KR101760709B1 - 흡수식 히트펌프용 보급수 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡수식 히트펌프용 보급수 열교환기에 관한 것으로서, 흡수기로부터 공급된 희용액을 가열해서 냉매 증기를 분리하는 재생기, 재생기로부터 이송되는 냉매 증기를 응축시켜 액화시키는 응축기, 응축기로부터 이송되는 냉매액을 폐열원관에 살포하여 증발시키는 증발기, 증발기로부터 이송되는 냉매 증기를 재생기로부터 이송된 농축용액에 흡수시키는 흡수기를 포함하는 흡수식 히트펌프에 있어, 상기 흡수기의 일 측으로 흡수기를 구성하는 기액분리기에 공급되는 보급수를 흡수식 히트펌프의 고온용액과 열교환한 후 상기 기액분리기에 공급될 수 있도록 보급수 열교환기가 장착될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 하수구로 버려지는 폐수의 열, 지하수의 열, 냉방시에 배출되는 냉각수의 열과 같은 폐열을 이용하여 증발기와 폐열공급라인의 보조 가열관을 열교환시킬 수 있을 뿐만 아니라 공사이클의 발생을 최소화하고 고온의 증기를 균일하게 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

흡수식 히트펌프용 보급수 열교환기{Supply water heat exchanger for absorption type heat pump}

본 발명은 흡수식 히트펌프용 보급수 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기액분리기(Flash Tank)로 공급되는 25~60℃ 수준의 보급수와 흡수식 히트펌프의 고온용액과 열교환하여 기액분리기로 공급되는 보급수의 온도를 상승시켜 COP향상과 증기압력 향상시킬 수 있도록 한 흡수식 히트펌프용 보급수 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 흡수식 히트펌프는 저온의 폐온수 폐증기를 열원으로 이보다 높은 고온수, 고압증기를 생산하는 장치로서 산업체의 증기이용 공정에 이용될 수 있는 장치이다.

여기서, 흡수식 히트펌프는 일반적으로 냉매로 물이 사용되고, 흡수액으로는 소금과 유사한 특성을 갖는 리튬브로마이드용액이 사용된다.

이러한 이점이 있는 상기 흡수식 히트펌프는 흡수기로부터 공급된 희용액을 가열해서 냉매 증기를 분리하는 재생기와, 재생기로부터 이송되는 냉매 증기를 응축시켜 액화시키는 응축기와, 응축기로부터 이송되는 폐열원관에 살포하여 증발시키는 증발기와, 증발기로부터 이송되는 냉매 증기를 재생기로부터 이송된 농용액에 흡수시키는 흡수기를 포함한다.

여기서, 상기 흡수기는 증발기로부터 이송되는 냉매 증기를 재생기로부터 이송된 농용액에 흡수시키는 역할 이외에도 용도에 따라 사용할 수 있도록 고온 증기를 제공하게 된다.

흡수식 히트펌프에서 고온 증기를 발생시키는 방법은 흡수기에서 승온된 온수를 기액분리기로 보내고 기액분리기에서 재증발 증기가 발생이 되는데, 이 재증발증기가 산업 공정에 이용되며, 공정으로 이동된 증기량 만큼 기액분리기에 보급수가 공급되어야 한다.

이를 위해 보급수 펌프를 이용하여 흡수기, 기액분리기를 순환하는 온수량을 적정 수준으로 유지시켜 준다.

통상 보급수는 60℃ 이상 공급되어야 하는데, 60℃ 수준의 보급수가 별도 없는 경우는 시수로 이용되는 경우도 있어 이러한 경우 기액분리기의 압력을 떨어뜨려 결과적으로 COP가 낮아지는 현상이 나타났다.

이를 방지하기 위해 80℃ 이상의 고온 농액 일부를 보급수와 열교환하여 보급수의 온도를 75℃ 이상 상승시켜 기액분리기의 압력이 낮아지는 것을 방지함으로서 COP를 향상시킬 수 있다.

