뜰 앞의 잣나무

제 6 장 팽창밸브 (Expansion Valve)

   고온 · 고압의 냉매액을 증발기에서 증발하기 쉽도록 교축작용에 의하여 단열팽창(교축)시켜 저온 · 저압으로 낮춰주는 작용을 하는 동시에 냉동부하(증발부하)의 변동에 대응하여 냉매량을 조절한다.

Ⅰ. 팽창밸브의 종류

1. 수동 팽창밸브 (Manual Expansion Valve : MEV)


   ① 주로 암모니아 건식 증발기에 사용한다.
   ② 자동팽창밸브의 고장시를 대비하여 바이패스 팽창밸브로 사용한다. 일반적으로 스톱밸브와 동일한 형태이나 침변의 변화가 더욱 세밀하여 미량이라도 조절할 수 있으며 일반적으로 1/4회전 이상은 돌리지 않는다.

   팽창밸브 용량 : 변좌(밸브시트)의 오리피스 지름

2. 모세관 (Capillary Tube)
   밸브가 아닌 0.8~2 ㎜ 정도의 가늘고 긴 모세관을 이용하여 모세관 전후의 압력차에 의해 팽창작용을 하며 냉매량 조절은 불가능하다.
   ① 모세관 전후에 밸브가 없으므로 정지시 고 · 저압이 균형을 이루어 기동시 압축기의 부하가 적어진다.
   ② 가정용 소형 냉동기나 창문형 에어콘 등 소형에 사용한다.
   ③ 건조기와 스트레이너가 반드시 필요하다.
   ④ 유량조절밸브가 없으므로 냉매 충전량이 정확해야 한다.

   모세관의 압력강하 : 길이에 비례하고 지름에 반비례한다.

3. 정압식 팽창밸브 (Automatic Expansion Valve : AEV)


   증발기 내의 압력이 상승하면 닫히고, 증발압력이 저하하면 열려 팽창작용을 한다.
   ① 증발기 내의 압력을 일정하게 유지시킨다.
   ② 부하에 따른 냉매량 제어가 불가능하다(부하변동에 반대로 작동).
   ③ 냉동부하의 변동이 적을 때 또는 냉수, 브라인 등의 동결 방지용으로 사용된다.

4. 온도식 자동 팽창밸브 (Thermal Expansion Valve : TEV)
   증발기 출구에 감온통을 설치하여 감온통에서 감지한 냉매가스의 과열도가 증가하면 열리고, 부하가 감소하여 과열도가 적어지면 닫혀 팽창작용 및 냉매량을 제어하는 것으로 가장 많이 사용한다.
(1) 특징
   ① 주로 프레온 건식 증발기에 사용한다.
   ② 냉동부하의 변동에 따라 냉매량이 조절된다.
   ③ 본체구조에 따라 벨로우즈식과 다이어프램식이 있다.
   ④ 감온구 충전방식에 따라 가스충전식, 액충전식, 크로스충전식이 있다.
   ⑤ 팽창밸브 직전에 전자밸브를 설치하여 압축기 정지시 증발로 액이 유입되는 것을 방지한다.
(2) 종류


   ① 내부균압형
      ㉠ P₁> P₂+ P₃→ 냉동부하 증대 : 팽창밸브 열림
      ㉡ P₁< P₂+ P₃→ 냉동부하 감소 : 팽창밸브 닫힘
            P₁: 과열도에 의해 다이아프램에 전해지는 압력
            P₂: 증발기내 냉매의 증발압력
            P₃: 조절나사에 의한 스프링 압력
   ② 외부균압형
      ㉠ 설치목적 : 증발관내의 압력강하가 크면(0.14 ㎏ / ㎠ 이상) 증발기 출구 온도가 입구온도보다 낮아져 과열도가 감소되므로써 팽창변이 적게 열리게 되어 냉매 순환량의 감소로 인한 냉동능력의 감소를 초래하게 되므로 이를 해소하기 위해 설치한다.
      ㉡ 설치위치 : 증발기 출구 감온통 부착위치 넘어 압축기 흡입관
     ㉢ 설치경우 : 증발기 코일내 압력강하가 0.14 ㎏ / ㎠ 이상시 채택한다.

   냉매 분배기(Distributor) : 직접팽창식 증발기에서 증발기 입구에 설치하여 냉매공급을 균등하게 하기 위해 설치

(3) 감온통의 설치
   ① 증발기 출구측 가까이 흡입관과 수평으로 설치한다.
   ② 흡입관경이 7/8" (20㎜) 이하일 때 : 흡입관의 수직상단
       흡입관경이 7/8" (20㎜) 초과일 때 : 흡입관 수평의 45 ˚ 하단
   ③ 감온통의 감도를 좋게 하려면 흡입관과 단단히 밀착하여 고정시킨다.
   ④ 흡입관에 트랩이 있는 경우는 트랩에 고여 있는 액으 영향을 받지 않게 하기 위해 트랩에서 가능한 멀리 설치한다.

5. 파이롯 온도식 자동 팽창밸브 (Pilot Expansion Valve)


   증발부하가 증가하면 감온통의 과열도가 증가하여 감온통 내의 가스가 팽창하므로 파이롯변의 다이아프램에 압력이 가해지면 밸브가 열리고, 이 때 작용하는 고압이 주팽창밸브 피스톤을 눌러 주 팽창변의 변좌도 열린다.

6. 저압측 플로우트 밸브 (Low Side Float Valve)


   ① 만액식 증발기에 사용한다.
   ② 부하 변도에 따른 증발기 저압측의 액면을 항상 일정하게 유지한다.
   ③ 밸브 전에 전자변을 설치하여 냉동기 정지시 냉매를 차단한다.
   ④ 액면은 쉘(Shell) 지름의 5/8 정도이다.
   ⑤ 부하 변동에 따른 신속한 유량 제어가 가능하다.
   ⑥ 증발기 내에 플로우트를 직접 띄우는 직접식과 별도로 플로우트실을 설치하여 부자를 띄우는 간접식이 있다.

7. 고압측 플로우트 밸브 (High Side Float Valve)


   ① 응축부하에 따라 응축기나 수액기의 액면을 일정하게 유지한다.
   ② 고압측 수액기의 액면이 높아져 플로우트 밸브가 올라가면 증발기로 냉매가 공급되고 액면이 낮아져 플로우트 밸브가 내려가면 냉매공급이 차단된다.
   ③ 고압측 수액기의 액면에 따라 작동되므로 증발부하 변동에 따른 냉매량의 조절을 불가능하다.
   ④ 고압측 부자변 사용시 증발기용량의 25%에 상당하는 액분리기를 설치하여야 한다.

