KR0140627B1 - 흡수식 냉난방기의 압력강하용 냉매 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 별도로 설치되어 있는 압력강하수단을 냉매 열교환기내에 설치하여 열교환 및 액냉매의 압력강하를 동시에 시켜 주도록 하여 규격을 소형화 할 뿐만 아니라, 액냉매의 압력강하시 생기는 열을 냉매증기측에 전달하여 액냉매의 자체적인 증발을 막아 액냉매의 손실없이 증발기에 유입시켜 냉매 열교환기 및 증발기의 효율을 높이고자 발명한 흡수식 냉난방기의 압력강하용 냉매 열교환기에 관한 것으로, 웅축기에서 증발기로 흐르는 액냉매를 각각 유입 및 유출시키는 수평관형의 웅축관(20)과, 증발기에서 흡수기로 냉매증기를 공급하도록 웅축관(20)의 대략 중심을 관통하여 열교환되게 웅축관(20)의 직경보다 현저하게 작은 전열관(30)과, 웅축관(20)과 전열관(30) 사이에 설치되어 설정된 압력강하가 발생하도록 액냉매의 흐름을 제어하는 압력강하수단으로 구성한 것이다.

Description

흡수식 냉난방기의 압력강하용 냉매 열교환기

제1도는 종래 흡수시 냉난방기의 구성도

제2도는 본 발명의 요구를 발췌한 구성도

제3도는 제2도 A부의 확대도

제4도(a)(b)는 제3도 B, C부의 압력강하판의 구멍위치를 나타낸 정면도

* 도면중 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 웅축관30 : 전열관

40 : 압력강하판42 : 구멍

본 발명은 흡수식 냉난방기의 냉매 열교환기에 관한 것으로, 특히 별도로 설치되어 있는 압력강하수단을 냉매 열교환기내에 설치하여 열교환 및 액냉매의 압력강하를 동시에 시켜 주도록 하여 규격을 소형화 할 뿐만 아니라, 액냉매의 압력강하시 생기는 열을 냉매증기측에 전달하여 액냉매의 자체적인 증발을 막아 액냉매의 손실없이 증발기에 유입시켜 냉매 열교환기 및 증발기의 효율을 높이고자 발명한 흡수식 냉난방기의 압력강하용 냉매 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 흡수식 냉난방기는, 제1도와 같이, 냉매를 증발시키는(1)와, 증발된 냉매증기를 흡수하는 흡수기(2)와, 흡수기(2)에서 유입되는 희용액을 가열하여 흡수액을 비등시켜 냉매증기를 발생시키는 재생기(3)와, 냉매증기를 웅축시켜 액냉매를 만드는 웅축기(4)로 구성된다.

이러한 흡수식 냉난방기의 작동유체는 흡수성이 좋은 브롬화리튬(LiBr)과 냉매인 물로 구성되며, 냉난방기의 효율을 높이기 위해 고온열교환기(5)와 저온열교환기(6) 및 저온재생기(7)가 설치된다.

증발기(1)내에는 약 6-7㎜Hg정도의 압력으로 유지되고, 냉수코일(8)이 설치되며, 증발기(1)의 상부에는 냉매인 물을 분사시키는 냉매분사노즐(9)이 설치되고, 이러한 증발기(1)는 흡수기(2)와 덕트(10)로 연결된다.

흡수기(2)의 상부에는 농용액을 분사시키는 농용액분사노즐(11)이 설치되며, 그 농용액분사노즐(11)을 통해 농용액이 분사될 때 증발기(1)의 냉수코일(8) 표면에서 증발한 냉매증기를 흡수하며, 흡수기(2)의 전열관 내부를 흘러 내리면서 전열관 외부에 부착된 전열핀과 냉각핀(12)에 의해 발생되는 열을 외부로 발산시킨다.

