KR101045512B1 - 2단 저온수 흡수식 냉동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지역난방지역의 건물 냉방용으로 적합한 저온수 2단 흡수식 냉동기에 대한 것으로서, 주사이클과 보조사이클을 연결하는 배관과 수동밸브, 전자밸브 등을 설치하여 주사이클에서 결정이 발생하였을 경우 보조사이클의 묽은 용액으로 주사이클의 결정화된 용액을 희석시키는 역할을 담당함에 있어, 본 발명은, 제1 및 제2 재생기, 응축기, 증발기, 흡수기, 고저온열교환기, 보조 흡수기, 보조 재생기 및 보조 열교환기를 구비한 2단 저온수 흡수식 냉동기에 있어서, 상기 제2 재생기의 용액 결정을 방지하기 위해, 상기 제2 재생기와 저온 열교환기 사이에 일단이 연결되고, 타단은 상기 보조 열교환기의 입구단에 연결하는 결정해정배관과, 상기 결정해정배관에 설치되어 상기 재생기와 상기 배관에 있는 용액이 상기 재생기측으로 역류하는 것을 차단하는 전자 솔레노이드 밸브를 포함하여, 운전중이나 기기 정지중 용액을 쉽게 해정할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

2단 저온수 흡수식 냉동기{(Low temperature water two-stage absorbtion typerefrigerator}

본 발명은 지역난방지역의 건물 냉방용으로 적합한 저온수 2단 흡수식 냉동기에 대한 것으로서, 주사이클과 보조사이클을 연결하는 배관과 수동밸브, 전자밸브 등을 설치하여 주사이클에서 결정이 발생하였을 경우 보조사이클의 묽은 용액으로 주사이클의 결정화된 용액을 희석시키는 역할을 담당함에 있어, 운전중이나 기기 정지중 용액을 쉽게 해정할 수 있도록 한 2단 저온수 흡수식 냉동기에 관련한 것이다.

흡수 냉동기는 전기로 구동되는 압축식 냉동기와 달리 연소열, 증기열, 온수열 등의 열에너지에 의해 구동되는 냉동기이다.

흡수 냉동기의 한 종류로서 지역 난방용으로 공급되는 온수를 하절기에 이용하여 기존의 온수용 배관망을 이용하여 냉방을 하절기에 수행할 수 있는 저온수 2단 흡수 냉동기가 개발되었는 데, 이러한 저온수 2단 흡수 냉동기는 주 사이클과 보조 사이클의 2개의 사이클을 갖고 있어서 냉방 부하가 80% 이하로 낮아지면 하나의 사이클을 정지시켜 에너지 이용 효율(COP)을 25% 향상시킬 수 있으며, 이 때의 이용 효율은 이미 널리 사용 중인 저온 흡수냉동기보다 효율이 15% 높아서 운전비 절감 효과가 크다. 따라서, 이러한 저온수 2단 흡수냉동기는 지역난방지역에서 광범위하게 사용하며 지역 난방 지역의 상가와 아파트에 적합한 냉방 방식이다.

저온수 2단 흡수냉동기는 물을 냉매로 사용하는 친환경 무공해 제품으로서, 주로 동절기에만 사용하는 온수를 구동원으로 사용하므로 하절기의 전력 집중을 방지할 수 있는 제품이다. 또한, 진공 상태에서 운전되어 매우 안전하며, 열교환기로 조합된 제품으로 자동 운전이 가능하여 무인 운전을 할 수 있다.

도 1은 종래의 저온수 2단 흡수 냉동기의 구성을 나타내는 계통도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 저온수 2단 흡수냉동기(10)에서 흡수액의 순환계통도는 주계통과 보조계통의 2부분으로 이루어진 것을 알 수 있다.

주계통을 설명하면, 흡수기(16)의 상단에서 산포되어 냉매 증기를 흡수하여 묽어진 흡수액은 흡수기(16)에서 배출되어 용액펌프(23)에 의해 가압되어 저온 열교환기(19)와 고온 열교환기(18)를 거쳐 제1 재생기(11)로 전달되어 제1 재생기(11)의 상부에서 산포되어 일부의 냉매증기가 엘리미네이터(26)를 거쳐 냉각수에 의해 냉각되어 응축되고, 중간 정도 진해진 흡수액은 고온 열교환기(18)를 거쳐 제 2재생기(14)로 전달되고, 제2 재생기(14)의 상부에서 산포된다. 제2 재생기(14)에서 냉매증기를 배출하고 농축된 흡수액은 저온 열교환기(19)를 거쳐 흡수기(16)로 다시 돌아가서 흡수기(16)의 상단에서 산포된다.

