KR101683392B1 - 냉매의 냉각 및 유체 정수를 위한 이젝터 타입 냉 정수 시스템 - Google Patents

냉매의 냉각 및 유체 정수를 위한 이젝터 타입 냉 정수 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이산화탄소, 프로판 및 물을 Motive Fluid와 냉매로 이용하여 Ejector와 Flash Vaporizer가 포함된 냉동 사이클 및 오염물질의 제거나 염분의 제거를 통한 부가적인 담수화 기능까지 갖춘 시스템에 대한 것으로, 본 발명은 저온의 냉매가 필요한 시설에 대한 냉매 공급과 더불어서 공장의 폐 열수 처리나 해수 담수화 시설 등에 사용될 수 있다.

Description

냉매의 냉각 및 유체 정수를 위한 이젝터 타입 냉 정수 시스템{Ejector type refrigeration and purification system for cooling of refrigerants and purifying of fluids}
본 발명은 다양한 종류의 기체를 Gas Ejector의 작동유체(Motive Fluid)로 사용하여 압력강하를 이용하여 냉매를 냉각시키는 기술 및 냉매가 물일 경우 이물질 제거 정수 기술에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 작동유체로 고압의 스팀(H2O), 이산화탄소(CO2) 그리고 프로판(C3H8)을 사용하여 동일한 종류의 액체를 냉각시키는 과정에 대한 것으로서, 냉각시스템 전반에 대한 설명, 이젝터(Ejector) 본체의 설계에 관한 부분, 정수에 대한 부분 그리고 해당 시스템에서 소모되는 에너지의 양을 공정모사 프로그램을 사용하여 계산한 부분으로 나누어져 있다. 또한 유사한 원리를 가진 실제 System을 소개함으로써 그 가능성을 다루고 있다.
기술이 발전함에 따라서 현대사회는 대량 생산 체계를 기반으로 물질적인 풍요를 누리고 있다. 이러한 대량 생산 체계를 유지하기 위해서는 막대한 자원과 에너지 소비량이 뒷받침되어야 함은 물론이고 더불어서 환경의 오염 역시 고려되어야 할 사항이다. 이러한 에너지 소모 및 오염에는 특정 생산 공정에서 필요로 하는 저온 조건을 만드는 과정이 적지 않은 부분을 차지하고 있다. 따라서 더 효율적으로 에너지를 소비하여 원하는 수준의 저온조건을 만드는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이 과정에서 이젝터(Ejector)를 사용한 연구가 진행되고 있다. 또한 비슷한 원리를 이용하여 Ejector를 해수 담수화 공장에 적용하는 연구 역시 기존 담수화 공정의 대체 공정으로서 연구되고 있다.
Ejector는 상대적으로 높은 압력의 유체(이하, Motive Fluid)의 흐름을 적절히 설계된 노즐(Nozzle)을 이용하여 압력을 강하시킴으로써 주변으로부터 유체의 흐름이 Ejector 내부로 흐르게 함으로써 진공(Vacuum) 또는 상대적인 저압을 형성하고 그에 따라 흘러들어온 유체(이하, Entrained Fluid)와 섞인 Motive Fluid를 외부로 방출하는 장비이다. Ejector의 성능(Performance)를 결정하는 요소는 Motive Fluid의 압력과 Entrained Fluid의 압력의 비, Motive Fluid와 Entrained Fluid의 유량의 비, 그리고 Entrained Fluid의 압력과 Ejector 밖으로 토출되는 유체의 압력의 비, 이 3가지 요소로 결정하며, 이러한 요소를 결정짓는 것은 Ejector 내부의 구조이다. 이 내부 구조는 크게 Motive Fluid가 유입되는 노즐의 목의 면적과 노즐 팽창부 말단(Diffuser)의 면적, 섞인 유체가 흐르는 두 번째 노즐의 목의 면적과 두 번째 노즐의 팽창부 말단의 면적의 비를 이용하여 내부의 압력이나 Entrainment Fluid의 양의 상관관계에 대한 연구가 진행되고 있다. (El-Dessouky et al. Chemical Engineering and Processing, 2002, 41, 551-561)
Ejector를 실제로 적용한 연구 분야에 대해서는 먼저, Ejector를 Refrigeration Cycle에 적용하여 System 전반에 대하여 에너지의 효율성을 높이는 연구가 최근 들어서 진행되고 있다. 이러한 연구의 핵심은 Ejector를 사용하여 통상적인 Refrigeration Cycle에서 Evaporator에서의 압력을 변화시켜서 증발이 더 효과적으로 일어나게끔 해서 효율성을 올리는 것에 초점을 두고 있다. 이러한 Refrigeration Cycle 의 경우에는 작동 냉매로서 이산화탄소를 사용하는 경우가 진행되고 있는 연구 경향의 주를 이루고 있다. 이 밖에도 작동 냉매로서 프로판이나 기타 다른 냉매를 사용하는 연구 역시 활발히 진행되고 있다. (Jitender, K. & Nitin, J., IJSR, 2013. Dec) 이렇게 Ejector를 Refrigeration Cycle에 적용하는 경우, Ejector 자체의 Performance가 해당 System의 효율성을 결정 짓는 중요한 요소이기 때문에 수학적인 모델링을 통한 Ejector의 구조에 대한 연구가 해당 관련분야의 연구를 진행시키는데 있어서 기초적인 근거로 작용한다.
또한, Ejector를 해수 담수화(Desalination) 공정에 적용하는 방안 역시 활발히 연구가 진행되고 있다. 국내 공개특허 10-2013-0084264호 등에는 해수를 증발시켜 담수를 제조하는 진공 증발식 조수 장치가 개시되어 있다. 하지만, 상기 공개 특허는 예열기, 전열기를 다수 사용하여 증발 효율을 높이고 있으나, 이러한 예열기의 사용을 최소화하면서도 증발효율과 에너지 효율을 높일 수 있는 방법은 여전히 요구된다.
본 발명의 목적은 Ejector를 이용하여 냉매를 냉각시키고 동시에 오염물질을 제거할 수 있는 설비를 만드는 데 있다. 더불어서 기존의 냉각공정에 사용되는 에너지 소모량에 대해서 본 발명에서 제안한 장비에서 사용하는 에너지의 소모량을 최소화하고자 한다.
또한, 본 발명의 부가적인 목적인 유/무기의 고형상 오염물질, 염분 또는 이온상 오염물질의 제거에 대하여 장치로 투입되는 폐수 또는 해수의 양으로부터 본 Ejector 장치에서 효과적으로 담수를 생성하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 1) 물, 이산화탄소, 프로판 등을 냉매로써 사용하기 위한 Ejector를 사용한 냉각 시스템의 구상, 2) 해당 냉각시스템에 적용을 위한 각기 냉매와 동일한 물질을 Motive Fluid로 사용하는 Ejector의 설계, 3) 상기 시스템에 대하여 수학적인 모델링을 기반으로 Ejector의 각 부분별 압력의 변화 추이를 판단함으로써 공정모사 프로그램에 적용 할 수 있는 기초적인 유체의 물성을 도출과 적용, 4) 일반적인 Refrigeration Cycle에 대하여 역시 공정모사 프로그램을 사용하여 소모 열량을 구함으로써 Ejector를 사용한 냉각 시스템과의 비교하는 단계를 포함하는, 개략적인 시스템의 설계 방법을 제안한다.
