KR100723045B1 - 흡수식 냉온수기의 고온재생기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연소실 내부에 구비되는 배플을 제거하면서 화염불꽃의 열접촉면적을 넓히기 위해 화염불꽃과 일정거리 떨어지게 구비되는 용액관을 소정의 평면적을 갖는 평판관으로 설치하여 NOx의 저감과 CO의 발생을 억제하는 흡수식 냉온수기의 고온재생기에 관한 것이다.
흡수식 냉온수기, 고온재생기, 용액관

Description

흡수식 냉온수기의 고온재생기{high-temperature regenerator}
도 1a는 종래 고온재생기를 나타내는 일부 절개사시도.
도 1b는 도 1a의 종단면도.
도 1c는 도 1a의 A-A 횡단면도.
도 1d는 도 1a의 B-B 횡단면도.
도 2는 본 발명에 따른 고온재생기의 횡단면도.
도 3은 본 발명에 따른 고온재생기의 종단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10,110: 고온재생기 20,120: 버너
30,130: 연소실 50,150: 외통　　　　　　　　
160: 내통 162: 액실　　　　　　
170,180: 제 1,2용액관　　 182: 핀
본 발명은 흡수식 냉온수기의 고온재생기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연소실 내부에 구비되는 배플을 제거하면서 화염불꽃의 열접촉면적을 넓히기 위해 화염불꽃과 일정거리 떨어지게 구비되는 용액관을 소정의 평면적을 갖는 평판관으로 설치하여 NOx의 저감과 CO의 발생을 억제하는 흡수식 냉온수기의 고온재생기에 관한 것이다.
일반적으로 흡수식 냉동기는 물을 냉매로 사용하고 리튬브로마이드를 흡수제로 사용하며, 연소장치나 고온유체를 가열원으로 사용하여 냉수를 만드는 장치이며, 고온재생기는 상기 흡수식 냉동기 또는 흡수식 냉온수기에 수용되어, 농도가 묽은 흡수액(리튬브로마이드 수용액)을 농도가 진한 흡수액으로 연속적으로 재생시키는 가열장치이다.
도 1a 내지 도 1d에 도시된 바와 같이, 종래의 고온재생기(10)는 버너(20), 연소실(30), 연관식 전열관(40), 상기 연소실(30)과 연관식 전열관(40)을 연결하는 연결공간(35) 및 배기구(37)와 외통(50)으로 이루어진다.
상기 버너(20)는 연료 가스를 제어, 공급하는 연료공급부(22) 및 공기를 제어, 공급하는 공기공급부(23)와 연결되어 있으며, 일측은 상기 고온재생기(10)의 외통(50)과 연결되어 있다.
상기 연소실(30)은 버너(20)와 연결되어 있으며, 일측은 연결공간(35)과 연결되어 있다.
상기 연관식 전열관(40)들은 연소실(30)의 상부에 위치하여 상기 연결공간(35)과 연결되어 있으며, 일측은 외통(50)과 연결되어 있다.
상기 배기구(37)는 고온재생기(10)의 외통(50)과 연결되어 연관식 전열관 (40)의 일측을 포함하고 있다.
상기 외통(50)은 희액입구(52), 중간액출구(54) 그리고 냉매증기출구(56)를 각각 포함하고 있고, 냉매증기출구(56)에는 엘리미네이터(58)가 연결되어 있다.
상기한 구성을 갖는 고온재생기의 작동을 자세히 살펴보면 다음과 같다.
상기 연료공급부(22)에서 공급하는 연료가스와 상기 공기공급부(23)에서 공급하는 공기는 버너(20)를 통과하여 연소실(30)로 각각 공급된다.
상기 연소실(30)에 공급된 연료가스와 공기는 연소실(30)에서 혼합되고, 버너(20)의 점화에 의하여 연소를 시작하게 된다.
일단 연소가 시작되면, 연소 발열 반응 에 의하여 더 이상의 점화 과정이 없이도, 연료가스와 공기는 연소 과정을 계속하게 되는데, 연소실(30) 내부에서는 연료가스와 공기의 혼합과 연소가 동시에 일어나게 된다.