그러나 종래의 흡수기는 배출되는 고온 증기에 따른 정수의 보충시 내부에 저장된 고온수가 정수와 혼합되면서 온도가 하강하여 일정시간 동안 공사이클 순환될 뿐만 아니라 균일한 고온 증기를 제공하는데 어려움이 있었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2009-0103740호(2009.10.01.)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 하수구로 버려지는 폐수의 열, 지하수의 열, 냉방시에 배출되는 냉각수의 열과 같은 폐열을 이용하여 증발기와 폐열공급라인의 보조 가열관을 열교환시킬 수 있도록 한 흡수식 히트펌프를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 흡수식 히트펌프용 보급수 열교환기는 흡수기로부터 공급된 희용액을 가열해서 냉매 증기를 분리하는 재생기, 재생기로부터 이송되는 냉매 증기를 응축시켜 액화시키는 응축기, 응축기로부터 이송되는 냉매액을 폐열원관에 살포하여 증발시키는 증발기, 증발기로부터 이송되는 냉매 증기를 재생기로부터 이송된 농축용액에 흡수시키는 흡수기를 포함하는 흡수식 히트펌프에 있어, 상기 흡수기의 일 측으로 흡수기를 구성하는 기액분리기에 공급되는 보급수를 흡수식 히트펌프의 고온용액과 열교환한 후 상기 기액분리기에 공급될 수 있도록 보급수 열교환기가 장착될 수 있다.

그리고 상기 보급수 열교환기는 상기 재생기에서 흡수기로 이동하고 용액열교환기를 통해 열교환이 이루어진 공급배관과 일 측이 연결되고, 반대 측은 상기 용액열교환기의 전방에 위치하는 공급배관과 연결되는 흡수액 우회배관; 상기 흡수액 우회배관의 도중에 장착되고 보급수와 흡수액이 열교환되는 열교환기; 상기 열교환기에 보급수를 공급하고 도중에는 보급수 펌프가 장착되는 보급수 공급배관; 상기 열교환기에 일 측이 장착되고, 반대 측은 흡수기의 메인 흡수배관과 연결되어, 열교환된 보급수를 공급하는 보급수 전달배관;을 포함하여 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 열교환기에 위치하는 흡수액 우회배관은 지그재그 형상으로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 하수구로 버려지는 폐수의 열, 지하수의 열, 냉방시에 배출되는 냉각수의 열과 같은 폐열을 이용하여 증발기와 폐열공급라인의 보조 가열관을 열교환시킬 수 있을 뿐만 아니라 공사이클의 발생을 최소화하고 고온의 증기를 균일하게 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 보급수 열교환기가 장착된 흡수식 히트펌프를 나타낸 구성도.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

이하 본 발명의 구성을 첨부되는 도면을 참조로 설명하면, 도 1은 본 발명에 따른 보급수 열교환기가 장착된 흡수식 히트펌프를 나타낸 구성도이다.

본원발명인 흡수식 히트펌프(100)는 흡수기(200)로부터 공급된 희용액을 가열해서 냉매 증기를 분리하는 재생기(300), 재생기(300)로부터 이송되는 냉매 증기를 응축시켜 액화시키는 응축기(400), 응축기(400)로부터 이송되는 냉매액을 냉수관에 살포하여 증발시키는 증발기(500), 증발기(500)로부터 이송되는 냉매 증기를 재생기(300)로부터 이송된 농용액에 흡수시키는 흡수기(200), 보급수를 열교환시키는 보급수 열교환기(600)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 흡수식 히트펌프(100)를 구성하는 재생기(300), 응축기(400), 증발기(500)는 도시된 도면에 한정되지 않으며, 공지된 구성을 택일하여 구성될 수 있으며 별도의 설명은 생략하기로 한다.

그리고 상기 흡수기(200)는 기액분리기(210), 고온수배관(220), 고온수펌프(230)를 포함하여 이루어진다.

