--

4방밸브 


히트펌프의 압축기에서 토출된 냉매가 흐르는 방향을 바꿔서 난방모드와 냉방모드를 변환시켜주는 밸브. 


[각주:1]






4방벨브는 2개의 피스톤과 1개의 슬라이드밸브가 있으며 연결봉으로 연결되어있다.


전자코일에 전류가 흐려보내 파일럿밸브(위 빗금친 부분)를 위치를 제어한다. 

파일럿밸브의 위치에 따라 본체의 피스톤 뒤쪽 실린더에 유입되는 냉매의 압력이 달라진다. 

피스톤이 한쪽으로 밀리면서, 압축기 토출 냉매의 방향이 결정된다. 


압축기 노출 냉매가 사방벨브의 피스톤을 지나

실내 열교환기로 향하면 난방모드, 실외 열교환기로 향하면 냉방모드가 된다.  







--

__

2015. 12. 26 작성


  1. http://m.blog.daum.net/youngyonghokim/3178 [본문으로]

'Green Energy > Heat Pump' 카테고리의 다른 글

4방밸브  (0) 2015.12.26
흡수식 냉온수기의 관리  (0) 2015.11.15
흡수식 냉온수기의 원리  (1) 2014.03.24
히트펌프 기초 - 2  (0) 2014.01.22
히트펌프 기초 - 1  (0) 2014.01.17
CO2 냉매  (0) 2013.10.29


--

흡수식 냉온수기의 관리




계면활성제

표면장력 감소, 전열성능 향상, 배관의 부식을 방지, 용액 및 냉매가 전열관 표면에 균일하게 젖도록 하기 위해 사용

노말 옥틸 알코올(일중효용 방식), 2-에틸 헥실 알콜(이중효용 방식)

충전량은 보통 0.1~0.2 질량%으로 용액과 함께 충진한다.




결정화

듀링선도 (Duhring Diagram)


진공관리 (불응축가스의 영향)




부식관리

흡수식냉동기 흡수식냉온수기는 운전시간에 따라 기계내부에 봉입되어 있는 리튬브로마이드, 수용액에 의해 기계본체를 형성하고 있는 철이나 구리등의 금속이 서서히 부식되어 용출하기시작한다.

흡수액(LiBr) 은 금속을 부식시키는 성질이 있기 때문에 부식억제제 부식억제제(인히비터, inhibitor)가 첨가된다.
인히비터 (크롬산리튬, 몰리브덴산리튬, 질산리튬)와 물, 철의 반응에 의해 기재의 표면에 방청피막(Fe3O4)이 형성되어 기재의 부식을 방지한다.
그러나 장시간의 운전 고부하 운전이 원인이 되어 흡수액 중의 철, 동의 이온과 피막의 박리생성물이 재차 증가되고, 오염이 발생한다.


[각주:2]

이러한 불순물이 증가됨에 따라 다음과 같은 대표적인 여러 문제가 발생하게 된다.

1) 열교환기 튜브의 오염 및 막힘 현상
2) 스프레이 노즐의 오염 및 막힘 현상
3) 스트레이너 구멍의 오염 및 막힘 현상
4) 흡수액 접촉면의 부식
5) 펌프 임펠라 베어링의 마모 및 동부착
6) 냉동 효율의 저하
7) 용액 유로 저항의 증가
8) 장비 수명의 단축
9) (H2 불응축 가스) 다량 발생


이를 해결하기 위해 
흡수액 정제 장치를 설치하여 해결한다.


부식억제제


부식 억제제에는 크롬산 리튬, 몰리브덴 리튬, 질산 리튬으로 크게 3가지 종류가 있다. 

크롬산 리튬은 산화력이 강하고 견고한 방식피막이 형성되면 방식효과가 커진다. 그러나 악조건이 심해지면 공식을 발생시켜 중대한 문제를 발생시킨다. 
크롬산 리튬이 주로 사용되었지만 환경에 악영향을 미치는 문제로 최근 몰리브데산 리튬로 대체되고 있다. 

 부식 억제제

 화학식

특징 

 크롬산 리튬

 


양호한 방식피막을 형성하여 부식반응을 억제하므로, 부식에 수반하는 수소의 발생이 적다. 

악조건이 심하면 공식을 발생한다.

 몰리브덴 리튬

 

내공식성에 뛰어나지만, 다른 부식억제제에 비하면 부식에 수반하는 수소발생이 많다.

 질산 리튬

 

부식에 수반하는 수소발생이 적지만, 첨가할수록 공식이 발생한다. 









--

__

2015. 11. 16 작성


  1. http://goo.gl/cdKK98 [본문으로]
  2. (주) 아이스맥스 흡수액 정제 장치 PDF 자료 http://www.icemax.co.kr/document/%EA%B8%B0%EC%88%A0%EC%9E%90%EB%A3%8C.pdf [본문으로]

'Green Energy > Heat Pump' 카테고리의 다른 글

4방밸브  (0) 2015.12.26
흡수식 냉온수기의 관리  (0) 2015.11.15
흡수식 냉온수기의 원리  (1) 2014.03.24
히트펌프 기초 - 2  (0) 2014.01.22
히트펌프 기초 - 1  (0) 2014.01.17
CO2 냉매  (0) 2013.10.29




흡수식 냉온수기의 원리



물(H2O)이 냉매이고 리튬브로마이드(LiBr)가 흡수용액인 흡수식 냉동기를 사례로 

흡수식 냉동기의 원리를 이해해보자 


필수 용어부터 살펴보자

  • 냉수(chilled water) : 흡수식 냉동기에서 생산하고자 하는 차가운 물. 건물로 들어가 냉방하는 데 쓰인다.
  • 냉각수(cooling water, coolant) : 흡수식 냉동기의 열적 사이클을 유지하기 위해(흡수식 냉동기를 냉각하기 위해) 공급되는 물
  • 냉매(refrigerant) - 흡수식 냉동기 열적 사이클에서 상변화를 하며 열을 전달하는 물질
  • 흡수제(absorbent) : 냉매를 흡수하는 물
  • 농용액(strong solution), 진한 흡수액 : 흡수제에 냉매가 적게 섞여 있어 흡수제 농도가 진한 용액(solution)
  • 희용액(weak solution), 묽은 흡수액 : 흡수제에 냉매가 많이 섞여 있어 흡수제 농도가 옅은 용액(solution)
  • 흡수기(Absorber) : 흡수제가 냉매를 흡수하는 곳. 흡수제가 냉매를 흡수해 희용액이 되면서 열을 발생. 
  • 재생기(Generator) : 외부에서 열을 공급해 흡수제와 냉매를 분리하는 곳. 냉매는 기화되어 날아가 흡수제만 남아 농용액으로 재생되는 곳
  • 응축기(condenser) : 냉매가 기체상태에서 액체상태로 응축되는 열교환기. 냉매가 주변으로 열을 방출하면서 가열효과 발생. 
  • 증발기(evaporator) : 냉매가 액체상태에서 기체상태로 증발되는 열교환기. 냉매가 주변 열을 흡수해 증발되면서 냉각효과 발생.



흡수제와 냉매

압축식 히트펌프의 냉매와 다르게 

흡수식 냉온수기와 흡수식 히트펌프의 냉매는 흡수제와 조화가 잘 맞아야 한다. 


그렇다면 흡수제는 무엇인가?


흡수제 : 냉매를 흡수한다. 흡수를 하면 열이 발생이 된다. 

            끓는점이 냉매보다 높아 흡수용액의 온도가 올라가면 냉매는 기화되고 흡수제는 액상으로 남아 분리된다. 


냉매 : 흡수, 비등 응축 과정을 반복하기 때문에 흡수제와 혼화성이 중요


흡수용액 : 흡수제와 냉매가 혼합되어 있는 용액


흡수식 작동유체로 주로 사용되고 있는 것은 H2O/LiBr(물/리튬브로마이드)와 NH3/H2O(암모니아/물)이다. 

