이코노마이저
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이코노마이저(미국 및 옥스퍼드 철자) 또는 이코노마이저(영국)는 에너지 소비를 줄이거나 유체 예열과 같은 유용한 기능을 수행하기 위한 기계 장치입니다.이코노마이저라는 용어는 다른 목적에도 사용된다.이 문서에서는 보일러, 발전소, 난방, 냉동, 환기, 공조(HVAC) 사용에 대해 설명합니다.간단히 말해서 이코노마이저는 열교환기입니다.
스털링 엔진
로버트 스털링은 1816년 열풍 엔진 설계에 혁신적인 기여를 한 것이 그가 '이코노미저'라고 부르는 것이었다.현재 재생기로 알려진 이 장치는 공기가 차가운 쪽으로 흐를 때 엔진의 뜨거운 부분의 열을 저장하고, 뜨거운 쪽으로 돌아갈 때 차가운 공기로 열을 방출했습니다.이 혁신은 스털링 엔진의 효율을 개선하여 특정 분야에서 상업적으로 성공을 거두었으며, 그 이후로 스털링 엔진이라고 불리는 모든 공기 엔진의 구성 요소가 되었습니다.
보일러
보일러에서 이코노마이저는 보통 물인 유체를 해당 유체의 비등점까지 가열하는 열교환 장치입니다.이코노마이저는 뜨겁지만 보일러에서 사용할 수 있을 만큼 뜨겁지 않은 유체 흐름에서 엔탈피를 사용할 수 있기 때문에 더 유용한 엔탈피를 회수하고 보일러의 효율을 향상시킬 수 있기 때문에 붙여진 이름입니다.이들은 보일러에서 나오는 배기가스를 사용하여 보일러를 채우는 데 사용되는 냉수(급수)를 예열하여 에너지를 절약하는 장치입니다.
증기 보일러는 끓는 온도로 공급되는 물을 증가시켜 물을 증기로 변환하고 때로는 포화 온도 이상으로 증기를 과열시키는 대량의 에너지를 사용합니다.보일러에서 이코노마이저를 통해 배출되는 냉각연소가스의 잔류열을 이용해 증기드럼으로 유입되는 급수의 온도를 높이면서 연소원 부근의 최고 온도를 비등·과열에 이용함으로써 열전달 효율이 향상된다.
간접 접촉 또는 직접 접촉 응축 이코노마이저는 연소 생성물로부터 잔류열을 회수합니다.일련의 댐퍼, 효율적인 제어 시스템 및 환기 장치는 보충수 및/또는 처리수의 수요에 따라 연소 생성물의 전부 또는 일부가 이코노마이저를 통과할 수 있도록 합니다.끓는 온도로 물을 공급하는 예열 중에 기체의 온도를 유체의 비등 온도에서 유입되는 급수 온도보다 약간 높게 낮출 수 있습니다.고압 보일러는 일반적으로 저압 보일러보다 이코노마이저 표면이 큽니다.이코노마이저 튜브는 종종 연소 가스 [1]측의 열 전달 표면을 증가시키기 위해 핀과 같은 돌기를 가지고 있습니다.수년간 [clarification needed]보일러 연소 효율은 평균 80%에서 95% 이상으로 향상되었습니다.발생하는 열의 효율은 보일러 효율과 직결됩니다.과잉 공기의 비율과 연소 생성물의 온도는 이러한 효율성을 평가하는 데 있어 두 가지 핵심 변수입니다.
천연가스의 연소가 완료되기 위해서는 일정량의 공기가 필요하기 때문에 버너가 작동하기 위해서는 여분의 공기 흐름이 필요합니다.연소는 수증기를 발생시키고, 그 양은 연소되는 천연가스의 양에 따라 달라집니다.또한 이슬점의 평가는 과잉 공기에 따라 달라집니다.천연가스는 가스와 과잉공기의 온도와 관련된 다른 연소효율 곡선을 가지고 있다.예를 들어 가스가[clarification needed] 38°C로 냉각되고 15%의 과잉 공기가 존재할 경우 효율은 94%[citation needed]가 됩니다.따라서 응축 이코노마이저는 프로세스를 위해 연도 가스에 포함된 증기 응축수의 감지 및 잠열을 회수할 수 있습니다.이코노마이저는 알루미늄 및 스테인리스 합금으로 [citation needed]제조됩니다.가스는 실린더를 통과하고 물은 핀 튜브를 통과합니다.가스에 [citation needed]포함된 물의 약 11%를 응축합니다.
