[스크랩] 냉동-1

냉매 배관 시공법

냉동기의 냉매 배관은 시공법이 올바르지 못하면 냉동 장치의 기능이 저하하고, 냉동장치의 효능이 떨어진다.

1. 냉매 배관시 주의점 냉매 배관은 외부로의 누설이 없어야 하며, 불응축 가스의 침입이 없어야 한다. 또, 냉매에 의한 관의 부식이 없어야 하며, 냉매 압력에 충분히 견디는 강도를 가져야 한다.(루프형 신축 이음등)

2. 배출관의 시공 압축기와 응축기의 위치에 따라 (그림 8-13)과 같이 시공한다.

3. 액관 배관의 시공 응축기에서 증발기까지의 액관은 증발기가 응축기보다 아래에 있을 때 장치의 운전, 정지중에 냉매액이 증발기에 흘러 내리는 것을 방지하기 이해서,2m 이상의 역루프를 만들어 배관한다. 단, 증발기 입구에 전자밸브가 있을 때는 루프이음을 할 필요가 없다.

4. 외부 균압관의 시공 외부 균압관은 감온통이 있는 위치에서 약간 하류에 설치한다. 감 온통이나 균압관 (그림 8-15)의(a)와 같이 흘러오는 기름이나 냉매액의 영향을 받지 않는 위치에 설치하는데, 오일트랩이 없을 경우에는 그림 (b)와 같이 수평 배관부에 설치하는 것은 위험하다. 2개 이상의 증발기를 사용할 때는 (그림 8-15)의 (c)와 같이 접속한다. 그림 8-15 균압관 설치

냉매와 브라인

냉동 효과를 얻기 위하여 사용되는 모든 물질을 냉매라고 부르며, 특히 냉동기의 동작 유체를 1차 냉매라 하고, 냉동 효과로부터 얻어지 저온의 물이나 브라인(brine)을 2차 냉매라고 구분하기도 한다. 에어 핸들링 유닛의 냉수 코일에 공급되는 냉매는 2차 냉매에 해당한다. 현재 주로 사용되고 있는 냉매로는 암모니아와 불탄환 수소계가 있다. 불탄화 수소계 냉매는 탄소,수소, 불소, 염소 등으로 구성되어 있는데 이들의 혼합에 따라 여러 가지의 것이 있다. 왕복식에는 R-12,R-22,R-500 이용되고, 원심식에는 R-11, R-113,R-114가 주로 이용된다. 이들의 냉매를 총합하여 R계 냉매라 한다. 브라인은 증발기에서 증발하는 냉매의 냉동력을 피냉각품 혹은 냉장품에 전달하는 부동액이다. 냉매는 저온의 열을 잠열의 형태로 고온부에 운반하는데, 비하여, 브라인은 현열의 형태로 냉동력을 운반한다. 따라서 브라인은 냉매와 달리 그 상태가 변화되지 않고 언제나 액체상태이다. 브라인의 종류에는 물,염화칼슘 수용액, 식염수, 에틸렌글리콜 등이 있다. 이중 염화칼슘 수용액, 식염수 등은 금속에 대하여 부식성이 있으므로 이들 배관재료는 충분한 검토를 하여 선택하여야 한다.

1. 냉매의 구비조건 (1) 물리적 조건 ① 증발 압력이 낮아 진공으로 되지 않을 것. ② 응축 압력이 너무 높지 않을 것. ③ 증발 잠열 및 증기의 비열은 크고, 액체의 비열은 작을 것. ④ 임계 온도가 높고, 응고 온도가 낮을 것. ⑤ 증기의 비체적이 적을 것. ⑥ 누설이 어력고, 누설시는 탐지가 쉬울 것. (2) 화학적 조건 ① 안전하며, 변질하지 않을 것. ② 부식성이 없을 것. ③ 전기 저항이 크고, 열 전도율이 높을 것. ④ 점성 및 유동 저항이 적을 것. ⑤ 윤활유에 녹지 않을 것. ⑥ 무해ㆍ무독으로 인화, 폭발의 위험이 적을 것

