적합한 재순환 칠러는 다음과 같은 4가지 요인을 고려하여 선택해야 합니다.
- 냉각되고 있는 기기에서 생성되는 열부하(Q)
- 열원에서 빠져나오는 유체의 최대 허용가능 온도(TOUT)
- 가능한 유체 유량
- 주위 작동 온도(V̇)
장비 제조사에서는 필요한 칠러의 설정점 온도와 유량을 명시합니다. 이 경우, 재순환 칠러의 선택은 간단합니다. 칠러 그래프에서 설정점 온도와 원하는 냉각능력의 교점을 확인하면 됩니다. 이 점과 같거나 더 높은 성능 곡선을 가진 칠러라면 모두 충분한 성능을 제공할 것입니다. 이어서, 펌프 그래프를 이용해서 원하는 유량에 맞는 펌프를 귀사의 재순환 칠러용으로 선택하십시오.

예 1
2,000W의 열을 내는 x-레이 튜브에 칠러 한 대로 2gpm(20°C)을 공급해야 합니다. 전원 공급은 60Hz입니다. 칠러 그래프에서 이 점을 찾으면 RC022가 적절한 선택이 될 것임을 알 수 있습니다. 펌프 곡선을 조회하면 BE 펌프로 필요 유량을 공급할 수 있음을 알 수 있습니다.
열부하(Q)는 알고 있으나 유량은 모르는 경우, 아래의 방정식을 이용해서 필요 유량을 계산할 수 있습니다.

예 2
어떤 레이저 헤드가 2,000와트(시간당 6,824BTU)의 열을 냅니다. 유체 온도는 20°C(68°F)를 넘지 않아야 합니다. 냉각 유체는 물이고 전력은 60Hz, 주위 온도는 20°C라면 적절한 재순환 칠러는 어떤 것입니까?
열성능 그래프(그림 1)를 이용해서, 필요한 열부하(2000 W)에 수평선을 그립니다. 제시된 바와 같이 RC022이(가) 13°C(55°F)에서 이 요건에 부합할 것입니다. 이는 TIN(재순환 냉각기를 빠져나오는 온도)입니다. 따라서, 계산은 다음과 같습니다.

이어서, 해당 재순환 칠러가 필요 유량에 맞출 수 있는지 확인합니다. 시스템 펌프 그래프(그림 2)에 제시된 바와 같이, 1.3gpm 양변위 펌프(RC022에서 표준)라면 이 유량 요건을 충족하고도 남을 것입니다.
재순환 칠러 섹션에서 저희 재순환 칠러 옵션에 관해 자세히 알아보실 수 있습니다.
총 냉각 용량에 영향을 미치는 주요 환경 조건과 냉각기 설계
재순환 냉각기는 의료, 군사, 레이저, 분석검측기 등 수많은 분야에서 사용되는 액체 냉각 시스템입니다. 냉각기는 레이저 헤드, 검출기 패널 등의 구성품 또는 기타 온도에 민감한 기기를 항온 유지하고, 또는 폐열을 제거하여 중요 구성품의 과열을 방지하기 위해 사용됩니다.
재순환 냉각기 선택 시, 냉각 용량에 영향을 줄 수 있는 몇 가지 요인들을 고려해야 합니다. 이러한 요인으로는 주변 공기 온도 또는 시설 수온, 냉각기 설정 온도, 공정 유체, 냉각기 정비 등등이 있습니다. 일반적으로 냉각기 제조사들은 물 공급 온도 20°C, 주위 온도 20°C를 기준으로 냉각 용량 등급 정보를 제공합니다. 그러나 그러나 주위 온도가 20°C보다 높거나 낮으면 어떻게 될까요? 냉각수가 20°C가 아닌 5°C에서 공정에 공급된다면? 냉각수로 물이 아닌 다른 것이 사용된다면? 이러한 변수가 냉각기의 냉각 용량에 어떤 영향을 미칠까요?
재순환식 냉각기와 냉동 사이클
이러한 요인들이 냉각기의 냉각 용량에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지 이해하려면 먼저 냉각기의 작동 방식에 대한 이해가 필요합니다. 압축기 방식의 재순환 냉각기는 냉매의 잠열 특성을 이용하여 공정으로부터 열을 빼내 주위 공기 또는 시설용수로 방출합니다(그림 1 참조). 이 공정 열을 주위 공기 또는 시설용수에 전달하려면 냉각 시스템이 냉각할 공정 유체의 온도보다 낮은 냉각 온도를 제공해야 합니다. 그 이후에는, 열 방출에 사용되는 매체의 온도보다 높은 수준으로 냉매의 온도를 올려야 합니다.

