KR100464924B1 - 핀튜브식 고온재생기를 구비한 흡수식 냉동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 병렬흐름 방식 또는 직렬흐름 방식을 갖는 흡수식 냉동기의 고온재생기에 있어서, 용액의 유동경로의 연장 및 열접촉면적을 넓혀 우수한 열전도율을 갖는 핀튜브식 고온재생기를 구비한 흡수식 냉동기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 발현하기 위한 본 발명은 희용액 유입관과 냉매증기 배출덕트 및 농용액 배출관과, 유입된 희용액을 농축하기 위해 열을 가하는 버너(150)를 포함한 고온재생기를 구비한 흡수식 냉동기에 있어서, 버너(150)의 화염방향에 대해 수직으로 위치하며, 희용액이 유입된 방향에 대해 반대방향으로 배출되도록 안내하는 배관(120, 130)들과, 희용액 유입관(111)과 냉매증기 배출덕트(160) 및 농용액 배출관(165)이 형성되며 희용액 유입관(111)으로 유입된 용액과 배관(120, 130)을 통해 배출된 용액을 분리하여 저장하는 저장조(113)와, 배관(120, 130)들의 외측면에 고정된 핀(140)들로 구성된 것을 기술적 특징으로 한다.

이런 흡수식 냉동기는 용액의 온도분포가 균일하여 측정된 온도에 대한 신뢰성이 높으며, 또한, 연소실 내에서 유동하는 희용액의 경로가 길어지며, 내부관과 외부관에 고정된 핀에 의해 높은 열효율을 갖는다.

Description

핀튜브식 고온재생기를 구비한 흡수식 냉동기{Absorption refrigerator with fin tube type of high temperature generator}

본 발명은 병렬흐름 방식 또는 직렬흐름 방식의 흡수식 냉동기에 관한 것이며, 특히, 용액의 이동경로를 연장시킴과 동시에 열접촉면적을 넓혀 우수한 열전도율을 갖는 핀튜브식 고온재생기를 구비한 흡수식 냉동기를 제공하는 데 있다.

일반적으로 흡수식 냉동기란, 냉매가스의 액체용해도가 온도 및 압력에 따라 달라지는 것을 이용한 냉동기로서, 증기 압축식 냉동기에서의 압축기 대신 흡수기와 재생기를 갖추고 있으며, 냉매로서는 물 또는 암모니아를 사용하고, 용액으로는 취화리튬(LiBr)수용액 또는 물을 주로 사용한다.

이와 같은 흡수식 냉동기의 구성 및 그 유기적 결합관계를 도 1을 참조하여 개략적으로 설명하겠다.

도 1은 일반적인 흡수식 냉동기의 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 병렬흐름 방식의 흡수식 냉동기는 냉매를 가열하는 고온재생기(1) 및 저온재생기(2)와, 이들 고온재생기(1) 및 저온재생기(2)에서보내진 냉매를 응축 액화시키는 응축기(3)와, 이런 응축기(3)에 의해 응축 액화된 냉매를 주변의 열을 흡수하여 저온/저압의 증기로 증발시키는 증발기(4)와, 이런 증발기(4)에 의해 증발된 냉매증기를 취화리튬(LiBr)수용액과 같은 용액에 흡수시키는 흡수기(5)와, 상기 용액의 열교환을 실시하는 저온용액 열교환기(6) 및 고온용액 열교환기(7)로 구성되어 배관에 의해 상호 연결된 구조를 갖추고 있으며, 상기 증발기(4)와 흡수기(5)의 내부에는 각각 냉수와 냉각수가 유통하는 전열관(9a, 9b)과 각각의 배관을 통해 운반되는 냉매 또는 용액을 살포하는 분사기가 각각 갖추어져 있다.

