압축기 냉동유

 

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압축기 냉동유 Compressor lubricant oil

 

 

1. 냉동기유 역할

냉동기유는 압축기에 유입되어 다음 4가지 중요한 역할을 담당한다. 

• 윤활(lubrication) 작용 : 베어링(메탈, 베어링 등)이나 접동부의 윤활, 마찰과 마모의 저감 
• 냉각(cooling) 작용 : 국부적으로 발생하는 마찰열을 제거하고, 모터를 냉각시킴 압축기 토출가스의 냉각(스크류압축기의 경우) 
• 실링(sealing) 작용 : 피스톤링, 스크류압축기의 로터부, 메커니컬씰(mechanical seal) 등의 누출방지 등 
• 방청(rust preventative) 작용 : 산화방지에 의한 금속의 산화를 막음

 

 

2. 냉동기유 선정 시 고려사항

 

step.1 사용중인 냉매 확인 → 어울리는 광유, PAG, POE, PAO 중 오일 종류 선정 

 

냉동기유의 역할 중 중요한 것이 압축기의 윤활이다. 

이를 위해 압축기에 냉동기유가 냉매와 같이 유입되며, 냉매가 냉동기유에 적절하게 녹아야(용해) 한다.

냉매의 종류에 따라 녹는 냉동기유가 있으므로, 냉동기유 선정을 위해서는 어떠한 냉매를 사용할 것인지 부터 살펴보아야 한다. 

 

step.2 작동 압력 및 운전 확인 → 적당한 점도를 가진 오일 모델 선정 (ex. 섭씨40도 기준 점도 32, 68, 100 mm2/s (cSt) ) 

 

냉동기유는 작동 온도와 압력에 따라 점성이 달라진다.  

점성이 너무 강하면 압축기에 torque가 증가하고 효율이 저감되기 때문에, 운전 조건에 따른 적절한 냉동유 선정이 필요하다. 

 

 

3. 냉동기유 특성 

 

물리적 특성 

• 냉매와 상호 용해성
• 점도, 점도지수
• 저온부에서의 유동성
• 왁스의 분리
• 수분 용해성, 공기 용해성
• 휘발성
• 포밍 현상(foaming)

화학적 특성

• 냉매와의 반응성
• 열안정성
• 경계면에서의 유막 형성능력
• 혼합물과 참가제의 영향 

 

(1) 윤활성 

냉동기유의 윤활성을 평가하는데 사용되는 파렉스 시험법(Falex method)은 ASTM에서 채용하고 있으며, 미국에서는 ASTM 시험편에 의한 값이 228kg이하의 냉동기유는 압축기에 사용할 경우 사고 발생의 위험이 있다고 말하고 있다. 

 

(2) 화학적 안정성 

냉동기유의 화학적 안정성이란 열적 안정성 및 산화반응에 대한 안정성을 말하며, 그 평가 방법으로는 밀폐튜브 시험법이 가장 많이 사용된다. 이것은 유리관 속의 냉동기유, 냉매, 금속 및 유기재료 밀봉하고, 일정온도(175±2℃)로 일정기간(8, 16, 23일) 가열한 다음, 색상의 변화, 금속의 부식도 및 생성물의 분석, 냉매 및 분해 가스의 정량, 생성 산량, 냉동유의 열화상태 등을 측정하여 냉동기유의 우열을 판정하는 방법이다. 

 

(3) 전산가 

냉동기에 사용되는 윤활유는 절대적으로 중성이어야 한다. 이 값은 냉동기유의 악화정도를 판단하는 기준이 되며, 사용유에서는 0.05KOH mg/g이하가 바람직하다. 

 

(4) 수분 함유량 

냉동기유 중의 수분은 결빙, 슬러지 생성 및 부식의 원인이 된다. 따라서 수분 함유량은 사이클 내에 봉입하기 전에 20ppm이하, 사이클 내 에 봉입 후에는 75ppm이하가 바람직하다. 수분량의 측정은 카알 피셔법(Karl Fischer method)을 사용한다. 

 

(5) 왁스 분리점 

냉동기유·냉매혼합액(냉동기유: 10%, R12:90%)을 유리관내에 충진하고, 서서히 냉각시켰을 때 왁스가 석출되는 온도를 구한다. 실제 장치에서는 왁스 분리점보다 10℃ 정도 낮은 온도까지 사용할 수 있다.

(6) 임계용해도 곡선(2층 분리 온도) 

냉동기유와 냉매의 용해도-온도곡선을 말하며, 냉매의 종류에 따라 냉동기유와의 상용성이 다르다. 이와 같이 할로카본 냉매와 냉동기유와의 관계는 매우 복잡하며, 냉동기유 조성에 따라서도 달라진다.

 

2.1. 냉동기유의 부적절한 선정 시 발생할 수 있는 상황 

오일통(Oil Sump): 냉매화 혼합된 오일은 베어링, 실린더벽 기타 개소를 윤활하기 위하여 충분한 점도를 갖지 않으면 안됩니다. 

 

모터(Moter): 고온에서도 권선(copper Moter Winding) 및 기타 금속과 화학 반응이 없어야 하며, 전기절연성도 우수해야 한다. 또한 절연물의 산화를 일으켜서도 안된다. 

 

응축기(Condenser): 냉매계통에 들어있는 소량의 오일은 응축기의 관벽(Tube Wall)에 응고하여 흐름은 저해한다든지 열교한을 방해하지않도록 액화 냉매(Liquefied Refrigerant)와 함께 액상을 유지시켜 주어야 합니다. 

 

모세관/팽창변(Capillary/Expasion Valve): 오일은 모세관(Capillary)이라든가 팽창변을 막는 고형물질(Solid Material)을 함유하거나 이러한 물질이 생성되어서도 안됩니다. - 

 

증발기(Evaporator): 왁스(Wax)의 결정(Crystal)을 형성해서는 안 되며, 또한 오일은 수분을 함유해서 응고(Congeal)되어서도 안됩니다. 이러한 현상은 냉매의 흐름을 막고 냉동효과를 감소시킴

 

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2021. 01. 05 작성