EPA 608 Type II

Type II Certification

• Required for technicians handling medium, high, and very high-pressure appliances (excluding small appliances and MVAC systems).

• Applies to commercial refrigeration, comfort cooling, and industrial process refrigeration.

System Classifications

• Comfort Cooling: Used to control temperature and humidity in occupied spaces (e.g., residential, office buildings).

• Commercial Refrigeration: Preserves products, used in sectors like retail food and cold storage.

• Industrial Process Refrigeration (IPR): If an appliance has dual uses, the higher percentage of use determines its classification.

Determining System Charge

• Use the equipment nameplate for packaged systems to determine the refrigerant charge.

• Split-systems require calculated charge values (factory charge + piping and accessory charges).

• Example: A system with an 80 lb nameplate charge requires liquid charging through the liquid-line service valve.

Type II Leak Repair Requirements

• Leak Thresholds (as of 2019):

• Comfort Cooling: 10% annual leak rate.

• Commercial Refrigeration: 20% annual leak rate.

• Industrial Process Refrigeration: 30% annual leak rate.

• Repair Requirements: Appliances with a charge ≥50 lbs and exceeding the threshold must be repaired, retrofitted, or retired.

Leak Repair Time Frames

• 30 Days: Owners/operators have 30 days to complete repairs once a leak threshold is exceeded.

• Follow-up: A verification test is required within 10 days if ≥200 lbs of refrigerant is added.

Section 608 Leak Repair Regulations

• Leak Inspections: Required for appliances exceeding the maximum allowable leak rate.

• Inspection Frequency:

• Over 500 lbs: Inspect every three months.

• 50–500 lbs: Inspect annually.

Record Keeping

• Maintain records of leak inspections, verifications, and repairs for three years.

• The equipment owner/operator is responsible for these records.

Leak Detection Methods

• Dry Nitrogen with Tracer Gas: Pressurize the system with dry nitrogen and a small amount of refrigerant for leak detection.

• Indicators: Oil traces on rotating shafts indicate possible leaks.

Recovery Techniques

• Preparation: Determine maximum system charge; systems >15 lbs require active recovery methods.

• Enhancing Recovery: Connect service hoses to the liquid line and use recovery in liquid phase when possible to speed up the process.

• Cylinder Handling: Reduce pressure in an empty cylinder before transferring refrigerant.

Evacuation Levels During Recovery

• Evacuation Levels (required for appliances with different pressure levels):

• Very High Pressure: 0 inches Hg.

• High Pressure (<200 lbs): 0 inches Hg.

• High Pressure (≥200 lbs): 10 inches Hg.

• Medium Pressure (<200 lbs): 10 inches Hg.

• Medium Pressure (≥200 lbs): 15 inches Hg.

Refrigeration System Accessories

• Liquid-Line Sight Glass: Used to check for moisture; located before the filter drier.

• Accumulator: Found on the suction line, preventing liquid refrigerant from entering the compressor.

System Evacuation

• Target: Evacuate to 500 microns to ensure all moisture and non-condensables are removed.

• Evacuation Factors: Ambient temperature, system size, and vacuum line dimensions affect evacuation speed.

Pressure-Temperature Chart

• Use in Charging: Reference P-T charts to match refrigerant pressures with temperatures and verify no non-condensables are present.

Safety Protocols

• Personal Protection: Use safety glasses, gloves, and nitrogen regulator.

• Evacuation and Recovery Precautions: Avoid energizing hermetic compressor motors in deep vacuum and follow manufacturer’s guidelines to prevent overheat or compressor damage.

• Handling High-Pressure Systems: Monitor closely for temperature changes to prevent accidents or component failure.

EPA 608 Type I

 

1. Certification Requirements for Technicians

   • Type I Technician or Universal Technician: Required for those handling refrigerants in small appliances (hermetically sealed, containing ≤5 lbs of refrigerant).
   • Small Appliances Definition: Factory-sealed products; split systems are excluded.
   • Regulation on Sales: Only EPA-certified technicians can purchase regulated refrigerants (CFC, HCFC, HFC, HFO).
   • MVAC Systems: Motor vehicle air conditioning systems are not classified as Type I appliances.

2. Retrofit and Conversion

   • EPA-Approved Substitutes Only: No “drop-in” replacements are allowed. Each substitute must be EPA-approved for retrofitting.

