2009년 11월 02일
제 1 편 냉동기계 (冷凍機械, Refrigerator)
제 4 장 압축기 (Compressor)
증발기에서 증발한 저온저압의 냉매가스를 재사용하기 위해 압축기에 흡입시켜 응축기에서 응축액화를 쉽게 할 수 있도록 압력을 상승시켜 주며 냉매를 순환시켜 주는 기기
Ⅰ. 압축기의 분류
1. 압축방식에 의한 분류
(1) 체적(용적)형 압축기
① 왕복동식 : 입형, 횡형, 고속다기통
② 회전식 (로터리식) : 고정익형, 회전익형
③ 나사식 (스크류식)
(2) 터보 압축기
원심식, 축류식, 혼류식
(3) 흡수식 냉동기
2. 밀폐구조에 의한 분류
(1) 개방형 (Open Type)
압축기를 기동시켜주는 전동기(Motor)와 압축기가 분리되어 있는 구조
① 직결 구동식 : 압축기의 크랭크 축을 전동기 커플링(Coupling)에 연결하여 구동시키는 방식
② 벨트 구동식 : 압축기와 전동기를 벨트(Velt)로 연결하여 구동시키는 방식
(2) 밀폐형 (Hermetic Type)
압축기와 전동기를 하나의 하우징(Housing)내에 내장시킨 구조
① 반밀폐형 : 볼트로 조립되어 있어 분해조립이 용이하고, 고·저압측에 서비스 밸브(Service Valve)가 부착되어 있다.
② 전밀폐형 : 하우징이 용접되어 있어 분해조립이 불가능하며 주로 저압측에 서비스 밸브가 부착되어 있다.
③ 완전밀폐형 : 하우징이 용접되어 있고, 서비스 밸브 대신에 서비스 니플(예비충전구)이 부착되어 있다.
<개방형 압축기와 밀폐형 압축기 비교>
Ⅱ. 각 압축기의 특징
1. 왕복동식 압축기
실린더 내 피스톤의 왕복운동에 의해 냉매가스를 압축하는 방식
<왕복동 압축기의 압축순서>
(1) 왕복동 압축기의 종류
① 입형(수직형) 압축기 (Vertical Type Compressor)
㉠ 암모니아 및 프레온 용으로 주로 단동형이다.
㉡ 기통수는 1~4기통이며 주로 2기통이 많이 사용된다.
㉢ 상부틈새 (Top Clearance)는 0.8~1㎜ 정도로 작게 할 수 있어 체적효율이 양호하다.
㉣ NH₃용은 토출가스온도가 높아 워터자켓(Water Jacket)을 설치하나, 프레온용은 냉각핀(Fin)을 부착하여 방열효율을 증대시킨다.
㉤ 안전두 (Safety Head)를 설치하여 액압축으로 인한 압축기의 파손을 방지한다.
안전두 (Safety Head) : 실린더 헤드커버와 밸브판의 토출밸브시트 사이를 강한 스프링이 누르고 있는 것으로 압축기내로 이물질이나 냉매액이 유입되어 압축시 이상 압력상승으로 인하여 압축기가 파손되는 것을 방지하며 정상토출압력보다 3㎏/㎠ 정도 상승하면 작동한다.
워터자켓 (Water Jacket) : 암모니아 냉동장치는 비열비가 커 압축기 실린더 상부에 냉각수를 순환시켜 압축기 과열방지, 실린더 마모방지, 윤활작용 불량방지, 체적효율을 증가시킨다.
② 횡형(수평형) 압축기 (Horizontal Type Compressor)
㉠ 주로 NH₃용으로 복동식이며 현재 거의 사용되지 않는다.
㉡ 상부틈새 (Top Clearance)는 3㎜ 정도로 안전두가 없는 대신 체적효율이 나쁘다
㉢ 냉매의 누설방지를 위해 축상형 축봉장치를 사용한다.
㉣ 중량 및 설치면적이 크며 진동이 심하다.
③ 고속 다기통 압축기 (High Speed Multi-Cylinder Compressor)
㉠ 대개 4, 6, 8, 12, 16기통으로 밸런스를 유지하기 위해 기통수는 짝수로 한다.
㉡ 회전수는 NH₃용이 900~1,000rpm, Freon용은 1,750~3,500rpm 정도이다.
㉢ 실린더 직경이 행정보다 크거나 같다 (D ≥ L).
㉣ 유압을 이용한 언로더(un-load) 기구가 있어 용량제어가 가능하다.
㉤ 고속이고 밸브의 저항과 상부간극이 크므로 체적효율이 나쁘다.
㉥ 링플레이트 밸브(Plate Valve)와 기계적 축봉장치(Mechanical Shaft Seal)가 사용된다.
㉦ 실린더 라이너가 있어 분해하여 교환할 수 있다.
<고속 다기통 압축기의 장 · 단점>
(2) 왕복동 압축기의 주요 구성부품
① 실린더 (Cylinder) 및 본체 (Body)
㉠ 입형 중·저속 압축기는 실린더와 본체가 일체이며 특수주물로 제작되며 고속다기통은 강력고급주물을 사용한다.
㉡ 실린더 지름은 최대 300㎜ 정도이다.
㉢ 장기운전으로 실린더와 피스톤의 간격이 커지면 보오링을 하여 토출가스 온도상승, 실린더 과열, 오일의 열화 및 탄화, 체적효율, 냉동능력 감소를 방지한다.
클리어런스 (Clearance, 틈새, 간극, 공극)
① 상부틈새 (Top Clearance) : 실린더 상부와 피스톤 상부와의 간극
② 측부틈새 (Side Clearance) : 실린더벽과 피스톤 측부와의 간극
③ 클리어런스가 크면 체적효율 감소, 토출가스 온도 상승, 냉동능력 감소 등의 영향이 있다.
② 피스톤 (Piston)
㉠ 고속회전으로 인한 관성력을 최소화하고, 가볍게 하기 위해 중공(속이 비어 있는 상태)으로 제작
㉡ 3~4개의 피스톤링이 있으며, 그 중 최하부는 1~2개의 오일링으로 한다.
㉢ 피스톤링의 홈 간격은 0.03㎜ 정도이다.
㉣ 플러그형, 싱글 트렁크형, 더블 트렁크형 등이 있다.
피스톤 링 (Piston Ring)
① 압축링 : 피스톤 상부에 2~3개의 링으로 냉매가스의 누설을 방지하고 마찰면적을 감소시켜 기계효율을 증대
② 오일링 : 피스톤 하부에 1~2개의 링으로 오일이 응축기 등으로 넘어가는 것을 방지
<피스톤의 구조>
피스톤 링의 마모시 장치에 미치는 영향
① 크랭크 케이스 내 압력 상승
② 압축기에서 오일부족을 초래
③ 유막형성으로 인한 응축기 및 증발기에서 전열 불량
④ 체적효율 및 냉동능력 감소
⑤ 냉동능력당 소요동력이 증가
⑥ 압축기가 과열
③ 연결봉 (Connecting Rod)
<연결봉>
피스톤과 크랭크축을 연결하여 축의 회전운동을 피스톤의 왕복운동으로 바꾸어주는 역할을 한다.
㉠ 일체형 : 대단측이 일체형으로 되어 있으며, 연결되는 크랭크축은 편심형으로 피스톤 행정이 짧은 소형에 사용한다.
㉡ 분할형 : 대단측이 2개로 분할되어 있어 볼트와 너트로 연결하며 크랭크축은 주로 크랭크식으로 피스톤 행정이 큰 대형에 사용한다.
④ 크랭크 축 (Crank Shaft)
<크랭크 축>
㉠ 전동기의 회전운동을 피스톤의 직선운동으로 바꾸어 주는 동력전달장치이다.
㉡ 탄소강으로 제작되며 동적, 정적 균형을 유지하기 위해 균형추(Balance Weight, 관성추)를 부착한다.
㉢ 종류에는 대형에 사용하는 크랭크형과, 피스톤 행정이 짧은 소형에는 편심형, 가정용 소형에 사용되는 스카치 요크형 등이 있다.
⑤ 크랭크 케이스 (Crank Case)
㉠ 고급주철로 되어 있으며 윤활유가 저장되고 있고, 유면계가 부착되어 있다.
㉡ 크랭크 케이스내 압력은 저압이다(단, 회전식은 고압이다).
