[스크랩] 다양한 방식의 냉동기

다양한 방식의 냉동기 | 자유로운글	2007.05.17 00:29
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냉방설비 2007/04/16 23:38 http://blog.naver.com/thewolf7/90016552130 다양한 방식의 냉동기       냉동기는 냉동사이클 및 압축 방식에 따라 크게 표1과 같이 분류된다.   원리 작용 개요 장치의 종류 기계식 냉동 압축방식 저온에서 증발한 가스를 압축기로 압축하여 고온으로 이동시킴 용적식 왕복동식 스크루식 스크롤식 로터리식 원심식 터어보식 화학식 냉동 흡수방식 저온측에서 증발한 가스를 흡수제에 흡수시켜 가열에 의하여 고온측으로 이동시킴 암모니아-물 물-리튬브로마이드   흡착식 냉동 흡착방식 저온측에서 증발한 가스를 흡수제에 흡수시켜 가열에 의하여 고온측으로 이동시킴 흡착식 냉동기   전자식 냉동 펠티에르식 서로 다른 금속체에 전류를 흘리면 접합부에 저온이 발생함을 이용 전자식 냉동기       1.      체적식 냉동기      체적식 냉동기는 여러 형태의 용적식 압축기에 따라 용량과 용도가 구분되고 있다.    최근 들어서는 특수 용도를 제외하고는 왕복동식 냉동기의 경우 타 압축방식에 비해 효율성과 성능이 떨어지고 진동, 소음과 유지보수성이 열악한 이유로 그 사용이 점차 감소하고 있는 상황이다.    압축기의 운전상태는 응축온도, 증발온도 및 흡입가스의 과열도에 의해 크게 좌우되며, 압축기의 성능은 체적효율, 압축효율 및 기계효율의 3가지 성능값에 따라 좌우된다.    일반적으로 공조용에 사용되는 체적식 냉용기는 공기를 냉각시켜 이용하는 패키지형 공기조화기(Packaged Air conditioner) 와 물 또는 브라인을 냉각시켜 사용하는 워터칠링유니트(Water Chilling Unit)로 구분된다. 사용하는 압축기의 종류에 따라 스크루식, 왕복동식, 회전식으로 구분이 되며 중, 소용량에는 회전식 및 왕복동식이 사용되고, 중, 대용량에는 왕복동식 및 스크루식이 주로 사용된다.    최근에는 점점 소용량에는 스크롤 냉동기가, 중,대용량으로는 스크루냉동기가 애용되는 추세이다.   (1)    왕복동식 냉동기    피스톤의 왕복운동에 의하여 실린더내의 기체상태의 냉매를 압축시켜 액냉매를 생성하며, 외형상 밀폐형과 반밀폐형으로 분류된다.    최근 스크롤 냉동기와 스크루식 냉동기에 의해 그 사용이 점차 감소하는 추세에 있다.   (2)    스크롤식 냉동기    대개 10hp 이하의 스크롤 방식의 압축기를 내장한 냉동기로써 소형냉장 장치, 소형 칠러 등이 주를 이루며 스크롤 압축기의 특성인 고효율, 고성능 특성이 있고 흡입, 토출밸브가 없기 때문에 약간의 액압축을 견딜 수 있는 장점을 갖고 있어 저온용 및 상온용으로 널리 쓰이고 있다.   (3)    스크류식 냉동기    용량으로써는 중대형 용량인 20hp~1,000hp에 이르는 넓은 범위에서 공조, 냉장, 냉동, 공장 프로세스 냉각 등에 널리 쓰이고 있으며 최근 고효율, 고성능화에 힘입어 그 사용용도가 다양해지고 있다.    기계적 특징으로는 스크루 로터의 회전에 따라 점차 압축공간이 줄어들면서 압축을 하기 때문에 진동과 소음이 적고 흡입, 토출밸브가 없어 약간의 액압축을 견딜 수 있는 장점이 있어 저온용, 상온용으로 널리 쓰이고 있다.   2.      원심식 냉동기       고속으로 회전하는 임펠러로 유체에 속도를 주고 이 속도를 압력으로 바꾸어 압축하는 원심식 압축기가 있다. 