KR100516998B1 - 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기에 관한 것이며, 상세하게는 리튬 브로마이드 수용액을 흡수액으로, 물을 냉매로 사용하는 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기의 저온 재생기 내부에 설치한 전열관에서의 냉매증기의 응축구조에 관한 것으로서, 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기의 장점을 양호하게 발휘하고, 구조가 간단하며, 고장이 없도록 한 것이다.

본 발명은, 고온 재생기(1), 기액분리기(2), 저온 재생기(3), 응축기(4), 증발기(5), 흡수기(6) 및 고·저온 열교환기(7)(8)를 구비하고, 상기 저온 재생기(3), 응축기(4), 증발기(5) 및 흡수기(6)를 동일한 쉘 내에 일체화한 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기에 있어서, 상기 저온 재생기(3)의 내부에 설치한 전열관(10)의 출구에 확대부(31)(31')와 상기 확대부(31)(31')보다 그 단면적이 작은 협소부(32)(32')를 교호로 형성한 냉매증기 응축수단(30)을 응축기(4) 내에 위치되게 설치한 것을 특징으로 한 것이다.

Description

이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기 {DOUBLE EFFECT MODEL DIRECT CONNECTION ABSORBTION TYPE REFRIGERATOR}

본 발명은 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기에 관한 것이며, 상세하게는 리튬 브로마이드 수용액을 흡수액으로, 물을 냉매로 사용하는 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기의 저온 재생기 내부에 설치한 전열관에서의 냉매증기의 응축구조에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기는 30∼100 미냉동톤용량의 것을 패키지화 한 것으로서, 설치면적의 축소, 현장공사의 대폭감소에 의한 공기단축, 공장생산에 의한 제품의 균질화, 옥상 설치가능, 기계실이 필요하지 않음으로 자동운전이 가능한 점등의 장점이 있음으로 그 수요가 확대 추세에 있다.

종래의 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기는 도 1에서 참조되는 바와 같이, 1은 고온 재생기, 2는 기액분리기, 3은 저온 재생기, 4는 응축기, 5는 증발기, 6은 흡수기, 7은 고온 열교환기, 8은 저온 열교환기이고, 상기 저온 재생기(3), 응축기(4), 증발기(5) 및 흡수기(6)는 동일한 쉘 내에 일체화 한 것이다.

상기한 고온 재생기(1)는 가스버너 등의 가열원에 의하여 고온 열교환기(7)에서 복귀되는 묽은 농도의 흡수액을 가열하여서 중간 농도의 흡수액 및 냉매증기를 양액관(9)을 통하여 기액분리기(2)에 기포 펌프작용으로 토출하는 것이다.

상기한 저온 재생기(3)는 내부에 전열관(10)을 설치하여 그 입구는 기액분리기(2)의 상부에 연결한 냉매증기 도관(11)에, 출구는 응축기(4)에 연결하고, 또한 저온 열교환기(8)에 도관(20)으로 연결한 것으로서, 상기 전열관(10)에 기액분리기(2)에서 분리된 냉매증기를 냉매증기 도관(11)으로 공급하여, 고온 열교환기(7)에서 도관(18)으로 공급되는 중간 농도의 흡수액에서 냉매증기를 증발시키면서 응축되어 냉매액으로 된 후 상기 저온 재생기(3)에서 증발된 냉매증기와 함께 응축기(4)에 유입되는 것이다.

상기한 응축기(4)는 내부에 냉각수관(12)을 설치하여 도시하지 않은 냉각탑에서 냉각수를 공급함으로써 저온 재생기(3)에서 증발되어 유입된 냉매증기를 응축시켜 냉매액을 생성하는 것이다.

