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발전과정
국내 산업발전을 저해하는 고압가스안전관리법
고압용기로서의 제작 및 관리
운반 중 육교에 부딪친 이야기
모터 설치용 패드를 현지 용접한 이야기
서브 쿨러의 동관이 마모되어 냉매가 샌 이야기.
발전과정
원심식 압축기를 장착한 대 용량의 칠라를 터보 우리나라에서 (Turbo) 냉동기라 부르는데, 이는 주로 일본과 한국에서 부르는 명칭입니다. 미국에서는 Centrifugal Chiller라고 부르는데, 주로 대형 냉수냉동기로 많이 쓰입니다. 처음에 CFC11 냉매 전용으로 개발되어 발전하다가, R11이 오존층 파괴의 주범이라 근래에서 HCFC123용으로 바뀌었습니다.
R11이나 R123은 기체 상태에서 냉매의 부피가 너무 커, 이를 압축하기 위해서는 압축기의 크기도 커야 했고, 덩달아 응축기, 증발기의 부피도 커져, 대체적으로 Chiller의 최대 용량이 1000톤 안팎으로밖에 할 수 없었습니다. 1000톤 이상이 되면 너무 커서 운반도 문제가 되고 설치 면적도 너무 차지하게 되기 때문입니다.
압축기를 2단 또는 3단으로 해서 압축기의 지름을 줄여 Chiller의 부피를 다소 줄려 보기도 하나, 근본적으로 기계의 크기가 줄어들지는 않습니다.
이 문제를 타개하기 위하여 개발된 Chiller가 고압 터보 냉동기입니다.
기체 냉매의 부피가 매우 작어, 왕복동 압축기용으로 쓰이는 HCFC22나 HFC134a를 원심식 압축기로 압축하는 것입니다. 이들 고압냉매를 액화하기 위해서는 압축 비율이 높기 때문에, CFC11 이나 HCFC123용 압축기로는 압축을 할 수가 없습니다. 압축기가 소형화되어야 하고, 압축기의 회전이 훨씬 빨라져야 합니다. 임펠러 등 압축기 설계에 고도의 기술이 수반되어야 함은 물론입니다. 실제로 1000톤용 압축기의 임펠러 지름이 불과 30cm 정도밖에 되지 않으나, 회전수는 몇 만 RPM이 되어야 하므로, 베어링 및 윤활 계동 설계가 매우 어려워집니다.
결과적으로 고압냉매를 쓴 2000톤 Chiller의 부피가 저압냉매를 쓴 1000톤 Chiller의 부피와 비슷하게 되었습니다. 부피가 작아지다 보니, 제품가격도 줄어들어, 고압냉매 2000톤 기계의 가격이 저압냉매 1000톤 2대 가격보다 훨씬 싸게 되어 큰 소비자들은 고압냉동기를 선호하게 되었습니다.
(1800톤 YORK 고압터보 냉동기가 늘어 선 국내 모 공장 기계실.
저압 터보를 설치한다면, 기계 수량 2배, 기계실 면적 2배를 요한다)
국내 산업 발전을 저해하는 고압가스안전관리법
오랫동안 저압 터보냉동기를 제작해온 우리나라 제조사들도 조금만 연구하면, 고압터보냉동기를 제작할 여건이 된다고 봅니다. 그러나 문제는 고압가스안전관리법 입니다.
고압 터보 사용자는 안전관리자를 몇 명씩이나 채용해야합니다 (고압가스안전관리법 및 시행령에 의거).
형편이 이러니, 소규모 소비자들은 안전관리자 채용이 필요 없는 저압 터보냉동기를 계속 선호할 것이기 때문에, 현재로서는 제조사들이 고압터보냉동기의 개발을 서두를 이유가 없고, 이 시장은 (이미 안전관리요원을 확보하고 있는 대규모 공장) 계속 외국 제조사에 내 주어야 할 것입니다. 냉동기를 고압가스안전관리법에서 빼야할 수많은 이유 중의 하나입니다.
고압용기로서의 제작 및 관리
그러나 고압 터보 냉동기는 고압냉매를 쓰기 때문에 우리나라에서는 고압가스안전관리법에 의하여 관리하여야 합니다.
외국에서도 그 나라 법에 의하여 관리하고 있습니다. 미국에서는 열교환기 등 용기를 ASME Pressure Vessel Code 에 의하여 테스트하고 합격 스탬프를 용기에 부착합니다. 다른 나라에서도 그 나라의 법에 의한 고압용기검사는 철저히 합니다.
그러나 우리나라와는 달리 검사받은 용기로 조립된 냉동기에 대한 추가 검사는 없습니다.
검사 받은 용기가 어떤 용도로 쓰이던, 법이 관여하지 않습니다.
수입 Chiller 의 경우 용기의 ASME 시험성적서를 인정하여, 우리나라 고압가스안전관리법에 의한 재시험은 생략됩니다.
운반 중 육교에 부딪친 이야기
고압 터보 냉동기의 부피는 작으나, 두꺼운 철판으로 만들어져 당연히 무게는 저압 냉동기 보다 무거울 수밖에 없습니다. 모 공장용으로 수입된 고압 냉동기를 국내에서 트레일러가 아닌 값싼 일반 트럭으로 운반하게 되었습니다. 무게 때문에 고속도로로 운반이 불가능하여, 지방도로를 이용하게 되었는데, 운전사가 잘못 판단하여 기계를 육교에 부딪치고 말았습니다.