   에어벤트 (Air Vent) : 플로우트실 상부에 불응축 가스가 고이면 플로우트실 압력이 높아져 플로우트가 뜨지 않아 냉매의 공급이 곤란해지므로 불응축 가스를 빠져나가게 하기 위하여 설치한다.

Ⅱ. 팽창밸브의 능력계산

   C₂= C₁/ {(P₁/ P₂)^0.3}
          C₂: 기준상태 이외의 냉동능력
          C₁: 기준상태에서의 냉동능력
          P₁: 기준상태에서의 고저압차 [㎏ / ㎠]
          P₂: 상태가 변화된 때의 고저압차 [㎏ / ㎠]

Manual_Expansion_Valve.jpg
Automatic_Expansion_Valve.jpg
Inner_Constant_Pressure_TEV.jpg
Outer_Constant_Pressure.jpg
Pilot_TEV.jpg
Low_Side_Float_Valve.jpg
High_Side_Float_Valve.jpg

제 5 장 응축기 (Condenser)

   압축기에서 토출된 고온 · 고압의 냉매가스를 상온 이하의 물이나 공기를 이용하여 냉매가스 중의 열을 제거하여 응축, 액화시키는 장치로 과열 제거, 응축 · 액화 · 과냉각의 3대 작용으로 이루어지며 공냉식과 수냉식, 증발식 등이 있다.

Ⅰ. 응축방식에 따른 분류

1. 공냉식 응축기
(1) 자연 대류식
   공기의 비중량차에 의한 순환 즉, 자연대류에 의해 응축시키는 방법으로 전열이 불량하여 Fin을 공기측에 부착하여 전열성능을 향상시킨다.
(2) 강제 대류식
   Fan이나 Blower(송풍기) 등을 이용하여 강제로 공기를 불어 응축시키는 방법이다.


(3) 특징
   ① 프레온용으로 주로 소형 (0.5~50RT)에서 사용한다.
   ② 관내에 냉매가스를 보내 공기와 열교환시켜 냉매를 응축시킨다.
   ③ 냉각수가 필요 없으므로 냉각수 배관 및 배수시설이 필요없다.
   ④ 응축온도가 수냉식에 비해 높고, 응축기 형상이 커진다(냉매와 공기의 온도차 15~20 ℃ 정도, 수냉식은 7~8 ℃ 정도).
   ⑤ 열통과율 20~25 ㎉ / ㎡ h ℃, 풍속은 2~3m/s, 전열면적은 12~15㎡ / RT 정도이다.

2. 수냉식 응축기
(1) 응축기의 종류
   ① 입형 쉘 앤 튜브식 응축기 (Vertical Shell & Tube Condenser)


      ㉠ 특징
         ⓐ 쉘(Shell)내에 여러개의 냉각관을 수직으로 세워 상하 경판에 용접한 구조이다.
         ⓑ Shell 내에는 냉매가, Tube 내로는 냉각수가 흐른다.
         ⓒ 냉각수가 흐르는 수실내에는 스월(Swirl)이 부착되어 냉각수가 관벽을 따라 흐른다(유효 냉각면적 증대).
         ⓓ 주로 대형의 암모니아 냉동장치에 사용한다.
         ⓔ 열통과율 750 ㎉ / ㎡ h ℃, 냉각수량 20 ℓ / min · RT로 수량이 풍부하고 수질이 좋은 곳에 사용한다.
      ㉡ 장점
         ⓐ 대용량이므로 과부하에 잘 견딘다.
         ⓑ 운전 중 냉각관 청소가 용이하다.
         ⓒ 설치면적이 적게 들고, 옥외설치가 가능하다.
      ㉢ 단점
         ⓐ 수냉식 응축기 중에서 냉각수 소비량이 가장 많다.
         ⓑ 냉매와 냉각수가 평행으로 흐르므로 과냉각이 어렵다.
         ⓒ 냉각관 부식이 쉽다.
   ② 횡형 쉘 앤 튜브식 응축기 (Horizontal Shell & Tube Condenser)


      ㉠ 특징
         ⓐ Shell 내에는 냉매가, Tube 내로는 냉각수가 역류되어 흐르도록 되어 있다.
         ⓑ 입 · 출구에 각각의 수실이 있으며, 판으로 막혀있다.
         ⓒ 콘뎅싱 유니트 (Condensing Unit) 조립에 적합하다.
         ⓓ 프레온 및 암모니아에 관계없이 소형, 대형에 사용이 가능하다.
         ⓔ 열통과율 900 ㎉ / ㎡ h ℃, 냉각수량 12 ℓ / min · RT로 냉각탑(Cooling Tower)와 함께 사용할 수 있다.
         ⓕ 수액기 역할을 할 수 있으므로, 수액기를 겸할 수 있다.
      ㉡ 장점
         ⓐ 전열이 양호하며 입형에 비해 냉각수가 적게 든다.
         ⓑ 설치장소가 협소해도 된다.
         ⓒ 능력에 비해 소형, 경량화가 가능하다.
      ㉢ 단점
         ⓐ 과부하에 견디지 못한다.
         ⓑ 냉각관 부식이 쉽다.
         ⓒ 냉각관 청소가 어렵다.
   ③ 2중관식 응축기 (Double Tube Condenser)


      ㉠ 특징
         ⓐ 내관과 외관 2중관으로 제작되어 중소형이나 패키지 에어콘에 주로 사용한다.
         ⓑ 내축관에 냉각수, 외측관에 냉매가 있어 역류하므로 과냉각이 양호하다.
         ⓒ 열통과율 900 ㎉ / ㎡ h ℃, 냉각수량 10~12 ℓ / min · RT로 냉각수가 적게 든다.
      ㉡ 장점
         ⓐ 고압에 잘 견딘다(관경이 작으므로).
         ⓑ 냉각수량이 적게 든다.
         ⓒ 과냉각이 우수하다.
         ⓓ 구조가 간단하고, 설치면적이 적게 든다.
      ㉢ 단점
         ⓐ 냉각관 청소가 어렵다.
         ⓑ 냉각관의 부식 발견이 어렵다.
         ⓒ 냉매의 누설 발견이 어렵다.
         ⓓ 대형에는 관이 길어지므로 부적합하다.
   ④ 7통로식 응축기 (7 Pass Shell & Tube Condenser)


