KR100423682B1 - 개선된 희석 제어 장치를 구비한 흡수 냉각 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 흡수 냉각 시스템용 희석 제어 장치는 냉매 및 흡수제를 사용하는 형태이며, 재생기와, 응축기 저수조를 갖는 응축기와, 흡수기 저수조를 갖는 흡수기와, 증발기 저수조를 갖는 증발기를 포함한다. 적어도 하나의 냉매 저장고는 응축기 내에서 응축하는 냉매를 수용하며, 시스템 가동중지 공정의 희석 상 중에 시스템으로 방출되는 경우 가동중지 공정이 완료된 후 흡수기에 결정이 형성되는 것을 방지하기에 충분히 낮은 농도로 냉매-흡수제 용액의 농도를 낮추기에 충분한 냉매의 양을 저장하도록 배열된다. 냉매는, 시스템이 시간에 따라 변동하는 냉각 부하에 따라 가동될 때, 적어도 하나의 냉매 저장고로부터 1차 냉매 방출 경로를 거쳐 증발기 저수조로 가변 속도로 방출된다. 냉매는, 시스템이 가동중지될 때, 적어도 하나의 냉매 저장고로부터 1차 냉매 방출 경로 및 2차 냉매 방출 경로를 거쳐 증발기 저수조로 방출된다.

Description

개선된 희석 제어 장치를 구비한 흡수 냉각 시스템{ABSORPTION COOLING SYSTEM HAVING AN IMPROVED DILUTION CONTROL APPARATUS}

본 발명은 흡수 냉각 시스템(absorption cooling system)과 흡수 가열 및 냉각 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 흡수제의 결정이 시스템의 흡수기 내에 형성되는 조건을 발생시키지 않고도 시스템이 가동중지될 수 있도록 하기에 충분한 양의 추가적인 냉매를 가용 희석 시간 내에 이와 같은 시스템 내로 방출하는 희석 제어 장치에 관한 것이다.

흡수식 냉각 시스템에서, 흡수제는 공정용으로 적합한 냉매-흡수제 용액을 생성하기 위해 액체 냉매에서 용해된다. 이와 같은 시스템이 변화하는 냉각 부하 하에서 가동될 때, 시스템을 효율적으로 지속 운행하는 데 필요한 냉매의 양도 변한다. 결국, 이와 같은 냉매 저장고를 포함하는 냉매 조절 시스템을 구비한 냉각 시스템을 설치하고, 냉각 부하가 변화함에 따라 허용 가능한 농도 범위 내에서 용액의 농도를 유지하기에 필요한 만큼 냉매를 저장고에 저장하거나 저장고로부터 방출하는 것이 통례이다. 이 저장고는 시스템 응축기 내에 또는 근접하여 위치된 저수조의 형태를 종종 취한다.

상술한 형태의 냉각 모드 냉매 조절 시스템의 일예가 일본 도쿄에 소재한 에바라 엘티디(Ebara Ltd.)에 양도된 무심사 일본 출원 제62-178858호에 설명되어 있다. 상기 출원에는 시스템 응축기와 시스템 증발기 사이의 액체 냉매의 중력 유동이 흡수기를 떠날때의 용액 온도와 같은 시스템의 감지 조건에 응답해서 제어되는 흡수 장치가 개시되어 있다. 액체 냉매용 저장고가 응축기의 내측에 마련되며 냉매는 정상 가동 조건 하에서 1차 유동로를 거쳐 증발기로 공급된다. 냉매량의 증가를 요구하는 조건이 감지되면, 응축기로부터 증발기로 추가적인 냉매를 공급하는 제2 유동로가 개방된다.

냉매 조절 시스템의 다른 예는 본 발명과 함께 양도되고 본 명세서에서 인용된 1999년 2월 4일 출원된 미국 특허 출원 제09/244,910호에 개시되어 있다. 이 출원에는 응축기 저수조(sump)와는 별개이고 냉매 공급 라인을 거쳐 충전되는 보유 탱크에 냉매가 저장된 흡수식 기구가 개시되어 있다. 원하는 냉매 농도는 추가적인 냉매 요구에 대한 감지 신호에 응답하여 마이크로프로세서의 제어 하에 보유 탱크로부터 냉매를 방출함으로써 유지된다.

특히, 흡수식 냉동 장치용으로 제조된 냉매 조절 시스템의 일예가 미국 특허 제5,806,325호(후루카와 등)에 개시되어 있다. 이 특허에서는 냉매 방출 속도가 냉매 응축 속도의 함수 그리고 결과적으로 냉매가 지지해야만 하는 냉각 부하의 함수로서 변화할 수 있도록 하는 일렬의 구멍을 구비한 댐(dam)에 의해 저장고가 응축기 내에 형성된 흡수식 냉동 장치가 개시되어 있다.

흡수식 냉각 시스템이 가동중지될 때, 흡수기 내의 흡수제-냉매 용액의 농도를, 흡수제의 결정이 내부에 형성되는 것을 방지하기에 충분히 낮은 수치로 희석시키거나 저감시키기에 충분한 냉매의 양을 희석 시간으로 알려진 시간 내에, 시스템으로 방출하는 것이 필요하다. 가동중지 공정 동안에 이 용액을 희석하는 것은 시스템의 희석 사이클로 공지되어 있다. 본 발명 이전에는, 시스템이 그 희석 사이클을 완료할 수 있도록 하는데 필요한 추가적인 냉매는 두 방식중 하나에 의해 제공되었다. 그 중 첫 번째는 추가적인 냉매를 특별히 마련된 저장 탱크로부터 펌핑하는 것이었다. 그러나, 이런 접근법은 이와 같은 저장 탱크를 제공하는 비용면에서 뿐만 아니라 관련 펌프 및 펌프 제어 회로를 제공하는 비용면에서도 비효율적이다.