한편, 냉매를 흡수하여 농도가 묽어진 희용액은 용액펌프(13)에 의해 저, 고온열교환기(6)(5)를 거쳐 고온재생기(3)로 유입되어 가스연소열에 의해 용액과 냉매로 재차 분리되며, 용액은 약 59% 정도의 농도로 농축되고, 이때 발생된 증기는 증기배관(14)을 거쳐 저온재생기(7)로 유입되어 재차 용액을 가열시키는 열원으로 이용된 후, 응축기(4)에서 액냉매되어 증발기(1)로 되돌아오는 싸이클을 이룬다.

이때, 저온재생기(7)에서 발생한 증기는 웅축기(4)에서 공기에 의해 냉각, 웅축되어 역시 증발기(1)로 유입된다.

그리고, 난방시에는 난방용열교환기(15)를 이용하는 것으로, 밸브(16)를 오프시키고 냉매증기를 난방용열교환기(15)로 유입시켜 난방수코일(17)을 가열시켜 난방한다. 이때, 난방용열교환기(15)는 냉, 난방절환밸브(18)를 통해 실내팬코일유닛 및 난방용열교환기(15)와 연결된다.

이때, 흡수식 냉난방기의 성능을 향상시키기 위하여 고압의 웅축기(4)에서 저압의 증발기(1)로 흐르는 액냉매와, 증발기(1)에서 흡수기(2)로 흐르는 냉매증기사이에 열교환을 시켜주기 위하여 냉매 열교환기를 설치한다.

상기 냉매 열교환기의 구성을 제2도를 참고로 하여 설명하면, 웅축기(4)에서 증발기(1)로 흐르는 액냉매를 각각 유입 및 유출시키는 수평관형의 웅축관(20)과, 증발기(1)에서 흡수기(2)로 냉매증기를 공급하도록 웅축관(20)의 대략 중심을 관통하여 열교환되게 웅축관(20)의 직경보다 현저하게 작은 전열관(30)으로 구성되어 있다.

이들 열교환의 목적은 액냉매의 온도를 증발기(1) 내의 압력에 해당하는 증발온도 근처까지 내려주어 증발기(2)에서 증발이 곧바로 일어나도록 해주면서 동시에 액냉매로 부터 빼앗은 열을 저온의 냉매증기의 온도상승에 이용하여 냉매증기 온도를 흡수기()내의 포화온도에 근접하도록 하여 흡수기()에서 냉매증기 흡수가 빠르게 이루어지도록 하는 것이다.

또한, 고압의 응축기(4)와 저압의 증발기(1) 사이에는 일반적으로 약 14bar 정도의 상당한 압력차가 있기 때문에 이 사이를 흐르는 액냉매의 압력강하가 필요하다. 즉, 압력강하없이 고압의 응축기(4)에서 저압의 증발기(1)로 액냉매가 곧바로 유입하면 갑자기 증발하는 현상이 일어나기 때문이다.

이로인해 종래에는 압력강하장치를 냉매 열교환기전, 후에 별도로 설치하고 있는 실정이다.

따라서 압력강하장치를 별도로 설치함에 따라 규격이 그만큼 커질뿐만 아니라, 압력강하시에 생기는 자체의 열에 의해 액냉매 일부가 증발하기 때문에 증발기에서 그만큼 증발시켜 주어야 할 냉매량이 줄어들게 되는 문제점이 있다.

즉, 이는 증발기에서 액냉매의 증발열을 제공하여 냉각되는 냉각수가 빼앗기는 열량도 줄어든다는 것이므로 이로인해 냉각수의 냉각온도는 높아지게 되고, 냉각된 냉각수는 냉방에 이용되기 때문에 냉각온도가 높다는 것은 냉방효과가 그만큼 떨어진다는 것을 의미하기 때문이다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하고자 안출한 것으로, 별도로 설치되어 있는 압력강하수단을 냉매 열교환기내에 설치하여 열교환 및 액냉매의 압력강하를 동시에 시켜 주도록 하여 규격을 소형화 할 뿐만 아니라, 액냉매의 압력강하시 생기는 열을 냉매증기측에 전달하여 액냉매의 자체적인 증발을 막아 액냉매의 손실없이 증발기에 유입시켜 냉매 열교환기 및 증발기의 효율을 높이도록 흡수식 냉난방기의 압력강하용 냉매 열교환기를 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 웅축기에서 증발기로 흐르는 액냉매를 각각 유입 및 유출시키는 수평관형의 응축관과, 증발기에서 흡수기로 냉매증기를 공급하도록 웅축관의 대략 중심을 관통하여 열교환되게 응축관의 직경보다 현저하게 작은 전열관과, 웅축관과 전열관사이에 설치되어 설정된 압력강하가 발생하도록 액냉매의 흐름을 제어하는 압력강하수단으로 흡수식 냉난방기의 압력강하용 냉매 열교환기를 구성한 것이 본 발명의 특징이다.

