KR100229318B1 - 흡수식 시스템의 프리쿨러 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 암모니아 흡수식 시스템에 관한 것으로서, 특히 프리쿨러의 소형화 및 생산성을 향상시키는 데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 응축기로부터 응축된 액냉매와, 증발기로부터 비등된 2상상태의 냉매가 유입되어 서로 열교환을 하는 프리쿨러가 판형(plate type)으로 구성된 것이다.

Description

흡수식 시스템의 프리쿨러 구조

본 발명은 암모니아 흡수식 시스템에 관한 것으로, 특히 응축기로부터 액상상태로 응축된 냉매와, 증발기로부터 증발된 냉매증기의 열교환이 이루어지는 프리쿨러의 구조에 관한 것이다.

일반적인 암모니아 흡수식 시스템은 제1도에 도시된 바와 같이, 열을 발생시키는 버너(1)와, 상기 버너(1)로부터 발생되는 열을 가해줌으로써 강용액으로부터 냉매증기와 약용액을 생성하는 재생기(2)와, 상기 재생기(2)로부터 생성된 냉매증기가 상승하면서 상부로부터 낙하하는 강용액과 열교환하여 1차적으로 고농도의 냉매증기를 생성시키는 에널라이저(3)와, 상기 에널라이저(3)를 통과하면서 1차적으로 농축된 냉매증기를 응축시켜 고농도의 냉매증기로 정류하는 정류기(4)와, 상기 정류기(4)로부터 전달된 고농도의 냉매증기를 냉각수(cooling water)에 의해 냉각시켜 액체상태의 냉매로 응축시키는 응축기(5)와, 상기 응축기(5)로부터 응축된 액냉매를 더욱 과냉시키는 프리쿨러(6)와, 상기 프리쿨러(6)로부터 과냉된 액냉매를 냉방수(chilled water)를 사용하여 다시 증발시켜 2상 상태(액상+기상)의 냉매로 비등시키는 증발기(7)와, 상기 증발기(7)로 유입되는 액냉매를 팽창시키는 팽창밸브(8)와, 상기 증발기(7)에서 증발된 2상 상태의 냉매가 프리쿨러(6)를 지나면서 상대적으로 고온의 액냉매와 열교환을 실시한 후 더욱 비등하여 냉매증기 상태로 되고, 이 냉매증기 및 재생기(2)로부터 생성된 약용액이 유입되는 흡수기(9)와, 상기 흡수기(9)로 유입된 냉매증기와 약용액 간의 대향류(counter current) 접촉으로 흡수현상이 발생하여 원래의 재생기(2) 초기 농도의 강용액이 생성되어 흡수기(9)의 하부에 고이게 되고, 이 강용액을 정류기(4)로 펌핑하는 용액펌프(10)와, 상기 재생기(2)에서 흡수기(9)로 유입되는 약용액을 팽창시키는 팽창밸브(11)로 구성하였다.

상기 흡수기(9)는 생성된 강용액이 정류기(4)를 거쳐 재생기(2)로 유입되면서 재생기(2)에서 생성된 약용액과 열교환이 이루어지도록 내부에 강용액이 흐르는 용액냉각흡수기(12)와, 상기 증발기(7)에서 흡수기(9)로 유입된 냉매증기가 상승하면서 열교환이 이루어지도록 내부에 냉각수가 흐르는 수냉각흡수기(13)로 구성하였다.

상기 프리쿨러(6)는 제2도에 도시된 바와 같이 2중관식의 열교환기로서, 응축기로부터 응축된 액냉매가 흐르는 외부전열관(14)과, 상기 외부전열관(14)에 연결된 액냉매 입구(15) 및 출구(16)와, 증발기(7)로부터 비등한 2상상태의 냉매가 유동하는 내부전열관(17)과, 상기 내부전열관(17)에 연결된 2상상태의 냉매 입구(18) 및 냉매증기 출구(19)로 이루어진다.

