KR0156554B1 - 암모니아 흡수식 냉난방기의 냉매열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 암모니아 흡수식 냉난방기의 냉매열교환기에 관한 것으로서, 냉매열교환내에서 액냉매을 압력강하시켜 증발기로 유입되는 액냉매가 급격히 증발되는 것을 방지하고 액냉매의 압력강하시 냉매증기와 액냉매간의 열교환이 원활하게 이루어져 액냉매가 열손실없이 증발기로 유입되어 냉매열교환기와 증발기의 효율을 높일뿐만아니라 압력강하시 발생되는 열의 전달성능이 향상되도록 한 것이다.

이와같은 본 발명이 목적은 고압의 응축기에서 저압의 증발기로 유입되는 액냉매가 압력차에 의해 증발기에서 급격히 증발되는 것을 방지하도록 냉매증기유로관의 외벽과 액냉매유로관의 내벽사이에 액냉매를 증발기의 증발압력까지 압력강하시키는 압력강하수단을 구비하고, 상기 압력강하수단을 통과하면서 압력강화된 액냉매에서 발생되는 열과 증발기에서 증발되어 냉매증기유로관을 통과하는 냉매증기가 열교환이 원활하게 이루어지도록 열교환수단을 구비함으로써 상기의 목적을 이룰 수 있도록 하였다.

Description

암모니아 흡수식 냉난방기의 냉매열교환기

제1도는 종래의 암모니아 흡수식 냉난방기의 냉매열교환기로서,

(a)는 냉매열교환기의 단면도.

(b)는 (a)의 A부 확대상세도.

(c)는 (a)의 B부 확대상세도.

제2도는 본 발명의 암모니아 흡수식 냉난방기의 냉매열교환기로서,

(a)는 냉매열교환기의 단면도.

(b)는 (a)의 C부 확대상세도.

(c)는 (a)의 A-A'선 단면도.

(d)는 (a)의 B-B'선 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

101 : 냉매열교환기 102 : 액냉매유로관

103 : 냉매증기유로관 104 : 압력강하수단

105 : 전열핀 106 : 구멍

본 발명은 암모니아 흡수식 냉난방기에 관한 것으로서, 특히 냉매열교환기내에서 액냉매을 압력강하시켜 증발기로 유입되는 액냉매가 급격히 증발되는 것을 방지하고 액냉매의 압력강하시 냉매증기와 액냉매간의 열교환이 원활하게 이루어져 액냉매가 열손실없이 증발기로 유입되어 냉매열교환기와 증발기의 효율을 높일뿐만아니라 압력강하시 발생되는 열의 전달성능이 향상되도록 하는 암모니아 흡수식 냉난방기의 냉매열교환기에 관한 것이다.

종래의 암모니아 흡수식 냉난방기의 냉매열교환기와 그 주변부의 구성은 제1도에서와 같이 응축기에서 보내지는 액냉매와 증발기에서 보내지는 냉매증기가 열교환이 이루어지도록 형성된 냉매열교환기(1)와, 상기 냉매열교환기(1)에 응축기에서 응축되어 보내지는 액냉매가 흐르도록 형성된 액냉매유로관(2)과, 상기 냉매열교환기(1)에 증발기에서 증발되어 보내지는 냉매증기가 하르도록 형성된 냉매증기유로관(3)4과, 상기 액냉매유로관(2)내를 흐르는 액냉매의 압력을 강하시키도록 형성된 압력강하수단(4)과, 상기 압력강하수단(4)를 액냉매가 통과하도록 압력강하수단(4)의 한편에 형성된 구멍(5)으로 구성되어있다.

이와같은 구성을 가지는 암모니아 흡수식 냉난방기의 냉매열교환기의 동작설명과 이에 따른 문제점을 다음에서 설명한다.

제1도에서 도시한 바와같이 일반적인 암모니아 흡수식 냉난방기는 기본적으로 4개의 구성요소(재생기, 응축기, 증발기, 흡수기)로 구성되는데, 특히 시스템의 성능을 향상시키기 위해서 고압의 응축기에서 저압의 증발기로 흐르는 액냉매와 증발기에서 흡수기로 흐르는 냉매증기사이에 열교환을 시켜주기위해 냉매열교환기(1)를 두며, 상기 냉매열교환기(1)는 일반적으로 이중관 형태를 갖는다.

상기 냉매열교환기(1)에는 응축기에서 응축된 액냉매가 흐르도록 형성된 액냉매유로관(2)과 증발기에서 증발된 냉매증기가 흐르도록 형성된 냉매증기 유로관(3)사이에 상호열교환이 이루어진다.