      ㉠ 특징
         ⓐ 1개의 Shell 내에 7개의 Tube가 내장되어 있다.
         ⓑ Shell 내에는 냉매가, Tube 내로는 냉각수가 흐른다.
         ⓒ 암모니아 냉동장치에 주로 사용하며, 냉동능력에 따라 적당한 대수를 조립하여 사용할 수 있다.
         ⓓ 열통과율 1,000 ㎉ / ㎡ h ℃ (1.3 m/s), 냉각수량 10~12 ℓ / min · RT 정도이다.
      ㉡ 장점
         ⓐ 전열이 가장 우수하다.
         ⓑ 벽면 설치가 가능하여 설치면적이 적게 든다.
         ⓒ 호환성이 있어 수리가 용이하다.
         ⓓ 냉동능력에 따라 조립사용이 가능하다.
      ㉢ 단점
         ⓐ 운전 중 냉각관 청소가 어렵다.
         ⓑ 구조가 복잡하여 설비비가 비싸다.
         ⓒ 압력강하 때문에 1대로 대용량의 것을 제작하기 어렵다.
   ⑤ 쉘 앤 코일식(지수식) 응축기 (Shell & Coil Condenser)


      ㉠ 특징
         ⓐ 원통내에 나선모양의 코일이 감겨져 있는 구조이다.
         ⓑ Shell 내에는 냉매가, Tube 내로는 냉각수가 흐른다.
         ⓒ 소용량의 프레온 냉동장치에 사용한다.
         ⓓ 열통과율 500~900 ㎉ / ㎡ h ℃ (1.3 m/s), 냉각수량 12 ℓ / min · RT 정도이다.
      ㉡ 장점
         ⓐ 소형이므로 경량화할 수 있다.
         ⓑ 제작비가 적게 든다.
         ⓒ 냉각수량이 적게 든다.
      ㉢ 단점
         ⓐ 냉각관 청소가 어렵다.
         ⓑ 냉각관의 교환이 어렵다.
   ⑥ 대기식 응축기 (Atmospheric Condenser)


      ㉠ 특징
         ⓐ 물의 현열과 증발잠열에 의해 냉각된다.
         ⓑ 하부에 가스입구가 있고, 응축된 냉매액은 냉각관 중간에서 수액기로 보내진다.
         ⓒ 상부 스프레이 노즐(Spray Nozzle)에 의해 냉각수가 고르게 산포된다.
         ⓓ 겨울철에는 공냉식으로 사용이 가능하다.
         ⓔ 암모니아용 중 · 대형의 냉동장치에 주로 사용한다.
         ⓕ 열통과율 600 ㎉ / ㎡ h ℃ (1.3 m/s), 냉각수량 15 ℓ / min · RT 정도이다.
      ㉡ 장점
         ⓐ 대기중에 노출되어 있어 냉각관의 청소가 용이하다.
         ⓑ 수질이 나쁜 곳에서도 사용이 가능하다.
         ⓒ 대용량 제작이 가능하다.
      ㉢ 단점
         ⓐ 관이 길어지면 압력강하가 크다.
         ⓑ 냉각관의 부식이 크다.
         ⓒ 횡형에 비해 냉각수 소비가 많다.
        ⓓ 설치장소가 넓어야 한다.

3. 증발식 응축기 (Evaporative Condenser : Eva-Con)


(1) 특징
   ① 물의 증발잠열을 이용하므로 냉각수 소비량이 적다(물회수율 95%).
   ② 외기의 습구온도 영향을 많이 받는다(습도가 높으면 물의 증발이 어려워 응축능력이 감소한다).
   ③ 관이 가늘고 길기 때문에 냉매의 압력강하가 크다.
   ④ 겨울철에는 공냉식으로도 사용이 가능하다.
   ⑤ 주로 암모니아 냉동장치와 중형의 프레온 냉동장치에 사용한다.
   ⑥ 열통과율 200~280 ㎉ / ㎡ h ℃ (1.3 m/s), 전열면적 1.3~1.5 ㎡ / RT, 순환수량 8 ℓ / min · RT이고, 보충수량은 0.1~0.16 ℓ / min · RT 정도이다.
   ⑦ 펌프, 팬, 노즐 등의 부속설비가 많다.
(2) 장점
   ① 냉각수가 가장 적게 든다.
   ② 옥외설치가 가능하다.
   ③ 냉각탑을 별도로 설치하지 않아도 된다.
(3) 단점
   ① 일반 수냉식에 비해 전열이 불량하다.
   ② 옥탑이나 지상 설치로 배관이 길어져 압력강하가 크다.
   ③ 청소 및 보수가 어렵다.
   ④ 구조가 복잡하고, 설비비가 비싸다.

      엘리미네이터 (Eliminator) : 냉각관에서 산포되는 냉각수의 일부가 배기와 함께 대기중으로 날아가는 것을 방지하여 냉각수소비량을 최소화하기 위하여 냉각탑 배기부분에 설치하는 장치

      ① 열통과율이 가장 좋은 응축기 : 7통로식 응축기
      ② 냉각수가 가장 적게 드는 응축기 : 증발식 응축기
      ③ 대기의 습구온도에 영향을 받는 응축기 : 증발식, 대기식 응축기

Ⅱ. 응축기에서의 계산

1. 응축기 방열량 (응축부하 : Q₁)
   응축기에서 냉매가 물이나 공기를 통해서 시간당 방출하는 열량 (㎉ / h)
(1) 냉동장치에서의 계산
    Q₁= Q₂+ Aw             Q₁: 응축부하 [㎉ /h], Q₂: 냉동능력[㎉ /h], Aw : 압축열량 [㎉ /h]
(2) 방열계수에 의한 계산
    Q₁= Q₂* C

      방열계수 : 응축기 방열량과 증발기 흡입열량과의 비
      C = Q₁/ Q₂= 1.2 ~ 1.3 [냉장 · 공조 : 1.2, 제빙 · 냉동 : 1.3]

(3) 냉매순환량에 의한 계산
    Q₁= G * q₁= G(i(b) - i(e))
                        G   : 냉매순환량 [㎏ / h]
                        q₁ : 냉매 1 ㎏당 응축기 방열량 [㎉ / ㎏]
                        i(b) : 응축기 입구 냉매가스의 엔탈피 [㎉ / ㎏]
                        i(e) : 응축기 출구 냉매가스의 엔탈피 [㎉ / ㎏]
(4) 수냉식응축기에서의 계산
    Q₁= w * C * Δt = w * C * t(w₂ - w₁)
                        w  : 냉각수량 [㎏ /h]
                        C  : 냉각수 비열 [㎉ / ㎏ ℃]
                        Δt  : 냉각수 입 · 출구 온도차 [℃]
(5) 공냉식 응축기에서의 계산
    Q₁= G(A) * C * Δt
         = Q(A) * r * C * Δt
         = Q(A) * 1.2 * 0.24 * Δt
         = 0.29 * Q(A) * Δt
                      G(A) : 냉각풍량 [㎏ / h]
                      Q(A) : 소요풍량 [㎥ / h]
                      r       : 공기의 비중량 [1.2 ㎏ / ㎥]
                      C      : 공기의 비열 [0.24 ㎉ / ㎏ ℃]
                      Δt     : 냉각공기의 입 · 출구 온도차 [℃]