한편, 고온재생기(1)로 유입된 용액은 버너(17)로부터 공급되는 연소가스, 증기 등에 의해 가열되어 고온의 냉매증기를 발생시키면서 고온의 농용액이 된다. 이런 농용액은 용액스프레이 펌프(8)에 의해 고온용액 열교환기(7)와 저온용액 열교환기(6)를 거쳐 흡수기(5)로 펌핑되고, 분리된 냉매증기는 저온재생기(2)로 유도되어 저온재생기(2)로 유입된 희용액을 가열하는 열원으로 사용된다.

도 2는 이와 같은 종래의 고온재생기를 상세히 나타내고 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 고온재생기(1)는 돔(dome)형태로서 하부가 개방된 연소실(10)과, 연소실(10)의 외측둘레를 따라 위치하며 연소실(10)의 하단에 연장되어 일체로 형성된 외측격벽(11)과, 연소실(10)의 내측둘레를 따라 위치하는 내측격벽(12)과, 상기 외측격벽(11)의 외측둘레를 따라 위치하며 내측격벽(12)의 하단에 연장되어 외측격벽(11)과 일체로 형성된 외측벽(13)으로 구성된다.

따라서, 연소실(10)의 개방된 하부에 취부된 버너(20)로부터 발생한 연소가스는 연소실(10)의 상부로 상승하여 연소실(10)의 내측면과 내측격벽(12)의 사이를 통해 하부방향으로 유동하고, 다시 외측격벽(11)과 외측벽(13)의 사이의 유로를 통해 상승한다. 그리고, 외측벽(13)에 형성된 연도(15)를 통해 고온재생기(1)의 외부로 배출된다.

한편, 이런 고온재생기(1)로 유입된 희용액은 연소실(10)의 외측벽(13)과 외측격벽(11)의 사이로 유입된 후 용액스프레이 펌프(8)에 의해 고온재생기(1)의 상부로 배출된다.

이와 같은 구조의 고온재생기(1)에 있어서, 연소가스는 연소실(10)의 내측면과 외측격벽(11)을 따라 유동하면서 연소실(10)의 외측면과 외측격벽(11)의 사이에 위치한 희용액을 가열한다. 이와 같은 열전달에 있어서, 연소가스의 열전달율을 향상시키기 위해 외측격벽(11)의 바깥면에는 핀(Fin)(18)이 설치되어 연소가스와의 접촉면적을 넓힌다. 이와 같이 고온의 연소가스와의 접촉면적이 넓어짐에 따라 희용액에 전달되는 열량 또한 증가하게 되며, 그로 인해 희용액의 농축속도가 빨라지면서 에너지 소모를 감소할 수 있다는 효과가 있다.

하지만, 이와 같은 구조의 고온재생기에 있어서, 고온재생기로 유입된 희용액은 연소실의 외측벽과 외측격벽 사이에 정체된 상태로 열대류에 의해 순환하기 때문에 전달되는 열분포가 균일하지 못하며, 핀이 외측격벽에만 고정되어 있기 때문에 열전달이 보다 효과적이지 못하며, 이러한 종래의 고온재생기에서 핀의 설치 가능한 위치는 외측격벽과 연소실의 내측면으로 한정되어 보다 우수한 열전달효과를 얻을 수 없다는 단점이 있다.

한편, 앞에서 설명한 고온재생기는 도 1과 같은 병렬흐름 방식의 흡수식 냉동기의 한 구성요소로 설명하였으나, 직렬흐름 방식의 흡수식 냉동기 또한 이와 같은 고온재생기를 구비하고 있으며, 앞에서 설명한 바와 같은 동일한 단점들을 갖고 있다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 고온재생기 내로 유입된 용액이 정체되지 않고 유동함에 따라 균일한 열분포를 가질 수 있고, 용액을 가열함에 있어 효율적인 구조의 핀튜브식 고온재생기를 구비한 흡수식 냉동기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 흡수식 냉동기의 개념도이고,

