증발기

개념과 원리

증발기는 저압의 냉매가 증발하면서 냉각대상으로부터 열을 흡수하는 열교환기입니다. 냉동사이클의 저압측에 위치하며 실제 냉동효과가 발생하는 부분입니다.

팽창장치를 지난 저온·저압의 냉매는 액체와 증기가 섞인 상태로 증발기에 들어갈 수 있으며, 증발하면서 주위의 열을 흡수합니다. 출구에서는 압축기에 액냉매가 유입되지 않도록 적절한 과열도를 확보하는 것이 중요합니다.

냉매 1 kg당 냉동효과는 q_e=h₁-h₄이고, 냉매 질량유량이 ṁ이면 냉동능력은 Q_e=ṁ(h₁-h₄)로 구합니다.

증발온도가 지나치게 낮아지면 냉각대상과의 온도차는 커질 수 있지만 압축비가 증가하여 압축기 일이 커지고 COP가 저하될 수 있습니다.

증발기는 냉각대상에 따라 공기냉각용, 액체냉각용 등으로 사용되며 구조와 냉매 공급방식에 따라 여러 형태로 나뉩니다.

증발기는 저압 냉매가 증발하면서 공기·물·브라인 등의 열을 흡수하는 열교환기이다.

Q = KAΔtₘ = K(mπDᵢL)Δtₘ

핵심
증발기에서는 냉매가 열을 흡수하며, 냉동부하는 냉매가 단위시간당 제거하는 열량이다.

증발기 입구 냉매 엔탈피가 250 kJ/kg, 출구 엔탈피가 400 kJ/kg이고 냉매 질량유량이 0.12 kg/s라면:

q_e = 400-250 = 150 kJ/kg

Q_e = 0.12×150 = 18 kW

즉 냉매 1 kg은 증발기에서 150 kJ의 열을 흡수하며, 해당 유량에서 냉동능력은 18 kW입니다.

① 증발기 입구와 출구의 엔탈피 차 방향을 반대로 하지 마세요.
냉매가 열을 흡수하므로 출구 엔탈피가 입구보다 커집니다.

② 증발기 출구에 액냉매가 남는 상황을 정상 과열증기 상태와 혼동하지 마세요.
압축기 액압축 위험과 연결될 수 있습니다.

③ 증발온도를 무조건 낮출수록 좋은 것은 아닙니다.
압축비 증가와 COP 저하를 함께 고려해야 합니다.

④ 냉동효과와 냉동능력을 구분하세요.
냉동효과는 보통 kJ/kg, 냉동능력은 kW와 같은 열량률 단위를 사용합니다.