KR100195926B1 - 플래이트 열교환기용 흡수기의 냉매증기유입장치 - Google Patents

플래이트 열교환기용 흡수기의 냉매증기유입장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 암모니아 흡수식 냉·난방기에 관한 것으로서 특히 플래이트형 흡수기를 채용하여 암모니아 흡수식 냉·난방기를 구성한 경우 약액유입관상에 구성한 본 발명 냉매증기유입장치에 의해 증발기로부터 보내져 오는 냉매증기가 약용액유입관 내부로 원활하게 유입되도록 하고 또한, 유입된 냉매증기가 약용액유입관 내부를 유동하는 약용액과 균일하게 섞이며 혼합기 내부로 유입되어 들어가도록 한 것이다.
이와 같은 목적달성을 위한 수단으로서, 약용액유입관상에 냉매증기유입장치를 구성함에 있어 냉매증기유입장치는 냉매증기 및 약용액의 유동에 따라 회전력을 얻어 회전하며 약용액유입관 내부로 냉매증기의 원할한 유입 및 유입된 냉매증기가 약용액과 균일하게 섞이도록 유도하는 1차믹싱팬 및 2차믹싱팬과, 상기1,2차 믹싱팬을 약용액유입관 내부에 설치하기 위한 복수개의 믹싱팬축지지대 및 믹싱팬축중간지지대와, 상기 믹싱팬축지지대에 설치된 1,2차 믹싱팬의 이탈을 방지하는 고정링으로 구성한 것이다.
또한, 이와 같이 구성한 냉매증기유입장치의 구성 위치를 회전동작 및 냉매증기의 유입이 원할하게 되도록 하기 위해 흡수기의 내부압력과 비교적 균등한 압력을 유지하도록 재생기 압력에서 흡수기 압력까지 약용액측 압력을 떨어뜨려 줄 목적으로 냉매증기유입관이 연결된 부위에 구성한 오리피스이 흡수기측 인접부에 위치되도록 한 것이다.

Description

플래이트 열교환기형 흡수기의 냉매증기유입장치
종래 흡수식 냉·난방기는 제1도 및 제2도에 도시한 바와 같이 4개의 핵심을 이루는 기기인 재생기(1), 응축기(2), 증발기(3), 흡수기(4) 및 주변기기들로 구성된다.
이와같이 구성되는 흡수식 냉·난방기에서 재생기(1)는 열원인 버너(5)로부터 냉매인 암모니아를 증발시켜 암모니아 냉매증기를 얻음과 동시에 일부 암모니아 증발에 의해 생긴 농도가 약한 암모니아 약용액(수용액)을 만드는 역할을 하고, 응축기(2)는 상기 재생기(1)로부터 보내져온 냉매증기를 응축하여 액냉매로 만들어 주는데 이때, 냉매증기로부터 열량을 빼앗아 응축시키기 위해 실내기(6)로부터 난방을 수행하고 온도가 떨어져 들어온 냉각수를 사용하게 되며, 이 냉각수는 응축기(2)를 거쳐 다시 흡수기(4)로 보내진다.
그리고, 증발기(3)은 상기 응축기(2)로부터 보내져 온 액냉매를 다시 증발시켜 주어 냉매증기로 만들어 주는데 이때, 액냉매를 증발시켜 주는데 필요한 열량은 실내기(6)로부터 냉방을 마치고 온도가 상승되어 들어온 냉각수로부터 공급하여 준다. 그리고 열량을 빼앗긴 냉각수는 온도가 떨어진후 실내기(6)로 다시 보내져 냉방을 수행하게 된다.
또한, 흡수기(4)는 상기 즐방길(3)로부터 보내져 온 냉매증기를 재생기(1)로부터 보내져 온 약용액이 흡수하도록 하여 원래의 재생기(1) 초기농도의 강용액(농도가 짙은 용액상태)을 만들어 주는 역할을 하는데 이때, 흡수를 촉진하기 위해 열량을 제거하여 주어야 하고, 이 열량 제거를 위해 응축기(2)를 거쳐 유입되는 냉각수가 이용되고, 열량을 얻은 이 냉각수는 다시 실내기(6)로 난방을 위해 보내진다.
즉, 냉방시에는 증발기(3)에서 온도가 떨어진 냉각수를 실내기(6)로 보내 냉방을 수행하게 되며, 응축기(2)와 흡수기(4)를 냉각한 냉각수는 온도가 높아져 실외기(미도시)로 보내져 다시 냉각된다.
