제습 방법의 종류
(1) 제습방법
제습의 방법에는 일반적으로 4가지 종류의 방법이 있다.
1) 냉각식 제습법
2) 압축식 제습법
3) 흡수식 제습법
4) 흡착식 제습법
위의 것들은 제각기 특징이 있으며 용도나 요구하는 바에 따라 득실이 있고 습도에 따라서 용도의 필요성을 갖는다.
냉각에 의한 제습은 공기조화에서 가장 일반적으로 쓰이고 있으며, 냉방등의 경우는 편리하지만, 온도가 내려가면 지장이 있을 때는 재열을 요하므로 비경제적이다. 또한 소요 노점온도가 낮을 때는 냉각면에 응축수가 빙결되어 공기의 흐름이 차단되므로 그에 대한 대비가 요망된다.
압축에 의한 제습은 소요동력이 크고 제습만을 목적으로 할 때는 비경제적이며, 압축공기 자체가 필요할 때 냉각과 병용해서 쓰인다.
흡수식 제습법은 흡습성이 있는 고체 또는 액체에 공기를 접촉시켜 제습하는 것이며, 적절히 설계하면 필요로 하는 온․습도가 동시에 얻어진다. 그러나 흡습제의 복원조작을 요하게 되므로 일반적으로 냉각으로는 곤란한 저노점이 필요할 때 쓰인다.
흡착법은 고형흡착제를 사용하므로, 열효율이 액체에 의한 흡습법 보다 낮으나, 매우 낮은 노점까지 제습할 수 있어 초건조 공기를 필요로 하는 공정에 쓰인다.
(2) 냉각식 제습방법
냉각식 제습법의 원리는 공기를 노점온도 이하로 냉각하기 위해 통상 냉동기를 사용하기 때문에 냉동식 제습장치라고도 한다.
냉각식 제습 장치는 공기계통과 냉각계통 두 씨스템으로 운전된다.
1) 공기계통
공기계통은 두 개(1차, 2차)의 열교환기로 구성되어 있어 고온다습한 공기는 2차측 열교환기로부터 들어오는 차고 건조한 공기로 냉각되어진 1차 열교환기(Air to Air)에서 예냉되고 2차 열교환기(Air to Refrigerant)에 들어가 냉매에 의해 냉각된다.
냉각건조된 공기는 다시 1차 열교환기로 들어가 처음과 반대로 더운 공기와 열교환 되어 가온된 상태로 사용처로 보내진다.
2) 냉각계통
냉각기로부터 나오는 고온, 고압 냉매가스는 냉매용 Condensor로 보내지고 농축된 열은 대기공기나 냉각수에 의해 제거되어 고압 액화냉매로 바뀐다. Condensor로부터 냉매는 Receiver, Filter/Dryer를 거쳐 팽창변을 통과하면서 조절되어 고압액체 상태에서 저압 액화냉매로 된다.
찬 액체냉매는 공기계통의 2차 열교환기에서 더운 공기와 열교환하여 열을 흡수함으로 더운 냉매가스가 된다. 냉매가스는 냉동기 흡인관으로 유입되고 냉동기에서 재압축된다.
3) HOT GAS BY-PASS 방식
냉동기로 냉매를 열교환기에 보낼 때 감온 팽창변만으로 냉각부하를 제어하면 경부하시에 증발온도가 저하되어 열교환기 내에 응축수착상 동결이 일어난다.
이 때문에 증발방력 조절변을 사용하든지 Hot gas by-pass 방식으로 흡입압력을 제어해 주어야 한다. 증발 압력 조절변(EPR)은 열교환기가 1조일 때는 냉동기 흡입압력의 변동이 크고, 경부하시에는 저압 스위치로 on-off를 반복하기 때문에 냉동기 연속가동에는 Hot gas by-pass방식이 좋다.
Hot gas by-pass 방식은 By-pass Valve로서 정압 팽창변의 일종을 쓰고 열교환기 출구의 증발 압력을 균압관을 통하여 By-pass Valve로 유도하여 증발압력을 항시 0±1℃ 정도로 유지케 하는 방법이다.
냉동기는 증발 압력이 일정하므로 응축기 측의 냉각수(냉각공기)를 일정온도로 유지하면 DP 3~5℃ 공기를 얻을 수 있다.
4) 직접냉각식과 간접냉각식
처리 풍량이 많고 냉각부하가 커서 소형 냉동기의 사양 범위를 초과하면 열교환기를 직팽식이 아닌 Brain cooling type으로 하는 것이 유리하다.
Brain cooling식은 저온 Chiller unit로 에칠렌 그리콜, 프로필렌 그리콜을 0~15℃로 냉각하여 순환펌프로 2차 열교환기에 순환시켜 냉각하는 방식이다.
