4-4. 저온 급기용 DX Coil의 결빙시 defrosting하는 방법에는 Water defrosting, Electric defrosting, Heat Tank defrosting이 있다. 이 중 Heat Tank defrosting(thermo tank defrosting)를 도식화하고 설명하시오.

저온 급기용 DX 코일(Direct Expansion Coil)은 공기를 직접 냉각하면서 온도를 낮추는 방식으로, 코일 표면 온도가 0°C 이하로 운전될 때 공기 중의 수분이 코일 표면에 얼어붙어 성에나 얼음(착상 또는 결빙)이 쌓이게 됩니다. 이렇게 쌓인 얼음은 공기 흐름을 방해하고 열 전달 효율을 급격히 떨어뜨려 냉방 능력을 저하시키므로 주기적인 제상(Defrosting)이 필요합니다.

 

축열조 제상 방식(Heat Tank Defrosting 또는 Thermo-Tank Defrosting)은 다른 제상 방식(살수 제상, 전기 제상, 핫가스 제상 등)과 달리, 냉동 사이클 운전 중에 발생하는 열을 별도의 축열조(Heat Tank 또는 Thermo Tank)에 저장해 두었다가, 제상이 필요할 때 이 저장된 열을 이용하여 증발기의 성에를 녹이는 방식입니다.

 

1. 축열조 제상 방식의 원리

이 방식의 핵심은 냉동기 운전 시 압축기 토출측에서 발생하는 고온고압의 냉매 가스가 가진 열을 버리지 않고 회수하여 축열조에 저장하는 것입니다. 제상이 필요할 때, 저장된 따뜻한 매체(주로 물)를 증발기로 보내 성에를 녹입니다.

 

2. 구성 요소

이 제상 방식은 일반적인 냉동 시스템 외에 다음과 같은 추가적인 구성 요소가 필요합니다.

• 축열조 (Heat Tank or Thermo Tank): 내부에 물이나 다른 열 저장 매체가 담겨 있으며, 열교환기 코일이 내장되어 있거나 외부 자켓 형태로 냉매 또는 다른 열원이 통과하며 열을 저장할 수 있는 탱크입니다.
• 열교환 코일 (Heat Exchanger Coil):
  • 충전용 코일: 축열조 내부에 설치되어 압축기 토출 가스가 통과하며 물을 데우는 코일입니다.
  • 제상용 코일: 증발기 내부에 별도로 내장되어 축열조의 온수가 통과하며 성에를 녹이는 코일입니다. (또는 기존 증발기 코일을 제상에 활용하도록 배관 구성)
• 밸브류 (Valves): 냉매의 흐름 경로 및 축열조의 온수 흐름 경로를 제어하는 자동 또는 수동 밸브들. (예: 삼방 밸브, 솔레노이드 밸브)
• 펌프 (Pump): 축열조의 온수를 제상 시 증발기로 순환시키는 순환 펌프.
• 제어 장치 (Control System): 시스템 운전 상태(냉방/제상), 축열조 온도, 제상 시작 조건(시간, 온도차, 압력차 등), 제상 종료 조건 등을 판단하고 밸브와 펌프를 제어하는 장치.

3. 운전 과정 도식화 및 설명

축열조 제상 방식은 크게 열 충전 단계와 제상 단계로 나뉩니다.

(가) 열 충전 단계 (Heat Charging Phase) - 평상시 냉방 운전 중

[압축기] ---고온고압 가스--> [응축기] ---(열 방출)---> [팽창 밸브] ---> [증발기(냉방)] ---(냉열 공급)---> [압축기]
     |                                                                ^
     |                                                                |
     |                                                                | (온수 순환)
     |                                                             [제상용 코일]
     |                                                                ^
     |      (밸브 전환)                                                 |
     |                                                                |
     +--------> [**축열조 충전용 코일**] ---(물 가열)---> [축열조 (물)]
               ^
               | (압축기 토출 가스 일부 또는 전체)

• 설명: 평상시 냉방 운전 중 압축기에서 토출되는 고온고압의 냉매 가스 일부 또는 전부를 응축기로 보내기 전에 축열조 내부에 설치된 충전용 열교환 코일을 통과시킵니다. 이때 냉매 가스의 열이 축열조의 물로 전달되어 물의 온도를 상승시킵니다. 열을 전달한 냉매는 다시 원래 냉동 사이클 경로(응축기 등)로 돌아갑니다. 이 과정을 통해 냉동 사이클의 폐열을 이용하여 제상에 필요한 열 에너지를 미리 저장해 둡니다.

(나) 제상 단계 (Defrosting Phase)

[압축기] --- (정지 또는 바이패스) ---> (냉동 사이클 중단)
               ^
               |
               | (온수 환수)
               |
             [증발기(성에 부착)] --- (성에 녹임) --- > [제상용 코일 내 온수 흐름]
                                       ^
                                       |
                                       | (온수 공급)
                                       |
       [**축열조 (뜨거워진 물)**] --- (펌프 가동) --- > [**제상용 순환 펌프**]

• 설명: 증발기에 성에가 일정량 이상 쌓여 제상이 필요하다고 판단되면 (타이머 설정, 공기 압력차 감지, 코일 온도 감지 등), 냉동기의 정상 운전을 중단시킵니다. 그리고 축열조에 저장된 따뜻한 물을 제상용 순환 펌프를 이용하여 증발기 내부에 설치된 제상용 코일로 보냅니다.
• 제상용 코일을 흐르는 따뜻한 물의 열이 증발기 핀과 튜브에 쌓인 성에와 얼음으로 전달되어 이를 녹입니다. 녹은 물은 증발기 하부의 드레인 팬으로 모여 외부로 배출됩니다.
• 제상이 완료되면 (소요 시간 경과, 코일 온도 상승 감지 등) 온수 순환을 멈추고 시스템은 다시 정상적인 냉방 운전으로 복귀합니다.

4. 축열조 제상 방식의 특징

• 장점:
  • 냉동기 운전 중 발생하는 폐열을 이용하므로 에너지 효율적인 제상 방식입니다 (별도의 전기 히터 사용 대비).
  • 압축기 토출 가스를 직접 이용하는 핫가스 제상 방식보다 제상 열원의 온도가 안정적일 수 있습니다.
  • 제상 중에도 응축기는 계속 운전하여 응축열을 버리므로 시스템 부담을 줄일 수 있습니다 (설비 구성에 따라 다름).
• 단점:
  • 축열조, 추가적인 코일, 펌프, 밸브류 등이 필요하여 설비 구성이 복잡해지고 초기 투자 비용이 증가합니다.
  • 축열조 설치 공간이 필요합니다.
  • 축열조의 단열이 불량하거나 제상 주기가 길 경우 저장된 열 손실이 발생할 수 있습니다.

축열조 제상 방식은 폐열을 효과적으로 활용하여 에너지 효율을 높일 수 있다는 장점이 있어, 특히 제상이 빈번하게 필요한 저온 시스템에서 고려될 수 있는 방식 중 하나입니다.