KR0177718B1 - 암모니아 흡수식 냉난방기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 암모니아 흡수식 냉난방기에 관한 것으로서, 증발기에 작동조건의 변화에 따라 발생되는 미증발액 액냉매를 재생기에서 정류기로 유입되는 냉매증기를 정류하도록 하여 정류기의 정류성능을 향상시키고 암모니아 흡수식 냉난방기의 시스템을 안정적으로 유지하도록 한 것이다.

이와 같은 본 발명의 목적은 증발기 하단에 적체된 액냉매를 정류기로 보내기 위해 개폐되도록 자동개폐밸브를 형성하고, 상기 자동개폐밸브에 의해서 유입된 액냉매가 재생기에서 정류기로 유입되는 냉매증기와 열교환하도록 정류기내에 증발기에서 형성된 액냉매가 흐를 수 있게 열교환관을 형성하고, 상기 열교환관내로 증발기 하단에 적체된 액냉매가 유입되도록 자동개폐밸브와 열교환관 사이에 제1액냉매 유로관을 형성하고, 상기 열교환관을 흐르면서 열교환된 액냉매가 응축기에서 응축된 액냉매와 같이 증발기로 유입될 수 있게 열교환관과 액냉매의 압력을 강하시키는 리스트릭터에 형성된 돌기사이에 제2액냉매 유로관을 형성함으로서 상기의 목적을 이룰 수 있도록 하였다.

Description

암모니아 흡수식 냉난방기

제1도는 종래의 암모니아 흡수식 냉난방기의 시스템도.

제2도는 본 발명의 암모니아 흡수식 냉난방기의 시스템도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

101 : 재생기 102 : 응축기

103 : 증발기 104 : 흡수기

105 : 냉매열교환기 106 : 용액분리기

107 : 정류기 108 : 용액펌프

109 : 버너 110 : 실내기

111 : 리스트릭터(Restrictor) 112 : 돌기

113 : 부기 114 : 자동개폐밸브

115 : 와이어 116 : 열교환관

117 : 제1액냉매 유로관 118 : 제2액냉매 유로관

본 발명은 암모니아 흡수식 냉난방기에 관한 것으로서, 특히 증발기에 작동 조건의 변화에 따라 발생되는 미증발 액냉매를 이용해 재생기에서 정류기로 유입되는 냉매증기를 정류하도록 하여 정류기의 정류성능을 향상시키고 암모니아 흡수식 냉난방기의 시스템을 안정적으로 유지하도록 한 것이다.

종래의 암모니아 흡수식 냉난방기와 그 주변부의 구성은 제1도에서와 같이 버너(9)에서 발생되는 열을 가해주므로서 농도가 강한 작동용액(암모니아 수용액)으로부터 냉매인 암모니아를 증발시켜 암모니아 냉매증기를 얻음과 동시에 일부 암모니아 증발에 의해 생긴 농도가 약한 암모니아 수용액(이하 약용액이라 함)을 만드는 재생기(1)와, 상기 재생기(1)로부터 증발된 냉매증기로부터 함께 증발된 물을 응축시켜 고농도의 암모니아 증기를 얻도록 하는 정류기(7)와, 상기 재생기(1)로부터 보내져온 냉매증기를 실내기(10)로부터 온도가 떨어져 들어온 냉수를 사용하여 냉매증기로부터 열량을 빼앗아 액냉매로 응축시키는 응축기(2)와, 상기 응축기(2)로부터 보내져온 액냉매를 실내기(10)로부터 온도가 상승되어 들어온 냉수를 사용하여 다시 증발시켜 주어 냉매증기로 만들어 주는 증발기(3)와, 상기 응축기(2)로부터 나온 액냉매와 증발기(3)에서 나온 냉매증기와의 열교환이 이루어지도록 형성된 냉매열교환기(5)와, 상기 증발기(3)로부터 보내져온 냉매증기를 재생기(1)로부터 보내져 온 약용액이 흡수하도록 하여 원래의 재생기(1)의 초기 농도의 강용액을 만들어 주는 흡수기(4)로 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 암모니아 흡수식 냉난방기의 동작설명과 이에 따른 문제점을 다음에서 설명한다.

