김태현
(Tae-Hyun Kim)
1
이대영
(Dae-Young Lee)
2
장영수
(Young Soo Chang)
3†
-
국민대학교 대학원 기계공학과 석사과정
(
M.S. Student, Department of Mechanical Engineering, Graduate School, Kookmin University,
Seoul, 02702, Korea
)
-
한국과학기술연구원 도시에너지시스템연구단 책임연구원
(
Senior Researcher, Center for Urban Energy System Research, Korea Institute of Science
and Technology, Seoul, 02792, Korea
)
-
국민대학교 기계공학부 교수
(
Professor, School of Mechanical Engineering, Kookmin University, Seoul, 02702, Korea
)
Copyright © 2016, Society of Air-Conditioning and Refrigeration Engineers of Korea
Key words
Polymer adsorbent(폴리머 흡착제), Adsorption chiller(흡착식 칠러), SCP(흡착제 단위 질량당 냉방용량), COP(성능계수), Adsorber(흡착기)
기호설명
$A$：
열전달 면적 [m2]
COP：
성능계수 [-]
$C_{p}$：
비열 [kJ/kg․K]
SCP：
흡착제 단위 질량당 냉방용량 [kW/kg]
$T$：
온도 [℃]
$U$：
총괄 열전달계수 [kW/m2․K]
$M_{ads}$：
흡착제 질량 [kg]
$\dot m$：
질량유량 [kg/s]
$\dot Q_{cool}$：
냉각열량 [kW]
$\dot Q_{eva}$：
냉방용량 [kW]
$\dot Q_{heat}$：
가열량 [kW]
그리스 문자
$\tau$：
흡탈착 주기 [min]
하첨자
cool：
냉각
eva：
증발
heat：
가열
w：
물
i：
입구
e：
출구
1. 연구배경 및 목적
하절기 냉방으로 인한 국내 전력수요는 매년 증가하는 추세이며, 전력 피크시 냉방부하는 전체 부하의 25%를 차지하고 있다.(1) 냉방을 위해 전기로 구동되는 증기 압축식 냉동기가 주로 사용되므로, 이로 인한 하절기 전력피크의 발생과 냉동시스템의 냉매로 인한 환경문제를 해결하기
위한 정책적, 기술적 노력 들이 지속되고 있다. 그 일환으로 전력피크의 완화를 위해 열에너지를 활용하여 냉방을 구현하는 기술들이 적용되고 있으며,
태양열, 산업 폐열, 지역 난방수 등 70~90℃의 온도를 가지는 저온 미활용 열원을 이용한 기술 개발이 진행되고 있다.(2)
저온 열원을 이용한 냉방기술로 흡수식 냉동기, 흡착식 냉동기, 제습 냉방기술 등이 주목을 받고 있으며, 특히 흡착식 냉동 시스템은 구동 부분이 없어
진동과 소음이 작으며, 냉매로 물을 적용할 경우, 오존층 파괴나 지구온난화문제를 방지할 수 있다. 비교적 간단한 제어와 저전력으로 작동하고, 용액결정화
위험이 없는 장점이 있다.(3) 그럼에도 불구하고, 흡착식 냉동 시스템의 상용화가 늦는 이유로는 흡착제의 열 및 물질전달 성능이 낮기 때문에 시스템의 부피가 크고 시스템 성능이
낮기 때문이다.(4)
고효율 흡착식 냉동 시스템의 개발을 위해 새로운 흡착제와 냉매 조합 개발, 흡착열교환기 성능 향상, 고효율 사이클 개발에 대한 연구가 진행되고 있다.
