<흡수식 냉동기 자료>

주식회사 센추리 기술연구소

목  차

1. 흡수식 냉동기의 원리 및 특징

(1) 흡수식 냉동기의 원리

(2) 압축식 냉동기와 구조 비교

(3) 흡수식 냉동기의 특징 비교

(4) 흡수식 냉동기의 분류

(5) 이중효용 방식의 장점

(6) 이중효용형의 흐름방식

(7) 듀링선도

(8) LiBr 수용액의 성질

(9) 주요 구성 부품

(10) 기기의 배치 형태

2.흡수식 냉동기의 종류별 사이클

(1) 냉온수유닛의 일반적 특징

(2) 냉온수유닛의 사이클

(3) 이중효용 흡수식 냉동기의 사이클

(4) 중온수 흡수식 냉동기의 사이클

1. 흡수식 냉동기의 원리 및 특징

(1) 흡수식 냉동기(Absorption Chiller)의 원리

1) 냉매의 특성

압축식 냉동기는 냉매로서 주로 프레온냉매를 사용하고 있으나, 흡수식 냉동기는 이 프레온에 상당하는 냉매로써 물을 사용하고 있다. 물은 우리들이 생활하고 있는 대기압 중에서 100℃로 가열하면 비등 증발한다. 그러나, 그림 1.에서 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 비등증발시킨다.

그림 1. 냉매의 포화선도

2) 증발기의 증발작용

그림 . 증발기

그림 2.와 같이 냉매(물)를 넣고 밀폐된 용기의 내부에 전열관을 설치하여 냉수를 흐르게 하고, 용기 내부를 6.5mmHg의 진공으로 유지하면 냉매는 5℃에서 증발하고, 그 증발열에 의해 전열관 내부의 냉수는 냉각되어 냉방열원으로 사용된다. 이때 증발효과를 향상시키기 위해 증발기 하부의 냉매액을 냉매펌프로 압송하여 증발기 상부에서 노즐을 이용하여 전열관 상부로 분사시킨다.

3) 흡수기의 흡수작용

그림 . 흡수기

증발기에서 증발이 계속되면 수증기 분압이 점점 높아져 증발온도도 상승하게 되고 적정 냉방용량을 얻을 수 없게 된다. 그러나, 그림 3.과 같이 LiBr 수용액을 넣은 용기(흡수기)를 증발기와 연결하면 증발된 냉매가 LiBr 수용액에 흡수되어 증발압력 및 온도는 일정하게 유지된다. 냉매증기를 흡수할 때 발생하는 흡수열을 제거하기 위해 흡수기 내에 전열관을 설치하여 냉각수를 흐르게 한다.

4) 재생기 재생작용

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

그림 . 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 . 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. 불응축가스가 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. 이와 같이 냉각수로 흡수용액을 냉각시키지 않으면 용액의 온도가 상승하여 흡수능력이 떨어지게 된다.

흡수기내에서 냉매증기를 흡수하여 농도가 저하된 흡수용액은 재생기로 보내지고, 여기서 가스나 증기, 온수 등의 열원으로 가열되어 냉매가 분리된다. 냉매를 분리하여 농축된 흡수용액은 다시 흡수기로 들어가고, 재생기에서 나온 냉매증기는 응축기로 보내어져 냉각수에 의해 냉각·응축된다. 40℃정도(약 55mmHg)의 냉매액은 다시 증발기로 보내어지고, 냉매 펌프에 의해 분사된 냉매액은 증발기의 낮은 압력(약 6∼7mmHg) 때문에 증발하고 흡수기내의 LiBr 수용액에 흡수된다. 이때 증발기 전열관내로 흐르는 물은 증발기내 냉매의 증발로 인해 증발잠열만큼의 열을 빼앗기기 때문에 냉각되어 냉수로 만들어진다.

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

(2) 압축식 냉동기와 구조 비교

표 1. 흡수식 냉동기와 압축식 냉동기의 구성품 비교

구분	압축식 냉동기	흡수식 냉동기
1	증발기	증발기
2	응축기	응축기
3	팽창밸브	U자 트랩 또는 오리피스
4	압축기	흡수용액(LiBr 수용액) 용액순환펌프 흡수기 재생기
5	냉매(R12, R22, R123 등)	증류수(H2O)
6	중간 냉각기	용액열교환기
7	전기	연료 또는 증기, 온수, 폐가스와 소량의 전기

