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(1) 유분리기의 설치위치 및 통과유속 기준
- 설치위치: 유분리기는 압축기 토출구와 응축기 입구 사이에 설치됩니다. 압축 과정에서 냉매 가스와 함께 토출된 윤활유를 응축기로 보내기 전에 분리하여 압축기로 되돌려 보내는 역할을 수행하기 때문입니다. 이 위치에서 냉매는 고온·고압의 기체 상태이며, 윤활유가 미세한 입자 형태로 냉매 가스에 섞여 있습니다.
- 통과유속 기준: 유분리기의 설계 시 적절한 통과유속을 유지하는 것이 매우 중요합니다.
- 너무 빠른 유속: 냉매 가스가 유분리기를 너무 빠르게 통과하면 윤활유 입자가 충분히 분리될 시간을 갖지 못하여 분리 효율이 저하됩니다.
- 너무 느린 유속: 유속이 너무 느리면 냉매 가스의 압력 손실이 커지고, 분리된 윤활유가 다시 냉매 가스에 섞일 가능성이 있습니다. 또한, 시스템의 효율 저하를 유발할 수 있습니다.
일반적으로 유분리기는 압축기의 토출 가스 유량에 맞춰 적절한 크기로 선정되며, 설계자는 제조사의 기준에 따라 최적의 분리 효율을 얻을 수 있는 통과유속을 고려합니다. 구체적인 유속 기준은 유분리기 제조사 및 모델에 따라 다를 수 있지만, 핵심은 윤활유 입자가 중력이나 관성에 의해 효과적으로 분리될 수 있는 적절한 체류 시간을 확보하는 것입니다.
(2) 유분리기의 오일분리 구조
유분리기는 냉매 가스와 윤활유의 밀도 차이, 속도 변화, 충돌 등의 원리를 이용하여 윤활유를 분리합니다. 일반적인 유분리기의 내부 구조는 다음과 같습니다.
- 입구: 압축기에서 토출된 고온·고압의 냉매 가스와 윤활유 혼합물이 유분리기로 유입되는 부분입니다.
- 확장부 (팽창실): 유입된 냉매 가스의 속도를 갑자기 감소시켜 윤활유 입자가 관성에 의해 분리되도록 유도합니다.
- 분리 요소: 다양한 형태의 분리 요소가 사용될 수 있습니다.
- 메쉬 (Mesh): 금속이나 섬유 재질의 촘촘한 망을 통과하면서 윤활유 입자가 표면에 충돌하여 응축되고 중력에 의해 아래로 떨어집니다.
- 배플 (Baffle): 냉매 가스의 흐름 방향을 급격하게 바꾸어 윤활유 입자가 관성에 의해 배플에 충돌하여 분리됩니다.
- 사이클론 (Cyclone): 냉매 가스를 회전시켜 원심력을 발생시켜 밀도가 높은 윤활유 입자를 바깥쪽으로 밀어내어 분리합니다.
- 오일 저장부: 분리된 윤활유가 중력에 의해 모이는 부분입니다.
- 오일 반환 장치: 오일 저장부에 모인 윤활유를 압축기 크랭크케이스로 되돌려 보내는 장치입니다. 주로 다음과 같은 방식이 사용됩니다.
- 플로트 밸브 (Float Valve): 오일 저장부의 오일 수위에 따라 플로트가 작동하여 밸브를 열고 윤활유를 압축기로 보냅니다.
- 모세관 (Capillary Tube): 압축기 크랭크케이스의 압력차를 이용하여 윤활유를 천천히 압축기로 되돌려 보냅니다.
- 출구: 윤활유가 분리된 깨끗한 냉매 가스가 응축기로 빠져나가는 부분입니다.
(3) 유분리기가 필요한 냉동장치 종류
유분리기는 냉동 시스템의 효율 저하 및 고장을 방지하기 위해 다음과 같은 종류의 냉동장치에 주로 필요합니다.
- 왕복동 압축기 (Reciprocating Compressor) 사용 시스템: 왕복동 압축기는 구조적인 특성상 윤활유 토출량이 다른 형태의 압축기보다 많기 때문에 유분리기가 필수적입니다.
- 저온 냉동 시스템: 저온에서는 윤활유의 점도가 높아져 냉매와 함께 시스템 내를 순환하기 어렵고, 증발기에서 유동성이 저하되어 전열 성능을 저하시킬 수 있으므로 유분리기가 중요합니다.
- 장배관 시스템: 냉매 배관의 길이가 길어지면 윤활유가 배관 내에 정체되거나 트랩될 가능성이 높아지므로 유분리기를 설치하여 윤활유를 효과적으로 회수해야 합니다.
- 다중 증발기 시스템: 여러 개의 증발기를 사용하는 시스템에서는 윤활유가 각 증발기로 균등하게 분배되지 못하고 특정 증발기에만 몰릴 수 있으므로 유분리기를 사용하여 윤활유 관리를 용이하게 합니다.
- 대용량 시스템: 냉동 용량이 큰 시스템일수록 압축기의 윤활유 순환량이 많아지므로 유분리기의 필요성이 커집니다.
- 특정 냉매 사용 시스템: 일부 냉매는 윤활유와의 용해성이 낮아 시스템 내에서 윤활유가 분리되기 쉬우므로 유분리기가 필요합니다.
- 스크류 압축기 (Screw Compressor) 사용 시스템: 스크류 압축기는 오일 윤활 방식을 사용하므로 토출 가스에 많은 양의 윤활유가 포함될 수 있어 유분리기가 필요합니다.
이 외에도 냉동 시스템의 설계 및 운전 조건에 따라 유분리기의 필요성이 결정될 수 있습니다. 유분리기를 설치함으로써 냉동 시스템의 신뢰성을 높이고 효율적인 운전을 유지할 수 있습니다.
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