KR100878514B1 - 흡수냉온수기 - Google Patents

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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

흡수냉온수기는 가스터빈등의 외부장치로부터 배출된 고온배기가스에 의하여 구동된다. 흡수냉온수기는 열원으로서 사용되는 고온배기가스를 고온발생기로, 그 다음에 배기열회수발생기로 도입되는 배기가스경로를 포함한다. 저온발생기는 용액이 열전달튜브군상에서 분사되는 액막형발생기를 포함하고, 배기열회수발생기에서 발생된 냉매증기는 저온발생기의 열전달튜브군으로 안내된다.

Description

흡수냉온수기{ABSORPTION COLD OR HOT WATER GENERATING MACHINE}
도 1a은 본 발명의 제1형태의 실시예에 따른 흡수냉온수기의 개략적인 회로도,
도 1b는 도 1a의 수정된 실시예에 따른 흡수냉온수기의 개략적인 회로도,
도 2a는 본 발명의 제1형태의 또 다른 실시예에 따른 흡수냉온수기의 개략적인 회로도,
도 2b는 도 2a의 수정된 실시예에 따른 흡수냉온수기의 개략적인 회로도,
도 3은 본 발명의 제1형태의 또 다른 실시예에 따른 흡수냉온수기의 개략적인 회로도,
도 4는 본 발명의 제1형태의 또 다른 실시예에 따른 흡수냉온수기의 개략적인 회로도,
도 5는 도 1a에 도시된 흡수냉온수기의 흡수냉각사이클의 도표,
도 6은 도 2a에 도시된 흡수냉온수기의 흡수냉각사이클의 도표,
도 7은 도 3에 도시된 흡수냉온수기의 흡수냉각사이클의 도표,
도 8은 도 4에 도시된 흡수냉온수기의 흡수냉각사이클의 도표,
도 9는 본 발명의 제2형태의 실시예에 따른 흡수냉온수기의 개략적인 회로도,
도 10a는 본 발명의 제3형태의 실시예에 따른 흡수냉온수기의 개략적인 회로도,
도 10b는 도 10a의 수정된 실시예에 따른 흡수냉온수기의 개략적인 회로도,
도 10c는 도 10b에 도시된 실시예에서 용액의 흐름을 나타내는 간략한 흐름도,
도 10d는 도 10c에 도시된 용액의 흐름에 따라 가정되는 흡수냉각사이클의 도표,
도 10e는 도 10b의 수정된 실시예에 따른 흡수냉온수기의 개략적인 회로도,
도 11은 본 발명의 제4형태의 실시예에 따른 흡수냉온수기의 개략적인 회로도,
도 12는 본 발명의 제4형태의 또 다른 실시예에 따른 흡수냉온수기의 개략적인 회로도,
도 13은 본 발명의 제1형태 내지 제4형태의 실시예에 따른 흡수냉온수기의 개략적인 개요도, 및
도 14는 도 13의 선(XIV-XIV)에서 본 개략적인 평면도이다.
본 발명은 흡수냉온수기에 관한 것으로, 특히 가스 터빈과 같은 외부장치로부터 배출된 고온의 배기가스를 효과적으로 활용하여 배기열이용효율을 향상시키 고, 또한 컴팩트하게 될 수 있는, 배기가스에 의하여 구동되는 흡수냉온수기에 관한 것이다.
흡수냉온수기가 대략 200 내지 400℃ 온도를 갖는 고온의 배기가스에 의하여 구동되는 경우에 있어서, 흡수냉온수기가 공기 냉각을 위하여 작동되면 고온의 배기가스는 이중효용(double effect)으로 활용되고, 배기가스의 온도가 낮으면 단일효용(single effect)으로 활용되므로, 배기열이용효율을 향상시킬 수 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 흡수냉온수기는 일본특허공보 제53-20543호, 일본국 특개평 제11-304274호 등에 제안되어 있다.
하지만, 상기 종래의 흡수냉온수기에서는, 흡수용액의 순환흐름이 구성설비의 형태에 제약을 가하고, 발생기의 열원으로서 역할을 하는 배기가스가 통과하는 배기가스경로 및 흡수용액이 통과하는 흡수용액의 배관이 복잡하여, 흡수냉온수기가 컴팩트하게 되기 어렵다.
또한, 상기 종래의 흡수냉온수기에서는, 흡수용액의 배관이 복잡한 방식으로 뻗어있고, 배기열회수발생기와 저온발생기가 동일한 압력을 가지므로, 펌프를 별도로 제공하거나 잠재수두(potential head)를 이용하여 흡수용액을 공급해야 한다. 잠재수두를 이용하는 경우, 구성설비의 형태는 위치관계, 즉 높이관계에 의하여 제한된다.
흡수냉온수기를 컴팩트 유닛으로 구성하기 위해서는, 배기열회수발생기의 상면의 위치를, 흡수기, 증발기, 저온발생기 및 응축기를 포함하는 케이싱 또는 저온 셸(shell)의 높이와 같거나 낮은 높이에 배치시키는 것이 필요하다.
일본국 특개평 제11-304274호에 개시되어 있는 흡수냉온수기에서는, 배기열회수발생기를 흡수기, 증발기, 저온발생기 및 응축기를 포함하는 저온 셸보다 높은 위치에 제공하여 용액의 순환을 촉진시킨다. 하지만, 이러한 흡수냉온수기는 크기가 크고, 컴팩트하지 못하다는 단점이 있다.
또한, 일본국 특개평 제11-304274호에 개시되어 있는 흡수냉온수기에서는, 흡수용액을 배기열회수발생기 또는 저온발생기로부터 보다 높은 압력의 고온발생기로 공급하기 위하여 별도의 펌프를 제공할 필요가 있다.
열원으로서 역할을 하는 고온 배기가스의 비체적은 매우 크고, 고온 배기가스의 체적유량(volume flow rate)이 커진다. 고온의 배기가스가 고온발생기에 그리고 그다음 배기열회수발생기에서 큰 체적유량을 안내하는 경우, 배기열회수발생기가 배치되는 방식에 따라 배기가스경로에 큰 설치체적이 제공될 필요가 있다.
일본특허공보 제57-20543호에 개시되어 있는 흡수냉온수기에서는, 배기가스경로가 복잡한 방식으로 뻗어 있는 경우에는, 흡수냉온수기를 컴팩트하게 만들기가 어렵다.
또한, 배기열회수발생기의 기액 분리에는 일반적으로 큰 체적이 요구되고, 이에 따라 기액 분리기의 크기는 배기가스경로를 제공하는데 장애가 된다.
본 발명은 종래 기술의 상기 단점들의 관점에서 고안되었고, 따라서 본 발명의 제1목적은 간단한 장치구조에 의하여 고온의 배기가스를 효율적으로 활용할 수 있고, 높은 열효율을 가지는, 배기가스에 의하여 구동되는 흡수냉온수기를 제공하 는 것이다.
본 발명의 제2목적은 한 사이클내의 구성설비의 연결관계를 개선하여 전체 구조를 컴팩트하게 할 수 있는, 배기가스에 의하여 구동되는 흡수냉온수기를 제공하는 것이다.
상기 제1목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1형태에 따르면, 흡수기; 저온발생기; 배기열회수발생기; 고온발생기; 응축기; 증발기; 상기 흡수기, 저온발생기, 배기열회수발생기, 고온발생기, 응축기 및 증발기를 연결하기 위한 용액경로와 냉매경로; 및 열원으로서 역할을 하는 고온의 배기가스를 상기 고온발생기와 배기열회수발생기로 도입시키기 위한 배기가스경로를 포함하고, 상기 저온발생기는 용액이 열전달튜브군(heat transfer tube bank)에 스프레이되는 액막형(liquid film-type)발생기를 포함하고, 배기열회수발생기에서 발생되는 냉매증기는 저온발생기의 열전달튜브군으로 안내되는 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기가 제공된다.
흡수냉온수기에서, 고온발생기로부터 공급된 냉매증기에 의하여 저온발생기에서 가열되고 농축된 흡수용액은 배기열회수발생기로 안내되어야 한다. 또한, 고온발생기에서의 고온 배기가스의 배기가스경로에는, 냉온수 용량의 부족에 대처하기 위하여, 외부로부터 공급된 연료를 연소시키기 위한 버너가 제공되어야 한다.
고온의 배기가스를 활용하는 흡수냉온수기에서는, 고온발생기의 열원으로서 가능한 한 많은 배기가스의 열량을 이용하여 열효율을 높이기 위하여, 고온발생기의 온도를 낮추는 것이 필요하다.
본 발명에 따르면, 고온발생기로부터 공급된 냉매증기의 응축온도를 낮춰 고온발생기의 비등온도를 낮추도록, 저온발생기의 열전달을 개선하여 비등온도를 낮출 수 있다.
저온발생기는 열전달을 증가시키기 위하여 열전달튜브군에 용액을 스프레이하기 위한 액막형발생기를 포함하고, 분류형(flooded-type) 발생기의 경우에 액 높이에 의하여 발생될 수 있는 비등압력과 비등온도의 상승이 방지될 수 있다.
또한, 응축기가 각각의 저온발생기 및 배기열회수발생기에 제공될 수 있다. 하지만, 본 발명에서는, 전체 장치를 컴팩트하게 만들기 위하여 저온발생기와 배기열회수발생기 모두에 하나의 응축기가 사용된다. 또한, 냉매증기(어떤 경우에는 냉매증기가 용액의 작은 물방울을 포함하고 있음)가 저온발생기의 상기 튜브군으로 안내되고, 저온발생기와 배기열회수발생기 모두가 기액 분리부를 공유하여, 전체 장체를 컴팩트하게 하고, 장치의 비용을 줄일 수 있다.
또한, 배기열회수발생기의 용액보다 낮은 농도를 갖는 용액이 저온발생기로 도입된 후, 배기열회수발생기로 안내된다. 구체적으로는, 저온발생기의 용액농도가 낮아 비등온도를 낮추고, 고온발생기로부터 공급되고 열원으로서 역할을 하는 냉매증기의 응축온도가 낮아진다. 다시 말하면, 배기열량이 작으면, 열량은 버너 등에 의하여 보충될 수 있다.
흡수냉온수기는 외부로부터 공급된 연료를 연소시키기 위한 배기가스경로에 제공된 연소장치를 더욱 포함할 수 있다. 상기 연소장치는 버너를 포함할 수 있다.
저온발생기의 고온발생기로부터 공급된 냉매증기에 의하여 가열되고 농축된 흡수용액은 배기열회수발생기로 안내될 수 있다.
상기 용액경로는, 흡수기로부터 흐르는 희석된 용액을 분기시켜, 고온발생기와 배기열회수발생기로 흐르게 하는 경로 및 고온발생기에서 가열되고 농축된 용액을 고온발생기로부터 저온발생기로 흐르게 하는 경로를 포함할 수 있다.
상기 용액경로는, 흡수기로부터 흐르는 희석된 용액을 분기시켜, 저온열교환기를 거쳐 저온발생기와 배기열회수발생기로 흐르게 하는 경로 및 고온열교환기를 거쳐 고온발생기로 흐르게 하는 경로를 포함할 수 있다.
상기 용액경로는, 흡수기로부터 흐르는 희석된 용액을 분기시켜, 고온발생기와 저온발생기로 흐르게 하는 경로 및 고온발생기에서 가열되고 농축된 용액을 고온발생기로부터 배기열회수발생기로 흐르게 하는 경로를 포함할 수 있다.
또한, 제2목적을 달성하기 위하여, 고온발생기 및 배기열회수발생기는 배기가스의 흐름방향으로 직선을 따라 배치된다. 직선방향은, 흡수기, 증발기, 응축기 및 저온발생기를 포함하는 셸의 길이방향에 평행하므로, 배기가스경로를 컴팩트한 방식으로 배치하는 것이 가능하다(도 13 및 도 14 참조).
