기계실 팽창기체분리기란?, 원리부터 설치위치, 종류까지 완벽정리!

기계실 팽창기체분리기(Expansion Air Separator), 공기제거의 핵심 설비 완전정복

팽창기체분리기에 대하여 알아보자.

목차

• 1. 팽창기체분리기란?
• 2. 팽창기체분리기의 필요성
• 3. 기체분리 원리 및 작동 방식
• 4. 기체분리기의 종류 및 구조 비교
• 5. 설치 위치 및 기준
• 6. 설계 및 선정 시 고려사항
• 7. 점검 및 유지관리 항목
• 8. 결론 및 설계 시 유의사항

1. 팽창기체분리기란?

팽창기체분리기 이미지 예시

 

팽창기체분리기(Expansion Air Separator)는 냉난방 계통, 특히 폐쇄형 순환수 시스템 내에서 순환수 중 포함되어 있는 잔류공기(기포, 산소, 질소 등)를 효율적으로 제거하기 위한 장치입니다.

 

이 장치는 일반적으로 기계실의 보일러, 냉동기, 열교환기 등 주요 열원장비 주변의 순환 배관에 설치되며, 배관 내 기체 제거, 펌프 보호, 열교환 효율 증대, 배관 부식 방지, 소음 감소 등 다방면에서 시스템 안정성과 에너지 효율에 기여합니다.

2. 팽창기체분리기의 필요성

냉온수 순환계통에서는 필연적으로 소량의 공기가 유입됩니다. 이 공기가 제거되지 않으면 다음과 같은 심각한 문제가 발생할 수 있습니다.

 

① 펌프 공동현상(Cavitation)

• 펌프의 흡입단에서 압력이 낮아져 공기방울이 형성되고, 이 기포가 펌프 임펠러에 충돌하여 심각한 손상과 진동, 소음을 유발합니다.

 

② 열효율 저하

• 공기는 열전도율이 낮기 때문에, 배관 또는 열교환기 내 기포가 존재하면 열전달 저하 현상이 발생하며 에너지 낭비로 이어집니다.

③ 배관 내부 부식

• 공기 중 산소와 철이 반응해 산화철이 생성되며, 이는 슬러지, 부식물, 녹물 형성의 주된 원인이 됩니다.

 

④ 유량 불균형 및 유량 저하

• 배관 내 기포가 고여 유량 분포에 비대칭성을 유도하고, 열공급 불균형, 배관 막힘 등의 문제로 이어집니다.

 

따라서 기계실 내 팽창기체분리기는 단순 편의 장치가 아닌 계통 필수 보호장비입니다.

3. 기체분리 원리 및 작동 방식

 

팽창기체분리기의 핵심은 유속 저하 구간에서 기체의 부상 속성을 활용하는 것입니다.

 

• 유체가 기체분리기로 유입되면 내부 구조(스크린, 디퓨저, 와류판 등)에 의해 유속이 급격히 느려지고, 압력이 상승함.
• 이때 혼합된 기체가 분리되어 상단으로 부상하며, 상부에 설치된 자동에어벤트(air vent) 또는 수동밸브를 통해 배출됨.
• 일부 제품은 와류 유도판을 사용하여 원심력으로 기포를 외측으로 분리한 후 상단으로 유도하는 방식도 있음.

4. 기체분리기의 종류 및 구조 비교

① 스크린형 기체분리기

• 내부에 금속망 또는 확산판을 설치하여 유속을 감소시키고 기포 분리를 유도
• 구조가 단순하고 경제적이나, 스크린 오염 시 성능 저하

② 와류형 기체분리기

• 유체를 회전시켜 원심력을 이용해 기포를 분리
• 고성능 제품으로 중·대형 현장에 적합

 

③ 다기능 일체형(자동에어벤트 내장)

• 기포 분리 후 상단에 자동에어벤트 내장으로 자동 배출 가능
• 유지관리 간소화로 최근 현장에서 선호

 

④ 자석 내장형 (Magnetic Separator 겸용)

• 일부 제품은 철성 슬러지를 제거하기 위한 자석 내장형 설계
• 고온수계통 또는 철 배관 사용 시 유리

5. 설치 위치 및 기준

팽창기체분리기의 효과는 설치 위치에 따라 크게 좌우됩니다.

 

설치 위치

• 보일러 또는 냉동기 출구와 펌프 흡입구 사이
• 계통 내 가장 온도가 높고 압력이 낮은 지점이 공기 분리 효과가 큼
• 수직 상승배관의 최고점에 설치할 경우 자연 부상 기체 제거에 유리

 

설치 기준

• 유속 1.5~2.5m/s 이하 유지
• 직관구간(10D 이상) 확보 권장
• 상단에 자동에어벤트 또는 수동밸브 필수 부착
• 플랜지형 설치 권장 (유지보수 용이)

6. 설계 및 선정 시 고려사항

 

① 배관계통의 유량 및 압력

• 기체분리기의 용량은 설계 유량(m³/h)에 따라 선정
• 고온수 계통인지, 저온수 계통인지에 따라 재질 선택도 달라짐

 

② 배관 재질과 부식방지

• 철재 배관 사용 시 부식 슬러지 발생 대비 자석 내장형 기체분리기 고려
• 고온에 노출되는 구간은 STS(스테인리스 스틸) 재질 권장

 

③ 팽창탱크와의 연결 위치

• 동일 라인 또는 가까운 위치에 설치함으로써 공기 포집 효율 향상
• 팽창탱크는 정압 유지용, 기체분리기는 계통 순환수 기포 제거용

7. 점검 및 유지관리 항목

 

정기 점검 항목

• 자동에어벤트 작동 상태
• 기체분리기 본체 내부 이물질(슬러지, 녹물)
• 연결부 누수 여부
• 내부 필터나 확산판 상태 (필요시 교체)

유지관리 주기

• 냉난방 시스템 운전 전후, 정기 정비 기간마다 확인 필수
• 계통 수리 또는 기기 교체 후 반드시 공기 제거 여부 확인

8. 결론 및 설계 시 유의사항

팽창기체분리기는 단순한 보조장치가 아니라, 기계실 설비 시스템의 안정성 핵심 요소입니다.

 

에너지 절약, 장비 수명 연장, 배관 부식 방지, 유지관리 비용 절감이라는 다양한 효과를 제공하며, 설계·시공 단계에서 반드시 반영되어야 합니다.

 

설계 시에는 반드시 유속과 유량, 위치 선정, 공기배출 경로 확보 여부 등을 고려해야 하며, 유지관리 접근성도 충분히 확보되어야 합니다.

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