도 2는 종래 기술에 따른 도 1에 도시된 고온재생기의 단면도이고,

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 고온재생기의 부분단면사시도이고,

도 4는 도 3에 도시된 고온재생기의 평단면도이며,

도 5는 도 4에 도시된 A-A'의 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1, 100 : 고온재생기 2 : 저온재생기

3 : 응축기 4 : 증발기

5 : 흡수기 6 : 저온용액 열교환기

7 : 고온용액 열교환기 8 : 용액스프레이 펌프

9a, 9b : 전열관 10 : 연소실

11 : 외측격벽 12 : 내측격벽

13 : 외측벽 15 : 연도

18, 140 : 핀 20, 150 : 버너

110 : 하우징 111 : 희용액 유입관

113, 117 : 저장조 110 : 하우징

119 : 격벽 120 : 외부관

130 : 내부관 160 : 냉매증기 배출덕트

165 : 농용액 배출관

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 희용액 유입구와 냉매증기 배출구 및 농용액 배출구와, 상기 희용액 유입구를 통해 유입된 희용액을 농축하기 위해 열을 가하는 버너를 포함한 고온재생기를 구비한 흡수식 냉동기에 있어서, 상기 버너의 화염방향에 대해 수직으로 위치하며, 상기 희용액이 유입된 방향에 대해 반대방향으로 배출되도록 안내하는 배관들과, 상기 희용액 유입구와 상기 냉매증기 배출구 및 상기 농용액 배출구가 형성되며, 상기 희용액 유입구로 유입된 용액과 상기 배관을 통해 배출된 용액을 분리하여 저장하는 저장조와, 상기 배관들의 외측면에 고정된 핀들로 구성된 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 배관들은 직선형 배관이고, 상기 배관들의 일단에는 상기 저장조인 제1저장조가 연통되고, 타단에는 제2저장조가 연통되며, 상기 제1저장조에는 격벽이 형성되어 상기 희용액 유입구를 통해 유입된 희용액과 상기 제2저장조에서 배관을 통해 유입된 농용액을 분리하여 저장하는 것이 바람직하다.

보다 바람직하게는 상기 배관들은 상기 저장조에서 유입된 희용액이 이동하는 제1배관과 상기 반대방향으로 상기 희용액을 배출하는 제2배관으로 구분되며, 상기 제1, 제2배관들은 각각의 핀에 접합 고정된 일체형으로서, 제2배관은 상기 버너와 상기 제1배관의 사이에 위치한다.

또한, 본 발명의 상기 핀들은 중공이 형성된 원판의 형태이고, 상기 핀에는 상기 제1배관이 관통하는 구멍과 상기 제2배관이 관통하는 구멍이 각각 상기 핀의 원주를 따라 형성되어 상기 구멍들에 삽입된 상기 제1, 제2배관과 니켈-브래징 접합되며, 상기 핀의 중공에 상기 버너가 위치하는 것이 바람직하다.

아래에서, 본 발명에 따른 핀튜브식 고온재생기를 구비한 흡수식 냉동기의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 고온재생기의 부분단면사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 고온재생기의 평단면도이며, 도 5는 도 3에 도시된 A-A'의 단면도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 고온재생기(100)는 원통형의 하우징(110)과, 하우징(110)의 내부에 원형으로 배치된 외부관(120)들과, 원형으로 배치된 외부관(120)의 안쪽에 원형으로 배치된 내부관(130)들과, 중공이 형성된 원판형태로서 원주를 따라 상기 외부관(120)들과 내부관(130)들이 관통하는 관통공이 형성된 핀(140)들을 포함하며, 핀(140)들은 외부관(120)과 내부관(130)의 길이방향을 따라소정의 간격을 유지하며 관(120, 130)들의 외측면에 니켈-브래징(Ni-Brazing) 접합 고정된다.

