압축식 냉동기 종류 - abchugsig naengdong-gi jonglyu

오늘은 냉동사이클 및 압축방식에 따라 분류가 되는 냉동기 종류에 대한 글을 써보려고 합니다. 냉동기는 원리에 따라 4가지 종류로 나뉘고, 압축방식과 사이클에 따라서도 세분화됩니다. 종류별로 그 특성이 다르기 때문에 분류하여 차근차근 말씀드리겠습니다.

우선 냉동기는 작동원리에 따라 크게 4가지로 분류할 수 있습니다. ①기계식냉동 ②화학식냉동 ③흡착식냉동 ④전자식냉동 으로 나뉘며 위의 표와같이 압축방식, 흡수방식, 흡착방식, 펠티에르식으로 세분화됩니다.

체적식 냉동기는 여러 형태의 용적식 압축기에 따라 용량과 용도가 구분됩니다. 위의 표 오른쪽 상단에 보이는 왕복동식, 스크류식, 스크롤식 냉동기가 바로 이 체적식 냉동기에 포함됩니다.

최근 들어서 특수 용도를 제외하고는 왕복동식 냉동기의 경우 타 압축방식에 비해 효율성과 성능이 떨어지고 진동, 소음, 유지보수성이 열악한 이유로 사용이 점차 감소하고 있는 상황입니다.

압축기의 운전상태는 응축온도, 증발온도, 흡입가스의 과열도에 의해 크게 좌우되며, 압축기의 성능은 체적효율, 압축효율, 기계효율의 3가지 성능값에 따라 좌우됩니다.

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일반적으로 공조용에 사용되는 체적식 냉동기는 공기를 냉각시켜 이용하는 패키지형 공기조화기(Packaged Air conditioner)와 물/브라인을 냉각시켜 사용하는 워터칠링유니트(Water Chilling Unit)로 구분됩니다.

사용하는 압축기의 종류에 따라 왕복동식, 스크루식, 회전식으로 구분되며 중·소용량에는 스크롤 냉동기를, 중·대용량에는 스크루냉동기를 사용하는 추세입니다.

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① 왕복동식 냉동기

피스톤의 왕복운동에 의해 실린더 내의 기체상태의 냉매를 압축시켜 액체냉매를 생성하며, 외형상 밀폐형과 반밀폐형으로 분류됩니다.

최근 스크롤 냉동기와 스크루식 냉동기가 더 많이 사용됨에 따라 왕복동 냉동기의 사용은 점차 감소하고 있습니다.

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② 스크류식 냉동기

중대형 용량인 20~1,000hp에 이르는 넓은 범위에서 공조, 냉장, 냉동, 공장프로세스 냉각 등에 널리 쓰이고 있는 냉동기로, 최근에는 고효율 고성능화 되어 사용용도가 더욱 다양해지고 있습니다.

스크류 로터의 회전에 따라 점차 압축공간이 줄어들면서 압축을 하기 때문에 진동과 소음이 적고 흡입, 토출밸브가 없어서 약간의 액압축을 견딜 수 있는 장점이 있습니다. 이에 따라 저온용, 상온용으로 널리 쓰입니다.

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③ 스크롤식 냉동기

10hp 이하의 스크롤 방식의 압축기를 내장한 냉동기로써 소형냉장장치, 소형칠러 등이 주를 이루며 스크롤 압축기의 특성인 고효율, 고성능이 특징입니다.

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오늘은 냉동기 종류 중에서 체적식 냉동기에 대해서 적어보았습니다. 이어서 다음편에 원심식 냉동기와 흡수식냉동기에 대한 정보 올려드리겠습니다. 읽어주셔서 감사합니다:)

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1 증기 압축식 냉동장치

2 증기 압축식 냉동장치의 4대 구성요소 Chapter 5 : 증기 압축식 냉동장치 1. 압축기 Chapter 3 : 냉매 압축기
응축기 증발기 팽창밸브 1. 압축기 증발된 저온, 저압의 냉매증기를 흡입 흡수된 증기를 쉽게 응축될 수 있도록 고온, 고압의 증기로 압축 압축의 힘으로 냉매를 냉동기 내에 순환시키는 역할 분류 방법 종류 특징 압축 방법 왕복식 피스톤이 왕복하면서 압축 회전식 회전자가 회전하면서 압축 원심식 임펠러가 고속회전하면서 압축 스크류식 암, 수나사의 로터가 회전하면서 압축 구조 개방형 압축기와 모터를 분리하여 설치 반 밀폐형 압축기와 모터를 개방이 가능한 케이스에 설치 밀폐형 압축기와 모터를 같은 케이스에 설치 압축 단수 1단 증발 및 응축 압력이 높지 않은 경우, 냉동장치 내에 압축기가 1개인 경우 다단 압축비가 6~10 이상인 경우, 냉동장치 내에 압축기가 2개 이상인 경우 실린더 수 단기통 압축기에 실린더가 1개로서 소용량인 경우 다기통 압축기에 실린더가 2개 이상으로 대용량인 경우

