흡수냉장고

열역학
클래식 카르노 열기관
나뭇가지 고전적인 통계적 케미컬 양자 열역학 평형/비평형
법 제롯 먼저 둘째 세 번째
시스템들 폐쇄형 시스템 절연계통 주 상태 방정식 이상기체 리얼 가스 물질 상태 위상(물질) 평형 제어량 계기 과정 이소바르어 이소차리아어 등온 아디아바틱 등방성 이센탈픽 콰지스타틱 다항성 자유팽창 가역성 불가역성 내재해성 사이클 열기관 열펌프 열효율
시스템 속성 참고: 이탤릭체의 결합 변수 특성 다이어그램 집약적이고 광범위한 속성 공정함수 일 열 국가의 기능 온도 / 엔트로피(소개) 압력/볼륨 화학전위/입자수 증기 품질 감소된 특성
재료 특성 속성 데이터베이스 특정 열 용량 ${\displaystyle c=}$ $T}$ $\displaystyle \partial S}$ ${\디스플레이 스타일 N}$ $\displaystyle \partial T}$ 압축성 ${\displaystyle \cHB =-}$ ${\displaystyle 1}$ $\displaystyle \partial V}$ $(\displaystyle V}$ $\displaystyle \displayp p}$ 열팽창 ${\displaystyle \cHB =}$ ${\displaystyle 1}$ $\displaystyle \partial V}$ $(\displaystyle V}$ $\displaystyle \partial T}$
방정식 카르노의 정리 클로스 정리 근본관계 이상기체법 맥스웰 관계 온사저 호혜 관계 브리그만 방정식 열역학 방정식 표
가능성 자유 에너지 자유 엔트로피 내부 에너지 ${\displaystyle U(S,V)}$ 엔탈피 ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ 헬름홀츠 자유 에너지 $A(T,V)=U-TS}$ 기브스 자유 에너지 $(\displaystyle G(T,p)=H-TS}$
역사 문화 역사 일반 엔트로피 가스법칙 "주기적 운동" 기계 철학 엔트로피와 시간 엔트로피와 생명 브라운 래칫 맥스웰의 악마 열사 역설 로슈미트의 역설 시너게틱스 이론들 칼로리 이론 Vis viva ("생존력") 열과 기계적 등가 원동력 주요 출판물 "실험적 질문 컨서닝 ... 열" "이종균질 물질의 평형성에 대하여" "불의 모티브 파워에 대한 반향" 타임라인 열역학 열기관 예술 교육 맥스웰의 열역학적 표면 에너지 분산으로서의 엔트로피
과학자들 베르누이 볼츠만 카르노 클라피론 클라우시우스 캐러테오도리 듀헴 깁스 폰 헬름홀츠 줄 맥스웰 폰 마이어 온사거 랭킨 스마톤 스타울 톰프슨 톰슨 판데르 발스 워터스턴
기타 핵 자가 조립 자기 조직화 질서와 무질서
카테고리
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흡수식 냉장고는 열원(예: 태양 에너지, 화석 연료 불꽃, 공장의 폐열 또는 지역 난방 시스템)을 사용하여 냉각 과정을 구동하는 데 필요한 에너지를 제공하는 냉장고를 말한다. 이 시스템은 두 개의 냉각제를 사용하며, 첫 번째 냉각제는 증발 냉각을 수행한 다음 두 번째 냉각제로 흡수된다. 열은 두 냉각제를 초기 상태로 재설정하는 데 필요하다. 이 원리는 또한 가스터빈이나 온수기에서 나오는 폐열을 사용하여 에어컨 건물에 사용할 수 있다. 가스터빈에서 나오는 폐열을 사용하면 터빈을 매우 효율적으로 만들 수 있다. 왜냐하면 터빈은 처음에는 전기를 생산하고, 그 다음에는 뜨거운 물을 생산하며, 마지막으로, 냉방 - 트리거를 생산하기 때문이다. 흡수식 냉장고는 프로판 연료 버너, 저전압 DC 전기 히터(배터리 또는 차량 전기 시스템으로부터) 또는 주전원 전기 히터에 의해 공급될 수 있기 때문에 레크리에이션용 차량(RV), 캠핑용 및 캐러밴에 일반적으로 사용된다. 보다 일반적인 증기압축냉동장치와 달리 흡수식 냉장고는 냉각제 외에 움직이는 부품이 없어 생산될 수 있다.

