KR0143852B1

KR0143852B1 - 흡수식냉난방기용 증발기

Info

Publication number: KR0143852B1
Application number: KR1019950019840A
Authority: KR
Inventors: 강인석
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1995-07-06
Filing date: 1995-07-06
Publication date: 1998-08-01
Also published as: KR970007189A

Abstract

본 발명은 흡수식 냉난방기에 관한 것으로 냉매 열교환 및 증발이 최소한 하나의 공간에서 수행되도록 하기 위하여 응축기에서 응축된 액냉매가 흐르는 내측관, 증발기에서 증발된 냉매증기가 유입되어 열교환 되는 중간관, 실내기에서 냉방을 수행하고 보내진 냉수가 하부에서 상부쪽으로 흐르면서 열교환이 수행되는 외측관으로 다중 냉매 열교환관을 증발기 자체내에 내장시킨 흡수식 냉난방기의 다중 냉매 열교환기에 의해 새로운 냉매 열교환 증발기를 사용하게 됨으로서 시스템 전체의 사이즈 콤펙트화 및 냉방 효율을 높혀주도록 한 것이다.

Description

흡수식 냉난방기용 증발기

제 1 도는 흡수식 냉난방기 작동원리를 설명하기 위한 도면.

제 2 도는 본 발명의 실시예인 다중 냉매 열교환기를 사용한 경우의 도면.

제 3 도는 본 발명의 다중 냉매 열교환기를 부착한 경우의 증발기 개략도.

제 4 도는 제 3 도의 A부분 확대도.

제 5 도는 일반적인 냉매 열교환기와 증발기 내의 온도 성향을 표시한 도면.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1:재생기 2:응축기

3,3a:증발기 4:흡수기

5:실내기 6:냉매열교환기

7:냉수 및 냉각수 펌프 8:기액 분리기

9:버너 10:정류기

11:용액펌프 12:다중냉매열교환관

13:내측관 14:중간관

15:외측관 16:액냉매유입구

17:액냉매분장치 a:냉매증기

b:액냉매 c:냉수

본 발명은 흡수식 냉난방기에 관한 것으로 특히 새로운 냉매 열교환 증발기를 사용하여 시스템 전체의 사이즈를 콤팩트하게 해줄 뿐만 아니라 성능향상 및 냉방 효과를 높혀주도록 한 것이다.

보통의 흡수식 냉난방기는 기본적으로 다음 4개의 콤포턴트를 갖는다.

열을 가해 주므로서 농도가 강한 암모니아 수용액으로부터 냉매인 암모니아를 증발시켜 암모니아 냉매 증기를 얻음과 동시에 일부 암모니아 증발에 의해 생긴 농도가 약한 암모니아 수용액(약용액)으로 만들어 주는 재생기(1), 재생기(1)로부터 보내져온 냉매 증기(a)를 응축하여 액냉매(b)로 만들어 주면서 냉매 증기(a)로부터 열량을 빼앗아 응축시키기 위해 실내기(5)에서 난방을 수행하고 온도가 떨어져 들어온 냉각수(c)를 사용하는 한편 이냉각수(c)를 다시 흡수기(4) 측으로 보내는 응축기(2).

응축기(2)로부터 보내져온 액냉매(b)를 다시 증발시켜 냉매 증기(a)로 만들고 이때 액냉매(b)를 증발시켜 주는데 필요한 열량을 실내기(5)로부터 냉방을 마치고 온도가 상승되어 들어온 냉수로부터 공급하고 열량을 빼앗긴 냉수는 다시 온도가 떨어진 후 실내기(5)로 다시 보내져 냉방이 수행되도록 하는 증발기(3), 증발기(3)로 부터 보내져온 냉미 증기(a)를 재생기(1)로 부터 보내져온 약용액이 흡수하도록하여 원래의 재생기(1)의 초기 농도의 강용액를 만들어 주는 역할과 흡수를 촉진하기 위해 열량을 제거하고 이 열량 제거를 위해 응축기(2)를 거친 냉각수(c)를 이용하며 열량을 얻은 이 냉각수(c)는 다시 난방을 위해 실내기(5)쪽으로 보내는 흡수기(4)의 기술 구성으로 된다.