3 Chapter 5 : 증기 압축식 냉동장치 (1) 개방형 압축기 압축기와 전동기가 따로 설치되어 직결, 또는 벨트나 커플링에
실린더 배열 입형 압축기 내에 실린더가 수직으로 배치된 형식 횡형 압축기 내에 실린더가 수평으로 배치된 형식 다기통 V형 두개의 실린더가 90˚ 간격으로 배치 W형 3개의 실린더가 60˚ 간격으로 배치 W-V형 4개의 실린더가 45˚ 간격으로 배치 성형 W나 W-V형 압축기가 상하 대칭으로 붙여 별 모양 형식으로 한 것 회전수 고속 소형 : 1500rpm, 중형 : 1000rpm, 대형 : 600rpm 이상인 왕복식 압축기, 피스톤 평균속도는 3m/s 이상 중속 소형 : 900rpm, 중형 : 600rpm, 대형 350rpm 이상인 압축기, 피스톤 평균속도는 3m/s 이하 저속 입형 압축기 : 300rpm, 횡형 압축기 : 200rpm 이하 (1) 개방형 압축기 압축기와 전동기가 따로 설치되어 직결, 또는 벨트나 커플링에 의해 연결된 방식 냉매의 전기 절연도와 무관하므로 사용 냉매에 제한이 없음 냉매의 누설을 방지하기 위해 축봉 장치가 필요하며 소음이 심함 중대형 냉동기에 사용

4 Chapter 5 : 증기 압축식 냉동장치 (2) 밀폐형 압축기 (3) 반 밀폐형 압축기
압축기와 전동기를 같은 케이스에 넣고 밀봉한 방식 축봉 장치가 없으며, 소형이고, 소음이 적음 냉매 증기가 직접 전동기에 접촉하므로 전기 절연도가 좋은 냉매를 사용해야 함 완전 밀봉으로 정비가 곤란하여 정비가 필요 없는 장치에 사용 가정용 냉장고나 룸 쿨러와 같은 소형냉동기에 사용 (3) 반 밀폐형 압축기 압축기와 전동기를 개방이 가능한 케이스에 넣은 방식 축봉 장치가 없으며, 소형이고, 소음이 적음 분해가 용이하여 내부의 정비가 가능 암모니아는 사용할 수 없음 패키지형 공조기에 사용

5 Chapter 5 : 증기 압축식 냉동장치 (4) 왕복식 압축기 ① 중저속 입형 압축기 ② 고속 다기통 압축기
실린더 안을 왕복 운동하는 피스톤에 의해 냉매를 흡입, 압축, 배출하는 압축기 현재 가장 널리 사용 중저속 입형 압축기와 고속 다기통 압축기가 많이 쓰임 ① 중저속 입형 압축기 피스톤이 상하로 움직이는 구조이며 회전수가 중저속(300~600rpm) 암모니아용 압축기로 주로 사용 실린더 수는 1~4개이며 대부분 2개 체적효율이 비교적 크며 윤활유의 소비량이 비교적 적음 부품 수가 적어 구조가 간단하고 취급이 용이하며 수명이 긺 압축기의 높이가 커 고속 다기통형보다 중량이나 가격 면, 용량제어나 자동운전이 불리 다량 생산이 어려움 ② 고속 다기통 압축기 피스톤 왕복 운동으로 인한 공진력을 최소화 하기 위해 V형, W형, W-V형으로 피스톤을 배열 회전수가 고속(1000~2000rpm)이며, 실린더 수는 4~16개로 대용량 소형, 경량으로 설치면적이 작아 진동이 적고, 부품의 교환이 간단하며 정비가 용이 자동제어 및 자동운전이 용이 압축비 증가에 따라 체적효율이 저하되기 쉬움 토출가스 및 오일의 온도가 높고, 오일이 열화하기 쉬우며 윤활유 소비량이 비교적 많음 액백에 약하고, 정상운전으로 하는데 복귀 시간을 요하며, 부품의 수가 많음

6 Chapter 5 : 증기 압축식 냉동장치 (5) 회전식 압축기 ① 피스톤식 압축기
피스톤의 회전운동과 실린더를 조합하여 압축을 하는 형식 피스톤식과 베인식이 있음 부품수가 적어 소형, 경량으로 설치면적이 작으며 운동이 정숙하고 진동이 작음 오일 펌프 및 흡입밸브가 없음 배출가스의 온도가 낮으며 압축비에 비하여 체적효율이 높고 액격 또는 유격이 적음 오일 분리기와 오일냉각기가 크며 유압 펌프를 사용하지 않으므로 윤활에 주의 전체의 폭과 높이는 짧으나 길이가 긺 용량제어 불가능 분해, 조립 및 정비에 특수한 기술 필요 고압용으로 사용, 대형 압축기나 저온용 압축기로는 사용이 곤란 ① 피스톤식 압축기 회전하는 축에 원통형의 회전자를 편심으로 조립 실린더 상부에 회전자에 의해 상하로 운전하며 회전자와 접촉되는 블레이드로 구성 블레이드는 스프링이나 냉매 증기의 압력으로 회전자에 밀착되어 미끄럼 운동을 함