상기 제1목적 및 제2목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제2형태에 따르면, 흡수기; 저온발생기; 배기열회수발생기; 고온발생기; 응축기; 증발기; 상기 흡수기, 저온발생기, 배기열회수발생기, 고온발생기, 응축기 및 증발기를 연결하기 위한 용액경로와 냉매경로; 및 열원으로서 역할을 하는 고온의 배기가스를 고온발생기와 그 다음에 배기열회수발생기로 도입시키는 배기가스경로를 포함하고, 상기 용액경로는 흡수기로부터 흐르는 희석된 용액을 분기시켜 고온발생기와 배기열회수발 생기로 흐르게 하는 경로 및 고온발생기에서 고온의 배기가스에 의하여 중간농도로 가열되고 농축된 희석된 용액을 고온발생기로부터 저온발생기로 흐르게 하는 경로를 포함하고, 저온발생기로 안내되는 중간농도를 갖는 용액은, 고온발생기에서 발생되고 열원으로서 역할을 하는 냉매증기에 의하여 가열되고, 농축되며, 상기 배기열회수발생기로 안내되는 희석된 용액은 고온발생기를 통과한 배기가스에 의하여 가열되고 농축되는 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기가 제공된다.
저온발생기는 용액이 열전달튜브군에 스프레이되는 액막형발생기를 포함할 수 있고, 배기열회수발생기에서 발생되는 냉매증기는 저온발생기의 열전달튜브군으로 안내된다.
상기 흡수냉온수기는, 고온의 배기가스가 통과되도록 하는 배기가스경로에 제공된 연소장치를 더욱 포함할 수 있고, 상기 연소장치는 외부로부터 공급된 연료를 연소하는데 사용된다.
고온발생기에서 열회수가 수행된 배기가스경로부터 추가로 열회수가 수행되도록 배기열회수발생기가 제공되기 때문에, 냉온수 발생기의 용량이 증가될 수 있다. 동일한 열원(배기가스)을 활용하는 고온발생기 및 배기열회수발생기가 배기가스경로에 직렬로 연결되어 있기 때문에, 비체적이 커서 그 신장이 어려운 배기가스덕트가 복잡한 방식으로 연장되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 장치의 전체 구조가 컴팩트하게 될 수 있다.
흡수용액배관의 연결은, 사이클의 압력에 따라 흡수용액이 원활하게 흐르도록 하는 흐름을 채택한다. 구체적으로는, 흡수용액은 고압의 고온발생기로부터 저 온발생기, 그 다음 저압의 흡수기로 흐르므로, 이중효용을 수행할 수 있다.
배기열회수발생기의 열원으로서 가능한 한 많은 배기가스의 열량을 이용하여 열효율을 증가시키기 위하여, 배기열회수발생기의 출구에서의 배기가스의 온도를 낮출 필요가 있다. 본 발명에서는, 농도가 낮은 흡수용액이 배기열회수발생기로 도입되어, 상기 용액의 비등온도를 낮춘다. 이러한 형태에 의하면, 상기 출구에서의 배기가스의 온도가 낮아질 수 있고, 배기열회수발생기에서 얻어진 배기가스의 열량이 증가될 수 있다.
배기열회수발생기에서 발생된 냉매증기는 저압의 저온발생기의 증기상(vapor phase) 측으로 안내되고, 저압이며 저온발생기에서 발생된 냉매증기와 합쳐진 후, 조합된 냉매증기는 상기 냉매증기가 냉각수와의 열교환에 의하여 응축되는 응축기로 안내된다. 하나의 응축기로 충분할 수 있다.
또한, 저온발생기에서의 열전달을 증가시켜 비축될 흡수용액량을 감소시키기 위하여, 액막형발생기가 채택되고, 용액펌프의 수두를 사용하여 저온발생기의 열전달튜브군에 흡수용액을 스프레이할 수 있다.
상기 제1목적 및 제2목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제3형태에 따르면, 흡수기; 저온발생기; 배기열회수발생기; 고온발생기; 응축기; 증발기; 상기 흡수기, 저온발생기, 배기열회수발생기, 고온발생기, 응축기 및 증발기를 연결시키기 위한 용액경로와 냉매경로; 및 열원으로서 역할을 하는 고온의 배기가스를 고온발생기, 그 다음에 배기열회수발생기로 도입시키기 위한 배기가스경로를 포함하고, 상기 용액경로는 흡수기로부터 흐르는 흡수용액을 분기시켜 저온열교환기를 거쳐 저온발생기와 배기열회수발생기로 흐르게 하는 경로 및 고온열교환기를 거쳐 고온발생기로 흐르게 하는 경로를 포함하고, 상기 고온발생기로 안내된 흡수용액은 고온의 배기가스에 의하여 가열되고 농축되며, 상기 배기열회수발생기로 안내된 흡수용액은 고온발생기를 통과한 배기가스에 의하여 가열되고 농축되며, 상기 저온발생기로 안내된 흡수용액은 고온발생기에서 발생된 냉매증기에 의하여 가열되고 농축되는 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기가 제공된다.
상기 저온발생기는 용액이 열전달튜브군에 스프레이되는 액막형발생기를 포함할 수 있고, 상기 배기열회수발생기에서 발생된 냉매증기는 저온발생기의 열전달튜브군으로 안내된다.
상기 흡수냉온수기는, 고온의 배기가스가 통과시키는 배기가스경로에 제공된 연소장치를 더욱 포함할 수 있고, 상기 연소장치는 외부로부터 공급된 연료를 연소시키는데 사용된다.
상기 흡수냉온수기에서, 동일한 열원(배기가스)을 활용하는 고온발생기와 배기열회수발생기는 배기가스 발생기를 구성하도록 배기가스경로에 직렬로 연결되므로, 배기가스덕트의 연장부가 간단해질 수 있다.
본 발명에 따르면, 흡수액체가 고온발생기, 배기열회수발생기 및 저온발생기에 별도로 공급되므로, 상기 문제들을 해결할 수 있다.
또한, 저온발생기에서의 열전달을 증가시켜 비축될 흡수용액량을 감소시키기 위하여, 주로 액막형발생기가 채택된다. 본 발명에 따른 흡수냉온수기에서, 용액펌프의 수두가 저온발생기의 열전달튜브군에 흡수용액을 스프레이하도록 활용될 수 있다.
고온발생기에서의 열원으로서 활용되는 배기가스의 열량을 증가시켜 열효율을 증가시키기 위해서는, 고온발생기의 온도를 낮출 필요가 있다.
본 발명에 따른 흡수냉온수기에서, 저농도의 흡수용액은 저온발생기로 도입되고, 고온발생기로부터 공급된 냉매증기의 응축온도가 낮아지므로, 고온발생기의 온도가 낮아질 수 있다.
상기 제1목적 및 제2목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제3형태의 또 다른 형태에 따르면, 흡수기; 저온발생기; 배기열회수발생기; 고온발생기; 응축기; 증발기; 상기 흡수기, 저온발생기, 배기열회수발생기, 고온발생기, 응축기 및 증발기를 연결시키기 위한 용액경로와 냉매경로; 및 열원으로서 역할을 하는 고온의 배기가스를 고온발생기, 배기열회수발생기로 도입시키기 위한 배기가스경로를 포함하고, 상기 용액경로는 흡수기로부터 흐르는 흡수용액을 3부분으로 분할하여 고온발생기, 배기열회수발생기 및 저온발생기로 안내하도록 하기 위한 경로를 포함하고, 상기 고온발생기, 배기열회수발생기 및 저온발생기로 안내된 흡수용액의 총유량은, 흡수용액의 총유량의 45 내지 70%가 저온발생기로 분배되도록 분배되며, 잔여 흡수용액은 고온발생기와 배기열회수발생기로 공급될 배기가스의 온도에 의하여 결정된 비율로 고온발생기와 배기열회수발생기로 분배된다.
잔여 흡수용액은, 공급될 배기가스의 온도가 Tgas일 때, 고온발생기로 안내되는 흡수용액의 비율은 잔여 흡수용액의 10 내지 90% 이내의
{Tgas-(150~185)} / {Tgas-(90~120)}
가 되도록 분배될 수 있다.
배기열회수발생기를 통하여 흐르는 배기가스 및 흡수용액은 대향류의 배기가스 흐름에 의하여 가열되고 농축될 수 있다.
고온발생기를 통과하는 배기가스 및 흡수용액은 대향류로 배기가스 흐름에 의하여 가열되고 농축될 수 있다.
흡수냉온수기는 보충 연소를 위한 고온발생기를 더욱 포함할 수 있다.
상기 제1목적 및 제2목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제4형태에 따르면, 흡수기; 저온발생기; 배기열회수발생기; 고온발생기; 응축기; 증발기; 상기 흡수기, 저온발생기, 배기열회수발생기, 고온발생기, 응축기 및 증발기를 연결시키기 위한 용액경로와 냉매경로; 및 열원으로서 역할을 하는 고온의 배기가스를 고온발생기, 그 다음 배기열회수발생기로 도입시키기 위한 배기가스경로를 포함하고, 상기 용액경로는 흡수기로부터 흐르는 흡수용액을 분기시켜 고온발생기와 저온발생기로 흐르게 하는 경로를 포함하고, 고온발생기로 유입된 흡수용액은 고온의 배기가스에 의하여 가열되고 농축되며, 상기 가열되고 농축된 흡수용액은 배기열회수발생기로 안내되어 고온발생기를 통과한 배기가스에 의하여 가열되고 농축되며, 저온발생기로 안내된 흡수용액은 고온발생기에서 발생된 냉매증기에 의하여 가열되고 농축되는 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기가 제공된다.
상기 저온발생기는, 용액이 열전달튜브군에 스프레이되는 액막형발생기를 포함할 수 있고, 상기 배기열회수발생기에서 발생된 냉매증기는 저온발생기의 열전달튜브군으로 안내된다.
상기 흡수냉온수기는 고온의 배기가스를 통과시키는 배기가스경로에 제공된 연소장치를 더욱 포함할 수 있고, 상기 연소장치는 외부로부터 공급된 연료를 연소하는데 사용된다. 또한, 배기가스로부터 열을 회수하기 위한 열회수장치가 고온발생기와 배기열회수발생기 및 고온의 배기가스를 통과시키도록 하는 가열경로(배기가스경로)에서의 배기열회수발생기의 하류 사이에 제공될 수 있다.
상기 제1목적 및 제2목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제5형태에 따르면, 흡수기; 저온발생기; 배기열회수발생기; 고온발생기; 응축기; 증발기; 상기 흡수기, 저온발생기, 배기열회수발생기, 고온발생기, 응축기 및 증발기를 연결시키기 위한 용액경로와 냉매경로; 및 열원으로서 역할을 하는 고온의 배기가스를 고온발생기, 그 다음 배기열회수발생기로 도입시키기 위한 배기가스경로를 포함하고, 상기 고온발생기와 배기열회수발생기는 배기가스의 흐름방향으로 실질적인 직선을 따라 연결되고, 상기 배기가스의 흐름방향은, 흡수기, 증발기, 응축기 및 저온발생기를 포함하는 셸의 길이방향에 평행한 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기가 제공된다.
상기 저온발생기는, 용액이 열전달튜브군에 스프레이되는 액막형발생기를 포함할 수 있고, 배기열회수발생기에서 발생된 냉매증기는 저온발생기의 열전달튜브군으로 안내된다.
상기 흡수냉온수기는 외부로부터 공급된 연료를 연소시키기 위한 배기가스경로에 제공된 연소장치를 더욱 포함할 수 있다. 상기 연소장치는 버너를 포함할 수 있다.
상기 저온발생기에서 고온발생기로부터 공급된 냉매증기에 의하여 가열되고 농축된 흡수용액은 배기열회수발생기로 안내될 수 있다.
상기 용액경로는 흡수기로부터 흐르는 희석된 용액을 분기시켜 고온발생기와 배기열회수발생기로 흐르게 하는 경로 및 상기 고온발생기에서 가열되고 농축된 용액을 고온발생기로부터 저온발생기로 흐르게 하는 경로를 포함할 수 있다.