냉매(Refrigerant) - H2O, 용액(solution) - LiBr  

냉매(Refrigerant) - NH3, 용액(solution) - H2O  


LiBr(흡수제)/H2O(냉매)을 가지고 다시 설명해 보면,
LiBr(흡수제)가 H2O(냉매)를 흡수하는 성질을 가지고 있다.
리튬브로마이드의 수증기 압이 물의 수증기 압에 비해 상당히 낮기 때문에 리튬브로마이드가 물에 잘 흡수되는 것이다. 
 





흡수식 냉온수기용 냉매의 특성

압축식 히트펌프는 할로겐 화합물 냉매(CFC/HCFC/HFC/HFO)나 탄화수소 냉매를 사용하는데 

흡수식 냉온수기는 물을 냉매로 하는 경우가 많다. 

H2O/LiBr(물/리튬브로마이드) : 냉매(Refrigerant) - H2O, 용액(solution) - LiBr 


우리가 주로 생활하는 대기압에서는 물은 100 ℃에서 증발하지만, 

위 그림에서 보는 것과 같이, 압력이 낮아져 진공상태가 되면 물은 더 낮은 온도에서 증발한다. 

 

예를 들어, 절대압력이 6~7 mmHg 정도로 낮아지면, 물은 약 5℃에서 증발하게 된다. 
다시 말해, 대기압보다 엄청 낮은 압력(절대압력 6.5 mmHg) 용기에서는 낮은 온도(5℃)에서도 냉매(물)가 증발한다. 냉매가 증발하면, 주변의 열을 흡수하게 되면서 냉각효과를 얻을 수 있다. 냉동기에서 냉동효과를 나타내는 곳이 증발기이다. 



흡수식 냉온수기의 구성 요소


(1) 증발기

흡수식 냉온수기의 구성요소는 크게 증발기, 흡수기, 응축기, 재생기가 있다. 

흡수식 냉온수기의 원리를 이해하기 위해서 증발기의 증발작용부터 시작한다.



냉매가 물이라는 점을 다시 생각하자. 냉매(물)이 열을 획득하여 기화하게 하는 곳이 증발기이다. 

따라서 냉매(물)이 열을 획득하기 위해서는 전열관과 열교환을 해야한다.

전열관(그림에서 검은색 점)에 노즐로 뿌려진 냉매(물)이 열교환을 하게 된다. 


증발을 잘 일으키기 위해서 

1. 냉매를 노즐을 통과하게 하여 전열관에 뿌린다 

그 이유는 냉매의 표면적을 높여 기화를 잘 일으킬 수 있게 만들기 위함이다. 

2. 증발기 내부 압력을 낮춘다

압력이 낮아지면 끓는점이 낮아져 쉽게 기화한다. 

따라서 증발기를 진공상태(6~7 mmHg)로 만들어 냉매 온도가 5도 정도에서 비등 증발을 일으킴


  

(2) 흡수기

증발기에서 계속 기화가 일어나면 내부압력을 높아지고 압력차에 의해

냉매증기(수증기)가 자연스럽게 흡수기로 이동하게 된다. 


(+)가 있으면 (-)가 있듯 

증발기에서 기화된 냉매증기(수증기)는 흡수기의 리튬브로마이드 수용액에 흡수된다. 

따라서 증발압력 및 온도는 일정하게 유지가 된다. 


흡수제가 냉매증기를 흡수할 때 열이 발생하게 된다. 

냉매증기를 흡수할 때 발생하는 흡수열은 흡수기내의 전열관을 통하여 흐르는 냉각수를 데운다. 


흡수제(리튬브로마이드)가 수증기를 흡수하여 묽은 용액(리튬브로마이드 수용액)이 만들어지고 

이는 용액펌프에 의해 고ㆍ저온 재생기로 보내진다.


(3) 재생기

흡수작용이 계속 일어나면 수증기를 흡수할 수록 흡수제의 농도가 묽어지게 되고, 

점점 흡수작용을 계속 할 수 없게 된다.


따라서 묽어진 흡수제의 농도를 다시 높여줘야 한다.

그 방법을 재생이라고 한다.

재생을 하기 위해서는 

묽은 용액(리튬브로마이드 수용액)을 고온재생기와 저온재생기로 펌프를 이용해 보낸다.

그림으로 살펴보면 회색으로 표시된 것이 흡수기에서 온 묽은 용액이다.


흡수제의 농도를 높이기 위해 다시 냉매와 흡수제를 분리를 해야 한다.


흡수제와 냉매가 혼합되어 있는 묽은 용액을 가열하게 되면

흡수제와 냉매의 끓는점 차이에 의해 분리할 수 있다. 


끓는점이 낮은 냉매(물)는 증기상태로 빨리 상변화하여 날아가고

끓는점이 높은 흡수제(리튬브로마이드)는 액상태로 농축된다. 

  

(4) 응축기

저온재생기에서 발생한 냉매증기(수증기)는 응축기로 간다.

냉각수에 의해 냉매증기(수증기)는 응축이 되어 냉매액(물)로 모이게 된다. 

이렇게 응축된 냉매는 다시 증발기로 보내져 증발하게 되면서

사이클이 완성이 된다.




냉각수 입장에서 보면 

흡수기에서 흡수열을 획득하여 온도가 올라가고 

냉매증기를 응축하면서 열을 획득하여 온도가 상승할 것이다. 



흡수식 냉온수기 냉난방운전


[각주:1]


흡수식 냉온수기의 실내기(열교환기)의 위치를 파악을 하자.

실내기는 증발기에 연결되어 있어 있다.




[각주:2]


[각주:3]

증발기에서 물이 증발을 하며 증발잠열로 Chiller Water를 생산한다. 


난방운전조건에서는 

고온재생기와 저온재생기의 발생한 고온의 냉매증기(수증기)를 응축을 시키면서 난방을 한다. 


[각주:4]


위 두 사진을 보면서 다른점을 발견했는지 모르겠다.

바로 재생기가 고온과 저온 재생기로 두개가 있지만 

다른 그림은 하나의 재생기만 가지고 있다.




2014. 03. 24. 흡수식 히트펌프 1. 개념에서 분리

2014. 06. 30. LiBr, 계면활성제, 불응축가스 영향 추가

2014. 11. 19. 용어 정리

2015. 11. 16. 리튬브로마이드의 수증기압이 낮아 물에 흡수가 잘됨

2016. 07. 19. 글 위치 수정

 

  1. http://goo.gl/oYNqBT [본문으로]
  2. www.etnews.com/201108160035 [본문으로]
  3. http://usungeng.com.ne.kr/tec/news/data/gas1/gas1.htm [본문으로]
  4. http://usungeng.com.ne.kr/tec/news/data/gas1/gas1.htm [본문으로]

'Green Energy > Heat Pump' 카테고리의 다른 글

4방밸브  (0) 2015.12.26
흡수식 냉온수기의 관리  (0) 2015.11.15
흡수식 냉온수기의 원리  (1) 2014.03.24
히트펌프 기초 - 2  (0) 2014.01.22
히트펌프 기초 - 1  (0) 2014.01.17
CO2 냉매  (0) 2013.10.29
  1. 김춘일 2016.02.24 14:57

    좋은 자료 감사합니다





히트펌프를 만들려면 무엇이 필요하지? 

 

히트펌프의 필수 구성요소를 이해해야 한다.

히트펌프는 기본적으로 4가지 요소로 구성이 된다. 


압축기, 응축기, 팽창변, 증발기이다. 


앞서 설명한 것 처럼, 

냉매의 응축과 증발이 일어나는 열교환기가

응축와 증발기이다.


압축기는 냉매를 압축해서 고온 고압으로 만들어 주는 역할을 하고

팽창변은 냉매를 팽창해서 저온 저압으로 만들어 주는 역할을 한다.


