열역학이 좀 어려운 학문이긴 합니다.
뭔가 바퀴 회전수가 빨라지면 당연히 속력이 빨라지지! 이런 직관적인 개념이 아니기도 하고요
댓글로 컴프 빨리 회전시키면 온도 내려가는거 아니냐, 컴프 조절해서 온도 조절하는건데 왜 이상한소리하냐 납득 못하겠다 하시는 분들이 좀 계신것 같아서..
우선 냉동사이클을 사용하는 냉동장치 (에어컨, 냉장고 등)에 들어가는 대략적인 기본 부품들입니다.
아래 그림 참조해 주시고요, 기본적인 기능과 순서는 우리의 위대하신 영도자 윌리엄 캐리어님께서 저희에게 하사해주신 이래 크게 바뀐 것이 없습니다. (형태나 이런것이 적용되는 곳에 따라 약간의 변형이 있을지언정)
그런의미에서 자동차 에어컨 냉방 어떻게 이루어지냐하는 의문에서 저희가 주목해야하는 것은
실내기 -> 에바포레이터
모세관 -> 팽창장치 (TXV, EEV 등을 사용함)
압축기 -> 컴프레서
크게 이 3가지 입니다.
아래는 냉방사이클을 P-h 선도상에 표기한 것인데,
간단히 말해서 냉매의 이동경로라고 생각하시면 되며
1->2 압축기에 들어가서 고온고압으로 압축이 되며,
2->3 증발기(실외기)에 들어가서 저온고압으로 식혀지며 (열을 방출)
3->4 팽창기 에 들어가서 저온저압으로 낮아지고
4->1 증발기(실내기)에 들어가서 저압고온으로 열을 흡수합니다.
즉, 우리가 아는 에바는 4->1 과정이고.
"열역학" 상, 차가운 바람을 보낸다~ 라는 개념보다 "주변의 열을 흡수한다"라고 이해해야 사실 정확합니다.
얼마만큼의 열을 흡수하는것은 이론적으로 들어가자면 이제
열용량 Q = mdot x Cp x delT (냉매유량 곱하기 비열 곱하기 온도차)
수식으로 알아볼 수 있고요
근데 저 사이클 내에서는 이상상태 (two-phase 상태, 커브 안쪽 노란색 선이 수평인 곳, 온도는 같고 엔탈피의 변화만 있음)라서
사실 이 수식을 쓰면 안되기는 한데.. )
아 그리고 노란색 선이 같은 온도를 나타내는거고, H가 L보다 온도가 높습니다 (당연한건가..)
이 때문에 컴프를 빠르게 돌리면 (냉매 유량이 증가하면) 더 낮은 온도가 나오지 않냐 하는 착각이 (실제론 열을 더 빨리 흡수하는 것일 뿐, 증발기 온도는 같습니다) 일어나는 이유입니다.
온도를 더욱 낮추는건 팽창장치의 개도를 조절 (3->4) 하는 방법으로
이는 심화적으로 들어가면 간단한 게시글에서 이해시켜드릴 자신이 없고... (대학원은 헛으로 다닌게냐..)
잠깐 근데 제가 왜 이걸 이렇게 쓰고 있던거죠..
어...
아 네 한줄요약:
컴프 빨리 돈다고 찬바람이 더 낮은온도로 나오는게 아니다
에고 뭐 간단히 이정도로만 적고 질문을 답변 드리는게 나을듯;;
덧) 압력강하 때문에 온도 내려간다 라던가 실외온도 너무 높아서 컨덴서 열방출 다 못하면 사이클 쉬프트 일어나서 증발기 온도 달라지지 않느냐 뭐 이런식으로 태클 거시면... 잘 알고 계신데 왜 물어보세요 ㅠㅠㅠㅠ
ㅇㅇㅇ for dummies 마냥 그냥 기본 개념 설명입니다.. 심화 실전 아니에요...
그것도 드릴게요
요즘 가정용 에어컨 컴프레셔 인버터로 구동 하면서 효율 많이 좋아졌잖습니까.
에바를 통과한 공기의 온도를 조절할 수 있는 범위가 넓어져서 그런 것 맞나요 ?
