KR101699905B1

KR101699905B1 - 연료 전지를 갖는 흡수식 냉동기 시스템

Info

Publication number: KR101699905B1
Application number: KR1020160067510A
Authority: KR
Inventors: 김성현; 송덕용; 김승휘
Original assignee: 주식회사 성지테크; (주)종합건축사사무소 디자인캠프문박디엠피
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2016-05-31
Publication date: 2017-01-25

Abstract

전기 에너지를 제공하는 연료전지모듈; 증발기와 흡수기가 연통되도록 배치되는 밀폐용기; 상기 흡수기에서 냉매 증기를 흡수한 흡수액을 가열하는 재생기; 상기 재생기에서 분리 배출되는 냉매 증기가 응축되는 응축기; 상기 연료전지모듈에서 발생하는 폐열에 의한 폐열온수와 상기 흡수기에서 배출되는 흡수액을 열 교환하는 연료전지열교환기; 상기 재생기에서 분리 배출되는 흡수액과 상기 연료전지열교환기에서 배출되는 흡수액을 열 교환하는 흡수액열교환기; 및 냉각수가 냉각되는 냉각수열교환기;를 포함하는 연료 전지를 갖는 흡수식 냉동기 시스템을 제공한다.

Description

연료 전지를 갖는 흡수식 냉동기 시스템{ABSORPTION CHILLER SYSTEM HAVING FUEL CELL}

본 발명은 냉동기 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉온수를 공급하여 냉난방을 하는 흡수식 냉동기 시스템에 관한 것이다.

냉방 시스템이란, 냉동기를 이용하여 냉방이 필요한 부하 측에 공급되는 냉수를 냉각하여 공급함으로써, 부하 측을 냉방하는 시스템을 말한다. 흡수식 냉동기란, 희석 흡수액(Dilute solution)을 농축흡수액(Concentrated solution)으로 재생하는 재생기, 냉매증기(Refrigerant vapor)를 응축(Condensation)하는 응축기, 냉매액(Refrigerant liquid)을 증발(Evaporation)하는 증발기를 포함하는 것으로서, 열원으로부터 공급받는 고온수 또는 중온수의 열원을 이용하여 냉수를 생산하는 냉동기이다.

재생기(Generator)는 흡수기(Absorber)에서 유입되는 희석 흡수액을 가열하여 생산된 농축 흡수액을 흡수기로 유출시키고, 응축기는 재생기에서 유입되는 냉매증기를 냉각 매체를 통해 열 교환하여 응축열은 대기로 방출하고 액상으로 상 변화된 냉매액을 증발기로 유출하며, 증발기는 유입되는 냉매액을 산포시키어 기체 상태로 증발시키면서 증발에 필요한 증발 잠열을 피냉각매체(냉수)로부터 흡수함과 동시에 냉각시키어 냉방 작용을 수행한다.

다만, 이런 흡수식 냉동기는 운전을 위해 외부로부터 전원의 공급이 필요하다. 따라서, 갑작스럽게 전원 공급이 차단되면, 흡수식 냉동기의 운전이 중단될 수 밖에 없다. 즉, 흡수식 냉동기는 독립적인 자체 전원 공급을 통해 안정적인 운전이 요청된다. 또한, 종래 흡수식 냉동기 시스템은 냉난방 이외에 별도 급탕을 제공할 수 없었다.

또한, 흡수식 냉동기 시스템은 재생기로 유입되는 냉각된 묽어진 흡수액에 대한 예열과 재생기에서 유출되는 고온의 농축된 흡수액에 대한 냉각 등이 미흡하여 성능 계수가 낮다는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-0466773호 대한민국 등록특허 제10-1341790호 대한민국 등록특허 제10-1082792호 일본 등록특허 제4081737호

본 발명의 실시예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 정전 등 외부로부터 전원 공급이 차단되더라도 안정적으로 운전이 가능한 흡수식 냉동기 시스템을 제공하고자 한다.

또한, 흡수기에서 재생기로 유입되는 묽어진 흡수액을 예열함과 동시에 재생기에서 분리 배출되는 고온의 농축 흡수액 및 냉매 증기를 효과적으로 냉각시키고자 한다. 또한, 재생기에서 버려지는 배기가스를 활용하여 시스템의 성능 계수를 향상시키고자 한다.

본 발명의 실시예는 상기와 같은 과제를 해결하고자, 전기 에너지를 제공하는 연료전지모듈; 증발기와 흡수기가 연통되도록 배치되는 밀폐용기; 상기 흡수기에서 냉매 증기를 흡수한 흡수액을 가열하는 재생기; 상기 재생기에서 분리 배출되는 냉매 증기가 응축되는 응축기; 상기 연료전지모듈에서 발생하는 폐열에 의한 폐열온수와 상기 흡수기에서 배출되는 흡수액을 열 교환하는 연료전지열교환기; 상기 재생기에서 분리 배출되는 흡수액과 상기 연료전지열교환기에서 배출되는 흡수액을 열 교환하는 흡수액열교환기; 및 냉각수가 냉각되는 냉각수열교환기;를 포함하는 연료 전지를 갖는 흡수식 냉동기 시스템을 제공한다.

