더울 때 생기는 냉각 시스템 문제

이달에는 드라이클리닝 머쉰의 드라잉 싸이클에 대한 시리즈를 잠시 중단하고, 나의 연례 냉각 시스템 칼럼을 집어넣고자 한다. 날이 더워지면서 드라이클리닝 머쉰의 냉각 시스템이 더 큰 스트레스를 받는다. 현재 당신이 냉각수용으로 워터 타워, 칠러, 또는 수돗물을 사용하건 상관없다. 덥지 않은 계절에 전혀 문제가 되지 않았던 이슈들이 날이 더워지면서 문제를 일으키기 시작한다. 대부분의 냉각 시스템 문제는 드라잉 싸이클 도중 고개를 들이민다. 드라이클리닝 머쉰에서 드라잉 작업이란 열에너지를 움직이는 것이다. 이렇게 열에너지를 움직이는 매개체를 냉매(refrigerant; 대부분 R22 프레온을 사용하지만, 신형 모델이나 K4 머쉰은 R400 프레온을 사용한다), 그리고 냉각수(주로 물 또는 물+글리콘 혼합액)라고 부른다. 프레온을 어떤 걸 사용하는지는 중요하지 않다.

냉각 공정에는 냉동 콘덴서(refrigerated condenser)란 장비가 뜨거운 기체 상태의 프레온을 차가운 액체 프레온으로 바꾸면, 이게 다시 열을 뺏어 기체가 되는 싸이클을 반복한다. 대개 냉동 콘덴서는 냉각수로 식힌다 (공랭식 모델이 있지만, 오늘 칼럼에선 다루지 않는다). 뜨거운 프레온 가스는 냉동 콤프레서에 의해 냉동 콘덴서로 밀어 넣어지고, 이곳에서 냉각수에 의해 식혀지면서 압축된다. 이 단계에서 우리는 뜨거운 프레온 가스의 열을 냉동 콘덴서를 통과하는 냉각수로 이전한다.

냉동 콘덴서에 냉각수를 공급하는 세 가지 방법

1. 수돗물

상수도관을 타고 들어온 물을 자체 수압만으로 냉동 콘덴서에 통과시킨다. 콘덴서의 열을 뺏고 따뜻해진 냉각수는 하수구로 버려진다.

2. 워터 타워

펌프가 드라이클리닝 머쉰의 냉동 콘덴서를 통과한 물을 증발식 냉각 매체(플라스틱 골판지처럼 생겼다)로 보내고 여기서 팬이 바람을 불어 증발시키면서 열을 식혀 아래의 워터 저장고로 내려보낸다. 이 저장 탱크에 워터 펌프의 주입구가 연결돼 있다. 물이 증발할 때 뺏어가는 증발열 덕분에 물이 차갑게 식고, 찬 냉각수는 다시 냉동 콘덴서로 보내진다.

3. 칠러

물 또는 물과 글리콜 혼합액(이를 brine이라고 부른다)을 펌프가 냉동 콘덴서로 순환시키고, 따뜻해진 냉각수는 별개의 냉동 시스템이 식힌다. 차가워진 냉각수는 다시 냉동 콘덴서로 보내진다.

냉동 콘덴서로 가는 냉각수를 어떤 방법으로 식히는 것과 상관없이 이 작업의 효율은 다음 두 가지 요소에 달려있다.

1. 냉각수 순환

콘덴서로 얼마나 많은 양의 냉각수가 흐르는지 여부

2. 열전도 효율

콘덴서가 얼마나 효율적으로 열을 냉각수로 방출하는지 여부

이 두 가지 요소는 압력과 온도를 통해 냉각수 시스템에서 무슨 일이 벌어지고 있는지 쉽게 관찰할 수 있다. 냉각 시스템 입구와 출구 쪽에 자리한 압력 게이지와 온도계는 냉각 시스템 성능관찰에 필수적이다. 펌프는 드라이클리닝 머쉰에서 냉각해야 하는 부품들(대개 냉동 콘덴서와 증류기 콘덴서 그리고 솔벤트 쿨러)로 충분한 양의 냉각수를 충분한 압력으로 밀어 넣을 수 있어야 한다. 워터 타워와 칠러를 사용할 경우, 대개 지붕 위에 있는 냉각수 저장 탱크로 올려보낼 수 있어야 한다. 이때 압력이 얼마여야 한다는 절대적인 수치는 없다. 가장 좋은 방법은 드라이클리닝 머쉰이 정상적으로 작동할 때 입구와 출구 쪽 압력과 온도가 어떻게 되는지 기록해 나중에 참고한다. 그러면 이 압력 게이지와 온도계가 우리에게 어떤 이야기를 해주는지 한 번 알아보자. 다음은 가능한 다양한 시나리오를 소개하는 것이다:

