KR100679982B1

KR100679982B1 - 흡수식 냉동기의 저온재생기

Info

Publication number: KR100679982B1
Application number: KR1020060024009A
Authority: KR
Inventors: 한 영 김; 봉 철 정; 기 수 김
Original assignee: 주식회사 신성엔지니어링
Priority date: 2006-03-15
Filing date: 2006-03-15
Publication date: 2007-02-08

Abstract

본 발명은 흡수식 냉동기의 저온재생기에 관한 것으로써, 저농도 흡수액인 리튬브로마이드 용액을 넣어, 가스 버너에 의해 가열되는 가열실을 가지고, 저농도 흡수액 중의 냉매를 기화증발시켜 고온의 냉매증기를 냉매증기관으로 보내어 중농도 흡수액을 분리시키는 고온재생기 내 기화 냉매의 응축열을 이용하여 중농도 흡수액을 가열하고, 중농도 흡수액에 포함된 냉매를 기화시켜 고농도 흡수액으로 하는 흡수식 냉동기의 저온재생기에 있어서, 상기 냉매증기관은, 증기관의 상면은 냉매증기격막을 기점으로 가로 배열된 중공-구비 수평격판과 이 수평격판의 상부를 둘러싸는 크기의 돔형상의 튐방지격판이 탑재되고, 증기관의 외주면은 상기 수평격판과 연통 가능한 입구를 갖는 헬리컬 형상의 전열관으로 둘러싸이도록 구성함으로써, 전열효율의 극대화를 도모할 수 있도록 하였다.

Description

흡수식 냉동기의 저온재생기{LOW-TEMPERATURE REGENERATOR FOR ABSORPTION-TYPE WATER HEATING/COOLING UNIT}

도 1은 일반적인 흡수식 냉동기의 개략 구조도,

도 2는 도 1의 흡수식 냉동기의 저온재생기 부분의 확대 종단면도,

도 3은 본 발명에 따른 흡수식 냉동기의 저온재생기에 대한 외측면도,

도 4는 본 발명에 따른 흡수식 냉동기의 저온재생기에 대한 도 2에 상응하는 단면도,

도 5는 도 4의 냉매증기격막 부위의 상세 종단면도, 및

도 6은 도 4의 수평격판의 구조를 나타낸 평면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

300 : 전열관 301 : 냉매 증기관

302 : 냉매 공급관 303 : 용액 공급관

400 : 냉매증기격막 404 : 망상부재

500 : 수평격판 501 : 연통구

503 : 이동구

본 발명은 흡수식 냉난방기에 관한 것으로, 더 상세하게는 용액과 냉매가 열교환 가능하게 접촉하도록 전열면적을 증대시킨 우수한 열전도율을 갖는 헬리컬식 전열관을 갖는 저온재생기 구조에 관련한 것이다.

일반적으로, 흡수식 냉방은 일반적으로 LPG, LNG 등의 가스를 열원으로 하여 용액과 냉매로 이루어진 냉방사이클을 운전하는 것으로, 전기를 에너지원으로 하는 기존의 기체 압축식 냉방장치와는 달리, 일차적인 열에너지를 이용하기 때문에 하절기에 과다한 전력부하의 해소를 얻을 수 있다. 또, 폐열을 이용한 열병합 시스템에의 활용 등 다양한 이점을 가지고 있다.

이러한 흡수식 냉온수기는 도 1에서 도시한 바와 같이 저농도 흡수액인 리듐브로마이드(LiBr)용액을 넣어, 가스 버너(11)에 의해 가열되는 가열실(12)을 가지고, 저농도 흡수액중의 냉매(물)를 기화(증발)시켜 중농도 흡수액으로 하는 고온 재생기(1)와, 고온 재생기(1)내 기화 냉매의 응축열을 이용해서 중농도 흡수액을 가열하고 중농도 흡수액에 포함된 냉매를 기화시켜 고농도 흡수액으로 하는 저온 재생기(2)와, 냉각수가 통과하는 응축용 열교환기(31)를 배설하고, 고온 재생기(1) 및 저온 재생기(2)에서 분리된 기화 냉매(수증기)를 냉각해서 액냉매(물)로 되돌리는 응축기(3)와, 응축기(3)에서 액화한 액냉매를 진공하에서 증발시키는 증발기(4)와, 냉각수가 통과하는 흡수용열교환기(34)를 배설하고, 증발기(4)에서 증발한 기화 냉매를 저온재생기(2)에서 얻어진 고온 흡수액에 흡수시키는 흡수기(5)를 갖추 고 있다.

