냉각기

Chiller
기타 용도는 냉각기(동음이의 설명)를 참조하십시오.
요크 국제 수냉식 냉각기

냉각기는 증기 압축, 흡착 냉동 또는 흡수 냉동 사이클을 통해 액체 냉각수의 열을 제거하는 기계입니다.그런 다음 이 액체는 열 교환기를 통해 순환하여 장비를 냉각하거나 다른 프로세스 스트림(공기 또는 프로세스 물)을 냉각할 수 있습니다.필요한 부산물로서, 냉장은 대기 또는 [1]효율을 높이기 위해 배출해야 하는 폐열을 발생시킵니다.증기 압축 냉각기는 다양한 유형의 압축기를 사용할 수 있습니다.오늘날 가장 일반적인 것은 밀폐 스크롤, 반밀폐 나사 또는 원심 압축기입니다.냉각기의 응축 측면은 공기와 수냉 중 하나입니다.액체가 냉각된 경우에도 냉각기는 유도 또는 강제 드래프트 냉각탑에 의해 냉각되는 경우가 많다.흡수 및 흡착 냉각기가 [2][3]작동하려면 열원이 필요합니다.

냉수는 중대형 상업, 산업 및 시설에서 공기를 냉각 및 제습하는 데 사용됩니다.수냉식 냉각기는 (냉각탑을 통해) 수냉식, 공냉식 또는 증발식 냉각이 가능합니다.수냉식 또는 수냉식 시스템은 공냉식 [4]시스템보다 효율과 환경에 미치는 영향을 제공할 수 있습니다.

에어컨에 사용

중규모 상업용 건물 옥상에 공랭식 응축기가 있는 액체(글리콜 기반) 냉각기

에어컨 시스템에서 냉매는 일반적으로 에어컨 또는 냉각 플랜트의 냉각기에서 에틸렌 글리콜과 혼합된 냉각수로, 일반적으로 각 공간의 공기를 냉각하는 공기 핸들러 또는 기타 유형의 단말 장치에 있는 열 교환기에 분배됩니다.그런 다음 물은 냉각기로 재순환되어 재냉각됩니다.이러한 냉각 코일은 공기에서 냉수로 감지되는 열과 잠열을 전달하여 공기 흐름을 냉각시키고 보통 제습합니다.에어컨 어플리케이션의 일반적인 냉각기의 정격은 50kW(170,000 BTU/시)~7MW(2400만 BTU/시)입니다.최소 2개의 제조사(York International 및 LG)에서 최대 21MW(7200만 BTU/시)[5][6]의 냉각기를 생산할 수 있습니다.냉각수 온도(냉장기에서 나오는 온도)는 애플리케이션 [8]요건에 따라 보통 1~7°C(34~45°F)[7]입니다.일반적으로 냉각기는 12°C(진입온도)에서 물을 공급받아 7°[7][9]C(퇴출온도)까지 냉각한다.

에어컨 시스템용 냉각기가 작동하지 않거나 수리 또는 교체가 필요한 경우 비상 냉각기를 사용하여 냉각수를 공급할 수 있습니다.렌탈 쿨러는 트레일러에 장착되어 있어 현장에 신속하게 배치될 수 있습니다.대형 냉수 호스는 렌탈 냉각기와 에어컨 [10]시스템을 연결하는 데 사용됩니다.

산업에서의 사용

산업용에서는 냉각기에서 나오는 냉각수 또는 기타 냉각수 액체가 프로세스 또는 실험실 장비를 통해 펌핑됩니다.산업용 냉각기는 다양한 산업에서 제품, 메커니즘 및 공장 기계의 냉각을 제어하는 데 사용됩니다.플라스틱 산업, 사출 및 중공 성형, 금속 가공 절삭유, 용접 장비, 다이캐스팅 및 공작, 화학 가공, 제약 제제, 식음료 가공, 종이 및 시멘트 가공, 진공 시스템, X선 회절, 전원 공급 장치 및 가스터빈 발전 장치에 자주 사용됩니다.이온(터빈 입구 공기 냉각 #증기 압축 냉각기 참조), 분석 장비, 반도체, 압축 공기 및 가스 냉각.또한 MRI 기계나 레이저와 같은 고열 전문 장비, 병원, 호텔 및 캠퍼스에서도 냉각에 사용됩니다.