상기 재생기(1), 응축기(2), 증발기(3), 흡수기(4)를 기본적으로 갖는 흡수식 냉난방기는 이밖에 응축기(2)로 부터 나온 액냉매(b)와 증발기(3)로 부터 나온 냉매증기(a)와의 열교환을 통하여 액냉매(b)를 증발기(3)내의 증발온도에 가깝게 내려주고 냉매증기(a)의 온도는 흡수기(4)의 포화온도 가까이 올려주어 흡수현상을 가속시켜 주는 한편 증발기(3)에서 증발하지 않은 미소량의 냉매를 증발시켜 주기 위한 냉매열교환기(6)와, 냉각수 공급을 위한 냉각수 펌프(7), 기액 분리기(8), 버너(9), 정류기(10), 용액펌프(11)등의 장치를 갖추고 있다.

특히 냉매 열교환기(6)의 경우 열량 측면에서 살펴보면 유입액냉매 온도를 T₁₁, 유량을 M₁₁이라하고, 유출 액냉매 온도를 T₁₂, 유출유량은 M₁₂, 또한 유입 냉매 증기 온도를 Tv₁, 유량은 Mv₁, 유출 냉매증기 온도를 Tv₂, 유량은 Mv₂라하면 열교환 Q_RHX는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, 유입출구에서의 유량의 변화는 없으므로 M₁₁= M₁₂= M₁, MV = Mv₂= Mv라 할 수 있다.

다른 표현으로 열전달계수를 사용하여 열교환량을 나타내면 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, U_RHX는 냉매 열교환기(6)의 열통과계수(Overall Heat Transfer Coefficient)이고 A_RHX는 전열면적, 그리고 △T1m_RHX은 대수평균온도차,

를 나타낸다.

증발기(3)의 경우에도 열량측면에서 살펴보면 일반적으로 유입되는 액냉매(b)의 온도는 증발기(3)의 압력하에서 증발 온도로 유입되는데 이 온도를 T_1e, 냉수의 유입온도를 T_c1, 유입용량을 M_c1, 유출온도를 T_c2, 유출 유량을 M_c2로 하면 여기서 냉수의 유량변화는 없으므로 M_c1=M_c2이고, 액냉매(b)의 증발은 증발온도로 유입되므로 증발 잠열만 필요하여 액냉매의 단위 질량당 증발잠열을 h₁라 하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, C_C는 냉수의 비열을 나타낸다.

마찬가지로 열전달계수를 사용하여 나타내면,

와 같고,

와 같이 나타낼 수 있다.

한편 보통의 흡수식 냉난바아기의 경우 전술한 기본요소인 재생기(1), 응축기(2), 증발기(3), 흡수기(4)에 기기의 성능 향상을 위하여 냉매 열교환기(6)를 부착한다.

상기 냉매 열교환기(6)는 응축기(2)로부터 나온 액냉매와 증발기(3)로부터 나온 냉매 증기와의 열교환을 통하여 액냉매를 증발기(3) 내의 증발온도에 가깝게 내려주고 냉매 증기의 온도는 흡수기(4)의 포화온도 가까이 올려주어 흡수현상을 가속 시켜 주는 한편 증발기(3)에서 증발하지 않은 미소량의 냉매를 증발시켜 준다.