다음에, 보조계통을 설명하면, 제 2재생기(14)로부터 엘리미네이터(24)를 거쳐 공급된 냉매증기를 흡수하여 묽어진 보조 흡수액은 보조 흡수기(15)를 나와 용액펌프(21)에 의해 가압되어 보조 열교환기를 거쳐 보조 재생기(12)로 유동한다. 이 보조 재생기(12)의 상단에서 산포되어 냉매증기를 배출하고 농축된 흡수액은 보조 열교환기를 거쳐 보조 흡수기(15)로 다시 복귀한다.

한편, 응축기(13)에서는 제 1재생기(11)와 보조 재생기(12)에서 발생한 냉매증기가 응축되고, 이 냉매액이 증발기(17)로 전달된다. 증발기(17)에서는 냉매 펌프(23)에 의해 냉매가 증발기(17)의 상부로 산포되어 일부 증발된 냉매증기는 엘리미네이터(25)를 거쳐 흡수기(16)로 전달된다. 증발되지 않은 냉매액은 증발기(17)의 밑으로 고여 냉매펌프(23)에 의해 증발기(17)의 상부로 다시 산포된다.

또한, 냉수는 증발기(17)의 관 내부를 흐르면서 냉각되어 냉방용으로 사용되고, 냉각수는 흡수기(16)와 보조 흡수기(15)와 응축기(13)를 거치면서 열을 흡수하여 냉각탑(도시 생략)으로 가서 열을 대기 중으로 방출하고 냉각되어 다시 흡수기(16)로 돌아오는 순환을 계속한다. 온수는 제 1재생기(11)와 제 2재생기(14)와 보조 재생기(12)를 거치면서 흡수액을 가열하여 냉매증기를 분리한다.

여기에서, 용액의 특성에 대하여 설명하면 흡수식 냉동기는 리튬브로마이드 수용액을 흡수제로 사용하는데 용액의 일반적인 특성은 온도가 높고 농도가 묽을수록 결정될 가능성이 낮아지지만 온도가 낮고 농도가 진할수록 결정화될 가능성이 높아진다.

이러한 용액의 순환사이클 중 보조 사이클 내부를 순환하는 용액은 냉동기 외부의 온도변화에도 결정현상이 발생할 수 없는 상태의 묽은 상태(약 42~45 WET %)를 유지하지만 주 사이클을 순환하는 용액은 운전 중 대략 53~60 WET % 농도의 용액상태가 순환하는데 제 2 재생기에서 가장 진하여 결정선을 통과한 지점에서는 외기온도에 의하여 결정화될 수 있다.

이러한 용액 결정을 방지하기 위하여 주로 재생기에 오버플로우 배관을 설치하여 주사이클의 내부 배관에 결정이 발생하여 순환 불량이 생겼을 경우 오버플로우 바이패스 배관을 통하여 흡수기로 직접 용액을 이송시켜 순환함으로서 결정을 해정하는 방법을 사용한다. 하지만 이 방법은 오버플로우 배관을 통하여 흡수기로 이송되므로 결정화된 배관과 분리된 또 다른 사이클을 형성함으로서 심한 결정이 발생되었을 경우에는 결정을 해정하는 데는 어려움이 있으며 결정해정 시간이 길어지는 문제점이 발생하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 그 목적은 본 발명의 목적은, 2단 저온수 흡수식 냉동 시스템에서 간혹 발생하는 용액 결정에 대한 문제를 완벽하게 해결하기 위한 장치로서, 기존의 오버플로우 배관을 이용한 용액 해정방법으로는 제2 재생기의 용액결정을 완벽히 차단할 수 없는 문제를 해결함으로서 기기를 안정적으로 보호하고 운전중 결정예방 및 해정을 실시할 수 있어 운전비절감 및 서비스 비용의 절감을 초래하는 등의 단점을 해소함에 있다.