제1도에서 도시한 바와 같이 암모니아 흡수식 냉난방기는 기본적으로 4개의 구성요소인 재생기(1), 응축기(2), 증발기(3), 흡수기(4)로 구성되어 있다.

여기서 재생기(1)는 버너(9)에서 발생되는 열을 가해주므로서 농도가 강한 작동용액(암모니아 수용액)으로부터 냉매인 암모니아를 증발시켜 암모니아 냉매증기를 얻음과 동시에 일부 암모니아 증발에 의해 생긴 농도가 약한 암모니아 수용액(약용액)을 만들어 주며, 재생기(1)에서 증발되는 냉매증기는 응축기(2)로 보내진다.

상기 응축기(2)로 보내진 냉매증기는 실내기(10)로부터 난방을 수행하고 온도가 떨어져 들어온 냉수에 의해서 열량을 빼앗겨서 액냉매로 형성되어 진다.

그리고 냉매증기에서 열량을 빼앗은 냉수는 응축기(2)를 거치고 다시 흡수기(4)로 보내어 진다.

상기 응축기(2)로부터 보내져온 액냉매를 증발기(3)에서 다시 증발시켜 냉매증기로 만들어 주는데, 이때 액냉매를 증발시켜 주는데 필요한 열량은 실내기(10)로부터 냉방을 마치고 온도가 상승되어 들어온 냉수로부터 공급되어 진다.

상기와 같이 열량을 빼앗긴 냉수는 다시 온도가 떨어진 후 실내기(10)로 다시 보내져 냉방을 수행하게 된다.

흡수기(4)는 증발기(3)로부터 보내져 온 냉매증기를 재생기(1)로부터 보내져 온 약용액이 흡수하도록 하여 원래의 재생기(1)의 초기 농도의 강용액을 만든다.

이때 흡수를 촉진하기 위해서는 열량을 제거하여야 하는데, 이 열량 제거를 위해 응축기(2)를 거친 냉수를 이용한다.

상기 열량을 얻는 냉수는 다시 실내기(10)로 난방을 위해 보내어 진다.

즉, 냉방시에는 증발기(3)에서 온도가 떨어진 냉수를 실내기(10)로 보내 냉방을 수행하게 되며, 응축기(2)와 흡수기(4)를 냉각한 냉수는 온도가 높아져 실외기로 보내져 다시 냉각된다.

그리고 난방시에는 반대로 응축기(2)와 흡수기(4)를 거치면서 온도가 높아진 냉수가 실내기(10)로 보내져 난방을 수행하게 되며, 증발기(3)를 거친 냉수는 실외기로 보내지게 된다.

여기에서 암모니아 흡수식 냉난방기의 효율을 높이기 위해 부가적인 장치를 구비하였는데, 재생기(1)로부터 증발된 냉매증기에서 함께 유입되는 액적을 분리시키는 용액 분리기(6)와 이로부터 유입되는 냉매증기에 함께 증발된 물을 정류기(7)에서 응축시켜 고농도의 암모니아 증기를 얻도록 하였다.

이때 물을 응축시켜주는 매체는 용액펌프(8)로부터 보내져 온 강용액으로 정류기(7)내에 감겨진 코일내를 흐르는 동안 냉매증기와 열교환을 통하여 냉매증기에 포함되어 있는 물을 응축시킨다.

또한 냉매열교환기(5)는 응축기(2)로부터 나온 액냉매와 증발기(3)에서부터 나온 냉매증기와의 열교환을 통하여 액냉매를 증발기(3)내의 증발온도에 가깝게 내려주고, 냉매증기의 온도는 흡수기(4)의 포화온도 가까이 온도를 올려주어 흡수현상을 가속화시켜 준다.

그리고 증발기(3)에서 증발하지 않은 미소량의 냉매도 이때 증발시켜준다.

상기 시스템에서 재생기(1)와 응축기(2)는 고압부를 형성하며, 증발기(3)와 흡수기(4)는 저압부로 형성되어 진다.

