KR100827570B1 - Heatpump for waste heat recycle of adsorption type refrigerator - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명 흡착식 냉동기의 일례를 보인 개략도,1 is a schematic view showing an example of the present invention adsorption freezer,
도 2는 도 1의 흡착식 냉동기를 구비한 냉동사이클의 일실시예를 보인 계통도,Figure 2 is a system diagram showing an embodiment of a refrigeration cycle with an adsorption freezer of Figure 1,
도 3은 도 2의 냉동사이클에서 히트펌프의 배관을 보인 계통도,3 is a system diagram showing the piping of the heat pump in the refrigeration cycle of FIG.
도 4는 도 1의 흡착식 냉동기를 구비한 냉동사이클의 다른실시예를 보인 계통도.Figure 4 is a system diagram showing another embodiment of a refrigeration cycle having an adsorption freezer of Figure 1;
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **** Description of symbols for the main parts of the drawing **
10 : 흡착식 냉동기 11,12 : 제1,제2 흡수재생기10:
13,14 : 냉동기측 응축기,증발기 15 : 밸브유닛13,14: refrigerator side condenser, evaporator 15: valve unit
16 : 응축수 회수관 17 : 제3 전열관16: condensate recovery pipe 17: third heat transfer pipe
20 : 온수열원 30 : 냉각탑20: hot water heat source 30: cooling tower
40 : 히트펌프 41 : 압축기40: heat pump 41: compressor
42 : 응축기 43 : 팽창변42
44 : 증발기 50 : 냉각수 순환계통44: evaporator 50: cooling water circulation system
51 : 제1 전열관 52 : 냉각수펌프51: first heat pipe 52: cooling water pump
60 : 온수 순환계통 61 : 제2 전열관60: hot water circulation system 61: the second heat pipe
70 : 냉각수 우회계통 71 : 제4 전열관70: cooling water bypass system 71: fourth heat transfer pipe
72 : 증발측 열교환부 80 : 온수 가열계통72: evaporation side heat exchanger 80: hot water heating system
81 : 제5 전열관 82 : 응축측 열교환부81: fifth heat transfer pipe 82: condensation side heat exchanger
본 발명은 흡착식 냉동기에 관한 것으로, 특히 흡착식 냉동기의 폐열 재활용을 위한 히트펌프 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an adsorption freezer, and more particularly to a heat pump apparatus for waste heat recycling of the adsorption freezer.
흡착식 냉동기는 흡착제와 냉매(물)의 가열반응에 따르는 발열, 흡열현상을 이용하고 배열을 열원으로하여 냉열을 발생시키는 냉동열기관이다. 이 시스템은 흡착제 열교환기(재생·흡착공정), 응축기, 증발기로 구성되는 밀폐계의 고진공으로 되어 있고, 흡착제로는 실리카(Silic)계 또는 제올라이트(Zeolite)계의 고체흡착제가 주로 사용되고 있다.Adsorption-type freezer is a refrigerating heat engine that uses the heat generated by the heating reaction of the adsorbent and the refrigerant (water) and the endothermic phenomenon, and generates heat by using the heat source as the heat source. This system is a closed system high vacuum composed of an adsorbent heat exchanger (regeneration / adsorption process), a condenser, and an evaporator. As the adsorbent, a solid adsorbent of silica or zeolite is mainly used.
상기 흡착식 냉동기는 한 쪽의 흡수재생기가 냉매를 흡수할 때에 다른 쪽의 흡수재생기는 보일러에서 보내져 오는 수증기를 이용해서 흡착제를 재생하게 된다. 재생이 완료되면, 증기와 냉매가 재생이 완료된 흡착제를 흡착에 사용하고, 흡착에 사용하지 않은 쪽에서 냉매를 흡착한 흡착제의 재생을 실행하는 일련의 과정을 반복하면서 연속적으로 냉동출력을 얻게 된다.The adsorption-type refrigerator regenerates the adsorbent using the water vapor sent from the boiler when one absorption regenerator absorbs the refrigerant. When the regeneration is completed, the freezing output is continuously obtained while repeating a series of processes in which steam and refrigerant use the regenerated adsorbent for adsorption, and regenerate the adsorbent in which the refrigerant is adsorbed on the side not used for adsorption.
