KR100445616B1 - 흡수식 냉동기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는 열 효율이 우수한 동시에, 온도 상승이 작은 기동시나 부분 부하 운전시에 있어서도 배기 가스에 포함되는 수증기가 응축하지 않는 흡수식 냉동기를 제공하는 것이다.

저온 재생기(3)로 중간 흡수액을 가열하여 응축해 응축기(4)로 유입하는 냉매액이 희박 흡수액의 일부와 열 교환하는 냉매 드레인 열 회수기(11)와, 가스 버너(2)로부터 배출되는 배기 가스와 희박 흡수액이 열 교환하는 제1 및 제2 열 회수기(26, 27)를 설치하는 동시에, 저온 열 교환기(9)에서 배출된 희박 흡수액이 제2 열 회수기(27)를 우회하여 흐르는 흡수액관(희박 흡수액 분기관)(14)을 설치하고, 이 흡수액관(14)에 유량 제어 밸브를 설치하고, 또한 온도 센서(29)가 배기 가스의 이슬점 온도보다 높은 소정의 온도(예를 들어 100 ℃)를 계속 검출하도록 유량 제어 밸브(28)의 개방도를 제어하기 위한 제어기(30)를 설치하도록 했다.

Description

흡수식 냉동기{ABSORBED REFRIGERATOR}

본 발명은 흡수식 냉동기에 관한 것이다.

도2에 도시한 바와 같이, 고온 재생기(1)의 희박 흡수액을 가열 비등시키는 가스 버너(2)로부터 배출되는 배기 가스를 흡수액관(12)의 고온 열 교환기(10)와 고온 재생기(1) 사이에 설치된 제1 배기 가스 열 회수기(26)와, 저온 열 교환기(9)와 고온 열 교환기(10) 사이에 설치된 제2 배기 가스 열 회수기(27)로 이송시키고, 흡수기(7)로부터 고온 재생기(1)로 반송하는 희박 흡수액의 온도를 올려 가스 버너(2)에 의한 필요 가열량을 줄여 연료 소비량을 삭감하도록 고안한 흡수식 냉동기가 이미 알려져 있다.

상기 구성에 의해 흡수기(7)로부터 토출한 약 40 ℃의 희박 흡수액은 저온 열 교환기(9), 제2 배기 가스 열 회수기(27), 고온 열 교환기(10), 제1 배기 가스 열 교환기(26) 각각에서 가열되어 135 ℃ 전후로 상승하여 고온 재생기(1)로 유입하므로, 가스 버너(2)에서 소비하는 연료를 절약할 수 있다. 또한, 제1, 제2의 배기 가스 열 교환기(26 및 27)에서 희박 흡수액과 열 교환한 배기 가스의 온도는 100 ℃ 정도까지 저하하고 있다.

상기 종래의 흡수식 냉동기에 있어서는 제1, 제2 배기 가스 열 교환기로 희박 흡수액과 열 교환한 배기 가스의 온도는 100 ℃ 전후까지 저하하고 있으므로, 고온 재생기의 가스 버너 등에서 소비하는 연료를 더욱 삭감하기 위해 배기 가스로부터의 열회수를 더욱 늘리려고 하면 배기 가스 중의 수증기가 응축되어 금속 배관부를 부식시키기 쉬워진다고 하는 문제점이 있어, 다른 방법을 병용하여 연료 소비량의 삭감을 한층 더 도모할 필요가 있어, 이것이 해결해야 할 문제점이었다.

도1은 본 발명의 제1 실시 형태를 도시한 설명도.