상기한 증발기(5)는 내부에 냉·온수겸용 열교환관(5')을 설치하고, 상부에 응축기(4)에 연결된 냉매액 살포관(13)을 설치한 것으로서, 상기 응축기(4)에서 생성된 냉매액을 냉매액 살포관(13)으로 냉·온수겸용 열교환관(5')에 살포하는 동작을 반복함으로써 증발기(5) 내의 압력에 상당하는 온도에서 냉매액이 증발될 때 발생되는 기화열에 의하여 냉·온수겸용 열교환관(5')에 공급되는 냉수를 냉각하여 냉방 등의 용도로 사용하거나, 냉·온수겸용 열교환관(5')에서 후술하는 온수를 생성하여 난방 등의 용도로 사용하는 것이다.

상기한 흡수기(6)는 내부에 냉각수관(12')과 상부에 흡수액 살포관(14)을 설치함과 동시에 증발기(5)와 분리판(15)에 의하여 상호 연통한 것으로서, 상기 증발기(5)에서 증발된 냉매증기는 분리판(15)에서 냉매액이 분리된 후 냉매증기만 흡수기(6)에 유입되어 흡수액 살포관(13)에서 살포되는 진한 농도의 흡수액에 흡수되며, 이때 상기 진한 농도의 흡수액은 냉매증기의 잠열에 의하여 온도가 상승됨으로 냉각수관(12')으로 공급되는 냉각수에 의하여 냉각시키는 것이다.

상기한 고온 열교환기(7)는 고온 재생기(1) 및 기액분리기(2)와 흡수액 복귀관(16) 및 흡수액 공급관(17)으로 연결하고, 또한 저온 재생기(3)에 도관(18)으로 연결한 것으로서, 상기 고온 재생기(1)에서 150℃내외로 가열한 중간 농도의 흡수액 및 냉매증기를 기액분리기(2)에서 분리시킨 후 중간 농도의 흡수액을 흡수액 공급관(17)을 통하여 쉘에 공급하여서, 저온 열교환기(8)에서 그 튜브(7')로 공급되는 묽은 농도의 흡수액과 열교환하여 2차 가열하고, 상기 2차 가열된 묽은 농도의 흡수액은 고온 재생기(1)에 복귀됨과 동시에 중간 농도의 흡수액은 도관(18)을 경유하여 저온 재생기(3)에 공급되는 것이다.

상기한 저온 열교환기(8)는 증발기(5)의 저부와 흡수액 펌프(19')를 부설한 도관(19)으로 연결함과 동시에 고온 열교환기(7)와 도관(21)으로 연결한 것으로서, 상기 증발기(5)의 저부에 모인 저온(40℃내외)의 묽은 농도의 흡수액을 도관(19)을 통하여 그 튜브(8')로 공급하여서, 저온 재생기(3)에서 90℃내외로 가열한 후 도관(20)을 통하여 쉘로 공급되는 진한 농도의 흡수액과 열교환하여 1차 가열하고, 상기 1차 가열된 묽은 농도의 흡수액은 도관(21)을 통하여 고온 열교환기(7)의 튜브(7')에 유입시키며, 상기 진한 농도의 흡수액은 도관(22)을 경유하여 흡수액 살포관(14)에 공급되는 사이클을 반복하는 것이다.

또한 상기 흡수액 공급관(17)과 증발기(5) 및 흡수기(6) 사이의 분리판(15) 하부에는 흡수액 및 냉매증기 도관(23)을 설치하고, 상기 도관(23)에 절환밸브(24)를 설치하여서 냉수 생성시는 폐쇄하고, 온수 생성시에는 개방하는 것이다.

상기한 온수를 생성할 때에는 저온 재생기(3), 응축기(4) 및 흡수기(6)의 기능은 중단하고, 고온 재생기(1)에서 기액분리기(2)에 토출된 중간 농도의 흡수액 및 냉매증기를 혼합한 상태로 증발기(5) 및 흡수기(6)의 하부에 직접 공급하여서, 상기 냉매증기에 의하여 냉·온수겸용 열교환관(5')에 공급되는 냉수(급수)를 가열함으로써 온수를 생성하고, 냉·온수겸용 열교환관(5')을 흐르는 냉수와 열교환하여 응축된 냉매액은 흡수액과 함께 증발기(5)의 저부에 모인 후 흡수액 펌프(19')의 구동에 의하여 저온 및 고온 열교환기(8)(7)의 튜브(8')(7')와 흡수액 복귀관(16)을 경유하여서 고온 재생기(1)에 복귀 재가열되어서 상기한 사이클을 반복하는 것이다.

