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[국내논문] 선박용 흡수식 냉동기의 냉매적용 냉각 시스템 성능 분석
Performance analysis of a cooling system with refrigerant in a marine absorption refrigerator 원문보기

한국마린엔지니어링학회지 = Journal of the Korean Society of Marine Engineering, v.40 no.4, 2016년, pp.282 - 287  

윤상국 (Division of Mechanical and Energy Systems Engineering, Korea Maritime and Ocean University)

초록
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최근 조선사들은 선박이 운항되는 연안 환경의 개선과 보호를 위하여 $CO_2$를 절감할 수 있는 친환경 선박과 함께 선박 운항 중 소비하는 에너지의 절감을 위한 고효율화 선박 개발의 노력도 활발하게 수행하고 있다. 본 연구에서는 전기로 구동되는 선박의 증기압축식 냉동기 대신에 선박 엔진 자켓수의 폐열을 이용하여 냉방을 할 수 있는 흡수식 냉동기의 적용 가능성과 냉각시스템에 냉매를 적용하는 시스템의 성능을 분석하였다. 연구결과, 해수와 열교환하여 액화될 수 있는 냉매들 중 R236fa가 가장 적합한 냉매로 분석되었으며, 이를 적용한 흡수식 냉동기의 COP는 0.798로 육상의 냉각탑을 이용한 수랭식보다 15% 그리고 해수 열교환기식 수랭식보다 5% 향상되었다. 냉동능력 1RT를 얻기 위한 LiBr 흡수용액 순환량은 0.013 kg/s로 수랭식 보다 25% 이상 감소하며, 냉각 매체 순환량도 수랭식의 15.7%에 불과한 매우 효과적인 냉동기가 되었다. 해수온도가 $18^{\circ}C$ 이하로 낮으면 발생하게 되는 LiBr의 결정화는 재생기에서 배출되는 엔진 자켓수의 온도를 이용하여 해수 온도를 상승시킴으로써 방지할 수 있다.

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Recently in order to protect the ocean environment and to reduce energy consumption, shipbuilders have been developing highly economized ships. This research analyzed the possibility of adopting the onshore absorption refrigerator to offshore ships having a cooling system with refrigerant by using t...

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 육상용 흡수식 냉동기를 선박에 적용하기 위하여 필요한 다양한 기술 사항들 중 냉각수 시스템의 개선 연구를 수행하였다. 현재 H사의 제품은 해수를 직접 흡수기와 응축기의 관내부에 순환시켜 열을 흡수한 후 배출하는 시스템으로, 이는 해수로 인한 부식과 스케일 등의 문제가 야기 되는 단점이 있다[3].
  • 현재 H사의 제품은 해수를 직접 흡수기와 응축기의 관내부에 순환시켜 열을 흡수한 후 배출하는 시스템으로, 이는 해수로 인한 부식과 스케일 등의 문제가 야기 되는 단점이 있다[3]. 본 연구에서는 냉각용 담수를 흡수기와 응축기로 순환시켜 열을 흡입한 후 해수 열교환기에서 해수로 냉각하는 방식과, 냉각 매체인 물 대신에 냉각용 냉매의 상변화 잠열을 사용하는 냉각시스템을 고안하여 적용 가능성을 분석하였다. 이는 상기한 냉각탑의 오염 문제와 비산 문제 등을 해결할 수 있으며, 냉각 매체의 순환유량이 감소하고 성능도 크게 향상 된다.
  • 33으로 매우 값이 적게 된다. 그러므로 본 연구에서는 해수 냉각방식을 적용하여 COP의 향상과 함께 보조 열원이 필요 없는 시스템을 고안하고자 하였다.

