[스크랩] 2단압축에 대해..

◈2단압축 냉동시스템◈

■  2단압축을 하는 이유

1단 냉동사이클에서는 증발온도가 -30℃ 정도 이하가 되면 , 증발압력이 너무 낮아져 압축비가 증대하여

① 체적효율이 저하하고(클리어런스에 남아있던 고압의 가스가 흡입방해)

② 냉매증기의 비체적이 커져(증발압력이 낮으므로)냉매순환량이 감소하며

③ 또 토출가스 온도가 상승하여 윤활유가 열화되기 쉽다.

이 때문에 증발온도가 일정(-30℃ )이하가 되면 1단압축을 하지않고, 압축을 2단으로 나누어 , 소위 2단압축 방식을 채택하게 된다.

2단 압축을 하면 압축비가 작아져 체적효율의 저하를 막을 수 있고 , 1단압축 후의 토출가스를 냉각하여 다시 압축함으로써 2단압축 후의 토출가스 온도를 낮게 할 수 있다.

2단압축 방식에는 2단압축 1단팽창 방식과 2단압축 2단팽창 방식이 있다.

2단 압축에 사용되는 압축기는 종래에는 2대의 압축기에 의한 2단압축을 하였으나 ,근래와서는 1대의 압축기로 2단압축을 하는 소위 콤파운드 압축기(Compound compressor)가 많이 사용된다.

■ 2단 압축 방식의 사이클 비교

2단압축 1단 팽창 2단압축 2단팽창 장치도 p-h선도 T-S선도 사이클설명 (1) 증발기에서 증발한 냉매증기 ①은 저단압축기에 흡입된 후 중간압력까지 압축되어 2의 상태가 된다. (2) ②상태의 과열 냉매증기는 중간냉각기(inter-cooler)로 들어간다. (3) 중간냉각기에는 응축기 출구 고압액 ⑤의 일부를 바이패스(by-pass)시켜 , 중간냉각기용 팽창밸브를 거쳐 공급한다. (4) 중간냉각기의 역할      ① 저단측 압축기 토출가스 ②를 중간 압력에 상응하는 포화온도 ③까지 냉각시킨다.     ② 증발기에 공급되는 고압액을 과냉각시켜 냉동효과 를 증대시킨다. (5) ③까지 냉각된 저단측 토출가스 + 중간 냉각기용 팽창밸브에서 발생한 플래쉬 가스 + 중간 냉각기에서 증발한 냉매증기 → 고단측 압축기에 흡입 , 압축되어 ④상태가 된다. (6) ④상태의 고온고압의 냉매증기는 응축기에서 응축되어 다시 고압액이 된다. (1) 증발기에서 증발한 냉매증기 ①은 저단압축기에 흡입된 후 중간압력까지 압축되어 2의 상태가 된다. (2) ②상태의 과열 냉매증기는 중간냉각기(inter-cooler)로 들어간다. (3) 중간냉각기에는 응축기 출구 고압액 ⑤의 전부(2단압축 1단팽창에서는 → 일부)를 제1 팽창밸브에서 중간압력까지 감압하여 공급한다. (4) 중간냉각기의 역할     ① 저단측 압축기 토출가스 ②를 중간 압력에 상응하는 포화온도 ③까지 냉각시킨다.     ② 증발기에 공급되는 고압액을 과냉각시켜 냉동효과 를 증대시킨다. (5) ③까지 냉각된 저단측 토출가스 + 제1 팽창밸브에서 발생한 플래쉬 가스 + 중간 냉각기에서 증발한 냉매증기를 고단측 압축기에 흡입 , 압축되어 ④상태가 된다. (6) ④상태의 고온고압의 냉매증기는 응축기에서 응축되어 다시 고압액이 된다.

전자변이란 무엇인가?
전자변은 연동적으로 작동하는 두가지의 부분으로 구성되어 있는데 그것은 바로 전자코일과 밸브이다.
전자 코일은 원형 단면을 가진 실린더 형태의 표면에 단순히 나선형으로 전선을 감은 것뿐이다. 전류가 감겨진 전선에 흐를 때 전자석으로 작동을 하게 된다. 전자 코일 중심부에서 발생된 힘은 밸브를 열기 위한 힘으로 작용한다.
내부에는 움직일 수 있는 전자석 플런저가 있으며 전류가 흐를 때 코일의 중심부 쪽으로 당겨진다.
밸브는 열렸을 때, 유체가 흐르도록 하기 위한 오리피스를 내장하고 있다.
니이들이나 로드는 오리피스의 내부나 그 위에 자리잡고 있고 플런저의 아랫부분에 부착되어 있다.

코일에 전류가 흐를 때, 플런저는 코일의 중심부로 힘이 가해져 니이들 밸브를 오리피스로부터 들어올리고 유체를 흐르게 한다.
코일에 전류가 끊겼을 때는 플런저의 무게와 스프링의 설계로 떨어지게 되어 오리피스를 닫게 하고 따라서 유체의 흐름을 차단하게 된다.
그림은 전자변의 작동 개요를 보여주고 있다.

전자변의 작동원리
전자변은 직구동 혹은 파이로트 작동식이다.
직구동밸브는 적은 용량을 가진 밸브나 포트사이즈가 작은 밸브에 사용된다.
파이로트 작동형은 큰 밸브에 사용되기 때문에, 큰 코링 및 큰 플런저의 적용을 위해 용량이 충분해야 한다.

1) 직구동형
직구동형의 밸브에 있어서, 전자변은 작동을 말한바와같이, 플런저는 기계적으로 니이들밸브와 연결되어 있다.
코일에 전류가 흐를 때, 오리피스에 놓여있는 니이들을 잡아당기기 위해 플런저는 코일의 중심부로 들어올려진다. 이러한 타입의 밸브는 라인의 압력과 관계없이 “0”차압에서 최고차압까지 작동을 하게 된다.
직구동형의 밸브에 있어서, 큰 용량의 밸브는 큰 차압이 필요하기 때문에 보다 큰 사이즈의 코일을 사용해야 하므로 소용량의 회로에 주로 사용된다.
아주 큰 용량의 회로에서 요구되는 코일은 크고 비경제적이므로 적용이 불가능하다.
큰 용량의 시스템에서는 이러한 문제를 해결키 위해 파이로트 작동전자밸브가 사용된다.