역사

20세기 초에는 수암모니아 시스템을 이용한 증기 흡수 사이클이 대중적이고 널리 사용되었으나, 증기 압축 사이클의 개발 후에는 성능 계수가 낮기 때문에(증기 압축 사이클의 약 5분의 1) 그 중요성이 상당 부분 상실되었다. 흡수식 냉장고는 전기가 신뢰할 수 없거나, 비용이 많이 들거나, 사용할 수 없거나, 압축기에서 발생하는 소음이 문제가 있거나, 잉여 열을 사용할 수 있는 일반 압축기 냉장고(예: 터빈 배기가스나 산업 공정, 또는 태양열 발전소)에 대해 인기 있는 대안이다.

1748년 글래스고에 있는 동안 윌리엄 컬런은 사용 가능한 용도가 인정되지는 않지만 현대 냉장고의 기초를 발명했다. 냉동기의 역사에 대한 자세한 내용은 냉동 페이지의 냉동 연구 단락에서 찾을 수 있다.

흡수식 냉장은 1821년 마이클 패러데이에 의해 발명된 흡착식 냉동(두 번째 글자가 다르다는 점에 유의함)과 같은 원리를 사용하지만, 흡수 시스템에서 흡수기는 냉매 증기를 액체로 흡수한다.

흡수식 냉방은 1858년 프랑스의 과학자 페르디난드 카레에 의해 발명되었다.^[1] 원래 디자인은 물과 황산을 사용했다. 1922년 발차르 폰 플라텐과 칼 먼터스는 스웨덴 스톡홀름에 있는 왕립 공과대학의 학생으로 있을 때 3유체 구성으로 원리를 강화했다. 이 "평판-문터" 디자인은 펌프 없이도 작동할 수 있다.

상업적 생산은 1923년 새로 설립된 AB 북극 회사에 의해 시작되었는데, 이 회사는 1925년에 일렉트로룩스에 의해 인수되었다. 1960년대 캐러밴용 냉장고에 대한 수요가 상당해 흡수식 냉장고가 르네상스를 맞았다. AB 일렉트로룩스는 미국에 도메틱 세일즈 코퍼레이션이라는 이름의 자회사를 설립했다. 그 회사는 Dometic 브랜드로 레크리에이션용 차량용 냉장고를 판매했다. 일렉트로룩스는 2001년 자사의 레저 상품 라인 대부분을 벤처캐피털 기업 EQT에 매각해 도메틱을 독립기업으로 만들었다. 도메틱은 2021년에도 여전히 흡수 프리다지를 판매한다.^[2]

1926년 알버트 아인슈타인과 그의 전 제자 레오 쉴라르는 아인슈타인 냉장고로 알려진 대체 디자인을 제안했다.^[3]

2007년 TED 컨퍼런스에서 아담 그랜저는 제3세계 국가에서 사용할 수 있는 매우 작은 "간헐적 흡수" 백신 냉동 장치에 대한 연구를 발표했다. 이 냉장고는 캠프파이어 위에 놓여진 작은 장치로, 나중에 30°C 환경에서 24시간 동안 15리터의 물을 얼리기 직전까지 식힐 수 있다.^[4]

원칙

공통 흡수식 냉장고는 컴프레서 냉장고처럼 비등점(0°F)이 매우 낮은 냉매를 사용한다. 압축 냉장고는 일반적으로 HCFC 또는 HFC를 사용하는 반면, 흡수 냉장고는 일반적으로 암모니아나 물을 사용하며 냉각수, 흡수제, 물(암모니아용) 또는 브라인(물용)을 각각 흡수할 수 있는 최소한 두 번째 액이 필요하다. 두 종류 모두 증발식 냉매를 사용한다. 냉매가 증발할 때 냉매가 열을 흡수하여 냉각 효과를 제공한다. 두 시스템의 주요 차이점은 냉매를 기체에서 액체로 다시 바꿔 순환이 반복될 수 있도록 하는 방법이다. 흡수식 냉장고는 열만 필요한 방법으로 가스를 다시 액체로 바꾸고, 액체 외에는 움직이는 부품이 없다.

