KR100812712B1 - 흡수식 냉동기용 고온재생기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡수식 냉동기용 고온재생기에 관한 것으로서, 가스버너의 대향측에 배설된 전송덕트를 타고 온 고온의 배기가스를 매개로 열교환을 위해 상기 전송덕트와 연통하는 내부 공간을 사이에 형성하는 내관과 외관으로 이루어진 이중관전열기를 채용하여, 유출되는 배기가스를 2차적인 열교환을 수행한 후, 기존과 같이 배출되도록 함으로써, 고온재생기로 유입되는 희용액이 이중관의 내측 전열관으로 유입되어 상대적으로 낮은 온도의 용액과 높은 온도의 배기가스가 전열관을 통하여 열전달을 수행할 수 있도록 구성함으로써, 전열효율의 극대화를 도모할 수 있도록 하여, 시스템 내에서 폐열로서 버려지는 배기가스를 이용함으로써 시스템의 효율을 향상시킬 수 있도록 하였다.

Description

흡수식 냉동기용 고온재생기{High temperature generator for absorptive type refrigerator}

도 1은 일반적인 흡수식 냉동기의 작동을 설명하기 위한 블록회로도,

도 2는 도 1에 채용된 고온재생기의 내부를 나타낸 전방측단면도,

도 3은 본 발명에 따른 흡수식 냉동기의 작동을 설명하기 위한 블록회로도,

도 4는 도 3에 채용된 고온재생기의 내부를 나타낸 전방측단면도,

도 5는 본 발명에 따른 고온재생기의 내부구조를 위에서 바라보아 도시한 평면 구조도,

도 6은 본 발명에 따른 고온재생기의 내부구조를 좌측방향에서 바라보아 도시한 측면 구조도, 및

도 7은 본 발명에 따른 고온재생기의 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 공간부 12 : 고온재생기

14 : 외통 16 : 노통

18 : 냉매 배출구 20 : 용액입구 배관

22 : 용액출구 배관 26 : 연소공기 유입구

30 : 배기가스 출구 34 : 전열관

38 : 전열관핀 50 : 이중관전열기

51 : 입구헤더 53 : 출구헤더

55 : 내관 57 : 외관

본 발명은 흡수식 냉동기용 고온재생기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가스 버너에 의해 발생되는 배기 가스가 가열실 내에서 용액과 열교환을 진행한 후 상부액실에 위치하고 있는 이중관전열기의 외관과 내관의 사이공간으로 공급되도록 하여, 전열효율의 극대화를 도모할 수 있도록 한 흡수식 냉동기용 고온재생기에 관한 것이다.

일반적으로 흡수식 냉동기의 구성과 냉동사이클을 살펴보면, 먼저 증발기(2), 흡수기(3), 저온재생기(6), 응축기(5), 고온재생기(12), 고온용액열교환기(9), 저온용액열교환기, 용액펌프, 냉매펌프로 이루어져 있는데, 이와 같은 흡수식 냉방에 이용되는 냉수는 증발기(2)의 전열관을 통과하며 냉매의 증발잠열에 의해 열을 빼앗기면서 냉각되어 얻어지게 되는 것이다.

그리고, 증발된 냉매 증기는 흡수기로 유입되어 리튬브로마이드(lithium bromide, 이하 LiBr)수용액에 흡수되고, 냉매증기를 흡수하며 발생되는 흡수열은 흡수기 전열관내를 흐르는 냉각수에 의해 제거됨에 따라 흡수기내 용액은 항상 일정한 온도를 유지하게 되는 것이다.

또한, 흡수기에서 냉각되어 묽어진 리튬브로마이드 수용액은 용액펌프에 의해 저온용액열교환기를 통과하면서 고온 고농도를 형성하는 리튬브로마이드 수용액에 의해 가열된 후, 고온용액열교환기(9)를 거쳐 고온재생기(12)로 유입되는 것이다.