터보압축기라고도 한다.    대용량에 적합한 냉동기로써 주로 200~1,500hp의 범의에서 냉동용, 공조용, 공장 프로세스용 등으로 널리 쓰이고 있다. 고속 회전형식으로 진동이 적고 설치면적이 동급용량에서 적은 편이며 100%에서 약 10%까지 연속제어 특성을 갖고 있다. 또한 부하에 따른 제어 특성이 우수하고 내부 구동부에서의 마찰손실 등이 적어 높은 성적계수를 발휘한다.    단, 서어징에 의한 염려가 있으나 운전제어기술이 개선되어 큰 문제없이 사용되고 있다.   3.      흡수식 냉동기      흡수식 냉동기는 주로 20~2,000usRT급의 넓은 범위에서 사용되고 있으며 주로 증기, 유류, 가스 및 온수 등을 가열원으로 쓰고 있어 전기를 사용하는 냉동의 대체효과가 크며 기계식 냉동기에 비해 운전비가 저렴한 편이다.    100%~25% 정도 비례제어가 가능한 특성이 있고 부하변동에 따른 추종성이 기계식 냉동기에 비해 느린 편이다. 흡수식의 원리를 응용한 기술은 에너지를 회수하여 재 이용하는 기술로서 폭넓게 활용될 수 있어 열원의 사용용도에 따라 다음과 같이 구분할 수 있다.   ① 80℃ 이상의 온수를 이용하여 구동하는 저온수 이용 흡수식 냉동기 ② 냉각탑 등을 통하여 배출하고 있는 20~30℃의 저온 폐열을 회수하여 보일러 보급수의 가열 또는 지역 난방용 온수로의 이용이 가능한 제1종 흡수식 열펌프 ③ 80℃ 이상의 폐열을 이용하여 100℃ 이상의 고온수 또는 증기를 생산하는데 이용할 수 있는 제2종 흡수식 열펌프 등이 있다.      향후 합리적인 에너지 이용을 위하여 대형 흡수식 냉동기를 코제너레이션의 일환으로 활용범위가 확대되고 있으며, 2중효용 흡수식 냉동사이클을 이용하는 5usRT 이하인 소형 흡수식 냉온수유닛이 상품화되어 소형 규모의 건물에서의 냉동공조 및 산업설비 냉동에 쓰이고 있다.    그 특성으로서는 수냉식에 의한 안정된 운전, 운전에 따르는 경제성, 폭넓은 비례제어 특성, 부하에 따르는 빠른 응답속도, 저소음 고효율을 들 수 있으며 하절기 전력피크의 해소와 가스냉방에 따르는 에너지 수급 균형화에도 많은 효과가 있어 보급이 확대되고 있다.   4.     흡착식 냉동기      흡착식 냉동기에 대한 연구는 최근 들어 프레온가스의 규제 움직임 과 더불어 활성화되고 있다. 원래 흡착식에 대한 연구는 전기 시설이 없고 일사량이 많은 열대지방인 아프리카 및 남아메리카 등지에서 태양열만을 이용하여 백신 및 상하기 쉬운 식료품을 보관하기 위한 냉장고로 개발되었으며, 현재 전기 또는 화석연료를 열원으로 하는 흡착식 냉동기는 연구가 일본 및 프랑스 등에서 활발히 진행되고 있다.    국내에서도 관련 연구기관에서 태양열, 심야전력, 산업폐열을 활용하는 흡착식 냉동기와 열펌프(heat pump)에 대한 연구가 진행되고 있다. 흡착은 고체=액체, 고체-기체 및 액체-액체 계변에 있어서 기체 혹은 액체의 특정 성분이 농축되는 현상이고, 탈착은 그 반대현상이다.    흡착식 냉동기는 이러한 원리를 이용하여 중, 저온 열원을 투입함으로써 냉열을 얻고, 탈착과정 시에는 온열을 얻을 수 있는 시스템이며 흡착제 충진조, 응축기, 증발기로 구성되어 있고 사용흡착제 및 냉매 조합에 따라 일정한 주기를 갖는 사이클로 구성된다.    일반적인 흡착제와 열매의 조합으로서는 Zeolite + Water, Zeolite + Methanol, Zeolite + Ammonia, Active carbon + Active carbon + ammonia  등이 있다.    