이와같이 구성된 암모니아 흡수식 시스템은 재생기(2)내에 있는 강용액이 연소부인 버너(1)에 의해 가열되어 냉매증기와 약용액이 생성되며, 상기 냉매증기는 상승하면서 에널라이저(3)에서 상부로부터 낙하하는 강용액과 열교환하여 1차적으로 농도가 높아진 상태에서 상승하여 정류기(4)로 유입된다.

상기 정류기(4) 내로 유입된 냉매증기는 흡수기(9)로부터 용액펌프(10)의 펌핑을 통해 정류기(4)의 내로 유입되는 강용액과 열교환을 한 후 증발되는 물과 함께 응축되어 고농도의 냉매증기로 정류되어 진다.

그리고, 재생기(2)에서 생성된 약용액은 강용액보다 비중이 높아 재생기(2) 하부로 가라앉게 되며, 상기 약용액은 고압부인 재생기(2)와 저압부인 흡수기(9)간의 압력차에 의해 팽창밸브(11)에서 팽창된 후 흡수기(9)의 상부로 유입된다.

상기 정류기(4)에서 정류된 고농도의 냉매증기는 응축기(5)로 유입되어 응축기(5) 주위를 흐르는 저온의 냉각수와 열교환을 하여 액냉매 상태로 응축되고, 이 액냉매는 프리쿨러(6)의 외부전열관(14)을 흐르면서 증발기(7)로부터 배출되어 내부전열관(17)을 유동하는 2상상태의 냉매와 열교환하여 더욱 과냉 상태의 액냉매가 되고, 과냉된 액냉매는 팽창밸브(8)를 통해 팽창된 후 증발기(7)로 유입된다.

상기 증발기(7)내로 유입된 액냉매는 증발기(7) 주위를 흐르는 냉수와 열교환을 하여 2상 상태(액상+기상)의 냉매로 비등하고, 이 2상 상태의 냉매는 다시 프리쿨러(6)의 내부전열관(17) 내를 유동하면서 응축기(5)로부터 배출되어 외부전열관(14) 내를 흐르는 상대적으로 고온인 액냉매와 열교환을 하고 더욱 비등하여 냉매증기가 되고, 이 냉매증기는 흡수기(9)의 하부로 유입된다.

상기 흡수기(9)로 유입된 냉매증기는 상승하면서 재생기(2)로부터 유입된 약용액과 대향류(counter current)로 접촉하면서 약용액에 흡수되어 강용액이 생성되고, 이때 발생되는 흡수열은 수냉각흡수기(13)내를 흐르는 냉각수와 용액냉각흡수기(12)내를 흐르는 저온의 강용액에 의해 상쇄된다.

여기서, 재생기(2)에서 생성된 약용액은 흡수기(9) 상부로 유입된 후 저온의 강용액이 흐르는 용액냉각흡수기(12)의 열교환코0일 표면에 분산 낙하되면서 냉각되어 냉매증기의 흡수를 가속시킨다.

이때, 상기 흡수기(9)의 하부에 고인 강용액은 용액펌프(10)의 펌핑에 의하여 정류기(4)로 유입되었다가 용액냉각흡수기(12)로 유입되고, 이 강용액은 열교환 코일 내부를 흐르면서 재생기(2)로부터 생성되어 유입되는 고온의 약용액과 열교환을 하여 온도가 상승된 후 다시 재생기(2)로 유입되어 상기와 같은 작동을 순차적으로 반복하게 된다.

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

여기서, 상기 프리쿨러(6)는 내부전열관(17)이 외부전열관(14) 내에서 일정한 간격을 유지하면서 삽입되는 이중관식 열교환기로서 일정반경을 갖는 코일식으로 가공을 하거나 자신의 시스템에 맞게 이중관식 열교환기를 원하는 형태로 벤딩(bending) 작업을 하여 제작하게 된다.