상기 용액경로는 흡수기로부터 흐르는 희석된 용액을 분기시켜 저온열교환기를 거쳐 저온발생기와 배기열회수발생기로 흐르게 하는 경로 및 고온열교환기를 거쳐 고온발생기로 흐르게 하는 경로를 포함할 수 있다.
상기 용액경로는 흡수기로부터 흐르는 희석된 용액을 분기시켜 고온발생기와 저온발생기로 흐르게 하는 경로 및 상기 고온발생기에서 가열되고 농축된 용액을 고온발생기로부터 배기열회수발생기로 흐르게 하는 경로를 포함할 수 있다.
본 발명의 상기 목적 및 기타 목적, 특징 및 장점들은, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시를 통하여 나타내는 첨부도면과 연계하여 후술하는 것으로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 흡수냉온수기가 도면을 참조하여 이하에 기술된다. 도 1a 내지 도 14에서, 같거나 대응하는 부분은 전체 도면에 걸쳐 같거나 대응하는 참조부호로 표시된다.
다음은, 본 발명의 제1형태의 실시예에 따른 흡수냉온수기가 도 1a 내지 도 4를 참조하여 상세하게 기술된다.
흡수냉온수기의 작동매질(working medium)로는, 물이 일반적으로 냉매로 사 용되고, 리튬 브롬화물의 수용액과 같은 무기염의 수용액이 일반적으로 흡수용액으로 사용된다. 아래의 실시예에서는, 동일한 작동매질이 사용된다.
도 1a 내지 도 4에 도시된 흡수냉온수기에는, 흡수기(A), 저온발생기(GL), 고온발생기(GH), 배기열회수발생기(GR), 응축기(C), 증발기(E), 저온열교환기(XL), 고온열교환기(XH) 및 배기열회수열교환기(XA, XB)가 제공된다. 또한, 흡수냉온수기에는, 용액펌프(SP) 및 냉매펌프(RP)가 제공된다.
도 1a 내지 도 4에서, 참조부호(1, 2)는 냉매증기통로를 나타내고, 참조부호(3, 4)는 냉각수통로를 나타내고, 참조부호(5)는 고온배기가스를 나타내며, 참조부호(6)는 냉온수통로를 나타낸다. 또한, 참조부호(7)는 농축된 용액스프레이파이프를 나타내고, 참조부호(8)는 저온발생기(GL)의 용액스프레이파이프를 나타내며, 참조부호(9)는 냉매액스프레이파이프를 나타낸다. 또한, 참조부호(11 내지 16)는 용액통로를 나타내고, 참조부호(18 내지 21)는 냉매통로를 나타낸다.
도 1a 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에서, 흡수기(A), 증발기(E), 저온발생기(GL), 응축기(C)는 단일 직사각형 셸에 수납된다. 흡수기(A)는 셸의 하부에 위치되고, 증발기(E)는 셸의 상부에 배치되어, 흡수기(A)의 비스듬한 위쪽방향으로 놓여진다. 응축기(C)는 흡수기(A)의 위쪽에 배치되고, 저온발생기(GL)는 응축기(C)의 위쪽에 배치된다. 흡수기(A) 및 증발기(E)의 저압측과 저온발생기(GL) 및 응축기(C)의 고압측은 비스듬하게 연장되어 있는 분할벽(40)에 의하여 분리되고, 통로(1)는 분할벽(40) 위쪽에 형성되어, 냉매증기를 저온발생기(GL)로부터 응축기(C)로 흐르게 하고, 통로(2)는 분할벽(40) 아래에 형성되어, 냉매증기를 증발 기(E)로부터 흡수기(A)로 흐르게 한다.
또한, 고온배기가스(5)를 열원으로 활용하는 고온발생기(GH)와 배기열회수발생기(GR) 및 용액열교환기(XH, XL)는 셸과는 별개로 제공된다. 셸내의 흡수기(A) 및 저온발생기(GL), 고온발생기(GH) 및 배기열회수발생기(GR)는 용액통로(11 내지 16) 및 냉매통로(20, 21)에 의하여 서로 연결된다.
다음에는, 도 1a에 도시된 흡수냉온수기가 상세히 설명된다. 도 1a는 흡수용액이 흡수기(A), 고온발생기(GH), 저온발생기(GL), 배기열회수발생기(GR) 및 흡수기(A)를 통하여 순환되는 일련의 흐름의 예를 나타낸다.
도 1a에 도시된 흡수냉온수기의 냉각동작에서, 흡수된 냉매를 갖는 희석된 용액은 흡수기(A)로부터 용액펌프(SP)에 의하여, 통로(11), 저온열교환기(XL)의 가열되는 측, 고온열교환기(XH)의 가열되는 측을 통하여, 고온발생기(GH)로 공급된다. 고온발생기(GH)에서는, 냉매를 발생시키기 위하여, 열원의 역할을 하는 고온배기가스(5)에 의하여 희석된 용액이 가열되어 농축되고, 농축된 용액은 통로(12)를 통하여, 열교환이 이루어지는 고온열교환기(XH)로 흘러 간 후, 저온발생기(GL)안으로 도입된다. 저온발생기(GL)안으로 도입된 용액은 고온발생기(GH)로부터 공급된 냉매증기에 의하여 가열되고, 저온발생기(GL)에서 농축된 후, 통로(13)를 통하여, 배기열회수발생기(GR)로 도입된다. 그 후, 배기열회수발생기(GR)에서는, 고온발생기(GH)에서 열원으로 사용된 고온배기가스에 의하여 용액이 가열되고 농축된다. 농축된 용액은 통로(14) 및 저온열교환기(XL)의 가열되는 측을 통과한 후, 통로(15)를 통하여 흡수기(A)로 도입된다. 한편, 배기열회수발생기(GR)내에 발생된 냉매증 기는 통로(21)를 통과한 후, 저온발생기(GL)의 열전달튜브군으로 도입된다.
이러한 배치에 의하면, 저온발생기(GL)내의 흡수용액의 농도가 낮아짐에 따라, 고온발생기(GH)로부터 공급된 냉매증기의 응축온도가 낮아질 수 있고, 고온배기가스를 활용하는 고온발생기(GH)의 열효율이 증가될 수 있다. 고온발생기(GH)에서 발생된 냉매가스는 냉매통로(20)를 통과하여, 저온발생기(GL)의 열원으로 활용된 후, 응축기(C)로 도입되어 냉각수에 의하여 냉각된다. 응축기(C)에서는, 통로(1)를 통하여 저온발생기(GL)로부터 공급된 냉매가스가 냉각수에 의하여 냉각되어 응축된다. 그런 다음, 응축된 냉매는 통로(18)를 통하여 증발기(E)에 공급된다. 증발기(E)에서는, 냉매가 냉매펌프(RP)에 의하여 통로(19)를 통하여 순환되고, 증발됨에 따라, 부하측의 냉수가 증발열을 빼앗겨 냉각되고, 냉각된 냉수는 공기냉각용으로 활용된다. 증발된 냉매는 흡수기(A)내의 농축된 용액에 의하여 흡수되어, 희석된 용액이 되고, 상기 희석된 용액은 용액펌프(SP)에 의하여 순환된다.
도 1b는 도 1a의 수정된 실시예를 나타낸다. 도 1b에 도시된 실시예에서는, 고온발생기(GH) 및 배기열회수발생기(GR)에서, 고온배기가스 및 용액이 대향류로 흐름에 따라, 도 1a에 도시된 실시예와 비교하여 고온배기가스의 열이용효율이 더욱 증가된다.
도 2a에 도시된 실시예에서는, 고온발생기(GH)로 도입되는 용액을 가열하기 위한 배기열회수열교환기(XA)가, 고온배기가스의 유로(flow path)내의 고온발생기(GH)의 하류에 제공되고, 고온열교환기(XH)로 도입되는 용액을 가열하기 위한 배기열회수열교환기(XB)는, 고온배기가스의 유로내의 배기열회수발생기(GR)의 하류에 제공된다. 이러한 배치에 의하면, 도 1a 및 도 1b에 도시된 실시예와 비교하여 고온배기가스(5)가 가지고 있는 열의 이용효율이 더욱 증가된다.
도 2b는 도 2a의 수정된 실시예를 도시한다. 도 2b에 도시된 실시예에서는, 고온발생기(GH) 및 배기열회수발생기(GR)에서, 고온배기가스 및 용액이 대향류로 흐름에 따라, 도 2a에 도시된 실시예와 비교하여 고온배기가스의 열이용효율이 더욱 증가된다.
도 3에 도시된 실시예에서는, 희석된 용액이 흡수기(A)로부터 저온열교환기(XL)의 가열되는 측으로 공급되고, 저온열교환기(XL)로부터 배출된 후, 통로(11)로부터 분기되어, 통로(16)를 통하여 저온발생기(GL)로 도입된다. 특별히, 도 3에 도시된 실시예에서, 용액경로는, 희석된 용액을 흡수기(A)로부터 통로(11)를 통하여 고온발생기(GH), 저온열교환기(XL)의 가열되는 측 및 고온열교환기(XH)의 가열되는 측으로 흐르게 하는 경로, 농축된 용액을 고온열교환기(XH)의 가열되는 측을 통하여 통로(12)로부터, 배기열회수발생기(GR)로부터 저온열교환기(XL)까지 연장되는 농축된 용액통로(14)에 연결된 통로(41)로 흐르게 하는 경로, 저온열교환(XL)의 가열되는 측의 하류의 위치에서 통로(11)로부터 분기되어 저온발생기(GL)까지 연장되는 통로(16), 농축된 용액이 저온발생기(GL)로부터 배기열회수발생기(GR)로 흐르게 하는 통로(13), 배기열회수발생기(GR)에서 더욱 농축된 농축된 용액을 배기열회수발생기(GR)로부터 흐르게 하고, 통로(12, 41)를 통하여 고온발생기(GH)로부터 흐르는 농축된 용액을 합친 후, 저온열교환기(XL)의 가열되는 측으로 흐르게 하는 통로(14) 및 농축된 용액을 저온열교환기(XL)로부터 흡 수기(A)로 흐르게 하는 통로(15)를 포함하는 경로로 이루어진다. 도 3의 흡수냉온수기의 작동은 도 1의 것과 동일하다.
도 3에 도시된 실시예에서는, 고온발생기(GH) 및 배기열회수발생기(GR)에서, 고온배기가스 및 용액이 평행류(parallel current flow)로 흐른다. 그러나, 고온배기가스 및 용액은 도 1b에 도시된 실시예에서와 같이 대향류로 흐르는 것이 바람직하다.
도 4에 도시된 실시예에서는, 도 2의 것과 동일한 배기열회수열교환기(XA, XB)가 고온배기가스의 유로에 제공됨에 따라, 도 3에 도시된 흡수냉온수기에 부가된다. 도 4의 실시예의 작동 및 효과는 도 2의 실시예의 것과 동일하다.
도 5 내지 도 8은 도 1 내지 도 4에 도시된 흡수냉온수기의 사이클을 나타내는 도표이다. 도 5 내지 도 8에서, 수평축은 용액의 온도를 나타내고, 수직축은 냉매의 온도(냉매증기의 포화온도)를 나타낸다. 도 5 내지 도 8에서, 사이클은 듀링(
Figure 112002021705258-pat00001
)선도상에 도시된다. 도 5는 도 1에 도시된 흡수냉온수기내의 흡수냉각사이클을 나타내고, 도 6은 도 2에 도시된 흡수냉온수기내의 흡수냉각사이클을 나타내고, 도 7은 도 3에 도시된 흡수냉온수기내의 흡수냉각사이클을 나타내고, 도 8은 도 4에 도시된 흡수냉온수기내의 흡수냉각사이클을 나타낸다.
