냉동장치 불응축가스 영향

왜 배우는가: 냉동장치 운전 중 응축기 쪽에 쌓이는 공기 등 불응축가스는 응축압력을 올리고 냉동능력과 COP를 떨어뜨려 실무 점검의 기본 항목이다. 시험에서도 원인·영향·확인방법을 묶어 반복해 출제되므로 개념 정의와 원리를 정확히 잡아 두어야 한다.

출제 이력: 제126회 1교시 13번, 제110회 1교시 9번, 제92회 3교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄에 쓸 정의는 다음과 같다.

불응축가스는 냉동장치 가동 중 응축기에서 액화되지 않고 고압 측에 쌓이는 공기 등의 기체로, 응축 유효면적을 줄여 응축압력을 올린다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 불응축가스(Non-condensable Gas)
• 응축압력 상승
• 공기 침입(Air Infiltration)
• 퍼지(Purge)와 가스퍼저(Gas Purger)
• 체적효율 저하
• 냉동능력 감소
• 헤드 압력과 토출온도 상승
• 응축기 상부 집적

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면 냉매가 아닌 기체가 냉동장치 안에 섞여 있어, 응축기에서 냉매만 액화되고 그 기체는 남아서 고압 쪽을 채우는 현상이다. 이 기체는 응축 온도에서 액화되지 않으므로 응축기 전열면을 덮어 냉매 증기가 닿을 수 있는 면적을 줄인다.

정식 정의는 다음과 같다. 불응축가스는 응축 조건(응축기 내 냉매의 포화압력·온도)에서 응축되지 않는 기체를 말하며, 공기(질소·산소 등), 수소, 그리고 냉매 분해 생성물 등이 이에 속한다. 냉매 자체가 아니므로 응축기 내부 압력을 높이기만 하고 냉각 효과에는 기여하지 않는다.

핵심 용어를 정리하면 다음과 같다.

불응축가스는 응축기에서 액화되지 않는 기체이다. 대표적으로 공기가 있으며, 냉동장치 내부 압력이 대기압보다 낮아지는 저압 구간에서 틈새를 통해 들어온다.

응축압력 상승은 불응축가스가 쌓여 응축기 내 전체 압력이 높아지는 현상이다. 기체 분압만큼 냉매 포화압력이 같은 온도에서 더해지므로, 같은 냉각수 조건에서도 응축온도가 올라간다.

퍼지는 응축기 상부 등에 모인 불응축가스를 외부로 배출하는 작업이다. 자동 퍼지장치(가스퍼저)로 하거나 수동으로 한다.

응축압력과 토출온도 상승이 가장 먼저 나타나는 신호이므로 운전 중 헤드 압력 변화를 함께 본다.

3. 등장 배경과 필요성

냉동장치는 설계상 고압 측과 저압 측이 밀폐되어 있지만, 저압 측 압력이 대기압보다 낮아지면 주변 공기가 패킹이나 접합부 틈으로 흡입된다. 증발압력이 낮아지는 저부하 운전, 흡입 측 진공 운전, 냉매 충전이나 정비 과정의 개방 작업이 대표적인 원인이다.

이 기체가 쌓이면 응축기 전열 성능이 떨어지고 압축기 토출압력이 올라가므로, 압축기 동력이 증가하고 냉동능력은 감소한다. 즉 불응축가스는 설계 조건에서 벗어나는 운전 이상을 만드는 원인이므로, 냉동 시스템을 정상 상태로 유지하려면 그 발생과 제거를 함께 다뤄야 한다.