KR0184213B1 - 흡수식 사이클 - Google Patents

Abstract

재생기, 응축기, 증발기, 흡수기 및 정류기, 냉매 열교환기를 포함하는 흡수식 시이클에 있어서, 증발기(2)의 미증발 액냉매와 흡수기(12)로부터 유입하여 용액탱크(14) 내에 담겨 있는 강용액 간의 열교환을 위해, 상기 흡수기와 연결된 용액탱크(14)와 상기 증발기(2)의 하단을 연결하여 증발기의 미증발액냉매가 용액탱크로 흐르게 하는 유로(16)와, 상기 용액 탱크내로 유입된 액용액과, 상기 흡수기에서 상기 용액탱크로 유입된 강용액과 열교환하기 위한 열교환코일(145)과, 상기 용액탱크와 응축기에서 증발기로 흐르는 액냉매 유로를 연결하여 상기 용액탱크에서 증발된 냉매증기가 상기 액냉매 유로로 흐르게 하는 유로(16')를 구비한 흡수식사이클

Description

흡수식 사이클 장치

제1도는 종래의 암모니아 흡수식 사이클도.

제2도는 종래의 암모니아 흡수식 사이클 장치의 용액탱크의 개략구성도.

제3도는 본 발명에 따른 암모니아 흡수식 사이클도.

제4도는 본 발명에 따른 암모니아 흡수식 사이클 장치의 용액탱크의 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 응축기 2 : 증발기

3 : 리스트릭터 10 : 재생기

12 : 흡수기 14 : 용액 탱크

16 : 액냉매유로 145 : 코일

본 발명은 흡수식 시이클에 관한 것으로, 특히 증발기에서 발생된 미증발 액냉매를 용액 탱크의 강용액과 열교환하여 증발시키도록 한 흡수식사이클에 관한 것이다.

암모니아 흡수식 냉난방 사이클은, 제1도에 도시된 바와 같이, 재생기(10)은 열원(8)으로부터 열을 받아 농도가 강한 작동용액(암모니아 수용액, 이하 강용액)으로부터 냉매인 암모니아를 증발시켜 암모니아 냉매 증기를 얻음과 동시에 일부 암모니아 증발에 의해 생긴 농도가 약한 암모니아 수용액(이하 약용액이라 함)을 만들어 주고,

응축기(1)은 재생기로부터 보내져온 냉매 증기를 응축하여 액냉매로 만들어 주는데 이때 냉매 증기로부터 열량을 빼앗아 응축시키기위해 실내기(11)로부터 난방을 수행하고 온도가 떨어져 들어온 냉각수를 사용하게 되는데, 이 냉각수는 응축기를 거쳐 다시 흡수기(12)로 보내진다.

그리고, 증발기(2)은 응축기로부터 보내져 온 액냉매를 다시 증발시켜 주어 냉매 증기로 만들어 주는데 이때 액냉매를 증발시켜 주는데 필요한 열량은 실내기로부터 냉방을 마치고 온도가 상승되어 들어온 냉수로부터 공급하여 준다. 그리고 열량을 빼앗긴 냉수는 다시 온도가 떨어진 후 실내기로 다시 보내져 냉방을 수행하게 된다.

흡수기(12)은 증발기로부터 보내져 온 냉매 증기를 재생기로부터 보내져 온 약용액이 흡수하도록 하여 원래의 재생기의 초기 농도의 강용액을 만들어 주는 역할을 한다.

이때 흡수를 촉진하기 위해 열량을 제거하여 주어야 하고, 이 열량 제거를 위해 응축기를 거친 냉각수를 이용한다. 열량을 얻은 이 냉각수는 다시 실내기로 난방을 위해 보내진다. 즉, 냉방시에는 증발기에서 온도가 떨어진 냉수를 실내기로 보내 냉방을 수행하게 되며, 응축기와 흡수기를 냉각한 냉각수는 온도가 높아져 실외기로 보내져 다시 냉각된다. 또한, 난방시에는 반대로 응축기와 흡수기를 거치면서 온도가 높아진 냉각수가 실내기로 보내져 난방을 수행하게 되며, 증발기를 거친 냉수는 실외기로 보내져 온도가 상승한 후 다시 증발기에 유입 된다.

