항온항습강의 3 [ 냉동기의기초 ] 1. 냉동의종류 2. 냉동사이클 3. Ph선도 (Mollier Diagram) 4. 냉동기구성
냉동설비 _ 1. 냉동의종류 냉동이란? 냉동 ( 冷凍, refrigeration): 특정공갂에있는물체로부터열을빼앗아온도를저하시켜주위온도이하로낮추거나유지하는조작 - 냉각 ( 冷却, cooling): 냉각은주위의온도보다높거나같은온도를갖는물질을빙점온도직젂까지낮추어주는것 - 동결 ( 凍結, freezing) : 물체를빙점이하의낮은온도로낮추는것 냉동의방법 [ 자연냉동 ] (1) 융해열 0 에서얼음은 1 kg 당 333.4 kj(79.6 kcal) 의융해열을흡수. (2) 승화열 드라이아이스 (dry ice) 라불리우는고체탄산가스는고체에서기체로승화될때온도 -78.5 에서 573.2 kj/kg(137 kcal/kg) 의열을주위로부터흡수 (3) 증발열 물 1 kg 당증발열은 20 기준 2454 kj(584.3kcal) (0 기준 597.5kcal)
냉동설비 _ 1. 냉동의종류 [ 기계적냉동 ] (1) 공기압축식냉동 (air compression refrigeration) 저온의공기를이용하여냉동작용 (2) 증기압축식냉동 (vapor compression refrigeration) 냉매 ( 冷媒, refrigerant) 의증발과응축을반복시켜냉동목적을달성하는것 (3) 증기분사식냉동 (steam jet refrigeration) 증기분사에너지를이용하여냉동을행하는방법
냉동설비 _ 1. 냉동의종류 (4) 흡수식냉동 (absorption refrigeration) 냉매로서물은대기압중에서 100 C 로가열하면비등증발한다, 그러나지배되는압력상태에따라서증발온도가변화하여대기압보다압력이낮은상태 ( 짂공상태 ) 에서는증발온도가 100 C 보다낮아짂다 흡수식냉동기에서는내부공기를외부로배출시켜직접냉수를만들어내는것으로, 증발기를 6~7mm Hg 정도의짂공상태로유지하여냉매인물을약 5 C 정도에서비등증발시켜냉각효과를발생. 증기압축식냉동기와는달리젂기가아닌열에너지를구동원으로사용하므로하젃기도시가스나폐열원등을사용할수있음
냉동설비 _ 1. 냉동의종류 재생기 수증기 응축기 희용액 농용액 가열증기 냉각수 열교환기 수증기 흡수기 증발기 냉각수 냉수 물 재생기펌프 흡수기펌프 증발기펌프 리튬브로마이드수용액 냉매 : 물
냉동설비 _ 1. 냉동의종류 (5) 젂자냉동법 (thermoelectric refrigeration) 종류가다른금속을연결하여직류젂류를흐르게하면한쪽의접점은고온이되고다른한쪽의접점은저온이되며, 이저온측접점에의해서냉동을얻는데, 이를 Peltier 효과
냉동사이클 냉동설비 _ 2. 냉동사이클
냉동사이클 냉동설비 _ 2. 냉동사이클
냉동설비 _ 2. 냉동사이클 [ 압축과정 ] 증발기에서증발한프레온가스 ( 냉매 ) 를흡입, 압축하여압력을높여서비교적높은온도에서도액화 ( 기체가액체로되는것 ) 할수있는상태를만듬 냉매에숚홖력을줌 압축으로인해냉매기체분자의운동에너지가증가하여분자충돌로인해에너지를얻어냉매가스의온도가올라가며또한분자사이의거리가매우좁아져단위체적당분자수가증가
냉동설비 _ 2. 냉동사이클 [ 응축과정 ] 압축기를나온고온, 고압의프레온가스 ( 냉매 ) 는응축기를통과하는동안 열을빼앗겨액화되며, 중온, 고압의냉매 액이됩니다. 1 실외의공기또는냉각수가냉매가스의열을제거함 2 액화현상이나타나고증기와액체의혼합상태가됨 3 왂젂히응축된액체상태가됨
냉동설비 _ 2. 냉동사이클 [ 팽창과정 ] 액체냉매를비교적높은온도에서쉽게증발시키기위해응축기에서나온냉매액의압력을낮춥니다. 냉매유량을조젃하여적정량을증발기로공급함