유면계의 적정 유면
정지 중 : 유면계의 2/3 정도
운전 중 : 유면계의 1/2 ~ 1/3 정도
⑥ 축봉장치 (Shaft Seal)
㉠ 크랭크 케이스에 축이 관통하는 부분에서 냉매나 오일이 누설되거나, 진공 운전시 공기의 침입을 방지하기 위한 장치
㉡ 종류
ⓐ 축상형 축봉장치 (Grand Packing) : 저속 압축기에 사용
ⓑ 기계적 축봉장치 : 고속다기통에 사용
(3) 압축기의 흡입 및 토출밸브
① 밸브의 구비조건
㉠ 밸브의 작동이 경쾌하고 확실할 것
㉡ 냉매통과시 저항이 적을 것
㉢ 밸브가 닫혔을 때 누설이 없을 것
㉣ 내구성이 크고 변형이 적을 것
② 밸브의 종류
㉠ 포펫트 밸브 (Poppet Valve)
무게가 무겁고 구조가 튼튼하여 파손이 적어 NH₃입형저속에 많이 사용한다.
㉡ 링 플레이트 밸브 (Ring Plate Valve)
밸브시트에 있는 얇은 원판을 스프링으로 눌러 놓은 구조로 무게가 가벼워 고속다기통 압축기에 많이 사용한다.
㉢ 리드 밸브 (Read Valve)
ⓐ 무게가 가벼워 신속, 경쾌하게 작동하며 자체탄성에 의해 개폐된다.
ⓑ 흡입 및 토출밸브가 실린더 상부의 밸브판에 같이 부착되어 있다.
ⓒ 1,000rpm 이상의 Freon 소형 냉동기에 주로 사용한다.
㉣ 와셔밸브 (Washer Valve) : 얇은 원판 중심에 구멍을 뚫고 고정시킨 것으로 카쿨러에 주로 사용한다.
(4) 서비스 밸브 (Service Valve)
① 냉매 및 오일의 충전이나 회수시 이용한다.
② 압축기 흡입측과 토출측에 부착되어 있다.
<서비스 밸브>
2. 회전식 압축기 (Rotary Compressor)
왕복운동을 하지 않고, 로우터가 실린더내를 회전하면서 가스를 압축하는 형식으로 고정날개형과 회전날개형이 있다.
(1) 종류
① 고정익(날개)형 : 스프링에 의해 고정된 블레이드와 회전축에 의한 회전자와 실린더(피스톤)와의 접촉에 의해 냉매가스를 압축하는 형식
② 회전익(날개)형 : 회전로우터와 함께 블레이드(베인)가 실린더 내면에 접촉하면서 회전하여 원심력에 의해 냉매가스를 압축하는 형식
(2) 특징
① 왕복동식에 비해 부품수가 적고 구조가 간단하다(소형이며 가볍다)
② 운동부분의 동작이 단순하여 고속회전에도 진동 및 소음이 적다.
③ 잔류가스의 재핑창에 의한 체적효율의 감소가 적다.
④ 흡입밸브가 없고 토출밸브는 체크밸브로 되어 있으며 크랭크케이스 내 압력은 고압이다.
⑤ 압축이 연속적이므로 고진공을 얻을 수 있으며 진공펌프로 많이 사용한다.
⑥ 기동시 무부하기동이 가능하며 전력소비가 적다.
3. 나사식 압축기 (Screw Compressor)
암나사와 숫나사로 된 두 개의 로우터(헬리컬기어식)의 맞물림에 의해 냉매가스를 흡입 → 압축 → 토출시키는 방식으로 운전 및 정지 중 토출가스의 역류 방지를 위해 흡입측과 토출측에 체크밸브를 설치한다.
(1) 장점
① 부품수가 적어 고장률이 적고, 수명이 길다
② 냉매와 오일이 함께 토출되어 냉매손실이 없으므로 체적효율이 증대된다.
③ 소형으로 대용량의 가스를 처리할 수 있다.
④ 맥동이 없고 연속적으로 토출된다.
⑤ 100~10%의 무단계 용량제어가 가능하다.
⑥ 액햄머 및 오일햄머 현상이 적다.
(2) 단점
① 윤활유 소비량이 많아 별도의 오일펌프와 오일쿨러 및 유분리가 필요하다.
② 3,500rpm 정도의 고속이므로 소음이 크다.
③ 분해 조립시 특별한 기술을 필요로 한다.
④ 경부하시에도 동력소모가 크다.
4. 스크롤 압축기 (Scroll Compressor)
스크롤 압축기는 선회 스크롤(날개)이 고정 스크롤(날개)에 대하여 공전(선회)운동하여 이 사이에서 형성되는 촛승달 모양의 압축공간에서 용적이 감소되면서 냉매가스를 압축하는 형식으로 선회스크롤이 1회전하는 사이 흡입, 압축, 토출이 동시에 이루어지므로 진동 및 소음이 적고 부품수가 왕복동식보다 적다.
5. 원심식 압축기 (Centrifugal Compressor)
(1) 원리
일명 터보(Turbo) 압축기라 하며 고속회전하는 임펠러(Impeller)의 원심력을 이용하여 냉매가스의 속도에너지를 압력으로 바꾸어 압축하는 형식으로 고속회전을 위해 증속장치가 요구되며 1단으로는 압축비를 크게 할 수 없어 다단 압축방식을 주로 채택한다.
(2) 터보 압축기의 특징
① 장점
㉠ 저압냉매를 사용하므로 위험이 적고 취급이 용이하다.
㉡ 마찰부가 적어 고장이 적고, 마모에 의한 손상이나 성능저하가 없다.
㉢ 회전운동이므로 동적 균형을 잡기가 쉽고 진동이 적다.
㉣ 10~100%까지 광범위하게 무단계 용량제어가 가능하다.
㉤ 수명이 길고 보수가 용이하다.
㉥ 대형화에 따라 냉동능력당 가격이 싸다.
② 단점
㉠ 1단의 압축으로는 압축비를 크게 할 수 없다.
㉡ 한계치 이하의 유량으로 운전시 맥동(Surging)현상이 발생한다.
㉢ 소용량에는 제작상 한계가 있어 100RT 이하에서는 가격이 비싸진다.
㉣ 주로 수냉각용으로 브라인식을 사용한다.
맥동 (脈動, Surging)현상 : 터보냉동기 운전 중 고압부분 압력이 상승하고, 저압부분 압력이 저하하면 압력차가 증가하여 고압측 냉매가 임펠러를 통해 저압측으로 역류하여 전류계의 지침이 흔들리고, 고압부분 압력이 하강하고, 저압부븐 압력이 상승하면서 심한 소음 및 진동과 함께 베어링이 마모되는 현상
추기회수 장치
① 불응축가스 퍼지
② 진공 작업
③ 냉매 충전
④ 불응축가스 중 냉매의 재생
디퓨저 (Diffuser) : 운동에너지를 압력에너지로 바꾸기 위해 단면적을 점차 넓게 한 통로 (노즐과 반대)
(3) 원심식 냉동기의 냉동능력
RT = 전동기의 정격출력[㎾] / 1.2
6. 흡수식 냉동기
<흡수식 냉동기 계통도>
일반 냉동장치에서 사용하고 있는 압축기 대신 흡수기, 용액펌프, 발생기(재생기)를 사용하는 것으로 저온상태에서는 서로 용해가 잘되고 고온에서는 분리가 잘되는 냉매와 흡수제를 사용하여 이 중 냉매가 실제 냉방을 행하는 방식의 냉동기를 말한다.
(1) 흡수식 냉동기의 장치
① 흡수기 : 증발기에서 증발한 저온의 냉매가스를 연속적으로 흡수할 수 있도록 하는 장치로서 냉각수를 통수시켜 흡수제의 흡수능력을 증대시키고, 냉매가스를 흡수한 희석용액(흡수제+냉매)은 용액펌프를 이용하여 발생기로 보낸다
② 발생기 (재생기) : 용액펌프를 통해 들어온 희석용액을 열원에 의해 가열하여 냉매와 흡수제를 분리시켜 증발된 냉매가스는 응축기로 공급하고, 농흡수액은 열교환시켜 흡수기로 다시 공급된다.
③ 응축기 : 발생기에서 흡수제와 분리된 냉매가스는 냉각수와 열교환되어 응축액화된다.
