에어컨 장치의 고장별 유형과 현장사례 [2]
위에서 여름철 자동차의 필수품인 에어컨에 대한 기본적인 점검과 고장 진단 및 현장 정비 사례에 대해 설명하였다. 이번에는 에어컨 트러블에 대해 유형별로 좀 더 자세히 알아보기로 하고 우선, 냉매 회로의 고장 진단 방법과 트러블 사례부터 먼저 설명한다.
한상욱 [한국정비공학회]
냉매회로와 압력과의 관계
냉매 회로에 있어 저압 측의 압력은 컴프레서(압축기)의 회전수와 냉매의 유량과 밀접한 관계가 있다. 즉, 컴프레서(압축기)의 회전수가 높아짐에 따라서 컴프레서(압축기)로 유입되는 냉매량은 많아지게 된다.
<그림 1> 냉매와 압력과의 관계
<그림 1>에서 저압은 냉매의 유량에 따라 결정된다는 것을 알 수 있다. 컴프레서(압축기)의 회전수가 일정하고 저압 측의 압력이 낮을 경우에 냉매 가스가 부족하거나 시스템의 저항으로 인한 압력 저하 가능성을 예상할 수 있다.
이와 반대로 저압이 높을 경우에는 컴프레서의 노화, 또는 냉매의 양이 많은 경우이다. 저압 측과 달리 고압측 압력은 콘덴서(응축기)의 능력과 냉매의 주입량과 밀접한 관계가 있다. 콘덴서의 능력이 크면 냉매는 신속하게 액화되어 고압 측의 압력이 내려가게 된다. 즉, 기체 상태보다 액체의 비체적이 작아지므로 압력이 떨어지게 된다. 따라서 고압측의 압력이 높을 경우에는 콘덴서의 오염에 의한 능력 저하는 물론 냉매의 과충전, 또는 컴프레서와 리시버 드라이어 사이에 회로 막힘의가능성을 생각할 수 있다.
반대로 고압측 압력이 낮은 경우에는 냉매 가스의 부족과 컴프레서의 능력 부족, 리시버 드라이에서 컴프레서까지의 회로 막힘의 원인을 생각하여야 한다. 이와 같은 사항을 염두에 두고 실제 고장별 사례를 알아보자.
[사례 1] 에어컨 가스가 미세하게 새는 경우
에어컨 가스를 완충한 뒤 7일에서 10일 가량 지나면 에어컨 냉매의 양이 줄어들고 미지근한 바람이 나오는 경우
일반적으로 가스가 미세하게 새는 경우, 현장에서는 몇 가지 점검을 통하여 확인하게 되는데 그 방법에 대하여 먼저 자세하게 소개하기로 한다.
첫째, 비눗물을 이용하여 새는 곳을 확인하는 방법이다. 가장 손쉬운 방법이지만 미세하게 새는 곳을 측정하기는 곤란하다.
둘째, 에어컨 시스템 내에 형광 물질을 주입하여 자외선 램프를 이용하여 새는 곳을 찾아내는 방법이다. 저압 측에 형광 물질이 들어간 용액을 5cc 정도 주입한 뒤 자외선 램프를 비춰보게 되는데 육안으로 식별이 어려운 곳에서의 점검이 용이하지 않다.
마지막으로 부탄가스를 에어컨 시스템에 주입하고 배기가스 측정기를 이용하여 HC(탄화수소) 값을 검출하는 방법이다. 이 방법은 현장에서 적절하게 활용되고 있는 방법이므로 보다 자세하게 소개한다.
<그림 2> 에어컨 라인에 부탄가스를 주입하는 그림
우선, 매니폴더 게이지의 고압 라인을 개방하고 부탄가스를 고압 라인에 주입한다. 게이지를 잠근 후 에어컨 시스템의 연결 부분에 배출가스 측정장비의 측정봉을 접근시켜서 HC 값의 변화를 측정한다.
[주의] 배출가스 장비가 HC에 반응하기 위해서는 약간의 시간이 경과돼야 하므로 배기가스 측정기의 HC 값이 점차적으로 상승되는가를 확인 후에 다른 곳으로 이동한다. (신냉매 차량의 경우는 자연적으로 미량의 가스가 새는 경우가 있으며 이는 냉매의 특성상 어쩔 수 없다. 냉매 주입 후 2년 이상 경과되어 가스가 많이 모자라는 경우에는 특정 부분의 문제로 인하여 냉매가 샌다기보다는 정상이라고 인정해도 무방하다. 여기서는 가스 완충후 몇 일만에 가스가 새는 현상을 예로 든다.