2)파이로트 작동밸브
파이로트 작동 전자변은 전자코일과 라인상의 압력을 이용해 작동을 한다.
이 타입의 밸브에서는 플런저가 주(主)포트보다는 파이로트 오리피스를 덮고 있는 니이들 밸브에 부착되어 있다.
라인상의 압력은 주포트에 닫힌 상태로 있도록 독립 피스톤이나 다이아프램을 지탱하고 있다.
코일에 전류가 흐를 때, 오리피스를 열도록 플런저는 코일의 중심쪽으로 당겨진다.
일단 파이로트 포트가 열리면, 다이아프램의 위쪽에 있는 라인의 압력이 밸브의 낮은 쪽이나 출구 쪽으로 흐르게 되며, 이것은 다이아프램의 윗부분에 있는 압력을 완화시킨다.
그때 라인 압력은 다이아프램을 위로 밀어서 주 밸브포트로부터 떨어지게 해 유체가 충분히 흐르도록 지탱해준다.
코일에 전류가 끊겼을 때, 플런저는 아래로 떨어져 파이로트 오리피스를 닫는다.
자체 압력과 다이아프램의 중량 및 스프링으로 주밸브 포트를 닫게 할 때까지, 압력은 피스톤 다이아프램 내부의 BLEED HOLE을 통해 다이아프램 위로 쌓이기 시작한다.
이 타입의 전자변은 작동을 위해서 입구와 출구 사이의 최소압력 차가 있어야 한다.
그림에 도시된 수동식 STEM은 라인상에 전류가 흐르지 않거나, 보수유지 및 청소를 위해 플러싱을 할 경우에는 밸브를 수동으로 열기 위해서 사용된다.

*전자변의 선정
특정설계를 위한 전자변의 선정은 다음의 자료가 우선 마련되어야 한다.
1) 조절할 유체
2) 설계용량
3) 최대 개도 압력차(MOPD: Maximum Opening Pressure Differential)
4) 안전 작동 압력(WSWP: Safe Working Pressure)

통상적인 냉매액이나 SUCTION 냉매 가스용 전자변의 용량은 일정 압력차 및 표준 조건에서 냉동 톤으로 주어진다.
제조업체의 카다로그는 일반 냉매용으로 거의 모든 작동 조건에 걸쳐서 선정할 수 있도록 표준 TABLE을 제공하고 있다.
전자변 선정을 라인 사이즈에 의거해서 선정하지 말고, 제조업체 추천 방법에 따라 선정해야만 한다.
파이로트 작동식 밸브는 작동을 위해서는 압력차가 있어야 하며 용량보다 큰 사이즈의 밸브선정은 밸브가 열리지 않는 결과를 초래하게 된다.
용량보다 적은 사이즈의 밸브 선정은 과도한 압력 드롭이 발생하게 된다.
선정된 전자변은 밸브를 필히 열게 할 수 있는 최대 가능 차압을 초과하거나, 동일 동급의 최대 개도 압력차(MOPD)를 가져야만 한다.
최대 개도압력차(MOPD)는 밸브의 입.압력을 공히 고려해야 한다.
만약 입구 압력이 500psi이고 출구 압력이 250psi일 경우, 그 차압(500=250)은 300MOPD 등급보다 작기 떄문에 작동을 위한 최대 개도 압력차(MOPD)의 등급이 300psi이어야 한다.
압력차가 MOPD보다 클 경우, 밸브는 열리지 않을 것이다.
안전하고도 적절한 운전을 위해 안전 작동 압력을 고려하는 것 역시 중요하다.
전자변은 적용 유체에 적합하도록 설계되어 있으며, 암모니아의 경우 강 및 철 금속류나 알루미늄이 사용된다.
고온이나 초저온 적용을 위해 특수 SEAT 재질 및 합성 재질이 사용된다. 부식성의 유체에 사용시는 특수재질이 요구된다.
전기적 특성에 각별한 주의를 기울이는 것 역시 중요하며 적절한 선정을 위해서는 요구 전압 및 Hertz를 사양서에 명기해야 한다.
DC VOLTAGW용 밸브는 AC VOLTAGE용 밸브와는 다른 내부구조를 갖고 있으므로, 제조업체의 카다로그를 조심스럽게 보는 것이 주요하다 하겠다.

*설치
스프링 작동 플런저나 다이아프램을 갖고 있는 전자변은 어떠한 위치로도 설치 및 운전이 가능하며 과거 플런저 타입 구형 전자변은 중력에 의해 닫히기 때문에 수평으로 놓여있는 파이프에 설치되는 경우 플런저의 위치가 항상 수직 방향으로 향하도록 장착해야 한다.
밸브에 SCALE, 용접률, 파이프 내의 윤활유나 기타 밸브상의 이물질을 거르기 위해 밸브의 윗쪽에 스트레이너나 FILTER-DRIER를 설치해야 한다.
전자변을 설치할 때, 밸브 몸체에 표시되어 있는 화살표를 냉매 흐름과 같게 일치시켜야 한다.
용접 타입의 밸브를 배관에 용접할 때, 너무 뜨거운 토오치를 사용하지 말아야 하고 토오치가 밸브쪽으로 향하지 않도록 조심해야 한다.
내부 작동 부품을 교체하기 전에 밸브몸체가 차갑도록 해서 열에 의해 SEAT나 가스켓이 손상되지 않도록 주의해야 한다.
용접하는 동안 젖은 헝겁이나 냉각 BLOCK을 사용하는 것이 유리하고, 밸브 몸체를 차갑게 해서 몸체의 정밀 부위가 뒤틀리지 않도록 한다.
재조립시는 너무 조이지 말아야 한다.

