흡수식 냉동기(Absorption system of refrigeration)에 대하여

안녕하세요? 오늘은 흡수식 냉동기(Absorption system of refrigeration)에 대하여 포스팅하고자 합니다. 흡수식 냉동기는 대량의 냉방이 필요한 공공건물이나 오피스텔 등에 사용되고 있습니다. 일반 가정에는 대부분 개별적으로 에어컨을 설치하지만, 공공건물에는 대부분 냉동기를 설치하여 운영하고 있습니다. 그래서 일반인에게는 흡수식 냉동기는 낯선 것이지만 의외로 우리 주변에서 많이 사용되고 있는 것이 흡수식 냉동기입니다. 

흡수식 냉동기 생김새 - 월드에너지

공공건물이나 최근 지어진 오피스텔등의 기계실에 가보면 위 사진과 같이 낯선 물체가 있을 것입니다. 사실 관리소에서 관리하고 일반인에게 개방하기 때문에 시설관리가 아니신 분들은 볼 기회가 없을 것입니다. 저런 것들을 보통 2기 운영하여 1기씩 돌아가면서 기동을 합니다. 제가 근무했던 곳은 위의 월드에너지사의 냉동기였습니다. 

1. 흡수식 냉동기의 냉매

압축식 냉동기의 냉매는 주로 프레온 냉매를 사용합니다. 필자가 공장에서 근무했을 때는 프레온 가스뿐만 아니라 다양한 압축성 가스를 냉동기의 냉매로 사용하였습니다. 이소부탄, 암모니아, 프로필렌 등등 들어보기만 해도 공장이 아닌 곳에서는 사용할 수 없는 냉매입니다. 

그래서, 흔히 주거지역에서 가장 쉽게 사용할 수 있는 냉매는 물입니다. 하지만 물은 일반적으로 끓는 점이 너무 높아 우리가 원하는 낮은 온도를 만들 수 없습니다. 그러나, 그것은 어디까지나 1기압 하에서의 이야기이지 압력을 낮추게 되면 물의 끓는점이 낮아지게 되고 냉동기의 내부 압력을 6~7mmHg 정도의 진공상태로 만들면 물은 약 5℃ 정도에서 끓게 됩니다. 

여기서 우리가 살고 있는 1기압은 760mmHg이므로 6mmHg는 약 0.008기압이 됩니다. 거의 진공에 가깝지요.

2. 흡수식 냉동기의 구조

흡수식 냉동기는 크게 4가지 장치로 구성되어 있습니다. 증발기, 흡수기, 재생기, 응축기입니다. 

흡수식 냉동기 원리

1) 증발기

증발기에서는 낮은 압력(6~7mmHg)에서 물이 5℃에서 증발하면서 냉수의 열을 빼앗게 됩니다. 열을 빼앗긴 냉수는 FCU로 가서 필요한 곳에 차가운 공기를 공급하게 됩니다. FCU는 Fan Coil Unit의 약자로, 모양은 에어컨 실내기와 동일하게 생겼고 기능도 에어컨과 동일하게 차가운 바람을 공급해 주는 기기입니다. 

단지 냉매로 냉매 가스 대신 차가운 물이 통과하는 것이 다릅니다. 증발기에서 물이 증발하게 되면 증기가 발생하여 압력이 상승하게 되고, 그러면 물의 끓는점이 다시 올라갈 수밖에 없습니다. 따라서 증발한 물을 제거해 주어야 하는데 그러한 역할을 하는 것이 흡수기입니다. 

2) 흡수기

흡수기는 LiBr 수용액이 내부를 순환하고 있습니다. LiBr 수용액은 물을 잘 흡수하기 때문에 증발기에서 증발한 물을 지속적으로 흡수하여 흡수기의 압력이 상승하는 것을 방지하는 역할을 합니다. 그런데 이 흡수기 또한 계속 물을 흡수하게 되면 LiBr의 농도가 묽어지게 되어 흡수력이 떨어지게 됩니다. 그래서 묽어진 LiBr 수용액을 다시 진하게 만들어 주어야 하며 재생기에서 그런 역할을 하게 됩니다. 

3) 재생기

흡수기에서 물을 흡수하여 묽게 변한 LiBr 수용액을 재생기에서는 열원을 이용하여 끓이게 됩니다. 그러면 물이 증발하여 응축기로 날아가게 되며 진하게 변한 LiBr 수용액만 남게 됩니다. 이것은 다시 흡수기로 보내 물을 흡수하는 역할을 하게 됩니다. 

4) 응축기

재생기에서 증발한 물은 응축기에서 냉각탑의 찬물을 이용하여 응축되어 다시 액체로 변합니다. 이것은 다시 증발기로 보내지며 냉매로써 사용되어 집니다. 

3. 흡수식 냉동기 운영과 추기

흡수식 냉동기를 운영하다 보면 내부에 불응축가스가 들어가게 되고 효율이 저하되는 문제점이 있습니다. 따라서 흡수식 냉동기는 정기적으로 '추기'라는 작업을 해야합니다. '추기'라는 것은 내부의 기체를 빼낸다는 뜻입니다. 쉽게 진공펌프로 냉동기 내부에 들어간 불응축 가스를 빼내는 작업입니다. 이에 대해서는 아래의 포스팅을 참조하시면 됩니다. 

- 2020/06/13 - [별의 시설관리] - 냉동기 추기펌프 기동준비

- 2020/06/15 - [별의 시설관리] - 냉동기 추기 펌프 운전 방법(운전중 추기)

실제로 흡수식 냉동기는 훨씬 복잡하지만, 원리를 이해하기 쉽도록 최대한 단순하게 구조를 그려보았습니다. 초보 시설관리분들께 조금이라도 도움이 되었으면 하는 마음에 작성해 보았습니다. 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.