이도희"의 HVAC 이야기"입니다.         방명록    질문/답변    게시판
 


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냉동시스템과 진공  (System Evacuation)

 

 


 

1) 냉동 능력 확보

냉매의 성능, 냉동능력, 시스템의 소요전력 등, 냉동 시스템의 모든 이론은 시스템이 진공상태에서 시작했음을 전제로 이루어집니다.
진공이 덜되어 시스템에 공기 등 불 응축 가스가 있으면, 냉매가 있어야할 곳에 불청객이 자리를 차지하고 있는 꼴이 되어, 설계된 냉동능력이 나타나지 않고, 소요전력도 증가합니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

2) 시스템의 내구성

역시, 모두가 냉동 시스템이 진공 상태에서 시작했음을 전제로 합니다.
시스템에 물이 있으면, 시스템 내부는 썩습니다.
이 부분의 생생한 이야기는 "서비스 - 자동차 에어컨"에 자세히 나옵니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

3) 진공도

왼 쪽 그림과 같이, 위 쪽이 밀봉된 유리관에 수은을 채우고, 유리관을 수은이 담긴 그릇에 세우면, 밀봉된 유리관의 위 부분은 완전 진공이 됩니다.
이 때 수은주의 높이로 진공도를 나타냅니다.  이 때 높이는 760mm (29.92 in).

냉동 시스템에서의 진공도는 완전 진공인 760mm에서 얼마나 덜 진공되었는지를 따집니다.
760mm와 759mm 사이 1mm를 1000으로 나눈 수치가 1 micron인데, 이 micron을 760mm에서 거꾸로 측정하는 것입니다.
일반적으로 미국 냉동 제조업체가 요구하는 진공도는 200 miron (759.8 mm) 정도이나 50 micron (759.95) 을 요구하는 업체들도 있습니다. 
 
해면을 기준으로 하는 대기압을 표시하는 다른 단위들은 다음과 같습니다.

  • 14.696 psia
  • 407.1 in. of water gage
  • 29.921 in. Hg
  • 760.0 mm Hg
  • 760.0 torr
  • 101.3 kPa
  • 1.013 bar. 

 

 

 

 

 

 

 

 

4) 진공계

용도에 맞는 진공계를 써야합니다.
어떤 경우에도 진공 측정을 적당히 해 치우는 것은 안 됩니다.

서비스요원들이 휴대하고 있는 매니폴드 게이지에 달린 compound-gauge인데, 정밀한 진공도 측정으로는 적합치 않습니다.   이 사진에 나타나는 눈금은 30 in Hg 이군요.

수은주 (Hg, Mercury) 높이로 진공도를 측정하나, 매우 정밀한 측정은 어렵습니다.


 

휴대용 전자식으로 micron 단위 측정이 가능합니다.




 

 정밀 전자식으로 냉동 시스템 제조업체에 적합한 모델입니다. micron 단위로 측정 가능합니다.



 

 

 

 

 

 

 

 

 

5) 진공 펌프


 휴대용소형 1.2 CFM 모델


휴대용 대형 10 cfm모델



공장용 21cfm 모델


공장용 265cfm 모델


냉동 시스템용으로 적당한 것은:

1) Two-stage로 고 진공작업이 가능해야합니다.
2) 흡입구에 솔레노이드 밸브가 달려있어, 진공 작업 중 전기가 나가도,
    진공펌프를 통하여 시스템으로 공기가 역류하지 않도록 되어 있어야 합니다.
    차단 솔레노이드 밸브가 없을 경우, 진공이 많이 경과되었을 때, 갑자기 펌프가 작동을 멈추면, 펌프에 있는 오일도
    모두  시스템으로 들어가 버립니다.
3) Sight-glass가 있어, 펌프 오일을 항상 체크할 수 있어야합니다.

진공 펌프의 관리:
질이 좋은 진공펌프 전용 오일을 써야합니다.
Sight-glass의 오일 레벨을 항상 점검하여야 합니다.  오일 레벨이 올라간다는 것은 시스템에 있는 수분이 오일 챔버에 들어갔기 때문입니다.  계속 방치하면 오일챔버에 있는 오일은 수분으로 교체되어, 펌프의 진공작업이 안되며, 펌프의 윤활유가 전부 수분으로 교체되어 펌프를 망가뜨릴 수 있습니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

6) 진공 작업

진공작업 (System Evacuation)의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다.
그리고 진공 작업은 철저해야 하며, 필요한 진공도에 (200-50 micron) 도달시켜야 합니다.  200 micron에 도달한 후, 진공펌프를 끄고 장시간 방치해도, 같은 진공도를 유지해야만 비로소 합격입니다.  진공도가 떨어지는 것은, 아직도 물기가 남아있던지, 어딘가 누설되는 곳이 있다는 것을 의미합니다.
 
1) 제대로 된 도구를 써서  작업을 해야 합니다.
"서비스 - 자동차 에어컨"에서 소개한 에어컨이나 냉장고나 에어컨 Compressor를 진공펌프로 쓸 수는 없습니다.   
또, 마니폴드게이지에 있는 Bourbon 게이지 눈금은 참고용이지 진공도 측정용이 아닙니다.   Micron 단위 측정이 가능한 정밀 진공계를 써야합니다.

2) 시스템에 있는 불 응축 가스 제거:
공기나 누설 테스트 때 썼던 질소를 빼내는 것입니다. 

3) 문제는 시스템에 있는 물기를 어떻게 완전히 제거하는냐 하는 것입니다. 