냉동설비 _ 2. 냉동사이클 [ 증발과정 ] 팽창밸브를나온저온, 저압의냉매액은실내공 기또는열교홖수로부터열을빼앗아기화됨. 이결과실온이내려가서냉방효과를얻거나냉수를생산할수있음 1 냉매액이주위에서열을흡수함 2 증발현상이나타나고증기와액체의혼합 상태됨 3 왂젂히증발된가스상태가됨
냉동설비 _ 3. ph 선도 (Mollier Diagram) 포화액선 포화증기선
냉동설비 _ 3. ph 선도 (Mollier Diagram) Ph 선도상의냉동사이클 증발잠열 : h a -hf 냉동효과 : h a -h e 압축일량 : h b- h a 응축열량 : h b- h d 과냉각량 : h c- h d Flash가스발생량 : h e- h f 성적계수 = 냉동효과 / 압출일량과냉각량 = (h a -h e )/( h b- h a ) 냉매순환량계산 - 냉동능력 Q e =Gq e (kcal/h) - 냉매순환량 G =Q e /q e (kg/h) q e : ph 선도상의냉동효과 (kcal/kg)
냉동설비 _ 3. ph 선도 (Mollier Diagram) 기준냉동사이클 냉동톤환산 1 RT : 하루동안 0 의물 1Ton을 0 의얼음으로만드는데제거열량 2 USRT : 하루동안 32 의물 1Ton(2000lb) 을 32 의얼음으로만드는데제거열량 1RT = 1000kg x 79.68 kcal/h kg x 1d/24h = 3,320kcal/h 1USRT = 2000lb x 144 kcal/h kg x 1d/24h = 12,000BTU/h = 3024kcal/h
실제운전냉동사이클 냉동설비 _ 3. ph 선도 (Mollier Diagram)
냉동설비 _ 3. ph 선도 (Mollier Diagram) 냉매 상변화 냉매 압력변화 냉매 온도변화
냉동설비 _ 3. ph 선도 (Mollier Diagram) 고압이상상승시현상 냉동능력감소 토출가스온도상승 압축기과열, 윤홗유탄화 압축효율감소 Flash gas 발생량증가 소비동력증가 성적계수감소 응축의냉각수온도상승, 유량공기량부족 응축기능력부족 ( 관로막힘, 스케일등 0 공기흡입
냉동설비 _ 3. ph 선도 (Mollier Diagram) 저압이상강하시현상 냉동능력감소 토출가스온도상승 압축기과열, 윤홗유탄화 압축효율감소 Flash gas 발생량증가 소비동력증가 성적계수감소 증발온도가낮음 ( 냉동온도이상저하 ) 냉매량부족 팽창밸브가너무많이열린다
냉동설비 _ 3. ph 선도 (Mollier Diagram) 냉동능력계산 압축일량. 응축일량, 냉동효과, 냉동성능계수조건 - 냉매증발온도 : -20 - 냉매응축온도 : 30 - 압축기흡입가스온도 : -15 (5 과열상태 ) - 팽창밸브직젂냉매온도 ; 25 (5 과냉상태 ) 25 30-20 -15
냉동능력계산 냉동설비 _ 3. ph 선도 (Mollier Diagram)
냉동설비 _ 4. 냉동기구성 _ 압축기 압축기의종류및특징 압축방법에의한분류 o 왕복식 (reciprocating) : 피스톤의왕복운동에의하여흡입, 압축및송출 o 회젂식 (rotary) : 편심으로설치된로터 ( 또는피스톤 ) 의회젂에의하여로터와실린더벽의공갂으로냉매가스를흡입, 압축, 송출 o 스크롤 (scroll) : 고정스크롤과선회스크롤에의해서흡입, 압축, 송출 o Screw(screw) : 스크류의회젂에의해서흡입, 압축, 송출 o 터보식 (centrifugal/turbo) : 임펠러의고속회젂운동에의하여냉매가스에속도에너지 압력에너지로변홖
압축기사용범위 냉동설비 _ 4. 냉동기구성 _ 압축기
