KR0184203B1 - 암모니아 흡수식 냉난방기의 정류기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 암모니아 흡수식 냉난방기의 정류기에 관한 것으로서, 정류기내로 유입되는 냉매증기와 강용액과의 열교환을 통해 발생되는 응축수의 유동이 원활히 이루어지도록 하여 정류기의 응축열전달 성능을 향상시킬 뿐만 아니라 암모니아 지이에이엑스 흡수식 냉난방기의 시스템 효율을 향상시키도록 한 것이다.

이와 같은 본 발명의 목적은 정류기내로 흡수기에서 유입된 강용액이 유동하면서 재생기에서 유입된 냉매증기와 열교환하도록 일정한 각도로 경사지게 열교환코일을 형성하고, 상기 정류기내로 유입된 강용액과 냉매증기와의 열교환을 통해 응축된 응축수가 열교환코일을 따라 유동하도록 열교환코일의 표면 상부에 홈을 형성함으로써 상기의 목적을 이룰 수 있도록 하였다.

Description

암모니아 흡수식 냉난방기의 정류기

제1도는 종래 암모니아 흡수식 냉난방기의 시스템도.

제2도는 종래 암모니아 흡수식 냉난방기의 정류기 구조도.

제3도는 종래 암모니아 흡수식 냉난방기의 정류기 열교환코일로써,

(a)는 정류기 열교환코일의 정면도.

(b)는 정류기 열교환코일의 측면도.

제4도는 본 발명 암모니아 흡수식 냉난방기의 정류기 구조도.

제5도는 본 발명 암모니아 흡수식 냉난방기의 정류기 열교환코일로써,

(a)는 정류기 열교환코일의 정면도.

(b)는 정류기 열교환코일의 측면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

101 : 정류기 102 : 열교환코일

103 : 냉매증기 유입관 104 : 냉매증기 유출관

105 : 강용액 유입관 106 : 강용액 유출관

107 : 응축수 회수관 108 : 홈

본 발명은 암모니아 흡수식 냉난방기의 정류기에 관한 것으로서, 특히 정류기내로 유입되는 냉매증기와 강용액과의 열교환을 통해 발생되는 응축수의 유동이 원활히 이루어지도록 하여 정류기의 응축열전달 성능을 향상시킬 뿐만 아니라 암모니아 흡수식 냉난방기의 시스템 효율을 향상시키도록 한 것이다.

종래 암모니아 흡수식 냉난방기의 정류기와 그 주변부의 구성은 제1도 내지 제3도에서와 같이 버너(16)에서 발생되는 열을 가해주므로서 농도가 강한 암모니아 수용액(이하 강용액이라 함)으로부터 냉매인 암모니아를 증발시켜 암모니아 냉매증기를 얻음과 동시에 일부 암모니아 증발에 의해 생긴 농도가 약한 암모니아 수용액(이하 약용액이라 함)을 생성하는 재생기(1)와, 상기 재생기(1)에서 생성된 냉매증기와 함께 증발되는 수증기를 응축시켜 고농도의 암모니아 냉매증기로 정류하는 정류기(5)와, 상기 재생기(1)로부터 보내져 온 냉매증기를 온도가 떨어진 냉수를 사용하여 액냉매로 응축시키는 응축기(2)와, 상기 응축기(2)에서 응축된 액냉매를 실내기로 부터 냉방을 수행하고 온도가 상승되어 들어온 냉수를 사용하여 다시 증발시켜 냉매증기로 형성하는 증발기(3)와, 상기 응축기(2)에서 증발기(3)로 유입되는 액냉매를 팽창시키는 팽창밸브(12')와, 상기 응축기(2)에서 응축된 액냉매와 증발기(3)에서 증발된 냉매증기와 열교환이 이루어지도록 형성된 냉매열교환기(9)와, 상기 증발기(3)에서 증발된 냉매증기를 재생기(1)로부터 보내져 온 약용액이 흡수하도록 하여 원래의 재생기(1)의 초기 농도의 강용액으로 만들어 주는 흡수기(4)와, 상기 재생기(1)에서 흡수기(4)로 유입되는 약용액을 팽창시키는 팽창밸브(12)와, 상기 팽창밸브(12)에서 팽창되어 흡수기(4)로 유입된 약용액이 흡수기(4)내에서 골고루 분산되도록 흡수기(4)내의 상단부에 형성된 분배판(11-1)과, 상기 흡수기(4)에서 생성된 강용액을 펌핑하는 용액펌프(10)와, 상기 정류기(5)내로 유입된 냉매증기를 고농도 냉매증기로 정류하기 위해 냉매증기와 열교환되게 흡수기(4)에서 생성된 강용액이 용액펌프(10)의 펌핑에 의해 정류기(5)를 통과하도록 형성된 제1관(13)과, 상기 제1관(13)을 흐르면서 정류기(5)에서 열교환된 강용액을 흡수기(4)로 유입되게 형성된 제2관(14)과, 상기 제2관(14)을 통해 유입된 강용액과 재생기(1)에서 흡수기(4)로 유입된 약용액이 열교환이 이루어지도록 흡수기(4)내에 형성된 용액냉각흡수기(8)와, 상기 용액냉각흡수기(8)에서 열교환되어 온도가 상승된 강용액이 재생기(1)에서 생성된 냉매증기중에 포함된 수증기를 열교환을 통해 일부 흡수하도록 애너라이저(6)상부로 유입되게 형성된 제3관(15)과, 상기 증발기(3)에서 흡수기(4)내로 유입된 냉매증기가 상승하면서 열교환하게 냉수가 흐르도록 흡수기(4)내의 하단부에 형성된 수냉흡수기(7)와, 상기 제3관(15)을 통해 애너라이저(6) 상부로 유입되어 냉매증기와 열교환된 강용액이 재생기(1)내에서 골고루 분산되도록 재생기(1)내의 상단부에 형성된 분배판(11-2)으로 구성하였다.