흡착제는 흡착식 냉동기의 성능과 관련하여 가장 중요한 요소이다. 흡착능력이 크고, 온도에 따라 흡착능력의 변화가 크며, 열 및 물질전달 성능, 냉매와의
상용성이 좋아야 한다. 적용할 수 있는 물을 냉매로 사용하는 흡착제로는 실리카겔, 제올라이트가 흔히 사용된다. 특히 고성능 흡착제를 적용한 흡착기의
최적 설계는 시스템의 성능을 높이면서 소형화 하는데 있어서 중요한 부분이다.(5,6)
제올라이트를 흡착제로 사용하고 자동차에 설치하여 엔진 폐열을 이용하는 흡착식 시스템에 대한 연구가 진행되었으며, 제올라이트 13X를 적용한 이중관형
흡착기(7)를 사용하거나, 제올라이트의 새로운 유형인 FAM- Z02 흡착제를 사용하여 소형화하는 연구(8)가 수행되었다. 제올라이트 적용 흡착식 냉동 시스템의 성능계수는 0.4~0.5 정도이며, SCP는 50~100 W/kg 수준의 성능이 보고되었으며,
최적의 성능을 내기 위해 상대적으로 고온 (200℃ 이상)이 필요하다는 단점이 있다.
실리카겔은 흡착열이 제올라이트보다 작고, 100℃ 미만의 낮은 온도에서 성능이 높은 장점이 있다. Freni et al.(9,10)은 새로운 실리카겔 SWS-8L을 판형열교환기에 충전하여, 작동 주기(8~30분)와 가열수 온도(77~95℃)에 따른 흡착식 칠러의 성능을 측정하였다.
Alam et al.(11)은 튜브 타입의 흡착기를 적용하여 운전주기의 영향을 분석하였다.
흡착제의 반복적인 흡착과 탈착시 필요한 냉각과 가열과정에서 열전달 성능을 향상시키면, 흡착과 탈착 성능을 높일 수 있다. 일반적으로 흡착제를 열교환기에
적층하는 방식이 아니라, 열교환기 표면에 흡착제를 코팅하는 경우, 흡착기의 성능을 향상시킬 수 있는 것으로 알려져 있다.(12)
본 연구의 목적은 흡착제로서 폴리머 제습제(13)의 적용 가능성을 확인하고, 폴리머 흡착제 적용 시스템의 성능 특성을 파악하는 것이다. 적용한 폴리머 제습제는 실리카겔이나 제올라이트에 비해 흡착
성능이 우수
하다고 알려져 있는 물질로서 본 연구에서 이를 흡착제로 적용하고, 물을 냉매로 하는 흡착식 칠러 시스템을 개발하였다. 폴리머 흡착제는 기존의 고체
흡착제에 비해 흡착 용량은 매우 크지만 물질 확산 속도는 낮은 편으로 알려져 있다.(14) 따라서 폴리머 흡착제를 열교환기에 얇게 코팅한 흡착기를 제작하여 흡착식 칠러를 구성하여 성능 실험을 수행하였으며, 흡탈착주기, 증발기, 응축기,
흡착기로 공급되는 2차유체의 온도변화에 따른 시스템의 성능 실험을 수행하였다.
2. 흡착식 칠러의 개발
2.1 흡착식 칠러의 구성
흡착식 칠러는 Fig. 1과 같이 흡착제에서 냉매의 흡착과정과 탈착과정이 반복되는 사이클로 이루어진다. 냉방효과를 얻기 위해서는 증발기의 냉매 온도를 냉수 온도 이하로 유지할
필요가 있다. 흡착과정은 증발기
에서 증발된 증기 냉매가 흡착제에 흡착되는 과정으로, 증발기의 압력을 낮게 유지해 냉수를 생산할 수 있도록 하며, 흡착량을 늘이기 위해 흡착과정에서
발생한 흡착열을 냉각하는 것이 필요하다.
Fig. 1 Diagram of adsorption refrigeration cycle process.
Fig. 2 Schematic diagram of adsorption system operation.
흡착과정을 통해 흡착된 냉매량이 증가하면 더 이상 흡착과정이 진행되지 않으므로, 탈착과정을 통해 흡착된 냉매를 탈착시켜 재흡착이 가능하도록 한다.
탈착과정 동안 냉매의 탈착을 위해 흡착제를 가열하고, 탈착된 냉매는 응축기에서 액상의 냉매로 응축된다.