      공냉식 응축기에서의 소요풍량 (Q(A) : ㎥ / h)
         Q(A) = Q₁/ (0.29 * Δt)

(6) 열통과율에 의한 계산
    Q₁= K * F * Δt(m)
            K        : 열통과율 [㎉ / ㎡ h ℃]
            F        : 전열면적 [㎡]
            Δt(m) : 냉매와 냉각수 온도차 (= 응축온도 - 냉각수 평균온도) [℃]

      ① 산술 평균 온도차 (Δt(m))
          Δt(m) = [(t₁ - tw₁) + (t₁ - tw₂)] / 2
                   = t₁- [(tw₁ + tw₂) / 2]
          [t₁: 응축온도, tw₁: 냉각수 입구온도, tw₂: 냉각수 출구온도]
      ② 대수 평균 온도차 (LMTD : Logarithmic Mean Temperature Difference)
          LMTD = (Δt₁ - Δt₂) / {2.3 log(Δt₁/ Δt₂)} = (Δt₁- Δt₂) / ln(Δt₁/ Δt₂)
          [Δt₁: 응축온도 - 냉각수 입구온도, Δt₂: 응축온도 - 냉각수 출구온도]
      ③ 냉각관의 길이 (L : m)
          F = πDL
          L = F / πD [L : 냉각관의 길이 [m], D : 냉각관의 지름 [m], F: 전열면적 [㎡]]

2. 응축온도(t₁)의 계산
   W * C * Δt = K * F * (t₁- (tw₁ + tw₂) / 2) 에서
   t = (W * C * Δt) / (K * F) + (tw₁ + tw₂) / 2

Ⅲ. 냉각탑 (Cooling Tower)

   수냉식 응축기에서 냉매를 응축 액화시키고 열을 흡수하여 온도가 높아진 냉각수를 공기와 접촉시켜 물의 증발잠열을 이용하여 냉각수를 재생시키는 장치이다.

(1) 특징
   ① 물이 풍부하지 못한 곳이나, 냉각수를 절약하고자 할 때 사용한다.
   ② 증발식 응축기(Eva-Con)의 원리와 비슷하다.
   ③ 냉각탑의 냉각효과는 외기습구 온도의 영향을 받으며 외기습구온도는 냉각탑 출구수온보다 낮으며, 냉각수는 외기습구 온도보다 낮게 냉각시킬 수 없다.
(2) 물과 공기의 접촉 유수방향에 의한 분류
   ① 직교류형 (Cross Flow Type)
       물과 공기가 서로 직각이 되어 흐르면서 냉각되는 방식으로 구조가 간단하고, 보수 점검이 쉽고, 여러대를 배열하기가 용이하다.
   ② 대향류형 (Counter Flow Type)
       물과 공기가 서로 반대방향으로 흐르면서 냉각되는 방식으로 냉각효율이 높고, 대 · 소용량에 널리 사용된다.
   ③ 병류형
       물과 공기가 같은 방향으로 흐르면서 냉각되는 방식으로 효율이 떨어져 거의 사용되지 않는다.
(3) 냉각탑의 냉각능력
   ① 냉각탑에서의 제거열량
       Q(ct) = w * C * Δt = w * C * 쿨링레인지
       [Q(ct) : 냉각탑의 냉각능력 [㎉ / h], w : 냉각수 순환수량 [㎏ / h], C : 냉각수 비열 [㎉ / ㎏ ℃], Δt : 냉각수 입 · 출구 온도차 [℃]]



      쿨링 레인지와 쿨링 어프로치
         ① 쿨링레인지 (Cooling Range)
             = 냉각수 입구온도 - 냉각수 출구온도 (냉각탑에서 냉각되는 수온)
         ②  쿨링 어프로치(Cooling Approach)
             = 냉각수 출구온도 - 냉각탑 입구 공기의 습구온도 (냉각수가 최저온도에 얼마나 접근하는가의 정도)
         ③ 쿨링레인지는 클수록, 쿨링 어프로치는 작을수록 냉각탑의 냉각능력이 우수하다.

(4) 1냉각톤
   ① 조건 : 입구공기의 습구온도 : 27 ℃
   ② 냉각수 입구수온 : 37 ℃
   ③ 냉각수 출구수온 : 32 ℃
   ④ 냉각수 순환수량 : 13 ℓ / min · 냉각톤
       Q(ct) = w * C * Δt = 13 * 60 * 1 * 1 * (37 - 32) = 3,900 [㎉ / h]
(5) 증발식 응축기 및 냉각탑의 보급수량 결정
   ① 냉각을 위해 소비되는 증발수량
   ② 캐리오버 (Carry Over) : 송풍기나 팬에 의해 밖으로 날아가는 수량(水量)
   ③ 블로우 다운 (Blow Down) : 냉각수 중 불순물에 의해 생성된 고형물 등을 드레인, 오버플로우 시키는 수량(水量)
   ④ 메이크 업 (Make Up) : Carry Over나 Blow Down에 의해 손실되는 수량만큼 보충시켜 주는 냉각수량
(6) 냉각탑 설치시 주의사항
   ① 먼지가 적고, 고온의 배기에 영향을 받지 않는 장소에 설치한다.
   ② 공기의 유통이 좋고, 인접 건물에 영향을 주지 않는 장소에 설치한다.
   ③ 냉동기로부터 가깝고, 설치 및 보수, 점검이 용이한 장소에 설치한다.
   ④ 팬이나 물의 낙차로 인한 소음으로 주위에 피해가 되지 않는 장소에 설치한다.
   ⑤ 2대 이상을 설치할 때 상호 2m 이상의 간격을 유지한다.

Small_Air-Cooling_Condenser.jpg
Vertical_Shell_And_Tube_Con..jpg
Horizontal_Shell_And_Tube_Con..jpg
Double_Tube_Con..jpg
7Pass_Con..jpg
Shell_And_Coil_Con..jpg
Atmospheric_Con..jpg
Eva-Con.jpg
CR_and_CA.jpg

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.


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.

(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

         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.

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
   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
Piston.jpg

제 3 장 냉매 (Refrigerant)

   냉동 사이클을 순환하는 동작유체로서 저온의 열을 흡수하여 고온부로 운반, 이동시키는 순환 및 동작물질을 냉매라 한다.