열교환기의 효율 및 준비 운전시간에서의 회수 효율향상, 작동온도범위 내에서 흡, 탈냉매장치를 크게 할 수 있는 흡착제의 개발 등에 따라 저온 열원에서 COP를 0.7~0.8 정도까지 얻을 수 있다.   5.      Vuilleumier(VM) 사이클 열펌프      “VM사이클 열펌프”는 밀폐용기 내의 헬륨가스를 가열, 냉각함으로 생기는 압력 변화를 이용해 냉동사이클을 구동하여 공조를 하는 사이클로서 1918년 Rudolph Vuilleumier에 의해 고안된 것이다.    최근 들어 프레온 가스의 국제 조치에 대한 대책의 일환으로 독일, 덴마크, 일본 등지에서 연구되고 있다. 성능으로서 난방 COP는 1.5 이상을 나타내고 있으나 냉방 COP는 0.35~0.8 정도에 불과하여 개선되어야할 부분이 많은 것으로 알려져 있으며 실용화를 위해서는 밀봉장치, 내열재료의 개발, 공기예열기와 연소시스템의 효율적 제어 등 기술적으로 연구, 검토되어야 할 부분이 많고 제작에 뒤따르는 비용에 대한 경제성 문제가 있다.   6.      Pulse Tube 냉동기      근래 -120℃ 이하의 극저온에서의 냉동을 필요로 하는 우주개발, 진공, 수송, 의료분야에서 센서나 전자부품 등의 사용 증대에 따라 장기간의 보수가 필요없는 고신뢰성의 소형 극저온 냉동기의 개발이 추진되고 있다.    맥동관(Pulse Tube) 냉동기는 스터링 냉동기 저온측의 가동부를 한 개의 용기로 치환한 형태이며, 이 용기에는 관벽과 관내 갓와의 열수송에 의해 압축기 측에 저온단부, 반대측에 고온단부로 구성되어 저온단부로부터 냉동을 얻는 것으로 기본적인 맥동관 냉동기의 이론은 1963년에 Gifford에 의해 확립되었으며 맥동관의 폐관부에 임상제어 기구로써 오리피스 Buffer Chamber를 도입하여 성능을 향상시켰다.    맥동관 냉동기는 저온측의 구동부가 없으므로 구조가 간단하고 저온부의 진동이 없으며 Joule Thompson 냉동기와 같이 오염물질에 의하여 오리피스가 막힐 염려가 없는 등의 장점이 있어 고 신뢰성을 갖는 냉동기로 알려져 있다.   7.      전자냉동      Petier 효과는 1834년경 발견되어 1900년대 초에 이론적으로 확립된 기술로써 전류를 흘려주면 전도성 물질 여러층의 양끝에 온도차이가 지속되는 현상을 이용한 것으로 저온 냉각을 필요로 하는 반대편의 고온부분을 강제 냉각시키면 저온부의 열이 고온쪽으로 전달되는 것이다.    전자냉동시스템은 열교환기, 송풍휀, 접착제 및 전용 직류전원, 정밀온도 조절기 등의 주변기기에 많이 응용되고 있으며 최근 들어 자동차의 실내 냉방과 소형 생의학장치, 섬유 광학장치 등의 특수한 분야에 적용되고 있다. 또한, 여행용 소형 이동식냉장고, 냉온정수기, 공기조화기 등에도 적용을 검토하고 있으나 효율이 낮기 때문에 개선되어야 할 부분이 많다.    일반적으로 상용되는 냉동기의 경제성 비교를 [표2]에 나타내었다.   [표2] 일반적인 특성과 경제성 비교표 항목 왕복식 스크루식 원심식 흡수식 설비비(소규모) B B C D 설비비(대규모) B D A C 운전비 C B B A 용량 제어성 C A A B 유지 보수성 B B A A 설치면적 B B C D 필요설치 높이 B B B C 운전시 중량 B B C D 진동소음 D B B A

출처 : 건축설비 SHOP-DWG

글쓴이 : 전정섭 원글보기

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