1.증발기
증발기는 냉동장치의 본래의 목적인 냉각작용이 이루어지는 일종의 열교환기이고 등온, 등압과정이다. 저온 저압의 액 냉매가 증발작용에 의하여 주위의 냉동부하로부터 열을 흡수하여 냉동의 목적을 달성시키는 기기이다.
2. 건식 증발기
팽창밸브를 나온 냉매액과 가스가 코일 내를 동시에 흐르면서 냉매액이 증발하는 방식으로 냉매액이 증발기 상부에서 하부로 공급된다. 증발기 내 냉매액이 25%, 냉매가스가 75% 존재한다.
- 증발기 내에 냉매액보다 가스가 많으므로 전열이 불량하다.
- 냉매액의 순환량이 적어 액분리가 필요없다.
- 냉매공급이 위에서 아래로 공급되므로 오일 회수가 용이하여 오일 회수장치가 필요없다.
- 주로 공기냉각용으로 많이 사용한다.
3. 반만액식 증발기
건식과 만액식의 중간 정도 되는 장치로 증발기 내 냉매액이 50%, 냉매가스가 50% 존재한다.
- 증발기 내에는 어느 정도의 액이 유지될 수 있도록 냉매액이 주로 증발기 하부에서 공급된다.
- 전열효과는 건식보다 좋고 만액식에는 못 미친다.
- 냉매액이 건식보다 많아 전열이 양호하다.
- 프레온 냉매 사용 시 냉각관에 오일이 체류할 수 있으므로 오일 회수에 유의하여야 한다.
4. 만액식 증발기
증발기 내는 냉매액으로 항상 가득 차 있으며, 증발된 가스는 액 중에서 기포가 되어 상승하여 분리된다.
- 증발기 내에 액을 가득 채우기 위해서는 액면제어장치가 필요하며 또 액과 증기를 분리시키는 액분리기가 필요하 다. 그러나 프레온 냉동장치의 경우 충분한 능력의 열교환기 설치 시에는 액분리기를 설치하지 않아도 된다.
- 증발기 내 냉매액이 75%, 냉매가스가 25% 존재한다.
- 암모니아 냉동장치에서는 액압축을 방지하기 위해 액분리기가 필요하다.
- 냉매액량이 많으므로 전열이 양호하다.
- 액체 냉각용에 주로 사용한다.
5. 액순환식 증발기
증발기에 냉매액을 액펌프를 써서 강제적으로 순환시키므로 증발기 내에 오일이 고일 염려가 없고 구조가 복잡하고 냉매펌프가 필요하기 때문에 제작비가 비싸나 타 증발기 보다 전열이 양호하여 최근에 많이 사용한다.
- 증발기 출구에 냉매액이 80%, 가스가 20% 존재한다.
- 액 펌프를 이용하여 증발기에서 증발하는 냉매량의 4~6배의 냉매액을 간제 순환시킨다.
- 냉매액을 강제순환시키므로 오일의 체류 우려가 없고, 다른 형식의 증발기보다 순환되는 냉매액이 많으므로 전열 이 가장 우수하다.
- 증발기가 여러 대라도 팽창밸브는 하나면 된다.
- 저압축 수액기가 있어 압축기에서의 액압축이 방지된다.
- 냉매량이 많이 소요되며 액펌프, 저압수액기 등 설비가 복잡하다.
6. 공기 냉각용 증발기
1) 관코일식 증발기: 증발기 튜브 표면에 핀이 부착되지 않은 나관을 사용하므로 전열이 불량하고 관이 길어져 압력강하가 크다. 냉장고 및 쇼케이스에 많이 이용된다. (증발기의 기본형으로 공냉식에 주로 사용)
2) 핀튜브식 증발기: 프레온용에는 동관에 종 또는 알루미늄 핀을 부착하고 암모니아용에는 강 또는 알루미늄 핀을 부착한다. 주로 소형 냉동기나 에어컨용으로 이용한다.
3) 캐스케이드 증발기: 냉매액을 냉각관 내에 순차적으로 순환시켜 도중에 증발된 냉매가스를 분리하면서 냉각한다. 충분한 용량의 액분리기가 있어 압축기에서의 액압축은 방지할 수 있으나 암모니아 냉동장치에서는 과열 우려가 있다. 벽코일 또는 동결 선반용으로 사용되며 만액식이다.
