흡수식 시스템, 냉동(냉수) 시스템 요소기술

o 증기압축 사이클과 흡수식 사이클은 냉매를 저압부에서 고압부로 이송하는 방법에 있어 그 차이점을 두고 있다. 증기압축 사이클은 증발기에서 발생한 증기를 압축기를 사용하 여 고압의 증기로 변환하는 것으로 압축기 구동을 위하여 일이 필요하므로 “일구동 사 이클(work operated cycle)”이라고 불린다. 일반적으로 CFC, HCFC, HFC 계의 냉매를 사 용한다.

 

o 이에 반해 흡수식 사이클은 흡수기와 발생기에서 냉매 증기가 흡수-재생- 증발하는 과정 을 이용하여 냉매를 이송하며 발생기에서 냉매 증기 발생을 위해 열 에너지를 이용하기 에 “열구동 사이클(heat operated cycle)”이라 불린다. 물(H2O), 암모니아(NH3), 리튬브로 마이드(LiBr) 냉매를 사용한다. 아래 표는 흡수식과 압축식 방식을 비교 정리한 내용이다.

 

 

 

 

1. 흡수식시스템의 원리

 

o 증발기내에서 냉매가 증발하면서 주위의 열을 빼앗아 냉방하고, 응축기에서 냉매가 응축 되면서 주위로 열을 방출하는 면에선 증기압축식 냉동기와 유사함.

 

o 증기압축식은 압축기에 의해 증발기의 기상냉매를 흡입-압축하나, 흡수식에선 흡수기에 서 흡수제(용매)에 의해 냉매가스를 흡입-용해함.

 

o 냉매가스가 흡수제에 용해되는 비율이 온도/압력에 따라 다름을 이용함. 즉 압축기로 냉 매를 순환시키는 것이 아니라 흡수기에서 냉매증기를 용해-흡수하여, 재생기(발생기)에서 가열하여 냉매를 분리 처리함. 

 

 

 

 

 

o 증발기에서 물은 증발되면서 열을 흡수하여 주위를 냉방함. 물이 격렬하게 증발되는 상 태를 비등(끓다)이라고 한다. 물은 일반적으로 100도에서 끓지만 외부압력이 낮으면(높은 산) 80도에 끓는다. 흡수식냉동기는 특히 증발기 내에서 대기압보다 훨씬 낮은 저압의 진공상태를 유지하여 물이 이 상태에서는 6℃도면 상변화, 즉 증발하게 된다.

 

o 암모니아를 냉매로 하는 것에서는 재생기, Analyzer, 정류기, 응축기, 증발기, 흡수기 등 으로 구성된다. Analyzer, 정류기는 물을 흡수제로 사용시 사용압력에서 재생기에서 물의 증발이 이루어지므로 응축기로 유입되는 암모니아와의 분류를 위하여 요구됨.

 

o 냉매로 물을 사용하는 흡수식 단효용에서는 열교환기, 재생기(발생기), 응축기, 증발기, 흡수기 및 추기장치 등으로 구성되고, 대용량의 것은 이중형(재생기와 응축기의 드럼과 증발기와 흡수기의 드럼의 2개로 구성)으로, 소용량의 것은 단독형(재생기, 응축기, 증발 기, 흡수기 드럼의 1개로 구성)의 것을 이용하며, 압축은 기계적방법이 아닌 열원공급에 의한 온도차를 이용한다. 흡수식냉동기는 압축기의 역할을 하는 흡수기, 재생기로 구성 되어 있다.

 

o 흡수식냉동기 내부에서 냉매(증류수)가 12도의 냉수에 적하되어 증발되면서 열을 흡수하 므로 7도의 냉수로 만들어 진다. 증발기에서 분무된 물은 주위의 열을 흡수하여 냉매가 증발되어 수증기가 되므로 증발기 내부의 압력이 상승하므로 진공 정도가 낮아진다.

 

o 진공도를 상시 7도 포화온도 이하가 유지되도록 7도 포화온도에 대한 포화압력 이하를 유지하여야 한다. 따라서 증발기 내 상승된 냉매증기를 흡수하여 증발기 냉매 증기의 포 화압력을 낮출 수 있도록 하는 고안된 장치가 흡수기이다. 흡수기내의 흡수제가 바로 리 튬브롬용액이다. 리튬브롬은 구성 원소에서와 같이 소금과 비슷한 물질로 냉매증기를 흡 수한 희석된 리튬브롬용액은 재생기에서 다시 가열되어 농축된 리튬브롬과 증기(냉매)로 된다. 농축리튬브롬은 다시 흡수기쪽에 가서 증발된 냉매를 흡수하고 이 증기는 응축기에서 냉각수에 의해 액체상태 냉매로 변화되어 냉수동관에 적하되어 냉방을 한다. 때문 에 흡수식냉동기는 열원을 동력으로 하며, 리튬브롬용액을 가열할 수 만 있다면 이론상 어떤 열원도 가능하다. 자주 쓰는 열원은 가스연소열, 중온수, 증기 등이다. 