2. 냉매의 종류와 특성 현재 사용되는 암모니아(NH₃)와 프레온계 냉매로 대별된다. 프레온계 냉매의 분자식은 일반적으로 CkHeC1mFn이란 형태로 표현되며 분자식의 k, ι, m,n의수치에 따라 냉매의 번호가 붙게 된다. 냉매라는 뜻의 R을 앞에 붙이고 1의 자리에 n,10의 자리에 ι+1,100의 자리에 k-1로 하여 번호를 붙인다. 또 2종의 프레온을 특정한 경우에 혼합하면 단일냉매와 같은 형태로 작용할 수 이는 것이 있는데 이것을 혼합냉매라 한다. 혼합냉매는 번호를 500대로 하며 순서에 따라,500,501,…등으로 표시한다. ① 암모니아 (NH₃) 널리 사용되는 냉매로서 식품의 냉동 제빙 등에 사용되며, 비교적 우수한 특성을 갖고 있으나 특성에 있어서 인체에 유해하므로 공기 조화에는 사용하지 않고, 응고점(-71℃)이 비교적 높으므로 극저온을 요하는 냉매로는 사용하지 않는다. ② R-11(CFCI₃) 냉매 가스의 중량이 무거우므로 터보 냉동기의 냉매로서 사용하고 있다. -70℃이하의 저온에서는 브라인으로도 사용한다. ③ R-12(CF₂CI₂) 응고 온도가 -155℃로 매우 낮고, 동일온도에 대한 포화압력이 암모니아에 비해 낮으므로(1/1.7정도) 냉동장치의 각 구조가 제작상 비교적 용이하며 광범위한 온도범위에 걸쳐 사용할 수 있다. 또한 R-12는 사염화탄소(CCI₂)와 같은 정도의 소화능력이 있으며 프레온계 냉내중에서 가장 안전하다. ④ R-13(CF₃CI) 빙점(-181℃)과 비점(-81.5℃)이 매우 낮고, 포화압력이 높기 때문에 R22와 조합하여 2원 냉동방식으로 -80℃~-120℃의 최저온 냉각을 할 경우 저단압축기에 사용된다. ⑤ R-14(CF₄) R-13으로도 얻을 수 없는 -100℃이하의 낮은 온도에 적당하고 ,임계온도가 -45.5℃이므로 단지 극저온용으로 국한한다. ⑥ R-21(CHFCI₂) 포화압력은 R-12의 중간정도이며, R-12로는 비굦거 높은 압력범위에 적용하면 효과적이다. ⑦ R-22(CHF₂CI) 프레온계 냉매중에는 열역학적 성질이 암모니아와 가자 비슷한 냉매로서 온도와 포화압력과의 관계는 서로 비슷하지만 R-22가 암모니아보다도 더 완만한 온도구배를 가지므로 압축비를 작게 할 수 있다. 또한 암모니아로는 도달할 수 없는 -80℃의 저온도를 얻을 수 있다. ⑧ R-113(C₂F₃CI₃) 터보 냉동기의 저압 냉매로서 소형 터보 냉동기에 적합하다. ⑨ R-114(C₂F₄CI₂) 압력은 R-11과 R-12의 중간으로 R-21보다 약간 높은 압력범위에서 사용한다. <표 8-4> 현재 사용되고 있는 주요 냉매의 종류 및 용도 명 칭 화 학 기 호 사용온도 범위 냉동기의 종류 용 도 R-11 R-12 R-22 R-113 R-114 R-500 암모니아 물 CCI₂F CCI₂F₂ CHCIF₂ C₃CI₃F₃ C₃CI₃F₄ CCI₂F₂(73.8%) CH₃CHF₂(26.2%) NH₃ H₂O 고 고ㆍ중ㆍ저 고ㆍ중ㆍ저ㆍ초저 고 고ㆍ중 고ㆍ중 중ㆍ저 고 터 보 식 왕복식ㆍ터보식 왕 복 식 터 보 식 더보식ㆍ왕복식 왕 복 식 왕복식ㆍ흡수식 흡수식ㆍ증기분사식 냉방용 냉방 ㆍ냉장ㆍ화학공업용,기타 일반냉장ㆍ냉장ㆍ화학공업용 기타 일반 냉방용 냉방ㆍ화학공업용 냉방ㆍ냉장용 제빙ㆍ냉장ㆍ화학공업용 냉방ㆍ화학공업용 ※ 고 : 0℃ 이상, 중 : 0~20℃, 저 : -20 ~ -60℃, 극저 : -60℃ 이하 변호가 작을수록 독성이 크다.

