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(1) 전자식 팽창밸브의 필요성
냉동 시스템에서 팽창밸브는 고온·고압의 액체 냉매를 저온·저압의 액체 냉매로 감압하여 증발기로 보내는 역할을 합니다. 기존의 기계식 팽창밸브(주로 열동식 팽창밸브, TEV)는 증발기 출구의 냉매 과열도(Superheat)를 일정하게 유지하도록 설계되어 작동합니다. 하지만 냉동 시스템의 운전 조건은 외부 온도 변화, 부하 변동 등 다양한 요인으로 인해 끊임없이 변화합니다.
전자식 팽창밸브(EEV)는 이러한 변화하는 운전 조건에 능동적으로 대응하여 냉매 유량을 정밀하게 제어할 수 있다는 점에서 필요성이 강조됩니다. 주요 필요성은 다음과 같습니다.
- 정밀한 과열도 제어: EEV는 센서로부터 얻은 다양한 정보를 바탕으로 마이크로프로세서가 밸브 개도를 실시간으로 조절하여 증발기 출구의 냉매 과열도를 최적의 상태로 유지합니다. 이는 증발기의 효율을 극대화하고 압축기의 액압입(Liquid Floodback)이나 과열을 방지하여 시스템의 안정성을 높입니다.
- 높은 에너지 효율: 최적의 과열도 유지는 증발기 전체 면적을 효율적으로 활용하게 하여 냉동 능력 향상 및 에너지 소비 감소로 이어집니다. 특히 부분 부하 운전 시 에너지 효율 향상 효과가 큽니다.
- 빠른 응답성: 부하 변동과 같은 운전 조건 변화에 대해 EEV는 기계식 팽창밸브보다 훨씬 빠르고 정확하게 반응하여 시스템을 안정화시킵니다.
- 넓은 운전 범위: EEV는 다양한 운전 조건에서 안정적인 성능을 발휘하며, 특히 저온 운전이나 넓은 부하 변동 범위에서 유리합니다.
- 시스템 진단 및 제어 기능 확장: EEV는 전자 제어 시스템과 연동하여 냉동 시스템의 운전 데이터를 모니터링하고, 이상 발생 시 경고를 보내거나 자동으로 시스템을 보호하는 기능을 구현할 수 있습니다. 또한, 다양한 제어 알고리즘을 적용하여 시스템 성능을 더욱 향상시킬 수 있습니다.
(2) 전자식 팽창밸브의 종류
전자식 팽창밸브는 작동 방식에 따라 다양한 종류로 나눌 수 있습니다. 주요 종류는 다음과 같습니다.
- 스텝 모터 방식 (Stepper Motor Type): 가장 일반적인 형태의 EEV로, 스텝 모터의 회전 각도를 정밀하게 제어하여 밸브의 개도를 조절합니다. 높은 정밀도와 신뢰성을 가지며, 다양한 냉매와 용량에 적용 가능합니다.
- 펄스 폭 변조 솔레노이드 방식 (Pulse Width Modulation Solenoid Type): 솔레노이드 밸브를 빠른 속도로 개폐하면서 펄스 폭을 조절하여 냉매 유량을 제어합니다. 응답 속도가 빠르며, 소형 시스템에 주로 사용됩니다.
- 리니어 모터 방식 (Linear Motor Type): 리니어 모터를 이용하여 밸브 스템을 직접 구동하여 냉매 유량을 정밀하게 조절합니다. 높은 정밀도와 빠른 응답 속도를 가지며, 대용량 시스템에 적용됩니다.
- 열동식 전자 팽창밸브 (Thermostatic Electronic Expansion Valve): 기존의 열동식 팽창밸브의 원리를 전자적으로 구현한 형태입니다. 증발기 출구 온도를 감지하는 센서와 전자 제어 시스템을 이용하여 밸브 개도를 조절합니다. (아래에서 장단점 설명)
(3) 열동식 전자 팽창밸브의 장단점
열동식 전자 팽창밸브는 기존의 기계식 열동 팽창밸브와 유사하게 증발기 출구의 온도를 주요 제어 변수로 사용하지만, 전자 제어 시스템을 통해 더욱 정밀하고 유연한 제어가 가능하다는 특징을 가집니다.
장점:
- 기존 열동 팽창밸브와 유사한 제어 로직: 기존 열동 팽창밸브에 익숙한 기술자들이 쉽게 이해하고 적용할 수 있습니다.
- 안정적인 과열도 제어: 증발기 출구 온도를 직접적으로 제어하여 안정적인 과열도 유지가 가능합니다.
- 비교적 간단한 구조: 다른 형태의 EEV에 비해 구조가 비교적 간단하여 초기 비용이 저렴할 수 있습니다.
- 자체 보호 기능: 과열 또는 액압입 위험 발생 시 자동으로 밸브를 조절하여 시스템을 보호할 수 있습니다.
- 다양한 운전 조건에 대한 적응력 향상: 전자 제어를 통해 다양한 운전 조건 변화에 더 유연하게 대응할 수 있습니다.
단점:
- 응답 속도 제한: 스텝 모터 방식이나 리니어 모터 방식의 EEV에 비해 응답 속도가 느릴 수 있습니다.
- 정밀도 제한: 과열도 제어의 정밀도가 다른 형태의 EEV에 비해 다소 떨어질 수 있습니다.
- 추가 센서 및 제어 시스템 필요: 전자 제어를 위한 온도 센서 및 제어기가 필요하여 시스템 구성이 복잡해질 수 있습니다.
- 에너지 효율 개선 효과 제한: 다른 형태의 EEV에 비해 에너지 효율 개선 효과가 제한적일 수 있습니다.
- 특화된 기능 제한: 시스템 진단이나 통신 기능 등 전자식 팽창밸브의 다양한 장점을 fully 활용하기 어려울 수 있습니다.
결론적으로 열동식 전자 팽창밸브는 기존 열동 팽창밸브의 장점을 유지하면서 전자 제어를 통해 성능을 향상시킨 형태이지만, 최첨단 성능을 요구하는 시스템에는 다른 형태의 EEV가 더 적합할 수 있습니다. 시스템의 요구 사항, 비용, 기술적인 숙련도 등을 종합적으로 고려하여 적절한 EEV를 선택하는 것이 중요합니다.
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