희석 공정을 완료하는 데 필요한 추가적인 냉매를 제공하는 두 번째 방식은 냉각 모드 냉매 조절 시스템의 일부로서 사용되는 냉매 저장고 또는 탱크의 내용물을 시스템으로 방출하는 것이었다. 그러나, 이런 시스템 희석 방식은 그 용도가 제한되는 결점을 갖는다. 즉, 냉각 모드 냉매 조절 공정 동안에 냉매가 방출되는 저장고 출구 및 파이핑이 너무 작아서 희석 공정을 완료하는 데 필요한 냉매가 가용 희석 시간 내에 방출될 수 없다는 것이다. 결국, 방출된 냉매는 흡수기 내에 결정이 형성되는 것을 방지하기에 충분히 빠르게 흡수제-냉매 용액과 혼합되지 않을 수 있다.

상술한 단점은 가동중지 조건의 발생을 감지하고 냉매가 증발기 내로 방출되는 속도를 제어 가능하게 증가시키는 밸브를 개방하는 회로를 제공함으로써 극복될 수는 있지만, 이와 같은 회로와 밸브를 제공하는 것은 냉각 시스템의 가동중지부의 비용을 사실상 증가시킨다. 이와 같은 제어 회로 및 밸브를 제공하는 것은 또한 시스템을 더욱 복잡하게 함으로써 전체적인 신뢰성을 감소시키는 고장 모드(failure mode)를 불러 일으키게 된다.

전술한 관점에서, 본 발명 이전에는, 시스템이 가동중지된 후에 흡수기 내에 결정이 형성되는 것을 방지하기에 가용 희석 시간 내에 흡수 냉각 시스템으로 충분한 양의 냉매를 방출하는 간단하고 효율적인 방식을 필요로 하고 있었다.

도1은 공지된 형태의 2단 흡수 기구의 단순 개략도.

도2는 본 발명에 의해 고안된 형태의 희석 제어 장치를 포함하도록 제조된 도1에 도시된 형태의 흡수 기구의 단순 개략도.

도3은 도2에 도시된 흡수 기구의 배면도.

도3a는 전방판이 제거된 상태의 도3에 도시된 흡수 기구의 출구 상자의 일부에 대한 부분 확대 절취도.

도4는 응축기 셸의 전방부 및 상부와 출구 상자가 제거된 상태의 도3의 흡수 기구의 단순 사면도.

도5는 도3의 흡수 기구의 배면 외측 사면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 흡수 시스템

20 : 증발기

30 : 흡수기

33 : 용액 입구 라인

34 : 흡수기 저수조

36 : 용액 펌프

39 : 분무 헤드

40, 80 : 공통 셸

50 : 고온 재생기

52 : 용액 입구 라인

53 : 열 공급원

54, 64 : 증기 라인

55 : 제1 저온 용액 열 교환기

56 : 용액 출구 라인

57 : 제2 고온 용액 열 교환기

60 : 저온 재생기

70 : 응축기

본 발명에 따르면, 시스템이 가동중지된 후 흡수기 저수조에 결정이 형성되는 것을 방지하기에 충분한 양의 냉매를 가용 희석 시간 내에 시스템으로 방출하는 간편하고도 효율적인 방식을 제공하는 개선된 희석 제어 장치를 제공한다.

일반적으로, 본 발명은 응축기와 함께, 가동중지 공정의 희석 상 중에 시스템으로 방출되는 경우, 시스템이 냉각 모드에서 정상적으로 가동될 때 용액이 가질 수 있는 농도의 범위 내에 있는 농도로부터 시스템이 가동중지된 후 흡수제의 결정이 흡수기 내에 형성되는 것을 방지하기에 충분히 낮은 농도까지 용액의 농도를 낮추기에 충분한 양의 냉매를 저장하기에 충분한 저장 용량을 갖는 1차 냉매 저장고를 포함한다. 시스템이 냉각 모드에서 가동될 때, 냉매는, 1차 저장고의 일 단부에 위치되고 냉매가 1차 저장고로부터 증발기 저수조로 방출될 수 있는 적어도 하나의 (양호하게는 두 개의) 유동 경로를 한정하는 댐과 같은 1차 냉매 장벽부를 포함하는 1차 냉매 방출 구조물을 거쳐 저장고로부터 방출된다. 이들 유동 경로는 시스템이 이것에 의해 수행되는 냉각 부하로 변동하는 대신 효율적으로 가동될 수 있도록 하기에 충분한 속도로 냉매가 시스템에 공급되도록 한다. 본 발명의 양호한 실시예에서, 이들 두 개의 유동 경로를 따라 유동하는 냉매는 출구 상자에서 혼합되어 단일 주 배수 파이프를 거쳐 증발기로 공급된다.

본 발명은 또한 시스템이 냉각 모드에서 가동될 때 냉매를 증발기 저수조로 방출하지 않지만, 시스템의 상태가 시스템이 가동중지되고 있음을 지시할 때, 즉 희석 사이클이 진행중일 때, 냉매를 증발기 저수조로 방출하는 2차 냉매 저장고 및 2차 냉매 방출 구조물을 포함한다. 결국, 2차 저장고 및 2차 냉매 방출 구조물은 냉매가 희석 사이클 동안에 시스템으로 방출되는 속도를 증가시킴으로써, 가동중지 공정이 완료된 후 결정이 흡수기 내에 형성되는 것을 방지한다.

본 발명의 모든 양호한 실시예에서, 2차 냉매 저장고는 1차 냉매 저장고의 말단에 위치되어 이것과 양방향 유체 연통되도록 배열된다. 이것은 2차 저장고의 냉매의 레벨이 1차 저장고의 냉매의 레벨에 따라 승강할 수 있도록 한다. 2차 냉매 방출 구조물은 양호하게는 가동중지 중에 냉매가 증발기로 방출되게 되는 속도에 따라 달라지는 크기를 가진 구멍을 포함한다. 이 구멍을 거쳐 방출된 냉매는 양호하게는 1차 배수 파이프와 분리된 2차 배수 파이프를 거쳐 증발기 저수조로 향한다.