자동차는 어느 정도 시간이 경과되면서 에어컨 시스템의 연결부분 사이에 있는 씰링의 노화로 인해 차량이 운행을 하면서 차체에 전해지는 충격 등으로 냉매 가스가 외부로 방출되는 증상이 일어난다. 일반적으로 미량으로 가스가 새는 것을 점검하는 방법으로 위에서 설명한 바와 같이 부탄가스를 이용해 에어컨 시스템 내의 각각의 연결 부위에 배출가스 측정장비의 측정 봉을 이동하면서 그 연결 부위를 아래위로 흔들면서 가스 측정기의 HC의 변화를 확인한다. 이와 같이 점검하는 이유는 구 냉매와는 다르게 새는 곳이 육안으로 식별이 되지 않는 것이 일반적이기 때문이다. 따라서 배출가스 측정기를 이용하여 점검하면 쉽게 문제 부분을 찾아낼 수 있다.
[사례 2] 에어컨의 회로가 막히는 경우
1. 에어컨의 회로막힘(리시버 드라이어에서 컴프레서 사이에서의 막힘)
이와 같은 경우 매니폴더 게이지로 측정해 봤을 때 규정 압력보다 고압과 저압이 낮으면 냉매가 부족한 것이 원인이다. 회로가 막히면 일반적으로 고압 측 압력이 높아질 것으로 생각할 수 있지만 리시버 드라이어 후의 회로가 막힐 경우에는 리시버 드라이어 내에 액체 냉매가 저장되므로 고압 측의 압력은 낮아지게 된다.
또한, 익스탠션 밸브(팽창밸브)가 이물질에 의하여 막히는 경우 또는 에어컨 작동 중에 에바포레이터(증발기)에 아이싱(얼어버리는 현상)이 없는데도 바람이 차갑지 않을 경우에는 에어컨 시스템 내에 수분이 팽창밸브의 출구쪽에 결빙되어 일어날 가능성이 있다.
물론 이러한 증상을 보일 때는 리시버 드라이어를 교환하고 충분하게 진공을 한 후에 냉매를 충전해야 한다.
2. 에어컨 고압 회로의 막힘(컴프레서에서 리시버 드라이어간의 막힘)
이와같은 경우 매니폴더 게이지를 보았을 때 고압이 규정치보다 높다. 또한 저압이 규정치보다 낮을 때 컴프레서의 ON, OFF 변환이 빠르다. 이런 경우 리시버 드라이어 전의 고압 라인 측 회로가 막히면 회로 내의 냉매를 콘덴서 등 고압측의 회로에서만 흡수할 수밖에 없다. 때문에 고압측의 압력은 높게 나타나게 되며 막힌 부분 이후 라인은 압력이 감소하게 되므로 온도가 낮게 떨어지게 된다. 회로가 완전히 막혔을 경우에는 막힌 위치에 따라서 압력 상승의 형태가 다르게 나타나게 된다.
[사례 3] 고압이 높고 저압도 약간 높은 경우
고압측의 압력이 높은데도 불구하고 리시버 드라이어를 만져 보았을 때 온도가 40~50 정도로 느껴진다면 냉매가 과 충전된 경우로 볼 수 있다. 냉매가 적정량일 때는 리시버 드라이어의 온도는 압력에 상당하는 온도를 표시하게 된다. 예를 들어 고압측의 압력이 25kg/㎠이고 일반적으로 과냉도가 5 라 한다면 약 80 정도의 온도가 되므로 뜨거운 느낌이 있어야 한다.
리시버 드라이어의 온도가 보통보다 높다면 콘덴서의 방열능력 부족을 들을 수 있다. 따라서 콘덴서의 표면의 이물질 또는 오염 여부와 냉각팬의 작동 상태를 확인해 보아야 한다. 만약 콘덴서 계통이 이상이 없는데도 고압이 높으면 공기가 유입되어 있을 가능성도 있으므로 냉매를 회수하고 충분히 진공을 시킨 후에 재충전하여 점검해 보아야 한다.
[사례 4] 팽창 밸브의 과다 열림 증상으로 고압이 약간 낮고 저압이 높은 경우
냉매를 규정 값으로 주입하여도 저압이 높은 경우가 있는데 이때 컴프레서의 몸통 앞부분을 만졌을 때 흡입 부분이 일반적인 경우보다 차갑게 느껴진다면 냉매가 액체 상태로 컴프레서에 유입된다고 볼 수 있다.