팽창밸브
팽창밸브는 냉동 사이클에 있어 가장 기본적인 제어기기이다.
건조기를 통해온 고온고압의 액체상태의 냉매를 작은 구멍으로 분사하여 급격히 팽창시켜 저온 저압의 냉매로 만들어 증발기로 보낸다. 증발기에 있는 냉매의 기화상태에 즉시 대응해서 냉매량을 조절한다.
팽창밸브의 감열통을 통해 증발기의 온도를 감지하여 증발기로가는 냉매의 양을 조절하는 기능을 갖고 있어, 항상 일정한 온도를 유지할 수 있어 증발기가 동결되는 것을 막을 수 있다.
구조는 감열통, 모세관튜브, 다이어프램 등으로 구성되어 있다.

-수동 팽창밸브(Manual expansion valve)
1. 주로 NH3 건식증발기에 사용된다.
2. T.E.V.를 사용하는 증발기 또는 저압측 부자밸브를 사용하는 만액식 증발기에서 고장시에 대비하여 by-pass 팽창밸브로 사용된다.
3. 플로트스위치와 전자밸브를 결합시킨 정액면 유량제어장치의 팽창밸브로도 사용된다.
4. 일반적으로 스톱밸브와 동일한 형태이나 니들밸브의 변화가 더욱 세밀하여 미량이라도 조절할 수 있으며 일반적으로 1/4회전 이상은 돌리지 않는다.
5. 조절방법
가)유량조절은 프레온용의 경우 조절봉 6을 조절밸브를 향하여 시계방향으로 돌리면 유량이 감소한다.
나)암모니아용은 핸들을 반시계 방향으로 돌리면 유량이 증가하고 시계방향으로 돌리면 유량이 감소한다.
6. 팽창밸브 개도에 따른 장치에 미치는 영향
가)팽창밸브를 너무 열었을 때
ㄱ)저압상승
ㄴ)증발온도상승
ㄷ)Liquid Back(증발온도:냉매의 포화온도 / 냉장실온:냉장실 내의 온도)
ㄹ)심할 경우 액해머에 의한 압축기 파손우려
나)팽창밸브를 너무 조였을 때
ㄱ)저압저하
ㄴ)증발온도 저하
ㄷ)흡입 가스 과열
ㄹ)냉장 실온 상승
ㅁ)토출 온도 상승
ㅂ)유의 열화 및 탄화
ㅅ)냉동 능력 감소
ㅇ)능력당 소요동력 증대

2. 모세관(Capillary tube)
1)가정용 소형 냉동기와 창문형 에어컨에 사용(R-12)
2)건조기와 스트레이너가 반드시 필요하다.
3)냉동기 정지시 고저압이 Balance되므로 기동시 기동부하가 적게든다.
4)냉매 충전량이 정확해야 하며 냉매 가스도 적당한 비체적을 가져야 한다.
5)모세관의 압력 강하의 정도는 직경의 제곱에 반비례하고 길이에 반비례한다.(P=1/D2)
6)내경 0.8~1.3mm의 모세관 사용
7)길이가 같을 때는 굵기가 가능수록, 굵기가 같을 때는 길이가 길수록 압력강하는 크다.

3.정압식 자동 팽창밸브(Automatic Expansion Valve: A.E.V.)
1)증발기 내의 압력을 일정하게 유지시킨다.
2)냉동부하의 변동이 적을 때 또는 냉수, 브라인등의 동결방지용으로 사용된다.
3)부하증대에 따른 유량제어가 불가능하다.
*냉동 장치 운전 시초에는 밸브의 조정압력(스프링압력)보다 증발기 내압력이 높아 밸브는 닫혀 있다가 압축기가 시동되면 증발기 압력이 스프링 압력보다 낮아질 때 밸브는 열리게 된다. 증발압력이 일정 이하로 내려가면 밸브는 열려 냉매를 많이 공급하고 증발 압력이 일정이상 상승하면 밸브가 닫혀 냉매 공급량을 줄인다. 따라서 부하에 따른 유량제어가 불가능하다.

4. 고압측 부자밸브(High side float valve)
1)고압측 액밸브에 의해 작동한다.
2)부하의 변동과 관계없이 작동함으로써 만액식 증발기에 사용한다.
3)고압측 플로트 밸브를 사용했을 때 액분리기는 증기의 25%의 용량을 가지게 하여 리쿠드백의 염려를 없애야 한다.
4)터보냉동기에 주로 사용
5)응축기에서 유입되는 냉매가 플로트실에 들어가 고액면이 일정량보다 많아지면 플로트가 떠서 밸브를 개방하므로 증발기로 액이 공급되게 된다.
6)밸브는 항상 액냉매 중에 잠겨있다.
*Air Purge Vent
플로트실 상부에 불응축 가스가 고이면 압력이 높아져 부자가 뜨지 못한다. 그러면 냉매가 혼입되지 않아 증발기에 냉매 부족현상을 초래한다. 그러나 부자실에서 Air purge해낼 수 없다. Air Purge Vent를 설치하여 고압측에서 퍼지하도록 한다.

7. 저압측 부자밸브(Low side float valve)
1)부하변동에 따라 유량을 제어할 수 있다.
2)저압측에 위치하여 증발기의 액면을 일정하게 유지
3)NH3(만액식), 프레온 냉동장치에 이용
4)부자를 직접 증발기에 띄우는 방법과 부자실을 따로 설치해 주는 경우가 있다
5)냉매 레벨은 셸의 경우 2/3가 적당하다.
6)대형에서는 Pilot Float Valve가 쓰인다.