상기 폐열온수와 외부에서 공급되는 상온수를 열 교환하는 급탕열교환기;를 더 포함할 수 있다.

상기 폐열온수는 상기 급탕열교환기와 상기 연료전지열교환기 사이를 순환하는 것이 바람직하다.

상기 폐열온수와 상기 냉각수열교환기로 유입되는 상기 냉각수를 열 교환하는 폐열온수열교환기;를 더 포함할 수 있다.

상기 재생기에서 발생하는 배기가스에 의한 배기온수와 상기 흡수액열교환기에서 배출되는 흡수액을 열 교환하는 배기열교환기;를 더 포함할 수 있다.

상기 배기열교환기에서 배출되는 배기온수와 외기 사이를 열 교환하는 공기예열기;를 더 포함하며, 상기 공기예열기에서 배출되는 외기가 상기 재생기에 열 에너지를 제공하는 버너에 유입될 수 있다.

전기 에너지를 제공하는 연료전지모듈; 증발기와 흡수기가 연통되도록 배치되는 제1밀폐용기; 상기 흡수기에서 냉매 증기를 흡수한 흡수액을 가열하는 고온재생기; 상기 고온재생기에서 분리 배출되는 흡수액을 재가열하는 저온재생기와 상기 저온재생기에서 분리 발생되는 냉매 증기가 응축되는 응축기가 연통되도록 배치되는 제2밀폐용기; 상기 연료전지모듈에서 발생하는 폐열에 의한 폐열온수와 상기 흡수기에서 배출되는 흡수액을 열 교환하는 연료전지열교환기; 상기 저온재생기에서 배출되는 흡수액과 상기 연료전지열교환기에서 배출되는 흡수액을 열 교환하는 저온흡수액열교환기; 상기 고온재생기에서 분리 배출되는 흡수액과 상기 저온흡수액열교환기에서 배출되는 흡수액을 열 교환하는 고온흡수액열교환기; 및 냉각수가 냉각되는 냉각수열교환기;를 포함하는 연료 전지를 갖는 흡수식 냉동기 시스템을 제공한다.

전기 에너지를 제공하는 연료전지모듈; 증발기와 흡수기가 연통되도록 배치되는 제1밀폐용기; 상기 흡수기에서 냉매 증기를 흡수한 흡수액을 가열하는 고온재생기; 상기 고온재생기에서 분리 배출되는 흡수액을 재가열하는 저온재생기와 상기 저온재생기에서 분리 발생되는 냉매 증기가 응축되는 응축기가 연통되도록 배치되는 제2밀폐용기; 상기 연료전지모듈에서 발생하는 폐열에 의한 폐열온수와 상기 흡수기에서 배출되는 흡수액 중 일부를 열 교환하는 연료전지열교환기; 상기 저온재생기에서 배출되는 흡수액과 상기 흡수기에서 배출되는 흡수액 중 나머지를 열 교환하는 저온흡수액열교환기; 상기 고온재생기에서 분리 배출되는 흡수액과 상기 저온흡수액열교환기에서 배출되는 흡수액을 열 교환하는 고온흡수액열교환기; 및 냉각수가 냉각되는 냉각수열교환기;를 포함하는 연료 전지를 갖는 흡수식 냉동기 시스템을 제공한다.

상기 연료전지열교환기에서 배출되는 흡수액과 상기 저온재생기에서 열 교환을 한 냉매 증기를 열 교환하는 냉매열교환기;를 더 포함할 수 있다.

상기 폐열온수는 상기 급탕열교환기와 상기 연료전지열교환기 사이를 순환할 수 있다.

상기 연료전지모듈, 상기 밀폐용기, 상기 재생기, 상기 응축기, 상기 연료전지열교환기, 상기 흡수액열교환기 및 상기 냉각수열교환기는 단일 케이스 내에 서로 인접하게 배치되어 일체화되는 될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.

연료전지모듈을 사용하여 외부로부터 전원 공급이 차단되더라도 독립적인 시스템의 운전이 가능하다. 또한, 연료전지모듈에서 발생하는 전기 에너지의 잔여분은 건물 내의 전등 등에 공급하여 활용될 수 있다.

연료전지모듈에서 발생하는 버려지는 폐열을 사용하여 언제든지 급탕을 제공할 수 있다. 또한, 폐열을 사용하여 흡수기에서 배출되는 묽어진 흡수액을 예열할 수 있어 흡수식 냉동기 시스템의 성능 계수를 향상시킬 수 있다.

또한, 배기열교환기를 통해 재생기로 유입되는 흡수액과 버려지는 배기가스를 서로 열 교환할 수 있어 효율적이다. 또한, 공기예열기를 통해 버려지는 고온의 배기가스를 외기와 서로 열 교환할 수 있어 효과적이다.

또한, 제2 실시예에 따른 흡수식 냉동기 시스템은 재생기를 고온재생기와 저온재생기로 구별하여 흡수액과 냉매 가스의 분리에 더 효과적이다. 또한, 고온흡수액열교환기와 저온흡수액열교환기를 사용하여 열 교환을 보다 효과적으로 할 수 있다.