그리고 하우징(110)의 상부와 하부에는 상부 저장조(113)와 하부 저장조(117)가 내부관(130)과 외부관(120)들의 상하단에 각각 연통되어 위치하며, 상부 저장조(113)의 내부에는 격벽(119)이 내부관(130)과 외부관(120)의 사이를 따라 형성된다. 따라서, 상부 저장조(113)는 격벽(119)에 의해 되어 내부관(130)과 연통된 부분과 외부관(120)과 연통된 부분으로 구분된다.

한편, 이런 상부 저장조(113)에는 도 5에 도시된 바와 같이, 냉매증기 배출덕트(160)와 농용액 배출관(165) 및 희용액 유입관(111)이 연결된다. 냉매증기 배출덕트(160)는 상부 저장조(113)의 중앙에 연통되고, 농용액 배출관(165)은 냉매증기 배출덕트(160)의 일측에 연통되며, 희용액 유입관(111)은 상부 저장조(113)의 격벽(119)을 기준으로 외부관(120)이 연통된 부분에 연결된다.

그리고, 버너(150)는 메탈파이버로서, 원형으로 배치된 내부관(130)들의 중심점에 위치하며 그 화염의 방향(도 5에서의 화살표 방향)은 내부관(130)들을 향한 방향으로 형성된다. 그리고 도면에는 도시되지 않았지만, 하우징(110)에는 연도가 연통되어 연소가스 및 증기가 연도를 통해 고온재생기(100)의 외부로 배출된다.

아래에서는 이와 같은 구성을 갖는 핀튜브식 고온재생기를 구비한 흡수식 냉동기에 있어서, 용액의 유동경로 및 그 유동과정에서 용액이 농축되는 과정에 대해 상세히 설명하겠다.

도 5에 보이듯이, 희용액은 흡수기(도 1의 5)로부터 배출되어 희용액유입관(111)을 통해 고온재생기(100)로 유입된다. 이와 같이 유입된 희용액은 상부 저장조(113)에 채워지면서 외부관(120)을 통해 하부 저장조(117)로 유동한다. 하부 저장조(117)에 채워진 희용액은 하부 저장조(117)에 연통된 내부관(130)을 통해 상승하게 되는데, 이는 고온재생기(100)에 연결된 응축기(3) 및 증발기(4)가 저압상태이기 때문에 다른 별도의 용액이송장치 없이도 희용액은 내부관(130)을 통해 상부 저장조(113)로 유동한다.

이와 같이, 상부 저장조(113)에는 희용액 유입관(111)을 통해 유입된 저온의 희용액과 내부관(130)을 통해 상승한 고온의 농용액이 위치하는데, 이는 격벽(119)에 의해 구분되어 혼합되지 않는 상태로 위치한다. 이런 농용액은 상부 저장조(113)에 채워지며 농용액의 수위는 냉매증기 배출덕트(160)의 일측에 연결된 농용액 배출관(165)까지 상승하고, 농용액 배출관(165)을 통해 흡수기(5)로 유동한다. 이때 농용액은 용액스프레이 펌프(8)의 작동에 의해 흡수기(5)까지 이송된다.

한편, 버너(150)의 화염은 내부관(130)을 향하며, 버너(150)에서 발생한 열은 대부분 핀(140)을 통해 내부관(130)과 외부관(120)으로 전달되어 희용액을 가열한다. 여기에서, 핀(140)은 버너(150)로부터 공급되는 연소가스 및 증기의 열이 내부관(130)과 외부관(120)으로 원활하게 전도되도록 한다. 즉, 핀(140)이 없다면 연소가스 및 증기가 내부관(130)과 외부관(120)에 직접 접하여 열전달되기 때문에 용액까지 전달되는 열량이 작지만, 핀(140)은 그 표면적이 내부관(130)과 외부관(120)의 외표면적보다 넓고 열전도도가 높은 금속재질로 형성되어 연소가스 및 증기로부터 많은 열량을 전달받아 내부관(130)과 외부관(120)으로 전도하여 용액을 가열한다.