도2는 종래 기술을 도시한 설명도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 고온 재생기

2 : 가스 버너

3 : 저온 재생기

4 : 응축기

5 : 고온 동체

6 : 증발기

7 : 흡수기

8 : 저온 동체

9 : 저온 열 교환기

10 : 고온 열 교환기

11 : 냉매 드레인 열 회수기

12 내지 16 : 흡수액관

17, 18 : 흡수액 펌프

19 내지 21 : 냉매관

22 : 냉매 펌프

23 : 냉수관

24 : 냉각수관

25 : 배기관

26 : 제1 배기 가스 열 회수기

27 : 제2 배기 가스 열 회수기

28 : 유량 제어 밸브

29 : 온도 센서

30 : 제어기

본 발명은 상기 종래 기술의 과제를 해결하기 위해, 연소 장치에서 가열 비등시켜 냉매를 증발 분리하고, 희박 흡수액으로부터 냉매 증기와 중간 흡수액을 얻는 고온 재생기와, 이 고온 재생기에서 생성 공급되는 중간 흡수액을 고온 재생기에서 생성한 냉매 증기로 가열하고 또한 냉매를 증발 분리하여 중간 흡수액으로부터 냉매 증기와 농후 흡수액을 얻는 저온 재생기와, 저온 재생기에서 중간 흡수액을 가열하여 응축한 냉매액이 공급되는 동시에 저온 재생기에서 생성 공급되는 냉매 증기를 냉각하여 냉매액을 얻는 응축기와, 이 응축기로부터 공급된 냉매액이 전열관 상에 살포되어 전열관 내를 흐르는 유체로부터 열을 빼앗아 냉매가 증발하는 증발기와, 이 증발기에서 생성 공급되는 냉매 증기를 저온 재생기로부터 냉매 증기를 분리하여 공급되는 농후 흡수액으로 흡수시켜 희박 흡수액으로 하고, 고온 재생기에 공급하는 흡수기와, 이 흡수기에 출입하는 희박 흡수액과 농후 흡수액이 열 교환하는 저온 열 교환기와, 고온 재생기로 출입하는 중간 흡수액과 희박 흡수액이 열 교환하는 고온 열 교환기를 구비한 흡수식 냉동기에 있어서, 연소 장치로부터 배출된 배기 가스와 고온 열 교환기를 통과한 희박 흡수액이 열 교환하는 제1 배기 가스 열 회수기와, 이 제1 배기 가스 열 회수기를 통과한 배기 가스와, 저온 열 교환기를 통과하여 고온 열 교환기로 들어가기 전의 희박 흡수액이 열 교환하는 제2 배기 가스 열 회수기와, 회수기로부터 나오게 된 희박 흡수액의 일부가 저온 열 교환기를 우회하여 저온 재생기로부터 나와 응축기에 이르는 냉매액과 열 교환하여 제2 배기 가스 열 회수기로 유입시키는 희박 흡수액 분기관을 설치하도록 한 제1 구성의 흡수식 냉동기와, 상기 제1 구성의 흡수식 냉동기에 있어서 희박 흡수액이 제2 배기 가스 열 회수기를 우회하여 고온 열 교환기로 흐르는 제2 희박 흡수액 분기관과, 이 제2 희박 흡수액 분기관으로 흐르는 희박 흡수액의 양을 제2 배기 가스 열 회수기를 통과한 배기 가스의 온도에 의해 제어하는 제어 수단을 마련하도록 한 제2 구성의 흡수식 냉동기를 제공하는 것이다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 물을 냉매로 하여 취화 리튬(LiBr) 수용액을흡수액으로 한 흡수식 냉동기를 예로 들어 설명한다.

본 발명의 일실시 형태를 도1에 의거하여 설명한다. 도면 중 부호 1은 예를 들어 도시 가스를 연료로 하는 가스 버너(2)의 화력에 의해 흡수액을 가열하여 냉매를 증발 분리하도록 구성된 고온 재생기, 부호 3은 저온 재생기, 부호 4는 응축기, 부호 5는 저온 재생기(3)와 응축기(4)가 수납되어 있는 고온 동체, 부호 6은 증발기, 부호 7은 흡수기, 부호 8은 증발기(6)와 흡수기(7)가 수납되어 있는 저온 동체, 부호 9는 저온 열 교환기, 부호 10은 고온 열 교환기, 부호 11은 냉매 드레인 열 회수기, 부호 12 내지 16 은 흡수액관, 부호 17, 18은 흡수액 펌프, 부호 19 내지 21은 냉매관, 부호 22는 냉매 펌프, 부호 23은 냉수관, 부호 24는 냉각수관, 부호 25는 가스 버너(2)로부터 배출된 배기 가스가 통과하는 배기관, 부호 26은 제1 배기 가스 열 회수기, 부호 27은 제2 배기 가스 열 회수기, 부호 28은 흡수액관(제2 희박 흡수액 분기관)(14)에 설치된 유량 제어 밸브, 부호 29는 배기관(25)의 하류 부분을 흐르고 있는 배기 가스의 온도를 검출하는 온도 센서, 부호 30은 온도 센서(29)가 소정의 온도, 예를 들어 100 ℃를 계속 검출하도록 유량 제어 밸브(28)의 개방도를 제어하기 위한 제어기이다.

상기 구성의 흡수식 냉동기에 있어서는, 가스 버너(2)에서 도시 가스를 연소하여 고온 재생기(1)에 의해 희박 흡수액을 가열 비등시키면 희박 흡수액으로부터 증발 분리한 냉매 증기와, 냉매 증기를 분리하여 흡수액의 농도가 높아진 중간 흡수액을 얻을 수 있다.