그리고, 제3 실시예에 따른 흡수식 냉동기 시스템은 흡수기에서 배출되는 묽어진 흡수액을 병렬 연결되는 저온흡수액열교환기와 연료전지열교환기의 양 측으로 유입되도록 하여 묽어진 흡수액을 예열함에 보다 효과적이다.

또한, 냉온수기, 펌프류 및 연료전지를 지하 기계실에 설치할 필요가 없어서 건물 내 기계실의 면적이 줄어들고, 각각의 기계에 필요한 공기 또는 냉각에 필요한 공기가 필요 없어 건축물에 드라이 에어리어(area)의 면적을 현격히 줄일 수 있어 건축비가 크게 절감된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 흡수식 냉동기 시스템의 계통도.
도 2는 제2 실시예에 따른 흡수식 냉동기 시스템의 계통도.
도 3은 제3 실시예에 따른 흡수식 냉동기 시스템의 계통도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.

[제1 실시예]

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 흡수식 냉동기 시스템의 계통도이다. 도 1 내지 도 3에서 점선으로 표시된 부분은 냉각수, 일점 쇄선으로 표시된 부분은 흡수액, 굵은 실선으로 표시된 부분은 폐열온수가 흐르는 상태를 표시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 흡수식 냉동기 시스템은 연료전지모듈(100), 밀폐용기(200), 재생기(300), 응축기(400), 연료전지열교환기(410), 흡수액열교환기(420), 냉각수열교환기(430), 급탕열교환기(440), 폐열온수열교환기(450), 배기열교환기(460) 및 공기예열기(470)를 포함한다.

여기서, 흡수식 냉동기 시스템에 포함되는 모든 구성 요소 즉, 연료전지모듈(100), 밀폐용기(200), 재생기(300), 응축기(400), 연료전지열교환기(410), 흡수액열교환기(420), 냉각수열교환기(430), 급탕열교환기(440), 폐열온수열교환기(450), 배기열교환기(460) 및 내지 공기예열기(470)는 단일 케이스 내에 서로 인접하게 일체화되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 건물의 옥상 등 어느 한 위치에 집합되어 배치된다. 그 결과, 각 구성 요소 사이를 연결하는 배관 등의 사용량을 줄일 수 있다.

연료전지모듈(100)은 흡수식 냉동기 시스템 내에서 전기 에너지를 제공하는 역할을 한다. 예를 들어, 시스템 내에 배치되어 있는 각 종 펌프류, 냉각탑 등을 구동한다. 이 때, 남는 전기 에너지는 건물 내의 전등 등을 점등하는 용도로 사용될 수 있다.

즉, 일 실시예에 따른 흡수식 냉동기 시스템은 외부에서 전기 에너지를 공급받는 것이 아니고, 시스템 내에 일체화되어 배치되는 연료전지모듈(100)을 통해 자체적인 에너지 생산이 가능한 바, 독립적 운전이 가능하다. 그 결과, 정전이 발생하더라도 냉난방 및 급탕(444) 공급이 가능하다. 한편, 연료전지모듈(100)이 작동하면 동시에 폐열에 의한 폐열온수가 발생된다.

급탕열교환기(440)는 연료전지모듈(100)에서 발생되는 폐열온수와 외부에서 공급되는 상온수(442)를 열 교환한다. 그 결과, 상온수(442)는 폐열온수에 의해 급속하게 온도가 상승하게 되어 외부에 급탕(444)을 제공할 수 있다.

그리고, 상온수(442)와 열 교환을 한 폐열온수는 폐열온수열교환기(450)로 유입되어 냉각된 후 다시 연료전지모듈(100)로 유입된다. 구체적으로, 폐열온수열교환기(450)는 폐열온수와 냉각수열교환기(430)로 유입되는 냉각수를 열 교환한다. 그 결과, 폐열온수는 냉각될 수 있다. 이 때, 폐열온수열교환기(450)는 냉각탑(500) 내부 공간에 배치될 수 있다. 그 결과, 송풍팬(530)의 동력을 절감할 수 있으며, 동시에 설치 면적을 축소시킬 수 있다.

또한, 폐열온수는 급탕열교환기(440)와 연료전지열교환기(410) 사이를 순환한다. 즉, 폐열온수는 급탕(444)을 제공함과 동시에 흡수기(220)에서 배출되는 묽어진 흡수액을 예열할 수 있다. 한편, 급탕열교환기(440)로 유입되는 폐열온수의 원활한 공급을 위해 급탕펌프가 더 설치될 수 있다.

이를 위해, 급탕열교환기(440)와 폐열온수열교환기(450) 사이를 연결하는 배관에는 3-way 밸브(20)가 설치되어 있다. 그리고, 3-way 밸브(20) 중 나머지 한 밸브 측에는 연료전지열교환기(410)에 연결되는 배관이 배치되어 있다. 그 결과, 폐열온수는 폐열온수열교환기(450) 또는 연료전지열교환기(410) 중 어느 하나로 유입되어 열 교환을 한다.

냉수코일(10)은 부하 측에 연결되며, 증발기(210)에서 냉각된 냉수가 냉수코일(10)을 통해 부하 측에 공급되어, 부하 측을 냉방하게 된다. 이 때, 냉수코일(10)에는 냉수펌프가 설치되어 있다.

