#냉동장치 집중 분석

냉동 장치에 사용되는 증발압력 조절밸브(EPR), 흡입압력 조절밸브(SPR), 응축압력 조절밸브(CPR)에 대하여 설치 위치와 사용 목적을 각각 설명하시오.

냉동 장치에서 증발압력 조절밸브(EPR), 흡입압력 조절밸브(SPR), 응축압력 조절밸브(CPR)는 각각 특정 목적을 위해 설치된다. EPR은 증발기 압력을 일정하게 유지하여 특정 증발기 과열을 방지하고, SPR은 압축기 보호를 위해 흡입 압력을 제한하며, CPR은 응축 압력을 제어하여 냉동 시스템의 효율성을 향상시킨다. 각 밸브의 설치 위치와 사용 목적을 정확히 이해하는 것은 냉동 시스템의 안정적인 운전과 성능 최적화에 필수적이다.

냉동장치에 설치되는 유분리기(oil separator)에 대하여 다음을 설명하시오. (1) 유분리기의 설치위치 및 통과유속 기준 (2) 유분리기의 오일분리 구조 (3) 유분리기가 필요한 냉동장치 종류

냉동장치 유분리기는 압축기에서 토출되는 냉매와 오일 혼합물에서 오일을 분리하여 압축기 윤활 성능 유지, 냉동 효율 향상, 배관 시스템 오염 방지, 열교환기 성능 저하 방지, 장치 수명 연장 등 다양한 효과를 제공한다. 설치 위치는 압축기 토출구 직후이며, 통과 유속은 냉매 종류 및 장치 용량에 따라 결정된다. 분리 방식은 원심력, 중력, 충돌, 여과 등을 복합적으로 사용하며, 특히 대형 냉동장치나 왕복동 압축기, 저온 냉동장치 등에 필수적으로 적용된다.

NH₃ 냉매를 이용하는 2단 압축 1단 팽창 냉동장치가 있다. 증발온도 -35℃, 응축온도 35℃, 제1 팽창밸브(중간냉각기 앞 팽창밸브) 직전 냉매액온도 30℃, 제2 팽창밸브 직전 (증발기 앞) 냉매액온도 -2℃, 중간냉각기온도 –10℃, 저단압축기 및 고단압축기 흡입 증기의 상태가 건조포화증기일 때 다음 물음에 답하시오. (단, 증발기의 냉매순환량은 1kg/h 이다). (1) 저단 압축기의 토출증기를 중간냉각하기 위해서 소비되는 열량(kJ/h)을 구하시오. (2) 고압액을 중간냉각하기 위해서 소비되는 열량(kJ/h)을 구하시오. (3) 저단 및 고단 압축기 일량(kW)을 각각 구하시오. (단, 정답은 소숫점 3째자리까지 나타내시오.) (4) 해당 냉동(2단 압축 1단 팽창)장치의 COP를 구하시오.

본 문제는 NH3 냉매를 사용하는 2단 압축 1단 팽창 냉동사이클에 대한 열역학적 분석을 요구합니다. 주어진 조건(증발/응축 온도, 중간 냉각기 온도, 냉매 순환량 등)을 활용하여 중간 냉각에 필요한 열량, 압축기 일량, 그리고 냉동장치의 성능계수(COP)를 계산하는 것이 목표입니다. 냉동사이클의 각 지점에서의 엔탈피 변화를 정확히 파악하고, 에너지 보존 법칙을 적용하여 문제를 해결해야 합니다.

냉동장치의 안전관련 압력시험의 종류를 열거하고, 각각에 대하여 설명하시오.

냉동장치의 안전 관련 압력 시험은 장비의 건전성을 확보하고 잠재적 위험을 예방하는 데 필수적입니다. 이 답안에서는 내압 시험, 기밀 시험, 작동 시험 등 다양한 압력 시험의 종류와 목적, 절차를 상세히 설명합니다. 각 시험의 중요성과 안전 관리 측면을 강조하여 냉동장치의 안전성을 확보하는 데 필요한 지식을 제공합니다.

냉동장치에 사용되는 증발압력 조절밸브(EPR), 흡입압력 조절밸브(SPR), 응축압력 조절밸브(CPR)의 설치위치와 사용목적에 대하여 설명하시오.

냉동장치 압력 조절 밸브(증발, 흡입, 응축)는 각각 증발기, 압축기 흡입측, 응축기 출구측에 설치되어 특정 압력을 유지하여 장치 보호 및 효율적인 운전을 가능하게 한다. 증발압력 조절밸브는 증발기 압력 유지, 흡입압력 조절밸브는 압축기 보호 및 용량 제어, 응축압력 조절밸브는 응축 압력 유지 및 냉매액 과냉도를 확보한다.

냉동장치에 사용되는 냉매의 명명법(표기방법)에 대하여 설명하고, 자연냉매의 종류 및 특성을 설명하시오.