상기 응축기(2)에서 증발기(3)로 유입되는 액냉매는 리스트릭터(11)를 통과하면서 압력강하현상이 발생되어 압력손실을 유발시키는데, 이는 압력차가 형성되어 있는 응축기(2)와 증발기(3)간에서 냉매가 적절한 상태가 유지되도록 하기 위함이다. 이와 같은 압력강하는 리스트릭터(11)내의 단면적을 줄여주므로서 발생되어 진다.

상기 응축기(2)로부터 응축된 액냉매가 냉매열교환기(5)에서 증발기(3)에서 증발된 냉매증기와 열교환 후 증발기(3)로 유입된 액냉매는 실내기(10)로부터 냉방을 마치고 온도가 상승되어 들어온 냉수로부터 열을 얻어 증발된다.

이때 증발기(3)로 유입된 액냉매를 냉매증기로 증발시키기 위해 증발기(3)로 유입되는 냉수는 작동조건의 변화에 따라 증발기(3) 유입온도가 결정되어 진다.

이상과 같은 동작은 시스템이 작동하는 동안 평형이 이루어진 상태에서 연속적으로 순환되면서 이루어진다.

그러나 이러한 종래의 암모니아 흡수식 냉난방기는 증발기로 유입된 액냉매를 냉매증기로 증발시키기 위해 증발기로 유입되는 냉수의 증발기 유입온도가 작동조건의 변화에 따라 규정온도 이하일 경우에 증발기로 유입되는 액냉매와 냉수와의 온도차가 적어져 액냉매가 전량 증발하지 못하게 되고, 증발되지 않은 액냉매는 증발기하단에 적체되어 시스템이 불안정하게 작동될 뿐만 아니라 응축기의 성능이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 증발기 하단에 적체된 액냉매를 정류기로 보내기 위해 개폐되도록 자동개폐밸브를 형성하고, 이 자동개폐밸브에 의해서 유입된 액냉매가 재생기에서 정류기로 유입되는 냉매증기와 열교환하도록 정류기내에 증발기에서 형성된 액냉매가 흐를수 있게 열교환관을 형성하고, 이 열교환관내로 증발기 하단에 적체된 액냉매가 유입되도록 자동개폐밸브와 열교환관사이에 제1액냉매 유로관을 형성하고, 이 열교환관을 흐르면서 열교환된 액냉매가 응축기에서 응축된 액냉매와 같이 증발기로 유입될 수 있게 열교환관과 액냉매의 압력을 강하시키는 리시트릭터에 형성된 돌기사이에 제2액냉매유로관을 형성함으로서 증발기에 작동조건의 변화에 따라 발생하는 미증발 액냉매를 재생기에서 정류기로 유입되는 냉매증기를 정류하도록 하여 정류기의 정류성능을 향상시키고 암모니아 흡수식 냉난방기의 시스템을 안정적으로 유지하도록 하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 암모니아 흡수식 냉난방기와 그 주변부의 구성은 제2도에서와 같이 버너(109)에서 발생되는 열을 가해주므로서 농도가 강한 작동용액(암모니아 수용액)으로부터 냉매인 암모니아를 증발시켜 암모니아 냉매증기를 얻음과 동시에 일부 암모니아 증발에 의해 생긴 농도가 약한 암모니아 수용액을 만드는 재생기(101)와, 상기 재생기(101)로부터 증발된 냉매증기에서 함께 유입되는 액적을 분리시키는 용액분리기(106)와, 상기 용액분리기(106)에 유입된 냉매증기로부터 함께 증발된 물을 응축시켜 고농도의 암모니아 증기를 얻도록 하는 정류기(107)와, 상기 정류기(107)에 유입되는 냉매증기내에 있는 물을 응축하기 위하여 강용액을 보내주는 용액펌프(108)와, 상기 재생기(101)로부터 보내져온 냉매증기를 실내기(110)로부터 온도가 떨어져 들어온 냉수를 사용하여 냉매증기로부터 열량을 빼앗아 액냉매로 응축시키는 응축기(102)와, 상기 응축기(102)로부터 보내져 온 액냉매를 실내기(110)로부터 온도가 상승되어 들어온 냉수를 사용하여 다시 증발시켜 주어 냉매증기로 만들어 주는 증발기(103)와, 상기 응축기(102)에서 증발기(103)로 유입되는 액냉매의 압력을 강하시키는 리스트릭터(111)와, 상기 리스트릭터(111)내에 형성된 돌기(112)와, 상기 응축기(102)로부터 나온 액냉매와 증발기(103)에서 나온 냉매증기와의 열교환이 이루어지도록 형성된 냉매열교환기(105)와, 상기 증발기(103)로부터 보내져온 냉매증기를 재생기(101)로부터 보내져 온 약용액이 흡수하도록 하여 원래의 재생기(101)의 초기 농도의 강용액을 만들어 주는 흡수기(104)와, 상기 증발기(103)에서 미증발된 액냉매가 정류기(107)로 유입되어 재생기(101)에서 정류기(107)로 유입되는 냉매증기와 열교환하도록 정류기(109)내에 증발기(103)에서 형성된 액냉매가 흐를 수 있게 형성된 열교환관(116)과, 상기 증발기(103) 하단에 적체된 미증발 액냉매의 자유표면을 부유하는 부기(113)와 상기 부기(113)가 미증발 액냉매의 유체수위에 따라 상하운동을 하면 열교환관(116)으로 유입되는 증발기(103)하단에 적체된 액냉매의 유량을 조절하도록 개폐되는 자동개폐밸브(114)와, 상기 자동개폐밸브(114)가 부기(113)의 상하운동에 의해서 개폐될 수 있게 부기(113)와 자동개폐밸브(114)를 연결하는 와이어(115)와, 상기 열교환관(116)내로 증발기(103)하단에 적체된 액냉매가 유입되게 자동개폐밸브(114)와 열교환관(116)사이에 형성된 제1액냉매 유로관(117)과, 상기 열교환관(116)을 흐르면서 열교환된 액냉매가 응축기(102)에서 응축된 액냉매와 같이 증발기(103)로 유입될 수 있게 열교환관(116)과 리스트릭터(111)내에 형성된 돌기(112)사이에 형성된 제2액냉매 유로관(118)으로 구성한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용, 효과를 제2도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제2도에서 도시한 바와 같이 암모니아 흡수식 냉난방기는 기본적으로 4개의 구성요소인 재생기(101), 응축기(102), 증발기(103), 흡수기(104)로 구성된다.

