인해 고압 냉매액에 미량의 수분이 용해되어 있으면 팽창밸브 등에서 냉매 중의 수분이 동결되어 팽창밸브의 기능을 저하시키는 경우가 생긴다. 이것을 방지하기 위해 건조기를 설치하고 있으며, 일반적으로 건조기는 여과기의 기능을 병행할 수 있게 제작되는 경우가 많아서 필터드라이어라고 부른다.[25]4.13. 전자밸브(SV)
Solenoide Valve. 전기 신호에 따라 작동하여 밸브를 차단하여 냉매의 흐름을 제어하는 자동제어 밸브로, 수액기와 팽창밸브 사이에 설치한다. 전자밸브에 전원이 공급되면 플랜저가 상승하여 밸브를 개방하고, 전원이 차단되면 자동으로 닫혀 냉매의 흐름이 중단된다. 소형 에어컨일 때는 주로 작동식 형태이고 대용량 에어컨의 경우 파이로트식 전자밸브를 사용하기도 한다.일반적인 전자밸브는 단순 개폐의 역할을 하기 때문에 부하에 따른 유량조절은 불가능하다. 밸브의 종류에 따라서 고장시에 수동 개폐가 가능하게 한 장치를 구비한 제품도 있다.
4.14. 사방형밸브(4-WAY)
히트펌프를 사용할 수 있게 도와주는 밸브로서 보통 히트펌프를 설명하면 실내기에서 뜨거운 바람이 나오고 실외기에서 찬바람이 나오는게 히트펌프라고 설명을 하는데 회전기기를 다루는 사람들은 자연스럽게 컴프레셔 모터를 역방향으로 돌려 사용하나 생각이 들기 마련인데 그랬다간 컴프레셔가 파열되어 안전사고가 터지게 되며 못쓰게 된다. 그렇기 때문에 4-way 밸브를 사용한다. 4-way 밸브는 컴프레셔의 고압 토출관에서 출발해서 해당 밸브로 도착하고 해당 밸브는 응축기로 가는 방향으로 전환해줄지 증발기로 보내는 방향으로 전환해 줄지를 전자석 방식으로 on·off를 결정해서 방향을 결정하고 응축을 시킨 후 팽창밸브로 이동시켜 증발된 가스를 저압 흡입쪽으로 보내는 방식을 결정해주는 장치로서 우리 문명이 전기히터나 기름, 개스난방에서 해방 시켜준 고마운 부속이다. 사방변이라고도 부른다.4.15. 압력스위치
에어컨은 운전 중 부하나 주위 조건의 변화에 따라 각 부속장치의 운전상태나 냉매의 압력이 수시로 바뀌는데, 가동 중 에어컨의 압력 상태를 자동적으로 조절하기 위한 자동제어장치로 압력스위치가 가장 많이 사용된다.멀티 에어컨의 경우 냉매나 배관에서 발생하는 압력변화를 압력스위치로 감지해서 멀티 에어컨의 운전이 적합하도록 조절해주고, 이를 이용해 자동화시스템과 경제적인 사용을 할 수 있도록 해준다.
보통 압력 스위치는 안전장치에 많이 사용 되며 하이 프레셔 로우 프레셔 같이 가스 압력에 따라 on·off를 시키는 장치이다. 보통 아날로그 방식인 220V를 이용한 마그네트 접점을 이용하는 에어컨이라던지 PCB를 이용해서 압력스위치에 한상을 보내 신호를 받아 신호가 돌아오지 않는다면 알람을 띠운다던지 그런 방식으로 많이들 사용한다.
보통 아날로그 접점으로 사용시 L상을 따와 콤프레셔 OCR을 거처 실외기 팬모터 OCR를 거치고 LP(로우프레셔)를 지나 HP(하이프리셔)를 지나 콤프레셔 마그네트에 접접을 연결하고 N상은 실내기로 보내 실내기를 작동시키면 다시 N상을 실외기로 보내 콤프레셔 마그네트로 연결되어 마그네트가 전자석을 작동시켜 콤프레셔를 작동하는 방식을 많이 쓴다.