3. Recovery Equipment

   • Certification: Recovery devices for CFCs, HCFCs, and HFCs must be EPA-certified.
   • Types of Recovery Equipment:
     • Self-contained (Active): Contains its own compressor for recovery.
     • Passive (System-dependent): Uses appliance’s compressor and is limited to systems with up to 15 lbs of refrigerant.
   • Performance Requirements: Must recover 90% of refrigerant if compressor is operational or achieve a 4-inch vacuum.

4. Maintenance of Recovery Equipment

   • Regular Checks: Ensure no leaks and maintain proper oil levels.
   • Tank Fill Monitoring: Use refrigerant scale or float devices to avoid exceeding 80% tank capacity.

5. Recovery Techniques and Requirements

   • Refrigerant Labeling: Clearly label recovered refrigerant containers to prevent cross-contamination.
   • Checking for Contaminants: Use a pressure-temperature (PT) chart after stabilization to detect impurities.
   • Handling High-Pressure Refrigerants (R-744): Recovery is typically unnecessary for CO₂ due to its high pressure.

6. Service Apertures and Access Fittings

   • Piercing Valves: Temporary access fittings should be leak-tested and removed after repairs to prevent leaks over time.
   • Multi-Access Points: For non-operational compressors, access both high and low sides to improve recovery speed.

7. Safety and Precautionary Measures

   • Safety Gear: Use safety eyewear, gloves, and follow nitrogen use guidelines (pressure regulator, relief valve).
   • Handling Large Leaks: Leave the area if a large refrigerant leak occurs; ventilate naturally. Avoid inhalation risks.
   • High-Temperature Risks: CFCs and HCFCs can decompose into toxic gases, such as phosgene, at high temperatures.

8. Leak Detection and Preventative Maintenance

   • Electronic Leak Detectors: Essential for identifying leaks. Always pressurize new systems with nitrogen for testing.
   • Regular Leak Repairs: While not mandatory, repairing leaks conserves refrigerants and improves system efficiency.

9. Safe Recovery Practices

   • Contamination Indicators: Pungent odors may signal compressor burn-outs; oil contamination requires system flushing.
   • Passive Recovery Techniques: Heating compressors and tapping them can help release refrigerants trapped in oil.

10. Safety Standards for Hydrocarbon Refrigerants

• Markings: Permanent safety labels are mandatory on HC-charged appliances (e.g., near evaporators, tubing).
• Suffocation Risk: Large refrigerant leaks in closed spaces can displace oxygen; vacate if self-contained breathing apparatus is unavailable.

칠러(냉동기) 구성 요소

 냉동기 시스템을 이해하는 데 있어 압력 엔탈피(PH) 차트는 각 구성 요소가 냉매의 압력과 엔탈피와 어떻게 상호작용하는지를 시각적으로 보여주는 중요한 도구입니다. 아래는 각 요소에 대한 세부 설명입니다.

압력 엔탈피(PH) 차트 기본 개념

PH 차트는 압력(P)이 세로축, 엔탈피(H)가 가로축에 표시된 그래프입니다. 이 차트 내에서 독특한 웨이브 모양인 ‘포화 곡선’이 냉매가 액체와 기체가 혼합된 상태에 있는 영역을 나타냅니다. 이 ‘포화 영역’의 꼭대기는 임계점으로, 완전히 과냉각된 액체 영역(왼쪽)과 과열된 증기 영역(오른쪽)을 나누는 지점입니다. 임계점은 증기 상태의 냉매가 액화할 수 있는 최대 압력을 의미하며, 냉동 사이클의 온도와 압력 범위를 안내하는 중요한 역할을 합니다.

압축기: 냉동 사이클의 핵심 동력

압축기의 역할은 증기 상태의 냉매를 고압 상태로 압축하여 사이클의 고압 쪽으로 이동시키는 것입니다. PH 차트의 증기 부분에 위치한 압축기는 증기의 압력과 온도를 증가시켜, 냉각을 위해 열을 방출할 수 있는 상태로 만듭니다. 냉동기에서 자주 사용되는 압축기 종류는 다음과 같습니다:

1. 왕복식 압축기는 피스톤을 사용하여 자동차 엔진과 유사하게 작동하나, 냉동기를 위해 대형화되어 있습니다.
2. 스크롤 압축기는 하나의 고정된 플레이트와 회전하는 플레이트가 나선형으로 움직이며 증기를 압축합니다. 효율이 높아 40톤 이하의 시스템에 주로 사용됩니다.
3. 스크류 압축기는 서로 맞물린 수컷과 암컷 로터가 반대 방향으로 회전하며, 40톤 이상의 대형 시스템에서 보다 효율적으로 증기를 압축합니다.
4. 원심식 압축기는 물 펌프의 임펠러와 유사하게 고속 회전으로 증기의 속도와 압력을 증가시키며, 대형 상업용 응용 분야에 적합합니다.