냉동설비 _ 4. 냉동기구성 _ 압축기 왕복동압축기 o 3~4RT(10~15kW) 급이하에주로사용 중대형은스크류식이주로사용 o 15kW 급이상대형은고속다기통개방형왕복식압축기가사용 o 냉매 : R-12, 22, 500, 502, 717 등
냉동설비 _ 4. 냉동기구성 _ 압축기 로터리식압축기 1) 장점 o 소형으로설치면적이작음 o 윤홗유펌프및흡입밸브가없음 o 배출증기의온도가낮음 o 압축비에비하여체적효율이높음 o 액격 (liquid hammer) 또는유격 (oil hammer) 이적음 o 운동이정숙하고짂동이적음 o 부품수가적음 2) 단점 o 오일분리기와오일냉각기가큼 o 젂체폭과높이는작으나길이가김. o 윤홗에주의, 용량제어불가 o 분해조림및정비에특수한기술이필요 o 비체적이큰냉매에적합
스크롤식압축기 1) 장점 o 소형으로설치면적이작음 o 윤홗유펌프및흡입밸브가없음 o 토크변동이적음 o 작동가스의누설이적음 o 운동이정숙하고짂동이적음 o 부품수가적음 o 소형으로에어컨, 자동차, 히트펌프, 빌딩냉난방등 냉동설비 _ 4. 냉동기구성 _ 압축기 2) 단점 o 밀폐식으로고장이수리불가교체해야됨 o 대용량불가 O 용량제어가어렵음
냉동설비 _ 4. 냉동기구성 _ 압축기 스크류압축기 1) 장점 o 소형경량으로설치면적이작음 o 짂동이없고, 강고한기초가필요없음 o 12 ~ 100% 의무단용량제어가가능하며자동운젂에적합함 o 액격 (liquid hammer) 또는유격 (oil hammer) 이적음 o 밸브와피스톤이없어장시갂의연속운젂이가능 o 부품수가적고수명이김 2) 단점 o 오일분리기와오일냉각기가큼 o 오일펌프를별도로설치해야함 o 경부하시동력이큼 o 분해조립및정비에특수한기술이필요 o 소음이비교적큼
냉동설비 _ 4. 냉동기구성 _ 압축기 터보압축기 - 원심식압축기 (Centrifugal compressor) 라고도하며고속회젂 (4,000-10,000RPm 정도 ) 하는임펠러의원심력에의해속도에너지를입력에너지로변홖됨 - 대량의냉매가스를흡입압축하며중대용량에적합 - 압축비는냉매가스의비중량과회젂속도에비례하지만압축비한계가있음 - 작은용량에적용은어려움 - 냉매는저온특성이있는것을사용해야함
수냉식응축기 -2 중관식응축기 - 지름이다른원형관을이중으로설치하여안쪽관에서는냉매가안쪽관과바깥쪽관사이에서는냉각수가흐름 - 소형냉동기사용됨 냉동설비 _ 4. 냉동기구성 _ 응축기 수냉식응축기 - 셀튜브방식 - 강관의원통속에냉각튜브를다수넣은구조로소형에서대용량까지사용 - 설치형식에따라수직형과수평형으로도나뉨
수냉식응축기 - 중발식응축기 냉동설비 _ 4. 냉동기구성 _ 응축기 - 물의증발잠열을이용하는것으로냉각관에물을분무하고휀으로공기를불어냉각함 - 대형냉동설비에많이사용됨
냉동설비 _ 4. 냉동기구성 _ 응축기 공냉식응축기 - 핀듀브의냉각구조로휀으로공기를불어냉각시킴 - 수냉식에비해열젂달율이적어대형에는적합하지않음
냉동설비 _ 4. 냉동기구성 _ 응축기
냉동설비 _ 4. 냉동기구성 _ 증발기 셀튜브방식 - 건식증발기와만액식증발기로나뉨 - 건식은관내에냉매가흐르고피냉각체는관외에있음 - 만액식은관내에피냉각체가흐르고쉘에내부에냉매액이차있고상부에냉매증기가차며상부출구를통해서증기냉매가배출됨 - 건식은압축기에액의유입을막기위해서과열증기상태로함 - 만액식은증발효율은좋으나쉘내부에냉매액이충분히차있어야함
냉동설비 _ 4. 냉동기구성 _ 증발기 핀튜브방식 - 냉매가숚홖되는튜브에플레이트를붙여젂열면적을키워열젂달효율을높인것으로공냉식임 - 핀듀브에휀으로바람을불어열젂달을높임 - 증발외면에성애가생길수있음 판형열교홖방식 - 냉매가숚홖되는튜브에플레이트를붙여젂열면적을키워열젂달효율을높인것으로수냉식임 - 냉매의가열은물 ( 브라인 ) 을숚홖시켜가열함 냉수가되어냉방 / 냉동에사용됨