또한, 본 발명은, 주사이클과 보조사이클을 연결하는 배관을 설치함으로서 주사이클 배관 내부와 열교환기 내부에 결정이 발생하였을 경우 직접 보조사이클의 묽은 용액을 주사이클 내부로 이송시킴으로서 경미한 결정상태 뿐만 아니라 심한 결정상태에서도 결정을 충분히 해정할 수 있는 시스템을 제공함을 발명의 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 전자변을 설치하여 운전중이나 정지중 자동으로 묽은 용액을 공급하여 무인운전이 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 개발된 것으로서, 본 발명은, 주사이클과 보조사이클을 연결하는 배관, 수동 차단밸브, 전자밸브 및 콘트롤 장치를 구비하여 배관 내부에서의 결정판단을 콘트롤장치가 수행하고 지시함으로써 자동결정해정 및 수동결정해정을 하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 기기 내부의 어느 곳이든지 결정이 발생하더라도 결정을 해정할 수 있으며 또한 자동운전, 수동운전으로 가능하므로 결정에 의한 기기 손상을 방지하고 빠른 결정해정으로 냉동기의 휴지상태를 짧게 하여 냉동기의 운전비를 절감할 수 있다.

이에 본 발명의 구성을 첨부된 도면에 의하여 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 저온수 2단 흡수 냉동기의 구성을 나타내는 계통도로서, 주계통과 보조계통의 2부분을 예시한 저온수 2단 흡수냉동기에서 흡수액의 순환계통도이고, 도 2는 본 발명에 따른 결정해정 계통을 추가 도시한 계통도이다.

본 발명은 일예로, 흡수식 냉동기의 주사이클에서의 결정시 묽은 용액을 공급하여 결정을 해정하는 장치의 일환으로 안출된 것이다.

본 발명에 따른 2단 저온수 흡수식 냉동기는, 제1 및 제2 재생기(11, 14), 응축기(13), 증발기(17), 흡수기(16), 고저온열교환기(18, 19), 보조 흡수기(15) 및 보조 열교환기(20)를 구비하고 있다.

또, 상기 2단 저온수 흡수식 냉동기는, 상기 제2 재생기(14)의 용액 결정을 방지하기 위해, 상기 제2 재생기(14)와 저온 열교환기(18) 사이에 일단이 연결되고, 타단은 상기 보조 열교환기(20)의 입구단에 연결하는 결정해정배관(35)과, 상기 결정해정배관(35)에 설치되어 상기 제2 재생기(14)와 상기 배관(35)에 있는 용액의 유동을 제어하는 전자 솔레노이드 밸브(31)를 포함하는 구성으로 되어 있다.

또한, 상기 보조 흡수기(15)의 출구단측 용액 온도가 소정이하로 떨어지지 않게 하여 결정이 생기지 않도록 하는 결정방지부로서의 코일 히터가 상기 결정해정배관의 일측을 둘러싸는 구성으로 되어도 좋다.

또, 상기 전자 솔레노이드 밸브(31)의 상류측에는 수동작으로 상기 결정해정 배관(35)을 개폐하기 위한 수동차단밸브(33)가 결합되어 있다.

본 발명에 따른 저온수 2단 흡수식 냉동기의 주사이클은, 상술한 바와 같이, 흡수기(16), 제1 재생기(11), 제2 재생기(14), 고온/저온 열교환기(18, 19), 제1 및 제2 용액순환펌프(10a, 10b), 제1 스프레이펌프(10a), 및 제2 스프레이펌프(10b)로 구성된다.

또한, 보조사이클은 보조흡수기(15), 보조재생기(12), 보조열교환기(20), 제1 보조펌프(21a) 및 제2 보조펌프(21b)로 구성된다.

또, 상기 주사이클과 보조사이클을 연결하는 배관(35), 수동밸브(33) 및 전자밸브(31)는 제2 재생기(14)에서 흡수기(16)로 용액을 이송하는 제2 스프레이펌프(10a) 출구부와 상기 보조흡수기(15)에서 보조재생기(12)로 용액을 이송하는 제2 보조펌프(21b) 출구부와 연결하며 중간에 차단밸브(33)와 전자밸브(31)를 구비한다.

보조사이클로 용액을 공급할 경우에는 제2 보조펌프(21b)를 정지하고 제2 스프레이펌프(10b)를 구동하면 용액은 보조사이클로 이송되고, 반대로 주사이클로 용액을 공급할 경우에는 제2 스프레이펌프(10b)를 정지하고 제2 보조펌프(21b)를 구동하면 용액은 주사이클로 이송하게 된다.