상기 압력강하수단은, 설정된 압력강하가 발생할 때까지 액냉매의 흐름을 제어하도록 설정된 간격마다 1개 내지 복수개의 압력강하판을 설치하며, 그 압력강하판의 형상은 웅축관내에 끼우도록 원판으로 형성되고, 그 원판의 중심으로 전열관이 관통되도록 조립구멍을 형성하며, 그 압력강하판의 설치시 누설되지 않도록 밀폐설치한다.

상기 압력강하판(40)에는 베르누이(bernoulli) 정리에 의하여 압력강하가 발생하도록 액냉매의 흐름을 제어하는 구멍을 1개 또는 다수개 형성한다.

상기 구멍(42)은 다수개의 각 압력강하판(40)의 상부 또는 하부에 각각 형성하여 액냉매의 배출시 지그재그로 상, 하 교호되게 통과시켜 액냉매의 배출속도를 제어하여 압력강하가 발생하도록 한다.

이와같이 구성된 본 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

웅축관(20)으로 고온의 액냉매를 공급하면 웅축관(20)과 전열관(30)사이에 복수개 설치되어 있는 압력강하수단에 의하여 압력강하가 발생하게 되는 동시에 전열관(30)으로 흐르는 저온의 냉매증기와 열교환을 하게 된다.

즉, 압력강하는, 압력강하수단인 압력강하판(40)이 복수개 설치되어 그 압력강하판(40)에 의하여 액냉매의 흐름을 정체시켜 주고, 또한 각 압력강하판(40)을 통과할 때마다 압력이 점차적으로 강하되어 설정된 압력강하를 이루게 되는 것이다.

예컨데, 웅축관(20)으로 흐르는 액냉매는 최초의 압력강하판(40)에 의하여 그 흐름이 정체되며, 정체된 액냉매는 압력강하판(40)의 구멍(42)을 통과하게 되고, 구멍(42)으로 통과하는 액냉매는 베르누이정리에 의하여 압력강하가 발생하게 된다. 즉, 베르누이정리는,

V²/2 + P/ρ + gz = 일정

여기에서, V는 유체속도, P는 그 상태에서의 압력, ρ는 유체의 밀도, g는 중력 가속도, z는 중력의 작용방향과 반대방향의 위치(거리)를 나타낸다.

즉, 유로가 작아지면 유체의 속도가 빨라지는데 위치차가 없다면 속도가 빨라진 만큼 압력은 줄어들게 된다.

따라서, 웅축관(20)으로 공급되던 액냉매가 최초의 압력강하판(40)의 상부측 구멍(42)으로 통과함에 따라 통과속도는 빨라지게 되나, 그 속도만큼 압력은 강하하게 되는 것이다.

이때, 한번에 압력강하를 얻기에는 어렵기 때문에 액냉매를 2번째의 압력강하판(40)의 구멍(42)으로 통과되게 하여 압력을 더욱 강하시키게 되고, 이러한 방법으로 3, 4... 번째의 압력강하판(40)의 구멍(42)으로 각각 통과되게 하므로서 설정된 압력강하가 발생되도록 하는 것이다.