다음으로, 증발기(210)는 흡수기(220)와 동일한 밀폐용기(200) 내에 연통되도록 배치되는 것을 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 별도의 용기에 형성되어도 무방하다.

증발기(210)는 액체 상태의 냉매를 저수하는 증발기저수조(212)와, 냉수코일(10)에 냉매를 분사하는 증발기스프레이(214)와, 증발기저수조(212)에 저수된 냉매를 증발기(210) 내부에 위치한 증발기스프레이(214)에 공급하는 냉매순환파이프(216)와, 냉매순환파이프(216) 상에 설치되어 냉매를 강제 순환시키는 냉매펌프(218)를 포함한다.

증발기(210)의 밀폐 용기는 진공으로 유지되며, 진공 상태에서 냉매가 증발하게 되고, 그 증발열에 의해 냉수코일(10)은 냉각된다. 증발기(210)에서 증발이 계속되면 수증기 분압이 점점 높아져 증발 온도도 상승하게 되고, 적정 냉방용량을 얻을 수 없게 된다. 이 때, 흡수기(220)에 저장된 흡수액이 냉매 수증기를 흡수하여, 증발 압력 및 증발 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 한다.

흡수기(220)는 증발기(210)에서 증발된 냉매 수증기를 흡수할 수 있는 흡수액(예를 들면, LiBr 수용액)을 저수하고 있다. 즉, 밀폐용기(200)의 하측에 흡수액이 저장되어 있다. 흡수 효과를 증대시키기 위해, 흡수기(220)는 흡수액을 밀폐용기(200) 내부에 뿌려주는 흡수기스프레이(222)를 더 포함한다. 또한, 흡수액은 냉매펌프를 통해 재생기(300)로 유입될 수 있다.

또한, 냉매 수증기를 흡수할 때 발생하는 흡수열을 제거하기 위해 흡수기(220) 내에 냉각열교환기(12)가 설치된다. 냉각열교환기(12)는 냉각탑(500)과 연결된다.

흡수기(220) 내에서 흡수 작용을 계속하면, 흡수액은 냉매 수증기를 많이 함유하게 되어, 점점 묽게 되어 흡수 작용을 계속할 수 없게 된다. 따라서, 묽어진 흡수액을 농축하기 위해서 묽어진 흡수액을 재생기(300)에 전송하여 재생기(300)에서 버너(30)로 가열하여 농축한다.

재생기(300)는 전술한 바와 같이, 묽어진 흡수액을 가열하여 농축한 후, 농축된 흡수액은 흡수기스프레이(222)에 공급된다. 이 때, 재생기(300)에서 분리 배출되는 고온의 농축 흡수액은 흡수기스프레이(222)로 전송되는 과정에서 냉각되는 것이 바람직하며, 흡수기(220)에서 냉각된 묽은 흡수액은 재생기(300)로 전송되는 과정에서 예열되는 것이 시스템의 성능 계수 향상을 위해 필요하다.

따라서, 흡수기(220)에서 냉각된 묽은 흡수액과 재생기(300)에서 분리 배출되는 고온의 농축 흡수액은 서로 열 교환되도록 설계될 수 있다. 이를 위해, 시스템은 연료전지열교환기(410), 흡수액열교환기(420), 배기열교환기(460) 등을 더 포함할 수 있다.

연료전지열교환기(410)는 연료전지모듈(100)에서 발생하는 폐열에 의한 폐열온수와 흡수기(220)에서 배출되는 흡수액을 열 교환한다. 전술한 것처럼, 폐열온수는 먼저 급탕열교환기(440)에서 열 교환을 한 후, 3-way 밸브(20)를 통해 연료전지열교환기(410)로 유입된다. 그 결과, 폐열온수는 흡수기(220)에서 배출되는 냉각된 묽은 흡수액을 가열할 수 있다. 그 다음, 폐열온수는 다시 급탕열교환기(440) 측으로 유입된다.

재생기(300)에서 분리 배출되는 고온의 농축 흡수액은 먼저 흡수액열교환기(420)를 경유하여 연료전지열교환기(410)에서 배출되는 흡수액과 열 교환을 한다. 이 때, 연료전지열교환기(410)에서 배출되는 흡수액은 예열이 이루어진 상태에서 흡수액열교환기(420)에서 재가열될 수 있다. 그리고, 재가열된 흡수액은 재생기(300) 측으로 유입된다.

배기열교환기(460)는 재생기(300)에서 발생하는 배기가스에 의한 배기온수와 흡수액열교환기(420)에서 배출되는 흡수액을 열 교환한다. 그 결과, 흡수액열교환기(420)에서 재가열된 흡수액은 다시 배기열교환기(460)를 통해 열 에너지를 더 흡수하여 소정 온도에 도달될 수 있다. 그 다음, 흡수액은 재생기(300) 측으로 유입된다.