냉동장치

4. 팽창밸브( expansion valve) 수액기를 나온 냉매액은 팽창밸브를 통해 교축되어 조온ㆍ저압의 증발기로 공급된다. 교축과정에서는 냉매액 일부가 증발하여 습ㆍ증기 상태로 되며 증발에 따른 잠열의 소요로 습ㆍ증기의 온도는 그만큼 내려간다. 소형냉동기에서는 팽창밸브 대신에 모세관을 보통 많이 사용하며 증발기앞에 장착한다. 팽창밸브는 온도식, 압력자동식,플로트식, 모세관식 등이 있다. 그림 8-10 팽창 밸브

5. 냉각탑(cooling tower) 응축기의 냉각용수를 재냉각시키는 장치로서 건물의 옥상 등 통기가 잘 되는 곳에 설치한다. 이물과 공기의 비는 보통의 유인 통풍형 냉각탑에서 물이 1℃의 온도강하일 때는 0.2%의 증발이 일어나고 물이 튀어 나가는 경우도 있으므로 조금씩 보충해 주어야 한다. <표 8-3>냉각 장치의 냉각 효율(%) 최 소 보 통 최 대 분 무 지 30 40~50 60 냉 각 탑 자연통풍식 40 45~55 60 대 기 식 50 50~60 90 강제통풍식 50 55~75 93

냉동장치

1. 압축기(compressor) 압축기는 저압의 증발기로부터 냉매 가스를 흡입하여, 그 압력을 응축 압력까지 높이는 작용을 한다. 현재 사용하는 압축기의 기본 형식에는 왕복식, 로터리식, 스크로우식, 원심식 등이 있다. 또한 압축단의 수, 압축 행정의 수, 실린더의 수 및 그 배열에 따라서 여러가지로 분류한다. 그림 8-6 압축기

2. 응축기 (condenser) 응축기는 압축기를 빠져나온 고온ㆍ고압의 냉매 가스를 냉각하고 응축시키는 열교환기이다. 냉각방법으로는 수랭식,공랭식, 증발식의 3종류가 있다. ① 수랭식 응축기 수평형의 셀엔드 튜브(cell and tube)식이 널리 사용되고 있다. 튜브에 냉각수를 보내고, 냉매 가스를 상부에서 유입시키면 하부에 액체가 고이게 된다. ② 공랭식 응축기 핀코일(fin coil)에 냉매를 보내고 그외부에 송풍기로 바람을 보내어 냉각하는 방법이다. 주로 소형 냉동기에 사용된다. 물을 필요로 하지 않으므로 스케일이 부착되거나 동결될 염려가 없다. ③ 증발식 응축시 핀(fin)이 붙어 있는 응축코일 표면에 물을 살포하고 물의 증발점열을 이용하여 냉각하는 방법으로서 냉각탑과 응축기를 하나의 케이싱 안에 조립한 것이다. 겨울철에는 외기온도가 낮아 물을 사용하지 않고 공랭식으로 사용할 수 있다. 3. 증발기(evaporator) 증빌기는 응축기로 액화한 냉매액을 팽창 밸브를 통하여 증발시켜, 그 증발열을 이용하여 물 혹은 브라인을 냉각하는 냉각기이다. 이것은 냉각 코일로 냉매를 증발, 팽창시켜서 주위의 공기 또는 물에서 열을 흡수하는 방법으로, 직접 팽창식 냉각기라고도 한다. 냉각코일에는 ( 그림 8-8)과 같은 핀코일이 널리 사용된다. 브라인 또는 물을 냉매 증발기로 냉각하고 그 냉각된 브라인 또는 물로서 목적물에서 열을 흡수할 때에는 간접식 냉각기라 한다. 또한 팽창밸브로부터 냉매가 직접증발기로 들어가는 건식 증발기와, 팽창밸브를 나온 냉매를 일단 아큐뮬레이터에서 기액을 분리시키고 액체만을 증발기로 흐르게 하는 만엑식 증발기가 있다.(그림 8-9참조)