상기 기액분리기(210)는 내부공간(211)에 고온수가 저장되고, 상부에는 증기를 배출하는 증기 배출공(212)이 형성되며, 일 측에는 고온수를 공급하는 고온수 입구(213)와 고온수가 배출되는 고온수 배출구(214)가 형성된다.

즉, 상기 기액분리기(210)는 고온수 입구(213)를 통해 유입되는 고온수를 내부공간(211)에 저장하고, 상부에는 내부공간(211)의 고온수에서 발생하는 고온증기를 배출할 수 있도록 증기 배출공(212)을 형성하며, 하부에는 고온수의 배출을 위하여 고온수 배출구(214)를 형성한 것이다.

이때, 상기 증기 배출공(212)에는 고온 증기를 외부로 배출하면서도 외부 신호에 따라 개폐되는 한 방향 밸브(216)가 구비된 배관(215)이 연결된다.

상기 고온수배관(220)은 흡수기(200)의 내부를 통과하여 열을 공급받고 일 측 끝단이 고온수 입구(213)에 연결되고, 반대 측 끝단이 고온수 배출구(214)와 연결된다.

즉, 상기 고온수배관(220)은 일 측 끝단이 고온수 입구(213)에 연결되면서 반대 측이 고온수 배출구(214)와 연결하여 흡수기(200)의 내부를 거치면서 열교환된다.

상기 고온수펌프(230)는 고온수배관(220)의 도중에 장착된다.

즉, 상기 고온수펌프(230)는 고온수배관(220)에 장착되어 기액분리기(210)에 수용되는 고온수를 순환작동시키게 되는 것이다.

상기 보급수 열교환기(600)는 흡수액 우회배관(610), 열교환기(620), 보급수 공급배관(630), 보급수 전달배관(640)으로 구성된다.

상기 흡수액 우회배관(610)은 재생기(300)에서 흡수기(200)로 이동하고 용액열교환기(320)를 통해 열교환이 이루어진 공급배관(310)과 일 측이 연결되고, 반대 측은 상기 용액열교환기(320)의 전방에 위치하는 공급배관(310)과 연결된다.

즉, 상기 흡수액 우회배관(610)은 용액열교환기(320)를 기준으로 일 측이 용액열교환기(320)의 후방에 위치하는 공급배관(310)에 연결되고 반대 측은 용액열교환기(320)의 전방에 위치하는 공급배관(310)에 연결되는 것이다.

이를 좀 더 보충설명하면, 상기 흡수액 우회배관(610)은 용액열교환기(320)를 우회하여 공급되는 고온의 농축용액이 열교환기(620)를 거치면서 보급수를 가열한 후에, 상기 용액열교환기(320)의 후방에 위치하는 공급배관(310)에 전달되도록 한 것이다.

이때, 상기 흡수액 우회배관(610)에는 우회되는 농축용액이 역방향으로 흐르는 것을 방지할 수 있도록 일방향 밸브가 선택적으로 장착될 수 있으며, 상기 흡수액 우회배관(610)은 열교환기(620)에서 열교환 효율을 향상시킬 수 있도록 지그재그 형상으로 형성된다.

상기 열교환기(620)는 소정의 크기를 가지며 내부에는 수용공간(622)이 형성된다.

즉, 상기 열교환기(620)는 보급수 공급배관(630)에서 공급되는 보급수와 흡수액 우회배관(610)을 따라 이동하는 농축용액이 열교환될 수 있도록 공간을 제공하게 되는 것이다.

이때, 상기 열교환기(620)의 외면에는 열교환 효율을 향상시킬 수 있도록 단열재가 선택적으로 장착될 수 있음을 밝힌다.

상기 보급수 공급배관(630)은 열교환기(620)에 보급수 펌프(632)의 작동시 공급하게 된다.

즉, 상기 보급수 공급배관(630)은 25 ~ 35℃의 보급수를 보급수 펌프(632)의 작동시 열교환기(620)에 공급하게 되는 것이다.

이때, 상기 보급수 공급배관(630)의 크기는 환경 및 목적 등에 따라 달라질 수 있음을 밝힌다.