고온 재생기(1)에서 생성된 고온의 냉매 증기는 냉매관(19)의 상류 부분을 통해 저온 재생기(3)로 들어가고, 고온 재생기(1)에서 생성되어 흡수액관(15)에 의해 고온 열 교환기(10)를 경유하여 저온 재생기(3)로 들어간 중간 흡수액을 가열하여 방열 응축시키고, 냉매 드레인 열 회수기(11)가 개재하는 냉매관(19)의 하류 부분을 통해 응축기(4)로 들어간다.

또한, 저온 재생기(3)에서 가열되어 중간 흡수액으로부터 증발 분리한 냉매는 응축기(4)로 들어가고, 냉각수관(24) 내를 흐르는 물과 열 교환하여 응축 액화하고, 냉매관(19)으로부터 응축하여 공급되는 냉매와 하나가 되어 냉매관(20)을 통해 증발기(6)로 들어간다.

증발기(6)의 바닥에 괴인 냉매액은 냉수관(23)에 접속된 전열관(23A) 상에 냉매관(21)에 개재하는 냉매 펌프(22)에 의해 살포되고, 냉수관(23)을 거쳐 공급되는 물과 열 교환하여 증발하고, 전열관(23A)의 내부를 흐르는 물을 냉각한다.

증발기(6)에서 증발한 냉매는 흡수기(7)로 들어가 저온 재생기(3)에서 가열되어 냉매를 증발 분리하고, 흡수액의 농도가 한층 높아진 흡수액, 즉 흡수액관(16)에 의해 저온 열 교환기(9)를 경유하여 흡수액 펌프(18)에 의해 공급되어 상방으로부터 살포되는 농후 흡수액에 흡수된다.

그리고, 흡수기(7)에서 냉매를 흡수하여 농도가 옅어진 흡수액, 즉 희박 흡수액은 흡수액 펌프(17)의 운전에 의해 고온 재생기(1)로 복귀된다.

상기한 바와 같이 흡수식 냉동기의 운전이 행해지면, 증발기(6)의 내부에 배관된 전열관(23A)에 있어서 냉매의 기화열에 의해 냉각된 냉수가 냉수관(23)을 거쳐서 도시하지 않은 공조 부하로 순환 공급할 수 있으므로, 냉방 등의 냉각 운전을행할 수 있다.

상기 구성의 흡수식 냉동기에 있어서는 흡수액 펌프(17)의 운전에 의해 흡수기(7)로부터 고온 재생기(1)로 복귀되는 희박 흡수액의 일부는 흡수액관(12)에 개재하는 저온 열 교환기(9)를 경유하여, 나머지는 흡수액관(희박 흡수액 분기관)(13)에 개재하는 냉매 드레인 열 회수기(11)를 경유하여 각각의 열 교환기에 있어서 가열된다.

또한, 제2 배기 가스 열 회수기(27)를 경유하여 가스 버너(2)로부터 배출된 배기 가스에 의해 가열되는 희박 흡수액의 양은 흡수액관(14)에 개재하는 유량 제어 밸브(28)에 의해 제어되고, 고온 열 교환기(10)와 제1 배기 가스 열 회로기(26)에는 흡수기(7)로부터 고온 재생기(1)로 복귀시키는 희박 흡수액의 전량이 흘러 각각에서 가열된다.

즉, 흡수기(7)로부터 흡수액관(12)으로 토출된 약 40 ℃의 희박 흡수액의 일부는 저온 재생기(3)로부터 흡수액관(16)으로 토출되어 흡수기(7)에 흐르고 있는 약 90 ℃의 농후 흡수액과 저온 열 교환기(9)에서 열 교환되어 약 85 ℃까지 온도 상승하고, 나머지는 저온 재생기(3)에서 응축되어 응축기(4)에 흐르고 있는 냉매관(19)의 약 95 ℃의 냉매액과 냉매 드레인 열 회수기(11)에서 열 교환되어 70 ℃까지 온도 상승하여 이들은 합류하여, 예를 들어 80 ℃ 전후의 희박 흡수액이 되어 제2 배기 가스 열 회수기(27)로 유입한다.

