냉동(냉수) 시스템

시스템 개요

냉동(냉수) 시스템

냉동이란 어떤 물체나 공간의 열을 인위적으로 빼앗아 주위의 온도보다 낮은 온도로 만들거나 혹은 저온 상태를 유지하는 것. 이와 유사한 용어로 동결, 냉방, 냉장 등이 있으며 냉동의 대상물질로는 농산물, 수산물, 축산물, 공산품 또는 기타 유체가 있음.
냉동의 방법은 자연적인 냉동법과 기계적(연속적)인 냉동법이 있는데 자연적인 냉동법은 외기 냉방과 같은 방법을 의미하고 기계적인 냉동법은 냉동기(Refrigerator)와 같은 물리적인 방식의 냉각법을 의미.
냉동시스템에서 가장 많이 사용되는 방식은 증기압축식 냉동법과 흡수식 냉동법임. 증기압축식 냉동법은 왕복동식, 스크류식, 로터리식, 터보식 등이 있으며 흡수식은 1중(단일)효용흡수식, 2중효용흡수식 등이 있으며 기타 방식으로 공기압축식, 증기분사식, 진공식, 흡착식, 자기식 등의 방식들이 있음.

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시스템 구성도
냉동(냉수) 시스템 시스템 구성도
증기압축식 시스템
  • 증기압축
    시스템 개요
    증기압축
    시스템 개요

    증기압축식시스템은 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기로 구성되며, 성능 향상을 위하여 유분리기, 수액기, 액분리기 등이 같이 사용되며, 안전장치로 고저압 센서의 의한 압축기 작동을 조절함. 대기압에 가까운 압력에서 쉽게 증발하는 냉매를 증발기에서 증발시켜 증발 잠열을 피냉각물에서 흡수하여 냉각시키며 이때 증발 기화한 가스를 다시 압축기에서 고온 및 고압으로 형성하여 응축기에서 액화하여 증발과 응축을 반복함으로써 냉동 작용을 연속적으로 유지함. 사용온도 범위가 넓고 경제적이어서 가장 일반적으로 사용됨.

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  • 증기압축식
    시스템 주설비
    증기압축식
    시스템 주설비

    증기압축식시스템을 구성하는 주설비는 압축, 응축, 팽창, 증발의 각 과정을 담당하는 설비로 증발기에서 증발한 저온저압의 기체를 응축기의 상온에서 응축 액화가 용이하도록 고온고압으로 압축하는 압축기, 압축기에서 나온 고온고압의 기체 냉매를 상온의 물 또는 공기로 응축시키는 응축기, 응축기에서 나온 액체 냉매를 증발하기 쉽도록 압력을 떨어뜨리고 냉매량을 조절하는 팽창밸브, 팽창밸브를 통과한 액체 냉매가 주위의 물체로부터 열을 뺏겨 냉매가 증발하여 냉동 효과를 발휘하는 증발기 등으로 구성됨.

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  • 증기압축식
    시스템
    기타 기술 자료
    증기압축식
    시스템
    기타 기술 자료

    증기압축식 냉동사이클에서 압축, 응축, 팽창, 증발의 각 과정에서 이론적인 상태 변화와 실제 상태 변화에 있어서 압력 손실 및 열 발생 등으로 차이가 있어 이에 대한 해석이 필요하며 각 과정에서 냉매의 과열도, 과냉각도, 증발온도와 압력의 상태에 따라 냉동성적계수의 변화가 있으므로 효율적인 운전을 위하여 이에 대한 분석이 필요함.
    냉매는 넓은 의미에서 냉각작용을 일으키는 모든 물질을 가리키며 특히 냉동장치, 열펌프, 공기조화장치 및 온도차 열에너지 이용기관 등의 사이클 내부를 순환하면서 저온부(증발기)에서 증발함으로써 주위로부터 열을 흡수하여 고온부(응축기)에서 응축하면서 열을 방출시키는 작동 유체를 가리킴. 그 종류로는 탄화수소, 할로카본, 유기화합물, 무기화합물 등 네 종류의 화합물 등이 있음.

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흡수식 시스템
  • 흡수식 시스템 개요
    흡수식 시스템 개요

    흡수식시스템은 흡수기와 발생기에서 냉매 증기가 흡수-재생-증발하는 과정을 이용하여 냉매를 이송하며 발생기에서 냉매증기 발생을 위해 열에너지를 이용하기에 열구동사이클(heat operated cycle)이라 불림. 물(H2O), 암모니아(NH3), 리튬브로마이드(LiBr) 냉매를 사용함.
    증발기내에서 냉매가 증발하면서 주위의 열을 빼앗아 냉방하고 응축기에서 냉매가 응축되면서 주위로 열을 방출하는 면에선 증기압축식 냉동기와 유사하며 증기압축식은 압축기에 의해 증발기의 기체냉매를 흡입-압축하나 흡수식에선 흡수기에서 흡수제(용매)에 의해 냉매가스를 흡입-용해하고 냉매가스가 흡수제에 용해되는 비율이 온도/압력에 따라 다름을 이용하며 즉 압축기로 냉매를 순환시키는 것이 아니라 흡수기에서 냉매증기를 용해-흡수하여, 재생기(발생기)에서 가열하여 냉매를 분리 처리함.