7 Chapter 5 : 증기 압축식 냉동장치 (5) 원심식 압축기 ② 베인식 압축기
회전축에 회전자가 동심으로 조립되고 회전자에 앞뒤로 운동하는 두 개 이상의 베인을 설치하여 압축하는 형식 베인은 유압, 냉매증기의 압력, 스프링이나 원심력 등에 의해 실린더의 내면과 밀착되어 미끄럼 운동을 함 임펠러를 고속으로 회전하면 원심력이 생기는 것을 이용 대량의 냉매가스를 흡입, 압축하는 방식으로 터보 압축기라고도 함 2단 또는 3단인 것이 많으며, 효율은 속도에 따라 증가 회전 수는 고속(3000~10000rpm)이므로 한 대로 대용량이 가능 용량에 비해 소형으로 진동이 적음 압축가스 속에 유적이 함유되지 않으며 액격, 유격이 적음 응축기에서 응축이 되지 않는 경우에도 이상 고압이 되지 않음 소 용량인 경우 효율이 감소하여 경제적이지 않음 부하가 감소하면 서징을 일으킴 냉매 회수 장치가 필요(R-12는 필요 없음) 흡입관 및 배출관이 직접 팽창식에서는 아주 굵어져 브라인식이 필요 패키지형으로 하지 않으면 설치가 어려움 (5) 원심식 압축기

8 Chapter 5 : 증기 압축식 냉동장치 2. 응축기 (6) 스크류식 압축기
서로 맞물려 돌아가는 암나사와 수나사의 나선형 로터가 일정한 방향으로 회전하면서 흡입된 냉매증기를 연속적으로 압축시키는 동시에 배출시키는 방식 압축비는 최대 25:1로 높으며, 광범위한 압축비의 설계가 가능 소형, 경량으로 설치면적이 작아 진동이 없으며 부품수가 적고 수명이 긺 액격 또는 유격이 적음 밸브와 피스톤이 없어 장시간 연속운전 가능 용량제어와 자동운전이 용이 오일 회수기 및 오일 냉각기가 크며 오일 펌프를 따로 설치 하여야 함 저 부하 시 동력이 크며, 소음이 비교적 큼 분해, 조립 및 정비에 특수한 기술이 필요 2. 응축기 압축기에서 고온, 고압이 된 냉매증기를 냉각, 액화시키는 열 교환기 사이클 내의 열을 외부로 방출하는 역할 유체나 전열면의 형상에 따라 수냉식, 공랭식, 증발식으로 나뉨

9 Chapter 5 : 증기 압축식 냉동장치 (1) 이중관식 응축기 (2) 입형 원통 다관식 응축기
직경이 서로 다른 수평한 동심관을 이중으로 설치한 것 안쪽 관 속에는 냉각수가 아래에서 위로, 바깥쪽 관 속에는 냉매증기가 위에서 아래로 흐르는 대향류식 열교환기이기 때문에 전열효과가 양호하며 효율이 높음 설치 면적이 적어 공간이 협소한 곳에 유리 구조가 복잡하여 제작 및 정비가 어려움 냉각수량의 조절로 과냉각 냉매액을 얻을 수 있으나 대용량은 곤란 암모니아나 프레온 등의 소규모 냉동기에 사용 (2) 입형 원통 다관식 응축기 원통의 외경이 약 50mm인 다수의 냉각관을 설치한 것 입형의 원통 상단에 냉각수가 냉각관 내면을 고르게 흐르도록 하기 위하여 소용돌이를 일으키는 물배기를 설치 소형, 경량으로 옥외에 설치 가능 전열이 양호하며, 냉각관 청소가 가능 가격이 저렴하고 과부하에 잘 견딤 냉매 증기와 냉각수가 평행류로 되어 냉각수가 많이 필요하고, 과냉각은 곤란 냉각관이 부식되기 쉬움

10 Chapter 5 : 증기 압축식 냉동장치 (3) 횡형 원통 다관식 응축기 (4) 7통로형 응축기
수평으로 설치되는 원통 양단의 경판에 다수의 냉각관과 물 커버를 설치 냉각수 입구에 펌프를 설치하면 냉각수는 냉각관을 순차적으로 돌아 냉매를 응축 전열이 양호하여 냉각수량이 입형에 비해 적어도 되며, 설치 면적이 적어도 됨 냉각관이 부식되기 쉽고, 청소하기 곤란하며 입형에 비해 과부하에 견디지 못함 (4) 7통로형 응축기 횡형 원통 다관식 응축기의 일종 원통에 외경이 51mm인 냉각관 7개를 설치하는 구조 냉각수는 냉각관으로 유입되어 순차적으로 7개 관을 흐르며, 냉매는 상부에서 유입되어 냉각관 외부를 통과하며 응축 암모니아 냉동기에 사용 전열이 양호하여 냉각수량에 입형에 비해 적어도 됨 벽을 이용하여 설치가 가능하므로 설치 면적이 적어도 됨 대용량 사용시 여러 조로 병렬 연결하여 사용 구조가 복잡하고, 냉각관의 청소가 곤란함

