과냉각

과냉각(저냉각이라고도 함)이란 정상 비등점 이하의 온도에서 존재하는 액체를 말한다. 예를 들어 물은 373 K에서 끓고, 상온(293 K)에서는 물을 "하냉"이라고 부른다. 과냉각된 액체는 예를 들어 냉매가 냉장 주기의 남은 단계를 겪을 수 있는 편리한 상태를 말한다.^[1] 일반적으로 냉장 시스템은 과냉각 단계를 가지고 있어 기술자들이 냉매가 사이클의 다음 단계에 도달하는 품질을 원하는 것으로 확신할 수 있다. 과냉각은 열교환기와 열교환기 외부에서 발생할 수 있다. 유사 공정과 역 공정이기 때문에, 냉장 시스템의 안정성과 기능을 판단하기 위해 과냉과 과열이 중요하다.^[2]

적용들

팽창 밸브 작동 및 컴프레서 안전

과냉각은 보통 냉매가 자동온도조절 팽창밸브에 도달하면 모두 액체형태로 되어 밸브가 정상적으로 작동하도록 하기 위해 사용된다. 가스가 팽창 밸브에 도달하면 일련의 원치 않는 현상이 발생할 수 있다.^[3] 이러한 행동들은flash-gas 현상:주기 전체에 걸친 석유 규제 내의 문제와 행해지는 그것과 비슷하고, 힘과 전기의 낭비의[4]과 불필요하고 과도한 오용, 고장,는 설치 공사에 여러 구성 요소 기능 저하, 전반적인 시스템 및 unwatch의 부정적인 실적으로 될 수도 있다.교육 상황, 망가진 장비들

과냉의 또 다른 중요하고 일반적인 적용은 과열 과정에 간접적으로 사용하는 것이다. 과열은 작동 방식으로 과냉각하는 것과 유사하며, 두 공정 모두 내부 열교환기를 사용하여 결합할 수 있다. 여기서 과냉은 과열로부터 그 자체로 작용하며, 그 반대로 열이 높은 압력(액체)에서 낮은 압력(가스)의 냉매로 흐를 수 있다. 이것은 에너지 손실이 없을 때 과냉 현상과 과열 현상 사이에 강력한 동등성을 만들어낸다. 일반적으로 과냉되는 오일은 과열되는 냉매보다 뜨거워 필요한 방향으로 에너지 유속이 가능하다. 과열은 압축기의 작동에 매우 중요하다. 압축기가 부족한 시스템은 압축기에 액체 가스 혼합물을 제공할 수 있기 때문에, 압축기는 일반적으로 액체가 압축할 수 없기 때문에 가스 압축기가 파괴될 수 있기 때문이다. 이것은 과열 과정을 위한 쉽고 광범위한 열원을 과냉각하게 만든다.

시스템 최적화 및 에너지 절약

(내부 열교환기와 마찬가지로) 응축기 외부에서 과냉각 과정이 발생할 수 있도록 하는 것은 응축기기의 열교환 용량을 모두 사용하는 방법이다. 냉각 시스템의 상당 부분은 매우 효과적이고 단순하지만 공칭 응축 용량에서 감소 인자로 간주될 수 있는 과냉각에 콘덴서의 일부를 사용한다. 증발기에서 과열 현상이 발생하는 경우에도 유사한 상황이 발생할 수 있으므로 내부 열 교환기는 열 교환 용량의 최대화를 위한 우수하고 상대적으로 저렴한 솔루션이다.

과냉각의 또 다른 광범위한 적용은 부스팅과 절약이다. 과온, 과냉각 또는 과냉각 과정에서 액체 냉매에서 빠져나온 열의 양과 반비례하여 시스템의 냉각 용량의 증가로 나타난다. 즉, 응축 후(과냉각) 추가적인 열 제거는 사이클의 후속 단계에서 더 높은 열 흡수 비율을 허용한다. 과열은 정확히 역효과를 가져온다. 과열로 과냉각의 부스팅 효과가 흐려져 순용량 이득이 0과 같기 때문에 내부 열교환기만으로는 시스템의 용량을 늘릴 수 없다. 일부 시스템은 냉매를 이동하거나 적은 에너지를 사용하여 열을 제거할 수 있는데, 이는 고압 유체가 나중에 냉각되거나 과냉각되는 저압(냉각하기 더 어려운) 유체에서 발생하기 때문이다.

자연과 인공 과냉각

과냉각 과정은 여러 가지 방법으로 발생할 수 있으므로 공정이 일어나는 여러 부분을 구별할 수 있다. 보통 과냉각은 측정이 용이한 온도강하의 크기를 말하지만, 총열을 제거하는 면에서는 과냉각이라고 말할 수 있다. 가장 일반적으로 알려진 과냉각은 콘덴서 과냉각으로, 일반적으로 유체가 완전히 응축된 직후 응축기에서 나올 때까지 콘덴서 내부에서 발생하는 총온도 강하로 알려져 있다.

콘덴서 과냉각은 일반적으로 콘덴서 이후 배관 전체에 걸쳐 냉매가 팽창 밸브에 도달하기 전에 자연적으로 훨씬 더 냉각되는 경향이 있기 때문에 총 과냉각과 다르다.^[3] 총 과냉각은 실제 응축 온도에서 팽창 밸브에 도달할 때 냉매가 가지는 콘크리트 온도에 이르기까지 냉매가 받는 완전한 온도 하락이다. 이것이 효과적인 과냉각이다.

