터보냉동기 용량제어

용량제어란

터보냉동기 용량제어는 원심 압축기의 냉매 유량을 부하에 맞추는 제어다.

부하가 줄면 압축기 능력을 줄이되, 서징 한계 안에서 운전해야 한다.

서징은 유량이 최소 허용치 아래로 줄 때 유동이 맥동하는 현상이다.

용량제어 피드백 구조

용량제어는 냉수 출구 온도로 부하를 재는 되먹임 구조다.

제어기는 PI 연산으로 편차를 구하고, 인버터 주파수나 IGV 개도를 조정한다.

압축기 유량이 바뀌어 증발 용량이 변하고, 다시 냉수 온도를 측정한다.

유량이 서징 한계 아래로 떨어지면 바이패스 밸브로 최소 유량을 확보한다.

상사법칙과 계산 예

회전수를 바꾸면 유량은 회전수에 비례하고, 동력은 회전수의 세제곱에 비례한다.

설계 3600rpm 압축기를 2700rpm으로 낮추면 유량은 설계 유량의 75%가 된다.

동력은 0.75의 세제곱으로 약 0.42배가 되어, 부분부하에서 절감 효과가 크다.

단, 실제 압축기는 효율과 서징 한계 때문에 이론값과 차이가 난다.

속도 제어와 IGV 비교

속도 제어와 IGV 제어를 표로 비교한다. 두 방식이 용량제어의 주축이다.

속도 제어는 회전수를 바꿔 유량을 줄이므로 부분부하 효율이 가장 우수하다.

IGV 제어는 회전수를 그대로 두고 흡입 예선회 각도로 유량을 조절한다.

IGV는 구조가 간단하지만 부분부하 효율 개선 폭이 속도 제어보다 작다.

정답과 흔한 실수

정답은 회전수를 그대로 두는 것이다. IGV는 임펠러 입구의 선회 방향만 바꾼다.

시험에서 자주 틀리는 것은 IGV 개도 조절을 회전수 변화로 설명하는 것이다.

바이패스는 서징 방지용 보조 수단이다. 주방식으로 설명하는 것은 흔한 실수다.

저속에서는 서징 여유가 줄어 최저 회전수 하한을 함께 설정한다.

정리

주요 방식은 속도 제어, IGV 제어, 디퓨저 제어의 3가지다.

속도 제어는 회전수로, IGV 제어는 흡입 예선회 각도로 유량을 바꾼다.

어떤 방식이든 운전점은 서징선 오른쪽에 머물도록 설계한다.