그리고, 상기 고온재생기(12)로 공급된 묽은 수용액은 연소가스에 의해 가열되어 고온의 냉매증기를 발생시키면서, 수용액을 고온의 진한 용액으로 농축시키게 되는 것이다.

한편, 저온재생기(6)의 가열에 사용된 냉매와 저온재생기(6)에서 발생한 냉매는 응축기(5)에서 냉각수에 의해 냉각되어 응축되고, 이와 같이 응축된 냉매는 중력과 압력차에 의해 증발기(2)로 유입되어 냉방에 필요한 냉수를 제조하게 되는 것이다.

즉, 상기 고온재생기(12)는 연소가스나 배기가스에 의해 고온재생기(12)의 내부에 수용되는 묽은 용액을 가열하여 냉매증기를 생성시키는 역할을 수행하며, 여기에서 발생한 냉매증기는 저온재생기(6)를 가열하는 열원으로 사용되는 것이다.

도 1은 일반적인 흡수식 냉동기의 구성을 나타낸 도면이다. 예시된 바와 같이, 흡수식 냉동기는 흡수기(3), 고온재생기(12) 및 이에 구비된 버너(71), 저온재생기(6), 응축기(5), 증발기(2), 저온용액열교환기(8), 흡수액순환펌프(32) 및 배관으로 이루어져 있다.

상기한 구성의 흡수식 냉동기의 작동을 간략하게 설명하면, 흡수액이 흡수기(3) 상부의 트레이로부터 흡수기(3) 내의 공지의 냉각수전열관 위로 떨어지면서, 엘리미네이터 사이로 넘어온 냉매를 흡수하여 흡수기(3) 바닥에 모이게 된다.

이때, 흡수액이 트레이로 흐르기 전보다 훨씬 묽은 상태로 농도가 약 58% 가량 되는데, 모여진 희용액(묽은 농도)의 흡수액은 흡수기(3)에서 흡수액순환펌프에 의해 저온용액열교환기(8)와 고온용액열교환기(9)를 거쳐 온도가 약 120~140도의 높은 상태로 열교환되어 고온재생기(12)로 올라가게 되고, 고온재생기(12)에서 열원에 의해 더욱 가열이 되면 희용액(묽은 농도에서의 흡수액)에서 냉매가 증발하며, 농도가 올라가게 된다.

한편, 농도가 약 60% 가량 올라간 중간액(중간 농도의 흡수액)은 다시 고온용액열교환기(9)를 거치면서 온도가 약 90℃로 낮아져 저온재생기(6)로 올라간다.

흡수기(3)에서 고온재생기(12)까지는 흡수액순환펌프(32)의 토출력에 의해 흡수액이 운반되나 고온재생기(12)에서 저온재생기(6)까지는 고온재생기(12)와 저온재생기(6) 간의 압력차에 의해 운반된다.

즉, 고온재생기(12)의 압력은 약 900~920 mmHg 이고, 저온재생기(6)의 압력은 약 60 mmHg 이기 때문에, 이 압력차에 의해 고온재생기(12)에서 농도가 진해진 흡수액은 저온재생기(6)로 운반된다.

그리고, 저온재생기(6)에서는 고온재생기(12)에서 분리되어 증기로 변한 뜨거운 냉매증기가 저온재생기(6) 내의 전열관을 통과하면서 중간액을 한번 더 가열하여, 중간액을 농도가 더 진한, 약 62%의 흡수액으로 만든다.

이때, 흡수액의 농도는 가장 진하게 되며, 저온재생기(6)에서 농용액(진한 농도의 흡수액)은 저온용액열교환기(8)를 거치면서 온도가 약 48~50℃의 더 낮은 상태로 다시 흡수기(3)로 되돌아가게 되는데, 이때는 저온재생기(6)와 흡수기(3)의 높이차와 저온재생기(6)와 흡수기(3)의 압력차에 의해 흡수액은 흡수기(3)로 흐르게 된다.

이와 같은 과정을 거쳐 흡수액은 다시 냉매를 흡수하여 같은 방식으로 계속 순환한다.

