[Talk] 2. Condenser

2020.08.03 Home Appliance Story

-2-냉장 제품에 사용되는 콘덴서(응축기) 

    Condensers for Refrigeration Appliances

 

이번 시간에는 응축기에 관해 알아보자. 본 내용은 냉각 회로용 밀폐형 압축기 제조업체인 SECOP사의  CONDENSERS FOR REFRIGERATION APPLIANCES (SECOP,2016)을 참고한 내용이다.

 

https://www.secop.com/

Secop – SETTING THE STANDARD | Secop

1. 응축기의 목적

응축기의 목적은 냉각 시스템 상에 존재하는 기체상태의 냉매가 품고 있는 열을 외부로 방출하여 냉매의 상을 변화시키는 데에 있다. 이 과정을 통해 장치 내부는 낮은 온도를 유지할 수 있다.

The object of the Condenser

The object of the condenser in the refrigeration system is to remove the heat supplied to the refrigerant in the evaporator and during the compression in the compressor, as well as to condense the refrigerant vapours into liquid.

 

 

2. 기본원리 (General)

 

일반적으로 냉동사이클은 압축-응축-팽창-증발의 냉각 사이클을 반복하면서 냉장고 내부 온도를 저온상태로 유지한다.

2020/07/25 - [Home Appliance/Major Appliance] - [Talk] 1. Refrigerator

[Talk] 1. Refrigerator

콘덴서는 이러한 냉장고의 기본 사이클의 효율을 높이는데 중요한 요소이다.

 

 

2-(1) Q_k (Condenser Capacity)

응축용량은 응축기가 외기의 열을 냉매로 가져올 수 있는 능력을 의미한다.

The condenser capacity is the ability of the condenser to transfer heat from the hot vapour refrigerant to the condensing meidum.

출처:CONDENSERS FOR REFRIGERATION APPLIANCES,secop,2016,p6

 

Q_k = Q_o + N - Q_h [kcal/h]

Q_k = 냉각기 용량 The condenser capacity

Q_o = 증발기 용량 + 엔탈피 증가량 Evaporator capacity + increase of enthalpy up to the cylinder

N = 압축일 Compression work in kcal/h

Q_h = 콤프레서 열방출량 Heat emission from compressor pot

 

그리고 Q_k는 다음과 같은 식으로 계산이 가능하다.

 

출처:CONDENSERS FOR REFRIGERATION APPLIANCES,secop,2016,p14

Q_k = K x A x △T = K x A x (T2-T3)

K ; Heat transmission coefficient of condenser [kca/㎡ x h x ℃]

A ; Effective condenser area [m^2]

△T ; Temperature differential between condensing temperature and the ambient air [℃]

 

Q_k = G x △i = G x (i_1 - i_2)

G = The circulated quantity of refrigerant [kg/h]

△i = Enthalpy loss from condenser inlet to condenser outlet [kcal/kg]

t1 (i_1) = Designated Temperature and enthalpy

 

이때  A (area) =  (G x △i)/ (K x △t) = G x (i_1 - i_2) /K x (t_2 - t_3) [㎡]

 

2-(2) 응축 온도 (Condensing Temperature) 조건

 

주변 외기 온도가 32℃일 때, 응축 온도는 50℃를 넘으면 안된다고 한다. 열대조건에서 조차 응축 온도는 50℃이하인 상태로 유지하는게 좋다고 한다.

왜냐하면 컴프레서에 손상이 생기고 수명이 줄어든다고 한다.

 

1. High condensing pressure -> Increase the compressed gas temperature, valve temperature, winding temperture

2. Chemical decomposition of refrigerant and oil -> Faults as valve coking and Chemical decomposition

상기 두 가지 요인이 대표적인 원인들이다.

 

결과적으로 응축 온도가 높아져서 발생하는 압력이 높아질수록 컴프레서 모터가 견디기 힘들어지고 이것이 수명을 깎아먹는다고 한다.

 

3. 콘덴서 종류 (Condenser Types) *공랭식

공랭식 콘덴서는 1. Statically cooled 2. Fan-cooled 두 가지 타입으로 나뉜다. 

