냉동 및 공기조화 Chapter 4. 냉동장치의 구성 기기

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1 냉동 및 공기조화 Chapter 4. 냉동장치의 구성 기기
B. K. Park, Ph.D. Department of Mechanical Engineering

2 4.1 압축기 증발기를 통과한 저온 저압의 냉매(가스)가 응축기에서 응축되기 쉽도록 냉매(가스)를 압축하여 압력을 높이는 장치
냉매가 장치 내부를 순환하도록 하는 펌프의 역할 수행 압축기의 형식에 의한 분류 (1) 왕복식 압축기(reciprocating compressor) : 피스톤의 왕복운동에 의하여 흡입, 압축 및 송출을 하는 압축기로서 냉매가스의 체적을 축소함으로서 압력을 높이는 용적형 압축기이다. (2) 회전식 압축기(rotary compressor) : 편심으로 설치된 로터의 회전에 의하여 rotor와 실린더 벽의 공간으로 냉매가스를 흡입하고 압축해서 송출하는 용적형 압축기이다. (3) 스크루식 압축기(screw compressor) : 암나사와 수나사가 서로 맞물리어서 회전하고 있는 rotor 와 실린더 벽의 공간으로 냉매가스를 흡입하고 압축하여 송출하는 용적형 압축기이다. (4) 터보식 압축기(centrifugal or turbo compressor) : impeller의 고속회전 운전에 의하여 냉매가스의 속도에너지를 증가시키고 압력에너지로 변환시켜 줌으로서 압력을 상승시키는 회전 속도형 압축기이다.

3 4.1 Cont’d 압축기의 특성 왕복동식 압축기 (reciprocating compressor) 용 적 형 압축기 외관
압축부 구조

4 4.1 Cont’d 2. 회전식 압축기 (rotary compressor) 용 적 형 압축기 외관 회전식 압축기의 압축 과정

5 4.1 Cont’d 3. 스크루식 압축기 (screw compressor) 용 적 형 공업용, 산업용으로 많이 활용됨

6 4.1 Cont’d 4. 스크롤식 압축기 (scroll compressor) 왕복동형, 회전형 압축기를 대체하는 추세 용 적

7 4.1 Cont’d 5. 원심식 압축기 (centrifugal compressor)

8 4.1 Cont’d 압축기 운전 중 유의사항 오일 포밍 현상 원인
∙ Freon (CFC계) 냉매는 압력이 높고 온도가 낮을 수록 냉동기유(oil)에 잘 용해됨 ∙ 정지상태의 압축기 가동 시 압축기 크랭크 케이스 내부 압력이 급격히 낮아짐 → 냉동유에 용해되어 있던 냉매가 급격히 분리되며 거품이 일어남 영향 ∙ 응축기나 증발기로 다량의 오일이 유입되어 전열불량을 유발 ∙ 크랭크 케이스 내의 oil 부족 → 윤활불량으로 압축기 동작부 마모 및 손상 ∙ Oil hammering 발생 대책 ∙ 냉매 가스와 윤활유를 분리하는 유분리기를 설치 ∙ 크랭크 케이스 내 오일 히터를 설치하여 운전 전에 크랭크 케이스를 가열 ∙ 압축기 정지 시 펌프 다운* 운전을 실시 *펌프 다운: 저압축의 냉매를 회수하여 수액기 (receiver)에 모으는 것

9 4.2 응축기 응축기 (Condensor) 고온고압의 냉매증기의 열을 방출하여 고온고압의 냉매액이 되도록 하는 열교환기
공조설비의 실외기에 있으며 실외기 주위 공기 온도가 낮을 수록 열교환률이 좋아 냉방능력이 좋아진다 방식 Condensing (chilling unit) 설명 수냉식 Shell & Tube, double tube 응축기 + 냉각탑 공냉식 Packaged air – Conditioner 소형 냉동장치에 주로 사용 공랭식 응축기 → ↑횡형 셸 튜브식 응축기 ←증발식 응축기

10 4.3 증발기 증발기 (evaporator) 저온저압의 냉매액이 열을 흡수하여 저온저압의 냉매증기가 되도록 하는 열교환기
↑만액식 증발기 ← 플레이트식 증발기

11 4.4 팽창 밸브 팽창 밸브 (expansion valve) 응축기에서 액화된 냉매의 압력을 증발압력까지 낮추는 장치
증발기에 공급되는 냉매의 양을 조절 방식 종류 설명 가변 저항식 온도식 자동 팽창 밸브, 정압식 팽창밸브, 열전식 팽창밸브, 플로트식 팽창밸브 등 유동 면적 제어 가능 고정 저항식 모세관 (capillary tube) 유동 제어 불가능 ∙ 온도식 자동 팽창 밸브 (thermostatic expansion valve) - 증발기의 냉매 공급량을 증발기 출구 냉매가스의 과열도에 따라 제어 - 증발기 출구의 온도센서에 대응하는 포화압력을 기준으로 밸브를 개폐 - 부하가 변동할 때 대처가 용이하나 증발 압력과 온도가 일정하게 유지되지는 않음 ∙ 정압식 자동 팽창 밸브 (constant pressure expansion valve) - 증발기 내의 압력이 상승하면 밸브를 닫고 하강하면 밸브를 열어 유량을 유지 - 주로 냉동 부하의 변동이 작은 냉동 장치에 이용

12 4.4 Cont’d ∙ 플로트식 팽창 밸브 (float type expansion valve)
- 증발기 또는 증발기에 접속되어 있는 트랩 내의 냉매 액면에 플로터를 띄워 액면의 상하 변동에 따라 밸브가 개폐되어 액면을 유지 - 제어의 시간적 지연이 없어 작동이 안정적이며 온도 제어가 용이 - 선박과 같이 장치의 동요 및 경사 변동이 심할 때는 오작동 우려가 있음 ∙ 모세관 (capillary tube) - 관마찰 손실 등을 이용하여 관내 냉매의 압력을 증발압력까지 강하시킴 모세관 (capillary tube) →

13 4.5 부속기기 수액기 (receiver) 액분리기 (accumulator) 유분리기 (oil separator)
응축기에서 액화한 냉매를 팽창 밸브로 보내기 전에 일시 저장하는 용기 냉동 장치의 부하 변화에도 항상 액이 수액기 내에 잔류하여야 함 액분리기 (accumulator) 액체 냉매가 압축기에 흡입되는 것을 방지하기 위한 장치 분리된 액은 액회수장치에 의해 수액기로 보내지거나, 증발하여 압축기로 흡입됨 유분리기 (oil separator) 압축기와 응축기 사이의 토출 가스 배관에 설치하여 토출가스 중에 혼입된 윤활유를 분리

14 4.5 Cont’d 송풍기 (Fan) 드라이어 (Drier) 여과기 (Strainer) 에어필터 (Air filter)
응축기 주변의 뜨거워진 공기, 증발기 주변의 차가워진 공기를 순환시킴 드라이어 (Drier) 프레온계 냉매의 경우 냉매 속의 수분이 팽창 밸브에서 결빙됨 모세관 막힘, 금속부 부식, 전동기 열화 등 방지 여과기 (Strainer) 배관 내의 이물질을 거르는 장치 에어필터 (Air filter) 실내 공기 중의 이물질, 먼지 등 제거 실내 Fan 불량 시 - 증발기 결빙, 냉기 토출 안됨, 풍량 조절 안됨, 소음 진동 발생 실외 Fan 불량 시 - 응축기 과열, 냉방 능력 저하, 소비 전력 상승, 압축기 소음 증가