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흡수식 냉동기는 압축식 냉동기와 달리 압축기 대신 흡수기와 재생기(발생기)를 사용하여 냉매를 순환시키는 냉동 방식입니다. 특히 1중 효용 흡수식 냉동기는 하나의 재생기에서 냉매를 발생시켜 냉동 효과를 얻는 가장 기본적인 형태입니다. 이 방식은 주로 저온의 폐열이나 태양열 등을 열원으로 활용하여 에너지 효율을 높일 수 있다는 장점이 있습니다.
1. 냉동 원리
1중 효용 흡수식 냉동기의 냉동 원리는 다음과 같은 순환 과정을 거칩니다.
- 재생기 (Generator):
- 희용액(흡수제 농도가 낮은 용액)이 열원(증기, 온수 등)에 의해 가열됩니다.
- 가열된 희용액에서 냉매가 증발하여 고온·고압의 냉매 증기가 됩니다.
- 흡수제 농도가 높아진 농용액은 흡수기로 이동합니다.
- 응축기 (Condenser):
- 재생기에서 나온 고온·고압의 냉매 증기는 냉각수 또는 공기에 의해 열을 빼앗겨 액체 냉매로 응축됩니다.
- 응축된 액체 냉매는 증발기로 이동합니다.
- 증발기 (Evaporator):
- 응축기에서 온 액체 냉매는 감압 밸브를 통과하면서 압력이 낮아지고 온도가 내려갑니다.
- 낮은 온도와 압력의 액체 냉매는 냉각해야 할 대상(공기, 물 등)으로부터 열을 흡수하여 증발합니다.
- 이때 냉각 대상의 온도가 낮아지면서 냉동 효과가 발생합니다.
- 증발된 저온·저압의 냉매 증기는 흡수기로 이동합니다.
- 흡수기 (Absorber):
- 재생기에서 온 농용액은 증발기에서 온 저온·저압의 냉매 증기를 흡수하여 희용액이 됩니다.
- 흡수 과정에서 발생하는 흡수열은 냉각수 또는 공기에 의해 제거됩니다.
- 생성된 희용액은 용액 펌프를 통해 재생기로 다시 보내져 순환 과정을 반복합니다.
핵심 원리 요약: 열 에너지를 이용하여 냉매를 증발시키고, 흡수제의 흡수력을 이용하여 냉매 증기를 포집 및 순환시키는 방식입니다.
2. 사용되는 흡수제와 냉매
흡수식 냉동기에서는 흡수제와 냉매의 조합이 매우 중요하며, 1중 효용 흡수식 냉동기에서 주로 사용되는 조합은 다음과 같습니다.
- 흡수제:
- 브롬화리튬 (Lithium Bromide, LiBr): 가장 널리 사용되는 흡수제입니다. 물을 냉매로 사용하는 흡수식 냉동기에 주로 사용됩니다. 흡습성이 매우 강하여 물을 잘 흡수하는 특징이 있습니다.
- 암모니아 (Ammonia, NH₃): 과거에 많이 사용되었으며, 물을 흡수제로 사용하는 경우도 있습니다.
- 냉매:
- 물 (Water, H₂O): 브롬화리튬 흡수식 냉동기에서 사용되는 냉매입니다. 증발 잠열이 커서 냉동 효과가 우수하지만, 0℃ 이하의 저온에서는 사용이 어렵다는 단점이 있습니다. 주로 건물 냉방 등에 사용됩니다.
- 암모니아 (Ammonia, NH₃): 물을 흡수제로 사용하는 흡수식 냉동기에서 사용되는 냉매입니다. 낮은 온도에서도 사용 가능하여 냉동 창고 등에 활용됩니다.
주요 조합:
- 브롬화리튬 + 물 (LiBr + H₂O): 일반적인 건물 냉방용 1중 효용 흡수식 냉동기에 가장 많이 사용되는 조합입니다.
- 물 + 암모니아 (H₂O + NH₃): 과거에 사용되었으며, 현재는 산업용 특수 분야나 저온 냉동에 일부 사용됩니다.
흡수제와 냉매의 선택은 냉동기의 용도, 요구되는 온도, 사용 가능한 열원의 온도 등에 따라 결정됩니다. 1중 효용 흡수식 냉동기는 비교적 간단한 구조로 유지보수가 용이하며, 폐열 활용을 통해 에너지 절감 효과를 얻을 수 있다는 장점을 가지고 있습니다.
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