응축기: 열 방출과 액체 상태로의 전환

압축 후 냉매는 고압의 증기로 응축기에 진입합니다. PH 차트에서 고압 영역에 위치한 응축기는 과냉각을 시작하며, 냉매가 응축기에서 벗어나면서 완전한 액체 상태로 전환됩니다. 냉동기의 응축기는 옥외 코일과 유사하게 작동하지만 공기 대신 물을 이용하여 열을 흡수합니다. 냉매는 물이 들어있는 튜브를 둘러싼 배럴을 통해 흐르며, 냉매가 더 차가운 물에 열을 방출하여 증기에서 액체로 변환되도록 합니다. 이렇게 액체 상태가 된 냉매는 이후 팽창 밸브(계량 장치)로 이동합니다.

계량 장치: 압력 조절 및 흐름 보장

계량 장치는 응축기(고압 측)와 증발기(저압 측) 사이의 압력 차이를 만들어 냉매가 효율적으로 흐를 수 있도록 합니다. 계량 장치에는 **전자식 팽창 밸브(EEV)**와 온도 조절식 팽창 밸브(TXV) 등 여러 종류가 있으며, 일부 시스템 특히 오래된 시스템에서는 냉매 수준을 관리하는 플로트 밸브가 사용됩니다. PH 차트에서는 고압과 저압 영역을 나누는 수직선으로 표시되며, 완전히 액체 상태인 냉매만이 들어가야 합니다. 이 상태를 확인하기 위해 시야경을 확인하거나 액체 라인의 과냉각을 측정합니다. 시야경에 기포가 보이면 과냉각이 부족하다는 의미로, 증발기로 증기가 제대로 들어가지 않을 수 있습니다.

증발기: 냉각된 공기 공급

PH 차트의 저압 영역에 위치한 증발기는 열을 흡수하여 냉매 온도를 낮추고, 이를 통해 냉각된 물이나 공기를 실내 공간에 제공합니다. 증발기는 셸과 튜브 열교환기로 작동하며, 냉매가 물-부동액 혼합물이 든 튜브 주변을 흐릅니다. 이 물은 순환하면서 온도가 약 55°F에서 45°F로 낮아지며 냉매에 열을 전달합니다. 증발기의 과열 과정에서는 증발기에서 나온 냉매 증기가 그 포화점 이상으로 가열되며, 이를 통해 액체 냉매가 압축기로 들어가지 않도록 합니다.

요약하면, 각 냉동기 구성 요소는 PH 차트를 바탕으로 하여 전체 냉동 사이클에서 온도와 압력을 조절하고 관리하는 시스템을 이루어 냉동기의 효율과 냉각 용량을 극대화합니다.

Chiller Unit Components

In understanding chiller systems, the Pressure Enthalpy (PH) chart is invaluable for visualizing how each component of the refrigeration cycle interacts with the refrigerant’s pressure and enthalpy. Here’s a closer look at each part:

Pressure Enthalpy (PH) Chart Basics

The PH chart is a graphical representation where pressure (P) is shown on the vertical axis and enthalpy (H) on the horizontal. Within the chart, the distinctive wave shape—the saturation curve—defines the area where the refrigerant exists as a liquid-vapor mixture. This "saturation region" marks a transitional state in the refrigerant's cycle, with the critical point at the top of the wave, separating the fully subcooled liquid region on the left from the superheated vapor region on the right. This critical point is essential, as it represents the highest pressure at which the refrigerant vapor can liquefy, guiding the entire cycle’s temperature and pressure parameters.

Compressor: The Cycle's Powerhouse

The compressor’s role is to pressurize the vapor refrigerant, driving it into the high-pressure side of the cycle. Positioned on the vapor side of the PH chart, the compressor effectively increases the vapor’s pressure and temperature, preparing it for heat rejection in the condenser. There are several types of compressors commonly found in chillers:

1. Reciprocating Compressors operate using pistons, much like a car engine, but on a larger scale for refrigeration.
2. Scroll Compressors utilize a spiral motion, where one fixed and one rotating plate compress the vapor; this type is efficient and widely used, especially in units up to 40 tons.
3. Screw Compressors, with their interlocking male and female rotors, compress vapor more effectively, allowing for larger capacities beyond 40 tons.
4. Centrifugal Compressors act similarly to a water pump impeller. Here, high-speed impellers increase the vapor’s velocity and pressure, essential for large commercial applications.

