공기조화장치의 역할

공기조화장치와 냉난방장치 이해하기

공기조화장치와 냉난방장치 이해하기

공기조화장치의 역할

자동차의 공기조화 장치는 주행 중 유리창의 흐림이나 성에 부착 등을 방지하여 운전자의 시계를 확보함으로써 안전한 운전을 확보할 수 있도록 하며, 또 운전자나 탑승객에게 쾌적한 차실 내 환경을 만들어주는 것을 목적으로 한다. 인간의 쾌적성을 좌우하는 조건으로는 온도, 습도, 풍속의 3가지 요소가 있으며, 여름철에는 온도와 습도를 중요시 여긴다. 차 실내의 온도 및 습도에 대한 인간의 쾌적 정도는 건구 온도 25도가 쾌적 대의 중심이나 차량에 따라 복사열의 영향이 크게 차이가 난다. 한랭 상태에서는 실내온도 25~28도 습도 55~70도, 한여름에는 실내온도 23~26도 습도 60~75가 최대 쾌적 조건으로 보고되고 있다. 또한, 쾌적한 환경을 위해서는 여름철보다 겨울철의 실내온도를 5~6도 정도 높이는 것이 좋으며 상반신과 하반식의 온도 차이도 5~8도 정도 상반신에 접하는 온도가 낮은 것이 좋다(두한족열). 자동차의 공기조화장치의 능력을 결정하는 데에는 자동차의 열부하가 중요한 변수가 되며 열 부하는 다음과 같이 분류된다. 열전도에 의한 부하로는 차실 측면, 천장, 바닥, 대시보드, 창유리며 열복사에 의한 부하로는 창유리를 통한 직사광선, 복사열, 방사열 등이 있다. 다음으로 환기에 의한 부하로는 자연환기(차체의 틈새에서 나오는 바람, 외풍), 강제 환기 그리고 탑승자로부터의 발열(난방에서는 열원), 보조 기구들에 의한 발생 열(난방에서는 열원) 이런 식으로 말이다. 공기조화장치는 상기와 같은 열부하와 차실 내 환기 등을 고려하여 난방 및 냉방장치, 송풍장치, 청정기 및 환기장치, 유리창 디프로스트(성애 제거) 장치들이 설치된다.

냉난방장치의 구성요소

수냉식 기관이 장착된 자동차용 난방장치는 기관 냉각수 열원을 이용한 온수식, 기관의 배기열을 이용한 배기식, 독립된 연소장치를 가진 연소 식이 있으며 일부 국부적 난방을 위한 보조히터로 전기저항 발열을 이용한 전기식 등이 있다. 그리고 난방용 공기를도입시키는 방법에 따라 외기식, 내기식, 내외기 변환식으로 분류된다. 대부분의 자동차용 난방장치로는 온수식을 사용하고 있다. 온수식 난방장치의 냉각수 회로 및 구성도를 나타내 보면, 구조는 히터 유닛, 송풍기, 냉각수 관로, 밸브, 공기 통로 등으로 구성되어 있다. 온수식 히터는 가열된 기관 냉각수를 히터 유닛으로 보내어 여기서 공기를 데운 다음 이 데워진 공기를 송풍기로 차실 내와 디프로스터로 공급하여 난방을 시킨다. 다음으로는 히터 유닛, 송풍기, 파이프 및 덕트에 대하여 알아보자. 히터 유닛은 기관의 물 재킷으로부터 유입된 온수를 유닛 내부의 코어를 통과하도록 되어있고, 각 코어 사이에는 방열효과를 높일 수 있는 방열 핀이 부착되어 있다. 히터 코어 사이를 통과하여 더워진 공기는 실내 및 디프로스터에 보내진다. 다음으로 송풍기는 히터 유닛에서 발생되는 열을 차 실내로 공급시킬 수 있도록 하는 것으로, 팬이 부착된 직류 직권 전동기를 사용하고 있다. 송풍기 장치는 히터 유닛과 일체로 되어있는 일체형과 별도로 되어 있는 분리 식이 있으나 분리식을 많이 사용하고 있다. 온수가 순환하는 파이프에는 온수량을 조절하거나 사용을 정지하기 위한 밸브가 설치되어 있다. 덕트는 외가 도입용, 디프로스터용, 실내 공급용 등으로 나뉘어 있어 이들을 통과하는 공기량을 조절하거나 전환하기 위한 밸브가 설치되어 있다. 냉방장치로 넘어가서 냉방의 원리는 가솔린이나 알코올과 같은 휘발성 액체가 피부에 닿으면 증발하며 이때 주위로부터 열을 빼앗아 가므로 시원함을 느끼게 된다. 즉, 액체가 기체로 변하는데 열이 필요하며 이 열을 빼앗긴 주변은 냉각되게 된다. 냉방장치는 이러한 원리를 사용한 것으로 냉방을 하려면 저열원이 필요하며 저 열원으로는 암모니아, 프레온과 같은 냉매를 사용한다. 최근에는 프레온 가스에 의한 성층권의 오존층 파괴로 유해 자외선이 직접 지구에 도달하여 농작물의 피해, 피부암의 발생 들의 피해를 저감 시키기 위하여 새로운 냉매가 개발되어 사용되고 있다. 냉매를 사용하여 연속적으로 저열원을 얻기 위해서는 일단 기화한 냉매를 다시 액화할 필요가 있으며 이러한 액화, 기화를 반복하는 방식으로 냉방을 시키게 되며 이를 냉동사이클이라 한다. 냉방장치의 구성을 나타내는 것으로 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기, 리시버 드라이어 등으로 구성되어 있다. 압축기에 대해 알아보면 증발기 출구의 냉매는 거의 증발이 완료된 상태이므로 이를 상온에서도 쉽게 액화시킬 수 있도록 냉매를 압축기로 고온, 고압의 기체 상태로 만들어 응축기로 보낸다. 압축기에는 크랭크식, 사판식, 베인식 등이 있으며 어느 것이나 구동은 크랭크축에 의해 구동된다. 압축기로부터 전달된 고온, 고압의 냉매는 응축기 내에서 외기에 의해 강제 냉각되면서 액화된다. 이 액화된 냉매는 리시버 또는 드라이어에 들어가서 수분이나 먼지 등이 제거된 다음 팽창밸브로 흘러간다. 응축기는 일반적으로 라디에이터 전면에 부착되어 있으며 자동차의 진행에 의한 주행 바람과 팬으로 냉각되도록 되어 있다. 고압의 액상 냉매는 팽창밸브를 통하면서 급격히 팽창되어 저온, 저압의 안개 모양의 냉매로 되어 증발기로 유입된다. 팽창밸브에서 냉매는 증발되기 쉬운 상태까지 압력이 내려가며 동시에 냉매의 유량도 조절된다. 다음으로 증발기 내의 냉매는 증발 기내에서 저온, 저압의 기체 상태의 냉매로 변화된다. 이때, 냉매는 증발 잠열을 필요로 하므로 증발기 주위의 냉각된 공기를 팬으로 차실 내로 유입시킨다. 증발기를 나온 기체 상태의 냉매는 다시 압축기로 흡입되어 상기와 같은 작용은 반복 순환함으로써 연속적인 냉방 작용을 하게 된다. 리시버 및 드라이어는 액화된 냉매를 일시적으로 저장함과 동시에, 액체 냉매 속의 수분이나 먼지를 제거하기 위한 여과기와 흡습제가 봉입되어 있다. 또, 위 부분에는 냉매의 흐름 상태를 보기 위한 사이트 글라스가 설치되어 있다.