빙축열시스템의 종류 ?

:: 시스템의 종류

Q) 빙축열시스템의 종류는?A) 전열면에서 얼음이 생성되고 고착되는 제빙방식인 정적제빙방식과 제빙되 얼음을 연속적으로 이탈시켜 저장하는 제빙방식인 동적제빙방식으로 크게 구분할 수 있고 정적제빙방식의 대표적인 시스템으로는 관외착빙형, 관내착빙형, 캡슐형 등이 있으며 동적제빙방식으로는 하베스트형, 슬러리형 등이 있다.

Q) 빙축열 시스템의 제빙ㆍ해빙 방식은 어떻게 분류되며 각각의 특징은?A) 축열조 구조 및 얼음의 상태에 따라 고체상태의 얼음을 비유동 상태로 사용하는 정적제빙형(Static Type)과 유동성 결정상의 얼음을 사용하는 동적제빙형(Dynamic Type)으로 나눌 수 있다.

1. 정적제빙형(Static Type) 동일한 장소에서 얼음의 성장과 융해가 정적으로 반복되는 방식이다.

1-1. 관외착빙형  축열조내에 동관 또는 폴리에틸렌관 코일을 설치하고 물을 채운 뒤 코일의 내부에 저온의 브라인 또는 냉매를 순환시켜 코일 주위에 얼음을 얼렸다가 방냉시에는 축열조내의 냉수를 공조기측으로 순환시킴으로써 냉방을 이용하는 방식이다.

특징 - 착빙이 진행됨에 따라 열전달면적이 점차 커지게 되어 제빙효율이 높아지며 COP가 비교적 높다. 물이 얼 때 부피가 팽창되므로 축열조를 밀폐형으로 하기가 곤란하고 별도의 열교환기가 필요하며 얼음두께의 균일화를 위한 Air Pump가 필요하다.

1) 완전동결형(Static Ice Builder)관내부를 흐르는 브라인이 제빙 및 해빙용 열매이며, 외부의 물은 순환하지 않고 저장된 상태로 관내부의 브라인에 의해서 제빙 또는 해빙되는 방식이다.또한, 축열조내의 물을 거의 완전히 동결시킬 수 있어 축열조 용량을 매우 작게 하고 COP도 높일 수 있으나 해빙시 효율이 매우 나쁘며 간접융해방식이기 때문에 유용에너지량이 감소하는 등 단점이 많다.

2) 직접접촉식(Ice on Coil)제빙은 완전동결형과 동일하지만, 해빙시에는 관외부의 물이 순환하여 얼음을 녹이는 방식이다.

1-2. 관내착빙형(Ice in Coil) 관내부에는 물이 순환하고, 관외부에는 제빙용 브라인이 순환하여 관내부의 물이 제빙되며, 해빙시에는 관내부의 물이 순환하여 얼음을 녹이는 방식이다.

특징 - 착빙이 이루어짐에 따라서 열전달면적이 감소되어 제빙효율이 낮으나 반대로 해빙효율은 높게 된다. 브라인계통을 밀폐형으로 할 수 있어서 반송동력이 감소된다.

1-3. 캡슐형(Encapsulated Ice) 축열조 안에 캡슐을 채우고 캡슐의 주위로 브라인을 흐르게 하여 캡슐 내부의 물을 얼렸다가 방냉 시에는 축열조 안의 브라인을 공기측으로 순환시키므로써 얼음을 녹여 냉방에 이용하는 방식이며 아이스렌즈(ICE LENZ)방식과 아이스 볼(ICE BALL)방식이 있다. 특징으로 캡슐의 대량생산이 가능하므로 용량에 관계없이 수요충족이 용이하게 된다. 축열조내에 브라인 사용량이 많게 되는 반면에 구조상의 제약조건이 없으므로 시공 및 관리가 매우 편리하다.

2. 동적제빙형(Dynamic Type)얼음을 간헐적, 연속적으로 제빙용 열교환기로부터 분리시키거나 연속적으로 제빙시키는 방식

2-1. 빙박리형(Ice Harvest Type)축열조 상부에 제빙기를 설치하여 제빙판 내부에 냉매를 흐르게 하고 제빙판 외부에 물을 분사하여 얼음을 착빙시킨후 냉매가스를 역순환시켜 착빙된 얼음을 제빙판에서 분리한다.이러한 동작을 반복하여 축열조에 얼음을 저장한다. 해빙 시에는 축열조 안에 물을 순환시켜 얼음과 직접 접촉케 하여 부하측으로 공급한다. 특징으로 시스템의 특성에 따라서 기기배치 및 설치공간상 제약조건이 있으며 제빙시 자체순환펌프를 가동시켜야 한다. 물은 부하측으로 직접순환시킬 수 있어 브라인을 사용하지 않아도 된다.

2-2. 액체식 빙생성형(Slurry Type)구조상에서 볼 때 빙박리형과 유사하나 분사되는 액체가 순수한 물이 아닌 브라인수가 되며 브라인수의 물성분이 액체식의 얼음으로 변하여 축열조에 쌓이게 되며 동력이 필요한 간접식과 동력이 필요 없는 직접식이 있다. 특징으로 입자상의 얼음이 생성되기 때문에 제빙용적효율이 좋으며 열교환효율이 우수하게 된다. 반면에 기기설치상의 제약조건이 생기게 되며, 제빙말기에 부동액의 농도가 높아지기 때문에 제빙효율이 낮게되어 COP가 낮아진다.

1) 직접식 리키드 아이스(Liquid Ice)방식 ; 연속적으로 제빙하는 방식으로서 브라인 등의 부동액 물질과 물을 혼합시킨 저농도의 수용액을 증발기로 통과시키면 냉각되어 수용액중의 물은 50∼150미크론의 미세한 얼음으로 상변화되고 수용액의 부동액 농도는 높아지며, 부하측에 의하여 얼음이 녹으면 농도는 다시 묽어진다.

 과냉각아이스 방식 ; 물의 과냉각 현상을 이용하여 연속적으로 제빙하는 방식으로서 물을 브라인과 열교환하여 과냉각상태로 만들어 축열조내로 이송하여 진동이나 충격 등에 의해서 과냉각을 해제시키면 순간적으로 미세한 얼음으로 변화된다.

2) 간접식 직팽형 직접 열교환 방식 ; 제빙용 열교환기 없이 브라인 등의 부동액물질의 수용액을 내장한 축열조내에 프레온 등의 냉매를 직접분출시키면 수용액중의 물이 연속적으로 미세한 얼음으로 상변화되는 방식이다.

 비수용성 액체이용 직접 열교환 방식 ; 저온으로 냉각시킨 비수용성 액체를 물 속에 분출시켜 제빙하는 방식이다.

Q) 제빙과정에서 냉매 직접팽창 방식과 브라인 방식의 차이점은?A) 브라인 방식은 직접팽창 방식에 비해 열교환과정이 한 단계 많고 냉동기의 증발온도가 낮아져서 에너지 측면에서 다소 불리하나 약간의 개조를 통하여 범용 냉동기를 사용할 수 있고 설계/시공기술 및 냉동기의 운전제어 등을 종래와 같은 수준으로 쉽게 행할 수 있어서 보다 실용적이라 할 수 있다. 이와는 달리 냉매를 직접냉각에 사용하는 직접팽창 방식은 냉매배관의 설계/시공기술에 일정 수준의 기술을 요하므로 시공상의 신뢰확보 및 법적 규제의 번거로움이 따른다.

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전정섭님의 파란블로그에서 발행된 글입니다.