그건 고정은 지속적으로 열을 계속 흡수해서 온도가 계속 내려가지만
인버터는 흡수하는 양을 줄일 수 있어서 적정 혹은 설정 실내온도를 유지할 수 있기 때문이빈다
본문 안읽고 막줄만 읽고 질문입니다 라고 하셨으니 다시 말씀드리지만 컴프는 상관 없다고 보시면 되요
인버터 방식의 냉매 유랑 제어 결론은 토출공기온도가 제어된다 x
증발기가 흡수하는 잠열이 양이 제어된다 가 올바른 얘기가 됩니다.
비슷한 얘간데 살짝 다릅니다ㅎㅎ
그러니까 어찌됐든 증발기의 온도는 도찐개찐인데 열을 흡수하는 양이 다르다는거잖습니까?
결과적으로 증발기를 통과해서 냉방기 밖으로 토출되는 공기의 온도는 달라지게 되는 것 아니냐는게 제 질문의 요점입니다.
결과적으로 인버터로 컴프레셔를 유연하게 제어하고 그 결과 증발기에서 흡수하는 열량을 조절하고 최종적으로 토출되는 공기의 온도를 제어하게 되는거 아니냐는 질문입니다.
본문에서 '더 낮은 온도가 나오지 않냐 하는 착각'이라고 해주셨는데 계속 읽어봐도 그럴거 같다는 생각 밖에 안드네요..
전기과의 한계인가 봅니다 ㅠㅠ
팬의 속도(공기유량)와 외기 온도(실내온도), 컴프레셔 구동 파워(냉매의 유량)를 변수로해서 토출되는 공기의 온도를 추정할 수 있고(사실 토출구쪽에 온도센서를 하나 더 달아도 되는 노릇이고요-원가 아끼려면 추정해서 관측기 설계 해야죠) 그러면 제어 전공하는 사람 입장에서는 토출되는 공기를 제어한다고 표현하는데..
아무래도 분야가 다르다 보니 사용하는 언어가 서로 다른가 봅니다.
뭐 증발기 나온 직후 바깥공기랑 섞이면서 온도야 뒤죽박죽이 되겠지만요.
제가 뭔가 잘못 이해한거 같긴한데.. 텍스트로 주고 받아서는 잘 안 풀리네요 ㅠㅠ
보는 관점에 따라서 달라지게 되는데, 엔지니어 입장에선 증발기 온도는 일정하게 유지되므로 온도 변화가 없다이고
여기서 나아가서 소비자 느끼기엔 이런게 있습니다.
증발기에서 증발과정 중 흡수할 수 있는 열 용량이 있어요.
그걸 넘어서는 주변환경이면 증발기 온도까지 안내려가겠죠, 증발기 거치고 한 최종적 열평형 온도 타깃이 대충 10도 바람 배출이라고 치면 (증발기 온도 대충 5도라 할때)
주변 온도가 60도 (차량 내, 문 다 닫고 하면 이정도 충분히 올라감) 일 경우엔 증발기 거치면서 10도까지 내려간 바람 못 보내고 60도 중 20도 정도 흡수해서 40도 바람을 내보내면서
점차 실내 온도 낮아지면서 10도에 수렴하게 됩니다.
그 과정에서 님께서 말씀하시는 온도가 달라지는거 아니냐, 그게 맞지 않냐 라는 의견이 나오는거고 그래서 엔지니어들은 그걸 "착각"이라고 하는겁니다.
거기서 컴프 회전수가 높아지면 증발 열용량이 증가하게 되니까 그 40도에서 10도까지 내려가는 시간이 단축되는거고요
자 이제 가정용으로 다시 넘어가서
이건 실제 가전쪽 하시는 분들은 태클 걸 수 있지만 (전 가정용을 하지도 않고, 일단 차량용하고 가정용하곤 air-handling 자체가 다릅니다)
차량용은 전기차/하이브리드 아닌이상 TXV를 쓰고 이는 개도가 고정이라고 보시면 됩니다.
따라서 증발기 온도가 거의 일정하게 유지됩니다.
전동 컴프를 쓰기 시작하면 EEV를 쓰는데 이도 마찬가지로 air-handling이 가정용이랑 다르기 때문에
대개의 경우 증발기 온도 거의 일정하게 EEV 개도를 조절합니다.