④ 증발기 : 응축기에서 공급된 냉개가 팽창되어 냉수냉각관 상부에서 산포되어 냉수로부터 열을 흡수하여 증발, 흡수제에 흡수되며 냉각된 냉수는 냉동목적에 이용된다.
⑤ 열교환기 : 흡수기에서 희석된 용액은 펌프에 의해 열교환기에 공급되고, 발생기에서 되돌아오는 고온의 농흡수액과 서로 열교환되어 열효율을 증대시킨다
⑥ 정류기 및 애널라이저(Analizer) : 발생기에서 송출되는 NH₃냉매가스는 수증기를 많이 포함하고 있어 냉매가스 중에 포함된 수증기가 응축기를 거쳐 증발기로 유입되면 냉동능력을 저하시키므로 발생기로부터 송출되는 수증기를 제거하여 농도가 높은 NH₃증기만을 보내기 위해 설치한다.
5대 구성요소 : 흡수기 - 용액펌프 - 발생기(재생기) - 응축기 - 증발기
흡수식에서 압축기의 역할을 하는 장치 : 흡수기, 용액펌프, 발생기
흡수식 냉온수기 : 흡수식 냉동기와 버너를 조합하여 재생기에서 발생하는 열을 이용하여 냉난방을 동시에 행하는 장치
2중 효용 흡수식 냉동기 : 1중 효용식에 재생기를 1개 더 추가한 것으로 2개의 재생기가 있으며 효율이 높아지고 가열량도 감소된다.
(2) 흡수식 냉동기의 특징
① 장점
㉠ 압축기를 기동하는 전동기가 없고 열에너지를 이용하므로 소음, 진동이 없다.
㉡ 증기를 열원으로 이용할 경우 전력소비가 적다.
㉢ 자동제어가 용이하며 연료비가 적게 들어 운전비가 절감된다.
㉣ 과부하시에도 사고의 우려가 없다.
㉤ 냉동온도가 저하되어도 냉동능력 감소가 적다.
② 단점
㉠ 압축식에 비해 열효율이 나쁘며 무겁고 높이가 높아 설치면적이 크다
㉡ 냉각탑 등의 부속설비가 압축식에 비해 2배 정도로 커져 설비비가 많이 든다.
㉢ 냉각수온의 급냉으로 결정(結晶)사고가 발생하기 쉽다.
㉣ 예냉(豫冷)시간이 길다.
(3) 냉매와 흡수제
냉매 | 흡수제
-----------------------
암모니아 | 물
물 | 취화리튬
염화메틸 | 사염화에탄
톨루엔 | 파라핀유
(4) 흡수식 냉동기에서의 냉동톤
발생기(재생기)를 가열하는 열원의 1시간당 입열량 6,640 ㎉ / h를 1냉동톤이라 한다.
RT = 발생기를 가열하는 1시간의 입열량 [㎉ / h] / 6,640
7. GHP 설비
(1) GHP의 원리
LNG, LPG 등의 가스를 이용한 가스엔진의 동력으로 구동되는 압축기에 의해 냉매(R-22, R-407 : 신냉매)를 압축, 응축, 팽창, 증발시켜 4방밸브를 이용하여 여름에는 증발에 의한 냉방을 하고, 겨울에는 응축에 의한 방열로 난방을 한다. EHP()의 경우 전기를 이용한 전동압축기를 사용하여 전력소비가 크나, GHP(Gas engine Heat Pump)는 가스엔진으로 직접 압축기를 구동하므로 여름철 가스의 소비를 늘리고, 전력소비를 줄임으로 에너지의 수급에 많은 기여를 할 수 있어 현재 많이 이용되고 있다.
(2) 가스엔진의 배열이용
외기를 열원으로 하는 히트펌프의 경우 냉방시에는 외기온도가 상승할수록 성적계수가 저하되고, 난방시에는 외기온도의 영향을 크게 받아 외기온도가 저하될수록 효율과 난방능력이 저하되므로 GHP는 가스엔진의 배열을 회수하여 실내 증발기의 온도를 올려 난방효율을 극대화 할 수 있다. 또한 제상시 가스배열을 이용할 수 있어 별도의 제상장치가 필요 없다.
(3) GHP 설비의 냉 · 난방 사이클
Ⅲ. 용량제어 (Capacity Control System)
부하변동에 대응하기 위하여 압축기를 단속운전 하는 것이 아니고, 운전을 계속하면서 냉동기의 능력을 변화시키는 장치로 압축기의 보호와 기계의 수명 연장이 가능하다.
1. 용량제어의 목적
① 부하변동에 따른 경제적인 운전을 도모한다.
② 무부하 및 경부하 기동으로 기동시 소비전력이 적다.
③ 압축기를 보호하여 기계의 수명을 연장시킨다.
④ 일정한 냉장실온(증발온도)을 유지할 수 있다.
2. 각 압축기에 따른 용량제어 방법
(1) 왕복동 압축기
① 회전수 가감법
② 언로더 장치에 의해 일부 실린더를 놀리는 방법
③ 바이 패스 방법
④ 타임드 밸브에 의한 방법
⑤ 크리어런스 증대법
⑥ 흡입밸브 조정에 의한 방법
⑦ 냉각수량 조절법 (응축압력 조절법)
언로더 (Un-loader) 장치의 구조 및 작동
① 구조
② 작동
㉠ 부하(Load) 상태 : 유압이 걸린 상태
부하증대로 저압부분 압력상승 → 언로더용 LPS접점이 열림 → 전자밸브 닫힘 → 언로더 피스톤에 유압이 걸림 → 압상봉이 캠링홈에 떨어짐 → 흡입밸브가 내려와 닫힘 → 부하상태
㉡ 무부하(Un-load) 상태 : 유압이 걸리지 않은 상태
부하 감소로 저압부분 압력저하 → 언로더용 LPS접점이 닫힘 → 전자밸브 열림 → 유압이 크랭크 케이스내로 빠져 나감 → 언로더 피스톤에서 유압이 빠짐 → 압상봉이 캠링홈에서 벗어남 → 흡입밸브가 들어올려짐 → 무부하 상태
(2) 원심식(터보) 압축기
① 회전수 가감법
② 흡입 가이드 베인의 각도 조절법
③ 바이 패스 방법
④ 흡입, 토출 댐퍼 조절법
⑤ 냉각수량 조절법(응축압력 조절법)
(3) 스크류 압축기
① 슬라이드 밸브에 의한 바이패스법
② 전자밸브에 의한 방법
(4) 흡수식 냉동기
① 발생기 공급 용액량 조절법
② 응축수량 조절법
③ 발생기(재생기) 공급 증기, 온수량 조절법
Ⅳ. 윤활장치 (Lubrication System)
1. 윤활의 목적
① 누설 우려 부분에 유막을 형성하여 냉매누설 및 공기침입을 방지
② 마찰, 마모를 방지하여 기계효율 증대
③ 열을 냉각시켜 기계효율 증대
④ 방청작용에 의하여 부식을 방지
⑤ 가스켓 및 패킹재료를 보호
⑥ 슬래그 · 칩 등을 제거
2. 윤활방식
(1) 비말 급유식
크랭크 암(Crank Arm)에 부착된 균형추(Balance Weight)나 오일 스크레이터(디퍼)를 이용, 크랭크 축 회전시 오일을 쳐올려 윤활하는 방식으로 크랭크 케이스 내 유면이 항상 일정해야 하면 주로 소형에 많이 사용한다.
(2) 강제 급유식
기어펌프(Gear Pump)로 오일을 가압, 강제적으로 급유하는 방식으로 주로 중 · 대형에 사용한다.
3. 유(Oil) 순환 계통도
유순환 계통
크랭크 케이스 → 유여과망 →오일펌프 →큐노필터
→ - 유압계
- 유온계
- 유압보호스위치(OPS)
- 언로드 피스톤 → 크랭크 케이스
- 전자밸브 → 크랭크 케이스
- 유냉각기 → 축봉부 → 크랭크축 → 커넥팅 로드 → 피스톤
후축수부 → 유압조정변 → 크랭크 케이스
강제 급유식에서 기어펌프를 많이 쓰는 이유
① 구조가 간단하고 고장이 적다.
② 저속으로도 일정한 압력을 얻을 수 있다.