냉동기의 종류

3. 흡수식 냉동기 흡수식 냉동기는 일반적으로 냉매는 물, 흡수액은 취화리듐 수용액을 사용한다. 이 장치는 (그림 8-5)와 같이 진공 펌프등으로 감압한 냉매를 증발기 안에서 증발시켜 냉각작용을 하는데, 이 냉매가스를 흡수기에서 흡수액에 흡수시킨다. 물을 흡수하여 엷게 된 액은 재생기에 보내어 증기 등으로 가열시키므로 비등하여 수증기가 방출된다. 이 수증기는 응축기에 들어가 냉각되어 액화된다. 이 액화된 물이 증발기에 보내어져서 사이클을 이룬다. 재생기에서 물을 방출하여 진하게 된 액은 흡수기에 보내어진다. 흡수식 냉동기는 압축식 냉동기에 비교하여 다음과 같은 특징을 가지고 있다. <표 8-2 > 물-리튬브로마이드(LiBr)흡수식 냉동기의 종류와 용도 명    칭 용량(냉동톤) 가 열 원 용      도 흡수식 냉동기 (1중 효과) 70~1,500 중 기 중ㆍ고온수 일반적으로 공기 조화용으로 가장 많이 사용된다. 2 중 효 과 용 흡수식 냉동기 100~1,500 고압증기 고 운 수 공기 조화용,고온 열원 있는 경우 직분식 냉ㆍ온수 발생기 (1중 효과) 50~100 도시가스 등 유 소형 빌딩의 일반 공기 조화용 직분식 2중 효과율 냉ㆍ온수 발생기 90~850 도시가스 등 유 일반 공기 조화용 소형 흡수식 냉ㆍ온수기 2~50 도시가스 등 유 중앙 냉ㆍ난방용이 중심 ① 기계적인 압축 기구를 가지고 있지 않으므로 진동이나 소음이 적고, 건물의 어느 위치에서도 용이하게 설치할 수 있다. ② 운전 압력이 낮고, 고압가스를 사용하지 않기 때문에 설비전력이나, 전력 소비량이 적다. ③ 용량 제어 특성이 좋고, 대응할 수 있는 부하의 범위도 넓다. ④ 가열원으로서 증기, 온수, 직접 가열 에너지 등을 필요로 한다. ⑤ 고온측의 방열량이 압축식의 2배 정도이며, 냉각탑의 용량이 커져서 냉각수 온도의 제어를 필요로 하는 경우가 많다. ⑥ 냉수온도는 일반적으로 7℃이다. ⑦ 냉동장치 내부의 진공도가 높아 추기(bleeding)을의 조작이 필요하다.