냉각기는 복합적인 시스템이지만 기본 구성품은 압축기, 콘덴서, 온도 감응 팽창 밸브(TXV), 증발기입니다. 증발기에서 나온 냉매는 압축기에서 시작하여 포화 가스로부터 고압고온 가스로 압축됩니다. 이제 뜨거워진 가스는 콘덴서를 통과하면서 열을 쿨러 주변 공기에(공냉식 콘덴서) 또는 시설용수에(수냉식 콘덴서) 방출하여 포화 액체로 냉각 및 압축됩니다. 이 냉매는 이어서 TXV를 통과하며 그 과정에서 압력과 온도가 현저히 떨어집니다. 이제 냉매 온도는 공정 유체 온도보다 낮으며 그 결과, 열을 공정 유체에서 냉매로 전달시켜 저압 가스로 증발케 합니다. 이 가스가 압축기로 다시 흘러들어가면서 이 과정이 다시 반복됩니다.
콘덴서와 증발기는 한 매체에서 다른 매체로 열을 전달하는 열 교환기입니다. 공냉식 콘덴서의 경우에는 일반적으로 알루미늄 핀이 달린 구리 튜브 액체-공기 열 교환기가 뜨거워진 냉매 가스로부터 주위 공기로 열을 방출하는 데 사용됩니다. 반면, 수냉식 콘덴서에서는 액체-액체 열 교환기를 사용해서 뜨거운 냉매 가스의 열을 시설용수에 전달합니다. 증발기의 경우에는 일반적으로 액체-액체 열 교환기를 사용해서 공정 유체의 열을 냉매에 전달합니다. 열 교환기의 성능은 사용되는 공정 유체, 유입 유체 온도, 유속, 재료, 설계 등 많은 요인의 영향을 받습니다. 다른 요인들이 동일할 경우, 유체 간 열 전달의 핵심적 결정 요인은 유입 유체의 온도 차이에 있습니다.
Ambient Air and Facility Water Temperature Effect
주변 공기 온도 또는 시설 수온은 냉각기의 냉각 용량에 중요한 역할을 합니다. 응축기가 주변 공기 또는 시설 용수에 대한 총 열(공정 열 부하 및 압축 열)을 거부하려면 고온 냉매 가스와 주변 공기 또는 시설 용수 간의 온도 차이가 충분해야 합니다. 예를 들어, BOYD 냉각기는 일반적으로 32.2°C(90°F)에서 43.3°C(110°F) 사이의 응축 온도에서 작동하며 20°C(68°F) 주변 공기 또는 24°C(75°F) 시설 용수로의 열을 차단합니다(그림 2). 수냉식 응축기는 물이 공기보다 훨씬 더 나은 열 전달 유체이고 두 유입 유체 사이에 큰 온도 차이가 필요하지 않기 때문에 동일한 양의 열을 더 높은 시설 수온으로 거부할 수 있습니다.
주변 공기 또는 시설용수 온도가 상승하면 냉각기 콘덴서가 냉매의 공정 열을 주변 공기 또는 시설용수로 전달하는 능력이 떨어지면서 응축 압력이 높아져 시스템 성능이 저하될 수 있습니다. 따라서 재순환 냉각기가 20°C 이상의 주변 온도에 노출되면 반드시 크기 계산을 수행해서 필요한 냉각 용량을 파악해야 합니다. 마찬가지로, 주변 온도가 떨어지면 초기 온도 차가 커져 성능이 향상됩니다.
냉각기 크기를 결정할 때는 최대 주변 온도나 시설용수 온도를 파악하는 것이 필수적입니다. 이렇게 함으로써 귀사의 시설에서 필요로 하는 온도 조건을 맞추기에 충분한 냉각 용량의 냉각기를 선택할 수 있습니다.
Set Temperature Effect
Similar to the condenser, evaporator performance decreases if the difference in incoming temperatures between liquid refrigerant and returning process water temperature is reduced. This occurs if the chiller is set to run at a low temperature, such as 5°C instead of 20°C. Returning process water temperature will be lower if chiller supply temperature is lower and there will be less temperature differential to drive heat transfer.The performance of a chiller decreases as the set temperature decreases. Similarly, the performance of the chiller will improve as the set temperature increases up to maximum temperature within the recommended temperature range. (See Figure 2.).