가정용의 경우, 제 짐작으론(90% 이상 확신) 예전 에어컨들은 TXV만 고정으로 썼을거고, 인버터 나오면서 가변 가능하게 되면서 EEV로 전환을 했을거에요. 100% 현재 판매되고 있는 인버터 에어컨은 EEV일겁니다.
그럼 여기서 개도 조절의 개념으로 증발기 온도를 조절할 수 있고
마찬가지로 그에 따른 압축비 변화라던지 여러 요소들이 딸려오게 됩니다.
Air-handling 이 다르다고 한건, 제가 어제 쓴 글 보시면 차량용은 고정된 찬바람, 고정된 뜨거운 바람 온도를 섞어서 토출 온도를 만들어낸다고 했는데
가정용은 뜨거운 바람을 끌어들이지 않기 때문에 EEV 조정을 통한 증발기 온도 조정이나
TXV 쓸 경우 고정으로 쓰다가 목표 온도 도달하면 컴프 껐다가 다시 재가동 이런식으로 할겁니다.
이걸 좀 풀자면 이런겁니다.
증발기 온도가 양쪽 다 일정하게 유지시킨다는 가정으로
고정식은 주변온도가 위에 잠깐 언급한 1차 열평형을 이룬 이후에도 유량을 지속적으로 유지시키면서 효율은 낮지만 계속 계속 낮춰주는 것이고
인버터 가변식은 주변온도가 1차 열평형 혹은 주변온도가 설정값에 도달하면 회전수를 줄여서 유량을 줄여 흡수열량을 줄이겠죠
이걸 제일 확실히 일반인이 체감할 수 있는 방법은
원룸 등에 들어가는 작은 냉장고는 전원 꼽으면 쉼없이 똑같은 부르릉 소리 났다가 컴프가 꺼졌다가 다시 켜지는걸 들을 수 있습니다.
반면, 에너지 효율 높다는 인버터 대형 냉장고들 옆에서 계속 관찰하면 부르릉 소리가 달라져요 (회전수 조절로 유량 조절중인것)
귀찮은 질문에 정성들여 답변 해주셔서 정말 감사합니다.
한 두어번 더 읽으면 이해 될 것 같습니다.
다시한번 정말 감사합니다.
제가 자동차를 많이 다루는 전기과 연구실에 있었는데... 세미나 수업에서 한 학생이 차량 공조 시스템의 제어와 관련해서 발표를 했었는데.. 지난번에 공돌이의 하루님께서 설명해주신 그 시스템을 설명하더라고요.
당시 저희 교수님께서 그 학생에게.. 컴프레셔를 인버터로 제어하면 온도를 효과적으로 제어할 수 있을텐데..
왜 고생해서 더 낮은 공기를 만들고 그걸 뜨거운 공기랑 섞냐.. 더 좋은 방법 없냐 라고 질문하셔서 세미나 준비한 학생을 곤란하게 만들었습니다. (그리고 그 학생은 한학기만 마치고 연구실을 떠나게 됩니다..... 물론 그게 이유는 아니었겠지만요 ㅋㅋ)
그땐 뭐 아무도 그것에 대한걸 설명할 수 있는 사람이 없어서 그렇게 흐지부지 지나갔었거든요.
첫번째론 신뢰성 문제입니다. 가정용하고는 다르게 온갖 변동하는 외부조건에 대응해야하기 때문에 사이클이 단순화되어야 합니다. 그러지 않으면 변수가 너무 많게 되고, 그것은 부품의 증가, 부피의 증가, 가격의 증가를 가져오게 되며 이는 차량제조사가 원하는 것이 아닙니다.
(참고로 뭐 S클래스, A8 같은 차량 HVAC 뜯어보면 도어에 엑츄에이터에 진짜 가짓수 장난 아니에요 그냥 소나타 그렌져 급이랑 비교해도 들어간 부품수랑 구현 가능한 열이동 변수가 엄청 증가합니다 - 같은 멀티존이어도)
둘째론 "내연기관" 차량 한정, 상관 없다는겁니다. 모닝 같은 경차 같은 경우에 "부스따~~~~~온!" 이란 말로 A/C 버튼을 쓰는 분들도 계신데.. ㅋㅋ
사실 네 맞아요 컴프 연결되고 작동이 되면 동력을 어느정도 빼앗아가나, 정말 엔진 토크를 다 쥐어 짜서 굴러가는 경차나 다마스 라보 같은 경우, 혹은 저배기량 차에서 고RPM으로 레이싱할 때나 차량 성능저하를 이루지,
실상은 보통 중형차 정도에서 일반적인 주행할때는 컴프레서로 들어가는 동력은 유의미하지 않아요.