여기서, 상기 흡착제가 냉매를 원활하게 흡착하기 위해서나 또는 상기 응축 기에서 냉매를 원활하게 응축하기 위해서는 상기 흡수재생기와 응축기가 냉각수나 공기에 의해 지속적으로 냉각되도록 하여야 한다. 이를 위해, 통상 냉각탑(Cooling Tower)을 설치하여 그 냉각탑에서 공급되는 냉각수를 이용하여 상기 흡수재생기와 응축기를 냉각하고 있다.Here, in order to adsorb the refrigerant smoothly or to condense the refrigerant in the condenser smoothly, the absorption regenerator and the condenser must be continuously cooled by cooling water or air. To this end, a cooling tower is usually installed to cool the absorption regenerator and the condenser using the cooling water supplied from the cooling tower.
그러나, 상기와 같은 종래 흡착식 냉동기에 있어서는, 상기 냉각탑을 통해 흡수재생기와 응축기와 열교환되어 가열된 냉각수가 그 냉각열을 공기중에 방출함에 따라 에너지 손실과 온실효과를 가중시키는 문제점이 있었다.However, in the conventional adsorption-type freezer as described above, there is a problem in that the cooling water heated by heat exchange with the absorption regenerator and the condenser through the cooling tower increases the energy loss and the greenhouse effect as the cooling heat is released into the air.
본 발명은 상기와 같은 종래 흡착식 냉동기가 가지는 문제점을 해결한 것으로, 상기 냉각탑에서 방열되는 열을 냉동기의 열원으로 재활용하여 에너지 손실과 온실효과를 낮추는 흡착식 냉동기의 폐열 재활용을 위한 히트펌프 장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.The present invention solves the problems of the conventional adsorption-type freezer as described above, to provide a heat pump device for recycling the waste heat of the adsorption-type freezer to reduce energy loss and greenhouse effect by recycling the heat radiated from the cooling tower to the heat source of the freezer. There is an object of the present invention.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 흡착제와 냉매의 가열반응에 따른 발열현상과 흡열현상을 이용하여 냉력을 발생하는 흡착식 냉동기와, 상기 흡착식 냉동기의 흡열측에 온수를 공급하는 온수 순환계통과, 상기 흡착식 냉동기의 발열측에 냉각수를 공급하는 냉각수 순환계통과, 상기 냉각수 순환계통의 중간에서 열에너지를 흡수하여 상기 온수 순환계통에 전달하는 히트펌프로 이루어진 것을 특징으로 하는 흡착식 냉동기의 폐열 재활용을 위한 히트펌프 장치가 제공된다.In order to achieve the object of the present invention, the adsorption-type freezer using the exothermic phenomenon and the endothermic phenomenon caused by the heating reaction of the adsorbent and the refrigerant, and the hot water circulation system for supplying hot water to the endothermic side of the adsorption-type freezer, The heat pump device for recycling the waste heat of the adsorption-type refrigerator comprising a cooling water circulation system for supplying cooling water to the heat generating side of the refrigerator, and a heat pump that absorbs heat energy in the middle of the cooling water circulation system and transfers it to the hot water circulation system. Is provided.
이하, 본 발명에 의한 흡착식 냉동기의 폐열 재활용을 위한 히트펌프 장치를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a heat pump device for recycling waste heat of the adsorption type refrigerator according to the present invention will be described in detail based on an embodiment shown in the accompanying drawings.