③ 유체의 마찰저항이 적다.
④ 소형으로 고압을 얻을 수 있다.
4. 윤활유의 구비조건
① 응고점 및 유동점이 낮을 것
② 인화점이 높을 것
③ 점도가 적당할 것
④ 항유화(抗油化)성이 있을 것
⑤ 불순물이 적고, 절연내력이 클 것
⑥ 오일포밍시 소포성(기포를 없애는 성질)이 클 것
⑦ 왁스성분이 적고, 저온에서 왁스성분이 분리되지 않을 것
⑧ 방청능력 및 냉매와의 분리성이 좋을 것
⑨ 금속이나 패캥류를 부식시키지 않을 것
⑩ 유막의 강도가 커 마찰부에 유막이 쉽게 파괴되지 않을 것
유동점 : 어는점보다 약 2.5℃ 정도 높은 온도를 말하며 기름의 유동이 가능한 최저의 온도이다.
5. 사용 냉매에 따른 Oil의 선택
(1) 암모니아 냉동기유
① 입형저속 (증발온도 -10 ℃ 이상) : 300번유
② 고속다기통 (제방, 냉동용) : 150번유
③ 초저온 냉동기 : 90번유
(2) 프레온 냉동기유
① 저속 : 300번유 (300±20초)
② 고속 : 150번유 (150±10초)
③ 초저온용 : 90번유 (90±10초), 스니소 4G
6. 유압과 유온
① 유압계 압력 = 순수유압 + 정상저압(크랭크 케이스 내 압력)
② 정상 유압
㉠ 소형 = 정상저압 + 0.5 ㎏ / ㎠
㉡ 입형저속 = 정상저압 + 0.5~1.5 ㎏ / ㎠
㉢ 고속다기통 = 정상저압 + 1.5~3 ㎏ / ㎠
㉣ 터보 = 정상저압 + 6 ㎏ / ㎠
㉤ 스크류 = 토출압력(고압) + 2~3 ㎏ / ㎠
③ 크랭크 케이스 내 Oil의 온도
㉠ 암모니아 : 40 ℃ 이하(토출가스의 온도가 높아 윤활유의 열화 및 탄화의 우려가 있어 오일쿨러를 사용한다)
㉡ 프레온 : 30 ℃ 이상(오일포밍 방지를 위해 오일히터를 사용한다)
㉢ 터보 : 60~70 ℃ 정도
④ 유압의 상승원인
㉠ 유압조정밸브 열림이 작을 때
㉡ 유온이 너무 낮을 때 (점도의 증가)
㉢ 오일의 공급 과잉
㉣ 유순환 회로가 막혔을 때
⑤ 유압이 낮아지는 원인
㉠ 오일이 부족할 때
㉡ 유압조정 밸브 열림이 클 때
㉢ 유온이 너무 높을 때 (오일의 점도 저하)
㉣ 기름여과망이 막혔을 때
㉤ 오일에 냉매가 섞였을 때 (오일의 온도 저하)
㉥ 오일펌프가 고장일 때
㉦ 오일펌프 전동기가 역회전할 때
㉧ 오일안전밸브에서 누설이 있을 때
⑥ 유온이 상승하는 원인
㉠ 오일 냉각기 (Oil Cooler) 고장났을 때
㉡ 유압이 낮을 때
㉢ 압축기를 과열 운전할 때
㉣ 오일 냉각기 냉각수 흐름이 불량할 때
오일 안전밸브 (Oil Relief Valve) : 유(기름)순환 계통내에서 유압이 심하게 상승시 크랭크 케이스내로 오일을 회수하여, 유압상승으로 인한 파손 및 오일 햄머 등을 방지하기 위해 큐노필터 후방에 나사로 끼워져 있는 것
Ⅴ. 압축기의 운전
1. 바이패스 기동법 (By-Pass Valve Type)
① 고압측 바이패스에 의한 기동
② 저압측 바이패스에 의한 기동
③ 펌프 아웃 방법 (역운전)
2. 풀 바이패스 기동법 (Full By-Pass Type)
3. 싱글밸브 기동법 (Single Valve Type)
4. 매니폴드밸브 기동법 (Manifold Valve Type)
펌프 아웃, 펌프 다운
펌프 아웃 (Pump Out) : 고압측의 누설이나 이상 발생시 고압측 냉매를 저압측(저압측 수액기, 증발기)으로 이송시켜 고압측을 수리하기 위해 실시한다.
펌프 다운 (Pump Down) : 저압측의 냉매를 고압측(응축기, 고압수액기)으로 이송시켜 저압측을 수리하기 위해 실시한다.
Ⅵ. 압축기에서의 계산
1. 압축비 (Pressure Ratio)
고압측 절대압력과 저압측 절대압력과의 비
P(r) = P₁/ P₂= 고압측 절대압 / 저압측 절대압 = 응축기 절대압 / 증발기 절대압
압축비가 클 때 장치에 미치는 영향
① 토출가스 온도 상승
② 실린더 과열
③ 윤활유 열화 및 탄화
④ 피스톤 마모 증대
⑤ 체적 효율, 압축 효율, 기계 효율 감소
⑥ 축수 하중 증대
⑦ 냉동능력 감소
⑧ 1RT당 소요동력 증대
2. 압축기 피스톤 압출량 (V(a))
(1) 이론적 피스톤 압출량 (V(a) = ㎥ / h)
① 왕복동 압축기
V(a) [㎥ / h] = π * D² * ℓ * N * R * 60 / 4
π * D² * ℓ / 4 : 실린더 체적 [㎥]
D : 실린더 내경 [m]
ℓ : 피스톤 행정 [m]
N : 기통수
R : 분당 회전수 [rpm]
② 회전식 압축기
V(a) [㎥ / h] = π * (D² - d²) * t * R * 60 / 4
D : 실린더 내경 [m]
d : 피스톤 외경 [m]
t : 피스톤 축방향 길이, 두께 [m]
R : 분당 회전수 [rpm]
(2) 실제적 피스톤 압출량 (V(g) = ㎥ / h)
V(g) [㎥ / h] = V(a) * η(v)
= G * v = (Q₂/ q₂) * v
Q₂: 냉동능력 [㎏ / h]
G : 냉매순환량 [㎏ / h]
v : 압축기 흡입가스의 비체적 [㎥ / ㎏]
η(v) : 체적효율
3. 압축기에서의 효율
(1) 체적효율 (η(v))
η(v) = 실제적 피스톤 압출량 (V(g)) / 이론적 피스톤 압출량 (V(a)) < 1
체적효율이 감소하는 원인
① 압축비가 클 경우
② 클리어런스()가 클 경우
③ 흡입가스가 과열될 경우 (비체적이 클 경우)
④ 압축기가 작을 경우
⑤ 압축기의 회전수가 빨라 밸브의 개폐가 확실치 못하고 저항이 커질 경우
(2) 압축효율 (지시효율)
η(c) = 이론상 가스압축에 필요한 동력 (이론동력) / 실제 가스압축에 필요한 동력 (지시동력)
(3) 기계효율
η(m) = 실제 가스압축에 필요한 동력 (지시동력) / 실제 가스압축에 필요한 동력 (축동력)
4. 압축기 소요동력
(1) 이론 소요동력 (N(i))
N = G * Aw / 860 = Q₂* (i(b) - i(a)) / (q₂* 860) = [V(a) * (i(b) - i(a)) / v * 860] * η(v)
(2) 실제 소요동력 (축동력 : Ni(a))
Ni(a) = 이론 소요 동력 / (압축효율 * 기계효율) = Ni / (η(c) * η(m)) = G(i(b) - i(a)) / [860 * η(c) * η(m)]
G : 냉매 순환량 [㎏ / hr]
Aw : 압축일의 열당량 [㎉ / ㎏]
Q₂ : 냉동능력 [㎉ / h]
q₂ : 냉동효과 [㎉ / ㎏]
i(b) : 압축기 토출가스의 엔탈피 [㎉ / ㎏]
i(a) : 압축기 흡입가스의 엔탈피 [㎉ / ㎏]
V(a) : 피스톤 압출량 [㎥ / h]
v : 흡입가스의 비체적 [㎥ / ㎏]
η(v) : 체적효율
η(c) : 압축효율
η(m) : 기계효율
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증발기에서 증발한 저온저압의 냉매가스를 재사용하기 위해 압축기에 흡입시켜 응축기에서 응축액화를 쉽게 할 수 있도록 압력을 상승시켜 주며 냉매를 순환시켜 주는 기기
Ⅰ. 압축기의 분류
1. 압축방식에 의한 분류
(1) 체적(용적)형 압축기
① 왕복동식 : 입형, 횡형, 고속다기통
② 회전식 (로터리식) : 고정익형, 회전익형
③ 나사식 (스크류식)
(2) 터보 압축기
원심식, 축류식, 혼류식
(3) 흡수식 냉동기
2. 밀폐구조에 의한 분류
(1) 개방형 (Open Type)
압축기를 기동시켜주는 전동기(Motor)와 압축기가 분리되어 있는 구조
① 직결 구동식 : 압축기의 크랭크 축을 전동기 커플링(Coupling)에 연결하여 구동시키는 방식
② 벨트 구동식 : 압축기와 전동기를 벨트(Velt)로 연결하여 구동시키는 방식
(2) 밀폐형 (Hermetic Type)
압축기와 전동기를 하나의 하우징(Housing)내에 내장시킨 구조
① 반밀폐형 : 볼트로 조립되어 있어 분해조립이 용이하고, 고·저압측에 서비스 밸브(Service Valve)가 부착되어 있다.