(3) 흡수식 냉동기의 특징 비교

표 2. 흡수식 냉동기의 특징 비교

종류 항목	흡수식 냉동기				압축식(터보) 냉동기
	냉온수유닛	중온수	이중효용	일중효용
냉매	H2O	H2O	H2O	H2O	R-123, R-134a
동력원	GAS, OIL	온수	STEAM (3∼8kg/cm2G)	STEAM (1∼1.5kg/cm2G)	전기
주요기기	증발기, 흡수기, 응축기, 재생기, 냉매·용액펌프, 열교환기				압축기, 증발기,응축기, 팽창변
	고온재생기, 버너	(열원수)	고온재생기, 드레인쿨러	(보일러)
운전중 기내압력	진공	진공	진공	진공	저압냉매:응축기만 대기압 이상 고압냉매:응축기, 증발기 대기압 이상
난방방식	직접 난방	열원수 이용	보일러 사용	보일러 사용	보일러 사용
소음 및 진동	회전 부분이 적으므로 진동 및 소음이 작다.				회전 부분이 많으므로 진동 및 소음이 크다.
	연소장치의 소음이 있다.	-	보일러 및 연소장치의 소음이 있다.	보일러 및 연소장치의 소음이 있다.
운전자격	불필요		불필요		고압냉매 운전자격 필요
			단, 보일러는 운전자격자 필요
효율	1.01	0.725	1.17	0.68	4∼5

1) 장점

① 공조용 전력단가에 비해, 가스나 오일의 에너지 단가가 낮기 때문에 운전비용이 저렴하다.

② 용량제어의 범위가 넓어 100~25% 범위에 걸쳐서 비례적인 용량제어가 가능하다.

③ 부분부하 운전특성이 좋다.

흡수식 냉동기는 부분부하의 운전특성이 특히 좋아서, 공조용 운전시간의 대부분이 50~70%의 부분부하인 국내의 조건에서, 운전비용의 절감 효과가 뛰어나다. 비슷한 용량의 원심식 냉동기를 사용할 경우, 계약전력에 기초한 정액 요금의 비율이 커지게 되므로 전기용금이 상당히 상승하여 결국 운전비용이 증가하게 된다.

그림 . 흡수식 냉동기와 원심식 냉동기의 부분부하 효율 비교

그림 . 흡수식 냉동기의 부분부하 추종성

④ 부하변동에 대한 추종성이 좋다.

⑤ 소음 85dB 이하, 진동은 2 □이하이므로, 다른 냉동기에 비해 진동소음이 극히 작다.

⑥ 습동부분이 적고 회전체도 적으므로, 마모품과 소모품이 적어서 보수관리가 용이하다.

⑦ 진공상태에서 운전되므로 취급자격자가 불필요하다.

⑧ 수변전 설비가 적게 소요된다.

⑨ LiBr 수용액과 물을 흡수제와 냉매로 사용하므로, 프레온냉매 가스에 의한 오존층의 파괴와 같은 환경 파괴의 위험이 없다.

2) 단점

① 기기 자체의 단가가 비싸고, 또한 냉각수를 통한 배열량이 많기 때문에 냉각수 배관 계통의 배관, 펌프, 냉각탑 등의 용량이 커지므로 보조기기의 설비비도 증가한다.

② 소형일수록 설치면적과 중량면에서 타 기종에 비해 열세하다.

③ 설치에 필요한 천정 높이가 높다.

④ 용액의 부식성이 크므로, 기밀성 관리와 부식억제제의 보충에 엄격한 주의가 요구된다.

⑤ 초기운전시 정격 성능 발휘점까지의 도달 속도가 느리다.

⑥ 냉동기의 성적계수(COP)가 낮다.

⑦ 보일러 및 냉동기에서의 발열량이 많아 기계실의 온도가 높아지고, 또 연소용 공기의 공급이 필요하므로 기계실 급배기의 풍량을 크게 하여야 한다.

⑧ 일반적으로 5℃이하의 낮은 냉수 출구 온도를 얻기가 어렵다.

