KR100340474B1 - 이중효과흡수냉동기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 고온발생기(GH)에서 발생된 냉매증기가 저온발생기(GL)의 열원으로서 사용되는 이중효과흡수냉동기에 있어서, 고온발생기(GH)의 출구에서의 액체레벨을 검출하는 액체레벨검출열교환기(XC)를 포함하여 이루어지고, 가동부와 기체밀봉부 및/또는 액체밀봉부를 필요로 하지 않아, 신뢰할만한 액체레벨의 검출이 장기간동안 달성될 수 있는 이중효과흡수냉동기가 제공된다. 액체레벨검출열교환기(XC)는 고온발생기(GH)의 출구부와 고온열교환기(XH)를 연결하는 용액배관내의 액체레벨에 따라 변하는 유효전열면적을 포함하여 이루어진다.

Description

이중효과흡수냉동기{DOUBLE EFFECT ABSORPTION REFRIGERATING MACHINE}
본 발명은 이중효과흡수냉동기에 관한 것으로, 특히 고온발생기의 출구부에서 액체레벨이 검출 가능한 이중효과흡수냉동기에 관한 것이다.
일반적으로, 흡수용액은 고온발생기내에서 농축된 다음, 저온발생기 또는 흡수기로 이송된다. 그러나, 고온발생기내의 압력이 저온발생기 및 흡수기내의 압력보다 매우 높기 때문에, 액체밀봉에 의해서는 배관내의 높은 압력을 유지할 수 없다. 종래에는, 고온발생기출구부의 액체레벨이 검출되고, 고온발생기의 출구부의 액제레벨이 소정범위내로 유지될 수 있도록 고온발생기내로 유입되는 액체량 또는고온발생기로부터 배출되는 액체량이 조절된다(예를 들면, 일본국특허공고 제 23541/83호).
제 6도는 액체레벨을 검출할 수 있는 플로트(float)형식의, 종래의 수압회로를 도시한다. [제 6도에서 저온 열교환기로부터 저온 열발생기로 연장되는 희석액라인(28)을 구비하지 않는] 시리즈플로우 사이클(series flow cycle), [제 6도에서 희석액라인(28)을 구비하는] 분기플로우 사이클(branch flow cycle), 또는 이중효과 사이클이 이러한 수압회로에 적용될 수 있다.
이러한 플로트형식에 있어서, 액체레벨을 검출하는데에 플로트(F)가 사용되고, 플로트(F)의 위치에 비례하여 신호가 발생되어, 이 신호에 따라, 조절밸브(34)를 이용하거나 용액펌프(SP)의 회전수를 제어함으로써 고온발생기(GH)내로 흐르는 액체량 또는 회석액량이 조절되거나, 조절밸브(미도시됨)를 이용하여 고온발생기(GH)로부터 배출되는 액체(농축액 또는 진한용액)량이 조절된다.
이 경우에 있어서, 플로트의 크기 및 부식에 관한 문제들이 발생한다. 또한, 플로트의 작동이 나빠진다. 통상적으로, 냉매제와 흡수제가 흡수냉동기내에 밀봉되어 수용되어 있기 때문에, 플로트를 수선하고자 할 때에는, 장치를 분해하여야 하는 어려움이 있다.
한편, 액체레벨검출에 전극을 사용하는 형식에 대해, 전극사이에 액체가 존재하는가의 여부에 따라 전극간의 도통(communication)이 ON 또는 OFF되며, 가동부를 필요로 하지 않는다. 그러나, 이 경우에 있어서, 고온에 대하여 (전극을 둘러싸는) 절연부의 신뢰성이 없다. 또한, 액체레벨이 ON/OFF제어에 의해 결정되기 때문에, 연속적인 제어를 행하는 것이 어렵다.
본 발명의 목적은 온도검출에 기초하여, 고온발생기에서 액체레벨을 검출하여, 상기된 종래의 문제점을 해결하고, 가동부 또는 기체밀봉부 및/또는 액체밀봉부를 필요로 하지 않아, 액체레벨의 신뢰성있는 검출이 장기적으로 달성될 수 있는 이중효과흡수냉동기를 제공하는 것이다.
