히트 펌프 원리

- 압축기는 통에 가득 찬 공기를 기계로 꾹 눌러서 더 뜨겁게 만드는 기계. 공기는 압축이 될수록 공기 분자 간 마찰이 강해져 온도가 오르는 특성을 가지고 있음.

- 기체 상태 냉매로 가득 차 있는 통을 금속으로 된 압력 프레스로 꾹 누르면 온도가 80℃까지 오름. (‘80℃’라는 수치는 이해의 편의를 위해 임의로 정한 것임)

- 80℃로 뜨겁게 달궈진 냉매는 배관을 따라 실내기로 보내짐. (뜨거운 바람이 나오게 될 실내 장치임. 여기엔 방 안의 공기를 배관까지 끌고 올 선풍기가 달려 있음. 실내 온도가 15℃였다고 가정하면, 이 15℃ 공기가 선풍기를 타고 배관으로 흘러와 80℃ 냉매와 만나게 됨.)

- 15℃ 공기가 80℃ 냉매와 만나면 온도가 올라감. (찬물에 뜨거운 물을 부으면 물이 따뜻해지는 것과 같은 원리. 공기의 온도가 얼마나 올라갈 것인지는 실내기의 열교환 성능에 따라 달라짐.  25℃로 올라갔다고 가정한다면 이 공기는 다시 실내로 들어와 방 안에 남아있던 15℃ 공기를 데움 - 난방이 시작. 물을 데우는 데 쓰이기도 함.)

- 80℃ 냉매는 30℃까지 온도가 떨어짐. (실내 온도와 열을 교환하는 과정에서 액체로 바뀜. 이 액체 냉매는 ‘팽창밸브’를 지나며 온도가 급격히 떨어짐. - 팽창밸브는 갈수록 좁아지는 형태. 팽창밸브를 지나서 넓어진 배관으로 나오면 물 분자 사이 간격이 넓어지며 압력이 급격히 떨어져서, 온도가 떨어짐. 영하 5도로 가정 )

- 영하 5℃ 냉매가 실외기로 이동하여 겨울철 실외 5℃ 온도와 만나게 되면 실외 공기는 더 차가워져서 실외기 바깥으로 나가고, 냉매는 열교환을 해 증발해 기체가 되고 온도가 0℃로 됨.

-  이 기체 냉매는 다시 압축기를 지나며 처음의 뜨거운 80℃ 냉매가 됨. 

- 뜨거운 바람이 나오던 실내기에서 찬 바람이 나오도록 냉매의 흐름을 바꾸면 에어컨이 됨.

- ‘압축기→실내기→팽창밸브→실외기’ 순으로 흐르던 것을 ‘압축기→실외기→팽창밸브→실내기’ 순으로 바꾸면 됨.

- 이를 위해 4방 밸브(4 way valve)라는 장치를 이용

히트펌프의 작동 원리에서 눈여겨봐야 할 것은 외부 온도임.  영하 5℃로 떨어진 냉매가 5℃의 바깥 공기와 만나 0℃가 됨.  만일 바깥 기온이 0℃였다면, 냉매 온도는 이전처럼 많이 올라갈 수 없고  압축기에서 80℃까지 올릴 때 더 많은 전력을 들여 더 많은 압력을 가해야 함.  전기 효율이 떨어짐. 

외부 기온이 영하 15~25℃까지 떨어지는 상황에서는 냉매 온도를 이보다 더 떨어뜨릴 수 있어야 함. 히트펌프에 냉매 온도를 조절할 수 있도록 압축기·냉각 설비를 추가하여 영하 25℃에서도 작동할 수 있도록 함. 냉매 연구도 진행중임. 



출처 : 기계설비신문(http://www.kmecnews.co.kr)