역사
최초의 성공적인 이코노마이저 설계는 고정된 증기 엔진 보일러의 증기 상승 효율을 높이기 위해 사용되었습니다.그것은 1845년에 에드워드 그린에 의해 특허를 받았고, 그 이후로 그린의 경제학자라고 알려져 왔다.그것은 보일러의 배기가스가 통과하는 위쪽과 아래쪽의 물탱크에 연결된 수직 주철관 배열로 구성되었습니다.이것은 보통 보일러의 소방관에서는 볼 수 없는 것과 반대되는 배열입니다. 뜨거운 가스는 보통 물에 담근 튜브를 통과하는 반면, 이코노마이저에서는 물이 뜨거운 가스로 둘러싸인 튜브를 통과합니다.둘 다 열 교환 장치인 반면, 보일러에서는 연소 가스가 물을 가열하여 엔진을 구동하기 위해 증기를 생성하는 반면, 이코노마이저에서는 대기로 손실되는 열 에너지의 일부가 보일러로 들어가는 물 및/또는 공기를 가열하는 데 사용되어 연료가 절약됩니다.그린의 이코노마이저 설계에서 가장 성공적인 특징은 튜브에 그을음이 쌓이지 않도록 하는 데 필요한 기계 스크래핑 장치였다.
이코노마이저는 그린의 발명 이후 수십 년 동안 거의 모든 정지 상태의 증기 엔진에 장착되었습니다.일부 보존된 정지 상태의 증기 엔진 사이트에는 그린의 이코노마이저가 있지만, 보통은 사용되지 않습니다.그러한 보존된 장소 중 하나는 영국 스태퍼드셔에 있는 Claymills Pumping Engines Trust로, 이코노마이저 한 세트와 이를 구동한 관련 증기 엔진을 복원하는 과정에 있다.또 다른 예는 Brighton & Hove에 있는 British Engineerium입니다.이곳에서는 No.2 엔진의 보일러와 관련된 이코노마이저가 사용되고 있으며, 이와 관련된 소형 정지형 엔진이 완비되어 있습니다.세 번째 장소는 Coldharbour Mill Working Wool Museum으로, Green의 이코노마이저는 Pollit과 Wigzell 증기 엔진의 구동축을 갖추고 있습니다.
발전소
석탄 화력 발전소의 보일러와 같은 현대식 보일러에는 그린의 원래 설계에서 파생된 이코노마이저가 여전히 장착되어 있습니다.이러한 맥락에서 이러한 냉각기는 흔히 급수 히터라고 불리며, 보일러로 펌핑되기 전에 터빈의 응축수를 가열합니다.
이코노마이저는 일반적으로 복합 사이클 발전소에서 열 회수 증기 발생기(HRSG)의 일부로 사용됩니다.HRSG에서는 물이 이코노마이저를 거쳐 보일러, 과열기를 통과합니다.이코노마이저는 또한 보일러의 유속과 설계를 고려할 때 끓일 수 없을 정도로 차가운 액체 물로 보일러의 홍수를 방지합니다.
증기 발전소에서 이코노마이저를 사용하는 일반적인 방법은 보일러 스택 가스(배기가스)에서 폐열을 포착하여 보일러 공급수로 전달하는 것입니다.이로 인해 보일러 급수의 온도가 상승하여 필요한 에너지 입력이 감소하여 정격 보일러 출력에 필요한 연소율이 감소합니다.이코노마이저는 설계 및 재료 선택에 주의를 기울이지 않으면 산성 연소 가스의 응축과 심각한 장비 부식 손상을 일으킬 수 있는 스택 온도를 낮춥니다.
HVAC
건물의 HVAC(난방, 환기, 공조) 시스템은 실내 공간을 냉각하는 수단으로 차가운 외부 공기를 사용함으로써 건물 내 에너지를 절약하기 위해 공기 측 이코노마이저를 사용할 수 있습니다.외부 공기의 온도가 재순환 공기의 온도보다 낮을 경우, 외부 공기로 컨디셔닝하는 것이 재순환 공기로 컨디셔닝하는 것보다 에너지 효율이 높습니다.외부 공기가 충분히 차갑고 충분히 건조할 때(기후에 따라 다름) 공기 중 엔탈피의 양은 허용 가능하며 추가적인 조절이 필요하지 않습니다. 공기 측 이코노마이저 제어 방식의 이 부분을 자유 냉각이라고 합니다.
