냉동기 · 냉매가 열을 옮기는 네 단계
차가움을 만드는 대신 사용처의 열을 다른 곳으로 이동시킵니다. 냉매 회로와 냉수 배관은 서로 다릅니다.
무엇이고, 왜 쓰나요?
공조나 공정에서 필요한 냉수를 공급합니다. 증기압축식은 압축기를 사용하며 흡수식과 원리가 다릅니다.
실내에서 받은 열을 냉각수 쪽으로 옮깁니다
냉수 · 사용처 ↔ 증발기
- 1따뜻해진 냉수 환수
사용처의 열을 운반
- 2증발기에 열을 줌
냉매가 끓으며 관벽 너머의 열을 받음
- 3식은 냉수 공급
다시 사용처로 돌아감
냉매 · 압축기 내부
- 1저압 냉매 기체 흡입
증발기에서 온 기체
- 2모터의 일을 받음
두 임펠러가 압력과 온도를 높임
- 3고온 기체 토출
응축기에서 냉각수로 열을 내놓음
냉각수 · 냉각탑 ↔ 응축기
- 1식은 냉각수 유입
냉각탑에서 응축기로 옴
- 2냉매의 열을 받음
냉매는 열을 주고 액체로 응축
- 3따뜻해져 냉각탑으로
실내 열과 압축기에 들어간 일을 밖으로 운반
냉매·냉수·냉각수는 세 개의 분리된 회로입니다. 압축기 그림의 보라→주황은 냉매 기체의 압축·가열이지 냉수가 식는 과정이 아닙니다. 증발·응축 중에는 온도뿐 아니라 상태 변화도 봅니다.
그림에서 부품 찾아보기
- 1. 흡입부
- 증발기에서 온 저압 냉매 기체가 1단 임펠러 중심으로 들어갑니다.
- 2. 1단 임펠러
- 기체를 중심에서 바깥쪽으로 보내 에너지를 줍니다.
- 3. 리턴 통로·중간단 유입
- 1단 토출 기체와 이코노마이저의 중간압 기체가 2단 입구로 향합니다.
- 4. 2단 임펠러
- 다시 압력을 높인 냉매가 위쪽 토출구를 통해 응축기로 갑니다.
- 5. 모터
- 오른쪽 고정자·회전자와 공통 축이 두 임펠러를 직접 구동합니다.
- 6. 축 지지부
- 회전부를 지지합니다. 냉매 주 유로와 윤활 계통은 기능이 다릅니다.
어떤 종류가 있나요?
- 공랭식
- 응축열을 외기로 방출합니다.
- 수랭식
- 응축열을 냉각수로 보내며 보통 냉각탑 계통과 연결됩니다.
- 압축기 형식
- 스크롤·스크루·원심 등 용량과 조건에 따라 구성이 달라집니다.
주요 부품과 역할
- 흡입부와 입구 가이드베인
- 증발기에서 나온 저압 냉매 기체가 압축기 입구로 들어갑니다. 가이드베인은 임펠러에 들어가는 흐름을 조절합니다. 냉각수나 냉수가 압축기 안을 통과하는 것은 아닙니다.
- 1단 임펠러·디퓨저
- 회전 날개가 기체에 에너지를 주고, 고정된 확산 통로에서 속도 에너지 일부가 압력으로 바뀝니다. 피스톤처럼 밀폐 실린더의 부피를 줄이는 압축과는 다릅니다.
- 리턴 통로와 2단 임펠러
- 1단에서 바깥쪽으로 나온 기체를 고정 통로가 2단 입구로 되돌려 안내합니다. 2단 임펠러가 다시 에너지를 주어 응축기 쪽 압력까지 높입니다. 두 임펠러는 동일 축으로 구동됩니다.
- 모터·축·베어링
- CVHF 계열은 직결 다단 원심 구조입니다. 모터가 축을 돌리고 베어링이 회전체를 지지합니다. 냉매 압축 통로와 베어링 윤활 계통은 기능이 다르며, 유막 베어링을 자기베어링이라고 부르면 안 됩니다.
- 증발기와 냉수 관
- 관 안의 냉수에서 관벽을 거쳐 바깥 냉매로 열이 이동합니다. 냉매는 낮은 압력에서 끓고 냉수는 식습니다. 냉수가 증발하여 없어지는 과정이 아닙니다.
- 응축기와 냉각수 관
- 고온 냉매 기체의 열을 냉각수가 관벽을 통해 받아갑니다. 냉매는 액체로 응축되고 따뜻해진 냉각수는 냉각탑으로 갑니다. 정상적인 열교환에서는 두 유체가 섞이지 않습니다.
- 오리피스와 이코노마이저
- CVHF의 액 냉매는 압력을 낮추는 오리피스와 중간 압력 용기를 거칩니다. 여기서 생긴 플래시 기체는 2단 입구로 들어가고, 남은 액은 다시 감압되어 증발기로 갑니다. 모든 냉동기가 이 중간단 회로를 갖는 것은 아닙니다.
실제 모델: Trane CenTraVac CVHF
CVHF는 2단 원심압축기를 사용하는 실제 수랭식 냉동기입니다. 아래 압축기 그림은 그 2단 압축 원리를 바탕으로 내부 유로를 펼쳐 보인 재구성입니다. 3단인 CVHE와 혼동하지 않습니다. 외관 치수나 제조사 단면도를 그대로 복제한 그림은 아닙니다.
냉매·냉수·냉각수, 세 길을 분리해서 보기
냉매는 증발기 → 압축기 → 응축기 → 감압 계통 → 증발기를 순환합니다. 냉수는 사용처와 증발기 사이, 냉각수는 응축기와 냉각탑 사이를 순환합니다. 열만 금속 관벽을 건너가며, 냉매가 공조기 냉수 배관으로 직접 흘러가는 것은 아닙니다.
압축하면 뜨거워지는데 왜 냉방이 될까요?
증발기에서 낮은 온도로 열을 받으려면 낮은 냉매 압력이 필요합니다. 받아온 열을 더 따뜻한 외부로 내보내려면 응축측 온도와 압력을 높여야 합니다. 압축기가 그 차이를 만들며, 응축기에서는 냉방 부하에 압축기에 들어간 일까지 더한 열을 내보냅니다.
액체가 압축기로 들어가면 안 되는 이유
기체를 다루도록 설계된 압축기에 많은 액이 들어오면 정상 압축과 윤활을 해칠 수 있습니다. 증발기 출구의 상태와 액 분리 구조가 중요한 이유입니다. 과열도·과냉도는 냉매 상태를 설명하는 용어이지, 어느 기계에나 같은 숫자를 적용하는 조절값은 아닙니다.
작동 흐름
- 1증발: 열 흡수
- 2압축: 압력 상승
- 3응축: 열 방출
- 4팽창: 압력 감소 → 증발
냉매가 순환하면서 증발기에서 받은 열과 압축기 구동에 들어간 에너지가 응축기 측으로 방출됩니다. 냉동능력과 소비전력은 같은 수치가 아닙니다.
점검할 때 무엇을 보나요?
- 냉수 입·출구 온도, 유량, 경보를 함께 확인합니다.
- 응축기 측 오염이나 냉각 불량도 성능에 영향을 줍니다.