냉매 사이클에서 냉매는

압축기에서 고온 고압의 기체 상태이고

응축기에서 외부로 발열을 하여 액체 상태로 변하며

팽창변에서 저온 저압의 액체 생태로 되며

증발기에서 외부에서 흡열을 하여 기체 상태로 변한다.




압축기(Compressor)에서 고온고압으로 압축된 냉매에 압축기 오일이 섞여 있을 수 있다. 이 오일이 응축기에 들어가게 되면 유막을 형성하게 되고 열전달이 떨어지게 된다. 따라서 압축기 후단에 오일분리기(Oil Seperator)를 설치한다.


  • 오일분리기(Oil seperator) - 압축기 토출에 설치되어, 압축기 오일을 회수하여 압축기로 재공급해 주는 장치


오일분리기를 지난 냉매는 응축기(Condenser)에서 외부로 열을 방출하고 응축이 된다. 팽창변에 들어가기 전에 냉매의 상태는 액상이어야 하기 때문에, 수액기를 거치게 된다.


  • 수액기(Reservior) - 액 상태의 냉매만 밖으로 배출하는 장치. 히트펌프(혹은 에어컨)가 가동을 멈추면 냉매가 수액기에 몰려 보관된다.


수액기를 지난 냉매는 액상이다. 그런데 만약 냉매에 수분이 포함이 되어있다면, 팽창변에서 온도가 급하강할때 수분이 얼어버려 냉매관을 막게되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 혹시나 있을 수분이나 이물질을 제거할 수 있는 필터드라이어(filter dryer)를 거치게 된다.  


  • 필터드라이어(filter dryer) - 냉매에 포함된 수분이나 이물질을 걸러주는 장치.


필터드라이어를 지나간 냉매의 상태는 사이드글라스(sight glass)를 통해 기상인지 액상인지 육안으로 확인이 가능하다. 사이드글라스에서 냉매가 액상으로 지나고 있어야 정상이다. 사이드글라스를 지난 냉매는 팽창변(expansion valve)을 지나게 되면서 등엔트로피 과정으로 팽창하게 된다. 팽창변을 지난 냉매는 증발기(evaporator)에서 외부 열을 흡수하여 증발하게 된다. 압축기에는 기체 상태의 냉매가 들어가야 하므로, 압축기 전단에 어큐뮬레이터(accumulator)를 설치한다. 


  • 어큐뮬레이터(accumulator) - 압축기로 액상의 냉매가 들어가는 것을 방지하는 장치.
기타 부속품으로 
  • 솔레노이드밸브(Solenoid valve) - 전기적인 동작에 의해 밸브를 차단하여, 냉매흐름과 냉매량을 제어하는 전자밸브. 
  • SCI(Subcooled Interchanger) 열교환기 - 팽창밸브 유입되는 냉매의 과냉각을 확보하기 위해 설치한 열교환기. 
  • 증발압력조절밸브(EPR: Evaporation Pressure Regulating Valve) - 증발압력(온도)이 어느 특정압력(온도) 즉 희망하는 압력(온도) 아래로 떨어지는 것을 방지하기 위해 설치하는 밸브.
  • CPR(Crankcase Pressure Regulator)



히트펌프 기초 - 1 보러가기


2014. 01. 22 작성

2015. 11. 16 컴포넌트 추가



'Green Energy > Heat Pump' 카테고리의 다른 글

흡수식 냉온수기의 관리  (0) 2015.11.15
흡수식 냉온수기의 원리  (1) 2014.03.24
히트펌프 기초 - 2  (0) 2014.01.22
히트펌프 기초 - 1  (0) 2014.01.17
CO2 냉매  (0) 2013.10.29
Vapor injection cycle  (0) 2013.10.26


요즘 히트펌프(Heat Pump)라고 신재생에너지기술로 널리 보급이 되고 있는 기술이 있다. 물펌프는 익숙하지만 히트펌프라고 하면 생소하게 느끼는 분들이 많은 것 같다. 이미 우리들이 많이 사용하고 있음에도 불구하고 잘 알지 못하는 히트펌프에 대해 알아보자.


히트펌프가 뭐지??


히트펌프는 냉난방이 다 되는 에어컨, 시스템 에어컨이라고 생각하면 이해가 빠르다.

요새 카페나 학교 교실에 천장에 설치되어 있는 사례가 많다.


 

우리가 흔히 접하는 것이 정사각형 모양으로 천장에 붙어 있어 바람이 나오는 기기. 그것이 바로 히트펌프의 실내기 이다. 

실내기가 있다면 실외기도 있는데, 실외기는 옆에 보이는 박스형태의 기기를 말한다. 

우선 히트펌프라는 실물이 이런 식으로 생겼다는 것만 알고 넘어가자.



히트펌프는 열펌프라고도 불리는데, 물펌프와 비교를 통해 이해해보자. 


물펌프(water pump)는 낮은 곳에 있는 물을 높은 곳으로 올려주는 기기이듯,

히트펌프(Heat pump)는 열(Heat)을 상승(펌핑 pumping)시켜주는 기기장비로 우선 이해하자.

 






물펌프는 낮은 곳에서 높은 곳으로 물을 올려주는 기기이다. 즉, A에서 B로 물을 올려주는 기기이다. 

히트펌프도 역시 낮은 엔탈피를 높은 엔탈피로 올려주는 기기이다. 


물펌프를 가동하기 위해 전기를 사용하듯,

히트펌프도 가동하기 위해 에너지가 공급되어야 한다.


이 공급되는 에너지 종류에 따라 히트펌프를 구분하기도 한다.

예를 들어, 

전기로 구동하는 히트펌프는 EHP (Electrical Heat Pump)

가스로 구동하는 히트펌프는 GHP (Gas Heat Pump)를 들 수 있다.



히트펌프는 어떻게 작동하는거지??


물펌프는 배관을 통해 아래에 있던 물이 그대로 위로 올라가게 되지만,

히트펌프는 물펌프와 다른 점이 있다. 

바로 열교환이라는 것을 통해 직접 올라가는것이 아니라 전달을 하는 방식이다.








히트펌프에는 냉매라는 것을 이용해 열을 전달하는데 

냉매가 한바퀴 도는 것을 사이클(cycle)이라고 부른다. 


위에 사진에서도 냉매 사이클이 형성이 되어있고

낮은 쪽에서 열교환을 하고 높은 쪽에서도 열교환을 한다. 총 2번의 열교환을 하는 셈이다. 


열교환이 이뤄지는 곳은 대부분 열교환기(HX, Heat Exchanger)에서 이뤄진다. 

히트펌프는 냉매가 열교환을 하는 사이클을 가지고 있다. 


냉매가 두 번의 열교환을 해서 열을 전달을 한다는 것을 기억하자.




냉매의 종류가 다양하지만

보통 냉매의 상변화를 이용하는 경우가 대다수이다.


냉매라는 물질은 

열교환기에서 열교환하는 과정에서 

액체 상태에서 기체 상태로 

기체 상태에서 액체 상태로 변화한다.  


냉매 사이클을 기준으로 보면


외부에서 냉매 사이클로 열을 가해지면 

냉매가 뜨거워지면서 기체 상태로 변화한다.

이처럼 냉매가 흡열하면서 냉매가 기화되는 과정을

증발(Evaporation)이라고 한다. 


반대로

냉매 사이클에서 외부로 열을 방출하면

냉매는 식으면서 다시 액체 상태로 변화한다.

이처럼 냉매가 발열면서 냉매가 액화는 과정을

응축(Condensation)이라고 한다. 



정리하면,

히트펌프는 냉매사이클을 이용하는 기기이고

냉매는 상변화를 통해 열을 전달한다. 




히트펌프의 열원과 부하


물펌프를 사용하기 위해서는 물을 공급해 저는 수원(水原)이 있어야 하고 물을 쓰는 곳이 있어야 한다. 

히트펌프 시스템에서도 열원(熱原) 측과 부하 측이 있다.