② 전밀폐형 : 하우징이 용접되어 있어 분해조립이 불가능하며 주로 저압측에 서비스 밸브가 부착되어 있다.
③ 완전밀폐형 : 하우징이 용접되어 있고, 서비스 밸브 대신에 서비스 니플(예비충전구)이 부착되어 있다.
Ⅱ. 각 압축기의 특징
1. 왕복동식 압축기
실린더 내 피스톤의 왕복운동에 의해 냉매가스를 압축하는 방식
(1) 왕복동 압축기의 종류
① 입형(수직형) 압축기 (Vertical Type Compressor)
㉠ 암모니아 및 프레온 용으로 주로 단동형이다.
㉡ 기통수는 1~4기통이며 주로 2기통이 많이 사용된다.
㉢ 상부틈새 (Top Clearance)는 0.8~1㎜ 정도로 작게 할 수 있어 체적효율이 양호하다.
㉣ NH₃용은 토출가스온도가 높아 워터자켓(Water Jacket)을 설치하나, 프레온용은 냉각핀(Fin)을 부착하여 방열효율을 증대시킨다.
㉤ 안전두 (Safety Head)를 설치하여 액압축으로 인한 압축기의 파손을 방지한다.
안전두 (Safety Head) : 실린더 헤드커버와 밸브판의 토출밸브시트 사이를 강한 스프링이 누르고 있는 것으로 압축기내로 이물질이나 냉매액이 유입되어 압축시 이상 압력상승으로 인하여 압축기가 파손되는 것을 방지하며 정상토출압력보다 3㎏/㎠ 정도 상승하면 작동한다.
워터자켓 (Water Jacket) : 암모니아 냉동장치는 비열비가 커 압축기 실린더 상부에 냉각수를 순환시켜 압축기 과열방지, 실린더 마모방지, 윤활작용 불량방지, 체적효율을 증가시킨다.
② 횡형(수평형) 압축기 (Horizontal Type Compressor)
㉠ 주로 NH₃용으로 복동식이며 현재 거의 사용되지 않는다.
㉡ 상부틈새 (Top Clearance)는 3㎜ 정도로 안전두가 없는 대신 체적효율이 나쁘다
㉢ 냉매의 누설방지를 위해 축상형 축봉장치를 사용한다.
㉣ 중량 및 설치면적이 크며 진동이 심하다.
③ 고속 다기통 압축기 (High Speed Multi-Cylinder Compressor)
㉠ 대개 4, 6, 8, 12, 16기통으로 밸런스를 유지하기 위해 기통수는 짝수로 한다.
㉡ 회전수는 NH₃용이 900~1,000rpm, Freon용은 1,750~3,500rpm 정도이다.
㉢ 실린더 직경이 행정보다 크거나 같다 (D ≥ L).
㉣ 유압을 이용한 언로더(un-load) 기구가 있어 용량제어가 가능하다.
㉤ 고속이고 밸브의 저항과 상부간극이 크므로 체적효율이 나쁘다.
㉥ 링플레이트 밸브(Plate Valve)와 기계적 축봉장치(Mechanical Shaft Seal)가 사용된다.
㉦ 실린더 라이너가 있어 분해하여 교환할 수 있다.
① 실린더 (Cylinder) 및 본체 (Body)
㉠ 입형 중·저속 압축기는 실린더와 본체가 일체이며 특수주물로 제작되며 고속다기통은 강력고급주물을 사용한다.
㉡ 실린더 지름은 최대 300㎜ 정도이다.
㉢ 장기운전으로 실린더와 피스톤의 간격이 커지면 보오링을 하여 토출가스 온도상승, 실린더 과열, 오일의 열화 및 탄화, 체적효율, 냉동능력 감소를 방지한다.
클리어런스 (Clearance, 틈새, 간극, 공극)
① 상부틈새 (Top Clearance) : 실린더 상부와 피스톤 상부와의 간극
② 측부틈새 (Side Clearance) : 실린더벽과 피스톤 측부와의 간극
③ 클리어런스가 크면 체적효율 감소, 토출가스 온도 상승, 냉동능력 감소 등의 영향이 있다.
② 피스톤 (Piston)
㉠ 고속회전으로 인한 관성력을 최소화하고, 가볍게 하기 위해 중공(속이 비어 있는 상태)으로 제작
㉡ 3~4개의 피스톤링이 있으며, 그 중 최하부는 1~2개의 오일링으로 한다.
㉢ 피스톤링의 홈 간격은 0.03㎜ 정도이다.
㉣ 플러그형, 싱글 트렁크형, 더블 트렁크형 등이 있다.
피스톤 링 (Piston Ring)
① 압축링 : 피스톤 상부에 2~3개의 링으로 냉매가스의 누설을 방지하고 마찰면적을 감소시켜 기계효율을 증대
② 오일링 : 피스톤 하부에 1~2개의 링으로 오일이 응축기 등으로 넘어가는 것을 방지
피스톤 링의 마모시 장치에 미치는 영향
① 크랭크 케이스 내 압력 상승
② 압축기에서 오일부족을 초래
③ 유막형성으로 인한 응축기 및 증발기에서 전열 불량
④ 체적효율 및 냉동능력 감소
⑤ 냉동능력당 소요동력이 증가
⑥ 압축기가 과열
③ 연결봉 (Connecting Rod)
피스톤과 크랭크축을 연결하여 축의 회전운동을 피스톤의 왕복운동으로 바꾸어주는 역할을 한다.
㉠ 일체형 : 대단측이 일체형으로 되어 있으며, 연결되는 크랭크축은 편심형으로 피스톤 행정이 짧은 소형에 사용한다.
㉡ 분할형 : 대단측이 2개로 분할되어 있어 볼트와 너트로 연결하며 크랭크축은 주로 크랭크식으로 피스톤 행정이 큰 대형에 사용한다.
④ 크랭크 축 (Crank Shaft)
㉠ 전동기의 회전운동을 피스톤의 직선운동으로 바꾸어 주는 동력전달장치이다.
㉡ 탄소강으로 제작되며 동적, 정적 균형을 유지하기 위해 균형추(Balance Weight, 관성추)를 부착한다.
㉢ 종류에는 대형에 사용하는 크랭크형과, 피스톤 행정이 짧은 소형에는 편심형, 가정용 소형에 사용되는 스카치 요크형 등이 있다.
⑤ 크랭크 케이스 (Crank Case)
㉠ 고급주철로 되어 있으며 윤활유가 저장되고 있고, 유면계가 부착되어 있다.
㉡ 크랭크 케이스내 압력은 저압이다(단, 회전식은 고압이다).