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  • 흡수식 시스템 주설비
    흡수식 시스템 주설비

    흡수식 냉동기의 냉매와 흡수제를 기준으로 분류하면 현재 공조용으로 널리 사용되고 있는 물-리튬브로마이드 수용액과 저온용 또는 소규모 공조용으로 일부 사용되고 있는 암모니아-물계로 나눌 수 있음. 또한 사이클의 종류에 따라 일중효용, 이중효용 및 흡수식 히트펌프와 삼중효용 및 자기재생사이클 등으로 분류되며 사용열원에 따라 온수식, 증기식 및 직화식 등으로 나눌 수 있음.

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  • 흡수식 시스템 기타 기술 자료
    흡수식 시스템 기타 기술 자료

    저온수 흡수식 냉동기는 태양열, 열병합 발전기 냉각수를 이용하고 배기가스 냉온수기는 직화식 냉온수기의 고온재생기 내 연소실 대신 연관(전열면적 확대)을 설치하고 가스 또는 유류를 연료로 사용하는 것을 흡수식 냉·온수 유니트라고 함. 그 중에서 2중 가스 흡수식 냉·온수 유니트가 제일 많이 사용되고 있음.

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히트펌프 시스템
  • 히트펌프
    시스템 개요
    히트펌프
    시스템 개요

    히트펌프는 공기, 수열, 지열, 폐열원 등 저온의 열원에서 열을 흡수하여 고온의 열을 생산하는 기기로 적은 구동 에너지(전기, 가스 등)를 이용하여 보다 많은 에너지를 열의 형태로 공급하는 열변환 기기임.
    히트펌프는 공기, 하천수, 폐수(열) 등의 미활용에너지와 지열, 태양열 등의 신재생에너지를 냉난방, 급탕 및 공정용의 고급에너지로 변환시키는 비연소(combustion-free)식 친환경의 대표적 에너지 기기이며, 단일기기로는 CO₂ 발생 저감 효과가 매우 큼

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  • 히트펌프
    시스템 분류
    히트펌프
    시스템 분류

    히트펌프는 종류와 주요 특성에 따라 다양하게 구분되고 정리되어 있으나 다음과 같이 분류하여 압축식과 흡수식 및 축열식을 주대상으로 분석함. 화학식은 현재 세계적으로 상용화된 제품이 없는 상황이며 가스구동식의 경우 일본 제품의 국내 시장 점령과 일본 위주의 시장으로 한정되어 있고 제습식의 경우 냉방 위주의 제품인 관계로 분석 대상에서 제외함. 히트펌프는 공조용과 산업용으로 구분하여 적용되어짐.

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냉각탑
  • 냉각탑 개요
    냉각탑 개요

    냉각탑은 공업용과 공조용으로 구분되며 냉동기(흡수식, 전기식) 및 히트펌프의 응축열 제거가 목적이며 물을 주위의 공기와 접촉시켜 물의 증발작용과 일부 자체 냉각작용에 의해 냉각시키는 장치로 증발이 주요 열교환 수단이므로 외기의 습도(습구온도)가 주요함.
    냉각탑은 냉각수로 사용되어 데워진 물을 공기로 냉각하여 재사용시키는 비교적 단순한 기능의 열교환기로 물의 증발잠열을 이용하며 99%의 냉각수를 회수하는 수절약기기인 동시에 하천의 온도상승을 막는 환경자원 보호기기임.

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  • 냉각탑 주설비
    냉각탑 주설비

    냉각탑은 통풍 방식에 의하여 자연통풍식과 강제통풍식으로, 물과 공기의 접촉 유수 방향에 의하여 직교류형과, 대향류형, 병류형으로, 송풍기의 위치에 따라 유도통풍식과 압입통풍식으로, 충진재의 유무에 따라 분무식과 충진식으로, 물과 공기의 접촉 방식에 따라 개방식과 밀폐식으로, 송풍 방식에 따라 흡입식과 압입식으로, 설치 방법에 따라 공장조립형과 현장조립형으로, 모양에 따라 사각형, 원형, 연결형으로, 기타 분류로 대기압식 자연통풍형, 백연방지형과 개방식 냉각탑 등으로 분류됨.

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  • 냉각탑 기타
    기술 자료
    냉각탑 기타
    기술 자료

    냉각탑 성능평가 방법으로 냉각수 입출구온도차인 쿨링레인지와 냉각수출구온도와 입구공기습구온도차인 쿨링어프로치에 의하여 산출되는 냉각탑유효도와 냉각톤 산출방법 등이 있음.
    냉각탑 운전관리 문제로 백연 방지, 냉각수 수질 관리, 소음 관리, 냉각수 온도 관리 등에 유의하여야 함.

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