미설명부호 26은 냉수공급 펌프이다.

한편 이중 효용형 흡수식 냉동기에서 냉수 생성운전을 할 경우에 그 냉동효율은 냉온수겸용 열교환관(5')에서 생성되는 냉수 생성량에 의하여 좌우되고, 상기 냉수 생성량은 응축기(4)에서 냉매액의 생성량에 의하여 좌우되는 것이다.

따라서 저온 재생기(3) 내에 설치한 전열관(10)에서 기액분리기(2)에서 분리된 냉매증기에 의하여 중간 농도의 흡수액을 가열할 때 냉매증기의 증발효율이 양호하고, 또한 전열관(10)에서 중간 농도의 흡수액을 가열할 때 그 응축이 완전하게 되어야 하는 것이다.

그러나 냉동기의 운전조건은 부하의 과소에 따라 변경되는 것임으로 운전조건이 변경될 때 전열관(10)에서 냉매증기의 응축이 불완전한 현상이 발생함에 따라 냉매액에 냉매증기가 혼입되어 응축기(4)에 유입됨으로써 냉동효율이 저하되고, 상기 전열관(10)에서 응축되지 못하고 응축기(4)에 유입되는 냉매증기를 응축하기 위하여서는 응축기(4) 및 냉각탑의 용량을 증대하여야 함으로써 가격이 비싸지고 설치면적을 많이 차지하게 되는 것이다.

본 발명의 출원인은 이중 효용형 병렬 흡수식 냉동기의 냉동효율을 증대하고 가격의 저렴화 및 설치면적의 축소를 위하여, 이중 효용형 병렬 흡수식 냉동기의 저온 재생기에 설치한 전열관의 출구에 저온 재생기의 외부 측면에 노출되는 냉매액조를 형성하고, 상기 냉매액조의 저면에 냉매액 배출도관을 돌출되게 설치하여 상기 배출도관에 냉매액의 수위의 고저에 의하여 개폐되는 밸브를 설치한 냉매증기 응축수단을 설치하여서, 냉매액조의 냉매액의 수위가 낮아지면 밸브를 폐쇄하고, 냉매액의 수위가 높아지면 밸브를 개방함으로써 전열관에서 냉매증기를 완전히 응축되도록 한 이중 효용형 병렬 흡수식 냉동기를 특허 제 250064 호로 제안한 바 있다.

그러나 상기한 이중 효용형 병렬 흡수식 냉동기는 고온 재생기; 저온 재생기 및 응축기; 증발기 및 흡수기를 각각 별개로 형성하고, 또한 그 용량은 대용량임으로 냉동효율 향상을 위한 냉매증기 응축수단을 저온 재생기의 외부 측면에 노출되게 설치하여도 설치공간 등의 제약이 없으나, 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기는 단일 프레임의 하부에 고온 재생기를 설치하고, 상기 고온 재생기의 상부에 저온 재생기, 응축기, 증발기 및 흡수기를 1개의 쉘에 내장하여 패키지화 함과 동시에 부피를 축소시킨 것임으로 상기 냉매증기 응축수단을 저온 재생기의 외부 측면에 노출되게 설치하면 상기한 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기의 장점을 발휘할 수 없게 되고, 밸브의 개폐시에 딸가닥하는 소음 등이 발생하는 것이다.