본 발명에 따르면, 2차 냉매 방출 수단은 희석 사이클이 시작됨에 따라 2차 냉매 저장고에 저장된 냉매를 방출하기 시작하도록 배열된다. 이것은 2차 배수 파이프를, 희석 사이클이 진행하지 않을 때 제2 배수 파이프를 거쳐 냉매가 유동하는 것을 차단하도록 폐쇄되어 있지만 희석 사이클이 진행중인 때에는 냉매의 유동을 차단하지 않도록 개방되는 적절한 차단 장치를 거쳐, 증발기 저수조에 연결함으로써 달성된다. 상기 차단 장치는 예컨대, 냉매 펌프의 가동중지 또는 가동중지를 수반하는 냉매 펌프의 배출 압력 감소에 반응하는 제어 회로에 의해 적극적으로 작동하는 솔레노이드 또는 압력 작동식 밸브와 같은 밸브를 포함할 수 있다. 2차 배출 라인이 냉매 펌프의 배출 라인을 거쳐 증발기 저수조에 연결되면, 이 차단 장치는 가동중지를 수반하는 냉매 펌프의 배출 압력 감소에 의해 자동적으로 가동되는 체크 밸브와 같은 밸브를 포함할 수 있다. 모든 이와 같은 차단 장치와 그 등가물은 본 발명의 범위 내에 있다.

본 발명의 양호한 실시예에서, 2차 냉매 방출 구조물이 냉매를 2차 배수 파이프로 방출하는 구멍은 1차 냉매 방출 구조물이 냉매를 1차 배수 파이프로 방출하는 구멍에 근접해서 위치된다. 이런 근접 위치는 1차 및 2차 냉매 방출 구조물이 단일 출구 상자의 서로 다른 개별 부분을 거쳐 그들 각각의 배수 파이프로 냉매를 방출할 수 있도록 한다. 이와 같은 형태의 실시예는 별개의 출구 상자를 사용하는실시예에서 보다 설치 비용이 저렴하다는 장점이 있다. 이런 형태의 실시예에서, 출구 상자에는 이들 두 부분을 서로에 대해 유체적으로 이격된 상태로 유지하는 격리부가 마련된다.

본 발명의 모든 양호한 실시예에서, 1차 및 2차 냉매 저장고는 증발기 저수조 상부에 위치됨으로써, 중력의 힘으로 그 저장고로부터 증발기 저수조로 냉매가 그곳으로 펌핑되지 않고도, 즉 유동할 수 있도록 한다. 이들 실시예에서, 1차 냉매 저장고는 응축기에 위치되며 그 저수조를 포함한다. 그러나, 소정의 경우, 본 발명의 냉매 저장고는 응축기와는 별개인 탱크를 포함할 수 있으며, 이것은 펌핑되지 않고도 응축기 내에서 응축되는 냉매로 충전되고 펌핑되지 않고도 증발기 내로 흘러들어 가도록 위치된다고 가정된다.

유리하게는, 본 발명의 냉매 제어 장치의 간편성은 이것이 널리 사용되는 형태의 흡수 냉각 시스템에 적용될 수 있도록 한다. 예컨대, 이것은 연속 또는 평행 흡수 사이클을 사용하는 냉각 시스템에 적용될 수도 있다. 이것은 또한 단일, 이중 또는 삼중 효력 흡수 사이클중 임의의 것을 사용하는 가열 및 냉각 시스템에도 적용될 수 있다.

본 발명의 위와 같은 그리고 다른 목적을 보다 이해하기 위해서, 첨부 도면과 관련하여 설명된 다음과 같은 발명의 상세한 설명을 참조하기로 한다.

도1을 참조하면, 기술 분야에서 공지된 한 형태, 본 경우에는 2단 연속 사이클 냉각 시스템인 흡수 냉각 시스템(10)의 단순 개략도가 도시되어 있다. 다른 형태의 흡수 냉각 시스템은 보다 많거나 적은 단계를 사용할 수 있으며, 냉각 모드 및 가열 모드 모두에서 가동 가능할 수 있으며, 연속 사이클보다는 평행 사이클을 사용할 수도 있다. 따라서, 도1의 냉각 시스템은 본 발명에 대한 설명을 위해 사용될 수 있는 많은 종류의 흡수 시스템 중에서 단지 예시적인 하나를 포함하고 있음을 알아야 한다. 이하에서 보다 충분하게 설명하는 바와 같이, 본 발명의 희석 제어 시스템은 이런 형태의 흡수 시스템 중 임의의 것의 냉각부에 적용될 수 있다.

도1의 흡수 시스템(10)은 기상과 액상 모두에 존재하는 냉매와, 흡수제와, 냉매 내에 흡수제의 용액을 함유한 폐쇄된 유체 시스템을 포함한다. 다음 설명에서, 시스템(10)은 냉매로서의 물과 흡수제로서의 물에 대한 높은 친화성을 갖는 리듐 브롬화물을 사용한다고 볼 수 있다.

도1의 흡수 시스템(10)은 공통 셸(40) 내에 나란히 장착된 흡수기(30)와 증발기(20)를 포함한다. 시스템(10)은 또한 흡수제-냉매 용액으로부터 냉매 증기를 발생시키는 고온 재생기(50) 및 저온 재생기(60)와, 액체 냉매를 생성하기 위해 냉각 증기를 받아서 이것을 응축시키는 응축기(70)를 포함한다. 응축기(70)는 증발기(20)에 바로 인접해서 그 위에 위치되며, 공통 셸(80) 내에서 저온 재생기(60)와 나란히 배치된다.