그러나 냉매 열교환기(6)를 부착한 경우 일반적으로 이증관 열교환기 형태의 독립된 요소로 존재하고 있기 때문에 기기 자체 내에서 일정한 영역을 차지하고 있어 사이즈를 크게 하는문제점이 있고, 또한 증발기에서 냉수가 정해진 유량의 수평 전열관 표면으로 흐르는 액냉매 하고만 열교환을 하여 액냉매의 증발에만 열량을 빼앗기기 때문에 냉수의 온도 하강이 만족할만한 수준이 되지 못하고 냉방 효율이 비교적 낮은 상태에 있게 되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 냉매 열교환기가 차지하는 영역을 없애 실제제품 사이즈를 줄여줄수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 증발기에서의 냉수온도를 보다 강화시켜 냉방효과의 한계를 넓혀주는데 있다.

이러한 목적들은 냉매 열교환 및증발이 최소한 하나의 공간에서 수행되도록 하기 위하여 응축기에서 응축된 액냉매가 흐르는 내측관, 증발기에서 증발된 냉매증기가 유입되어 열교환 되는 중간관, 실내기에서 냉방을 수행하고 보내진 냉수가 하부에서 상부쪽으로 흐르면서 열교환이 수행되는 외측관으로된 다중 냉매 열교환관을 증발기 자체내에 내장시킨 흡수식 냉난방기의 다중 냉매 열교환기를 제공함으로서 달성된다.

본 발명의 실시예는 제 2 도와 같이 냉매인 암몬아를 증발시켜 암모니아 수용액으로 만들어 주는 재생기(1), 이 재생기(1)로 부터 보내져온 냉매 중기(a)를 응축하여 액냉매(b)로 만들어 주는 응축기(2), 상기 응축기(2)로 부터 보내져온 액냉매(b)를 다시 증발시켜 냉매 증기(a)로 만드는 증발기(3a), 이 증발기(3a)로 부터 보내져온 냉매 증기(a)를 재생기(1)로 부터 보내져온 약용액이 흡수되도록 하는 흡수기(4)로 되는 흡수식 냉난방기 기본 구조에서 상기 증발기(3a)내에 다중 냉매 열교환관(12)을 수평전열관 코일 형태로 권선하여 설치한다.

상기 다중 냉매 열교환관(12)은 제 3 도와 같이 응축기(2)에서 응축된 액냉매(b)가 하부 쪽에서 상부쪽으로 흐르면서 열교환을 수행하는 내측관(13)과, 증발기(3a)에서 증발된 냉매증기가 다시 다중 열교환관(12)내로 유입되어 상부에서 하부쪽으로 흐르면서 열교환을 수행하도록 하는 중간관(14)과, 실내기(5)에서 냉방을 수행하고 보내진 냉수가 하부쪽에서 상부쪽으로 흐르면서 열교환을 수행하도록 하는 외측관(15)의 구성으로 된다.

또한 증발기(3a) 상부로는 다중 냉매 열교환관(12)에서 열교환을 마친 액냉매가 유입될 수 있는 액냉매 유입구(16)가 있고 유입된 액냉매를 분배하는 액냉매 분배장치(17)와 상기 액냉매 유입구(16) 하부쪽으로는 증발되는 냉매증기를 유출시켜 주기 위한 냉매 증기 유출관(18)을 갖는다.

증발기(3a)내에 이러한 다중 냉매 열교환관(12)을 설치한 열교환 사이클은 제 2 및 제 3 도와 같이 내측관(13)으로는 응축기(3a)에서 응축된 액냉매(b)가 하부쪽에서 상부쪽으로 흐르면서 열교환을 하고 중간관(14)으로는 증발기(3a)에서 증발된 냉매 증기(a)가 다시 다중 냉매 열교환관(12)내로 유입되어 상부쪽에서 하부쪽으로 흐르면서 열교환을 하게 된다.

외측과(c)쪽으로는 실내기(5)에서 냉방을 수행하고 보내진 냉수가 아래쪽에서 상부쪽으로 흐르면서 열교환을 수행하게 된다.

