흡수식 냉온수기는 냉방 운전 시 고도의 진공상태에서 운전되는 건축물 냉난방 설비입니다. 어떠한 원리로 냉수가 발생하는지에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
1. 냉수 발생 원리
흡수식 냉동기는 냉매로 물(H2O)을, 흡수제로 리튬 브로마이드(LiBr)수용액을 사용하는 냉수 발생 장치입니다. 물질을 냉각시킬 때에는 일반적으로 증발 잠열을 이용합니다. 주사를 놓을 때 알코올을 바르면 그 부분이 시원해지는 것은 알코올이 증발하면서 피부로부터 증발 잠열을 빼앗기 때문입니다.
물 1kg을 0℃으로부터 100℃까지 올릴때는 100kcal의 열량이 필요하며, 이를 우리는 현열이라고 말합니다.
100℃의 물 1kg을 모두 증발시키려면 약 540kcal의 열량이 필요하며 이 열량을 증발 잠열이라고 합니다.
이와 같이 같은 1kg의 물을 가지고 잠열로 이용하면 , 현열을 이용하는 것보다 훨씬 큰 열량을 이동시킬 수 있다는 것을 알 수 있습니다.
물은 일반적으로 100℃에서 증발하지만 기압을 낮추면 더 낮은 온도에서도 증발시킬 수 있습니다.
2. 냉수 발생 원리의 적용
주위의 압력이 약 1/100기압이 되면 물은 약 4℃에서 증발합니다. 이때 물의 증발 잠열은 물 1kg당 약 599kcal입니다.
이물을 냉매로 사용하면 7℃정도의 냉수를 만들 수 있습니다.
밀폐된 용기 내부에 냉매를 넣고, 그 내부 압력을 6mmHg로 하면 냉매는 4℃에서 증발하게 되고, 공기에 물을 통과시키면 차가운 냉수를 얻을 수 있습니다.
그러나, 증발한 냉매 증기로 인해 용기 내의 압력이 점차 상승하므로 냉매는 4℃에서 증발할 수 없게 되고, 통과하는 물의 출구 온도도 점차 상승하게 됩니다.
따라서, 계속해서 7℃의 냉수를 만들기 위해서는 냉매를 항상 4℃에서 증발시켜야 합니다. 때문에 용기내의 압력을 6mmHg로 유지시켜야 하며, 증발한 냉매를 용기 밖으로 제거해야 합니다.
이와 같은 과정을 계속 반복하기 위해서는 흡수력이 매우 강한 물질을 넣은 용기를 연결하면 증발한 냉매 증기를 흡수하게 되고, 용기 안의 압력을 6mmHg로 유지할 수 있습니다. 이러한 흡수제로 리튬브로마이드 수용액을 사용합니다.
이용액은 흡수력이 매우 강한 물질이지만, 흡수력은 액의 농도가 높을수록, 또는 온도가 낮을수록 강하게 됩니다.
흡수력은 포화 수증 기압으로 나타낼 수 있고, 흡수액의 포화증기압과 농도, 온도의 관계를 나타낸 선도를 '듀링 선도'라고 합니다. 이 듀링 선도는 다음 포스팅에서 말씀드리도록 하겠습니다.