시스템(10)이 냉각 모드에서 가동될 때, 응축기(70)로부터의 액체 냉매는 증발기(20)로 공급되며, 여기에서 액체 냉매는 기화되어서, 일반적으로 냉각되는 물인 유체로부터 열을 흡수한다. 냉각되는 물은 증발기를 거쳐 냉각수 라인(22)과 도시 안된 열교환기 조립체를 거쳐 옮겨진다. 증발기(20) 내에 발생된 기화된 냉매는 이것이 비교적 약한 용액을 형성하기 위해 비교적 강한 용액에 의해 흡수되는 곳인 격리부(P1)를 거쳐 흡수기(30)로 통과한다. 흡수 공정에서 발생한 열은 냉각수 라인(22)과 도시 안된 열 교환기 조립체를 거쳐 유동하는 냉각수에 의해 흡수기로부터 취해진다.

흡수기(30) 내의 용액은 흡수기 저수조(34)에 모이며 적절한 용액 펌프(36)에 의해 흡수기 저수조로부터 펌핑된다. 이 용액중 일부는 흡수기의 내부를 거쳐 분무 헤드(39)를 통해 재순환되어서 흡수 공정을 개선한다. 나머지 용액은 제1 저온 용액 열 교환기(55)와 제2 고온 용액 열 교환기(57)를 거쳐 통과해서, 그 용액 입구 라인(52)을 거쳐 고온 재생기(50)로 공급된다. 고온 재생기(50) 내의 용액이 적절한 열 공급원(53)에 의해 가열되면, 냉매 증기가 날아가서 증기 라인(54, 64)를 거쳐 저온 재생기(60)와 응축기(70)로 공급된다. 그 후 고온 재생기 내에 잔류하는 가열된 용액은 용액 출구 라인(56)을 거쳐 빠져 나와서 용액 입구 라인(33)을 거쳐 흡수기(30)로 공급된다. 도중에, 이 용액은 열 교환기(57), 밸브 개구(59), 저온 재생기(60)를 거쳐, 그 입구 및 출구 라인(62, 64)을 거쳐, 열 교환기(55)를 지나 통과해서 그 내부에 저장된 많은 열 에너지가 회복되도록 함으로써, 열 공급원(53)에 의해 공급되어야만 하는 열량을 저감시킨다. 도1에 도시된 기구에는 J자 튜브(67) 형상일 수 있는 유출 경로가 마련되며, 이를 통해서 저온 재생기(60) 내의 과잉 용액이 적절한 입구(37)를 거쳐 흡수기(30)로 공급될 수 있다.

격리부(P2)를 거쳐 저온 재생기(60)에 의해 응축기(70)로 방출되는 냉매 증기와 함께 증기 라인(54, 64)을 거쳐 응축기(70)로 방출되는 냉매 증기는 냉각수 라인(32)과 도시 안된 열 교환기를 거쳐 유동하는 냉각수에 의해 냉각된다. 이 증기는 응축되어서 응축기 저수조(74)에 모이는 액체 냉매를 형성한다. 응축기 저수조(74)로부터, 액체 냉매는 중력을 받으며 적절한 J자 형상의 튜브(75)와 냉매 입구 라인(23)을 거쳐 증발기(20)쪽으로 유동해서, 증발기 저수조(24)에 모인다.

액체 냉매는 적절한 냉매 펌프(26)에 의해 증발기 저수조로부터 펌핑되어서, 냉매 배출 라인(28)과 개구 판(27)을 거쳐 분무 헤드(29)로 공급되며, 분무 헤드는 증발기 챔버의 내부로 냉매를 분무한다. 그곳에서 이것은 격리부(P1)를 거쳐 흡수기(30)에 의해 그 내부에 유지된 저압의 결과로서 증발해서, 냉각수 라인(22)을 거쳐 유동하는 일반적으로는 물인 유체 상에 상술한 바와 같은 냉각 효과를 발생시킨다. 그 후 냉매 증기는 격리부(P1)를 거쳐 흡수기(30)의 내부로 통과하며, 이곳에서 용액 펌프(36)에 의해 흡수기 저수조(34)로부터 펌핑된 용액에 의해 흡수되고 분무 헤드(39)를 거쳐 그 위로 분무된다. 그 후 이것이 발생함에 따라 흡수기 저수조(34) 내에 모이는 용액은 분무 헤드(39)를 거쳐 순환되거나 고온 재생기(50)로 다시 향함으로서, 상술한 바와 같이, 사이클을 완료한다.

상술한 형태의 냉각 시스템은 기술 분야의 당업자에게는 공지되어 있기 때문에, 냉각 모드에서 도1의 시스템의 작업에 대해서는 더 이상 설명하지 않기로 한다. 도1의 시스템이 가열 모드에서 작업을 위해 개조될 수 있는 방식은 기술 분야의 당업자에게는 공지되어 있기 때문에, 가열 모드에서 도1의 시스템의 작업에 대해서는 더 이상 설명하지 않기로 한다.

시스템(10)이 그 냉각 모드에서 가동할 때, 냉매-흡수제 용액은 비교적 높은 농도, 즉 비교적 강하게 또는 냉매가 없는(refrigerant-poor), 그러나 냉각 부하에 따라 변동하는 농도 범위에 걸쳐 변화하는 농도를 갖는 것이 바람직하다. 보다 특별하게는, 용액의 농도는 시스템에 대한 냉각 부하가 증가함에 따라 증가하는 것이 바람직하다. 이와 같은 농도 증가는 양호하게는 냉각 부하가 증가함에 따라 액체 냉매가 용액으로부터 취출될 수 있도록(즉, 시스템 내의 활성 순환으로부터 취출될 수 있도록) 하는, 그리고 냉각 부하가 감소함에 따라 액체 냉매를 시스템으로 방출하는 냉각 모드 냉매 조절 시스템을 냉각 시스템에 제공함으로써 달성될 수 있다.