또한, 난방시에는 반대로 응축기(2)와 흡수기(4)를 거치면서 온도가 높아진 냉각수가 실내기(6)로 보내져 난방을 수행하게 되며, 증발기(3)를 거친 냉각수는 실외기로 보내져 온도가 상승한 후 다시 증발기(3)에 유입된다.
이상과 같은 흡수식 냉·난방기의 개략적인 구성에 기기의 효율을 높이기 위한 수단으로 부가저인 장치를 두게 된다.
부가적인 장치 가운데 용액분리기(7)는 재생기(1)로부터 증발된 냉매증기에서 함께 유입되는 수분액적을 분리시켜 주는 역할을 하고, 정류기(8)는 상기 용액분리기(7)에서 유입되는 냉매증기로부터 함께 증발된 수분을 응축시켜 고농도의 암모니아 증기를 얻는 역할을 한다.
이때, 수분을 응축시켜 주는 매체는 용액펌프(9)로부터 보내져온 저온의 강용액으로 정류기(8)내에 감겨진 코일(미도시) 내를 흐르는 동안 고온의 냉매증기와 열교환을 통하여 냉매증기에 포함되어 있는 수분을 응축시켜 준다.
그리고, 냉매열교환기(10)는 응축기(2)로부터 나온 액냉매와 증발기(3)로부터 나온 냉매증기와의 열교환을 통하여 액냉매를 증발기(3)내의 증발온도에 가깝게 내려주고 냉매증기의 온도는 흡수기(4)의 포화온도 가까이 온도를 올려주어 흡수현상을 가속화 시켜준다.
또한, 냉매증기에 포함되어 있는 미소량의 액냉매도 증발시켜주는 역할을 한다.
이와같은 암모니아 흡수식 냉·난방 시스템 구성에서 재생기(1)와 응축기(2)는 고압부를 형성하며, 증발기(3)와 흡수기(4)는 저압부를 형성하는데 이때, 응축기(2)에서 증발기(3)로의 냉매측 압력 저하 및 재생기(1)에서 흡수기(4)로의 약용액측 압력저하는 오리피스(prifice)(11)를 이용한 리스트릭터(restrictor)(12)가 사용된다.
상기 리스트릭터(12)는 제2도와 같이 관 내부에 구성된 오리피스(11)에 의해 유로의 단면적을 줄여주므로서 압력손실을 유발, 양단에 압력차가 생기도록 하여 흡수기(4)의 압력분포 상태에 근접한 압력을 유지시켜 준다.
미설명 부호13은 흡수기(4) 내부로 냉매증기가 유입되도록 하는 냉매증기유입관이고, 14는 흡수기(4)내부로 약용액이 유입되도록 하는 약용액유입관이다.
이와같은 구성을 갖는 종래의 흡수식 냉난방기에 있어서, 증발기(3)로부터 보내져오는 냉매증기의 유동로인 냉매증기유입관(13)과, 재생기(1)로부터 보내져 오는 약용액의 유동로인 약용액유입관(14)이 연결된 흡수기(4)는 셸-튜브 열교환기형 흡수기를 채용하는 것이었다.
이와같은 기존의 셸 튜브 열교환기형 흡수기는 냉매증기유입관(13)과 약용액유입관(14)이 개별적으로 구성되어 있기 때문에 냉매증기와 약용액이 각각의 유입관을 통하여 흡수기(4) 내부로 유입되는 형식을 취한다.
이와 같이 셸-튜브 열교환기용 흡수기가 채용된 종래의 시스템 구성은 열교환기 구조 및 성능상 개별적인 유입관의 구성으로 인해 시스템의 구성 크기가 커지는 문제점이 있었다.
그러므로, 시스템의 구성크기를 축소하여 컴팩트화 하기 위한 방안으로 플래이트형 열교환기를 채용하는 추세로 변화되고 있다.
그러나, 이와 같은 플래이트 열교환기형 흡수기는 냉매증기유입관(13)과 약용액유입관(14)을 플래이트형으로 대체하여 별개로 설치하기가 용이하지 않은 구조로 되어있을 뿐만 아니라 별개로 설치하더라도 냉매증기가 원할하게 유입되도록 하기 위해서는 별도의 유입장치가 필요하지만 현재 이러한 냉매증기 유입장치가 없는 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같이 플래이트 열교환기형 흡수기를 채용한 흡수식 냉난방기의 구성으로 수반되는 제반 문제점을 감안하여 발명한 것으로서, 증발기로부터 보내져 오는 냉매증기의 유동로인 냉매증기유입관상에 재생기로 보내져 오는 액용액의 유동로인 액용액유입관을 연결하여 냉매증기가 액용액유입관 내부로 원할하게 유입되도록 하고, 상기 냉매증기가 액용액유입관 내부로 유입된후 약용액 유입관 내부를 유동하는 약용액과 균일하게 섞이면서 흡수기 내부로 유입되도록 유도하는 냉매증기유입장치를 구성하는데 있다.