산업용 애플리케이션용 냉각기는 1개의 냉각기가 복수의 냉각 요구를 충족시키는 일원화 또는 각 애플리케이션 또는 머신에 독자적인 냉각기가 있는 분산화가 가능합니다.각 접근법에는 장점이 있습니다.중앙 집중식 및 분산식 냉각기를 모두 사용할 수도 있습니다. 특히 냉각 요건이 일부 애플리케이션 또는 사용 지점에 동일하지만 전부가 아닌 경우에는 더욱 그렇습니다.

냉수는 중대형 상업, 산업 및 시설(CII) 시설에서 공기를 냉각 및 제습하는 데 사용됩니다.액체 냉각기는 액체 냉각, 공랭 또는 증발 냉각이 가능합니다.수냉식 또는 수냉식 냉각기는 공냉식 냉각기에 비해 냉각기의 열역학적 효과를 향상시키는 냉각 타워를 사용합니다.이는 건조구 온도가 더 높고 때로는 훨씬 더 높은 것이 아니라 공기의 습구 온도 또는 그 부근에서 열을 방출하기 때문입니다.증발 냉각 냉각기는 공냉식 냉각기보다 효율이 높지만 액냉식 냉각기보다는 낮습니다.

수냉식 냉각기는 일반적으로 실내 설치 및 작동을 위해 설계되었으며 별도의 콘덴서 워터 루프로 냉각되고 실외 냉각 타워에 연결되어 대기로 열을 배출합니다.

공랭식 및 증발식 냉각 냉각기는 실외 설치 및 작동을 위한 것입니다.공랭식 기계는 기계의 콘덴서 코일을 통해 기계적으로 직접 순환되는 외부 공기에 의해 직접 냉각되어 대기로 열을 배출합니다.증발 냉각 기계는 콘덴서 코일에 미스트를 뿌려 콘덴서 냉각을 돕는다는 점을 제외하면 유사합니다. 따라서 기존의 공랭식 기계보다 기계의 효율이 높아집니다.일반적으로 이러한 유형의 공랭식 또는 증발식 냉각기에는 원격 냉각 타워가 필요하지 않습니다.

가능한 경우 인근 수역에서 즉시 이용할 수 있는 냉수는 냉각, 교체 또는 냉각탑 보충을 위해 직접 사용할 수 있다.캐나다 온타리오주 토론토에 있는 심층수원 냉각 시스템이 그 예입니다.차가운 호수 물을 사용하여 냉각기를 냉각시키고, 이는 지역 냉방 시스템을 통해 도시 건물을 냉각하는 데 사용됩니다.돌아오는 물은 도시의 식수 공급을 따뜻하게 하는데 사용되며, 이것은 추운 기후에 바람직하다.냉각 기능에 가세해 냉각기의 열제거를 생산적인 목적으로 사용할 수 있는 경우는 항상 매우 높은 열효율이 가능합니다.

증기 압축 냉각기 기술

증기 압축 냉각기는 일반적으로 다음 네 가지 압축기 유형 중 하나를 사용합니다.왕복 압축, 스크롤 압축, 나사 구동 압축 및 원심 압축은 모두 전기 모터, 증기 또는 가스 터빈으로 구동될 수 있는 기계 기계입니다.전기 모터를 반밀폐 또는 밀폐 구성으로 사용하는 것이 압축기를 구동하는 가장 일반적인 방법입니다. 전기 모터는 연료 공급이나 배기 환기 없이 냉매에 의해 효과적이고 쉽게 냉각될 수 있고 모터가 냉매에서 작동할 수 있어 유지보수를 줄일 수 있기 때문입니다.개방형 압축기가 사용되기도 하지만 누출, 운영 비용 및 다운타임.이러한 냉각 효과는 역랭킹 사이클을 통해 생성되며, 증기 압축이라고도 합니다.증발 냉각 열 제거의 경우 성능 계수(COP)가 매우 높습니다. 일반적으로 4.0 이상입니다.

