KR100517000B1 - 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기에 관한 것이며, 상세하게는 리튬 브로마이드 수용액을 흡수액으로, 물을 냉매로 사용하는 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기의 냉매액 증발 촉진구조에 관한 것으로서, 진한 농도의 흡수액이 흡수기에 살포되기 전에 기화되는 수증기를 분리하여 진한 농도의 흡수액만을 냉각수관에 살포되게 하여서 냉수 생성효율을 증대할 수 있도록 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)에서 발생된 진한 농도의 흡수액을 압력차에 의하여 흡수기(6)에 살포하는 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기에 있어서, 상기 저온 열교환기(8)에 연결하여 흡수액 살포관(14)에 진한 농도의 흡수액을 공급하는 도관(22) 상부의 흡수액 살포관(14) 연결부에 기액 분리수단(30)을 설치하고, 상기 기액 분리수단(30)의 상부에 수증기 도관(31)을 설치하여 흡수기(6)에 연결한 것을 특징으로 한 것이다.
Description
본 발명은 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기에 관한 것이며, 상세하게는 리튬 브로마이드 수용액을 흡수액으로, 물을 냉매로 사용하는 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기의 냉매액 증발 촉진구조에 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 3에 도시한 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 발생한 후 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 냉매도관(11)으로 공급하여, 고온 열교환기(7)에서 도관(18)으로 공급되는 중간 농도의 흡수액에서 냉매증기를 증발시키면서 응축되어 냉매액으로 된 후 상기 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 압력차에 의하여 냉매액 살포관(13)으로 공급하여 냉·온수겸용 열교환관(5')에 균일하게 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 상기 증발기(5)와 분리판(15)에 의하여 상호 연통한 것으로서, 상기 증발기(5)에서 냉수를 생성하면서 증발된 냉매증기는 분리판(15)에서 냉매액이 분리된 후 냉매증기만 흡수기(6)에 유입되어 흡수액 살포관(14)에서 살포되는 진한 농도의 흡수액에 흡수되며, 이때 상기 진한 농도의 흡수액은 냉매증기의 잠열(기화열)에 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 흡수액 복귀관(16)을 경유하여 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)에 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 가열된 후 도관(20)을 통하여서 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 직접 증발기(5) 및 흡수기(6)의 하부에 공급하여서, 상기 냉매증기에 의하여 냉·온수겸용 열교환관(5')에 공급되는 환수(이용기기에서 공기와 열교환하여 냉각된 온수)를 가열함으로써 온수를 생성하고, 냉·온수겸용 열교환관(5')을 흐르는 환수와 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 냉수(환수)공급 펌프이다.
한편 상기한 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기는 상기한 바와 같이 증발기(5)의 냉·온수관(5')에 냉매액을 살포하여 그 기화열에 의하여 냉수를 생성하고, 냉수를 생성하면서 증발된 냉매증기는 흡수기(6)에서 저온 재생기(3)로 부터 공급되는 진한 농도의 흡수액에 흡수될 때 냉매증기의 잠열에 의하여 그 온도가 상승되는 것을 방지하기 위하여 진한 농도의 흡수액을 냉각수관(12')에 균일하게 살포함으로써 진한 농도의 흡수액의 온도를 상기 냉매액의 증발 압력과 동일한 압력을 유지하는 온도까지 냉각하여서 상기 진한 농도의 흡수액의 온도를 40℃내외로 낮게 유지하여야만 양호한 흡수능력을 유지할 수 있고, 흡수능력을 양호하게 유지하여야만 냉수 생성효율을 양호하게 유지할 수 있는 것이다.
그리고 상기한 바와 같이 증발기(5)에서 냉매액을 증발시킬 때 증발을 신속하게 하기 위하여 그 증발온도는 5℃내외로 유지하고, 저온 재생기의 압력은 50㎜Hg내외를, 증발기 및 흡수기의 압력을 6㎜Hg내외를 유지하며, 또한 저온 재생기(3)에서 발생한 진한 농도의 흡수액을 흡수기(6)의 흡수액 살포관(14)에 살포할 때 구조를 단순화하고 유지비용을 절감하기 위하여 저온 재생기(3)와 흡수기(6)의 압력차만을 이용하여 살포하고 있다.