컴프가 안쓴다고 자동차 성능이 비약적으로 늘어나는것도 아니고 남으면 그냥 버리는 개념이 됩니다.
그.래.서. 전기차에선 더 가혹적으로 다루는 이유가, 컴프 작동은 남은 주행거리와 직결되기 때문이죠.
그래서 히트펌프니 등등 차량용 냉동사이클을 더 고효율화 시키는 방안을 찾는거고요.
셋째, 온도 섞는건 어쩔 수 없습니다.
댓글에서 언급했지만 제가 임의로 만든 1차 열평형이란 개념을 설명했는데,
가정용 에어컨/히터은 차량용과 구분하자면 엄밀히 말해서 "간접" 냉난방입니다.
바람을 사용자 얼굴, 몸, 발에 직접 쏘지 않아요
반면 차량용 에어컨은 얼굴, 몸, 발에 직접 쏘지요. 이건 사람의 다양한 쾌적요구성하고도 직결되고요
음.. 뭐랄까 이건 솔직히 근데 나중에 냉방 시스템을 넣기 시작하면서 해석한것도 물론 있긴 할거에요
초창기 히터만 있는 차량의 경우는 외기를 찬바람으로 두고 그거랑 엔진냉각열 (대개 80도 수준)을 섞어서 공급했거든요
오.. 쓰다보니 느껴지는데 그게 맞겠네요 80도 히터 고정으로 그 한 40센치 거리에서 쏜다고 생각해보세요..
찬바람이랑 섞어야죠 ㅎㅇㅎ
위에 열평형 도달하는 냉방개념하고 비슷하게 겨울철에도 오토로 온도 설정하면 처음에 80도 바람이 나오면서 점차 air-handling 유닛 (보통 HVAC이라고 부릅니다)에서 찬바람도 섞어서 사용자가 느끼지 못하게 쾌적하게 온도를 올려줘요
P-h 선도 오랫만에 보네요.. 저거 입사면접 전공시험 문제였는데.. 당황해서 못 그리고 다르게 풀고 기억이 안 납니다 죄송합니다. 했던 기억이 나네요..
벤츠의 경우 온습도 외 70여가지 패러미터를 바탕으로 수백가지 케이스 알고리즘에 따라 다양한 동작이 됩니다.
ex)차량의 속도, 창문의 열려있는 여부, 갯수와 태양의 각도, 오디오/음성인식작동여부, 냉매/히터코어 상태, 대기오염도(CO,NOX,미세입자 등),이슬점... 등에 따라 송풍의 양과, 내외기 순환, 또 창문이나 썬룹 까지도 컨트롤 합니다.
20여년 전 자료인데 참고하셔요;;
https://blog.naver.com/ubqui/220633647282
실외온도라.. 그건 솔직히 모르겠습니다 제가 제어쪽을 담당하진 않거든요 ㅠ
근데 확실한건 차량 "급"마다 달라집니다..
ㅗㅜㅑ 생각보다 변수가 엄청 많군요;; 벤츠라 그런가 ㅋㅋ 자료 감사드립니다.
답변 감사드립니다.
역시 급이 중요하군요 ㅠㅠ
한여름이나 시동 초기에는 맞는말이라서 그런얘기 나오는거 아닐까 싶네요.
증발기의 온도가 목표온도에 도달하기 이전에는 맞는 말일테니..
까르띠님 말씀하시는게 크게 봐서 옳습니다
그 엔지니어/학자가 보는 온도는 일정하다 하고 일반 소비자가 느껴지는 온도가 달라지는데? 개념이 좀 설명되어 있어요
압축기를 빨리 돌리는것은 가능한 설계 한도 온도로 빨리 도달하게 해주는거구요.
전 요즘 에어컨 실외기 콘덴서 쪽에 정수된 물을 분무기로 열심히 뿌려주고있습니다. ^^ 요즘은 더워서 힘들어 하더군요.