또한, 각 압력강하판(40)의 구멍(42) 위치를 최초에는 상부, 2번째는 하부, 3번째는 상부, 등과 같이 교호로 반복되도록 위치되게 하므로서 액냉매가 즉시 각 압력강하판(40) 사이의 공간으로 빠져나가지 못하도록 하여, 각 공간을 일일이 채운후 다시 빠져나가다록 하여 액냉매의 배출속도의 차이가 발생되게 하므로서 압력강하를 유발시키게 되는 것이다.

그리고 열교환은, 고온의 냉매와 저온의 냉매증기가 온도차에 의하여 열(m C_pΔT)교환을 할 뿐 아니라 압력강하시 발생되는 열을 전열관(30)을 통해 냉매증기에 열전달하게 된다.

즉, 일반적으로 유체는 체적이 일정하다면 압력이 강하됨에 따라 온도도 강하하게 되는데, 그 온도강하에 해당하는 열(m C_pΔT)이 방출하게 된다.

여기서, m은 유체의 질량, C_p는 유체의 비열, ΔT는 온도변화를 나타낸다.

그러므로 냉매 열교환기내에서 액냉매와 냉매증기가 서로 반대방향으로 흐르면서 열교환을 하고, 이때 액냉매 자신은 증발기압력까지 압력강하되어 증발기로 유입되므로 압력강하시 발생되는 열을 동시에 냉매증기에 전달하여 주기 때문에 자체적인 증발없이 증발기압력에 해당하는 증발온도에 근접하여 증발기내로 유입할 수가 있는 것이다.

이와같이 본 발명은 종래와 같이 별도로 압력강수단이 설치되어 있는 것과 달리 냉매 열교환기 자체내에 압력강화수단을 설치하여 주므로 규격을 소형화할 수가 있는 것이며, 액냉매의 압력강하시 발생되는 자체의 발생열을 냉매증기의 온도상승에 이용할 수 있으므로 냉매증기에 전달해 주는 열량을 크게 해줄 수 있을 뿐만 아니라, 이열로 인해 액냉매의 일부가 증발하는 현상을 방지할 수가 있고, 이는 증발기에서 증발할 수 있는 액냉매를 손실없이 보내부므로 이로인해 증발기에서의 증발량을 크게 해주며, 또한 증발기에서 액냉매의 증발열량을 제공하는 냉각수의 온도강하를 크게 해주므로 냉방효과를 더욱 높일 수가 있는 것이다.

Claims (5)

1. 웅축기에서 증발기로 흐르는 액냉매를 각각 유입 및 유출시키는 수평관형의 웅축관과, 증발기에서 흡수기로 냉매증기를 공급하도록 웅축관의 대략 중심을 관통하여 열교환되게 웅축관의 직경보다 현저하게 작은 전열관과, 웅축관과 전열관사이에 설치되어 설정된 압력강하가 발생하도록 액냉매의 흐름을 제어하는 압력강하수단으로 구성한 것을 특징으로 하는 흡수식 냉난방기의 압력강하용 냉매 열교환기.
2. 제1항에 있어서, 상기 압력강하수단은, 설정된 압력강하가 발생할 때까지 액냉매의 흐름을 제어하도록 압력강하판을 설치하는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉난방기의 압력강하용 냉매 열교환기.
3. 제2항에 있어서, 상기 압력강하판은 설정된 간격보다 복수개 설치하는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉난방기의 압력강하용 냉매 열교환기.
4. 제2항 도는 제3항에 있어서, 상기 압력강하판에 베르누이정리에 의하여 압력강하가 발생하도록 액냉매의 흐름을 제어하는 구멍을 형성한 것을 특징으로 하는 흡수식 냉난방기의 압력강하용 냉매 열교환기.
5. 제4항에 있어서, 상기 구멍은 액냉매의 배출속도를 제어하여 압력강하가 발생하도록 다수개의 각 압력강하판의 상부 또는 하부에 각각 형성하여 액냉매의 배출시 지그재그로 상, 하 교호되게 통과시키도록 한 것을 특징으로 하는 흡수식 냉난방기의 압력강하용 냉매 열교환기.