도 1 내지 도 4는 흡착식 냉동기와 그 흡착식 냉동기를 구비한 냉동사이클의 실시예들을 보인 도면들이다.1 to 4 are views showing embodiments of a refrigeration cycle having an adsorption freezer and its adsorption freezer.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 흡착식 냉동기의 폐열 재활용 장치는, 흡착제와 냉매의 가열반응에 따른 발열현상과 흡열현상을 이용하여 냉력을 발생하는 흡착식 냉동기(10)와, 상기 흡착식 냉동기(10)의 흡열측에 온수를 공급하여 가열시키는 온수열원(20)과, 상기 흡착식 냉동기(10)의 발열측에 냉각수를 공급하여 냉각시키는 냉각탑(30)과, 상기 냉각탑(30)에서 방출되는 열에너지를 상기 흡착식 냉동기(10)의 흡열측에 전달하는 히트펌프(40)로 구성된다.1 and 2, the waste heat recycling apparatus of the adsorption-type freezer according to the present invention includes an adsorption-type freezer (10) generating cold power by using an exothermic phenomenon and an endothermic phenomenon caused by heating reaction of the adsorbent and the refrigerant, and In the hot
상기 흡착식 냉동기(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 흡착제와 전열관을 갖는 제1 흡수재생기(11) 및 제2 흡수재생기(12)와, 상기 제1 흡수재생기(11) 및 제2 흡수재생기(12)에 교번되게 연결되는 응축기(13)와 증발기(14)로 이루어진다.As shown in FIG. 1, the adsorption-
또, 상기 흡착식 냉동기(10)의 발열측(흡수재생기,응축기)은 그 발열측에서 발생되는 열을 냉각할 수 있도록 상기 냉각탑(30)과의 사이가 냉각수 순환계통(50)으로 연결되고, 상기 흡착식 냉동기(10)의 흡열측(흡수재생기)은 그 흡열측에 필요한 열을 흡수할 수 있도록 상기 온수열원(20)과의 사이가 온수 순환계통(60)으로 연결된다.In addition, the heat generating side (absorption regenerator, condenser) of the adsorption-
상기 냉각수 순환계통(50)은 도 2에서와 같이, 그 중간에 상기 흡수재생기(11)(12)와 응축기(13) 그리고 냉각탑(30)이 폐회로 모양의 제1 전열관(51)으로 연결되고, 상기 냉각탑(30)의 입구측 전열관(51a)에는 냉각수를 순환시킬 수 있는 냉각수펌프(52)가 설치된다.2, the
상기 온수 순환계통(60)은 도 2에서와 같이, 그 중간에 상기 흡수재생기(11)(12)와 온수열원(20)이 폐회로 모양의 제2 전열관(61)으로 연결되고, 상기 흡수재생기(11)(12)의 공급측 전열관(61a)에는 상기 온수열원(20)의 공급열량을 산출하기 위한 공급수유량계(62)와 공급수온도계(63)가 설치되는 반면 상기 흡수재생기(11)(12)의 회수측 전열관(61b)에는 회수수온도계(64)가 설치된다.In the hot
상기 냉각수 순환계통(50)과 온수 순환계통(60)을 이루는 제1 전열관(51)과 제2 전열관(61)은 그 제1 전열관(51)과 제2 전열관(61)이 수용된 상기 흡수재생기(11)(12)의 흡착과정 및 탈착과정에 맞게 상기 냉각수와 온수의 순환유로가 변경되면서 상기 냉각탑(30)과 온수열원(20)에 번갈아 연결되도록 복수의 밸브를 갖는 밸브유닛(15)에 의해 연결된다.The first heat transfer tube 51 and the second heat transfer tube 61 constituting the cooling
또, 상기 응축기(13)에서 응축된 응축수가 상기 증발기(14)로 이동하도록 상기 응축기(13)와 증발기(14) 사이에는 응축수회수관(16)으로 연결되고, 상기 증발기(14)에는 응축수가 증발하여 시스템 순서에 맞게 어느 한 쪽 흡수재생기(11)(12)로 공급될 수 있도록 냉수수요원과 폐회로 모양의 제3 전열관(17)으로 된 냉수 순환계통이 연결된다.In addition, the condensed water condensed in the
상기 흡착제로는 실리카계 또는 제올라이트계와 같은 고체흡착제가 주로 사용될 수 있고, 상기 흡착식 냉동기(10)의 냉매로는 물이 사용될 수 있으며, 상기 온수열원(20)으로는 지역난방공급수나 천연가스 또는 증기가 사용될 수 있다. As the adsorbent, a solid adsorbent such as silica or zeolite may be mainly used, and water may be used as the refrigerant of the adsorption-
한편, 상기 히트펌프(40)는 도 3에서와 같이, 압축기(41), 응축기(42), 팽창 밸브(43), 증발기(44)를 갖는 증기압축식 냉동사이클로 이루어져 상기 증발기(44)를 흐르는 냉매(프레온 등)는 상기 흡착식 냉동기(10)에서 방출되는 열을 이용하여 증발되는 반면 상기 응축기(42)를 흐르는 냉매는 그 응축열을 발생하여 상기 온수열원(20)으로 공급되도록 이루어진다.On the other hand, the
예컨대, 도 2 및 도 3에서와 같이 상기 히트펌프(40)의 증발기(44)는 상기 냉각수 순환계통(50)의 입구측 제1 전열관(51a) 중간에서 분관되어 냉각수 우회계통(70)으로 연결되고, 상기 히트펌프(40)의 응축기(42)는 상기 온수 순환계통(60)의 회수측 제2 전열관(61b) 중간에서 온수 가열계통(80)으로 연결된다.For example, as illustrated in FIGS. 2 and 3, the
