KR100279875B1 - 흡수식 시스템의 발생기 칼럼 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡수식 시스템의 발생기 칼럼 구조에 관한 것으로서, 특히 시스템을 소형화하고, 내용적 및 무게를 줄이는 데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 약용액 유입구 및 토출구를 갖는 튜브 코일 형상의 SHD(Solution Heated Desorber)와, 배플 또는 충진재가 채워져 있는 에널라이저가 동일 직경의 원통형 몸체에 직렬로 형성되고, 전열관의 내부로 강용액이 흐르는 핀-튜브형 열교환기가 상기 SHD의 하부에 위치하며, 냉각액이 흐르는 튜브 코일이 원통의 내부에 위치한 형상의 정류기가 SHD 또는 에널라이저의 원통형 몸체에 평행하게 수직으로 설치된 것이다.

Description

흡수식 시스템의 발생기 칼럼 구조

본 발명은 냉매와 흡수제의 비등점차가 상대적으로 적어 냉매의 발생시 흡수제 성분도 일부 발생하게 되는 흡수식 냉난방 시스템에 관한 것으로, 특히 시스템의 크기를 소형화하기 위한 발생기 칼럼의 구조에 관한 것이다.

종래의 발생기 칼럼은 도 1 에 도시된 바와 같이, 열을 발생시키는 버너(도면상에 미도시)로부터 열을 전달받아 강용액으로부터 냉매증기와 약용액을 생성하는 발생기(1)와, 상기 발생기(1)로부터의 고온의 약용액과 강용액을 열교환시키는 SHD(Solution Heated Desorber)(2)와, 상기 발생기(1) 및 SHD(2)로부터 생성된 냉매증기를 강용액과 접촉시켜 강용액과 냉매증기간의 물질전달을 응용, 냉매증기의 농도를 높이는 에널라이저(3)와, 상기 에널라이저(3)로부터의 냉매증기와 냉각액을 열교환시켜 냉매증기의 순도를 극대화하는 정류기(4)가 원통형의 몸체에 일체로 구성된다.

상기 발생기(1)는 원통형의 몸체에 핀이 측면에 부착되어 있고, 버너가 그 측면을 가열하도록 되어 있으며, 원통 내부에는 배플이 구비되어 냉매의 유로를 구획하게 된다.

상기 SHD(2)는 튜브 코일형으로서, 발생기(1) 최하부에 약용액 유입구(2a)가 위치하고, 발생기(1) 상부에는 약용액 토출구(2b)가 위치한다.

또한, 발생기(1) 및 SHD(2)와, 에널라이저(3), 그리고 정류기(4)가 직렬로 연결되어 있다.

도면상의 →는 강용액의 흐름, ⇒는 약용액의 흐름, ▷는 냉매증기의 흐름을 나타낸다.

이와 같이 구성된 상태에서 버너에 의해 발생기(1)의 원통 측면이 가열되고, 이에 의해 배플을 따라 하강하는 강용액은 비등하여 냉매증기와 약용액 상태로 분리되며, 이 냉매증기는 배플을 따라 하강하는 강용액과는 반대로 배플을 따라 상승하게 되고, 반대로 하강하는 강용액과 접촉해 흡수제 성분을 빼앗겨 그 냉매 농도가 높아지게 된다.

한편, 상기 발생기(1)로부터 생성된 약용액은 발생기(1) 하부에 위치한 SHD(2)의 약용액 유입구(2a)로 유입되고, 코일 내부를 따라 상승하여 발생기(1) 상부에 위치한 SHD(2)의 약용액 토출구(2b)를 통해 토출된다.

이때, 발생기(1) 하부의 약용액은 시스템 내부에서 최고온이므로 코일 내부를 유동하면서 코일 외부의 강용액과 열교환작용을 하게 되며, 이에 의해 강용액에게 그 열을 빼앗기게 되어 온도가 저하된다.

에널라이저(3)는 그 내부에 배플 또는 충진재(packing material)가 채워져 있는 구조로서, 에널라이저(3) 상부로부터 강용액이 유입되면 에널라이저(3) 내부의 배플 또는 충진재를 따라 중력 방향으로 흐르게 되며, 발생기(1)로부터 생성된 냉매증기는 반대로 상승하면서 이 강용액과 접촉하여 흡수제 성분을 빼앗기고 냉매증기의 농도가 높아지게 된다.

이후, 에널라이저(3)로부터 농도가 높아진 냉매증기는 최상부에 위치한 정류기(4)로 유입된다.

상기 정류기(4)는 원통형의 몸체 내부에 코일형 튜브가 있는 구조로서, 상기 코일형 튜브 내로 냉각액이 순환하면서 에널라이저(3)로부터 상승하는 냉매증기 일부를 응축시켜 이 응축액을 에널라이저(3)로 흘러내리게 하는데, 냉매증기의 성분 중 흡수제가 먼저 응축하기 때문에 이 응축액은 흡수제 농도가 높게 되고, 상대적으로 냉매증기는 그 순도가 높아진 채 시스템의 다른요소(응축기)로 공급된다.