11 Chapter 5 : 증기 압축식 냉동장치 (5) 대기식 응축기 (6) 지수식 응축기
수평관을 상하로 6~16단 겹쳐 양쪽을 리턴 밴드로 연결하여 그 속에 냉매증기를 흐르게 함 냉각수는 최 상단에 설치된 냉각수통으로부터 관 전체 길이에 걸쳐 균일하게 흐르도록 함 4단정도에 1개씩 액 출구관 설치 암모니아 냉동기에 사용 냉각효과가 커 냉각수량이 적어도 됨 내부식성이 좋으므로 수질이 나쁘거나 해수를 사용할 수 있음 냉각관의 청소가 쉬우나 설치장소가 너무 크고, 구조가 복잡 (6) 지수식 응축기 셸 코일 응축기라고도 함 나선 모양의 관에 냉매 증기를 통과시키고 나선관을 원형 또는 사각형의 수조에 담그고 물을 수조에 순환시켜 냉매를 응축시킴 구조가 간단하고 제작이 용이 고압에 잘 견디고 가격이 싸지만 정비가 곤란 다량의 냉각수가 필요하며, 전열효과가 나쁨

12 Chapter 5 : 증기 압축식 냉동장치 (7) 증발식 응축기 (8) 공랭식 응축기 수냉식과 공랭식을 조합한 응축기
냉매 배관에 냉각수를 분무시키고 송풍기로 공기를 불어주면 냉각수가 증발하면서 증발 잠열을 흡수 냉각수와 냉매의 온도 차 뿐만 아니라 증발 잠열에 의한 냉각작용을 동시에 얻음 냉각수의 사용량이 매우 적음 겨울철에는 공랭식으로만 사용 가능 순환 펌프, 송풍기, 수조, 전동기 등을 내장하므로 설치 면적이 크고, 가격이 비쌈 (8) 공랭식 응축기 동관 안으로 냉매 증기를 통과시키고 외면에 공기로 냉각시켜 냉매를 응축시키는 현상 자연 대류식과 강제대류식이 있음 강제 대류식은 풍속이 2~3m/s 가정용 냉장고나 룸 에어컨 등 소형 냉동기에 사용 냉각수가 없어도 됨 공기는 물에 비해 전열효과가 매우 적어 냉각면적이 커야 함 구조가 간단하고 정비가 용이

13 Chapter 5 : 증기 압축식 냉동장치 3. 증발기 (1) 직접 팽창식 (2) 간접 팽창식 분류 방법 종류 직접 팽창식
냉동 물질을 얻기 위하여 냉매가 증발하면서 열을 흡수하는 부분 증발기로 유입되는 냉매액의 상태는 건조도가 낮은 습증기이거나 포화액 분류 방법 종류 냉동 방식 직접 팽창식 간접 팽창식 냉매 상태 건식 만액식 냉매 재순환식 구조 원통 다관식 원통 코일식 관 코일형 핀 튜브형 헤링본형 보델로형 판냉각형 이중관식 (1) 직접 팽창식 냉장고 내에 증발기를 설치하여 냉매의 증발에 의한 흡열로 직접 냉동 가정용 냉장고나 룸 에어컨 등과 같은 소형 냉동기에 사용 (2) 간접 팽창식 브라인이나 물과 같은 2차 냉매를 냉동하여 목적물을 냉동하는 방법 브라인이나 물의 열 용량이 크므로 직접 팽창식보다 오랜 시간 저온을 유지 산업용 대형 냉동기에 사용

14 Chapter 5 : 증기 압축식 냉동장치 (3) 건식 증발기 (4) 만액식 증발기
팽창밸브에서 교축팽창된 냉매를 직접 증발기로 공급하는 방식 공급되는 냉매 중 증기가 섞여 있어 전열면적이 많이 필요 냉매 순환량을 적게 할 수 있어서 프레온 같은 값비싼 냉매 사용 가능 (4) 만액식 증발기 냉매 습증기를 액분리기로 보내 냉매증기와 냉매 액으로 분리 한 후, 증기는 압축기로 보내고 순수한 냉매 액만을 증발기로 공급하는 방식 냉매 순환량이 많아지지만, 전열효과가 좋아 전열면적을 적게 할 수 있음 암모니아 냉동기에 사용