Fig. 1과 같은 흡착식 사이클을 구현하여 연속적인 냉방효과를 얻기 위해 두 개의 흡착기와 응축기, 증발기, 4개의 냉매 밸브로 구성된 흡착식 칠러를 Fig. 2와 같이 구성하여, 냉매밸브와 냉각수와 가열수의 공급에 따라 4개의 모드를 한 주기로 반복적으로 작동한다.
흡착기 1에 냉각수를 흘려 흡착제를 냉각하고, 반대편에 있는 흡착기 2에는 가열수를 흘려 흡착제를 가열
한다. 밸브 2, 3을 개방하여, 흡착기 1은 증발기에서 증발된 냉매를 흡착하는 흡착과정을 진행하고, 흡착기 2에서 탈착된 냉매 증기는 응축기로 이동하여
응축된다.
흡착과 탈착이 완료되면, 흡착기 1에는 냉각수 대신 가열수를 공급하여, 냉각되어 있던 흡착제의 온도를 상승시키고, 흡착기 2에는 냉각수를 공급하여
흡착제의 온도를 낮춰 탈착과 흡착을 위한 준비를 하게 된다. 이 때 모든 냉매 밸브는 닫힌 상태를 유지한다. 흡착기 1의 압력이 응축압력에 도달하면
밸브 1을 개방하여, 탈착된 냉매가 응축기에서 응축되게 하고, 흡착기 2의 압력이 증발기 압력에 도달하면 밸브 4를 개방하여 증발과 흡착이 진행된다.
흡착과 탈착이 완료되면, 다시 흡착과 탈착의 역할을 전환하기 위해 모든 냉매 밸브를 닫고, 가열수와 냉각수의 공급을 전환한다.
Fig. 3 Photo of developed adsorption chiller in this study.
2대의 흡착기가 교대로 흡착과 탈착이 진행되어 연속적인 운전이 가능하지만, 흡착과 탈착의 교차작동을 위해서는 흡착기를 가열하였다가 냉각하는 중간 단계가
필요하고, 이 단계에서는 냉매의 흡착 또는 탈착이 진행되지 않으므로 냉방효과 또한 얻을 수 없다. 그러나 흡착기의 가열을 위한 열에너지의 공급은 필요하므로,
흡착식 칠러의 효율을 저하시키는 원인이 된다. 열회수 등을 통해 시스템의 효율을 증가시키는 시스템 구성 방식이 적용될 수 있으나, 본 연구에서는 폴리머
흡착제를 적용한 흡착기의 성능 특성을 파악하기 위해 Fig. 2의 구조와 제어 방식을 채택하였다.
본 연구에서 실제 개발된 흡수식 칠러를 Fig. 3에 나타내었다. 본 연구의 흡착식 칠러는 물을 냉매로 사용하기 때문에 시스템 내부가 진공상태에서 운전이 된다. 따라서 흡착기와 증발기, 응축기는 모두
진공 용기 내에 위치한다. 응축된 냉매가 중력에 의해 증발기로 이동할 수 있도록, 응축기는 상부에 증발기는 하부에 배치하였으며, 4개의 냉매 밸브는
자동제어가 가능한 전동 밸브이며, 흡착기와 응축기, 증발기 사이 공간에 배치하여 공간 효율성을 높였다.
