냉난방기 및 냉동기의 냉매 충전 전 준비 사항
건물의 내부 온도를 조절하는 냉난방기(HVAC - heating, Ventilation, and Air Conditioning)나 냉동고에서 사용 하는 냉동기는 냉매를 사용합니다.
냉매는 액체 상태에서 증발해 열을 흡수하고, 기체 상태에서 응축해 열을 방출하는 방식으로 온도를 조절하는데, 이런 시스템에서 냉매가 부족하면 온도를 제대로 조절할 수 없게 됩니다.
따라서 냉난방시스템이나 냉동 시스템의 냉매는 정기적으로 점검하고 보충해야 합니다.
그럼 냉매를 충전하기 전 준비해야 할 사항은 뭐가 있을까요?
이번 시간에는 냉난방기 및 냉동기의 냉매 충전 전 준비해야 할 사항에 대해ㄷ알아보겠습니다.
냉난방기와 냉동기의 냉매 충전
냉난방기와 냉동기 시스템의 효율성과 신뢰성은 냉매 충전을 위한 내부 공기 제거와 시스템 내의 수분을 극미량까지 줄이는 두 가지 중요한 준비 과정을 성공적으로 완료함으로써 크게 증가합니다.
진공 펌프를 이용해 공기를 제거하는 것은 쉽게 할 수 있지만, 수분을 제거하는 것은 쉬운 일이 아닙니다.
단순히 액체 상태로 고여있는 수분 만이 아니라, 압축기와 냉각기, 밸브 및 파이프라인 내부 표면에 달라붙어 있는 얇은 수분층을 제거하는 것이 중요합니다.
공기 중의 수분은 모든 표면에 달라붙고 내부에 스며들어 시스템이 확실하게 건조되지 않는 한 끈질기게 남아 있습니다.
충전 전에 제거되지 않은 수분은 냉매가 나중에 제거하게 되는데 그럴 경우, 시스템의 냉매에 수분이 동결되어 밸브나 튜브의 고장을 일으킬 수 있으며, 냉매와 수분이 화학반응으로 인한 산을 형성해 중요한 부품에 부식 또는 침적물을 남길 수 있습니다.
그렇기 때문에 냉난방기나 냉동기 시스템이 장기적으로 안정적인 작동을 하기 위해서는 철저한 사전 준비가 필요합니다.
냉난방기 및 냉동기 시스템의 수분을 가장 잘 제거하고, 완전히 제거 됐음을 확인할 수 있는 방법은 무엇이 있을까요?
먼저 시스템에서 수분이 얼마나 잘 제거되었는지 확인하기 위해서는 정확한 진공도 측정이 필요합니다.
진공도 측정과 수분 건조의 상관관계는 물의 증기압을 이해할 필요가 있습니다.
증기압을 액체가 끓는 압력으로, 우리는 액체가 일정 온도가 되면 끓는 다고 생각하지만 사실 이 현상은 온도와 압력의 조합으로 발생합니다.
다양한 온도에서 수분의 증기압은 시스템의 수분 상태를 확실히 알 수 있는 수단을 제공합니다.
위의 그림에서 주목할 점은, 실온에서 증기압이 대략 절대 압력 17 Torr(mmHg)이라는 점 입니다.
예를 들어, 상온에서 시스템을 절대 압력 1 Torr 미만으로 만들고 고립시키면, 건조 상태는 17 Torr 증기압으로 돌아가는 속도에 의해 결정된다는 것 입니다.
단 몇 초 만에 절대 압력 17 Torr로 돌아가면 시스템 내부에 과도한 수분이 남아 증기압을 제공하는 것이고, 17 Torr 증기압 이하로 몇 시간 동안이나 유지되면 시스템 내부는 상대적으로 건조한 상태라고 해석할 수 있습니다.
이 작업은 절대 압력을 이용하는 것이기 때문에 대기압의 약 1/100 으로 다이얼 진공 게이지는 사용할 수 없습니다.
그러나 0.01 ~ 20 Torr 범위에서 고정밀을 갖는 절대 진공 게이지는 적절한 펌핑이 이뤄졌음을 확인하는 데 효과적으로 사용할 수 있습니다.
이 분야에서 가장 많이 사용되는 진공 게이지는 열전대(Thermocouple) 게이지 입니다.
냉난방기와 냉동기의 냉매 충전 시 사전 준비 방법
냉난방기 및 냉동 시스템의 내부 표면과 틈새, 그리고 부품을 건조키기 위해서는 수분 증발과 기체 제거, 두 가지 작업이 필요합니다.
먼저 수분을 빠르게 증발시키기 위해서는 시스템의 압력이 물의 증기압보다 낮아야 하며, 물이 액체에서 기체 상태로 바뀌기 위한 에너지를 제공할 열원이 필요합니다.
증발을 위한 열은 일반적으로 시스템 자체의 금속 파이프라인과 구성 요소의 열 질량에 의해 공급될 수 있습니다.