유면계의 적정 유면
정지 중 : 유면계의 2/3 정도
운전 중 : 유면계의 1/2 ~ 1/3 정도
⑥ 축봉장치 (Shaft Seal)
㉠ 크랭크 케이스에 축이 관통하는 부분에서 냉매나 오일이 누설되거나, 진공 운전시 공기의 침입을 방지하기 위한 장치
㉡ 종류
ⓐ 축상형 축봉장치 (Grand Packing) : 저속 압축기에 사용
ⓑ 기계적 축봉장치 : 고속다기통에 사용
(3) 압축기의 흡입 및 토출밸브
① 밸브의 구비조건
㉠ 밸브의 작동이 경쾌하고 확실할 것
㉡ 냉매통과시 저항이 적을 것
㉢ 밸브가 닫혔을 때 누설이 없을 것
㉣ 내구성이 크고 변형이 적을 것
② 밸브의 종류
㉠ 포펫트 밸브 (Poppet Valve)
무게가 무겁고 구조가 튼튼하여 파손이 적어 NH₃입형저속에 많이 사용한다.
㉡ 링 플레이트 밸브 (Ring Plate Valve)
밸브시트에 있는 얇은 원판을 스프링으로 눌러 놓은 구조로 무게가 가벼워 고속다기통 압축기에 많이 사용한다.
㉢ 리드 밸브 (Read Valve)
ⓐ 무게가 가벼워 신속, 경쾌하게 작동하며 자체탄성에 의해 개폐된다.
ⓑ 흡입 및 토출밸브가 실린더 상부의 밸브판에 같이 부착되어 있다.
ⓒ 1,000rpm 이상의 Freon 소형 냉동기에 주로 사용한다.
㉣ 와셔밸브 (Washer Valve) : 얇은 원판 중심에 구멍을 뚫고 고정시킨 것으로 카쿨러에 주로 사용한다.
(4) 서비스 밸브 (Service Valve)
① 냉매 및 오일의 충전이나 회수시 이용한다.
② 압축기 흡입측과 토출측에 부착되어 있다.
왕복운동을 하지 않고, 로우터가 실린더내를 회전하면서 가스를 압축하는 형식으로 고정날개형과 회전날개형이 있다.
(1) 종류
① 고정익(날개)형 : 스프링에 의해 고정된 블레이드와 회전축에 의한 회전자와 실린더(피스톤)와의 접촉에 의해 냉매가스를 압축하는 형식
② 회전익(날개)형 : 회전로우터와 함께 블레이드(베인)가 실린더 내면에 접촉하면서 회전하여 원심력에 의해 냉매가스를 압축하는 형식
(2) 특징
① 왕복동식에 비해 부품수가 적고 구조가 간단하다(소형이며 가볍다)
② 운동부분의 동작이 단순하여 고속회전에도 진동 및 소음이 적다.
③ 잔류가스의 재핑창에 의한 체적효율의 감소가 적다.
④ 흡입밸브가 없고 토출밸브는 체크밸브로 되어 있으며 크랭크케이스 내 압력은 고압이다.
⑤ 압축이 연속적이므로 고진공을 얻을 수 있으며 진공펌프로 많이 사용한다.
⑥ 기동시 무부하기동이 가능하며 전력소비가 적다.
3. 나사식 압축기 (Screw Compressor)
암나사와 숫나사로 된 두 개의 로우터(헬리컬기어식)의 맞물림에 의해 냉매가스를 흡입 → 압축 → 토출시키는 방식으로 운전 및 정지 중 토출가스의 역류 방지를 위해 흡입측과 토출측에 체크밸브를 설치한다.
(1) 장점
① 부품수가 적어 고장률이 적고, 수명이 길다
② 냉매와 오일이 함께 토출되어 냉매손실이 없으므로 체적효율이 증대된다.
③ 소형으로 대용량의 가스를 처리할 수 있다.
④ 맥동이 없고 연속적으로 토출된다.
⑤ 100~10%의 무단계 용량제어가 가능하다.
⑥ 액햄머 및 오일햄머 현상이 적다.
(2) 단점
① 윤활유 소비량이 많아 별도의 오일펌프와 오일쿨러 및 유분리가 필요하다.
② 3,500rpm 정도의 고속이므로 소음이 크다.
③ 분해 조립시 특별한 기술을 필요로 한다.
④ 경부하시에도 동력소모가 크다.
4. 스크롤 압축기 (Scroll Compressor)
스크롤 압축기는 선회 스크롤(날개)이 고정 스크롤(날개)에 대하여 공전(선회)운동하여 이 사이에서 형성되는 촛승달 모양의 압축공간에서 용적이 감소되면서 냉매가스를 압축하는 형식으로 선회스크롤이 1회전하는 사이 흡입, 압축, 토출이 동시에 이루어지므로 진동 및 소음이 적고 부품수가 왕복동식보다 적다.
5. 원심식 압축기 (Centrifugal Compressor)
(1) 원리
일명 터보(Turbo) 압축기라 하며 고속회전하는 임펠러(Impeller)의 원심력을 이용하여 냉매가스의 속도에너지를 압력으로 바꾸어 압축하는 형식으로 고속회전을 위해 증속장치가 요구되며 1단으로는 압축비를 크게 할 수 없어 다단 압축방식을 주로 채택한다.
(2) 터보 압축기의 특징
① 장점
㉠ 저압냉매를 사용하므로 위험이 적고 취급이 용이하다.
㉡ 마찰부가 적어 고장이 적고, 마모에 의한 손상이나 성능저하가 없다.
㉢ 회전운동이므로 동적 균형을 잡기가 쉽고 진동이 적다.
㉣ 10~100%까지 광범위하게 무단계 용량제어가 가능하다.
㉤ 수명이 길고 보수가 용이하다.
㉥ 대형화에 따라 냉동능력당 가격이 싸다.
② 단점
㉠ 1단의 압축으로는 압축비를 크게 할 수 없다.
㉡ 한계치 이하의 유량으로 운전시 맥동(Surging)현상이 발생한다.
㉢ 소용량에는 제작상 한계가 있어 100RT 이하에서는 가격이 비싸진다.
㉣ 주로 수냉각용으로 브라인식을 사용한다.
맥동 (脈動, Surging)현상 : 터보냉동기 운전 중 고압부분 압력이 상승하고, 저압부분 압력이 저하하면 압력차가 증가하여 고압측 냉매가 임펠러를 통해 저압측으로 역류하여 전류계의 지침이 흔들리고, 고압부분 압력이 하강하고, 저압부븐 압력이 상승하면서 심한 소음 및 진동과 함께 베어링이 마모되는 현상
추기회수 장치
① 불응축가스 퍼지
② 진공 작업
③ 냉매 충전
④ 불응축가스 중 냉매의 재생
디퓨저 (Diffuser) : 운동에너지를 압력에너지로 바꾸기 위해 단면적을 점차 넓게 한 통로 (노즐과 반대)
(3) 원심식 냉동기의 냉동능력
RT = 전동기의 정격출력[㎾] / 1.2
6. 흡수식 냉동기
일반 냉동장치에서 사용하고 있는 압축기 대신 흡수기, 용액펌프, 발생기(재생기)를 사용하는 것으로 저온상태에서는 서로 용해가 잘되고 고온에서는 분리가 잘되는 냉매와 흡수제를 사용하여 이 중 냉매가 실제 냉방을 행하는 방식의 냉동기를 말한다.
(1) 흡수식 냉동기의 장치
① 흡수기 : 증발기에서 증발한 저온의 냉매가스를 연속적으로 흡수할 수 있도록 하는 장치로서 냉각수를 통수시켜 흡수제의 흡수능력을 증대시키고, 냉매가스를 흡수한 희석용액(흡수제+냉매)은 용액펌프를 이용하여 발생기로 보낸다
② 발생기 (재생기) : 용액펌프를 통해 들어온 희석용액을 열원에 의해 가열하여 냉매와 흡수제를 분리시켜 증발된 냉매가스는 응축기로 공급하고, 농흡수액은 열교환시켜 흡수기로 다시 공급된다.
③ 응축기 : 발생기에서 흡수제와 분리된 냉매가스는 냉각수와 열교환되어 응축액화된다.
④ 증발기 : 응축기에서 공급된 냉개가 팽창되어 냉수냉각관 상부에서 산포되어 냉수로부터 열을 흡수하여 증발, 흡수제에 흡수되며 냉각된 냉수는 냉동목적에 이용된다.
⑤ 열교환기 : 흡수기에서 희석된 용액은 펌프에 의해 열교환기에 공급되고, 발생기에서 되돌아오는 고온의 농흡수액과 서로 열교환되어 열효율을 증대시킨다
⑥ 정류기 및 애널라이저(Analizer) : 발생기에서 송출되는 NH₃냉매가스는 수증기를 많이 포함하고 있어 냉매가스 중에 포함된 수증기가 응축기를 거쳐 증발기로 유입되면 냉동능력을 저하시키므로 발생기로부터 송출되는 수증기를 제거하여 농도가 높은 NH₃증기만을 보내기 위해 설치한다.