(4) 흡수식 냉동기의 분류

표 3. 흡수식 냉동기의 분류

구분	취출 열원	가 열 원		명 칭
		종별	사 양
흡수식 냉동기	냉수 전용	증기	저압증기(1∼1.5kg/cm2G)	일중효용 흡수식 냉동기
			중·고압증기(3∼8kg/cm2G)	이중효용 흡수식 냉동기
		온수	저온수(70∼95℃)	일중효용 저온수 흡수식 냉동기
			중온수(110∼150℃)	일중효용 중온수 흡수식 냉동기
			고온수(180∼200℃)	이중효용 고온수 흡수식 냉동기
흡수식 냉온수유닛	냉온수병용	직화연료	가스연료(LNG, LPG+AIR 등)	일중효용 가스 흡수식 냉온수유닛
				이중효용 가스 흡수식 냉온수유닛
				공기열교환기 부착 가스 흡수식 냉온수유닛
			오일연료(등유, 경유, 중유 등)	일중효용 오일 흡수식 냉온수유닛
				이중효용 오일 흡수식 냉온수유닛
			가스·오일 병용 연료	이중 효용 가스·오일전환 연소형 흡수식 냉온수유닛
		폐열원	폐가스(300∼800℃)	일중효용 폐가스 흡수식 냉온수유닛
				이중효용 폐가스 흡수식 냉온수유닛
흡수식 냉동기	냉수 전용		폐온수(70℃ 이상)	가열원 종류별 온수 항목 참조
			폐증기(0.5kg/cm2G 이상)	가열원 종류별 증기 항목 참조
		태양열	온수(70∼95℃)	가열원 종류별 온수 항목 참조
			온수+보조증기 (70∼95℃+2∼8kg/cm2G)	태양열 이용 일중·이중 조합형 흡수식 냉동기
흡수식 냉온수유닛	냉온수병용		온수+직화연료(70∼95℃+LNG 또는 LPG+AIR, 등유, 경유, 중유)	태양열 이용 가스 흡수식 냉동수유닛
				태양열 이용 오일 흡수식 냉동수유닛

※ 상기 항목 중 음영이 되어 있는 냉동기가 국내에서 상용화되어 적용되는 기종이고, 그 외의 기     종도 설계 및 제작이 가능함.

(5) 이중효용 방식의 장점

일중효용형 흡수식 냉동기는 재생기에서 발생된 냉매증기가 응축기의 냉각수에 의해 액화(응축)할 때에 발생하는 응축열 전부를 냉각수로 방출시킨다. 이러한 방출 응축열을 이용하여 보다 더 높은 효율을 얻기 위해 고안한 것이 이중효용형 흡수식 냉동기이다.

이중효용형은 일중효용형에 재생기를 1개 더 추가하여 설치한 것으로, 이 2개의 재생기를 저온재생기와 고온재생기로 구분하고, 고온재생기에서 발생한 냉매증기의 응축열을 저온재생기에서 LiBr 수용액을 농축시키기 위한 열로 사용함으로써 응축기에서 버려지는 응축열을 유효하게 활용하여 에너지 절약을 도모한다.

그림 8.과 9.를 이용하여 일중효용과 이중효용을 비교하여 설명하면, 동일한 재생기 가열량(Q)에 대해 일중효용에서는 (Q×□)의 냉매액이 얻어지나, 이중효용에서는 (Q×□1)+(Q×□1×□2) = (Q×□1)×(1+□2)의 냉매액이 얻어진다. 여기서 □는 재생기의 열효율이다.

□1과 □2를 65%라 하면, 일중효용에서 얻어지는 냉매량은 0.65Q이고 이중효용형에서 얻어지는 냉매량은 0.65(1+0.65)Q = 1.07Q이다. 이처럼 이중효용화함에 따라 가열량이 동일할 때 일중효용형의 냉매량보다 1.65배의 냉매액이 얻어진다.

따라서, 이중효용에서 일중효용형과 같은 량의 냉매액을 얻기 위해서는 일중효용 가열량의 60% 정도만을 사용하여도 된다. 일반적으로 고온재생기는 내부압력이 약 550~650mmHg 정도, 온도가 약 150℃ 정도가 된다.

그림 . 일중효용 방식의 개략도

그림 . 이중효용 방식의 개략도

또, 용액열교환기를 2개 설치하여 흡수기에서 나온 희용액의 온도를 상승시켜, 재생기에서 가열에 필요한 열량을 절약하여 열효율을 향상시키고, 고온재생기와 저온재생기에서 나온 농용액의 온도를 저하시켜 흡수기에서 냉매증기를 흡수하는 능력을 향상시켜 준다.

(6) 이중효용형의 흐름 방식

1) 병렬흐름 방식

흡수기로부터 용액펌프와 저온열교환기를 거쳐 온 희용액을 약 50%정도는 고온열교환기를 거쳐 고온재생기로 나머지 약 50%는 저온재생기로 보내어 고온재생기로부터 오는 냉매증기를 이용하여 가열·농축하는 사이클이다.

※ 병렬흐름 방식의 장점

① 흡수기로부터 고온재생기로 흐르는 묽은 용액량이 직렬흐름 방식의 약 1/2이므로 용액을 냉매증기가 발생하기 시작하는 온도까지 가열하기 위한 열량(현열)을 절감할 수 있으며 열교환기의 크기도 직렬흐름 방식의 약 반으로 소형화할 수 있다.

