에어컨 원리와 작동 과정에 대해 설명드릴까 합니다.
에어컨이란 무엇일까? 특정 공간을 시원하게 하는 것일 것이다. 그럼 언제부터 사용을 했을까 하는 궁금증이 생긴다. 고대 로마에서는 벽 뒤에 찬물이 지나가는 수도관을 설치했으며, 2세기 중국에서는 연못 근처의 찬 공기를 집안에 끌어들이기 위해 3m나 되는 팬을 만들어 이용하기도 했다.
그 후 1758년 벤자민 프랭클린과 존 하들리가 수은 온도계에 에테르(에테르는 휘발성과 마취성, 인화성이 크다 )를 적신 후 바람을 불어주니 온도가 -14도까지 내려갔다. 여기에서 에어컨의 기본원리인 물질이 상태변화(액체-> 기체)를 할 때 주변의 열을 흡수나 방출한다라는 사실을 알았다.
1820년 마이클 패러데이는 압축-액화된 암모니아가 기화할 때 주변 공기가 차갑게 변하는 것을 발견했다. 이러한 패러데이의 압축 기술이 현재 냉각 기술의 근본적인 바탕이 되었습니다.
1842년 존 고리에가 이 압축 기술을 이용해 얼음을 만들었었다. 요즘도 어선들 중에 암모니아로 냉동을 하는 어선들이 있다.
1902년 미국의 "윌리스 하빌랜드 캐리어"가 패러데이의 압축기술을 이용해 인쇄물의 형태를 변형시키는 습도와 열기를 제거하고자 연구하던 중 최초의 상업적인 에어컨을 만들었다.
1915년 캐리어 박사는 캐리어 공학 회사를 설립했는데, 이는 현재 우리가 알고 있는 캐리어 회사의 모체이다.
에어컨의 기본적인 원리는 한마디로
기화열에 의한 냉각이라 할 수 있다. 액체가 기체로 기화할 때는 열을 흡수하고 기체가 액체로 응축할 때는 열을 방출한다.
기화할 때 흡수하는 열이 기화열이다.
에어컨은 압축기로 압력을 크게 변화시켜 기체 상태였던 냉각제를 액체로 응축한 후 압력을 낮춰서 증발기 안에서 액체 상태의 냉각제가 다시 증기로 기화할 때 열을 빼앗아 주위의 온도를 낮춘다.
에어컨과 냉장고에 의한 냉각은 많은 기화열을 효율적으로 얻을 수 있는 간단한 냉각 사이클을 통해 이루어진다. 열은 원래 높은 온도에서 낮은 온도로 이동하지만 에어컨의 냉각 사이클을 통해서 반대 방향인 낮은 온도의 실내에서 높은 온도의 실외로 옮겨간다.
실내기에서는 찬 바람이 나오고 실외기에서는 더운 바람이 나온다. 냉장고도 마찬가지로 열이 낮은 온도의 기기 안에서 높은 온도의 기기 밖으로 옮겨간다.
기화열에 의한 냉각
일정한 온도와 압력에서 액체를 기체로 바꾸는 데 필요한 에너지이다. 액체 상태의 분자 간 인력을 이겨야 기체가 될 수 있기 때문에 에너지가 필요하다. 그러므로 액체가 기화할 때 주위에서 기화열을 흡수하므로 주위의 온도가 내려간다.
뜨거운 여름날 거리에 물을 뿌리면 물이 증발하면서 시원하게 느껴지는 것이 그 예이다. 기체가 다시 액체로 될 때 방출되는 에너지는 액화열이라고 한다. 기화열과 액화열의 크기는 같다.
냉각과정: 냉각제가 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발 기을 거치며 냉각이 이루어짐.
구체적인 냉각 과정은 냉각제가 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 거치며 이루어진다.
1. 압축기
압축기는 실외기 속에 있으며 에어컨 부품중 제일 중요 합니다. 실내기에서 나온 냉매는 먼저 압축기에서 고온, 고압의 기체 상태로 압축이 됩니다. 대부분의 냉각 시스템은 압축기 모터를 작동하기 위해 많은 전기를 소모 합니다.
모터와 연결된 실린더가 기체를 압축, 압축하는 과정에서 진동과 소음이 그리고 열도 함께 발생 합니다. 그래서 압축기는 실외기에 있는 것입니다. 실내기에서 들어온 저온 저압 기체를 압축기에서 압축을해 고온 고압의 기체로 만듭니다.
2. 응축기
실외기 속에 위치해 있으며. 에어컨의 밖에 있는 실외기에서 바람이 나오는 것을 봤을 것이다. 그 부분이 응축기 입니다. 압축기를 나온 냉매는 상태가 고온, 고압의 기체인데, 외부에서 흡입된 공기와 만나 식으면서 고온 고압 액체가 된다.
이때 열을 방출하므로 실외기에서는 더운 공기가 토출 된다.
압축기에서 고온고압의 기체는 열을 뿜으려는 성질이 있어 응축기에서 열을 발산한다. 열을 뿜으며 압력이 떨어져 액체 상태가 된다.
응축기를 통해 고압의 냉매가 흐르며 이동-> 주위에 열 발산-> 발산된 열이 팬을 통해 외부로 배출-> 온도 낮아짐의 과정이 이루어진다.
3. 팽창밸브
실내기나 실외기 어느 한 곳에 있다. 좁은 곳을 통과할 때 유체의 속도가 커지고 압력이 낮아지는 현상을 이용해 모세관을 통과시켜 고압 상태인 액체의 압력을 낮춘다. 압력을 낮추어야 액체가 증발기에서 잘 증발될 수 있기 때문이다.
기본원리는 주변의 압력을 줄이는 것만으로도 액체를 끓일 수 있다. 압력이 떨어지면 냉매 액체의 한 부분이 증발된다. 이렇게 증발되기 위해서는 약간의 에너지가 그 증기에 공급되어야 합니다.
이 에너지는 냉매 내에서 발생하기 때문에 온도가 떨어집니다. 이 저온 냉매는 실온보다 낮은 온도여야 한다.
4. 증발기
실내기에 있다. 팽창밸브를 나온 액체 상태의 냉각제는 온도와 압력이 낮다. 이러한 액체는 주위의 더운 공기에서 열을 흡수해 기체 상태로 증발한다. 주위의 공기는 차가워지고 팬이 돌면서 이 공기를 실내로 내보낸다.
완전히 증발된 기체는 다시 압축기로 들어가 냉각 시스템의 순환이 계속된다.
아주 간단히 설명드리면 실외기에서 차가운 냉매를 만들어 실내기로 보내면 실내기에서는 그 차가운 냉매를 팬을 이용해 불어 내준다. 그러면 시원한 바람이 나온다는 이야기입니다.
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