또한, 1) 과정에서 각각의 냉매가 원하는 온도까지 냉각이 되기 위해서 증발이 일어나야 하는 압력과 온도조건을 구하기 위하여 열역학적 평형을 응용한 Flash계산을 수행하고, 3) 과정에서 2)에서 제시되는 면적비를 가지는 Ejector에 대해서 1)에서 계산된 Entrainment Fluid의 양으로부터 Ejector 내부의 압력의 변화 추이를 Iteration을 통하여 구하는 과정을 포함한다.
본 발명은 상기의 방법에 의하여, a) 물을 냉매로써 냉각시키는 경우에 대하여 Motive Fluid로서 199kPa, 120의 스팀을 사용하여 30의 냉매로 사용될 물을 9~15℃의 범위로 냉각시키는 공정을, b) 이산화탄소를 냉매로써 냉각시키는 경우에 대하여 Motive Fluid로서 5000kPa, 350K의 고압 이산화탄소 기체를 사용하여 5000kPa, 283.15K의 액체 이산화탄소를 230K~270K의 범위로 냉각시키는 공정을, c) 프로판을 냉매로써 냉각시키는 경우에 대하여 Motive Fluid로서 1272kPa, 310K의 고압 프로판기체를 사용하여 2000kPa, 310K의 액체 프로판을 253K~283K의 범위로 냉각시키는 공정모사 결과를 예시로 제시한다.
본 발명은 두 가지 목적을 동시에 달성하기 위한 공정을 제시한다. 먼저 Ejector에 고압의 Motive Fluid를 활용하여 냉매가 흐르는 저압 용기(플래시 증발기)의 압력을 바꿈으로써 냉매의 증발을 촉진하여 냉매의 온도를 강하시킨다. 이 때, 냉매와 Motive Fluid는 동일한 종류의 물질을 사용함으로써 별도의 분리 공정이 필요 없고, 상대적으로 저렴한 스팀이나 이산화탄소, 프로판 등을 이용한 냉각 장치의 개발이라는데 의의가 있다. 또한, 오염물질이 들어있는 폐수나 해수에 대해서 냉각효과와 더불어서 동시에 담수를 만들어서 유용할 수 있다는 장점이 있다.
(도 1)은 본 발명에서 다루고 있는 여러 가지 기체를 Motive Fluid로써 Ejector를 사용하여 냉매를 냉각시키는 시스템에 대한 구조도 이다.
(도 2)는 (도 1)과 동일한 구조의 시스템에 대하여 공정모사 프로그램을 사용하여 나타낸 공정 흐름도 이다.
(도 3)은 스팀을 Motive Fluid로 사용하는 경우에 대해서 해수나 유/무기 고형상, 이온상 불순물이 혼합되어 있는 물로부터 물을 냉각시킴과 더불어 담수를 생산하는 시스템에 대한 구조도이다.
(도 4)는 (도 3)과 동일한 구조의 시스템에 대하여 공정모사 프로그램을 사용하여 나타낸 공정 흐름도 이다.
(도 5)는 해당 시스템에서 사용될 Ejector의 구조에 대하여 간략하게 단면도로 나타낸 것이다.
(도 6)은 동일한 냉각 효과를 얻기 위하여 통상적인 Refrigeration Cycle을 사용하는 경우에 소모되는 열량을 계산하기 위해서 설계한 Refrigeration Cycle이다.
(도 7)은 (도 6)과 동일한 구조의 시스템에 대하여 공정모사 프로그램을 사용하여 나타낸 공정 흐름도 이다.
(도 8)은 (도 1)에서 제시한 시스템에 대해서 Motive Fluid와 냉매 모두 이산화탄소를 사용한 경우에 대하여 Ejector의 면적비가 5인 경우에 대하여 Ejector에서 토출된 이산화탄소를 다시 Motive Fluid로 사용하기 위하여 소모되는 에너지와 기존 압축식 냉동 사이클에서 상기 Ejector 사이클과 동일한 효과를 얻기 위하여 소모되는 에너지를 나타낸 것이다.
(도 9)은 (도 1)에서 제시한 시스템에 대해서 Motive Fluid와 냉매 모두 프로판을 사용한 경우에 대하여 Ejector의 면적비가 4인 경우에 대하여 Ejector에서 토출된 프로판을 다시 Motive Fluid로 사용하기 위하여 소모되는 에너지와 기존 압축식 냉동 사이클에서 상기 Ejector 사이클과 동일한 효과를 얻기 위하여 소모되는 에너지를 나타낸 것이다.
(도 10)은 (도 1)에서 제시한 시스템에 대해서 Motive Fluid와 냉매 모두 물을 사용한 경우에 대해 Ejector의 면적비가 60인 경우에 대하여 Ejector에서 토출된 유체를 다시 Motive Fluid로 사용하기 위하여 소모되는 에너지와 기존 압축식 냉동 사이클에서 냉매를 프로판으로 하여, 상기 Ejector 사이클과 동일한 효과를 얻기 위하여 소모되는 에너지를 나타낸 것이다.
(도 11)은 (도 3)에서 제시한 시스템에 대해서 Motive Fluid와 냉매 모두 물을 사용한 경우에 대해 Ejector의 면적비가 60인 경우에 대하여 Ejector에서 토출된 유체를 KO Drum을 거쳐서 응결 수분을 제거한 후, 다시 Motive Fluid로 사용하기 위하여 소모되는 에너지와 기존 압축식 냉동 사이클에서 냉매를 프로판으로 하여, 상기 Ejector 사이클과 동일한 효과를 얻기 위하여 소모되는 에너지를 나타낸 것이다.
(도 12)는 (도 8)에 대하여 제시한 조건에 따른 Ejector 내부의 압력 변화의 추이, Flash Vaporizer의 압력과 냉매의 온도를 나타낸 것이다.
(도 13)은 (도 9)에 대하여 제시한 조건에 따른 Ejector 내부의 압력 변화의 추이, Flash Vaporizer의 압력과 냉매의 온도를 나타낸 것이다.
(도 14)는 (도 10)에 대하여 제시한 조건에 따른 Ejector 내부의 압력 변화의 추이, Flash Vaporizer의 압력과 냉매의 온도를 나타낸 것이다.
(도 15)는 (도 11)에 대하여 제시한 조건에 대하여 생성되는 담수의 양을 나타낸 것이다.
별도의 정의가 없는 한, 본 명세서에서 사용한 모든 기술적인 요소 및 과학적인 용어들은 해당 기술과 관련된 분야에 종사하는 모든 전문가들에 대해서 일반적으로 통용되는 의미를 가진다.
