공조냉동에서 냉동의 정의와 냉동 방법 구분

산업용 보일러 분야에 이어 공조냉동 분야를 알아보겠습니다. 공조냉동을 공부하기 시작하면서 가장 먼저 공부할 분야가 어떤 분야인지를 알아보기 위해 우선 공조냉동에 있어서 냉동이란 어떤 의미이며 어떤 방법들로 냉동을 하는지 상세히 알아보겠습니다.

냉동이란

냉동이란 물체나 주변 환경으로부터 열을 흡수하거나 제거하여 주변 온도보다 낮은 온도로 유지하는 방법을 의미합니다. 이러한 냉동도 범위에 따라 냉각, 냉장, 동결이라고 구분을 합니다. 냉각이란 물체를 우리가 원하는 온도까지 낮춰서 유지하는 것을 말하고, 냉장이란 물체가 얼지 않은 상태에서 낮은 온도로 일정하게 유지하는 것을 말하며, 동결이란 물체의 온도를 동결점 아래로 내려서 고체 상태로 유지하는 것을 의미합니다. 간단하게 냉동이란 어떤 의미를 지니는지 알아보았습니다. 다음으로는 냉동의 방법에 대해 알아보도록 하겠습니다.

냉동의 방법

1. 고체물질의 융해잠열을 이용한 방법: 얼음이 녹아 물이 되듯이 고체상태인 물이 액체 상태인 물로 상태 변화하는 것을 융해현상이라고 하며, 융해 현상이 발생하면 주위의 열를 흡수하게 됩니다. 열을 빼앗기는 얼음 주위의 환경은 온도가 내려가게 됩니다. 즉 0도에서 얼음 1kg이 녹을 때 79.68 kcal 의 융해열을 주위 환경으로부터 흡수하는데, 이 원리를 이용한 방법이 고체물질의 융해잠열을 이용하는 방법입니다.

2. 승화열을 이용하는 방법: 고체에서 직접 기체로 상태가 변화할 때 일으키는 상태변화를 승화라고 하며 여기에 필요한 열량을 승화열이라고 합니다. 승화현상을 일으키는 물체는 주변 환경으로부터 승화열을 흡수하는데, 이 때 승화열에 필요한 열량을 빼앗긴 주변 환경은 온도가 내려가게 됩니다. 대표적인 물체가 드라이 아이스이며, 승화온도 영하78.5도에서 승화열 137 kcal을 주위 환경으로부터 흡수합니다. 아이스크림 가게에서 포장 시 낮은 온도를 유지시키기 위해 드라이아이스를 넣어 주는 것이 승화열을 이용한 냉동 방법의 한 예라고 할 수 있습니다.

3. 증발잠열을 이용한 방법: 액체가 주변 환경으로부터 열을 흡수하여 기체로 상태 변화하는 것을 증발현상이라고 하며, 증발 현상이 발생하면 주위의 열을 흡수하게 됩니다. 액체 질소의 경우 영하 196도에서 48kcal/kg을 필요로 합니다. 무더운 여름에 버스 승강장 같은 곳에서 미세한 수분입자를 분사하는 것을 볼 수 있습니다. 이것은 분사한 수분 입자가 기체로 변하면서 주위의 열을 흡수하기 때문에 주변의 온도를 낮추게 되고, 승강장에 있는 승객들은 시원함을 느끼게 되는 방법이 증발잠열을 이용한 방법입니다.

4. 기한제를 이용하는 방법: 얼음과 소금, 염산과 같은 염류 등과의 혼합에 의해 아주 낮은 온도를 얻을 수 있는데, 이 혼합체를 기한제라고 합니다. 기한제는 얼음이나 눈이 소금류 또는 산과 결합하는 것이 신속해서, 여기에 필요한 용해열이나 융해열을 주위에서 흡수할 시간이 없기 때문에, 그 열을 자신으로부터 얻어야 하기에 혼합체 자체의 온도가 저하하고, 이를 활용한 냉동 방법이 기한제를 이용하는 방법입니다. 겨울에 눈이 내리 도로가 결빙되면 염화칼슘을 뿌려 결빙된 도로를 녹이는 방법이 기한제를 이용하는 방법의 예가 될 수 있습니다.

5. 기계적 냉동법: 기계적인 냉동법은 전력, 증기, 연료 등의 에너지를 사용하여 냉동을 하는 방법을 의미합니다. 열을 직접 적용시키는 법을 흡수식 또는 흡착식이라고 하고, 기계적 일을 소비하여 행하는 방법을 압축식이라 합니다. 우리 주변에서 접할 수 있는 냉장고나 에어컨 등이 모두 기계적 냉동법을 사용한 예가 될 수 있습니다.

 

냉동의 정의와 냉동의 방법에 대해 알아보았습니다. 넓은 의미에서 주위보다 낮은 온도를 유지하는 것이 냉동인 것을 알 수 있었고, 냉동을 위해 물체의 상태변화에 따른 잠열을 이용하여 낮은 온도를 유지하는 방법과 에너지를 사용하여 낮은 온도를 유지하는 방법이 있음을 알 수 있었습니다. 앞으로는 기계적 냉동법인 흡수식, 흡착식, 압축식 냉동법이 어떤 것이며, 어떠한 특성들이 있는지 알아보는 기회를 가져보도록 하겠습니다.