그림 . 용액순환 흐름의 비교

그림 . 듀링선도 상에서 병렬과 직렬방식의 비교

② 저온재생기의 용액온도가 낮으므로, 고온재생기에서 발생하는 냉매증기의 압력도 직렬흐름 방식에 비하여 약 100mmHg정도 낮다. 즉, 고온재생기의 압력이 낮으므로 고압 보호장치의 작동에 의한 기계의 정지 염려가 적으며 충분한 여유를 가지고 운전할 수 있다.

③ 병렬흐름 방식에서 흡수기로 환원되는 용액의 농도는 직렬흐름 방식에 비하여 듀링선도의 결정 석출 한계선으로부터 보다 멀리 떨어져 있으므로 용액이 결정될 위험이 적으며, 또한 고온재생기 용액의 온도가 낮으므로 고온재생기 내부가 부식될 염려가 적다.

④ 직렬흐름 방식에서는 고온재생기의 용액을 저온재생기로 흐르게 하기 위해 고온재생기를 높은 위치에 설치해야 하지만, 병렬흐름 방식에서는 고온재생기의 용액이 저온재생기를 거치지 않고 직접 흡수기로 흐르므로 고온재생기를 높은 위치에 설치할 필요가 없으며 공간을 유용하게 이용하여 냉동기의 크기를 소형화할 수 있다.

그림 . 고온재생기 저압력 원리

2) 직렬흐름 방식

직렬흐름 방식은, 흡수기에서 냉매증기를 흡수하여 묽어진 흡수용액을 저온열교환기와 고온열교환기를 거쳐 고온재생기로 올라간 모든 희용액이 1차로 농축되어 저온재생기로 가고, 이곳에서 다시 2차로 농축되어 진한 농도의 농액이 흡수기로 돌아오는 사이클이다.

이 사이클을 자세히 설명하면, 흡수기에서 냉매증기를 흡수하여 묽어진 흡수액(희용액)	은 용액펌프에 의해 저온열교환기로 간다. 저온열교환기에서 저온재생기로부터 오는 농용액(약 91℃)에 의해 가열되어, 고온열교환기로 가고, 고온재생기로부터 오는 고온의 중간농도용액(약 154℃)에 의해 또 다시 가열되어 고온재생기로 들어간다. 고온재생기에서 증기 또는 연소열에 의해 흡수액은 농축된다. 1차 농축된 중간농도용액은 고온열교환기를 거치면서 희용액에 열을 주고 저온재생기로 가며, 고온재생기에서 온 냉매증기(약 98℃정도에서 응축한다)에 의해 다시 농축된다. 농축된 농용액은 저온열교환기를 거치면서 역시 희용액에 열을 주고 냉각된 후 흡수기 상부로 가서 산포 또는 스프레이 된다.

한편, 고온재생기에서 발생된 냉매증기는 저온재생기에서 중간농도 흡수액을 비등시키면서 응축되어(98℃) 응축기로 가며, 응축기에서는 저온재생기에서 발생된 냉매증기와 저온재생기에서 온 냉매액을 응축, 냉각시키어 함께 증발기로 보낸다. 증발기에서는 냉수로부터 열을 빼앗으며 증발하여 엘리미네이터를 거쳐 흡수기로 가고, 흡수액에 흡수된다. 냉매계통은 직렬·병렬 흐름 방식 모두 같다.

직렬흐름 방식은 사이클이 단순하여 운전조정이 쉽다. 또한, 복잡한 조정이 없이도 냉동사이클이 쉽게 형성된다. 그러나, 병렬흐름 방식에 비해 결정의 가능성이 가장 높은 저온열교환기에서 농도가 높고, 상대적으로 고온열교환기의 크기가 커진다는 단점이 있다.

그림 . 직렬흐름 방식의 냉온수유닛 사이클 흐름

(7) 듀링선도

LiBr 수용액의 농도와 압력, 온도의 관계를 나타낸 선도를 듀링선도라고 한다. 이 듀링선도 상에 일중효용과 이중효용 방식의 흡수식 냉동기의 사이클을 표현하면 다음과 같다.

