- 댄포스 박지훈 차장 ‘콜드체인 세미나’에서 핫가스 제상관련 다양한 솔루션 소개

- 리퀴드 드레인 방식에 안정적 대응 가능한 ICFD밸브 솔루션 제공

댄포스 박지훈 차장
댄포스 박지훈 차장

댄포스(Danfoss) 냉동공조사업부 박지훈 차장은 ‘ HVAC KOREA 2020’ 기간 중 열린 ‘콜드체인 세미나 - 냉동창고에서의 에너지 저감 솔루션’ 주제 발표를 통해 핫가스 제상 방식과 이것을 효과적으로 구현할 수 있는 댄포스의 다양한 솔루션에 대해 소개했다.

박지훈 차장은 “최근 개별 가구의 증가와 코로나 영향 등으로 인해 간편 냉동식품의 온라인 판매가 급속히 증가하면서 냉동창고뿐 아니라 물류창고도 증가하고 있으며 특히 물류창고들이 대형화하고 기능도 다양해지면서 냉동시스템에 중앙집중식이 도입되고 있다”며 “물류창고의 냉동시스템에서 쿨러의 성에 착상과 이것을 제거하기 위한 제상운전은 운영시스템의 효율 증대를 위해서 필수불가결한 요소 중 하나다”라고 말했다.

쿨러에 성에가 생기는 이유는 냉동창고 안에 존재하는 수분 때문이다. 냉동기가 가동되면 증발온도는 영하 이하로 형성돼 쿨러에 착상이 생긴다. 이 착상된 성에를 녹여주기 위한 기능이 제상운전이다.

일반적으로 제상 시스템에는 외부 열원을 이용하는 전기히터 방식과 살수에 의한 방식 그리고 냉동기 자체 발열을 이용하는 핫가스 제상방식이 있다.

박지훈 차장은 “핫가스 제상방식은 자체 발열을 이용하므로 냉각기 가동에 사용되는 전력을 대폭 절감할 수 있을 뿐만 아니라 운영 효율성을 높일 수 있는 장점이 있지만 초기 투자비가 높다는 이유만으로 아직도 외부 열원을 이용하는 제상방식이 많이 적용되고 있는 게 현실이다”라고 말했다.

여러 밸브 복합한 ICF밸브 솔루션 제공

핫가스 제상 방식에는 압력제어(Pressure Control) 방식과 리퀴드 드레인(Liquid Drain) 방식이 있다.

두 방식 중에서 압력제어 방식(Pressure Control Method)은 가장 일반적인 핫가스 제상방식으로 적용이 쉽고 신뢰성이 높아 그동안 주로 적용돼 왔다.

 

압력제어에 의한 핫가스 제상·개별밸브 스테이션 적용 예
압력제어에 의한 핫가스 제상·개별밸브 스테이션 적용 예

하지만 압력제어 방식은 핫가스가 제상운전이 필요하지 않아도 설계된 제상운전 종료시점까지 일정 속도로 계속 유입되고 또 응축되지 않는 핫가스는 압축기로 재유입돼 압축기 부하 증가의 원인이 돼 에너지 소비 및 운영비용 증가로 이어지기도 한다.

박지훈 차장은 이런 이유에서 “최근 압력제어방식 대비 제상에 필요한 핫가스량은 감소시키면서 가능한 한 가장 낮은 압력에서 응축된 액 냉매만 배출해 제상성능은 향상시키고 에너지소비량은 절감한 리퀴드 드레인 방식(Liquid Drain Method)에 대한 관심이 높아지고 있다”고 말했다.

박 차장은 이어 “댄포스는 그동안 핫가스 제상운전 관련 다양한 제품을 통한 솔루션을 구축해왔고 또 새로운 솔루션 개발이나 적용에 한발 앞서 준비해 왔다”며 “냉동시스템의 가장 효율적인 제상방법으로 널리 인정받고 있는 리퀴드 드레인 솔루션을 안정적으로 서비스하기 위한 대응준비가 되어 있다”고 강조했다.