4.16. 인젝션
보통 수액기 뒤로 따로 동관에 동관을 따로 빼서 전자밸브를 지나 팽창 할 수 있게 동관을 돼지 꼬리처럼 뱅글뱅글 3~4번 정도 말아 팽창시킨 후 콤프레셔 저압 흡입 쪽이나 콤프래셔 코일 부분에 쏴주는 방식으로 보통 30마력 이상 콤프레셔의 토출온도를 낮추기 위해 이용한다.토출온도가 115도[26] 이상 올라갈 시 코일이 높은 확률로 망가지며 그것을 막기 위해 80도 쯤에 전자밸브를 열어 응축된 가스를 팽창시켜 콤프레셔로 쏴주는 방식을 사용한다.
4.17. 팬제어 스위치
보통 가정용이나 인버터 제품은 이걸 사용할일이 없지만 변전실 혹은 서버실 같이 겨울과 환절기에도 고열로 에어컨을 사용이 필요한 곳에 설치되는 부품이다.이 부품은 사계절용이나 아니냐를 결정 지을 수 있는 핵심 부품으로써 보통 환절기나 겨울에는 에어컨 작동과 동시에 팬이 에어컨이 멈출때까지 멈춤없이 회전하게 된다면 과응축이 발생한다.
과응축이란 응축기에서 응축을 과하게 진행 할 경우 발생하는 단어로서 이것이 발생하게 된다면 가스를 필요 이상으로 액화 시키며 액화가 진행 될때 동관에 있는 가스의 부피가 완전 쪼그라든다. 그렇게 된다면 저압 압력 값이 매우 낮아 지게 되며 매우 낮아기게 되면 로우프레셔가 작동되어 알람을 띠우거나 로우프레셔는 보통 자동복귀를 많이 씀으로 알람을 발생시키지 않은 상태로 충분히 증발되어 다시 압력값을 되찾게 되거나 콤프래셔가 힘을 풀어 가스가 컴프레셔에 모여있던 가스가 풀어지면서 압력값이 올라 로우 프레셔가 자동 복귀가 되어 다시 에어컨을 자동으로 온도값에 의해 작동되는 대참사가 발생한다. 그렇게 된다면 켜지고 꺼지고를 반복하게 되는데 온도는 안떨어지고 컴프레셔는 죽어라 일하게 된다. 그래서 그걸 막기 위해 이것을 설치하게 되는데. 이것은 압력 스위치이지만 스타트와 정지를 원하는 압력값으로 맞출수 있어 팬 작동여부를 고압 쪽 압력이 18킬로에서 작동하여 15킬로로 정지시키는 것이 가능하다. 그렇기에 과응축을 막아 겨울철에도 에어컨을 사용 할 수 있게 만들어 준다.
하지만 인버터 제품을 사용하는 당신은 절대로 이것을 볼 이유가 없다. 디지털 압력장치를 이용해 값을 측정하고 인버터 pcb에서 Hz 값을 조절하여 팬 RPM을 줄였다 올렸다를 하기 때문... 절대로 과응축이 발생할 일이 없다.
4.18. 역상감지기
보통 7.5마력 이상 3상교류 440V 제품에 많이들 설치되어 있는데 나중에 제품이 오래되다보면 역상감지기가 고장나 에어컨이 작동안되는 경우가 너무 많다. 이 부품의 목적은 첫설치시 역상에 의한 콤프레셔 데미지를 막기 위한 안전장치이다.4.19. OCR
전류를 감지하여 일정 암페어 이상 오를시 강제 종료를 목적으로 달린 안전장치이다. 보통 마그네트 밑에 달려있고 전자식으로 EOCR이있다.4.20. 마그네트 스위치
계전기라고 한다. 전자석 원리로 작동되는 전기 차단기라고 생각하면 편하다. 고전류 릴레이라고 생각하면 편하다. 전기과 애들이 이거 많이 터트려 먹었을 것이다. 주변 전기과 나온 사람 있다면 물어보면 자세히 설명 받을 수 있다.보통 220V L상과 N상이 코일에 연결 되어 전기가 흐르면 전자석이 되어 자기장을 이용하여 자석으로 물체를 끌어 당길 수 있는 물체를 끌어 당기며 끌어 당기면서 위에 연결된 상과 아래에 연결된 상이 접촉할 수 있게 도아 전기가 상과 상을 흐르게 만들 어주는 장치이다. 보통 시퀀스 제어에 사용 되는 부품이고 시퀀스 제어는 에어컨에서 빠질 수 없는 핵심이다.
