응축기

개념과 원리

응축기는 압축기에서 나온 고온·고압의 냉매증기가 열을 방출하여 액체로 응축되도록 하는 열교환기입니다. 냉동사이클에서는 고압측에 위치합니다.

응축기에서는 일반적으로 과열증기 냉각 → 응축 → 필요 시 과냉각 과정이 이어집니다. 냉매가 방출하는 열에는 증발기에서 흡수한 냉동효과와 압축기에 투입된 일이 함께 포함됩니다.

따라서 이상적인 에너지수지에서 응축기 방열량 = 증발기 냉동능력 + 압축기 동력 관계가 성립합니다.

응축방식에는 공랭식, 수랭식, 증발식 등이 있으며 냉각매체와 구조가 다릅니다. 응축온도가 지나치게 상승하면 압축비와 압축기 일이 증가하여 일반적으로 COP가 저하되는 방향으로 작용합니다.

실기에서는 응축기 방열량, 냉각수량, 냉각수 입출구 온도차 등을 서로 연결해 계산하는 문제가 자주 출제됩니다.

응축기는 압축기에서 나온 고온·고압 냉매증기의 열을 냉각수나 공기에 방출하여 냉매를 액화시키는 열교환기이다.

Q_c = G(h₂−h₃) = G_wC_w(t_w2−t_w1) = KFΔtₘ

Δt = t_w2 − t_w1

Δtₘ = t_c − (t_w1+t_w2)/2

LMTD = (Δ₁−Δ₂) ÷ ln(Δ₁/Δ₂)

단위·부호 주의
Δ₁과 Δ₂는 각각 큰 온도차와 작은 온도차로 두고, 냉각수 출구온도는 입구온도보다 높다.

증발기의 냉동능력이 35 kW이고 압축기 동력이 9 kW라면 응축기 방열량은:

Q_c = Q_e + W = 35+9 = 44 kW

이 열을 물로 제거하며 냉각수 온도상승이 5℃, 물의 비열이 4.19 kJ/(kg·℃)라면 필요한 냉각수 질량유량은:

ṁ = 44÷(4.19×5) = 약 2.10 kg/s

① 응축기 방열량을 냉동능력과 같다고 하지 마세요.
압축기 일이 더해지므로 일반적으로 응축기 방열량이 더 큽니다.

② 응축기에서는 냉매가 열을 방출합니다.
증발기는 열을 흡수하고 응축기는 열을 방출합니다.

③ 냉각수 입출구 온도차의 방향을 확인하세요.
냉각수는 응축기에서 열을 받아 온도가 상승합니다.

④ 응축압력 상승은 보통 압축기 운전에 불리합니다.
압축비와 소비동력이 증가하는 방향으로 작용할 수 있습니다.