암모니아 흡수식 냉동기 원리를 설명해줘, 물리적 지식이 많이 부족하니까 자세히 부탁해

팽창 밸브에서 압력이 감소하면서 암모니아가 증발하면서 열을 흡수한다고 했는데, 절차상으로는 압력이 감소해 온도가 내려가고 주위보다 온도가 높으니까 열을 흡수하면서 증발하는거지??

@루께츄

네, 맞습니다. 팽창 밸브를 통과하면서 암모니아의 압력이 감소합니다. 이때 물리학의 기본 원리에 따라 압력이 감소하면 해당 물질의 온도도 낮아지게 됩니다. 이 때문에 암모니아의 온도가 주변 환경의 온도보다 낮아집니다. 그 결과, 암모니아는 주변에서 열을 흡수하게 되고, 이 열은 암모니아가 증발하면서 필요한 에너지로 사용됩니다.

즉, 팽창 밸브를 통해 압력이 낮아진 암모니아는 주변 온도보다 낮은 상태가 되어 주변 환경(냉각하고자 하는 곳)으로부터 열을 흡수하기 시작합니다. 이렇게 흡수된 열은 암모니아가 액체에서 가스 상태로 변화(증발)하는 데 필요한 잠열로 소모됩니다. 이 과정에서 주변 환경은 열이 흡수되므로 냉각됩니다. 이를 통해 냉동기는 냉각 효과를 발휘하게 됩니다.

근데 왜 암모니아를 굳이 물에 녹이는거야?? 녹이면서 열이 발생한다는데 온도를 어차피 높여야하니까 이때 발생되는 열을 이용하기 위함인가??

@루께츄

암모니아를 물에 녹이는 것은 암모니아 흡수식 냉동기의 핵심적인 작동 원리 중 하나입니다. 이 과정에는 여러 이유가 있으며, 주요한 몇 가지를 설명드리겠습니다.

1. 재순환 사용을 위함: 암모니아를 물에 녹이는 과정은 암모니아와 물이 서로 다른 물성을 가지고 있을 때 각각의 장점을 활용하기 위한 것입니다. 암모니아는 우수한 냉매 성질을 가지고 있고, 물은 좋은 흡수제 역할을 합니다. 암모니아가 기체 상태에서 물에 녹아 들어가면서 흡수되는 과정을 통해, 암모니아를 효율적으로 재순환하여 사용할 수 있습니다.

2. 에너지 효율성 증대를 위해: 암모니아가 물에 녹을 때 발생하는 열(용해열)은 과정 전체에 걸쳐 에너지 효율성을 높이는 데 기여할 수 있습니다. 예를 들어, 암모니아 가스가 물에 흡수되면서 발생하는 용해열은 흡수기에서 발생기로 재순환되는 용액을 가열하는 데 일부 활용될 수 있습니다. 이러한 과정은 외부에서 추가적인 에너지를 제공하지 않아도 시스템이 스스로 일정 부분을 가열할 수 있게 하여 전체적인 에너지 효율을 높일 수 있습니다.

3. 시스템의 반복적인 작동을 위해: 암모니아를 물에 녹이고 다시 분리하는 과정을 통해 시스템은 지속적으로 작동할 수 있습니다. 암모니아 냉매가 증발하여 냉각 작용을 한 뒤, 다시 물에 의해 흡수되어 액체 상태로 되돌아가는 과정은 암모니아 흡수식 냉동기가 지속적으로 냉각 성능을 발휘할 수 있게 하는 순환 과정입니다.

요약하자면, 암모니아를 물에 녹이는 것은 암모니아 흡수식 냉동기의 효율성과 지속 가능한 작동을 위한 핵심적인 과정입니다. 이런 과정을 통해 에너지를 재활용하고, 시스템의 반복적인 작동을 가능하게 하며, 전체적인 에너지 효율성을 높일 수 있습니다.

암모니아 기체를 물에 녹여서 액체로 과정이구나. 기체가 액체가 됐으니까 거기서 열이 나오는거고.