본 발명에 따르면, 고온발생기의 열원으로 사용된 배기가스를 열원으로 활용하는 배기열회수발생기가 고온배기가스의 유로내에 제공되어, 상기 배기가스가 저온으로 냉각될 때까지 배기가스가 활용된다. 또한, 저온발생기는 용액이 열전달튜브군상에 스프레이되는 액막형발생기를 포함하므로, 고온발생기로부터의 냉매증기 의 응축온도가 낮아지고, 고온발생기내에서 이중효용을 얻기 위하여 활용될 배기가스의 양이 증가된다. 또한, 배기열회수발생기의 냉매증기는 저온발생기와 배기열회수발생기 모두에 대하여 기액분리를 수행하기 위하여 저온발생기의 튜브군으로 안내됨에 따라, 컴팩트한 구조 및 고효율을 갖는 흡수냉온수기를 제공할 수 있게 한다.
다음에는, 본 발명의 제2형태의 실시예에 따른 흡수냉온수기가 도 9를 참조하여 기술된다. 도 9는 본 발명의 제2형태의 실시예에 따른 흡수냉온수기의 개략적인 회로도이다. 도 9에 도시된 흡수냉온수기에는, 흡수기(A), 저온발생기(GL), 고온발생기(GH), 배기열회수발생기(GR), 응축기(C), 증발기(E), 저온열교환기(XL) 및 고온열교환기(XH)가 제공된다. 또한, 흡수냉온수기에는, 용액펌프(SP) 및 냉매펌프(RP)가 제공된다. 배기가스댐퍼(HD)는 고온배기가스의 유로에 제공된다.
도 9에서, 참조부호(HG, LG)는 수직열전달튜브군을 나타내고, 참조부호(H1, H2)는 온수공급열교환기를 나타내며, 참조부호(V1, V2)는 증기밸브를 나타낸다. 참조부호(1, 2)는 냉매증기통로를 나타내고, 참조부호(3, 4)는 냉각수순환통로를 나타내고, 참조부호(5)는 고온배기가스를 나타내며, 참조부호(6)는 냉온수순환통로를 나타낸다. 또한, 참조부호(7, 8, 9)는 스프레이파이프를 나타내고, 참조부호(10)는 분기점을 나타내고, 참조부호(11 내지 16)는 용액통로를 나타내고, 참조부호(18 내지 25)는 냉매통로를 나타낸다.
다음은, 도 9에 도시된 흡수냉온수기의 작동이 기술된다.
우선, 냉수생성작동에 있어서, 흡수된 냉매를 포함한 용액은 용액펌프(SP)에 의하여 흡수기(A)로부터 통로(11)를 통하여 저온열교환기(XL)의 가열되는 측으로 공급된 후, 저온열교환기(XL)를 통과하여 분기점(10)에서 분기된다. 그런 다음, 용액의 일부가 고온열교환기(XH)의 가열되는 측을 통과하여, 통로(11)를 통하여 고온발생기(GH)로 안내된다. 고온발생기(GH)에서, 상기 용액은 외부가스터빈 등으로부터 배출되어, 냉매를 발생시키기 위한, 열원으로서의 역할을 하는 배기가스(5)에 의하여 가열된 후, 중간농도까지 농축된다. 그런 다음, 중간농도용액은 통로(12)를 통과하여 고온열교환기(XH)로 도입된다. 고온열교환기(XH)에서 열교환이 수행된 후, 중간농도용액은 통로(12)를 통하여, 저온발생기(GL)로 도입된다.
저온발생기(GL)로 도입된 중간농도용액은 고온발생기(GH)에서 발생되어 열원으로서의 역할을 하는 냉매증기에 의하여 더욱 가열되고 농축된 후, 통로(13)를 통과하고, 통로(14)를 통과하는 용액과 합쳐진다. 분기점(10)에서 분기된 잔여용액은 통로(16)를 통과하여, 배기열회수발생기(GR)로 도입된다. 배기열회수발생기(GR)에서, 상기 용액은 고온발생기(GH)로부터 배출되는 배기가스에 의하여 가열되고 농축된다. 그런 다음, 농축된 용액은 통로(14)를 통과하여, 저온발생기(GL)에 의하여 농축되어 통로(13)를 통과하는 용액과 합쳐진다. 조합된 용액은 저온열교환기(XL)의 가열되는 측 및 통로(15)를 통과하여 흡수기(A)로 도입된다.
한편, 고온발생기(GH)에서 발생된 냉매증기는 통로(20)를 통과하여, 저온발생기(GL)로 도입되고, 저온발생기(GL)의 가열되는 측의 열전달튜브군에서 응축되어 응축기(C)로 안내된다. 배기열회수발생기(GR)에서 발생된 냉매증기는 통로(21)를 통과하여, 저온발생기(GL)에서 발생된 냉매증기와 합쳐진 후, 조합된 냉매증기는 증기통로(1)를 통과하여 응축기(C)로 흐른다. 응축기(C)에서, 냉매증기는 냉각수순환통로(4)를 통과하는 냉각수와의 열교환에 의하여 응축되고, 응축된 냉매는 통로(18)를 통하여 증발기(E)로 안내된다. 냉수순환통로(6)를 통과하는 냉수는 증발기(E)내에서 냉매의 증발의 잠열을 빼앗기고, 따라서 냉수가 생성될 수 있다.
다음에는, 온수생성작동이 아래에 기술된다. 온수생성작동에서는, 냉각수의 순환이 정지되고, 증기밸브(V1, V2)가 개방된다. 따라서, 고온발생기(GH), 저온발생기(GL) 및 배기열회수발생기(GR)에서 발생된 냉매증기는 증발기(E)로 안내되어 온수를 생성한다. 증발기(E)에서 응축된 냉매액체는 냉매통로(24)를 통하여 흡수기(A)로 안내된다.
또한, 본 발명에 따르면, 고온발생기 및 배기열회수발생기를 단일유닛으로 조합시키는 배기가스열회수셸(고온셸) 및 흡수기, 증발기, 저온발생기 및 응축기를 포함하는 저온셸을 포함하는 2개의 셸구조체는 전체장치가 컴팩트하게 되도록 구성될 수 있다.
냉매의 능력이 불충분하다면, 버너가 고온발생기에 제공되고, 버너에 연료를 공급하여 보충연소를 수행함으로써, 구동열원의 열량을 증가시킬 수 있다. 흡수냉온수기의 동작이 정지되어 있는 동안, 배기가스의 유로의 고온발생기(GH)의 입구측에 제공된 배기가스댐퍼(HD)가 배기가스를 시스템의 외부로 배출시키도록 스위칭된다.
본 발명에 따르면, 고온발생기 및 배기열회수발생기는 배기가스경로에 직렬로 연결되고, 흡수용액경로는 흡수용액이 분기되어 각각 고온발생기 및 배기열회수 발생기로 도입되도록 구성된다. 이러한 배치에 의하여, 배기가스덕트가 복잡한 방식으로 연장되는 것을 막을 수 있고, 따라서 배기가스에 의하여 구동되는 흡수냉온수기의 전체구조가 컴팩트하게 될 수 있다.
다음은, 본 발명의 제3형태의 실시예에 따른 흡수냉온수기가 도 10a 내지 도 10e를 참조하여 기술된다.
도 10a는 본 발명의 제3형태의 실시예에 따른 흡수냉온수기의 개략적인 회로도이다. 도 10a에 도시된 흡수냉온수기에는, 흡수기(A), 저온발생기(GL), 고온발생기(GH), 배기열회수발생기(GR), 응축기(C), 증발기(E), 저온 열교환기(XL) 및 고온 열교환기(XH)가 제공되어 있다. 또한, 흡수냉온수기에는, 용액펌프(SP) 및 냉각펌프(RP)가 제공된다.
도 10a에서, 참조부호 HG 및 LG는 수직방향 열전달 튜브군을 나타내고, 참조부호 H1 및 H2는 온수공급 열교환기를 나타내며, 참조부호 V1 및 V2는 증기밸브를 나타낸다. 참조번호 1 및 2는 냉매증기통로를, 참조번호 3 및 4는 냉각수순환통로를, 참조번호 5는 고온배기가스를, 그리고, 참조번호 6은 냉온수순환통로를 나타낸다. 또한, 참조번호 7, 8 및 9는 스프레이파이프를, 참조번호 10 및 50은 분기점을, 참조번호 11 내지 17은 용액통로를, 그리고, 참조번호 18 내지 25는 냉매통로를 나타낸다.
다음에는, 도 10a에 도시된 흡수냉온수기의 작동에 대하여 설명하기로 한다.
먼저, 냉수생성작업에서는, 냉매를 흡수한 용액은, 용액펌프(SP)에 의하여 흡수기(A)로부터 통로(11)를 통하여 저온 열교환기(XL)의 가열되는 쪽으로 공급된 다음, 저온 열교환기(XL)를 통과하여 분기점(10)에서 분기된다. 그 다음, 상기 용액의 일부는 용액 열교환기(XH)의 가열되는 쪽을 통과하여 통로(11)를 통해 고온발생기(GH)로 유도되며, 잔여 용액은 통로(12)를 통하여 흐르고 분기점(50)에서 통로(12a) 및 통로(16)으로 분기된다.
고온발생기(GH)에서는, 외부의 가스터빈 등으로부터 배출되어, 냉매를 생성시키는 열원으로서의 역할을 하는 배기가스(5)에 의하여 상기 용액이 가열되고, 따라서, 농축된다. 고온발생기(GH)에서 농축된 용액은 통로(17)를 통과하여 열교환이 수행되는 고온 열교환기(XH)내로 도입된 다음, 통로(14)를 통해 흐르는 용액과 합쳐진다. 통로(12)로부터 통로(16)로 분기된 흡수용액은 배기열회수발생기(GR)로 진행한 다음, 고온발생기(GH)로부터 배출된 배기가스에 의하여 가열되고 배기열회수발생기(GR)에서 농축된다.
통로(12)로부터 통로(12a)로 분기된 흡수용액은 저온발생기(GL)로 진행하여 고온발생기(GH)에서 발생된 냉매증기에 의하여 가열되고, 저온발생기(GL)에서 농축된다. 농축된 흡수용액은 통로(13)로 진행하여 배기열회수발생기(GR)에서 농축되어 통로(14)를 통하여 흐르는 흡수용액과 합쳐진 다음, 고온발생기(GH)에서 농축되어 통로(32)를 통하여 흐르는 흡수용액과 합쳐진다. 그 다음, 조합된 흡수용액의 열교환이 수행되는 저온 열교환기(XL)내로 상기 조합된 흡수용액이 도입된 다음, 상기 흡수용액은 통로(15)를 통하여 흡수기(A)로 진행한다.
한편, 고온발생기(GH)에서 발생된 냉매증기가 통로(20)를 통과하여 저온발생기(GL)의 가열측에 있는 열교환 튜브군에서 응축된 다음, 응축기(C)로 진행한다.
배기열회수발생기(GR)에서 발생된 냉매증기는 통로(21)를 통과하고 저온발생기(GL)에서 발생된 냉매증기와 합쳐진 다음, 이 조합된 냉매증기가 증기통로(1)를 통과하여 응축기(C)로 흐른다. 응축기(C)에서, 냉매증기는 냉각수순환통로(4)를 통하여 흐르는 냉각수와의 열교환에 의하여 응축되며, 응축된 냉매는 통로(18)를 통하여 증발기(E)로 진행한다. 냉각수순환통로(6)를 통하여 흐르는 냉각수는 증발기(E)에서 잠열을 빼앗기고, 따라서, 냉수가 만들어질 수 있다.
다음에는, 온수생성작업에 대하여 기술하기로 한다. 온수생성작업에서, 냉각수의 순환이 멈추어지고 증기밸브(V1, V2)가 개방된다. 따라서, 고온발생기(GH), 저온발생기(GL) 및 배기열회수발생기(GR)에서 발생된 냉매증기는 온수를 생성하기 위하여 증발기(E)로 진행한다. 증발기(E)에서 응축된 냉매액은 냉매통로(24)를 통하여 흡수기(A)로 진행한다.
또한, 본 발명에 따른 흡수냉온수기에서는, 열원으로서 고온발생기(GH) 및 배기열회수발생기(GR)에서 발생된 냉매증기를 활용하는 온수공급 열교환기(H1, H2)가 제공되며, 따라서, 온수공급작업을 수행할 수 있게 된다. 온수공급 열교환기(H1)는 냉매 통로에 의하여 고온발생기(GH)에 연결되며, 온수공급 열교환기(H2)는 냉매 통로에 의하여 배기열회수발생기(GR)에 연결된다.
