7RT급 NH₃/H₂O흡수식 시스템의 부분부하 성능 특성

Abstract

본 논문은 EES 성능 예측 프로그램을 활용하여 암모니아 흡수식 시스템에 대한 성능을 분석하였으며, 실험을 통해 겨울철 운전과 여름철 운전에 대한 부하 운전 실험이 진행되었다. EES 성능 예측 프로그램은 설계 조건을 기준으로 하여 프로그램을 작성하였으며, 설계 조건에 대한 성능 예측은 물론, 부분 부하 운전에 대한 특성 및 증발 온도에 변화에 따른 성능을 분석하였다. 냉매 질량 유량이 증가할수록 각 열교환기의 능력이 상승함을 알 수 있다. 냉매 질량 유량이 증가 할수록 응축기 및 증발기 내에 암모니아 냉매가 충만하게 흐름으로써 응축 열량과 증발 열량이 상승하고 또한 흡수기로 흡수되는 냉매의 양이 증가함으로써 흡수 열량이 상승함으로써 이에 따라 재생 열량도 상승하게 된다. COP는 질량 유량이 상승할수록 COP 또한 상승함을 알 수 있다. 이는 펌프 및 냉각탑 등의 부수기기들을 풀부하의 정격운전을 부분부하에서도 운전함으로써 부분부하 운전 시 전력이 많이 투입되었기 때문이라 판단된다. 각 부분 부하 운전에 대해 증발 온도 5℃, 0℃, -5℃ 순으로 높게 나타났다. 이는 증발온도가 낮아질수록 동일 부분부하 운전에서 냉매 질량 유량이 일정하고, 증발기 입출구 엔탈피차가 줄어 기인한 결과이다. 암모니아 냉매의 농도를 일정하게 유지하였으며, 흡수기 출구온도와 재생기 출구온도를 일정하게 유지시켜 동일 증발온도에서는 부분부하 운전에 대한 농용액과 희용액의 농도는 일정하게 나타났다. 하지만 증발온도가 낮아짐에 따라 농용액과 희용액의 농도는 감소하였으며,이는 증발온도 변화에 대해 흡수기 출구온도 및 재생기 출구온도를 일정하게 유지하기위한 시스템의 열평형으로 인해 나타난 결과라 판단된다. 흡수식 시스템의 겨울 운전모드의 운전은 풀부하에 대해 암모니아 냉매 유량에 따른 성능 실험이 진행되었다. 총 난방열량은 약 38 kW로 설계 난방 용량 보다 약 15% 높게 나타났다. 이는 설계 증발온도보다 높게 실험되어 시스템의 전체 용량이 설계치보다 증가함으로써 나타난 결과이다. 이때 재생열량은 약 24 kW, 흡수열량은 약 22 kW, 응축열량은 약 16kW, 증발열량은 약 14 kW 정도로 능력이 나타났다. COP_(hot water)는 약 1.6, COP_(chilling)은 약 0.6 정도로 나타났다. 여름 모드의 운전은 암모니아 냉매 유량, 냉각수 온도, 농용액의 유량 변화에 따른 실험이 수행되었다. 풀부하에서 총 냉방열량은 약 22 kW로 설계 냉방 용량에 비해 약 10% 낮게 나타났다. 이때의 재생열량은 약 42 kW, 흡수열량은 약 40 kW, 응축열량은 약 25 kW, 증발열량은 약 23 kW 정도로 능력이 나타났다. COP_(chilling)은 약 0.5, COP_(hot water)는 약 1.5정도로 나타났다. 소형 암모니아 흡수식 냉난방기의 냉방 운전은 암모니아 질량유량 증가에 따라 각 열교환기의 능력이 상승하였으며, 냉동 능력 및 온수열량 또한 상승함을 알 수 있었다. 냉각수 유량을 일정하게 유지하고 냉각수 입구 온도가 상승하였을 때 각 열교환기의 열량은 28.5℃까지 거의 동일하다 약 29.5℃에서는 소폭 감소하는 경향을 보이고 있다. 하지만 냉각수 입구온도차 범위를 더 넓게 가진다면 각 열교환기의 열량 차이도 확연히 보일 것이라 판단된다. 농용액(strong solution) 질량유량이 증가함에 재생되어 나오는 냉매/흡수제 혼합액의 질량유량이 증가하고 이에 따라 응축기로 들어가는 암모니아 냉매의 질량 유량이 증가함으로써 각 열교환기들의 능력이 상승된다고 판단된다. COP_(chilling)은 약 0.5, COP_(hot water)는 약 1.5 정도로 일정하게 나타났다. 이는 암모니아 냉매 질량 유량 증가 때와 마찬가지로 증발열량이 증가하는 비율 그리고 온수열량 증가 비율과 재생열량의 증가 비율이 거의 동일 때문에 이와 같은 현상이 나타났다고 판단된다.

Refrigeration plants using absorption principles have been around for many years with initial development taking place over 100 years ago. Although the majority of absorption cycles are based on water-LiBr cycle, many applications exist where ammonia-water can be used, especially where lower temperatures are desirable. In both systems water is used as working fluid, but in quite different ways: as a solvent for the ammonia system, and as refrigerant for the lithium bromide system. This explains that the lithium bromide absorption system is strictly limited to evaporation temperatures above 0℃. The main industrial applications for refrigeration are in the temperature range below 0℃, the field for the binary system ammonia-water. In this paper is studied about cooling and heating performance on small sized ammonia absorption system. When winter mode chiller driven COP_(heating) is approximately 1.6. And summer mode chiller driven COP_(chilling) is approximately 0.5 and COP_(heating) is approximately 1.5.