응축압력과 응축온도의 관계
개념과 원리
응축압력은 응축기에서 냉매가 응축할 때의 압력이고, 응축온도는 그 압력에서 냉매증기가 액체로 상변화하는 포화온도를 말합니다. 같은 냉매의 포화상태에서는 압력과 온도가 서로 대응하므로 응축압력이 변하면 응축온도도 함께 변합니다.
일반적으로 같은 냉매에서 응축압력이 높아지면 응축온도도 높아지고, 응축압력이 낮아지면 응축온도도 낮아집니다.
응축기에서 냉매가 외기나 냉각수로 열을 방출하려면 냉매의 응축온도가 냉각매체의 온도보다 높아야 합니다. 이 온도차가 응축기에서 열이 외부로 이동하도록 하는 원동력이 됩니다.
외기온도나 냉각수 온도가 상승하거나 응축기의 열교환 상태가 나빠지면 열을 방출하기 어려워져 응축온도와 응축압력이 상승할 수 있습니다. 응축압력이 높아지면 압축기의 토출측 압력이 높아지고 압축비와 압축일이 증가하여 일반적으로 COP에 불리하게 작용합니다.
반대로 응축온도를 낮출 수 있는 조건에서는 압축기의 부담을 줄이고 냉동사이클의 성능을 개선하는 데 유리할 수 있습니다. 다만 실제 장치의 응축압력은 냉매 종류, 외기·냉각수 조건, 응축기 성능, 냉매량 등 여러 요소의 영향을 받습니다.
그림·공식 정리
같은 냉매에서는 응축압력이 낮아지면 포화온도인 응축온도도 낮아지고, 응축압력이 높아지면 응축온도도 높아집니다.
풀이에 적용하기
어떤 냉매의 압력-온도 자료에서 응축압력 A에 대응하는 포화온도가 40℃이고, 더 높은 응축압력 B에 대응하는 포화온도가 50℃라고 하겠습니다. 응축기를 냉각하는 외기의 온도는 30℃라고 가정합니다.
A 조건의 온도차: 40-30=10℃
B 조건의 온도차: 50-30=20℃
두 조건 모두 냉매의 응축온도가 외기온도보다 높기 때문에 냉매에서 외기로 열을 방출할 수 있습니다. 다만 B 조건처럼 응축압력과 응축온도가 높아지면 압축기의 토출압력이 상승하여 압축일이 증가할 수 있으므로 단순히 온도차가 크다는 이유만으로 운전성능이 더 좋다고 판단해서는 안 됩니다.
실기시험에서 응축압력이 주어지고 응축온도를 묻는 경우에는 해당 냉매의 포화표 또는 P-h 선도에서 그 압력에 대응하는 포화온도를 찾아야 합니다. 냉매가 다르면 같은 압력에서도 포화온도가 달라진다는 점도 함께 확인해야 합니다.
헷갈리는 부분
① 응축압력과 응축온도는 같은 방향으로 변합니다.
같은 냉매의 포화상태에서는 응축압력이 높아지면 포화온도도 높아지고, 압력이 낮아지면 포화온도도 낮아집니다.
② 응축온도와 외기온도는 같은 값이 아닙니다.
응축기에서 열을 외부로 방출하려면 일반적으로 냉매의 응축온도가 외기 또는 냉각수 온도보다 높아야 합니다.
③ 응축온도가 높을수록 좋은 것이 아닙니다.
응축압력이 과도하게 상승하면 압축비와 압축일이 증가하고 냉동기의 COP가 저하되는 방향으로 작용할 수 있습니다.
④ 응축압력 상승의 원인을 하나로 단정하지 마세요.
높은 외기·냉각수 온도, 응축기 오염이나 열교환 저하, 냉각풍량·냉각수량 문제, 냉매 충전상태 등 다양한 원인을 함께 검토해야 합니다.