Condenser: Heat Rejection and Liquid Formation

Following compression, the refrigerant enters the condenser as a high-pressure vapor. Positioned on the high-pressure side of the PH chart, the condenser initiates subcooling, which begins when the refrigerant leaves the condenser and transitions to a fully liquid state. In chillers, the condenser functions similarly to a rooftop coil but uses water instead of air for heat transfer. The refrigerant flows through a barrel surrounding water-filled tubes, allowing it to reject heat to the cooler water and condense into a liquid, which is then directed to the metering device.

Metering Device: Regulating Pressure and Ensuring Flow

The metering device is crucial for creating a pressure drop between the high-pressure condenser side and the low-pressure evaporator side. There are different types of metering devices, including Electronic Expansion Valves (EEVs) and Thermostatic Expansion Valves (TXVs), which are most common. Additionally, some systems, especially older ones, might feature float valves that manage refrigerant levels. The metering device is represented on the PH chart by a vertical line that divides the high and low-pressure sides. It ensures that only subcooled liquid enters, which can be verified by checking the sight glass or measuring for subcooling in the liquid line. A bubbling sight glass typically indicates that the refrigerant isn't fully subcooled, which can lead to vapor entering the evaporator improperly.

Evaporator: Cooling for Conditioned Spaces

Located at the low-pressure end of the PH chart, the evaporator absorbs heat, lowering the refrigerant temperature to provide chilled water or air to conditioned spaces. The evaporator operates as a shell-and-tube heat exchanger, where refrigerant flows around tubes containing a water-antifreeze mixture. As the water circulates, it cools from around 55°F to 45°F by the time it exits, effectively transferring its heat to the refrigerant. The evaporator's superheating process ensures that the refrigerant vapor leaving has been heated above its saturation point, which is critical for preventing liquid refrigerant from reaching the compressor.

In sum, each chiller component operates in harmony within the framework provided by the PH chart, which serves as a map for understanding the entire refrigeration cycle—from compression and condensation to expansion and evaporation. This breakdown allows a comprehensive view of how chiller units manage and regulate temperature and pressure, enhancing both efficiency and cooling capacity.

칠러(냉동기) 시스템

 칠러 산업은 사무실, 병원, 대학, 공장 같은 대형 건물에 사용되는 상업 및 산업용 응용 프로그램을 포함합니다. 이러한 칠러 시스템은 규모가 크지만, 기본적인 구성 요소는 가정용 시스템과 유사합니다. 칠러는 다양한 공간이나 프로세스를 냉각하기 위해 냉수를 생성하는 시스템의 중요한 부분입니다. 칠러는 작동 압력에 따라 고압 및 저압 시스템으로 구분됩니다. 고압 시스템은 대기압보다 높은 압력에서 작동하는 압축기를 사용하며, 저압 시스템은 원심 압축기를 사용해 진공 상태 또는 대기압보다 낮은 압력에서 작동합니다.

칠러 시스템의 종류

1. 수냉식 칠러: 가장 일반적이고 효율적인 칠러 시스템으로, 수냉식 콘덴서가 냉각탑과 연결되어 있습니다. 냉매 압력을 안정적으로 유지하여 연중 에너지 소비를 줄입니다. 이 시스템에서 냉수는 증발기에서 AHU로 순환하여 열을 흡수하고 다시 칠러로 돌아와 재냉각됩니다.

2. 공냉식 칠러: 공냉식 칠러는 실외에 위치한 응축기를 사용해 고온의 냉매 가스를 액체로 응축시킵니다. 크기가 작고 상업용에서 적게 사용되지만, 적절한 수자원이 없는 경우 열 회수 시스템에 자주 사용됩니다.

3. 열 회수 장치: 이 시스템은 증발기와 콘덴서를 모두 활용하여 건물 내에서 열 에너지를 회수하고 재사용합니다. 시스템 요구에 따라 수냉식 또는 공냉식으로 사용 가능합니다.