제1도는 종래 셸-튜브 열교환기형 흡수기를 채용한 암모니아 흡수식 냉·난방기의 구성흐름도.
제2도는 종래 리스트릭터가 관내부에 형성된 것을 보인 단면도.
제3도는 본 발명 틀래이트 열교환기형 흡수기를 채용한 암모니아 흡수식 냉·난방기의 구성흐름도.
제4도는 발명 냉매증기유입장치로서, (a)는 냉매유입장치를 구성한 약용액유입관의 단면도이고, (b)는 냉매증기유입장치 구성부품의 분해사시도이다.
제5도는 본 발명으로서, 오리피스를 관통하여 냉매증기유입장치의 끝단에 형성한 분출구를 보인 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
101 : 흡수기 102 : 증발기
103 : 냉매증기유입관 104 : 재생기
105 : 약용액유입관 106 : 냉매증기유입장치
107 : 강용액유입관 108 : 실내기
109 : 냉각수유입관 110 : 냉각수유출관
120 : 1차믹싱팬 130 : 2차믹싱팬
140 : 믹싱팬축지지대 150 : 믹싱팬축중간지지대
160 : 고정링 170 : 오리피스
180 : 고정홈 190 : 회전축
200 : 회전날개 210 : 분출구
220 : 용액펌프
본 발명 플래이트 열교환기형 흡수기의 냉매증기 유입장치를 제3도 내지 제5도에 도시한 바에 의하여 이하에서 설명한다.
암모니아 흡수식 냉난방기의 작동원리는 전술한 종래의 방식과 같으며 본 발명 플래이트 열교환기형 흡수기를 채용한 것에 있어서, 흡수기(101)는 증발기(102)로부터 보내져 오는 냉매증기의 유동로인 냉매증기유입관(103)이 재생기(104)로부터 보내져 오는 액용액의 유동로인 액용액유입관(105)에 연결하여 냉매증기를 액용액유입관(105) 내부로 원할하게 유입되도록 유도하고, 상기 약용액유입관(105) 내부로 원할하게 유입되도록 유도하고, 상기 약용액유입관(105) 내부로 유입된 냉매증기가 약용액유입관(105) 내부를 유동하는 약용액과 균일하게 섞이면서 흡수기(101) 내부로 유입되도록 냉매증기 및 약용액이 유동하는 유동력에 의해 회전하는 냉매증기유입장치(106)와, 상기 약용액유입관(105) 내부에서 냉매증기와 섞여 흡수기(101) 내부로 유입된 약용액이 냉매증기를 흡수한 후 강용액이 되어 유출되는 강용액유출관(107)과, 실내기(108)로부터 난방을 수행하고 온도가 떨어져 들어온 냉각수를 유입하는 냉각수유입관(109)과, 상기 냉각수유입관(109)을 통하여 흡수기(101) 내부로 유입된 냉각수가 열교환후 유출되는 냉각수유출관(110)으로 구성한다.
그리고, 상기 냉매증기유입장치(106)는 냉매증기 및 약용액의 유동에 따라 회전력을 얻어 회전하며 약용액유입관(105) 내부로 냉매증기의 원할한 유입 및 유입된 냉매증기가 약용액과 균일하게 섞이며 흡수기(101) 내부로 유입되도록 하는 1차믹싱팬(120) 및 2차믹싱팬(130)과, 상기 1, 2차믹싱팬(120, 130)을 약용액유입관(105) 내부에 설치하기 위한 복수개의 믹싱팬축지지대(140) 및 믹싱팬축중간지지대(150)와, 상기 믹싱팬축지지대(140)에 설치된 1, 2차 믹싱팬(120, 130)의 이탈을 방지하는 고정링(160)으로 구성한다.
또한, 이와 같이 구성한 냉매증기 유입장치(106)는 구성 위치를 회전동작 및 냉매증기의 유입이 원할하게 되도록 하기 위해 흡수기(101)의 내부압력과 비교적 균등한 압력을 유지하도록 재생기(104) 압력에서 흡수기(101) 압력까지 약용액측 압력을 떨어뜨려 줄 목적으로 냉매증기유입관(106)이 연결된 부위에 구성한 오리피스(170)의 흡수기(101) 측 인접부에 위치되도록 한다.
