오일포밍

왜 배우는가: 오일포밍은 압축기 기동이나 흡입압력 급변 때 윤활 불량과 액백으로 이어져 압축기 손상을 일으킨다. 원인, 문제점, 대책을 묻는 문항으로 반복 출제되므로 정의와 원리를 정확히 알아야 한다.

출제 이력: 제134회 1교시 8번, 제122회 1교시 11번, 제92회 1교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의

오일포밍은 압축기 크랭크케이스의 냉동기유에 녹아 있던 냉매가 압력 급강하로 증발하면서 기름 속에 기포가 생기는 현상이다.

핵심 키워드

• 오일포밍(Oil Foaming)
• 냉동기유
• 냉매 용해
• 크랭크케이스
• 압력 급강하
• 기포 발생
• 액백 현상
• 윤활 불량

위 키워드는 원인, 현상, 문제점 순서로 이어서 외운다. 오일포밍은 윤활 문제이면서 액 냉매 흡입과도 연결되는 현상이다.

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 압축기를 가동했을 때 크랭크케이스 안의 기름 표면이 맥주처럼 부글거리는 현상이다. 기름이 끓는 것이 아니라 기름 속에 녹아 있던 냉매가 기체로 빠져나오면서 거품이 생기는 것이다.

정식 정의는 다음과 같다. 압축기 크랭크케이스 내 냉동기유에 용해되어 있던 냉매가 크랭크케이스 압력이 급격히 떨어질 때 기체로 분리되어 기포를 만들고, 그 결과 유면이 요동하여 윤활과 밀봉 기능이 떨어지는 현상이다.

냉동기유는 압축기 내부의 베어링과 실린더 벽면의 마찰을 줄이고, 피스톤과 실린더 사이를 밀봉하며, 마찰열을 흡수하는 역할을 한다. 따라서 기름이 거품으로 채워지면 이 기능이 모두 나빠진다.

핵심 용어를 풀면 다음과 같다.

냉매 용해: 냉매는 기름에 잘 녹는 성질이 있다. 냉매 기체가 크랭크케이스에 도달하면 오일에 흡수되어 응축되고, 녹아 있는 냉매의 양은 압력과 온도에 따라 달라진다.

헨리의 법칙: 기체의 용해도는 그 기체의 부분압력에 비례한다. 압력이 높을 때 많이 녹아 있던 냉매는 압력이 떨어지면 더 이상 녹아 있지 못하고 기포로 빠져나온다. 이것이 오일포밍의 기본 원리다.

기포 발생: 기포가 기름 내부와 표면에서 크게 일어나면 유면이 부풀어 오르고, 펌프가 기포가 섞인 기름을 흡입하여 윤활 막이 끊긴다. 압력 급강하 시 기포 발생이 핵심 조건이다.

3. 등장 배경과 필요성

냉동장치가 정지하면 냉매는 온도가 가장 낮은 부분으로 이동한다. 대부분의 냉동 시스템에서 이 부분은 압축기 쪽이다. 이때 냉매 증기가 크랭크케이스의 기름에 흡수되어 응축된다. 따라서 정지 중에는 기름에 냉매가 많이 녹아 있는 상태가 된다.

이 상태에서 압축기를 기동하면 크랭크케이스 압력이 빠르게 내려간다. 녹아 있던 냉매가 한꺼번에 빠져나와 격렬한 거품을 만든다. 이때 기름 속 냉매는 증발하고, 기름의 점도는 묽어진다. 묽어진 기름은 베어링 표면의 유막을 충분히 만들지 못한다.

크랭크케이스 히터가 설치되는 이유도 여기에 있다. 운전 중에는 압축기 발열로 냉매 이동이 억제되지만, 정지 중에는 냉매가 크랭크케이스로 모여 기름과 섞인다. 히터는 크랭크케이스 온도를 높여 이 이동과 용해를 막는다.

같은 원리로 운전 중에도 액 냉매가 흡입되거나 흡입압력이 급변하면 오일포밍이 생길 수 있다. 냉매와 기름의 상용성 조건에 따라 냉매의 용해량이 달라지므로, 냉매와 냉동기유의 조합도 원인 분석에서 함께 고려해야 한다. 기름 부족이나 기름이 압축기 밖으로 빠져나가는 현상도 윤활 불량을 키운다.