1.흡수식 냉동법
기계적인 일을 사용하지 않고, 고온의 열(온수 및 수증기)을 이용하여 냉방하는 것으로 서로 잘 용해되는 두 가지 물질을 사용한다. 일반 냉동장치에서 사용하고 있는 압축기 대신 흡수기, 용액펌프, 발생기(재생기)를 사용하여 저온상태에서는 두 물질이 강하게 용해하나 고온에서는 두 물질이 분리되어 그 중 한 물질이 냉매 작용을 하여 냉방을 하는 것이다. 이때 열을 운반하는 물질을 냉매라 하고, 이 가스를 용해하여 흡수하는 물질을 흡수제라고 한다.
-구성요소: 흡수기, 재생기(발생기), 증발기, 팽창밸브, 응축기, 용액 열교환기
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장점 |
단점 |
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1. 압축기를 기동하는 전동기가 없고 열에너지를 이용하므로 소음, 진동이 없다. |
1. 압축식에 비해 성적계수가 낮으며 무겁고 높이가 높아 설치면적이 크다. |
-흡수제와 냉매: 흡수식 냉동기용 냉매/흡수제 중에서 현재 실용화된 것은 H2O/LiBr와 NH3/H2O 의 2종류뿐이다. H2O/LiBr 는 비등점이 높은 물이 냉매이기 때문에 시스템의 공랭화가 어려우며, 0°C 이하의 저온을 얻을 수가 없고, 부식성이 강하기 때문에 관리가 어렵다. 한편 NH3/H2O 에서는 냉매인 암모니아가 유독성, 가연성 및 폭발성 등의 치명적 결점을 지니고 있기 때문에 적용 시 이 점에 유의하여야 한다.
-구성기기의 역할
흡수기: 냉매를 흡수제에 흡수시켜 희석용액(흡수제+냉매)으로 만들어 용액펌프로 발생기(재생기)에 보낸다.
발생기: 희석용액을 열원에 의하여 가열하여 냉매와 흡수제를 분리시켜 교환기를 거쳐 흡수기에 보낸다.
응축기: 냉각수와 열교환하여 응축, 액화된다.
증발기: 냉수로부터 열을 뻬앗아 증발하여 흡수기의 흡수제에 흡수되며 냉각된 냉수를 냉동목적에 이용한다.
열교환기: 흡수기에서 희석된 용액은 펌프에 의해 열교환기에 보내지고 여기에서는 발생기에서 돌아오는 고온의 농축 흡수액을 열교환시켜 발생기로 보냄으로써 열효울을 향상시킨다.
-흡수식 냉동기의 종류
일중효용: 재생기와 열교환기가 하나만 있는 구조
이중효용: 재생기와 열교환기가 두 개씩 잇는 구조 (현재는 이중효용이 주로 사용되며 저압의 수증기와 중온수를 이용한 일중효용 흡수식 냉동기가 사용되기도 한다.)
2. 듀링선도
흡수식 냉동기의 운전 중 각 부위에 해당되는 온도 및 압력을 알 수 있는 선도로 각 구성부품의 작동압력이나 온도 등 흡수사이클의 열역학적 상태를 파악하기 편리함.
-1중효용 흡수식 냉동기 듀링선도
-2중효용 흡수식 냉동기 듀링선도
3. 전자 냉동법(펠티어 효과)
종류가 서로 다른 두 반도체(P, N)룰 접합시켜 직류전류를 통하면 P, N 사이의 에너지 차가 발생하여 한쪽에서는 열의 흡수가 한쪽에서는 열의 방출이 일어남을 이용하는 냉동방법. 제작비에 비하여 성적계수는 좋지 않으나 소음 및 진동이 없어 앞으로 발전 가능성이 높은 냉동방식
ex) 비스무트텔루르, 안티몬텔루르, 비스무트셀렌 등
*펠티어 효과(Peltier’s effect): 금속, 반도체를 접속한 두 점 사이에 폐로를 구성, 전류를 흘리면 한쪽은 열이 발생하고 다른 쪽은 열을 흡수하는 현상으로 전자 냉동기에 응용된다.