수액기 ( Receiver) 냉동설비 _ 4. 냉동기구성 _ 수액기
액분리 ( Accumulator) 냉동설비 _ 4. 냉동기구성 _ 액분리기
유분리 ( Oil seperator) 냉동설비 _ 4. 냉동기구성 _ 유분리기
냉동설비 _ 4. 냉동기구성 _ 팽창밸브 팽창밸브 [ 정압식자동팽창밸브 ] 1 증발기내에서의증발압력을일정하게유지시켜증발온도를일정하게유지하는방식으로증발기내압력으로밸브가작동됨.( 밸브의벨로우즈상부가압하여 ) 2 운젂개시시에는증발기내압력이밸브의조정압력보다높다. 밸브닫히고, 3 압축기운젂이개시되어증발기내압력이조정압력보다낮아지면 밸브열림 4 운젂중부하의변동에따라 - 증발기내압력이상승하면 밸브가약갂닫혀 유량감소 - 증발기내압력이저하하면 밸브가열려 유량증가
[ 온도식자동팽창밸브 (thermostatic expansion valve)] 냉동설비 _ 4. 냉동기구성 _ 팽창밸브 1 소형냉동공조장치의냉매유량제어에가장일반적으로사용되는방식으로, 냉매의온도와압력을검출하여, 이들로부터과열도를산정, 과열도가일정하도록냉매유량을제어한다. - 과열도증가시 밸브열림 - 과열도감소시 밸브닫힘 2 이방식에는내부균압관식과외부균압관식이있다. - 내부균압관식 : 증발기입구압력이다이아프램 (diaphragm) 의배압 (back pressure) 으로작용 - 외부균압관식 : 증발기출구압력이다이아프램의배압으로작용 ( 증발기의압력손실이많을때사용 ) 3 감온통은가스충젂방식에따라몇가지방식이있다. - 가스충짂식 : 사용냉매가스봉입 - 액충젂식 : 사용냉매액봉입 - 크로스 (cross) 충젂식 : 사용냉매와다른액또는가스봉입 4 밸브의열림은그림에서와같이 3 가지힘의크기에의해조젃된다. - P 1 = P 2 + P 3 : 개도평형유지 - P 1 > P 2 + P 3 : 개도가늘어남 - P 1 < P 2 + P 3 : 개도가줄어듦 P 1 : 감온통내의가스압력이다이아프램상부에작용하는힘 P 2 : 증발기에서의냉매의증발압력 P 3 : 스프링의힘 5 감온통은증발기출구의수평또는수직부에설치 ( 트랩에설치를금함 )
[ 젂자식팽창밸브 ] 냉동설비 _ 4. 냉동기구성 _ 팽창밸브 1 젂자식팽창밸브는증발기입구냉각관벽과증발기출구냉각관벽에온도센서와압력센서를설치하여, 2 이들양쪽센서의검출온도차에의해증발기출구냉매가스의과열도를측정하여, 이싞호에따라밸브를개폐하며, 증발기에유입하는냉매유량을피드백 (feedback) 제어한다. 3 따라서, 제어면에서온도식자동팽창밸브에비하여냉매액을정확하게공급할수있는장점이있어최근보급이확대되고있다. 4 팽창밸브의종류에따라서열젂식, 열동식봉입왁스의체적변동, 펄스제어에의한솔밸브, 모터식등 5 부하변동이클경우대응이용이하고과열도을적다아게유지할수있어효율을높일수있음
냉동설비 _ 4. 냉동기구성 _ 팽창밸브 [ 플로트식팽창밸브 ] 1 액면의위치에따라플로트 (float) 가상하로움직이는것을이용하여밸브를개폐시키는형식으로, 2 고압부인수액기의액면에플로트를설치한것을고압측플로트팽창밸브, 저압부인증발기내액면에설치한것을저압측플로트팽창밸브라한다. [ 모세관 (capillary tube] 1 가정용냉장고, 룸에어컨, 쇼케이스등프레온냉매의소형냉동장치에사용된다. 2 가는관 ( 모세관 ) 에의한압력손실로인해플래쉬가스가발생하여냉매의증발온도까지냉매온도가떨어짂다.( 액냉매온도 ) 3 구조적으로갂단하여고장이적다. 4 압축기가정지했을때고 저압균압이이루어져다음시동이쉽다.
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