4) 멀티피드 멀티석션 증발기: 공기 동결실의 동결 선반용으로 사용되며 암모니아 냉동기에 주로 사용된다. 캐스케이드 증발기와 기능이 비슷.
5) 플레이트식 증발기: 암루미늄이나 스테인리스관 2장을 압접하여 그 사이에 통로를 만들어 냉매가 통과하도록 한 구조로 가정용 냉장고, 쇼케이스, 콘택트 프리저에 주로 사용한다.
7. 액체 냉각용 증발기
1) 만액식 셸&튜브식 증발기: 셸 내에는 냉매, 튜브 내에는 브라인이 통과된다. 냉매가 암모니아인 경우 제빙용으로 가장 많이 사용되고 있으며 프레온인 경우는 공기조화장치, 화학공업, 식품공업 등의 브라인 냉각에 사용한다.
2) 건식 셸&튜브식 증발기: 프레온용으로 셰 내에는 브라인, 튜브 내에는 냉매가 흐르고 건식이므로 냉매량이 적어 열통과율이 나쁘므로 전열을 양호하게 하기 위해 Inner Fin Tube를 사용한다. 소형에서 대형까지 사용 가능
3) 셸&코일형 증발기: 프레온 소령 냉동장치로서 음료수 냉각용으로 사용하며 코일 내에는 냉매, 셸 내에는 브라인이 흐른다. 큰 부하가 걸리는 곳에 적당하다.
4) 보델로 증발기: 튜브 내 냉매, 튜브 외측에 피냉각물이 흐르고 대기식 응축기와 구조가 비슷하다. 냉각관이 스테인리스로 제작되어 위생적이므로 물 또는 우유 등을 2°C 이하의 저온으로 냉각할 때 사용한다. 냉각관 청소가 용이하고 습식 팽창형이다.
5) 탱크형 냉각기(헤링본형): 만액식 증발기로서 상부에는 가스 헤더, 하부에는 액헤더를 설치하고 그 사이에 다수의 냉각관을 붙여 전열이 양호하며 주로 암모니아 냉동기의 제빙용에 사용된다.
8. 증발기의 안전관리
1) 증발압력 저하 원인
- 팽창밸브가 적게 열렸을 때
- 냉매 충전량이 부족할 때
- 증발 부하가 감소하였을 때
- 증발기 냉각관에 유막 및 성에가 덮었을 때
- 액관에 플래시 가스가 발생하였을 때
- 팽창밸브 및 액관 부속품이 막혔을 때
영향
- 증발온도 저하
- 압축비 증대로 압축기 소요동력증가
- 실린더 과열로 토출가스 온도 상승
- 오일의 열화 및 탄화
- 흡입가스 비체적 상승으로 체적효율 및 냉동능력 감소
- 냉매순환량 감소로 흡입가스 과열
방지대책
- 팽창밸브 열림 조절
- 증발기 성에 발생 시 성에를 제거하고 오일을 배출시킨다.
- 냉매충전량과 부하상태 점검
- 액관부속품의 관지름 및 배관계통의 막힘 여부 점검
- 액관 단열 및 과냉각 등으로 플래시 가스 발생 방지
2) 플래시 가스 발생 원인
- 액관이 심하게 솟아 있거나 길 때
- 스트레이너, 드라이어 등이 막혔을 때
- 액관 지름이 심하게 가늘 때
- 전자밸브, 스톱밸브, 드라이어, 스트레이너 등의 지름이 가늘 때
- 수액기나 액관이 직사광선에 노출되었을 때
- 액관을 보온없이 고온 장소에 통과시켰을 때
- 심하게 응축온도가 낮아졌을 때
영향
- 냉매 순환량 감소로 냉동능력 감소
- 증발압력이 낮아져 압축비 상승 및 냉동능력 감소
- 흡입가스 과열로 토출가스 온도 상승
- 실린더 과열로 윤활유 열화 및 탄화
- 냉장실 온도 상승
방지대책
- 열교환기를 설치하여 냉매액을 과냉각시킨다.
- 냉매 배관의 길이 및 지름에 주의한다.
- 주위온도가 높은 경우 단열처리를 철저히 한다.
- 대용량일 경우 액펌프를 설치한다.