COP {\= power} {\

현재의 증기 압축 냉각기 기술은 증기 압축으로 알려진 "역랭킨" 사이클을 기반으로 합니다.첨부된 그림을 참조하여 냉각 시스템의 주요 컴포넌트의 개요를 참조하십시오.

수냉식 냉각기의 구성 요소를 나타내는 다이어그램
냉매에서 냉각탑을 순환하는 물로 열을 전달하여 열을 방출하는 셸 및 튜브 열교환기.

냉각기의 주요 컴포넌트:

냉동 압축기는 기본적으로 냉매 가스를 위한 펌프입니다.압축기의 용량, 즉 냉각기의 냉각 용량은 킬로와트 입력(kW), 마력 입력(HP) 또는 체적 흐름(m3/h3, ft/h)으로 측정됩니다.냉매 가스를 압축하는 메커니즘은 압축기마다 다르며, 각각 용도에 따라 다릅니다.일반적인 냉동 압축기에는 왕복식, 스크롤, 나사 또는 원심식 압축기가 있습니다.이것들은 전기 모터, 증기 터빈 또는 가스 터빈으로 구동될 수 있다.컴프레서는 특정 제조업체의 내장 모터를 사용할 수도 있고, 다른 유형의 기계적 연결부에 연결할 수 있는 개방형 드라이브일 수도 있습니다.압축기는 또한 에르메틱(용접 폐쇄) 또는 반밀폐(볼트 결합)일 수 있습니다.

최근 몇 년 동안 가변 속도 드라이브(VSD) 기술이 적용되면서 증기 압축 냉각기의 효율성이 향상되었습니다.최초의 VSD는 1970년대 후반에 원심 압축기 냉각기에 적용되었으며 에너지 비용이 증가함에 따라 표준이 되었습니다.현재 VSD는 회전식 나사와 스크롤 기술 압축기에 적용되고 있다.

응축기는 공랭식, 액체 냉각식 또는 증발식일 수 있습니다.콘덴서는 열이 냉매 가스에서 물 또는 공기로 이동할 수 있도록 해주는 열 교환기입니다.공랭식 콘덴서는 동관(냉매 흐름용)과 알루미늄 핀(공기 흐름용)으로 제조됩니다.콘덴서마다 재료비가 다르고 효율도 다릅니다.증발 냉각 응축기의 경우 성능 계수(COP)는 매우 높아 일반적으로 4.0 이상입니다.공랭식 콘덴서는 실외에서 설치 및 작동되며, 외부 공기로 냉각됩니다. 외부 공기는 종종 전기 팬을 사용하여 콘덴서를 통해 강제됩니다.수냉식 또는 액냉식 응축기는 냉각탑에 의해 냉각되는 물로 냉각됩니다.

팽창 장치 또는 냉매 계량 장치(RMD)는 압력 강하를 일으켜 냉매의 흐름을 제한합니다. 이 기화는 근처의 액체 냉매로부터 열을 흡수합니다.RMD는 증발기의 차가운 가스가 증발기의 물로부터 열을 흡수할 수 있도록 증발기 바로 앞에 위치합니다.증발기 출구 측에는 RMD용 센서가 있어 RMD가 냉각기 설계 요구 사항에 따라 냉매 흐름을 조절할 수 있습니다.

증발기는 플레이트 타입 또는 셸 및 튜브 타입일 수 있습니다.증발기는 열 에너지가 물줄기에서 냉매 가스로 이동할 수 있도록 해주는 열 교환기입니다.남은 액체가 기체로 변하는 동안 냉매는 온도 변화 없이 많은 양의 열을 흡수할 수 있다.

흡수 기술의 구조

흡수 냉각기의 열역학적 사이클은 열원에 의해 구동됩니다. 이 열은 보통 증기, 온수 또는 연소를 통해 냉각기로 전달됩니다.전기 구동식 냉각기에 비해 흡수식 냉각기는 전력 요구량이 매우 낮습니다. 솔루션 펌프와 냉매 펌프의 총 소비량이 15kW를 넘는 경우는 매우 드뭅니다.그러나 열 입력 요건이 크고 COP는 0.5(단일 효과)에서 1.0(단일 효과)인 경우가 많습니다.동일한 냉각 용량을 위해 흡수식 냉각기는 증기 압축식 냉각기보다 훨씬 더 큰 냉각 타워를 필요로 합니다.그러나 에너지 효율의 관점에서 볼 때 흡수 냉각기는 저렴한 저급 열 또는 폐열을 쉽게 사용할 [11]수 있는 경우 탁월합니다.매우 맑은 기후에서 태양 에너지는 흡수 냉각기를 작동시키는 데 사용되어 왔습니다.