본 발명은 이젝터(Ejector)에 고온, 고압의 유체를 Motive Fluid로써 사용하여, Ejector에 연결되어 있는 플래시 증발기(Flash Vaporizer)로부터 해당 장치 내 압력 강하를 유도하여 증발이 대기압에 비하여 훨씬 낮은 온도에서 일어나도록 함으로써, Flash Vaporizer로 유입되는 냉매에 대하여 냉매가 잃은 증발열만큼 온도가 강하되는 원리를 이용한 것이다.
또한, 본 발명은 상기에 제시한 냉동 목적 이외에도 Motive Fluid와 Entrained Fluid(플래시 증발기에서 증발되어 이젝터로 유입되는 유체)가 둘 다 물인 경우에 대해서 Ejector의 토출구에서 나오는 유체의 상태가 완전한 증기상태가 아님에 착안하여 해당 유체에 존재하는 Mist 상태와 유사한 Droplet을 따로 모을 수 있는 KO 드럼(Drum)을 추가로 설치하여 순수한 물을 얻는 부가적인 효과 역시 얻을 수 있다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 이젝터 냉동 사이클은 압축기 또는 가열기(41), 이젝터(31), 분기부(71), 플래시 증발기(51)를 포함한다.
압축기 또는 가열기(41)는 기상의 Motive Fluid를 가압하고 가열하여 상기 이젝터로 고온 고압의 기체를 제공한다.
상기 이젝터(31)는 상기 고온, 고압의 Motive Fluid가 주입되고, Motive Fluid의 팽창으로 내부 압력이 급격히 감압되어 플래시 증발기에 감압을 일으켜서 냉매를 증발시키고 이를 흡입하는 흡입구(311)를 구비한다. 상기 이젝터의 구조에 대해서는 후술한다.
상기 플래시 증발기는 액체 상태의 냉매가 유입되는 유입부(511), 증발된 냉매가 이젝트로 배출되는 연결부(512), 증발되지 못한 상기 냉매가 배출되는 배출부(513)를 구비하고, 상기 이젝터 내부의 감압 작용에 의해 상기 유입된 냉매의 일부가 증발한다.
본 발명의 냉동 사이클은 상기 이젝터(31) 내부의 석션 챔버(Suction Chamber)(304) 압력이 상기 플래시 증발기 압력보다 낮고, 상기 이젝터(31)는 내부에서 유체의 급격한 감압에 따른 Mist의 발생에 대하여 Mist가 유체의 흐름을 방해하지 않고 유체의 진행방향으로 함께 진행한다.
상기 이젝터 내부의 감압의 의해 상기 증발기(51)에 유입된 냉매가 증발되고, 상기 증발된 냉매는 연결부(512)와 흡입구(311)을 통해 이젝터로 유입된다.
상기 motive 유체는 이젝터와 압축기를 순환하여 압축과 팽착을 반복한다. 즉, 상기 motive 유체는 압축기에 의해 고온 고압의 흐름(110)으로 이젝터(310)에 유입되고, 유입된 이젝터에서 팽창되어 저온 저압 흐름(111)으로 배출된다. 이때, 상기 저온 저압 흐름(111)에는 상기 플래시 증발기에서 유입된 증발 냉매(213) 흐름이 합류된다. 상기 저온 저압 흐름(111)은 상기 분기장치(71)에서 분기되어 압축기(41)로 순환되는 Motive 유체 흐름(113)과 배출 흐름(112)로 나뉜다.
한편, 또 다른 유체 흐름인 냉매는 플래시 증발기(51)로 유입된다. 즉, 냉매는 액체 상태로 유입되어(210) 플래시 증발기로 주입된다.
상기 액체 상태의 냉매는 미세 액체 입자(mist) 상태나 판형의 흐름으로 증발기에 주입될 수 있다. 상기 증발기(51) 입구측에 분무노즐을 포함한 분무장치를 설치할 수 있으며, 또는 증발기 입구측에 판형의 냉매 흐름을 유도할 수 있는 냉매 커튼 장치를 설치할 수 있다.
상기 냉매는 증발기(510)에서 일부가 증발되어 이젝터로 유입되고(213 흐름), 나머지 일부는 온도가 떨어져 배출된다(212 흐름).
본 발명은 상기 Motive Fluid와 냉매가 동일한 물질을 사용할 수 있다.
상기 Motive Fluid와 냉매가 모두 이산화탄소인 경우, 상기 이젝터에 투입되는 기체상태의 이산화탄소의 압력은 10 - 73bars이고 온도는 250K - 350K일 수 있다. 이 경우, 상기 이젝터의 Motive fluid 노즐 목의 면적과 Diffuser 목의 면적비가 1-10일 수 있다.
한편, 상기 Motive Fluid와 냉매가 모두 프로판인 경우, 상기 이젝터에 투입되는 기체상태의 프로판 압력은 5bar 내지 42bar이고, 온도는 270K - 350K일 수 있다. 이 경우, 상기 이젝터의 Motive fluid 노즐 목의 면적과 Diffuser 목의 면적비가 1- 10일 수 있다.
상기 Motive Fluid와 냉매는 물(스팀도 포함)인 경우, 상기 이젝터에 투입되는 Motive Fluid는 포화 스팀이나 과열증기 (LP, MP, HP)일 수 있다. 상기 이젝터의 Motive fluid 노즐 목의 면적과 Diffuser 목의 면적비가 50-100일 수 있다.
상기 냉매는 표면적이 넓은 분무 또는 판형의 흐름으로 상기 플래시 증발기에 유입될 수있다. 분무 또는 판형 흐름의 주입으로 냉매가 증발기에서 상대적으로 빠르게 증발될 수 있다.
한편, 본 발명에서는 플래시 증발기로 들어가는 냉매로써 해수를 사용할 수 있다. Motive Fluid로서 물(스팀 포함)을 사용하는 경우, 상기 장치는 담수화 장치로 사용될 수 있다.
이 경우, 상기 Ejector는 일종의 진공펌프(Vacuum Pump)로 사용된다. 상기 담수화 장치는 바닷물에 용존하고 있는 나트륨이온(Na+) 또는 마그네슘 이온(Mg2+)등의 이온 등을 제외한 순수한 물만을 증발시켜 담수로 바꿀 수 있다.
본 발명의 담수화 장치는 압축기, 이젝터, 분기장치, 물 회수부, 증발기를 포함한다. 본 발명의 담수화 장치는 앞에서 상술한 냉동 사이클을 참조할 수 있다. 상기 물회수부는 상기 분기장치에서 배출되는 유체를 냉각 또는 응축시켜 담수를 회수한다.
상기 장치는 상기 플래시 증발기 전단에 해수를 가열하는 가열부를 포함할 수 있다. 상기 가열부를 이용하여 고온의 해수를 증발기에 투입할 수 있다. 한편, 분기장치 전단에 KO 드럼을 설치하여 KO 드럼으로부터 담수를 수득할 수 있다. 그 결과 저온의 해수에 비해서 더 적은 양의 Motive Steam의 양으로 더 많은 양의 담수를 얻을 수 있다. 본 발명의 담수화 장치는 역 삼투(Reverse Osmosis)를 활용한 기존의 대규모 담수화 설비보다는 Utility Plant로서의 중/소규모 담수화 설비에 Compressor를 사용한 설비와 같은 용도로 사용될 수 있다.