이때 냉매증기와 액냉매사이에 열교환이 이루어지도록 하는 목적은 증발기의 증발온도보다 고온인 액냉매의 온도를 증발기내의 압력에 해당하는 증발온도 근처까지 내려주어 증발기에서 증발이 곧바로 일어나도록 하며 동시에 액냉매가 잃은 열을 냉매증기유로관(3)으로 흐르는 저온의 냉매증기가 얻어 냉매증기 온도를 흡수기내의 포화온도에 근접하도록 올려주므로서 흡수기에서 냉매증기의 흡수가 빠르게 이루어지도록 하기 위해서 이다.

상기 고압의 응축기와 저압의 증발기사이에는 일반적으로 14bar정도의 압력차가 있기때문에 이 사이를 흐르는 액냉매의 압력강하가 필요하다.

상기 압력강하가 필요한 것은 압력강하없이 고압의 응축기에서 저압의 증발기로 액냉매가 곧바로 유입되면 갑자기 증발하는 현상이 일어나므로 증발기에서 증발하여야 할 냉매에 손실을 가져오기 때문에 증발기의 성능이 저하되어 이것이 곧 시스템의 성능저하를 가져오게 되기 때문이다.

이와같은 이유때문에 압력강하수단(4)은 액냉매유로관(2)내부의 냉매열교환기(1)전후에 별도로 구비되어있다.

상기 압력강하수단(4)은 액냉매유로관(2)을 막고있는 벽의 한편에 작은 구멍(5)이 뚫려 있으며, 상기 구멍(5)을 통해서 액냉매가 흐르면서 압력강하가 이루어지는데 이것은 베르누이 방정식(V²/2 + P/ρ + gz = 일정)을 통해 설명된다.

여기서 V는 유체속도이고, P는 그상태에서의 압력, ρ는 유체의 밀도, g는 중력가속도, z는 중력의 작용방향과 반대방향의 위치를 나타낸다.

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

상기 응축기에서 응축된 액냉매는 냉매열교환기(1)전에 구비된 압력강하수단(4)을 거쳐 압력이 강하된 후 냉매열교환기(1)에 유입되어 냉매증기유로관(3)을 반대방향으로 흐르는 증발기에서 증발된 냉매증기와 열교환을 한 후 다시 압력강하수단(4)을 거쳐 증발기의 증발압력까지 압력이 저하된 후 증발기로 액냉매가 유입되어진다.

상기 냉매열교환기(1)에서 액냉매는 상대적으로 저온의 냉매증기에 열을 주고 냉매증기는 상대적으로 고온의 액냉매로 부터 열을 받는다.

그러나 이러한 종래의 암모니아 흡수식 냉난방기의 냉매열교환기는 냉매열교환기와 별도로 압력강하수단이 설치되어있기 때문에 냉매열교환기의 크기가 그만큼 커지는 문제점이 었었다.

그리고 냉매열교환기후에 구비된 압력강하수단에 의해 액냉매의 온도가 압력감소에 따른 온도저하가 채 이루어지지 않은 과열상태로 증발기에 유입되어 압력강하시 발생되는 자체의 열에 의해 액냉매 일부의 증발을 유도하기 때문에 증발기에서 증발시켜주어야 할 액냉매량이 줄게되어 증발기의 증발효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

또한 증발기에서 액냉매에게 증발열을 제공하여 냉각되는 냉각수의 열량이 줄어들게되어 냉각수의 냉각온도가 높아져서 냉방효과가 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 고압의 응축기에서 저압의 증발기로 유입되는 액냉매가 압력차에 의해 증발기에서 급격히 증발되는 것을 방지하도록 냉매증기유로관의 외벽과 액냉매유로관의 내벽사이에 액냉매를 증발기의 증발압력까지 압력강하시키는 압력강하수단을 구비하고, 이 압력강하수단을 통과하면서 압력강하된 액냉매에서 발생되는 열과 증발기에서 증발되어 냉매증기유로관을 통과하는 냉매증기가 열교환이 원활하게 이루어지도록 열교환수단을 구비함으로서 액냉매가 열손실없이 증발기로 유입되어 냉매열교환기와 증발기의 효율을 높일뿐만아니라 압력강하시 발생되는 열의 전달성능이 향상되도록 하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 암모니아 흡수식 냉난방기의 냉매열교환기와 그 주변부의 구성은 제2도에서와 같이 응축기에서 보내지는 액냉매와 증발기에서 보내지는 냉매증기가 열교환이 이루어지도록 형성된 냉매열교환기(101)와, 상기 냉매열교환기(101)에 응축기에서 응축되어 보내지는 액냉매가 흐르도록 형성된 액냉매유로관(102)과, 상기 냉매열교환기(101)에 증발기에서 증발되어 보내지는 냉매증기가 흐르도록 형성된 냉매증기유로관(103)과, 상기 액냉매유로관(102)내를 흐르는 액냉매의 압력을 강하시키도록 형성된 압력강하수단(104)과, 상기 압력강하수단(104)를 액냉매가 통과하도록 압력강하수단(104)의 한편에 형성된 구멍(106)과, 상기 압력강하수단(104)을 액냉매가 통과하면서 압력강하에 의해서 발생된 열을 냉매증기와 열교환이 이루어지도록 액냉매유로관(102)내에 형성된 전열핀(105)으로 구성한다.