열교환기 출구의 Brain온도가 0±1℃정도로 되게 하기 위해서는 성능 좋은 써머 스타트로 검출하고 비례 3방변으로 Brain유량을 조절하면 부동식 냉각제습을 할 수 있다.
냉동기는 써머스타트에 의해서 on-off 운전을 해도 상관없다. 단, on-off 싸이클이 극단적으로 짧을때는 모타에 지장을 초래하므로 적당한 용량의 브라인 축열조가 필요하다.
5) 응축수의 제거
냉각제습으로 발생하는 응축수는 흡착식 제습의 제습량에 비해 10배 가까이 되므로 Drain분리가 극히 중요하다.
Mist상의 드레인은 완전히 분리하는 것이 여간 어렵지 않기 때문에 분리효율이 높은 Drain Separator를 선정하는 것이 중요하며 드레인을 외부로 배출하는 Air Trap도 극히 중요하다.
(3) 압축식 제습방법
공기중의 수증기 포화압력 Ps는 공기의 전압 P에 별로 관계가 없고, 임의 압력의 공기중의 포화 절대습도는 대략
χs = 18Ps/29(P-Ps)[㎏/㎏')
로서 표시된다. 온도를 일정하게 유지할 때, 전압 P를 높게하면, χs가 적어져 여분의 수증기는 물로서 제거된다.
압축에 수반하여 온도가 올라가므로 냉각과 겸용하면 효과가 크게 된다.
P [atm] |
|
t [℃] |
1 |
0.0147 |
20.0 |
2 |
0.0072 |
9.2 |
5 |
0.0029 |
-3.5 |
10 |
0.00144 |
-12.5 |
50 |
0.000287 |
-37.8 |
200 |
0.000072 |
-44.5 |
표 4.
일례로서 20℃에서의 χs의 값을 표 4에 표시한다.
동일량을 제습하는데도 타방법에 비해 소요동력이 많이 들므로 압축공정이 타목적으로 쓰이는 경우라든가 소규모 장치에서 냉동기를 쓰지 않고 건조공기를 얻는데 이용된다. 이때 동력을 회수하기 위해 공기 터어빈을 이용하기도 한다.
(4) 흡수식 제습방법
이 방법은 고형 또는 액상의 흡습성 물질에 의해 제습하는 것이며 고형 흡습제는 용기내의 제습에 소규모로 쓰이는데 반해, 액상 흡습제에 의한 것은 연속식이고 용량도 대규모의 것까지 있다.
흡수제에는 다음 3종류가 있다.
1) 화학반응에 의해 흡습하는 고형 흡습제
화학 반응으로 수분과 결합하는 것이며, 흡습제의 복원은 곤란하지만, 잔류수분이 극소하므로 소규모로서 수분을 거의 전부 뺄 필요가 있을 때 쓰인다.
5산화인(P2O5), 알루미나(AL2O3), 생석회(CaO), 과염소산 마그네슘[Mg(ClO4)3]등이 있다. 25℃에서의 이들 잔류수분[G/㎥]은 다음과 같으며 비교를 위해 냉각제습을 들어둔다.
P2O5 2×10-5
AL2O3 2×10-4
Mg(ClO4)3] 5×10-4
CaO 0.200
0℃로 냉각 4.70
-194℃로 냉각 1.6×10-23
2) 화학 반응 및 용해에 의해 흡습하는 조해성 흡습제
염화 칼숨이나 수산화 나트륨 등이 이 종류에 속한다.
이들은 고체와 수용액이 공존할 때는 수용액 농도가 그 온도의 포화용액이며 그 평형 증기압도 온도에만 의존하고, 접촉하는 공기의 상대습도는 어떤 온도 범위에서 대략 일정하게 되므로, 이 성질을 이용하여 간단하게 용기내를 일정 습도로 유지할 수 있다.
