온도식 팽창밸브 (Thermostatic Expansion Valve)
한 줄 정의: 증발기 출구 과열도를 감지해 냉매 유량을 조절하는 냉동사이클 팽창장치입니다.
쉽게 풀면
냉동사이클에서 고압 액냉매를 저압으로 떨어뜨리는 부품이 팽창장치입니다. 온도식 팽창밸브는 증발기 출구에 붙인 감온통으로 냉매가 얼마나 데워졌는지를 감지해, 과열도가 커지면 밸브를 열고 작아지면 닫습니다. 그 결과 증발기가 항상 알맞게 채워진 상태로 유지됩니다.
왜 중요한가
고정 오리피스나 모세관과 달리 부하 변동에 스스로 대응하므로 상용 냉동기와 공조기의 표준 부품입니다. 과열도 제어가 잘못되면 압축기로 액냉매가 들어가 고장이 나므로, 시스템 성능과 신뢰성을 동시에 좌우합니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"과열도 설정을 5K에서 3K로 낮추자 증발기 유효 전열면적이 증가하여 성능계수가 향상되었다."
팽창밸브 제어값을 조정해 냉동 효율을 개선했다는 뜻입니다.
조금 더 깊게 보면
밸브 다이어프램에는 감온통 압력이 여는 방향으로, 증발압력과 스프링 힘이 닫는 방향으로 작용하며 이 세 힘의 균형이 과열도를 결정합니다. 스프링 조절로 정적 과열도를 설정하고, 증발기 압력강하가 큰 경우에는 균압관을 단 외부균압형을 씁니다. 최근에는 스텝모터로 구동하고 센서 신호로 제어하는 전자팽창밸브가 가변속 시스템에서 널리 쓰입니다. 과열도를 지나치게 낮게 잡으면 밸브가 진동하듯 여닫히는 헌팅이 생깁니다.
주의할 점
팽창밸브는 유량을 조절하는 장치이지 온도를 직접 설정하는 장치가 아니며, 제어하는 대상은 과열도입니다. 증기압축 냉동사이클의 네 구성요소 중 팽창과정을 담당하는 부품이라는 위치로 이해하면 됩니다.