모세관은 내경이 일반적으로 0.5mm에서 2mm 사이로 매우 작기 때문에 시스템을 통과하는 냉매의 양을 조절합니다. 2023년 포넘 연구에 따르면, 고온·고압 상태의 냉매가 응축기에서 나와 이러한 미세한 관을 통과할 때 발생하는 마찰로 인해 압력이 약 85% 감소합니다. 압력이 갑자기 떨어지면서 냉매는 급격히 팽창하여 온도가 내려가고, 증발관 코일에 도달하기 직전에는 차가운 액체와 증기 혼합 상태가 됩니다. 이곳에서 대부분의 냉각이 실제로 이루어집니다.
모세관은 가정용 에어컨 장치의 약 89%에서 고정 오리피스 확장 장치로 사용되며, 다른 곳에서 볼 수 있는 복잡한 기계식 밸브를 대체합니다(2023년 ASHRAE 데이터 기준). 이러한 작은 튜브는 일반적으로 구리 또는 스테인리스강 재질로 제작됩니다. 이들은 증발기 부분으로 흐르는 냉매의 양을 조절하여 시스템이 실내 공기로부터 열을 흡수하는 효율을 향상시키는 데 도움을 줍니다. 이러한 부품이 널리 사용되는 이유는 무엇일까요? 간단한 설계와 신뢰성 있는 성능은 이를 대량 생산에 이상적으로 만듭니다. 특히 예산을 고려하는 소비자에게 경제적이면서도 신뢰할 수 있는 냉각 솔루션을 제공해야 하는 제조사들에게 국내 모세관 생산 시설에서는 이러한 요소가 특히 중요합니다.
유량 조절은 다음의 세 가지 주요 요인에 의해 결정됩니다:
최근 연구에 따르면 인버터 에어컨 시스템에서 안정적인 냉매 흐름을 통해 최적화된 모세관 튜브 설계가 SEER 등급을 12~15% 향상시킨 것으로 나타났음 HVAC 시스템 설계 개선 .
부식에 견디는 금속은 반복적인 온도 변화와 시간이 지남에 따라 혹독한 화학물질을 견뎌야 하는 환경에서 중요한 역할을 합니다. 대부분의 에어컨 유닛은 여전히 내부 부품에 구리를 의존하고 있으며, 최근 HVAC 산업의 2023년 자료에 따르면 구리는 열 전도성이 뛰어나고 제조 과정에서 성형이 용이하기 때문에 약 4분의 3의 에어컨 시스템에서 사용되고 있습니다. 암모니아를 다루는 냉각 시스템의 경우, 스테인리스강이 부식 효과에 더 잘 견디기 때문에 주로 사용되는 소재가 됩니다. 브라스 합금은 다른 소재가 효과적으로 작동하지 못할 수 있는 저압 상황에서 특정한 역할을 수행하지만, 이러한 적용 분야는 산업 내에서 상당히 특수화되어 있습니다.
냉간 인발 공정을 통해 0.5%의 치수 공차를 달성하여 무산소 구리 튜브를 제작합니다. 인발 과정 중 X선 측정 장치가 튜브 벽 두께를 실시간으로 모니터링하여 ±0.01mm 이내의 균일성을 유지합니다. 이는 정밀한 에어컨 시스템에서 냉매 계량의 정확도를 보장하는 데 필수적입니다.
산소 함량이 0.04% 이하인 전해 tough pitch(ETP) 구리를 사용하면 브레이징 과정에서 수소 취성 현상을 방지할 수 있습니다. 어닐링 처리 후, 튜브는 ductility와 압력 저항성의 균형을 맞추기 위해 Rockwell B 척도 기준 65 HRB에 도달하도록 설계됩니다. 출하 전 모든 튜브는 ASME B36.19M 지름 공차 규정에 부합하는지 자동 광학 검사 시스템을 통해 점검됩니다.
AC 모세관 공장에서는 다단 냉간 압연 공법을 사용하여 최소 0.5mm의 직경을 ±0.01mm 정확도로 제작합니다. 텅스텐 카바이드 다이를 사용하여 6~12단계에 걸쳐 구리 원재료를 감소시켜 일관된 벽 두께를 보장합니다. 고속 생산 라인(분당 25m 이상)에서 실시간 레이저 측정 시스템이 치수 안정성을 유지합니다.
다이 기하 구조 최적화(12°~16° 접근 각도) 및 옥살산 비누 윤활제는 석유 기반 윤활제 대비 38% 낮은 압연 마찰 계수를 제공합니다(TheZebra.org 2021). 점진적 다이 배열은 각 단계당 압연 비율을 1.15~1.35로 유지하여 재료 결함 없이 최대 75%까지 단면적 감소가 가능합니다.