이러한 방식을 확산연소방식이라고 하며, 연소가 진행되는 영역을 화염이라 한다.
확산연소방식의 화염은 연료가스와 공기의 혼합을 위해서 일정 공간을 필요로 하게 되므로. 비교적 화염이 크며, 안정된 화염 형성을 위하여 일정 공간의 연소실을 필요로 한다.
한편, 상기 연소실(30) 내부에서 연소가 완료된 고온의 연소가스는 연소실(30)과 연결공간(35)을 지나면서 열의 일부를 연소실(30) 내벽과 연결공간(35) 내벽으로 전달하며, 연관식 전열관(40)으로 들어간다.
그 후, 고온의 연소 가스는 연관식 전열관(40) 내부에서 열의 많은 부분을 연관식 전열관(40) 내벽으로 전달하며, 배기구(37)로 들어가서 바깥으로 배출된다.
반면, 희액은 외통(50)의 일측에 연통된 희액입구(52)를 통해서 액실로 들어와서, 연소실(30) 내벽, 연결공간(35) 내벽 그리고 연관식 전열관(40) 내벽에서 열을 전달받아 가열된 후 냉매증기와 중간액으로 분리된다.
그리고, 분리된 냉매증기와 중간액은 외통(50)의 일측에 연통된 냉매증기출구(56)와 중간액출구(54)로 각각 나가게 된다.
따라서, 종래의 고온재생기는 연료가스와 공기가 연소실 내부에서 혼합하면서 연소하는데, 연소실이 연소가스와 공기의 적정한 혼합과 안정된 화염을 형성할 수 있도록 상대적으로 큰 일정공간의 크기를 가지게 되고, 연관식 전열관 다발인 전열부는 적절한 고온재생기 길이를 갖도록 연소실 위에 배치하게 되며, 연소실과 전열부를 연결공간으로 연결하게 된다.
그런데, 상기한 고온재생기는 크기가 커지게 되어 설치면적의 비효율성이 증대되고, 전열부를 연소실 위에 배치함으로써 전열부의 최대 길이를 연소실의 길이보다 짧게 구비되기 때문에 열전달 효과의 비효율성이 증대되었다.
그래서, 본 출원인에 의해 선출원된 한국공개특허공보 특2003-61037호에서는 흡수식 냉온수기의 원통형 고온재생기를 제안하였다.
상기 선출원된 발명은, 도시하지는 않았지만, 버너 접촉부, 연소실, 연소가스와 흡수액이 열교환하는 열교환부, 배기가스 출구, 흡수액 입구, 흡수액 출구, 흡수액이 수증기 출구로 넘어가지 않게 하는 엘리미네이터, 수증기 출구등으로 이루어진 흡수식 냉온수기의 고온재생기에 있어서, 상기 열교환부의 내부에 원형 배 열되며 수직으로 다수개가 설치되는 수관과, 상기 수관에 관통되며 다수개가 소정거리를 두고 이격되어 적층되는 도우넛 모양의 제 1 배플과, 상기 도우넛 모양의 제 1배플 사이의 중심부에 소정거리를 두고 이격되어 적층되는 원 모양의 제 2배플과, 상기 열교환부와 소정거리를 두고 이격되어 상기 열교환부의 외곽을 둘러싸는 원통 형상의 케이스로 이루어졌다.
그리고, 상기 케이스의 상부 중심부에 버너 접촉부가 형성되고, 상기 케이스의 하부 중심부에 배기가스 출구가 형성되는 것을 특징으로 하고, 상기 케이스의 상부 일측에 흡수액 입구가 형성되며, 상기 케이스의 측면 일측에 흡수액 출구가 형성되었다.
그러나, 선출원된 고온재생기는 연소실에 원 모양의 제 2배플과 도우넛 모양의 제 1배플을 다층구조로 교차 배열하여 연소가스가 다단 패스가 되도록 하는 구조이기 때문에 연소실에 배플을 설치하기 위한 제조시간 및 제조비용이 많이 들게 되는 문제점이 있었다.
