폐루프 방식의 냉각 시스템 선택 요령

폐루프 냉각수 시스템의 설계와 성능은 다양한 인자에 의해 영향을 받는다

기존의 냉각탑을 사용하는 냉각방식에 비해 폐루프 공정수 냉각 시스템의 장점이 널리 알려지게 됨에 따라서 점차 더 많은 플라스틱 성형업체들이 이 방식을 선택하고 있다. 그러나 냉각 시스템은 제각기 차이가 있으므로 폐루프 방식의 규격을 결정하는데 필요한 기준을 잘 이해하고 효율과 절감 비용, 지속가능성의 향상 등 그 이점을 최대한 달성할 수 있도록 관련 사항을 검토하는 것이 필요하다.

기본 검토 사항
그 이름이 의미하는 것과 같이 폐루프 냉각 시스템에서는 공정의 냉각수가 외기에 노출되지 않으므로 개방된 냉각탑과 달리 오염이나 증발할 염려가 없다. 이 시스템에서는 냉각수가 증발하지 않고 연속적으로 순환-재사용된다. 그러므로 물을 크게 절약할 수 있으며 급수와 관련된 비용도 절약할 수 있게 된다.

또한 폐루프 시스템은 냉각탑 방식과 달리 레지오넬라균 등 공기로 전파되는 병균에 감염될 염려가 없으며 또한 수처리용 화학약품 비용과 정비비용이 대폭 절약된다.

모든 폐루프 냉각 시스템은 공정을 순환하는 냉각수를 외기와 물의 미세한 입자를 이용하여 냉각시키는 방식을 취하고 있다. 그러나 세부적으로는 시스템마다 차이가 있다. 물 입자를 외부로부터 폐쇄된 열교환기에 안개처럼 분사하는 방식도 있고 외부에 개방된 형태의 열교환기에 분사하는 방식도 있다. 또한 흡입되는 외기가 열교환기에 도달하기 전에 미리 냉각시켜주는 별도의 단열실을 사용하기도 한다. 모든 방식에 공통적인 장치로는 다양한 종류의 공정 펌프, 매니폴드, 냉각수 저장용기 및 여과장치 등이 있다.

대부분의 플라스틱 성형업체에서는 폐루프 냉각 시스템의 수온을 32~35℃ 사이로 제어하고 있다. 보통 새로운 공장을 건설하거나 기존 시설을 개수할 때 폐루프 냉각 시스템을 설치하는 경우가 많다.

플라스틱 가공장치를 냉각시키기 위해 주로 냉각수를 사용하고 있는 공장이라면 폐루프 방식의 냉각 시스템을 채택하는 것이 이상적인 선택이 될 수 있겠지만, 특히 급수사정이 좋지 않거나 앞으로 급수 비용이 크게 상승할 가능성이 있는 지역이라면 예상되는 물 부족 현상과 그에 따른 문제에 대비하여 폐루프 시스템을 채택하는 것이 좋다.

사전계획의 중요성
폐루프 냉각수 시스템의 설계와 성능은 다양한 인자에 의해 영향을 받는다. 시스템 계획 초기 단계에서 모든 관련 인자를 충분히 검토함으로써 좋은 결과를 얻을 수 있게 되는 것이다.

검토 항목에서 가장 중요한 것은 시스템의 규모다. 계획 과정은 요구되는 냉각 부하 및 유지할 필요가 있는 공정 온도를 잘 분석하여 결정부터 시작되어야 한다. 냉각 시스템의 용량을 결정하는 대략적인 기준은 요구되는 냉각 부하에서 20~30% 더 크게 책정해야 한다는 것이다. 만일 계획 용량이 부족하거나 앞으로 부족하게 된다면 성형 설비가 과열되어 큰 문제를 일으킬 염려가 있기 때문이다.

계획 용량을 산출할 때에 주의할 점은 깨끗한 공정수와 처리하지 않은 물 사이에는 차이가 있다는 것이다. 열교환기와 같은 시스템 장치 표면에 비록 얇더라도 스케일이 막을 형성할 경우 시스템의 냉각성능은 크게 저하된다.

또 다른 고려 사항은 공장의 지리적 위치로서, 이것은 시스템의 냉각성능이 주위 환경에 따라서 크게 달라질 수 있기 때문이다. 예를 들어 기온이 낮고 건조한 북쪽 지방에 있는 공장은 덥고 습기가 많으며, 더운 날씨가 오래 계속되는 남쪽 지방에 있는 공장보다 더 작은 냉각용량으로 충분할 것이다.