그러나 이러한 종래의 구조는 발생기 상부에 수직으로 에널라이저와 정류기가 직렬로 연결되어 있어 그 높이가 상당히 커지므로 일반 가정용 기기에는 적용이 어렵게 되어 현재 판매되고 있는 소형의 공냉 흡수식 기계에는 도 2 와 같은 구조의 발생기 칼럼이 적용되고 있다.

이는 정류기 구조를 제외하면 도 1 과 동일한 구조로서, 다만 정류기를 수직방향으로 세우지 않고 옆으로 부착한 경우이며 그 높이를 상당히 줄일 수 있는 잇점이 있다.

하지만, 발생기 칼럼의 높이가 줄어드는 대신 정류기 길이 만큼 폭이 길어지고, 정류기와 에널라이저가 병렬로 연결되므로 정류기 내부에서 냉매 증기의 일부가 응축되어 중력방향으로 떨어질 때 냉매증기와 이 응축액의 유동방향이 직각이 되며, 정류기에서 응축액과 냉매증기의 유동방향이 반대 방향일 때 가장 효율적인데 대해 효율이 상대적으로 저하된다.

또한, 원통형의 발생기를 적용함에 따라 내부의 용적 및 무게가 증가하며, 내용적이 큼으로 인해 냉매 충진량이 많아지는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 SHD와 에널라이저를 원통형의 몸체에 직렬로 형성하고, 발생기를 핀-튜브 열교환기로 구성하며, 정류기를 에널라이저와 수평하게 수직으로 설치함으로써 발생기 칼럼의 효율을 높이는 동시에 크기의 소형화를 이루는 데 그 목적이 있다.

도 1 은 종래의 발생기 칼럼 구성도.

도 2 는 종래의 발생기 칼럼의 다른 실시예 구성도.

도 3 은 본 발명에 의한 발생기 칼럼 구성도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

101 : SHD 101a : 약용액 유입구

101b : 약용액 토출구 101c : 용액 출구

101d : 증기 입구 102 : 에널라이저

103 : 핀-튜브형 발생기 104 : 정류기

105 : 기액분리기 105a : 증기관

105b : 액관 106 : 분배기

107 : 증기관 108 : 응축액 유로

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

도 3 은 본 발명에 의한 흡수식 시스템의 발생기 칼럼 구성도로서, 약용액 유입구(101a) 및 토출구(101b)를 갖는 튜브 코일 형상의 SHD(Solution Heated Desorber)(101)와, 배플 또는 충진재가 채워져 있는 에널라이저(102)가 동일 직경의 원통형 몸체에 직렬로 형성되고, 전열관의 내부로 강용액이 흐르는 핀-튜브형 발생기(103)가 상기 SHD(101)의 하부에 위치하며, 냉각액이 흐르는 튜브 코일이 원통의 내부에 위치한 정류기(104)가 SHD(101) 또는 에널라이저(102)의 원통형 몸체에 평행하게 수직으로 설치된다.

상기 핀-튜브형 발생기(103)는 종래의 발생기(1) 대신 설치되는 것으로, 강용액 유입측이 SHD(101)의 용액 출구(101c)와 연결되어 있고, 토출측에는 2상의 냉매를 기체와 액체로 분리하는 기액분리기(105)가 연결된다.

상기 기액분리기(105)에는 냉매증기를 이송하는 증기관(105a)과, 약용액을 이송하는 액관(105b)이 구비되며, 증기관(105a)은 SHD(101)의 증기입구(101d)에, 액관(105b)은 SHD(101)의 약용액 유입구(101a)와 연결된다.

또한, 상기 SHD(101)의 상단에는 상부로부터 하강하는 용액을 튜브 코일에 고르게 분배하기 위한 분배기(106)가 설치되고, 상기 정류기(104)에는 에널라이저(102)로부터 생성된 냉매증기를 공급하는 증기관(107)이 삽입된다.

그리고, 상기 정류기(104)의 하부에는 SHD(101) 또는 에널라이저(102)의 원통형 몸체와 연통되는 응축액 유로(108)가 구비된다.

도면상의 →는 강용액의 흐름, ⇒는 약용액의 흐름, ▷는 냉매증기의 흐름, ＞는 2상 냉매의 흐름을 나타낸다.

이하에서는 본 발명에 의한 작용을 설명하기로 한다.