유(油)분리기(Oil Separator)
1.용도
냉동압축기는 크랭크 케이스나 Housing으로부터 순환되는 냉동유에 의해서 윤좔작용이 된다. 압축기가 작동될 때, 냉동유는 뜨거운 압축 냉매가스와 혼합되어서 압축기를 떠나게 된다. 시스템에 순환되는 소량의 오일은 시스템 성능에는 영향을 끼치지 않는다.
그러나 , 많은 양의 오일은 유량제어, 증발기, 응축기 및 Filter-Drier의 작동을 방해하게 된다. 저온에 적용 설치할 경우, 냉동유는 둔탁해져서 증발기에서 빠져 나오기가 어렵게 된다. 증발기에서의 냉동유의 축적은 증발기의 효율에 영향을 끼치며 압축기의 작동에 이상을 일으킬 수도 있다.
압축기 출구와 응축기 사이에 유분리기를 설치해서 시스템을 보호해야 할 것이다. 유분리기를 적용함으로써 압축기에 오일을 적정수준으로 유지시켜 주고 오일 슬러지를 감소시켜주며, 증발기 효율을 증가 시켜 줄 것이다. 시스템 냉매에 일부(10%정도) 오일을 잔존, 시스템에 장착되어 있는 부품의 기계적인 작동을 원활하게 해준다. 종종 에어컨에서는 압축기의 케이스 용량이 작을 경우, 오일 Reservoir의 역할로도 사용된다.

2. 기능
압축기로부터 냉매와 오일의 혼합물이 유분리기 입구로 들어가게 된다. 이 혼합물은 스크린과 BAFFLE을 통과하게 되며 여기서 오일의 깨끗한 입자를 모아 유분리기 바닥에 떨어뜨리게 된다. 유분리기 바닥에 모아진 오일은 FLOAT작동식 니들밸브가 열려 오일이 압축기로 되돌아 가게 된다. 오일은 유분리기의 압력이 크래크케이스보다 높기 때문에 압축기로 재빨리 돌아가게 된다. 오일의 수준이 낮아졌을 때는 니들 밸브는 냉매가스가 압축기로 되돌아가는 것을 막기 위해서 닫힌다.

3. 설치
유분리기는 DISCHARGE라인에 설치되어야 하며 가능한 한 압축기에 근접시켜야 한다.
냉동오일을 초기 충전시에 유분리기에 보충함으로써 FLOAT작동식으로 오일이 압축기에 돌아갈 수 있도록 한다. 아울러 크랭크케이스에도 같은 종류의 오일을 사용해야 한다.
그때 라인 한 개는 유분리기의 플래어 연결에서 크랭크케이스의 오일 FILTER플러그 사이를 연결해야 한다.
CLEAN시스템이 아닌 경우 압축기로 회수되는 관에는 필히 사이트글라스가 설치되어 오일이 회수되고 있는지 확인할 수 있어야 한다. 이는 유분리기내에 슬러지나 오염물에 의해 자주 막히는 경우가 있기 때문에 그러한 것을 방지키 위한 것이다.

4.운전시 주의사항
장기간 작동중지나 OFF사이클 중에는 액냉매는 유분리기에 모아질 수 있다. 액냉매가 리턴라인을 통해 압축기로 회수될 때는 슬러지를 발생시켜 압축기에 손상을 가할 수도 있다.
유분리기의 풀구라인에 체크밸브를 설치, 액냉매가 압축기로 되돌아오는 것을 막을 수 있다.
유분리기를 단열함으로써 응축기로 작동하는 것을 방지할 수 있고 열을 주위 공기로 내보내는 것을 방지할 수가 있다. 오일 리턴라인에 FILTER를 추가함으로써 청결한 오일을 유지시킬 수가 있다. MULTI-STAGE압축기일 경우, 오일이 회수되는 BALANCE를 맞추기 위해 각 압축기에 각각의 유분리기를 설치해야 한다.

필터드라이어(Filter Drier)
“밸브의 작동이나 캐피러리 튜브에 장애를 일으킬 수 있는 이물질을 걸러 시스템을 깨끗이 유지시키는 것이 운전장애를 방지할 수 있는 최선의 방책이다.”

1. 소개
액라인 및 흡입라인 Filter Drier는 시스템에 심각한 손상을 초래할 수 있는 유해한 요소를 제거해 주기 때문에 종종 시스템 보호기 라고 불리운다.
밸브의 작동이나 캐피러리 튜브에 장애를 일으킬 수 있는 이물질을 걸러 시스템을 깨끗이 유지시키는 것이 운전장애를 방지할 수 있는 최선의 방책이다.
이러한 이물질에는 금속류, 용제, 먼지 및 때와 같은 고체가 있을 수 있고, 다른 상응 유해물인 산, 물, 수지 및 왁스와 같은 용해물질이 있다. 시스템의 조립, 설치 혹은 A/S시에 사전주의 를 기울인다 할지라도, 오염물이 그 시스템에서 자주 발생된다.

Filter Drier는 운전중에 시스템을 보호하도록 설계되어 있다.
시스템의 부품을 공격해 결국에는 파괴시킬 수 있는 그러한 잔존 요소들을 제거하기 위한 중요한 장치이다. 오늘날 제조업체에서 생산되는 모든 Filter Drier는 두 가지 타입으로 구분되는데 바로 블록 타입과 알갱이 타입니다/

A. 블럭타입의 Filter Drier는 Drying요소와 혼합해서 생산되는데, 용해성 오염물을
제거해 주며 적절한 접착제로 접착되어 있다.
이 혼합물들은 형틀에 부어진 뒤, 영구적인 형태를 위해 오븐 속에서 구워지며, Drying요소는 이때 활성화된다.
B. 알갱이 타입 Filter Drier는 보다 덜 복잡한 공정으로 생산되며, 따라서 불량률도 적게 발생된다.
활성 Drying요소는 알갱이나 조그만 공모양의 형태로 되어 있으며, 알갱이를 서로 붙잡고 있도록 접착제가 사용되지 않는다. 그러나 기계적인 힘으로 통상 Compact한 외형을 갖게 된다.
Compact한 알갱이의 흡입 쪽에는 냉매 흐름을 완충시켜 주고 고체 오염물을 잡아내도록 설계되어 있다. 다양한 흡습제를 사용, 최대한의 수분과 산을 제거해 주고 왁스의 생성을 방지해 준다. 적절한 모델을 선정키 위해서는 시스템에 적용될 Filter Drier의 특성을 이해하는 것이 주요하다 하겠다.
현장에서 A/S를 할 때에는 시스템에 있을 수 있는 오염물의 양 및 형태를 결정하는 것이 거의 불가능하다. 이러한 이유 때문에 설치공간과 경제성을 고려, 가능한 한 큰 사이즈를 선정하는 것이 통상적이다.