칠러 시스템의 냉매

칠러 시스템에는 두 가지 유형의 냉매가 사용됩니다:

• 1차 냉매는 액체에서 기체로 그리고 다시 액체로 상태가 변하며 열 교환을 돕습니다.
• 2차 냉매는 화학적으로 처리된 물로, 상태 변화 없이 열을 전달하며, 마실 수 없는 형태로 처리되어 물 상태로 유지됩니다.

칠러의 구성 요소 및 계량 장치

1. 증발기: 칠러의 증발기 배럴에서 물이 튜브를 통해 순환하며, 저압의 냉매가 이 물을 둘러싸고 열을 흡수합니다. 여러 차례 증발기를 통과하면 시스템의 효율이 높아집니다. 배럴의 파이프 배치를 통해 몇 번의 통과가 이루어지는지 알 수 있습니다.

2. 콘덴서: 다른 수냉식 시스템과 유사하나 크기만 더 큰 콘덴서로, 냉매가 열을 흡수한 후 냉각탑으로 열을 보냅니다.

3. 계량 장치: 전자 팽창 밸브는 칠러 시스템에서 주로 사용하는 계량 장치로, 온도와 압력을 감지하여 최적의 증발기 효율을 유지하도록 냉매의 흐름을 조절합니다.

4. 압축기: 칠러에는 스크롤, 나사, 원심 압축기가 있으며, 최신 시스템에서는 왕복 압축기를 피하고 있습니다. 칠러 전용 압축기에는 나사 압축기와 자기 부상 원심 압축기가 포함되어 있어 더 높은 효율성을 제공합니다.

칠러 시스템의 펌프

칠러는 가정용 시스템에는 없는 특수 펌프가 필요합니다:

1. 증발기 루프 펌프: 이 펌프는 냉각된 물을 AHU로 보내어 공간에서 열을 흡수하게 하고, 재냉각을 위해 다시 칠러로 반환합니다.

2. 콘덴서 루프 펌프: 이 펌프는 칠러에서 열을 제거하여 냉각탑으로 보냅니다.

3. 열 방출 시스템 펌프: 이 펌프는 보조 냉매 또는 물 순환 시스템을 지원하며, 냉각탑과 칠러의 콘덴서를 연결하여 과도한 열을 시스템에서 배출합니다.

열 방출 시스템

열 방출 시스템의 주요 목적은 콘덴서에서 흡수한 열을 대기 중으로 방출하는 것입니다. 칠러 시스템은 세 가지 주요 방식으로 열을 방출합니다:

1. 냉각탑: 개방형 시스템으로, 건물의 물이 콘덴서로 흐르고 증발을 통해 열을 방출합니다. 유지 관리 문제로 인해 점차 대체되고 있습니다.

2. 유체 냉각기(폐회로 탑): 폐쇄형 시스템으로, 내부 코일을 통해 물을 순환시키며, 외부 스프레이 물과 접촉하지 않습니다. 팬을 이용해 증발 냉각으로 열 전달을 돕습니다.

3. 건식 냉각기(직접 교환): 이 폐쇄형 시스템은 콘덴서의 열 에너지를 주변 공기로 직접 전달합니다. 스프레이 펌프 없이 팬과 압력 조절 밸브만을 사용하여 열을 방출합니다.

공조 유닛(AHU)

공조 유닛은 대형 건물의 칠러 시스템에서 중요한 구성 요소입니다. 코일 앞에 위치한 작은 필터들이 들어오는 공기를 필터링한 후 냉각수 코일을 통해 열을 흡수합니다. 공조 유닛에는 동결 보호 장치가 포함되어 있어 들어오는 공기 온도가 36°F 이하로 떨어지면 코일의 기능을 멈추어 냉각수를 보호합니다.

이 요소들은 칠러 시스템의 핵심 운영을 이루며, 상업용 냉동 및 공조 시스템에서 요구되는 복잡한 기능과 효율성을 보여줍니다.

Chiller Systems

The chiller industry encompasses both commercial and industrial applications, often in large structures like office buildings, hospitals, universities, and factories. Though chillers in these settings are more extensive than residential systems, they share similar fundamental components. Chiller technicians are HVAC and refrigeration specialists skilled in operating and maintaining these complex systems in larger commercial environments.

A chiller is an essential system component designed to produce chilled water to cool various spaces or processes. Chillers are categorized into two main types based on operating pressure: high-pressure and low-pressure systems. High-pressure systems use compressors operating above atmospheric pressure, while low-pressure systems use centrifugal compressors, which operate in a vacuum or below atmospheric pressure.