이와같이 구성된 본 발명의 작용, 효과를 제2도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제2도에서 도시한 바와같이 고압의 응축기에서 저압의 증발기로 흐르는 액냉매와 증발기에서 흡수기로 흐르는 냉매증기사이에 열교환을 시켜주기위해 냉매열교환기(101)를 두며, 상기 냉매열교환기(101)는 일반적인 이중관 열교환기 형태를 갖고 있으며 바깥쪽 관인 액냉매유로관(102)으로는 응축기에서 증발기로 액냉매가 흐르고, 안쪽 관인 냉매증기유로관(103)으로는 증발기에서 흡수기로 냉매증기가 흐르면서 상호 열교환이 이루어진다.

이때 응축기에서 증발기로 유입되는 액냉매를 압력강하를 시켜주어야 하는데, 이는 액냉매가 압력강하가 이루어지지않은 상태로 증발기로 유입되면 액냉매가 증발기에서 갑자기 증발되는 현상이 일어나서 증발기에서 증발되는 냉매의 손실을 가져와서 증발기의 성능이 저하되기 때문이다.

그래서 압력강하수단(104)을 냉매증기유로관(103)의 외벽과 액냉매유로관(102)의 내벽 사이에 형성하고, 액냉매가 한번에 원하는 증발기의 증발압력까지 압력강하를 얻기 어렵기때문에 압력강하수단(104)을 직렬로 다수개를 연결하면 액냉매는 압력강하수단(104)를 통과하면서 계속해서 압력강하가 이루어지고 냉매증기와의 열교환도 이루어지면서 액냉매유로관(102)을 흐르게 된다.

상기 액냉매를 압력강하시키는 압력강하수단(104)은 판으로 형성한다.

상기 압력강하수단(104)에는 액냉매유로관(102)을 막고있는 벽의 한편에 액냉매가 통과할 수 있도록 작은 구멍(106)을 뚫어서 구멍(106)을 통해 액냉매가 통과하면서 속도차에 의해 압력강하가 이루어진다.

이때 압력강하는 베르누이 방정식(V²/2 + P/ρ + gz = 일정)을 통해 설명되는데, 여기서 V는 유체속도이고, P는 그상태에서의 압력, ρ는 유체의 밀도, g는 중력가속도, z는 중력의 작용방향과 반대방향의 위치를 나타낸다.

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

상기 압력강하수단(104)을 통과하여 압력강하된 액냉매는 압력의 감소로 인해 과열상태가 되는데, 이때 열을 빼앗아 주지않으면(압력강하에 해당되는 포화온도까지 온도가 저하되지 않으면) 그 온도에 해당하는 압력까지 압력이 회복된다.

일반적으로 압력강하에 비해 냉매증기와의 열교환에 의한 액냉매의 온도감소가 따라주지 못하기 때문에 보다 전열성능을 향상시키기 위해 제2c도에서와 같이 전열핀(106)을 액냉매유로관(102)내에 형성한다.

상기 전열핀(105)은 압력강하수단(104)사이에 형성되어 압력강하수단(104)을 통과하면서 압력강하된 액냉매의 흐름에 영향을 미치게되어 보조적인 압력강하의 기능을 수행하게 되며, 액냉매의 흐름이 완만해져서 액냉매와 냉매증기간에 열교환이 충분하게 이루어지며, 상기 전열핀(105)을 다수개 형성하여 액냉매와 냉매증기간의 열교환의 효율을 높였다.