2.2 흡착기
본 연구에 적용된 폴리머 흡착제는 실리카겔 등의 입자를 열교환기 표면에 부착하는 방식이 아닌 흡착 성능을 가진 폴리머 액상 물질을 표면에 바르고,
적절한 열처리를 통해 중합하여 코팅하는 방식으로 제작되며, 이온성 고분자인 폴리의 공중합 비율이 늘어날수록 표면 전하 밀도가 증가하고, 이로 인해
음이온기가 수분 확산에 큰 영향을 미치며, 기존의 고체 흡착제에 비해 흡착 용량은 매우 크지만 물질 확산 속도는 낮은 편으로 알려져 있으며, 40,000회의
흡탈착 반복 시험 후에도 흡착성능에 변화가 없음을 확인하였다.(13,14)
본 연구에서는 시스템의 성능 향상을 위해 열 교환면적과 열교환기 무게를 고려하여, 알루미늄 평판관 형태의 열교환기에 폴리머 흡착제를 코팅한 흡착기를
설계(15)하였으며, Fig. 4에 실제 제작된 열교환기 모습을 나타내었다. 실제 열교환기 표면에 부착된 폴리며 흡착제의 SEM 사진을 Fig. 5에 나타내었으며, 실리카겔 입자를 코팅한 연구와는 다른 형상을 관찰할 수 있다. 동일한 평판형 열교환기에 흡착제의 종류와 코팅한 흡착제 두께와 양에
따라 3종류의 흡착기를 제작하여 성능 실험을 수행하였으며, 흡착기의 사양을 Table 1에 나타내었다.
Fig. 4 Adsorbent-coated flat-tube type heat exchanger.
Fig. 5 SEM images of adsorbent coating on heat exchanger surface.
Table 1 Specifications of the polymeric absorbent-coated heat exchanger
|
Case
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Adsorbent
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Heat exchanger
|
|
Type
|
Coating thickness
(mm)
|
Mass
(kg)
|
Total area
(m2)
|
Mass
(kg)
|
Dimension
(mm×mm×mm)
|
|
1
|
Sodium acrylate
|
0.115±0.012
|
1.6
|
13.6
|
3.9
|
403×122×272
|
|
2
|
Lithium acrylate
|
0.125±0.004
|
1.7
|
13.6
|
3.9
|
403×122×272
|
|
3
|
Lithium acrylate
|
0.090±0.018
|
1.2
|
13.6
|
3.9
|
403×122×272
|
2.3 응축기와 증발기
응축기의 경우 핀-튜브 열교환기의 튜브 내부로 냉각수가 흐르고, 친수 표면 처리된 튜브 외부에서 냉매가 응축이 되도록 하였다. 응축된 냉매의 물빠짐이
용이하도록 친수표면처리를 하였으며, 응축 냉매가 용기 바닥에 고일 수 있도록 열교환기를 응축기 진공 용기의 상부에 수평으로 설치하였다. 응축기의 실제
모습과 사양을 각각 Fig. 6와 Table 2에 나타내었다.
증발기는 액체인 냉매가 증발할 수 있는 면적을 최대로 하기 위해, 열교환기를 넓게 수평으로 하여, 열교환기 휜이 수직 방향으로 반쯤 잠기게 하는 반만액식
방식으로 설치하였다. 반만액식 증발기에서 냉매 증발 성능 향상을 위해 열교환기 표면에 다공성 친수표면처리(15)를 하였다. 열교환기 핀 표면의 다공성 구조에 의한 모세관 현상으로 냉매에 잠겨 있지 않은 열교환기 핀 표면도 냉매가 다공층 내부로 확산되기 때문에,
표면을 얇은 냉매 액막으로 덮어 젖음도를 향상시킬 수 있다. 액막으로 적셔진 표면이 냉매로 잠긴 부분보다 열저항이 작으므로, 증발성능을 향상시킬 수
있다. 증발기의 실제 모습을 Fig. 6에 나타내었으며, 응축기와 동일한 크기의 핀-튜브 열교환기를 사용하였다.
Fig. 6 Heat exchangers for adsorption chiller.
Table 2 Specifications of the fin-tube heat exchangers for condenser and evaporator
|
Item
|
Condenser
|
Evaporator
|
|
Tube diameter(mm)
|
7
|
7
|
|
Number of row
|
2
|
2
|
|
Number of column
|
12
|
12
|
|
Fin spacing(mm)
|
1.5
|
1.5
|
|
Fin type
|
flat
|
flat
|
|
Length×Height×Depth(mm×mm×mm)
|
445×250×25
|
445×250×25
|
|
Surface treatment
|
hydrophilic
|
Porous-hydrophilic
|
Fig. 7 Schematic of experimental apparatus.