4.21. 가용전
보통 납이 구멍을 막고 있는 형상으로 있는 동관에 연결된 부품으로서 가스온도가 일정치 이상 치솟을 시 로우프레셔를 일으킬 목적으로 녹아 구멍이 뚫려 가스를 동관 밖으로 토출 시켜버리는 환경파괴의 주범인 안전장치이다. 2015년 이후 나오는 모델들은 장착된 걸 거의 볼 수 없다.4.22. 온도계
실내나 실외의 기온이나 에어컨 부품의 온도를 측정해 PCB로 보내는 기기.과거에는 증발기 온도 검출에 액체가 열팽창 하는 것을 이용했으나 현재는 거의 전자식을 사용한다.
4.23. 습도계
실내나 실외의 습도를 측정하여 PCB로 보내는 기기.4.24. 리모컨
에어컨을 원격 제어하는 기기. 유선 방식과 IR을 통한 무선 방식이 있다. 유선 방식의 경우 온습도계가 포함된다.4.25. 밸브 구동기
PCB의 제어[27]에 따라 밸브의 유량을 자동으로 조절하는 기기.4.26. 댐퍼 구동기
전공기 방식에서 사용되는 부품으로 PCB의 제어에 의해 덕트를 개폐하는 댐퍼를 자동으로 조작하는 기기.4.27. 커패시터(콘덴서)
이 부품은 보통 단상교류 220V 60Hz 제품들에 장착되어 있는데 전기를 충전시켜 한방에 방출 해주는 목적으로 장착된다. 사용 이유는 에어컨이 스타트를 시작할때 많은 힘이 들어가나 회전 RPM을 충분히 올린 후엔 그렇게 많은 힘이 들어가지 않기 때문에 스타트 목적으로 설치 한다. 3상교류 380V 60Hz이상 제품들은 스타 결선으로 충분히 기동력을 만든 후 델타 결선으로 전환 시켜 힘을 낮춰 운전을 하기 때문에 커패시터를 필요로 하지 않으며 2015년 이후에 출시되는 제품들은 케피스터를 PCB에 내장하는 형태로 많이 나와 외장형 커패시터를 볼일이 없어졌다. 커패시터 불량을 확인 하는 방법은 콤프레셔 같은 경우는 기동할때 발생하는 소음이 뚝 하고 멈추면서 팬만 돌아가는 경우 마이크로를 확인 할 수 있는 테스터기를 이용하여 확인하고 테스터기가 없다면 교체후 기동 시키는 방법이 있다. 허나 케피스터를 교체하고도 똑강은 증상이 발생하면 압축기 고착이라 컴프레셔 교체 외엔 답이 없다. 팬모터같은 경우는 드라이버로 날개를 살짝 회전 시켜주면 날개가 인력에 의해 돌아 멈출 시점이 와도 계속 회전 한다면 팬모터 케피스터가 나간것이다.4.28. PCB
에어컨의 메인보드에 해당되는 부품이다. 회로기판이라고도 불린다. 보통 실내외기에 들어가는 제어 PCB와 전원 PCB, 인버터 PCB 등이 있다.4.29. ACP
중앙제어 목적으로 달리는 제품으로서 학창시절 천장형 에어컨이 달린 곳에 내 마음대로 온도 조절을 못하게 만든 장본인이기도 하다. 연결된 모든 제품의 온도조절 락을 걸 수 있으며 보통 에어컨 수는 많은데 일일이 각자 방마다 찾아가서 유선 리모컨으로 컨트롤하기 힘든 경우에 많이들 설치 한다. 솔직히 에어컨 틀고 출근하는 경우 집에 돌아 왔을때 냉기를 느끼면서 전기요금 때문에 간담이 서늘해진 느낌을 받을 수 있다. 반대입장으로서 관리 업주 입장에선 아무도 없는 실에 에어컨만 덩그러니 켜져 있으면 그것도 한두대가 아닐 경우 전기요긓 관리가 너무 힘들어진다. 웹서버를 통한 컨트롤이기 때문에 방화벽에서 포트포워딩을 하거나 VPN서버를 사용해서 외부에서 웹 브라우저를 통해 관리 페이지로 접속하여 컨트롤이 가능하다.또한 이 기능을 통해 KNX, Bacnet, Modbus 등을 사용하는 BMS와 연동이 된다.