Process Fluid Effect
재순환 냉각기에 사용되는 공정 유체 역시 성능에 영향을 미칩니다. 냉각기의 냉각 용량은 일반적으로 물을 공정 유체로 사용하는 경우를 기준으로 하므로 물이 아닌 공정 유체를 사용하면 냉각 용량이 떨어질 수 있습니다. 예를 들어, 일부 재순환 냉각기는 PAO(polyalphaolefin)를 공정 유체로 사용할 수 있도록 설계되어 있습니다. PAO는 유전적 성질 및/또는 넓은 작동 온도 범위 때문에 일반적으로 군사 분야에서 사용됩니다. 그러나 다른 모든 요인이 동일하다면 PAO는 물보다 비열, 밀도, 열전도성 등이 모두 낮기 때문에 PAO를 쓰는 냉각기는 물을 쓰는 냉각기 보다 냉각 용량이 떨어집니다.
Chiller Operation and Maintenance Effect
냉각기 성능에 영향을 미치는 또 하나의 요인은 콘덴서와 증발기의 정비입니다. 공냉식 콘덴서에 먼지가 쌓이거나 수냉식 콘덴서 또는 증발기의 유로(flow passages)나 튜브에 부착물이 생기면 냉각기 성능 저하로 이어집니다. 공냉식 콘덴서의 핀과 팬 블레이드에 먼지 또는 오물이 쌓이면 기류량이 제한되어 냉각기 냉각 용량의 감소로 이어집니다. 냉각기가 가동될 환경에 먼지 또는 오물이 많다면 일상적 정비 또는 청소 계획을 수립하고/하거나 특대형 냉각기를 선택해야 합니다. 수냉식 콘덴서에서는 수질 불량에 따른 스케일 형성, 부식 및/또는 생체 증식으로 인해 부착물도 발생할 수 있습니다. 부착물은 튜브의 내벽에 단열층을 형성하여 냉매와 물 사이의 열 전달을 방해함으로써 냉각기 효율 저하를 초래합니다. 깨끗한 물을 부식 방지제와 함께 사용하면 부착물 발생의 위험을 최소화할 수 있습니다. 더 자세한 내용은 사용 지침 "재순환 냉각기 튠업: 최대 냉각 효과를 위한 가동 조건과 정비"를 참고하십시오.
기타 요인
드물지만, 해발 고도가 높은 곳에서 공냉식 재순환 냉각기를 사용할 경우, 낮은 공기 밀도가 냉방능력에 영향을 미칩니다. 질량 유량은 체적 유량에 밀도를 곱한 값이므로 밀도가 떨어지면 콘덴서 팬이 공급하는 체적 유량이 커져야 해수면에서와 동일한 냉각 용량을 발휘할 수 있습니다. 한 가지 방법은 보통보다 큰 대형 재순환 냉각기를 선택하여 필요한 냉각 용량을 확보하는 것입니다.
공급 공정 냉각수 온도가 주변 공기 이슬점보다 낮을 때는 습도 역시 냉각기 성능에 영향을 미치는 또 하나의 요인이 됩니다. 그러한 경우, 냉각기 라인, 증발기, 펌프 등이 단열 처리되지 않았다면 그 표면에 결로가 형성되어 냉각 성능 저하를 초래할 수 있습니다. 처리되지 않은 금속 표면 역시 부식으로 인한 손상을 입을 수 있습니다. 그러므로 단열을 적극 권장합니다.
230VAC 50Hz 냉각기는 230VAC 60Hz 냉각기보다 냉각 용량이 약 17% 낮다는 점도 꼭 염두에 두어야 합니다. 그 이유는 펌프, 압축기 및 팬 모터의 회전 빈도가 더 낮기 때문입니다(그림 3).
냉각기의 성능은 주변 공기 온도 또는 시설용수 온도, 냉각기 설정 온도, 공정 유체, 작동 조건 및 정비 등등 다양한 요인에 영향을 받습니다. 냉각기를 선택할 때와 사용할 때 모두 이러한 요인들을 반드시 다 함께 고려해야 합니다. 이는 냉각기로 냉각하는 장비의 가동 시간을 최대한 확보하는 데 도움이 될 것입니다.

재순환 냉각기 섹션에서는 다양한 옵션을 직접 비교할 수 있으며, 당사 엔지니어링 팀에 연락하시면 귀사의 시스템에 필요한 냉각 용량이 얼마나 되는지 파악하는 데 도움을 받으실 수 있습니다.