후냉각기
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압축기로부터 토출하는 공기온도는 압축기의 종류와 사양에 따라 다르지만 높게는 200°C까지 상승한다. 이러한 고온의 공기를 그대로 사용하면 패킹의 열화가 촉진되거나 말단에서 냉각되어 드레인이 분리되어 기기에 악영향을 미치게 된다. 따라서 압축기 토출직후에 후냉각기(after cooler)를 설치하여 고온의 압축공기를 냉각하여 수분을 분리한다. 일반적으로 이러한 후 냉각기로는 수냉식과 공랭식이 있다.
[그림 1] 일반적인 압축공기시스템의 후냉각기 설치예시
1. 수냉식 후냉각기
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다음 그림에 도시하는 바와 같은 다관식 열교환기가 일반적이다. 냉각관에는 주로 동관이 이용되며 관의 내측에는 물, 외측에는 고온 압축공기를 흘려보내면 냉각관의 벽을 통하여 고온의 공기로부터 냉각수로 열교환이 이루어져 압축공기의 온도가 낮아지게 된다.공기 중에 포함되는 수증기량이 포화수증기량을 넘게 되면 응축하여 액적으로 되어 냉각관 벽에 부착하게 된다. 더욱이 이들의 액적은 상호 집적 성장하여 결국에는 드레인으로 되며 후냉각기의 밑 부분에 축적하게 되므로 드레인 밸브 또는 드레인 자동배출장치가 필요하다.
[그림 2] 수냉식 후냉각기
[출처]세양기업
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한편 냉각에 의하여 발생하는 응축수는 반드시 드레인으로 배출되는 것이 아니라 미스트로 되어 공기에 혼입할 수 있다. 위의 그림과 같은 수냉식 후냉각기는 냉각관 외측표 면에 다수의 핀(fin)을 결합시켜 압축공기와 냉각면의 접촉면적을 증대 시켜 냉각효과의 향상과 응축수의 부착분리를 하는데 도움이 될 수 있다.
2. 공랭식 후냉각기
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다음 그림은 가장 대표적인 공랭식 후냉각기의 구조이다. 냉각부는 알루미늄 핀을 방열 판으로한 냉각관으로 되어있으며 관의 내측은 고온 고압의 공기가 흘러가고 관의 외측은 냉각용 핀으로부터 냉각풍으로 강제 냉각된다. 본체로 유입하는 압축공기는 분기관으로부터 각 냉각관으로 분기되어 냉각관 내측을 통과하는 동안에 냉각된다. 이 과정에서 공기중의 수증기는 응축한다.
[그림 3] 공랭식 후냉각기
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각 냉각관 중에서 미스트상의 응축수를 포함하는 압축공기는 집합관을 거쳐 본체로부터 유출한다. 집합관의 밑 부분에 축적되는 드레인은 드레인 밸브 또는 드레인 자동배출장치에 의하여 배출된다.
3. 후냉각기의 특성
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후냉각기의 특성은 주로 유량특성과 냉각특성 2가지로 구별할 수 있다. 유량특성은 후냉각기를 지나는 압축공기 유동에서 발생하는 압력강하와 관련되며, 동일한 기종이라고 하더라도 공기의 입구온도 압력에 따라 달라지며 특히 압력에 크게 영향을 받는다.
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냉각특성은 공기의 입구압력 온도, 습도 등을 규정하여 몇 ℓ/min(ANR)의 공기가 냉각되고 출구온도가 몇 도로 되는지를 나타낸다. 압축기에서 가압된 공기의 수분량은 압축기의 흡입공기의 온도와 습도에 의하여 결정되므로 포함된 수분량 대신에 흡입온도와 상대습도로 나타내는 경우가 통상적이다. 또 포함된 수분량을 나타내는 것으로 가압하에서 몇 도까지 냉각하면 압축공기 중에 포함된 수증기가 응축하는가를 나타내는 온도(즉 압력하 노점)를 이용하는 경우도 있다.
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다음 그림은 후냉각기의 유량특성과 냉각특성을 나타낸다. 후냉각기 흡입압력 P가 주어지는 경우 유량과 압력강하 특성을 파악할 수 있으며 출구온도가 유량에 따라 어떻게 변화되는지 알 수 있다.
[그림 4] 후냉각기의 유량특성
[그림 5] 후냉각기의 냉각특성[
[출처] 성 에너지형 공기압축기시스템
참고문헌
1. 성 에너지형 공기압축기시스템(저자 이재형, 김희동) - 홍릉과학출판사