 

압력제어에 의한 핫가스 제상·ICF밸브 스테이션 적용 예
압력제어에 의한 핫가스 제상·ICF밸브 스테이션 적용 예

중앙집중식 냉동시스템에서 액펌식 같은 경우는 액을 쿨러에 공급하기 위한 공급라인과 액이 쿨러 후단을 통해서 나가는 액 리턴라인의 두 가지만 있으면 된다. 이 시스템에 핫가스 제상방식을 적용하려면 핫가스 공급 라인과 핫가스 드레인 라인이 필요해진다.

박지훈 차장은 “이와 같이 핫가스 제상방식은 배관공사나 밸브공사 또 자동제어 로직 등을 추가하는 번거로운 작업이 많아지기 때문에 시장 진입이 쉽지만은 않다”라고 말했다.

기존의 압력제어 핫가스 제상 시스템은 개별 밸브로 구성되어 용접을 위한 분해/조립 과정이 필요하고 용접부위가 많아 누설 위험도 증가한다. 또 개별 밸브에 대한 기계실 공간과 정기적인 점검과 유지관리도 필요하다.

박지훈 차장은 “지금까지 이런 방법으로 핫가스 제상이 이루어져 왔다”면서 “댄포스는 이런 배관공사, 밸브공사, 자동제어 로직 등 번거로운 작업을 편리하게 제공하기 위해서 하나의 밸브 하우징에 여러 가지 밸브를 복합해 쓸 수 있는 ICF밸브 스테이션이라는 밸브 솔루션을 제공하고 있다”고 말했다.

 

리퀴드 드레인에 의한 핫가스 제상·ICF밸브 스테이션 적용 예
리퀴드 드레인에 의한 핫가스 제상·ICF밸브 스테이션 적용 예

최근 댄포스는 Liquid, Wet Return, Hot Gas, Defrost Drain 등 핫가스 제상을 위한 밸브까지 모두 포함된 ICF밸브 스테이션을 선보여 더 간편하고 편리한 솔루션을 적용할 수 있게 됐다.

ICF밸브는 개별밸브를 하나의 하우징으로 통합해 사용함으로써 작업공수 절감, 서비스 시 배출하는 냉매량 절감 및 기계실 공간을 줄이는데 기여할 수 있다.

압력제어 방식은 실제로 쿨러의 제상이 어느 정도 이루어지면 더 이상 냉매가 응축을 할 수 없기 때문에 그때부터는 계속 가스 상태의 냉매만 배출돼 에너지소모량이 많다. 하지만 리퀴드 드레인 방식은 액냉매는 리시버로 보내고 최대 15% 정도의 가스냉매만 압축기로 보내기 때문에 압축기 부하를 줄여 에너지를 절감할 수 있다 .

또 제상운전 시 실제로 사용되는 에너지가 있고 주변으로 손실되는 에너지, 그리고 핫가스 제상이 끝난 상태에서 버려지는 에너지가 있다.

박지훈 차장은 “고객사와 함께 시뮬레이션한 결과, 리퀴드 드레인 방식을 이용하면 블로우 바이 가스를 최대 90% 절감하는 결과가 나온 것은 물론 바이패스 가스량 감소, 가능한 낮은 압력에서 냉매를 방출, 압축기 부하 감소, 운영비용 절감 등의 장점을 가지고 있다”고 강조했다.

리퀴드 드레인 방식, 블로우 바이 가스 최대 90% 절감

이어 박지훈 차장은 리퀴드 드레인 제상방식을 위한 댄포스의 솔루션에 대해서 소개했다.