2. 여과용량
시스템 냉매에 돌아다니는 슬러지 같은 고체 입자나 준고체 입자는 밸브 Seat, 플러그 조절밸브 및 실린더 벽이나 압축기의 베어링을 파괴시킬 수도 있다. 이러한 오염물들은 제작 및 A/S시에 야기될 수도 있고, 시스템의 정상운전 중에도 발생할 수 있다.
가장 중요한 것은 이러한 오염물들을 가능한 한 빨리 제거해야 하며 시스템에 되돌려지지 않도록 해야 한다. 외국의 유명업체의 제품은 그 수명기간 동안 냉매유량을 적절히 유지시키면서 이러한 오염물을 다량으로 잡아 걸러내도록 한 설계로 되어있다.

3.수분용량
냉매 속에 있는 수분은 밸브를 얼게 할 수 있고 동도금현상, 모터단열재의 소상, 부식, 슬러지의 생성등을 야기시킬 수 있다.
Filter Drier는 하나나 두개이상의 흡습제를 사용, 수분을 억제하고 보유하는 일을 한다.
오늘날 가장 대중화되어 있고, 가장 효과적인 흡습제로는 Molecular Sieve로서 다른 일반 흡착제에 비해 약 3~4배의 수분제거능력을 갖고 있다.
흡습제의 수분 용량은 일반적으로 ARI(미국냉동협회) Standard 710에 따라 물방울 수(Water Drop)로 표시된다. 이러한 용량등급은 제작기간 동안에 흡착될 수 있는 잔존 수분량도 추가된다.

4.산 제거 능력
다양한 유기산들은 시스템 내에서 냉매와 산이 용해하면서 만들어진다.
이러한 용해는 시스템내의 수분, 과도한 온도, 공기, 혹은 시스템 내의 이물질에 노출됨에 의해 발생될 수 있다.
시스템을 손상시키는 산으로부터 시스템을 보호하기 위해서는 산이 형성되자마자 흡착시키는 것은 중요하다고 하겠다.
활성 알루미나는 산을 제거시키는데 사용하는 흡착제로 가장 많이 대중화되어 있다.

5. 왁스제거
왁스와 수지를 제거해주는 Filter Drier의 능력은 R-22와 R-502를 사용하는 저온 시스템에서는 아주 중요한 사항중의 하나다.
R-12시스템에서는 R-22나 R-502시스템의 온도보다 훨씬 낮은 온도에서도 용해되어 있는 왁스를 Filter-Drier가 잡아낼 수 있기 때문에 Trouble이 아주 적다.
시스템에 왁스가 존재하고 있을 때에는 밸브 Seat, 밸브핀을 고체화시켜 시스템의 오작동을 유발시키는 결과를 초래한다.

6.Filter-Drier의 교체시기
아직도 냉동공조 전문업체에서 기술 개발을 담당하는 기술자도 Filter-Drier의 교환시기를 단순히 몇 개월 혹은 몇 년마다 교체해야 하느냐고 가끔 우매한 질문을 하는 경우가 왕왕 있다. 그 교화시기는 절대 수치로 정해져 있는 기준은 없고 물론 상대적인 것이다.
a. 그 첫 번째는 수분지침기를 이용, 교환 시기를 판단하는 것이다.
수분지침기의 렌즈를 통해 보이는 냉매가 정상적이 아닐 경우, 즉, Flash Gas가 발생하거나 냉매내 거품이나 방울이 발생할 경우, 그리고 수분지침 상태가 “WET” 및 “CAUTION WET”상태일 때 교체하는 것이다.
이는 Filter-Drier에 불순물이 많이 포집되어 Filter-Drier의 입출구 압력차가 커졌거나, 흡습제에 수분이 가득 차 더 이상의 수분을 흡착 치 못했을 때 나타나는 현상이다.
b. 수분지침기가 시스템에 장착되어 있지 않을 경우, 그 냉동장치의 냉동능력이 제대로 나오지 않을 때 교체하는 것이다. 교체를 미루다간 에어컨일 경우, 별다른 피해가 없겠으나, 냉동창고의 경우 저장물인 식품이나 육류, 어류등에 결정적인 피해가 발생될 것이다.

제상(除霜)
-제상의 개요
1)증발기 코일에 상(霜)이 부착되면 전열 불량이 되므로 이상을 제거하는 것을 제상(Defrost)이라 한다.
2)제상 장치는 주로 공기냉각용에 많다.
3)제상 시간은 빠를수록 좋다.
4)제상의 시기: Fin Tube코일: 10~15mm / 벽코일:15~20mm / Hair코일:25~30mm)
*적상 과다시 냉동장치에 미치는 영향
가)T.E.V(온도식 자동 팽창밸브)를 사용한 경우
ㄱ)증발압력저하
ㄴ)흡입압력저하
ㄷ)토출가스온도상승
ㄹ)냉장실 온도상승
ㅁ)소요 전류 감소(시간당), 소요동력증가(RT당)
나)수동 팽창밸브를 사용할 경우
ㄱ)증발 압력저하
ㄴ)액압축 우려
ㄷ)토출가스 온도저하
ㄹ)냉장실 온도상승
1.제상의 방법
1)고압가스제상(Hot gas defrost)
가)고온의 냉매 가스를 증발기에 보내서 그 응축 잠열을 이용하여 제상하는 방법이다.
나)융해한 상(frost)이 물받이나 배수관 중에서 재동결하지 않도록 가열하여야 하며 이를 위하여 토출가스나 전열히터를 이용하는 일이 있으나 벽 코일식이나 상치식에서는 온수 살포제상을 병행하여 대량의 물과 같이 흘러내리게 하는 방법이 일반적으로 쓰인다.
다)비교적 용이하게 설비되며 운전도 경제적이며 제상에 소요되는 시간도 짧으므로 많이 채용되나 자동화는 약간 복잡하다.
라)건식 증발기와 같이 증발기 내에 냉매 공급량이 적은 것은 증발기에서 응축된 액을 증발기와 같이 가동되고 있는 타증발기로 보내는 방식이 쓰인다.
2)온수 브라인 제상(Hot Brine Defrost)
가)브라인 코일 냉각의 경우에 쓰인다
나)순환중인 브라인을 온 브라인으로 교체(20℃이상)
다)조작이 간단하고 효과적이나 온 브라인 탱크를 필요로 하고 설비비가 크며 열손실도 많다.