그리고, 상기 고온재생기는 배플구조에 의해 화염불꽃의 유동을 차단하기 때문에 화염불꽃의 배기를 원활하게 하지 못하고, 이에 따른 소음을 발생시키게 되는 문제점도 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 연소실의 내부에서 버너에 인접되는 위치에 원형인 제 1용액관을 다수의 층으로 배열하고, 버 너와 일정거리 유격되는 위치에 화염불꽃의 흐름방향으로 긴 평면적을 갖는 제 2용액관을 다수의 층으로 배열하며, 제 2용액관의 외주연에 핀을 돌설하여 열접촉면적을 넓힘으로써 배플을 사용하지 않고 유해가스의 발생을 방지하고자 한 흡수식 냉온수기의 고온재생기를 제공함에 그 목적이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 본 발명에 따른 흡수식 냉온수기의 고온재생기는 버너의 화염불꽃 진행방향에 대해 제 1용액관에 연이어 형성된 제 2용액관을 제 1용액관 간의 배치간격과 유사하거나 또는 그 간격보다 넓은 배치간격을 갖도록 다수 개 배열하며, 각각의 상·하측면이 편평한 평판관 형상으로 형성되어 열전달 면적을 증가시키는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 고온재생기의 횡단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 고온재생기의 종단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 흡수식 냉온수기의 고온재생기는 버너(120)와 연결된 외통(150) 및 상기 외통(150)의 내부에 설치되는 내통(160) 사이에 용액을 유지하는 액실(162)을 구비하고, 상기 내통(160)의 내부에 용액을 가열하는 연소실(130)을 구비하여 이루어지는 흡수냉동기의 고온재생기 (110)에 있어서, 상기 연소실(130)의 내부에서 버너(120)에 인접되게 형성되어 화염불꽃에 의해 내부의 용액을 가열하며, 원통관 형상으로 다수 개로 배열된 제 1용액관(170)과,
상기 제 1용액관(170) 간의 배치간격과 유사하거나 또는 그 간격보다 넓은 배치간격을 갖도록 다수 개 배열됨과 아울러 각각의 상·하측면이 편평한 평판관 형상으로 형성되어 열전달 면적을 증가시키는 제 2용액관(180)과, 상기 제 1용액관(170)과 제 2용액관(180) 사이에 형성된 연소실(130)을 형성함을 특징으로 한다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 고온재생기(110)는 내통(160)과, 이 내통(160)을 덮는 외통(150)과, 이 외통(150)과 내통(160) 사이에서 또한 내통(160)의 위쪽 및 아래쪽으로 형성된 용액을 유지하는 액실(162)과, 상기 외통(150)에 부설되고 상기 내통(160)내에서 가연가스를 연소시키는 버너(120)와, 상기 내통(160)내에 배치되어 상기 위쪽의 액실(162)로 연통하는 복수의 제 1용액관(170)과, 이 제 1 용액관의 하류측에 배치되어 상기 위쪽의 액실(162)에 연통하는 복수의 제 2용액관(180)을 구비한다.
그리고, 상기 제 1용액관(170)과 제 2용액관(180) 사이의 공간에는 연소실(130)을 형성한다.
상기 제 1용액관(170)은 버너(120)와 연결된 내통(160)의 내부 일측 가장자리에 다수의 층으로 배열되게 구비된다.
또한, 상기 제 1용액관(170)은 원형관 형상으로 이루어진다.
그래서, 상기 버너(120)가 제 1용액관(170)을 가열하였을 때의 열전달량에 의해 제 1용액관(170)내의 용액은 기포가 발생하여 비등을 개시한다.
상기 제 1용액관(170)의 단면이 원형이므로 용액의 흐름이 상하방향으로 밖에 형성되지 않기 때문에 일차원적인 흐름이 된다.