Ⅰ. 냉매의 구비조건

1. 물리적 조건
   ① 저온에서도 대기압 이상의 압력에서도 쉽게 증발할 것
       R-12 : -29.8 ℃ > NH₃: -33.3 ℃ > R-22 : -40.8 ℃ > R-13 : -81.5 ℃
   ② 임계온도가 높고 상온에서 쉽게 액화할 것
   ③ 응고온도가 낮을 것
       NH₃: -77.7  ℃ > R-12 : -158.2 ℃ > R-22 : -160 ℃ > R-13 : -181 ℃
   ④ 증발 잠열이 클 것 (1 RT당 냉매순환량이 적어진다)
       NH₃: 313.5 ㎉ / ㎏ > R-22 : 51.9 ㎉ / ㎏ > R-12 : 38.57 ㎉ / ㎏
   ⑤ 냉매액은 비열이 작을 것
       NH₃: 1.156 ㎉ / ㎏ · ℃ > R-22 : 0.335 ㎉ / ㎏ · ℃ > R-12 : 0.243 ㎉ / ㎏ · ℃
   ⑥ 비열비가 작을 것 (비열비가 작을수록 압축 후의 토출가스 온도 상승이 적다)
       NH₃: 1.313 (98 ℃) > R-22 : 1.184 (55 ℃) > R-12 : 1.136 (37.8 ℃)
   ⑦ 점도와 표면장력이 작고, 전열이 양호할 것
       전열이 양호한 순서 : NH₃> H₂O > Freon > Air
   ⑧ 누설시 발견이 용이할 것
   ⑨ 절연내력이 크고, 전기절연물을 침식시키지 않을 것
       R-12 : 2.4 > R-22 : 1.3 > NH₃: 0.83 (N₂를 1로 기준)
   ⑩ 가스의 비체적이 적을 것
   ⑪ 패킹재료에 영향이 없을 것
      ㉠ 암모니아 : 천연고무 및 석면 사용
      ㉡ 프레온 : 특수고무, 합성고무 사용
   ⑫ 윤활유와 혼합되어도 냉동작용에 영향을 주지 않을 것
   ⑬ 가스 비중이 적을 것 (터보압축기는 제외)

2. 화학적 조건
   ① 화학적 결합이 안정하여 분해되지 않을 것
   ② 불활성이고, 금속을 부식시키지 않을 것
   ③ 인화 및 폭발성이 없을 것

3. 생물학적 조건
   ① 독성 및 자극성이 없을 것
   ② 인체에 무해하고, 누설시 냉장품에 손상이 없을 것
   ③ 악취가 없을 것

4. 경제적 조건
   ① 가격이 저렴할 것
   ② 소요동력이 적게 들 것
   ③ 자동운전이 용이할 것

Ⅱ. 냉매의 종류

1. 1차 냉매 (직접 냉매)
   냉동장치를 직접 순환하면서 잠열 상태로 열을 운반하는 냉매
   [예] NH₃, 프레온 (R-12, R-22, R-500 등), SO₂, CO₂

2. 2차 냉매 (간접냉매, 브라인)
   냉동장치 밖을 순환하면서 감열 상태로 열을 운반하는 냉매
   [예] 유기질 브라인, 무기질 브라인 등

Ⅲ. 냉매의 성질

1. 암모니아 (NH₃: R-717)
(1) 특성
   ① 가연성, 폭발성, 독성, 자극성의 악취가 있다(독성 : SO₃> NH₃> Freon).
   ② 대기압에서의 끓는점 : -33.3 ℃, 어는점 : -77.7 ℃
   ③ 냉동효과와 증발잠열이 크다.
   ④ 비열비 (Cp/Cv)가 1.313(토출가스온도 : 98 ℃)으로 커 토출가스온도가 높아 워터자켓(Water Jacket)을 설치하여 실린더를 수냉각해야 한다.
   ⑤ 동(銅) 및 동(銅)을 62 %이상 함유하는 동합금을 부식시킨다.
   ⑥ 패킹은 천연고무와 이스베스토스(석면)를 사용한다.
   ⑦ 전기절연물을 열화, 침식시키므로 밀폐형 압축기에 사용할 수 없다.
   ⑧ 오일보다 가볍다(비중의 순서 : Freon > H₂O > Oil > NH₃).
   ⑨ 윤활유는 서로 용해하지 않으나, 윤활유가 열화 및 탄화되므로 불리하여 배유시킨다.
   ⑩ 수분은 암모니아와 용해가 잘 되므로 수분이 동결되지는 않지만 수분 1% 침입시 증발온도 0.5 ℃씩 상승한다.
   ⑪ 유탁액(에멀전) 현상 : 암모니아에 다량의 수분이 용해되면 NH₄(OH) [수산화암모늄]이 생성되어 윤활유를 미립자로 분리시키고, 우유빛으로 변색시키는 현상으로 윤활유의 기능이 저하된다.