냉매 명명법은 ASHRAE 표준 34에 따라 정의되며, 탄소, 수소, 불소, 염소 등의 원소 기호와 숫자를 조합하여 냉매를 식별합니다. 자연냉매는 환경 친화적인 냉매로 암모니아, 이산화탄소, 탄화수소 등이 있으며, 각각 고유한 장단점을 가집니다. 암모니아는 높은 효율, 이산화탄소는 낮은 지구온난화지수, 탄화수소는 우수한 열역학적 특성을 보입니다. 냉매 선택 시에는 환경 규제, 안전성, 효율성, 경제성 등을 종합적으로 고려해야 합니다.

냉동장치의 불응축가스 퍼져에서 다음 내용을 설명하고 장치흐름도를 그리시오. 1) 요크형(York type) 가스 퍼져 2) 암스트롱형(Amstrong type) 가스 퍼져

냉동장치 내 불응축 가스는 냉동 효율을 저하시키므로 퍼저를 통해 제거해야 한다. 요크형 퍼저는 냉매 액체의 증발을 이용해 불응축 가스를 분리하며, 암스트롱형 퍼저는 냉매 증기의 속도차를 이용한다. 두 방식 모두 냉동 시스템의 성능 유지에 중요한 역할을 수행한다.

냉동장치에서 고압 수액기 용량 결정 시 유의사항에 대하여 설명하시오.

냉동장치 고압 수액기 용량 결정 시에는 냉매 종류, 응축 온도 변화, 시스템 운전 조건 등을 고려해야 한다. 과냉도 확보, 액 냉매 저장, 맥동 방지, 시스템 보호 등의 목적을 달성할 수 있도록 적절한 용량을 선정하는 것이 중요하다.

냉동장치에서 플래시 가스(Flash Gas) 발생원인과 장치에 미치는 영향에 대하여 설명하시오.

냉동장치 내 플래시 가스는 주로 팽창밸브 전후의 압력 강하 및 냉매 과냉 부족으로 인해 발생하며, 냉동 효율 저하, 압축기 성능 저하, 배관 내 압력 강하 증가 등의 문제를 야기한다. 이를 해결하기 위해 냉매 과냉도 확보, 팽창밸브 적정 용량 선정, 배관 설계 최적화 등의 대책이 필요하다.

유분리기의 종류와 이를 필요로 하는 냉동장치에 대하여 설명하시오.

유분리기는 냉동 시스템에서 압축기에서 토출되는 냉매와 함께 섞여 나오는 오일을 분리하여 시스템 효율을 유지하고, 오일이 증발기 등 다른 구성 요소에 미치는 악영향을 방지하는 장치이다. 다양한 종류의 유분리기가 있으며, 특정 냉동 장치의 요구 사항에 따라 적절한 유분리기를 선택해야 한다.

냉동장치에서 스크롤압축기의 용량제어 방법에 대하여 2가지 설명하시오.

스크롤 압축기의 용량 제어는 냉동 시스템의 효율적인 운전을 위해 필수적이다. 본 답안에서는 스크롤 압축기의 대표적인 용량 제어 방법인 On-Off 제어와 바이패스 제어의 개념, 작동 원리, 장단점을 상세히 설명한다. 각 제어 방식의 특징을 명확히 이해하고, 실제 시스템 적용 시 고려사항을 제시하여 고득점을 목표로 한다.

냉동장치에서 압축기에 냉매증기가 아닌 냉매액이 회수되어 오는 경우 그 액량이 많으면 압축기가 파손되는 사고가 발생할 수 있다. (1) 위 현상을 일반적으로 무엇이라 하는지 설명하시오. (2) 냉동 장치의 자동화에 의해 위 문제를 해결하는 방법 2가지를 설명하시오.

냉동장치 압축기 액압축 현상은 냉매액이 압축기로 유입되어 압축기 손상을 초래하는 문제이다. 이를 해결하기 위해 자동화 시스템을 활용하여 액분리기 설치 및 팽창 밸브 제어를 통해 액압축을 방지하고, 압축기 보호 운전을 구현할 수 있다. 자동화 시스템은 냉동장치의 안정성을 향상시키고 유지보수 비용을 절감하는 데 기여한다.

NH₃ 냉매를 이용하는 2단 압축 1단 팽창 냉동장치가 있다. 증발온도 -35℃, 응축온도 35℃, 제1단 팽창밸브(중간냉각기 앞 팽창밸브) 직전 냉매액온도 30℃, 제2단 팽창밸브 직전(증발기 앞) 냉매액온도 -2℃, 중간냉각기온도 -10℃, 저단압축기 및 고단압축기 흡입증기의 냉매온도가 건조포화증기일 때 다음 물음에 답하시오. (단, 증발기의 냉매순환량은 1 kg/h 이다). <그림> 2단 압축 1단 팽창 p-h 선도 (1) 중간냉각기에서 저단 압축기 토출증기의 냉각을 위하여 소비되는 열량을 구하시오. (2) 중간냉각기에서 고압액의 냉각을 위하여 소비되는 열량을 구하시오. (3) 1단 압축 1단 팽창 사이클(증발온도 –35℃, 응축온도 35℃, 과냉각 5℃, 압축기 흡입증기의 상태 건조포화증기, 토출증기 상태 B)의 압축일량에 대한 2단 압축 1단 팽창 사이클 전체 압축일량의 비율(%)을 구하시오. 2 – 1 분 수험 성 기계