액봉현상의 정의와 방지대책
오늘은 2023년 건축기계설비기술사 시험에 출제된
냉동사이클에서의 액봉현상(Liquid Slugging)의 정의와 방지대책에 대해 정리해보겠습니다.
액봉현상은 냉동설비나 압축기 시스템의 심각한 손상을 유발할 수 있는 운전 장애 중 하나로,
특히 저온 운전 시 또는 냉매 제어 실패 시 반드시 대비가 필요한 문제입니다.
액봉현상이란?
액봉현상(Liquid Slugging)이란
냉동사이클에서 응축이 완료되지 않은 액체 냉매가 증발기에서 완전히 기화되지 못하고,
압축기 흡입측으로 액체 상태로 유입되는 현상을 말합니다.
좀 더 이해하기 쉽게 비유해보자면
압축기는 기체만 빨아들이는 진공청소기 같은데,
그 안으로 갑자기 물 한 바가지가 확 들어오면
모터가 ‘퍽’ 하고 멈춰버리는 겁니다.
이게 바로 액봉현상이며,
진공청소기로 물을 빨면 고장 나는 것처럼
압축기에 액체가 들어오면 바로 파손입니다.
기체만 흡입해야 할 압축기에 액체가 유입되면,
압축 불가능한 액체가 순간적으로 실린더 내부를 강타하여
밸브 손상, 실린더 파손, 압축기 고착 등의 중대한 고장을 유발합니다.
마치 물망치(Water Hammer)와 유사한 충격이
고속 회전하는 압축기 내부에서 발생한다고 이해하면 쉽습니다.
액봉현상 발생 원인 4가지
액봉현상이 발생하게 되는 원인은 다음과 같습니다.
1. 증발기 내에서 냉매의 불완전 기화
- 증발기의 열교환 부족
- 증발기 내부 유량 과잉
- 증발온도 과도하게 낮을 때
2. 리퀴드 리턴 (Liquid Return)
- 흡입관 내 액냉매가 그대로 압축기로 흘러들어옴
- 팽창밸브 제어 불량, 과냉각 과다
3. 운전 초기에 과도한 냉매 주입
- 시스템 냉매 과충전
- 액분리기 없음
4 .히트펌프 모드에서의 리버스 운전 실패
- 4방 밸브 작동 불량 시, 액체 냉매 역류 가능성 증가
액봉현상이 주는 문제점
액봉현상이 주는 문제점은 다음과 같습니다.
- 압축기 밸브 플레이트 손상
- 실린더 헤드 크랙 발생
- 모터 과부하 → 트립
- 윤활유 씻김 현상(Oil wash-out) → 마모 증가
- 장기적으로는 압축기 수명 단축, 전체 시스템 고장
액봉현상 방지대책 6가지
액봉현상 방지대책은 다음과 같습니다.
1. 액분리기(Liquid Separator) 설치
- 증발기에서 기화되지 않은 액냉매가 압축기로 가지 않도록
중간에 액분리기 설치하여 액체만 걸러냄
2. 팽창밸브의 정밀 제어
- 냉매 과공급 방지
- 전자식 팽창밸브(EXV) 사용 시 과냉각/과공급 실시간 제어
3. 흡입관 라인 배관 경사 조정 및 배관 설계 개선
- 액체가 드레인되지 않고 머무르지 않도록
배관 내부 응축현상 방지 설계 적용
4. 리퀴드 리턴 방지용 흡입 가열 장치 활용
- 흡입 측에 크랭크케이스 히터나
흡입관 프리히터를 사용해 액체 기화를 유도
5. 적정 냉매량 유지
- 냉매 충전 시 정격량 이상 주입 금지
- 시스템별 최소 필요 냉매량 확인 후 운전
6. 시운전 시 단계적 냉매 주입
- 냉동기 시운전 시 한 번에 전량 충전하지 않고
압축기 운전 안정 후 점진적으로 충전
결론
액봉현상(Liquid Slugging)은
냉동사이클에서 기화되지 않은 액냉매가 압축기 흡입측으로 유입되면서 내부를 물리적으로 충격하는 현상입니다.
액봉현상에 대해 표로 정리해보자면 다음과 같습니다.
| 항목 | 내용 |
| 정의 | 압축기 흡입측으로 액체 냉매가 유입되는 현상 |
| 원인 | 냉매 과공급, 증발기 과부하, 액분리기 없음 |
| 문제 | 실린더 손상, 밸브 파손, 윤활유 손실, 트립 |
| 방지 | 액분리기, 흡입 가열, 팽창밸브 제어, 냉매량 관리 |
액봉현상은 냉동설비 운전 시, 액봉 방지는 기계 수명을 좌우하는 핵심 제어 포인트입니다.
설계·시공·시운전 단계에서 반드시 체크리스트로 반영해야 합니다.
