KR100449302B1 - 흡수 냉동기 - Google Patents

Abstract

다른 장치로부터 공급된 배출열을 열원의 일부로서 구동하는 흡수 냉동기의 열효율의 개선을 도모하는 것을 과제로 한다. 흡수기(6)로 냉매를 흡수하여, 흡수액 농도가 저하되어 흡수액관으로 토출된 희석된 흡수액이, 흡수액 펌프(10)의 운전에 의해 배출열 재생기(7)의 제1 공간(7A)과 제2 공간(7B)으로 분기하여 공급되고, 배출열 공급관(12)을 거쳐서 공급되는 배기 가스에 의해 각각 가열되어 흡수액의 최초의 농축 재생이 행해지고, 제1 공간(7A)에 있어서 농축 재생된 흡수액은 고온 재생기(1)에 공급되어 가스 버너(1A)에 의해 다시 가열되고, 기액 혼합 상태로 되어 기액 분리기(2)에 유입되어, 여기서, 냉매 증기와 더 농축 재생된 흡수액으로 분리되도록 한다.

Description

흡수 냉동기{ABSORPTION REFRIGERATOR}

본 발명은, 가스 버너 등에서 발생시킨 연소열과 다른 장치로부터 공급된 배출열을 병용하여 흡수액을 가열 재생하는 흡수 냉동기(흡수 냉온수기를 포함)에 관한 것이다.

이러한 종류의 흡수 냉동기로서는, 폐열 발전(cogeneration)장치 등으로부터 공급되는 고온의 배기 가스를 구동 열원의 일부로 이용한 것이 주지되어 있다.

그리고, 상기와 같은 흡수 냉동기에 있어서는, 가스 버너 등에서 소비하는 연료비가 삭감될 수 있고, 또한, 지구의 온난화에 큰 영향을 미치고 있는 CO₂의 삭감이 가능하도록, 폐열 발전 장치 등으로부터 공급되는 배기 가스가 보유하는 열을가능한 한 유효하게 이용할 필요가 있으며, 그것이 해결해야 할 과제로 되어있다.

본 발명은 상기 종래 기술의 과제를 해결하기 위한 구체적인 수단으로서, 흡수액을 가열하여 흡수액에 포함된 냉매를 증발 분리하고, 냉매가 흡수 가능하도록 흡수액을 재생하는 재생기로서, 고온 재생기, 저온 재생기 및 배출열을 열원으로하여 구동하는 배출열 재생기를 구비하고, 다른 온도의 흡수액끼리는 열교환하는 열교환기로서 고온 열교환기 및 저온 열교환기를 구비하는 흡수 냉동기에 있어서,

배출열 재생기를 흡수기로부터 저온 열교환기 및 고온 열교환기를 경유하여 공급되는 제1 흡수액과, 흡수기로부터 저온 열교환기를 경유하여 공급되는 제2 흡수액을 배출열이 가열 재생 가능하게 구성함과 동시에, 냉각 운전시에는 배출열 재생기에서 제1 흡수액으로부터 가열 재생된 흡수액은 고온 재생기에 공급되고, 고온 재생기에서 가열 생성된 기액 혼합 유체는 기액 분리기에 공급되어 냉매 증기와 흡수액으로 분리되고, 기액 분리기에서 분리된 냉매 증기는 배출열 재생기에서 제1 흡수액으로부터 증발 분리된 냉매 증기와 함께 저온 재생기에 열원으로서 공급되고, 배출열 재생기에서 제2 흡수액으로부터 증발 분리된 냉매 증기는 저온 재생기 또는 응축기에 공급되고, 기액 분리기에서 분리된 흡수액은 고온 열교환기를 경유하여 저온 재생기에 공급되고, 저온 재생기에서 가열 재생된 흡수액은 배출열 재생기에서 제2 흡수액으로부터 가열 재생된 흡수액과 합류하여 저온 열교환기를 경유하여 흡수기로 복귀되고, 난방 운전시에는 배출열 재생기에서 제1 흡수액으로부터 가열 재생된 흡수액은 고온 재생기에 공급되고, 고온 재생기에서 가열 생성된 기액 혼합 유체는 기액 분리기에 공급되어 냉매 증기와 흡수액으로 분리되고, 기액 분리기에서 분리된 냉매 증기와 흡수액은 배출열 재생기에서 제1 흡수액과 제2 흡수액으로부터 증발 분리된 냉매 증기와 함께 증발기 또는 흡수기에 공급되고, 배출열 재생기에서 제2 흡수액으로부터 가열 재생된 흡수액은 저온 열교환기를 경유하여 흡수기에 복귀되도록 구성된 흡수 냉동기를 제공함으로써, 상기된 종래 기술의 과제를 해결하는 것이다.