다음에는, 냉수 또는 온수 공급작업에 대하여 기술하기로 한다. 배기열회수발생기(GR)의 이슬점이 공급될 온수의 온도보다 더 높다면, 냉매증기는 공급수를 가열하기 위하여 온수공급 열교환기(H2)에서 응축된다. 응축된 냉매액은 응축기(C)로 반송되어 온수공급에 더하여 냉각효과에도 기여한다(도시 안됨). 배기열회수발 생기(GR)의 이슬점이 공급될 온수의 온도보다 더 낮다면, 냉매증기는 온수공급 열교환기(H2)에서 응축되지 않고, 열전달이 일어나지 않는다. 고온발생기(GH)의 이슬점이 충분히 높고, 어떠한 대책이 취해지지 않을 때는 온수공급 열교환기(H1)에서 공급될 온수의 온도가 증가하기 때문에, 응축될 냉매의 양을 제어할 필요가 있다. 따라서, 온수공급 열교환기(H1)로 도입될 냉매증기의 양이 제어되고, 또한 응축된 냉매액이 응축기(C)로 반송될 수 있도록, 고온발생기(GH)와 온수공급 열교환기(H1)을 서로 연결하는 냉매통로에 제어밸브(도시 안됨)가 제공된다.
또한, 온수생성작업 및 온수공급작업에서, 온수가 비교적 고온을 가지기 때문에, 배기열회수발생기(GR)에서의 이슬점이 고온으로 확보될 수 있고, 온수공급열교환기(H2)에서 온수의 가열이 용이하게 수행될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 고온발생기와 배기열회수발생기를 단일 유닛으로 결합시키는 배기가스열회수셸(고온셸) 및 흡수기, 증발기, 저온발생기 및 응축기를 포함하는 저온셸을 포함하는 2개의 셸구조체는 전체 장치가 소형화되도록 구성될 수 있다.
냉각용량이 불충분하다면, 고온발생기(도시 안됨)에 제공되는 버너에 연료를 공급하여 연소를 수행할 수도 있으며, 이에 의하여 구동 열원의 열량을 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 고온발생기 및 배기열회수발생기가 배기가스경로에 직렬로 연결되고, 흡수용액이 분기되어 각각 고온발생기와 배기열회수발생기로 도입되도록 흡수용액 경로가 구성된다. 이러한 구성으로, 배기가스덕트가 복잡한 방식으 로 연장되는 것을 방지하며, 따라서, 배기가스에 의하여 구동되는 흡수냉온수기의 전체 구조체가 소형화될 수 있다.
도 10b는 도 10a의 수정된 실시예를 나타내고 있다. 도 10b에 나타낸 실시예에서, 가스터빈 또는 가스엔진으로부터 배출된 배기가스(5)는 고온발생기(GH)로 진행한 다음 배기열회수발생기(GR)로 진행하며, 이에 의하여 배기가스를 흡수냉온수기의 구동열원으로서 활용한다.
다음에는, 도 10b에 도시된 흡수냉온수기의 작동에 대하여 기술하기로 한다.
먼저, 도 10b에 도시된 흡수냉온수기의 냉각작업에서, 밸브(Va, Vb, Vc)는 폐쇄된다. 흡수기(A)로부터 희석된 용액은 3부분으로 나뉘어지고, 희석된 용액의 일부는 고온발생기(GH)로, 희석된 용액의 일부는 배기열회수발생기(GR)로, 잔여 희석된 용액은 저온발생기(GL)로 진행한다. 고온발생기(GH)에서, 열원으로서의 역할을 하는 배기가스와 흡수용액은 열교환을 수행하기 위하여 전체적으로 대향류흐름으로 흐르고, 흡수용액은 가열 및 농축된다. 고온발생기(GH)의 배기가스 출구측에서, 상기 용액의 입구측에서의 배기가스와 희석용액 사이의 열교환이 수행된다. 고온발생기(GH)를 통과한 배기가스는 배기가스와 흡수용액이 열교환을 수행하기 위하여 전체적으로 대향류흐름으로 흐르는 배기열회수발생기(GR)내로 도입되며, 따라서, 흡수용액이 가열 및 농축된다. 배기열회수발생기(GR)의 배기가스 출구측에서, 배기가스와 희석된 용액 사이의 열교환이 수행된다. 저온발생기(GL)에서는, 고온발생기(GH)에서 발생되어 열원으로서의 역할을 하는 냉매증기에 의하여 흡수용액이 가열되고, 농축된다. 저온발생기(GL)에서 발생된 냉매증기는 배기열회수발생기(GR) 로부터 응축기(C)로 공급된 냉매증기와 함께 도입된다. 응축기(C)에서는, 냉각수순환통로(4)를 통하여 흐르는 냉각수와의 열교환에 의하여 냉매증기가 응축된다. 고온발생기(GH)에서 발생되며 저온발생기(GL)에서 열원으로서의 역할을 하는 냉매증기는 응축된 액체가 되어 응축기(C)로 들어가고, 그 다음, 상기 응축된 액체는 상기 응축기(C)에서 응축된 냉매액과 함께 증발기(E)로 도입된다. 증발기(E)에서는, 냉매액이 냉각효과를 얻기위해서 냉수에서 열을 빼았고, 냉매증기로 된다. 고온발생기(GH), 배기열회수발생기(GR) 및 저온발생기(GL)로부터 배출된 응축된 액은 흡수기(A)로 반송되며 증발기(E)로부터 공급된 냉매증기를 흡수하기 위하여 냉각수에 의하여 냉각된 전열면(heat transfer surface)상에 스프레이되며, 따라서, 희석용액으로 된다.
다음에는, 가열작업에 대하여 기술하기로 한다. 가열작업에서는, 냉각작업에서 가열작업으로 전환시키기 위하여 밸브(Va, Vb, Vc)가 개방된다. 냉각수는 흐르지 않는다.
흡수기(A)로부터, 희석된 용액이 3부분으로 나누어지고, 이 희석된 용액의 일부는 고온발생기(GH)로, 희석된 용액의 일부는 배기열회수발생기(GR)로, 그리고 나머지 희석된 용액은 저온발생기(GL)로 진행한다. 농축된 용액이 상기 발생기(GH, GR, GL)로부터 저온 열교환기(XL)의 가열측으로 진행하게 되는 흡수용액의 흐름은 냉각작업에서와 동일하다. 하지만, 가열작업에서는, 상기 농축된 용액의 대부분이 밸브(Vb)를 통과하여 증발기(E)로 들어가서 증발기(E)내에서 스프레이된다.
냉매증기는, 저온발생기(GL)의 압력레벨을 갖는 장치(저온발생기(GL), 배기 열회수발생기(GR) 및 응축기(C))를 증발기(E) 또는 흡수기(A)에 연결시키는 통로에 제공되는 밸브(Va)를 통과하여, 증발기(E)로 진행한다. 증발기(E)에서는, 열의 흡수가 일어나도록 상술된 스프레이된 용액에 의하여 냉매증기가 흡수되며, 따라서, 가열작업에서 동력으로서의 역할을 하는 온수가 상기 열흡수에 의하여 가열된다. 증발기(E)의 냉매증기를 흡수한 용액은 밸브(Vc)를 통하여 흡수기(A)로 반송된다. 밸브(Vc) 대신에, 증발기(E)의 액저장소에 제공되는 일류관(overflowing pipe)(도시 안됨)을 통하여 흡수기(A)로 상기 용액이 반송될 수도 있다.
도 10c는 도 10b에 나타낸 실시예에서의 용액의 흐름을 단순화하여 나타낸 흐름도이고, 도 10d는 도 10c에 나타낸 용액의 흐름에 의하여 추정되는 흡수냉각사이클의 도면이다. 또한, 도 10d는 흡수냉온수기가 260℃의 온도를 가지며 마이크로-가스 터빈으로부터 배출되는 배기가스에 의하여 구동되는 경우에 배기가스의 온도변화를 나타내고 있다.
사이클온도는 흡수기(A)로부터 고온발생기(GH), 배기열회수발생기(GR) 및 저온발생기(GL)에 대한 희석된 용액의 분배비에 따라 변화된다. 도 10d에서, 희석된 용액의 분배비는 30:20:50으로 설정되었다.
상기 사이클은 듀링(
Figure 112002021705258-pat00002
)선도로 예시되어 있다. 수평축은 용액의 온도를 나타내고, 수직축은 냉매의 온도(냉매증기의 포화온도)를 나타낸다. 용액은 38℃의 온도에서 흡수기(Abs)로부터 배출되며, 저온발생기(GL), 배기열회수발생기(GR) 및 고온발생기(GH)로 배분된다. 저온발생기(GL)에서는, 75.3℃의 온도에서 끓기 시작하고, 상기 용액의 농도가 증가됨에 따라 출구에서의 끓는 점은 86.3℃가 된다. 저온발생기(GL)에서는, 고온발생기(GH)로부터 공급되며 88.8℃의 포화온도를 갖는 냉매증기에 의하여 상기 용액이 가열된다. 사이클선도에서, 저온발생기(GL)의 가열측은 고온발생기(GH)의 냉매증기의 응축기로서의 역할을 하며, 따라서, 고온응축기(GH)로 나타낸다. 배기열회수발생기(GR)에서는, 75.3℃의 온도에서 끓기 시작하며, 상기 용액의 농도가 증가됨에 따라 출구측에서의 끓는 온도는 96.9℃가 된다. 배기열회수발생기(GR)에서는, 고온발생기(GH)로부터 배출되며 대략 159℃의 온도를 갖는 배기가스에 의하여 상기 용액이 가열되며, 따라서, 배기가스의 온도가 배기열회수발생기(GR)의 출구에서 102℃로 낮아질 때까지 배기가스가 활용된다.
고온발생기(GH)에서는, 용액의 농도가 증가됨에 따라 133.7℃의 온도에서 끓기 시작하며 용액의 농도가 증가됨에 따라 출구측에서의 끓는 온도는 156℃가 된다. 고온발생기(GH)에서는, 260℃의 온도를 갖는 배기가스에 의하여 상기 용액이 가열되며, 배기가스의 온도가 고온발생기(GH)의 출구에서 159℃로 낮아질 때까지 배기가스가 활용된다.
각각의 발생기로부터 배출된 용액은 저온발생기(GL) 및 배기열회수발생기(GR)의 출구 부근에서 혼합된 다음, 상기 혼합용액이 흡수기로 반송된다.
그런데, 도 10d에 나타낸 온도의 관계는 고정적이지 않으며, 각 장치의 전열면적 등과 같은 조건에 따라 변화된다.
저온발생기(GL)의 열원은 냉매증기이며, 용액은 일정한 응축온도에서 잠열( 응축열)에 의하여 가열된다. 열원의 온도(응축온도)는 출구와 입구의 용액의 평균온도로 결정된다. 순환될 전체용액 중 희석된 용액은 높은 분배비를 가지고 저온발생기(GL)내로 도입되며, 이에 의하여 출구에서의 용액의 농도와 입구 및 출구에서의 용액의 평균온도를 낮춘다. 따라서, 저온발생기(GL)의 열원으로서의 역할을 하는 고온발생기(GH)의 냉매증기의 응축온도(포화온도)를 낮출 수 있으며, 입구로부터 출구까지 고온발생기(GH)내의 용액의 끓는 온도를 낮출 수 있다. 저온발생기(GL)로의 용액의 유량은 흡수기(A)로부터의 용액의 전체 유량의 적어도 45%이며, 바람직하게는 용액의 전체 유량의 50% 이상이다. 한편, 용액의 유량의 상한은 잔여용액을 활용하는 고온발생기(GH)에서의 결정화 한계(crystallization limit)와 같은 조건에 의하여 제한되며, 사이클의 밸런스(balance)의 관점으로부터 용액의 전체 유량의 대략 70%가 되어야 한다.