에어사이드 이코노마이저는 냉온대 기후에서 HVAC 에너지 비용을 절감하면서 실내 공기의 질을 개선할 수 있지만 대부분의 경우 고온 다습한 기후에서는 적합하지 않습니다.적절한 제어를 통해 다양한 기상 시스템을 [2]경험하는 기후에서 이코노마이저를 사용할 수 있습니다.
외부 공기의 건조 및 습구 온도가 충분히 낮으면 물 쪽 이코노마이저는 습식 냉각탑 또는 드라이 쿨러(유체 냉각기라고도 함)로 냉각된 물을 사용하여 냉각기를 작동시키지 않고 건물을 냉각할 수 있습니다.이들은 역사적으로 스트레이너 사이클로 알려져 있지만, 물 쪽 이코노마이저는 진정한 열역학 사이클이 아닙니다.또한 냉각탑의 물을 여과기로 통과시킨 후 냉각코일로 흘려보내는 대신 냉각탑과 냉각수 루프 사이에 판틀 열교환기를 삽입하는 경우가 많습니다.
공기 및 물 쪽 이코노마이저의 적절한 작동을 보장하려면 밸브 또는 댐퍼와 유지보수가 필요합니다.
냉동
냉각 이코노마이저
냉장 이코노마이저의 일반적인 형태는 "워크인 쿨러 이코노마이저" 또는 "외기 냉각 시스템"입니다.이러한 시스템에서는 냉장된 공간 내의 공기보다 차가운 외부 공기가 해당 공간에 유입되고 동일한 양의 따뜻한 내부 공기가 외부로 덕트됩니다.결과적으로 발생하는 냉각은 압축기 기반 냉동 시스템의 작동을 보완하거나 대체합니다.냉각된 공간 내의 공기가 외부 공기보다 약 5°F(즉, δT>5°F)만 더 따뜻한 경우 이 냉각 효과는 압축기 기반 시스템에서 발생하는 동일한 양의 냉각보다 더 효율적으로 달성됩니다.외부 공기가 공간의 냉동 부하를 극복할 수 있을 정도로 차갑지 않으면 컴프레서 시스템도 작동해야 합니다. 그렇지 않으면 공간 내부의 온도가 상승합니다.
증기 압축 냉동
산업용 냉동, 특히 증기 압축 냉동에서 이 용어의 또 다른 용어가 사용됩니다.일반적으로 이코노마이저 개념은 냉동 사이클의 특정 설계 또는 기능이 전력 그리드에서 사용되는 에너지 양, 냉동 생산에 사용되는 구성 요소 크기(기본적으로 가스 압축기의 공칭 용량)를 줄일 수 있는 경우에 적용됩니다.예를 들어 -20°F(-29°C)로 유지되는 워크인 냉동기의 경우, 주요 냉동 구성품에는 증발기 코일(냉동고 내부에서 열을 제거하는 데 사용되는 냉매와 얇은 금속 핀이 들어 있는 파이프의 조밀한 배열), 코일 및 박스 주위에 공기를 불어 넣는 팬, 공랭식 응축 장치, 실외 장치가 포함됩니다.s 및 밸브 및 배관.응축 장치에는 압축기, 코일 및 주변 공기와 열을 교환하기 위한 팬이 포함됩니다.
이코노마이저 디스플레이는 냉동 시스템이 압력 및 온도 상승 시 효율성이 높아진다는 사실을 활용합니다.가스 컴프레서가 필요로 하는 전력은 배출 압력과 흡입 압력 사이의 비율과 차이(냉매의 열 용량 및 컴프레서의 유형과 같은 다른 기능)와 강하게 관련되어 있습니다.냉동고와 같은 저온 시스템은 같은 부피에서 유동성이 적다.즉, 저온 시스템에서는 압축기의 펌핑 효율이 떨어집니다.이 현상은 -20°F(-29°C)에서 워크인 냉동고의 증발 온도가 약 -35°F(-37°C)일 수 있다는 점을 고려할 때 악명 높습니다.이코노마이저가 장착된 시스템은 일반적으로 가스 압축기가 더 효율적인 조건인 고압에서 냉동 작업의 일부를 생산하는 것을 목표로 합니다.용도에 따라 이 기술은 압축 용량이 작을 경우 보통 큰 압축기가 필요한 시스템에 충분한 압력과 흐름을 공급하거나 이코노마이저를 사용하지 않을 경우 냉장량이 줄어들 수 있는 시스템의 용량을 늘리거나 시스템에서 동일한 양의 냉장고를 생산할 수 있도록 합니다.적은 전력으로 배급합니다.