여기서 재생기(101)는 버너(109)에서 발생되는 열을 가해주므로서 농도가 강한 작동용액(암모니아 수용액)으로부터 냉매인 암모니아를 증발시켜 암모니아 냉매증기를 얻음과 동시에 일부 암모니아 증발에 의해 생긴 농도가 약한 암모니아 수용액(약용액)을 만들어 주며, 재생기(101)에서 증발되는 냉매증기는 용액분리기(106)로 유입된 후 냉매증기에서 함께 유입되는 액적이 분리된다.

상기 용액분리기(106)에서 액적이 분리된 냉매증기는 정류기(107)로 유입되어 고농도의 냉매증기로 정류되며, 정류된 냉매증기는 응축기(102)로 유입된다.

상기 응축기(102)로 유입된 냉매증기는 실내기(110)로부터 난방을 수행하고 온도가 떨어져 들어온 냉수와 열교환이 이루어져서 액냉매로 응축된다.

상기 냉매증기와 열교환이 이루어진 냉수는 응축기(102)를 거치고 다시 흡수기(104)로 보내진다.

상기 응축기(102)에서 응축된 액냉매는 유동단면적이 축소된 리스트릭터(111)에 형성된 돌기(112)를 통과하면서 압력강하가 이루어진 후, 증발기(103)에서 증발된 냉매증기와 냉매열교환기(105)에서 열교환한 다음 증발기(103)로 유입된다.

상기 증발기(103)로 유입된 액냉매를 냉매증기로 형성하기 위해 실내기(110)로부터 냉방을 마치고 온도가 상승되어 들어온 냉수로부터 필요한 열량을 받아 액냉매를 냉매증기로 증발시킨다.

상기와 같이 열량을 빼앗긴 냉수는 다시 온도가 떨어진 후 실내기(110)로 다시 보내져 냉방을 수행한다.