상기 보급수 전달배관(640)은 열교환기(620)에 일 측이 장착되고, 반대 측은 흡수기(200)의 고온수배관(220)과 연결되어, 열교환된 보급수를 공급하게 된다.

즉, 상기 보급수 전달배관(640)은 열교환기(620)에서 농축용액과 열교환되어 가열된 보급수를 고온수배관(220)에 공급하게 되는 것이다.

이를 좀 더 보충설명하면, 상기 보급수 전달배관(640)은 열교환이 이루어진 보급수를 흡수펌프(230)와 기액분리기(210)의 사이에 위치한 고온수배관(220)에 공급하게 되는 것이다.

상기와 같이 구성되는 흡수식 히트펌프용 보급수 열교환기의 실시 예를 참조로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 흡수기(200)로부터 공급된 희용액을 가열해서 냉매 증기를 분리하는 재생기(300), 재생기(300)로부터 이송되는 냉매 증기를 응축시켜 액화시키는 응축기(400), 응축기(400)로부터 이송되는 냉매액을 냉수관에 살포하여 증발시키는 증발기(500), 증발기(500)로부터 이송되는 냉매 증기를 재생기(300)로부터 이송된 농용액에 흡수시키는 흡수기(200)를 장착한다.

여기서, 상기 흡수기(200)에는 내부공간(211)에 고온수가 저장되고, 상부에는 증기를 배출하는 증기 배출공(212)이 형성되며, 일 측에는 고온수를 공급하는 고온수 입구(213)와 고온수가 배출되는 고온수 배출구(214)가 형성되는 기액분리기(210)와, 상기 흡수기(200)의 내부를 통과하여 열을 공급받고 일 측 끝단이 고온수 입구(213)에 연결되고, 반대 측 끝단이 고온수 배출구(214)와 연결되는 고온수배관(220) 및 상기 고온수배관(220)의 도중에 장착되는 고온수펌프(230)를 포함하여 이루어진다.

다음으로, 상기 흡수기(200)의 일 측으로 재생기(300)에서 흡수기(200)로 이동하고 용액열교환기(320)를 통해 열교환이 이루어진 공급배관(310)과 일 측이 연결되고, 반대 측은 상기 용액열교환기(320)의 전방에 위치하는 공급배관(310)과 연결되는 흡수액 우회배관(610)과, 상기 흡수액 우회배관(610)의 도중에 장착되고 보급수와 흡수액이 열교환되는 열교환기(620)와, 상기 열교환기(620)에 보급수를 공급하고 도중에는 보급수 펌프(632)가 장착되는 보급수 공급배관(630) 및 상기 열교환기(620)에 일 측이 장착되고, 반대 측은 흡수기(200)의 고온수배관(220)과 연결되어, 열교환된 보급수를 공급하는 보급수 전달배관(640)으로 구성되는 보급수 열교환기(600)를 장착하면, 흡수식 히트펌프(100)의 조립은 완료되는 것이다.

여기서 상기 흡수식 히트펌프의 조립 순서는 상기와 다르게 구성될 수 있음을 밝힌다.

다음으로, 상기와 같이 구성되는 흡수식 히트펌프의 사용상태를 살펴보면 다음과 같다. 여기서 하기의 흡수식 히트펌프에 적용되는 온도는 한정되는 것이 아니며 일 예로 설명한 것으로, 온도는 환경 및 목적 등에 따라 달라질 수 있음을 밝힌다.

먼저, 흡수식 히트펌프(100)가 작동되면, 상기 흡수기(200)는 증발기(500)의 열을 흡수함과 동시에 고온수배관(220)에 장착되는 고온수펌프(230)의 작동에 따라 기액분리기(210)의 내부공간(211)에 수용된 고온수를 흡수기(200)의 내부로 순환작동시켜 고온수를 열교환시키게 된다.

더불어, 상기 기액분리기(210)의 내부공간(211)에 수용된 고온의 증기는 기액분리기(210)의 상부에 장착되는 한 방향 밸브(216)가 구비된 배관(215)을 따라 배출하게 된다.