도1은 본 발명의 흡수 냉동기의 냉각 운전 시의 상태를 도시한 설명도.

도2는 본 발명의 흡수 냉동기의 가열 운전 시의 상태를 도시한 설명도.

도3은 배출열 재생기의 열효율을 도시한 설명도로서, (A)는 본 발명의 열효율, (B)는 종래 기술의 열효율을 나타낸다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 고온 재생기

1A : 가스 버너

2 : 기액 분리기

3 : 저온 재생기

4 : 응축기

5 : 증발기

6 : 흡수기

7 : 배출열 재생기

7A : 제1 공간

7B : 제2 공간

8 : 저온 열교환기

9 : 고온 열교환기

10 : 흡수액 펌프

11 : 냉매 펌프

12 : 배출열 공급관

13 : 냉/온수관

14 : 냉각수관

V1, V2 : 냉/난방 절환 밸브

[제1 실시 형태]

이하 본 발명의 일 실시 형태를 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

도면 중 도면 부호 1은 고온 재생기, 2는 기액 분리기, 3은 저온 재생기, 4는 응축기, 5는 증발기, 6은 흡수기, 7은 배출열 재생기, 8은 저온 열교환기, 9는 고온 열교환기, 10은 흡수액 펌프, 11은 냉매 펌프이며, 각 도면과 같이 배관 접속되어, 냉매와 흡수액이 순환 가능하게 구성되어 있다. 또한, 도면 부호 12는 배출열 공급관, 13은 냉/온수관, 14는 냉각수관이다.

또한, 배출열 재생기(7)의 흡수액이 유입되는 공간은, 흡수액 펌프(10)의 운전에 의해 흡수기(6)로부터 저온 열교환기(8)와 고온 열교환기(9)를 경유하여 공급되는 제1 흡수액이 유입되는 제1 공간(7A)과, 흡수기(6)로부터 저온 열교환기(8)를 경유하여 공급되는 제2 흡수액이 유입되는 제2 공간(7B)으로 구획되어, 제1 공간(7A), 제2 공간(7B)으로 유입된 양쪽 흡수액이 배출열 공급관을 거쳐서 공급되는 폐열 발전 장치(도시 안됨)등으로부터 공급된 고온의 배기 가스에 의해 가열 재생이 가능하게 설치되어 있다.

즉, 배출열 재생기(7)에는 배출열 공급관을 거쳐서 폐열 발전 장치 등으로부터 배출되는 고온의 배기 가스, 예컨대, 발전용 엔진이나 가스 터빈 등으로부터 배출되는 약 250 ℃의 배기 가스가 공급되어, 그 배기 가스가 보유하는 열에 의해 제1 공간(7A) 및 제2 공간(7B)으로 유입된 흡수액이 가열되고, 흡수액에 흡수되어 있던 냉매의 일부가 증발 분리되고, 흡수액은 농축 재생이 된다.

또한, 제1 공간(7A)과 제2 공간(7B)의 상부측끼리는, 난방 등의 가열 운전시에 밸브 개방되고, 냉방 등의 냉각 운전시에는 밸브 폐쇄되는 냉/난방 절환 밸브(V1)를 거쳐서 연통 가능하게 구성되어 있다.

