흡수식 사이클(Absorption Technology)

흡수식 히트펌프

에너지원이 되는 석유나 천연가스 등을 전량 수입하고 있는 우리나라의 경우, 효과적인 에너지절약의 필요성은 아무리 강조하여도 지나칠 수 없는 중요한 것이다. 특히 외환수급의 어려움을 겪고있는 현 시점에 있어서, 에너지의 효율적인 이용은 그 파급 영향이 대단히 크다고 할수 있다.
에너지의 효율적인 이용법에는, 고효율의 기기를 사용하는 방법과, 이용후에 버려지는 폐에너지를 재회수 사용토록 하는 방법으로 크게 나누어질수 있다. 고효율의 기기 제작은 기기 제조 메이커들에게 있어서 판매 경쟁력의 주요 포인트이므로, 많은 연구 개발들이 지속되면서 큰 발전이 이루어지고 있다.
폐에너지의 재회수 사용은 다시 열교환기들을 이용한 수동적인 방법과 히트펌프(heat pump)를 이용한 능동적인 방법으로 대별된다. 오일쇼크 이후부터, 에너지 절약의 중요성이 인식되어, 열교환기를 이용한 폐에너지의 회수 노력이 실행되었고, 그 결과 많은 에너지가 절감되고 있다. 그러나 열교환기를 이용하는 것은 한계가 있어, 아직도 전체 에너지 사용량의 50% 이상이 저온 폐에너지로 버려지고 있다.
이 대량의 저온 폐에너지를 회수하는 방법에는 히트펌프를 필요로 하는데, 그 종류에는 기계적 히트펌프와 화학적 히트펌프가 있다. 기계적 히트펌프는 왕복동식, 스크류식 또는 원심식 등의 압축기를 이용한 방식이다. 이 방식으로는 열을 승온시켜서 이용가치가 있는 높은 온도로 만들어 주는데 한계가 있다. 현재 국내에서 실용 보급 가능한 기계식 히트펌프로 얻을 수 있는 온수출구온도는 약 55℃ 정도이다. 이에 비교되는 화학적 히트펌프에는 흡수식, 역흡수식, 흡착식 또는 화학반응을 이용한 화학반응식 등이 있으며, 상당히 고온까지 열을 승온시킬수 있는 것이 장점이다.
흡수식 시스템 기술은 냉매의 증기압 차에 의하여 냉매 증기가 흡수되는 원리를 이용, 전기에너지 대신 LNG, 폐열 등을 구동열원으로 사용하여 냉난방이 가능한 기술이다.
흡수식 시스템은 발생기에서의 냉매 증기 발생에 열에너지를 구동원으로 사용하며, 발생기와 흡수기가 가장 핵심적인 요소기기이며, 특히 구동에너지절감을 위한 고성능 재생기설계와 냉매증기의 흡수성능이 뛰어난 흡수기의 설계 및 제작기술이 핵심기술이라 할 수 있다. NH3/H2O 시스템의 경우에는 발생기와 흡수기 사이에 열교환이 이루어지는 GAX 열교환기의 설계기술과 암모니아의 부식 및 고압에 견딜수 있는 용액펌프의 제작기술 또한 중요한 기술이다. LiBr/H2O 시스템은 진공상태에서 운전되므로 시스템의 진공도 유지를 위한 추기계통 및 누설방지등의 기술이 요구되며, 소형·공랭형 시스템의 경우에는 시스템의 작동조건이 LiBr의 결정화 영역에 근접하므로 결정화 방지기술 및 고효율 공랭형 흡수기의 설계·제작기술이 요구된다. 한편, NH3/H2O 시스템과 LiBr/H2O 시스템 모두 작동매체에 대한 부식방지기술과 사이클 개선에 의한 성능향상기술도 중요한 핵심기술이다.

흡수식 시스템은 작동유체에 따라 다음의 두가지로 나누어진다.

NH3-H2O

1. Single-Stage Ammonia/Water systems

 

Single-stage ammonia water systems have been in use since the mod-1800s. They come in many different variations and implementations. Originally, the applications were refrigeration. Since the 1960s a considerable number of these units were built for residential air-conditioning and since the 1970s they are under consideration for residential and commercial heating and cooling, as well

2. Two-stage Ammonia-Water systems

 

LiBr-H2O

1. Single-effect Water/Lithium Bromide System

 

2. Double Effect Water/Lithium Bromide System

 

3. Half-effect Water/Lithium Bromide systems

 

4. Resorption Water/Lithium Bromide system

 

5. Triple Effect Water/Lithium Bromide system

 

GAX system

 

Branched GAX system