Types of Chiller Systems

1. Water-Cooled Chillers: These are the most common and efficient chiller systems, utilizing a water-pool condenser connected to a cooling tower. They maintain stable refrigerant pressure, promoting lower energy consumption year-round. In these systems, the chilled water circulates from the evaporator to the air handling unit (AHU) for cooling and returns to the chiller for reconditioning.

2. Air-Cooled Chillers: These chillers use an outdoor condenser that condenses the hot refrigerant gas back into a liquid. They are smaller and less common in commercial settings but are frequently used in heat recovery systems, especially in locations without access to adequate water supplies.

3. Heat Recovery Units: These systems utilize both evaporators and condensers to reclaim and repurpose heat energy within the building. They are flexible, as they can be either water- or air-cooled, depending on system requirements.

Refrigerants in Chiller Systems

Chiller systems employ two types of refrigerants:

• Primary refrigerants undergo phase changes from liquid to gas and back, facilitating heat exchange.
• Secondary refrigerants are chemically treated water solutions that remain in a liquid state, aiding in transferring heat without changing states, albeit being non-potable.

Chiller Components and Metering Devices

1. Evaporator: The chiller's evaporator barrel circulates water through tubes surrounded by low-pressure refrigerant. Heat is absorbed from the water, and multiple passes through the evaporator increase system efficiency. The number of passes can often be determined by the configuration of the pipes on the barrel.

2. Condenser: Similar to other water-cooled systems but larger, the condenser unit cools the refrigerant after it absorbs heat. Condensers typically have a separate water circuit that sends heat to the cooling tower.

3. Metering Devices: The electronic expansion valve is the primary metering device in chiller systems, controlling refrigerant flow with both temperature and pressure sensors for optimal evaporator efficiency.

4. Compressors: Compressors in chillers include scroll, screw, and centrifugal compressors, with newer systems avoiding reciprocating compressors. Centrifugal and magnetic levitation compressors are specialized for chillers, offering enhanced efficiency.

Pumps in Chiller Systems

Chillers require specialized pumps not found in residential systems:

1. Evaporator Loop Pump: This pump circulates chilled water from the evaporator to the AHU, where it absorbs heat and then returns to the chiller.

2. Condenser Loop Pump: This pump helps remove heat from the chiller and directs it to the cooling tower or dissipates it within the building as needed.

3. Heat Rejection System Pumps: These pumps support a secondary refrigerant or water loop, connecting the cooling tower and chiller condenser to discharge excess heat from the system.

Heat Rejection Systems

The primary function of heat rejection systems is to release the condenser’s absorbed heat into the atmosphere. Chiller systems use three main heat rejection methods:

1. Cooling Towers: An open system, cooling towers allow water to flow through the condenser, evaporating to remove heat. Though effective, they are gradually being phased out due to the high maintenance required and the potential for dirt buildup.

2. Fluid Coolers (Closed-Circuit Towers): These closed systems use an internal coil for water circulation, preventing the condenser water from contacting the external spray water. They rely on fans for evaporative cooling and heat transfer.

3. Dry Coolers (Direct Exchange): In this closed system, heat energy directly transfers from the condenser to ambient air. With no spray pumps, dry coolers use a pressure-operated valve for temperature regulation, making them simpler and more maintenance-friendly.

Air Handling Units (AHUs)

Air Handling Units are vital components of chiller systems, especially in large buildings. They filter incoming air through smaller filters arranged in rows before passing it across a chilled water coil to absorb heat. This method is safer and more economical than refrigerant-based systems, making it ideal for hospitals and offices. AHUs also include freeze stats that protect the coils from freezing by halting operation when the incoming air temperature drops below 36°F.

These elements collectively form the core operations of a chiller system, showcasing the detailed functioning and efficiency required in commercial refrigeration and air conditioning applications.

냉동기의 개요

 상업 및 산업용 냉동 시스템에서 필수적인 역할을 하는 냉동기, 흔히 "물 냉동기"로 불리는 시스템의 세부 작동 방식에 대해 설명합니다. 냉동기는 물이나 물-글리콜 혼합물과 같은 액체에서 열을 제거하여 건물 내 공조기(air handler)에 분배할 수 있는 냉수를 생성합니다. 여기서는 냉동기의 주요 구성 요소, 작동 원리, 다양한 압축기 유형, 기계적 압축 대신 화학 반응을 사용하는 고급 흡수식 냉동기에 대해서도 다룰 것입니다.