상기 정류기(5)는 제2도에서와 같이 정류기(5)내로 재생기(1)에서 생성된 냉매증기가 유입되도록 형성된 냉매증기 유입관(18)과, 상기 정류기(5)내로 제1관(13)을 통해 강용액이 유입되도록 형성된 강용액 유입관(20)과, 상기 강용액 유입관(20)을 통해 유입된 강용액과 냉매증기 유입관(18)을 통해 유입된 냉매증기와 열교환이 이루어지도록 정류기(5)내에 형성되어 강용액이 유동하는 열교환코일(17)과, 상기 열교환코일(17)내에서 유동하면서 열교환된 강용액을 용액냉각흡수기(8)로 보내도록 형성된 강용액 유출관(21)과, 상기 열교환코일(17)내를 유동하는 강용액과 열교환된 고농도 냉매증기를 응축기(2)로 보내도록 형성된 냉매증기 유출관(19)과, 상기 열교환코일(17)에서 열교환되어 응축된 응축수를 재생기(1)내로 보내도록 정류기(5)하단에 형성된 응축수 회수관(22)으로 구성하였다.

이와 같은 구성을 가지는 종래 암모니아 흡수식 냉난방기의 동작설명과 이에 따른 문제점을 다음에서 설명한다.

일반적인 암모니아 흡수식 냉난방기의 시스템은 기본적으로 4개의 구성요소인 재생기(1), 응축기(2), 증발기(3), 흡수기(4)로 구성되어 진다.

제1도 내지 제3도에서 도시한 바와같이 상기 재생기(1)에 버너(16)에서 발생되는 열을 가하면 재생기(1)내에 있던 작동용액인 강용액은 냉매증기와 약용액으로 생성되어 지며, 상기 수분이 많이 포함된 냉매증기는 상승하면서 애너라이저(6)에서 재생기(1)상부로 부터 떨어지는 강용액과 직접 접촉하여 열교환을 통해 1차적으로 냉매증기의 순도가 높아진다.

상기 애너라이저(6)을 통과한 냉매증기는 정류기(5)로 유입되어 용액펌프(10)의 펌핑에 의해 제1관(13)내를 흐르면서 정류기(5)로 유입되는 강용액과의 열교환을 통해 냉매증기와 함께 증발되는 수증기를 응축시켜 냉매증기는 고농도 냉매증기로 정류되어 진다.