15 Chapter 5 : 증기 압축식 냉동장치 (5) 냉매 재순환식 증발기 (6) 원통 다관식 증발기
만액식 증발기에서 냉매액의 높이에 따라 하부 전열관의 증발온도가 높아지는 결점을 보완한 증발기 증발기 관 속에 냉매액 펌프를 설치하여 강제적으로 순환시키는 방식 유속이 빠르고 관벽과 냉매와의 열 전달이 매우 좋음 (6) 원통 다관식 증발기 건식과 만액식이 있음 만액식 : 횡형 원통 다관식 응축기와 비슷한 구조 원통 내에 다수의 관을 설치하여 냉각 해야 할 브라인 혹은 물이 관 내를 수차례 회류하는 동안에 냉매액이 증발함에 따라 냉각 건식 : 냉매와 냉각되는 물질이 만액식과 반대 위치로 된 것 U자 형으로 만들어진 관 내에 냉매가 흐르고 관의 외측에 냉수가 흐름

16 Chapter 5 : 증기 압축식 냉동장치 (7) 원통 코일식 증발기 (8) 관 코일식 증발기
원통 수조 속에 원형 코일 모양의 냉각관을 장치한 것 냉수의 속도가 느리므로 열 전달 계수는 낮으나 가격이 쌈 소용량의 음료수 냉각에 사용 (8) 관 코일식 증발기 나관의 코일을 굽혀서 냉장 공간의 천장 또는 벽에 설치 나관을 사용하므로 제상이 용이하나, 표면적이 적으므로 관이 길어짐 냉장공간의 유지온도가 0℃ 이하인 냉각기에 사용

17 Chapter 5 : 증기 압축식 냉동장치 (9) 핀 튜브형 증발기 (10) 헤링본형 증발기 (11) 보델로형 증발기
냉각관 표면에 원형 또는 사각형의 핀을 붙여 표면적을 크게 하여 전열량을 증가시킨 증발기 나관에 비해 냉각효과가 좋으므로 관 코일의 길이를 짧게 할 수 있음 서리 제거 작업이 곤란하므로 0℃ 이상의 공기 냉각에 많이 사용 (10) 헤링본형 증발기 대량의 피냉각액 탱크 내에 냉매가 통과하는 청어뼈 모양의 냉각관을 여러 개 설치 암모니아용 만액식 증발기로 전열작용이 양호 (11) 보델로형 증발기 대기식 응축기와 비슷한 구조이지만 작용은 정 반대 냉각관 외부에 액체를 흐르게 하여 동결점 가깝게 냉각 냉각관 청소가 용이하고 매우 위생적

18 Chapter 5 : 증기 압축식 냉동장치 4. 팽창밸브 (1) 수동식 팽창밸브 (2) 모세관
냉매 유량을 조절하는 가장 기본적인 장치 증발기에 액의 증발에 의한 열 흡수 작용이 용이하도록 압력과 온도를 강하시키는 역할 냉매 공급이 부족하면 증발온도를 유지하지 못하고 압축기가 과열 냉매 공급이 지나치면 냉매액이 증발기에서 증발되지 않고 압축기에 흡입되어 안정된 운전이 곤란 (1) 수동식 팽창밸브 (2) 모세관 수동 나사로 약간만 조작해도 개폐가 이루어지는 방식 증발기 내 냉동부하의 변화에 대하여 자동으로 조절되지 않으므로 냉매 액이 과다하게 흘러 주입되거나 증발기에 냉매가 부족해질 수 있음 부하가 일정한 대형 냉동기에 사용 내경이 아주 작고 길이가 긴 원형관 관 내부를 통하여 냉매액이 흐르면 유동저항이 커지므로 압력이 떨어지게 되어 일부의 냉매는 증발 냉매의 증발을 억제하고 온도를 효율적으로 낮추기 위하여 모세관을 증발기에서 압축기로 가는 배관과 접하여 설치 설치 후에는 조절 불가능 하나 가장 간단하고 값이 저렴 가정용 냉장고, 룸 에어컨 등 소용량의 건식증발기에 사용

19 Chapter 5 : 증기 압축식 냉동장치 (3) 자동식 팽창밸브 ① 온도식 팽창밸브 ② 정압식 팽창밸브
팽창밸브의 개폐를 자동으로 조절하는 방식 온도식 팽창밸브, 정압식 팽창밸브, 플로트식 팽창밸브 등이 있음 ① 온도식 팽창밸브 ② 정압식 팽창밸브 벨로우즈 상부에 스프링을 설치하여 작동 압력을 설정해 놓으면 증발기 내 압력에 따라 밸브의 개도가 자동적으로 조정되어 냉매의 유량을 조절하는 방식 증발기 내 압력이 일정하게 유지되므로 냉동부하가 변동 될 때 압축기로 유입되는 냉매 증기가 너무 과열되거나 습증기 상태로 되기 쉬움 부하가 일정한 소형냉동기에 사용하지만 효율이 낮음 증발기 출구의 증기 온도에 따라 감온통 내의 압력이 변하는 것을 이용하여 팽창밸브의 개폐를 자동으로 조절하는 방식 감온통은 내부에 냉매와 같은 종류의 액체 또는 가스를 넣어 밀폐되어 있음 높은 효율과 편리성 때문에 가장 널리 사용