여기서, 흥미로운 점은

물펌프의 수원이 높이가 높아지면 사용하는 곳까지 펌핑해야 하는 높이가 줄어들게 된다. 

다시말해, 수원과 부하의 높이차(양정)이 작다면  물펌프가 일을 적게 해도 된다.


이와 비슷한 컨셉으로,

히트펌프의 열원의 온도가 높으면 히트펌프의 일이 줄어들게 된다.



히트펌프 기초 - 2 보러가기



2014. 01. 17 작성

2014. 01. 20 수정

2014. 01. 22 수정


'Green Energy > Heat Pump' 카테고리의 다른 글

흡수식 냉온수기의 원리  (1) 2014.03.24
히트펌프 기초 - 2  (0) 2014.01.22
히트펌프 기초 - 1  (0) 2014.01.17
CO2 냉매  (0) 2013.10.29
Vapor injection cycle  (0) 2013.10.26
VRF 냉매 유량가변형  (0) 2013.10.26

CO2 냉매 역사

- 프레온 가스가 도입되기 전 광범위하게 사용 (1890~1950)

- 대부분 선박, 창고 등과 같은 대형 공조시스템에 사용

- 당시 프로판, 암모니아 등과 비교시 가장 안전한 냉매로 간주됨

- 90년대 초반 Lorentzen 박사(노르웨이 공과대학)에 의해 새롭게 제시됨

- SINTEF(노르웨이 연구소)에 의해 대체 냉매로서의 가능성 제기

- 1994년 차량용 공조시스템에 사용 시작


CO2 냉매의 장단점

- 장점

.불가연성, 무독성, 자연냉매(GWP=1)

.가격이 저렴

.체적에어컨 용량이 큼 => 시스템의 소형화 가능

.재활용 조치 불필요

.히트펌프(Heat Pump) 시스템 병용 가능


-단점

.고압 작동영역으로 신규개발비 투자

.자연냉매 사회 Infra 구축 필요 (충전장치, 충전소 구축)

.고압 작동에 의한 안전성

.이산화탄소 중독 문제 (공기 중 5% 이상) : 집중력 장애/두통


임계점(Critical point)은 압력이 임계압력이상으로 높아져도 액화가 되지 않고, 온도가 임계온도보다 높아져도 기화가 되지 않는 상태를 말한다.

임계점에서는 잠열, 압력의 부피에 대한 1,2차 미분 계수가 0이고, 등온압축성(isothermal compressibility), 열평창계수(thermal expansion coefficient), 등압비열, 열전도도가 무한대이다. 

참고로 이산화탄소의 임계압력은 7.4 MPa, 임계온도는 31.1 도이다. 



Transcritical Cycle (초임계 사이클)




[각주:1]





이산화탄소 냉매 공조시스템의 개발 핵심은 

고압용 열교환기를 포함한 품 설계 및 생산기반 구축과 

최적 냉방성능을 위한 전자식 팽창밸브, 가변 용량형 압축기의 전자제어 기술확보에 있음

  1. http://isid.yonsei.ac.kr/apmsetup/upload/a15lecture_s1.pdf [본문으로]

'Green Energy > Heat Pump' 카테고리의 다른 글

히트펌프 기초 - 2  (0) 2014.01.22
히트펌프 기초 - 1  (0) 2014.01.17
CO2 냉매  (0) 2013.10.29
Vapor injection cycle  (0) 2013.10.26
VRF 냉매 유량가변형  (0) 2013.10.26
가스 히트펌프 GHP  (0) 2013.10.25

Vapor injection cycle



보통 히트펌프는

한랭지역이나 한대지역에서와 같이 압축 효율과 냉매 유량이 감소하여

용량과 COP가 감소한다.


VI 사이클은 이러한 히트펌프의 특성을 보완해주는 기술로, 

저외기온 한랭지향 히트펌프에 주로 이용되고 있다. 


Vapor-injection (VI) 사이클은 응축기 출구에서 냉매를 뽑아내어(추기)  

증기 냉매만 압축기의 인젝션 포트에 주입하는 방법으로 구현된다. 


VI 사이클의 핵심은 바로 Vapor Injection Compressor이다.




VI 사이클에서는 스크롤(Scroll) 압축기를 사용한다.

그 이유는 스크롤압축기에서는 인젝션포트를 이용해 

냉매증기를 중간에 삽입할 수 있기 때문이다. 


다른 압축기들은 냉매 압축과정중에 삽입하기 어렵다. 


응축기 출구에서 냉매를 추기한 다음

액상태인 냉매가 압축기에 유입되지 않도록

flash tank나 내부 열교환기를 이용하여 증기 냉매만 압축기에 유입한다.


VI 사이클은 

증기 냉매를 압축기 인젝션 포트에 공급함으로써 압축기 효율을 향상키고, 

응축기 측 냉매 유량을 증가시킴으로써 응축기 용량을 증가시킨다.

내부열교환기에서 응축기 토출 측 냉매의 과냉도를 더욱 확하여 냉방용량(증발기 측)도 증가시킨다.



[각주:1]






  1. Vapor-injection cycle 이용 히트펌프의 난방 성능 향상에 미치는 중간압력 영향에 관한 연구, 노철우, 김민수, 대한설비공학회 2011년도 하계학술발표대회, 2011.7, 137-140 [본문으로]

'Green Energy > Heat Pump' 카테고리의 다른 글

히트펌프 기초 - 1  (0) 2014.01.17
CO2 냉매  (0) 2013.10.29
Vapor injection cycle  (0) 2013.10.26
VRF 냉매 유량가변형  (0) 2013.10.26
가스 히트펌프 GHP  (0) 2013.10.25
흡수식 냉온수기 개념  (0) 2013.10.25

냉매 유량가변형 VRF(Variable Refrigerant Flow) 시스템 


1969년 일본에서 최초 소개

1980년 후반부터 보급 확대

2000년대 대용량 모듈 기술 개발


VRF 시스템은 일반적으로 인버터 압축기와 제어 기술을 통해 냉매 유량을 정교하게 조절할 수 있는 시스템을 말한다.

국내에서는 이를 시스템에어컨 혹은 멀티에어컨이라고 부르기도 한다.


[각주:1]


멀티에어컨은 실내 부하에 따라 냉매량을 개별적으로 조절이 가능한 개별공조 시스템으로

하나의 실외기에 여러타입의 실내기를 연결하여 실내의 사용 특성에 따라 실내기를 개별적으로 운전할 수 있다.

멀티에어컨은  하나의 실외기에 최대 56대까지 연결할 수 있다.  




제어 방법


인버터 MPS(Multi Power System) 기술

1) High Efficiency  Inverter Linear Control 


고효율 인버터 선형 제어 시스템을 적용하여 부하 변동에 따라 선형적으로 대응 가능

부하 변동에 능동적으로 대응할 수 있는 제어 알고리즘


2) 인버터 압축기 + 정속형 압축기



실외기에 압축기를 다수 장착하여 실내 부하의 변동에 선형적으로 대응 

큰 압축기 1대를 장착한 실외기에 비해 소비전력 20~40% 절감, 소음 5~6 dB(A) 저감

실내 쾌적감 증대 효과



건물의 BMS(빌딩 관리 시스템) 연동 제어


3) 과냉각 SCI(Subcooled Interchanger) 기술

시스템 에어컨은 장배관 고저차 시스템으로 발생하는 냉매 배관 내부의 압력 손실 발생

실외기 토출 냉매의 상태의 상태를 과냉각시키면 냉매가 액체 상태로 팽창 밸브 유입

냉매질량유량 증가, 시스템 냉방 능력 향상




나선관 형상의 과냉각기(Sprial type Sub-Cooled Interchanger Circuit)를 장착하여 충분한 과냉각도 확보




4) 실내기 BLDC(Blushless Direct Current) 모터 저 소음 기술



BLDC 인버터 모터를 실내기에 장착

풍량 가변 범위 20~130% 제어 가능, 

초경량화, 소음 감소(28dB(A))


BLDC 설명 더보기 - 경민테크 홈페이지 


5) FLC(Fuzzy Logic Control) 기술



기존 PID(Proportional plus Integrate plus Derivative) 제어의 응답속도보다 약 15% 이상 향상된 제어 시스템

퍼지 논리는 자연 언어 등의 애매함을 정량적으로 표현하기 위하여 도입되었으며 퍼지 집합의 사고방식을 기초로 하고 있다. 