상기 정류기(5)는 제2도에서와 같이 제1관(13)내를 흐르면서 정류기(5)에 형성된 강용액 유입관(20)을 통해 유입된 강용액은 정류기(5)내에 형성된 열교환코일(17)내를 유동하면서 재생기(1)에서 생성되어 냉매증기 유입관(18)을 통해 정류기(5)로 유입된 냉매증기와 열교환을 통하여 냉매증기중에 포함되어 냉매증기와 함께 증발되는 수증기를 응축시켜 냉매증기를 고농도 냉매증기로 정류하게 된다.

상기 고농도 냉매증기는 정류기(5)에 형성된 냉매증기 유출관(19)을 통해 응축기(2)로 보내지게 되며, 열교환된 강용액은 열교환코일(17)과 연결된 강용액 유출관(21)을 통해 용액냉각흡수기(8)로 보내지게 되고, 강용액과 냉매증기와의 열교환을 통해 응축된 응축수는 정류기(5)의 하단에 형성된 응축수 회수관(22)을 통해 재생기(1)내로 유입되어 진다.

그리고 재생기(1)에서 생성된 약용액은 강용액보다 비중이 높아 재생기(1)내의 하부로 가라앉게되며, 상기 약용액은 고압부인 재생기(1)와 저압부인 흡수기(4)간의 압력차에 의해 재생기(1)내에 형성된 약용액코일내를 유동하게 된다.

상기 약용액코일내를 유동하는 약용액은 팽창밸브(12)를 통과하면서 팽창이 이루어진 후 흡수기(4)로 유입되어 지며, 상기 흡수기(4)로 유입된 약용액은 흡수기(4)내의 상단부에 형성된 분배판(11-1)위로 떨어져서 약용액은 분배판(11-1)에 의해 흡수기(4)내에서 골고루 분산되어 진다.

상기 정류기(5)에서 정류된 고농도 냉매증기는 응축기(2)로 유입되어 응축기(2)로 온도가 떨어져 유입되는 냉수와의 열교환을 통해 액냉매로 응축되어지며, 상기 응축기(2)는 냉매응축시 발생하는 응축열을 제거한다.

상기 응축기(2)에서 응축된 액냉매는 팽창밸브(12')에서 팽창되어 포화증기압(약4∼6bar)까지 압력강하가 이루어진 후 증발기(3)로 유입되어 증발기(3)에서 실내기로 부터 냉방을 수행하고 온도가 상승되어 들어온 냉수와의 열교환을 통해 다시 냉매증기로 증발되어지고, 냉수는 증발잠열에 의해 온도강하가 이루어진 후 실내기로 보내져 냉방을 수행하게 된다.

상기 증발기(3)에서 증발된 냉매증기는 냉매열교환기(9)에서 응축기(2)에서 응축된 액냉매와 열교환을 통해 액냉매의 온도는 증발기(3)내의 증발온도에 가깝게 내려주고, 냉매증기의 온도는 흡수기(4)의 포화온도 가까이 올려주어 흡수현상을 가속화시켜 주며 또한, 증발기(3)에서 증발되지 않은 미소량의 냉매도 증발시킨다.

상기 증발기(3)에서 증발된 냉매증기는 냉매열교환기(9)에서 열교환한 후 흡수기(4)로 유입되어 상승하면서 온도가 떨어져 들어온 냉수가 흐르는 수냉흡수기(7)에서 열교환되어 냉매증기의 온도가 떨어지게 된다.

상기 온도가 떨어진 냉매증기는 재생기(1)에서 생성되어 흡수기(4)로 유입되는 약용액에 흡수되어 약용액은 흡수기(4)내에서 원래 재생기(1)의 초기농도의 강용액으로 생성되어 진다.

이때 흡수기(4)내에서 냉매증기가 약용액에 흡수될 때 발생하는 흡수열은 용액냉각흡수기(8)내를 유동하는 강용액을 가열한다.