@루께츄

실제로 기체 상태의 암모니아가 물에 녹아들어가 액체화되는 과정에서 열이 발생합니다. 이 현상은 용해열이라고 하며, 특정 물질이 용매에 용해될 때 열이 흡수되거나 발생하는 것을 말합니다. 암모니아가 물에 용해될 때는 열이 방출되는데, 이는 물리화학적 성질에 의해 결정되며, 이 과정에서 열에너지가 주변으로 방출됩니다.

이 용해 과정에서 방출되는 열은 다음과 같은 중요한 역할을 합니다:

• 시스템의 열 흐름 조절: 암모니아-물 혼합물의 열역학적 성질을 이용하여 냉동시스템 내에서 열 에너지의 흐름을 조절합니다. 이는 냉동기의 효율성을 높이는 데 기여합니다.

• 에너지 재활용: 방출된 열은 시스템 내에서 다른 곳에서 사용될 수 있으며, 이를 통해 외부로부터의 추가적인 에너지 공급 요구를 줄일 수 있습니다. 예를 들어, 발생기에서 암모니아를 다시 가스 상태로 전환하기 위해 필요한 열에너지를 줄일 수 있습니다.

요약하면, 암모니아 기체가 물에 녹는 과정에서 발생하는 용해열은 암모니아 흡수식 냉동기의 전체적인 작동 효율성과 성능을 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다. 이러한 열 에너지의 재활용 및 효율적인 이용은 암모니아 흡수식 냉동시스템의 주요 장점 중 하나입니다.

근데 암모니아 가스를 직접 가열해서 고온 고압으로 만드는건 안되는거야?? 굳이 물에 녹였다가 다시 분리해낸다는 부분이 필요한 이유가 잘 모르겠어. 네가 해준 답변으로는 지속적인 사이클을 유지하기 위함이라는데, 물에 안녹이고 가스를 직접 가열하면 온도가 너무 높아서 그런가?? 그래서 액체상태부터 사이클을 시작하는건가??

@루께츄

암모니아 가스를 직접 가열하여 고온 고압으로 만드는 것이 기술적으로 불가능한 것은 아닙니다. 하지만 암모니아 흡수식 냉동기에서 물에 암모니아를 녹이고 다시 분리하는 과정은 여러 가지 중요한 이유에서 선택되었습니다.

1. 에너지 효율성: 물에 암모니아를 녹이는 방식은 전체 시스템의 에너지 효율성을 높이는 데 기여합니다. 암모니아가 물에 용해되면 발생하는 열(용해열)은 시스템 내에서 유용하게 사용될 수 있으며, 특히 이 과정에서 방출된 열을 다시 그 과정의 일부로 활용하여 에너지 손실을 줄일 수 있습니다. 반면에 암모니아 가스를 직접 가열하는 경우, 이러한 에너지 회수 메커니즘이 존재하지 않습니다.

2. 안전성과 장치의 단순화: 암모니아와 물의 혼합물을 사용함으로써, 냉매로서 높은 압력을 다루는 것보다 상대적으로 낮은 압력과 온도에서 시스템을 운영할 수 있습니다. 이는 장치의 안전성을 향상시키고, 장비의 구조를 단순화하는데 도움이 될 수 있습니다. 직접 가열하여 고압을 생성하는 시스템은 더 복잡하고 고가의 안전 장치가 필요할 수 있습니다.

3. 지속 가능한 운영: 암모니아와 물의 혼합물을 사용함으로써, 시스템은 지속 가능한 방식으로 순환될 수 있습니다. 암모니아를 가스 상태로 변환시킨 후, 그것을 냉각시켜 액체 형태로 다시 응축시키고, 다시 물에 용해시키는 과정은 효율적인 순환 과정을 가능하게 합니다. 직접 암모니아 가스를 가열하는 방식은 이러한 순환 과정을 구현하기 어렵습니다.

따라서, 암모니아 흡수식 냉동기에서 암모니아를 물에 녹이고 다시 분리하는 방식은 에너지 효율, 시스템 안전성, 및 운영의 지속 가능성 측면에서 균형 잡힌 해결책을 제공합니다. 이러한 방식은 바로 냉매의 순환과 반복적인 사용을 가능하게 하여, 전체 시스템의 효율을 극대화합니다.