그리고, 저온재생기(2)의 농용액을 흡수기(5)의 흡수용 열교환기(34)에 일정히 산포하기 위해 상측에 배치된 냉매공급수단(100)으로부터 흡수용 열교환기(34)위로 산포된다.

한편, 상기 응축기(3)로 부터 공급된 액냉매는 증발기(4)의 증발용 열교환기(33)에 냉매공급수단(100)의 트레이노즐로 일정하게 산포하게 되는 데, 증발용 열교환기(33) 위에 산포된 액냉매(물)는 증발용 열교환기(33) 내를 흐르는 열매체로부터 기화열을 빼앗아 증발한다.

이 결과, 증발용 열교환기(33)내를 흐르는 열매체(냉/온수)가 냉각되어 실내 열교환기(7) 내로 유도되어 실내에 도입되는 공기와 열교환해서 실내 냉방이 이루어지는 것이다.

이러한 흡수식 냉난방기에 있어서, 흡수기(5), 증발기(4) 및 재생기 등을 일체화 및 고효율화시켜야 할 앞으로의 과제로 대두되고 있는데, 특히 저온재생기(2)는 전체 시스템의 효율에 큰 영향을 미치게 된다.

종래 저온재생기(2)는 도 1에서와 같이 상부가 전형적인 돔(Dome)형태로서 유하액막식 구조로 이루어져 있으며, 돔의 내부에는 고온재생기로부터 발생된 냉매증기가 냉매증기관(301)을 통하여 상기 돔(201)의 내측으로 공급되며, 냉매증기격막(205)을 통하여 증기내의 액적이 분리되고 기체상태의 증기만 상부로 이동된다. 상부로 이동된 냉매증기는 돔(201)의 외측으로 공급되는 용액과 저온재생기 외측면을 통하여 전도열전달을 이루게 된다.

상기 돔(201)의 외측으로 분사된 용액은 내부의 높은 에너지의 냉매증기로부터 열량을 공급받아 용액의 일부가 냉매증기로서 방출되며, 분사과정에서 산포된 용액은 저온재생기 외통(203)에 의해 가이드되면서 돔(201)의 벽면을 통해 하부로 떨어진 용액은 외부 배관을 통하여 흡수용 열교환기 (34)로 이동하게 된다.

이때, 상기 돔(201) 내측의 냉매증기는 잠열과정을 통하여 기체상태의 증기가 액상으로 변하는 상변화 과정을 겪는다. 이러한 상변화 과정을 통해 돔(201) 하부에 위치하는 냉매는 액상태로 존재하여 냉매배관을 통하여 응축기(3)로 이동하게 된다.

그러나, 종래, 흡수식 냉난방기용의 저온재생기(2)에 의하면, 냉매증기로부터 용액으로 전달되는 열유속(Heat flux)이 냉매증기를 포함하는 돔(201)의 내측의 체적이 과다하여 매우 낮게 나타나며 실질적인 표면 면적 또한 낮게 나타나는 단점을 가지고 있다. 또한, 냉매증기가 상변화 열전달을 통하여 돔(201) 하부에 액상으로 고여있는 부분에서의 헌열변화가 발생하지 않는 구조로 되어 있는 단점을 지니고 있으며, 돔(201)으로 산포되는 용액이 돔(201)의 외부 표면을 통하여만 고온의 냉매증기와 열교환하며 상대적으로 보다 높은 온도의 냉매증기가 공급되는 증기관(301)과는 열교환되지 않는 구조를 이루는 등의 단점을 내포하고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 단점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 냉매의 기화효율 및 열교환효율을 증대시켜 장치의 소형화 및 경량화를 실현할 수 있도록 헬리컬식 전열관을 구비한 흡수식 냉난방기의 저온재생기를 제공함으로써, 열교환 효율의 향상으로 전체 시스템의 성능을 향상시킬 수 있도록 창안된 것이다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술보다 향상된 열교환 성능을 위하여 발명된 것으로서, 주된 목적으로 하는 바는, 저온재생기 전열관(300) 내측으로 공급된 냉매는 일정 공간에 모이지 않고 전열관(300) 내측에서 상변화를 통하여 액상태로 유출된다. 이는 전열관(300) 내측의 냉매증기가 기존보다 작아진 부피에서 전열관 외측의 용액과 열교환함으로써 열유속(Heat flux)이 향상되었으며, 실제 열교환하는 표면적은 기존형상보다 증가하여 열교환능력이 증대되고, 열교환 능력의 증대로 인하여 전열관(300) 출구측 용액의 온도가 상승하여 저온 열교환기측으로 공급되는 열용량이 증대되는 부대효과를 얻을 수 있어 시스템의 능력이 향상된다. 또한 기존의 저온재생기 외벽만을 통한 열전달방식에서 전열관 표면뿐만 아니라 냉매의 유로인 상부증기관과 열전달을 할 수 있는 구조이다. 본 발명은 헬리컬 전열관방식을 채용함으로서 저온재생기의 냉매발생량이 기존보다 증대된 고효율의 흡수식 냉동기를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 저농도 흡수액인 리튬브로마이드 용액을 넣어, 가스 버너에 의해 가열되는 가열실을 가지고, 저농도 흡수액 중의 냉매를 기화증발시켜 고온의 냉매증기를 냉매증기관으로 보내어 중농도 흡수액을 분리시키는 고온재생기 내 기화 냉매의 응축열을 이용하여 중농도 흡수액을 가열하고, 중농도 흡수액에 포함된 냉매를 기화시켜 고농도 흡수액으로 하는 흡수식 냉동기의 저온재생기에 있어서,