상기한 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기의 장점을 활용할 수 있도록 하기 위하여, 저온 재생기 내에 설치한 전열관 출구의 응축기 내에 노즐을 설치하여 냉매증기를 응축하는 것이 알려져 있으나, 냉매는 물을 사용함으로 배관 등에 스케일이 발생하고, 또한 냉매에 다른 불순물이 혼입되기 때문에 냉매증기에 포함된 불순물에 의하여 노즐의 폐쇄현상이 발생하며, 노즐이 불순물 등에 의하여 폐쇄되면 응축기의 용접결합부를 분리하여야 그 청소가 가능하기 때문에 실현가능성이 없는 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 상기한 문제점을 시정하여, 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기의 장점을 양호하게 발휘하고, 구조가 간단하며, 고장이 없는 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고온 재생기, 기액분리기, 저온 재생기, 응축기, 증발기, 흡수기 및 고·저온 열교환기를 구비하고, 상기 저온 재생기, 응축기, 증발기 및 흡수기를 동일한 쉘 내에 일체화한 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기에 있어서, 상기 저온 재생기의 내부에 설치한 전열관의 출구에 확대부와 상기 확대부보다 그 단면적이 작은 협소부를 교호로 형성한 냉매증기 응축수단을 응축기 내에 위치되게 설치한 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예의 계통도이고, 도 2는 본 발명의 실시예의 요부 확대 단면도로서, 도 1 및 도 2에서 종래의 것과 동일한 구성요소는 동일한 부호를 부여하고 개략적인 설명만 한다.

도 1에서, 1은 고온 재생기이고, 2는 상기 고온 재생기(1)에 양액관(9)으로 연결한 기액분리기이며, 3은 내부에 전열관(10)을 설치하여 그 입구는 상기 기액분리기(2)에 연결한 냉매증기 도관(11)에, 출구는 응축기(4)에 연결한 저온 재생기이며, 상기 응축기(4)에는 냉각탑(미도시)에 연결되는 냉각수관(12)을 설치한 것이다.

5는 증발기로서, 상기 증발기(5)는 내부에 냉·온수겸용 열교환관(5')을 설치하고, 상부에 상기 응축기(4)에 연결된 냉매액 살포관(13)을 설치한 것이다.

6은 흡수기로서, 상기 흡수기(6)는 내부에 냉각수관(12')과 상부에 흡수액 살포관(14)을 설치하고, 상기 냉각수관(12')은 그 출구를 응축기(4)에 설치한 냉각수관(12)에 연결한 것이며, 상기 저온 재생기(3), 응축기(4), 증발기(5) 및 흡수기(6)는 동일한 쉘 내에 일체화 한 것이다.

7은 고온 열교환기로서, 상기 고온 열교환기(7)는 고온 재생기(1) 및 기액분리기(2)와 흡수액 복귀관(16) 및 흡수액 공급관(17)으로 연결하고, 저온 재생기(3)에 도관(18)으로 연결한 것으로서, 후술하는 저온 열교환기(8)에서 그 튜브(7')로 공급되는 묽은 농도의 흡수액을 기액분리기(2)에서 흡수액 공급관(17)으로 쉘에 공급되는 중간 농도의 흡수액과 열교환하여 2차 가열하고, 상기 2차 가열된 묽은 농도의 흡수액은 고온 재생기(1)에 복귀되도록 하고, 중간 농도의 흡수액은 도관(18)을 경유하여 저온 재생기(3)에 공급되는 것이다.

8은 저온 열교환기로서, 상기 저온 열교환기(8)는 증발기(5)의 저부와 흡수액 펌프(19')를 부설한 도관(19)으로 연결함과 동시에 고온 열교환기(7)에 도관(21)으로 연결하고, 또한 저온 재생기(3)와 도관(20)으로 연결한 것으로서, 증발기(15)의 하부에 모인 묽은 농도의 흡수액을 도관(19)을 통하여 그 튜브(8')로 공급하여서, 저온 재생기(3)에서 도관(20)을 통하여 쉘로 공급되는 진한 농도의 흡수액과 열교환하여 1차 가열하고, 상기 1차 가열된 묽은 농도의 흡수액은 도관(21)으로 고온 열교환기(7)에 공급하며, 상기 진한 농도의 흡수액은 도관(22)을 경유하여 흡수기(6)의 상부에 설치한 흡수액 살포관(14)에 공급하는 것이다.