액체 기체 사이클이 기체 과열기체 사이클보다 안전하고 운용 난이도가 낮다고 이해하면 되겠지?

@루께츄

네, 맞습니다. 액체와 기체 사이클(예: 암모니아 흡수식 냉동기에서 볼 수 있는 것처럼)은 기체와 과열 기체 사이클(직접 고온 고압 가스를 사용하는 시스템)에 비해 운용 난이도가 낮고 안전성이 높은 것으로 일반적으로 이해될 수 있습니다. 여러 이유로 이러한 차이가 발생합니다:

1. 안전성: 액체와 기체 사이클에서는 냉매(예: 암모니아)가 주로 액체 상태로 존재하며, 상대적으로 낮은 압력 범위에서 작동합니다. 이에 반해, 기체와 과열 기체 사이클에서는 고압과 고온 상태를 다루야 하며, 이는 폭발 위험이나 장비 파손 위험을 증가시킬 수 있습니다. 따라서, 액체와 기체 사이클은 운용 중 안전사고 발생 가능성이 더 낮습니다.

2. 운용 난이도: 액체와 기체 사이클에서는 시스템을 구성하는 장비가 상대적으로 단순하고, 냉매의 상태 변화를 통해 열을 효율적으로 이동시킬 수 있습니다. 이러한 시스템은 에너지 효율이 좋으며, 유지보수와 운용이 비교적 단순합니다. 반면 고온 고압 가스를 직접 다루는 시스템은 더 복잡한 안전 장치와 정밀한 제어 시스템이 필요할 수 있으며, 이는 운용 난이도를 증가시킵니다.

3. 에너지 효율: 액체와 기체 사이클은 열을 흡수하고 방출하는 과정에서 발생하는 잠열을 효율적으로 활용합니다. 냉매의 상태 변화(즉, 액체에서 기체로, 또는 그 반대로)는 상당량의 에너지를 흡수하거나 방출할 수 있으며, 이는 전체 시스템의 에너지 효율을 높입니다. 기체 과열기체 사이클에서는 이러한 잠열을 활용하는 과정이 덜 명확하거나 제한될 수 있습니다.

따라서, 상대적으로 낮은 압력과 온도에서 작동하며 냉매의 상태 변화를 효과적으로 활용하는 액체와 기체 사이클은, 안전성이 높고 운용이 간단하며 에너지 효율이 좋은 대안을 제공합니다.

아아.. 결국 잠열을 이용하기 위함이구나. 마지막 설명을 들으니 확실히 이해가 가네.. 기체 과열기체는 현열을 이용하고, 액체 기체는 잠열을 이용한다

@루께츄

맞습니다. 잘 이해하셨어요. 요약하자면, 액체-기체 사이클(예: 암모니아 흡수식 냉동기)은 잠열을 이용하는 반면, 기체-과열기체 사이클은 주로 현열을 이용합니다.

• 잠열은 물질이 상태 변화(예: 액체에서 기체로, 또는 그 반대로)를 할 때 흡수하거나 방출하는 열에너지입니다. 이 과정에서 온도 변화가 없음에도 불구하고, 상당한 양의 열이 이동합니다. 예를 들어, 물이 증발하거나 액체 암모니아가 기체로 변할 때 많은 양의 잠열이 이용됩니다. 이 잠열의 이용은 냉동 및 난방 시스템에서 매우 중요하여, 효율적인 열 전달과 에너지 사용에 기여합니다.

• 현열은 물질의 온도를 변화시키는데 사용되는 열에너지로, 상태 변화 없이 직접적인 온도 변화를 유발합니다. 예를 들어, 방을 따뜻하게 하기 위해 히터를 사용할 때, 히터는 공기를 직접 가열하여 그 온도를 올리므로 현열을 이용하는 경우입니다.