무심사 일본 출원 제62-178858호 및 미국 특허 제5,806,325호(후루카와 등)에 설명된 형태의 흡수 냉각 시스템에서, 냉매 조절 시스템은 냉매 조절 시스템의 일부를 형성하는 냉매 저장고를 포함하며, 응축기 저수조를 포함할 수 있다. 이런 응축기 저수조/저장고는 용액의 농도를 시스템에 대한 냉각 모드가 시간에 따라 변동하는 조건 하에서 최적 가동 효율을 보장하기에 필요하게 조절될 수 있기에 충분한 양의 액체 냉매를 저장하도록 설계된다. 이와 같은 조절은 냉매를 변화하는 부하 조건에 맞게 응축기 저수조/저장고로부터 증발기 저수조로 방출하거나 방출하지 않음으로써 이루어진다.

소정의 냉매 방출은 위에서 인용한 무심사 일본 출원에서 설명된 바와 같이 흡수기의 출구에서 용액의 온도와 같이 변화 가능한 시스템에 반응해서 제어 가능한 밸브 및 특별히 마련된 배수 라인에 의해 활발하게 달성될 수 있다. 원하는 냉매 방출은 저장고에 상기의 후루카와 특허에서 개시된 바와 같이 수직 배열된 방출 구멍 열과 유출 구조물을 포함하는 댐을 제공함으로서 수동적으로 달성될 수도 있다. 이런 형태의 조절 시스템은 상기 인용 문헌에 상세하게 설명되어 있기 때문에, 본 명세서에서는 더 이상 설명하지 않기로 한다.

상술한 형태의 냉매 조절 시스템은 냉각 시스템이 그 냉각 모드에서 활발하게 가동될 때 아주 합리적으로 가동되는 반면, 시스템이 완전히 가동중지되게 될 때에는 문제를 발생시킬 수 있다. 이것은 완전 가동중지가 시스템이 어렵지 않게 재시동할 수 있는 조건으로 있어야 할 것을 요구하기 때문이다. 특히, 시스템은 그 구성물중 어떠한 것도 흡수제의 결정에 의해 응고되지 않아야 한다는 조건으로 있어야만 한다. 이와 같은 결정은 용액에 가장 강하게 되는 곳인, 특히 흡수기 저수조, 용액 펌프 및 흡수기 분무 헤드와 같은 시스템의 부분에 쉽게 형성된다. 따라서, 시스템의 온도가 주변 온도로 떨어진 후에도 결정이 이들 부분에 형성되지 않도록 하기에 충분하게 그 내부의 용액을 희석시키기에 충분한 양의 냉매를 적절한 짧은 시간 내에 흡수기 내로 방출하는 것을 포함하는 가동중지 공정에 따라 시스템을 가동중지하는 것이 필요하다.

흡수기 내의 용액을 희석하는 상술한 가동중지 공정 부분은 희석 사이클로 공지되어 있으며, 희석 사이클이 완료되어야 하는 시간은 희석 시간으로 공지되어 있다. 냉매의 희석량 및 냉매가 방출되는 시간 모두 중요하다. 이것은 냉매가 너무 늦게 방출되어서 냉매와 흡수제 사이에 적절한 정도의 혼합을 발생시키지 않는다면 충분한 양의 희석 냉매에 의해서도 결정이 형성되도록 할 수 있기 때문이다. 이하에서 보다 상세히 설명하는 바와 같이, 본 발명의 희석 장치는 요구되는 양만큼의 희석 냉매가 방출되는 속도를 증가시킴으로써 그 양이 가용 희석 시간 동안 방출되도록 한다.

도2 내지 도5를 참조하면, 본 발명의 희석 장치의 일 실시예를 포함하는 흡수 냉각 시스템이 도시되어 있다. 도2 내지 도5에 도시된 냉각 시스템은 도1과 관련해서 설명된 것과 대체로 유사하고 유사한 기능 부분은 동일한 인용 번호에 의해 인용되고 있지만, 도3a에서 추가적인 냉매 저장고(100)를 포함한다는 것과, 희석 사이클이 진행 중이 동안에 희석 냉매가 증발기 저수조로 공급되는 속도를 함께 증가시키는 추가적인 냉매 방출 경로(110)를 갖는다는 것은 다르다. 보다 명료하게 하기 위해, 본 발명의 보관 저장고 및 냉매 방출 경로는 시스템의 냉매 조절부의 저장고와 냉매 방출 경로를 시스템의 1차 저장고 및 1차 냉매 방출 경로로 지칭하고 본 발명의 저장고 및 냉매 방출 경로를 시스템의 2차 저장고 및 2차 냉매 방출 경로로 지칭함으로써 구별하기로 한다.

도2 및 도3에 도시된 본 발명의 실시예의 1차 저장고는 응축기(70)의 내측에 위치되고 그 저수조(74)를 포함한다. 이 저장고는 응축기(70)의 하부를 포함하며 셸(80)의 장축을 가로질러 대체로 수직하게 연장된 댐(122)(도4에서 특히 명료하게 도시됨)과 셸(80)의 하부면에 의해 한정된 용량을 갖는다. 기술 분야의 당업자에게 명확한 바와 같이, 1차 저장고는 응축기(70)의 아래쪽이지만 증발기(20)의 위쪽에 위치된 개별 탱크(도시 안됨)도 포함할 수 있으며, 이 탱크는 액체 냉매가 중력을 받으며 응축기로부터 탱크로 그리고 탱크로부터 증발기로 유동하도록 위치된다고 가정한다. 이와 같은 개별 탱크를 제공하는 것으로 인한 추가 비용으로 인하여, 이런 종류의 저장고는 본 발명의 양호한 실시예에서는 사용되지 않는다.