그리고 상기 1, 2차 믹싱팬(120, 130)은 고정링(160)이 결합되도록 고정홈(180)을 형성한 회전축(190)과, 상기 회전축(190)에 경사지게 설치되는 다수개의 회전날개(200)를 구성하고 1, 2차 믹싱팬(120, 130)을 상호 반대방향으로 설치한다.
미설명 부호 210는 냉매증기가 분출되도록 냉매증기가 유입구의 끝단에 형성한 다수개의 분출구이고, 220은 용액펌프이다.
이와같이 암모니아 흡수식 냉난바기에 있어서, 플레이트 열교환기형 흡수기를 채용한 본 발명을 이하에서 상세히 설명한다.
흡수기(101)에 구성한 약용액유입관(105)를 통하여 유입된 약용액은 흡수기(101) 내에서 냉매증기를 흡수하여 가용액이 된후 강용액유출관(107)을 통하여 유출되어 용액펌프(220)로 유입된다.
그리고 냉각수는 냉각수유입관(109)을 통하여 흡수기(101)로 유입되어 암모니아 용액과는 격리된 상태로 흐르면서 상호 열교환후 냉각수유출관(110)을 통하여 유출된다.
또한, 증발기(102)로부터 보내져 오는 냉매증기는 흡수기(101) 인접부의 약용액유입관(105)상에 구성한 본 발명의 냉매증기유입장치(106)를 통해 약용액이 유동되고 있는 약용액유입관(105)내로 유입된후 약용액과 섞이며 흡수기(101) 내부로 유입된다.
이와같이 냉매증기유입장치(106)에 의해 약용액유입관(105) 내부로 원할하게 분출되도록 유도된 냉매증기는 약용액과 섞이며 흡수기(101) 내부로 유입되게 되는데 흡수기(101) 내에서 흡수 성능을 향상시켜주기 위해서는 약용액과 냉매증기가 균일하게 섞여져 흡수기(101)로 유입되어야 한다.
이와같이 냉매증기유입관(103)에 형성한 분출구(20)을 통해 약용액유입관(105)내부로 유입되는 냉매증기가 원할하게 약요액유입관(105) 내부로 유입된후 액용액과 균일하게 섞이며 흡수기(101)내부로 유입되도록 하는 수단으로 냉매증기유입장치(106)를 사용하는 것이 본 발명의 핵심이다.
이와같은 역할을 하는 냉매증기유입장치(106)는 제4도에 도시한 바와 같이 흡수기(101) 내부와의 균등한 압력이 유지되도록 압력강하를 위해 약용액유입관(105) 내부에 구성한 오리피스(170)로 인해 약용액이 유속종속되어 복수개의 믹싱팬축지지대(140) 및 믹싱팬축중간지지대(150)로 지지된 1,2차 믹싱팬(120, 130)이 회전한다.
이와 같이 유속 종속된 약용액이 유동함에 따라 오리피스(170)의 단면적 축소 부위에서 증발기(102)보다 극부적으로 압력이 낮아져 5에 도시한 바와 같이 오리피스 (170) 단면부의 냉매증기유입관(103)에 구성한 분출구(20)를 통해 증발기(102)로 부터의 냉매증기 유입을 원할하게 되도록 하고, 유입된 냉매증기가 냉매증기유입장치(106)를 통과하면서 1,2차믹싱팬(120, 130)에 의해 약용액과 균일하게 섞이며 흡수가 내부로 유입되도록 하는 것이다.
이때, 냉매증기와 액용액이 균일하게 섞이도록 하는 1,2차믹싱팬(120, 130)은 회전축(190)에 고정되는 회전날개(200)가 일정각도 경사지게 설치되도록 하여 냉매증기(200)와 2차믹싱팬(130)의 회전날개(200)가 경사져 있는 방향을 서로 반대방향으로 형성하여 이들 부분에서 약용액의 유동은 거의 와류와 같은 형태를 이루도록 하므로서 냉매증기와 약용액이 서로 균일한 비율로 섞일 수 있도록 한 것이다.
참고적으로 약용액유입관(105)를 통해 흐르는 약용액이 오리피스(170)의 단면적 축소부위에서 유동속도가 매우 커지게 되는바, 이는 속도 증가에 따라 압력차를 유발하게 된다.