*제백 효과(Seebeck effect): 2종의 금속 또는 반도체를 폐로가 되도록 접속하고, 접속한 두 점 사이에 온도차를 주면 기전력이 발생하여 전류가 흐르는 현상. 이때 발생한 기전력을 열기전력이라 한다. 펠티어 효과와 반대되는 현상으로 열전쌍, 열전도체, 열전형 계기 등에 사용된다.
4. 증기 압축식 냉동법
냉매의 증발잠열을 이용하여 피냉각물체를 냉각시킨다. 냉매로는 주로 프레온계열이나 암모니아를 사용.
-구성요소
압축기: 냉매증기를 압축하여 배출하는 장치로 냉매의 압력과 온도를 증대하여 응축 액화하기 쉽게 만드는 역할을 한다.
응축기: 압축기로부터 토출된 냉매증기는 응축기에서 물 또는 공기와 열교환을 통해 냉각 응축된다.
팽창밸브(교축작용): 액체 냉매를 고압에서 저압으로 만드는 장치로 고압의 냉매는 이곳을 지나는 동안 액체에서 급격히 저온 저압의 습증기가 된다.
증발기: 냉동목적이 이루어지는 곳이며 냉매는 여기에서 주변의 열을 빼앗아 증발하므로 주위는 저온이 된다.
5.빙축열 시스템
값싼 심야전역으로 심야시간에 냉동기를 가동시켜 빙축열조(얼음저장용 탱크)에 얼음을 만들어 저장하였다가 주간에 이를 녹여서 냉방에 이용하는 시스템으로 주간 냉동기 가동시간이 줄게 되어 운전비가 다른 시스템보다 매우 저렴하다는 장점이 있다.
-구성기기
저온냉동기: 얼음을 생성하기 위하여 영하의 온도에서 운전이 가능한 냉동기로 제빙시간에는 영하의 온도로 가동되며 주간에는 일반 냉동기와 동일한 상태로 운전된다.
냉각탑: 저온 냉동기를 가동할 때 응축 열량을 공급하기 위하여 저온 냉동기와 연동되어 가동된다.
축열조: 건물의 냉방부하측에 냉방 열량을 공급하기 위한 것으로 냉열원 1차측의 브라인수와 2차 냉방부하측의 냉수를 분리시키기 위하여 사용된다. 설치면적과 전열효율을 고려하여 주로 판형의 열교환기가 설치된다.
자동밸브: 축열조 및 열교환기에 흐르는 브라인의 유량을 제어하기 위해 유량 자동제어 밸브가 사용된다.
-종류
수축열 방식: 열용량이 큰 물을 축열재로 이용하는 방식
빙축열 방식: 얼음을 축열하는 방식으로 축열장치의 대부분을 차지한다.
잠열 축열 방식: 물질의 융해 및 응고 시 상변화에 따른 잠열을 이용하는 방식
6. 열 병합 발전 시스템
하나의 에너지원으로부터 전기생산과 그 폐열을 이용하여 열의 공급, 즉 난방을 동시에 진행하여 에너지 이용률을 70~85%(기존 발전의 2배 이상)로 높이는 종합에너지시스템이다. 열병합발전시스템은 가스, 석유 등의 연료를 에너지원으로 하여 증기 터빈 또는 엔진을 구동시켜서 발전하고 터빈의 배기를 이용해서 지역난방을 하므로 에너지 절약성이 높아 최근 많은 분야에서 보급 이용되고 있다.
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장점 |
단점 |
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1. 발전 시 폐열 이용에 따른 에너지 절감 2. 에너지 소비량 감소에 따른 환경오염 물질의 발생 감소 3. 연료의 다원화에 따른 에너지 수급계획의 합리화와 에너지 가격 저감효과 4. 24시간 가동에 따른 실내온도 일정 유지 가능 |
1. 초기 투자비가 고가 2. 열전병합발전소 주변 지역의 민원 발생 |