댄포스의 ICLX Flexline 밸브 솔루션은 파일럿 솔레노이드 밸브가 있는 2-스텝 서보작동 밸브다. 기존 솔레노이드 밸브는 전원이 인가가 되면 100% 온/오픈 방식으로 작동되지만 ICLX(32-150)는 파일럿 솔레노이드 밸브가 활성화 되면 용량의 10%까지 열리고 밸브 양단의 압력차가 약 1.25bar에 도달하면 자동으로 완전히 개방된다.

박지훈 차장은 고객사 입장에서 ICLX(35-150)를 적용하면 경제성, 안전성, 간편한 설치 및 시운전 등 여러 가지 이점이 있다고 설명했다.

우선 경제성 측면에서는 △하나의 밸브로 1, 2단 모두 사용 가능 △플랜지를 통한 냉매누설 없음 △하나의 전기신호만 필요 △낮은 압력강하로 인한 에너지 소비량 감소 등의 이점이 있고 안전성 측면에서는 △제상운전 후 압력으로 인한 해머링 방지 △고압냉매에 사용 가능 △용접으로 인한 누설위험 감소 등을 들 수 있다.

또한 설치성과 시운전 측면에서는 △2개의 솔레노이드 밸브에 하나의 전기신호만 필요 △상부 커버는 모든 방향 설치 가능 △맞대기 용접으로 플랜지가 불필요하다.

박지훈 차장은 “핫가스 제상이 끝나면 쿨러 안에는 상당히 높은 압력의 냉매가 저장 되어 있기 때문에 쿨러 재기동 시 정상적인 운전을 수행하기 위해서는 석션 측 솔레노이드 밸브를 열어서 핫가스를 방출시켜야 하는데 높은 압력의 냉매가 한 번에 리시버 탱크로 유입되면 리퀴드 헤머링의 위험이 있다”면서 “ICLX(35-150)는 핫가스 제상이 끝난 후에 밸브를 서서히 열어주면서 쿨러 안에 차 있는 높은 압력의 핫가스를 서서히 빼주는 역할을 한다”고 설명했다.

 

ICSH밸브 핫가스 제상시 공급라인 해머링 방지

최근 댄포스는 핫가스 제상에 대응하기 위해 더 폭넓은 솔루션을 라인업하고 있다.

댄포스는 리퀴드 드레인 방식을 사용하기 위해서 ICFD라는 솔루션을 제공하고 있다. 언뜻보면 플롯트 밸브의 형상이다. 화장실 좌변기에 들어있는 플롯트하고 동일한 내부적인 구조로 되어 있다.

ICFD는 제상 시 응축된 냉매를 액냉매 상태로 저단측 리시버에 공급함으로써 불응축된 냉매가 압축기로 공급돼 불필요한 에너지 소모를 방지한다.

ICFD는 기계식 플롯트를 기반으로 매우 높은 압력차에서 작동되도록 개발됐다. 필요한 만큼의 액냉매만 배출되도록 개발해 자동 용량조절이 되고 압력 균형설계를 통해 크기에 비해 큰 용량을 구현할 수 있다. 블리드 포트(Bleed Port) 내장으로 바이패스가 필요없고 블로우바이 가스가 발생되지 않는다.

ICSH는 Dual Position Solenoid Valve로 핫가스 제상 시 핫가스 공급배관에 설치된다.

ICSH는 핫가스 제상을 시작할 때 핫가스 공급라인에서 해머링을 방지하기 위해 Soft Bleeding을 수행하는 밸브다. 2-스텝 개방으로 고압가스에 의한 해머링을 방지하고 DN25-80 사이즈로 대형 시스템에도 적용 가능하다. 밸브 이상 시에는 수동작동할 수 있고 정전 시에는 밸브 차단을 위해 NC 코일을 적용 가능하다.

끝으로 박지훈 차장은 “댄포스에서는 최근 콜드체인 트렌드에 맞춰 산업냉동용 밸브의 에너지절감과 핫가스(hot gas) 제상 관련 모든 솔루션을 제공하고 있다”고 말했다.

 

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