2. 프레온 (Freon)
(1) 프레온의 성질
   ① 열에 대하여 안정하지만 800℃ 이상의 화염과 접촉하면 포스겐 (COCl₂) 가스가 발생한다.
   ② 불연성이고 독성이 없다.
   ③ 무색, 무취이므로 누설시 발견이 어렵다.
   ④ 비열비가 크지 않아 토출가스온도가 높지 않다(R-12 : 37.8℃, R-22 : 55℃).
   ⑤ 대체로 끓는점과 어는점이 낮다.
       끓는점 R-12 : -29.8 ℃, R-22 : -40.8 ℃, R-13 : -81.5 ℃
       어는점 R-12 : -158.2 ℃, R-22 : -160 ℃, R-13 : -181 ℃
   ⑥ 전열이 불량하므로 Finned Tube를 사용하여 전열면적을 증대시킨다.
   ⑦ 전기절연내력이 양호하므로 밀폐형 냉동기의 냉매로 사용할 수 있어 설치면적이 적어 소형화가 가능하다.
   ⑧ 마그네슘 및 마그네슘을 2% 이상 함유한 Al합금을 부식시킨다(염화메틸 : Al, Mg, Zn과 이들 합금을 부식시킨다).
   ⑨ 윤활유와의 관계
      ㉠ 윤활유와 용해도가 큰 냉매 : R-11, R-12, R-21, R-113, R-500
      ㉡ 윤활유와 용해도가 적고, 저온에서 분리되는 냉매 : R-13, R-14
      ㉢ 냉매와의 용해로 윤활유의 응고온도가 낮아져 저온부에서도 윤활이 양호하다.
      ㉣ 윤활유의 점도가 낮아진다.
      ㉤ 오일 포밍(Oil Foaming) 현상이 일어난다.
   ⑩ 수분과의 영향
      ㉠ 수분과는 용해되지 않으므로 팽창밸브를 동결 폐쇄시킨다(팽창밸브 직전에 드라이어를 설치하여 수분을 제거한다).
      ㉡ 산(HCl, HF)을 생성하여 금속 또는 장치 부식이 촉진된다.
      ㉢ 동(銅)부착 현상이 일어날 수 있다.
(2) 프레온 냉동장치에서의 현상
   ① 오일포밍 (Oil Foaming) 현상
      ㉠ 정의
          프레온계 냉동장치에서 압축기가 정지하고 있는 동안 크랭크 케이스내의 압력이 높아지고 온도가 저하하면 오일은 그 압력과 온도에 상당하는 양의 냉매를 용해하고 있다가 압축기 재기동시 크랭크 케이스내의 압력이 급격히 떨어지면서 오일과 냉매가 급격히 분리되어 유면이 약동하고 심한 거품이 일어나는 현상
      ㉡ 현상
          ⓐ 오일 햄머링(Oil Hammering)이 우려된다.
          ⓑ 응축기, 증발기로 Oil이 넘어가 전열을 방해한다.
          ⓒ 크랭크케이스내의 Oil 부족으로 활동부의 마모 및 소손을 초래한다.
      ㉢ 방지대책
          ⓐ 크랭크 케이스 내에 오일 히터를 설치
          ⓑ 터보 냉동기 : 무정전 히터를 설치
   ② 오일 햄머링 (Oil Hammering)
       오일 포밍 등이 발생하게 되면 실린더내로 다량의 오일이 올라가 오일을 압축하게 되는데 오일은 비압축성이므로 실린더 헤드부에서 충격음이 발생하게 되며, 이러한 현상이 심하면 압축기가 손상된다.
   ③ 동부착 (Copper plating) 현상
       프레온 냉동장치에서 수분과 프레온이 작용하여 산이 생성되고, 나아가 침입한 공기 중의 산소와 반응된 다음 냉매 순환 계통중의 동을 침식시키고, 침식된 동이 냉동장치를 순환하다가 압축기 고온부(실린더, 피스통)에 동(銅)이 부착되는 현상

     동부착 (Copper plating) 현상이 일어날 수 있는 조건
        ① 수소분자가 많은 냉매일수록 [예 : R-40 (CH₃Cl : 메틸클로라이드)]
        ② 장치 중에 수분이 많을수록
        ③ Oil 중에 왁스 성분이 많이 함유되었을 때
        ④ 압축기의 피스톤, 실린더와 같은 고온부일수록 부착이 잘된다.

Ⅳ. 프레온계 냉매의 구성

1. 구성
(1) 탄화수소계 냉매
   ① 메탄계(CH₄) 냉매 : 4개의 H 대신 할로겐원소와 치환된 냉매
   ② 에탄계(C₂H₆) 냉매 : 6개의 H 대신 할로겐원소와 치환된 냉매
(2) 표기순서 : C → H → Cl → F

2. 표기방법
(1) 메탄계(십단위) 냉매
    C H Cl F₂(R-22)
   ① C의 숫자가 1일 때는 메탄계로써 냉매번호는 십의 자리수 냉매이다.
   ② 일의 자리인 F의 수가 2개이므로 R-X2로 표시된다.
   ③ 십의 자리인 H의 수가 1개이므로 (H수 + 1 = 1 + 1) 로서 R-22로 표시된다.
   ④ 메탄계일 때는 C 이외의 원소수가 4개가 되도록 Cl(오존층 파괴의 주범으로 신냉매는 염소를 완전히 제거한 것을 사용한다. 이럴 경우 효율이 3~5% 정도 떨어진다)로 맞추어 채운다.



(2) 에탄계(백단위) 냉매
    C₂H Cl₂ F₃(R-123)
   ① C의 숫자가 2일 때는 에탄계로써 냉매번호는 백의 자리수 냉매이다.
   ② 일의 자리인 F의 수가 3개이므로 R-1X3로 표시된다.
   ③ 십의 자리인 H의 수가 1개이므로 (H수 + 1 = 1 + 1) 로서 R-123로 표시된다.
   ④ 에탄계일 때는 C₂이외의 원소수가 6개가 되도록 Cl(오존층 파괴의 주범으로 신냉매는 염소를 완전히 제거한 것을 사용한다. 이럴 경우 효율이 3~5% 정도 떨어진다)로 맞추어 채운다.




Ⅴ. 각 프레온 냉매의 특성

1. R-11
   끓는점이 높고 저압의 냉매로서 가스의 비중이 커 공조용인 터보 냉동기의 냉매, 100RT이상의 대용량 공기조화용으로 브라인으로 사용되며 오일을 잘 용해하므로 R-113과 함께 냉동장치 세척용으로 많이 사용한다.

2. R-12
   프레온 냉매 중 가장 먼저 개발된 것으로 소형 가정용 냉장고에서 대형 냉동기까지 저온에서 고온까지 광범위하게 사용되고 있으며 주로 왕복동식에 적합하나 대용량의 터보 냉동기에도 사용한다.

3. R-13
   끓는점이 대단히 낮고 어는점도 매우 낮아 2원 냉동장치의 저온측 냉매로 사용한다.

4. R-22
   R-12와 함께 소형에서 대형까지, 저온에서 고온, 단단에서 2단 압축까지 광범위하게 사용되는 냉매이다.

5. R-113
   저압냉매로서 R-11과 함께 주로 공조용 터보냉동기에 많이 사용한다.

6. R-114
   회전식 압축기용 냉매로서 소형에서 많이 사용한다.

7. R-134a
   R-12의 대체 냉매로서 끓는점은 26.5℃, 어는점은 -108℃로서 R-12에 비하여 냉동능력이 좋고, 토출가스온도는 약간 낮으며 거의 특성과 성질이 매우 비슷하고, R-12 냉동장치에 그대로 사용시 약 8% 정도의 냉동성능이 감소하며 현재 가정용냉장고나 자동차에어콘에 사용하고 있다.

Ⅵ. 공비 혼합냉매
    프레온 냉매 중 서로 다른 두가지 냉매를 적당한 중량비로 혼합하면 액체상태나 기체상태에서 처음 냉매들과는 전혀 다른 하나의 새로운 특성을 나타내게 되는 냉매(가 + 나 → 다)로서 R-500 단위로 시작된다.