상기 제 1용액관(170)에 가해지는 열이 증가하여 열전달량이 지나치게 높아지면 증기발생량이 많아져 용액농도가 짙어지면서 용액의 결정화가 생겨 전열면이 부식한다.
이때, 상기 버너(120)의 열이 너무 증가하게 되면 제 1용액관(170) 내부의 용액의 결정화를 초래하기 때문에 버너(120)의 화염불꽃과의 접촉면적을 줄이기 위해 상기 제 1용액관(170)은 원형관 형상으로 이루어지게 된다.
그리고, 상기 제 2용액관(180)은 제 1용액관(170)과 일정 거리 유격된 상태로 다수의 층으로 배열된다.
이때, 상기 제 2용액관(180)은 버너(120)의 화염불꽃의 진행방향으로 소정 평면적으로 갖는 장방향의 평판관 형상으로 이루어진다.
그리고, 상기 제 2용액관(180)은 지그재그 형태로 배열되어 화염불꽃에 의한 열기의 접촉면적을 넓힌다.
한편, 상기 제 1용액관(170) 사이의 거리(P)는 일렬상태의 제 2용액관(180)끼리의 너비(W)와 같거나 또는 그 너비(W)보다 작도록 배열된다.
이는, 상기 버너(120)의 화염불꽃이 제 1용액관(170)의 사이로 진행하며 제 2용액관(180)과의 열교환 면적을 최대한 넓게 하기 위함이다.
또한, 상기 제 2용액관(180)의 단면이 편평하기 때문에, 용액의 흐름이 상 ·하 ·좌 및 우로 형성되어 있어 이차원적인 흐름이 된다.
상기 제 2용액관(180)에 가해지는 열이 증가하여 열전달량이 지나치게 높아지면 증기발생량이 많아져 용액농도가 짙어지려고 한다.
이때, 상기 제 2용액관(180)이 평판관이기 때문에 좌 ·우로부터 용액농도를 묽게 하는 방향으로 흐름이 생긴다.
이에 따라 용액이 결정화하거나 전열면이 부식되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 흐름이 이차원적이기 때문에 유동성도 양호하게 된다.
만약, 상기 제 2용액관(180)이 원형단면관이라면, 칼맨소용돌이의 발생에 의하여 미연가스가 혼합되어 연소가스온도가 균일해진다.
그러나, 연소가스의 온도가 균일하게 저하하기 때문에, C0의 산화반응속도가 저하하여 C0의 발생을 억제하기 때문에 하류측으로 넓은 연소공간이 필요하게 된다.
또한, 상기 제 2용액관(180)의 외주연에는 핀(182)을 일체적으로 돌설하여 열접촉면적을 확대함이 바람직하다.
그리고, 상기 제 1용액관(170)과 제 2용액관(180)의 사이는 빈 공간으로써 연소실(130)을 형성한다.
한편, 상기 버너(120)와 제 1용액관(170)의 거리는 150 내지 300mm의 범위(L) 내의 유격을 유지하도록 한다.
상기 제 1용액관(170)이 버너(120)로부터 150mm이하의 거리(L)로 유격되면, 제 1용액관(170)과 일정 거리 떨어지게 구비된 제 2용액관(180)에 버너(120)의 화염불꽃이 직접적으로 닿게 된다.
그리고, 상기 제 1용액관(170)이 버너(120)로부터 300mm이상의 거리(L)로 유격되면, 버너(120)의 화염불꽃의 열기가 제 2용액관(180)에 미치지 못하게 된다.
이와 같이 구성한 흡수냉온수기의 고온재생기(110) 작동을 설명한다.
연소실(130)의 상류와 하류에 각각 내통(160)의 상하 액실(162)을 연통하는 복수의 제 1용액관(170)과 제 2용액관(180)이 형성되어 있다.
상기 제 1,2용액관(170,180)의 내부는 용액으로 채워져 있다.