상기 압력강하수단(104)에 뚫려진 구멍(106)을 한번은 위측에 형성하고 한번은 아래측에 번갈아가면서 형성하여 압력강하수단(104)을 통과하는 액냉매가 곧바로 증발기로 빠져나가지 못하고 압력강하수단(104)사이에 형성된 공간을 채운 후 빠져나가게 되어 구멍(106)을 통과하는 액냉매는 속도차가 생기게 되어 압력강하가 이루어질 뿐만아니라 액냉매와 냉매증기간에 충분한 열교환이 이루어진다.

상기 액냉매는 액냉매유로관(102)을 흐르면서 압력강하와 함께 냉매증기와의 열교환이 이루어지게 되는데, 저온의 냉매증기와의 온도차에 의한 현열(mCp△T)교환을 할 뿐만아니라, 압력강하시 과열상태에 따른 잠열교환을 냉매증기와 하게된다.

이와같이 액냉매와 냉매증기간의 총 수행되어야 할 열교환량 Q는 mhi-mho가 되며, 여기서 m은 유체의 질량이고 Cp는 그 유체의 비열, △T는 온도변화를 나타내며, hi는 냉매열교환기 입구에서의 액냉매의 엔탈피이고, ho는 냉매열교환기 출구에서의 액냉매의 엔탈피를 나타낸다.

상기 냉매열교환기(101)내에서 액냉매와 냉매증기는 서로반대방향으로 흐르면서 열교환이 이루어지며, 액냉매는 증발기 압력 및 포화온도까지 압력과 온도가 강하된 후 증발기로 유입되며, 액냉매의 압력강하시 발생되는 열은 증발기에서 흡수기로 유입되는 냉매증기로 전달되기 때문에 자체적인 증발없이 증발기 압력에 해당하는 증발온도에 근접하여 증발기내로 액냉매가 유입된다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 별도의 압력강하수단이 없이 냉매열교환기 자체내에 압력강하를 시켜줄 수 있는 수단을 구비하여 냉매열교환기의 크기를 콤팩트하게 하는 효과가 있다.

또한 응축기에서 증발기로 유입되는 액냉매를 압력강하시 압력강하에 따른 과열상태의 잠열이 냉매증기와 열교환을 하므로서 냉매증기의 온도를 상승시키고 액냉매의 일부가 증발기 유입전에 과열상태로 인하여 증발하는 현상을 막아 열손실없이 액냉매를 증발기로 보내주어 증발기에서의 증발량을 크게해주어 액냉매에 증발열량을 제공하는 냉각수의 온도가 강하되어 냉방효과가 상승되고 증발기의 증발효율이 상승되는 효과도 있다.

또한 액냉매유로관의 내벽과 냉매증기유로관의 외벽사이에 전열핀을 구비하여 액냉매유로관내를 흐르는 액냉매의 흐름에 영향을 미치게 되어 보조적인 압력강하의 기능을 수행할 뿐만아니라 액냉매와 냉매증기간에 충분한 열교환이 이루어지도록 하여 전열성능이 향상되는 효과도 있다.

Claims (4)

1. 고압의 응축기에서 저압의 증발기로 유입되는 액냉매가 압력차에 의해 증발기에서 급격히 증발되는 것을 방지하도록 냉매증기 유로관의 외벽과 액냉매 유로관의 내벽 사이에 형성된 것으로 응축기에서 보내지는 액냉매를 증발기의 증발압력까지 압력강하시키기 위한 판과, 상기 판을 액냉매가 통과하면서 발생되는 속도차에 의해 압력강하가 이루어지도록 판의 일측에 구멍을 향상한 압력강하수단과, 상기 압력강하수단을 통과하면서 압력강하된 액냉매에서 발생되는 열과 증발기에서 증발되어 냉매증기 유로관을 통과하는 냉매증기가 열교환이 원활하게 이루어지도록 전열핀으로 된 열교환수단을 형성한 것을 특징으로 하는 암모니아 흡수식 냉난방기의 냉매열교환기.
2. 제1항에 있어서, 상기 판은 원하는 압력까지 압력강하시키기 위해 다수개를 형성한 것을 특징으로 하는 암모니아 흡수식 냉난방기의 냉매열교환기.
3. 제1항에 있어서, 상기 구멍은 액냉매가 판 사이에 형성된 공간을 채운 다음 빠져 나가도록 상하로 형성한 것을 특징으로 하는 암모니아 흡수식 냉난방기의 냉매열교환기.
4. 제1항에 있어서, 상기 전열핀은 액냉매와 냉매증기간의 열교환의 효율을 상승시키기 위해 다수개를 형성한 것을 특징으로 하는 암모니아 흡수식 냉난방기의 냉매열교환기.