20 Chapter 5 : 증기 압축식 냉동장치 ③ 플로우트식 팽창밸브 고압 플로우트식 팽창밸브 저압 플로우트식 팽창밸브
액면의 위치에 따라 플로우트가 상하로 운동하는 것을 이용하여 밸브를 개폐하는 방식 고압 플로우트 팽창밸브와 저압 플로우트 팽창밸브가 있음 고압 플로우트식 팽창밸브 냉동장치의 고압부인 수액기의 액면에 플로우트를 설치 증발기가 하나만 있는 경우에 사용 냉매가 응축된 후 수액기 내로 흘러들어 플로우트가 상승하면, 밸브가 열려 증발기에 주입 플로우트 실 내의 냉매액은 항상 일정한 액면을 유지 저압 플로우트식 팽창밸브 저압부인 증발기 내 액면에 플로우트를 설치 증발기 액면을 일정하게 하여 냉매량을 유지 플로우트가 상승하면 수액기로부터 냉매 액의 주입이 차단 플로우트가 하강하면 냉매 액이 주입

21 Chapter 5 : 증기 압축식 냉동장치 5. 기타 부속장치 건조기 수액기 유분리기 수분을 흡수하는 장치
프레온 냉매는 물에 용해되지 않으므로 수분을 제거하지 않으면 팽창밸브에서 수분의 동결로 인해 배관이 막히고 부식되기 때문에 설치해야 함 유분리기 응축기에서 액화한 냉매를 팽창밸브로 보내기 전에 일시 저장하는 용기 냉동장치를 수리하거나 장기간 정지 시 장치 내의 냉매를 회수하는 역할을 함 액저장량은 냉동장치의 운전상태 변화에 따라 증발기 내의 냉매량이 변화하여도 항상 액이 수액기 내에 잔류하여 장치의 운전을 원활하게 할 수 있는 용량이 필요 압축기와 응축기 사이에 설치 압축기에서 토출된 냉매가스 중에 윤활유가 많아지면 압축기의 윤활 부족이 발생하며, 응축기나 증발기에서 유막을 형성하여 전열작용을 방해하므로 설치 토출가스 중에 오일과 냉매증기를 분리시켜 오일을 압축기로 회수

22 Chapter 5 : 증기 압축식 냉동장치 액분리기 열교환기 여과기 팽창밸브로 가는 냉매액과 압축기로 유입되는
냉매증기 사이에 설치되어 열교환 하도록 하는 장치 플래시가스의 발생을 억제하기 위하여 냉매액을 과 냉시키는데 열교환기를 사용 플래시가스 : 응축된 냉매액이 냉매배관을 따라 유동하는 동안 저항에 의해 압력 강하가 발생하면서 냉매액의 일부가 증발하는 것 증발기에서 증발된 냉매증기는 반드시 건 포화증기가 아니라 액이 포함된 습증기인 경우도 있음, 액이 있는 경우 액 압축, 액격이 발생하여 압축기에 손상을 시킬 수 있어서 열 교환기에서 냉매증기를 과열시켜 이를 차단 증발기와 압축기 사이에 설치 증발기 출구의 냉매증기 일부 중에 냉매액이 혼합 되어 압축기로 유입될 시 액 압축을 방지하여 압축기를 보호하는 역할 분리된 액은 용기 하부에 고였다가 액 회수장치에 의하여 수액기로 보내짐 여과기 배관 내에 먼지, 모래, 금속편 등의 이물질이 존재하면 팽창밸브 및 압축기에 손상을 줄 수 있기 때문에 여과기를 설치

23 Chapter 5 : 증기 압축식 냉동장치 냉각탑
온도가 높아진 냉각수를 공기와 접촉시켜 냉각수의 일부를 증발시킴으로써, 증발잠열에 의해 나머지 냉각수를 냉각시켜 다시 사용할 수 있도록 함 직교류형과 대향류형이 있음 항목 직교류형 냉각탑 대향류형 냉각탑 효율 물과 공기의 접촉 면적이 작아 효율이 나쁨 물과 공기가 서로 대향류로 접촉하여 효율이 좋음 살수장치 보수점검 외부에 노출되어 보수점검이 쉽고, 수질이 나쁜 경우에도 사용 가능 분무관에 의해 살수되므로 보수 점검이 어렵고, 수질이 나쁜 경우에는 파이프 부식, 노즐 막힘 현상 발생 살수압력 중력에 의해 살수되므로 살수 압력이 낮음 펌프에 의해 살수되므로 살수 압력이 높음 동력손실 공기가 수평 상승하므로 장애물이 적어 정압 손실이 낮음 공기가 수직 상승하므로 장애물에 의해 정압 손실이 높음 탑 높이 수평 형이라 낮음 수직 형이라 높음 탑 면적 송풍기 설치 부분만큼 넓어짐 충전재 면적이 곧 탑 면적 소음 탑높이가 낮고 충전재와 수조의 간격이 거의 없으므로 소음이 적음 탑높이가 높고 충전재와 수조의 간격이 크므로 소음이 큼