전술된 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에 따르면, 흡수기, 저온발생기, 고온발생기, 응축기, 증발기, 저온열교환기, 고온열교환기, 용액펌프, 및 용액경로를 포함하여 이루어지는 이중효과흡수냉동기가 제공된다. 이 이중효과흡수냉동기는 또한 고온발생기와 고온열교환기를 연결하는 농축액 배관내의 농축액 또는 진한용액의 레벨에 따라 변하는 유효전열면적을 구비하는 액체레벨검출열교환기를 더욱 포함한다. 검출열교환기의 가열유체(heating fluid)는 배관내의 농축액으로 이루어진다. 검출열교환기의 가열된 유체(heated fluid)는 희석액 또는 묽은용액으로 이루어진다. 제 1온도센서가 검출열교환기의 입구와 출구에서 가열유체 및 가열된 유체중 하나의 온도를 검출한다. 제 2온도센서가 가열유체 및 가열된 유체중 나머지 하나의 온도를 검출한다. 제 1온도센서와 제 2온도센서에 의해 검출된 온도와, 검출열교환기의 상수에 기초하여 연산수단이 계산을 수행하여, 배관내의 농축액의 레벨을 나타내는 신호를 발생시킨다.
전술된 흡수냉동기에 있어서, 농축액 배관내에 소형배관이 연장되고, 용액펌프의 출구와 고온열교환기의 출구 사이의 용액경로내에 위치된 부분으로부터 고온열발생기로 소량의 희석액이 소형배관을 통해 흐르며, 제 1온도센서가 소형배관의입구부와 출구부에 각각 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 검출열교환기는 고온열교환기와 고온열발생기를 연결하는 희석액배관, 및 희석액배관내에 연장되는 소형배관을 포함하여 이루어지는 농축액배관을 포함하여 이루어지고, 소형배관을 통해 고온발생기로부터 고온열교환기로 소량의 농축액이 흐르며, 제 1온도센서가 소형배관의 입구부와 출구부에 각각 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명은 또한 고온발생기에서 발생된 냉매증기가 저온발생기의 열원으로 이용되는 이중효과흡수냉동기에 있어서, 고온발생기의 출구부에서 용액의 액체레벨을 검출하는 방법을 제공한다.
본 방법은 고온발생기의 용액출구부와 고온열교환기를 연결하는 농축액배관내의 농축액의 레벨에 따라 변하는 유효전열면적을 구비하는 액체레벨검출열교환기를 제공하는 단계를 포함하여 이루어진다. 검출열교환기는 두 열교환유체중 하나의 유량이 다른 유체의 유량보다 훨씬 작도록 구성되어, 하나의 유체가 상기 검출열교환기내에서 큰 온도차를 구비하고, 나머지 하나의 유체의 온도는 작은 정도로 변한다. 본 방법은, 하나의 유체는 용액펌프의 출구와 고온열교환기의 출구 사이의 용액경로내의 일부분으로부터 배출되어, 상기 검출열교환기를 통해 고온발생기로 흐르는 희석액이고, 나머지 하나의 유체는 고온발생기로부터 검출열교환기를 통해 상기 고온열교환기로 흐르는 농축액인 상태에서 검출열교환기를 작동시키거나; 하나의 유체는 고온발생기로부터 검출열교환기를 통해 고온열교환기로 흐르는 농축액의 일부이고, 나머지 하나의 유체는 고온열교환기로부터 검출열교환기를 통해 고온발생기로 흐르는 희석액인 상태에서 검출열교환기를 작동하는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 방법은 또한, 검출열교환기를 통과하는 하나의 유체의 온도차이를 지시하는 신호를 발생시키는 단계; 검출열교환기를 통과하는 나머지 하나의 유체의 온도를 지시하는 신호를 발생시키는 단계; 및 하나의 유체의 온도차이를 지시하는 신호, 나머지 하나의 유체의 온도를 지시하는 신호, 및 검출열교환기의 상수를 사용하는 계산에 기초하여 액체레벨을 검출하는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따르면, 소형배관을 경유하여 전달되는 열전달량이 액체와 증기사이에서 현저히 다르다는 사실을 고려하여, 액체레벨에 따라 변하는 유효전열면적을 구비하는 액체레벨검출열교환기가 제공되어, 액체레벨검출열교환기내로 유입되고 배출되는 농축액 또는 희석액의 온도차이를 검출함으로써 고온발생기의 출구부에서 액체레벨이 검출된다.
고온발생기의 출구부에서 액체레벨이 이러한 방식으로 검출되고, 검출된 액체레벨에 기초하여, 고온발생기내로 유입되는 액체량 또는 고온발생기로부터 배출되는 액체량을 조절함으로써, 고온발생기의 출구부에서의 액체레벨이 소정범위내로 유지되고, 이에 의해 부하변동에 따라 효과적인 성능을 달성할 수 있다.