1. R-500
   ① R-12의 능력을 개선할 때 사용한다(약 20% 냉동력 증대).
   ② 열에 대한 안정성이 양호하다.
   ③ 윤활유에 잘 혼합되며 절연내력이 크다.

2. R-501
   ① R-22와 같이 오일이 압축기로 돌아오기 힘든 냉매는 R-12를 첨가하여 사용함으로써 오일을 압축기로 잘 회수할 수 있게 된다..
   ② R-12에 R-22를 20% 정도 첨가하면 냉동능력은 약 30%정도 증가한다..

3. R-502
   ① R-22의 능력을 개선할 때 사용한다(약 13% 냉동력 증대).
   ② R-22보다 저온을 얻고자 할 때 사용된다.

4. R-503
   ① R-13의 능력을 개선할 때 사용한다.
   ② R-13보다 낮은 온도를 얻는데 유리하다.
   ③ R-13과 같이 2원 냉동장치의 저온용냉매로 이용된다.

Ⅶ. 냉매의 누설검사

1. 암모니아 (NH₃)
   ① 냄새(악취)
   ② 붉은 리트머스 시험지 → 파란색으로 변색
   ③ 페놀프탈레인지 → 붉은색으로 변색
   ④ 유황초(황산, 염산) → 하얀색연기 발생
   ⑤ 네슬러시약 → 소량누설 : 노란색, 다량누설 : 보라색

2. 프레온 (Freon)
   ① 비눗물 검사 → 기포발생
   ② 헬아이드토치 사용 → 불꽃색의 변화
      (사용연료 : 프로판, 부탄, 알콜 등)
      ㉠ 누설이 없을 시 → 파란색
      ㉡ 소량 누설 시 → 초록색
      ㉢ 다량 누설 시 → 보라색
      ㉣ 극심할 때 → 불이 꺼짐
   ③ 할로겐 전자누설 탐지기 사용

Ⅷ. 브라인 (Brine)
     2차 냉매(간접냉매)로 냉동장치 밖을 순환하면서 상태변화 없이 감열로서 열을 운반하는 동작유체


1. 브라인의 구비조건
   ① 열용량(비열)이 크고, 전열이 양호할 것
   ② 공정점과 점도가 낮을 것
   ③ 부식성이 없을 것
   ④ 어는점이 낮을 것
   ⑤ 누설시 냉장물품에 손상이 없을 것
   ⑥ 가격이 싸고, 구입이 용이할 것
   ⑦ pH값이 적당할 것 (7.5~8.2 정도)

     공정점 : 서로 다른 두 가지 물질을 용해할 경우 그 농도가 증가함에 따라 동결온도가 낮아지게 되는데 어느 일정한 한계의 농도에서는 더 이상 동결온도가 낮아지지 않는다. 이렇게 더 이상 낮아지지 않는 온도를 동정점이라고 한다.

2. 브라인의 종류
(1) 무기질 브라인
   ① 식염수 (NaCl)
      ㉠ 주로 식품냉동에 사용
      ㉡ 값은 싸나 무기질 브라인 중 부식력이 가장 크다.
      ㉢ 공정점 : -21.2 ℃
   ② 염화마그네슘(MgCl₂)
      ㉠ 부식성은 염화칼슘보다 높고, 현재는 거의 사용하지 않는다.
      ㉡ 공정점 : -33.6 ℃
   ③ 염화칼슘(CaCl₂)
      ㉠ 일반적으로 제빙, 냉장 및 공업용으로 가장 많이 사용된다.
      ㉡ 공정점 : -55 ℃, 사용온도 : -32 ℃ ~ -35 ℃
      ㉢ 흡수성이 강하고, 누설시 식품에 접촉되면 떫은 맛이 난다.
(2) 유기질 브라인 (고가이기 때문에 거의 사용하지 않는다)
   ① 에틸알콜 (C₂H₅OH)
      ㉠ 어는점 -114.5 ℃, 끓는점 : 78.5 ℃, 인화점 15.8 ℃
      ㉡ 인화점이 낮으므로 취급에 주의를 요한다.
      ㉢ 비중이 0.8로서 물보다 가볍다.
      ㉣ 식품의 초저온 동결(-100 ℃ 정도)에 사용할 수 있다.
      ㉤ 마취성이 있다.
   ② 에틸렌클리콜 (C₂H₆O₂)
      ㉠ 어는점 -12.6 ℃, 끓는점 : 177.2 ℃, 인화점 116 ℃
      ㉡ 물보다 무거우며(비중 1.1) 점성이 크고 단맛이 있는 무색의 액체이다.
      ㉢ 비교적 고온에서 2차냉매 또는 제상용 브라인으로 쓰인다.
   ③ 프로필렌글리콜
      ㉠ 어는점 -59.5 ℃, 끓는점 : 188.2 ℃, 인화점 107 ℃
      ㉡ 물보다 약간 무거우며(비중 1.04) 점성이 크고 무색, 독성이 거의 없는 무독의 액체이다.
      ㉢ 분무식 식품냉동이나, 약 50% 수용액으로 식품을 직접 침지한다.

3. 브라인의 금속부식 방지법
   ① 공기와 접촉하지 않도록 하여 산소가 브라인 중에 녹아들지 않는 순환방법을 채택한다.
   ② pH는 7.5~8.2 정도의 약알칼리성이 좋다.
   ③ 방식아연(16번 아연도금철판)을 부착한 철판을 사용한다.
   ④ 방청약품 사용
      ㉠ CaCl₂: 브라인 1ℓ당 중크롬산소다 1.6g을 첨가, 중크롬산소다 100g당 가성소다 27g씩 첨가
      ㉡ NaCl : 브라인 1ℓ당 중크롬산소다 3.2g을 첨가, 중크롬산소다 100g당 가성소다 27g씩 첨가

Ⅸ. 기타냉매

1. 암모니아 (NH₃) : R-717

2. 물 (H₂O) : R-718
   ① 흡수식 냉동장치의 냉매 또는 흡수제와 증기분사식 냉동장치의 냉매로 쓰인다.
   ② 0℃ 이하의 저온에서는 사용이 불가능하다.

3. 공기 (Air) : R-729
   ① 공기 압축식 냉동장치의 냉매로 쓰인다.
   ② 항공기의 냉방과 같은 특수한 목적의 냉방용 냉동기와 냉방에 이용된다.

4. 탄산가스 (CO₂) : R-744
   ① 임계온도가 31 ℃로 낮아 응축이 힘들다.
   ② 불연성이다.
   ③ 오일과는 잘 용해되지 않는다.
   ④ 동일 냉동능력당 동력소비가 크고 성적계수가 나쁘다.

5. 아황산가스 (SO₂) : R-764
   ① 독성이 가장 강하다(허용농도 5ppm)
   ② 암모니아와 접촉시 흰 연기가 발생한다.
   ③ 끓는점은 -10 ℃이고, -15 ℃에서 증발압력이 150mmHg이므로 외기침입의 우려가 있다.