24 냉동장치의 열전달

25 냉동장치의 전열작용 열전도 Chapter 6 : 냉동장치의 열전달
냉동장치는 증발기와 응축기에서 열의 흡수와 방출작용을 통해 전열작용이 이뤄짐 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐른다는 열역학 제 2법칙에 의거해 온도 차에 의한 열 이동 현상을 열 전달이라 하며 온도 차가 클수록 열의 전달속도는 빨라짐 열전달 방법에는 전도, 대류, 복사가 있음 열전도 물체 내부의 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 열이 이동하는 현상 열 전도에 의한 전열량은 푸리에 법칙으로 표현 가능 푸리에 법칙 : Q : 열전도에 의한 전열량 [kcal/h, W] λ : 슬래브의 열전도율 [kcal/mh℃, W/mK] F : 전열 면적 [㎡] Δt : 슬래브 양쪽 면의 온도차 [℃, K] Δx : 슬래브의 두께 [m] q : 열 플럭스(단위 면적당 전열량) [kcal/h㎡, W/㎡] 열 전도율 : 물질이 열을 잘 전달하는지를 나타내주는 물질 고유의 계수

26 Chapter 6 : 냉동장치의 열전달 대표적인 물질의 열 전도율

27 Chapter 6 : 냉동장치의 열전달 (1) 단층 평면벽에서의 열 전도 (2) 다층 평면벽의 열 전도 전열량 :
Q : 열전도에 의한 전열량 [kcal/h, W] λ : 열전도율 [kcal/mh℃, W/mK] F : 전열 면적 [㎡] t₁ : 고온 측 벽체의 온도 [℃] t₂ : 저온 측 벽체의 온도 [℃] δ : 벽체의 두께 [m] 벽체의 열저항 : 온도구배(열구배) : 전열량 : t₁ : 고온 측 벽체의 온도 [℃] : 저온 측 벽체의 온도 [℃] δ₁, δ₂ ∙∙∙ : 각 평면 벽의 두께 [m] λ₁, λ₂ ∙∙∙ : 각 평면 벽의 열전도율 [kcal/mh℃]

28 Chapter 6 : 냉동장치의 열전달 (3) 단층 원통벽에서의 열 전도 (4) 다층 원통벽의 열 전도 전열량 : 전열량 :
Q : 열전도에 의한 전열량 [kcal/h, W] λ : 열전도율 [kcal/mh℃, W/mK] L : 원통벽(관)의 길이 [m] t₁ : 고온 측 벽체의 온도 [℃] t₂ : 저온 측 벽체의 온도 [℃] d₁ : 고온 측 벽의 직경 [m] d₂ : 저온 측 벽의 직경 [m] 전열량 : Q : 열전도에 의한 전열량 [kcal/h, W] L : 원통벽(관)의 길이 [m] t₁ : 고온 측 벽체의 온도 [℃] : 저온 측 벽체의 온도 [℃] λ : 열전도율 [kcal/mh℃, W/mK] d₁, d₂ ∙∙∙ : 고온 측으로부터 각 층의 외경 [m] : 저온 측 벽의 내경 [m]

29 열대류 Chapter 6 : 냉동장치의 열전달 유체의 순환에 의한 열의 이동 현상 그 상태에 따라 자연대류와 강제대류로 나뉨
뉴턴의 냉각법칙으로 열대류에 의한 전열량을 알 수 있음 Q : 열대류에 의한 전열량 [kcal/h, W] α : 대류 열전달 계수 [kcal/㎡h℃, W/㎡K] (유체의 종류, 물성치, 운동상태 및 고체의 표면 상태 등에 따라 달라짐) F : 전열면적 [㎡] : 고체 표면의 온도 [℃] : 유체의 온도 [℃]

30 열관류 Chapter 6 : 냉동장치의 열전달 (1) 단층 평면벽에서의 열관류 (2) 다층 평면벽의 열관류 열 통과라고도 함
한 쪽의 유체로부터 고체의 격벽을 지나서 다른 쪽의 유체에 열이 이동하는 전열작용 (1) 단층 평면벽에서의 열관류 (2) 다층 평면벽의 열관류 전열량 : 단, Q : 열전도에 의한 전열량 [kcal/h, W] K : 열관류율 [kcal/㎡h℃, W/㎡K] F : 전열 면적 [㎡] : 고온 또는 저온 유체의 온도 [℃] : 고온 또는 저온 유체 측의 열전달 계수 [kcal/㎡h℃, W/㎡K] λ : 벽체의 열전도율 [kcal/mh℃, W/mK] δ : 벽체의 두께 [m] 전열량 : 단, δ₁, δ₂, ∙∙∙, : 각 평면벽의 두께 [m] λ₁, λ₂, ∙∙∙, : 각 평면벽의 열전도율 [kcal/mh℃]