1) 일중효용 방식(일중효용 흡수식 냉동기와 중온수 흡수식 냉동기)[Single effect]

6 →2 : 흡수기에서의 흡수작용

2 →7 : 용액열교환기에서 고온 농용액과 희용액의 열교환에 의한 온도상승

7 →5 : 재생기내에서 비등점에 이를때까지 가열

5 →4 : 재생기에서 용액 농축

4 →8 : 흡수기에서 저온 희용액과 열교환에 의한 농용액의 온도 강하

8 →6 : 흡수기 외부에서의 냉각에 의한 농용액의 온도강하

그림 . 일중효용 방식의 듀링선도

그림 . 이중효용 방식의 듀링선도

2) 이중효용 방식(냉온수유닛과 이중효용 흡수식 냉동기)[Double effect]

이중효용 방식 중에서 병렬흐름방식에 대한 설명임.

a →b : 흡수기내에서 농용액이 냉매증기를 흡수하여 묽은 용액으로 되는 과정

b →c : 묽은 용액이 저온열교환기에 의해 온도가 상승

c →d : 저온열교환기를 통과한 묽은 용액(약 1/2)이 다시 고온열교환기를 통과하며 온도 상승

c →d' : 저온재생기 내에서 용액이 고온재생기에서 발생한 냉매증기에 의해 농축되는 과정

d →e : 고온재생기내에서 냉매증기가 증발하여 흡수액이 농축되는 과정

e →f : 고온재생기에서 농축된 용액이 고온열교환기를 통과하면서 열교환에 의해 냉각됨

d'-g-f : 고온열교환기를 통과한 농용액과 저온재생기내에서 농축된 중간 농도 용액이 열교환기내에서 혼합됨

g →a : 열교환기내에서 중간 농도로 된 용액이 저온열교환기를 통과하면서 냉각됨

(8) LiBr 수용액의 성질

흡수식 냉동기에 사용되는 LiBr 수용액은 다음과 같은 성질을 가집니다.

1) 화학적 성질

① 대체로 식염과 유사하며 안정된 물질임.

② 무기염류의 공통된 성질로서 금속에 대하여 큰 부식성을 가지며, 공기의 혼입에 의해 격렬하게 부식이 진행된다. 그러나, 본 용액 중에는 특수한 부식억제제가 첨가되어 있어 부식의 우려는 없음.

③ 인체에 무해·무취함.

2) 물리적 성질

① 상온에 있어서 포화 수용액의 용해도는 약 60%로, LiBr의 물에 대한 용해도는 상당히 큼.

② 비중은 비교적 크며, 실제로 취급하는 60% 정도의 수용액은 약 1.7 정도임.

③ 비열이 작아 흡수율이 좋음.

④ 수용액이 가지는 증기분압이 낮아 흡습성이 우수함.

3) 주의사항

본 용액은 유해한 부식억제제를 사용하고 있지 않지만, 고농도의 용액이 피부나 의류에 묻으면 탈수작용을 유발할 수 있다. 또 첨가제 중 악취가 나는 것이 있으므로 직접 배수하거나, 손으로 만지는 것은 피해야 한다.

표 4. 리튬브로마이드의 특성

화학식	LiBr
분자량	88.858
성 분	Li : 7.99%, Br : 92.01%
외 관	무색 결정립
비 중	3.464(25℃)
용융점	549℃
비등점	1,265℃

그림 . LiBr 수용액의 온도와 농도, 포화압력의 관계

그림 17. LiBr 수용액의 농도·증기압 곡선(듀링선도)

그림 18. LiBr 수용액의 비중

(9) 주요 구성 부품

1) 일중효용 방식

① 증발기(Evaporator)

증발기의 냉매는 냉매펌프에 의해 증발기 전열관 위에 특수 가공된 노즐을 통하여 증발기 관군의 상부에 분사되어 냉수에 의해 증발하게 된다. 이 때 증발한 냉매는 엘리미네이터를 거쳐 흡수기로 유입하며 증발잠열에 의해 냉각된 냉수는 냉방용 열원으로 사용된다.

② 흡수기(Absorber)

냉매증기는 연속적으로 증발기에서 유입되어 LiBr 수용액에 흡수되며, 동시에 발생하는 흡수열은 흡수기 전열관 내측을 흐르는 냉각수에 의해 제거된다. 흡수과정이 표면에서 잘 이루어지도록 하기 위해 LiBr 수용액을 전열관 표면에 균등하게 젖도록 특수가공된 스프레이 노즐과 계면활성제를 사용한다.

③ 재생기(Generator)

온수와 저압스팀 같은 열원이 전열관 내측을 통과하며 전열관 외측의 용액을 가열하여 냉매증기를 발생시킨다. 농도가 진해진 농용액은 중력과 압력차 또는 스프레이 펌프에 의해 재생기에서 열교환기를 거쳐 흡수기로 회수된다.

④ 응축기(Condenser)

재생기에서 증발된 냉매증기는 엘리미네이터를 통하여 응축기로 유입하며 응축기의 전열관 내측을 흐르는 냉각수에 의해 응축되어 오리피스나 U-트랩을 통해 증발기로 유입한다.