또한 시스템 계획 단계에서 미래의 변화 가능성을 최대한 고려할 필요가 있다. 가까운 시일 내에 공장을 확장할 계획이 있든지 또는 장기 계획이 있다면 냉각 시스템을 앞으로 확장할 수 있도록 설계할 필요가 있는 것이다.

마지막으로 시스템의 설치 면적을 기존 성형 설비와 관련하여 검토해야 한다. 예를 들어 필요에 따라서 냉각 시스템을 성형 시설의 옥상이나 옆쪽에 설치할 수도 있다. 아울러 소음에 대한 대책과 배전설비의 용량도 검토해야 한다.

설비의 고려 사항
폐루프 냉각 시스템이 널리 보급됨에 따라서 다양한 종류의 시스템이 개발되었다. 장치를 선택할 때 고려해야 할 가장 중요한 사항은 보조장치가 모듈형 구조라야 한다는 것이다. 거의 모든 장비는 장래 확장할 수 있지만 모듈형 장치는 확장이 쉽고 간단하기 때문이다.

특히 일부 시스템은 매니폴드, 냉각수 저장장치, 배관 등을 연결해야 하기 때문에 시설을 확장할 때 시간과 비용이 소요되지만 이런 보조 장치들을 내부에 포함하고 있는 모듈형 시스템은 간단하게 설치할 수 있다. 뿐만 아니라 모듈형 구조의 패키지는 확장공사를 시행할 때 시스템 내의 물을 모두 배수시키지 않아도 된다. 결과적으로 냉각 시스템을 개수하거나 확장할 때 공장 가동을 중단해야 하는 시간이 크게 단축되고 공사를 쉽고 빠르게 추진할 수 있으므로 비용이 절약되는 효과가 있다.

▶ 특수한 환경 하에서의 냉각 : 주위 기온이 높아서 냉각수 온도를 32~35℃로 낮추기 어렵거나, 성형 설비에서 30℃ 정도의 냉각수 온도를 필요로 할 때에는 시스템의 운전이 달라진다.

일부 시스템에서는 별도로 물을 열교환기에 분사하여 온도를 더 낮추지만 이런 방식은 열교환기에서 피팅 부식이 발생할 수 있으므로 주의할 필요가 있다. 일시적으로 열교환기 표면에 물을 흘려주고 남는 물을 배수시키는 방식을 사용하면 피팅 부식 염려를 낮출 수 있다.

▶ 사용하는 재료 : 시스템 구축에 사용하는 재료와 부품은 공급업체에 따라서 달라진다. 예를 들어 중앙 냉각장치의 외부 하우징을 스테인리스 강으로 제작하면 보통 아연도금 강판보다 훨씬 더 수명이 오래가고 정비비용이 절약된다. 이와 비슷하게, 열교환기도 열악한 환경에 노출되는 경우 저항력이 강한 아크릴 계통의 코팅이 필요할 수도 있다. 이런 코팅은 열교환기 제작사에 따라서 표준인 경우도 있고 옵션이 경우도 있다. 해당 장치의 사용 조건에 따라서 적절한 보호용 옵션을 선택하면 장기적으로 비용을 절감할 수 있게 된다.

▶ 프로그램 가능한 제어장치 : 마이크로프로세서를 사용하는 제어장치는 모든 기능을 제어하는 것이므로 직관적으로 이해하기 쉬워야 한다. 사용하기 쉬운 제어장치는 시스템의 성능을 최적화하고 정기 정비계획을 적절하게 수립할 수 있도록 해준다. 또한 높은 수준의 지원이 필요할 경우, 원격 모니터링 서비스를 제공하는 공급업체를 선택하는 것도 좋은 방법이다.

▶ 좁은 공간의 활용 : 냉각장치를 설치할 공간이 부족한 경우가 있다. 이런 경우 가장 주의할 사항은 공기의 흐름이 제한을 받지 않도록 배려하는 것이다. 설치 공간을 절약할 수 있도록 여러 방안을 강구할 수 있다. 예를 들어 여러 대의 중앙집중식 냉각장치를 서로 가깝게 설치할 수 있도록 해주는 루프 패널, 좁은 장소일 경우 높은 위치에 설치하여 주변 공기의 흐름을 보다 원활하게 하거나, 나란히 설치하는 방법 등 가장 적절한 배치 방안을 검토하는 것이 좋다.

신설 또는 기존 공장에 폐루프 냉각 시스템을 선정할 때에는 시스템의 중요성과 이용할 수 있는 다양한 기술 등을 종합적으로 검토하여 계획을 수립해야 한다. 이를 위해서는 냉각 시스템에 대한 전문성을 확보하고 있으며 플라스틱 수지의 성형 공정과 그 목표에 대한 지식을 가지고 있는 공급업체를 선정하는 것이 좋을 것이다.

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