1-6. 액백(Liquid Back)의 원인과 방지방법에 대하여 설명하시오.

액백(Liquid Back)은 냉동 시스템 운전 중 증발기에서 완전히 증발하지 못한 액체 상태의 냉매가 압축기로 되돌아가는 현상을 의미합니다. 이는 압축기에 심각한 손상을 초래할 수 있으므로 반드시 방지해야 합니다.

1) 액백의 원인

액백은 다양한 원인에 의해 발생할 수 있습니다. 주요 원인은 다음과 같습니다.

• 증발기 부하 부족: 증발기에 충분한 열 부하가 걸리지 않으면 액체 냉매가 모두 증발하지 못하고 압축기로 넘어갈 수 있습니다. 특히 야간이나 부하가 적은 운전 조건에서 발생하기 쉽습니다.
• 팽창 밸브 오작동:
  • 과도한 냉매 공급: 팽창 밸브가 너무 많이 열려 증발기로 과도한 액체 냉매가 공급되면 증발하지 못하고 액백이 발생할 수 있습니다.
  • 감온통(Bulb) 부착 불량 또는 위치 오류: 팽창 밸브 감온통이 흡입 배관에 제대로 부착되지 않거나 잘못된 위치에 설치되면 정확한 과열도를 감지하지 못해 액백이 발생할 수 있습니다.
  • 팽창 밸브 고장: 팽창 밸브 자체가 고장나 제어 기능을 상실하면 액백이 발생할 수 있습니다.
• 냉매 과충전: 시스템 내에 냉매가 과도하게 충전되면 응축기에서 액화되지 못한 냉매가 증발기로 유입되어 액백을 유발할 수 있습니다.
• 불량한 증발기 설계 또는 공기 흐름 불량: 증발기의 설계가 잘못되었거나 팬 고장, 코일 막힘 등으로 인해 공기 흐름이 원활하지 않으면 열교환 효율이 떨어져 액체 냉매가 완전히 증발하지 못할 수 있습니다.
• 제상 불량: 증발기에 성에가 과도하게 형성되면 열전달을 방해하여 액체 냉매가 증발하지 못하고 액백이 발생할 수 있습니다.
• 흡입 배관 관리 부실: 흡입 배관이 길거나 단열이 불량하면 외부 열에 의해 냉매가 증발하여 압축기로 기체 냉매만 보내야 하지만, 액체 냉매가 섞여서 돌아갈 가능성이 있습니다. 또한, 배관 내에 오일 트랩이 제대로 설치되지 않으면 오일과 함께 액체 냉매가 압축기로 돌아갈 수 있습니다.
• 압축기 설치 위치: 압축기가 증발기보다 낮은 위치에 설치된 경우, 정지 시 액체 냉매가 중력에 의해 압축기로 모여 시동 시 액백을 유발할 수 있습니다.
• 시스템 기동 시 급격한 부하 변동: 시스템이 갑자기 가동되거나 부하가 급격하게 변동하면 팽창 밸브가 즉각적으로 대응하지 못하여 액백이 발생할 수 있습니다.

2) 액백 방지 방법

액백은 압축기에 심각한 손상을 초래할 수 있으므로 철저한 예방이 중요합니다. 주요 방지 방법은 다음과 같습니다.

• 적절한 팽창 밸브 선정 및 조정: 시스템 부하에 맞는 적절한 용량의 팽창 밸브를 선정하고, 감온통을 흡입 배관의 적절한 위치에 정확하게 부착하여 과열도를 올바르게 설정합니다. 팽창 밸브의 작동 상태를 정기적으로 점검하고 필요시 조정 또는 교체합니다.
• 정확한 냉매 충전량 유지: 시스템 설계에 맞는 정확한 냉매량을 충전하고, 과충전되지 않도록 주의합니다. 냉매 충전 후에는 시스템의 작동 상태를 확인하여 적정량을 유지하는지 점검합니다.
• 증발기 효율 향상: 증발기의 설계가 적절한지 확인하고, 팬 작동 상태 및 코일 청결 상태를 정기적으로 점검하여 공기 흐름을 원활하게 유지합니다. 필요시 증발기 용량을 재검토합니다.
• 효과적인 제상 시스템 구축 및 관리: 증발기에 성에가 과도하게 형성되지 않도록 효과적인 제상 시스템을 구축하고, 제상 주기를 적절하게 설정하며, 제상 장치의 작동 상태를 정기적으로 점검합니다.
• 흡입 배관 관리 철저: 흡입 배관의 길이를 최소화하고 적절한 단열을 시공하여 외부 열 영향을 줄입니다. 필요한 위치에 적절한 크기의 오일 트랩을 설치하여 오일이 압축기로 되돌아가는 것을 방지합니다.
• 압축기 설치 위치 고려: 가능한 한 압축기를 증발기보다 높은 위치에 설치하거나, 불가피한 경우 압축기 정지 시 액체 냉매가 모이는 것을 방지하기 위한 별도의 장치(예: 흡입 어큐뮬레이이터)를 설치합니다.
• 흡입 어큐뮬레이이터 설치: 흡입 배관과 압축기 흡입구 사이에 흡입 어큐뮬레이이터를 설치하여 액체 냉매가 압축기로 직접 유입되는 것을 방지합니다. 어큐뮬레이이터는 액체 냉매를 일시적으로 저장하고 서서히 증발시켜 기체 상태로 압축기에 보내는 역할을 합니다.
• 크랭크케이스 히터 설치: 압축기 정지 시 크랭크케이스 히터를 작동시켜 냉매가 오일과 섞여 액체 상태로 압축기 내부에 응축되는 것을 방지합니다. 이는 시동 시 급격한 압력 변화로 인한 액백(Liquid Slugging)을 예방하는 데 효과적입니다.
• 시스템 운전 조건 고려: 시스템 부하 변동에 따라 팽창 밸브나 압축기의 용량을 조절하는 등, 운전 조건을 최적화하여 액백 발생 가능성을 줄입니다.
• 정기적인 시스템 점검 및 유지보수: 냉동 시스템의 각 부품 작동 상태 및 냉매량 등을 정기적으로 점검하고, 이상이 발견되면 즉시 조치하여 액백을 사전에 예방합니다.

액백은 압축기 밸브 파손, 베어링 손상, 오일 희석 등 심각한 문제를 일으켜 압축기 수명을 단축시키고 시스템 고장을 유발하는 주요 원인이 됩니다. 따라서 위에서 언급된 액백 발생 원인을 정확히 파악하고, 적절한 방지 대책을 수립하여 안전하고 효율적인 냉동 시스템 운전을 확보하는 것이 중요합니다.