다음에, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태가 더욱 상세하게 설명된다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시형태에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 이중효과흡수냉동기의 수압회로를 도시한다. 제 1도에 있어서. 수압회로는 흡수기(A), 저온발생기(GL),고온발생기(GH), 응축기(C), 증발기(E), 저온열교환기(XL), 고온열교환기(XH), 용액펌프(SP), 냉매펌프(RP), 냉동부하(cooling load)에 연결되는 냉수배관(1), 냉각수배관(2, 3), 열원배관(4), 온도센서 (5), 출력제어기(6), 냉매배관(10-13), 희석액배관(21, 22, 22', 23, 28), 농축액배관(24-27), 컴퓨터 (30), 및 밸브(32, 34)로 이루어진다.
제 2도 내지 제 5도에 확대되어 도시된 바와 같이, 고온발생기(GH)와 고온열교환기(XH) 사이에 연장되는 배관(23 또는 26)과 관련되어 액체레벨검출열교환기(XC)가 배치된다.
제 2도에 있어서, 액체레벨검출열교환기(XC)는 농축액배관(26)에 접합되고, 희석액배관(22)으로부터의 바이패스(bypass; 22')와 배관(23)을 연결하는 내부의 소형배관(29)을 구비한다. 또한, 소형배관(29)의 입구와 출구에서 희석액의 온도(T1, T2)를 측정하는 온도센서와, 열교환기(XC)의 온도(T)를 측정하는 온도센서가 마련된다.
제 3도에 있어서, 액체레벨검출열교환기(XC)는 농축액배관(26)에 접합되며, 내부의 소형배관(29)을 구비한다. 소량의 희석액이 배관(23)으로부터 액체레벨검출열교환기를 통해 고온발생기(GH)로 흐른다. 온도센서는 소헝배관(29)의 입구와 출구에 배치되어 소형배관(29)의 유구와 출구에서 희석액의 온도(T1, T2)를 측정하고, 온도센서가 열교환기(XC)의 온도(T)를 측정하도록 배치된다.
제 4도는 제 2도 및 제 3도와 유사하지만 도 2에 도시된 부분의 변형을 도시한다. 제 4도에 있어서, 액체레벨검출열교환기(XC)는 농축액배관(26)에 접합되고, 내부의 소형배관(29)을 구비한다. 소량의 희석액이 고온열교환기(XH)내의 용액경로의 일부분으로부터 검출열교환기(XC)를 통해 고온발생기(GH)로 흐른다. 온도센서는 소형배관(29)의 입구 및 출구에 배치되어 소형배관(29)의 입구와 출구에서 희석액의 온도(T1, T2)를 측정하고, 검출열교환기(XC)의 입구와 출구에서 농축액의 온도(T)를 측정하도록 온도센서가 배치된다.
제 5도는 제 2도와 거의 유사하지만, 제 5에 있어서는 액체레벨검출열교환기(XC)가 희석액배관(23)에 접합된다. 희석액배관(23)은 고온열교환기와 고온발생기(GH)를 연결한다. 소형배관(29', 26')이 농축액배관(26)의 바이패스파이프(bypass pipe)를 형성한다.
본 발명에 따른 제 2도에 도시된 구성에 의해, 농축액배관(26)내에 위치된 소형배관(29)을 통과하는 희석액의 온도증가로부터 고온발생기의 출구부의 농축액배관(26)내이 액체레벨에 관한 신호가 얻어진다. 이 신호에 따라, 발생기내로 흐르는 액체량을 조절하도록 용액펌프(SP)의 회전수가 조절되고, 이에 의해 액체레벨을 제어한다.
대안적으로, 전술된 신호에 따라, 용액펌프용 제어밸브가 발생기내로 흐르는 액체량을 조절하도록 조절되어 액체레벨을 조절할 수도 있고, 또는 고온발생기로부터 배출되는 농축액의 양을 조절하도록 고온농축액라인내에 제어밸브가 배치되어 액체레벨을 제어할 수도 있다.
제 2도는, 소형배관을 통과하는 희석액의 온도변화와 액체레벨에 따라 농축액과 희석액에 대한 유효전열면적이 변한다는 사실에 의해 배관내의 액체레벨이 검출되는 예를 도시한다. 즉, 농축액이 없는 영역에서는 소형배관내의 희석액이 증기에 의해 둘러싸인다. 이 경우에 있어서, 증기로부터의 열전달은 농축액으로부터의 열전달보다 매우 적기 때문에, 농축액이 존재하지 않는 영역에서는 열전달이 행해지지 않는다고 할 수 있다.