버너(120)측의 제 1용액관(170)들은 원형관형상이고, 제 1용액관(170)과 일정 거리 유격된 제 2용액관(180)은 버너(120)의 화염불꽃에 대해 진행방향으로 평평한 평면적을 갖는 평판관 형상이다.
이때, 상기 제 1용액관(170)들의 사이 거리(P)는 제 2용액관(180)끼리의 너비(W)와 동일하거나 너비(W)보다 소정 작게 형성된다.
그리고, 단면이 원형인 복수의 제 1용액관(170)의 관외표면에는 핀(182)은 형성되어 있지 않다.
한편, 평판관 형상인 복수의 제 2용액관(180)의 관외표면에는 핀(182)이 형성되어 있다.
또한, 상기 버너(120)와 제 1용액관(170)의 거리는 150 내지 300mm의 유격을 유지하도록 한다.
그래서, 상기 버너(120)로부터의 화염은 복수의 인접하는 제 1용액관(170)들의 사이를 통과할 때 냉각되면서 연소하고, 방사와 대류전열에 의하여 제 1용액관 (170) 내의 용액을 가열한다.
상기 제 1용액관(170)들을 가열한 연소가스는 복수의 인접하는 제 2용액관(180)의 편평형상의 직선부인 평판면 사이를 통과할 때, 대류전열에 의하여 제 2용액관(180)들 내의 용액을 가열한다.
이때, 연소가스의 제 1용액관(170)에 있어서는 가스온도가 1000℃를 넘어 버너(120)측에서는 열전달량이 증가하고, 제 2용액관(180)에서는 가스온도가 100O℃이하이다.
상기 제 2용액관(180)의 외주연에 핀(182)을 많이 설치하여 가스측 전열면적을 증대시키고 있기 때문에, 제 2용액관(180)의 열전달량이 증가한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 상기한 원리에 의하여 제 1용액관(170)을 통과할 때, 연소가스가 서서히 냉각되므로, NOx의 발생이 억제되어 저 NOx화가 가능하게 된다.
또한, 제 2용액관(180) 각각의 표면에는 온도경계층이 형성되고, 이 온도경계층의 바깥쪽의 유로에서는 연소가스 온도를 높게 유지할 수 있어 연소가스를 완전연소시킬 수 있다.
따라서, 전열에 기여하지 않은 공간을 실질상 설정하는 일 없이 C0의 발생을 억제할 수 있다.
이에 따라, 고온재생기(110)의 소형화가 가능하게 되어 자원을 절약할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 흡수식 냉온수기의 고온재생기에 의하면, 고온재생기의 연소실 내부에 배플을 구비하지 않고 버너의 불꽃화염이 직접적으로 닿지 않는 위치에 평판관인 용액관을 구비함으로써 배플의 설치에 따른 설치비용을 줄이고, 작업효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 버너와 연결된 외통 및 상기 외통의 내부에 설치되는 내통 사이에 용액을 유지하는 액실을 구비하고, 상기 내통의 내부에 용액을 가열하는 연소실을 구비하며, 상기 연소실의 내부는 상기 버너에 인접되는 상기 연소실 내부에 다수 개의 제 1용액관을 배열하여 화염불꽃에 의해 내부의 용액을 가열함과 아울러 상기 버너의 화염불꽃 진행방향에 대해 평행한 상태로 제 2용액관을 배열하며, 상기 제 1용액관과 제 2용액관 사이에 연소실을 형성한 흡수식 냉온수기의 고온재생기에 있어서,
    상기 제 2용액관은 상기 제 1용액관 간의 배치간격과 유사하거나 또는 그 간격보다 넓은 배치간격을 갖도록 다수 개 배열되며,
    각각의 상·하측면이 편평한 평판관 형상으로 형성되어 열전달 면적을 증가시키는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉온수기의 고온재생기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2용액관 외주연에는 전열면적을 넓히기 위해 핀이 돌설된 것을 특징으로 하는 흡수식 냉온수기의 고온재생기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 버너와 제 1용액관 사이의 거리는 150 내지 300mm의 범위 내로 설치되는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉온수기의 고온재생기.
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