(아직 공부중이다보니.. 한국식 표현을 잘 모른다;)

 

(1) Statically Cooled Condensers

- Skin type condensers

- Rear condenser (Wire on Tube, Tube on Plate)

 

**Skin type condenser

Skin type condenser가 사용되는 냉장고나 냉동기는 응축기의 표면이 고정되는 형태인데 이 표면에서 열이 방출된다.

 

When a skin type condenser is used, the surface (the shell) of the refrigerator or freezer is used partially of fully as condenser surface since the condenser coil is distributed and fixed outside or inside the shell which acts as heat emission surface.

 

(2) Fan-Cooled Condensers

- Finned Condenser

- Tube on Plate

 

**Fan-Cooled condenser

Fan-Cooled condenser는 일반 가정용 냉각장치나 소형 냉동시스템에 사용된다.

구성요소로 Fan이 사용되니까 이름도 'Fan-Cooled condenser' 다. 너무나 정직한 표현.

 

For domestic refrigeration appliances and small commercial refrigeration systems, the fan-cooeld condenser is, normally, only used in connection with fan cooled condensing units which consist of a condenser, a fan, and a compressor.

 

An example of this field of application is the chest freezer designed for tropical conditions where with a statically cooled condenser.

TUBE ON PLATE CONDENSER-출처: 특허공개번호 10-2020-0026855, 삼성전자주식회사, 응축기 및 이를 갖는 냉장고

상기 이미지는 2020년 3월경에 공개된 삼성전자의 따끈따끈한 응축기 특허 사진이다.

응축기 효율을 높이기 위해 다수의 핀을 결합했다.

 

 

4. 냉매 관의 직경 (Tube Size)

 

유량을 결정하는 냉매관의 직경 사이즈는 냉각시스템의 효율에 영향을 미치는 중요한 요소인데, 일반적으로 5mm~6mm정도의 관을 사용한다.

5 or 6 mm steel tubes are used for rear condensers.

The tube size has a great influence on the operating conditions of the refrigeration system.

 

관의 직경이 커질수록 압축-응축-팽창-증발 일련의 과정에서 압력평형이 어려워진다.

그래서 6mm보다 5mm 직경의 관을 주로 사용한다고..

In the case of large 6mm condensers, with some thermostat positions it can be difficult to obtain sufficient time for pressure equalization. The result can be starting trouble which can be overcome by changing to 5mm tubes.

 

5. 응축 용량에 영향을 주는 요소들 (Factors affecting the condenser capacity)

The heat transfer capacity of a condenser depends on the following factor.

 

5-(1) 재질 (Material)

열전달계수는 물성치이므로 적합한 재질의 관을 적재적소에 사용함으로써 효율을 높일 수 있다.

Different materials have different abilties of heat transfer, therefore the size of a condenser of a given capacity can be varied by selecting the right material.

 

It may be noted that higher the ability of a material to thransfer heat, the smaller will be the size of condenser.

 

5-(2) 접촉면 (Amount of contact or Area)

 

열원과 맞닿는 냉매의 접촉면적이 넓을수록 당연히 열교환이 잘 일어난다.

The condenser capacity may be varied by controlling the amount of contact between the condenser surface and the condensing medium.

This can be done by varying the surface area of the condenser and the rate of flow of the condensing medium over the condenser surface.

The amount of liquid refrigerant level in the condenser also affects the amount of contact between the vapour refrigerant and the condensing medium,

 

5-(3) 온도차 (Temperature Difference)

반일 접촉면적이 동일하고 동일 재질의 경우, 열교환 용량은 고열원와 저열원의 온도차에 비례한다. 

The heat tranfer capacity of a condenser greatly depends on the temperature difference between the condensing medium and the vapour refrigerant.

As the temperature difference increase, the heat transfersf rate increases and therefore the condenser capacity increases.

 

References.

1.CONDENSERS FOR REPRIGERATION APPLIANCES,SECOP,2016

2. 공개특허 : 삼성전자주식회사, 응축기 및 이를 갖는 냉장고, 10-2020-0026855,2020.03.11