이코노마이저 개념은 과냉각과 연계되어 있습니다.응축된 액체 라인의 온도가 증발기의 온도보다 높기 때문에 효율을 [3]높인다는 개념을 적용하기에 좋은 장소입니다.워크인 냉동고 사례를 상기하면, 해당 시스템의 액체 라인의 정상 온도는 약 60°F(16°C) 이상입니다(응축 온도에 따라 다름).이 조건은 -35°F(-37°C)의 증발기보다 냉동에 훨씬 덜 적대적입니다.
냉장에서의 이코노마이저 설정
여러 디스플레이가 냉동 사이클을 이코노마이저로 사용할 수 있게 해 주며, 이 아이디어의 이점을 제공합니다.이런 종류의 시스템을 설계하려면 이 문제에 대한 특정 전문지식이 필요하며, 일부 기어의 제조, 특히 기교와 내구성이 요구됩니다.압력 강하, 전기 밸브 제어 및 오일 드래그는 모두 각별히 주의해야 합니다.
2단계 시스템 및 부스터
시스템은 직렬 디스플레이에서 두 개의 개별 가스 압축기가 함께 작동하여 압축을 생성하는 경우 2단계 구성으로 되어 있다고 합니다.정상적인 부스터 설치는 두 번째 컴프레서의 입력부에 도달하기 전에 첫 번째 컴프레서의 배출을 냉각하는 오일을 받는 2단계 시스템입니다.두 컴프레서의 단계 사이에 도달하는 오일은 액체 라인에서 나오고 일반적으로 팽창, 압력 및 솔레노이드 밸브에 의해 제어됩니다.
이러한 종류의 표준 2단계 사이클에는 단계 간 유입되는 냉매의 양을 확장 및 조절하는 팽창 밸브가 있습니다.단간에 도달한 오일이 팽창하면 증발하는 경향이 있으며, 첫 번째 컴프레서에서 토출되는 오일과 혼합할 때 전체적인 온도가 떨어지고 두 번째 컴프레서의 흡인이 냉각됩니다.이러한 종류의 장치에는 팽창과 단계 간 열 교환기가 있을 수 있습니다. 이 경우 두 번째 증발기는 메인 증발기만큼 시원하지는 않지만(예를 들어 에어컨을 생산하거나 신선한 제품을 보관하기 위해) 냉장도 생산할 수 있습니다.2단계 시스템은 단간에 도달하는 냉매가 같은 시스템의 [4]주증발기에 도달하는 주액선을 서브쿨링하는 과냉각 열교환기를 통과하면 과냉각과 함께 부스터 디스플레이에 설치된다고 한다.
이코노마이저 가스 압축기
부스터 설정을 고려할 때 두 개의 압축기를 사용해야 하기 때문에 냉동 시스템의 비용이 증가하는 경향이 있습니다.기어 가격 외에도 두 개의 스테이지 시스템은 동기화, 압력 제어 및 윤활에 각별한 주의가 필요합니다.이러한 비용을 줄이기 위해 특수 장비가 정교하게 제작되었습니다.
이코노마이저 스크류 압축기는 Refcomp, Mycom, Bitzer 및 York와 같은 여러 제조업체에 의해 제조되고 있습니다.이 기계들은 2단계 시스템의 두 압축기를 하나의 스크류 압축기로 병합하고, 2개의 입력, 즉 주 흡입기와 고압 가스를 위한 [citation needed]중간 측면 출입구를 가지고 있습니다.즉, 컴프레서를 두 개 설치할 필요가 없으며 부스터 개념의 이점을 누릴 수 있습니다.