/Vollago
제가 18년도 그 극악의 여름때 살던 원룸이 복층형이라 냉방부하가 큰데, 설상가상으로 용량도 작은 에어컨이 설치되어있는데다가, 실외기실 통풍이 제대로 안되서 에어컨이 정말 빌빌거렸습니다.
전 완구점 가서 대용량 물총 사서 30분마다 한번씩 실외기실 문 열고 물총으로 컨덴서 쏴줬습니다...
(추가로 서큘레이터 최대풍속으로 실외기 쪽으로 쏘게 설치해뒀고요.)
이건 공학적인 원리로, 정해진 냉방 사이클이 있고 압축비가 있는데,
컨덴서에서 열방출을 못하게 되면 정해진 압축비 따라 냉매가 팽창해서 내려가는데 그렇게 내려가는 한계가 있어서
증발기 온도가 매우 상승해서 냉방을 못하기 때문입니다.
그래서 컨덴서에 물을 쏴서 증발열로 열배출을 도와주면 매우 효과적입니다
(물론 임시방편일 뿐.... ㅠㅠ 실외기실 통풍 확보하고 용량 큰거로 바꾸는게...)
라면킬러님도 선풍기나 서큘레이터 하나 추가해보세요~ ㅋㅋ
햇빛 가리개도 썼었는데 태풍으로 날라가버리고 ㅠㅜ
현재 집은 뻥 뚤린데 실외기가 있어서 통풍엔 문제가 없습니다. 다만 남서향이라 햇빛 공격에 노출된게 아쉽습니다.
그래서 수시로 물 뿌려주고있습니다.
제생각엔 태양광 패널 설치하면 그늘도 만들어주고 전기도 발전하고 1타 쌍피인데 아파트 관리측에서 못달게 해서 아쉽네요. ㅠㅠ
무더위 조심하세요~
1. 에어컨을 더 차갑게 하고 싶을 때 팽창밸브는 좁아지나요 넓어지나요?
아마 더 "낮은" 온도까지 도달하려면 팽창밸브를 조여야 할 것 같은데
그냥 평범하게 에바포레이터쪽 풍량을 늘려서 열교환이 많이 일어나는 상황에서는 어떤게 맞는지 모르겠네요.
쉽게 말씀드리면 냉방 요구량이 늘어날 때 컴프레셔에는 더 높은 압력을 만들어야 하는 토크로서의 부하가 걸리는건지 유량을 늘려야 하는 고회전 요구사항이 주어지는건지 궁금합니다.
2. 컴프레셔의 작동 형태에 따라서 (고회전/저회전, 고토크/저토크) 냉방 효율에는 어떠한 영향이 있는지도 궁금합니다.
효율이라 하면 총 냉방 용량보다는 투입 에너지 대비 얼마나 효율적으로 열펌프가 작동할 수 있는지를 알고 싶습니다.
1.증발압 납춰서 온도가 낮아지려면 팽창밸브 개도는 더 열어야 합니다만
그걸 사용자가 조정하는 경우는 없다고 보시면 될 것 같습니다
열교환도 결국 한계가 있는게
열교환기랑 통과하는 냉매의 유량에 따라서 냉매가 상변화 하면서 흡수할 수 있는 열의 한계가 있거든요
결국 풍량도 당연히 중요하고 어느 한계까진 도움이 되지만 근본적으론 냉매가 얼마만큼 열을 흡수할 수 있느냐이고 이를 늘리려면 유량이 늘어나야하고 컴프 회전이 늘어나야겠죠
컴프 토크는 압축비하고 연관이 있고요
근데 사실 이렇게까지 깊게 아실 필요는 없는데 ㅠ
2. 컴프는 제 전공영역이 아니라...
열펌프 혹은 히트펌프는 세팅따라서 달라지고 냉매나 인젝션 이젝션 다단사이클 등 너무 기술도 많고 그래서.. 외기온도에 따라서도 달라지고요..
그냥 이론적으로 실사용 제품의 경우 3 이상의 cop 면 아주 좋다고 생각하시면 될겁니다
이것보다 더 깊이 공부하고 알고 싶으시면 ㅠㅠ
저한테 이렇게 물어보시는것보다 구글에서 논문들이랑 대학강의자료들 (영문) 검색해보시는게...