증발기는 중요한 열 흡수 과정이 일어나는 냉동 시스템의 구성 요소입니다. 저압측에 전략적으로 배치되어 팽창 장치와 압축기 사이의 브리지 역할을 합니다. 그 역할은 냉각하려는 환경에서 열을 흡수하여 냉매를 액체에서 기체 상태로 쉽게 변환하는 것입니다.
증발기의 핵심 기능
증발기 작동의 핵심은 냉각할 공간이나 제품의 열을 냉매로 전달하는 것입니다. 액체 냉매가 팽창 밸브를 빠져나오면서 증발기로 들어가서 "끓기" 시작합니다. 이는 냉매의 증발을 설명하는 용어입니다. 증발기의 낮은 압력 환경으로 인해 발생하는 이러한 상 변화는 냉매가 열을 효율적으로 흡수할 수 있게 하여 냉각 공간보다 낮은 온도에서 증발하게 합니다.
증발 과정은 냉매의 잠열을 끌어낼 뿐만 아니라 온도도 크게 낮춥니다. 그 결과 냉각된 증발기 코일이 생성되고, 이는 냉동 시스템의 냉각 인터페이스 역할을 합니다. 이 프로세스의 효율성은 냉장 공간에서 원하는 온도를 유지하고 시스템이 설계된 매개변수 내에서 작동하도록 보장하는 데 중요합니다.
증발기 유형
나열된 증발기 유형과 열 전달 모드를 기반으로 증발기의 설계 및 작동이 해당 응용 분야의 특정 요구 사항에 가장 적합하도록 선택된다는 것이 분명합니다. 언급된 유형에 대한 간략한 개요는 다음과 같습니다.
건축 유형에 따라
베어 튜브 코일 증발기: 디자인이 간단하고 오염 위험이 낮은 용도에 사용됩니다. 이는 베어 튜브로 만든 코일로 구성되며 일반적으로 다른 유형에 비해 열 전달 효율이 떨어집니다.
판 증발기: 일련의 금속판으로 구성되며 그 사이에 냉매가 흐릅니다. 이 유형은 높은 열 전달 효율로 알려져 있으며 일반적으로 소형 시스템에 사용됩니다.
쉘 및 코일 증발기: 내부에 냉매가 흐르는 코일형 튜브가 있는 대형 쉘로 구성됩니다. 2차 유체는 쉘 내의 코일을 둘러쌉니다.
핀 튜브 증발기: 튜브 외부 표면에 핀을 부착하여 공기와의 접촉면을 높여 열 전달 효율을 높인 것이 특징입니다. 이는 에어컨 시스템에서 흔히 발견됩니다.
쉘 및 튜브 증발기: 특히 산업용으로 가장 널리 사용되는 유형은 앞에서 설명한 것처럼 냉매가 흐르는 여러 개의 튜브가 포함된 쉘로 구성됩니다.
튜브인튜브 증발기: 하나의 튜브가 다른 튜브 안에 들어있는 구조로 내부 튜브에는 냉매가 흐르고 내부 튜브와 외부 튜브 사이의 공간에는 2차 유체가 흐릅니다.
열전달 모드에 따라
자연 대류: 온도 변화에 따른 밀도 차이로 인한 냉매의 자연 순환에 의존합니다. 이 모드에서는 냉매를 이동시키기 위해 외부 펌프나 팬이 필요하지 않습니다.
강제 대류: 펌프나 팬 등의 외부수단을 이용하여 냉매를 순환시켜 열전달율을 높이는 방법입니다. 이 방법은 더 효율적이며 더 높은 열교환율이 필요할 때 일반적으로 사용됩니다.
냉동의 증발기 성능 최적화
증발기가 냉동 시스템 내에서 최고 성능으로 작동하려면 다음과 같은 이상적인 조건이 충족되어야 합니다.
- 최대화된 표면적: 증발기는 지속적으로 냉각될 수 있는 최대 표면적을 가져야 합니다. 이러한 극대화는 열 흡수를 위한 충분한 공간을 보장함으로써 냉매의 액체에서 증기로의 상전이 효율을 향상시킵니다.