그러나 상기한 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기는 저온 재생기(3)와 흡수기(6)의 압력은 각각 50㎜Hg 및 6㎜Hg 내외이고, 저온 재생기(3)에서 발생한 진한 농도의 흡수액을 저온 열교환기(8)를 경유하면서 묽은 농도의 흡수액과 열교환하여 묽은 농도의 흡수액을 1차 가열할 때 진한 농도의 흡수액의 압력 및 온도가 낮아지고 또한 저온 재생기(3)에서 발생된 50㎜Hg 내외의 압력 및 90℃내외의 온도를 가진 진한 농도의 흡수액이 6㎜Hg의 흡수기에 살포될 때 압력차에 의하여 흡수액으로 사용하는 리튬 브로마이드 수용액에 포함된 수분(이 수분에는 냉매로써 혼합한 물이 포함됨)이 흡수액 살포관(14)에 도달하기 전부터 기화되어 수증기가 됨과 동시에 상기 수증기가 팽창 분열함으로써 흡수액 살포관(14)에서 진한 농도의 흡수액이 살포될 때 상기 수증기의 팽창력에 의하여 냉각수관(12')에 살포되지 못하고 흡수기(6)의 벽 및 분리판(15)에 살포되는 현상이 발생하는 것이다.
상기와 같이 진한 농도의 흡수액이 흡수기(6)의 벽 등에 살포되면 냉각수관(12')에 살포되지 못하는 흡수액이 발생하고 또한 온도도 낮게 유지할 수 없기 때문에 증발기(5)에서 증발한 냉매증기의 흡수능력이 떨어지며, 증발기에서 냉매증기의 증발압력도 높아짐으로써 냉수생성 효율이 저하되는 문제점이 발생하는 것이다.
본 발명은 상기한 문제점을 시정하여, 진한 농도의 흡수액이 흡수기에 살포되기 전에 기화되는 수증기를 분리하여 진한 농도의 흡수액만을 냉각수관에 살포되게 하여서 냉수 생성효율을 증대할 수 있도록 한 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 재생기에서 발생된 진한 농도의 흡수액을 압력차에 의하여 흡수기에 살포하는 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기에 있어서, 상기 저온 열교환기에 연결하여 흡수액 살포관에 진한 농도의 흡수액을 공급하는 도관 상부의 흡수액 살포관 연결부에 기액 분리수단을 설치하고, 상기 기액 분리수단의 상부에 수증기 도관을 설치하여 흡수기에 연결한 것을 특징으로 한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예의 계통도이고, 도 2는 본 발명의 실시예의 요부 확대도로서, 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, 저온 재생기(3)와 도관(20)으로 연결한 것으로서, 증발기(5)의 저부에 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 흡수액을 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 흡수액 및 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 환수를 가열하여서 온수를 생성하는 것이며, 이때 저온 재생기(3), 응축기(4) 및 흡수기(6)는 그 기능을 중단하는 것이다.
30은 기액분리수단으로서, 상기 기액 분리수단(30)은 저온 열교환기(8)의 쉘에 연결하여 흡수액 살포관(14)에 진한 농도의 흡수액을 공급하는 도관(22) 상부의 흡수액 살포관(14) 연결부에 설치하여서, 저온 재생기(3)에서 발생한 진한 농도의 흡수액이 흡수액 살포관(14)에 살포되기 전에 흡수액과 수증기를 분리한 후 수증기는 상부에 설치한 수증기 도관(31)을 경유하여 흡수기(6)로 배출되고 흡수액은 흡수액 살포관(14)에 공급하는 것이며, 상기 기액 분리수단(30)이 본 발명의 특징을 이루는 것이다.
상기 기액 분리수단(30)은 기액 분리관(130)을 도관(22)보다 큰 직경으로 형성하고, 그 내부에 배플(131)을 지그재그로 설치하여 수증기와 흡수액이 지그재그로 통과하면서 압력이 감소되어 수증기와 흡수액의 분리를 양호하게 한 것이다.
미설명부호 26은 냉수(환수)공급 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 발생한 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 냉매증기와 함께 응축기(4)에 유입되는 것이다.
상기 전열관(10)에서 응축된 냉매액과 저온 재생기(3)에서 증발되어 응축기(4)에서 응축된 냉매액은 증발기(5) 내에 설치한 냉매액 살포관(13)에서 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)에서 살포되는 진한 농도의 흡수액에 흡수되며, 상기 냉매증기를 흡수하여 묽은 농도가 된 흡수액은 저온 및 고온 열교환기(8)(7)의 튜브(8')(7')를 경유하면서 저온 재생기(3)에서 발생한 진한 농도의 흡수액과 기액분리기(2)에서 공급되는 중간 농도의 흡수액과 열교환하여 1차 및 2차 가열된 후 흡수액 복귀관(16)을 경유하여 고온 재생기(1)에 복귀되어 재가열되는 것이다.
