히트펌프

열은 그 자신만으로는 온도가 낮은 곳에서 온도가 높은 곳으로 이동이 불가능하며 열의 이동에는 반드시 일(Work)이 소요된다. (물)펌프가 물을 낮은 위치에서 높은 위치로 퍼올리는 기계라는 의미와 마찬가지로, 열펌프란 열을 온도가 낮은곳에서 온도가 높은곳으로 이동시킬 수 있는 장치를 의미한다. 사이클의 구성과 작동방법은 냉동기와 같으며 단지 저온열의 사용을 목적으로 하는 경우에는 냉동기, 고온열의 사용을 목적으로 하는 경우에는 열펌프(Heat Pump)가 되는 것이다.

열펌프는 열을 흡수하고 방열하는 원리의 구분에 따라 압축식, 화학식, 흡수식, 흡착식등으로 분류되며, 그중 가정용으로 많이 적용되는 형식은 압축식 열펌프이다. 이 압축식 열펌프는 에어콘이라 불리우는 냉방장치의 역사이클로 생각하면 된다. 즉 냉방전용의 에어콘은 실내에 설치된 실내기의 열교환기에서 열을 흡수하여 실외에 설치된 실외기의 열교환기를 이용하여 열을 방열시키는 원리이며, 열펌프는 반대로 실외기의 열교환기에서 열을 흡수하여 실내에 설치된 실내기의 열교환기를 이용하여 열을 방열시키는 원리다.

압축식 열펌프 사이클의 기본적인 구성요소는 저온부 열교환기인 증발기, 압축기, 고온부 열교환기인 응축기, 팽창변의 4개 요소로 구분되며 작동유체인 냉매는 증발, 압축, 응축, 팽창의 변화를 계속하면서 순환한다. 저온저압의 습증기상태의 냉매는 증발기에서 증발되면서 주변에서 증발잠열을 흡수하며 증발된 저온저압의 건조포화증기상태의 냉매로 배출된다. 증발기에서 배출된 저온저압의 건조포화증기상태의 냉매는 압축기에서 단열압축하여 고온고압의 과열증기상태의 냉매로 되어 응축기로 유입된다.

응축기로 유입된 고온고압의 과열증기상태의 냉매는 응축잠열을 방출시키며 고온고압의 포화액체상태의 냉매로 되어 팽창변으로 유입된다. 고온고압의 포화액체상태의 냉매는 팽창변에서 등엔탈피 팽창을 하고 저온저압의 습증기상태의 냉매로 증발기로 유입된다. 일반적으로 저온부 열교환기인 증발기는 실외에 설치되며, 고온부 열교환기인 응축기 실내에 설치된다. 저온부 증발기는 실외에 설치되어 주변에서 열을 흡수하게 되며(열원이라 하며 가정용으로는 공기가 일반적으로 많이 적용된다), 고온부 응축기는 실내에 설치되어 주변으로 열을 방출(히트싱크라 하며 공기가 일반적으로 많이 적용된다)하여 난방에 사용하게 된다.