 

o 흡수식냉동기는 이렇게 한 쪽으로 열을 넣고 한 쪽으로는 열을 빼서 냉방을 하는 좀 이 상한 냉방방식이다.

 

 

 

 

 

2. 흡수식시스템의 장단점

o 흡수식 냉동기는 가동 부분이 작은 펌프로만 이루어지므로 소음과 진동이 작다.

 

o 형상 치수나 중량이 비교적 크다. Ÿ 열원으로 증기, 고온수가 구동 에너지 이므로 열원 설비가 여유 있고, 수전 설비(전력량 이 적다)를 감소시킬 수 있어 한전수요관리측면에서 유리한 냉방설비이다.

 

o 고압 증기로 증기 터빈을 구동하여 원심식 냉동기를 운전하고 터빈의 배기를 흡수식 냉 동기에 사용하는 조합방식이 대용량의 공기조화설비에 사용되고 있다.

 

o 용액과 공급증기제어로 용량 제어가 가능하며 증기를 상시 사용하는 건축물에 적합하다.

 

o 부하가 변동하여도 안정되며 진공으로 운전되어 고압가스취급법의 적용을 받지 않는다.

 

o 흡수식 냉동기는 냉매로서 물을, 흡수액으로서 리듐브롬 수용액을 사용하는 일이 많다.

 

 

 

 

 

3. 흡수식시스템의 사이클

 

o 증발기의 압력을 포화압력 7mmHg(0.01bar) 정도로 낮추면 리튬브로마이드(수용액)+물 (냉매)에서 냉매인 물이 증발하면서 포화온도 약 6도 저온을 유지하고, 그대로 두면 증 발기는 수증기로 꽉차서 더 이상 증발하지 않는 포화상태(포화증기)가 될 것임

 

o 증발한 포화수증기를 흡수기에서 리튬브로마이드 수용액에 용해되도록 하면 증발기에서 냉각작용을 지속적으로 가능하다.

 

o 흡수기에서는 수분(냉매)의 용해로 용액이 점차 묽어지므로, 이 리튬브로마이드 수용액 을 발생기(재생기)에서 재생 시키면 가능하다.

 

o 이러한 일련의 과정을 폐회로로 구성하여 연속적인 냉각작용을 가능하게 한 것이 흡수 식 냉동기이다.

 

 

 

 

 

 

4. 기타

 

o 흡수식 냉동기에서 흡수액 펌프의 회전수를 인버터로 제어함으로써 냉동부하와 흡수액 순환량의 균형을 최적화하여, 효과적으로 운전할수 있으며, 결과적으로 인버터를 사용하지 않는 경우에 비하여 에너지절약에 공헌할 수 있다.

 

o 인버터의 의해 흡수액 펌프의 회전수 제어함으로서 연료소비율의 감축, 전력소비량의 감 축을 실현할 수 있다면, 냉동기의 효율인 성적계수(COP)도 증가할 수 있을 것이다. 전 부하운전, 부분부하운전을 불문하고, 냉동기의 운전특성 변화는 열교환기의 특성 그 자 체의 변화라고 생각할 수 있다. 즉 내부를 순환하는 작동액인 흡수액의 유량, 농도, 온도 등이 열교환량에 영향을 미치는 요인으로서 들 수 있으며, 이들을 좌우하는 것으로 냉수 출구온도, 냉각수입구온도가 중요한 역할을 하게 된다. 이와 같이 중요한 역할을 하는 열교환기 특성에 관한 데이터의 제시가 없는 것이 또한 아쉽다.

 

o 사이클의 온도를 감지하여 마이크로프로세서에서 자동으로 인버터에 의한 용액 펌프의 전압 및 주파수를 조정하여 흡수액 순환량을 제어한다. 따라서 저부하시, 부하 변동시, 냉수. 냉각수 온도 변화시에 그 사이클에 맞는 흡수액량을 제어함으로써 안정된 냉수온 도를 유지할 수 있으며, 또한 용액펌프의 소요전력과 연료 소비의 낭비를 줄일 수 있다.

 

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