냉동기 기초

냉동 시스템은 물 또는 때때로 글리콜을 포함한 용액에서 열을 흡수합니다. 글리콜은 냉동기가 영하 온도에서 작동할 수 있도록 돕는 부동액 역할을 하며, 글리콜이 없을 경우 냉동기는 반드시 영상을 유지해야 합니다. 냉각 과정은 물 순환액에서 열을 흡수하는 증발기에서 시작되며, 이 냉각된 물은 건물의 여러 구역으로 공급되어 공기를 냉각시킵니다.

냉동기에서 일반적으로 사용되는 주요 냉매는 R134a, R22, R123입니다. 이들 냉매는 건물 내의 원격 코일로 순환되는 2차 냉매(물 또는 글리콜 혼합물)와 상호 작용하여 직접적인 냉매 노출 없이 냉수를 사용하여 다양한 공간을 냉각할 수 있도록 합니다.

침수 증발기 설계

많은 냉동기는 침수 증발기라는 구조를 갖추고 있으며, 이는 큰 탱크 내에서 냉매가 물 튜브 전체를 덮고 있는 구조입니다. 증발기 내부에는 냉매가 튜브 위로 유지되도록 하는 액위 센서가 있어 효율적인 열 전달이 가능하게 합니다. 원격 공조기에서 반환되는 따뜻한 물 또는 물-글리콜 혼합물이 이 튜브를 통해 흐를 때 냉매가 그 열을 흡수하여 증발하게 되고, 이 과정에서 물이 냉각됩니다. 이렇게 냉각된 혼합물은 다시 공조기로 펌핑되어 냉각 사이클이 지속됩니다.

주요 냉동기 구성 요소와 작동 흐름

1. 증발기: 건물의 냉각 코일에서 돌아오는 따뜻한 물-글리콜 혼합물로부터 열을 흡수합니다. 냉매가 끓어오르면서 물이 냉각되고, 이렇게 냉각된 물은 다시 공조기로 순환됩니다.

2. 압축기: 증발기에서 가열된 냉매 증기가 압축기로 들어와 압축 과정을 거칩니다. 압축기는 냉동기의 용량과 용도에 따라 설계와 기능이 다르며, 대형 시스템에는 원심 압축기가, 소형 또는 모듈식 시스템에는 스크롤 압축기가 많이 사용됩니다.

3. 응축기: 압축이 완료된 냉매 증기는 응축기로 이동하여 냉각탑의 차가운 물과 접촉해 열을 방출합니다. 이때 응축기에서 방출된 열은 차가운 물에 흡수되면서 냉매는 다시 액체 상태로 응축됩니다. 대형 시스템에는 물냉식 응축기(shell-and-tube 방식)가 사용되며, 소형 시스템에는 공기를 사용하는 공냉식 응축기와 팬을 사용하여 열을 발산하는 방식이 사용됩니다.

냉동기에서 냉매의 압력과 온도 값은 효율적인 작동을 위해 매우 중요합니다. 예를 들어, R134a 냉매 시스템은 약 135 psi의 고압 방출 압력과 105°F의 응축 온도를 유지하고, 저압 쪽은 약 35 psi의 압력으로 40°F의 증발 온도를 제공합니다. 이러한 파라미터는 냉각수 회로에서 응축기까지의 열 흐름을 유지합니다.

압축기 종류

냉동기는 용량에 따라 다양한 압축기를 사용할 수 있습니다:

• 원심 압축기: 고속 임펠러를 사용하여 냉매 증기를 압축하며, 100톤 이상의 대용량 냉동기에 적합합니다.

• 스크류 압축기: 슬라이드 밸브나 가변 주파수 드라이브(VFD)를 장착하여 용량을 조절할 수 있으며, 압력 조절이 중요한 환경에서 적합합니다.

• 왕복식 및 스크롤 압축기: 일반적으로 소형 모듈형 냉동기에 사용되며, 개별 용량이 작아 여러 대의 압축기를 함께 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 스크롤 압축기는 필요한 경우 개별 유닛을 켜거나 끄는 방식으로 용량을 조절합니다.

각 압축기 유형은 다양한 냉각 요구 사항에 맞춰 고유한 역할을 합니다. 예를 들어, 원심 압축기는 고속 회전하는 임펠러를 사용하는 반면, 스크류 압축기는 슬라이드 밸브로 출력을 동적으로 조절할 수 있습니다.