[1]
냉매와 컴프레셔(압축기)- 증기압축식 원리를 사용하는 제품들은 가정용 에어컨뿐만이 아닌
자동차용 에어컨, 냉장.냉동 탑차(트럭)에 탑재된 냉장·냉동장치,
냉장고, 냉장고와 비슷한
냉동공조기,
제습기, 찬물&뜨거운 물이 나오는
정수기 등 증기압축식 시스템을 활용한 가전은 주위에 널려있다.
[2]
에너지 효율은 좋으나, 생산 효율이 나쁘다는 것이다.
[3]
심지어
독성이 강한 암모니아를 냉매로 사용할 수도 있다. 하지만 암모니아는 구리를 부식시키기 때문에
철을 이용한 도관이 필요하며, 폭발 위험도 있기 때문에 조심해야 한다.
[4]
게다가 겨울에 언다!
[5]
결국 물을 쓰는 에어컨은 냉매는 따로 있고, 물은 냉매를 식혀주는 역할만 한다. 원자력발전소에 쓰이는 냉각용 물의 역할 처럼.
[6]
냉매 문서를 보면 알겠지만, 세계 최초의 압축냉동공조사이클 냉매로 쓰인 재료다.
윌리스 캐리어가 처음 선보인 인쇄소용 에어컨, 대형마트나 영화관 등의 업소용 냉동공조 시스템도 암모니아를 냉매로 사용했다. 효율도 현시대 최신예 냉매와 뒤떨어지지 않고, 값이 매우 저렴하며, 방출되어도 오존층을 파괴하거나 온실가스 효과를 일으키지 않는 냉매. 다만 방출 시 악취를 뛰어넘는 고자극성 유독성 기체인데다가, 일부 금속을 부식시키는 특성을 가져 일반적인 가정용으로 쓰이지 않는다.
[7]
21세기 전국.전세계의 대형 냉장 냉동창고 시스템 증 50% 이상이 암모니아를 냉매로 사용한다. 이외 프레온 가스로 유명한 R22 등이 뒤를 잇는다.
[8]
이를 반대로 말하자면, 프로펠러 바람 같은 외부의 작용으로 열을 빼앗기면 고밀도의 분자 구조로 변하게 된다는 것
[9]
그래서 이렇게 밀도가 높게 변한 물질을 만지면 뜨겁다. 열을 방출 중이니까.
[10]
압축기에 의해 당겨진 것
[11]
옛날(?) 스탠드 에어컨은 EV(Expansion Valve 팽창밸브) 역할을 하는 모세관이 실내기에 있었다. 벽걸이는 실내기가 작아서 그 때나 지금이나 실외기에 위치.
[12]
에어컨에서 가장 비싼 부품은 컴프레서고 다음이 응축기와 열교환기다. 요즘은 실내기에도 각종 PCB와 센서가 들어가며 송풍용 BLDC모터 자체도 싼 편이 아니라 옛날 모델만큼 가치 차이가 생기진 않는다.
[13]
실내 냉방 및 공조 목적으로 설치된 제품도 냉동기라고 부른다.
[14]
유분리기 수액기 인잭션 액분리기 증발기 응축기 등등은 아래 부속에 대한 설명에서 참고 할것
[15]
이해가 어려울 수 있으나 저온부보다 더 온도를 낮게 해주면 온도를 흡수할 수 있다. 외부 온도가 -15도 인데 -30도의 냉매를 공급한다면 이 냉매는 -30도에서 -15도로 '더워' 지게된다.