또한 증발기(3a) 상부로는 다중냉매 열교환관(12)에서 열교환을 마친 액냉매가 액냉매 유입구(16)를 통해 유입되며 유입된 액냉매(b)는 액냉매 분배장치(17)를 통해 다중 냉매 열교환관(12)의 최상단 상부 표면에 분배되고, 분배된 액냉매(b)는 다중냉매 열교환관(12) 바깥표면에 막(19)을 형성하여 흘러 내려가면서 액냉매는 다중 냉매 열교환관(12)의 외측관(15)으로 흐르는 냉수(c)로 부터 열을 얻어 증발하게 된다.

이렇게 증발된 냉매증기(a)는 냉매 증기 유출관(18)을 통해 유출되며 유출된 냉매 증기는 다중 냉매 열교환관(12)의 냉매 증기관으로 유입되어 상부에서 하부로 흐르면서, 외측관(15)을 통해 반대방향으로 흐르는 냉수(c) 및 내측관(13)을 통해 흐르는 액냉매(b)와 열교환을 수행하여 그들로 부터 열을 얻어 흡수기(4)의 흡수온도에 근접한 상태에 흡수기(4)로 보내져 약용액이 흡수되게 된다.

한편, 다중 냉매 열교환관(12)의 내측관(13)으로는 응축기(2)에서 응축된 액냉매(b)가 유입되어 하부쪽에서 상부쪽으로 흐르면서 바로 바깥 중간관(14)으로 흐르는 냉매증기(a)에 의해 열을 빼앗긴후 온도가 저압의 증발기(3a)의 증발온도 가까이 떨어진 후 증발기(3a)상부로 유입 되도록 되어 있는데 이러한 까닭은 증발온도보다 높은 온도로 증발기(3a)상부로 유입 되면 냉수로 부터 열을 받아 증발하지 못하고 유입하는 순간에 대부분 자체적으로 증발하므로 실내기(5)로 부터 보내져온 냉수를 냉각시켜 줄 수 없어 냉방 효과를 가져올 수 없다.

또한 다중 냉매 열교환관(12)의 외측관(15)으로 흐르는 냉수는 실내(5)로 부터 다중 냉매 열교환관(12)에 유입하여 아래쪽에서 위쪽으로 흐르면서 외측관(15) 표면에 흐르는 액냉매(b) 및 바로 안쪽 관으로 흐르는 냉매증기(a)에 열을 빼앗긴 후 온도가 낮아진 상태로 다시 실내기(4)로 보내져 냉방을 수행하게 된다.

열량을 살펴보변 먼저 다중냉매 열교환관(12)의 내측관(13)으로 흐르는 액냉매(b)의 경우, 유입온도를 T₁₁, 유출온도 T₁₂유량은 변화가 없으므로 유입출구 유량은 M₁이라하고, 이에 대하여 중간관(14)으로 흐르는 냉매증기(a)의 경우, 유입온도를 T_v1, 유출온도 T_v2, 역시 유량변화는 없으므로 유입출구 유량을 M_V로 하고, 또한 외측관(15)으로 흐르는 냉수(C)의 경우, 유입온도도를 T_c1, 유출온도를 T_c2, 역시 유량 변화는 없으므로 유입출구 유량을 M_c로 하고,

증발기(3a)내의 액냉매(b)가 냉수(c)로 부터 열을 얻어 증발할시 액냉매(b)의 경우,

단위 질량당 증발잠열을 h₁, 유량은 다중관열교환기에 흐르는 액냉매의 유량과 같으므로 M1으로 하면 다음과 같은 관계를 얻을 수 있다.

다중 냉매 열교환관 내측관(13)의 액냉매(b)가 잃은 열량은,

마찬가지로 다중 냉매 열교환관의 중간관(14)으로 흐르는 냉매증기(a)가 얻은 열량은,

이에 대하여 외측관(15)으로 흐르는(C)의 경우 잃은 열량은,

가됨을 알 수 있다.

또한, 액냉매 증발시 액냉매가 얻은 열량은,

여기서 Qcv는 다중냉매 열교환관(12)의 냉수(C)와 냉매 증기(a) 사이에 교환되는 열량이다

열전달수계수를 사용하여 위의 열량들을 다시 표시하면 다음과 같다.