이러한 압축기에는 플래시와 과냉각이라는 두 가지 유형의 이코노마이저 설정이 있습니다.후자는 과냉각 기능이 있는 2단계 부스터 디스플레이와 동일한 원리로 작동합니다.플래시 이코노마이저는 과냉각에 열교환기를 사용하지 않기 때문에 다릅니다.대신 플래시 챔버 또는 탱크가 있어 팽창 전에 액체의 온도를 낮추기 위해 플래시 가스가 생성됩니다.이 탱크에서 생성된 플래시 가스는 액체 라인을 벗어나 스크류 [5]컴프레서의 이코노마이저 입구로 이동합니다.
과냉각 및 냉동 사이클 옵티마이저
이전의 모든 시스템은 냉동 사이클 내에서 압축기, 미터기, 밸브 및 열 교환기를 사용하여 이코노마이저 효과를 냅니다.시스템에 따라서는 일부 냉동 사이클에서는 독립된 냉동 메커니즘을 사용하여 이코노마이저를 생산하는 것이 편리할 수 있습니다.이는 메인 시스템에서 열을 끌어내는 다른 방법으로 액체 라인을 과냉각하는 경우입니다.예를 들어, 다른 공정이나 사람이 사용하는 데 필요한 냉수를 미리 가열하는 열교환기는 액체 라인에서 열을 방출하여 라인을 효과적으로 과냉각하고 시스템의 [6]용량을 증가시킬 수 있습니다.
최근에는, 이 전용의 기계가 개발되고 있습니다.칠레에서 제조업체 EcoPac Systems는 액체 라인의 온도를 안정화하고 시스템의 냉동 용량을 늘리거나 전력 [7]소비를 줄일 수 있는 사이클 옵티마이저를 개발했습니다.이러한 시스템은 이코노마이저 컴프레서가 [8]없는 단일 단계 시스템을 확장하기 위한 흥미로운 대안인 냉동 시스템의 원래 설계를 방해하지 않는다는 장점이 있습니다.
내부 열교환기
증발기에서 나와 가스 압축기로 [9]향하는 가스를 과열하여 과냉각할 수도 있습니다.이러한 시스템은 액체 라인에서 열을 빼내지만 가스 압축기 흡착을 가열합니다.이는 가스가 컴프레서에 도달하고 액체가 밸브에 도달하도록 하기 위한 매우 일반적인 솔루션입니다.또한 유체의 온도를 변경하는 데 사용되는 열 교환기 부분을 최소화하여 열 교환기를 최대한 사용할 수 있으며, 냉매의 위상 변화 부피를 최대화할 수 있습니다(증기 압축 냉동의 기본 원리인 열 흐름을 훨씬 더 많이 포함하는 현상).
내부 열교환기는 증발기 코일에서 나오는 차가운 가스를 사용하여 팽창 장치를 통해 증발기 코일의 선두로 향하는 고압 액체를 냉각하는 열교환기의 한 유형입니다.가스는 일반적으로 일련의 액체를 위한 파이프가 있는 챔버를 냉각하는 데 사용됩니다.그러면 과열된 가스가 컴프레서로 진행됩니다.과냉각이란 액체를 끓는점 이하로 냉각하는 것을 말합니다.10°F(5.6°C)의 과냉각은 주어진 압력에서 끓는 것보다 10°F 더 차갑다는 것을 의미합니다.온도 차이를 나타내기 때문에 절대 스케일 또는 상대 스케일(10°F 과냉각은 10°R(5.6K)과 동일)로 측정하면 과냉각 값은 변경되지 않습니다.
「 」를 참조해 주세요.
레퍼런스
- ^ Principles of Naval Engineering. Washington, D.C.: United States Government Publishing Office. 1970. pp. 239 & 240.
- ^ "Energy Cost and IAQ Performance of Ventilation Systems and Controls Study". US Environmental Protection Agency.
- ^ Danfos, 과냉각이 냉동 제어 품질에 미치는 영향.2페이지. [1]
- ^ Danfos, 과냉각이 냉동 제어 품질에 미치는 영향.6페이지. [2]
- ^ SWEP, 냉동 시스템:2개의 스테이지 시스템
- ^ APS Bussinss 서비스, Wayback Machine에 보관된 2012-06-02 냉동 효율성 조치
- ^ Pesca y Medioambiente N4545, 냉동, 사이클 옵티마이저에 관한 새로운 과제.[3]
- ^ AQUA News, 효율성 및 냉장 절약 2013년 1월 15일 아카이브. 오늘
- ^ 냉매 과냉각 및 시스템 효율성 냉매 과냉각이 시스템 효율에 미치는 영향.