기계언어(0과 1의 2진법)의 한계를 벗어나기 위해 개발  




지열원 VRF 시스템

LG전자의 지열원 VRF시스템은 기존의 다양한 실내기의 적용하는 것 뿐만 아니라 직팽식 AHU와도 연결이 가능함으로 대공간의 냉난방이 가능하다. 


VRF의 특징

설치의 간평성 및  설치 면적 축소

디자인의 유연성

편리한 유지보수와 관리

개별제어 및 에너지 효율성

적용성




[각주:2]








  1. http://www.kemco.or.kr/up_load/blog/1.7%20%EC%8B%9C%EC%8A%A4%ED%85%9C%EC%97%90%EC%96%B4%EC%BB%A8Lg%EC%A0%84%EC%9E%90-%EB%B0%95%EC%99%84%EA%B7%9C.pdf [본문으로]
  2. LG전자 고효율 DC 인버터 VRF 시스템 에어컨 기술 동향, 김병순, 대한설비공학회, 설비저널 37(6), 2008.6, 53-61 (9 pages) [본문으로]

'Green Energy > Heat Pump' 카테고리의 다른 글

CO2 냉매  (0) 2013.10.29
Vapor injection cycle  (0) 2013.10.26
VRF 냉매 유량가변형  (0) 2013.10.26
가스 히트펌프 GHP  (0) 2013.10.25
흡수식 냉온수기 개념  (0) 2013.10.25
플레쉬 가스 Flash gas  (0) 2013.10.24

가스 히트펌프 GHP (Gas engine-driven Heat pump)



가스 히트펌프는 가스(LNG, LPG)를 연료로 하여 냉난방을 수행하는 기기이다. 

가스엔진배열회수 열교환장치를 제외하면 전기식 히트펌프(EHP)와 거의 동일한 시스템이다. 


GHP는 가스엔진의 동력으로 구동되는 압축 압축기에 의해 

냉매를 실내기와 실외기 사이의 냉매관으로 흐르게 하여 액화와 기화를 반복시켜 

여름에는 냉방기로, 겨울에는 난방기로 이용한다. 


냉매는 R-22 , R-407C(신냉매)를 사용한다. 



냉방운전일 경우 팽창변을 지나 낮아진 냉매가 증발기(실내기)에서 실내공기와 열교환을 하여 실내를 냉방한다.


반대로 난방일 경우에는 압축기에서 토출한 냉매를 응축기(실내기)를 통해 실내 공기를 가열한다.


가스히트펌프(GHP)의 특징


GHP의 가장 큰 특징의 하나는 엔진의 배열을 유효하게 이용할 수 있는 것이다.

  

엔진 배가스(450 ~ 600 ℃) 엔진 냉각수 보유열(70 ~ 95 ℃)을 이용하여 

히트펌프로부터 얻어진 50 ~ 60 ℃의 온수를 더 높은 70 ~ 90 ℃ 정도까지 가열 , 승온시킬 수 있다 . 


- 겨울철 제상운전이 불필요

- 실내온도에 따라 엔진 회전수를 컨트롤

- 항상 쾌적한 실내온도 유지


EHP(전기모터에 의한 히트펌프)나 보일러 등과 같은 다른 열원 방식에 비해 열수지(heat balance) 를 계산해 보면 

엔진 구동 열펌프 시스템은 다른 시스템에 비해 1.4 ~ 3 배에 달하는 에너지 이용 효율을 보인다. 

그리고 가스 냉방이 가능한 이점으로 인해 동일 용량의 EHP 대비 전기 소비량은 1/10 정도, 운영비는 약 70% 정도 수준이다.


- 낮은 전기소비량

- 저운전비로 높은 경제성


 전기히트펌프(EHP)와 비교할 때 가스히트펌프(GHP)의 장단점은 다음과 같다. 



2차에너지인 전력을 기준으로 기기효율을 계산하는 COP는 가스히트펌프가 낮지만, 

1차에너지로 환산을 하면 

종합효율은 가스히트펌프가 더욱 높다.




가스히트펌프는 

하나의 실외기에 여러대의 실내기를 연결할 수 있다.





실내기와 실외기의 위치, 고저차에 따른 능력변화이다. 


[각주:1]



GHP는 건물규모가 500 ~ 5,000 m2가 적당하다. 



아래 그림에서 보는 바와 같이 가스엔진의 동력으로 구동되는 압축기에 의해 고온 고압의 기체상태로 된 냉매(R-22)는 실외 열교환기에서 응축되면서 방열을 하게된다.

 액냉매는 팽창밸브를 지나면서 압력과 온도가 강하되고 다시 실내 열교환기에서 증발되면서 공기로부터 증발열(흡열)을 빼앗아 냉방이 되도록 해준다. 

난방시는 사방밸브를 사용하여 사이클을 냉방사이클과 반대로 해준다. 압축기에 의해 고온 고압의 기체상태로 된 냉매가 실내 열교환기를 지나면서 실내 공기를 데워주고(방열) 냉매는 응축된다.

 즉 실내 공기는 냉매의 응축열만큼 열을 흡수하여 가열되는 것이다. 응축된 냉매는 팽창밸브를 지나면서 압력과 온도가 강하되고 실외 열교환기에서는 외부 공기로부터 열을 흡수하여 냉매가 증발된다. 

GHP의 가장 큰 특징은 가스엔진에서 발생되는 연소배열(Exhaust gas)과 엔진 냉각수의 열을 회수하여 열효율을 높일 수 있는 점이다. 이러한 폐열을 이용하는 방 법에 따라 시스템 구성이 달라지고 열효율에도 큰 영향을 미친다.

대표적인 폐열 이 용방식으로는 냉매직접가열형, 공기예열이용형, 폐열직접이용형이 있다. 냉매직접가 열형은 배기가스와 열교환을 거친 고온의 냉각수로 실외 열교환기(증발기)를 거쳐 나온 냉매를 직접 가열하여 압축기로 보내 난방효율을 높여주는 방식으로 냉방시에 는 압축기에서 토출된 고온의 냉매를 냉각시켜줌으로서 실외 열교환기(응축기)에서 의 응축능력을 높여 시스템의 성능을 향상시켜준다. 

 

압축기를 구동하는 원동기로 전동모터를 사용하는 전기구동 히트펌프(Electric Heat Pump)와는 달리 

엔진을 사용하는 가스엔진구동 히트펌프(Gas Engine Driven Heat Pump)를 줄여 GHP라고 합니다.




가스히트펌프 역사



공기예열이용형은 난방시 배가 스 열교환기를 통하여 냉각수의 온도를 높여 실외 열교환기(증발기)로 유입되는 공 기를 가열시켜줌으로서 제상효과(defrost)와 더불어 시스템 성능을 높여준다. 냉방시 에는 단순히 방열기로 사용하거나 별도의 설비를 부착하여 급탕에 이용하기도 한다. 폐열직접이용형은 엔진의 폐열을 별도의 열교환기를 이용하여 응축기를 지나는 2차 작동유체와 열교환시킴으로서 난방이나 급탕에 이용한다.

  1. http://yoonseong.syn.co.kr/catalog.pdf [본문으로]

'Green Energy > Heat Pump' 카테고리의 다른 글

Vapor injection cycle  (0) 2013.10.26
VRF 냉매 유량가변형  (0) 2013.10.26
가스 히트펌프 GHP  (0) 2013.10.25
흡수식 냉온수기 개념  (0) 2013.10.25
플레쉬 가스 Flash gas  (0) 2013.10.24
냉매 압축기 개론  (0) 2013.10.24


--

1. 흡수식 설비 


흡수식 설비에는 흡수식 냉동기, 흡수식 냉온수기, 흡수식 히트펌프로 나눌 수 있다. 