⑤ 열교환기(Solution heat exchanger)

묽은 용액과 진한 용액을 상호 열교환시켜 사이클 효율을 향상시키는 역할을 하며 쉘 앤드 튜브형 열교환기로 구성되어 있다.

⑥ 추기장치(Purge devices)

추기장치는 취출관, 추기탱크, 수동밸브, 첵밸브, 오일트랩 및 진공펌프로 구성되어 있으며,  기내의 불응축가스는 가장 압력이 낮은 흡수기 또는 응축기 상부에 모여 기내 압력 상승요인이 되고, 이로 인해 성능 저하를 초래하게되는데, 이를 방지하기 위해 설치되어 있다.

2) 이중효용 방식

① 증발기(Evaporator)

② 흡수기(Absorber)

③ 저온열교환기(Low temp. solution heat exchanger)

④ 저온재생기(Low temp. generator or 2nd stage generator)

고온재생기에서 발생한 냉매증기를 열원으로 묽은 용액을 진한 농도의 용액으로 농축하는 역할을 하며, 전열관 내측으로 냉매증기가 흐르며 외측에는 용액이 순환한다.

⑤ 응축기(Condenser)

⑥ 고온열교환기(High temp. solution heat exchanger)

⑦ 고온재생기(High temp. generator or 1st stage generator)

연료의 연소열이나 고압증기를 열원으로 하여 고온의 냉매증기를 생성시켜 저온재생기의 열원으로 사용할 수 있도록 하며 용액의 농도를 진하게 하고, 용액의 온도와 압력이 가장 높은 부분이다.

⑧ 추기장치(Purge devices)

⑨ 온수열교환기(Hot water heat exchanger)

냉온수유닛 중 고온수 공급형이나 냉온수 동시  공급형에 부착되는 쉘 앤드 튜브형의 열교환기이다. 단순히 냉매증기로 온수를 가열하는 난방 전용 열교환기이며 난방시 또는 냉방시 온수가 필요한 경우에 부착된다. 고온재생기에서 발생한 냉매증기가 배관을 통해 냉온수유닛의 각 기기를 통과하지 않고 온수열교환기로 직접 들어와 온수를 가열하고, 이 때 응축된 냉매액 역시 중력에 의해 다시 고온재생기로 환수한다.

⑩ 드레인쿨러(Drain cooler)

냉온수유닛에는 해당되지 않으며 단지 고압증기 구동형 이중효용 흡수식 냉동기에 부착되는 쉘 앤드 튜브형의 열교환기이며, 고온재생기에서 응축된 증기를 회수하여 묽은 용액을 가열하는데 사용하여 냉동기의 효율을 향상시키는 역할을 한다.

(10) 기기의 배치 형태

기기의 배치 형태는 크게 단동형과 쌍동형으로 나뉘며 특징은 표 5.와 같다.

표 5. 단동형과 쌍동형의 특징표

	장 점	단 점
단동형	1. 기계 전체가 소형화가 가능하다. 2. 기계 높이가 낮다. 3. 쌍동형에 비해 상·하부 동체를 연결하는 배관이 없고, 용접작업이 적어지므로 누설에 대한 우려가 적다.(기밀성이 좋다.)	1. 쌍동형에 비해 동체의 외경이 크므로 설치면적이 크다. 2. 고온부와 저온부가 접촉하고 있으므로 전열손실이 있다. 3. 동일 동체내의 온도차가 크므로 열응력이 크다.
쌍동형	1. 고온부와 저온부가 분리되므로 전열손실이 적다. 2. 동체내의 온도차가 적으므로 열응력이 작다. 3. 단동형에 비해 설치면적이 작다.	1. 2개의 동체를 상하로 배치하므로 기계 높이가 높다. 2. 대형의 경우 반입시 높이가 높아 분할 반입해야 한다. 3. 상하 동체의 연결배관이 있으므로 용접작업이 많아 누설염려가 크다.

2. 흡수식 냉동기의 종류별 사이클

(1) 냉온수유닛의 일반적인 특징

일반적인 특징은 흡수식 냉동기와 동일하며, 추가로 다음과 같은 특징이 있다.

1) 냉·난방 겸용이 가능하다.

2) 난방용 보일러를 별도 설치할 필요가 없으므로 설치면적이 작다.

3) 취급이 간단하고 대기압 이하에서 운전하므로 취급 자격증이 필요하지 않다.

4) 전기가 아닌 가스나 오일의 연소에 의해 구동되므로 운전비용이 저렴하다.

5) 설치공사가 간편하다.

6) 온수용 열교환기를 별도로 설치하는 경우, 냉수와 온수를 동시 공급하는 것이 가능하다.