도2 및 도3에 도시된 본 발명의 실시예의 1차 냉매 방출 경로는 일부가 냉매 배수 파이프(75) 및 냉매 수집 챔버(120)에 의해 한정되며, 냉매 수집 챔버(120)는 댐(122)에 근접한 응축기 셸(80)에 고정된 적절한 출구 상자(130) 내에 위치된다. 1차 냉매 방출 경로는 또한 양호하게는 두 개의 경로에 의해 한정되며, 액체 냉매는 이들 두 경로를 통해서 저장고(74)로부터 챔버(120) 및 배수 파이프(75)로 방출될 수 있다. 이들 방출 경로 중에서 첫 번째는 도3a의 구멍(125)과 같은 하나 이상의 구멍을 포함하며, 이들 구멍은 댐(122)에 근접한 응축기 셸(70)의 측벽의 일부를 관통해서 형성되고 출구 상자(130)의 챔버(120) 내로 개구된다. 냉매는 저장고(74)의 냉매의 깊이에 따라 달라지는 비교적 느린 속도로 이 경로를 거쳐 저장고(74)로부터 방출된다. 이 경로를 통한 냉매의 유동은 상술한 냉매 조절 공정과 관련되어 있으며, 시스템이 최대 속도 용량의 약 25% 내지 80% 사이에서 변화하는 냉각 부하에서 가동될 때 시스템의 효율적인 작업에 중요하다. 이들 방출 경로중 두 번째 것은 저장고(74)로부터 챔버(120)까지 댐(122)의 상부 너머로 연장된 경로를 포함한다. 이 경로를 통한 냉매의 유동도 또한 냉매 조절 공정과 관련되어 있으며, 시스템이 최대 속도 용량의 약 80%보다 큰 냉각 부하에서 가동될 때 중요하게 된다. 이들 형태의 냉매 방출 경로를 사용하는 것은 기술 분야의 당업자에게 공지된 것이므로, 본 명세서에서는 이들 경로에 대해서 상세히 설명하지 않는다.

도2 및 도3에 도시된 발명의 실시예의 2차 저장고는 응축기(70)에 인접해서 위치되며 응축기 셸(80)을 거쳐 적절한 구멍(105)을 통해 그 저수조(74)와 유체 연통한다. 이 저장고는 출구 상자(130)의 내부의 하부 좌측부, 즉 좌측판(130S1)과, 전방판(120F)과, 하부판(130B)과, 상자(130)의 내부를 두 개의 유체적으로 고립된 부분들로 구획하는 판(130P)에 의해 경계지어진 체적부에 위치된다. 아래에서 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 본 저장고는 적절하게는 파이프(112)의 내부 체적을 포함하는 것으로 여겨지며, 이 파이프를 통해서 챔버(100)는 가동중지 공정의 희석 공정 동안에 증발기(20)로 배수된다.

본 발명의 2차 냉매 방출 구조물은 2차 저장고(100) 및 증발기 저수조(24) 사이에 배치된 배수 조립체(110)를 포함한다. 도2 및 도3의 실시예에서, 이 조립체는 배수 파이프(112)와 밸브(114)를 포함하며, 냉매 펌프(26)의 배출 라인을 거쳐 증발기 저수조(24)에 연결된다. 시스템이 냉각 모드에서 가동될 때, 펌프(26)는 운행한다. 이런 조건 하에서 밸브(114)가 폐쇄됨으로써, 저장고(100)로부터 파이프(112)를 거쳐 냉매가 방출하는 것을 차단한다. 그러나, 시스템이 가동중지될 때, 펌프(26)는 꺼지게 되다. 이런 조건 하에서, 밸브(114)가 개방됨으로써 챔버(100)와 파이프(112) 내부의 냉매가 펌프(26)를 거쳐 증발기 저수조(24)로 유동하도록 한다. 본 발명에 따르면, 챔버(100) 및 구멍(105)의 크기와 파이프(112)의 직경 모두는 이들을 통해 증발기 저수조(24)로 방출되는 냉매의 양이 (1차 냉매 방출 경로의 파이프(75)를 거쳐 증발기 저수조(24)로 방출되는 냉매의 양에 첨가될 때) 시스템의 희석 사이클이 진행중인 동안 저수조(24)가 격리부(P1)를 통해 흡수기 저수조(34)로 유출되기에 충분히 높도록 선택되어야 한다. 이것은 다시 가동중지 공정이 완료될 때, 흡수기 내의 용액은 흡수제의 결정이 그 내부에 형성될 수 없도록 충분히 희석된다.

본 발명의 양호한 실시예에서, 밸브(114)는 펌프가 운행될 때 펌프(26)의 배출 압력에 의해 폐쇄된 상태로 유지되지만, 가동중지 공정 동안 펌프(26)가 꺼짐에 따라 배출 압력이 떨어질 때 자동적으로 개방되는 체크 밸브를 포함한다. 예컨대, 밸브(114)는 펌프(26)가 운행되어서 소정 값보다 큰 배출 압력을 발생시킬 때 2차 냉매 방출 경로를 차단하기 위해 상방으로 선회하지만, 펌프가 꺼져서 상기 압력을 유지할 수 없을 때 2차 냉매 방출 경로를 개방하기 위해 하방으로 선회하는 덮개 부재를 구비한 선회식 체크 밸브를 포함한다. 그러나, 밸브(114)는 펌프(26)의 배출 압력과 같은 압력에 반응하는 또는 펌프(26)의 온/오프(on/off) 상태나 속도에 반응하는 개별 제어 회로에 의해 전기적으로 작동되는 밸브도 포함한다. 모든 이와 같은 실시예와 그 등가물들은 본 발명의 고려 범위 내에 있다.

본 발명은 도2 내지 도4에 도시된 양호한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 다른 형상을 가진 많은 다른 실시예에 의해서 실시될 수도 있다. 예컨대, 양호한 실시예에서, 1차 및 2차 냉매 저장고 및 냉매 방출 구조물은 모두 단일 출구 상자(130)에 연결된다. 단일 출구 상자가 사용되는 것은 단지 제조 비용이 저렴하다는 것 이외에 다른 이유는 없다. 따라서, 본 발명에 따라 제조된 시스템은 1차 냉매 저장고 및 1차 냉매 방출 구조물과 함께 사용되는 것과 별개인 출구 상자를 사용하는 2차 냉매 저장고 및 2차 냉매 방출 구조물을 가질 수 있다.