한편, 이상과 같은 흡수식 사이클의 효율을 높이기 위해 부가적인 장치가 설치되는데,

특히, 용액 분리기(7)는 재생기로부터 증발된 냉매 증기에서 함께 유입되는 액적을 분리시켜 주며, 정류기(9)는 용액 분리기에서 유입되는 냉매 증기로부터 함께 증발된 수분을 응축시켜 고농도의 암모니아 증기를 얻는 역할을 한다. 이때 수분을 응축시켜 주는 매체는 용액 펌프(13)로부터 보내져 온 저온의 강용액으로 정류기 내에 감겨진 코일내를 흐르는 동안 고온의 냉매 증기와 열교환을 통하여 냉매 증기에 포함되어 있는 수분을 응축시켜 준다.

또한, 냉매 열교환기(5)는 응축기로부터 나온 액냉매와 증발기에서부터 나온 냉매증기와의 열교환을 통하여 액냉매를 증발기 내의 증발온도에 가깝게 내려주고 냉매 증기의 온도는 흡수기의 포화온도 가까이 온도를 올려주어 흡수 현상을 가속화 시켜줄 뿐만 아니라, 냉매증기에 포함되어 있는 미소량의 액냉매도 증발시켜 준다.

용액 탱크(14)의 경우는 용액 펌프(13)전단에 설치되어 흡수기로부터 유입되는 강용액의 저장 및 정류기를 거쳐 재생기까지의 강용액 펌핑시 완충역활을 수행한다.

한편, 재생기(10)와 응축기(1)는 고압부를 형성하며, 증발기(2)와 흡수기(12)는 저압부를 형성하는데 이때, 응축기에서 증발기로의 압력 저하는 다수개의 리스트릭터(3)을 이용한다. 일반적으로 리스트릭터의 형태는 유로의 단면적을 줄여주므로서 압력손실을 유발, 양단에 압력차가 생기도록 하는 것이다.

용액 탱크(14)는 원통형 쉘(shell)형태로 제2도에 도시된 바와 같이 내부는 용액의 불순물을 거를 수 있는 팩킹재(141)가 들어 있으며, 흡수기로부터 강용액이 유입되는 강용액 유입구(142)와 용액 펌프와 연통되는 강용액 유출구(143)가 있다. 용액 펌프와 연통되는 강용액 유출구는 최하단에서 일정 높이까지 올라와 있으며 하단부에 작은 홀(144)이 나있어 유출구 외측과 내측의 용액의 수위가 같도록 해 주며, 강용액 유출구가 일정 높이 올라와 있는 이유는 팩킹에 의해 걸러진 불순물이 용액 탱크 바닥에 쌓이고 용액 펌프 내로는 유입되지 않도록 하기 위함이다.

그런데, 정류기(9)의 경우, 재생기(10)에서 가열되어 용액 분리기(7)를 거쳐 유입된 냉매 증기를 단지, 용액 펌프(13)에 의해 보내져온 흡수기의 강용액과 열교환하여 온도가 낮은 강용액이 고온의 냉매 증기를 냉각시켜주므로서 냉기 증기 중에 포함되어 있는 이슬점이 낮은 수분을 정류시켜 고순도의 냉매 증기를 얻게되어 있다. 증발기의 경우에는 응축기로부터 응축된 액냉매가 냉매 열교환기를 거쳐 유입하여 증발기로 역시 유입한 냉수로부터 열을 얻어 증발하게 되는데, 전술한 정류기의 작용이 원활하지 않는 경우 즉, 정류기의 유입되는 강용액의 온도가 상승하거나, 재생기에서 증발하는 냉매 증기의 농도가 정상적인 경우보다 낮은 경우, 증발기에서 액냉매는 원활한 증발이 이루어지지 못하고 미증발 액냉매가 생겨 증발기 하단에 적체되게 된다.

이와 같은 현상이 벌어지면 정상적인 시스템의 작동점들이 변화되고, 시스템이 불안정해질 뿐만 아니라 안정적인 시스템 운전에 악영향을 미치게 된다.