3) 흡수에 의해 제습하는 액체
흡습제 액상이기 때문에 공기와 접촉면적 증대가 용이하므로, 대규모 제습장치에 적합하다. 되도록평형 증기압이 낮고 점성이적으며 화학적으로 안정무독하고 부식성이 없는 것이 적합하다. 많은 액체흡습제 중에서 이와 같은 조건에 적합하여 실용되고있는 것은 염화리튬 수용액 및 트리에틸렌 글리콜이다. 액체 흡습제 사용의 제습 장치는 결정의 추출이나 분해가 있기 때문에 극도의저습도에는 고체 흡착제쪽이좋다. 그러나 용액 온도와 농도를 임의로 선정할 수 있으므로 재열없이 목적하는 온습도를 얻을 수 있다. 그러나 용액 온도와 농도를 임의로 선정할 수 있으므로 재열없이 목적하는 온습도를 얻을 수 있다. 냉각제습에서는 출구습도와 온도가 일정한 관계에 있어 보통 원하는 온습도를 재열 없이는 얻을수 없지만 그래도 극단적인 재렬은 요하는 경우를 제외하고 냉각제습법 쪽이 간단하고 경제적이며, 액체 흡습제가 쓰이는 것은 코일 결상문제가 일어나는 노점 4℃이하의 경우이다. 이밖에 흡습제는 보통 살균성을 갖고 있으므로 소독효과가 있다는 것도 하나의 특징이라할 수 있다.
(5) 흡착식 제습방법
흡착은 다공성 물질의 표면에 분자층의 형으로 다른 가스가 부착하는 것이며, 화학적 결합력에 관계없고, 또한 흡착제도 용해, 조해를 일으키지 않으므로 고형 흡수제 보다 우수하다.
또한 내부의 수분은 그 일부를 제외하고 온도르 올려주면 용이하게 탈착되므로 반복사용할 수 있다.
수분 흡착에 있어서는 수분 응축열 이외에 과외의 열이 발생하나 그 합계도 화학 흡수 보다 크지 않다.
1) 흡착의 원리
흡착은 흡착제의 표면, 즉 상의계면에 기체의 분자가 정체하는 것으로서 일반적으로 수분이 흡착제의 모관 내벽에 부착하는 표면흡착과 내부에 응축하는 모관 응축에 의한 것이라고 말하고 있으며, 표면흡착은 화학흡착이라고도 말할 수 있다.
물분자가 모관속으로 들어와서 일부는 표면에 정체 부착되고 기타의 분자는 공중에 흩어져 부착되지 않으나 점차 부착량이 많아져 모관의 표면이 전부 물분자층에 덮혀지면 부착 능력은 없어진다. 이때를 가르켜 파과 상태라고 말한다.
물분자의 크기는 약 3×10-8㎝로서 모관경은 실리카겔이 20×10-8㎝, 활성알루미나가 90×10-8㎝정도이므로 모관의 직경은 물분자의 7~30배가 되는 셈이다.
모관수는 상당히 많아 입경5㎜의 실리카겔 모관 총연장은 20만Km, 표면적은 10㎡에 상당한다.
실제의 흡착 작용은 표면흡착과 모관응축 양쪽에 의한 것으로 흡착과 탈착은 이론적으로는 일치하는데 실제로는 일치하지 않는다.
이러한 현상을 이력현상이라고 한다.
① 이력현상은 일반적으로 모관벽에 흡착되어진 단층분자층의 평형분압에
변화가 발생한다.
② 그러나 모관 반경이 흡착분자 반경의 2배 이상이 되면 모관중에 흡착되어 진액체의 표면 장력이라든가 밀도는 자유액체의 것과 크기가 같다.
③ 모관공벽에 물분자층이 형성되면 모관응축현상이 생긴다. 이것들은 여러 가 지 시험결과에 의해서 어느 정도 확인되고 있다. 흡착제들은 재생온도나 사 용시간에 의해서 열화되며 또 원료공기의 청정도에도 영향이 있다. 취입공 기 중에 먼지나 유분, 유화수소등이 포함되어 있으면 열화현상이 빨리 온다.
노점(Dew Point)이란?
우리 주위에 있는 공기는 수분을 함유하고 있는 습공기입니다. 습공기 중에 포함되어 있는 수분의 양은 온도에 따라 달라집니다. 예를 들면, 겨울철에는 건조한 반면에 여름 장마철에는 매우 습합니다.
습공기 중의 수증기가 포화상태(상대습도 100%)가 되어 그 이상 수증기를 함유하면 물방울이 생기는 상태를 포화습공기(Saturated Air)라 합니다. 여름철에 유리컵에 얼음물을 넣어 두면 유리컵 표면에 이슬이 맺히는 것을 볼 수 있습니다. 이처럼 공기중의 수분(수증기,Water Vapor)이 물방울로 상변화 되는 것을 응축이라 하고, 응축이 시작되는 온도를
노점온도(Dew Point Temperature)라고 합니다.
이처럼 습공기가 노점온도보다 낮은 온도로 냉각되면 항상 응축을 일으킵니다. 공기중에 안개가 생기는 것도, 보온시공이 불완전한 냉수배관에서 물방울이 떨어지는 것도 동일한 이유에 의한 것입니다.