또한, 2차 냉매 저장고에 저장된 냉매의 양은 파이프(122) 및 챔버(100) 내에 저장된 냉매의 양의 합과 같기 때문에, 챔버(100)의 크기는 임계적이지 않으며, 챔버(100)에 저장된 냉매의 양은 파이프(112)에 저장된 냉매의 양보다 크거나 작을 수 있다. 결과적으로, 챔버(100)는 원하는 바대로 파이프(112)보다 크거나 작을 수 있다.

마지막으로, 본 발명의 장치는 2단 연속 사이클 냉각 시스템을 참조하여 설명하였지만, 다른 것 중에서도 단일 단계 평행 사이클 시스템을 포함한 다양한 다른 형태중 임의의 냉각 시스템을 참조하여 설명될 수도 있다. 이것은 모든 형태의 시스템이 재생기와 열 교환기의 수 그리고 이것들이 서로 연결되고 흡수기에 연결되는 방식에 의해 크게 구별되는 것이지, 응축기가 증발기에 연결되는 방식에 의해 구별되는 것이 아니기 때문이다. 본 발명의 목적상 중요한 것은 위와 같은 연결이기 때문에, 단계의 수와 그 내부에서 사용되는 사이클의 종류에 관계없이 본 발명의 장치는 모든 이들 시스템에 적용될 수 있다. 따라서, 이들 다른 종류의 시스템에 본 발명을 적용하는 것에 대해서는 본 명세서에서 특별히 설명하지는 않기로 한다. 그럼에도 불구하고, 이와 같은 시스템은 본 발명의 범위 내에 있음을 이해할 수 있다.

도5를 참조하면, 본 발명의 희석 제어 장치가 설치된 흡수 냉각 기구의 양호한 실시예에 대한 배면 외측 사시도가 도시되어 있다. 도5의 실시예는 캐리어 코퍼레이션에 의해 제조된 모델 제16DN 직접 점화 흡수 냉동기(chiller)를 포함한다. 도5의 시스템의 가동에 대해서는 기술 분야의 당업자에게 도2 내지 도5의 전술한 설명으로부터 명백하기 때문에 본 명세서에서 상세히 설명하지는 않는다.

본 발명에 따르면, 시스템이 가동중지된 후 결정이 흡수기 저수조에 형성되는 것을 방지하기에 충분한 양의 냉매를 가용 희석 시간 내에 시스템으로 방출하는 단순하고도 효율적인 방식을 제공하는 개선된 희석 제어 장치를 제공하는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (18)

1. 냉매 및 흡수제를 사용하며; 재생기와, 응축기와, 증발기 저수조 및 상기 증발기 저수조로부터 냉매를 펌핑하기 위한 냉매 펌프를 포함하는 증발기와, 상기 증발기 저수조와는 격리부에 의해 분리된 흡수기 저수조 및 상기 흡수기 저수조로부터 냉매-흡수제 용액을 펌핑하기 위한 용액 펌프를 포함하는 흡수기와, 상기 재생기와 상기 응축기와 상기 증발기와 상기 흡수기를 서로 연결시켜서 폐쇄된 흡수 냉각 시스템을 형성하기 위한 수단을 포함하는 형태이며; 상기 냉각 시스템은 증발기 저수조 내의 냉매의 양이 상기 격리부에서 유출하기에 충분히 크게 되는 동안의 희석 사이클에 따라 가동중지되도록 설계됨으로써 상기 흡수기 저장조 내의 농도를 결정이 생성되는 수치 아래로 저감시키는 형태인 흡수 냉각 기구에 있어서, 개선된 냉매 제어 장치는,

   상기 응축기 내에서 응축하는 냉매를 수용하고, 상기 희석 사이클 동안에 시스템으로 방출되는 경우, 상기 용액의 농도를, 시스템이 냉각 모드에서 가동될 때 상기 용액이 가질 수 있는 농도 범위 내에 있는 농도로부터 상기 희석 사이클이 완료된 후 결정이 상기 용액에 형성되는 것을 방지하기에 충분히 낮은 농도까지, 낮추기에 충분한 양의 냉매를 저장하기 위한 1차 냉매 저장고와,

   상기 1차 냉매 저장고의 말단에 위치되고, 장벽 수단을 포함하고, 상기 시스템이 냉각 모드에서 가동될 때 냉매가 상기 1차 저장고로부터 상기 증발기 저수조로 유동할 수 있는 적어도 하나의 1차 유동 경로를 한정하기 위한 1차 냉매 방출 수단과,