또한, 냉매는 증발기(2)에서 증발하면서 냉수전열관 내의 물을 차가운 냉수로 만드는데, 증기 형태가 된 냉매는 흡수액에 의해 흡수되어져 고온재생기(12)까지 흡수액과 함께 섞여 운반되고, 고온재생기(12)에서 열원에 의해 가열되면 고온재생기(7) 상부에서 흡수액과 분리되어 증발된 냉매증기는 냉매증기배관을 따라 저온재생기(6)로 간다.

그리고, 저온재생기(6)로 이동한 냉매증기는 저온재생기(6) 내의 전열관으로 흐르면서 중간액을 한번 더 가열한다.

저온재생기(6)를 지나온 냉매증기는 저온재생기(6)에서 흡수액을 가열함과 동시에 냉매인 물로 응축되고, 응축된 냉매는 응축기(5)로 이동하여 증발기(2)로 회수되는데, 저온재생기(6)에서 응축되지 못하고 남은 냉매증기는 응축기(5)의 냉각수에 의해 응축된다.

이러한 응축기(5)의 냉매는 증발기(2)로 회수되어 다시 위와 같은 순서로 순환한다.

상기 고온재생기(12)는, 공지의 구조와 같으며, 내부에 공간부(10)를 형성한 고온재생기(12)의 외통(14)과, 그 내부에 수용.설치되는 노통(16)으로 이루어져 있 다.

한편, 상기 노통(16)의 일측부위에는 첨부된 내부에 관통공(36)을 마련한 다수개의 전열관(34)이 수직,관통하는 상태로 설치되어 있는데, 상기 다수개의 전열관(34) 중 일부의 전열관(34)상에는 중앙에 관통공(36)을 형성한 다수개의 전열관핀(38)이 일정 간격을 유지하는 상태로 끼워져 있는 것이다.

그러나, 상기와 같은 종래의 전열관(34)은 단순히 가스버너(71)에 의한 배기 가스가 노통(16)을 거쳐 배기가스출구(30)를 통해 외부로 단순히 배출되는 구조로 형성되어 있어서, 배기가스가 전열관(34)의 외주면에 부딪히는 순간 면을 따라 일정한 유선형의 흐름을 형성하면서 배기가스가 유출됨으로써, 전열관(34)과의 열교환작용만 수행됨으로써, 열효율을 높이려는 시도가 대두되게 되었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 가스버너의 대향측에 배설된 전송덕트를 타고 온 고온의 배기가스를 매개로 열교환을 위해 상기 전송덕트와 연통하는 내부 공간을 사이에 형성하는 내관과 외관으로 이루어진 이중관전열기를 채용하여, 유출되는 배기가스를 2차적인 열교환을 수행한 후, 기존과 같이 배출되도록 함으로써, 고온재생기로 유입되는 희용액이 이중관의 내측 전열관으로 유입되어 상대적으로 낮은 온도의 용액과 높은 온도의 배기가스가 전열관을 통하여 열전달을 수행할 수 있도록 구성함으로써, 전열효율의 극대화를 도모할 수 있도록 하여, 시스템 내에서 폐열로서 버려지는 배기가스를 이용함으로써 시스템의 효율을 향상시킬 수 있도록 함에 주된 기술적 목적이 있는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

외통의 내부에 양편의 배기가스 입구/출구가 일정길이 만큼 노출되는 상태로 관통.설치되는 노통과, 상기 노통의 일측부위에 수직으로 관통하여 수용액을 가열하도록 갖추어지는 다수개의 전열관과, 상기 노통을 통과하는 배기가스와 열교환되도록 하기 위해 전열관의 외부에 다수개 끼워지는 전열관핀을 갖는 흡수식 냉동기용 고온재생기에 있어서,

상기 전열관 및 전열관핀에서 배기가스와의 열교환작용이 활발히 이루어진 고온의 배기가스를 상부 액실로 이송하도록 상기 버너의 대향측에 설치된 전송덕트와,

상기 전송덕트를 타고 온 고온의 배기가스를 매개로 열교환을 위해 상기 전송덕트와 연통하는 내부 공간을 사이에 형성하는 내관과 외관으로 이루어진 이중관전열기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

첨부된 예시도면 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 흡수식 냉동기용 고온재생기의 내부구조를 상세히 나타낸 단면 구조도인 바, 첨부된 예시도면 도 1 및 도 2와 동일한 참조번호는 동일한 부품을 표시하므로 이에 대한 설명은 생략하고 도 1 및 도 2와 상이한 점에 대해서만 설명하기로 한다.

