Chiller Surge 란 무엇입니까?

냉각기 서지는 냉동 시스템, 특히 대규모 HVAC 및 산업 응용 분야에서 중요한 운영 문제를 나타냅니다. 이 섹션에서는 냉각기 서지, 그 원인, 영향 및 예방 전략에 대한 포괄적인 조사를 제공하고 전문가와 매니아 모두가 철저하게 이해할 수 있도록 자세한 통찰력을 제공합니다.

냉각기 서지의 정의와 메커니즘

냉각기 서지는 응축기 압력이 압축기의 최대 압력 용량을 초과하여 냉매 흐름이 역전되는 상태로 정의됩니다. 특히, 응축기 압력이 순방향 흐름을 유지하는 압축기의 능력을 초과하는 경우(예: 600kPa(최대 900kPa 및 최소 300kPa)의 압축기 리프트가 1000kPa의 응축기 압력에 의해 초과되는 경우) 냉매는 토출 라인을 통해 압축기로 역류한 다음 흡입 라인을 통해 증발기로 나갑니다. 이 현상은 압축기에서 큰 소리, 신음 소리 또는 삐걱거리는 소음이 들리고, 소비되는 전류의 큰 변동이 동반되어 전기적 불안정을 나타냅니다.

이러한 서지는 냉각 효율을 유지하는 데 중요한 정상적인 증기 압축 주기를 방해합니다. 이는 공냉식 및 수냉식 냉각기 모두에서 발생할 수 있으며 고압 차동 또는 부분 부하 조건에서 작동하는 시스템에서 특히 위험합니다.

냉각기 서지의 원인

시스템 설계, 유지 관리 또는 작동 조건과 관련된 여러 요인이 냉각기 서지 발생에 영향을 미칩니다.

1. 콘덴서 회수 라인의 부분적인 막힘: 응축기 복귀 라인의 제한으로 인해 냉매 흐름이 필요한 최소량 이하로 줄어들어 응축기 내에 압력이 쌓이게 됩니다. 이는 잔해, 스케일 또는 부적절한 시스템 설계로 인해 발생할 수 있으며, 이는 압축기의 압력 관리 능력에 직접적인 영향을 미칩니다.
2. 냉각탑 문제: 냉각탑이 효과적으로 열을 방출하지 못하는 것이 일반적인 원인입니다. 구체적인 문제는 다음과 같습니다.
   • 구동 벨트가 파손되었거나 모터 결함으로 인해 팬 작동이 중단되었습니다.
   • 나뭇잎이 쌓이거나 잔해물이 타워 전체에 물 분포를 감소시킵니다.
   • 분배 트레이의 펌프 여과기 또는 스케일/잔해물이 막혀 물 흐름과 열 방출을 방해합니다. 이러한 고장으로 인해 응축기 온도와 압력이 상승하여 시스템이 서지 상태에 빠지게 됩니다.
3. 콘덴서 튜브의 오염: 시간이 지남에 따라 응축기 튜브에 먼지, 스케일 또는 기타 오염 물질이 축적되어 열 전달 표면적이 줄어들 수 있습니다. 이로 인해 열을 거부하는 콘덴서의 능력이 감소하고 압력이 증가하며 서지 위험이 발생합니다.
4. 부분 부하 작동: 특히 부하가 임계 임계값 아래로 떨어질 때 감소된 용량으로 냉각기를 작동하면 온도와 압력을 지속할 수 없게 될 수 있습니다. 압축기를 통한 충분한 가스 흐름이 없으면 시스템, 특히 용량 제어 메커니즘이 장착되지 않은 시스템에서 서지가 발생할 수 있습니다.

냉각기 서지의 영향

냉각기 서지의 영향은 심각하며 시스템 무결성을 손상시킬 수 있습니다.

• 기계적 손상: 냉매의 역류는 압축기에 기계적 응력을 가해 잠재적으로 베어링, 임펠러, 씰과 같은 내부 부품을 손상시켜 수리 또는 교체 비용이 많이 듭니다.
• 운영 중단: 신음소리 또는 삐걱거리는 소리로 설명되는 시끄러운 소음과 소모되는 전류의 큰 변동은 작동 불안정을 나타내며, 이는 시스템 종료 및 가동 중지 시간으로 이어져 생산성에 영향을 미칠 수 있습니다.
• 효율성 감소: 서지는 정상적인 냉동 사이클을 방해하여 냉각 효율성을 감소시키고 에너지 소비를 증가시킵니다. 압축기가 순방향 흐름을 유지하기 위해 애쓰면서 잠재적으로 운영 비용이 증가합니다.

예방 및 완화 전략

냉각기 서지를 방지하려면 다음과 같은 몇 가지 효과적인 방법을 통해 사전 예방적인 설계 및 유지 관리 접근 방식이 필요합니다.

1. 가변 속도 드라이브(VSD) 또는 가변 주파수 드라이브(VFD):
   • 이러한 장치는 냉각 수요에 맞게 압축기의 회전 속도를 조절하여 다양한 부하에서 효율적인 작동을 보장합니다. VSD/VFD는 수요가 적을 때 속도를 줄여 응축기 압력이 압축기 용량을 초과하는 것을 방지하여 서지 위험을 완화합니다.
2. 핫가스 바이패스:
   • 이 시스템은 압축기에서 배출되는 뜨거운 냉매 가스의 일부를 증발기 입구로 다시 전환합니다. 저부하 조건에서 압축기를 통해 최소 유량을 유지하여 지속적인 운전을 보장하고 가스 흐름을 안정화하여 서지를 방지합니다.
3. 가변 디퓨저:
   • 압축기에 설치되는 가변 디퓨저는 냉매가 볼류트(곡선 토출 파이프)로 유입되는 간격을 조정합니다. 이러한 최적화는 가스 속도와 압력 균형을 유지하여 특히 원심 압축기에서 서지 가능성을 줄입니다.
4. 정기점검:
   • 응축기 회수 라인의 막힘을 정기적으로 점검하고, 잔해물을 제거하고 펌프 작동을 유지하여 냉각탑 효율성을 보장하며, 오염을 방지하기 위해 응축기 튜브를 청소하는 것이 필수적입니다. 시스템 압력과 온도를 모니터링하면 서지의 조기 징후를 감지하여 적시에 개입할 수 있습니다.

실질적인 의미 및 산업 상황

냉각기 서지는 시스템 안정성과 운영 비용에 상당한 영향을 미치는 예방 가능한 문제입니다. 예를 들어, 발효 온도를 13°C(55°F)로 유지하기 위해 30톤 냉각기를 사용하는 양조장은 잔해로 인해 냉각탑이 고장나면 가동 중단 시간과 제품 품질 문제로 이어질 경우 급상승에 직면할 수 있습니다. 이러한 시스템에 VSD 또는 고온 가스 바이패스를 구현하면 안정성이 보장되는 동시에 정기적인 유지 관리를 통해 냉장 보관 시설과 같은 산업 환경에서 파울링 관련 급증을 방지할 수 있습니다.

ASHRAE 지침 및 HVAC 학교 리소스에 명시된 바와 같이 현재 추세는 에너지 효율성 목표에 맞춰 서지 방지를 강화하기 위한 스마트 제어 및 예측 유지 관리를 강조합니다. 냉각기 시스템이 발전함에 따라 성능을 최적화하고 장비 수명을 연장하려면 서지를 이해하고 해결하는 것이 여전히 중요합니다.

비교표: 냉각기 서지 측면