이것은 베루누이의 방정식으로 설명될 수 있는데, PI/p + V12/ 2 + gzl = P2/p + V22/ 2 + gz2, 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 유동 속도, Z2 : 유로 단면적 축소 부위의 높이, 만약 축소 단면적 전부위와 축소 부위의 높이차가 없다면, dp = P1 - P2 = p(V22 - V21) /2 와 같은 압력차를 유발하게 되며, 그 값은 유체 유동속도의 제곱에 비례하므로서 축소 부위의 단면적이 일정 이상 축소되면 압력은 매우 큰 압력차로 떨어지게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 암모니아 흡수식 냉난방기에 채용되는 흡수기에 있어서 종래의 셸-튜브 열교환기형 흡수기의 크기를 줄이도록 대처하는 방안으로 플래이트 열교환기형 흡수기를 채용하므로서, 발생되는 구성 내지 효휼상의 제반 문제점에 대처하도록 약용액유입관상에 냉매유입장치를 구성한 것이다.
이와같은 냉매유입장치의 역할은 흡수기 내부와의 압력차가 비교적 균등하게 되도록 하는 오리피스에 의해 유속이 증속된 약용액과 냉매증기의 유동으로 회전하면서 약용액유입관에 연결한 냉매증기 유입관을 통하여 냉매증기가 원할하게 약용액유입관 내부로 유입되도록 유도하고, 약용액유입관 내부로 유입된 냉매증기가 약용액유입관 내부를 유동하는 약용액과 균일하게 섞이며 흡수기 내부로 유입되도록 한 것이다.
따라서, 약용액유입관과 냉매증기유입관을 함께 구성하여 냉·난방기의 크기를 줄이면서 냉매증기유입장치의 회전으로 냉매증기와 약용액이 비교적 균일하게 섞이며 흡수기 내부로 원할하게 유입되도록 하는 효과가 있다.
결과적으로 이러한 냉매증기와 약용액이 균일하게 섞이면서 흡수기 내부로 유입되므로서 흡수기의 효율상승효과를 득할 수 있다.
본 발명은 암모니아 흡수식 냉·난방기에 관한 것으로서, 특히 플래이트형 흡수기를 채용하여 암모니아 흡수식 냉·난방기를 구성한 경우 약용액유입관상에 구성한 본 발명 냉매증기유입장치에 의해 증발기로부터 보내져 오는 냉매증기가 약용액유입관 내부로 원활하게 유입되도록 하고 또한, 유입된 냉매증기가 약용액유입관 내부를 유동하는 약용액과 균일하게 섞이며 혼합기 내부로 유입되어 들어가도록 유도하는데 목적이 있다.

Claims (4)

  1. 플래이트 열교환기형 흡수기를 채용한 암모니아 흡수식 냉·난방기에 있어서, 약용액유입관에 연결한 냉매증기유입관을 통하여 약용액유입관 내부로 유입되는 냉매증기가 원할하게 유입되도록 유도하고, 상기 약용액유입관 내부로 유입된 냉매증기가 상기 약용액유입관 내부를 유동하는 약용액과 균일하게 섞이며 흡수기 내부로 유입되도록 하는 냉매유입장치를 약용액유입관상에 구성한 것을 특징으로 하는 플래이트 열교환기형 흡수기의 냉매증기유입장치.
  2. 제1항에 있어서, 냉매증기유입장치는 냉매증기 및 약용액의 유동에 따라 회전력을 얻어 회전하며 약용액유입관 내부로 냉매증기의 원할한 유입 및 유입된 냉매증기가 약용액과 균일하게 섞이도록 회전하는 1차믹싱팬 및 2차믹싱팬과, 상기 1,2차 믹싱팬을 약용액유입관 내부에 설치하지 위한 복수개의 믹싱팬축지지대 및 칙싱팬축중간지지대와, 상기믹싱팬축지지대에 설치된 1,2차 믹싱팬의 이탈을 방지하는 고정링으로 구성한 것을 특징으로 하는 플래이트 열교환기형 흡수기의 냉매증기유입장치.
  3. 제2항에 있어서, 1,2차 믹싱팬은 고정링이 결합되도록 고정홈을 형성한 회전축과, 상기 회전축에 경사제게 설치되는 다수개의 회전날개를 구성하고 1,2차 믹싱팬을 상호 반대방향으로 설치한 것을 특징으로 하는 플래이트 열교환기형 흡수기의 냉매증기유입장치.
  4. 제1항에 있어서, 냉매증기유입장치는 구성 위치를 회전동작 및 냉매증기의 유입이 원할하게 되도록 하기 위해 흡수기의 내부압력과 비교적 균등한 압력을 유지하도록 재생기 압력에서 흡수기 압력까지 약용액측 압력을 떨어뜨릴 목적으로 냉매증기유입관이 연결된 부위에 구성한 오리피스의 흡수기측 인접부에 위치되도록 한 것을 특징으로 하는 플래이트 열교환기형 흡수기의 냉매증기유입장치.
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