  • 흡수식 냉동기(Absorption chiller) : 냉방 및 냉동이 목적인 흡수식 설비
  • 흡수식 냉온수기(Absorption chiller-heater) : 냉방과 난방을 한 설비로 할 수 있다는 장점이 있음. 난방 할때는 일반 보일러와 구동방식이 거의 비슷함. 
  • 흡수식 히트펌프(Abssorption heat pump) : 난방을 주 목적으로 하는 흡수식 설비. 기본 구성은 흡수식 냉동기와 동일하지만, 작동 온도와 냉각수 연결하는 것이 다르다. 



2. 흡수식 관련 용어  

물(H2O)이 냉매이고 리튬브로마이드(LiBr)가 흡수용액인 흡수식 냉동기를 사례로 



물(H2O)이 냉매이고 리튬브로마이드(LiBr)가 흡수용액인 흡수식 냉동기를 사례로 

흡수식 냉동기의 원리를 이해해보자 


필수 용어부터 살펴보자

  • 냉수(chilled water) : 흡수식 냉동기에서 생산하고자 하는 차가운 물. 건물로 들어가 냉방하는 데 쓰인다.
  • 냉각수(cooling water, coolant) : 흡수식 냉동기의 열적 사이클을 유지하기 위해(흡수식 냉동기를 냉각하기 위해) 공급되는 물
  • 냉매(refrigerant) - 흡수식 냉동기 열적 사이클에서 상변화를 하며 열을 전달하는 물질
  • 흡수제(absorbent) : 냉매를 흡수하는 물
  • 농용액(strong solution), 진한 흡수액 : 흡수제에 냉매가 적게 섞여 있어 흡수제 농도가 진한 용액(solution)
  • 희용액(weak solution), 묽은 흡수액 : 흡수제에 냉매가 많이 섞여 있어 흡수제 농도가 옅은 용액(solution)
  • 흡수기(Absorber) : 흡수제가 냉매를 흡수하는 곳. 흡수제가 냉매를 흡수해 희용액이 되면서 열을 발생. 
  • 재생기(Generator) : 외부에서 열을 공급해 흡수제와 냉매를 분리하는 곳. 냉매는 기화되어 날아가 흡수제만 남아 농용액으로 재생되는 곳
  • 응축기(condenser) : 냉매가 기체상태에서 액체상태로 응축되는 열교환기. 냉매가 주변으로 열을 방출하면서 가열효과 발생. 
  • 증발기(evaporator) : 냉매가 액체상태에서 기체상태로 증발되는 열교환기. 냉매가 주변 열을 흡수해 증발되면서 냉각효과 발생.



3. 흡수제와 냉매

압축식 히트펌프의 냉매와 다르게 

흡수식 냉온수기와 흡수식 히트펌프의 냉매는 흡수제와 조화가 잘 맞아야 한다. 


그렇다면 흡수제는 무엇인가?


흡수제 : 냉매를 흡수한다. 흡수를 하면 열이 발생이 된다. 

            끓는점이 냉매보다 높아 흡수용액의 온도가 올라가면 냉매는 기화되고 흡수제는 액상으로 남아 분리된다. 


냉매 : 흡수, 비등 응축 과정을 반복하기 때문에 흡수제와 혼화성이 중요


흡수용액 : 흡수제와 냉매가 혼합되어 있는 용액


흡수식 작동유체로 주로 사용되고 있는 것은 H2O/LiBr(물/리튬브로마이드)와 NH3/H2O(암모니아/물)이다. 

냉매(Refrigerant) - H2O, 용액(solution) - LiBr  

냉매(Refrigerant) - NH3, 용액(solution) - H2O  


LiBr(흡수제)/H2O(냉매)을 가지고 다시 설명해 보면,
LiBr(흡수제)가 H2O(냉매)를 흡수하는 성질을 가지고 있다.
리튬브로마이드의 수증기 압이 물의 수증기 압에 비해 상당히 낮기 때문에 리튬브로마이드가 물에 잘 흡수되는 것이다. 
 


흡수식냉온수기는 종래에 사용되는 전기를 이용한 압축식냉동방식과 달리 가스나 연료를 이용함으로써 여름철에 전력소비를 감소시켜 전체적인 에너지의 이용평준화를 이룰 수 있어, 점차 이에 관한 연구개발이 활성화되어 가고 있다. 


흡수식 냉온수기는 이런 패캐지 형식으로 상용화 되어 있다.



흡수식 냉온수기과 압축식 히트펌프의 차이

흔히 히트펌프는 압축기를 이용하여 냉매를 고온고압으로 만들어 구동하는 압축식 히트펌프를 지칭하는 것이 보편적이다. 


흡수식 히트펌프는 압축식 히트펌프와 구동방법이 다르다. 

압축식 히트펌프와 흡수식 히트펌프가 무엇이 다른지 살펴보자.


 

 압축식 히트펌프

(기계식 히트펌프)

흡수식 냉온수기, 흡수식 히트펌프

(화학식 히트펌프)

 개략도








승온방법

압축기 이용하여 고온고압 냉매 생성

화학반응 

시스템 

구동 

에너지

전력 

(압축기에서 소비) 

가스 (재생기 가열용) 

태양열, 지열, 폐열 (증발기 열원으로 활용)  

 

전기히트펌프(EHP; Electric Heat Pump) 

가스히트펌프(GHP; Gas driven Heat Pump)

흡수식 냉온수기 (Absorption chiller/heater)

흡수식 히트펌프 (Absorption Heat pump)



흡수식 냉온수기는 흡수제를 사용하는 설비이다. 

흡수식 냉온수기 냉매의 증기압 차에 의하여 냉매 증기가 흡수되는 원리를 이용,

전기에너지 대신 LNG, 폐열 등을 구동열원으로 사용하여 냉난방을 한다. 


흔히 알고있는 압축식 히트펌프의 압축기를 대신하여 흡수기와 발생기(재생기)가 있다. 

발생기와 흡수기가 핵심적인 요소기기이다.


흡수식 냉온수기의 장점

1. 구성부분이 간단

2. 기계구동부분이 펌프, 팬(Fan)뿐이라 소요동력이 작고, 소음이 적음

3. 오존층 파괴위험이 없음 (자연냉매를 쓰기 때문)

4. 발생기 열원으로 태양열, 지열, 폐열회수 등 사용 가능


흡수식 냉온수기의 단점

1. 비교적 큰 전열면적이 필요해 제작비용이 많이 듦

2. 냉방의 경우 증기압축식보다 성능계수가 낮음

3. 냉매가 낮은 온도가 비등하여야 하므로 진공이 요구

4. 냉매 누설 시 시스템에 악영향



덧붙이기

압축/흡수식 하이브리드 히트펌프 (VCCSC ; Vapor Compression Cycle with Solution Circuit)

시스템은 증기압축식 사이클에 비해 성능계수가 낮아 이를 보완하기 위해 개발

스웨덴, 스위스을 비롯한 몇몇 국가에서 주도적으로 개발 중


[각주:1]





흡수식 냉온수기 분류



1. 효용


흡수식 냉온수기를 분류할 때 효용이라는 단어가 등장한다.

효용은 시스템 내부에서 재생기 수를 말한다. 


재생기를 하나 가진 것은 일중효용(single effect) 흡수식 냉온수기이고

두개를 가진 것은 이중효용(double effect) 흡수식 냉온수기이다. 


1.1. 일중효용(single effect) 흡수식 냉온수기

열교환기, 발생기, 응축기, 증발기, 흡수기와 용액 열교환기로 구성되며, 

성적계수 COP는 0.7~1.0 정도이다.