드로잉 공정 사이에서 구리 튜브는 질소 분위기로 제어된 가마에서 450~550°C의 온도에서 벌크 어닐링 처리를 받습니다. 이 과정을 통해 연성을 회복(신율 ≥35%)시키고 90분 이내에 완전한 재결정화가 이루어지도록 합니다. 금속조직 분석을 통해 추가 가공 이전에 미세조직의 신뢰성을 확인합니다.
CNC 퍼징 커터는 튜브를 최대 30m/분의 속도에서 ±2mm의 정밀도로 1.5~6m 길이로 절단합니다. 서보 구동 권선 시스템은 150~300kg 무게의 스풀을 제작하며, 권선 직경 일관성을 0.5mm 이내로 유지합니다. 폴리머 인터리빙층은 취급 및 운송 중 표면 손상을 방지합니다.
표면 품질은 냉매 흐름과 시스템 신뢰성에 직접적인 영향을 미칩니다. 매끄러운 내부 마감(이하 0.8 µm Ra )은 난류 현상을 최소화하고 미세한 입자가 축적되어 마이크로 차단 현상이 발생하는 것을 방지합니다. 벽 두께의 5% 이상인 표면 결함은 냉각 용량을 12~18% 낮출 수 있습니다(HVAC Tech Journal, 2023). 이는 엄격한 제조 관리의 필요성을 강조합니다.
튜브 성형 후 산세척 공정에서 질산을 사용하여 산화층을 제거하고, 탈이온수 세척 3단계를 거쳐 잔류 화학물질을 제거합니다. 고속 공기 노즐을 이용해 튜브를 65–80°C 에서 건조함으로써 습기 함량을 50 PPM —내부 부식 방지를 위한 핵심 단계입니다.
최종 포장은 ISO Class 5 등급의 청정실에서 이루어지며, 튜브는 질소로 충전된 용기에 밀봉되어 산화를 방지합니다. 자동 핸들링 시스템은 인적 접촉을 최소화하고, 레이저 입자 측정기를 사용해 MIL-STD-1246E 기준에 따라 청정도를 확인합니다. 최고 수준의 시설에서는 0.5 µm 이상의 입자에 대해 10 입자/cm² 이하로 오염 수준을 유지합니다.
각 튜브는 구조적 완전성을 확인하기 위해 작동 압력의 2.5배(일반적으로 500~800psi)에서 10~15분간 테스트합니다. 이 수압 시험은 ASHRAE 2024 가이드라인에 따라 최소 0.003mm 크기의 미세 누설을 탐지하며 실제 냉매 압력 조건에서의 신뢰성을 보장합니다.
레이저 마이크로미터와 초음파 측정기를 사용하여 외경을 ±0.01mm 이내, 벽 두께를 ±5% 이내로 확인합니다. 이러한 측정은 유량 특성의 일관성을 보장하기 위해 실시간으로 모니터링되며, 기준에 부합하지 않는 제품은 자동으로 제거되어 ASTM B280 규정을 준수합니다.
가속 수명 테스트는 50,000회의 압력 사이클(50–300psi)과 -40°C에서 120°C까지의 열충격을 통해 15년간의 사용을 시뮬레이션합니다. 보증 범위에 포함되기 위해 테스트 후 튜브는 초기 파열 강도의 최소 95%(≥1,200psi)를 유지해야 합니다.
모든 튜브에는 레이저로 새겨진 코드가 표기되어 있어 원자재, 공정 파라미터 및 검사 기록까지 완전한 추적성을 제공하며 10년간의 감사 요건을 충족할 수 있습니다.
요즘 인버터 구동 열 펌프에 모세관을 점점 더 많이 사용하고 있습니다. 특히 제조사들이 기존의 스플릿 시스템이 요구하는 조건 이상으로 가변 압력 환경에서도 신뢰성 있게 작동할 수 있는 부품을 필요로 하기 때문입니다. R-290 냉매와 같은 친환경 대체 물질로의 전환은 많은 공장 소유자들이 운영 방식을 재검토하도록 만들었습니다. 에어컨 모세관을 제조하는 업체 중 약 42%는 작년 초 이후 생산 공정을 개선했습니다. 이러한 개선 작업은 이 분야에서 계속 진화하고 있는 새로운 안전 규정을 따라가는 동시에 수소취화(hydrogen embrittlement)로 인한 문제를 방지하는 데 중점을 두고 있습니다.
모세관은 주로 고정 개방형 확장 장치로 기능하며, 증발기 부분으로 냉매의 흐름을 조절하여 실내 공기에서 열 흡수를 향상시킵니다.
구리는 우수한 열전도성과 성형 용이성으로 인해 고품질 에어컨 부품에 적합하게 사용됩니다.
압력 강하는 유동 저항과 압력 차이에 영향을 미치는 관의 형상, 길이 및 냉매 특성에 의해 제어됩니다.
ASTM B280 표준은 99.9% 순도의 구리를 규정하여 현대 냉매와의 호환성을 보장하며 인장 강도 및 산화물 오염 한계치와 같은 주요 특성을 정의합니다.
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