단효과 흡수 사이클에서는 물을 냉매로, 브롬화리튬을 흡착제로 사용합니다.이 두 물질이 서로에 대해 갖는 강한 친화력이 사이클을 작동시킵니다.전체 과정은 거의 완전한 진공상태에서 발생합니다.

  1. Solution Pump : 묽은 브롬화리튬용액(농도 60%)이 흡수체 셸 바닥에 모인다.여기에서 밀폐용액 펌프가 셸 및 튜브 열교환기를 통해 용액을 이동하여 예열한다.
  2. 제너레이터 : 열교환기에서 나온 후 희석액이 상부 쉘로 이동한다.용액은 증기 또는 뜨거운 물을 운반하는 튜브 다발을 둘러싸고 있습니다.증기 또는 뜨거운 물은 열을 묽은 브롬화 리튬 용액 풀로 전달합니다.용액이 끓으면 냉매 증기가 응축기 안으로 올라가고 농축된 브롬화 리튬이 남습니다.농축된 브롬화 리튬 용액은 열 교환기로 이동하고, 여기서 약한 용액이 발전기로 펌핑되어 냉각됩니다.
  3. 콘덴서 : 냉매 증기는 미스트 제거기를 통해 콘덴서 튜브 번들로 이동합니다.냉매 증기가 튜브에서 응축됩니다.열은 튜브 내부를 통과하는 냉각수에 의해 제거됩니다.냉매는 응축되면서 콘덴서 하단의 수조에 모입니다.
  4. 증발기 : 냉매 액체가 상부 셸의 콘덴서에서 하부 셸의 증발기로 이동하고 증발기 튜브 번들 위로 분사됩니다.하부 셸[6 mm Hg (0.8 kPa) 절대 압력]의 극한 진공으로 인해 냉매 액체가 약 39 °F(4 °C)에서 비등하여 냉매 효과를 발생시킨다.(이 진공은 흡습 작용에 의해 생성된다. 즉, 강한 친화력인 브롬화리튬은 바로 아래의 흡수기에 물이 있다.)
  5. 업소버: 냉매 증기가 증발기에서 업소버로 이동하면서 제너레이터의 강력한 브롬화 리튬 용액이 업소버 튜브 번들 상부에 분사됩니다.강력한 브롬화 리튬 용액은 실제로 냉매 증기를 용액으로 끌어당겨 증발기에 극도의 진공 상태를 만듭니다.냉매 증기가 브롬화 리튬 용액으로 흡수되면 냉각수에 의해 제거되는 열도 발생합니다.이제 묽은 브롬화 리튬 용액이 하부 셸의 바닥에 모여 용액 펌프로 흘러내립니다.이것으로 냉각 사이클이 완료되어 프로세스가 [12]다시 시작됩니다.

공업용 냉각기 테크놀로지

산업용 냉각기는 일반적으로 순환 펌프, 팽창 밸브, 무유량 정지, 내부 냉수 제어 기능이 있는 냉각 장치, 콘덴서 및 펌프 스테이션과 같은 완전한 패키지형 폐쇄 루프 시스템으로 제공됩니다.내부 탱크는 냉수 온도를 유지하고 온도 급상승이 발생하는 것을 방지합니다.폐쇄 루프 산업용 냉각기는 일정한 온도와 압력으로 깨끗한 냉각수 또는 깨끗한 물을 순환시켜 수냉식 기계와 기기의 안정성과 재현성을 높입니다.물은 냉각기에서 애플리케이션의 사용 지점으로 흘러들어갑니다.[citation needed]

흡입구와 배출구 사이의 수온 차이가 클 경우, 차가운 물을 저장하기 위해 큰 외부 수조가 사용됩니다.이 경우 냉각수는 냉각기에서 애플리케이션으로 직접 전달되지 않고 일종의 "온도 완충제" 역할을 하는 외부 수조로 전달됩니다.냉수 탱크는 내부 물이 외부 탱크에서 애플리케이션으로 가는 것보다 훨씬 크고, 애플리케이션으로부터의 리턴 온수는 냉각기가 [citation needed]아닌 외부 탱크로 돌아갑니다.