1.2. 이중효용(Double effect) 흡수식 냉온수기

구동열원이 고온발생기(first stage generator)로 공급되며, 고온 발생기에서 발생한 냉매증기는 저온발생기(second stage generator)에 공급되어 용액의 농축에 사용된다.

이중효용은 일중효용보다 높은  COP 1.0 ~ 1.5 정도의 성적계수를 가진다.


1.3. 삼중 효용 흡수식 냉온수기


[각주:2]


2중효용 기기에 고온/고압재생기를 추가한 것으로 COP가 1.5~1.7 정도 형성되는 것으로 알려져있다.






2. 직렬형과 평행형


용액 분배방식 즉, 재생기의 계통에 따라 직렬형과 평행형으로 구분할 수 있다.


2중 효용 흡수식 냉온수기는 평행형, 직렬형이 있고

3중 효용 흡수식 냉온수기는 평행형, 직렬형, 역흐름, 변형역흐름형으로 구분할 수 있다.  



2.1. 직렬형



이중효용 직렬흐름(직렬형)


용액의 분배가 없이, 저온, 중온용액열교환기를 거쳐 바로 고온재생이로 들어간다.





2.2. 병렬형


흡수기를 나온 희용액이 저온용액 열교환기를 거쳐 분배되어 저온재생기와 중온용액열교환기를 거쳐 나누어져 들어가며, 중온용액열교환기를 지난 희용액은 고온재생기로 들어가게 된다. 

고온재생기를 통과하여 분리된 냉매가 저온재생기에서 열원 역할을 하게 된다. 



이중효용 병렬효용







3. 제1종 흡수식 히트펌프, 제2종 흡수식 히트펌프


제 1종과 제 2종 흡수식 히트펌프는 동일한 구성이지만 전혀 다른 운전특성을 보인다. 



[각주:3]


[각주:4]


제 1종 흡수식 히트펌프는 저온(20~60도)의 폐열을 회수하여, 50~95도의 온수를 얻을 수 있다.
제 2종 흡수식 히트펌프는 중온(60~80도)의 폐열을 회수하여, 100~150도의 고온수 또는 증기를 얻을 수 있다.



[각주:5]






흡수식 히트펌프, 흡수식 냉온수기의 Issue



1. 주요 기술분야별 현황


흡수식 냉온수기의 경우 많은 장점에도 불구하고 다른 냉난방장치에 비하여 열효율이 낮다는 취약점

효율이 높으면서, 가정에서 이용될 수 있는 장치의 개발이 무엇보다 중요



1) 공랭식


1990년대 초반에는 주로 2개의 팬을 설치하여 효율향상을 도모하였지만, 이러한 방식은 장치의 규모가 커지는 문제점

2000년도 초반에는 이를 개선하여 1개의 팬을 이용하되 한번 순환된 냉각수를 별도의 용액펌프에 의하여 재순환시킴으로써 2개의 팬을 설치한 것과 같은 효과를 얻을 수 있는 기술이 개발되었다.


2) 작동유체 


흡수식 냉동기용 냉매/흡수제 중에서 현재 실용화된 것은 물/리튬브롬과 암모니아/물의 2가지 종류뿐이다. 


물/리튬브롬의 경우 

비등점이 높은 물이 냉매이기 때문에 시스템의 공냉화가 어려우며, 0°C 이하의 저온을 얻을 수 없으며부식성이 강해 용액관리가 어렵다. 


이에 반해 암모니아를 냉매로 하는 경우 

비등점이 낮아 소형 공랭식에 쉽게 사용될 수 있으나, 

암모니아가 가지는 유동성, 가연성, 폭발성등의 치명적인 문제점이 있어 종래에는 사용되지 못하다가 


최근 이를 극복한 GAX(흡수기/발생기 열교환기)등의 개발로 암모니아를 냉매로 하는 방식이 크게 선호되고 있다.

  

다만, 이러한 암모니아/물 방식의 경우 물/리튬브롬방식에 비하여 작동유체간의 비등점 차이가 적어 양자를 분리하는데 어려움이 많다. 


3)  3중효용 방식


흡수식 냉온수기의 경우 재생기의 개수에 따라 1중효용, 2중효용, 3중효용 및 다중효용으로 나누어지며, 현재 흡수식냉온수기에서는 1중효용방식이 사용되지 않고 있으며, 대부분 2중효용방식이 많이 사용되고 있다. 


3중효용방식의 경우 효율이 2중효용에 비하여 1.5배정도 개선되지만, 

고온재생기에서의 압력과 온도가 2중효용에 비하여 훨씬 높게 되어 압력용기의 선택이 곤란하고 용기의 부식우려가 있다.

  

따라서, 특허출원의 대부분이 이러한 고온, 고압에서도 냉동장치가 원활하게 작동되도록 하는 기술

예를 들면, 고온 재생기에서 발생하는 고온고압증기의 일부 또는 전부를 중온재생기 또는 저온재생기로 우회시켜 운전 중의 고온 재생기내의 압력, 온도를 종래의 2중 효용 흡수식 냉온수기와 같은 수준으로 유지하도록 하는 것이 있다. 


이외에도 각각의 재생기내부에 있는 용액의 농도를 조정하여 부식등을 방지하려고 하는 것이 있다.


이러한 고온고압에서도 원활하게 작동하는 기술에 관한 연구는 향후에도 계속될 것으로 보인다.


4)  흡수기


흡수기는 염화리튬을 흡수액으로 사용하고 물을 냉매로 하는 경우 염화리튬의 강한 흡수력을 이용하여 냉온수기내의 수증기를 흡수하고 이에 따라 냉온수기내의 압력을 일정하게 유지하게 하는 장치이다. 


이에 관한 특허기술로는 흡수기내부에서 흡수액이 결정화되는 것을 방지하는 기술과, 흡수액이 충분하게 수증기를 흡수할 수 있도록 하는 냉매흡수능력 향상에 관련된 기술개발이 많이 이루어지고 있다. 


특히 흡수기 표면을 만곡된 주름판등으로 하거나, 열교환튜브의 직경과 길이를 최적으로 함으로써 흡수기의 성능향상을 도모하는 기술 등이 최근 꾸준하게 이루어지고 있으며, 앞으로도 이러한 고성능화, 소형화에 관련된 기술개발이 지속될 것으로 보인다.


5)  증발기


증발기는 전열관 외부표면에 냉매를 균일하게 분사하여 전열관내부를 흐르는 냉수로부터 잠열을 빼앗아 냉매는 증발하고, 냉수는 냉각하게 하는 장치이다. 이러한 증발기는 증발기의 열전달을 향상하는 기술이 중요하여 이와 관련된 기술개발이 주로 이루어지고 있으며, 특허출원도 이에 관련기술이 증가하고 있다. 


증발기의 표면적을 최대한 넓게 하여 증발능력을 향상시키는 등의 형상에 관련된 기술과, 

냉수가 전열관 내부에서 와류유동하여 열전달능력을 향상시키는 것과 같은 기술이 현재 진행되고 있으며, 향후 이와 같이 최적의 형상을 이용하여 증발능력을 향상하는 기술이 계속될 것으로 보인다.


6)  재생기


흡수기에서 냉매를 흡수하여 농도가 낮아진 용액을 열로 가열하여 냉매와 고농도의 흡수액으로 분리하는 장치가 재생기이다. 90년대 초반에는 발생기내부의 온도가 일정정도 이상 올라가지 않도록 하는 과열방지장치등에 대한 개발이 이루어 졌으나, 

현재는 재생기내부의 열을 충분히 흡수하면서도 연소실체적이 작은 구조에 관련된 기술과, 

용액의 유동경로의 연장 및 열접촉면적을 넓혀 우수한 열전도율을 갖는 기술에 관련된 특허가 출원되고 있다. 