3)온수 살포 제상(Water spray defrost:살수제상)
가)증발기 Fan모터 및 냉동기 정지 후 공기의 출입구 차단
나)냉동실은 -18℃이상에서 효과적이다.
다)10~25℃의 물을 뿌려서 제상(1㎥당 140ℓ/min)
라)급배수관은 물이 잔류하여 동결하는 일이 없도록 하향구배하고 따뜻하고 습한 공기가 침입하지 않도록 트랩사용

4)전열제상(Eletric Defrost)
가)증발기에 히터를 설치하여 제상
나)자동제어가 용이하고 소형에 많이 쓰인다.
다)동력이 많이 든다.(열손실이 크다)

5)브라인 분무 제상(Brine spray defrost): 부동액 제상
가) 브라인 또는 부동액을 냉각기 표면에 분무하여 제상을 한다.
나) 연속 분무를 계속하면 실내에 브라인의 비말이 날려서 해로울 때 사용
다) 염의 보급, 농축기 설치, 부식의 문제점이 있다.

다단 / 다원 / 다효 냉동사이클
-압축기의 작용
압축기의 역할을 간단히 말하면 증발기에서 증발한 냉매증기가 응축되기 쉽도록 냉매증기의 압력을 높이는 것, 즉, 증기를 압축하는 것이라고 할 수 있다. 이러한 압축기의 작용에 의하여 냉매는 응축과 증발과정을 반복하면서 냉동장치 내를 순환하며 열을 차가운 곳에서부터 따뜻한 곳으로 운반하게 되는 것이다. 이것을 인체에 비교하면, 내애는 혈액에 상당하는데, 혈액을 순환시키는 것이 심장이므로, 냉동장치에서의 압축기는 바로 냉동장치의 심장이라고 말할 수 있다. 그러므로 이러한 역할만 할 수 있는 기계라면 어떤 형식이라도 압축기로 사용할 수 있으며, 오늘날 여러 가지 형태의 압축기(왕복동식, 회전식, 스크류, 원심심 스크롤식등)가 사용되고 있다. 그러나 옛날부터 가장 보편적으로 사용되고 있는 압축기는 왕복동식 압축기인데, 이것은 실린더 안에서 상하로 움직이는 피스톤에 의하여 증기를 압축하여 압력을 높이는 것이다.

-가장 보편적인 압축기는 왕복동식 / 효율이나 온도범위 등에서 우수한 편
장치 싸이클의 중요부분은 1)냉동되는 공간이나 물품으로부터 증발하는 냉매로 열을 통과시켜 주는 역할을 하는 증발기. 2)증발기로부터 저압증기를 압축기의 흡입관까지 옮겨주는 통로인 흡입관. 3)증발기로부터 증기를 제거시켜주고 증기의 온도와 압력을 보통의 응축매체로 응축될 수 있는 온도까지 상승시켜 주는 증기 압축기. 4)압축기 토출관으로부터 나오는 고압, 고온의 증기를 응축기까지 운반하는 통로인 고온가스관 혹은 토출관. 5)고온의 냉매증기로부터 응축매체로 열전달 표면을 통해 열을 통과시키는 역할을 하는 응축기. 6)응축된 액을 보관하여 필요에 따라서 증발기에 필요한 액을 일정하게 공급해주는 역할을 하는 수액기. 7)수액기로부터 냉매유량조절기까지 액냉매를 운반해주는 통로인 액관, 그리고 8)증발기로 들어가는 냉매액의 유량을 조절하고 액관에 있는 고압의 액체냉매를 필요한 저온도에 상당하는 포화압력까지 저하시켜 바람직한 저온에서 냉매가 증발하도록 하는 냉매유량 조정장치 등으로 구성되어 있다.
이러한 방식의 냉동기는 효율이 좋기 때문에, 가정용 냉장고, 공조용이나 대형냉장고 등 소형에서 대형에 이르기까지 가장 넓게 사용되고 있고, 사용할 수 있는 온도범위도 넓다.

-다단 압축 사이클(Multi stage compression refrigeration cycle)
지금까지 이야기한 냉동사이클은 증발온도가 비교적 높은 경우에 적용하는 단단압축(1단압축) 냉동사이클에 대한 것이다.
그러나 증발온도가 -30℃정도나 그보다 더 낮은 저온으로 되면 증발압력이 대단히 낮아서 한대의 압축기로서 증발압력에서 응축압력까지 냉매를 압축하는 것은 여러 가지로 무리가 따른다. 즉, 앞 절에서 언급한 압축비(증발압력과 응축압력과의 비)가 크게 된다. 이렇게 되면 압축기기의 체적효율은 현저하게 감소하게 되고, 압축기에서 토출되는 가스의 온도도 높게 될 뿐만 아니라 냉동능력도 저하하게 된다. 따라서 이와 같은 경우에서는 증발기에서 증발한 저온의 냉매가스를 2대 혹은 3대의 압축기를 사용하여 단계적으로 가스를 압축하여 응축압력까지 압력을 높이는 것이 효율적이다.