이와 같이 희용액은 희용액 유입관(111), 상부 저장조(113), 외부관(120), 하부 저장조(117), 내부관(130) 그리고 상부 저장조(113)를 따라 유동하는 동안에 열을 받아 농용액으로 농축되며, 냉매는 냉매증기로 기화한다.

이와 같이 용액으로부터 분리된 냉매증기는 냉매증기 배출덕트(160)를 통해 저온재생기(2)로 유동하고, 농용액은 농용액 배출관(165)을 통해 흡수기(5)로 유동한다.

한편, 앞에서 설명한 본 발명의 고온재생기는 용매의 흐름방식에 따라 구분되는 병렬흐름 방식의 흡수식 냉동기 및 직렬흐름 방식 흡수식 냉동기의 고온재생기에 관한 것으로, 앞에서는 병렬흐름 방식의 흡수식 냉동기에 관해서 설명하였으나, 직렬흐름 방식의 흡수식 냉동기의 고온재생기에 관한 것이기도 하다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 핀튜브식 고온재생기를 구비한 흡수식 냉동기는 용액이 정체되지 않고 흐르는 과정에서 열전달되어 가열됨으로써, 용액 내의 열분포가 균일하여 용액의 가열온도관리가 용이하다는 장점이 있다. 즉, 종래에는 용액의 열분포가 불균일하여 용액의 온도를 측정함에 있어서 그 온도에 대한 신뢰성이 떨어졌으나, 본 발명에서는 온도분포가 균일하여 측정된 온도에 대한 신뢰성이 높다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 핀튜브식 고온재생기를 구비한 흡수식 냉동기는 연소실 내에서 유동하는 희용액의 경로가 길어지며, 또한 내부관과 외부관에 고정된 핀에 의해 높은 열효율을 얻을 수 있다는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 핀튜브식 고온재생기를 구비한 흡수식 냉동기에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

Claims (4)

1. 희용액 유입구와 냉매증기 배출구 및 농용액 배출구와, 상기 희용액 유입구를 통해 유입된 희용액을 농축하기 위해 열을 가하는 버너를 포함한 고온재생기를 구비한 흡수식 냉동기에 있어서,

   상기 버너의 화염방향에 대해 수직으로 위치하며, 상기 희용액이 유입된 방향에 대해 반대방향으로 배출되도록 안내하는 배관들과,

   상기 희용액 유입구와 상기 냉매증기 배출구 및 상기 농용액 배출구가 형성되며, 상기 희용액 유입구로 유입된 용액과 상기 배관을 통해 배출된 용액을 분리하여 저장하는 저장조와,

   상기 배관들의 외측면에 고정된 핀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온재생기를 구비한 흡수식 냉동기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 배관들은 직선형 배관이고, 상기 배관들의 일단에는 상기 저장조인 제1저장조가 연통되고, 타단에는 제2저장조가 연통되며, 상기 제1저장조에는 격벽이 형성되어 상기 희용액 유입구를 통해 유입된 희용액과 상기 제2저장조에서 배관을 통해 유입된 농용액을 분리하여 저장하는 것을 특징으로 하는 고온재생기를 구비한 흡수식 냉동기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 배관들은 상기 저장조에서 유입된 희용액이 이동하는 제1배관과 상기 반대방향으로 상기 희용액을 배출하는 제2배관으로 구분되며,

   상기 제1, 제2배관들은 각각의 핀에 접합 고정된 일체형으로서, 제2배관은 상기 버너와 상기 제1배관의 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 고온재생기를 구비한 흡수식 냉동기.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 핀들은 중공이 형성된 원판의 형태이고, 상기 핀에는 상기 제1배관이 관통하는 구멍과 상기 제2배관이 관통하는 구멍이 각각 상기 핀의 원주를 따라 형성되어 상기 구멍들에 삽입된 상기 제1, 제2배관과 니켈-브래징(Ni-Brazing) 접합되며, 상기 핀의 중공에 상기 버너가 위치하는 것을 특징으로 하는 고온재생기를 구비한 흡수식 냉동기.