이런 원인은 여러 가지가 있을 수 있으나 대개는 냉매의 유량이 과다하여 증발기(에바포레이터)에서 증발이 완료되지 못하고 냉매가 컴프레서까지 액체 상태로 유입되는 경우로 몸통의 앞부분이 일반적인 경우보다 차갑게 되는 것이다.
이때는 팽창 밸브에 감온 통이 저압 파이프에 확실하게 고정되어 있는지 확인해 보아야한다. 감온 통의 접촉이 불량하면 감온 통의 온도가 올라가서 팽창밸브의 개도가 넓어지게 되므로 냉매 유량이 과다하게 된다. 감온 통이 확실하게 고정되어 있는데도 이런 현상이 있을 경우에는 팽창밸브의 조정이 불량일 수 있다.
[사례 5] 고압측의 압력이 낮고 저압측의 압력이 높은 경우
컴프레서가 이상 고온이면 오일이 타는 듯한 악취가 나는 경우가 있으며 이런 경우 컴프레서의 토출(밀어내는 쪽) 불량일 가능성이 크다. 컴프레서의 가스킷이나 밸브, 피스톤링의 파손으로 인하여 토출이 불량하다면 한번 압축된 가스가 다시 흡입되어 컴프레서의 온도가 이상 상승하게 되며 컴프레서의 토출량이 감소하기 때문에 고압측 압력은 낮아지고 흡입량이 감소하므로 저압측 압력은 높아지게 된다.
[사례 6] 에바포레이터(증발기)의 빙결
냉각불량 사례로서 아이싱도 간과해서는 안된다. 아이싱은 에바포레이터에서 제습된 수분이 빙결되어 에바포레이터의 냉각핀을 막아 열교환을 저하시키는 현상을 발생시키고 저압측의 압력이 극단적으로 저하되는 요인이 되기도 한다.
에어컨의 고장진단
1. 컴프레서에 관련된 고장 진단
● 컴프레서가 작동하지 않는다.
서미스터(Thermistor)의 기능 : 서미스터는 에바포레이트 코어의 온도를 감지하여 에바포레이트의 결빙을 방지한다. 컴프레서 센서 칩 내부는 부(-)특성 서미스터가 장착되어있어 온도가 낮아지면 저항값은 높아지고 온도가 높아지면 저항값은 낮아지게 된다.
<그림 1> 서미스터 외부회로도
<그림 2> 서미스터 내부회로도
● A/C 작동시 컴프레서가 계속 ON/OFF한다.
● 컴프레서가 장시간동안 OFF 되지 않는다
Dual S/W
듀얼 스위치는 고압측의 리시버 드라이버에 장착되며 두개의 압력 설정치(고압 및 저압)를 갖고 한개의 S/w로 두가지 기능을 수행한다.
① 고압측 저압 (2.0kg/㎠ 28.5psi) 에어컨 시스템에 냉매가 없거나 외기 온도가 0 이하인 경우 S/W를 OFF 시켜 컴프레서로 가는 전원을 차단하여 컴프레서를 보호한다.
② 고압 컷-아웃(Cut-Out : 32kg/㎠)고압측 냉매 압력을 감지하여 규정 이상으로 올라가면 S/W를 OFF시켜 전원 공급을 차단하여 A/C 시스템의 이상으로부터 보호한다.
③ 듀얼 스위치 점검고압측에서 압력을 측정하여 듀얼 스위치가 그림과 같이 ON 상태일 경우 압력 스위치 터미널 사이가 통전된다면 정상이고 통전이 되지않은 경우 스위치를 교환한다
고압 안전밸브 : 고압 안전밸브는 A/C 시스템의 내부막힘, 냉매의 과 충전으로 인한 냉매의 과다, 컨덴서 팬의 작동 불량 등으로 인해 시스템의 내압이 상승하여 A/C 시스템이 손상되는 것을 막고 컴프레서 내부에 이상 고압이 발생하였을 때 고압 안전 밸브를 통하여 냉매와 오일을 방출시켜 A/C 시스템을 안정화 시켜주는 역할을 하는 장치이다. 고압 안전 밸브가 작동한 경우에는 내부 고압 발생 원인을 수리한 후 시스템에 냉매를 재충전하고 반드시 오일 부족분(약 500cc)를 추가로 보충해 주어야만 오일 부족에 의한 컴프레서 소착을 예방할 수 있다.
컴프레셔의 점검방법
● 컴프레서가 작동 중 갑자기 OFF 된 후 다시 작동하지 않는다
● 컴프레서가 작동되지 않으면서 A/C 스위치가 점멸된다 (뉴 그랜저의 경우)
다음에는 블로워 모터에 관련된 고장 진단에 대한 내용부터 다루기로 한다.