상기 냉매증기관은, 증기관의 상면은 냉매증기격막을 기점으로 가로 배열된 중공-구비 수평격판과 이 수평격판의 상부를 둘러싸는 크기의 돔형상의 튐방지격판이 탑재되고, 증기관의 외주면은 상기 수평격판과 연통 가능한 입구를 갖는 헬리컬 형상의 전열관으로 둘러싸인 것을 특징으로 한다.

여기에서, 주된 이용은 저온재생기(300)로 공급되는 중용액과 고온재생기로부터 발생된 냉매증기가 열교환하는 현상을 적극적으로 응용한 것이다. 열교환을 위하여 고온재생기에서 발생된 냉매증기는 냉매증기관(301)을 통하여 상부로 이동을 하고 냉매증기격막(205)을 통하여 이상영역 상태로 존재하는 냉매증기가 온도 및 압력이 소폭 상승하여 과열증기상태로 유지된다.

이때, 증기격막(205)은 과열증기상태로 냉매를 존재시키는 역할이외에도 액적을 분리하여 증기영역만을 추출하는 엘리미네이터의 역할까지 공유하게 된다. 냉매증기격막(205)을 통하여 분리된 냉매증기는 냉매공급관을 통하여 전열관 내측으로 이동하게 된다. 고온재생기(1)에서 1차 농축된 용액은 고온열교환기(15)를 거쳐 저온재생기(2)로 유입된다.

이때 고온재생기(1)와 저온재생기(2)사이의 압력차이로 인한 플래시 증기가 발생되며, 높은 속도의 증기와 함께 용액이 냉매증기격막(205) 상부로 산포되고 발생된 일부의 플래시(Flash) 증기는 돔형의 튐방지격판(600)상부의 hole을 통하여 배출된다. 배출된 증기를 제외한 용액은 수평격판(500)의 천공된 이동구(501)를 통하여 저온재생기 전열관(300) 외측으로 망상부재(404, MESH)를 따라 유도되어 냉매증기와 용액이 전열관을 통하여 열교환하는 구조를 이루게 된다.

이하, 본 발명에 따른 헬리컬식 전열관을 채용한 저온재생기를 구비한 흡수식 냉동기의 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 도면에서, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 저온재생기에서의 용액 및 냉매의 계략적인 이동방향이 나타나고, 도 4는 도 3에 도시된 저온재생기의 내부구조도이며, 도 5는 도 4에 도시된 상부측 냉매증기격막의 단면도와 내부 용액 및 냉매의 흐름도이다. 도 6은 도 5에 표시된 부품중에서 수평격판의 상세도이며, 종래와 동일한 부분의 설명은 생략하기로 한다.