한편, 일 실시예에 따른 흡수식 냉동기 시스템은 공기예열기(470)와 버너(30)를 더 포함한다. 공기예열기(470)는 전술한 배기열교환기(460)에서 배출되는 배기온수와 외기(102) 사이를 열 교환한다. 그 결과, 외기(102)는 예열된 상태에서 버너(30)로 유입될 수 있다. 여기서, 버너(30)는 재생기(300)에 열 에너지를 제공하는 것으로 연소를 위해 외기(102)의 유입이 필요하다. 따라서, 버너(30)는 공기예열기(470)를 통해 유입되는 예열된 외기(102)를 사용하여 연소 효율을 더 향상시킬 수 있다.

한편, 재생기(300)에서 흡수액과 분리된 냉매 증기는 응축기(400)로 유입된다. 이 때, 응축기(400)는 전술한 냉각탑(500) 내에 설치될 수 있다. 응축기(400) 내로 유입되는 고온의 냉매 증기는 전술한 것처럼 냉각수회수라인(64)과 열 교환을 하여 냉각된다.

즉, 냉매 증기를 흡수한 묽은 흡수액은 재생기(300)로 공급되며, 재생기(300)에서 가열되어, 농축된 흡수액은 흡수기스프레이(222)를 흡수기(220)로 공급된다. 그리고, 재생기(300)에서 분리되는 고온의 냉매 증기는 응축기(400)에서 냉각된 후, 다시 증발기저수조(212)에 공급된다.

본 발명의 재생기(300)의 구조는 하나의 재생기(300)만 사용하는 일중효용 흡수식 냉동기 시스템뿐만 아니라, 고온재생기(310) 및 저온재생기(320)로 분할된 이중효용 흡수식 냉동기 시스템에 적용된 재생기도 그대로 포함함은 당연하다.

냉각탑(500)은 공기 유입구(511)와 공기 유출구(512)가 연통하도록 유로가 형성되는 하우징(520)과, 유로에 공기 흐름을 발생시키는 송풍팬(530)과, 유로 상에 설치되며 냉각수를 냉각하는 냉각수열교환기(430)와, 냉각수열교환기(430) 하단에 배치되는 냉각수저장조(540)를 포함한다.

이 때, 냉각수열교환기(430)는 냉각수를 뿌려주는 냉각수스프레이(432)와, 냉각수스프레이(432)에서 뿌려진 냉각수가 머무르면서, 유로에 흐르는 공기에 의해 열 교환할 수 있도록 하는 충진재(434)를 포함한다.

냉각탑(500)에서 냉각된 냉각수는, 냉각수공급라인(62)을 통해서 냉각열교환기(12)에 공급되어, 흡수열을 냉각한 후, 냉각수회수라인(64)을 통해서 다시 냉각탑(500)으로 회수되어 냉각된다. 이 때, 냉각수회수라인에는 응축기(400)와 열 교환할 수 있도록 배치되어 냉각수는 고온의 냉매 증기를 냉각할 수 있다.

[제2 실시예]

도 2는 제2 실시예에 따른 흡수식 냉동기 시스템의 계통도이다. 도 2를 참조하면, 흡수식 냉동기 시스템은 전기 에너지를 제공하는 연료전지모듈(100)과, 증발기(210)와 흡수기(220)가 연통되도록 배치되는 제1밀폐용기(202)와, 흡수기(220)에서 냉매 증기를 흡수한 흡수액을 가열하는 고온재생기(310)와, 고온재생기(310)에서 분리 배출되는 흡수액을 재가열하는 저온재생기(320)와 저온재생기(320)에서 분리 발생되는 냉매 증기가 응축되는 응축기(400)가 연통되도록 배치되는 제2밀폐용기(204)와, 연료전지모듈(100)에서 발생하는 폐열에 의한 폐열온수와 흡수기(220)에서 배출되는 흡수액을 열 교환하는 연료전지열교환기(410)와, 저온재생기(320)에서 배출되는 흡수액과 연료전지열교환기(410)에서 배출되는 흡수액을 열 교환하는 저온흡수액열교환기(422)와, 고온재생기(310)에서 분리 배출되는 흡수액과 저온흡수액열교환기(422)에서 배출되는 흡수액을 열 교환하는 고온흡수액열교환기(424) 및 냉각수가 냉각되는 냉각수열교환기(430)를 포함한다.

제2 실시예는 제1 실시예에서 재생기(300)를 고온재생기(310)와 저온재생기(320)로 분리하여 설치하고, 그에 따라 응축기(400)와 저온재생기(320)를 제2밀폐용기(210)에 배치하였으며, 흡수액열교환기(420)를 고온흡수액열교환기(424)와 저온흡수액열교환기(422)로 구별하여 설치한 것에 차이점이 있으며 나머지 구성은 동일하므로 이에 대한 구체적 설명은 생략한다.

한편, 제2 실시예에 따른 흡수식 냉동기 시스템에 포함되는 모든 구성 요소 즉, 연료전지모듈(100), 제1밀폐용기(202), 고온재생기(310), 저온재생기(320), 제2밀폐용기(204), 연료전지열교환기(410), 저온흡수액열교환기(422), 고온흡수액열교환기(424) 및 냉각수열교환기(430)는 단일 케이스 내에 서로 인접하게 일체화되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 건물의 옥상 등 어느 한 위치에 집합되어 배치된다. 그 결과, 각 구성 요소 사이를 연결하는 배관 등의 사용량을 줄일 수 있다.