자연 과냉각은 일반적으로 콘덴서 내부에서 발생하는 온도 강하(콘덴서 과냉각)에 주어지는 명칭으로, 어떤 종류의 열교환기도 제외하고 파이프라인만으로 발생하는 온도 강하와 결합된다. 기계적 과냉각(즉, 내부 열교환기)이 없는 경우 자연 과냉각은 총 과냉각과 동일해야 한다.^[5] 반면에 기계식 과냉각은 의도적으로 과냉을 만들기 위해 배치되는 어떤 인위적인 공정에 의해서도 온도가 감소되는 것이다.^[1] 이 개념은 주로 내부 열교환기, 독립형 과냉각 캐스케이드, 이코노미저 또는 부스터와 같은 장치를 가리킨다.

이코노마이저와 에너지 효율

과냉각 현상은 냉동시스템의 효율성과 밀접한 관련이 있다. 이것은 그 분야에 대한 많은 연구로 이어졌다. 관심의 대부분은 어떤 시스템은 더 나은 (높은) 작동 압력 때문에 다른 시스템보다 더 좋은 조건에서 작동한다는 사실에 배치되며, 과냉각 루프의 일부를 차지하는 압축기는 대개 액체를 과냉각하는 압축기보다 더 효율적이다.

이코노마이저 지원 스크류 압축기가 제작되고 ^[6]있어 특별한 제조 공정이 필요하다. 이 시스템은 압축 나사의 마지막 부분에 주 증발기 대신 내부 열 교환기에서 나오는 냉매를 주입할 수 있다.^{[citation needed]} 명명된 열교환기에서는 고압 냉매 액체가 과냉각되어 기계적 과냉각이 발생한다. 부스터 디스플레이에도 엄청난 양의 시스템이 구축되고 있다. 이는 압축기 중 하나에 대한 압축기의 효율(고압에서 작용하는 압축기)이 다른 압축기(저압력으로 작용하는 압축기)보다 더 좋은 것으로 알려져 있기 때문에 절약과 유사하다. 이코노마이저와 부스터 시스템은 보통 첫 번째 시스템이 절약할 수 있는 하나의 압축기만을 사용하여 동일한 과냉각 작업을 수행할 수 있다는 점에서 차이가 있으며, 후자 시스템은 두 개의 개별 압축기로 공정을 수행해야 한다.

부스팅과 절약 외에도, 유사하고 별도의 시스템으로 액체를 과냉각할 수 있는 캐스케이드 과냉각 시스템을 생산할 수 있다. 이 절차는 과냉각에 대해서만 전체 시스템(압축기와 모든 기어 포함)을 사용하기 때문에 복잡하고 비용이 많이 든다. 그럼에도 불구하고, 그 아이디어는 일부 알려진 이득이 있기 때문에 약간의 조사를 불러 일으켰다. 또한, 미국 에너지부는 시스템의 성능을 향상시키고 에너지를 절약하는 신뢰할 수 있는 방법으로 냉매 과냉각을 언급하는 연방 기술 경보를 발령했다.^[7] 이러한 종류의 시스템을 주 시스템으로부터 독립적으로 그리고 상업적으로 가능하게 만드는 것은 언급된 주장 때문에 연구 대상이 된다. (설계 측면에서) 과냉각 단위를 주 사이클에서 분리하는 것은 경제적으로 실행 가능한 대안으로 알려져 있지 않다. 이러한 종류의 시스템은 일반적으로 유체 열역학 상태를 감시하기 위해 값비싼 전자 제어 시스템을 사용해야 한다. 최근 칠레에서는 어떤 일반적인 비특정 냉동장치에 기계식 과냉각까지 가미해 시스템 용량을 늘릴 수 있는 제품이 개발됐다.^[8]

이러한 모든 용도의 이면에 있는 과냉각 원리는 열전달 측면에서 모든 과냉각은 냉매의 냉각 용량에 직접 추가된다는 사실이다(과열은 직접 차감되기 때문이다). 과냉각되는 압축기는 이러한 더 쉬운 조건에서 작동하기 때문에 압력이 높을수록 냉매 주기가 더 효율적이며, 이 수단에 의해 방출되는 열은 에너지 측면에서 본체에서 방출되는 압축기보다 저렴하다.

초임계 이산화탄소 시스템

공통의 냉동 시스템에서 냉매는 기체에서 액체, 액체에서 기체로 단계적 변화를 겪는다. 이것은 가스가 액체가 되기 위해 냉각되어야 하고 가스가 되려면 액체를 다시 가열해야 하기 때문에 과열과 과냉각 현상을 고려하고 토론할 수 있게 한다. 저냉방이나 과열 없이 흐르는 냉매의 총체성을 위해 이 과정을 완료할 가능성은 거의 없기 때문에 기존의 증기압축냉동에서는 두 공정이 모두 불가피하며 항상 나타난다.

반면에 초임계 시스템은 냉매를 순환하는 동안 다른 물질 상태를 겪게 한다. 특히 냉매(보통 이산화탄소)는 일정한 응축 과정을 거치지 않고 대신 초임계 단계에서 가스냉각기를 통과한다. 이러한 조건에서 응축 온도와 과냉각에 대해 말하는 것이 전적으로 가능한 것은 아니다. 복수의 단계별 프로세스, 이젝터, 익스팬더 및 기타 여러 장치와 업그레이드에 관한 이 주제에 대한 실제 연구가 많이 있다. Gustav Lorentzen은 이러한 종류의 시스템에 대해 2개의 단계적 내부 과냉각을 포함하여 사이클의 일부 변경사항을 요약했다.^[9] 이러한 시스템의 특수성 때문에 초임계통에서 가스냉각기를 떠나는 유체의 조건은 온도와 압력을 사용하여 직접 명시되어야 한다는 점을 염두에 두고 과냉각의 주제를 적절히 다루어야 한다.^[10]

참고 항목

참조