덜 일반적인 개방 루프 산업용 냉각기는 개방 탱크 또는 섬프 내의 액체를 지속적으로 재순환하여 온도를 제어합니다.이 액체는 탱크에서 흡입되어 냉각기를 통해 펌프로 보내지고 탱크로 돌아갑니다.산업용 수냉기란 공기 냉각 대신 수냉기를 사용하는 것입니다.이 경우 콘덴서는 외부 공기로 뜨거운 냉매를 냉각시키지 않고 냉각 타워에 의해 냉각된 물을 사용합니다.이 개발로 인해 수성 콘덴서의 표면적이 좁고 팬이 없기 때문에 에너지 요구량을 15% 이상 줄일 수 있으며 냉각기의 크기도 크게 줄일 수 있습니다.게다가 팬이 없기 때문에, 노이즈 레벨을 [citation needed]큰폭으로 저감 할 수 있습니다.

대부분의 산업용 냉각기는 냉각을 위한 매체로 냉장 기능을 사용하지만, 일부 냉각수는 냉각수가 포함된 코일 위로 흐르는 공기나 물과 같은 단순한 기술에 의존하여 온도를 조절합니다.물은 프로세스 냉각기에서 가장 일반적으로 사용되는 냉각수이지만, 냉각수 혼합물(대부분 열 방산을 강화하기 위해 냉각수 첨가물이 첨가된 물)이 [13]자주 사용됩니다.

공업용 냉각기 선택

산업용 냉각기를 검색할 때 고려해야 할 중요한 사양에는 총 수명 주기 비용, 전원, 냉각기 IP 정격, 냉각기 냉각 용량, 증발기 용량, 증발기 재료, 증발기 유형, 콘덴서 재료, 콘덴서 용량, 주변 온도, 모터 팬 유형, 소음 수준, 내부 배관 재료,압축기 수, 압축기 유형, 냉장고 회로 수, 냉각수 요구 사항, 유체 배출 온도 및 COP(전체 냉각기에서 소비되는 에너지(kW)에 대한 RT 단위의 냉각 용량 간의 비율)입니다.중형에서 대형 냉각기의 경우 3.5 ~ 7.0 범위여야 하며 값이 클수록 효율이 높아집니다.미국에서는 냉각기 효율이 냉동톤(kW/RT)당 킬로와트로 지정되는 경우가 많습니다.

고려해야 할 프로세스 펌프 사양에는 프로세스 흐름, 프로세스 압력, 펌프 재료, 엘라스토머 및 기계축 씰 재료, 모터 전압, 모터 전기 등급, 모터 IP 정격 및 펌프 등급이 포함됩니다.냉수 온도가 -5°C 미만이면 특수 펌프를 사용하여 고농도의 에틸렌 글리콜을 펌핑해야 합니다.기타 중요한 사양에는 내부 수조 크기 및 재료와 최대 부하 전류가 포함됩니다.

산업용 냉각기를 선택할 때 고려해야 할 제어판 기능에는 로컬 제어판, 리모트 제어판, 장애 표시기, 온도 표시기 및 압력 표시기가 있습니다.

또한 비상 경보, 핫 가스 바이패스, 수도 전환, 캐스터 [12]등이 있습니다.

탈부착식 냉각기는 원격지 및 고온과 [14]먼지가 많은 환경에서의 도입에도 사용할 수 있습니다.

냉각기의 소음 수준이 음향학적으로 허용할 수 없는 경우 소음 제어 엔지니어는 소음 감쇠기를 구현하여 냉각기의 소음 수준을 낮춥니다.일반적으로 대형 냉각기에는 소음기 뱅크라고도 하는 일련의 감음기가 필요합니다.

