1-9. 단단 원심형 냉매압축기의 특징과 주요 구성부품에 대하여 설명하시오.

onha09 2025. 4. 13. 21:27

단단 원심형 냉매압축기(Single-Stage Centrifugal Refrigerant Compressor)는 회전하는 임펠러(Impeller)를 이용하여 냉매 증기를 흡입, 압축하여 토출하는 방식의 압축기입니다. 주로 중대형 냉동 시스템에 사용되며, 비교적 높은 효율과 대용량 처리에 적합합니다.

(1) 특징

대용량 처리: 축류형 압축기와 함께 대용량 냉동 시스템에 주로 사용됩니다. 많은 양의 냉매 증기를 연속적으로 처리할 수 있습니다.
비교적 높은 효율: 동일 용량의 왕복동식 압축기에 비해 효율이 높습니다. 특히 설계점에서 높은 효율을 나타냅니다.
낮은 진동 및 소음: 회전 운동을 기반으로 작동하므로 왕복동식 압축기에 비해 진동과 소음이 적습니다.
컴팩트한 구조: 동일 용량의 다른 형식 압축기에 비해 크기가 작고 무게가 가볍습니다.
유지 보수 용이: 회전 부품 수가 적어 구조가 비교적 단순하여 유지 보수가 용이합니다.
오일 혼입 가능성: 회전축 밀봉 불량 등으로 인해 냉매 회로에 윤활유가 혼입될 가능성이 있습니다. 오일 회수 장치가 필요할 수 있습니다.
서징(Surging) 현상: 저유량 운전 시 압력 맥동 및 유량 불안정 현상인 서징이 발생할 수 있습니다. 이를 방지하기 위한 운전 및 제어 방식이 필요합니다.
고속 회전: 효율적인 압축을 위해 임펠러가 고속으로 회전하므로 정밀한 설계 및 제작 기술이 요구됩니다.
부분 부하 효율 저하: 설계점 이외의 부분 부하 운전 시 효율이 크게 저하될 수 있습니다.

(2) 주요 구성 부품

단단 원심형 냉매압축기는 다음과 같은 주요 부품으로 구성됩니다.

케이싱 (Casing): 압축기의 외부를 둘러싸는 밀폐된 용기로, 내부 압력을 견디고 냉매가 외부로 누출되는 것을 방지합니다. 흡입구와 토출구를 포함하며, 볼류트(Volute) 또는 디퓨저(Diffuser) 형태를 가집니다.
- 볼류트 (Volute): 임펠러에서 토출되는 냉매의 속도 에너지를 압력 에너지로 변환시키는 역할을 하는 달팽이관 형태의 유로입니다.
- 디퓨저 (Diffuser): 임펠러 바로 후단에 위치하여 냉매의 속도를 줄이고 압력을 높이는 역할을 하는 고정 날개 또는 유로입니다.
임펠러 (Impeller): 고속으로 회전하면서 냉매 증기에 원심력을 가하여 압축하는 회전 날개입니다. 날개의 형상, 개수, 크기 등이 압축기의 성능에 큰 영향을 미칩니다. 재질은 주로 알루미늄 합금이나 스테인레스강이 사용됩니다.
회전축 (Shaft): 임펠러를 지지하고 회전력을 전달하는 축입니다. 고속 회전에 견딜 수 있는 강도와 정밀도가 요구됩니다.
축 밀봉 장치 (Shaft Seal): 회전축이 케이싱을 통과하는 부위에서 냉매가 외부로 누출되는 것을 방지하는 장치입니다. 다양한 형태(메카니컬 씰, 래버린스 씰 등)가 사용되며, 냉매의 종류와 압력에 따라 적절한 밀봉 방식이 선택됩니다.
베어링 (Bearing): 회전축을 지지하고 회전을 원활하게 하는 역할을 합니다. 고속 회전에 적합한 볼 베어링, 롤러 베어링, 슬리브 베어링 등이 사용되며, 윤활 방식도 중요합니다.
안내 날개 (Inlet Guide Vanes, IGV) 또는 스크롤 (Scroll): 흡입구에 설치되어 냉매의 흡입량과 방향을 조절하여 압축기의 용량과 성능을 제어하는 역할을 합니다. (일부 모델에 적용)
오일 윤활 및 공급 장치 (Oil Lubrication and Supply System): 베어링 및 축 밀봉 장치 등에 윤활유를 공급하여 마찰을 줄이고 냉각하는 역할을 합니다. 오일 펌프, 오일 탱크, 오일 필터, 오일 쿨러 등으로 구성됩니다.
스러스트 베어링 (Thrust Bearing): 임펠러 회전 시 발생하는 축 방향의 힘(스러스트 하중)을 지지하는 베어링입니다.
회전 속도 측정 장치 (Speed Sensor): 압축기의 회전 속도를 측정하여 제어 시스템에 정보를 제공합니다.

이러한 주요 구성 부품들의 정밀한 설계, 제작, 그리고 효율적인 작동은 단단 원심형 냉매압축기의 성능과 신뢰성을 확보하는 데 매우 중요합니다.