냉수와 응축수 회로

냉수 회로는 냉각된 물을 증발기에서 건물의 공조기로 운반하여 공기의 열을 흡수합니다. 증발기와 냉수 간의 온도 차이를 **접근 온도(approach temperature)**라고 하며, 기술자가 이를 진단 지표로 사용합니다. 좁은 접근 온도는 효과적인 열 전달을 의미하며, 광범위한 접근 온도는 스케일이나 광물질 퇴적물이 축적되어 냉각 효율을 저해하고 있다는 신호입니다. 접근 온도가 증가하면 이는 튜브를 청소하여 축적물을 제거해야 함을 나타냅니다.

응축 측면에서 냉매 증기는 약 105°F에서 응축되며, 이 열은 응축수로 전달됩니다. 응축수는 약 95°F로 냉각탑에 전달되어 증발 냉각을 통해 온도가 약 85°F로 낮아집니다. 냉각탑에서 팬이 물방울에 공기를 불어넣으면 일부 물이 증발하면서 나머지 물의 온도를 낮추게 되고, 이렇게 냉각된 물은 응축기로 돌아가 사이클을 완료합니다.

냉동기의 안전 장치

냉동 시스템에는 작동 중 발생할 수 있는 문제를 방지하기 위한 여러 안전 장치가 통합되어 있습니다:

• 유량 스위치: 물의 흐름이 중단되면 이를 감지하여 냉동기 작동을 멈추어 동결을 방지합니다.
• 저온 차단 장치: 설정된 온도(일반적으로 34-36°F) 이하로 시스템이 작동하지 않도록 하여 증발기 내부의 물이 얼지 않도록 합니다.
• 고온 모터 및 베어링 차단 장치: 중요 온도 초과 시 압축기를 정지시켜 모터와 베어링을 보호합니다.
• 압력 릴리프 장치: 응축기와 증발기 배럴에 위치하여 과도한 압력을 완화하여 시스템의 손상을 방지합니다.

이외에도 짧은 사이클을 방지하는 타이머(anti-short cycle timer)는 냉동기 정지 후 재가동을 지연시켜 안정화를 도모하고, 부품의 마모를 줄여줍니다.

흡수식 냉동기

흡수식 냉동기는 기계적 압축 대신 화학 반응을 사용하여 냉각을 제공하는 점에서 기존 냉동기와 매우 다릅니다. 이 시스템은 보통 암모니아(R717)나 리튬 브로마이드와 증류수를 냉매로 사용합니다. 암모니아 시스템은 산업 환경에서 흔히 사용되지만, 암모니아의 위험성 때문에 엄격한 안전 조치가 요구됩니다. 리튬 브로마이드 시스템은 안전하고 다루기 쉬운 특성 때문에 널리 사용됩니다.

흡수식 냉동기의 주요 구성 요소와 작동 과정은 다음과 같습니다:

1. 증발기: 진공 조건에서 증류수가 냉매로 사용되며 약 40°F의 낮은 온도에서 끓어오르면서 냉수 회로에서 열을 흡수합니다.
2. 흡수기: 증발기에서 증발된 물 증기가 리튬 브로마이드 용액에 흡수되어 약한 용액이 생성되고, 이를 생성기로 보내집니다.
3. 생성기: 증기나 가열된 물 또는 가스를 이용하여 리튬 브로마이드 용액에서 물 증기를 제거하여 농축된 용액을 다시 흡수기로 보냅니다.
4. 응축기: 물 증기가 냉각탑에서 온 냉각수와 접촉하여 응축되면서 다시 액체로 변하고, 증발기로 돌아가 사이클이 지속됩니다.

흡수식 냉동기의 증발기는 높은 진공 상태(약 13,000 마이크론)에서 작동하며, 낮은 압력 덕분에 물이 낮은 온도에서도 끓을 수 있습니다. 이렇게 냉각된 냉수는 건물의 공조기로 순환되며, 응축수는 냉각탑으로 이동해 열을 제거합니다.

흡수식 냉동기에서도 접근 온도는 진단 정보로 사용됩니다. 튜브에 미네랄이나 스케일이 축적되면 열 전달 효율이 저하되어 접근 온도가 넓어지며, 이는 유지보수가 필요하다는 신호입니다.

이와 같은 냉동기 원리를 이해함으로써 기술자들은 전통적인 냉동기와 흡수식 냉동기를 효과적으로 관리하고 유지보수하며, 다양한 응용 분야에서 신뢰할 수 있는 효율적인 냉각을 보장할 수 있습니다.