한편, 플래시 증발기로 들어가는 냉매로써 공장 또는 발전소의 폐 열수를 사용하여 저온의 폐열수를 얻고, KO 드럼으로부터 담수를 얻어낼 수 있다.
한편, 플래시 증발기로 들어가는 냉매로서 유/무기 부유물질 또는 고형물질이 섞여있는 폐수를 사용하여 폐수를 냉각시킴과 동시에 농축시키고, 부유물질 혹은 고형물질이 제거된 물을 얻어낼 수 있다.
본 발명의 장치는 산업용 혹은 일반적인 폐수에 녹아 있는 소량의 유기물도 Ejector를 이용하여 정수처리를 할 수 있는 잠재력을 지니고 있다.
도 1 내지 도 5를 기반으로 본 시스템을 구간별로 설명하자면 다음과 같다. 고온, 고압의 motive 기체(110)는 Ejector(31)의 Motive Nozzle(300)로 유입된다. 이 Motive Nozzle을 통과한 압력이 낮아진 기체는 Ejector 내부의 석션 챔버(Suction Chamber)(304)로 유입되게 되는데 이 때 Suction Chamber의 내부 압력은 플래시 증발기(Flash Vaporizer)(51)보다 낮기 때문에 Entrained Fluid(213)의 유입 역시 일어난다.
Ejector 내부에서 혼합된 이 혼합유체(Motive Fluid와 Entrained Fluid)는 Ejector의 Diffuser(306)를 통해서 토출되고, 이 토출된 유체 흐름(111)은 분기장치(71)를 거치면서 Motive Fluid로써 재활용 될 유체(113)와 냉매로써 재활용 되거나 배기될 유체(112)로 나뉜다. Motive Fluid로써 재활용 될 유체(113)의 경우 초기의 Motive Fluid(110)와 동일한 조건으로 다시 Ejector로 투입된다. 이 유체(113)의 경우 Motive Fluid에 비하여 저온, 저압이며 경우에 따라서는 Mist를 포함하고 있기 때문에 별도의 열 교환기, 압축기 혹은 가열기 등(41)을 통하여 초기 Motive Fluid(110)의 물성으로 원상 복귀된다. 이 때, 열 교환기, 압축기 혹은 가열기에서 소모되는 에너지의 흐름 및 양은 에너지 흐름(91)로서 표기한다.
한편, 초기 액체상태의 냉매(210) 흐름은 흐름조절장치(61) 거쳐서 투입흐름(211)으로서 Flash Vaporizer(51)로 투입된다. 해당 장치는 연결된 Ejector에 의해서 저압으로 유지되고 있기 때문에 끓는 점이 내려가게 되고 따라서 투입된 흐름(211)의 일부는 끓어서 Entrainment Fluid(213)으로써 Ejector로 유입되고 나머지는 냉각된 액체(212)로써 해당 냉매가 필요한 곳으로 보내진다. 이 때 Entrainment Fluid(213)의 양과 엔탈피 사이의 관계는 다음과 같다.
Figure 112015082349130-pat00001
따라서 원하는 온도 T 가 주어지면 Entrained Fluid의 양 me 그리고 사용될 냉매의 양 ml을 알 수 있다.
한편, Ejector 내부에 유체 상태에 대해서는 (도 5)를 기반으로 설명할 수 있다. Motive Nozzle(300)으로 들어온 Motive Fluid는 Motive Nozzle(300) 목(302)를 지나고 팽창부(303)를 지나면서 압력이 떨어지고 속력이 증가한 채로 Suction Chamber(304)로 유입된다. 해당 부분의 압력이 Flash Vaporizer보다 낮기 때문에 연결부(301)를 통해서 Entrained Fluid가 유입되고 혼합된다. 혼합된 유체는 Ejector의 Diffuser의 목(305)을 통하면서 유체의 속도가 급격히 줄어들게 되고 약간 압력이 올라간 상태로 Diffuser(306)로 토출된 후 분기 장치로 향하게 된다. 본 발명에서는 더 구체적으로, Motive Fluid와 Entrained Fluid, 각 부분의 압력과 면적 비를 알기 위하여 논문 'Evaluation of Steam Jet Ejector, (El-Dessouky et al. Chemical Engineering and Processing, 2002, 41, 551-561)'에 나온 모델식을 사용하였다.
(도 3)와 같이 (도 1)의 구조에 대하여 KO 드럼(Drum)(72)를 설치한 경우에 대하여 해당 시스템을 구간 별로 설명하자면 다음과 같다. 고온, 고압의 스팀(120)은 (도 1)에서 제시한 Ejector(31)과 동일한 구조의 Ejector로 유입된다. (도 1)에서 제시한 것과 동일한 효과에 의하여 Ejector(32)로 흡수된 Entrained Fluid(223)은 Ejector(32)에서 Motive Fluid(120)과 혼합된다. 이 때, Ejector로부터 토출된 흐름(121)은 완전한 기체상태가 아니라 Mist 상태의 수분을 포함한 흐름이다. 따라서 이 수분을 제거하기 위해서 이 시스템은 KO Drum(72)을 설치한다. 해당 장치에 의하여 투입되는 흐름(121)은 수증기는 분기장치로 통하는 흐름(123)과 액체상태의 순수한 담수의 흐름(122)로 나뉘게 된다. 분기장치로 흐르는 흐름(123)중 일부 흐름(125)은 Motive Fluid로써 재활용 되기 위하여 열 교환기, 압축기, 혹은 가열기(42)로 보내지고 나머지 흐름은 냉매로써 재활용되거나 배기되는 흐름(124)이 된다. Motive Fluid로 재사용하기 위한 흐름(125)는 Motive Fluid(120)에 비하여 저온, 저압상태 이므로 열 교환기, 압축기, 혹은 가열기(42)를 이용하여 Motive Fluid(120)과 같은 상태로 재생성 된다. 이 때, 소모되는 열량은 에너지 흐름(92)로써 (도 3)에 표기한다.
본 발명은 제시한 냉동 사이클에 대하여 기존 압축식 냉동사이클(도 6)을 사용하여 동일한 수준의 냉동 효과를 얻었을 때에 대하여 대조 군으로써 비교하였다. (도 6)에서 흐름(130)은 포화 액체 상태인 냉매의 흐름이고, 밸브(63)은 조름밸브이다. 흐름 (130)은 밸브(63)을 통과하면서 조름 팽창되어 흐름(131)이 되고, 흐름 (131)은 증발기(44)를 통하여 포화 증기(132) 흐름이 된다. 이 때, 증발기(44)는 열 교환기(45)와 같이 연동되어 냉동하고자 하는 냉매의 흐름(230)을 저온의 냉매의 흐름(231)로 낮춰주는 효과를 낸다. 증발기(44)와 열 교환기(45) 사이에 흐르는 열량은 에너지 흐름(95)로 표시하였다. 포화 증기흐름(132)는 압축기(83)에 투입되어 고온, 고압의 흐름(133)으로 방출되며, 압축기(83)에서 소모되는 일의 양은 에너지 흐름(93)으로 표기하였다. 고온, 고압의 냉매 흐름(133)은 응축기(43)를 거쳐서 다시 포화 액체흐름(130)이 된다. 이 때, 압축기의 Efficiency 는 0.75이다.