5대 구성요소 : 흡수기 - 용액펌프 - 발생기(재생기) - 응축기 - 증발기
흡수식에서 압축기의 역할을 하는 장치 : 흡수기, 용액펌프, 발생기
흡수식 냉온수기 : 흡수식 냉동기와 버너를 조합하여 재생기에서 발생하는 열을 이용하여 냉난방을 동시에 행하는 장치
2중 효용 흡수식 냉동기 : 1중 효용식에 재생기를 1개 더 추가한 것으로 2개의 재생기가 있으며 효율이 높아지고 가열량도 감소된다.
(2) 흡수식 냉동기의 특징
① 장점
㉠ 압축기를 기동하는 전동기가 없고 열에너지를 이용하므로 소음, 진동이 없다.
㉡ 증기를 열원으로 이용할 경우 전력소비가 적다.
㉢ 자동제어가 용이하며 연료비가 적게 들어 운전비가 절감된다.
㉣ 과부하시에도 사고의 우려가 없다.
㉤ 냉동온도가 저하되어도 냉동능력 감소가 적다.
② 단점
㉠ 압축식에 비해 열효율이 나쁘며 무겁고 높이가 높아 설치면적이 크다
㉡ 냉각탑 등의 부속설비가 압축식에 비해 2배 정도로 커져 설비비가 많이 든다.
㉢ 냉각수온의 급냉으로 결정(結晶)사고가 발생하기 쉽다.
㉣ 예냉(豫冷)시간이 길다.
(3) 냉매와 흡수제
냉매 | 흡수제
-----------------------
암모니아 | 물
물 | 취화리튬
염화메틸 | 사염화에탄
톨루엔 | 파라핀유
(4) 흡수식 냉동기에서의 냉동톤
발생기(재생기)를 가열하는 열원의 1시간당 입열량 6,640 ㎉ / h를 1냉동톤이라 한다.
RT = 발생기를 가열하는 1시간의 입열량 [㎉ / h] / 6,640
7. GHP 설비
(1) GHP의 원리
LNG, LPG 등의 가스를 이용한 가스엔진의 동력으로 구동되는 압축기에 의해 냉매(R-22, R-407 : 신냉매)를 압축, 응축, 팽창, 증발시켜 4방밸브를 이용하여 여름에는 증발에 의한 냉방을 하고, 겨울에는 응축에 의한 방열로 난방을 한다. EHP()의 경우 전기를 이용한 전동압축기를 사용하여 전력소비가 크나, GHP(Gas engine Heat Pump)는 가스엔진으로 직접 압축기를 구동하므로 여름철 가스의 소비를 늘리고, 전력소비를 줄임으로 에너지의 수급에 많은 기여를 할 수 있어 현재 많이 이용되고 있다.
(2) 가스엔진의 배열이용
외기를 열원으로 하는 히트펌프의 경우 냉방시에는 외기온도가 상승할수록 성적계수가 저하되고, 난방시에는 외기온도의 영향을 크게 받아 외기온도가 저하될수록 효율과 난방능력이 저하되므로 GHP는 가스엔진의 배열을 회수하여 실내 증발기의 온도를 올려 난방효율을 극대화 할 수 있다. 또한 제상시 가스배열을 이용할 수 있어 별도의 제상장치가 필요 없다.
(3) GHP 설비의 냉 · 난방 사이클
Ⅲ. 용량제어 (Capacity Control System)
부하변동에 대응하기 위하여 압축기를 단속운전 하는 것이 아니고, 운전을 계속하면서 냉동기의 능력을 변화시키는 장치로 압축기의 보호와 기계의 수명 연장이 가능하다.
1. 용량제어의 목적
① 부하변동에 따른 경제적인 운전을 도모한다.
② 무부하 및 경부하 기동으로 기동시 소비전력이 적다.
③ 압축기를 보호하여 기계의 수명을 연장시킨다.
④ 일정한 냉장실온(증발온도)을 유지할 수 있다.
2. 각 압축기에 따른 용량제어 방법
(1) 왕복동 압축기
① 회전수 가감법
② 언로더 장치에 의해 일부 실린더를 놀리는 방법
③ 바이 패스 방법
④ 타임드 밸브에 의한 방법
⑤ 크리어런스 증대법
⑥ 흡입밸브 조정에 의한 방법
⑦ 냉각수량 조절법 (응축압력 조절법)
언로더 (Un-loader) 장치의 구조 및 작동
① 구조
② 작동
㉠ 부하(Load) 상태 : 유압이 걸린 상태
부하증대로 저압부분 압력상승 → 언로더용 LPS접점이 열림 → 전자밸브 닫힘 → 언로더 피스톤에 유압이 걸림 → 압상봉이 캠링홈에 떨어짐 → 흡입밸브가 내려와 닫힘 → 부하상태
㉡ 무부하(Un-load) 상태 : 유압이 걸리지 않은 상태
부하 감소로 저압부분 압력저하 → 언로더용 LPS접점이 닫힘 → 전자밸브 열림 → 유압이 크랭크 케이스내로 빠져 나감 → 언로더 피스톤에서 유압이 빠짐 → 압상봉이 캠링홈에서 벗어남 → 흡입밸브가 들어올려짐 → 무부하 상태
(2) 원심식(터보) 압축기
① 회전수 가감법
② 흡입 가이드 베인의 각도 조절법
③ 바이 패스 방법
④ 흡입, 토출 댐퍼 조절법
⑤ 냉각수량 조절법(응축압력 조절법)
(3) 스크류 압축기
① 슬라이드 밸브에 의한 바이패스법
② 전자밸브에 의한 방법
(4) 흡수식 냉동기
① 발생기 공급 용액량 조절법
② 응축수량 조절법
③ 발생기(재생기) 공급 증기, 온수량 조절법
Ⅳ. 윤활장치 (Lubrication System)
1. 윤활의 목적
① 누설 우려 부분에 유막을 형성하여 냉매누설 및 공기침입을 방지
② 마찰, 마모를 방지하여 기계효율 증대
③ 열을 냉각시켜 기계효율 증대
④ 방청작용에 의하여 부식을 방지
⑤ 가스켓 및 패킹재료를 보호
⑥ 슬래그 · 칩 등을 제거
2. 윤활방식
(1) 비말 급유식
크랭크 암(Crank Arm)에 부착된 균형추(Balance Weight)나 오일 스크레이터(디퍼)를 이용, 크랭크 축 회전시 오일을 쳐올려 윤활하는 방식으로 크랭크 케이스 내 유면이 항상 일정해야 하면 주로 소형에 많이 사용한다.
(2) 강제 급유식
기어펌프(Gear Pump)로 오일을 가압, 강제적으로 급유하는 방식으로 주로 중 · 대형에 사용한다.
3. 유(Oil) 순환 계통도
유순환 계통
크랭크 케이스 → 유여과망 →오일펌프 →큐노필터
→ - 유압계
- 유온계
- 유압보호스위치(OPS)
- 언로드 피스톤 → 크랭크 케이스
- 전자밸브 → 크랭크 케이스
- 유냉각기 → 축봉부 → 크랭크축 → 커넥팅 로드 → 피스톤
후축수부 → 유압조정변 → 크랭크 케이스
강제 급유식에서 기어펌프를 많이 쓰는 이유
① 구조가 간단하고 고장이 적다.
② 저속으로도 일정한 압력을 얻을 수 있다.
③ 유체의 마찰저항이 적다.
④ 소형으로 고압을 얻을 수 있다.
4. 윤활유의 구비조건
① 응고점 및 유동점이 낮을 것
② 인화점이 높을 것
③ 점도가 적당할 것
④ 항유화(抗油化)성이 있을 것
⑤ 불순물이 적고, 절연내력이 클 것
⑥ 오일포밍시 소포성(기포를 없애는 성질)이 클 것
⑦ 왁스성분이 적고, 저온에서 왁스성분이 분리되지 않을 것
⑧ 방청능력 및 냉매와의 분리성이 좋을 것
⑨ 금속이나 패캥류를 부식시키지 않을 것
⑩ 유막의 강도가 커 마찰부에 유막이 쉽게 파괴되지 않을 것
유동점 : 어는점보다 약 2.5℃ 정도 높은 온도를 말하며 기름의 유동이 가능한 최저의 온도이다.
