[냉동냉장학] 냉장 및 냉동의 원리와 장치 대해서

목차

Ⅰ. 냉장의 원리와 장치
1. 냉장의 역사
2. 냉장의 원리
3. 냉장기술의 결정체 아이스박스
4. 냉장압축기
1) 냉장압축기의 역할
2) 압축기의 성능
3) 체적효율에 영향을 미치는 요소들
4) 온도조건과 압축기의 성능

Ⅱ. 냉동의 원리와 장치
1. 냉동기
2. 냉동의 역사
3. 냉동의 원리
4. 냉동의 방법
5. 냉동의 장치
1) 증기분사식 냉동장치(stream-jet type refrigeration)
2) 흡수식 냉동장치(absorption refrigeration)
3) 증기압축식 냉동장치(vapor compression type refrigeration)
(1) 증발온도의 조절
(2) 증발기의 액량유지
(3) 냉매의 재사용
(4) 전형적인 증기압축 냉동장치
6. 녹색냉동기술

참고문헌

본문내용

본래의 액상태로 응축시켜 다시 사용하는 방법을 강구하면, 외부로부터 장치내로 새로운 냉매를 공급할 필요가 없게 될 것이다. 이를 위해서는 증기를 응축시키는 어떤 수단, 즉, 냉매증기의 응축위해 응축기를 설치할 필요가 있다. 왜냐하면 냉매는 냉동되는 공간으로부터 필요한 잠열을 흡수함으로 해서 증발기내에서 증발하고, 이러한 증기는 받은 만큼의 열을 다른 물체로 주어야만 액의 상태로 되기 때문이다.응축기에서 증기로부터 잠열을 흡수하여 소위 증기의 응축이 일어나게 하는 물체를 응축매체라고 부른다. 가장 보편적으로 사용되는 응축매체는 물과 공기이다. 응축매체로 사용되는 물은 수도수나 하천수를 직접 사용하거나 또는 냉각탑으로부터의 순환수를 사용할 수 있으며, 공기는 일반적으로 대기의 것을 사용한다. 따라서 증발하는 냉매증기의 온도를 어떤 방법을 사용하여 응축매체의 온도 이상으로 증가시키지 아니하면 냉매증기가 가지고 있는 열이 응축매체로 사용되는 공기나 물로 흐르지 아니한다. 따라서 어떠한 외부열을 가하지 않고 냉매증기의 온도를 이 온도 이상으로 올려야 하는 데, 이를 위해서는 증기압축기 혹은 증기펌프를 사용하여 냉매증기를 압축하는 방법이 있다. 압축하기 전에 냉매증기는 증발온도와 증발압력의 상태에 있다.
따라서 증기압력이 낮으면 여기에 상당하는 포화온도도 역시 낮다. 압축하는 동안 증기의 압력은 포화온도가 응축매체의 온도 이상으로 되는 점까지 증가한다. 즉, 기계적인 일이 증기에 가하여짐으로 해서 고압으로 된다. 냉매증기를 압축한다는 것은 냉매가 가지고 있는 열을 농축하는 것과 같으며, 이 때는 열의 강도라고 할 수 있는 온도가 증가하게 된다. 압축 후에 고압, 고온으로 된 증기는 저온의 응축매체로 열을 주는 응축기로 가게 된다. 증기는 그 자신의 포화온도 이하로는 냉각되지 않기 때문에, 응축기 내에 있는 냉매증기는 응축이 되어 새로운 고온, 고압의 포화온도에 있는 액으로 될 때까지 끊임없이 열을 응축매체로 주게 되고, 응축매체는 이 열을 다른 곳으로 옮겨주는 역할을 한다. 응축된 액은 결과적으로 응축증기의 압력과 같게 될 것이고, 응축기로부터 수액기로 흐르게 되어 증발기로 재순환될 준비를 하게 된다. 이렇게 작동하는 유체, 즉, 냉매는 냉동되는 공간이나 물품으로부터의 열을 공간밖으로 운반하여, 응축기에 있는 응축매체에 열을 방출하는 역할을 한다.
(4) 전형적인 증기압축 냉동장치
장치의 중요부분은,
① 냉동되는 공간이나 물품으로부터 증발하는 냉매로 열을 통과시켜 주는 역할을 하는 증발기,
② 증발기로부터의 저압증기를 압축기의 흡입관까지 옮겨주는 통로인 흡입관,
