3. 흡수식 냉동기용 냉매와 흡수제
흡수식 냉동기용 냉매/흡수제 중에서 현재 실용화된 것은 H2O/LiBr와 NH3/H2O의 2종류뿐이다. H2O/LiBr는 비등점이 높은 물이 냉매이기 때문에 시스템의 공냉화가 어려우며, 0℃ 이하의 저온을 얻을 수가 없고, 부식성이 강하기 때문에 용액관리가 어렵다. 한편 NH3/H2O에서는 냉매인 암모니아가 유독성, 가연성 및 폭발성 등의 치명적 결점을 지니고 있기 때문에 적용시 이 점에 유의하여야 한다. 그러나 최근 들어 환경 문제가 크게 대두되고 있고 흡수기/발생기 열교환기(GAX) 사이클 같이 온도 중첩 원리를 이용하는 신기술이 개발됨에 따라 NH3/H2O가 크게 각광을 받고 있으며, 특히 소형 공냉 흡수식 공조기의 개발에 NH3/H2O가 사용되고 있다. 위의 두 가지 냉매/흡수제의 결점을 보완하려고 알코올 및 할로카본 등을 냉매로 사용하는 연구도 진행되고 있으나 아직까지 실용화된 것은 없다.(6)
3.1 흡수식 냉동기 냉매의 성질
냉매와 흡수제의 조합시 요구되는 성질을 살펴보면
다음과 같다.
① 잠열이 크고, 임계압력이 충분히 높을 것.
② 흡수제와 냉매의 비등점 차가 크고, 열용량(흡수액순환량×비열)이 작을 것.
③ 냉매와 흡수제의 동결점이 실온보다 낮고, 냉동기 정지 시에도 용액이 응고하지
않을 것.
④ 철판 및 배관재료에 대한 부식성이 없고, 열 안정성이 있을 것.
⑤ 가격이 저렴하고, 손쉽게 구입할 수 있을 것.
3.2 물을 냉매로 사용하는 시스템
H2O/LiBr를 기본으로 하는 2성분계와 이것을 개선하기 위한 3성분계, 4성분계 등이 있다. 물은 증발잠열이 크고, 성적계수가 좋으며, 어디서나 쉽게 구할 수 있는 우수한 냉매이다. 그러나 H2O/LiBr를 사용하는 경우 빙점 및 결정석출의 문제점을 해결해야 한다. 최근 들어서는 H2O/LiBr-LiSCN이 태양열을 이용한 냉난방용 흡수냉동기의 냉매/흡수제로서 주목되고 있다.
3.3 암모니아를 냉매로 사용하는 시스템
암모니아를 냉매로 하는 경우 작동압력이 높아서 압력용기를 필요로 하지만, 암모니아가 냉매로서 좋은 특성을 가지고 있기 때문에 NH3/H2O가 실용화되고 있다. 1922년에 엔탈피/농도선도가 작성된 이래 다수의 냉동기가 제작되었으며, 현재에도 공업용의 대형 흡수식냉동기는 물론, 공기조화용의 소형 흡수식 냉동기 및 냉장차 등에도 이 계통의 냉매/흡수제가 사용되고 있다. 이 외에 아민/물(CH3NH2/H2O)이 암모니아보다 독성 및 가연성이 약하며, 증기압이 낮기 때문에 제2종 열펌프용으로 주목을 받고 있다.
3.4 알코올을 냉매로 사용하는 시스템
알코올류는 물, 암모니아 다음으로 증발잠열이 크며
또 물에 비해 동결점이 낮다. 그러나 일반적으로 알코올류(메탄올, 에탄올)는 가연성이
있기 때문에 바람직하지 못하다. 최근에는 불화알코올인 3불소에탄올(CF3CH2OH)이
주목을 받고 있다. 불화알코올류는 일반적으로 알코올보다 증발잠열이 작지만 가연성,
독성 및 부식성이 적으며 결정석출의 가능성이 적어서 H2O/LiBr의 대체물로 쓰인다.
흡수제로서는 N-메틸-2-피로리돈, TEGDME, DEGDME 등이 있다.
3.5. 할로카본을 냉매로 사용하는 시스템
할로카본 냉매로서는 R21, R22, R124, R31, R123, R133a 등이 있으며, 흡수제로는 디메틸포르마이드(DMF) 외에 여러 종류가 있다. 할로카본 냉매 중 R22, R124는 열안정성이 높고, 효율도 좋아서 열펌프용으로 유망하다. R21은 열역학적 특성이 뛰어나지만 열적, 화학적 안정성이 나쁘다.