고온재생기(310)는 흡수기(220)에서 냉매 증기를 흡수한 묽어진 흡수액을 가열한다. 이는 제1 실시예에서 설명한 재생기(300)와 대비된다. 다만, 저온재생기(320)를 두어 고온재생기(310)에서 분리 배출되는 흡수액을 재가열하여 냉매 증기를 2차적으로 분리하고, 흡수액을 보다 진한 농축액으로 만든다.

이를 위해, 저온재생기(320)에는 고온흡수액열교환기(424)를 통해 열 교환을 한 후 배출되는 흡수액을 스프레이 방식으로 분사하는 저온재생기스프레이(322)를 포함한다. 저온재생기스프레이(322)를 통해 분사되는 흡수액은 고온재생기(310)에서 배출되는 고온의 냉매 증기와 열 교환을 하여 재가열된다.

여기서, 저온재생기(320)와 응축기(400)는 제2밀폐용기 내에 연통되도록 배치된다. 즉, 저온재생기(320)에서 2차적으로 분리 발생되는 냉매 증기는 응축기(400) 내에서 응축된다.

그리고, 진한 농축액 상태의 흡수액은 저온재생기(320)의 바닥에 집수되고, 이는 저온흡수액열교환기(422)로 유입되어 연료전지열교환기(410)에서 배출되는 흡수액과 열 교환을 한다. 그 결과, 연료전지열교환기(410)에서 배출되는 흡수액은 재가열되고, 저온재생기(320)에서 유입되는 흡수액은 냉각되어 더 진한 농축액으로 변한다. 그리고, 진한 농축액 상태의 흡수액은 흡수기스프레이(222)로 유입된다.

한편, 고온흡수액열교환기(424)는 고온재생기(310)에서 분리 배출되는 흡수액과 저온흡수액열교환기(422)에서 배출되는 흡수액을 열 교환한다. 그 결과, 고온재생기(310)에서 유입되는 고온의 흡수액은 그 온도가 낮아지고, 저온흡수액열교환기(422)에서 유입되는 흡수액은 그 온도가 높아진다.

또한, 제2 실시예에 따른 흡수식 냉동기 시스템은 냉매열교환기(480)를 더 포함한다. 냉매열교환기(480)는 연료전지열교환기(410)에서 배출되어 저온흡수액열교환기(422)로 유입되는 흡수액 중 일부 분기되는 흡수액과 저온재생기(320)에서 열 교환을 한 냉매 증기를 열 교환한다. 그 결과, 냉매 증기는 냉각되어 응축기(400)로 유입되고, 저온흡수액열교환기(422)에서 유입되는 흡수액은 예열되어 고온흡수액열교환기(424)로 유입된다. 즉, 냉매열교환기(480)를 통해 연료전지열교환기(410)를 통해 배출되는 흡수액 중 일부를 재가열할 수 있어 성능 계수 향상에 효과적이다.

또한, 제2 실시예에 따른 흡수식 냉동기 시스템은 폐열온수와 외부에서 공급되는 상온수(442)를 열 교환하는 급탕열교환기(440)를 더 포함하여 연료전지모듈(100)에서 발생하는 폐열을 효과적으로 이용할 수 있다. 그리고, 폐열온수는 급탕열교환기(440)와 연료전지열교환기(410) 사이를 순환하는 경로를 갖는다. 이를 통해, 폐열온수는 급탕(444)을 제공함과 동시에 흡수기(220)에서 배출되는 묽어진 흡수액을 예열할 수 있어 시스템의 성능 계수를 향상시킬 수 있다.

[제3 실시예]

도 3은 제3 실시예에 따른 흡수식 냉동기 시스템의 계통도이다. 도 3을 참조하면, 연료 전지를 갖는 흡수식 냉동기 시스템은 전기 에너지를 제공하는 연료전지모듈(100)과, 증발기(210)와 흡수기(220)가 연통되도록 배치되는 제1밀폐용기(202)와, 흡수기(220)에서 냉매 증기를 흡수한 흡수액을 가열하는 고온재생기(310)와, 고온재생기(310)에서 분리 배출되는 흡수액을 재가열하는 저온재생기(320)와 저온재생기(320)에서 분리 발생되는 냉매 증기가 응축되는 응축기(400)가 연통되도록 배치되는 제2밀폐용기(204)와, 연료전지모듈(100)에서 발생하는 폐열에 의한 폐열온수와 흡수기(220)에서 배출되는 흡수액 중 일부를 열 교환하는 연료전지열교환기(410)와, 저온재생기(320)에서 배출되는 흡수액과 흡수기(220)에서 배출되는 흡수액 중 나머지를 열 교환하는 저온흡수액열교환기(422)와, 고온재생기(310)에서 분리 배출되는 흡수액과 저온흡수액열교환기(422)에서 배출되는 흡수액을 열 교환하는 고온흡수액열교환기(424) 및 냉각수가 냉각되는 냉각수열교환기(430)를 포함한다.