3. 실험 방법 및 조건
2대의 흡착기를 주기적으로 흡착과 탈착과정을 반복하여 연속 냉방 운전을 구현하게 되는데, Fig. 7과 같이 냉각수와 가열수를 교대로 공급하기 위한 4개의 수배관 밸브와 응축기와 증발기를 교대로 연결해 주기 위한 4개의 냉매밸브가 설치되어 있다.
시스템의 주기적인 작동을 감시하고, 냉매 밸브의 제어를 위해 흡착기, 응축기, 증발기에 정밀도 0.25%의 스트레인 게이지방식의 절대압력센서를 설치하였다.
응축기, 증발기, 2대의 흡착기에 성능 시험 조건에 따라 일정한 온도와 유량의 냉수, 냉각수, 가열수를 공급할 수 있도록 3대의 항온 수조와 1대의
전기온수기를 설치하였고, 2차 유체를 순환하기 위해 순환 펌프를 설치하고, 인버터를 이용하여 유량을 조절하였다. 가열수, 냉각수, 냉수 입․출구의
온도 측정을 위하여 정밀도 0.1℃의 RTD(PT100 Ω)센서를 설치하였고, 정밀도 0.2%의 질량유량계를 설치하여 순환 유량을 측정하였다. 흡탈착
주기에 따른 성능변화와 냉수, 냉각수 온도변화에 따른 성능을 관찰하였으며, 실험조건은 Table 3에 나타내었다.
흡착식 칠러의 증발기, 응축기, 탈착과정의 가열량은 주기적으로 변동하므로, 식(1)~식(3)과 같이 각각 2차 유체의 유량과 입․출구 온도차로부터 주기 평균한 값으로 구할 수 있다.
흡착식 칠러의 성능지표로 SCP와 성능계수를 제시하였다. SCP는 흡착제 단위 중량당 냉방용량으로 식(4)와 같이 계산하였으며, 성능계수는 식(5)와 같이 냉방용량을 가열량으로 나눈 값으로 정의하였다. SCP와 COP의 불확실성은 Moffat(16)의 방법에 의해 Table 3의 기준조건에서 냉방용량의 크기에 따라 각각 12.0-5.6%, 13.0-5.8% 로 추정되었다.
Table 3 Experimental conditions
|
Parameters
|
Unit
|
Condition
|
|
Cooling water(Condenser)
|
Inlet temp.
|
℃
|
30/33/35/37/40
|
|
Mass flow rate
|
kg/min
|
6
|
|
Cooling water(Adsorber)
|
Inlet temp.
|
℃
|
30/33/35/37/40
|
|
Mass flow rate
|
kg/min
|
6
|
|
Chilled water(Evaporator)
|
Inlet temp.
|
℃
|
11/14/17
|
|
Mass flow rate
|
kg/min
|
6
|
|
Heating water(Desorption)
|
Inlet temp.
|
℃
|
80
|
|
Mass flow rate
|
kg/min
|
6
|
|
Cycle period
|
Time
|
min
|
14/28/42/70
|
흡착식 칠러의 성능에 가장 큰 영향을 미치는 변수로 흡탈착 사이클 주기이며, 10분 이내의 사이클 주기를 가지는 실리카겔에 비해 낮은 확산계수를 고려하여
14~70분의 사이클 주기에서 성능 시험을 수행하였다. 증발기와 응축기, 흡착과정에서 2차 유체의 온도 변화에 따른 성능을 관찰하였으며, 성능 실험
조건을 Table 3에 정리하였다.
4. 성능 실험 결과
열교환기 표면의 다공성 구조로 인한 모세관 현상으로 냉매가 잠겨 있지 않은 부분도 일정 높이까지 냉매로 적셔지게 된다. 수직표면의 다공성 구조에서
모세관력과 중력의 평형에 의해 냉매액 수위 상부로 확산되는 냉매의 양이 정해지므로, 열교환기 높이 대비 냉매가 잠긴 높이의 비인 냉매 잠김율에 따라
증발기의 성능이 변할 것으로 예상된다.