[실시예]
이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 할 수 있다. 제시하는 실시 예는 본 발명에 대한 이해를 돕고 가능성을 제시하기 위한 것으로 추후에 발명될 모든 종류의 관련 발명에 대하여 유사한 방법으로 적용 가능함은 관련 전공을 가진 전문가에게 있어서 자명한 사실일 것이다.
[실시 예 1: Ejector를 사용한 이산화탄소 냉각 사이클]
본 발명의 실시 예에 따른 Ejector를 사용한 이산화탄소 냉각 사이클에 대한 도면을 (도 1)에 도시하였다. 상기 실시 예에서는 이산화탄소의 임계압력과 임계온도가 각각 73.77 bar, 30.98 인 점을 감안하여 해당 임계압력보다 낮은 압력에서 설계를 실시하였다. Motive Fluid는 약 100kg/s의 질량유속으로 압력은 50bar, 온도는 350K의 과열된 기체로 Ejector로 투입된다.
또한, 해당 시스템으로 투입되는 냉매인 액체 이산화탄소는 100kg/s의 질량유속으로 압력은 50bar, 온도는 283.15K의 조건으로 투입된다. 투입된 액체 이산화탄소는 Motive Fluid에 의하여 구동하고 있는 Ejector에 의하여 특정한 저압(Pe)의 조건에 있는 Flash Vaporizer에서 me의 질량만큼 증발하고 동시에 나머지 액체를 냉각시킨다. Entrainment의 질량유속 me는 상기에 명시한대로 엔탈피에 의한 관계식으로부터 도출될 수 있다. 본 실시 예에서는 이 온도를 230K 부터 270K까지 약 5K 간격으로 도출하였다.
한편, 상기 제시한 Ejector의 구조에 대한 모델식을 사용하여 해당 냉매의 증발 온도와 Motive Fluid, Entrainment Fluid의 조건으로부터 (도 5)에 제시한 Ejector의 구조에 대하여 각각 부분별로 유체의 압력을 구할 수 있다. 이 때, Motive Nozzle[300]과 Entrainment가 유입되는 부분[301]에서의 Isentropic Efficiency는 약 0.95로 가정하였다. 또한, Ejector Diffuser에서의 Isentropic Efficiency는 약 0.85로 가정하였다. 이 때, 해당 모델식에서 얻어질 수 있는 Ejector의 구조에 대하여 Motive Nozzle의 목[302]의 면적과 Diffuser Nozzle의 목[305]의 면적의 비는 5로 고정 하고 내부의 압력을 도출하였다. 상기의 제시된 가정과 방법에 의하여 일정한 조건과 질량유속에 대하여 냉매의 증발량과 온도 및 압력, Ejector 내부에서의 압력 변화의 추이를 (도 12)에 제시하였다.
Ejector에서 토출된 이산화탄소의 분기조건은 Motive Fluid로써 투입된 이산화탄소의 양과 Entrained Fluid의 양으로 나뉘게 되며, 따라서 Motive Fluid는 100kg/s의 일정한 양이 순환하게 된다. 분기점에서 Motive Fluid로써 재활용 될 이산화탄소의 경우 Motive Fluid에 비하여 저온, 저압이기 때문에 열 교환기, 압축기 또는 가열기에 의하여 고온, 고압조건이 되어 재사용 된다. 이 때 열 교환기, 압축기 또는 가열기에 의하여 소모되는 에너지의 양은 화학공정모사 프로그램인 ASPEN PLUSTM (7.3버전)에 의하여 계산되었으며, (도 8)에 제시되어있다. 또한, ASPEN PLUSTM (7.3버전)에 의하여 모사될 Ejector 냉각 사이클의 구조는 (도 2)에 제시되어있다.
(도 2)에서 Motive Nozzle은 (도 5)의 [300], (도 2)에서 Entrainment Fluid가 들어오는 곳은 (도 5)의 [301], (도 2)에서 두 흐름이 혼합되는 곳은 (도 5)의 [304], (도 2)에서 흐름의 변화에 대하여 급격한 압력변화가 일어나는 곳(PIPE)은 (도 5)의 [305], (도 2)의 Diffuser에 해당하는 곳은 (도 5)의 [306]에 각각 해당된다. 따라서 모델식을 사용하여 각각의 압력의 변화의 추이를 구하면 ASPEN PLUSTM (7.3버전)을 사용하여 흐름의 엔탈피 변화를 구할 수 있다.
한편, 이 냉각 사이클에 대하여 대조군으로서 활용한 압축식 냉각 사이클(도 6)에 대한 설명은 다음과 같다. 해당 시스템에서 냉매는 이산화탄소를 사용하였으며, 상기에서 언급한 Ejector 냉각 사이클과 동일하게 냉매의 조건은 임계점을 넘지 않는 조건에서 구동된다. 또한 냉각 사이클의 증발기[44, 45]에서 일어나는 열 전달[95]에 대하여 열 전달이 일어나는 최소 온도 차는 10로 가정하였으며, 냉매의 유량[230]은 상기 Ejector 냉각 사이클에 대하여 유용할 수 있는 냉매의 양 ml과 동일하다고 가정하였다. 또한, 포화상태의 기체[130]의 온도는 20로 가정하였다. 압축식 냉동 사이클 역시 ASPEN PLUSTM (7.3버전)과 유사한 공정모사 프로그램인 ASPEN HYSYSTM를 같이 활용하여 압축기[83]에서 소모되는 전력량[93]을 구할 수 있다. 소모되는 전력량의 추이는 (도 8)에 함께 제시되어있다.
[실시 예 2: Ejector를 사용한 프로판 냉각 사이클]
본 발명의 실시 예에 따른 Ejector를 사용한 프로판 냉각 사이클에 대한 도면을 (도 1)에 도시하였다. 상기 실시 예에서는 Motive Fluid는 약 100kg/s의 질량유속으로 압력은 12.72bar, 온도는 310K의 포화 기체로 Ejector로 투입된다.
또한, 해당 시스템으로 투입되는 냉매인 액체 프로판은 100kg/s의 질량유속으로 압력은 20bar, 온도는 310K의 조건으로 투입된다. 투입된 액체 프로판은 Motive Fluid에 의하여 구동하고 있는 Ejector에 의하여 특정한 저압(Pe)의 조건에 있는 Flash Vaporizer에서 me의 질량만큼 증발하고 동시에 나머지 액체를 냉각시킨다. Entrainment의 질량유속 me는 상기에 명시한대로 엔탈피에 의한 관계식으로부터 도출될 수 있다. 본 실시 예에서는 이 온도를 253K 부터 283K까지 약 3K 간격으로 도출하였다.