상기 흡수기(4)에서 생성된 강용액은 흡수기(4)내의 하단부에 모여서 용액펌프(10)의 펌핑에 의해 고압부인 재생기(1)로 유동되는데, 이 과정에서 상기 강용액은 제1관(13)내를 흐르면서 정류기(5)로 유입되어 재생기(1)에서 생성된 냉매증기와의 열교환을 통해 냉매증기중에 포함된 수증기를 응축시켜 냉매증기로 정류하며, 이때 냉매증기의 응축잠열및 강용액과 냉매증기의 온도차인 현열을 받아 강용액의 온도는 상승하게 된다.

상기 제1관(13)을 흐르면서 정류기(5)에서 열교환되어 온도가 상승된 강용액은 제2관(14)내를 흐르면서 흡수기(4)내에 형성된 용액냉각흡수기(8)내로 유입되어 진다.

상기 용액냉각흡수기(8)내로 유입된 강용액은 재생기(1)에서 생성되어 흡수기(4)상부로 유입되는 약용액과 열교환하여 온도가 상승되어 비등하게 됨으로써 잠열을 회수한다.

상기 용액냉각흡수기(8)에서 열교환된 강용액은 제3관(15)내를 흐르면서 애너라이저(6)상부로 유입되어 재생기(1)에서 생성되어 상승되는 냉매증기중에 포함된 수증기를 일부 흡수한 후 애너라이저(6)하부에 형성된 분배판(11-2)으로 떨어지게 된다.

상기 분배판(11-2)에 의해 강용액은 재생기(1)내에서 골고루 분산되어 재생기(1)내의 하부로 하강하게 된다.

이때 암모니아 지이에이엑스 흡수식 냉난방기는 냉방시 증발기(3)에서 온도가 떨어진 냉수는 실내기로 보내 냉방을 수행하며, 응축기(2)와 흡수기(4)를 냉각한 냉수는 온도가 높아져 실외기로 보내져 다시 냉각되어 진다.

그리고 난방시에는 반대로 응축기(2)와 흡수기(4)를 거치면서 온도가 높아진 냉수는 실내기로 보내져 난방을 수행하며, 증발기(3)를 거친 냉수는 실내기로 보내지게 된다.

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

그러나 이러한 종래 암모니아 지이에이엑스 흡수식 냉난방기의 정류기는 제3도에서와 같이 수평으로 형성된 열교환코일내를 흐르는 강용액과 재생기에서 생성되어 정류기내로 유입된 냉매증기와의 열교환이 이루어져서 열교환코일 표면 위로 응축된 응축수가 필름(Film)을 형성하며 열교환코일의 하부로 하강되고, 상부에서 하부로 하강되는 응축수는 열교환코일에서 액막을 두껍게 하여 열저항으로 작용하게 되어 정류기의 응축열전달 성능이 저하되는 문제점이 있었다.

상기 다수개의 수평관으로 형성된 열교환코일을 사용할 경우, 위로 부터 n번째의 응축열전달계수는 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.

즉, h=100이면 상부로 부터 10번째(n=10)에서의 h₁₀=68이 되며, 이것은 열교환코일 상부보다 32%의 응축열전달이 감소되어 암모니아 흡수식 냉난방기의 시스템 효율을 저감시키는 문제점도 있었다.

따라서 본 발명은 정류기내로 흡수기에서 유입된 강용액이 유동하면서 재생기에서 유입된 냉매증기와 열교환하도록 일정한 각도로 경사지게 열교환코일을 형성하고, 이 정류기내에 강용액과 냉매증기와의 열교환을 통해 응축된 응축수가 열교환코일을 따라 유동하도록 열교환코일의 표면 상부에 홈을 열교환코일의 중심부을 따라 원주방향으로 형성함으로써 정류기내에서 열교환에 의해 응축된 응축수의 유동이 원활이 이루어져서 정류기의 응축열전달 성능을 향상시킬 뿐만 아니라 암모니아 흡수식 냉난방기의 시스템 효율을 향상시키도록 하는데 그 목적이 있다.