그러나 이러한 종래 암모니아 흡수식 시스템의 프리쿨러 구성에 있어서, 2상상태의 냉매가 흐르는 내부전열관과, 응축기에서 응축된 액냉매가 흐르는 외부전열관간의 원형의 관 형상을 유지하면서 가공을 하게 되면 내부전열관의 길이가 길수록, 또 직경이 작을수록 자체 무게에 의한 처짐이 심하여 내부전열관과 외부전열관 사이의 간격을 일정하게 유지하기 어렵게 되고, 또한 코일식으로 가공을 하게 되면 내부전열관과 외부전열관의 벤딩정도가 다르기 때문에 내부전열관의 외표면이 외부전열관 내표면에 접착되는 경우가 발생하게 된다.

이를 해결하기 위해 관을 벤딩하기 전, 즉 직선관 상태에서 샌드(sand) 등의 재료를 삽입한 후 벤딩작업을 하여 외부전열관의 내경과 내부전열관의 외경의 진원도를높이면서 외부전열관의 내표면과 내부전열관의 외표면간의 간격을 일정하게 유지하고 있다.

그러나, 가공 후에는 이러한 샌드 등의 물질을 제거해야되는 공정이 추가되고, 샌드 등의 물질을 제거하지 않으면 증발기 입구의 팽창밸브 등을 막아 시스템의 운전에 치명적인 영향을 미치게 되는 문제점이 있었다.

또한, 프리쿨러가 코일식으로 가공을 하기 때문에 필요한 열전달 면적에 비해 코일의 경 내부는 빈공간이 되므로 불필요한 공간이 늘어나게 되어 프리쿨러의 열교환 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 프리쿨러를 코일형이 아닌 판형(plate type)으로 구성함으로써 크기를 소형화하고, 생산성을 향상시키는 데 그 목적이 있다.

제1도는 일반적인 암모니아 흡수식 시스템의 사이클도.

제2도는 종래의 프리쿨러 구성도.

제3도는 본 발명에 의한 프리쿨러 구성도.

제4도는 본 발명에 의한 내부삽입판으로서, (a)는 사시도, (b)는 평면도, (c)는 정면도, (d)는 측면도.

제5도는 본 발명에 의한 외부삽입판으로서, (a)는 사시도, (b)는 평면도, (c)는 정면도, (d)는 측면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

101 : 외부전열판 102 : 내부전열판

103 : 액냉매 입구 104 : 액냉매 출구

105 : 2상상태의 냉매 입구 106 : 냉매증기 출구

107 : 내부삽입판 107a : 벤딩부위

108 : 냉매증기 헤더 109 : 2상상태의 냉매 헤더

110 : 외부삽입판 111 : 윗판

112 : 핀

이하, 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도는 본 발명에 의한 암모니아 흡수식 시스템의 프리쿨러 구성도로서, 응축기(도면상에 미도시)로부터 응축된 액냉매가 유동하는 외부전열판(101)과, 증발기(도면상에 미도시)로부터 비등된 2상상태의 냉매가 유동하는 내부전열판(102)으로 구성된다.

상기 외부전열판(101)에는 액냉매 입구(103) 및 액냉매 출구(104)가 구비되고, 내부전열판(102)에는 2상상태의 냉매 입구(105) 및 냉매증기 출구(106)가 구비된다.

그리고, 상기 내부전열판(102)의 내측에는 제4도와 같이, 내부삽입판(107)이 삽입되는데, 상기 내부삽입판(107)은 전열면적을 넓히기 위해 "V"자 형태로 절곡되어 있고, "V"자의 벤딩부위(107a)가 내부전열판(102)의 내면과 접촉되어 있다.

상기 내부삽입판(107)은 냉매증기와 액냉매의 유로에 방해를 주지않는 높이를 갖으며, 냉매증기 헤더(108)와 2상상태의 냉매 헤더(109) 사이에 스폿용접(점용접)하여 구성한다.

또한, 상기 내부전열판(102)의 외측에는 제5도와 같이, 외부삽입판(110)이 삽입되는데, 상기 외부삽입판(110)은 윗판(111)에 다수의 핀(112)을 용접하여 구성한 것으로, 이를 내부전열판(102) 외표면에 끼워맞춤하게 된다.