--2단 압축 1단팽창
1)증발기에서 증발한 냉매증기 1은 저단압축기에 흡입된 후 중간압력까지 압축되어 2의 상태가 된다.
2) 2상태의 과열 냉매증기는 중간냉각기(inter-cooler)로 들어간다.
3)중간냉각기에는 응축기 출구 고압액 5의 일부를 바이패스(by-pass)시켜, 중간 냉각기용 팽창밸브를 거쳐 공급한다.
4)중간냉각기의 역할
-저단측 압축기 토출가스를 2를 중간압력에 상응하는 포화온도 3까지 냉각시킨다.
-증발기에 공급되는 고압액을 과냉각시켜 냉동효과를 증대시킨다.
5)3까지 냉각된 저단측 토출가스+중간 냉각기용 팽찰밸브에서 발생한 플래쉬 가스+중간 냉각기에서 증발한 냉매증기 --> 고단측 압축기에 흡입, 압축되어 4상태가 된다.
6)4상태의 고온고압의 냉매증기는 응축기에서 응축되어 다시 고압액이 된다.

--2단압축 2단팽창
1)증발기에서 증발한 냉매증기 1은 저단압축기에 흡입된 후 중간압력까지 압축되어 2의 상태가 된다.
2)상태의 과열 냉매증기는 중간 냉각기(Inter-cooler)로 들어간다.
3)중간냉각기에는 응축기 출구 고압액 5의 전부(2단압축 1단팽창에서는 ?일부)를 제1팽창밸브에서 중간압력까지 감압하여 공급한다.
4)중간냉각기의 역할
-저단측 압축기 토출가스2를 중간압력에 상응하는 포화온도 3까지 냉각시킨다.
-증발기에 공급되는 고압액을 과냉각시켜 냉동효과를 증대시킨다.
5)3까지 냉각된 저단측 토출가스+제1팽찰밸브에서 발생한 플래쉬가스+중간 냉각기에서 증발한 냉매증기가 고단측 압축기에 흡입, 압축되어 4 상태가 된다.
6)4상태의 고온고압의 냉매증기는 응축기에서 응축되어 다시 고압액이 된다.
극저온을 필요로 할 때에는 냉동장치의 저압측이 현저하게 낮아져 1대의 압축기로 저압가스를 응축압력까지 압축하기가 힘이 드는데, 이때는 보조압축기를 사용하여 그 압력을 저압압력과 응축압력의 중간압력까지 압축하는 방식이다.
다시 말하면, 1단 압축 사이클로 작용하고 있는 냉동기의 증발온도, 즉, 증발압력을 내리기 위하여 저단압축기를 추가하고, 증발기에서 나온 냉매를 일단 저단압축기에 흡입해서 이것을 고단압축기의 흡입 압력까지 압축하는 것이다. 따라서 2단 압축 1단팽창 사이클과 같이 동력절약을 주목적으로 해서 중간압력 P3를 P3=(P1,P2)1/2로 결정하는 것이 아니고, 고압측 압축기의 흡입압력을 중간압력으로 채용하여 이것보다 낮은 증발압력 P2를 얻기 위하여 보조압축기인 부스터(booster)를 사용할 때의 냉동사이클이다. 따라서 이사이클은 2단압축 사이클의 방식으므로 각종 냉동량 계산은 2단 압축 팽창 사이클과 같다.

--다원냉돈 사이클(Cascade refrigeration cycle)
다단압축 냉동사이클은 압축과정을 2단이상으로 나누어서 하는 것이다. 다원냉돈 사이클이라고 하는 것은 냉동 사이클을 온도적으로 2단이상 분할한 방식이라고 할 수 있다. 즉, 다원냉돈 사이클중의 하나인 2원냉동 사이클은 2개의 독립된 냉동장치로 된다고 생각하면 된다. 단, 고온측 냉동장치의 증발기는 동시에 저온측 냉동장치의 응축기이므로 고온측 사이클의 증발기에 의하여 저온측 사이클의 토출가스를 응축하게 된다.
-70℃이하의 증발온도에 효율적인 이원냉동 사이클에서는 일반적으로 고온측과 저온측에 서로 다른 냉매가 사용되는데, 고온측에서는 응축압력이 낮은 R-12 또는 R-22, 저온측에서는 비점이 낮으면서도 저온에서 우수한 특성을 가지는 R-13, R-14 또는 에탄등이 사용된다.
--각각의 싸이클에 서로 다른 냉매 사용 / 팽창탱크로 가스를 저장하는게 특징
다원냉동장치의 또 한가지 특징이라면 바로 팽창탱크이다. 팽챙탱크는 저온측 냉동기를 정지하였을 때 초저온 냉매의 증발로 인하여 저온측 냉동 장치의 증발기내 압력이 높아져 증발기 배관을 파괴하는 일이 있는데 이것을 방지하기 위하여 저온측 증발기에 팽창탱크를 부착하여 압력이 일정이상이 되면 가스를 저장하는 장치이다.
다단압축 사이클에서와 마찬가지로 다원냉동 사이클에서도 3원냉동 사이클을 만들 수 있다.
이때는 R-12, 22를 고온측, R-14를 저온측 냉동사이클 냉매로 사용할 수 있다. 이사이클의 장점은 앞의 설명에서 쉽게 알 수 있는 것과 마찬가지로 냉매의 선택이 자유롭기 때문에, 전 항의 다단압축 방식보다도 저온에서 좋은 효율을 얻을 수 있어 2원에서는 -100℃ ~ 120정도까지 가능하다.