열교환부에서의 유량에 관해, 농축액의 유량이 바이패스된 희석액의 유량(G)보다 매우 크기 때문에, 농축액의 온도(T)는 변하지 않는다고 할 수 있다. 이로 인해, 농축액의 온도(T)와 희석액의 평균온도[Tm=(T1+T2)/2]의 차이에 해당하는 열전달량(δQ)이 얻어진다. 즉,
δQ = UπdL(T-Tm)
여기서, U는 열투과율 또는 열전달율이고, d는 소형배관의 직경이며, L은 유효전열길이이다.
한편, 온도가 입구온도(T1)로부터 출구온도(T2)로 변할 때, 바이패스된 희석액의 온도변화는 다음과 같다.
δQ = GC(T2-T1)
여기서, G는 바이패스된 희석액의 유량이고, C는 희석액의 비열이다.
앞의 식으로부터, 유효전열길이(L)가 다음식으로 나타내어진다.
L = (GC/Uπd) ×(T2-T1)/(T-Tm)
= K(T2- T1)/(T - Tm)
입구온도(T1)가 평균온도(Tm)를 대신하여 사용되면, 열교환기의 온도효율이 얻어질 수 있다.
대략, L = K이고, 유효전열면적이 전길이를 통해 연장될 때 값(L)과 유효 전열길이(L0= K 0) 사이의 비, 족 L/L0=/ 0가 액체레벨을 나타내는 신호로서 사용될 수 있다.
제 5도는 희석액배관(23')내에 배치된 소형배관(29')을 통과하는 농축액의 온도차이로부터 액체레벨이 결정되는 예를 도시한다.
이 경우에 있어서, 고온발생기(GH)로부터 바이패스된 농축액은 소형배관(29')내로 유입된 다음, 바이패스된 농축액은 농축액배관(26)으로 복귀된다. 농축액 및 희석액에 대한 유효전열면적은 액체레벨에 따라 변하고, 이에 의해 열전달량이 변화된다. 즉, 농축액이 없는 영역에서는, 소형배관내의 증기가 희석액에 의해 둘러싸인다. 이 경우에 있어서, 증기로부터의 열전달은 농축액으로부터의 열전달보다 매우 작기 때문에, 농축액이 존재하지 않는 영역에서는 열전달이 일어나지 않는다고 할 수 있다.
열교환부에서의 유량에 관해, 희석액의 유량이 바이패스된 농축액의 유량(G)보다 매우 크기때운에, 희석액의 온도(T)는 변하지 않는다고 할 수 있다. 이로 인해, 희석액의 온도(T)와 농축액의 평균온도[Tm=(T1+T2)/2]의 차이에 해당하는 열전달량(δQ)이 얻어진다 즉,
δQ = UπdL(Tm-T)
여기서, U는 열투과율, d는 소형배관의 직경이고, L은 유효전열길이이다.
한편, 온도가 입구온도(T1)에서 출구온도(T2)로 변할때, 바이패스된 농축액의 온도변화는 다음과 같다.
δQ =GC(T1- T2)
앞의 식으로부터, 유효전열길이(L)가 다음식으로 나타내어진다.
L = (GC/Uπd)×(T1- T2)/(Tm-T)
= K(T1-T2)/(Tm-T)
입구온도(T1)가 평균온도(Tm)를 대신하여 사용되면, 열교환기의 온도효율이 얻어질 수 있다.
대략, L=K이고, 유효전열면적이 전길이를 통해 연장될 때 값(L)과 유효전열길이(L0=K 0) 사이의 비, 즉 L/L0=/ 0가 액체레벨을 나타내는 신호로서 사용될 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 고온발생기의 출구부에서의 액체레벨이 온도변화에 의해 결정되기 때문에, 가동부 또는 기체밀봉부 및/또는 액체밀봉부를 제공할 필요가 없고, 그 결과로 신뢰성있는 액체레벨검출이 장기간 달성될 수 있다.
제 1도는 본 발명에 따른 이중효과흡수냉동기의 수압회로도,
제 2도는 제 1도의 부분확대도,
제 3도는 제 2도의 부분변형도,
제 4도는 제 2도의 다른 부분변형도,
제 5도는 제 1도의 다른 부분확대도, 및
제 6도는 종래의 이중효과흡수냉동기의 수압회로도이다.