이때, 핀(112)의 폭은 액냉매측의 유로의 폭과 같도록 하여 외부삽입판(110)의 윗판(111)에 용접되는 핀(112)들이 액냉매 유로를 여러 패스(pass)로 나누는 역할을 하도록 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 응축기로부터 응축된 액냉매는 외부전열판(101)의 액냉매 입구(103)를 통해 유입되어 내부전열판(102)의 상부로 들어오면 내부전열판(102)의 외부삽입판(110)에 의해 여러 패스(pass)로 분지되어 진다.

이후, 외부전열판(101)의 하부에 다시 모여 액냉매 출구(104)를 통해 토출된다.

한편, 증발기로부터 비등하여서 된 2상상태의 냉매는 2상상태의 냉매 입구(105)를 통해 내부전열판(102)으로 유입되어 그 내부를 유동하다가 냉매증기 출구(106)로 토출된다.

이러한 과정에서 응측기로부터 유입된 액냉매와, 증발기로부터 유입된 2상상태의 냉매간에 열교환 작용이 일어나게 되는데, 2상상태의 냉매는 상대적으로 고온인 액냉매로부터 열을 얻어 냉매증기가 되고, 액냉매는 더욱 과냉된다.

이때, 냉부전열판(102)의 내부에 삽입되는 내부삽입판(107)의 절곡부위(107a)가 내부전열판(102)의 내면과 접촉되어 있으므로 내부삽입판(107)의 내부를 흐르는 2상상태의 냉매와, 그 외부를 흐르는 액냉매간의 열전도에 의한 증발전열효과를 향상시킬 수 있고, 내부전열판(102)의 외부에 삽입되는 외부삽입판(110)에 의해 액냉매가 여러 패스(pass)로 분지됨으로써 전열면적이 증가하여 액냉매와 2상상태의 냉매간의 열교환 효율이 더욱 향상되는 것이다.

이와같이, 액냉매는 상부에서 하부로, 2상상태의 냉매는 하부에서 상부로 유동되도록 하여 열교환 효율이 좋은 Counter-flow 형태로 작동하도록 한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 프리쿨러를 판형으로 구성함으로써 길이, 방향, 폭 등을 자유자재로 조절하여 제작할 수 있고, 시스템의 안전운행에 영향을 주는 샌드(sand) 등의 물질을 제거해야 하는 불편함을 해소할 수 있어 제작성 및 생산성을 향상시킬 수 있으며, 또한 도일 효과를 갖는다고 할 때 불필요한 공간을 갖는 코일형에비해 그 크기를 소형화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 응축기로부터 응축된 액냉매와, 증발기로부터 비등된 2상상태의 냉매가 유입되어 서로 열교환을 하는 프리쿨러가 판형(plate type)으로 구성된 것을 특징으로 하는 흡수식 시스템의 프리쿨러 구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 프리쿨러는 응축기로부터 응축된 액냉매가 흐르는 외부전열판과, 증발기로부터 비등된 2상상태의 냉매가 유동하는 내부전열판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 흡수식 시스템의 프리쿨러 구조.
3. 제2항에 있어서, 상기 내부전열판에는 내측에 삽입되는 내부삽입판과, 외측에 삽입되는 외부삽입판이 구비된 것을 특징으로 하는 흡수식 시스템의 프리쿨러 구조.
4. 제3항에 있어서, 상기 내부삽입판은 전열면적을 넓히도록 "V"형으로 절곡되어 있고, 이 절곡부위가 내부삽입판의 내면과 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 흡수식 시스템의 프리쿨러 구조.
5. 제3항에 있어서, 상기 외부삽입판은 윗판과, 상부로부터 유입된 액냉매를 다수의 패스(pass)로 분지하기 위해 상기 윗판에 용접되는 다수의 핀으로 구성된 것을 특징으로 하는 흡수식 시스템의 프리쿨러 구조.
6. 제5항에 있어서, 상기 핀의 폭은 액냉매측 유로의 폭과 같은 것을 특징으로 하는 흡수식 시스템의 프리쿨러 구조.

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