가설 설정

  • 즉, 선박의 롤링 등 움직임에도 용액이 관외부에 적하되면서 성능 저하가 없이 기능이 수행되는 흡수기와 증발기의 적정 구조, 흡수기와 증발기의 냉각수의 냉각 시스템의 개선 등이 필요하게 된다. 흡수식 냉동기의 냉각 시스템은 흡수기의 흡수열과 응축기의 수증기 응축열을 흡수하여 냉각탑에서 공기에 의하여 냉각된다. 선박에 냉각탑을 적용할 경우, 냉각수가 대기와 직접 접촉 하여 열교환하게 되므로 염분에 오염되어 시스템 냉각 배관의 부식 초래, 육상과 동일하게 냉각수인 담수의 정기적 충전, 적도지방의 경우 대기 온도의 상승으로 성능의 저하, 롤링 등에 의한 냉각수의 비산 등의 많은 문제들이 발생하게 된다.
  • Figure 7은 냉각냉매를 적용하여 흡수열과 응축열을 냉각 시키는 시스템에서 냉각용 해수의 온도가 18℃부터 26℃까지 변화될 때, 재생기에서 생성되는 냉매인 수증기의 양을 나타낸다. 흡수식 냉동기에서 수증기 생성량이 증가할수록 냉각능력이 향상된다. 해수온도 26℃의 경우를 보면, 해수 열교환기에서 냉각용 냉매기체인 R236fa는 31℃에 응축되고, 이 액체에 의하여 냉각되는 흡수용액과 응축 수증기는 36℃가 된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
흡수식 냉동기를 선박에 적용하기 위하여 어떤 기술 개선이 필요한가? 흡수식 냉동기를 선박에 적용하기 위하여는 선박의 특성에 맞는 다양한 기술 개선이 필요하게 된다. 즉, 선박의 롤링 등 움직임에도 용액이 관외부에 적하되면서 성능 저하가 없이 기능이 수행되는 흡수기와 증발기의 적정 구조, 흡수기와 증발기의 냉각수의 냉각 시스템의 개선 등이 필요하게 된다. 흡수식 냉동기의 냉각 시스템은 흡수기의 흡수열과 응축기의 수증기 응축열을 흡수하여 냉각탑에서 공기에 의하여 냉각된다.
육상의 흡수식 냉동기의 구동열원으로 무엇이 사용되고 있는가? 육상의 흡수식 냉동기는 구동 열원으로 천연가스의 연소, 스팀 혹은 폐열원의 고온수가 사용된다. 선박에 흡수식 냉동기를 적용할 경우 가능한 열원으로는 90℃가 넘는 엔진 자켓수나 엔진 배기열을 이용할 수 있다.
선박 냉동공조 시스템으로 사용되는 증기압축식 냉동기가 선박의 환경오염요소로 지칭되는 이유는 무엇인가? 현재 대부분 선박의 냉동공조 시스템은 증기압축식 냉동기가 사용되고 있다. 이는 선박의 연료를 소비하여 생산된 전력으로 냉동기를 구동하여 냉방을 하게 되므로 이로 인한 연료 소비와 연소가스의 대기 방출은 또 다른 지구 환경 오염과 온난화의 원인이 되고 있다. 일반적으로 선박의 냉동기 전기량은 전체 전기량의 5~15%가 소비되고 있다.
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참고문헌 (7)

  1. C. W. Park, "Prediction of domestic and foreign research and development for absorption refrigerator," Magazine of the Society of Air-conditioning and Refrigeration Engineering of Korea, vol. 43, pp. 18-26, 2014. 

  2. M. Safarik, L. Richter, G. Weidner, Y. Wild, and P. Albring, "Application of absorption chillers on vessels," International Sorption Heat Pump Conference, Italy, part. 2, pp. 75-84, 2011. 

  3. http://heinenhopman.com/heinen-and-hopman/pdfs-gecomprimeerd/hh-maritime-absorption-chiller.pdf, Accessed April 3, 2016. 

  4. http://www.worldenergyeurope.eu/maritime-chillers.php, Accessed April 3, 2016. 

  5. Samsung Shipbuilding & Marine Engineering Co. Ltd., "Absorption Refrigerator for Ship," Korea, Patent 1020120075632, 2012 (in Korean). 

  6. B. J. Kim, "Dynamic analysis of single-effect/double -lift LiBr-water absorption system using low-temperature hot water," Journal of the Society of Air-conditioning and Refrigeration Engineering of Korea, vol. 21, no. 12, pp. 695-702, 2009. 

  7. W. F. Stoecker and J. W. Jones, Refrigeration and Air Conditioning, 2nd ed., London, UK, McGraw-Hill, 1982. 

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