상기 냉각수 우회계통(70)은 상기 흡착식 냉동기(10)에서 제1 전열관(51)을 통해 냉각탑(30)으로 방출되는 냉각수를 상기 히트펌프(40)의 증발기(44)쪽으로 우회시킬 수 있도록 상기 제1 전열관(51)의 중간에서 제4 전열관(71)이 분관된다.The cooling
상기 제4 전열관(71)은 그 중간에 상기 히트펌프(40)의 증발기(44)를 감싸는 증발측 열교환부(72)가 설치되고, 상기 제4 전열관(71)의 출구는 더운 냉각수가 상기 히트펌프(40)의 증발기(44)내 냉매를 증발시킨 찬 냉각수로 바뀌어 상기 냉각탑(30)으로 이동하도록 그 냉각탑(30)의 입구측 제1 전열관(51)에 다시 연결된다. 상기 제1 전열관(51)과 제2 전열관(71)의 연결지점에는 냉각수의 유동방향을 제어하는 냉각수제어밸브(73)가 설치되고, 상기 히트펌프(40)의 출구측에는 체크밸브(74)가 설치될 수 있다.The fourth
상기 온수 가열계통(80)은 상기 흡착식 냉동기(10)의 흡열측을 통과한 저온수를 상기 히트펌프(40)의 응축기(42)에서 고온수로 전환하여 상기 흡착식 냉동 기(10)의 흡열측으로 재공급하도록 제5 전열관(81)의 입구와 출구가 상기 흡착식 냉동기(10)의 흡열측 양측에 각각 연결되고, 상기 제5 전열관(81)의 중간에는 상기 히트펌프(40)의 응축기(42)를 감싸도록 응축측 열교환부(82)가 설치된다. 여기서, 상기 온수 가열계통(80)을 흐르는 온수가 방향을 가지도록 상기 제5 전열관(81)의 중간에 온수 펌프(83)를 설치하거나 또는 상기 제5 전열관(81)의 출구측에 체크밸브(84)를 설치할 수도 있다.The hot
도면중 미설명 부호인 51b는 출구측 제1 전열관, 85는 온수제어밸브이다.In the figure,
상기와 같은 본 발명에 의한 흡착식 냉동기의 폐열 재활용을 위한 히트펌프 장치는 다음과 같은 작용 효과가 있다.Heat pump device for waste heat recycling of the adsorption-type refrigerator according to the present invention as described above has the following effects.
즉, 상기 온수 순환계통(70)의 제2 전열관(61)을 통해 고온수가 상기 제1 흡수재생기(11)로 공급되면, 그 제1 흡수재생기(11)의 흡착제는 고온의 열원에 의하여 열을 받아 가열되면서 상기 흡착제에서 냉매(물)가 탈착되고, 이 흡착제에서 탈착된 증기는 상기 제1 흡수재생기(11)의 내부 증기압이 응축기(13)의 압력보다 높으므로 상기 응축기(13)로 이동을 하게 된다. That is, when the hot water is supplied to the
이와 동시에, 상기 증발기(14)와 연결되는 상기 제2 흡수재생기(12)는 상기 냉각수 순환계통(50)의 제1 전열관(51)에 의해 중간온도에서 외부로 열을 방출하면서 일정온도로 유지되어 상기 제2 흡수재생기(12)의 내부 증기압이 증발기(14)의 압력보다 낮아지게 되고, 이에 따라 상기 증발기(14)에서 증발되어 발생되는 증기가 상기 제2 흡수재생기(12)로 이동하여 그 제2 흡수재생기(12)의 흡착제에 흡착되는 일련의 과정을 상기 제1 흡수재생기(11)와 제2 흡수재생기(12)에서 번갈아 진행 하게 된다. At the same time, the
이 과정에서, 상기 증발기(14)는 상기 응축기(12)에서 응축된 응축수가 지속적으로 회수되면서 그 응축수가 상기 냉수 순환계통의 제3 전열관(17)을 흐르는 냉매가 증발되어 냉동효과를 얻게 되는 것이다.In this process, the
한편, 상기 흡착식 냉동기(10)의 흡수재생기(11)(12)와 응축기(13)에서 발생되는 흡착열과 응축열은 상기 냉각수 순환계통(50)의 제1 전열관(51)을 통해 상기 냉각탑(30)으로 전달하여 외부로 방출하게 되나, 이 흡착열과 응축열은 상기 냉각수 순환계통(50)의 중간에 연결되는 상기 냉각수 우회계통(70)을 통해 회수되어 상기 히트펌프(40)의 증발기(44)를 증발시키게 된다. 상기 히트펌프(40)의 증발기(44)에서 증발된 냉매(프레온 등)는 그 히트펌프(40)의 압축기(41)에서 압축된 후 히트펌프(40)의 응축기(42)로 이동하여 응축된다. 이 히트펌프(40)의 응축기(42)에서 응축된 냉매는 다시 히트펌프(40)의 팽창변(43)을 거쳐 히트펌프(40)의 증발기(44)와 압축기(41)를 순환하는 과정을 반복하게 된다.Meanwhile, the heat of adsorption and the heat of condensation generated by the
이때, 상기 온수 순환계통(60)의 중간에 온수 가열계통(80)이 연결되고, 그 온수 가열계통(80)이 상기 히트펌프(40)의 응축기(42)에 연결됨에 따라 상기 히트펌프(40)의 응축기(42)에서 냉매가 응축되는 과정중에 발생하는 응축열이 상기 온수 가열계통(80)으로 흐르는 저온수를 고온수로 가열하여 상기 흡착식 냉동기(10)의 흡수재생기(11)(12)에 공급하게 된다.In this case, the hot
본 발명에 의한 흡착식 냉동기의 폐열 재활용을 위한 히트펌프 장치에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.If there is another embodiment of a heat pump device for waste heat recycling of the adsorption-type refrigerator according to the present invention.