한편, 첨부된 예시도면 도 5는 본 발명에 따른 고온재생기의 내부구조를 위 에서 바라보아 도시한 평면 구조도이고, 예시도면 도 6은 본 발명에 따른 고온재생기의 내부구조를 좌측방향에서 바라보아 도시한 측면 구조도이며, 도 7은 본 발명에 따른 고온재생기의 사시도이다.

상기 고온재생기(12)는 첨부된 예시도면 도 5에 도시된 바와 같이 먼저, 내부에 공간부(10)를 형성한 고온재생기(12)의 외통(14)과, 그 내부에 수용.설치되는 노통(16)으로 이루어지는데, 우선 외통(14)의 상부 일측에는 냉매증기를 배출시키기 위한 냉매 배출구(18)가 형성되어 있고, 상기 외통(14)의 일측면에는 상호 소정거리만큼 이격된 용액입구배관(20)과 용액출구배관(22)이 상호 단차를 이루면서 내부와 통하는 상태로 각각 연결되어 있으며, 이 외통(14)의 공간부(10)에는 리튬브로마이드 수용액(24)이 용액출구배관(22)을 약간 잠기게 하는 상태로 채워져 있다.

또한, 상기 외통(14)의 내부에 설치된 노통(16)은 수용액(24)에 완전히 잠기는 상태에서 양측이 이와 대응하는 외통(14)을 관통하여 소정길이 만큼 인출되도록 수평.설치되어 있는데, 이 노통(16)의 일측에 마련되는 연소공기 유입구(26)에는 버너(71)와의 연결.결합을 용이하게 하기 위한 플랜지(28)가 갖추어져 있으며, 이 연소공기 유입구(26)와 대응하는 타측에는 상호 통하는 상태로 배기가스 출구(30)가 형성되어 있다.

한편, 상기 노통(16)의 일측부위에는 첨부된 예시도면 도 2에 도시된바와 같이 내부에 관통공(36)을 마련한 다수개의 전열관(34)이 수직,관통하는 상태로 설치되어 있는데, 상기 다수개의 전열관(34) 중 일부의 전열관(34)상에는 중앙에 관통공(36)을 형성한 다수개의 전열관핀(38)이 일정 간격을 유지하는 상태로 끼워져 있 는 것이다.

상기와 같이 구성된 고온재생기(12)는 첨부된 예시도면 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 먼저 도시되지 않은 흡수기(3)로부터 냉각되어 묽어진 리튬브로마이드 수용액(24)이 고온재생기(12)의 외통(14)과 연결된 용액입구배관(20)을 통해 공급되고, 이와 같이 공급되는 수용액(24)은 외통(14)의 내부에 설치되는 노통(16)의 전열관(34) 및 관통공(36)을 비롯하여 용액출구배관(22)이 수면으로부터 약간 잠기도록 채워지게 되는 것이다.

그리고, 상기 고온재생기(12)로 들어온 묽은 수용액(24)은 노통(16)의 배기가스 입구(26)를 통하여 배기가스 출구(30)로 고온의 배기가스가 이동하게 되는데, 이때 노통(16)에는 다수개의 전열관(34)이 수직,관통되어 있고, 일부 전열관(34)상에는 노통(16)에 수용되는 상태로 첨부된 예시도면 도 2에 도시된 바와 같은 전열관핀(38)이 끼워져 있어 서, 고온의 배기가스와 전열관(34) 및 전열관핀(38)간에 열교환과 열전달작용이 이루어져 전열관(34)의 관통공(36)에 수용된 수용액(24)을 고온으로 형성시키게 되는 것이다.