한편, 고온 재생기(1)에는, 천연 가스등을 연소시키는 것이 가능한 가스 버너(1A)가 추가로 설치되어 있어서, 추후의 연소에 의해 흡수액의 가열 재생도 가능하게 구성되어 있다. 또한, 기액 분리기의 바닥부와 하부 동체의 증발기(5)의 상부 난방 등의 가열 운전시에 밸브 개방되고, 냉방 등의 냉각 운전시에는 밸브 폐쇄되는 냉/난방 절환 밸브(V2)를 구비한 관직경이 큰 배관을 거쳐서 연통 가능하게 설치되어 있다.

따라서, 상기 구성의 흡수 냉동기에 있어서는, 도1에 도시된 바와 같은 냉/난방 절환 밸브(V1, V2)를 밸브 폐쇄한 상태에서, 배출열 공급관(12)을 거쳐서 배출열 재생기에 고온의 배기 가스를 공급하는 동시에, 가스 버너(1A)에서 천연 가스등을 연소시켜, 냉각수관(14)으로 냉각수를 유동시키고, 흡수기(6)에서 냉매를 흡수하고, 흡수액 농도가 저하되어 흡수액관으로 토출된 희석된 흡수액은, 흡수액 펌프(10)의 운전에 의해 배출열 재생기(7)의 제1 공간(7A)과 제2 공간(7B)으로 분기하여 공급되고, 배출열 공급관(12)을 거쳐서 공급되는 배기 가스의 보유열에 의해 각각에 있어서 가열되고, 흡수액에 흡수된 냉매의 일부를 증발 분리하여, 흡수액의 최초의 농축 재생이 된다.

제1 공간(7A)에 있어서 농축 재생된 흡수액, 즉, 흡수기(6)로부터 저온 열교환기(8) 및 고온 열교환기(9)를 경유하여 배출열 재생기(7)의 제1 공간(7A)에 유입되어, 거기서 배기 가스에 의해 가열되어 농축 재생된 흡수액은, 고온 재생기(1)에 공급되고, 가스 버너(1A)에 의하여 더욱 가열된다.

고온 재생기(1)에 있어서 가스 버너(1A)에 의해 가열된 흡수액은, 기액 혼합 상태로 되어 기액 분리기(2)에 유입되고, 여기서 냉매 증기와, 더욱 농축 재생된 흡수액으로 분리된다.

기액 분리기(2)에 있어서 냉매 증기를 분리하여, 2번째의 농축이 이루어진 흡수액은 흡수기(6)로부터 배출열 재생기(7)에 공급되고 있는 희석된 흡수액과 고온 열교환기(9)에 있어서 열교환하여 가열하고, 자신의 온도를 낮추어 저온 재생기(3)로 유입된다.

한편, 기액 분리기(2)에 있어서 흡수액으로부터 분리된 냉매 증기는, 배출열 재생기(7)의 제1 공간(7A)에서 흡수액에 의해 증발 분리된 냉매 증기와 합쳐져서 저온 재생기(3)에 유입되고, 기액 분리기(2)로부터 고온 열교환기(9)를 경유하여 온도를 낮추어 유입되는 흡수액을 더욱 가열하여 3번째의 농축을 행한다.

저온 재생기에 있어서 흡수액으로부터 증발된 냉매 증기는, 배출열 재생기(7)의 제2 공간(7B)에서 흡수액으로부터 증발 분리된 냉매 증기와 합쳐져서인접하는 응축기(4)에 유입되고, 냉각수관(14)을 흐르는 냉각수에 방열하여 응축되어, 하부 동체의 증발기(5)에 유입된다.

증발기(5)에 들어간 냉매액은, 냉매 펌프(11)에 의해 냉/온수관(13) 위에 산포되고, 냉/온수관(13) 내를 흐르는 냉수로부터 증발열을 빼앗아 냉/온수관(13) 내를 흐르는 냉수의 온도를 낮추고, 증발된 냉매의 증기는 인접한 흡수기(6)에 유입된다.