물이 증발하면 시스템의 일부가 열을 공급하면서 약간 차가워질 수 있습니다.
이것을 일반적으로 양이 매우 적기 때문에 눈에 띄지 않지만 시스템이 처음 진공 상태로 유지될 때 물이 있으면 시스템 내부에서 얼어붙을 수 있습니다.
얼음에 충분한 열이 공급되지 않으면 시스템 내부에 남아있게 되지만, 어느 정도 시간이 지나면 고체에서 기체로 직접 변화해 천천히 승화합니다.
시스템 내부의 물이 증발하면 건조 가스 주입과 진공 펌프에 의한 기체 제거 과정에서 제거됩니다.
복잡하거나 광범위한 시스템의 경우 진공 펌프의 흡입력이 시스템 내부 전체에 퍼지지 못할 수 있다는 점이 우려될 수 있습니다.
진공 펌프를 이용한 기체 제거 과정 중, 펌프로부터 거리가 먼 시스템 내부의 수분은 펌프에 흡입되지 않을 수 있기 때문입니다.
시스템 내부가 충분히 건조되었는지 확인하기 위해서는 여러 요소를 고려해야 합니다.
진공 펌프에 내장되어 있는 압력 게이지의 압력이 매우 낮은 상태를 표시 하더라도 진공 펌프의 압력 게이지는 가장 낮은 진공도를 표시하기 때문에 전체 시스템 내부가 제대로 건조되었다고 확신할 수 없습니다.
시스템 내부 전체의 모든 수분이 제거되었는지 확인하기 위해서는 진공 펌프로부터 먼 곳의 진공도를 측정해야 합니다.
이 위치에 진공 게이지를 설치하는 것이 어렵거나 불가능한 경우, 가장 좋은 해결책으로는 전체 시스템 내부의 진공도를 측정하는 것입니다.
이는 시스템과 게이지를 진공 펌프와 격리할 수 있는 밸브를 잠궈 실행할 수 있습니다.
진공 펌프 없이 시스템은 모든 위치에서 평균적인 압력 상태가 되며, 이 상황은 아래의 그림과 같이 매우 빠른 시간에 이뤄집니다.
이 상태가 되면, 이후 시스템 내부의 압력 상승은 잔류하고 있는 수분과 누출도를 나타냅니다.
압력 상승이 잔류 수분 때문이라면, 그래프는 시스템의 온도에 대한 수분의 증기압에서 정체될 것이고, 시스템에 누출이 있다면, 이것은 수분의 증기압의 압력 상승이 지속적으로 나타날 것입니다.
허용할 수 있는 진공도의 상승률은 시스템 유형에 따라 다르지만, 일반적으로 분당 0.01 Torr 미만입니다.
측정 도구의 선택
0.01 ~ 20 Torr 범위에서 절대 압력을 정확하게 측정하는 능력 열전대(Thermocouple) 진공 게이지를 사용해 이상적으로 수행할 수 있습니다.
TC 진공 게이지는 시스템에 부착된 측정 진공 튜브와 전원 공급 장치(Readout)로 구성됩니다.
특정 요구 사항을 충족시키기 위해 설계된 여러 가지 유형의 TC 진공 게이지 튜브가 있습니다.
실내 시설과 같이 통제된 환경에서 냉난방기 및 냉동고 시스템의 기체 제거와 같은 상황에서는 DV-4D 진공 게이지 튜브가 사용될 수 있습니다.
DV-4D 튜브는 0.01 ~ 20 Torr의 측정 범위를 제공하며, 가장 높은 가성비를 가진 제품입니다.
과도한 진동 및 기계적 충격이 존재하는 현장에서는 더 견고한 제품인 DV-4R을 사용할 수 있습니다.
DV-4 게이지 튜브의 진공도 판독은 전원 공급 및 디스플레이 장치(Readout) 또는 배터리로 작동하는 휴대용 계측기를 통해 표시할 수 있습니다.
DVT 및 DCVT 디스플레이는 진동이 있는 환경에서도 잘 작동하며, LED 디스플레이로 지속적인 모니터링을 제공합니다.
하나 이상의 TC 진공 게이지를 주기적으로 측정하기 위해서는 휴대용 HPM-4/5/6 제품을 사용하는 것이 효율적입니다.
9V 배터리로 작동되는 HPM-4/5/6은 휴대용이며, DV-4 게이지 튜브에 즉시 연결해 진공 값을 측정할 수 있습니다.
HPM-4/5/6은 DB-16D 레퍼런스 튜브를 이용해 NIST(미국 국립 표준 기술원)의 표준에 따라 보정 및 검증이 가능합니다.
인포라드는 높은 정확도와 빠른 응답 속도로 신뢰도가 높은 열전대 진공 게이지 튜브를 제공하고 있으며, 다양한 압력대의 진공 센서와 그리고 기체 유량을 측정하는 Mass Flow Meter / Mass Flow Controller도 제공하고 있습니다.
문의사항은 아래 링크를 이용하시기 바랍니다.
출처