반만액형 증발기에 대한 열교환기의 냉매 잠김율 20~90% 조건에서 열전달 성능 실험을 진행하였다. 잠김율에 따른 냉방 용량과 냉매와 냉수 사이의
UA를 Fig. 8에 나타내었다. 잠김율 50~70% 사이에서 가장 큰 냉방 능력과 총괄 열전달계수를 가짐을 알 수 있으며, 시스템 성능 실험에서 냉매의 잠김율 60%를
유지하였다.
실험 결과의 신뢰성을 확인하기 위해 시스템의 열 입력(탈착과정 가열량과 냉방능력)과 열출력(흡착과정 냉각량과 응축기 냉각량) 사이의 에너지 평형과
증발기(냉방 용량)와 응축기(냉각 열량)에서 에너지 평형을 Fig. 8에 나타내었다. 시스템의 에너지 평형은 약 5% 이내로 일치하였고, 증발기와 응축기에서 에너지 평형은 10% 이내에서 만족함을 확인하였다.
Fig. 8 Heat transfer performance at evaporator with respect to water level.
흡탈착 주기에 따른 순간 냉방용량을 반주기의 시간에 대하여 Fig. 10에 나타내었다. 흡탈착 과정이 전환되는 초기에는 탈착과정에서 공급된 열교환기 내부의 가열수가 모두 배출되고, 열교환기가 흡착을 할 수 있을 정도로
냉각될 때까지 흡착이 진행되지 않아 순간 냉방용량이 감소하다가, 흡착이 재개되면 냉방용량이 회복되어 최대값을 보인다. 이 후 흡착제 함수량 증가로
인해 흡착능력이 떨어지게 됨에 따라 냉방용량도 감소하며, 약 30분 후에는 최대 능력의 절반 수준까지 감소하는 것을 확인할 수 있다.
흡착기 2와 3의 경우, 흡착기 1에 비해 흡착제의 수분 확산 성능이 개선된 흡착제를 사용하였기 때문에 냉방 용량이 크게 향상된 것을 확인할 수 있다.
흡착기 2와 3은 동일한 흡착제를 사용하였으나, 흡착제의 코팅 두께가 다른 경우로, 얇은 코팅 두께를 가진 흡착기 3이 흡착 초기에 흡착기 2에 비해
높은 순간 냉방 용량을 보였으나, 이후 흡착 능력이 감소하여 순간 냉방 용량이 더 가파르게 감소하는 것을 관찰할 수 있다.
Fig. 10 Spontaneous cooling capacity with respect to time.
Fig. 11 System performance with respect to cycle period.
흡착식 냉동시스템의 SCP와 성능계수를 Fig. 11에 나타내었다. Fig. 10과 같이 흡탈착 주기가 길어지게 되면, 흡착 성능의 저하로 냉방용량이 감소하게 된다. 한편으로 흡착과 탈착 과정 사이의 냉각 과정에서 흡착이 중지되어
시스템의 냉방용량을 감소시키는 원인이 되는데, 주기가 길어질수록 냉방용량 감소에 미치는 영향이 작아진다. 이 2가지 상반되는 영향에 의해 주기 변동에
따른 SCP는 조금씩 감소하는 경향을 보인다. Fig. 10과 같이 순간 냉방용량이 작은 흡착기 1이 가장 낮은 SCP를 보였으며, 흡착제의 무게가 작은 흡착기 3이 가장 높은 SCP를 보였다. 흡착기 1과
흡착기 2를 사용한 시스템에서 SCP는 각각 0.15 kW/kg, 0.3 kW/kg 정도의 값을 보였으며, 흡착기 3은 약 0.38~0.44 kW/kg
성능을 확인하였다.
Fig. 12 System performance with respect to secondary fluid temperature.