흡수기(6)에 들어간 냉매 증기는, 저온 재생기(3)에 있어서 3번째의 농축이 이루어진 흡수액과 배출열 재생기(7)의 제2 공간(7B)에 있어서 처음에 농축된 흡수액과 합류하고, 흡수기(6)로부터 배출열 재생기(7)에 공급되고 있는 희석된 흡수액과 저온 열교환기(8)에 있어서 열교환하여 온도를 낮추고, 상방으로부터 산포되는 흡수액에 흡수된다.

흡수기(6)의 내부에는 냉각수관(14)이 배관되어 있고, 흡수기(6) 내로 산포되는 흡수액의 온도를 낮추어서 냉매를 흡수하기 쉽게 되어 있다. 이 흡수액에 의한 냉매 흡수 작용에 따라서, 하부 동체의 압력이 저하하고, 증발기(5)에 있어서 상기 냉매의 증발이 계속된다.

그리고, 증발기(5) 내에서 냉매에 증발열을 빼앗긴 냉/온수관(13) 내의 냉수를 도시하지 않은 부하에 순환 공급하는 것에 의해, 냉방 등의 냉각 운전이 행해진다.

한편, 도2에 도시한 바와 같은 냉/난방 절환 밸브(V1, V2)를 밸브 개방하고, 냉각수관(14)에 냉각수를 통과시키지 않은 상태에서 고온 재생기(1)와 배출열 재생기(7)에 있어서 가열을 행할 때에도, 흡수기(6)로부터 토출되어, 흡수액 펌프(10)에 의해 반송되는 희석된 흡수액은, 상기 냉각 운전시와 동일하게, 배출열 재생기(7)의 제1 공간(7A)과 제2 공간(7B)으로 분기하여 공급된다.

그리고, 흡수관(6)으로부터 저온 열교환기(8)와 고온 열교환기(9)를 경유하여 배출열 재생기(7)의 제1 공간(7A)에 유입된 제1 흡수액과, 흡수기(6)로부터 저온 열교환기(8)만을 경유하여 제2 공간(7B)에 공급된 제2 흡수액은, 배출열 공급관(12)을 거쳐서 공급되는 배기 가스의 보유열에 의해 각각에 있어서 가열되고, 흡수액에 흡수되어 있는 냉매의 일부를 증발 분리하고, 흡수액의 최초의 농축 재생이 이루어진다.

배출열 재생기(7)의 제1 공간(7A)에 있어서 가열에 의해 농축 재생된 흡수액은, 고온 재생기(1)에 공급되고, 가스 버너(1A)에 의해 가열된다.

고온 재생기(1)에 있어서 가스 버너(1A)에 의해 가열된 흡수액은, 기액 혼합 상태로 되어 기액 분리기(2)에 유입되고, 거기서 냉매 증기와 더욱 농축 재생된 흡수액으로 분리된다.

기액 분리기(2)에서 분리된 냉매 증기와 흡수액 및 배출열 재생기의 제1 공간(7A)과 제2 공간(7B)에서 흡수액으로부터 증발 분리된 냉매 증기는, 밸브 개방된 냉/난방 절환 밸브(V2)를 구비한 대형 배관을 거쳐서 하부 동체의 증발기(5)에 직접 유입된다.

증발기(5)에 들어간 냉매 증기와 흡수액의 혼합 유체는, 냉/온수관(13) 내를 흐르는 물과 열교환하여 이를 가열한 후, 냉매액으로부터 넘쳐서 흡수기(6)에 유입되고, 배출열 재생기(7)의 제2 공간(7B)에 있어서 냉매를 증발 분리하고, 흡수기(6)로부터 배출열 재생기(7)에 반송되고 있는 희석된 흡수액과 저온 열교환기(8)에 있어서 열교환하고, 온도를 낮추어 유입되는 흡수액과 혼합된다.

그리고, 증발기(5) 내에서 냉매 증기의 응축열과 고온의 흡수액에서 가열된 냉/온수관(13) 내의 온수를, 도시하지 않은 부하에 순환 공급함으로써, 난방 등의 가열 운전이 행해진다.