1. 입구 압력 하이 / 출구 압력 로우
   a. 입구 쪽 흐름에 막힌 곳이 있는지 검사한다. 펌프와 드라이클리닝 머쉰 사이의 Y 여과망이 막혔는지 확인한다.
   b. 심한 스케일 축적 – 드라이클리닝 머쉰 배관 안쪽 상태가 어떤지 검사한다.
2. 입구와 출구 압력이 빠르게 변화
   a. 펌핑 시스템에 냉각수가 부족하
3. 입구 압력 로우/출구 압력 하이
   a. 펌핑 시스템에 달린 바이패스 밸브가 열려 있다.
4. 입구 압력 로우 / 출구 압력 로우
   a. 펌프가 꺼졌다.
   b. 입구 쪽 여과망이 막혔다.
5. 입구 온도 하이 / 출구 온도 하이
   a. 심한 스케일 축적 – 드라이클리닝 머쉰 배관 안쪽 상태가 어떤지 검사한다.
   b. 펌프 작동 이상
6. 입구 압력 약간 높음 / 출구 온도 하이
   a. 심한 스케일 축적 – 드라이클리닝 머쉰 배관 안쪽 상태가 어떤지 검사한다.
   b. 지나친 열 주입 – 증류기 범람 또는 스팀 스위프 밸브 열림; 스팀 부스터 코일 또는 탄소 흡착기로 가는 스팀 공급 밸브 열림.

다시 드라이클리닝 머쉰 작동으로 돌아간다. 냉각 시스템의 문제는 주로 드라이 싸이클에서 나타난다. 좀 더 구체적으로 말해, 드라이 싸이클이 끝날 때쯤, 드라이클리닝 머쉰이 쿨-다운 모드로 들어갔을 때이다. 드라잉 싸이클에서 열교환 코일은 프레온의 열의 대부분을 대기로 방출하고, 소량만 냉동 콘덴서로 내버린다. 하지만 쿨다운 모드에서는 솔레노이드 또는 바람문이 바뀌면서, 거의 모든 열이 냉동 콘덴서로 버려진다. 이런 유형의 문제는 냉동 콤프레서가 하이-프레셔 상태로 들어가고, 냉동기 고압 안전 스위치가 젖혀진다. 그러면 컴퓨터 화면에 에러 메시지가 뜨고 냉동 고압 안전 스위치를 수동으로 리셋해야 한다. 이런 상황은 거의 항상 막힌 Y 여과망이나 지나친 스케일 축적으로 일어난다. 대부분의 드라이클리닝 머쉰에는 냉동기 헤드 프레셔 조절 밸브가 달려 있어 냉동 콘덴서로 가는 냉각수 흐름을 조절해 냉동기 헤드 프레셔를 컨트롤 한다. 냉동 콘덴서 배관 안에 스케일이 축적돼 이 조절 밸브로 보정할 수 있는 수준을 넘었을 때, 많은 드라이클리너들이 밸브를 더 많이 열면서 문제를 시정했다고 착각에 빠진다. 이렇게 하는 것은 단지 문제 해결을 미루는 것이며, 많은 솔벤트와 에너지 낭비를 초래한다.

도면을 보면 워터 타워나 칠러를 이용한 전형적인 냉각수 시스템 설치가 들어있다. 위의 도면이 가장 많이 보는 형태이다; 아래 것은 상수도 연결에 필요한 밸브 1, 2, 3가 추가됐다. 이렇게 상수도 연결 밸브를 설치하면, 정상적인 냉각 시스템 작동에 문제가 있을 때 비상 해결책으로 사용할 수 있을 뿐 아니라, 스케일 제거 펌프 연결할 때도 편리하다.