한편, [실시 예1]과 동일하게, 상기 제시한 Ejector의 구조에 대한 모델식을 사용하여 해당 냉매의 증발 온도와 Motive Fluid, Entrainment Fluid의 조건으로부터 (도 5)에 제시한 Ejector의 구조에 대하여 각각 부분별로 유체의 압력을 구할 수 있다. 이 때, Motive Nozzle[300]과 Entrainment가 유입되는 부분[301]에서의 Isentropic Efficiency는 약 0.95로 가정하였다. 또한, Ejector Diffuser에서의 Isentropic Efficiency는 약 0.85로 가정하였다. 이 때, 해당 모델식에서 얻어질 수 있는 Ejector의 구조에 대하여 Motive Nozzle의 목[302]의 면적과 Diffuser Nozzle의 목[305]의 면적의 비는 4로 고정 하고 내부의 압력을 도출하였다. 상기의 제시된 가정과 방법에 의하여 일정한 조건과 질량유속에 대하여 냉매의 증발량과 온도 및 압력, Ejector 내부에서의 압력 변화의 추이를 (도 13)에 제시하였다.
Ejector에서 토출된 프로판의 분기조건은 Motive Fluid로써 투입된 프로판의 양과 Entrained Fluid의 양으로 나뉘게 되며, 따라서 Motive Fluid는 100kg/s의 일정한 양이 순환하게 된다. 분기점에서 Motive Fluid로써 재활용 될 프로판의 경우 Motive Fluid에 비하여 저온, 저압이기 때문에 열 교환기, 압축기 또는 가열기에 의하여 고온, 고압조건이 되어 재사용 된다. 이 때 열 교환기, 압축기 또는 가열기에 의하여 소모되는 에너지의 양은 화학공정모사 프로그램인 ASPEN PLUSTM (7.3버전)에 의하여 계산되었으며, (도 9)에 제시되어있다. 또한, ASPEN PLUSTM (7.3버전)에 의하여 모사될 Ejector 냉각 사이클의 구조는 (도 2)에 제시되어있다.
(도 2)에서 Motive Nozzle은 (도 5)의 [300], (도 2)에서 Entrainment Fluid가 들어오는 곳은 (도 5)의 [301], (도 2)에서 두 흐름이 혼합되는 곳은 (도 5)의 [304], (도 2)에서 흐름의 변화에 대하여 급격한 압력변화가 일어나는 곳(PIPE)은 (도 5)의 [305], (도 2)의 Diffuser에 해당하는 곳은 (도 5)의 [306]에 각각 해당된다. 따라서 모델식을 사용하여 각각의 압력의 변화의 추이를 구하면 ASPEN PLUSTM (7.3버전)을 사용하여 흐름의 엔탈피 변화를 구할 수 있다.
한편, [실시 예1]과 마찬가지로 이 냉각 사이클에 대하여 대조군으로서 활용한 압축식 냉각 사이클(도 6)에 대한 설명은 다음과 같다. 해당 시스템에서 냉매는 프로판을 사용한다. 또한 냉각 사이클의 증발기[44, 45]에서 일어나는 열 전달[95]에 대하여 열 전달이 일어나는 최소 온도 차는 10로 가정하였으며, 냉매의 유량[230]은 상기 Ejector 냉각 사이클에 대하여 유용할 수 있는 냉매의 양 ml과 동일하다고 가정하였다. 또한, 포화상태의 기체[130]의 온도는 50로 가정하였다. 압축식 냉동 사이클 역시 ASPEN PLUSTM (7.3버전)과 유사한 공정모사 프로그램인 ASPEN HYSYSTM를 같이 활용하여 압축기[83]에서 소모되는 전력량[93]을 구할 수 있다. 소모되는 전력량의 추이는 (도 8)에 함께 제시되어있다.
[실시 예 3: Ejector를 사용한 물 냉각 사이클]
본 발명의 실시 예에 따른 Ejector를 사용한 물 냉각 사이클에 대한 도면을 (도 1)에 도시하였다. Motive Fluid는 약 10kg/s의 질량유속으로 압력은 1.99bar, 온도는 120인 포화 스팀으로 Ejector로 투입된다.
또한, 해당 시스템으로 투입되는 냉매인 물은 100kg/s의 질량유속으로 압력은 5bar, 온도는 30의 조건으로 투입된다. 투입된 물은 Motive Fluid에 의하여 구동하고 있는 Ejector에 의하여 특정한 저압(Pe)의 조건에 있는 Flash Vaporizer에서 me의 질량만큼 증발하고 동시에 나머지 액체를 냉각시킨다. Entrainment의 질량유속 me는 상기에 명시한대로 엔탈피에 의한 관계식으로부터 도출될 수 있다. 본 실시 예에서는 이 온도를 9부터 15까지 약 1 간격으로 도출하였다.
한편, 상기 제시한 Ejector의 구조에 대한 모델식을 사용하여 해당 냉매의 증발 온도와 Motive Fluid, Entrainment Fluid의 조건으로부터 (도 5)에 제시한 Ejector의 구조에 대하여 각각 부분별로 유체의 압력을 구할 수 있다. 이 때, Motive Nozzle[300]과 Entrainment가 유입되는 부분[301]에서의 Isentropic Efficiency는 약 0.95로 가정하였다. 또한, Ejector Diffuser에서의 Isentropic Efficiency는 약 0.85로 가정하였다. 이 때, 해당 모델식에서 얻어질 수 있는 Ejector의 구조에 대하여 Motive Nozzle의 목[302]의 면적과 Diffuser Nozzle의 목[305]의 면적의 비는 60으로 고정 하고 내부의 압력을 도출하였다. 상기의 제시된 가정과 방법에 의하여 일정한 조건과 질량유속에 대하여 냉매의 증발량과 온도 및 압력, Ejector 내부에서의 압력 변화의 추이를 (도 14)에 제시하였다.
Ejector에서 토출된 수증기의 분기조건은 Motive Fluid로써 투입된 스팀의 양과 Entrained Fluid의 양으로 나뉘게 되며, 따라서 Motive Fluid는 10kg/s의 일정한 양이 순환하게 된다. 분기점에서 Motive Fluid로써 재활용 될 수증기의 경우 Motive Fluid에 비하여 저온, 저압이기 때문에 열 교환기, 압축기 또는 가열기에 의하여 고온, 고압의 스팀이 되어 재사용 된다. 이 때 열 교환기, 압축기 또는 가열기에 의하여 소모되는 에너지의 양은 화학공정모사 프로그램인 ASPEN PLUSTM (7.3버전)에 의하여 계산되었으며, (도 10)에 제시되어있다. 또한, ASPEN PLUSTM (7.3버전)에 의하여 모사될 Ejector 냉각 사이클의 구조는 (도 2)에 제시되어있다.