한편, 고온발생기(GH) 및 배기열회수발생기(GR)의 열원으로서의 역할을 하는 배기가스는 현열(sensible heat)에서의 변화가 생기며, 상기의 배기가스의 열 변화는 고온발생기(GH)의 출구 및 입구에서의 끓는 온도(용액의 온도)의 변화 및 배기열회수발생기(GR)의 출구 및 입구에서의 끓는 온도(용액의 온도)의 변화의 수배많큼 크다.
큰 현열 변화의 열 교환의 관계는 열교환기의 형태(대향류흐름, 평행류흐름, 교차흐름)에 의하여 크게 영향을 받으며, 대향류흐름 형태의 열교환기가 바람직하다. 게다가, 이 때에, 출구에서의 배기가스의 온도는 입구에서의 용액의 온도 (끓는 온도)에 의하여 지배된다. 따라서, 흡수기(A)로부터 배출되며 낮은 농도와 낮은 끓는 온도를 갖는, 희석된 용액이 배기가스에 대하여 대향류흐름으로 고온발생기(GH) 또는 배기열회수발생기(GR)내로 도입되도록 고온발생기(GH) 또는 배기열회수발생기(GR)로 용액이 공급되어야 한다. 공급될 용액은 소정의 적은 양으로도 충분할 수 있다.
고온발생기(GH) 및 배기열회수발생기(GR)에 공급될 용액의 양은 흡수기(A)로부터의 용액의 전체 유량에서 저온발생기(GL)에 공급될 용액의 유량을 빼줌으로써 결정되는 용액의 유량과 일치한다. 배기열회수발생기(GR)에 공급될 용액의 양에 대한 고온발생기(GH)에 공급될 용액의 양의 비가, 배기열회수발생기(GR)로부터 회수된 열의 양에 대한 고온발생기(GH)의 배기가스로부터 회수된 열의 양의 비와 실질적으로 동일하다면, 고온발생기(GH)의 용액의 농도의 변화범위가 배기열회수발생기(GR)의 용액의 농도의 변화범위와 실질적으로 동일하며, 따라서, 사이클을 안정화시킨다.
고온발생기(GH)의 용액의 온도는 이중효용(double effect)의 고온발생기의 온도이며, 통상적으로 활용될 수 있는 배기가스의 온도는 대략 150℃ 내지 185℃의 범위내에 있다. 한편, 배기열회수발생기(GR)의 용액의 온도는 단일효용의 발생기의 용액의 온도와 일치하며, 활용될 수 있는 배기가스의 온도는 대략 90℃ 내지 120℃의 범위내에 있다.
공급될 고온의 배기가스의 온도가 Tgas라면, 고온발생기(GH)로 진행하는 흡수용액의 유량의 비는 대략 {Tgas-(150~185)}/{Tgas-(90~120)}인 것이 바람직하다(단, 여기서 Tgas는 배기가스 온도를 섭씨 단위로 표시할 때의 값이다). 고온발생기(GH) 및 배기열회수발생기(GR)로 진행하는 흡수용액의 최소유량을 확보 하기 위하여, 고온발생기(GH)로 진행되는 흡수용액의 유량비는, 고온발생기(GH) 및 배기열회수발생기(GR)로 공급될 용액의 10% 내지 90%내에 있다.
즉, 이를 달리 표현하면, 상기 고온발생기로 도입되는 상기 흡수용액의 비율은, 수학식 (Tgas-A)/(Tgas-B)에 의해 계산되되, 상기 고온발생기 및 상기 배기열회수발생기로 도입되는 흡수용액의 최소 유량을 확보하도록, 상기 수학식에 의해 계산된 값이 0.1 이하인 경우에는 고온발생기로 도입되는 흡수용액의 비율을 상기 잔류흡수용액의 10%로 변경하고, 상기 계산된 값이 0.9 이상인 경우에는 고온발생기로 도입되는 흡수용액의 비율을 상기 잔류흡수용액의 90%로 변경(단, 상기 A는 150 내지 185 사이에서 선택되는 값이고, 상기 B는 90 내지 120에서 선택되는 값이며, Tgas는 배기가스 온도를 섭씨 단위로 표시할 때의 값이다)하는 것이다.
고온발생기(GH) 및 배기열회수발생기(GR)에 공급될 용액의 분배 비율은 설계시점에서 결정되며, 부분부하와 같은 기타 작동점에서 제어되지 않을 수도 있다. 또한, 고온발생기(GH) 및 배기열회수발생기(GR)로 공급될 용액의 분배 비율은 고온발생기(GH) 및 배기열회수발생기(GR)내로 도입되는 배기가스의 온도를 기초로 하여 제어될 수 있다.
도 10e는 도 10b의 수정된 실시예를 나타내고 있다. 도 10e에 나타낸 실시예에서는, 배기가스만을 이용해서는 가열 및 냉각능력이 불충분한 경우에, 연료의 보충적인 연소 등이 수행될 수 있다. 특히, 연료에 의하여 구동되는 고온발생기가 추가되며, 고온발생기(GH)의 배기가스에 의하여 농축된 용액은 직접 연소되는 고온발생기(GHD)로 진행된다. 이 때, 연료가 사용되면, 배기가스의 온도는 대략 1000℃ 내지 1200℃로 간주되며, 순환될 용액의 분배 비율은 가변적일 수 있다.
다음에는, 본 발명의 제4형태의 실시예에 따른 흡수냉온수기에 대하여 도 11 및 도 12을 참조해가면 기술하기로 한다.
고온발생기(GH) 및 배기열회수발생기(GR)에서는, 고온의 배기가스 및 용액이 평행류흐름으로 흐른다. 하지만, 고온의 배기가스 및 용액이 대향류흐름으로 흐르는 것이 바람직하다.
도 11 및 12는 본 발명의 제4형태의 실시예에 따른 흡수냉온수기의 개략적인 회로도이다. 도 12에 나타낸 흡수냉온수기는, 고온발생기(GH)와 배기열회수발생기(GH) 사이의 배기가스경로에 제1 열회수장치(S1)가 제공되고, 배기열회수발생기(GR)의 하류에 있는 배기가스경로에 제2 열회수장치(S2)가 제공되어 고온발생기(GH)로 도입될 희석된 용액이 가열된다는 점에서 도 11에 나타낸 흡수냉온수기와는 차이가 있다.
도 11 및 도 12에 나타낸 흡수냉온수기에는, 흡수기(A), 저온발생기(GL), 고온발생기(GH), 배기열회수발생기(GR), 응축기(C), 증발기(E), 저온 열교환기(XL) 및 고온 열교환기(XH)가 제공된다. 또한, 흡수냉온수기에는, 용액펌프(SP) 및 냉매펌프(RP)가 제공된다.
도 11 및 도 12에서, 참조부호 H1 및 H2는 온수공급 열교환기를 나타내며, 참조부호 V11, V12, V13, V14, V15 및 V16은 밸브를 나타낸다. 참조번호 1, 2는 냉매증기통로를, 참조번호 3, 4는 냉각수순환통로를, 참조번호 5는 고온배기가스를, 그리고 참조번호 6은 냉온수순환통로를 나타낸다. 또한, 참조번호 7, 8, 9는 스프레이파이프를, 참조번호 10은 분기점을, 참조번호 11 내지 17은 용액통로를, 그리고 참조번호 18 내지 25는 냉매통로를 나타낸다.
다음에는, 도 11 및 도 12에 나타낸 흡수냉온수기의 작동에 대하여 기술하기로 한다.
먼저, 냉수생성작업에서는, 냉매를 흡수한 용액이 용액펌프(SP)에 의하여 흡수기(A)로부터 통로(11)를 거쳐 저온 열교환기(XL)의 가열될 측으로 공급된 다음, 저온 열교환기(XL)를 통과하여 분기점(10)에서 분기된다. 그 다음, 용액의 일부가 고온 열교환기(XH)의 가열되는 측을 통과하여 통로(11)를 거쳐 고온발생기(GH)로 진행한다. 고온발생기(GH)에서, 외부 가스터빈 등으로부터 배출되며 냉매를 생성시키기 위한 열원으로서의 역할을 하는 배기가스(5)에 의하여 용액이 가열되며, 따라서, 농축된다. 그 다음, 농축된 용액이 통로(12)를 통과하여 고온 열교환기(XH)내로 도입된다. 고온 열교환기(XH)에서 열교환이 수행된 후에, 농축된 용액은 배기열회수발생기(GR)내로 도입된다.
배기열회수발생기(GR)내로 도입된 용액은 고온발생기(GH)로부터 배출되며, 열원으로서의 역할을 하는 배기가스에 의하여 가열되고, 농축된 다음, 통로(17a)를 거쳐 흐르고 통로(17)를 거쳐 흐르면서 용액과 합쳐진다.
분기점에서 분기된 잔여용액은 통로(16)를 통과하여 스프레이노즐(8)로부터 저온발생기(GL)내로 도입된다. 저온발생기(GL)에서는, 고온발생기(GH)에서 발생된 냉매증기에 의하여 용액이 가열되고, 농축된다. 그 다음, 농축된 용액이 통로(17)를 통과하여 배기열회수발생기(GR)로부터 배출되며 통로(17a)를 거쳐 흐르는 용액과 합쳐진다. 조합된 용액은 통로(17) 및 저온 열교환기(XL)의 가열측을 통과하여 통로(15)를 거쳐 흡수기(A)내로 도입된다.
한편, 고온발생기(GH)에서 발생된 냉매증기는 통로(20)를 통과하여 저온발생기(GL)내로 도입되고 저온발생기(GL)의 가열측에 있는 열전달 튜브군에서 응축되고, 응축기(C)로 진행한다. 배기열회수발생기(GR)에서 발생된 냉매증기는 통로(21)를 통과하여 저온발생기(GL)에서 발생된 냉매증기와 합쳐지고, 그 다음, 조합된 냉매증기가 증기통로(1)를 통과하여 응축기(C)내로 흐른다. 응축기(C)에서는, 냉각수순환통로(4)를 거쳐 흐르는 냉각수와의 열교환에 의하여 냉매증기가 응축되고, 이 응축된 냉매가 통로(18)를 거쳐 증발기(E)로 진행한다. 냉각수순환통로(6)를 거쳐 흐르는 물은 증발기에서 잠열을 빼앗기며, 따라서, 냉각수를 생성하는 것이 가능해진다.
다음에는, 온수생성작업에 대하여 후술된다. 온수생성작업에서는, 냉각수의 순환이 정지되고 증기밸브(V15, V16)가 개방된다. 따라서, 고온발생기(GH), 저온발생기(GL) 및 배기열회수발생기(GR)에서 발생된 냉매증기가 온수를 생성하기 위하여 증발기(E)로 진행한다. 증발기(E)에서 응축된 냉매액은 냉매통로(25)를 거쳐 흡수기(A)로 진행한다.
또한, 본 발명에 따른 흡수냉온수기에서는, 열원으로서 배기열회수발생기(GR) 및 고온발생기(GH)에서 발생된 냉매증기를 활용하는 온수공급열교환기(H1, H2)가 제공되며, 따라서, 온수공급작업의 수행이 가능해진다. 온수공급열교환기(H1)는 냉매통로에 의하여 고온발생기(GH)에 연결되고, 온수공급열교환기(H2)는 냉매통로에 의하여 배기열회수발생기(GR)로 연결된다.
다음에는, 냉수 및 온수의 공급작업에 대하여 기술하기로 한다. 배기열회수발생기(GR)의 이슬점이 공급될 온수의 온도보다 더 높다면, 공급될 물을 가열하기 위하여 온수공급열교환기(H2)에서 냉매증기가 응축된다. 응축된 냉매액은 응축기(C)로 반송되어 온수공급에 더하여 냉각효과에도 기여한다. 배기열회수발생기(GR)의 이슬점이 공급될 온수의 온도보다 더 낮다면, 냉매증기는 온수공급열교환기(H2)에서 응축되지 않고, 열전달은 일어나지 않는다.