흡수 냉각 주기는 세 단계로 설명할 수 있다.

1. 증발: 액체 냉매는 낮은 부분압력 환경에서 증발하여 주변 환경(예: 냉장고실)에서 열을 추출한다. 부분압력이 낮기 때문에 증발에 필요한 온도도 낮다.
2. 흡수: 두 번째 액체는 고갈된 상태에서 현재 기체 냉매를 빨아들여 낮은 부분 압력을 제공한다. 이렇게 하면 냉매 포화 액체가 생성되어 다음 단계로 흐른다.
3. 재생: 냉매 포화액이 가열되어 냉매가 증발한다.

a. 좁은 튜브의 아래쪽 끝에서 증발이 일어나며, 냉매 가스의 거품이 냉매에 고갈된 액체를 더 높은 챔버로 밀어 넣어 중력에 의해 흡수 챔버로 흐르게 된다.

b. 뜨거운 기체 냉매는 열 교환기를 통과하여 시스템 외부(예: 주변 주위 온도 공기)로 열을 전달하고 더 높은 곳에서 응축된다. 응축된(액체) 냉매가 중력에 의해 흘러 증발 단계를 공급한다.

따라서 이 시스템은 일반적인 펌프 없이 액체의 기계적 순환을 자동으로 제공한다. 세 번째 유체인 기체는 일반적으로 응결이 발생할 때 압력 문제를 피하기 위해 첨가된다(아래 참조).

이에 비해 압축기 냉장고는 보통 전기 또는 내연 모터에 의해 구동되는 압축기를 사용하여 기체 냉매의 압력을 증가시킨다. 그 결과로 발생하는 고온 고압 가스는 외부 환경(보통 실내 공기)에 노출되는 열교환기("콘덴서")에서 냉각시켜 액체 형태로 응축된다. 응축된 냉매는 현재 외부 환경에 가까운 온도에서 높은 압력으로 오리피스 또는 스로틀 밸브를 통과하여 증발기 섹션으로 들어간다. 오리피스 또는 스로틀 밸브는 고압 콘덴서 섹션과 저압 증발기 섹션 사이에 압력 강하를 발생시킨다. 증발기 부분의 낮은 압력으로 액체 냉매가 증발할 수 있어 냉장고 식품실의 열을 흡수한다. 이제 증발한 냉매는 다시 컴프레서로 들어가 사이클을 반복한다.

단순염수계통

대형 상업공장에서 흔히 볼 수 있는 간단한 흡수식 냉동시스템은 브롬화 리튬이나 염화 리튬 염분과 물의 용액을 사용한다. 저압 상태의 물은 냉각될 코일에서 증발된다. 물은 리튬브로마이드/물 용액에 의해 흡수된다. 이 시스템은 리튬브로마이드 용액에서 물을 열로 배출한다.^[5]

물분무 흡수식 냉동

또 다른 변종은 공기, 물, 그리고 소금물 용액을 사용한다. 따뜻하고 습한 공기를 섭취하는 것은 뿌린 소금물을 통해 전달된다. 이 스프레이는 습도를 낮추지만 온도를 크게 바꾸지는 않는다. 그 후 습도가 낮고 따뜻한 공기가 증발 냉각기를 통과하게 되는데, 이 냉각기는 공기를 식히고 재습식시키는 신선한 물의 분무로 구성되어 있다. 또 다른 소금 용액 스프레이로 찬 공기의 습도를 제거하여 시원하고 건조한 공기를 배출한다.

소금 용액은 저압으로 가열하면 재생되어 물이 증발한다. 소금 용액에서 증발한 물은 다시 응축되어 증발 냉각기로 다시 전달된다.