그리고 흡수액 공급관(17)과 증발기(5) 및 흡수기(6) 사이의 분리판(15) 하부에는 흡수액 및 냉매증기 도관(23)을 설치하고, 상기 도관(23)에 절환밸브(24)를 설치하여 냉수 생성시 폐쇄하고 온수 생성시 개방하는 것이다.

상기한 온수를 생성할 때에는 고온 재생기(1)에서 기액분리기(2)에 토출된 흡수액과 냉매증기를 직접 도관(23)으로 증발기(5) 및 흡수기(6)의 하부에 공급하여 흡수액과 냉매증기를 분리한 후 냉매증기에 의하여 냉·온수겸용 열교환관(5')에 공급되는 냉수를 가열하여서 온수를 생성하는 것이며, 이때 저온 재생기(3), 응축기(4) 및 흡수기(6)는 그 기능을 중단하는 것이다.

30은 냉매증기 응축수단으로서, 상기 냉매증기 응축수단(30)은 상기 저온 재생기(3)의 내부에 설치한 전열관(10)의 출구에 수개의 확대부(31)(31')와 상기 확대부(31)(31') 사이에 상기 확대부(31)(31')보다 단면적이 작은 수개의 협소부(32)(32')를 형성하여 응축기(4) 내에 위치되도록 하여서 된 것이다.

상기 확대부(31)(31') 및 협소부(32)(32')는 원형단면 또는 각형단면으로 형성하고, 또한 협소부(32)(32')의 직경은 전열관(10)의 용량에 따라 정하여지는 것이다.

미설명부호 26은 냉수공급 펌프이다.

이상과 같은 본 발명은 냉수 생성운전시에는 흡수액 및 냉매증기 도관(23)에 설치한 절환밸브(24)를 폐쇄하고, 고온 재생기(1)에서 고온 열교환기(7)로부터 복귀되는 묽은 농도의 흡수액을 가열하여 중간 농도의 흡수액 및 냉매증기를 생성한 후 양액관(9)을 통하여 기액분리기(2)에 기포 펌프작용으로 토출하고, 상기 기액분리기(2)에서 분리된 냉매증기는 저온 재생기(3) 내의 전열관(10)에 공급되어 중간 농도의 흡수액과 열교환하여 냉매증기를 증발시키면서 응축되어 냉매액으로 된 후 상기 저온 재생기(3)에서 증발된 냉매증기와 함께 응축기(4)에 유입되는 것이다.

상기 전열관(10)에서 응축된 냉매액은 저온 재생기(3)에서 증발되어 응축기(4)에서 응축된 냉매액과 함께 증발기(5) 내에 설치한 냉매액 살포관(13)으로 냉·온수겸용 열교환관(5')에 살포되어 그 냉매액이 증발될 때 발생하는 기화열에 의하여 냉수(급수)를 냉각시켜 냉수를 생성하는 사이클을 반복하는 것이다.

한편 상기 증발기(5)에서 증발된 냉매증기는 분리판(15)에서 냉매액이 분리된 후 흡수기(6)에 유입되어 흡수액 살포관(14)으로 살포되는 진한 농도의 흡수액에 흡수되며, 상기 냉매증기를 흡수하여 묽은 농도가 된 흡수액은 저온 및 고온 열교환기(8)(7)를 경유하면서 저온 재생기(3)에서 발생한 진한 농도의 흡수액 및 기액분리기(2)에서 공급되는 중간 농도의 흡수액과 열교환하여 1차 및 2차 가열된 후 흡수액 복귀관(16)을 경유하여 고온 재생기(1)에 복귀되어 재가열되는 사이클을 반복하는 것이다.