즉, 전술한 일실시예에서는 도 2에서와 같이, 상기 온수 가열계통(70)의 입구가 온수 순환계통(60)의 회수측에 연결되고 상기 온수 가열계통(70)의 출구가 온수 순환계통(60)의 공급측에 연결되어 상기 히트펌프(40)에서 재생산된 고온수가 흡착식 냉동기(10)의 흡열측에 공급되는 것이었으나, 본 실시예는 도 4에서와 같이 상기 온수 가열계통(70)의 입구와 출구가 모두 온수 순환계통(60)의 회수측에 연결되어 상기 히트펌프(40)에서 재생산된 고온수가 흡착식 냉동기(10)의 흡열측에 공급되지 않고 그대로 지역난방수 등으로 다시 회수되도록 할 수도 있다. That is, in the above-described embodiment, as shown in FIG. 2, the inlet of the hot
이에 대한 구성이나 작용효과는 대략 전술한 일실시예와 대동소이하므로 구체적인 설명은 생략한다.Since the configuration and the effect thereof are substantially the same as those of the above-described embodiment, a detailed description thereof will be omitted.
이렇게 하여, 상기 흡착식 냉동기에서 발생되는 흡착열과 응축열을 외부로 방출하지 않고 그 열을 이용하여 상기 히트펌프의 증발효과를 높이는데 활용함에 따라 버려지는 폐열을 감소시켜 에너지 손실과 온실가스 배출량을 낮추는 동시에 상기 히트펌프를 구동시키기 위한 전력소비량을 낮춰 에너지 절감 효과를 높일 수 있다. In this way, the heat of adsorption and the heat of condensation generated in the adsorption-type freezer are not discharged to the outside, and the heat is used to increase the evaporation effect of the heat pump, thereby reducing waste heat and reducing energy loss and greenhouse gas emissions. The energy consumption for driving the heat pump may be lowered to increase energy savings.
또, 상기 히트펌프의 응축열을 이용하여 상기 흡착식 냉동기의 열원에 공급함에 따라 상기 온수열원으로부터 공급되는 열량을 대폭 낮출 수 있어 에너지 절감 효과를 더욱 높일 수 있다.In addition, by supplying the heat source of the adsorption-type freezer using the heat of condensation of the heat pump, the amount of heat supplied from the hot water heat source can be significantly lowered, thereby further increasing the energy saving effect.
본 발명에 의한 흡착식 냉동기의 폐열 재활용을 위한 히트펌프 장치는, 상기 흡착식 냉동기에서 방출되는 열을 이용하여 상기 히트펌프의 냉매를 증발시키고 그 히트펌프의 냉매의 응축시 발생되는 열을 이용하여 상기 흡착식 냉동기의 열원으로 공급하도록 구성함으로써, 상기 흡착식 냉동기에서 버려지는 폐열을 감소시켜 에너지 손실과 온실가스 배출량을 낮추고 상기 히트펌프를 구동시켜 에너지 절감 효과를 높이며 상기 흡착식 냉동기의 구동시 상기 열원으로부터 공급되는 열량을 대폭 낮출 수 있어 에너지 절감 효과를 더욱 높일 수 있다.Heat pump apparatus for waste heat recycling of the adsorption-type freezer according to the present invention, evaporation of the refrigerant of the heat pump using the heat discharged from the adsorption-type freezer and the adsorption type using heat generated when condensation of the refrigerant of the heat pump It is configured to supply to the heat source of the freezer, reducing the waste heat discarded in the adsorption freezer to reduce energy loss and greenhouse gas emissions, drive the heat pump to increase the energy saving effect and the amount of heat supplied from the heat source when driving the adsorption freezer. Can be drastically lowered, further increasing energy savings.
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