단압흡수냉동

단압흡수식 냉장고는 액체의 증발률이 액체 위의 증기의 부분압력에 의존하고 낮은 부분압력으로 상승한다는 점을 활용한다. 전체 시스템 압력이 동일한 동안 냉장고는 냉매의 낮은 부분 압력(따라서 높은 증발 속도)을 냉장고의 저온 내부로부터 열을 끌어내는 시스템 부분에 유지하지만 냉매를 높은 부분 압력(따라서 낮은 증발 속도)으로 유지한다.냉장고 외부의 주변 온도 공기로 열을 방출하는 시스템의 부분.

냉장고는 암모니아, 수소 가스, 물의 세 가지 물질을 사용한다. 모든 수소, 물, 암모니아를 모아 끝없이 재사용하는 사이클이 닫혀 있다. 시스템은 암모니아 비등점이 응축기 코일(냉장고 외부의 공기보다 뜨거운 열로 열을 전달하는 코일)의 온도보다 높은 압력으로 가압된다. 이 압력은 일반적으로 암모니아 이슬점이 약 35 °C(95 °F)일 때 14–16 atm이다.

냉각 주기는 상온에서 액체 암모니아로 증발기로 들어가는 것으로 시작한다. 증발기의 부피는 액체의 부피보다 크며, 기체 암모니아와 수소가 혼합된 초과 공간을 차지한다. 수소가 존재하면 암모니아 가스의 부분 압력이 낮아져 액체의 증발 지점이 냉장고 내부 온도 이하로 낮아진다. 암모니아는 증발하여 액체에서 소량의 열을 받아 액체의 온도를 낮춘다. 그것은 계속 증발하는 반면 기화(열)의 큰 엔탈피는 더 따뜻한 냉장고 내부에서 더 차가운 액체 암모니아로 흘러가고 더 많은 암모니아 가스로 흘러간다.

다음 두 단계에서는 암모니아 가스가 수소로부터 분리되어 재사용할 수 있다.

1. 암모니아(가스)와 수소(가스) 혼합물이 증발기에서 나오는 파이프를 통해 흡수기로 흐른다. 흡수기에서 이러한 기체의 혼합물은 물과 접촉한다(기술적으로, 물 속의 암모니아 용액의 약한 용액). 기체 암모니아는 물에 녹는 반면, 그렇지 않은 수소는 흡수체 상부에 모여 현재 강해진 암모니아와 물 용액은 하단에 남는다. 암모니아는 이제 물에 녹는 동안 수소는 분리되어 있다.
2. 다음 단계는 암모니아와 물을 분리한다. 암모니아/물 용액이 발전기(보일러)로 흘러가서 암모니아를 끓이기 위해 열을 가하면 대부분의 물(비등점이 더 높은)이 남는다. 일부 수증기와 거품이 암모니아와 섞여서 남아있다; 이 물은 최종 분리 단계에서 제거된다. 분리기구를 통과하면 거품을 터뜨릴 수 있는 작은 장애물이 있는 오르막길의 꼬인 파이프를 통해 수증기가 응축되어 발전기로 다시 배출될 수 있다.

그리고 나서 순수한 암모니아 가스는 응축기로 들어간다. 이 열교환기에서 뜨거운 암모니아 가스는 열을 전압 암모니아 비등점 이하인 외부 공기로 전달하여 응축시킨다. 응축된(액체) 암모니아는 흡수 단계에서 방출된 수소 가스와 혼합되기 위해 흘러내려와 순환을 반복한다.

참고 항목

• 흡착냉동
• 아이스볼
• 양자흡수냉장고
• RV 냉장고

참조

추가 읽기

• Levy, A.; Kosloff, R. (2012). "Quantum Absorption Refrigerator". Phys. Rev. Lett. 108 (7): 070604. arXiv:1109.0728. Bibcode:2012PhRvL.108g0604L. doi:10.1103/PhysRevLett.108.070604. PMID 22401189. S2CID 6981288.

외부 링크

• 흡수식 열 펌프(에너지 효율 및 재생 에너지 사무소).
• 도표를 사용한 애리조나 에너지 설명
• 리튬-브로미드 / 워터 사이클 – BYU에서 캠퍼스 냉각을 위한 흡수식 냉동.
• American National Standards Institute. "AHRI standard 560–2000 for absorption refrigerators" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2012-10-31. Retrieved 2012-03-31.