(도 2)에서 Motive Nozzle은 (도 5)의 [300], (도 2)에서 Entrainment Fluid가 들어오는 곳은 (도 5)의 [301], (도 2)에서 두 흐름이 혼합되는 곳은 (도 5)의 [304], (도 2)에서 흐름의 변화에 대하여 급격한 압력변화가 일어나는 곳(PIPE)은 (도 5)의 [305], (도 2)의 Diffuser에 해당하는 곳은 (도 5)의 [306]에 각각 해당된다. 따라서 모델식을 사용하여 각각의 압력의 변화의 추이를 구하면 ASPEN PLUSTM (7.3버전)을 사용하여 흐름의 엔탈피 변화를 구할 수 있다.
한편, 이 냉각 사이클에 대하여 대조군으로서 활용한 압축식 냉각 사이클(도 6)에 대한 설명은 다음과 같다. 해당 시스템에서 냉매는 프로판을 사용하였다. 또한 냉각 사이클의 증발기[44, 45]에서 일어나는 열 전달[95]에 대하여 열 전달이 일어나는 최소 온도 차는 10로 가정하였으며, 냉매의 유량[230]은 상기 Ejector 냉각 사이클에 대하여 유용할 수 있는 냉매의 양 ml과 동일하다고 가정하였다. 또한, 포화상태의 기체[130]의 온도는 50로 가정하였다. 압축식 냉동 사이클 역시 ASPEN PLUSTM (7.3버전)과 유사한 공정모사 프로그램인 ASPEN HYSYSTM를 같이 활용하여 압축기[83]에서 소모되는 전력량[93]을 구할 수 있다. 소모되는 전력량의 추이는 (도 10)에 함께 제시되어있다.
[실시 예 4: 부가적인 담수를 얻을 수 있는 물 냉각 사이클]
본 장치는 담수화 장치로 사용될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 Ejector를 사용한 물 냉각 사이클에 대한 도면을 (도 3)에 도시하였다. Motive Fluid는 약 10kg/s의 질량유속으로 압력은 1.99bar, 온도는 120인 포화 스팀으로 Ejector로 투입된다.
또한, 해당 시스템으로 투입되는 냉매인 물은 100kg/s의 질량유속으로 압력은 5bar, 온도는 30의 조건으로 투입된다. 투입된 물은 Motive Fluid에 의하여 구동하고 있는 Ejector에 의하여 특정한 저압(Pe)의 조건에 있는 Flash Vaporizer에서 me의 질량만큼 증발하고 동시에 나머지 액체를 냉각시킨다. Entrainment의 질량유속 me는 상기에 명시한대로 엔탈피에 의한 관계식으로부터 도출될 수 있다. 본 실시 예에서는 이 온도를 9부터 15까지 약 1 간격으로 도출하였다.
한편, 상기 제시한 Ejector의 구조에 대한 모델식을 사용하여 해당 냉매의 증발 온도와 Motive Fluid, Entrainment Fluid의 조건으로부터 (도 5)에 제시한 Ejector의 구조에 대하여 각각 부분별로 유체의 압력을 구할 수 있다. 이 때, Motive Nozzle[300]과 Entrainment가 유입되는 부분[301]에서의 Isentropic Efficiency는 약 0.95로 가정하였다. 또한, Ejector Diffuser에서의 Isentropic Efficiency는 약 0.85로 가정하였다. 이 때, 해당 모델식에서 얻어질 수 있는 Ejector의 구조에 대하여 Motive Nozzle의 목[302]의 면적과 Diffuser Nozzle의 목[305]의 면적의 비는 60으로 고정 하고 내부의 압력을 도출하였다. 상기의 제시된 가정과 방법에 의하여 일정한 조건과 질량유속에 대하여 냉매의 증발량과 온도 및 압력, Ejector 내부에서의 압력 변화의 추이를 (도 14)에 제시하였다.
Ejector에서 토출된 수증기는 포화증기나 과열증기가 아닌 Droplet이 섞여있는 상태의 흐름이다. 그렇기 때문에 KO Drum[72]을 설치하여 액화되어 있는 상태를 따로 제거[122]해주고 나머지의 포화 수증기[123]를 분기점으로 보낸다. 이 때, 생성되는 담수의 양은 (도 15)에 제시되어있다. 여기서 분기조건은 Motive Fluid와 동일한 양의 수증기의 흐름과 냉매로써 재사용 혹은 배기하게 될 수증기의 흐름으로 나뉜다. 따라서 Motive Fluid는 10kg/s의 일정한 양이 순환하게 된다. 분기점에서 Motive Fluid로써 재활용 될 수증기의 경우 Motive Fluid에 비하여 저온, 저압이기 때문에 열 교환기, 압축기 또는 가열기에 의하여 고온, 고압의 스팀이 되어 재사용 된다. 이 때 열 교환기, 압축기 또는 가열기에 의하여 소모되는 에너지의 양은 화학공정모사 프로그램인 ASPEN PLUSTM (7.3버전)에 의하여 계산되었으며, (도 11)에 제시되어있다. 또한, ASPEN PLUSTM (7.3버전)에 의하여 모사될 Ejector 냉각 사이클의 구조는 (도 4)에 제시되어있다.
(도 4)에서 Motive Nozzle은 (도 5)의 [300], (도 4)에서 Entrainment Fluid가 들어오는 곳은 (도 5)의 [301], (도 4)에서 두 흐름이 혼합되는 곳은 (도 5)의 [304], (도 4)에서 흐름의 변화에 대하여 급격한 압력변화가 일어나는 곳(PIPE)은 (도 5)의 [305], (도 4)의 Diffuser에 해당하는 곳은 (도 5)의 [306]에 각각 해당된다. 따라서 모델식을 사용하여 각각의 압력의 변화의 추이를 구하면 ASPEN PLUSTM (7.3버전)을 사용하여 흐름의 엔탈피 변화를 구할 수 있다.
한편, 이 냉각 사이클에 대하여 대조군으로서 활용한 압축식 냉각 사이클(도 6)에 대한 설명은 다음과 같다. 해당 시스템에서 냉매는 프로판을 사용하였다. 또한 냉각 사이클의 증발기[44, 45]에서 일어나는 열 전달[95]에 대하여 열 전달이 일어나는 최소 온도 차는 10로 가정하였으며, 냉매의 유량[230]은 상기 Ejector 냉각 사이클에 대하여 유용할 수 있는 냉매의 양 ml과 동일하다고 가정하였다. 또한, 포화상태의 기체[130]의 온도는 50로 가정하였다. 압축식 냉동 사이클 역시 ASPEN PLUSTM (7.3버전)과 유사한 공정모사 프로그램인 ASPEN HYSYSTM를 같이 활용하여 압축기[83]에서 소모되는 전력량[93]을 구할 수 있다. 소모되는 전력량의 추이는 (도 11)에 함께 제시되어있다.