시스템의 수분 관리는 별도로 쓸 계획을 가지고 있습니다만 다음에 구체적으로 쓰기로 하고, 오늘은 시스템이 있는 물의 두 종류에 대해서 씁니다.

공기 중의 수증기가 시스템에 들어간 경우
공기 중에는 많은 수증기가 있습니다.  냉방기를 가동할 때 드레인에서 물이 줄줄 흐르는 것을 보면 공기 중에 엄청난 물이 있다는 것을 단번에 알 수 있습니다.

문제는 이 물이 끝을 단단히 막지 않고 방치한 동관이나 시스템에 틀림없이 들어가 있는 것입니다.   이 물기를 제거하지 않으면 안 됩니다.

물이 다량으로 들어간 경우
 DX Shell-and-tube 증발기나 콘덴서의 튜브가 터져 shell에 물이 들어갔을 때는 참으로 난감합니다. 결코 쉽지 않습니다.  이 이야기 하려니 벌써 머리가 지끈거립니다.

물은 낮은 압력에서는 잘 증발하려고 하지 않습니다.

고압 질소로 시스템에 있는 물기를 완전히 불어낸 후에 진공작업에 들어가는 것이 좋습니다.

또, 문제가 되는 것은 압축기에 물이 들어갔을 때, 물은 무겁기 때문에 압축기 냉동유 밑에 도사리고 있게 됩니다.  아무리 진공도가 낮아도, 냉동유가 일종의 막을 형성하고 있어 물은 쉽게 증발하지 않습니다.   부드러운 햄머로 압축기의 오일 챔버를 가볍게 두드려 주기도하나, 심할 경우 오일 챔버 밑을 가열해 주어야합니다.
더 심하면 어느 정도 진공 작업을 한 후, 냉동유를 교체해야합니다.
(오일챔버 밑바닥에는 오일 드레인 구가 있는 경우에 해당됩니다.)
압축기의 오일 히터를 가동시키는 것도 도움이 됩니다. 

오른 쪽 그림에서와 같이 200 micron 까지 진공이 떨어지면, 물이 증발하는 온도는 불과 영상 몇 도 ℃로 온도가 내려갑니다.   (여담이지만 흡수식 냉동기의 원리는 이렇게 진공에서 낮아지는 물이 증발온도를 이용하는 것입니다.  따라서 흡수식의 성공여부는 어떻게 고 진공을 이용하는가 하는데 있습니다.  진공이 유지되지 않으면 흡수식은 바로 고장으로 이어져 냉수를 만들지 못합니다.)

낮은 온도에서 증발하는 물이 증발하여 만드는 수증기의 부피도 많아지기 때문에, 진공펌프가 더 많은 일을 해내야합니다.

시스템 틈바구니에 숨어 있는 불응축가스와 수증기는 잘 빨려나오지 않기 때문에 500 micron 정도의 진공에 도달하면, 시스템이 대기압에 이를 때 까지 냉매를 주입했다가, 다시 진공 작업할 것을 종용하곤 했으나, cfc 의 대기 방출이 금지된 지금은 권할 수 없는 일이고, 냉매 대신 질소를 넣었다가 다시 진공작업을 계속하는 것은, 틈바구니에 있는 물기 제거에 도움이 됩니다. 

진공 작업 중 압축기를 잠간 씩 돌려주는 것도 좋으나, 밀폐 형은 고 진공상태에서 돌리면 안 됩니다 (모타가 탈 수 있습니다.).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4) 진공 폄프 연결구는 되도록 큼직해야 합니다. 

큰 시스템에서는 구경이 매우 작은  Shrader valve 같은 것을 이용하지 말고, 구경이 큼직한 서비스 밸브를 통하여 작업하여야 합니다.  매니폴드 게이지도 고무호스가 달린 것 보다 3/8" 정도의 동관을 직접 연결할 수 있는 것이 좋습니다. (오른 쪽 그림 참조)

냉동시스템 내부가 완전 진공일 때가 가장 이상적이나, 유감스럽게도 지구상에서는 완전 진공을 만들기는 많이 버겁습니다.    장차 인간이 우주를 완전 정복했을 때가  온다면, 냉동시스템은 달에서 만들어 오는 것이 좋을 것입니다.   화성 같은 곳의 대기에는 약간의 가스가 있어, 냉동시스템 제작에는 적합지 않고 완전 진공 상태인 달이 이상적이지 않을까 생각합니다.











 

 

Shrader valve

잘하는 진공작업은;

1) 시스템에는 냉매와 냉동유만 있게 해야 합니다.  그 외는 모두 철저히 제거되어야지요.
2) 액체 상태의 이물질(주로 물)은 드레인으로 배출시켜야하고, 기체 상태의 이물질은 (공기,질소) 진공시켜야 합니다.
3) 진공은 진공펌프를 이용하는 방법 외는 없습니다. (달에 싣고 갔다 올 수는 없는 일이고)
4) 물이 저온에서 증발하면 많은 량의 수증기가 되므로, 물은 먼저 완전히 빼낸 후에 진공작업을 해야 합니다.
5) 정밀한 진공펌프와 정확한 진공계를 써야합니다.
6) 연결구와 연결관은 막힘이 없는 큼직한 것이어야 합니다.
7) 건조 질소의 적절한 이용과 적절한 연결은 진공작업 시간을 단축시킵니다.

 


2003.  4. 2.     처음 썼고,
2004.  1. 2.     맞춤법에 맞게 고쳐 썼습니다.

2011. 10      스마트폰에도 알맞도록 고쳤습니다.