그리고, 제2 배기 가스 열 회수기(27)로 유입하는 희박 흡수액의 유량은 흡수액관(14)에 개재하는 유량 제어 밸브(28)의 개방도가 제어기(30)에 의해 조정되어 제어된다. 예를 들어, 제어기(30)는 온도 센서(29)가 소정의 100 ℃보다 높은 온도를 검출하고 있을 때에는 유량 제어 밸브(28)의 개방도를 교축하여 흡수기(7)로부터 고온 재생기(1)로 복귀시키고 있는 희박 흡수액의 보다 많은 양을 제2 열 회수기(27)로 공급하여 배기 가스가 보유하는 열의 회수를 촉진하고, 온도 센서(29)가 100 ℃보다 낮은 온도를 검출하고 있을 때에는 유량 제어 밸브(28)의 개방도를 크게 하여 제2 열 회수기(27)를 우회하여 흐르는 희박 흡수액의 양을 보다 많게 하여 배기 가스로부터 회수하는 열량을 억제할 수 있으므로, 배기관(25)을 거쳐 배기되는 배기 가스의 온도는 이슬점 온도(도시 가스, 즉 천연 가스를 연료로 했을 때의 연소 배기 가스의 이슬점 온도는 60 내지 70 ℃)보다 높은 100 ℃로 유지되어, 이에 의해 배기 가스 온도가 낮은 기동시나 부분 부하 운전시에 있어서도 배기 가스에 포함되는 수증기가 응축되어 드레인수가 발생하는 일이 없으며, 드레인수에 의한 부식 문제를 일으키는 일도 없다.

그리고, 제2 배기 가스 열 회수기(27)를 경유하여 가열된 희박 흡수액과, 제2 배기 가스 열 회수기(27)를 경유하지 않고, 따라서 가열되지 않은 희박 흡수액과는 합류하여 고온 열 교환기(10)와 제1 배기 가스 열 회수기(26)를 경유하여 고온 재생기(1)로부터 저온 재생기(3)로 흡수액관(15)을 거쳐 흐르고 있는 중간 흡수액과, 가스 버너(2)로부터 배출된 약 200 ℃의 배기 가스와 열 교환하여 135 ℃ 정도의 희박 흡수액이 되어 고온 재생기(1)로 유입하므로, 가스 버너(2)에서 소비하는 연료를 절약할 수 있다.

또한, 저온 재생기(3)에서 응축하여 응축기(4)에 냉매관(19)의 하류 부분을통해 유입하는 냉매액은 상기한 바와 같이 냉매 드레인 열 회수기(11)에서 약 40 ℃의 희박 흡수액과 열 교환하여 이것을 가열하고, 냉매액 자신은 약 45 ℃(종래에는 약 95 ℃)로 냉각되어 유입하므로, 냉각수관(24)의 내부를 흐르는 냉각수에 방열하는 열량이 감소하므로, 고온 재생기(1)에 있어서의 소용 입열량을 삼감할 수 있어 이 점에서도 흡수식 냉동기의 열 효율이 현저하게 개선된다.

또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니므로, 특허 청구의 범위에 기재된 취지로부터 벗어나지 않는 범위에서 각종 변형 실시가 가능하다.

예를 들어, 유량 제어 밸브(28)가 개재되는 흡수액관(14) 대신에 제2 열 회수기(27)를 우회하는 배기관을 설치하는 동시에, 유로 절환 밸브를 설치하여 제2 열 회수기(27)로 흘러 희박 흡수액과 열 교환한 배기 가스의 온도가 소정의 100 ℃보다 높을 때에는 배기 가스의 전량이 제2 열 회수기(27)로 흐르고, 상기 온도가 100 ℃보다 낮을 때에는 배기 가스의 전량이 제2 열 회수기(27)를 우회하여 흐르도록 제어하는 것이라도 배기 가스 온도가 높은 통상의 운전시에는 가스 버너(2)로부터 배출되는 배기 가스의 열회수가 행해지고, 배기 가스 온도가 낮은 기동시나 부분 부하 운전시에 있어서는 상기 열회수가 중지되므로, 배기 가스에 포함되는 수증기가 제2 열 회수기(27)에서 응축하여 드레인수가 발생하는 일이 없으며, 제2 열 회수기(27)에 있어서 드레인수에 의한 부식 문제를 일으키는 일도 없다.

또한, 유량 제어 밸브(28) 대신에 저렴한 개폐 밸브를 설치하고, 그 개폐를 온도 센서(29)가 검출하는 배기 가스 온도가 소정의 온도를 내려가지 않도록 제어기(30)에 의해 제어하는 구성으로 하는 것도 가능하다.