5. 사용 냉매에 따른 Oil의 선택
(1) 암모니아 냉동기유
① 입형저속 (증발온도 -10 ℃ 이상) : 300번유
② 고속다기통 (제방, 냉동용) : 150번유
③ 초저온 냉동기 : 90번유
(2) 프레온 냉동기유
① 저속 : 300번유 (300±20초)
② 고속 : 150번유 (150±10초)
③ 초저온용 : 90번유 (90±10초), 스니소 4G
6. 유압과 유온
① 유압계 압력 = 순수유압 + 정상저압(크랭크 케이스 내 압력)
② 정상 유압
㉠ 소형 = 정상저압 + 0.5 ㎏ / ㎠
㉡ 입형저속 = 정상저압 + 0.5~1.5 ㎏ / ㎠
㉢ 고속다기통 = 정상저압 + 1.5~3 ㎏ / ㎠
㉣ 터보 = 정상저압 + 6 ㎏ / ㎠
㉤ 스크류 = 토출압력(고압) + 2~3 ㎏ / ㎠
③ 크랭크 케이스 내 Oil의 온도
㉠ 암모니아 : 40 ℃ 이하(토출가스의 온도가 높아 윤활유의 열화 및 탄화의 우려가 있어 오일쿨러를 사용한다)
㉡ 프레온 : 30 ℃ 이상(오일포밍 방지를 위해 오일히터를 사용한다)
㉢ 터보 : 60~70 ℃ 정도
④ 유압의 상승원인
㉠ 유압조정밸브 열림이 작을 때
㉡ 유온이 너무 낮을 때 (점도의 증가)
㉢ 오일의 공급 과잉
㉣ 유순환 회로가 막혔을 때
⑤ 유압이 낮아지는 원인
㉠ 오일이 부족할 때
㉡ 유압조정 밸브 열림이 클 때
㉢ 유온이 너무 높을 때 (오일의 점도 저하)
㉣ 기름여과망이 막혔을 때
㉤ 오일에 냉매가 섞였을 때 (오일의 온도 저하)
㉥ 오일펌프가 고장일 때
㉦ 오일펌프 전동기가 역회전할 때
㉧ 오일안전밸브에서 누설이 있을 때
⑥ 유온이 상승하는 원인
㉠ 오일 냉각기 (Oil Cooler) 고장났을 때
㉡ 유압이 낮을 때
㉢ 압축기를 과열 운전할 때
㉣ 오일 냉각기 냉각수 흐름이 불량할 때
오일 안전밸브 (Oil Relief Valve) : 유(기름)순환 계통내에서 유압이 심하게 상승시 크랭크 케이스내로 오일을 회수하여, 유압상승으로 인한 파손 및 오일 햄머 등을 방지하기 위해 큐노필터 후방에 나사로 끼워져 있는 것
Ⅴ. 압축기의 운전
1. 바이패스 기동법 (By-Pass Valve Type)
① 고압측 바이패스에 의한 기동
② 저압측 바이패스에 의한 기동
③ 펌프 아웃 방법 (역운전)
2. 풀 바이패스 기동법 (Full By-Pass Type)
3. 싱글밸브 기동법 (Single Valve Type)
4. 매니폴드밸브 기동법 (Manifold Valve Type)
펌프 아웃, 펌프 다운
펌프 아웃 (Pump Out) : 고압측의 누설이나 이상 발생시 고압측 냉매를 저압측(저압측 수액기, 증발기)으로 이송시켜 고압측을 수리하기 위해 실시한다.
펌프 다운 (Pump Down) : 저압측의 냉매를 고압측(응축기, 고압수액기)으로 이송시켜 저압측을 수리하기 위해 실시한다.
Ⅵ. 압축기에서의 계산
1. 압축비 (Pressure Ratio)
고압측 절대압력과 저압측 절대압력과의 비
P(r) = P₁/ P₂= 고압측 절대압 / 저압측 절대압 = 응축기 절대압 / 증발기 절대압
압축비가 클 때 장치에 미치는 영향
① 토출가스 온도 상승
② 실린더 과열
③ 윤활유 열화 및 탄화
④ 피스톤 마모 증대
⑤ 체적 효율, 압축 효율, 기계 효율 감소
⑥ 축수 하중 증대
⑦ 냉동능력 감소
⑧ 1RT당 소요동력 증대
2. 압축기 피스톤 압출량 (V(a))
(1) 이론적 피스톤 압출량 (V(a) = ㎥ / h)
① 왕복동 압축기
V(a) [㎥ / h] = π * D² * ℓ * N * R * 60 / 4
π * D² * ℓ / 4 : 실린더 체적 [㎥]
D : 실린더 내경 [m]
ℓ : 피스톤 행정 [m]
N : 기통수
R : 분당 회전수 [rpm]
② 회전식 압축기
V(a) [㎥ / h] = π * (D² - d²) * t * R * 60 / 4
D : 실린더 내경 [m]
d : 피스톤 외경 [m]
t : 피스톤 축방향 길이, 두께 [m]
R : 분당 회전수 [rpm]
(2) 실제적 피스톤 압출량 (V(g) = ㎥ / h)
V(g) [㎥ / h] = V(a) * η(v)
= G * v = (Q₂/ q₂) * v
Q₂: 냉동능력 [㎏ / h]
G : 냉매순환량 [㎏ / h]
v : 압축기 흡입가스의 비체적 [㎥ / ㎏]
η(v) : 체적효율
3. 압축기에서의 효율
(1) 체적효율 (η(v))
η(v) = 실제적 피스톤 압출량 (V(g)) / 이론적 피스톤 압출량 (V(a)) < 1
체적효율이 감소하는 원인
① 압축비가 클 경우
② 클리어런스()가 클 경우
③ 흡입가스가 과열될 경우 (비체적이 클 경우)
④ 압축기가 작을 경우
⑤ 압축기의 회전수가 빨라 밸브의 개폐가 확실치 못하고 저항이 커질 경우
(2) 압축효율 (지시효율)
η(c) = 이론상 가스압축에 필요한 동력 (이론동력) / 실제 가스압축에 필요한 동력 (지시동력)
(3) 기계효율
η(m) = 실제 가스압축에 필요한 동력 (지시동력) / 실제 가스압축에 필요한 동력 (축동력)
4. 압축기 소요동력
(1) 이론 소요동력 (N(i))
N = G * Aw / 860 = Q₂* (i(b) - i(a)) / (q₂* 860) = [V(a) * (i(b) - i(a)) / v * 860] * η(v)
(2) 실제 소요동력 (축동력 : Ni(a))
Ni(a) = 이론 소요 동력 / (압축효율 * 기계효율) = Ni / (η(c) * η(m)) = G(i(b) - i(a)) / [860 * η(c) * η(m)]
G : 냉매 순환량 [㎏ / hr]
Aw : 압축일의 열당량 [㎉ / ㎏]
Q₂ : 냉동능력 [㎉ / h]
q₂ : 냉동효과 [㎉ / ㎏]
i(b) : 압축기 토출가스의 엔탈피 [㎉ / ㎏]
i(a) : 압축기 흡입가스의 엔탈피 [㎉ / ㎏]
V(a) : 피스톤 압출량 [㎥ / h]
v : 흡입가스의 비체적 [㎥ / ㎏]
η(v) : 체적효율
η(c) : 압축효율
η(m) : 기계효율
Compare_Compressor.JPG
High_Speed_Multi_Cylinder.JPG
Reciprocating_compressor.jpg
Reciprocating_compressor_Components.jpg
Piston.jpg
Piston_1.jpg
Connecting_Rod.jpg
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Read_Valve.jpg
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Screw_Compressor.jpg
Screw_Comp._Cycle.jpg
Scroll_Compressor.jpg
Scroll_Comp._Mechanism.jpg
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Un-Loader.jpg
Suction_Refr..jpg
Oil_Cycle.jpg
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By-Pass.jpg
Rotary_Compressor_Quantity.jpg
# by | 2009/11/02 21:39 | 공조냉동 | 트랙백 | 덧글(0)
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