그리고 온수 생성운전시에는 절환밸브(24)를 개방하고, 고온 재생기(1)에서 기액분리기(2)에 토출한 중간 농도의 흡수액 및 냉매증기를 흡수액 및 냉매증기 도관(23)을 통하여 직접 증발기(5)와 흡수기(6) 사이의 분리판(15) 하부에 공급하여서 상기 냉매증기에 의하여 냉·온수겸용 열교환관(5')에 공급되는 냉수(급수)를 가열하여 온수를 생성하고, 상기 냉수를 가열한 냉매증기는 응축된 후 흡수액에 흡수되어 흡수액 펌프(19')의 구동에 의하여 저온 및 고온 열교환기(8)(7)와 흡수액 복귀관(16)을 경유하여서 고온 재생기(1)에 복귀하여 재가열되는 사이클을 반복하는 것이다. 이때에 저온 재생기(3), 응축기(4) 및 흡수기(6)의 기능은 중단되는 것이다.

상기와 같이 냉수 생성운전을 할 때에 기액분리기(2)에서 분리된 냉매증기가 저온 재생기(3) 내에 설치한 전열관(10)에 공급되어 저온 재생기(3) 내의 중간 농도의 흡수액에서 냉매증기를 증발할 때 냉동기의 운전조건 즉 부하의 과소에 따라 전열관(10)에서 냉매증기의 응축이 불완전할 경우 그 냉매액에 혼합된 냉매증기는 확대부(31)(31') 및 협소부(32)(32')를 교호로 통과하면서 냉매액 및 냉매증기의 압력이 반복하여 저하됨에 따라 그 유동을 촉진 및 지체시켜 전열관(10)에서 냉매증기를 응축함으로써 저온 재생기(3) 내에서 냉매증기의 발생량을 증대하고, 전열관(10)에서 냉매증기의 응축이 양호하게 되면 응축기(4) 및 냉각탑의 용량도 축소할 수 있는 것이다.

상기와 같이 냉매증기 응축수단(30)을 전열관(10)의 출구에 확대부(31)(31') 및 협소부(32)(32')를 교호로 형성하여 응축기(4) 내에 설치함으로써 그 구조 및 배관이 간단하고 고장의 염려가 없으며, 냉매증기 응축시 소음의 발생이 전혀 발생하지 않게 되는 것이다.

이상과 같이 본 발명은 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기의 저온 재생기 내부에 설치한 전열관의 출구에 냉매증기 응축수단을 확대부와 협소부를 교호로 형성하여 응축기 내에 설치함으로써 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기의 장점을 양호하게 발휘할 수 있으며, 구조가 간단하고 고장의 염려가 없음으로 신뢰성이 향상되어 무인운전도 간편하게 할 수 있고, 냉매증기 응축시 소음의 발생이 없음으로 정숙한 운전을 할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예의 계통도.

도 2는 본 발명의 실시예의 요부 확대 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

1 : 고온 재생기 2 : 기액분리기 3 : 저온 재생기

4 : 응축기 5 : 증발기 6 : 흡수기

7, 8 : 고·저온 열교환기 30 : 냉매증기 응축수단

31, 31' : 확대부 32, 32' : 협소부

Claims (2)

1. 고온 재생기, 기액분리기, 저온 재생기, 응축기, 증발기, 흡수기 및 고·저온 열교환기를 구비하고, 상기 저온 재생기, 응축기, 증발기 및 흡수기를 동일한 쉘 내에 일체화한 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기에 있어서, 상기 저온 재생기의 내부에 설치한 전열관의 출구에 확대부와, 상기 확대부보다 그 단면적이 작은 협소부를 교호로 형성한 냉매증기 응축수단을 응축기 내에 위치되게 설치한 것을 특징으로 한 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기.
2. 제 1 항에 있어서, 확대부 및 협소부는 수개를 교호로 형성한 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기.