또한, 흡수식 냉동기는 상기한 바와 같이 냉방 등의 냉각 운전을 전용으로 행하는 것일지라도 좋으며, 고온 재생기(1)에서 가열 생성된 냉매 증기와, 냉매 증기를 증발 분리한 흡수액이 저온 동체(8)에 직접 공급할 수 있도록 배관 접속하고, 냉각수관(24)에 냉각수를 흘리는 일 없이 가스 버너(2)에 의한 희박 흡수액의 가열을 행하여 증발기(6)의 전열관(23A)에서 예를 들어 55 ℃ 정도로 가열한 물을 냉수관(온수가 순환하는 경우는 온수관으로 부르는 것이 바람직함)(23)을 거쳐 부하에 순환 공급하여 난방 등의 가열 운전도 행할 수 있도록 한 것일지라도 좋다.

또한, 증발기(6)에서 냉각 등을 하여 공조 부하 등으로 공급하는 유체로서는 물 등을 상기 실시 형태와 같이 상변화시키지 않고 공급하는 것 외에, 잠열을 이용한 열 반송이 가능하도록 프레온 등을 상변화시켜 공급하도록 해도 좋다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 배기 가스가 보유하는 열을 효율적으로 회수할 수 있다. 또한, 저온 재생기에서 중간 흡수액을 가열하여 응축해 응축기로 유입하는 냉매액을 냉매 드레인 열 회수기에서 저온도(예를 들어 40 ℃)의 희박 흡수액과 열 교환시켜 희박 흡수액의 온도를 올려 고온 재생기로 유입시키는 동시에, 응축기에는 약 45 ℃(종래에는 약 95 ℃)로 냉각시켜 유입하도록 구성하였으므로, 응축기에서 냉매가 냉각수로 가열하는 열량이 감소하고, 이들의 열 조작에 의해서도 고온 재생기에 있어서의 소용 입열량이 삭감되어 열 효율이 현저하게 개선되었다.

게다가, 배기 가스 온도가 낮아지는 기동시나 부분 부하 운전시에 있어서는배기 가스로부터의 열회수를 억제하여 배기 가스 온도의 이상 저하를 방지할 수 있으므로, 배기 가스에 포함되는 수증기가 응축되어 드레인수가 발생하는 일이 없으며, 드레인수에 의한 부식 문제를 일으키는 일도 없다.

Claims (2)

1. 연소 장치로 가열 비등시켜 냉매를 증발 분리하고, 희박 흡수액으로부터 냉매 증기와 중간 흡수액을 얻는 고온 재생기와, 이 고온 재생기에서 생성 공급되는 중간 흡수액을 고온 재생기에서 생성된 냉매 증기로 가열하여 다시 냉매를 증발 분리하고, 중간 흡수액으로부터 냉매 증기와 농후 흡수액을 얻는 저온 재생기와, 이 저온 재생기에서 중간 흡수액을 가열하여 응축한 냉매액이 공급되는 동시에, 저온 재생기에서 생성 공급되는 냉매 증기를 냉각하여 냉매액을 얻는 응축기와, 이 응축기로부터 공급된 냉매액이 전열관 상에 살포되고, 전열관 내를 흐르는 유체로부터 열을 빼앗아 냉매가 증발하는 증발기와, 이 증발기에서 생성 공급되는 냉매 증기를 저온 재생기로부터 냉매 증기를 분리하여 공급되는 농후 흡수액에 흡수시켜 희박 흡수액으로 하여, 고온 재생기에 공급하는 흡수기와, 이 흡수기에 출입하는 희박 흡수액과 농후 흡수액이 열 교환하는 저온 열 교환기와, 고온 재생기에 출입하는 중간 흡수액과 희박 흡수액이 열 교환하는 고온 열 교환기를 구비한 흡수식 냉동기에 있어서,

   연소 장치로부터 배출된 배기 가스와 고온 열 교환기를 통과한 희박 흡수액이 열 교환하는 제1 배기 가스 열 회수기와, 이 제1 배기 가스 열 회수기를 통과한 배기 가스와, 저온 열 교환기를 통과하여 고온 열 교환기로 들어가기 전의 희박 흡수액이 열 교환하는 제2 배기 가스 열회수기와, 흡수기로부터 나오게 된 희박 흡수액의 일부가 저온 열 교환기를 우회하고, 저온 재생기로부터 나와 응축기에 이르는 냉매액과 열 교환하여 제2 배기 가스 열회수기로 유입시키는 희박 흡수액 분기관을 설치한 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기.
2. 제1항에 있어서, 희박 흡수액이 제2 배기 가스 열 회수기를 우회하여 고온 열 교환기로 흐르는 제2 희박 흡수액 분기관과, 이 제2 희박 흡수액 분기관에 흐르는 희박 흡수액의 양을 제2 배기 가스 열 회수기를 통과한 배기 가스의 온도에 의해 제어하는 제어 수단을 마련한 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기.