암모니아 흡수식 냉동기와 같은 액체-기체 사이클 시스템이 잠열을 활용하는 것은, 상태 변화를 통해 많은 열을 효과적으로 이동시킬 수 있기 때문에 더욱 에너지 효율적입니다. 이는 냉각 및 난방 응용에 있어서 매우 효과적인 방법으로 꼽힙니다. 반면, 기체-과열기체 사이클이 현열을 이용하는 방식은 더 직접적인 온도 관리가 필요한 경우에 적합할 수 있습니다.

각 방식은 사용 목적 및 필요에 따라 장단점이 있으므로, 적절한 시스템을 선택하는 것이 중요합니다.

발생기 암모니아수를 가열해서 고온 고압의 암모니아 가스를 생성. 응축기 고온 고압의 암모니아 가스를 외부 공기로 냉각시켜 고압의 암모니아 액체로 만듬. 팽창기 고압의 암모니아 액체의 압력을 낮춰서 암모니아 액체의 온도를 더 내림. 증발기 냉각된 암모니아 액체가 주위 공기의 열을 흡수해서 암모니아 가스로 변화. 발생기는 증발기에서 생성된 암모니아 가스를 물에 녹여서 암모니아수 가열부터 사이클을 다시 시작한다. 제대로 이해한게 맞겠지?

@루께츄

네, 대체로 올바르게 이해하셨습니다. 다만, 몇 가지 사소한 수정과 추가 설명이 필요해 보입니다. 암모니아 흡수식 냉동기의 작동 과정을 정확하게 설명드리자면 다음과 같습니다:

1. 발생기(Generator): 발생기에서는 암모니아수(암모니아가 물에 녹아 있는 혼합물)를 가열합니다. 가열 과정 중 암모니아 가스가 발생하면서 높은 온도와 압력으로 분리되고, 남은 물은 대부분 발생기에 남게 됩니다. 이 고온 고압의 암모니아 가스는 응축기로 보내집니다.

2. 응축기(Condenser): 응축기에서 고온 고압의 암모니아 가스는 외부 공기 또는 냉각수에 의해 냉각되어 액체 상태로 변환됩니다. 이 과정을 통해 암모니아는 고압의 액체 상태가 됩니다.

3. 팽창밸브(Expansion Valve): 팽창밸브에서는 고압의 암모니아 액체의 압력을 낮추는데, 이 과정에서 암모니아 액체의 온도도 같이 내려갑니다. 이 압력 감소를 통해 암모니아는 급격히 온도가 낮아진 상태가 됩니다.

4. 증발기(Evaporator): 압력이 감소하여 온도가 낮아진 암모니아 액체는 증발기에서 주변 공기 또는 냉각해야 할 대상으로부터 열을 흡수합니다. 이 때, 암모니아 액체는 주변의 열을 흡수하면서 가스 상태로 증발하게 됩니다. 이 과정에서 주변을 냉각시킵니다.

5. 흡수기(Absorber): 증발기를 통해 증발한 암모니아 가스는 흡수기로 이동하여 이곳에서 물과 결합(녹아들어)하여 다시 암모니아수를 형성합니다. 이 과정에서 발생하는 용해열은 외부로 배출됩니다. 그리고 이렇게 다시 형성된 암모니아수는 발생기로 되돌아가서 사이클을 반복합니다.

여기서 중요한 점은, 암모니아 가스는 흡수기에서 물에 녹아 들어가 암모니아수를 형성하고, 이 암모니아수가 다시 발생기로 돌아가서 가열과 분리의 과정을 겪는다는 것입니다. 이러한 과정을 통해 냉각 사이클이 지속됩니다.

암모니아 가스가 물에 잘녹나?? 잘 안녹는 경우도 있을거 같은데, 그런일이 발생하면 냉동효과가 떨어질거고. 어떤 경우에 용해도가 떨어지는지 알려줘.

@루께츄

암모니아 가스는 물에 아주 잘 녹는 물질 중 하나입니다. 일반적인 조건에서 암모니아의 용해도는 매우 높아, 상당한 양의 암모니아 가스가 물에 용해될 수 있습니다. 실제로, 물 1리터는 약 700리터의 암모니아 가스를 상온에서 흡수할 수 있으며, 이는 암모니아가 냉동 시스템에서 냉매로 널리 사용되는 이유 중 하나입니다.