제3 실시예는 제2 실시예에서 흡수기(220)에서 배출되는 묽어진 흡수액이 양 갈래로 분기되어 일부는 연료전지열교환기(410)로 유입되고, 나머지는 저온흡수액열교환기(422)로 유입되는 점에서 차이점이 있다. 즉, 제2 실시예와 달리 제3 실시예는 흡수액의 이동 경로 측면에서 볼 때, 연료전지열교환기(410)과 저온흡수액열교환기(422)가 병렬 연결되어 있다.

또한, 연료전지열교환기(410)에서 열 교환을 한 흡수액은 전부 냉매열교환기(480)로 유입되어 열 교환을 하게 된다. 이는 제2 실시예에서 연료전지열교환기(410)에서 열 교환을 한 흡수액이 저온흡수액열교환기(422)와 냉매열교환기(480)로 분기되어 유입되는 점에서 차이점이 있다. 이를 제외하면 제3 실시예의 나머지 구성은 제2 실시예와 동일하므로 이에 대한 구체적 설명은 생략한다.

한편, 제3 실시예에 따른 흡수식 냉동기 시스템에 포함되는 모든 구성 요소 즉, 연료전지모듈(100), 제1밀폐용기(202) 내지 냉각수열교환기(430)는 단일 케이스 내에 서로 인접하게 배치되어 일체화될 수 있다. 예를 들어, 건물의 옥상 등 어느 한 위치에 집합되어 배치된다. 그 결과, 각 구성 요소 사이를 연결하는 배관 등의 사용량을 줄일 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

100: 연료전지모듈 200: 밀폐용기
210: 증발기 220: 흡수기
300: 재생기 10: 냉수 코일
400: 응축기 410: 연료전지열교환기
420: 흡수액열교환기 430: 냉각수열교환기
440: 급탕열교환기 450: 폐열온수열교환기
460: 배기열교환기 470: 공기예열기
500: 냉각탑 511: 공기 유입구
512: 공기 유출구 520: 하우징
530: 송풍팬