상기와 같은 연결배관(35)으로 보조사이클의 용액공급용으로 이용하며 또한 주사이클의 결정시 묽은 용액을 공급하여 결정을 해정한다.

냉동기 운전 중 사용은 냉동기의 콘트롤 장치에서 결정의 판단 및 각 펌프의 구동/정지를 지시하면서 결정현상에 대응하여 원할한 냉동기 운전을 행한다.

냉동기의 정지중에는 각 펌프의 수동조작 및 수동밸브에 의하여 용액을 주사이클 또는 보조사이클 양방향으로 용액을 공급함으로서 결정해정 및 용액공급의 목적을 달성한다.

다시 말해서, 주사이클을 설명하면, 흡수기(16) 하단의 묽은 용액은 용액펌프(23)에 의하여 가압되어 저온 열교환기(19)와 고온열교환기(18)를 거쳐 제1 재생기(11)로 이송되어 제1 재생기(11) 상부에서 산포되어 용액은 온수와 열교환 후 진해지며 이 과정 중 발생된 냉매는 응축기(13)로 전달되어 냉각수에 의해 응축된다.

제1 재생기(11) 하부의 진해진 용액은 스프레이 펌프(도시하지 않음)에 의해 고온열교환기(18)를 거쳐 제2 재생기(14)로 이송되어 상부에서 산포되어 용액은 온수와 열교환 후 더욱 진해지며, 이 과정 중 발생된 냉매는 보조흡수기(15)의 묽은 용액으로 흡수된다.

제2 재생기(14) 하부의 더욱 진해진 용액은 스프레이 펌프(도시하지 않음)에 의해 흡수기(16)로 이송되며 상부에서 산포된다. 산포된 용액은 전열관의 외부 액막을 유지하면서 중력낙하 하면서 엘리미네이터(25)를 거친 증발기(17)로부터의 발생된 냉매를 흡수하면서 점점 묽어져서 하부에 모임으로 순환 사이클을 형성한다.

다음에 보조사이클을 설명하면, 상기 보조흡수기(15)에서 제2 재생기(14)로부터 발생된 냉매증기를 엘리미네이터를 통해 흡수한 묽은 용액은 보조펌프에 의하여 보조열교환기(20)를 거쳐 보조재생기(12)로 이송되어 상부에 산포된다. 보조재생기(12) 상부에서 산포된 묽은 용액은 온수와 열교환하여 진해지고 이 과정 중 발생한 냉매증기는 응축기(13)로 이송되어 냉각수에 의하여 응축되고, 진해진 용액은 보조펌프(도시하지 않음)에 의하여 보조열교환기(20)를 거쳐 다시 보조흡수기(15)로 이송되어 순환 사이클을 형성한다.

냉매 사이클을 설명하면, 응축기(13)에서는 제1 재생기(11)와 보조재생기(12)로부터 발생한 냉매증기가 냉각수에 의하여 응축되고 이 냉매액이 증발기로 이송된다. 증발기(17) 하부의 냉매는 냉매펌프(23)에 의하여 증발기 상부로 이송되어 산포되며 전열관 외부로 액막을 유지하면서 중력낙하 되면서 냉매증기를 발생하여 엘리미네이터(25)를 통해 흡수기(16)로 전달된다.

또한, 냉수는 증발기(17)의 관 내부를 흐르면서 냉각되어 냉방용으로 사용되고, 냉각수는 흡수기(16)와 보조흡수기(15), 응축기(13)를 거치면서 열을 흡수하여 냉각탑(도시하지 않음)으로 가서 열을 대기 중으로 방출하고 냉각되어 다시 흡수기(16)로 돌아오는 순환사이클을 형성한다. 온수는 제1 재생기(11), 제2 재생기(14), 보조재생기(12)를 거치면서 흡수액을 가열하여 냉매증기를 분리하면서 용액을 진하게 만드는 역할을 한다.

상기 제2 재생기로부터의 희용액이 유동하는 상기 결정해정배관의 둘레에 코일 히터가 설치되어, 일예로, 전원공급 및 차단을 감지하며 전원차단 후에 전원이 재공급되면 상기 히터에 전원을 공급하고, 소정의 시간이 경과하면 상기 히터에 공급되는 전원을 차단하는 제어부를 포함하는 구조로 구성되어도 좋다.