고온발생기(GR)의 이슬점이 충분히 높고 어떤 대책도 취해지지 않은 경우에 는 온수공급열교환기(H1)에서는 공급될 온수의 온도가 높아지기 때문에, 응축될 냉매의 양을 제어할 필요가 있다. 따라서, 온수공급열교환기(H1)내로 도입될 냉매증기의 양이 제어되고, 응축된 냉매액이 응축기(C)로 반송되도록 고온발생기(GH)와 온수공급열교환기(H1)를 서로 연결하는 냉매경로에 제어밸브가 제공된다.
또한, 온수생성작업 및 온수공급작업에서는, 온수가 비교적 고온이기 때문에, 배기열회수발생기(GR)의 이슬점이 고온으로 확보될 수 있고 온수공급열교환기(H2)에서 온수의 가열이 용이하게 수행될 수 있다.
다음에는, 단독의 온수공급작업에 대해서 기술하기로 한다. 본 발명에 따른 흡수냉온수기에서, 상기 동시에 작용하는 온수공급작업외에, 단독의 공급작업이 수행될 수 있다. 본 발명에 따른 흡수냉온수기에서는, 흡수용액배관이 배기가스와의 열교환을 수행하는 고온발생기(GH) 및 배기열회수발생기(GR)에 직렬로 연결되기 때문에, 흡수기(A), 증발기(E), 저온발생기(GL) 및 응축기(C)를 포함하는 흡수냉각시스템, 고온발생기(GH) 및 배기열회수발생기(GR)를 포함하는 배기가스발생기시스템은 적은 수의 전환밸브에 의하여 분리될 수 있다. 특히, 도 11에서, 전환밸브(V11, V12, V13, V14)는 폐쇄되고, 흡수냉각시스템 및 배기가스발생기시스템은 서로 분리되며, 흡수용액의 순환이 정지된다.
고온발생기(GH) 및 배기열회수발생기(GR)에서, 용액은 배기가스에 의하여 가열되고 농축되며, 고온발생기(GH) 및 배기열회수발생기(GR)에서 발생된 냉매 증기는 온수가 공급되도록 온수공급열교환기(H1 및 H2)로 안내된다. 응축된 냉매용액은 각각 고온발생기(GH) 및 배기열회수발생기(GR)로 복귀된다. 온수의 온도는 고온발생기(GH) 및 배기열회수발생기(GR)로부터 각각의 냉매경로에 제공된 각각의 제어밸브를 통해 온수공급열교환기(H1 및 H2)내로 도입된 냉매증기의 양을 조절함으로써 제어된다. 대안적으로 온수의 온도는 고온발생기(GH)의 상류측에 통로 스위칭 댐퍼(damper)를 제공함으로써 제어되고 고온발생기(GH) 및 배기열회수발생기(GR)내로 도입된 배기가스의 양을 조절함으로써 제어될 수 있다.
또한, 본 발명에 따라, 고온발생기 및 배기열회수발생기를 단일 유닛으로 결합하는 배기가스열회수셸(고온셸) 및 흡수기, 증발기, 저온발생기 및 응축기를 포함하는 저온셸을 포함하는 두 개의 셸구조체는 전체 장치가 소형화되도록 구성될 수 있다.
냉동능력이 충분하지 못하다면, 고온 발생기에 제공된 버너로 연료를 공급함으로써, 보충연소가 수행될 수 있다.
본 발명에 따라, 고온발생기 및 배기열회수발생기가 배기가스경로에 직렬로 연결되어 있고, 고온발생기 및 배기열회수발생기가 흡수용액경로에 직렬로 연결되어 배기가스시스템발생기를 구성한다. 이러한 배치에 따라, 배기가스덕트가 복잡한 방식으로 확장되는 것이 방지될 수 있으며, 따라서, 배기가스에 의하여 구동되는 흡수냉온수기의 구조는 소형화될 수 있다.
도 13 및 도 14는 흡수냉온수기의 배치를 나타낸다. 도 13 및 도 14에 나타난 바와 같이, 고온발생기(GH) 및 배기열회수발생기(GR)는 배기가스(5)의 흐름방향을 나타내는 직선을 따라 배치된다. 직선방향, 즉, 배기가스(5)의 흐름 방향은 흡수기(A), 증발기(E), 응축기(C) 및 저온발생기(GL)를 포함하는 셸의 길이 방향에 평행하고, 따라서, 배기가스경로를 소형방식으로 배치할 수 있다.
본 발명의 소정 바람직한 실시예가 상세히 도시되고 기술되어 있지만, 첨부된 청구항의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경과 수정이 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 간단한 장치구조에 의하여 고온의 배기가스를 효율적으로 활용할 수 있고, 높은 열효율을 가지는, 배기가스에 의하여 구동되는 흡수냉온수기와, 한 사이클내의 구성설비의 연결관계를 개선하여 전체 구조를 소형화 시킬 수 있는, 배기가스에 의하여 구동되는 흡수냉온수기를 제공할 수 있다.

Claims (29)

  1. 증발기에서 증발된 냉매가 흡수기 내에 농축된 용액에 의하여 흡수되어 희석된 용액이 되도록 하는 흡수기;
    상기 흡수기의 냉각 동작에 의해 흡수된 냉매를 갖는 희석된 용액이, 냉매를 발생시키기 위해 열원의 역할을 하는 고온 배기가스에 의해 가열되고, 농축되는 고온발생기;
    상기 고온발생기에서 농축된 용액을 도입하여, 도입된 용액을 상기 고온발생기로부터 공급되는 냉매증기에 의해 가열하고, 농축하는 저온발생기;
    상기 저온발생기에서 농축된 용액을 도입하여, 도입된 용액을 상기 고온 발생기에서 열원으로 사용된 고온 배기가스로 가열하고 농축하는 배기열회수발생기;
    상기 저온발생기로부터 공급되는 냉매가스를 냉각수에 의하여 냉각하고 응축시키는 응축기;
    상기 응축기에서 응축된 냉매를 공급받아 냉매펌프에 의해 냉매를 순환시킴으로써, 부하측 냉수로부터 증발열을 빼앗아 부하측 냉수를 냉각시키고 냉매가 증발되도록 하는 증발기;
    상기 흡수기, 상기 저온발생기, 상기 배기열회수발생기, 상기 고온발생기, 상기 응축기, 및 상기 증발기를 연결하는 용액경로와 냉매경로; 및
    열원으로서 역할을 하는 고온배기가스를 상기 고온발생기 내로 도입한 뒤, 상기 배기열회수발생기로 도입하기 위한 배기가스경로를 포함하는 흡수냉온수기에서,
    상기 저온발생기는 용액이 열전달튜브군(heat transfer tube bank)상에 분사(spray)되고 상기 배기열회수발생기에서 발생된 냉매증기가 상기 저온발생기의 상기 열전달튜브군으로 도입되는 액막형발생기(liquid film-type generator)를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기.
  2. 제1항에 있어서,
    외부로부터 공급되는 연료를 연소시키기 위하여 상기 배기가스경로에 제공된 연소장치를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연소장치가 버너를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 저온발생기에서 상기 고온발생기로부터 공급된 냉매증기에 의하여 가열되고 농축된 흡수용액은 상기 배기열회수발생기로 안내되는 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 용액경로는 상기 흡수기로부터 흐르는 희석된 용액이 분기되어 상기 고온발생기 및 상기 배기열회수발생기로 흐르게 하는 경로와, 상기 고온발생기에서 가열되고 농축된 용액이 상기 고온발생기로부터 상기 저온발생기로 흐르도록 하는 경로를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 용액경로는 상기 흡수기로부터 흐르는 희석된 용액이 분기되어 저온열교환기를 거쳐 상기 저온발생기 및 상기 배기열회수발생기로 흐르게 하고, 고온열교환기를 거쳐 상기 고온발생기로 흐르게 하는 경로를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 용액경로는 상기 흡수기로부터 희석된 용액이 분기되어 상기 고온발생기 및 상기 저온발생기로 흐르게 하는 경로와, 상기 고온발생기에서 가열되고 농축된 용액이 상기 고온발생기로부터 상기 배기열회수발생기로 흐르게 하는 경로를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기.
  8. 증발기에서 증발된 냉매가 흡수기 내에 농축된 용액에 의하여 흡수되어 희석된 용액이 되도록 하는 흡수기;
    상기 흡수기의 냉각 동작에 의해 흡수된 냉매를 갖는 희석된 용액이, 냉매를 발생시키기 위해 열원의 역할을 하는 고온 배기가스에 의해 가열되고, 농축되는 고온발생기;
    상기 고온발생기에서 농축된 용액을 도입하여, 도입된 용액을 상기 고온발생기로부터 공급되는 냉매증기에 의해 가열하고, 농축하는 저온발생기;
    상기 저온발생기에서 농축된 용액을 도입하여, 도입된 용액을 상기 고온 발생기에서 열원으로 사용된 고온 배기가스로 가열하고 농축하는 배기열회수발생기;
    상기 저온발생기로부터 공급되는 냉매가스를 냉각수에 의하여 냉각하고 응축시키는 응축기;
    상기 응축기에서 응축된 냉매를 공급받아 냉매펌프에 의해 냉매를 순환시킴으로써, 부하측 냉수로부터 증발열을 빼앗아 부하측 냉수를 냉각시키고 냉매가 증발되도록 하는 증발기;
    상기 흡수기, 상기 저온발생기, 상기 배기열회수발생기, 상기 고온발생기, 상기 응축기, 및 상기 증발기를 연결하는 용액경로와 냉매경로; 및
    열원으로서 역할을 하는 고온배기가스를 상기 고온발생기로 도입한 뒤, 상기 배기열회수발생기로 도입하기 위한 배기가스경로를 포함하는 흡수냉온수기에서,
    상기 용액경로는 상기 흡수기로부터 흐르는 희석된 용액이 분기되어 상기 고온발생기 및 상기 배기열회수발생기로 흐르게 하는 경로와, 상기 고온발생기에서 상기 고온배기가스에 의하여 중간 농도로 가열되고 농축된 상기 희석된 용액이 상기 고온발생기로부터 상기 저온발생기로 흐르게 하는 경로를 포함하고,
    상기 저온발생기로 도입되는 상기 중간농도를 가지는 용액이 상기 고온발생기에서 발생되고 열원으로서 역할을 하는 냉매증기에 의하여 가열 및 농축되며, 상기 배기열회수발생기로 도입되는 상기 희석된 용액이 상기 고온 발생기를 거친 상기 배기가스에 의하여 가열 및 농축되는 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 저온발생기는 용액이 열전달튜브군상에 분사되는 액막형발생기를 포함하고, 상기 배기열회수발생기에서 발생된 냉매증기가 상기 저온발생기의 상기 열전달튜브군으로 안내되는 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기.
  10. 제8항에 있어서,
    외부로부터 공급되는 연료를 연소시키는 상기 배기가스경로에 제공된 연소장치를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기.