여기서 U는 각각의 열통과 계수이고, A는 전열면적, 그리고 △T1m은 대수평균은 도차를 나타낸다.

일반적으로 흡수식 냉난방기의 경우 각각의 사이클 중 형성될 수 있는 온도 성향은 제 5 도에서와 같이 T₁₁Tc₁T₁₂T_v2T_c2T_v1와 같은 관계를 갖는데 다중 냉매 열교환관(12)에 흐르는 매체 중 냉매 증기 측이 가장 낮은 온도범위에서 흐르기 때문에 열의 흐름은 냉수에 경우 다중관 표면에 막으로 흐르는 액냉매(b)와 중간관(14)으로 흐르는 냉매증기( a)측으로 열의 흐름이 생긴다.

열전달 측면에 있어서 증발기(3a)에서 액냉매(b)의 유량이 같다면 증발하는데 필요한 열량은 같으므로 제 5 도의 온도 성향에 의해 다중 냉매 열교환관(12)내의 열교환중 냉수(c)가 잃은 열량과 종래 증발기의 냉수가 잃은 열량을 식(4)와 (13)을 통해 비교할 때 설계시 설계 조건에 맞추어 적정 전열 면적으로 고려해 Qcv를 결정해 줌으로서 식(13)의 맨 좌측 항인 Qcv만큼 더 잃게 되며 이에 의해, 본 발명의 경우 냉수출구 온도는 더 하강되어 실내기(5)로 보내줄 수 있게 된다.

여기서, 물론 냉수(c)에 의해 냉매 증기(a)가 열량을 얻게 때문에 다증냉매 열교환관(12)의 내측관(14)으로 흐르는 액냉매(b)로 부터 얻은 열량은 줄어들수 있다.

하지만, 냉매증기(a) 및 액냉매(b)가 전체적으로 얻는 열량이나 잃은 열량은 기존 방식에 비해 최소한 같게 되도록 전열 면적을 통해 정해 줄 수 있다.

이에 따르는 부가적인 전열면적을 포함한 전체전열 면적을 고려해 볼때 냉매열교환기, 증발기를 따로 갖는 보통의 흡수식 냉난방기 설계구조에 비해 작으며, 증발기에서의 냉수 온도를 보다 하강해 줄 수 있으므로 냉방 효과의 한계를 넓힐 수 있다.

이와 같이 본 발명은 증발기 자체내에 다증관열교환기를 둠으로서 증발기 고유역활은 물론 냉매열교환기 역할을 수행할 수 있도록 하여 전체전열면적을 작게하면서도 증발기에서의 냉수온도를 보다 낮게 해줄수 있어 냉방효과의 한계를 넓혀주는 한편 냉매열교환기가 그자체적인 영역을 갖고 독립된 요소를 분리된 보통의 흡수식 냉난방기에 있어서 1요소로 2개의 요소가 갖는 기능을 수행하는 것에 의해 최소한 종래 냉매 열교환기가 차지하는 영역을 없애주어 공간 축소 설계에 바람직한 여건을 마련할 수 있는 것이다.

Claims

냉매 열교환 및 증발이 최소한 하나의 공간에서 수행되도록 하기 위하여 응축기에서 응축된 액냉매가 흐르는 내측관, 증발기에서 증발된 냉매증기가 유입되어 열교환 되는 중간관, 실내기에서 냉방을 수행하고 보내진 냉수가 하부에서 상부쪽으로 흐르면서 열교환이 수행되는 외측관으로 되며, 수평전열관 코일 형태로 권선하여 설치된 다중 냉매 열교환관과, 이로부터 열교환을 마친 액냉매가 유입되는 액냉매 유입구, 유입된 액냉매를 분배하는 액냉매 분배장치와, 증발되는 냉매증기를 유출시켜 주기 위한 냉매증기 유출관으로 구성된 흡수식 냉난방기용 증발기.