31 Chapter 6 : 냉동장치의 열전달 (3) 단층 원통벽에서의 열관류 (4) 다층 원통벽의 열관류 단, 단,
Q : 열전도에 의한 전열량 [kcal/h, W] : 내부 및 외부 표면적에 기초한 열관류율 [kcal/㎡h℃, W/㎡K] L : 원통벽(관)의 길이 [m] : 고온 또는 저온 유체의 온도 [℃] : 고온 또는 저온 유체 측의 열전달 계수 λ : 벽체의 열전도율 [kcal/mh℃, W/mK] : 고온 및 저온 유체 측 벽의 직경 [m] 단, : 고온 측으로부터 각 층의 직경[m] λ₁, λ₂ ∙∙∙ : 고온 측으로부터 각 층의 열전도율 [kcal/mh℃]

32 열 교환기의 열 전달 Chapter 6 : 냉동장치의 열전달
열 교환기 : 온도가 높은 유체에서 상대적으로 온도가 낮은 유체로 고체 벽을 통하여 열이 이동하도록 만든 장치 열 교환기의 열 전달 방식은 열 전도와 열 대류 유체의 흐름은 유동방향에 따라 평행류와 대향류로 구분 평행류 : 온도가 서로 다른 두 유체의 유동방향이 동일 대향류 : 온도가 서로 다른 두 유체의 유동방향이 서로 반대 열 교환기에서의 전열량 : Q : 열 관류에 의한 전열량 [kcal/h, W] K : 열 관류율 [kcal/㎡h℃, W/㎡K] F : 전열면적 [㎡] : 열 교환을 하는 두 유체의 평균 온도 차 [℃] (평행류) 는 열교환기 전체를 대표할 수 있는 온도 차로 LMTD, 대수평균 온도 차라고 함 (평행류) (대향류) 높은 온도의 유체가 잃은 열량은 낮은 온도의 유체가 얻은 열량과 같음 두 유체 모두 상 변화가 일어나지 않고 비열이 일정하다면 열 교환기에서의 교환 열량은 다음과 같다. 고온유체가 잃은 열량 : Q = GC(t₁ - t₂) 저온유체가 얻은 열량 : Q = G`C`(t₂` - t₁`) G, G` : 고온 및 저온 유체의 유량 [kg/h] C, C` : 고온 및 저온 유체의 비열 [kcal/kg℃] (대향류)

33 응축기의 열전달 Chapter 6 : 냉동장치의 열전달 (1) 냉매의 방열량 [kcal/h]
응축기 : 압축기로부터 나오는 고온고압의 냉매증기를 액체로 상 변화시키는 장치 수냉식 응축기의 설계를 위한 열전달 계산은 냉매의 방열량, 냉각수의 흡수열량, 응축기 표면을 통하여 전달된 열량으로 구할 수 있음 (1) 냉매의 방열량 [kcal/h] 응축기 내에서 냉매 증기를 냉매 액으로 상 변화시키기 위하여 냉매로부터 제거해야 하는 열량 (2) 냉각수의 흡수열량 [kcal/h] (3) 응축기 표면을 통하여 전달된 열량 [kcal/h] K : 열 관류율 [kcal/㎡h℃, W/㎡K] F : 전열면적 [㎡] : 냉매와 냉각수의 평균 온도 차 [℃]

34 증발기의 열전달 Chapter 6 : 냉동장치의 열전달 (1) 냉매의 흡수열량 [kcal/h]
증발기 : 팽창밸브로부터 나온 저온저압의 냉매액을 주위로부터 열을 흡수하여 냉매 증기로 상변화 시켜주는 장치 브라인 냉각기의 설계를 위한 열 전달 계산은 냉매의 흡수열량, 브라인의 냉각열량(액체), 증발기 표면을 통하여 전달된 열량으로 구할 수 있음 (1) 냉매의 흡수열량 [kcal/h] 증발기 내에서 냉매 액을 냉매 증기로 상 변화시키기 위하여 주위로부터 열을 흡수 해야 하는 열량 대용량의 냉동능력을 나타낼 때는 일반적으로 냉동 톤(RT, 1RT = 3320kcal/h)의 단위를 사용 G : 냉매 순환량 [kg/h] γ : 냉매의 증발 잠열 [kcal/kg] x : 증발기 입구 냉매의 건조도

35 Chapter 6 : 냉동장치의 열전달 (2) 브라인의 냉각열량(액체) [kcal/h]
: 브라인 비열 [kcal/kg℃] : 브라인 순환량 [kg/h] : 증발기 입 출구 브라인의 온도 차[℃] (3) 증발기 표면을 통하여 전달된 열량 [kcal/h] K : 열 관류율 [kcal/㎡h℃, W/㎡K] F : 전열면적 [㎡] : 냉매와 브라인의 평균 온도 차 [℃]