수업에서 Linde refrigerator의 설명에서 기체가 구불구불한 관을 통해서 내려오고, (쿨링이 작용하는 T범위 내에서) 좁은 분출구를 통해서 급격히 팽창할 때 기체의 온도가 떨어진다고 했고, 그 기체가 위로 올라오면서 다시 구불구불한 관 속의 기체들을 냉각시키고 (그러면서 그 기체의 온도는 높아지고) 냉각된 관 속 기체가 다시 분출구를 통해 급격히 팽창하면서 온도가 더 떨어지는 원리이고, 올라간 기체들은 compressor에서 압축되면서 온도가 높아지고 heat exchanger에서 열을 바깥으로 빼낸 뒤 다시 처음의 순서를 반복한다고 이해했습니다.
그렇다면 냉장 기능을 하게끔 하는 정도로 온도가 떨어지는 구간은 관을 타고 내려온 기체가 분출구를 통해 급격히 팽창해 온도가 내려가는 그 구간이라고 생각되는데, 교수님께서 이 그림을 보여주신 뒤 더 발전된 모습의 냉장고를 보여주셨을 때 분출구 부분을 없앤 형태임에도 냉장 기능이 잘 작동한다고 하셨습니다.
저는 압축된 기체가 급격히 팽창하는 분출구의 기능이 온도를 내리는데 가장 중요한 부분이라고 생각했는데 발전된 냉장고에서는 어떻게 기체의 팽창으로 인한 냉각효과가 없이 충분한 냉각효과를 낼 수 있는건가요? 단순히 heat exchanger에서 빠져나가는 열로 기체가 충분히 냉각되는 거라면 Linde refigerator에서도 기체가 팽창하는 분출구가 생략되어도 됐지 않나요?
답변 1) 이해한 부분이 맞습니다.
Linde refrigerator는 처음 시도한 냉장고의 원리로서 압력차가 크게 주어서 냉각원리를 확인한 케이스입니다.
발전된 냉장고에서는 냉장, 냉동의 온도도 설정해 주어야 하기 때문에 내부 물질의 압력변화를 다양하게 바꿔줄 수 있어야 합니다. 그렇기에 노즐을 통해 대기압으로 확 내려주는 것이 아니라 어느정도 내려주어서 온도변화를 조절한다고 생각하시면, 고압에서 압력을 낮춰주는 구간이 존재하고, 말씀하신 expansion valve도 존재하긴 합니다 .그림에서 표현되지 않았을 뿐입니다.
답변 2) 답변에 대해 추가로 궁금증이 생겨 질문드립니다! 교수님께서 수업에서 초기 냉장고에서 expansion concept으로 기체를 고압에서 저압으로 내보내어 팽창시키는 것을 현재는 compressor 하나만으로 유지가능하게 했다고 말씀하신 것 같은데 그렇다면 compressor부분에 expansion valve가 있는건가요?
답변 3) 제품마다 미미한 차이는 있을 수 있지만, 현대의 냉장고에는 밸브가 있긴 합니다만, expansion valve의 역할보다는 현재는 냉매의 개발로 인해 저온-저압의 액화가스가 기화되는 현상으로도 충분히 냉장-냉동 효과를 볼 수 있기 때문에 valve가 필요없는 제품도 개발되었습니다.
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