Claims

전기 에너지와 폐열을 제공하는 연료전지모듈;
냉매가 증발되면서 내부에 위치하는 냉수코일을 냉각시키는 증발기와, 상기 증발기와 연통되며 분사되는 흡수액이 증발된 상기 냉매를 흡수하여 묽은 흡수액을 발생시키는 흡수기로 이루어지는 밀폐용기;
상기 흡수기와 배관으로 연결되며, 유입되는 상기 묽은 흡수액을 가열하여 농축 흡수액과 냉매 증기를 분리시키는 재생기;
상기 재생기와 배관으로 연결되며, 상기 냉매 증기가 응축되는 응축기;
상기 흡수기와 상기 재생기 사이를 연결하는 배관에 설치되며, 상기 연료전지모듈에서 발생하는 폐열에 의한 폐열온수가 유입되어, 상기 흡수기에서 배출되는 상기 묽은 흡수액을 가열하는 연료전지열교환기;
상기 흡수기와 상기 재생기 사이를 연결하는 배관에 설치되되, 상기 재생기에서 분리된 상기 농축 흡수액이 유입되어 상기 연료전지열교환기에서 배출되는 상기 묽은 흡수액을 재가열하는 흡수액열교환기; 및
상기 흡수기 내에 배치되며 냉각수가 흐르는 냉각열교환기와 냉각수회수라인을 통해 연결되며 냉각수를 냉각시키는 냉각탑;를 포함하며,
상기 폐열온수는 급탕열교환기를 통해 외부에서 공급되는 상온수를 가열하여 외부로 급탕을 제공하고, 상기 폐열온수는 1) 상기 급탕열교환기와 상기 연료전지열교환기 사이를 순환하면서 상기 묽은 흡수액과 열 교환에 의한 예열 및 2) 상기 냉각수회수라인에 배치되는 폐열온수열교환기로 유입되는 냉각수와 열 교환에 의한 냉각 중 어느 하나가 이루어지는 연료 전지를 갖는 흡수식 냉동기 시스템.
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제 1항에 있어서,
상기 재생기에서 발생하는 배기가스에 의한 배기온수와 상기 흡수액열교환기에서 배출되는 흡수액을 열 교환하는 배기열교환기;를 더 포함하는 연료 전지를 갖는 흡수식 냉동기 시스템.
제 5항에 있어서,
상기 배기열교환기에서 배출되는 배기온수와 외기 사이를 열 교환하는 공기예열기;를 더 포함하며,
상기 공기예열기에서 배출되는 외기가 상기 재생기에 열 에너지를 제공하는 버너에 유입되는 연료 전지를 갖는 흡수식 냉동기 시스템.
전기 에너지와 폐열을 제공하는 연료전지모듈;
냉매가 증발되면서 내부에 위치하는 냉수코일을 냉각시키는 증발기와, 상기 증발기와 연통되며 분사되는 흡수액이 증발된 상기 냉매를 흡수하여 묽은 흡수액을 발생시키는 흡수기로 이루어지는 제1밀폐용기;
상기 흡수기와 배관으로 연결되며, 유입되는 상기 묽은 흡수액을 가열하는 고온재생기;
상기 고온재생기와 배관으로 연결되어 상기 고온재생기에서 분리 배출되는 흡수액을 재가열하는 저온재생기와, 상기 저온재생기와 연통되며 상기 저온재생기에서 재가열에 의해 발생하는 냉매 증기가 응축되는 응축기로 이루어지는 제2밀폐용기;
상기 흡수기와 상기 고온재생기 사이를 연결하는 배관에 설치되며, 상기 연료전지모듈에서 발생하는 폐열에 의한 폐열온수가 유입되어, 상기 흡수기에서 배출되는 상기 묽은 흡수액을 가열하는 연료전지열교환기;
상기 흡수기와 상기 고온재생기 사이를 연결하는 배관에 설치되되, 상기 저온재생기에서 배출되는 흡수액이 유입되어 상기 연료전지열교환기에서 배출되는 상기 묽은 흡수액을 재가열하는 저온흡수액열교환기;
상기 흡수기와 상기 고온재생기 사이를 연결하는 배관에 설치되되, 상기 고온재생기에서 분리 배출되는 흡수액이 유입되어 상기 저온흡수액열교환기에서 배출되는 상기 묽은 흡수액을 재재가열하는 고온흡수액열교환기; 및
상기 흡수기 내에 배치되며 냉각수가 흐르는 냉각열교환기와 냉각수회수라인을 통해 연결되며 냉각수를 냉각시키는 냉각탑;를 포함하며,
상기 폐열온수는 급탕열교환기를 통해 외부에서 공급되는 상온수를 가열하여 외부로 급탕을 제공하고, 상기 폐열온수는 1) 상기 급탕열교환기와 상기 연료전지열교환기 사이를 순환하면서 상기 묽은 흡수액과 열 교환에 의한 예열 및 2) 상기 냉각수회수라인에 배치되는 폐열온수열교환기로 유입되는 냉각수와 열 교환에 의한 냉각 중 어느 하나가 이루어지며,
상기 연료전지열교환기에서 배출되어 상기 저온흡수액열교환기로 유입되는 상기 묽은 흡수액 중 일부는 분기되어 냉매열교환기를 통해 예열된 후 상기 고온흡수액열교환기로 유입되는 연료 전지를 갖는 흡수식 냉동기 시스템.
전기 에너지와 폐열을 제공하는 연료전지모듈;
냉매가 증발되면서 내부에 위치하는 냉수코일을 냉각시키는 증발기와, 상기 증발기와 연통되며 분사되는 흡수액이 증발된 상기 냉매를 흡수하여 묽은 흡수액을 발생시키는 흡수기로 이루어지는 제1밀폐용기;
상기 흡수기와 배관으로 연결되며, 유입되는 상기 묽은 흡수액을 가열하는 고온재생기;
상기 고온재생기와 배관으로 연결되어 상기 고온재생기에서 분리 배출되는 흡수액을 재가열하는 저온재생기와, 상기 저온재생기와 연통되며 상기 저온재생기에서 재가열에 의해 발생하는 냉매 증기가 응축되는 응축기로 이루어지는 제2밀폐용기;
상기 흡수기와 상기 고온재생기 사이를 연결하는 배관에 설치되며, 상기 연료전지모듈에서 발생하는 폐열에 의한 폐열온수가 유입되어 상기 흡수기에서 배출되는 상기 묽은 흡수액 중 분기되는 일부를 가열하는 연료전지열교환기;
상기 흡수기와 상기 고온재생기 사이를 연결하는 배관에 설치되되, 상기 저온재생기에서 배출되는 흡수액이 유입되어 상기 흡수기에서 배출되는 상기 묽은 흡수액 중 분기되는 나머지를 가열하는 저온흡수액열교환기;
상기 흡수기와 상기 고온재생기 사이를 연결하는 배관에 설치되되, 상기 고온재생기에서 분리 배출되는 흡수액이 유입되어 상기 저온흡수액열교환기에서 배출되는 상기 묽은 흡수액을 재가열하는 고온흡수액열교환기; 및
상기 흡수기 내에 배치되며 냉각수가 흐르는 냉각열교환기와 냉각수회수라인을 통해 연결되며 냉각수를 냉각시키는 냉각탑;를 포함하며,
상기 폐열온수는 급탕열교환기를 통해 외부에서 공급되는 상온수를 가열하여 외부로 급탕을 제공하고, 상기 폐열온수는 1) 상기 급탕열교환기와 상기 연료전지열교환기 사이를 순환하면서 상기 묽은 흡수액과 열 교환에 의한 예열 및 2) 상기 냉각수회수라인에 배치되는 폐열온수열교환기로 유입되는 냉각수와 열 교환에 의한 냉각 중 어느 하나가 이루어지며,
상기 연료전지열교환기에서 배출되는 상기 묽은 흡수액은 냉매열교환기를 통해 재가열된 후 상기 고온흡수액열교환기로 유입되는 연료 전지를 갖는 흡수식 냉동기 시스템.
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제 1항에 있어서,
상기 연료전지모듈, 상기 밀폐용기, 상기 재생기, 상기 응축기, 상기 연료전지열교환기 및 상기 흡수액열교환기는 단일 케이스 내에 서로 인접하게 배치되어 일체화되는 연료 전지를 갖는 흡수식 냉동기 시스템.