또, 도 3, 도 4, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 전열관(300)은 헬리컬 형상으로서, 저농도 흡수액인 리튬브로마이드 용액을 넣어, 가스 버너에 의해 가열되는 가열실(12)을 가지고, 저농도 흡수액 중의 냉매를 기화증발시켜 고온의 냉매증기를 냉매증기관으로 보내어 중농도 흡수액을 분리시키는 고온재생기(1) 내 기화 냉매의 응축열을 이용하여 중농도 흡수액을 가열하고, 중농도 흡수액에 포함된 냉매를 기화시켜 고농도 흡수액으로 하는 흡수식 냉동기의 저온재생기(2)에 채용되어 있다.

또, 상기 증기관(301)의 상면에는 냉매증기격막(400)을 기점으로 가로 배열된 중공-구비 수평격판(500)과 이 수평격판(500)의 상부를 둘러싸는 크기의 돔형상의 용액공급관(303)용 접속구-구비 튐방지격판(600)이 탑재되어 있다.

또한, 상기 증기관(301)의 외주면은 상기 수평격판(500)과 연통 가능한 입구를 갖는 헬리컬 형상의 전열관(300)으로 둘러싸여 있다.

또, 상기 전열관(300)의 최상부와 상기 수평격판(500)에 천공된 연통구(501) 사이에는, 상기 연통구(501)로부터의 용액의 직하를 가이드하도록 망상부재(404)가 개재되어 있다.

또한, 상기 수평격판(500)의 최외곽부는 일부 절개되어, 상기 전열관(300) 내측의 냉매증기와 열교환하여 용액 내에 포함되어 있는 냉매가 재증발되면서 상향 이동 가능하게 되도록, 가스 이동구(503)가 형성되어 있다.

또, 상기 용액공급관(303)의 끝단부는, 고온재생기(1)와 저온재생기(2)의 압력차로 인하여 발생되는 플래시 가스 속도를 감소하도록, 확개 형성되어 있다.

또한, 상기 튐방지격판(600)에는 플래시(Flash) 가스가 외부로 배출되어 응축기로 일부의 냉매증기가 이동 가능하도록 다수의 배출구(601)가 형성되어 있다.

물론, 냉매증기관으로서, 상부측 냉매공급관(302)를 통하여 전열관 내측으로 냉매가 공급되며, 전열관의 내측 원주방향으로는 고온재생기로부터 발생된 냉매증기가 유도되는 원통형의 냉매증기관(301)이 설치되어 있다.

또한, 원통형의 냉매증기관(301)의 상부는 제1 냉매증기막(401), 제 2 냉매증기막(402)과 제3 냉매증기막(403)의 3개의 격막으로 이루어진 냉매증기격막(400)이 탑재되어, 냉매의 과열증기상태를 유지시키는 기능 및 엘리미네이터의 역할을 수행한다.

또, 증기상태의 냉매는 제1 냉매증기막(401)에 가공되어 있는 통공(401a)을 통하여 냉매공급관(302)으로 이동되어 전열관(300)의 내측으로 유입된다. 고온재생기로부터 유출된 용액은 고온열교환기를 통과하여 용액공급관(303)으로 이동되며, 용액공급관(303)의 끝단부는 고온재생기(1)와 저온재생기(2)의 압력차로 인하여 발 생되는 플래시(Flash) 가스 속도를 감소하고자 용액공급관(303)의 끝단부를 확관한 구조를 이루고 있으며, 용액의 분산을 방지하기 위하여 용액공급관(303)의 외측에 반구형상의 용액 튐방지격판(600)을 설치하였다. 용액 튐방지격판(600)에 가공된 배출구(601)를 통하여 플래시(Flash) 가스는 외부로 배출되어 응축기로 일부의 냉매증기가 이동이 된다.

용액 공급관(303)으로부터 공급된 용액은 튐방지격판(600)의 내측에 위치하고 있는 수평격판(500)에 가공되어 있는 연통구(501)를 통하여 수평격판 하부로 유출되는 구조를 이룬다. 수평격판(500)하부로 유출되는 용액은 용액유도 망상부재(404)를 통하여 전열관 표면으로 유도되어 떨어지게 되며 전열관(300) 표면에서 전열관(300) 내측의 냉매증기와 열교환하여 용액내에 포함되어 있는 냉매의 재증발이 이루어진다.

재증발된 냉매증기는 도시적으로 표시는 되어 있지 않으나 수평격판(500)과 동심으로 고정되는 원통형 저온재생기 외통과의 접촉부이외의 열린 공간을 통하여 상부로 이동하게 된다. 수평격판(500)에서부터 낙하된 용액은 용액 유도 망상부재(404)로 유도되어 전열관(300)으로 떨어지나, 전열관 표면에서 하부방향으로 이동 시 일부는 냉매증기관(301)의 외측과 열교환하여 증발이 발생한다.