상기 구성의 본 발명의 흡수 냉동기에 있어서는, 폐열 발전 장치 등으로부터 공급된 고온의 배기 가스를 열교환율이 우수한 배출열 재생기의 구동 열원으로서 이용하고 있으므로, 도3의 (A)에 도시한 바와 같이 도3의 (B)에 도시한 종래의 흡수 냉동기와 비교하여 총 열 효율의 현저한 개선이 도모된다.

또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니므로, 특허청구의 범위에 기재된 취지로부터 벗어나지 않는 범위에서 각종의 변형 실시가 가능하다.

예컨대, 냉/난방 절환 밸브(V2)를 구비한 기액 분리기(2)의 바닥부와 증발기(5)의 상부를 접속하고 있는 배관은, 흡수기(6)의 상부와 연통 가능하게 설치되도록 해도 좋다.

또한, 배출열 재생기(7)의 제2 공간(7B)과 저온 재생기(3)를 접속하고 있는 냉매관은, 제1 공간(7A)의 출구부에 제거기를 설치하여 흡수액의 미스트가 배출되지 않도록 한 때에는, 응축기(4)에 접속되도록 해도 좋다.

또한, 기액 분리기(2) 대신에 고온 재생기(1) 내에 제거기를 설치하여, 기액 분리하는 것 등도 가능하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 흡수 냉동기에 의하면, 총 열효율의 현저한 개선이 도모되므로, 연료 소비량이 대폭으로 절약 가능함과 동시에, 지구의 온난화에 크게 영향을 미치고 있는 CO₂의 대폭 삭감도 가능하게 된다.

Claims (1)

1. 흡수액을 가열하여 흡수액에 포함된 냉매를 증발 분리하고, 냉매가 흡수 가능하도록 흡수액을 재생하는 재생기로서, 고온 재생기, 저온 재생기 및 배출열을 열원으로하여 구동하는 배출열 재생기를 구비하고, 다른 온도의 흡수액끼리는 열교환하는 열교환기로서 고온 열교환기 및 저온 열교환기를 구비하는 흡수 냉동기에 있어서,

   배출열 재생기를 흡수기로부터 저온 열교환기 및 고온 열교환기를 경유하여 공급되는 제1 흡수액과, 흡수기로부터 저온 열교환기를 경유하여 공급되는 제2 흡수액을 배출열이 가열 재생 가능하게 구성함과 동시에, 냉각 운전시에는 배출열 재생기에서 제1 흡수액으로부터 가열 재생된 흡수액은 고온 재생기에 공급되고, 고온 재생기에서 가열 생성된 기액 혼합 유체는 기액 분리기에 공급되어 냉매 증기와 흡수액으로 분리되고, 기액 분리기에서 분리된 냉매 증기는 배출열 재생기에서 제1 흡수액으로부터 증발 분리된 냉매 증기와 함께 저온 재생기에 열원으로서 공급되고, 배출열 재생기에서 제2 흡수액으로부터 증발 분리된 냉매 증기는 저온 재생기 또는 응축기에 공급되고, 기액 분리기에서 분리된 흡수액은 고온 열교환기를 경유하여 저온 재생기에 공급되고, 저온 재생기에서 가열 재생된 흡수액은 배출열 재생기에서 제2 흡수액으로부터 가열 재생된 흡수액과 합류하여 저온 열교환기를 경유하여 흡수기로 복귀되고, 난방 운전시에는 배출열 재생기에서 제1 흡수액으로부터 가열 재생된 흡수액은 고온 재생기에 공급되고, 고온 재생기에서 가열 생성된 기액혼합 유체는 기액 분리기에 공급되어 냉매 증기와 흡수액으로 분리되고, 기액 분리기에서 분리된 냉매 증기와 흡수액은 배출열 재생기에서 제1 흡수액과 제2 흡수액으로부터 증발 분리된 냉매 증기와 함께 증발기 또는 흡수기에 공급되고, 배출열 재생기에서 제2 흡수액으로부터 가열 재생된 흡수액은 저온 열교환기를 경유하여 흡수기에 복귀되도록 구성된 것을 특징으로 하는 흡수 냉동기.