4. 스크루 냉동기와 로터리 냉동기 왕복식 압축기는 전동기의 회전운동을 왕복운동으로 바꾸어 냉매 가스를 압축하지만 스크루(screw)압축기와 로터리(rotary) 압축기는 회전 운동으로 압축일을 얻는 압축기이다. (1) 스크루 냉동기 스크루 냉동기는 소용량 왕복식과 대용량 원심식의 중간용량에 이용된다. ① 고압축비에서 체적효율이 매우 높다. ② 송출밸브와 흡입밸브는 없고, 연속 압축식이므로 맥동이나 진동이 적다. ③ 내구성이 우수하며 장시간 연속 운전을 할 수 있다. ④ 서징(surging)이 없어서 용량제어 범위가 넓다. ⑤ 대용량의 오일 분리기, 오일 펌프 등을 필요로 한다. 압축과정은 왕복식 압축기와 같으며, 흡입,압축,송출의 3과정으로 되어 있고,로터리 치형사이에 흡입된 냉매가스는 두 치형의 맞물림에 의해서 압축되어 송출구로부터 배출된다. (2) 로터리 냉동기 공기 조화용에 사용되고 있는 로터리 냉동기는 룸 에어컨디셔너 등 소형 공기 조화용으로 이용되며, 용량은 1.5KW 정도로서 소형의 것이 많다. 로터리 냉동기는 왕복식 냉동기에 비하여 다음과 같은 특징을 가지고 있다. ① 부품 수는 적고 구조가 간단하나, 공작 정밀도가 고도로 요구된다. ② 소형,경량이면서 가스 압축에 의한 맥동이 적다. ③ 체적 효율이 좋다. ④ 압축기의 과열방지를 위하여 중간 냉각기를 필요로 한다. ⑤ 액 냉매가 실린더에 흡입되지 않도록 하기 위한 액 분리기가 필요하다.

냉동기의 종류

공기 조화용 냉동기에는 왕복식, 원심식, 흡수식의 3종류가 있다. 이중 가장 많이 사용되고 있는 것은 원심식과 왕복식이나, 최근에는 건물의 대형화에 따라 흡수식 냉동기도 많이 사용 되어지는 추세이다.

1. 왕복식 냉동기(reciprocating compressor) 완복식 냉동기는 압축기, 응축기, 증발기, 팽창밸브 등으로 구성되는데, 특히 이것들이 한덩어리로 된 것을 콘덴싱 유닛이라 한다. 압축기는 실린더 안을 피스톤이 왕복운동을 하여 냉매가스를 압축한다. 다른 압축식 냉동기에 비하여 용량이 비교적 적고, 소ㆍ중 용량에 사용된다. 회전수는 200~3,600rpm 정도로 비교적 낮으며, 왕복운동에 의한 진동이 큰 점 등의 장ㆍ단점이 있다.

2. 원심식 냉동기(터보 냉동기) (그림 8-3)과 같이 압축기, 응축기, 증발기등으로 구성된다. 압축기는 임펠러의 회전에 의해서 냉매가스를 압축하는 터보(tur-bo)압축기를 사용한다. 원심 냉동기는 대용량의 수랭용 냉동기로서 보통 용량이 3~120 냉동톤의 범위에서는 왕복식이 사용되고, 그보다 큰 경우에는 원심식이 사용되는 경우가 많다. 원심형 냉동기는 왕복식에 비하여 다음과 같은 특징을 가지고 있다. ① 용량이 88~7,000냉동톤으로서 매우     크다. ② 고속회전이므로 증속장치가 부착되어     있는 것이 많다. ③ 오랜 시간의 연속 운전이 가능하다. ④ 단단에서 고압축비 운전이 어렵다. <표 8-1> 공기 조화용 냉동기의 종류와 용도 분 류 명 칭 냉 매 주 된 용도 압 축 식 체 적 형 왕복식 냉동기 R12 소ㆍ중형(120냉동톤까지) R22 패키지에어컨디셔너, 룸 에어컨디셔너 스크루 냉동기 R12 공기 열원 열펌프 R22   로터리 냉동기 R11 룸 에어컨디셔너 원 심 형 터 보 냉동기 R11 대형(80 냉동톤 이상)의 칠링 유닛 R22   흡 수 식 흡수냉동기 물 중ㆍ대형 칠링 유닛, 냉ㆍ온수 발생기

출처 : 건축설비 SHOP-DWG

글쓴이 : 전정섭 원글보기

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