7) 연소용 버너가 부착되므로 보수관리에 어려움이 생긴다.

(2) 냉온수유닛의 사이클

1) 냉방사이클

적당한 온도와 농도를 가진 LiBr 수용액은 같은 온도의 냉매에 대하여 아주 낮은 포화증기압을 가지고 있다. 이 용액과 냉매의 포화증기압의 차이에 따라 냉매증기를 LiBr 수용액에 흡수시키는 일이 가능하다. 냉동사이클은 고도의 진공으로 된 단일 동체내의 (1)증발기, (2)흡수기, (3)저온재생기, (4)응축기 등과 (5)고온재생기, (6)고온열교환기, (7)저온열교환기, (8)용액펌프, (9)냉매펌프 등으로 구성되어 있다.

공조용 냉방에 이용하는 냉수는 증발기 전열관 외측을 통과하는 냉매의 증발잠열에 의해 열을 빼앗겨 냉각되어 얻어진다. 이 때, 기화한 냉매증기는 흡수기로 유입되어 LiBr 수용액에 흡수된다. 냉매증기가 흡수되며 발생하는 흡수열은 흡수기 전열관내를 흐르는 냉각수에 의해 제거됨에 따라 흡수기내 용액의 온도는 항상 일정하게 유지된다. 흡수기에서 냉각되고 묽어진 LiBr 수용액은 용액펌프에 의해 저온열교환기를 통과하며 고온 고농도의 LiBr 수용액에 의해 가열된 후 저온재생기 및 고온열교환기를 거쳐 고온재생기로 유입된다.

고온재생기로 들어온 묽은 용액은 연소가스에 의해 가열되어 고온의 냉매증기를 발생시키고 고온의 진한 용액으로 농축된다. 한편, 저온재생기로 들어온 묽은 용액은 고온재생기에서 발생한 냉매증기에 의해 가열되어 냉매증기를 발생시키고 중간 농도의 용액으로 농축된다. 고온재생기에서 농축된 용액은 고온열교환기를 거쳐 저온재생기에서 농축된 용액과 혼합되어 저온열교환기를 통해 흡수기로 회수된다. 저온재생기의 가열에 사용된 냉매와 저온재생기에서 발생한 냉매는 응축기에서 냉각수에 의해 냉각되어 응축된다. 응축된 냉매는 중력과 압력차에 의해 증발기로 유입되어 냉방에 필요한 냉수를 제조한다.

(그림 19.∼21 참조)

그림 19. 냉방시 용액 및 냉매 흐름

그림 20. 냉온수유닛 냉방 사이클 계통도(200R/T 이하)

그림 21.냉온수유닛 냉방 사이클 계통도(200R/T 이상)

2) 난방사이클

고온재생기에서 재생된 냉매증기는 저온재생기의 전열관측을 외부 용액과 열교환 없이 통과하여 증발기로 유입된다. 증발기에서 냉매증기는 전열관측을 흐르는 온수와 열교환하여 응축되고, 이 응축잠열을 이용하여 온수를 생산하게 된다.

증발기에서 응축된 냉매는 증발기 하부에 모여 있다가 재생기에서 발생한 냉매증기의 일부를 이용한 기포펌프 또는 중력차에 의해 흡수기로 넘겨진다. 흡수기로 넘겨진 냉매액은 흡수기로 유입한 진한용액에 흡수되어 묽은 용액이 된 후, 고온재생기와 저온재생기로 보내어 진다.

(그림.22∼25 참조)

그림 22. 난방시 용액 및 냉매 흐름(AR-F20~200G3)

그림 23. 냉온수유닛 난방 사이클 계통도(200R/T 이하)

그림 24. 냉온수유닛 난방 사이클 계통도(220R/T 이상)

그림 25. 냉온수유닛 난방 사이클 계통도(고온수용 200R/T 이하)

(3) 이중효용 흡수식 냉동기의 사이클

적당한 온도와 농도를 가진 LiBr 수용액은 같은 온도의 냉매에 대하여 아주 낮은 포화증기압을 가지고 있다. 이 용액과 냉매의 포화증기압의 차이에 따라 냉매증기를 LiBr 수용액에 흡수시키는 일이 가능하다. 냉동사이클은 고도의 진공으로 된 단일 동체내의 (1)증발기, (2)흡수기, (3)저온재생기, (4)응축기 등과 (5)고온재생기, (6)고온열교환기, (7)저온열교환기, (8)용액펌프, (9)냉매펌프, (10)드레인쿨러 등으로 구성되어 있다.