탈착을 위해 공급되는 가열량은 냉매의 탈착을 위해서만 사용되는 것이 아니라, 흡착과정 중 냉각 되어 있는 흡착기를 가열하기 위해서도 사용된다. 주기가
길어지면 전체 가열량 중 흡착기를 가열하기 위한 열량의 분율이 감소하게 되므로, 흡탈착 주기의 증가에 따라 성능계수는 증가하게 된다. 흡착기 1과
흡착기 2를 사용한 시스템에서 성능계수는 각각 약 0.16~0.4, 0.25~0.49의 값을 나타내었다. 냉방용량이 큰 흡착기 3이 가장 높은 성능계수를
보였으며, 0.29~0.52의 성능을 보였다.
흡착식 칠러에 공급되는 냉수와 냉각수 조건에 따른 성능변화를 관찰하였다. 흡착기 2를 적용한 시스템에서 냉수와 냉각수 온도 변화에 따른 성능계수와
SCP를 Fig. 12에 나타내었다. 증발기로 공급되는 냉수 입구온도가 높아지면서 SCP와 성능계수가 증가하는 경향을 보인다. 이는 냉수 온도가 높아지면 증발기 압력이
높아지고, 이로 인해 흡착기에서 흡착되는 냉매량이 증가하기 때문이다. 증가된 SCP로 인해 성능계수도 커지게 된다.
응축기로 공급되는 냉각수 입구 온도가 높아지면, SCP와 성능계수가 모두 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이는 냉각수 온도가 높아지면서, 응축기 압력이
높아져 탈착 압력이 상승하게 되고, 이로 인한 흡착제의 냉매 탈착량이 감소하고, 재흡착시 흡착량도 비례하여 감소하게 되므로 SCP가 감소하게 된다.
SCP의 감소로 성능계수도 감소하게 된다.
흡착기 냉각수 온도가 높아지게 되면 흡착과정에서 흡착제의 온도를 충분히 낮추지 못하게 되어 흡착량이 감소하게 된다. 이로 인해 SCP는 감소하게 된다.
SCP의 감소로 성능계수의 감소가 예상되나, 흡착기 냉각수 온도 상승으로 흡착기의 온도도 상대적으로 높아지므로, 흡착과정에서 탈착과정으로 전환할 때
흡착기를 가열하는 열량도 감소하게 되어 온도 상승에 따른 성능계수 감소 정도는 SCP에 비해 작다.
5. 결 론
폴리머 흡착제를 알루미늄 평판관 열교환기에 박막으로 코팅한 3가지 종류의 흡착기(흡착제의 종류, 코팅 두께 변화)를 적용한 흡착식 칠러를 개발하고,
다양한 운전 조건에 대하여 성능 실험을 수행하였다. 흡착기 2와 3의 경우, 흡착기 1 에 비해 흡착제의 수분 확산 성능이 개선된 흡착제를 사용하였기
때문에 냉방 용량이 크게 향상되었으며, 흡착기 2에 비해 코팅두께를 줄인 흡착기 3의 SCP가 증가함을 확인하였다. 가장 우수한 성능을 보인 흡착기
3을 채용한 칠러가 흡탈착주기 14~70분의 범위에서 SCP는 0.38~0.44 kW/kg, 성능계수는 0.29~0.52 정도임을 확인하였으며, 이를
통해 폴리머 제습제의 흡착식 칠러의 적용 가능성을 확인하였다. 응축기에 공급되는 냉각수의 온도 상승은 탈착 압력을 높여 냉매의 탈착량이 감소하게 되고,
흡착기에 공급되는 냉각수의 온도 상승은 흡착제의 온도 상승으로 인한 흡착량을 감소시켜, SCP와 COP가 감소한다. 그러나 흡착기 냉각수 온도 상승으로
흡착기의 온도도 상대적으로 높아지므로, 흡착과정에서 탈착과정으로 전환할 때 흡착기를 가열하는 열량도 감소하게 되어 온도 상승에 따른 성능계수 감소
정도는 작다. 따라서 응축기보다 흡착기에 공급되는 냉각수의 온도를 낮추는 것이 시스템 효율을 높일 수 있다.
Acknowledgements
본 연구는 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로, 한국연구재단의 지원을 받아 수행되었습니다(NRF-2019 R1F1A1062125).
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