압축기가 육교에 부딪쳤으며, 그 충격으로 압축기가 얹힌 열교환기가 움푹 들어가고 말았습니다.
이 사실은 안 제조사에서는 기계 전체를 폐기 처분하라고 했으나, 몇 십만 불을 지불한 수입사에서는 차마 폐기할 수가 없어 수리하여 쓰기로 하였습니다.
움푹 들어간 열교환기 부분을 산소불로 달구어 펴서 원상으로 만들어 납품에는 성공하였으나, 심각한 후유증이 생길 수 있습니다.
1) 용기의 재질이 처음 재질과 달라졌습니다. 쉽게 말하면, 산소 불로 달구었기 때문에 물렁물렁해졌다는 애기. 당연히 처음의 용기 테스트는 무효가 되며, 다시 테스트를 받아야 됩니다. ( R11이나 R123을 냉매로 쓰는 저압 터보 냉동기에게는 해당 안 되는 사항입니다.)
2) 그냥 계속해서 쓸 경우 언제 터질지 모르기 때문에, 그 공장은 공장 안에 폭탄을 가지고 있는 것과 같습니다.
3) 정밀 부분이 압축기가 부딪쳤기 때문에, 초정밀 부품으로 구성되어 있는 압축기는 이미 골병이 들었을 것입니다 (정밀 HVAC 장비의 운반 문제 참조).
모터 설치용 패드를 현지 용접한 이야기
수입 기계의 외장형 압축기 모터를 국산 모터로 쓰기로 하고, 모터 없이 수입하여 국내에서 모터를 장착하게 되었습니다. 국산 모터는 외형이 원래의 모터 보다 두 배 가까이 커서, 원래의 모터 자리에 국산 모터를 얹을 수가 없었습니다. 수입업자는 모터가 얹힐 자리에 모터의 받침판을 현지에서 용접해서 붙였습니다.
고압용기에 추가로 용접 작업이 가해지면, 원래의 테스트 합격은 무효가 되며, 당연히 재 테스트를 받아야 되는 것이나, 이를 생략하고, 그대로 쓰고 있습니다.
이를 뒤 늦게 안 제조사는 용기에 달렸던, 고압용기 검사필증을 떼어 가 버렸습니다.
받침판 패드가 하나가 아니고 둘로 분리되어 있을 경우, 용기의 열 수축팽창 현상에 모터 받침판이 따라 가지 않기 때문에, 각각의 패드 부위에 점차로 균열 현상이 생길 수 있기 때문에 적절한 예방 조치를 안 할 경우 심각한 사고가 발생할 수도 있습니다.
또 다른 하나의 폭탄을 안고 있는 셈으로, 국민 전체 안전 불감증의 일부분입니다.
서브 쿨러의 동관이 마모되어 냉매가 샌 이야기.
냉매의 특성 표를 보면, 과냉 (Sub-cooling)에 의한 냉동효과가 냉매마다 다른데, 고압냉매의 경우 이 효과가 매우 큽니다. 그래서 응축된 냉매를 다시 과냉시키는 과정을 거치게 하는데, 응축기를 크게 만들어 아래쪽에 별도의 과냉과정을 거치게 하는 열 교환부분을 두던지, 아예 과냉기 (Sub cooler)를 응축기와 별개로 만들어 응축기와 증발기 사이에 부착하기도 합니다.
열교환 능력은, 열교환 면적이 클수록, 온도 차가 많을수록, 유체의 유속이 빠를수록 커집니다. 열교환 면적을 늘리면 생산비가 올라가는 문제가 있고, 온도 차가 많게 하는 것은 다른 설계부분과 연관이 되어기 문제가 있기 때문에 모두 어려워, 유체의 유속을 빠르게 하기로 하였습니다.
유체는 냉매를 냉각시키는 냉각수와 냉매인데, 냉각수의 흐름을 빠르게 하는 것은 냉각수 펌프의 마력이 중가하여 전기가 많이 소비되기 때문에, 곤란하여 x 사 x나라 공장에서는 결국 냉매의 유속을 빠르게 하는 쪽으로 설계를 하였습니다.
Baffle을 많이 붙여, Baffle 사이로 냉매가 위 아래로 오르락내리락하면서 냉각수가 흐르는 동관을 지나게 되는데, 빠른 냉매 유속으로 냉각수 동관이 흔들리게 되고, 동관과 동관이 관통하는 Baffle과의 사이가 헐렁할 경우, 이 부분 동관이 빠르게 마모되어, 구멍이(빵꾸) 나는 것입니다.
동관이 baffle을 지나는 부분을 확관하여 흔들리지 않게 하여야 하나, 이 경우 동파등으로 인하여 동관을 교체하여야 할 경우, 동관을 빼낼 수 없는 애로가 있기 때문에, 완전 확관은 못합니다.
1993- 1995 년 제작된 x 사의 x나라 공장 제작 Chiller는 이 Sub cooler를 별도의 용기로 만들어 붙였는데, Baffle 통과 동관이 마모되어 냉매가 새는 현상이 기계 가동 1년에서 2년 사이에 나타나기 시작했거나 나타날 조짐을 보이기 시작하였습니다. 이 Chiller들은 국내 모 전자 공장에 다수 설치되어 있는데, 근본적인 해결은 매번 동관을 교체하는 것보다 Sub cooler를 설계가 제대로 된 것으로 바꾸는 것이 좋을 것으로 생각됩니다. 유속을 느리게 하던지 해야 하는데, Chiller전체의 냉동용량 감소는 불가피하다 하겠습니다. |