흡착식 냉동기의 성능에 증발기 압력이 미치는 영향에 관한 실험적 연구

Abstract

본 연구에서는 실리카겔(흡착제)과 물(냉매)을 적용한 흡착식 냉동기(adsorption chiller, AC)의 성능에 작동압력이 미치는 영향을 분석하기 위해, 증발기에 노즐 직경이 다른 두 가지 냉매분배기(refrigerant distributor, RD)를 적용하여 실험적으로 평가하였다. 이를 위해, 질소와 수증기에 대한 흡착제의 흡착등온선을 통해 흡착제의 물리적 특성과 수증기 흡착특성을 각각 분석하였고, 이 결과를 바탕으로 파일럿 규모(3 kW급 냉방용량)의 AC를 설계 및 제작하였다. 그리고 증발기에 두 가지 RD(RD#1, RD#2)를 적용하여 AC의 주요 작동변수인 온수 및 냉수 온도 그리고 사이클 시간에 대하여 성능평가를 수행하였다. 이때, AC의 성능은 흡착제의 단위 톤당 생산한 냉방용량(specific cooling power, SCP)과 성적계수(coefficient of performance, COP)를 사용하여 평가하였다. 큰 노즐 직경의 RD#1을 적용한 AC 실험을 통해, 온수 및 냉수 온도가 증가함에 따라 AC의 SCP와 COP는 선형적으로 증가하고, 최대 SCP를 갖는 최적의 사이클 시간은 감소하였다. 이는 각각 수증기에 대한 흡착제의 유효 수분흡착량(net water-vapor uptake)이 증가하고, 열 및 물질 전달 속도가 향상되었기 때문이다. 한편, 동일한 작동조건하에서 RD#2를 적용한 증발기 압력은 냉매의 증발속도가 향상됨에 따라 RD#1에 비해 약 3.8배 증가하였다. 이로 인해, RD#1을 적용한 AC의 최대 SCP와 COP는 각각 32 RT/tonne과 0.32인 반면, RD#2를 적용한 경우 각각 35 RT/tonne과 0.36이었다.