또한, 본원 발명은 상기 제2 재생기측에 설치되어 결정 발생을 측정하는 결정 측정 센서를 포함하고, 상기 전자밸브는 센서의 결정 발생 시그널에 의해 상기 결정해정배관을 개방하여 상기 보조열교환기를 설정치 가열하므로 결정을 해정하도 록 작동되게 된다.

상기 전자밸브(31)는 ON/OFF 구동밸브로서, 운전 중 결정해정 프로세스는 가장 진한 용액인 제2 재생기(14) 출구측 용액의 농도를 산출하여, 결정예지를 제어시스템이 수행하여 열원인 온수입력을 중지시키고, 상기 결정해정배관(35)이 연결되어 있는 주사이클의 펌프는 정지시키고 보조사이클의 펌프는 기동하며, 전자밸브(31)가 열려 보조사이클의 묽은 용액을 주사이클로 공급함으로서 해정작업이 이루어진다.

또한, 결정해정 후에는 보조사이클의 액공급을 해야하기 때문에 주사이클의 펌프와 보조사이클의 펌프를 기동하고 전자밸브를 열어 보조사이클로 액공급을 한다. 이때 제어시스템이 결정해정의 판단을 수행하며 보조로 타이머가 결정해정 및 액공급 시간을 판단한다.

정지 중 전자밸브(31)의 역할은 없으며 수동밸브(33), 주사이클 펌프, 보조사이클 펌프로서 주사이클과 보조사이클 양방향 액공급을 가능하게 하여 결정해정, 용액공급의 목적을 달성한다.

여기에서, 상기 전자밸브(31)를 사용할 경우 수동밸브(33)는 항상 열려 있으며 전자밸브(31)를 사용하지 않을 경우에는 수동밸브(33)는 항상 닫혀 있도록 함이 바람직하다.

또, 상기 전자 솔레노이드밸브의 작동은 제어부에 의해 동작제어되고, 상기 결정 측정 센서는 상기 제2 재생기의 출구 박스에 설치된 볼탭으로 구성됨이 바람직하다.

이로써, 보조 열교환기 주 위의 용액농도와 온도가 소정이하로 떨어지지 않게 하여 결정이 생기지 않도록 하게 되는 효과가 파생되게 되는 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 지역난방지역의 건물 냉방용으로 적합한 저온수 2단 흡수식 냉동기로서, 주사이클과 보조사이클을 연결하는 배관과 수동밸브, 전자밸브 등을 설치하여 주사이클에서 결정이 발생하였을 경우 보조사이클의 묽은 용액으로 주사이클의 결정화된 용액을 희석시키는 역할을 담당하는 것으로서 상기와 같은 본 발명에 의하면 운전중이나 기기 정지중 용액을 쉽게 해정할 수 있는 장치를 제공할 수 있게 되는 등의 매우 뛰어난 효과가 있는 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 종래의 저온수 2단 흡수 냉동기의 구성을 나타내는 계통도로서, 주계통과 보조계통의 2부분을 예시한 저온수 2단 흡수냉동기에서 흡수액의 순환계통도, 및

도 2는 본 발명에 따른 결정해정 계통을 추가 도시한 계통도.

Claims (3)

1. 제1 및 제2 재생기, 응축기, 증발기, 흡수기, 고저온열교환기, 보조 흡수기 및 보조 열교환기를 구비한 2단 저온수 흡수식 냉동기에 있어서,

   상기 제2 재생기의 용액 결정을 방지하기 위해, 상기 제2 재생기와 저온 열교환기 사이에 일단이 연결되고, 타단은 상기 보조 열교환기의 입구단에 연결하는 결정해정배관과, 상기 결정해정배관에 설치되어 상기 재생기와 상기 배관에 있는 용액의 유동을 제어하는 전자 솔레노이드 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 2단 저온수 흡수식 냉동기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 결정해정 프로세스를 수행하도록 상기 전자 솔레노이드 밸브를 제어하는 제어시스템을 채용한 것을 특징으로 하는 2단 저온수 흡수식 냉동기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 전자 솔레노이드 밸브의 상류측에는 수동작으로 상기 결정해정배관을 개폐하기 위한 수동차단밸브가 결합된 것을 특징으로 하는 2단 저온수 흡수식 냉동기.

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