상기 증발기(103)에서 증발된 냉매증기는 열교환기(105)에서 응축기(102)에서 응축된 액냉매와 열교환한 후 흡수기(104)로 유입된다.

상기 냉매열교환기(105)는 응축기(102)로부터 나온 액냉매와 증발기(103)에서부터 나온 냉매증기와의 열교환을 통하여 액냉매를 증발기(103)내의 증발온도에 가깝게 내려주고, 냉매증기의 온도는 흡수기(104)의 포화온도 가까이 온도를 올려주어 흡수현상을 가속화시켜준다.

그리고 증발기(103)에서 증발하지 않은 미소량의 냉매도 증발시킨다.

상기 흡수기(104)는 증발기(103)로부터 보내져 온 냉매증기를 재생기(101)로부터 보내져 온 약용액이 흡수하도록 하여 원래의 재생기(101)의 초기 농도의 강용액으로 형성한다.

이때 흡수기(104)에서 흡수를 촉진하기 위해서는 열량을 제거하여야 하는데, 이 열량 제거를 위해 응축기(102)를 거친 냉수를 이용한다.

상기 열량을 얻은 냉수는 다시 실내기(110)로 난방을 위해 보내진다.

즉, 냉방시에는 증발기(103)에서 온도가 떨어진 냉수를 실내기(110)로 보내 냉방을 수행하게 되며, 응축기(102)와 흡수기(104)를 냉각한 냉수는 온도가 높아져 실외기로 보내져 다시 냉각된다.

그리고 난방시에는 반대로 응축기(102)와 흡수기(104)를 거치면서 온도가 높아진 냉수가 실내기(110)로 보내져 난방을 수행하게 되며, 증발기(103)를 거친 냉수는 실외기로 보내지게 된다.

상기 증발기(103)로 유입된 액냉매가 전부 증발되지 않고 미증발된 액냉매는 증발기(103) 하단에 적체되며, 상기 증발기(103)하단에 적체된 미증발 액냉매의 자유표면을 부기(113)가 유체수위에 따라 상하운동을 하면서 부기(113)와 와이어(115)로 연결된 자동개폐밸브(114)를 개폐한다.

이때 증발기(103)내에 적체된 미증발 액냉매의 수위가 상승하면 부기(113)도 상승되어 부기(113)와 연결된 와이어(115)를 잡아당기게 되며, 와이어(115)의 다른 한 끝에 연결된 자동개폐밸브(114)를 작동시켜 자동개폐밸브(114)를 열게된다.

상기 자동개폐밸브(114)가 열리면 증발기(103)내에 적체된 미증발 액냉매는 제1액냉매 유로관(117)내를 흐르면서 정류기(107)내에 형성된 열교환관(116)으로 유입되어 용액펌프(108)의 펌핑에 의해 정류기(107)내로 유입된 흡수기(104)에서 생성된 강용액과 같이 재생기(101)에서 정류기(107)로 유입되는 냉매증기를 고농도의 냉매증기로 정류한다.

이때 정류기(107)내로 유입되는 미증발 액냉매가 흐르는 열교환관(116)과 용액펌프(108)의 펌핑에 의해 정류기(107)내로 유입되는 강용액이 흐르는 강용액코일관과는 서로 다른 관으로 형성한다.

상기 열교환관(116)을 흐르면서 재생기(101)에서 유입된 냉매증기와 열교환된 미증발 액냉매는 열교환관(116)과 리스트릭터(111)내에 형성된 돌기(112)사이에 형성된 제2액냉매 유로관(118)내를 흐르면서 돌기(112)를 통해 리스트릭터(111)로 빠져나와서 응축기(102)에서 응축된 액냉매와 같이 합쳐져 증발기(103)로 유입된다.

상기 리스트릭터(111)의 유로 단면적은 돌기(112)가 형성된 부분에서 줄어들어 응축기(102)에서 응축된 액냉매는 리스트릭터(111)에서 압력강하가 발생되며 리스트릭터 돌기(112)부분의 단면적 축소부위에서 유동속도는 빨라진다. 이러한 압력 손실에 의해 응축기(102)와 증발기(103)간에 냉매 유입 압력차가 유지된다.