  11. 증발기에서 증발된 냉매가 흡수기 내에 농축된 용액에 의하여 흡수되어 희석된 용액이 되도록 하는 흡수기;
    상기 흡수기의 냉각 동작에 의해 흡수된 냉매를 갖는 희석된 용액이, 냉매를 발생시키기 위해 열원의 역할을 하는 고온 배기가스에 의해 가열되고, 농축되는 고온발생기;
    상기 고온발생기에서 농축된 용액을 도입하여, 도입된 용액을 상기 고온발생기로부터 공급되는 냉매증기에 의해 가열하고, 농축하는 저온발생기;
    상기 저온발생기에서 농축된 용액을 도입하여, 도입된 용액을 상기 고온 발생기에서 열원으로 사용된 고온 배기가스로 가열하고 농축하는 배기열회수발생기;
    상기 저온발생기로부터 공급되는 냉매가스를 냉각수에 의하여 냉각하고 응축시키는 응축기;
    상기 응축기에서 응축된 냉매를 공급받아 냉매펌프에 의해 냉매를 순환시킴으로써, 부하측 냉수로부터 증발열을 빼앗아 부하측 냉수를 냉각시키고 냉매가 증발되도록 하는 증발기;
    상기 흡수기, 상기 저온발생기, 상기 배기열회수발생기, 상기 고온발생기, 상기 응축기, 및 상기 증발기를 연결하는 용액경로와 냉매경로; 및
    열원으로서 역할을 하는 고온배기가스를 상기 고온발생기로 도입한 뒤, 상기 배기열회수발생기로 도입하기 위한 배기가스경로를 포함하는 흡수냉온수기에서,
    상기 용액경로는 상기 흡수기로부터 흐르는 흡수용액이 분기되어 저온열교환기를 거쳐 상기 저온발생기 및 상기 배기열회수발생기로 흐르게 하는 경로 및 고온열교환기를 거쳐 상기 고온발생기로 흐르게 하는 경로를 포함하고,
    상기 고온발생기로 도입되는 상기 흡수용액이 상기 고온배기가스에 의하여 가열 및 농축되고, 상기 배기열회수발생기로 도입되는 상기 흡수용액이 상기 고온발생기를 거친 상기 배기가스에 의하여 가열 및 농축되며, 상기 저온발생기로 도입되는 상기 흡수용액이 상기 고온발생기에서 발생된 냉매증기에 의하여 가열 및 농축되는 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 저온발생기는 용액이 열전달튜브군상에 분사되는 액막형발생기를 포함하고, 상기 배기열회수발생기에서 발생된 냉매증기가 상기 저온발생기의 상기 열전달튜브군으로 안내되는 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기.
  13. 제11항에 있어서,
    외부로부터 공급되는 연료를 연소시키는 상기 배기가스경로에 제공된 연소장치를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기.
  14. 증발기에서 증발된 냉매가 흡수기 내에 농축된 용액에 의하여 흡수되어 희석된 용액이 되도록 하는 흡수기;
    상기 흡수기의 냉각 동작에 의해 흡수된 냉매를 갖는 희석된 용액이, 냉매를 발생시키기 위해 열원의 역할을 하는 고온 배기가스에 의해 가열되고, 농축되는 고온발생기;
    상기 고온발생기에서 농축된 용액을 도입하여, 도입된 용액을 상기 고온발생기로부터 공급되는 냉매증기에 의해 가열하고, 농축하는 저온발생기;
    상기 저온발생기에서 농축된 용액을 도입하여, 도입된 용액을 상기 고온 발생기에서 열원으로 사용된 고온 배기가스로 가열하고 농축하는 배기열회수발생기;
    상기 저온발생기로부터 공급되는 냉매가스를 냉각수에 의하여 냉각하고 응축시키는 응축기;
    상기 응축기에서 응축된 냉매를 공급받아 냉매펌프에 의해 냉매를 순환시킴으로써, 부하측 냉수로부터 증발열을 빼앗아 부하측 냉수를 냉각시키고 냉매가 증발되도록 하는 증발기;
    상기 흡수기, 상기 저온발생기, 상기 배기열회수발생기, 상기 고온발생기, 상기 응축기, 및 상기 증발기를 연결하는 용액경로와 냉매경로; 및
    열원으로서 역할을 하는 고온배기가스를 상기 고온발생기로 도입한 뒤, 상기 배기열회수발생기로 도입하기 위한 배기가스경로를 포함하는 흡수냉온수기에서,
    상기 용액경로는 상기 흡수기로부터 흐르는 흡수용액이 분기되어 상기 고온발생기 및 상기 저온발생기로 흐르게 하는 경로를 포함하고,
    상기 고온발생기로 도입되는 상기 흡수용액이 상기 고온배기가스에 의하여 가열 및 농축되고, 상기 가열 및 농축된 흡수용액이 상기 배기열회수발생기로 도입되고 상기 고온발생기를 거쳐 통과된 상기 배기가스에 의하여 가열 및 농축되며, 상기 저온발생기로 도입되는 상기 흡수용액이 상기 고온발생기에서 발생된 냉매증기에 의하여 가열 및 농축되는 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 저온발생기는 용액이 열전달튜브군상에 분사되는 액막형발생기를 포함하고, 상기 배기열회수발생기에서 발생된 냉매증기가 상기 저온발생기의 상기 열전달튜브군으로 안내되는 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 고온배기가스가 통과하도록 상기 가스경로에 제공된 연소장치를 더욱 포함하고, 상기 연소장치는 외부로부터 공급되는 연료를 연소시키는 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 고온배기가스가 통과하는 것을 허용하도록 상기 배기가스경로에서 상기 배기가스로부터 열을 회수하는 상기 배기열회수발생기와, 상기 고온발생기 사이에 제공되는 제1 열회수장치; 및
    상기 고온배기가스가 통과하는 것을 허용하도록 상기 배기가스경로에서 상기 배기가스로부터 열을 회수하는 상기 배기열회수발생기의 하류에 제공된 제2 열회수장치를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기.
  18. 증발기에서 증발된 냉매가 흡수기 내에 농축된 용액에 의하여 흡수되어 희석된 용액이 되도록 하는 흡수기;
    상기 흡수기의 냉각 동작에 의해 흡수된 냉매를 갖는 희석된 용액이, 냉매를 발생시키기 위해 열원의 역할을 하는 고온 배기가스에 의해 가열되고, 농축되는 고온발생기;
    상기 고온발생기에서 농축된 용액을 도입하여, 도입된 용액을 상기 고온발생기로부터 공급되는 냉매증기에 의해 가열하고, 농축하는 저온발생기;
    상기 저온발생기에서 농축된 용액을 도입하여, 도입된 용액을 상기 고온 발생기에서 열원으로 사용된 고온 배기가스로 가열하고 농축하는 배기열회수발생기;
    상기 저온발생기로부터 공급되는 냉매가스를 냉각수에 의하여 냉각하고 응축시키는 응축기;
    상기 응축기에서 응축된 냉매를 공급받아 냉매펌프에 의해 냉매를 순환시킴으로써, 부하측 냉수로부터 증발열을 빼앗아 부하측 냉수를 냉각시키고 냉매가 증발되도록 하는 증발기;
    상기 흡수기, 상기 저온발생기, 상기 배기열회수발생기, 상기 고온발생기, 상기 응축기, 및 상기 증발기를 연결하는 용액경로와 냉매경로; 및
    열원으로서 역할을 하는 고온배기가스를 상기 고온발생기로 도입한 뒤, 상기 배기열회수발생기로 도입하기 위한 배기가스경로를 포함하는 흡수냉온수기에서,
    상기 용액경로는 상기 흡수기로부터 흐르는 흡수용액이 세 부분으로 나눠지고 상기 고온발생기, 상기 배기열회수발생기, 및 상기 저온발생기내로 도입되도록 하는 경로를 포함하고,
    상기 흡수용액의 총 유량의 45% 내지 70%가 상기 저온발생기로 분배되고, 잔류흡수용액이 상기 배기열회수발생기 및 상기 고온발생기로 공급될 상기 배기가스의 온도에 의하여 결정되는 비율로 분배되도록 상기 고온발생기, 상기 배기열회수발생기, 및 상기 저온발생기로 도입되는 상기 흡수용액의 총 유량이 분배되며,
    상기 고온발생기로 도입되는 상기 흡수용액의 비율은, 수학식 (Tgas-A)/(Tgas-B)에 의해 계산되되, 상기 고온발생기 및 상기 배기열회수발생기로 도입되는 흡수용액의 최소 유량을 확보하도록, 상기 수학식에 의해 계산된 값이 0.1 이하인 경우에는 고온발생기로 도입되는 흡수용액의 비율을 상기 잔류흡수용액의 10%로 변경하고, 상기 계산된 값이 0.9 이상인 경우에는 고온발생기로 도입되는 흡수용액의 비율을 상기 잔류흡수용액의 90%로 변경하는 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기(단, 상기 A는 150 내지 185 사이에서 선택되는 값이고, 상기 B는 90 내지 120에서 선택되는 값이며, Tgas는 배기가스 온도를 섭씨 단위로 표시할 때의 값이다).
  19. 삭제
  20. 제18항에 있어서,
    상기 배기가스에 의하여 가열 및 농축된 흡수용액과 상기 배기열회수발생기를 거쳐 흐르는 상기 배기가스가 대향류흐름(countercurrent flow)으로 흐르는 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 배기가스에 의하여 가열 및 농축되는 흡수용액과 상기 고온발생기를 거쳐 흐르는 상기 배기가스가 대향류흐름으로 흐르는 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기.
  22. 제18항에 있어서,
    보충연소를 위하여 고온발생기를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기.
  23. 증발기에서 증발된 냉매가 흡수기 내에 농축된 용액에 의하여 흡수되어 희석된 용액이 되도록 하는 흡수기;
    상기 흡수기의 냉각 동작에 의해 흡수된 냉매를 갖는 희석된 용액이, 냉매를 발생시키기 위해 열원의 역할을 하는 고온 배기가스에 의해 가열되고, 농축되는 고온발생기;
    상기 고온발생기에서 농축된 용액을 도입하여, 도입된 용액을 상기 고온발생기로부터 공급되는 냉매증기에 의해 가열하고, 농축하는 저온발생기;
    상기 저온발생기에서 농축된 용액을 도입하여, 도입된 용액을 상기 고온 발생기에서 열원으로 사용된 고온 배기가스로 가열하고 농축하는 배기열회수발생기;
    상기 저온발생기로부터 공급되는 냉매가스를 냉각수에 의하여 냉각하고 응축시키는 응축기;
    상기 응축기에서 응축된 냉매를 공급받아 냉매펌프에 의해 냉매를 순환시킴으로써, 부하측 냉수로부터 증발열을 빼앗아 부하측 냉수를 냉각시키고 냉매가 증발되도록 하는 증발기;
    상기 흡수기, 상기 저온발생기, 상기 배기열회수발생기, 상기 고온발생기, 상기 응축기, 및 상기 증발기를 연결하는 용액경로와 냉매경로; 및
    열원으로서 역할을 하는 고온배기가스를 상기 고온발생기로 도입한 뒤, 상기 배기열회수발생기로 도입하기 위한 배기가스경로를 포함하는 흡수냉온수기에서,
    상기 고온발생기 및 상기 배기열회수발생기는 상기 배기가스의 흐름방향으로 직선을 따라 연결되고, 상기 배기가스의 상기 흐름방향은 상기 흡수기, 상기 증발기, 상기 응축기, 및 상기 저온발생기를 포함하는 셸(shell)의 길이방향에 평행인 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 저온발생기는 용액이 열전달튜브군상에 분사되는 액막형발생기를 포함하고, 상기 배기열회수발생기에서 발생된 냉매증기가 상기 저온발생기의 상기 열전달튜브군으로 안내되는 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기.
  25. 제23항에 있어서,
    외부로부터 공급되는 연료를 연소시키는 상기 배기가스경로에 제공된 연소장치를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기.
  26. 제23항에 있어서,
    상기 저온발생기에서 상기 고온발생기로부터 공급된 냉매증기에 의하여 가열 및 농축된 흡수용액은 상기 배기열회수발생기로 도입되는 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기.
  27. 제23항에 있어서,
    상기 용액경로는 상기 흡수기로부터 흐르는 희석된 용액이 분기되어 상기 고온발생기 및 상기 배기열회수발생기로 흐르게 하는 경로와, 상기 고온발생기에서 가열되고 농축된 용액이 상기 고온발생기로부터 상기 저온발생기로 흐르게 하는 경로를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기.
  28. 제23항에 있어서,
    상기 용액경로는 상기 흡수기로부터 흐르는 희석된 용액이 분기되어 저온열교환기를 거쳐 상기 저온발생기 및 상기 배기열회수발생기로 흐르게 하고 고온열교환기를 거쳐 상기 고온발생기로 흐르게 하는 경로를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기.
  29. 제23항에 있어서,
    상기 용액경로는 상기 흡수기로부터 흐르는 희석된 용액이 분기되어 상기 고온발생기 및 상기 저온발생기로 흐르게 하는 경로와, 상기 고온발생기에서 가열되고 농축된 용액이 상기 고온발생기로부터 상기 배기열회수발생기로 흐르게 하는 경로를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수냉온수기.
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