그리고 온수 생성운전시에는 절환밸브(24)를 개방하고, 고온 재생기(1)에서 기액분리기(2)에 토출한 중간 농도의 흡수액 및 냉매증기를 직접 흡수액 및 냉매증기 도관(23)을 통하여 증발기(5)와 흡수기(6) 사이의 분리판(15) 하부에 공급하여서, 상기 냉매증기에 의하여 냉·온수겸용 열교환관(5')에 공급되는 환수를 가열하여 온수를 생성하고, 상기 환수를 가열한 냉매증기는 응축된 후 흡수액에 흡수되어 흡수액 펌프(19')의 구동에 의하여 저온 및 고온 열교환기(8)(7)의 튜브(8')(7')와 흡수액 복귀관(16)을 경유하여 고온 재생기(1)에 복귀하여 재가열되는 사이클을 반복하는 것이다. 이때 저온 재생기(3), 응축기(4) 및 흡수기(6)의 기능은 중단하는 것이다.
상기와 같이 냉수 생성운전을 할 때 저온 재생기(3)에서 발생한 진한 농도의 흡수액은 도관(20)을 경유하여 저온 열교환기(8)의 쉘에 공급되면서 증발기(5)의 저부에 모인 묽은 농도의 흡수액이 튜브(8')로 공급될 때 이를 1차 가열하고 도관(22)을 경유하여 흡수액 살포관(14)으로 공급되기 전에 진한 농도의 흡수액에서 팽창 분열된 수증기가 흡수액과 함께 기액 분리수단(30)으로 상승하여 수증기와 흡수액이 분리된 후 흡수액만 흡수액 살포관(14)으로 공급되는 것이다.
상기와 같이 기액 분리수단(30)에서 수증기와 흡수액을 분리하면 흡수액 살포관(14)에서 살포되는 진한 농도의 흡수액은 수증기가 포함되어 있지 않음으로 냉각수관(12')에 균일하게 살포되어 종래와 같이 흡수기(6)의 벽 등에 살포되지 않고 진한 농도의 흡수액의 냉각이 양호하여 냉매증기의 흡수능력을 양호하게 하고, 냉매증기의 흡수능력이 양호하면 증발기에서 냉매증기의 증발 압력도 일정하게 유지되어 냉매액의 증발을 촉진함으로써 냉수 생성효율이 양호하게 되는 것이다.
한편 기액 분리수단(30)으로 상승한 수증기와 흡수액은 기액 분리관(130)에 설치한 배플(131)을 지그재그로 통과하면서 수증기와 흡수액이 분리되고 흡수액은 하강하여 흡수액 살포관(14)으로 공급되고 수증기는 수증기 도관(31)을 경유하여 흡수기(6)로 배출되는 것이다.
이상과 같이 본 발명은 저온 열교환기에 연결하여 흡수액 살포관에 진한 농도의 흡수액을 공급하는 도관 상부의 흡수액 살포관 연결부에 기액 분리수단을 설치하여서, 저온 재생기에서 발생한 진한 농도의 흡수액을 저온 열교환기를 경유하여 흡수액 살포관에서 냉각수관에 살포되기 전에 도관에서 팽창 분열된 수증기를 분리하여 흡수액 살포관에 수증기의 공급을 방지함으로써, 흡수액 살포관에서 살포되는 진한 농도의 흡수액을 냉각수관에만 균일하게 살포되도록 하였기 때문에 냉매증기의 흡수능력과 진한 농도의 흡수액의 냉각을 양호하게 하고, 증발기에서 냉매증기의 증발 압력도 일정하게 유지되어 냉매액의 증발을 촉진함으로써 냉수 생성효율을 증대할 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예의 계통도.
도 2는 본 발명의 실시예의 요부 확대도.
도 3은 종래의 것의 계통도.
<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 : 기액 분리수단
31 : 수증기 도관 130 : 기액 분리관 131 : 배플
Claims (2)
- 고온 재생기, 기액분리기, 저온 재생기, 응축기, 증발기, 흡수기 및 고·저온 열교환기를 구비하고, 상기 저온 재생기에서 발생된 진한 농도의 흡수액을 압력차에 의하여 흡수기에 살포하는 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기에 있어서, 상기 저온 열교환기에 연결하여 흡수액 살포관에 진한 농도의 흡수액을 공급하는 도관 상부의 흡수액 살포관 연결부에 기액 분리수단을 설치하고, 상기 기액 분리수단의 상부에 수증기 도관을 설치하여 흡수기에 연결한 것을 특징으로 한 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기.
- 제 1 항에 있어서, 기액 분리수단은, 기액 분리관을 도관보다 큰 직경으로 형성하고, 그 내부에 배플을 지그재그로 설치한 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기.
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