공조용 냉방에 이용하는 냉수는 증발기 전열관 외측을 통과하는 냉매의 증발잠열에 의해 열을 빼앗겨 냉각되어 얻어진다. 이 때, 기화한 냉매증기는 흡수기로 유입되어 LiBr 수용액에 흡수된다. 냉매증기가 흡수되며 발생하는 흡수열은 흡수기 전열관내를 흐르는 냉각수에 의해 제거됨에 따라 흡수기내 용액의 온도는 항상 일정하게 유지된다. 흡수기에서 냉각되고 묽어진 LiBr 수용액은 용액펌프에 의해 저온열교환기를 통과하며 고온 고농도의 LiBr 수용액에 의해 가열된 후 저온재생기와 고온열교환기를 거쳐 고온재생기로 유입된다.

고온재생기로 들어온 묽은 용액은 고압증기에 의해 가열되어 고온의 냉매증기를 발생시키고 고온의 진한 용액으로 농축된다. 한편, 흡수기에서 저온열교환기와 드레인쿨러를 거쳐 저온재생기로 들어온 묽은 용액은 고온재생기에서 발생한 냉매증기에 의해 가열되어 냉매증기를 발생시키고 중간 농도의 용액으로 농축된다. 고온재생기에서 농축된 용액은 고온열교환기를 거쳐 저온재생기에서 농축된 용액과 혼합되어 저온열교환기를 통해 흡수기로 회수된다. 저온재생기의 가열에 사용된 냉매와 저온재생기에서 발생한 냉매는 응축기에서 냉각수에 의해 냉각되어 응축된다. 응축된 냉매는 중력과 압력차에 의해 증발기로 유입되어 냉방에 필요한 냉수를 제조한다.

고온재생기의 전열관측을 통과하며 용액을 가열하는데 사용된 증기는 응축되어 드레인쿨러의 전열관측을 흐르며 저온재생기로 유입하는 묽은 용액을 가열한 후 배수되어 보일러로 회수된다.

(그림 26.∼28 참조)

그림 26. 용액 및 냉매 흐름

그림 27. 이중효용 흡수식 냉동기의 사이클 계통도(AR-W70~200G2)

그림 28. 이중효용 흡수식 냉동기의 사이클 계통도(AR-W220~1650G2)

(4) 중온수 흡수식 냉동기의 사이클

중온수 흡수식 냉동기는 흡수제로 LiBr 수용액을 냉매로는 물을 사용한다. 적당한 온도와 농도로 유지된 LiBr 수용액은 동일 온도의 냉매에 비하여 현저히 낮은 포화증기압을 나타낸다. 이 포화증기압의 차를 이용하여 냉매증기를 LiBr 수용액에 흡수시킬 수 있으며 이때 냉매의 증발잠열을 이용하는 것이 흡수식 냉동기이다. 중온수 흡수식 냉동기는 높은 진공으로 된 동체내에 (1)증발기, (2)흡수기, (3)재생기, (4)응축기의 주요기기와 (5)열교환기, (6)냉매펌프, (7)용액펌프로 구성되어 있다.

공조용 냉방에 사용되는 냉수는 증발기 관내를 지나면서 냉매의 증발잠열에 의해 열을 빼앗겨 냉각되고, 기화된 냉매증기는 흡수기로 들어와, LiBr 수용액에 흡수되며 이 때 발생하는 흡수열은 흡수기 관내를 흐르는 냉각수에 빼앗기므로 흡수기의 온도는 항상 일정하게 유지된다.

흡수기내에서 냉각된 묽은 LiBr 수용액은 용액펌프에 의해 열교환기에서 고온 고농도의 LiBr  수용액으로부터 열을 빼앗은 후 재생기로 보내지는데, 이 열교환기는 재생기에서 온수가열량을 감소시켜 냉동기의 열효율을 높여 준다.

재생기내의 묽은 용액은 관내를 흐르는 온수에서 열을 빼앗아 냉매증기를 재생하고, 고온용액으로 농축된다. 이 농용액은 중력과 압력차에 의해 열교환기를 거친 후 용액스프레이펌프에 의해 흡수기 전열관 위에 분사되어 냉매증기의 흡수를 촉진시키고, 재생기에서 발생된 냉매증기는 응축기 관내를 흐르는 냉각수에 의해 냉각되어 응축된다. 이 때 냉각수는 흡수기에서 용액을 냉각시킨 냉각수를 사용한다.

응축된 냉매액은 중력과 압력차에 의해 증발기로 돌아가서 증발하여 냉수를 제조한다. 이상의 과정을 블록선도에 나타내면 그림 29.와 같으며, 그림 30은 냉방계통도를 나타낸다.

그림 29. 용액 및 냉매 흐름

그림 . 냉방계통도(AR-D30~650L2)