본 발명의 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 증발기의 미증발 액냉매를 용액 탱크 내의 강용액과 열교환을 통해 증발하도록 하여 증발기에 적체되는 액냉매를 제거할 수 있고, 따라서 정류기의 강용액 유입 온도를 저하시켜 냉매 증기의 정류 성능을 높여 응축기 및 증발기의 냉매 증기 농도를 높여 줄 수 있는 흡수식사이클의 제공을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 흡수식사이클은, 재생기, 응축기, 증발기, 흡수식 및 정류기, 냉매 열교환기를 포함하는 흡수식 시이클에 있어서, 상기 흡수기와 연결된 용액탱크와 상기 증발기를 연결하여 증발기의 미증발액냉매가 용액탱크로 흐르게 하는 유로와, 상기 용액 탱크내로 유입된 액용액과, 상기 흡수기에서 상기 용액탱크로 유입된 강용액과 열교환하기 위한 수단과, 상기용액탱크와 응축기에서 증발기로 흐르는 액냉매 유로를 연결하여 상기 용액탱크에서 증발된 냉매증기가 상기 액냉매 유로로 흐르게 하는 유로를 구비한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면에 의거하여 본 발명의 흡수식사이클을 상세히 설명한다.

본 발명의 흡수식사이클은 제1도에 도시된 바와 같이 증발기(2)의 미증발 액냉매와 흡수기(12)로부터 유입하여 용액탱크(14)내에 담겨 있는 강용액 간의 열교환을 위해, 상기 흡수기와 연결된 용액탱크(14)와 상기 증발기(2)의 하단을 연결하여 증발기의 미증발액냉매가 용액탱크로 흐르게 하는 유로(16)와, 상기 용액 탱크내로 유입된 액용액과, 상기 흡수기에서 상기 용액탱크로 유입된 강용액과 열교환하기 위한 열교환코일(145)과, 상기 용액탱크와 응축기에서 증발기로 흐르는 액냉매 유로를 연결하여 상기 용액탱크에서 증발된 냉매증기가 상기 액냉매 유로로 흐르게 하는 유로(16')를 구비하고 있다.

한편, 증발기(2)에서 용액 탱크(14)까지의 액냉매 유로(16) 상에는 증발기의 수위를 감지하는 센서(21)의 신호에 의해 개폐되는 밸브(15)가 설치되어 있다.

상기 용액 탱크(14)내의 열교환 코일(145)내에는 미증발 액냉매가 흐르며 외측에는 강용액이 흐른다.

상기 용액탱크 내의 열교환 코일(145)의 액냉매 유출구측은 응축기에서 증발기로 흐르는 액냉매 유로 상에 설치되어 있는 리스트릭터(3)의 단면적 축소 부위(3')로 연통되어 있다.

이하, 본 발명의 흡수식사이클의 작용을 설명한다.

기본적인 사이클은의 작동 원리는 기존의 작동 원리와 같으나, 전술한 바와 같이 증발기(2)내에 유입된 액냉매의 전량이 증발하지 못하고 하단에 적체되면, 증발기 하단에 설치된 증발기의 미증발 액냉매 수위 센서(21)에 의해 자동 개폐 밸브(15)를 작동시킨다. 예를 들면, 증발기 하단에 설치된 뜨게가 부력에 의해 액면을 따라 상승하게 되고, 뜨게가 상승하게 되면, 뜨게와 연결되어 있는 와이어를 잡아당기게 된다. 상기 와이어는 다시 자동 개폐 밸브(15)의 접점을 연결시켜 개폐 밸브를 작동시키는 것이다.

밸브(15)가 개방되면, 증발기의 하단은 미증발 액냉매 유로(16)에 의해 용액 탱크(14)와 연통된다. 액냉매 유로는 곧 용액 탱크 내 열교환 코일(145)과 연결되어있는데, 상기 열교환 코일(145)을 따라 증발기 하단에 적체되어 있는 액냉매는 용액 탱크에 유입되고, 유입된 액냉매는 흡수기(12)에서 유출되어 용액 탱크 내에 담겨있는 강용액과 열교환을 수행한 뒤 유출하여 증발기(2)의 전단에 액냉매 유로관에 설치된 리스트릭터(3)의 단면적 축소부위(3')에 연통된다. 즉, 열교환을 마친 강용액은 용액 펌프에 의해 다시 재생기(10)로 유입되고, 미증발 액냉매는 강용액과 열교환을 수행하면서 증발하여 냉매 증기 상태로 응축기와 증발기 사이의 액냉매 유로관에 설치된 리스트릭터(3)의 유로 단면적 축소 부위(3')로 유입하여 액냉매와 함께 다시 증발기로 유입된다. 여기서, 압력 강하용 리스트릭터의 경우 일반적으로 유로 단면적을 매우 작게 축소하여 압력 손실을 유발시키게 되어 있는데, 단면적 축소로 인하여 응축기에서 응축된 액냉매의 유동 속도가 축소 부위에서 매우 커지게 된다. 이것은, 베르누이 방정식에의해 설명될 수 있는데, 속도증가에 따라 압력차가 유발된다. 식을 통하여 살펴보면 다음과 같다.

