3-2. 증기 압축식 냉동기의 팽창밸브 종류와 특성을 설명하시오.

증기 압축식 냉동기에서 팽창밸브는 고온 고압의 액체 냉매를 저온 저압의 액체 냉매로 감압시켜 증발기에서 냉매가 쉽게 증발하여 냉각 작용을 할 수 있도록 하는 중요한 역할을 합니다. 팽창밸브의 종류와 각각의 특성은 다음과 같습니다.

1. 모세관 (Capillary Tube)

• 특성:
  • 가장 단순한 형태의 팽창 장치로, 좁고 긴 관으로 이루어져 있습니다.
  • 내부 직경과 길이에 따라 냉매 유량을 고정적으로 조절합니다.
  • 구조가 간단하고 가격이 저렴하며, 별도의 구동 부품이 없어 유지보수가 용이합니다.
  • 주로 소형 냉장고, 에어컨 등 부하 변동이 적은 시스템에 사용됩니다.
  • 부하 변동에 대한 적응 능력이 떨어지므로, 설계 조건에서 벗어나면 냉동 효율이 저하될 수 있습니다.
  • 과냉각도가 냉동 성능에 큰 영향을 미칩니다.

2. 자동 팽창 밸브 (Automatic Expansion Valve, AXV) 또는 정압 팽창 밸브 (Constant Pressure Expansion Valve)

• 특성:
  • 증발기 출구의 압력을 일정하게 유지하도록 냉매 유량을 조절합니다.
  • 밸브 상부에는 증발기 압력이 작용하고, 하부에는 설정된 스프링 힘이 작용하여 압력 균형을 통해 밸브 개도를 조절합니다.
  • 비교적 간단한 구조로 제작이 용이하며, 일정한 증발기 압력을 유지하는 데 효과적입니다.
  • 부하 변동이 큰 시스템에서는 증발기 출구 냉매의 과열도를 적절하게 유지하기 어려워 효율이 저하될 수 있습니다.
  • 주로 냉수기, 제빙기 등 비교적 일정한 부하를 가지는 시스템에 사용됩니다.

3. 온도식 팽창 밸브 (Thermostatic Expansion Valve, TXV) 또는 감온식 팽창 밸브 (Thermal Expansion Valve, TEV)

• 특성:
  • 증발기 출구 냉매의 과열도를 일정하게 유지하도록 냉매 유량을 정밀하게 조절합니다.
  • 감온통(Sensing Bulb), 다이어프램, 밸브 등으로 구성됩니다. 감온통은 증발기 출구 배관에 부착되어 냉매 증기의 온도를 감지하고, 온도 변화에 따라 감온통 내부의 작동 유체가 팽창 또는 수축하면서 다이어프램을 움직여 밸브 개도를 조절합니다.
  • 부하 변동에 대한 적응 능력이 뛰어나 넓은 범위의 운전 조건에서 안정적인 냉동 성능을 유지할 수 있습니다.
  • 냉동기의 효율을 최적화하는 데 중요한 역할을 합니다.
  • 구조가 복잡하고 가격이 비싸지만, 대부분의 중대형 냉동 시스템에 널리 사용됩니다.
  • 과열도 조절 방식에 따라 내부 균압식과 외부 균압식으로 나뉩니다. 외부 균압식은 증발기 압력 강하가 큰 경우에 사용됩니다.

4. 전자식 팽창 밸브 (Electronic Expansion Valve, EEV)

• 특성:
  • 마이크로프로세서 기반의 전자 제어 시스템과 결합하여 냉매 유량을 매우 정밀하게 제어합니다.
  • 다양한 센서(온도, 압력 등)로부터 정보를 받아 최적의 냉매 유량을 실시간으로 조절하여 냉동 시스템의 효율을 극대화합니다.
  • 부하 변동에 대한 응답성이 매우 빠르고, 넓은 운전 범위에서 안정적인 성능을 제공합니다.
  • 정밀한 제어를 통해 에너지 효율을 향상시키고, 시스템의 안정성을 높일 수 있습니다.
  • 구조가 복잡하고 가격이 비싸지만, 높은 에너지 효율이 요구되는 최신 냉동 시스템에 적용이 확대되고 있습니다.