흡수식 냉동기 원리, 구조, 장단점 완벽 분석 – 친환경 냉방의 핵심 기술

흡수식 냉동기 원리와 구조, 장점과 단점까지 완벽 정리!

흡수식 냉동기에 대하여 알아보자.

목차

• 흡수식 냉동기란 무엇인가?
• 흡수식 냉동기의 작동 원리
• 흡수식 냉동기의 주요 구성요소
• 흡수식 냉동기의 장점
• 흡수식 냉동기의 단점
• 기계식 냉동기와 흡수식 냉동기의 비교
• 흡수식 냉동기의 응용 분야 및 설치 사례
• 흡수식 냉동기의 유지관리 및 효율 향상 팁
• 맺음말

흡수식 냉동기란 무엇인가?

흡수식 냉동기(Absorption Chiller)는 전기를 사용하는 압축식 냉동기와 달리, 열 에너지를 이용하여 냉각 효과를 얻는 시스템입니다. 일반적으로 가열원이 되는 스팀, 온수, 배기열 등을 활용해 냉매를 순환시키는 친환경 설비로, 에너지 재활용 측면에서도 주목받고 있습니다.

 

흡수식 냉동기는 주로 대형 건물의 지역 냉방 시스템, 산업용 플랜트, 공공기관, 병원 등에 활용되며, 전기 소비가 적은 점에서 전기요금 절감과 에너지 효율 향상을 동시에 기대할 수 있습니다.

흡수식 냉동기의 작동 원리

흡수식 냉동기의 작동 원리는 냉매의 기화와 흡수를 반복하여 냉각하는 방식입니다. 다음은 일반적인 리튬브로마이드 수용액(LiBr-H₂O) 기반 흡수식 냉동기의 사이클입니다.

1. 증발기(Evaporator): 저압 상태의 물이 기화하면서 주변에서 열을 흡수해 냉각 효과를 발생시킵니다.
2. 흡수기(Absorber): 수증기를 리튬브로마이드 용액이 흡수합니다. 이 과정에서 발열이 발생하여 흡수기를 냉각해야 합니다.
3. 재생기(Generator): 외부 열원(스팀, 온수 등)을 이용해 수증기를 분리해 냉매로 다시 활용합니다.
4. 응축기(Condenser): 수증기가 냉각되어 액화되며, 다시 증발기로 이동하여 순환됩니다.

✅ 요약: 냉매(물)와 흡수제(LiBr)의 상호작용을 통해 냉각을 이루며, 외부 전기모터 대신 열 에너지를 주 에너지원으로 사용합니다.

흡수식 냉동기의 주요 구성요소

1. 증발기 (Evaporator)
   • 냉수라인(CWS, CWR)이 지나며 열을 빼앗김
   • 냉매가 기화하면서 주위 열을 흡수
2. 흡수기 (Absorber)
   • 수증기와 LiBr 용액이 접촉하여 냉매를 흡수
   • 냉각수라인(CDS, CDR)으로 흡수열 제거
3. 재생기 (Generator)
   • 고온의 열원(스팀, 온수, 배기열 등)으로 흡수액에서 냉매를 분리
4. 응축기 (Condenser)
   • 분리된 수증기를 냉각시켜 액체 냉매로 변화
5. 펌프 및 열교환기
   • LiBr 용액과 냉매의 순환을 위한 펌프
   • 에너지 절약을 위한 내부 열교환기

흡수식 냉동기의 장점

• ✅ 전기 사용량 절감: 전기압축기 대신 열원 사용으로 전력 사용이 대폭 감소
• ✅ 폐열 활용 가능: 산업공정, 보일러 등의 폐열을 냉방에 재활용 가능
• ✅ 무소음, 무진동 운전: 기계식 압축기 없음으로 진동과 소음 최소화
• ✅ 친환경 시스템: CFC 등 냉매 사용이 없거나 적음. 탄소배출 저감에 기여

흡수식 냉동기의 단점

• ❌ 초기 투자비용이 높음: 기계설비가 크고 고가
• ❌ 운전범위 제약: 외부 열원이 부족하면 성능저하
• ❌ 부분부하 운전 효율 저하: 정격 조건을 벗어나면 COP 급감
• ❌ 흡수액의 부식성: LiBr의 부식 특성으로 재질 선택과 관리 중요

기계식 냉동기와 흡수식 냉동기의 비교

구분	흡수식 냉동기	기계식 냉동기
에너지원	열원 (스팀, 온수 등)	전기
냉매	물	프레온계 냉매
주요 구성	증발기, 흡수기, 재생기, 응축기	압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기
에너지 효율	낮음 (COP 0.6~1.2)	높음 (COP 3~6)
소음/진동	매우 적음	높음 (압축기 존재)
적용 분야	폐열 이용, 대형건물	일반 사무실, 소형설비

흡수식 냉동기의 응용 분야 및 설치 사례

1. 지역 냉방 시스템
   • 대형 건물, 관공서, 병원, 대형 쇼핑몰 등
   • 지역 집단에너지 공급 시스템에서 주로 사용
2. 산업폐열 회수 시스템
   • 제철소, 화학공장 등에서 나오는 고온 배기열을 재활용
3. 병원 및 공공시설
   • 저소음 설비 요구가 높은 병원에 적합
   • 중단 없는 냉방이 중요한 통신시설 등

흡수식 냉동기의 유지관리 및 효율 향상 팁

• ✅ LiBr 농도 점검: 농도가 너무 낮으면 냉방능력 저하, 너무 높으면 결정화 위험
• ✅ 진공상태 유지: 흡수식 시스템은 진공 상태에서 운전되므로, 미세한 누설도 성능에 치명적
• ✅ 주기적인 열교환기 세척: 스케일, 오염 제거로 열전달 효율 유지
• ✅ 냉각수 품질관리: 수질이 나쁘면 열교환기에 부식 및 슬러지 발생

맺음말

흡수식 냉동기는 에너지 절약과 탄소중립 시대에 맞춰 다시 주목받는 냉동기술입니다. 초기 비용은 높을 수 있으나, 폐열 회수 및 친환경 운전이 가능한 장점은 이를 충분히 상쇄합니다.

 

특히 대형 건물이나 산업체에서 에너지 비용 절감과 환경경영 실현을 동시에 달성할 수 있는 핵심 설비로 자리 잡고 있습니다.

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