여기서, P1 : 유로 단면적 축소 부위 전 지점의 압력

P2 : 유로 단면적 축소 부위의 압력

p : 유체의 밀도

V1 : 유로 단면적 축소 부위 전 지점의 유체 유동 속도

Z1 : 유로 단면적 축소 부위 전 지점의 높이

V2 : 유로 단면적 축소 부위의 유체 유동속도

Z2 : 유로 단면적 축소부위의 높이

만약, 축소 단면적 전부위와 축소 부위의 높이차가 없다면,

와 같은 압력차를 유발하게 되며, 그 값은 유체 유동 속도의 제곱승에 비례하므로 축소 부위의 단면적이 일정 이상 축소되면 압력은 매우 큰 압력차로 떨어지게 된다.

그 이유는 유로에서 단면 축소와 같은 유로의 형상 변화가 있을 경우 단면 축소 부위에서 가장 큰 압력손실이 있은 후 다시 유로가 축소부분 전과동일해지면 형상 변화에 따른 압력 손실 및 마찰에 의한 압력 손실 만큼만 압력 손실이 된 후 압력을 회복하게 되는데, 바로 이 회복된 압력이 증발기 압력이 된다. 그러므로, 축소된 부분의 국부 압력은 가장 작게 되고 증발기의 압력과의 압력차에 의해 미증발 액냉매가 증발기 하단에서 리스트릭터 축소 부위까지 유동하게 된다. 리스트릭터(3)의 유로 단면적 축소 부위(3')까지 유동한 증발기의 미증발 액냉매는 응축기(1)에서 응축되어 냉매 열교환기(5)에 유입한 액냉매와 함께 다시 증발기로 유입한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면,

증발기의 하단에 미증발 액냉매가 적체되는 경우, 증발기 하단에 적체된 액냉매를 용액 탱크 내로 유입하여 용액탱크내의 강용액과 열교환을 통해 증발하도록 하여 증발기에 적체되는 액냉매를 제거하여 줄수 있고,

한편, 미증발 액냉매와의 열교환에 의한 용액 탱크 내의 강용액의 온도 저하에 의해 정류기의 강용액 유입 온도를 저하하고, 또한, 강용액 유입 온도 저하에 의해 재생기로부터 유입하는 냉매 증기의 정류 성능을 높여 응축기 및 증발기의 냉매 증기 농도를 높여 주게 되어 시스템이 안정적인 운전이 가능하게 된다.

Claims (2)

1. 재생기, 응축기, 증발기, 흡수기 및 정류기, 냉매열교환기가 구비된 흡수식 사이클장치에 있어서, 상기 흡수기와 연결된 용액탱크와 상기 증발기를 연결하여 증발기의 미증발액냉매가 용액탱크로 흐르게 하는 유로와, 상기 유로상에 설치되어 증발기의 액냉매 수위에 따라 개폐되는 밸브와,상기 용액탱크내로 유입된 액용액과, 상기 흡수기에서 상기 용액탱크로 유입된 강용액과를 열교환하기 위한 수단과, 상기 용액탱크내의 열교환 수단의 액냉매 유출구측은 응축기에서 증발기로 흐르는 액냉매유로상에 설치되어 있는 리스트릭터의 단면적 축소 부위로 연통되며 상기 용액탱크에서 증발된 냉매증기가 상기 액냉매유로로 흐르게 하는 것을 특징으로 하는 흡수식 사이클 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 용액 탱크 내의 열교환수단은 내측에는 미증발 액냉매가 흐르고 외측에는 강용액이 흐르는 코일인 것을 특징으로 하는 흡수식 사이클 장치.