--다효압축 사이클(Dual or Multiple effect compression cycle)
증발온도가 다른 2개의 증발기에서 발생하는 압력이 서로 다른 가스를 한 개의 압축기 실린더로 동시에 흡입해서 압축하도록 한 것이다. 즉, 응축기에서 액화한 냉매는 제1팽창밸브에서 중간압력까지 감압되면 온도가 강하됨과 동시에 일부가 증발하여 증기로 된다. 이증기를 분리기에서 액과 분리하여 액은 다시 제2팽창밸브를 통하여 증발기로 들어가게 하고, 여기서 증발하는 가스를 압축기로 흡입, 압축하게 되는데, 이 흡입행정의 최후에 기통벽에 있는 구멍으로 분리기에서 분리된 중간압력의 증기를 흡입하는 사이클이다. 탄산가스 냉동기에서 냉각수의 온도가 높을때는 팽창밸브를 나온 직후 상당부분의 액이 증발하여 다량의 증기가 된다.

콘덴싱 유니트를 뭘로 해야하나….
*일반적인 콘덴싱 유니트 제품 선정 과정
1. 냉동부하계산
2. 장비를 그룹별로 구분사용
3. 유니트 형식 결정
4. 유니트 용량 결정
5. 실외 콘덴서 용량 결정

1. 냉동부하계산
?쇼케이스 및 규격화된 창고인 경우 제조업체에서의 추천 열량을 적용한다.
-비표준창고인 경우 외부 온도에 의한 부하계산을 수행하여 선정된 유니트 쿨러의 열량을 적용한다.
2. 장비를 그룹별로 구분
-사용 온도대에 의해 냉동, 냉장으로 구분한다.
-같은 온도대에서도 현지 배관 설치등을 고려하여 소그룹으로 구분하다.
-또한 인접한 설비인 경우 제상 그룹도 고려하여 소그룹으로 구분한다.
3. 유니트 형식 결정
-간단하게 콘덴싱 유니트의 선정방법은 다음과 같다.
-국내에서 일반적으로 적용하는 장비 선정방법은 다음과 같다.
4. 유니트 용량결정
-장비형식에 따른 냉동능력 표에서 1 및 2에서 결정된 냉동부하를 대입한다.
-온도대에 따라 틀리지만 냉동인 경우 증발기 온도 -35℃ ~ -40℃를 적용하고, 냉장인 경우 증발기 온도 -20℃ ~ -15℃를 적용한다.
예를 들어 멀티 공냉식 냉동 11,000kcal/hr인 경우 25/30 마력을 고려하면,
-여기서 실제 요구되는 열량과 장비 열량을 비교하여
증발온도를 -35℃라고 보고 안전율(오차보정)을 구하면
25HP인 경우는 11,000 / 12,240 = 90%
30HP인 경우는 11,000 / 14,580 = 75%
35HP인 경우는 11,000 / 18,610 = 59%
-적당한 안전율로서 약 70%(60%~70%)수준에서 결정한다. 즉, 여기서 30HP 유니트로 용량이 결정된다.
-안전율의 의미는
가)장기 사용시 장비가 노후 되어 정상적인 열량이 보장되지 못하고
나)제상 후 냉동 운전시 급속 냉각 효과와
다)정상 냉동 운전 중 장비의 휴식 시간을 확보하는 의미에서 적용되며, 이 값은 장비를 선정하는 사람의 주관적인 관점이 적용되어 수치가 상이할 수도 있다. 만약 지나치게 큰 장비를 사용하면, 경제적인 문제 및 동절기 액냉매 흡입 등 시스템 안정상에도 문제가 된다.
<참고)콘덴싱 유니트 일람표(코렘社 제품기준)

-다음은 유니트의 일반적인 사용범위를 제시한다. 만약 이 범위를 벗어나면 또 다른 보정 값을 이용하여야 한다.
<참고>일반적인 사용범위

5. 콘덴서의 용량 결정
-콘덴서 용량은 부하 계산된 열량이 아니라 결정된 장비의 열량으로 결정한다. 수냉식인 경우 냉각탑, 펌프 등 장비업체의 선정 기준에 준하고
-공냉식도 장비 업체의 선정 기준에 따른다.

압축기 선정을 위한, 저온 저장고의 평형별 마력 및 부하계산과 저장물의 온도
간단하게 생각하면 너무나 간단하고 꼼꼼히 하려면 끝도 없는 것이 부하계산이다.
그러나 저온저장고가 단열이 잘 되어 있는 경우 외열 및 외기로 인한 부하 고려요소가 사라지므로 다소 부하계산이 단순해질 수 있다. 일부 냉동기사들은 절대적인 수치는 물론 아니지만 실무에서 얻은 경험으로 “-3℃ 저온저장고의 경우 평당 대략 0.5마력”이라는 내용을 활용하기도 한다.
농가용이나 수산용 저온저장고 설치 붐이 일고 있는 근래, 내벽재료로서는 우레탄판넬(50T~125T), 높이는 대략 2m 내외, 제작방법에 있어서는 조립식 판넬 밀착접합 시공 등의 보편화된 요소들을 고려할 때, 어느 정도 일반화된 규격표의 작성이 가능하다.
0℃~+5℃(50T), 0℃(75T), -22℃(100T)등의 세가지 경우로 분류한 저온저장고의 평형별 소요냉동능력을 표(아진테크제공)로서 보기로 하자.
0℃~+5℃에서의 대표적인 저장물은 우유, 치즈, 마아가린 등의 유제품과 채소류 등이 있으며, 0℃~-5℃에서의 대표적인 저장물은 정육류, 선어류 등이 있고, -22℃의 저장물은 역시 정육 및 어류계통의 저온냉동 저장을 요구하는 식품류 등이 있다.
표에서의 고내높이는 2.2m를 기준으로 하고 있으며 면적은 외형 면적(전체 면적)을 기준으로 하고 있다. 또한 1일 입고량은 수용량의 30%이내일 경우를 가정한 것이다.
참고용으로 사용하시기 바라며, 특정조건(열량의 가감) 고려 및 대용량의 조건하에서는 저온저장고용 부하계산을 거치시기 바란다.

출처 : 전국에어컨연합

글쓴이 : 김택흔(전국에어컨연합) 원글보기

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