그리고, 상기 전열관(34)의 관통공(36)에 채워진 수용액(24)이 고온으로 가열되면, 고온의 냉매증기를 발생시키면서, 상대적으로 수용액(24)은 고온의 농축액으로 형성되는데, 이때 이와 같이 형성되는 고온의 농축 수용액(24)은 용액출구배관(22)을 통하여 다시 고온용액열교환기(9)로 공급되며, 상기 냉매증기는 냉매 배출구(18)로 빠져나가면서 저온재생기(6)의 가열을 위한 열원으로 사용되는 것이다.

또한, 상기 노통(16)을 수직 관통하는 전열관(34)상에는 다수개의 전열관 핀(38)이 끼워져 있는데, 이 전열관핀(38)의 내부에는 전열관(34)에 끼워지도록 하기 위한 관통공(36)이 형성되어 있다.

또, 상기 버너(71)의 대향측에는, 상기 전열관(34) 및 전열관핀(38)에서 배기가스와의 열교환작용이 활발히 이루어진 고온의 배기가스를 상부 액실로 이송하도록 전송덕트(40)가 상기 가스 버너(71)와 연통 가능하게 설치되어 있다.

또한, 상기 가스 버너(71)의 상부의 공간부에는, 상기 전송덕트(40)를 타고 온 고온의 배기가스를 매개로 열교환을 위해 상기 전송덕트(40)와 연통하는 내부 공간을 사이에 형성하는 내관(55)과 외관(57)으로 이루어진 이중관전열기(50)가 크로스 배열되어 있다.

또, 상기 이중관전열기(50)의 내관(55)의 양측은 상기 흡수액순환펌프(32)의 토출력에 의해 상기 내관(55)으로 급송되어 배출되도록 각각 입구헤더(51)와 출구헤더(53)에 연통 가능하게 다수 지점에 결합되어 있다.

또한, 상기 이중관전열기(50)의 내관(55)과 외관(57) 사이에는 상기 내관(55)을 지지점으로 하여 상기 외관(57)과 내관(55)이 상호 이격 배열됨으로써, 상기 가스 버너(71)의 고온의 배기가스가 관통 가능하도록, 십자형상 또는 일자형상의 스페이서(60)가 배치되어 있다.

또, 상기 십자 형상의 스페이서(60)의 다리부(61, 62, 63, 64)는 4개의 연결부(60a)에 의해 연결되며, 이 다리부들 중 서로 대향하는 상하의 다리부(61, 63)의 높이가 다른 것이 바람직하며, 특히 하부의 다리부(63)가 길게 구성됨이 바람직하다. 그 연유는 상기 가스 버너(71)의 고온의 배기가스가 상기 내관(55)과 외관(57) 사이를 관통하면서 상승기류를 최대한 이용하여 열교환의 효율의 극대화를 도모하자는 취지에서이다.

또한, 상기 외관(57)과 내관(55) 사이공간을 통해 이송된 가스 버너(71)의 고온의 배기가스는 최종적으로 상기 입구헤더(51)와 열교환된 후, 상기 입구헤더(51)를 감싸면서 상기 고온재생기(12)의 상부측면에 설치된 배기덕트(70)의 배기구(73)를 통해 배출되도록 상기 이중관 전열기의 내외관 사이공간과 연통가능하게 결합되어 있다.

상기와 같이 같이 구성된 본 발명은 먼저, 노통(16)의 연소공기 유입구(26)를 통하여 유입된 고온의 배기가스가 배기가스 출구(30)로 빠져나가는 동안에 첨부된 예시도면 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 전열관(34)에 끼워지는 전열관핀(38)과 열교환하게 되는데, 우선 배기스가 전열관(34)의 외주면에 부딪히는 순간 원형의 면을 따라 일정한 흐름으로 흐르면서, 전열관(34) 및 전열관핀(38)의 전면적에서 배기가스와의 열교환작용이 활발히 이루어진 다음, 측면의 전송덕트(40)를 타고 올라, 이중관전열기(50)의 외관(57)과 내관(55) 사이로 유입되어, 상기 흡수액 순환펌프(32)의 토출력을 기반으로 입구헤더(51)와 출구헤더(53)로 급송되어 재유입된 후, 고온재생기의 용액입구배관을 통해 고온재생기 내로 배송되게 되면서, 가스버너(71)의 열원을 2차적인 열원으로서, 이용하게 되는 것이다.