한편 발생된 냉매증기는 저온재생기내부의 압력이 응축기측 압력보다 약간 높기때문에 압력차로 인해 응축기로 이동하며, 응축잠열은 냉각수로 방열이 되고 냉매증기는 응축이 되어 증발기로 이동하게 된다. 전열관 내측의 응축된 냉매는 전열관 내부의 압력만으로 응축기로 이동하여 응축된 후 증발기로 유입된다.

따라서, 상기한 구조에 의거한, 표면적의 증대로 흡수액의 가열을 위한 열교환 효율이 향상되어, 전체적인 성능이 높아지게 되며, 장치의 소형화 및 경량화가 실현될 수 있는 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 헬리컬식 저온재생기 전열관을 구비한 흡수식 냉동기는 열전달 면적의 증대와 높은 열유속(Heat flux)로 인하여 저온재생기의 냉매발생량이 증대하여 시스템의 효율이 상승할 뿐만 아니라 흡수식 냉동기에서 고온재생기의 부하를 줄여 고온재생기의 용액온도를 기존보다 낮게 유지함으로서 고온부식에 의한 재료의 결함을 줄일 수 있는 장점이 있는 것이다.

더욱이, 냉매증기격막을 통하여 고온재생기에서 발생된 냉매증기를 과열상태로 유지할 수 있으며, 냉매증기내에 포함된 고온의 액적으로 인하여 부분 침식현상을 방지하고 열용량을 증대하는 장점을 가지는 바, 종래의 유하액막식 구조에서는 냉매증기관에서 유출된 증기와 용액만이 벽면을 통하여 열전달을 하였으나 본 발명의 헬리컬식 저온재생기 전열관은 전열관벽면 뿐만 아니라 보다 높은 온도를 유지하는 냉매증기관의 벽면과 용액과 열교환을 함으로서 열교환 성능이 향상됨으로써 달성되는 것이다.

이상에서 본 발명의 헬리컬식 저온재생기 전열관을 구비한 흡수식 냉동기에 대한 기술사상을 첨부도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

Claims

저농도 흡수액인 리튬브로마이드 용액을 넣어, 가스 버너에 의해 가열되는 가열실을 가지고, 저농도 흡수액 중의 냉매를 기화 증발시켜 고온의 냉매증기를 냉매증기관으로 보내어 중농도 흡수액을 분리시키는 고온재생기 내 기화 냉매의 응축열을 이용하여 중농도 흡수액을 가열하고, 중농도 흡수액에 포함된 냉매를 기화시켜 고농도 흡수액으로 하는 흡수식 냉동기의 저온재생기에 있어서,

상기 냉매증기관은, 증기관의 상면은 냉매증기격막을 기점으로 가로 배열된 중공-구비 수평격판과 이 수평격판의 상부를 둘러싸는 크기의 돔형상의 튐방지격판이 탑재되고, 증기관의 외주면은 상기 수평격판과 연통 가능한 입구를 갖는 헬리컬 형상의 전열관으로 둘러싸인 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기의 저온재생기.
제 1 항에 있어서,

상기 증기관의 외주면은 상기 수평격판과 연통 가능한 입구를 갖는 헬리컬 형상의 전열관으로 둘러싸인 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기의 저온재생기.
제 2 항에 있어서,

상기 전열관의 최상부와 상기 수평격판에 천공된 연통구 사이에는, 상기 연통구로부터의 용액의 직하를 가이드하도록 망상부재가 개재된 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기의 저온재생기.
제 3 항에 있어서,

상기 수평격판의 최외곽부는 일부 절개되어, 상기 전열관 내측의 냉매증기와 열교환하여 용액 내에 포함되어 있는 냉매가 재증발되면서 상향 이동 가능하게 되도록, 가스 이동구가 형성된 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기의 저온재생기.
제 4 항에 있어서,

상기 용액공급관의 끝단부는, 고온재생기와 저온재생기의 압력차로 인하여 발생되는 플래시 가스 속도를 감소하도록, 확개 형성된 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기의 저온재생기.
제 5 항에 있어서,

상기 튐방지격판에는 플래시 가스가 외부로 배출되어 응축기로 일부의 냉매증기가 이동 가능하도록 다수의 배출구가 형성된 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기의 저온재생기.