오늘은 종합공조 시스템 중에서 시스템에어컨 외에 물을 냉매로 사용하여 대형빌딩이나 공장 등지에서 많이 사용되고 있는 공기조화 기계장치인 흡수식 냉동기에 대해 살펴보고자 합니다.
더운 여름날에 무더위를 식히기 위해 집 앞마당이나 바닥에 물을 뿌리는 것을 가끔 본 적이 있으실 겁니다.
물을 뿌리는 이유는 물이 증발하면서 표면 온도가 내려가기 때문인데 이 원리를 이용한 것이 흡수식 냉동기입니다.
그런데 일반 시스템에어컨과 압축식 냉동기는 냉매가스를 냉매제로 사용하는 데 냉각작용을 하는데 반해서 흡수식 냉동기는 물을 냉매로 사용하는 것이 차이점이라고 할 수 있습니다. 일반적인 표준대기압(760mmHg) 상태에서 물은 100℃에서 끓지만 대기압 보다 낮은 진공상태(약 6mmHg)에서는 약 5 ℃에서 끓게 되는데 이러한 원리를 이용하여 냉각수를 만들어 내는 것이 흡수식 냉동기의 원리입니다.
흡수식 냉동기(Absorption chiller)의 구조와 원리
흡수식 냉동기의 주요 구성 부분 증발기, 흡수기, 재생기, 응축기 이렇게 4가지의 장치로 구성되어 있는데 각 장치의 역할에 대해서 차례대로 알아보도록 하겠습니다.
가. 증발기(Evaporator)
증발기(evaporator)에는 냉매(물)를 넣고 흡수기(absorber)에는 수분을 잘 흡수하는 성질을 가진 흡수제 (리튬브로마이드, lithium bromide) 수용액을 넣은 증발기 내를 진공펌프 6.5mmHg 정도의 고진공 상태로 만들면 튜브를 통해 온도가 높은 물을 통하게 하고 그 위에 물을 뿌려주면 용기 내가 고진공 상태이기 때문에 물은 약 5℃ 근방에서 증발하게 됩니다. 증발기에서 물(냉매)이 증발할 때에는 튜브 내를 순환하는 냉수로부터 물의 증발잠열(latent heat)에 해당하는 만큼의 열을 빼앗아 가게 되는데 즉 튜브 내의 물을 냉각시키는 것입니다. 일반적으로 튜브 내의 냉수는 흡수식 냉동기 (증발기)에서 약 7℃ 정도까지 냉각되어 AHU(공조기)에 공급되며 공조기에서 공기와 열교환하여 냉풍을 만들어 주고 냉수 자신은 온도가 높아져 약 12℃ 정도가 되어 다시 증발기로 되돌아오는 원리입니다.
나.흡수기 (Absorber)
물이 증발하여 증발기내에 수증기(냉매증기)가 쌓이게 되면 진공도가 낮아져 물(냉매)의 증발온도가 상승하게 되고 이에 따라 만들어지는 냉수온도도 상승하여 목적한 냉방온도를 유지할 수가 힘들기 때문에 증발기에서는 증발한 냉매증기를 신속하게 제거하여 줄 필요가 있고 그 역할을 하는 것이 바로 흡수기입니다. 흡수기에서는 수분(냉매증기)을 잘 흡수하는 성질을 가진 흡수용액(H2O+LiBr)이 들어있어 증발기에서 증발하는 냉매증기를 흡수하여 증발기내가 항상 소정의 진공도를 유지할 수 있도록 하여 주는 것입니다. 이러한 냉각작용은 흡수기 내의 흡수용액이 포화상태가 되어 더 이상 수증기(냉매증기)를 흡수하지 못할 때까지 지속되며 흡수기에서 냉매가 흡수 용액에 흡수될 때에는 흡수열이 발생하는데 이 열을 제거해 주지 않으면 흡수용액의 냉매증기 흡수 능력이 떨어지므로 냉각탑(cooling tower)에서 오는 냉각수를 통하게 하여 그 열을 제거하는 것입니다.
다.재생기(Generator)
흡수기의 흡수용액은 증발기에서 나오는 수증기(냉매증기)를 어느 정도를 흡수하면 더 이상 수증기를 흡수할 수 없는 포화상태가 되며 이 경우에 수분을 분리해 내지 않으면 더 이상 수증기를 흡수할 수 없게 됩니다. 수분을 분리해 내는 가장 간단한 방법은 열을 가해서 흡수용액 속의 수분을 증발시키는 것인데 흡수기를 직접 가열하면 거기서 증발한 수증기가 다시 증발기로 되돌아가므로 별도의 용기를 만들어 그 용기에 펌프로 용액을 이송한 후 가열하여 수분을 분리해 내는 방법을 택하는 것이 좋습니다. 이때에 사용되는 용기는 흡수용액을 다시 사용할 수 있도록 하는 역할을 한다고 해서 재생기 또는 발생기(generator)라 부르는 것입니다.
라.응축기(Condenser)
재생기에서 증발한 수증기(물)는 응축기로 들어가서 냉각탑(cooling tower)에서 냉각된 찬물에 의해 냉각 응축되어 액체로 변하며 이는 다시 증발기로 보내져 냉매로써 증발하여 냉동작용을 계속하게 됩니다.
이상으로 오늘은 흡수식 냉동기의 원리와 장치별 역할에 대해서 살펴보았습니다. 그럼 다음시간에 유익한 내용으로 다시 찾아뵙도록 하겠습니다.
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