냉동기 동파에 대하여

안녕하세요? 오늘은 흡수식 냉동기 동파에 대해서 말씀드리겠습니다. 전에 DPV를 설명하면서 동파에 대해서 일부 언급을 하였지만, 오늘은 흡수식 냉동기 동파에 대해서 전반적으로 말씀드리겠습니다. 흡수식 냉동기에 대해서 기초원리를 먼저 알고 접근해야 하므로 아래의 글들을 먼저 보시는 것을 추천해 드립니다. 

(2020/06/16 - [별의 시설관리] - 흡수식 냉동기(Absorption system of refrigeration)에 대하여)

1. 흡수식 냉동기 동파란?

흡수식 동파는 증발기, 흡수기, 응축기 등의 내부 동관이 얼어서 파열이 되는 것을 말합니다. 이것은 물이 동관 내부에서 얼면 부피가 커지기 때문에 발생합니다. 증발기는 주로 냉방 시즌에 발생하며, 흡수기나 응축기의 경우는 겨울철 장기 보관 중에 내부의 남아있는 물이 얼어 발생합니다. 

너무나 당연한 이야기이지만, 물은 얼게 되면 부피가 증가합니다. 이것은 분자구조의 변화 때문인데, 물이 얼면 분자구조가 규칙적으로 배열되지만, 액체일 때는 무질서하기 때문에 오히려 부피가 줄어들게 됩니다. 그래서 물이 4℃일 때 부피가 가장 작다는 것은 우리가 학교에 다닐 때 배운 내용입니다.

 

좌: 물, 우: 얼음 (출처:https://courses.lumenlearning.com)

2. 흡수식 냉동기 동파 원인

아래의 5가지 원인의 핵심적인 원리는 냉수 순환이 잘 안 될 경우 냉동기 동파가 있을 수 있다는 것입니다. 

1) 부하의 급격한 정지 시

흡수식 냉동기의 냉수가 들어가는 곳은 공조기와 FCU 정도입니다. 그런데 FCU는 건물에서 냉방의 보조수단에 지나지 않습니다. 정말 부하를 많이 차지하는 곳은 공조기입니다. 날씨가 매우 더워서 냉동기를 100% 부하로 운전하고 있는데, 어떤 사유로 인해 갑자기 공조기를 일시 정지하게 되었다고 가정해 봅시다. 그러면 냉수가 급격하게 줄어들고 흡수식 냉동기의 제어시스템은 이를 인지하여 냉동기를 정지시킵니다. 그러나, 아무리 시스템이 흡수식 냉동기를 정지시킨다고 해도, 냉동능력이 남아있기 때문에, 정지 후에도 냉수의 열을 일정 시간 빼앗게 됩니다. 이럴 때 동파가 일어날 수 있습니다. 

2) 냉수 펌프 정지 시

위 1)번과 원리는 동일하지만 이번에는 냉수 펌프가 정지할 경우입니다. 냉수 펌프가 정지해도 흡수식 냉동기 제어시스템이 이를 인지하여 자동을 냉동기를 정지시킵니다. 그렇지만 이럴 경우 흡수식 냉동기 동파의 우려가 매우 높습니다. 특히 재생기의 온도가 높은 상태이고 냉수의 온도가 10℃ 이하의 낮은 상태로 운전 중이었다면, 동파될 우려가 더 큽니다. 

3) 이물질 부착

증발기 측의 수실 부분에 이물질이 동관을 막게 되면 냉수 흐름을 방해하게 됩니다. 모든 냉수 흐름이 끊어졌을 경우에는 냉동기 제어시스템이 이것을 인지하게 되나 이것처럼 일부만 막혀있을 경우에는 시스템도 인지하지 못해 막혀있는 동관은 동파가 되게 됩니다. 위 그림처럼 전체 동관 중의 일부가 막혀 있을 경우는 흡수식 냉동기 제어시스템이 인지하지 못합니다. 

4) 동관 내부 스케일 형성 시

냉수 수질이 오염되어 스케일이 동관에 끼게 되면 동파의 원인이 됩니다. 위 그림의 경우 수실 전체보다 냉수 흐름이 방해되는 부분이 온도가 더 내려가게 됩니다. 따라서 스케일이 끼지 않도록 주기적으로 세척을 해 주어야 합니다. 

5) 냉수 배관 내부의 공기

냉수 배관 내에 공기가 많게 되면 냉수가 제대로 순환할 수가 없습니다. 배관 내에 공기가 차게 되면 위 그림과 같이 동관 내부에서 냉수의 흐름을 방해하게 되고 동파의 원인이 됩니다. 보통 가정에서 난방이 잘 안 될 경우 난방수에서 공기 빼기를 하게 되는데 마찬가지 원리입니다. 

 

3. 흡수식 냉동기 동파 예방

1) 부하를 급격하게 줄이지 마세요.

재생기의 온도가 높은 상태라는 것은 냉동기의 냉방 능력이 큰 상태라고 볼 수 있습니다. 이때 냉방부하를 급격하게 줄이게 되면 냉동기의 냉방 능력은 크고, 냉방부하는 작아 냉수 온도가 급격하게 떨어지게 됩니다. 부하가 줄어들면 냉동기 제어시스템에서는 부하량에 따라 제어를 하지만 재생기에서의 제어와 상관없는 냉방 능력으로 냉수 온도는 계속 떨어지게 됩니다. 따라서 냉동기의 부하를 급격하게 줄이는 것은 매우 위험한 행위입니다. 따라서 냉방 부하를 줄일 때는 순차적으로 줄이거나, 냉동기를 먼저 끄고 나서 냉방부하를 끄는 것이 순서입니다. 

2) 냉수 배관 내의 공기 제거

냉수 배관 내의 공기는 완전히 제거되어야 합니다. 냉수 배관 내의 공기는 펌프에 의해서 지속적해서 발생하므로 자동 퍼지 장치를 설치하여 계속 제거해야 합니다. 그래서 보통 냉난방 배관계통의 높은 곳에 보면 자동 공기 빼기 밸브가 설치되어 있습니다. 

3) 냉수 흐름 상태의 점검

위 그림에서와같이 냉수의 출구 압력이 입구 압력보다 낮은 상태로 운전되어야 합니다. 증발기에서 압력손실이 발생하기 때문에 당연한 결과이지만, 만약 냉수의 흐름이 정상적이지 않으면 냉수 입출구의 압력 편차가 지나치게 많이 나거나 아예 나지 않게 됩니다. 냉동기 Maker에서는 이것을 이용하여 위 그림에서처럼 차압 센서를 달아 놓기도 합니다. 통상적으로 냉수 입출구의 압력 차이는 0.3~0.5kg/cm2입니다.

또한 냉수 입출구의 온도편차는 5℃이하가 정상이며 5℃이하의 편차가 나게 되면 냉수의 유량이 적은 것이므로 조치가 필요합니다.  

오늘은 냉동기 동파에 대해서 포스팅하였습니다. 시설관리를 하면서 저 또한 냉동기를 아무것도 모르는 상태에서 버튼만 누르면서 돌렸는데, 절대로 그래서는 안되겠습니다. 냉동기 실무를 하시는 분이라면 반드시 동파에 대해서는 숙지하셔야 하며, 이에 도움이 되어 드리고자 이 글을 쓰게 되었습니다. 긴글 읽어주셔서 감사합니다.