- 향상된 공기(액체) 순환: 증발기 주변의 효과적이고 빠른 공기(액체) 순환이 필수적입니다. 증발기 표면을 깨끗하고 성에가 없도록 유지하면 성능을 방해할 수 있는 절연 장벽 없이 장치가 열을 교환할 수 있습니다.
- 최적의 온도차: 냉매와 증발기 주변 공기의 온도차를 8~10°C로 유지하면 시스템에 과도한 부담을 주지 않고 효율적인 열 전달이 가능합니다.
- 흡입 압력 상승: 증발기 내 흡입압력이 높을수록 응축기의 용량이 증가하고 효율이 높아져 시스템이 최적의 성능을 발휘할 수 있습니다.
- 통제된 습도 관리: 증발기는 수증기의 추출이 최소화되도록 설계되어야 한다. 이를 통해 시스템은 식품과 같은 부패하기 쉬운 제품의 외관, 수분 함량 및 무게를 보존하는 데 중요한 높은 습도 수준을 유지합니다.
냉각기 시스템의 증발기
다양한 산업 및 상업용 응용 분야에 필수적인 냉각기 시스템은 증발기의 효율성에 크게 의존합니다. 널리 사용되는 유형 중 두 가지 주요 유형은 쉘 앤 튜브 증발기와 쉘 앤 코일 증발기입니다. 후자는 특정 공냉식 냉각기에 종종 사용됩니다.
쉘 및 튜브 증발기
장점:
- 튜브가 제공하는 넓은 표면적 덕분에 놀라운 열 전달 능력을 나타냅니다.
- 견고성은 상당한 압력 차이와 열악한 작동 조건을 처리할 수 있는 핵심 기능입니다.
- 청소 및 검사를 포함한 유지 관리는 종종 제거 가능한 튜브 번들을 특징으로 하는 설계로 인해 용이해집니다.
단점:
- 이러한 증발기는 부피가 커서 더 많은 공간이 필요할 수 있으며 이는 소형 설치에 적합하지 않을 수 있습니다.
- 초기 투자 비용은 설계의 복잡성과 자재 비용을 반영하여 더 높아질 수 있습니다.
- 스케일링 및 오염이 발생하기 쉬우므로 최적의 작동을 보장하려면 정기적인 유지 관리가 필요합니다.
쉘 및 코일 증발기
장점:
- 컴팩트한 디자인으로 인해 공간이 부족한 공냉식 냉각기에 적합합니다.
- 쉘 및 튜브 설계와 비교할 때 초기 비용 측면에서 더 경제적입니다.
- 낮은 냉매 충전이 필요한 응용 분야에서 효과적일 수 있습니다.
단점:
- 일반적으로 쉘 및 튜브 설계보다 열 전달 효율이 낮습니다.
- 코일형 디자인으로 인해 청소 및 유지 관리가 쉽지 않을 수 있습니다.
- 특히 코일이 적절하게 보호되지 않거나 탄력 있는 재료로 만들어진 경우 내구성이 떨어질 수 있습니다.
적합한 냉각기 유형
- 쉘 및 코일 증발기용: 컴팩트한 디자인과 낮은 냉매 충진량으로 소형 냉동기에 적합합니다. 공냉식 냉각기는 종종 이러한 증발기를 사용하여 공간 절약 특성과 비용 효율성의 이점을 얻습니다.
- 쉘 및 튜브 증발기용: 효율성과 내구성을 고려하면 이 증발기는 중대형 규모의 응용 분야에 적합하므로 안정적인 고용량 냉각이 필요한 수냉식 냉각기에 적합합니다.
결론
냉동사이클에서는 증발기의 선택이 매우 중요합니다. 쉘 앤 튜브 증발기는 더 큰 응용 분야에서 수냉식 냉각기의 근간을 이루며 높은 열 전달과 견고성을 제공합니다. 반면에 쉘 및 코일 증발기는 더 작은 공냉식 냉각기의 콤팩트한 요구 사항에 맞게 맞춤화되었습니다. 둘 중 하나를 선택하는 것은 시스템 규모, 효율성 요구 사항, 공간 제약에 따라 달라지며, 이는 냉각기 시스템 성능에서 증발기가 중요한 역할을 한다는 점을 강조합니다.