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044  팽창밸브의 종류 및 특징 관리자 05-10-11
 

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1. 개요


팽창밸브(expansion valve)는 냉동사이클에서 가장 기본적인 제어기기로서, 냉매액의 증발에 의한 열 흡수작용이 용이하게 일어나도록, 냉매의 압력과 온도를 강하시키며(압력강하 → 압력손실에 의함. 온도강하 → 플래쉬 가스에 의함), 냉동부하의 변동에 대응할 수 있도록 냉매유량을 조절하는 역할을 한다.


2. 팽창의 원리


(1) 유체가 노즐이나 오리피스와 같이 유로(流路)가 좁은 곳을 통과하게 되면, 외부와 열량이나 일량의 교환 없이도 압력이 감소하는데, 이와 같은 현상을 교축(throttling)이라 한다.

(2) 유체가 유동 중에 교축되면 유체의 마찰과 와류의 증가로 압력손실이 발생하여 압력이 감소한다.

(3) 액체의 경우는 교축되어 압력이 내려가 액체의 포화압력보다 낮아지면 액체의 일부가 증발하며,(플래쉬 가스 발생) 증발에 필요한 열을 액체 자신으로부터 흡수하므로 액체의 온도는 감소하게 되며, 교축 전후의 엔탈피는 변화가 없다.


2. 종류 및 특징


(1) 수동 팽창밸브

과거 암모니아 냉동기에 사용되어 온 것으로, 냉매의 유량을 고도의 숙련에 의해 수동으로 밸브의 핸들을 돌려 조절하는 방식으로, 최근에는 냉동장치의 운전 자동화로 사용되는 경우가 적다.


(2) 자동 팽창밸브

수동식 팽창밸브는 냉동부하의 변화에 따라 유량을 적절히 조절하기가 힘들다. 따라서 현재는 증발기의 냉매상태에 따라 자동적으로 유량이 조절되는 자동식 팽창밸브가 주로 사용된다.


1) 온도식 자동팽창밸브(thermostatic expansion valve)

① 소형 냉동공조장치의 냉매유량제어에 가장 일반적으로 사용되는 방식으로, 냉매의 온도와 압력을 검출하여, 이들로부터 과열도를 산정, 과열도가 일정하도록 냉매유량을 제어한다.

- 과열도 증가시 → 밸브 열림

- 과열도 감소시 → 밸브 닫힘

② 이 방식에는 내부균압관식과 외부균압관식이 있다.

- 내부균압관식 : 증발기입구 압력이 다이아프램(diaphragm)의 배압(back pressure)으로 작용

- 외부균압관식 : 증발기출구 압력이 다이아프램의 배압으로 작용(증발기의 압력손실이 많을 때 사용)

③ 감온통은 가스충전방식에 따라 몇 가지 방식이 있다.

- 가스충진식 : 사용 냉매가스 봉입

- 액충전식 : 사용 냉매액 봉입

- 크로스(cross)충전식 : 사용냉매와 다른 액 또는 가스 봉입

④ 밸브의 열림은 그림에서와 같이 3가지 힘의 크기에 의해 조절된다.

- P1 = P2 + P3 : 개도 평형 유지

- P1 > P2 + P3 : 개도가 줄어 듬

- P1 < P2 + P3 : 개도가 늘어남

P1 : 감온통 내의 가스압력이 다이아프램 상부에 작용하는 힘

P2 : 증발기에서의 냉매의 증발 압력

P3 : 스프링의 힘

⑤ 감온통은 증발기 출구의 수평 또는 수직부에 설치(트랩에 설치를 금함)


2) 정압식 자동팽창밸브

① 증발기내에서의 증발압력을 일정하게 유지시켜 증발온도를 일정하게 유지하는 방식으로 증발기내 압력으로 밸브가 작동됨.(밸브의 벨로우즈 상부 가압하여)

② 운전 개시 시에는 증발기내 압력이 밸브의 조정압력보다 높다. → 밸브 닫히고,

③ 압축기 운전이 개시되어 증발기내 압력이 조정압력보다 낮아지면 → 밸브 열림

④ 운전 중 부하의 변동에 따라

- 증발기내 압력이 상승하면 → 밸브가 약간 닫혀 → 유량감소

- 증발기내 압력이 저하하면 → 밸브가 열려 → 유량증가


3) 전자식 팽창밸브

① 전자식 팽창밸브는 증발기 입구 냉각관 벽과 증발기 출구 냉각관 벽에 온도센서를 설치하여,

② 이들 양쪽 센서의 검출 온도차에 의해 증발기 출구 냉매가스의 과열도를 측정하여, 이 신호에 따라 밸브를 개폐하며, 증발기에 유입하는 냉매유량을 피드백(feedback)제어 한다.

③ 따라서, 제어면에서 온도식 자동팽창밸브에 비하여 냉매액을 정확하게 공급할 수 있는 장점이 있어 최근 보급이 확대되고 있다.


4) 플로트식 팽창밸브

① 액면의 위치에 따라 플로트(float)가 상하로 움직이는 것을 이용하여 밸브를 개폐시키는 형식으로,

② 고압부인 수액기의 액면에 플로트를 설치한 것을 고압측 플로트 팽창밸브, 저압부인 증발기 내 액면에 설치한 것을 저압측 플로트 팽창밸브라 한다.

(3) 모세관(capillary tube)

① 가정용 냉장고, 룸 에어컨, 쇼케이스 등 프레온 냉매의 소형 냉동장치에 사용된다.

② 가는 관(모세관)에 의한 압력손실로 인해 플래쉬 가스가 발생하여 냉매의 증발온도까지 냉매온도가 떨어진다.(액냉매 온도)

③ 구조적으로 간단하여 고장이 적다.

④ 압축기가 정지했을 때 고·저압 균압이 이루어져 다음 시동이 쉽다.


 

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