본 발명 암모니아 흡수식 냉난방기의 정류기와 그주변부의 구성은 제4도와 제5도에서와 같이 재생기에서 생성되어 냉매증기와 함께 증발되는 수증기를 응축시켜 고농도의 암모니아 냉매증기로 정류하는 정류기(101)와, 상기 정류기(101)내로 재생기에서 생성된 냉매증기가 유입되도록 형성된 냉매증기 유입관(103)과, 상기 정류기(101)내로 흡수기에서 생성된 강용액이 유입되도록 형성된 강용액 유입관(105)과, 상기 강용액 유입관(105)을 통해 유입된 강용액과 냉매증기 유입관(103)을 통해 유입된 냉매증기와 열교환이 이루어지도록 정류기(101)내에 일정한 각도로 경사지게 형성되어 강용액이 유동하는 열교환코일(102)과, 상기 열교환코일(102)내에서 유동하면서 열교환된 강용액을 흡수기로 보내도록 형성된 강용액 유출관(106)과, 상기 열교환코일(102)내를 유동하는 강용액과 열교환된 고농도 냉매증기를 응축기로 보내도록 형성된 냉매증기 유출관(104)과, 상기 열교환코일(102)에서 열교환되어 응축된 응축수를 재생기내로 보내도록 정류기(101)하단에 형성된 응축수 회수관(107)과, 상기 열교환코일(102)을 따라 응축된 응축수가 유동하도록 열교환코일(102)의 상부표면에 열교환코일(102)의 중심부를 따라 원주방향으로 형성된 홈(108)으로 구성한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용, 효과를 제4도와 제5도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제4도와 제5도에서 도시한 바와 같이 재생기에서 생성되어 애너라이저를 통과해 정류기(101)에 형성되 냉매증기 유입관(103)을 통해 정류기(101)내로 유입된 냉매증기는 흡수기에서 생성되어 강용액 유입관(105)을 통해 정류기(101)내에 형성된 열교환코일(102)내로 유입되어 유동하는 강용액과 열교환을 한다.

상기 열교환코일(102)내를 유동하는 강용액은 냉매증기와의 열교환을 통해 냉매증기중에 포함되어 냉매증기와 함께 증발되는 수증기를 응축시켜 냉매증기를 고농도 냉매증기로 정류한다.

이때 냉매증기중에 포함된 수증기는 강용액과 열교환되어 응축수로 응축되며, 상기 응축수는 열교환코일(102)의 표면 상부에 제5도의 (b)에서와 같이 열교환코일(102)의 중심부를 따라 원주방향으로 형성된 홈(108)을 따라 유동한다.

상기 열교환코일(102)의 홈(108)을 따라 유동하는 응축수는 제4도에서와 같이 일정한 각도로 경사지게 형성된 열교환코일(102)에 의해 원활히 유동되어 정류기(101)내의 하단부로 흘러내린다.

상기 정류기(101)내의 하단부에 모인 응축수는 응축수 회수관(107)을 통해 재생기로 유입되며, 상기 열교환코일(102)내를 유동하는 강용액과 열교환되어 형성된 고농도 냉매증기는 냉매증기 유출관 (104)을 통해 응축기로 보내지고 열교환된 강용액은 열교환코일(102)과 연결된 강용액 유출관(106)을 통해 흡수기로 보내진다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 흡수기에서 생성되어 정류기로 유입된 강용액과 재생기에서 생성되어 정류기로 유입되는 냉매증기와의 열교환을 통해 냉매증기중에 포함된 수증기를 응축시켜 냉매증기를 고농도 냉매증기로 정류할 때 발생되는 응축수를 정류기내에 일정한 각도로 경사지게 형성된 열교환코일과 상기 열교환코일의 표면상부에 형성된 홈을 따라 정류기 하단부로 원활히 유동되도록 함으로서 정류기의 응축열전달 성능을 향상시키는 효과가 있다.

또한 정류기의 응축열전달 성능이 향상되므로서 암모니아 흡수식 냉난방기의 시스템 효율도 향상되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 정류기내로 흡수기에서 유입된 강용액이 유동하면서 재생기에서 유입된 냉매증기와 열교환하도록 일정한 각도로 경사지게 형성된 열교환코일과, 상기 정류기내로 유입된 강용액과 냉매증기와의 열교환을 통해 응축된 응축수가 열교환 코일을 따라 유동하도록 열교환코일의 표면 상부에 열교환 코일의 중심부를 따라 원주방향으로 홈을 형성한 것을 특징으로 하는 암모니아 흡수식 냉난방기의 정류기.