이것은 베르누이 방정식에 의해 설명될 수 있으며, 상기 베르누이 방정식은 다음과 같다.

만약, 축소 단면적 전부위와 축소부위의 위치차가 없다면

와 같은 압력차가 발생하게 되며, 그 값은 유체 유동속도의 제곱승에 비례하므로 축소부위의 단면적이 일정 이상 축소되면 압력은 매우 큰 압력차로 떨어지게 되고, 증발기(103)의 압력보다도 매우 적게 된다.

그 이유는 유로에서 단면적 축소와 같은 유로의 형상 변화가 있을 경우에 단면적 축소부위에서 가장 큰 압력손실이 있은 후 다시 유로가 단면적 축소부위전의 단면적과 동일해지면 형상변화에 따른 압력손실 및 마찰에 의한 압력손실 만큼만 압력손실이 된다.

그러므로 리스트릭터(111)의 형상변화에 의한 리스트릭터(111)의 유로 단면적 축소부위의 압력은 증발기(103)의 압력보다 작아지며, 리스트릭터 이후에는 유동단면적 축소 및 마찰에 의한 압력손실이 발생되어 응축기(102)와 증발기(103)간에 압력차에 대응해 냉매측의 압력차도 발생된다.

상기 리스트릭터 유로 단면적 축소 부위의 압력차에 의해 증발기(103)하단에 적체된 미증발 액냉매는 증발기(103)에서 정류기(107)를 거치면서 열교환하여 일부는 증발되고 나머지 미증발 액냉매는 리스트릭터(111)에 형성된 단면적 축소부위인 돌기(112)까지 유동된 후, 응축기(102)에서 응축된 액냉매와 같이 증발기(103)로 유입된다.

이상과 같은 동작은 시스템이 작동하는 동안 평형이 이루어진 상태에서 연속적으로 순환되면서 이루어 진다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 증발기로 유입된 액냉매를 냉매증기로 증발시키기 위해 유입되는 냉수의 작동조건의 변화에 따라 전량 냉매증기로 증발되지 않고 증발기하단에 적체된 미증발 액냉매를 정류기로 유입시켜 재생기에서 정류기로 유입되는 냉매증기를 정류하도록 하여 응축기의 성능을 향상시킬 뿐만 아니라 정류기의 정류성능도 향상시키는 효과가 있다.

또한 난방시 실외기온의 저하로 인해 발생되는 증발기의 성능저하를 정류열을 이용하여 증발기에서의 미증발 액냉매를 증발시켜 주므로서 암모니아 흡수식 냉난방기의 시스템을 안정적으로 유지시킬 수 있는 효과도 있다.

Claims (1)

1. 증발기 하단에 적체된 액냉매의 자유표면을 부유하는 부기와, 상기 부기가 액냉매의 유체수위에 따라 상하운동을 하면 열교환관으로 유입되는 증발기 하단에 적체된 액냉매의 유량을 조절하도록 개폐되는 자동개폐밸브와, 상기 자동개폐밸브가 부기의 상하운동에 의해서 개폐될 수 있게 부기와 자동개폐밸브를 연결하는 와이어가 형성된 개폐수단과, 상기 개폐수단에 의해서 정류기로 유입된 액냉매가 재생기에서 정류기로 유입되는 냉매증기와 열교환하도록 정류기내에 증발기에서 형성된 액냉매가 흐를 수 있게 형성된 열교환관과, 상기 열교환관내로 증발기 하단에 적체된 액냉매가 유입되도록 개폐수단과 열교환관 사이에 형성된 제1액냉매 유로관을 구비하고, 열교환 유로의 한 끝단과 제2액냉매 유로관이 연통되어 이를 통해 액냉매가 상기 제2액냉매 유로관에 유입되고 유입된 액냉매가 제2액냉매 유로를 거쳐 응축기에서 응축된 액냉매와 같이 증발기로 유입될 수 있게 하기 위해 제2액냉매 유로관과 액냉매 압력을 강하시키는 리스트릭터에 형성된 돌기 사이에 형성한 홀(hole)과의 연결을 용접 등의 통상의 연결수단을 이용하여 연통시킨 것을 특징으로하는 암모니아 흡수식 냉난방기.