냉각수 순환 문제

날이 무더워지면서 여러분 드라이클리닝 머쉰의 냉각 시스템에 큰 스트레스가 걸리게 된다. 여러분이 현재 워터 타워, 칠러 또는 수돗물 등 어떤 방법으로 기계를 식히고 있건, 추운 날씨에서는 문제가 되지 않던 이슈들이 여름이 되면서 문제가 될 수 있다. 여름과 연관된 냉각 문제는 대개 드라잉 싸이클 도중 발생한다.

드라이클리닝 머쉰에서 드라잉 싸이클이란 열에너지를 한 곳에서 다른 곳으로 이동시키는 것이다. 이렇게 열에너지를 이동시키는 매개체가 바로 냉매(refrigerant)인데, 냉매는 액체 상태에서 기체 상태로 바뀔 때(증발) 열을 흡수하고, 기체 상태에서 액체 상태로 바뀔 때(액화) 열을 방출한다. 이렇게 증발했다가 액화되는 싸이클을 “냉동 싸이클”(refrigeration cycle)이라 부르는데, 냉동 싸이클은 드라이클리닝 머쉰에 설치한 코일에서 발생한다. 냉매는 대부분 여러 종류의 프레온 중 한 가지이다.

액체 상태의 냉매가 증발 코일에 들어오면 코일을 통과하는 뜨거운 공기로부터 열을 흡수하면서 기체 상태로 증발한다. 이렇게 뜨거워진 기체는 냉동 컴프레서로 가서 압축돼 냉동 콘덴서 코일로 보내지고 여기에서 냉각수로 식혀진다. 열을 빼앗긴 냉매는 다시 액체로 바뀌어 다시 사용된다. 이러한 증발-액화 공정이 냉동 싸이클 중 계속 반복된다.

냉각 시스템에서의 문제는 드라이클리닝 머쉰이 쿨 다운에 들어가는 드라잉 싸이클의 끝부분에서 주로 발생한다. 드라잉 공정 중 열교환기 코일이 뜨거운 냉매의 열의 대부분을 코일을 통과하는 공기로 전이하는데, 이 열에너지 중 일부분만이 냉동 콘덴서로 전이된다. 하지만 드라잉 싸이클이 끝날 때가 돼 쿨 다운에 들어가면 솔레노이드/댐퍼가 열에너지의 거의 전부를 냉동 콘덴서로 방출한다. 그리고 갑자기 늘어난 열량을 냉동 콘덴서가 적절히 식혀 액화를 시키지 못하면, 냉동 압축기에서 고압 안전 스위치가 젖혀진다. 대부분의 머쉰은 이런 고압 상태가 됐을 때 컨트롤 패널에 에러 메시지가 뜨고, 고압 안전 스위치를 수동으로 리셋해야 한다.

이런 문제는 거의 모두 주입관 Y 여과망이 이물질이 꼈거나 냉동 콘덴서 안에 스케일이 축적됐을 때 발생한다. 대부분의 드라이클리닝 머쉰에는 압력을 감지하는 냉매 플로우 밸브, 또는 조절 밸브(modulating valve)가 있고, 이 밸브가 냉동 콘덴서를 통과하는 냉매의 압력을 조절해 냉동 콤프레서에서 나가는 압력을 조절한다. 냉동 시스템이 효율적으로 가동하려면 이 밸브로 냉동기의 헤드 압력을 잘 조절해줘야 한다.

냉동 시스템 내에 스케일이 축적돼 조절 밸브가 알아서 압력을 조절해주지 못할 때, 많은 사람이 밸브를 더 열어 주면 문제가 해결된다고 착각하고 있다. 하지만 이는 임시방편에 불과하다. 결국 고압 안전 스위치가 계속 젖혀지고, 에너지 경비가 낭비되며, 결국 냉동 콤프레서 손상도 가져올 수 있다. 고압 기체 상태의 뜨거운 냉매와 저압 액체 상태의 차가운 냉매 간의 적절한 열 교환 작업이 이뤄져야 하는데, 날이 더워지면 여기서 문제가 생기는 것이다.