7) 응축기 


재생기에서 증발한 냉매가 응축기 전열관내부를 흐르고 있는 냉각수에 의하여 냉매액으로 응축되게 하는 장치가 응축기이다. 응축기의 기술개발은 증발기와 같이 열전도율향상과 소형화에 중점을 맞춰 이루어 지고 있으며 이에 관한 연구가 지속될 전망이다.


8) 열교환장치


열교환장치는 흡수식냉온수기의 일반구성요소인 흡수기,증발기, 응축기에 포함되어 있는 열교환장치외에 요소를 말하고 있으며, 대부분은 일반구성요소들 사이에 위치하여 폐열을 회수하는 역할을 수행하고 있다. 


이러한 열교환장치에 관련된 기술도 일반구성요소와 같이 접촉표면적을 보다 넓게 하여 열전달의 성능을 향상시키는 기술이 중점을 이루고 있으며, 향후 이에 관한 기술개발이 계속적으로 진행될 것이다. 


 9) 추기장치


흡수식냉온수기는 전체가 고진공 시스템이 되고 있기 때문에, 용접등에 의해 기밀성을 높이고 있지만, 핀홀이나 접속부등에서의 대기 성분의 침입은 불가피하며, 시간의 경과와 함께 질소나 산소등의 대기성분도 증가하게 된다. 


이러한 불필요한 가스(불응축가스)의 농도가 높아지면, 냉매의 증발이 억제되어 냉동능력이 저하되므로 불응축가스 제거는 전체 시스템의 효율향상에 중요하다.




이러한 추기장치에 관해서 

80년대에는 파라디움셀에 의하여 잔여불응축 가스 중 수소가스를 배출하는 기술에 대한 개발이 이루어 졌으나, 

90년대와 최근에는 수소배출이외에도 다른 불응축가스를 제거하는 새로운 방식에 관한 기술개발이 이루어지고 있으며, 

파라디움셀에 의한 방식의 경우도 전체장치가 보다 소형화될 수 있도록  부품수의 저감과 부착공간의 생략등에 관한 기술개발이 이루어지고 있다.




10) 결정방지장치


흡수식냉온수기의 용액은 용액의 농도와 온도에 따라 리튬브롬이 결정으로 석출되게 되는데, 특히 용액의 농도가 일정기준치 이하가 되면, 이러한 결정화현상이 발생하게 된다. 이와 같이 결정화가 진행되면 각각의 순환유로를 막아 용액이 원활하게 흐르지 못하게 되며, 이에 따라 전체시스템의 효율도 낮아지게 된다. 


이러한 결정화를 방지하기 위한 기술의 경우 과거에는 용액의 온도를 지속적으로 감지하여 기준치이하가 되는 지를 판단하는 온도측정기술에 관한 것이었으나, 최근에는 정전 등에 대비한 기술개발이 이루어지고 있다. 

특히, 정전시 솔레노이드밸브등이 작동하여 고농도의 용액을 일정한 장소로 이동시켜 용액을 저농도로 만드는 기술과 응축기에 있는 액체를 고농도의 용액이 있는 재생기등으로 보내어 용액을 희석하는 기술등 다양한 기술개발이 이루어 지고 있으며, 앞으로도 정전이나 전원차단으로 인하여 용액이 결정화되는 것을 막기 위한 기술이 꾸준히 개발될 전망이다.




1. 분리식 난방기술

난방시 고온재생기와 냉동부분이 완전히 분리되어 복잡한 냉동기로부터 간단한 진공보일러로 변화. 

기존 난방방식에 비해 효율적인 난방을 공급할 수 있고 

급탕기능도 가능하며 온수공급온도를 95 까지 높일 수 있다. 


동절기에 증발흡수기는 기동되지 않아 기기수명이 2배로 증가되고 펌프등 회전부품이 정지상태로 고장율이 70% 감소.


2. 판형 열교환기

기존 Shell & Tube형 열교환방식과 달리 판형 열교환기술을 적용하여  

열교환 후 용액온도차가 3~6℃(기존방식20℃이상)로 형성. 에너지효율 향상


3. 용액 분사노즐 막힘 - 용액 상단분사방식, 완벽한 여과

용액 분사노즐이 동관 상단에 위치하고 있어 용액속의 스케일등에 의해 노즐이 막히는 경우가 영구적으로 발생하지 않음. 

장비내 펌프입구측, 냉각수등 외부배관 입구에는 모두 필터가 설치되어 있어 

장비내부가 항상 청결하여 세관 주기를 대폭 연장하고 수 년간 냉방 능력저하가 발생하지 않음.


4. 용액결정 - 결정 자동해정 시스템

부하의 급격한 변화, 정전, 진공불량등 이상으로 용액결정 문제 발생. 

결정발생을 탐지하고 2중튜브, 용액역류등의 방식으로 자동해정되는 시스템을 개발하여 용액결정의 문제점을 해결.




5. 진공관리기술 - 자동 추기 및 배기 시스템

LiBr/H2O 시스템 진공상태에서 운전되므로 시스템의 진공도 유지를 위한 추기계통 및 누설방지 기술은

장비 수명과 효율성에 가장 중요한 요소.


낙차식 자동추기라는 기술로 안정적이고 정밀한 진공추기를 진행하여 장비효율을 항상 유지하는 동시에 

배기시스템으로 불응성가스를 자동으로 외기에 배출시켜 진공펌프로 추가작업을 할 필요가 없게되어 관리 편리성을 대폭 향상




6. 냉매 오버플로우 방지

냉매측에 3개의 센서가 있어 2개는 냉매펌프를 기동/정지하고 하나는 버너를 제어. 

부하가 낮거나 진공불량이 있을 경우 냉매는 남게 되는데. 센서로 냉매 레벨을 탐지하여 냉매펌프, 버너를 제어합니다. 

이런 제어가 없다면 냉매가 항상 오버플로우⇔버너 연소되는 순환에 있게되어 에너지가 과다 낭비 



7. 부식방지기술


8. 사이클 개선에 의한 성능향상 기술


9. 발생기와 흡수기 사이에 열교환이 이루어지는 GAX 열교환기의 설계기술 (NH3/H2O 시스템)


10. 암모니아의 부식 및 고압에 견딜수 있는 용액펌프의 제작기술 (NH3/H2O 시스템)


11. 시스템의 작동조건이 LiBr의 결정화 영역에 근접하므로 결정화 방지기술 및 고효율 공랭형 흡수기의 설계·제작기술 (소형·공랭형 시스템 )




흡수식 냉온수기 원리


--

__

2013. 10. 25 작성

2014. 05. 13 제1종과 제2종 추가

2014. 11. 19 희용액, 농용액 수정

2016. 12. 13 용어 수정




  1. 증기압축식/흡수식 하이브리드 히트펌프 사이클에 관한 최적화 연구, 2001, 전관택, 인하대학교 석사학위논문 p14 [본문으로]
  2. 일본의 고효율 흡수식 냉온수기, 윤정인, 이호생, 설비공학회 제38권 제8호 [본문으로]
  3. 폐열이용 흡수식 냉동기 및 히트펌프, 김광제, 1994, 공기조화 냉동공학 제23권 제4호 p.299-305 [본문으로]
  4. 폐열이용 흡수식 냉동기 및 히트펌프, 김광제, 1994, 공기조화 냉동공학 제23권 제4호 p.299-305 [본문으로]
  5. 폐열이용 흡수식 냉동기 및 히트펌프, 김광제, 1994, 공기조화 냉동공학 제23권 제4호 p.299-305 [본문으로]

'Green Energy > Heat Pump' 카테고리의 다른 글

VRF 냉매 유량가변형  (0) 2013.10.26
가스 히트펌프 GHP  (0) 2013.10.25
흡수식 냉온수기 개념  (0) 2013.10.25
플레쉬 가스 Flash gas  (0) 2013.10.24
냉매 압축기 개론  (0) 2013.10.24
선형열원법 Line source method  (0) 2013.10.11

+ Recent posts