   상기 1차 저장고와 양방향 유체 연통되도록 배치된 2차 냉매 저장고와,

   상기 희석 사이클이 진행중일 때 냉매가 상기 2차 저장고로부터 상기 증발기 저수조로 유동할 수 있는 2차 유동 경로를 설치하기 위한 2차 냉매 방출 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수 냉각 기구.
2. 제1항에 있어서, 상기 응축기는 응축기 저수조를 포함하며, 상기 2차 냉매 저장고는 상기 응축기 저수조와 유체 연통되며, 상기 2차 냉매 방출 수단은 상기 2차 냉매 저장고로부터 상기 증발기 저수조로의 냉매 유동을 수행하기 위한 파이프와, 상기 냉매 펌프의 배출 압력이 소정 값보다 클 때 상기 파이프를 거친 액체의 유동을 차단하기 위한 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수 냉각 기구.
3. 제2항에 있어서, 상기 밸브는 체크 밸브인 것을 특징으로 하는 흡수 냉각 기구.
4. 제2항에 있어서, 상기 밸브는 선회식 체크 밸브인 것을 특징으로 하는 흡수 냉각 기구.
5. 제2항에 있어서, 상기 파이프는 상기 냉매 펌프의 배출 단부에 연결된 것을 특징으로 하는 흡수 냉각 기구.
6. 제1항에 있어서, 상기 2차 냉매 저장고는 냉매가 상기 2차 냉매 방출 수단에 의해 방출되는 속도와 관련된 크기를 갖는 구멍을 한정하는 2차 장벽부를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수 냉각 기구.
7. 제1항에 있어서, 상기 응축기는 응축기 저수조를 포함하며, 상기 1차 냉매 저장고는 상기 응축기 저수조와 유체 연통되며, 상기 1차 냉매 방출 수단은 상기 적어도 하나의 1차 유동 경로를 따라 유동하는 냉매를 수용하도록 연결된 출구 상자를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수 냉각 기구.
8. 제7항에 있어서, 상기 출구 상자로부터 상기 증발기 저수조로의 냉매 유동을 수행하기 위한 파이프를 추가로 포함하며, 상기 적어도 하나의 1차 유동 경로는 상기 장벽 수단의 하부를 거쳐 개구를 포함하는 제1 1차 유동 경로와 상기 장벽 수단의 상부에 근접한 유출 구조물을 포함하는 제2 1차 유동 경로를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수 냉각 기구.
9. 제1항에 있어서, 상기 응축기는 응축기 저수조를 포함하며, 상기 1차 및 2차 냉매 저장고는 상기 응축기 저수조와 유체 연통되며, 상기 1차 냉매 방출 수단은 상기 1차 저장고로부터 냉매를 수용하도록 연결된 출구 상자의 제1 부분과 상기 출구 상자의 상기 제1 부분을 상기 증발기 저수조에 연결하기 위한 제1 파이프를 포함하며, 상기 2차 냉매 방출 수단은 상기 출구 상자의 제2 부분과 상기 출구 상자의 상기 제2 부분을 상기 증발기 저수조에 연결하기 위한 제2 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수 냉각 기구.
10. 제9항에 있어서, 상기 출구 상자의 상기 제1 및 제2 부분은 냉매가 그들 사이에서 유동하는 것을 방지하는 격리부에 의해 이격되는 것을 특징으로 하는 흡수 냉각 기구.
11. 냉매 및 흡수제를 사용하며; 재생기와, 응축기와, 증발기 저수조 및 상기 증발기 저수조로부터 냉매를 펌핑하기 위한 냉매 펌프를 포함하는 증발기와, 상기 증발기 저수조와는 격리부에 의해 분리된 흡수기 저수조 및 상기 흡수기 저수조로부터 냉매-흡수제 용액을 펌핑하기 위한 용액 펌프를 포함하는 흡수기와, 상기 재생기와 상기 응축기와 상기 증발기와 상기 흡수기를 서로 연결해서 폐쇄된 흡수 냉각 시스템을 형성하기 위한 수단을 포함하는 형태이며; 상기 냉각 시스템은 증발기 저수조 내의 냉매의 양이 상기 격리부에서 유출하기에 충분히 크게 되는 동안의 희석 사이클에 따라 가동중지되도록 설계됨으로써 상기 흡수기 저장조 내의 용액의 농도를 결정이 생성되는 수치 아래로 저감하는 형태인 흡수 냉각 기구에 있어서, 개선된 냉매 제어 장치는,

    상기 응축기 내에서 응축하는 냉매를 수용하며, 시스템으로 방출되는 경우, 상기 용액의 농도를, 시스템이 냉각 모드에서 가동될 때 상기 용액이 가질 수 있는 농도의 제1 범위 내에 있는 농도로부터 희석 사이클을 완료할 때 상기 용액이 가질 수 있는 농도의 제2 범위 내에 있는 낮은 농도까지 낮추기에 충분한 양의 냉매를 저장하기 위한 1차 냉매 저장고와,

    상기 1차 저장고로부터 유동하는 냉매를 수용하도록 위치된 출구 상자와,

    상기 출구 상자로부터 상기 증발기까지의 냉매 유동을 수행하기 위한 제1 배수 파이프와,

    상기 1차 저장고 및 상기 출구 상자 사이에 배치되고, 상기 시스템이 가변 냉각 부하 하에서 가동될 때 냉매가 상기 1차 저장고로부터 상기 출구 상자까지 가변 속도로 유동할 수 있는 적어도 하나의 냉매 방출 경로를 한정하는 장벽부와,

    상기 1차 저장고와 유체 연통하는 2차 저장고와,

    상기 2차 냉매 저장고로부터 상기 증발기까지 냉매의 유동을 수행하는 제2 배수 파이프와,

    상기 희석 사이클이 진행하지 않을 때 상기 제2 배수 파이프를 거쳐 냉매의 유동을 차단하기 위한 냉매 차단 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수 냉각 기구.
12. 제11항에 있어서, 상기 냉매 차단 수단은 상기 냉매 펌프의 배출 압력이 소정 값 이하로 있을 때 개방되도록 배열된 밸브인 것을 특징으로 하는 흡수 냉각 기구.
13. 제12항에 있어서, 상기 밸브는 체크 밸브인 것을 특징으로 하는 흡수 냉각 기구.
14. 제11항에 있어서, 상기 제2 배수 파이프는 상기 냉매 펌프의 배출 단부에 연결된 것을 특징으로 하는 흡수 냉각 기구.
15. 제12항에 있어서, 상기 제2 배수 파이프는 상기 냉매 펌프의 배출 단부에 연결된 것을 특징으로 하는 흡수 냉각 기구.
16. 제11항에 있어서, 상기 응축기는 응축기 저수조를 포함하며, 상기 응축기 저수조가 상기 1차 저장고로서 제공되는 것을 특징으로 하는 흡수 냉각 기구.
17. 제11항에 있어서, 상기 적어도 하나의 냉매 방출 경로는 상기 장벽부의 하부를 통하는 제1 구멍과, 상기 장벽부의 상부를 거쳐 또는 그 위로 연장된 적어도 하나의 유체 유동 경로를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수 냉각 기구.
18. 제11항에 있어서, 상기 2차 저장고는 상기 출구 상자 내에 위치되며, 상기 2차 저장고는 상기 출구 상자 내에 위치된 장벽부에 의해 상기 제1 배수 파이프를 거쳐 냉매가 상기 증발기로 방출되는 것이 방지되는 것을 특징으로 하는 흡수 냉각 기구.