6. 탄화수소 냉매
   ① 에탄(C₂H₆) : R-170
   ② 프로판(C₃H₈) : R-290
   ③ 부탄(C₄H₁₀) : R-600

Ⅹ. 냉매의 상해에 대한 구급방법

1. NH₃
   ① 눈에 들어간 경우
      물로 세척한 후 2%의 붕산액으로 세척하고, 유동파라핀을 2~3방울 점안한다.
   ② 피부에 묻은 경우
      물로 세척 후 피크린산용액을 바른다.

2. 프레온
   ① 눈에 들어간 경우
      살균광물유로 세척한다(2%의 살균광물유로 세척하거나, 5%의 붕산액으로 세척한다).
   ② 피부에 묻은 경우
      물로 세척 후 피크린산용액을 바른다.

Refrigerant_No.(R-1X).jpg
Refrigerant_No.(R-2X).jpg
Refrigerant_No.(R-11X).jpg
Refrigerant_No.(R-12X).jpg
Refrigerant_No.(R-13X).jpg
Brine_Cooler.jpg
Ref._Special_Quality.jpg
Mixed_Ref..jpg

제 02 장 냉동의 기본사항

Ⅰ. 냉동(Refrigeration)의 개요

1. 냉동의 정의
   일정한 공간이나 물체로부터 열을 제거하여 인공적으로 주위온도보다 낮게 유지하는 것
(1) 냉각 (Cooling)
     피냉각 물체로부터 열을 흡수하여 0 ℃ 이상의 온도로 그 물체가 필요로 하는 온도까지 낮추는 조작
(2) 냉장 (Cooling Storage)
     동결되지 않는 범위 내에서 열을 제거하여 저온(3-5 ℃) 상태로 일정시간을 유지시키는 조작
(3) 동결 (Freezing)
     -15℃ 정도 이하로 낮추어 물질을 얼리는 조작
(4) 제빙
     얼음의 생산을 목적으로 물을 얼리는 조작
(5) 냉방
     실내공기의 열을 제거하여 주위 온도보다 낮추어 주는 조작

2. 냉동의 방법
(1) 자연적인 냉동방법
     물질의 물리적인 자연현상을 이용하는 방법
     ① 고체(얼음)의 융해잠열을 이용하는 방법 : 큰 얼음을 방에 두면 얼음이 녹으면서 주위의 열을 뺏어 시원해짐
     ② 고체 CO₂(드라이아이스)의 승화잠열을 이용하는 방법 : 드라이아이스가 승화하면서 주위의 열을 뺏아 시원해짐
     ③ 액체의 증발잠열을 이용하는 방법 : 한여름 끓어오르는 아스팔트에 물을 뿌리면 물이 증발하면서 주위의 열을 뺏아 시원해짐
     ④ 기한제(起寒劑)를 이용하는 방법 : 맥주를 빨리 시원하게 하려면 얼음에 소금을 뿌린 후 맥주를 냉각시키면 됨
                                                        한겨울에 눈이 내린 도로에 염화칼슘을 뿌리면 어는 점이 -55 ℃ 정도로 낮아져 도로 결빙을 예방할 수 있음.

(2) 기계적인 냉동방법
     전력, 증기, 연료 등의 에너지를 이용하여 지속적인 냉동효과를 얻는 방법
     ① 증기 압축식 냉동기


         증기 압축식 냉동장치의 4대 요소 (압축 → 응축 → 팽창 → 증발)
            ㉠ 압축기 : 증발기에서 증발한 저온 저압의 냉매가스를 압축기로 흡입하여 압축하면 고온 고압의 과열증기 상태로 토출된다.
            ㉡ 응축기 : 과열된 냉매가스를 응축기로 유입하여 물 또는 공기와 열교환을 시키면 냉매는 고온 고압의 액체 상태가 된다.
            ㉢ 팽창밸브 : 액화된 고온 고압의 냉매액을 팽창밸브로 교축팽창시키면 저온, 저압의 냉매액 상태가 된다.
            ㉣ 증발기 : 저온, 저압의 액냉매는 증발기(냉각관)를 순환하면서 피냉각 물체로부터 열을 흡수하여 저온, 저압의 냉매가스로 증발되어 압축기로 흡입된다.
     ② 흡수식 냉동기
         기계적인 일을 사용하지 않고, 고온의 열(온수 및 수증기)을 이용하여 냉방하는 것으로 서로 잘 용해되는 두 가지 물질을 사용한다. 즉, 저온상태에서는 두 물질이 강하게 용해하나 고온에서는 두 물질이 분리되어 그 중 한 물질이 냉매 작용을 하여 냉방을 하는 것이다. 이 때 열을 운반하는 물질을 냉매라 하고, 이 가스를 용해하여 흡수하는 물질을 흡수제라 한다.

              냉 매                        흡수제
         NH₃(암모니아)           H₂O (물)
         H₂O (물)                LiBr (취화리튬)

     ③ 증기 분사식 냉동기
         증기 이젝터(ejector)로 증발기 내의 압력을 낮추어 물의 일부를 증발시키는 동시에 나머지 물은 냉각이 되는데 이 냉각된 물(냉수)을 냉동목적에 이용한다.
     ④ 전자냉동기 (열전냉동기)
         성질이 다른 두 금속을 접속시켜 직류전류를 흐르게 하면 접합부에서 열의 방출과 흡수가 일어나는 현상을 이용하여 저온을 얻는 방법, 즉 펠티어(Peltier) 효과를 이용한 것으로 열전냉동법이라 한다(Peltier 효과와 반대되는 현상을 제벡(Seebeck) 효과라고 한다. 제벡효과의 실례는 우주선이나 항공기 등에서 볼 수 있다).
         냉동용 열전 반도체 : 비스무트텔루르, 안티몬텔루르, 비스무트셀렌 등
     ⑤ 열펌프 (Heat Pump) : 열효율이 가장 높다.
         물은 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐른다. 다만 낮은 곳의 물을 높은 곳으로 이송시키려면 물펌프를 사용하여야 한다. 이와 마찬가지로 열도 고온에서 저온으로 흐르는 것이나 냉동기는 증발기(저온)에서 열을 흡수하여 증기가 된 냉매를 압축한 후 냉매증기를 응축기(고온)에서 물 또는 공기를 이용하여 열을 버리는 것으로서 열을 저온에서 고온으로 이송시키므로 물펌프와 비슷하여 이를 열펌프라고 한다. 물 펌프에서는 흡입수량과 토출수량이 같으나, 냉동기에서는 압축기가 행한 일의 열량이 가산된다.