흡수식냉동기의 원리

1)냉매의 특성

    압축식 냉동기는 냉매로서 주로 프레온 냉매를 사용하고 있으나,흡수식 냉동기는 이 프레온에 상당하는 냉매로써 물을 사용하고 있다 . 물은 우리들이 생활하고 있는 대기압 중에서 100℃로 가열하면 비등 증발한다 .  그러나 그림 1에서 보는 바와 같이 지배되는 압력상태에 따라서 증발온도가 변화하고 대기압보다 압력이 낮은 상태(진공상태)에서는 증발온도가 100℃보다 낮아진다 . 흡수식 냉동기에서는 내부공기를 외부로 배제시켜 직접 냉수를 만들어 내는 증발기를 6~7mmHg 정도의 진공상태로 유지하여 냉매인 물을 약 5℃정도에서 비등 증발 시킨다.

[그림 1]냉매의 포화선도

2)증발기의 증발작용

  [그림 2]와 같이 냉매를 넣고 밀폐된 용기의 내부에 전열관을 설치하여 냉수를 흐르게 하고 용기내부를 6.5mmHg 의 진공으로 유지하면 냉매는 5。C에서 증발하게 되고 그 증발열에 의해 전열관 내부의 냉수는 냉각되어 냉방열원으로 사용된다 . 이 때 증발효과를 향상시키기 위해 증발기 하부의 냉매액을 냉매펌프로 압송하여 증발기 상부에서 노즐을 이용하여 전열관 상부로 분사시킨다.

[그림 2] 증발기

  3)흡수기의 흡수작용

  증발기에서 증발이 계속되면 수증기 분압이 점점 높아져 증발 온도도 상승하게 되고 적정 냉방용량을 얻을 수 없게 된다. 그러나 [그림3]과 같이 LiBr 수용액을 넣은 용기(흡수기)를 증발기와 연결하면 증발된 냉매가 LiBr 수용액에 흡수되어 증발 압력 및 온도는 일정하게 유지된다.냉매증기를 흡수 할 때 발생하는 흡수열을 제거하기 위해 흡수기 내에 전열관을 설치하여 냉각수를 흐르게 한다.

[그림 3] 흡수기

 4)재생기의 재생작용

  흡수작용을 계속하면 LiBr 수용액은 점점 묽게 되어 흡수작용을 계속할 수 없으므로 [그림 4]와 같이 농축한다. 흡수기의 묽은 용액을 용액순환펌프로 압송하여 재생기로 보내 버너나스팅,온수 등의 외부 열원으로 가열하여 농축 한다. 이렇게 농축된 농용액은 열교환기를 거쳐 다시 흡수기로 보내져 흡수작용을 계속하게 된다.

[그림 4] 재생기

5) 응축기의 응축작용

  재생기에서 증발한 냉매증기는 [그림 5]와 같이 응축기로 보내지고 응축기 전열관 내부로 흐르는 냉각수에 의해 완전히 냉각·응축된다.응축된 냉매액은 U자 트랩이나 오리피스를 통과하여 감압된 후 증발기로 돌아가게 되고 증발기로 돌아온 냉매액은 다시 증발하여 냉동작용을 계속하게 된다.

[그림 5] 응축기

 6)사이클 구성

  두 개의 밀폐용기에 한쪽(증발기)에는 냉매로 물을 넣고, 다른 한쪽(흡수기)에는 흡수용액으로 리튬브로마이드 (LiBr) 수용액을 넣은 후 두 용기내에 있는 불응축가스를 진공펌프로 뽑아내면 증발기내의 물은 증발하기 시작하고 흡수기내의 LiBr 수용액은 냉매증기를 흡수하기 시작한다.  불응축 가스가 존재하지 않는 상태에서 내부압력이 6.5mmHg인 경우, 용기내의 물은 약 5℃정도의  포화온도를 가지며 증발한다. 이러한 물의 증발과 LiBr 수용액의 흡수작용을 효과적으로 하기 위해 외부에 냉수·냉각수관을 설치한다.

  증발기 전열관 내의 냉수는 증발기내의 압력이 6.5mmHg(포화온도 5℃ 정도)일 때 약 7℃까지 냉각된다. 또 흡수기 전열관의 냉각수는 흡수액이 냉매증기를 흡수할 때 발생한 열(흡수열)을   외부로 제거하여 흡수용액을 40℃정도로 유지한다.  이와같이 냉각수로 흡수용액을 냉각시키지  않으면 용액의 온도가 상승하여 흡수능력이 떨어지게된다.

   흡수기내에서 냉매증기를 흡수하여 농도가 저하된 흡수용액은 재생기로보내지고 , 여기서 가스나 증기,온수등의 열원으로 가열되어 냉매가 분리된다.  냉매를 분리하여 농축된 흡수용액은 다시 흡수기로 들어가고,재생기에서 나온 냉매증기는 응축기로 보내어져 냉각수에 의해 냉각·응축 된다.  40℃정도(약 55mmHg)의 냉매액은 다시 증발기로 보내어지며 증발기의 낮은 압력(약 6~7mmHg) 때 문에 응축기에서 내려온 냉매액은 증발하고 흡수기내의 LiBr 수용액에 흡수된다.  이 때 증발기 전열관내로 흐르는 물은 증발기내 냉매의 증발로 인해 증발잠열만큼의 열을 빼앗기기 때문에 냉각되어 냉수로 만들어 진다

  재생기와 흡수기 사이에 용액열교환기를 설치하여 재생기로 보내어지는   저온의 희용액과 흡수기로 보내지는 고온의 농용액을 열교환시킨다.  이처럼 용액열교환기는 재생기  에서의 가열량과 흡수기에서의 냉각열량을 대폭 절감하여 열효율을 개선하는 역할을 한다.  이와같이 용액열교환기를 거쳐 흡수기로 들어온 농용액이 증발기에서의 냉매증기를 흡수하여 희용액이  된 후 다시 재생기로 들어가서 가열·농축하는 과정을 연속적으로 되풀이 함으로써 냉방사이클이  연속적으로 수행된다

(주)센추리에서 2000년 10월 아산공장에서 실시한 중앙식지정점 교육 자료중" 흡수식냉동기"부분을 편집한 것으

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