냉동 콘덴서를 식히는 방법

1. 수돗물 – 상수도를 타고 들어온 수돗물을 냉동 콘덴서로 보내 식히고 하수도로 배출한다.
2. 워터 타워 – 물을 드라이클리닝 머쉰의 냉동 콘덴서와 증발식 쿨러 사이에 펌프로 순환시킨다. 증발식 쿨러에는 물을 흘려 내리는 냉각 핀들이 달려 있고, 팬으로 바람을 불어 이 물이 증발할 때 뜨거워진 냉각수가 식혀진다. 이렇게 식혀진 물은 물탱크로 들어가 다시 펌프에 의해 냉동 콘덴서로 보내진다.
3. 칠러 – 물 또는 물/글리콜 혼합액(이를 brine이라고 부른다)이 드라이클리닝 머쉰의 냉동 콘덴서와 별도의 냉동 코일(주로 공랭식) 사이를 순환하면서 열을 식힌다.

어떤 방식으로 냉동 콘덴서의 냉매를 식혀 재사용하건, 냉각 작업의 효율은 두 가지 변수에 달려 있다:

▲ 냉각수 흐름의 양 – 냉동 콘덴서를 통과하는 냉각수의 양.
▲ 열 교환 효율 – 콘덴서 코일이 뜨거운 냉매를 얼마나 잘 식혀주는지 여부.

냉각수 시스템의 상태는 이 두 변수의 상태를 압력과 온도를 관찰함으로써 쉽게 파악할 수 있다. 냉각수 시스템의 입구와 출구에 달린 압력 게이지와 온도계는 냉각수 시스템의 상태를 파악하는 매우 중요한 도구이다.

그렇다면 압력 게이지가 냉각수 시스템의 상태에 관해 우리에게 무엇을 알려주는지 알아보자. 냉각수 펌프는 충분한 양의 냉각수를 충분한 압력으로 움직여 드라이클리닝 머쉰에서 식혀야 할 부위로 순환시켜야 한다 (대개의 머쉰에선 냉동 콘덴서뿐 아니라 증류기 콘덴서와 솔벤트 쿨러도 식혀줘야 한다). 그리고 워터 타워나 칠러를 사용할 경우 주로 지붕 위에 설치된 타워 또는 칠러 섬프로 물을 올려 줄 수 있어야 한다.

아쉽게도 이 수압이 정확하게 얼마야 된다는 기준치가 존재하지 않는다. 가장 좋은 기준치 설정은 드라이클리닝 머쉰이 정상 가동하고 있을 때 들어오고 나가는 압력이 얼마였는지 기록해 두는 것이다. 다음은 발생할 수 있는 이상 상태를 정리한 것이다:

입구 압력 하이 / 출구 압력 로우

▲ 들어가는 배관이 막혔는지 확인한다. 펌프와 드라이클리닝 머쉰 사이에 자리한 Y 여과망을 풀어 확인한다.
▲ 스케일 축적 – 배관 내부 또는 드라이클리닝 머쉰의 콘덴서 내부 확인

입구와 출구 압력이 빠르게 변화

펌프 시스템 내 냉각수 부족

입구 압력 로우 / 출구 압력 하이

펌프 시스템의 바이패스 밸브를 연다.

입구 압력 로우 / 출구 압력 로우

▲ 펌프 꺼짐
▲ 입구 쪽 여과망 청소

입구 온도 하이 / 출구 온도 하이

▲ 워터 타워 팬 고장, 칠러 냉각 시스템 이상
▲ 펌프 꺼짐

입구 온도 조금 높음 / 출구 온도 하이

▲ 스케일 심함 – 배관 또는 드라이클리닝 머쉰 콘덴서 안에 스케일이 너무 많음.
▲ 지나친 발열원 – 증류기 끓어 넘침 또는 스팀 스위프 밸브 열림; 스팀 부스터 코일 또는 탄소 흡착기로 가는 스팀 공급 밸브가 열려 있음.

그림을 보면 워터 타워 또는 칠러와 사용하는 전형적인 냉각수 시스템 설치도가 그려져 있는데, 추가로 설치된 밸브 1, 4, 5 번은 상수도를 연결하기 위한 것이다. 이렇게 하면 냉각수 시스템에 문제가 생겼을 때 응급 대책으로 이용할 수 있다 (단, 배관 내 지나친 스케일이 문제일 경우 도움이 안 된다).