자동차 에어컨의 작동 원리

자동차를 운행하는데 있어서 없어서는 안 되는 필수 기능 중에 하나가 에어컨입니다.
에어컨은 더운 날 자동차 실내를 시원하게 유지하여 운전자의 컨디션을 좋게 해 줍니다.
또한 습한 날씨에는 자동차 유리창에 생기는 김서림 현상을 빠르게 제거해줍니다.
이렇게 운전하는데 있어서 필수 기능인 에어컨이 어떻게 작동하는지 알아보도록 하겠습니다.

냉매의 성질

먼저 에어컨 설명을 이해하려면 냉매(유체)의 성질을 알고 있어야 합니다. 그래서 짧은 과학 상식하나 설명하겠습니다.

1. 모든 기체는 압력을 가하면 수축합니다.
2. 그리고 수축에는 온도 상승이 동반합니다.
(사람도 마찬가지로 압력(스트레스)을 가하면 열이 올라갑니다.)
3. 반대로 기체가 팽창하면 온도와 압력이 낮아집니다.
4. 고온의 기체를 특정 온도까지 식혀주면 액체로 변화합니다.(수증기를 식혀주면 물로 변하는 현상과 동일)
5. 액체가 기체로 변할 때는 주변의 열을 흡수하여 급격히 온도가 낮아집니다.

에어컨 구조

에어컨은 이러한 자연 원리를 이용하여 작동됩니다.

위의 그림과 같이 자동차 에어컨은 팬(fan), 응축기(condenser), 증발기(evaporator), 압축기(compressor), 냉매(refrigerants)로 구성되어 있습니다. 냉매는 주로 상온이거나 살짝 높은 압력 상태에서 액체 상태인 물질이며, 조금만 온도를 높여주어도 기체로 변하기 쉬운 물질을 사용합니다.

에어컨 작동과정

에어컨 작동과정입니다.

1. 압축기로 냉매에 압력을 가해주어 고온, 고압 상태의 기체를 만들어 줍니다.
2. 응축기에서는 팬이 기체를 식혀주어 상온, 고압 상태의 액체가 됩니다.
3. 증발기는 냉매가 이동하는 공간이 확장되며, 이때 냉매가 급격히 팽창하게 되면서 저온, 저압 상태의 기체가 됩니다. 이때 액체가 기체로 증발하면서 주변의 온도를 흡수하여 냉매의 온도는 급격히 낮아지게 됩니다.
4. 송풍기로 증발기에 바람을 불어주어 찬 공기를 자동차 실내로 보내게 됩니다.
5. 기체 상태의 냉매를 1번 과정으로 보내어 에어컨 작동 사이클이 반복됩니다.

이것은 일반적인 열교환기 장치의 원리이며, 자동차뿐만 아니라 냉장고를 비롯해 산업용 장비까지 널리 쓰입니다.
과거에는 에어컨의 냉매로 프레온 가스(CFC)를 많이 사용하였으나, 요즘은 지구 환경 문제로 R-410 이 많이 쓰이며, 수소염화불화탄소(HCFC)나 수소불화탄소(HFC) 같은 새로운 냉매를 개발하고 있습니다.
최근에는 냉매로 초임계유체를 사용하여 열교환기 장치의 효율을 높이는 연구가 활발히 진행 중에 입니다.