[16]
멀티제품만 히트펌프가 제공 되는 게 아니다.
[17]
수도권이나 강원특별자치도 같이 매우 추운곳은 일반 제상기능으론 택도 없어 전기히터방식으로 제상을 한다.
[18]
흡수식을 말하나본데 개념이 다르다.
[19]
증발 후 온도가 5도에서 15도 사이로 컴프레셔로 안들어오면 토출 온도 상승으로 컴프레셔 오일 탄화 및 코일 과열로 콤프레셔가 완전히 못쓰게 된다. 잘못 된 설명이다.
[20]
콤프레셔에서 압축을 하면서 열이 발생 하는 더 팽창을 쉽게 하기 위해 액화를 목적으로 응축 즉 수랭이든 공랭이든 땅에 묻어서 식히든 열을 토출 시킨다. 열을 잃은 냉매는 상태 변화를 해서 액화 되고 다음 사이클로 보낸다.
[21]
쉽게 설명해 에어컨은 실내의 열을 실외로 빼내는 장치이지, 그냥 온도를 낮춰주는 장치가 아니란 뜻이다. 실내가 시원해질수록 그 열이 밖으로 빠져나가 실외는 훨씬 더워진다.
[22]
그런데 이렇게 온돌식 보일러를 장비하지 못하는 곳은 상당히 많다. 가정집이 아닌 대부분의 건물이 이렇다. 좌식 생활에선 온돌식 보일러의 난방 효과가 좋은 편이지만(단, 난방 효과와 난방 효율을 혼동하지 말 것. 난방 효과 대비 에너지 소비량 측면에서의 열 효율은 형편없다), 입식생활이나
침대를 쓰는 경우에는 공기를 데우는 편이 훨씬 난방 효과 및 에너지 효율이 좋다. 실제로 온돌부터가
군주조차 방에다 이불 깔고 자고, 평소에도 방바닥에 앉아있고 하는 좌식 생활이 대다수인 대한민국의 전통 문화라는 점을 생각해 보자.
[23]
온돌식 난방에 의해 공기도 데워지지만, 그전에 바닥 구조체(콘크리트 슬라브 및 마감 몰탈 등)를 전부 가열하고 난 뒤에야 바닥 표면의 온도가 상승하며 이에 의한 대류 효과로 공기가 서서히 데워진다. 애당초 바닥 난방 방식은 공기를 데우기 위한 난방이 아닐 뿐더러, 공기를 데우기 위한 측면에서의 바닥 난방은 매우 비효율적이다. 바닥 난방의 의의는 데워진 표면으로부터 직접적인 복사열 교환에 의한 난방 효과를 얻는 데에 있는 것이며, 이를 복사난방 방식이라 한다.
[24]
그래서 2000년대 초반까지 군대에서는 더운날
내무반 창문과 출입문을 모두 활짝 열어놓고 바닥에 물을 뿌리곤 했다. 선풍기에 얼음주머니를 달아놓는것은 덤. 이렇게하면 바닥이 일시적으로 차가워지는 효과가 있는데, 문제는 바람이 제대로 통하지 않으면 바닥의 물이 증발한 습기가 그대로 실내를 가득 채워 습기+더위로 찜통지옥이 되는 것. 와중에 열어놓은 문과 창문으로 모기가 들어오면 그대로 전원 지옥행. 아침에 일어나보면 더위+모기로 잠을 설친데다 습기로 얼굴까지 퉁퉁 불어있어 좀비가 따로 없다.
[25]
프레온과 수분이 만나면 산성화되어 동관을 부식시키기도 한다.
[26]
물론 90도 이상 올라가면 코일에 문제가 발생한다. 115도가 되면 안정장치가 발동 되며 셧다운을 시키며 토출가스 온도 문제라는 알람코드를 발생시킨다.
[27]
보통 DC전압이나 전류의 세기 또는 PWM을 이용한다.