환언하면, 공기중의 수분을 제거해 주는 데는 공기 중에 그 공기의 노점온도보다 낮은 물체를 놓아 습공기 중에 함유된 수증기를 응축하여 물방울의 형태로 제거해주면 되는 것으로, 이것이 Carrier가 생각해낸 노점조절법의 원리이며, 냉동식 Air Dryer의 원리이기도 합니다.
1. 콤프레샤의 토출온도가 상승하는 경우
- 부하운전중에 온도가 상승하는 경우
- 무부하 운전중에 온도가 상승하는 경우
- 주요 유형은 아래 그림에서 보여주는 유형이 있습니다
2. 무부하 운전 시 토출온도가 상승하는 경우
- 이러한 경우는 콤프레샤가 무부하 운전 시 동력비 절감을 목적으로 압축을 수행하는 스크류로의 오일 공급량을 제한하는 경우 흡입밸브가 완전히 닫히지 못하여 무부하 조건에서 허용되는 공기의 흡입양보다 많은 양이 유입될 때 발생할 수 있습니다.
- 이러한 유형의 문제는 무부하때 동력비 절감을 목적으로 유량조절밸브등을 이용하여 냉각을 위해 스크류로 공급되는 유량을 제한하고 베어링등의 윤활을 위한 오일 유량만을 공급하도록 설계된 시스템에서만 발생할 수 있는 유형의 트러불입니다.
- 콤프레샤에서는 압축을 할 때 발생하는 열은 오일로 전달되어 쿨러에서 냉각되도록 되어 있습니다.
- 그러나 위와 같은 시스템에서는 무부하때 허용되는 양을 초과하는 양의 공기가 유입되 압축이 이루어질 경우 이때 발생하는 열을 냉각시키지 못해 토출온도가 상승하여 기계가 정지하는 경우가 발생할 수 있습니다.
- 이러한 유형의 문제 원인
- 기계 수리시 새롭게 도장을 하거나 할 때 밸브의 씨트면에 페인트가 뭍어 밸브가 완전히 닫히지 못하는 경우
- 기계가 장기간 가동되면서 흡입밸브의 밸브 씨트면 주변에 오일 찌꺼기와 함께 이물질이 장기간에 걸쳐 누적되어 밸브가 완전히 닫히지 못하는 경우
- 무부하 운전 시 토출온도가 상승하는 경우는 무부하 운전 시 토출압력이 상승하는 현상과 함께 발생합니다.
- 이러한 경우 토출압력 상승으로 인한 안전밸브 분출이 먼저 발생할 경우는 온도상승에 대해 인지하지 못한채 수리하는 경우가 많습니다.
3. 부하 운전 시 토출온도가 상승하는 경우
- 쿨러가 막혔을 경우
- 공냉식의 경우 분진의 누적에 의해 냉각 효율이 떨어질 수 있습니다.
- 수냉식의 경우는 물때등의 영향으로 물의 통괄할 수 있는 유로의 감소 현상이 원인이 될 수 있습니다.
- 오일이 부족하거나 열화된 경우
- 압축열을 전달하여 냉각하는 매개체 역할을 하는 오일이 부족하면 열의 전달이 충분히 이루어지지 못해 토출온도가 상승합니다.
- 오일이 열화 또는 탄화 되는 경우 오의 기능중에 하나인 윤활 기능저하로 온도상이 유발되며, 또한 점도가 커져 오일의 순환 속도가 저하되면서 열을 전달하는 효율이 떨어지게 됩니다.
- 세퍼레이타의 차압이 커진 경우
- 세퍼레이타에 압축공기와 오일에 의해 전달된 슬러지등로 차압이 증가하게 되면 압축기에서 실질적으로 압축을 하는 압축비가 증가하게 되어 온도가 상승하게 됩니다. 이는 또 다시 오일의 열화를 가속시키는 원인이 되어 문제를 확산 시킬 수 있습니다.
- 베어링이 손상된 경우
- 압축부위의 베어링이 송상되어 온도가 올라갈 경우는 소음의 증가를 수반하는 경우가 많으며, 특히 초기 기동 시 소음이 커지는 경우가 많습니다. 이러한 경우 바로 오버홀 등의 기계 수리 실시하지 않는 경우 압축부위가 열팽창에 의해 하우징와 스크류가 융착이 되거나 심하게 마모되어 재생이 불가능해지는 경우가 많습니다.
- http://www.intkorea.kr/data2_discharge%20temp%20high.html
콤프레샤 밸브류
콤프레샤 전용 밸브류는 폐사의 설계 및 엔지니어링 능력과 2. THERMOSTATIC BY-PASS V/V : 3. SUCTION CONTROL V/V : 4. M.P.V. (Min. Pressure Control V/V) :
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