Claims (15)

  1. 기상의 Motive Fluid를 가압하고 가열하는 압축기 또는 가열기;
    상기 압축기 또는 가열기로부터 토출된 고온, 고압의 Motive Fluid가 주입되고, Motive Fluid의 팽창으로 내부 압력이 감압되어 플래시 증발기에 감압을 일으켜서 냉매를 증발시키고 이를 흡입하는 흡입구를 구비하는 이젝터(Ejector);
    상기 이젝터(Ejector)로부터 토출된 유체의 일부를 배기하고 나머지 유체를 Motive Fluid로서 사용 가능하도록 상기 압축기 또는 가열기로 보내는 분기장치;
    액체 상태의 냉매가 유입되는 유입부, 증발된 냉매가 이젝트로 배출되는 연결부를 구비하고, 상기 이젝터 내부의 감압 작용에 의해 상기 유입된 냉매의 일부가 증발하는 플래시 증발기(Flash Vaporizer)를 포함하되,
    상기 이젝터 내부의 석션 챔버(Suction Chamber) 압력은 상기 플래시 증발기 압력보다 낮고, 상기 이젝터는 감압에 따른 Mist의 발생에 대하여 Mist가 유체의 흐름을 방해하지 않고 유체의 진행방향으로 함께 진행하고,
    상기 분기장치는,
    냉매로 재활용 되도록 상기 이젝터로부터 토출된 유체의 일부를 배기하며,
    상기 플래시 증발기는,
    증발되지 못한 상기 냉매가 배출되는 배출부를 더 구비하는 이젝터 타입 냉동 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 Motive Fluid와 냉매가 동일한 물질인 것을 특징으로 하는 이젝터 타입 냉동 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 Motive Fluid와 냉매는 이산화탄소이고, 상기 이젝터에 투입되는 기체상태의 이산화탄소의 압력은 10 - 73bars이고 온도는 250K - 350K인 것을 특징으로 하는 이젝터 타입 냉동 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 이젝터의 Motive fluid 노즐 목의 면적과 Diffuser 목의 면적비가 1 에서 10인 것을 특징으로 하는 이젝터 타입 냉동 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 Motive Fluid와 냉매는 프로판이고, 상기 이젝터에 투입되는 기체상태의 프로판 압력은 5bar 내지 42bar이고, 온도는 270K - 350K인 것을 특징으로 하는 이젝터 타입 냉동 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 이젝터의 Motive fluid 노즐 목의 면적과 Diffuser 목의 면적비가 1- 10 인 것을 특징으로 하는 이젝터 타입 냉동 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 Motive Fluid와 냉매는 물이고, 상기 이젝터에 투입되는 Motive Fluid는 포화 스팀이나 과열증기 (LP, MP, HP)인 것을 특징으로 하는 이젝터 타입 냉동 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 이젝터의 Motive fluid 노즐 목의 면적과 Diffuser 목의 면적비가 50-100인 구조를 가지는 이젝터 타입 냉동 시스템.
  9. Motive Fluid인 스팀을 가압하고 가열하는 압축기 또는 가열기;
    상기 압축기 또는 가열기로부터 토출된 고온, 고압의 스팀이 주입되며, 스팀의 팽창으로 내부 압력이 감압되어 플래시 증발기에 감압을 일으켜서 냉매를 증발시키고 이를 흡입하는 흡입구를 구비하는 이젝터(Ejector);
    상기 이젝터의 토출구에 연결되어 안개입자(mist) 상태의 수분과 스팀을 분리하는 KO 드럼(Drum);
    상기 KO 드럼으로부터 토출된 스팀의 일부를 배기하고 나머지 스팀을 Motive Fluid로서 사용 가능하도록 상기 압축기 또는 가열기로 보내는 분기장치 ;
    냉매로 냉각수가 유입되는 유입부, 증발된 냉매가 이젝트로 배출되는 연결부를 구비하고, 상기 이젝터 내부의 감압 작용에 의해 상기 유입된 냉매의 일부가 증발하는 플래시 증발기(Flash Vaporizer)를 포함하되
    상기 이젝터 내부의 석션 챔버(Suction Chamber) 압력은 상기 플래시 증발기 압력보다 낮고, 상기 이젝터는 내부에서 스팀의 급격한 감압에 따른 Mist의 발생에 대하여 Mist가 유체의 흐름을 방해하지 않고 유체의 진행방향으로 함께 진행하고,
    상기 분기장치는,
    냉매로 재활용 되도록 상기 KO 드럼으로부터 토출된 스팀의 일부를 배기하며,
    상기 플래시 증발기는,
    증발되지 못한 상기 냉매가 배출되는 배출부를 더 구비하는 이젝터 타입 냉정수 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    냉매는 표면적이 넓은 분무 또는 판형의 흐름으로 상기 플래시 증발기에 유입되어 빠르게 증발되는 것을 특징으로 하는 이젝터 타입 냉정수 시스템.
  11. 제 9항에 있어서,
    플래시 증발기로 들어가는 냉매로써 해수를 사용하여 저온의 해수를 얻고, KO 드럼으로부터 담수를 얻어내는 이젝터 타입 냉정수 시스템.
  12. 제 9항에 있어서,
    플래시 증발기로 들어가는 냉매로써 공장 또는 발전소의 폐 열수를 사용하여 저온의 폐열수를 얻고, KO 드럼으로부터 담수를 얻어내는 Ejector 타입 냉정수 시스템.
  13. 제 9항에 있어서,
    플래시 증발기로 들어가는 냉매로서 유/무기 부유물질 또는 고형물질이 섞여있는 폐수를 사용하여 폐수를 냉각시킴과 동시에 농축시키고, 부유물질 혹은 고형물질이 제거된 물을 얻어내는 이젝터 타입 냉정수 시스템.
  14. Motive Fluid인 스팀을 가압하고 가열하는 압축기 또는 가열기;
    상기 압축기 또는 가열기로부터 토출된 고온, 고압의 스팀이 주입되며, 스팀의 팽창으로 내부 압력이 감압되어 플래시 증발기에 감압을 일으켜서 냉매를 증발시키고 이를 흡입하는 흡입구를 구비하는 이젝터(Ejector);
    상기 이젝터로부터 토출된 유체의 일부를 배출하고 나머지 유체를 Motive Fluid로서 사용 가능하도록 상기 압축기 또는 가열기로 보내는 분기장치 ;
    상기 분기장치에서 배출되는 유체를 냉각시켜 회수하는 물 회수부 ;
    냉매로 해수가 유입되는 유입부, 증발된 냉매가 이젝트로 배출되는 연결부를 구비하고, 상기 이젝터 내부의 감압 작용에 의해 상기 유입된 냉매의 일부가 증발하는 플래시 증발기(Flash Vaporizer)를 포함하되,
    상기 이젝터 내부의 석션 챔버(Suction Chamber) 압력은 상기 플래시 증발기 압력보다 낮고,
    상기 분기장치는,
    냉매로 재활용 되도록 상기 이젝터로부터 토출된 유체의 일부를 배출하며,
    상기 플래시 증발기는,
    증발되지 못한 상기 냉매가 배출되는 배출부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이젝터 타입 담수화 장치.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 장치는 상기 플래시 증발기 전단에 해수를 가열하는 가열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이젝터 타입 담수화 장치.
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