Claims (4)

  1. 흡수기(A), 저온발생기(GL), 고온발생기(GH), 응축기(C), 증발기(E), 저온열교환기(XL), 고온열교환기(XH), 및 용액펌프(SP)를 포함하여 이루어지는 이중효과흡수냉동기에 있어서,
    상기 고온발생기(GH)와 상기 고온열교환기(XH)를 연결하는 농축액배관(26, 29')내의 농축액의 레벨에 따라 변하는 유효전열면적, 상기 배관(26, 29')내의 농축액으로 이루어진 가열유체, 및 희석액으로 이루어진 가열된 유체를 구비하는 액체레벨검출열교환기(XC);
    상기 액체레벨검출열교환기(XC)의 입구와 출구에서 상기 가열유체 및 가열된 유체중 어느 하나의 온도(T1, T2)를 검출하는 제 1온도센서;
    상기 가열유체 및 상기 가철된 유체중 나머지 하나의 온도(T)를 검출하는 제 2온도센서; 및
    상기 제 1온도센서와 제 2온도센서에 의해 검출된 온도(T1, T2, T), 및 상기 검출열교환기(XC)의 상수에 기초하여 계산을 수행하여, 상기 배관(26, 29')내의 농축액의 레벨을 지시하는 신호를 발생시키는 연산수단(30)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중효과흡수냉동기.
  2. 제 1항에 있어서,
    소형배관(29)이 상기 농축액배관(26)내에 연장되고, 상기 희석액의 소량이 상기 소형배관(29)을 통해 상기 용액펌프(SP)의 출구와 상기 고온열교환기(XH)의 출구 사이의 용액경로내에 위치된 일부로부터 상기 고온발생기(GH)로 흐르며, 상기 제 1온도센서는 상기 소형배관(29)의 입구부와 출구부에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 이중효과흡수냉동기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 검출열교환기(XC)는 상기 고온열교환기(XH)와 상기 고온발생기(GH)를 연결하는 희석액배관(23' )을 포함하여 이루어지고,
    상기 농축액배관은 상기 희석액배관(23')내에서 연장되는 소형배관(29')을 포함하여 이루어지며,
    상기 농축액의 소량이 상기 소형배관(29')을 통해 상기 고온발생기(GH)로부터 상기 고온열교환기(XH)로 흐르며,
    상기 제 1온도센서가 상기 소형배관(29')의 입구부와 출구부에 배치되는 것을 특징으로 하는 이중효과흡수냉동기.
  4. 고온발생기(GH)에서 발생된 냉매증기가 저온발생기(GL)의 열원으로서 사용되는 이중효과흡수냉동기내의 상기 고온발생기(GH)의 출구부에서 용액의 액체레벨을 검출하는 방법에 있어서,
    상기 고온발생기(GH)의 상기 출구부와 고온열교환기(XH)를 연결하는 농축액배관(26, 29')내의 농축액의 레벨에 따라 변하는 유효전열면적을 구비하고, 두 열교환유체중 하나의 유체의 유량이 나머지 하나의 유체의 유량보다 매우 작도록 구성되어, 이에 의해 상기 하나의 유체는 큰 온도차(T2-T1)를 구비하고, 나머지 하나의 유체의 온도(T)는 소량만 변하는 액체레벨검출열교환기(XC)를 제공하는 단계;
    상기 하나의 유체는 용액펌프(SP)의 출구와 상기 고온열교환기(XH)의 출구사이의 용액경로내의 일부분으로부터 배출되어, 상기 검출열교환기(XC)를 통해 상기 고온발생기(GH)로 흐르는 희석액이고, 상기 나머지 하나의 유체는 상기 고온발생기(GH)로부터 상기 검출열교환기(XC)를 통해 고온열교환기(XH)로 흐르는 농축액인 상태에서 상기 검출열교환기(XC)를 작동시키거나, 또는 상기 하나의 유체는 고온발생기(GH)로부터 상기 검출열교환기(XC)를 통해 고온열교환기(XH)로 흐르는 농축액의 일부이고, 상기 나머지 하나의 유체는 상기 고온열교환기(XH)로부터 상기 검출열교환기(XC)를 통해 상기 고온발생기(GH)로 흐르는 희석액인 상태에서 상기 검출열교환기(XC)를 작동시키는 단계;
    상기 검출열교환기(XC)를 통과하는 상기 하나의 유체의 온도차(T2-T1)를 지시하는 신호를 발생시키는 단계;
    상기 검출열교환기(XC)를 통과하는 상기 나머지 하나의 유체의 온도(T)를 지시하는 신호를 발생시키는 단계; 및
    상기 하나의 유체의 온도차(T2-T1)를 지시하는 상기 신호, 상기 나머지 하나의 유체의 온도(T)를 지시하는 상기 신호, 및 상기 검출열교환기(XC)의 상수를 이용한 계산에 기초하여 상기 액체레벨을 검출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액체레벨검출방법.
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