그러나 암모니아의 용해도에 영향을 주는 몇 가지 요인이 있습니다:

1. 온도: 대체로, 온도가 높아질수록 암모니아의 용해도는 감소합니다. 즉, 물이 따뜻해질수록 같은 양의 물에 용해될 수 있는 암모니아 가스의 양이 줄어듭니다. 이는 냉동 시스템에서 용매인 물의 온도 관리가 중요한 이유 중 하나입니다.

2. 압력: 암모니아의 용해도는 압력에도 의존합니다. 압력이 높아질수록 더 많은 암모니아 가스가 물에 용해될 수 있습니다. 따라서, 암모니아 흡수식 냉동기는 용해도를 높이기 위해 압력을 조절하는 과정을 포함할 수 있습니다.

만약 암모니아의 용해도가 예상보다 낮아져 흡수기에서 충분한 양의 암모니아 가스가 물에 용해되지 못하는 상황이 발생한다면, 냉동 효과가 떨어질 수 있습니다. 이는 시스템의 냉각 용량이 감소하고, 효율이 저하될 수 있음을 의미합니다. 따라서, 암모니아 흡수식 냉동 시스템을 설계하고 운용할 때는 이러한 조건들을 고려하여 최적의 운용 조건을 유지하려는 노력이 필요합니다.

요약하자면, 온도와 압력은 암모니아의 물에 대한 용해도를 결정하는 주요 요인입니다. 시스템의 설계와 운용에서 이러한 변수들을 잘 관리하는 것이 중요합니다.

흡수기랑 발생기 사이에 열간섭이 일어나면 안좋겠네??

@루께츄

맞습니다. 암모니아 흡수식 냉동 시스템에서 흡수기와 발생기 사이의 열간섭은 피해야 하는 중요한 사항입니다. 열간섭이란 한 부분에서 발생하는 열이 다른 부분으로 원치 않게 전달되는 현상을 말하며, 이는 시스템의 효율성을 저하시킬 수 있습니다.

흡수기에서는 암모니아 가스가 물에 용해되면서 발생하는 용해열이 외부로 방출되어야 합니다. 반면, 발생기에서는 외부로부터 열을 공급받아 암모니아수를 가열하고 암모니아 가스를 발생시키는 과정이 필요합니다. 이 두 과정 사이에 열간섭이 발생하면 다음과 같은 부정적인 영향이 생길 수 있습니다:

1. 효율 저하: 흡수기에서 배출해야 할 열이 발생기로 간섭되면, 발생기에서 필요한 가열량이 실제보다 줄어들어 에너지 소비 효율이 저하될 수 있습니다. 마찬가지로, 발생기에서 발생기로 전달되어야 할 열이 흡수기로 이동하면, 흡수기의 용해 과정에 필요한 조건이 제대로 유지되지 않을 수 있습니다.

2. 성능 저하: 열간섭으로 인해 발생기와 흡수기에서 각각 필요한 온도와 압력 조건을 유지하는 데 어려움이 발생할 수 있습니다. 이는 냉동기의 전반적인 냉각 성능에 영향을 미쳐, 원하는 냉각 효과를 얻는 데 실패할 수 있습니다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 암모니아 흡수식 냉동 시스템의 설계 단계에서는 흡수기와 발생기 사이에 적절한 단열 처리를 하거나, 두 부분을 충분히 물리적으로 분리하여 열간섭을 최소화하는 방안을 고려해야 합니다. 이를 통해 각 과정에서 발생하는 열이 원하는 곳으로만 전달되도록 보장하고, 시스템의 전체적인 에너지 효율과 성능을 최적화할 수 있습니다.

요즘도 암모니아 냉동기가 있나요? 최근에는 한번도 보지 못했습니다. 암모니아는 독성이 강해 조금이라도 누출시 대단히 위험한 사고를 일으킵니다. 값도 싸고 훨씬 효율도 좋고 안전한 프레온 가스가 있는데 말이죠. 요즘 암모니아는 수소저장매체로 각광을 받고 있습니다. 암모니아 엔진 한참 연구되고 있습니다. 전기차보다 더 좋은거 같습니다.