③ 증발기로부터 증기를 제거시켜 주고 증기의 온도와 압력을 보통의 응축매체로 응축될 수 있는 온도까지 상승시켜 주는 증기 압축기,
④ 압축기 토출관으로부터 나오는 고압, 고온의 증기를 응축기까지 운반하는 통로인 고온가스관 혹은 토출관,
⑤ 고온의 냉매증기로부터 응축매체로 열전달표면을 통해 열을 통과시키는 역할을 하는 응축기,
⑥ 응축된 액을 보관하여 필요에 따라서 증발기에 필요한 액을 일정하게 공급해주는 역할을 하는 수액기,
⑦ 수액기로부터 냉매유량 조절기까지 액냉매를 운반해 주는 통로인 액관, 그리고
⑧ 증발기로 들어가는 냉매액의 유량을 조절하고 액관에 있는 고압의 액체냉매를 필요한 저온도에 상당하는 포화압력까지 저하시켜 바람직한 저온에서 냉매가 증발하도록 하는 냉매유량 조절장치 등으로 구성되어 있다.
이러한 방식의 냉동기는 효율이 좋기 때문에, 가정용 냉장고, 공조용이나 대형냉장고 등 소형에서 대형에 이르기까지 가장 넓게 사용되고 있고, 사용할 수 있는 온도범위도 대단히 넓다.
6. 녹색냉동기술
냉매로 쓰이는 CFC와 HFC를 대체하기 위한 대안으로 1990년대에 환경 단체인 그린피스는 환경에 무해한 프로판이나 부탄과 같은 탄화수소계(HC)의 천연 가스를 냉매로 사용하는 ‘녹색냉동기술(Greenfreeze)’을 주도하였다. 환경 문제에 민감한 서유럽에서는 이에 적극 호응하여 이미 CFC와 HFC를 사용하지 않는 냉장고를 제조, 판매해왔다. 유럽의 다양한 가전 업체에서 생산하면서 이미 안전성을 확인받은 이러한 환경친화적 냉장고는 일부 아시아와 아프리카 국가로 확산되고 있지만, 미국의 가정용 냉장고 시장에는 아직 등장하지 않은 상태이다.
그 이유는 이들 냉장고가 겨우 두 개의 라이터를 채울 만한 소량의 냉매를 사용한다고는 하지만 가연성 냉매가 사용되기 때문에 안전성을 보장할 수 없다는 미국 규제 기관의 입장 때문이다.
더구나 더욱 강력한 냉각을 필요로 하는 에어컨에 가연성 냉매를 사용하는 것은 안전성에 더 큰 문제가 될 수도 있다. 따라서 미국에서는 환경친화적이면서도 안전성이 보장되는 열음향 냉동기술이 녹색 냉동기술보다 장기적으로 더욱 전망이 밝은 것으로 보인다.
현재 열음향 냉동기술의 연구를 진행하고 있는 연구 기관으로 펜실베이니아 주립 대학을 비롯하여 로스 알라모스 국립 연구소, 미국 해군대학원, 퍼듀 대학에서 동작 가능한 열음향 냉동 시스템을 개발해낸 바 있고 이 밖에도 프락스에어, 포드 자동차, IBM 등의 업체에서도 연구가 활발히 진행되고 있다.
벤엔제리스 아이스크림 냉동고에 사용된 열음향 냉동기의 효율은 일반 냉장고와 비슷한 정도이지만, 가렛 교수는 내부의 열교환기와 음향 시스템을 개선함으로써 효율을 더욱 높일 수 있다고 설명한다.
더구나 모터가 작동했다, 멈췄다 하는 과정을 되풀이함으로써 내부의 온도가 제어되는 기존의 냉장고와는 달리, 열음향 냉동기는 냉동 용량에 따라 연속적으로 온도를 비례 조절할 수 있기 때문에 효율이 더 높아질 여지가 있다.
또한 구하기 쉬운 비규제 재료를 사용하며 특별히 비싸거나 마모되는 부품 없이 기계적으로도 더 간단하고, 기존의 냉장고에서 사용되는 윤활유가 필요 없는 열음향 냉동기는 설계를 잘 만하면 평생 쓸 수 있는 제품이 될 수 있다.
참고문헌
냉동 공학- 원화
실무중심의 냉동 공학
김무근,신지영,하옥남, 냉동 및 공기조화(제2판), 진영사
양철영, 식품냉동의 기초와 응용, 세진사, 1997
송재철·박현정, 최신식품가공저장학, 효일문화사, 1998

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