이때, 상기 입구헤더(51)로부터 출구헤더(53)로의 흡수액 이송은 이중관전열기(50)의 내관(55)을 통해 수행되게 되는데, 상기 내관(55)의 외측을 타고 상기 흡수액 이송방향과 역방향으로 이동하는 가스버너(71)의 고온의 배기가스와 열교환됨 으로써, 전열효율의 극대화를 이룰 수 있게 되는 것이다.

위와 같이 본 발명은 가스버너의 대향측에 배설된 전송덕트를 타고 온 고온의 배기가스를 매개로 열교환을 위해 상기 전송덕트와 연통하는 내부 공간을 사이에 형성하는 내관과 외관으로 이루어진 이중관전열기를 채용하여, 유출되는 배기가스를 2차적인 열교환을 수행한 후, 기존과 같이 배출되도록 함으로써, 고온재생기로 유입되는 희용액이 이중관의 내측 전열관으로 유입되어 상대적으로 낮은 온도의 용액과 높은 온도의 배기가스가 전열관을 통하여 열전달을 수행할 수 있도록 구성함으로써, 전열효과를 한층 향상시킴은 물론, 이에 따라 전열관의 설치 수량을 줄여 고온재생기의 소형화 제작 및 제작비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 외통의 내부에 양편의 배기가스 입구/출구가 일정길이 만큼 노출되는 상태로 관통.설치되는 노통과, 상기 노통의 일측부위에 수직으로 관통하여 수용액을 가열하도록 갖추어지는 다수개의 전열관과, 상기 노통으로 화염이 형성되도록 설치된 가스 버너를 구비하고, 흡수액순환펌프에 의해 저온용액열교환기와 고온용액열교환기를 거친 흡수액이 급송되는 흡수식 냉동기용 고온재생기에 있어서,

   상기 전열관 및 전열관핀에서 배기가스와의 열교환작용이 활발히 이루어진 고온의 배기가스를 상부 액실로 이송하도록 상기 가스 버너의 대향측에 설치된 전송덕트와,

   상기 전송덕트를 타고 온 고온의 배기가스를 매개로 열교환을 위해 상기 전송덕트와 연통하는 내부 공간을 사이에 형성하는 내관과 외관으로 이루어진 이중관전열기를 포함하고,

   상기 이중관전열기의 내관의 양측은 상기 흡수액순환펌프의 토출력에 의해 상기 저온용액열교환기를 거친 흡수액이 급송되는 입구헤더와 이 입구헤더를 통해 상기 내관을 경유하여 상기 고온용액열교환기의 하류 배관으로 배출되도록 연결된 출구헤더에 각각 연통 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기용 고온재생기.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 이중관전열기의 내관과 외관 사이에는 상기 내관을 지지점으로 하여 상기 외관과 내관이 상호 이격 배열됨으로써, 상기 가스 버너의 고온의 배기가스가 관통 가능하도록, 십자형상의 스페이서가 배치된 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기용 고온재생기.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 십자 형상의 스페이서의 다리부 중 서로 대향하는 상하의 다리부의 높이가 다르되, 하부의 다리부가 길게 구성된 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기용 고온재생기.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 외관과 내관 사이공간을 통해 이송된 가스 버너의 고온의 배기가스는 상기 입구헤더와 열교환된 후, 상기 입구헤더를 감싸면서 상기 고온재생기의 상부측면에 설치된 배기덕트의 배기구를 통해 배출되도록 된 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기용 고온재생기.

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