냉매

주요 기사: 냉매

증기압축냉동기에서는 작동유체로 냉매를 내부에 사용한다.다양한 냉매 옵션을 사용할 수 있습니다. 냉각기를 선택할 때 적용 가능한 냉각 온도 요구 사항과 냉매의 냉각 특성이 일치해야 합니다.고려해야 할 중요한 파라미터는 동작 온도와 압력입니다.

냉매와 관련된 몇 가지 환경적 요인이 있으며, 또한 향후 냉각기 애플리케이션의 가용성에 영향을 미칩니다.이는 대형 냉각기가 25년 이상 지속되는 간헐적 애플리케이션에서 중요한 고려 사항입니다.냉매의 오존 파괴 잠재력(ODP)과 지구 온난화 잠재력(GWP)을 고려할 필요가 있다.일부 일반적인 증기 압축 냉매에 대한 ODP 및 GWP 데이터(이러한 냉매 중 다수는 가연성 및/[15]또는 독성 있음):

냉매 ODP GWP
R12 1 2400
R123 0.012 76
R134a 0 1300
R22 0.05 1700
R290 (프로판) 0 3
R401a 0.027 970
R404a 0 3260
R407a 0 2000
R407c 0 1525
R408a 0.016 3020
R409a 0.039 1290
R410a 0 1725
R500 0.7 ???
R502 0.18 5600
R507 0 3300
R600a 0 3
R744(CO2)[16] 0 1
R717(암모니아) 0 0
R718(수분)[17] 0 0

R12는 ODP 참조입니다.CO는2 GWP 참조입니다.

유럽에서 판매되고 있는 냉각기에 사용되는 냉매는 주로 R410a(70%), R407c(20%), R134a(10%)[18]입니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ "Academia.edu - Share research". Academia.edu. Retrieved 24 January 2022.
  2. ^ "Types of Chillers - A Thomas Buying Guide". Thomasnet.com.
  3. ^ Evans, Paul (September 26, 2017). "Absorption Chiller, How it works". Thengineeringmindset.com.
  4. ^ III, Herbert W. Stanford (2016-04-19). HVAC Water Chillers and Cooling Towers: Fundamentals, Application, and Operation, Second Edition. CRC Press. p. xvii. ISBN 9781439862117.
  5. ^ "YD Dual Centrifugal Chiller". York.com.
  6. ^ "Centrifugal Chiller HVAC Business". Lg.com.
  7. ^ a b "Archived copy". Archived from the original on 2022-01-24. Retrieved 2022-01-24.{{cite web}}: CS1 maint: 제목으로 아카이브된 복사(링크)
  8. ^ 미국난방냉동공조기술자협회: CS1 유지보수: 제목으로 보관본 (링크)
  9. ^ [1][데드링크]
  10. ^ Request for Proposal #946 - Emergency Chillers Rentals (PDF). Montclair State University. Retrieved 23 July 2015.
  11. ^ "Converting Low-Grade Heat into Electrical Power". Archived from the original on 2017-10-21. Retrieved 2017-10-11.
  12. ^ a b "Archived copy". Archived from the original on 2012-06-17. Retrieved 2012-07-06.{{cite web}}: CS1 maint: 제목으로 아카이브된 복사(링크)
  13. ^ III, Herbert W. Stanford (2016-04-19). HVAC Water Chillers and Cooling Towers: Fundamentals, Application, and Operation, Second Edition. CRC Press. p. 113. ISBN 9781439862117.
  14. ^ "Summit Matsu Chillers - Chillers for Mining". Matsu.com.au.
  15. ^ "Refrigerants". Archived from the original on 14 March 2013. Retrieved 5 July 2013.
  16. ^ "R744 (Carbon dioxide)". Archived from the original on 15 September 2013. Retrieved 5 July 2013.
  17. ^ Kilicarslon, Ali; Müller, Norbert (18 July 2005). "A comparative study of water as a refrigerant with some current refrigerants" (PDF). Int. J. Energy Res. Wiley. 29 (11): 947–959. doi:10.1002/er.1084.
  18. ^ "Statistics data on the HVAC&R market in Europe, Middle-East and Africa". Eurovent-marketintelligence.eu. Retrieved 24 January 2022.

외부 링크

Wikimedia Commons에는 Chillers 관련 미디어가 있습니다.