다음으로, 상기 기액분리기(210)의 내부공간(211)에 수용된 고온수를 보충하고자 할 경우에는, 상기 보급수 공급배관(630)에 장착되는 보급수 펌프(632)를 작동시켜 25 ~ 35℃의 보급수를 열교환기(620)에 공급하게 된다.

이후, 상기 열교환기(620)에 공급된 보급수는 흡수액 우회배관(610)을 따라 이동하는 농축용액과 열교환되면서 가열된 후, 보급수 전달배관(640)을 통해 흡수기(200)의 고온수배관(220)에 가열된 보급수를 공급하게 된다.

그리고 상기 보급수는 흡수기(200)로 유입된 후 상기 흡수기(200)에서 열교환된 후 상기 기액분리기(210)로 유입된다.

다음으로, 상기 열교환기(620)의 내부에 수용된 보급수와 열교환이 이루어진 농축용액은 공급배관(310)에 공급된 후 용액열교환기(320)를 통해 열교환된 후 흡수기(200)는 또는 열교환기(620)에 공급되는 과정을 연속적으로 거치게 된다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본원발명인 흡수식 히트펌프를 설명함에 있어 특정형상 및 방향을 위주로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 흡수식 히트펌프, 200 : 흡수기,
210 : 기액분리기, 211 : 내부공간,
212 : 증기 배출공, 213 : 고온수 입구,
214 : 고온수 배출구, 220 : 고온수배관,
230 : 고온수펌프, 300 : 재생기,
400 : 응축기, 500 : 증발기,
600 : 보급수 열교환기, 610 : 흡수액 우회배관,
620 : 열교환기 , 630 : 보급수 공급배관,
640 : 보급수 전달배관.

Claims (3)

1. 흡수기로부터 공급된 희용액을 가열해서 냉매 증기를 분리하는 재생기, 재생기로부터 이송되는 냉매 증기를 응축시켜 액화시키는 응축기, 응축기로부터 이송되는 냉매액을 폐열원관에 살포하여 증발시키는 증발기, 증발기로부터 이송되는 냉매 증기를 재생기로부터 이송된 농축용액에 흡수시키는 흡수기를 포함하는 흡수식 히트펌프에 있어서,
   상기 흡수기의 일 측으로 흡수기를 구성하는 기액분리기에 공급되는 보급수를 흡수식 히트펌프의 고온용액과 열교환한 후 상기 기액분리기에 공급될 수 있도록 보급수 열교환기가 장착되고,
   상기 보급수 열교환기는,
   상기 재생기에서 흡수기로 이동하고 용액열교환기를 통해 열교환이 이루어진 공급배관과 일 측이 연결되고, 반대 측은 상기 용액열교환기의 전방에 위치하는 공급배관과 연결되는 흡수액 우회배관;
   상기 흡수액 우회배관의 도중에 장착되고 보급수와 흡수액이 열교환되는 열교환기;
   상기 열교환기에 보급수를 공급하고 도중에는 보급수 펌프가 장착되는 보급수 공급배관;
   상기 열교환기에 일 측이 장착되고, 반대 측은 흡수기의 고온수배관과 연결되어, 열교환된 보급수를 공급하는 보급수 전달배관;을 포함하여 이루어지고,
   상기 흡수액 우회배관은, 상기 용액열교환기를 우회하여 공급되는 농축용액이 상기 열교환기를 거치도록 하여 보급수를 가열시킨 후에, 상기 용액열교환기의 후방에 위치하는 상기 공급배관에 전달되도록 하고,
   상기 열교환기는 상기 보급수 공급배관에서 공급되는 보급수와 상기 흡수액 우회배관을 따라 이동하는 농축용액이 열교환될 수 있도록 공간을 제공하게 되는 것을 특징으로 하는 흡수식 히트펌프용 보급수 열교환기.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 열교환기에 위치하는 흡수액 우회배관은 지그재그 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 흡수식 히트펌프용 보급수 열교환기.

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