먼저, 핀-튜브형으로 된 발생기(103)의 입구로 공급된 강용액은 버너(도면상에 미도시)에 의해 비등하여 2상의 냉매(냉매증기+약용액)가 되고, 이 2상의 냉매가 전열관 내를 유동하여 발생기(103) 출구를 통해 기액분리기(105)로 유입되며, 기액분리기(105)에서 냉매증기와 고온의 약용액으로 분리되어 냉매증기는 증기관(107)을 통해, 약용액은 액관(106)을 통해 SHD(101)로 유입된다.

상기 SHD(101)는 원통의 내부에 튜브코일이 위치한 구조로서, 상기 기액분리기(105)로부터 분리된 약용액은 약용액 유입구(101a)를 통해 유입되어 튜브코일 내를 흐르게 되고, 냉매증기는 증기입구(101d)를 통해 원통과 튜브코일의 사이로 상승하면서 유동하게 된다.

한편, 에널라이저(102)로부터 SHD(101)로 하강하는 강용액은 SHD(101)의 상단에 설치된 분배기(106)를 통해 골고루 분배되어 튜브코일의 표면을 적시면서 얇은 막 형태로 흐르게 되고, 고온의 약용액에 의해 가열되어 냉매증기를 발생시키게 된다.

이때, 증기입구(101d)를 통해 유입되어 상승하는 냉매증기는 튜브코일 바깥의 얇은 강용액막과 접촉하면서 그 순도가 높아진 상태로 에널라이저(102)로 유입되며, 강용액은 SHD(101) 하부의 용액출구(101c)를 통해 핀-튜브형 발생기(103)로 공급된다.

상기 에널라이저(102)로 유입된 냉매증기는 중력 방향으로 유동하는 강용액과 접촉하여 그 순도가 높아진 상태로 증기관(107)을 통해 정류기(104)로 유입되고, 강용액은 SHD(101)로 유동하게 된다.

상기 정류기(104)에는 상부에서 하부까지 증기관(107)이 삽입되어 있는 구조로서, 냉매증기는 이 증기관(107)을 따라 하강하다가 정류기(104) 하부의 증기관(107) 출구를 나와 다시 상승하면서 냉각액이 흐르는 코일의 외부에서 그 일부가 응축된다.

응축되는 냉매증기의 일부분은 흡수제 성분이 많아 코일 외부를 지나 정류기(104) 상부의 냉매증기 출구를 통해 토출되는 냉매증기는 상대적으로 그 순도가 높아지게 되는 것이다.

상기 정류기(104)로부터 생성된 응축액은 중력 방향으로 유동하여 코일 외부로 흘러내리고, 정류기(104) 하부의 응축액 유로(108)를 통해 에널라이저(102) 또는 SHD(101)로 유입되며, 이러한 과정은 시스템이 작동하는 동안 평형을 이루면서 반복된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 정류기를 수직으로 에널라이저와 평행하게 설치함으로써 시스템의 효율은 동일하게 유지하면서 높이를 낮출 수 있게 되고, 핀-튜브형 발생기를 적용함으로써 내용적과 무게를 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 약용액 유입구 및 토출구를 갖는 튜브 코일 형상의 SHD(Solution Heated Desorber)와, 배플 또는 충진재가 채워져 있는 에널라이저가 동일 직경의 원통형 몸체에 직렬로 형성되고,

   전열관의 내부로 강용액이 흐르는 핀-튜브형 열교환기가 상기 SHD의 하부에 위치하며,

   냉각액이 흐르는 튜브 코일이 원통의 내부에 위치한 형상의 정류기가 SHD 또는 에널라이저의 원통형 몸체에 평행하게 수직으로 설치된 것을 특징으로 하는 흡수식 시스템의 발생기 칼럼 구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 핀-튜브 열교환기의 토출측에는 2상의 냉매를 기체와 액체로 분리하는 기액분리기가 연결된 것을 특징으로 하는 흡수식 시스템의 발생기 칼럼 구조.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 SHD의 하부에는 핀-튜브 열교환기의 강용액 유입측에 연결되는 용액출구와,

   기액분리기의 증기관과 연결되는 증기입구가 구비된 것을 특징으로 하는 흡수식 시스템의 발생기 칼럼 구조.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 기액분리기의 증기관은 SHD의 증기입구에 연결되고,

   액관은 SHD의 약용액 유입구와 연결된 것을 특징으로 하는 흡수식 시스템의 발생기 칼럼 구조.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 SHD의 상단에는 상부로부터 하강하는 용액을 튜브 코일에 고르게 분배하기 위한 분배기가 설치된 것을 특징으로 하는 흡수식 시스템의 발생기 칼럼 구조.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 정류기에는 에널라이저로부터 생성된 냉매증기가 공급되는 증기관이 삽입된 것을 특징으로 하는 흡수식 시스템의 발생기 칼럼 구조.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 정류기의 하부에는 SHD 또는 에널라이저의 원통형 몸체와 연통되는 응축액 유로가 구비된 것을 특징으로 하는 흡수식 시스템의 발생기 칼럼 구조.

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