KR102017436B1 - 흡수식 냉동기 - Google Patents

흡수식 냉동기

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KR102017436B1
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히로노부 가와무라
다츠오 후지이
노부유키 다케다
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히타치 존슨 컨트롤즈 쿠쵸 가부시키가이샤
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Abstract

단효용 사이클에 보조 사이클을 조합한 구성에 있어서, 용액 보유량을 저감할 수 있는 흡수식 냉동기를 제공한다.
흡수식 냉동기(100)는, 증발기(1)와, 흡수기(9)와, 저압 재생기(22)와, 고압 재생기(33)와, 보조 흡수기(16)와, 보조 재생기(44)와, 응축기(41)와, 용액 펌프(30)를 구비한다. 고압 재생기(33)로부터 흡수기(9)로 용액을 흐르게 하기 위한 용액 배관(49)은, 저압 재생기(22)로부터의 용액을 흐르게 하기 위한 용액 배관(27)과 연결된 합류부 B를 갖고, 용액 펌프(30)는 합류부 B로부터 흡수기(9)까지의 용액 배관(49)에 설치되고, 고압 재생기(33)의 저면(101)은, 저압 재생기(22)의 저면(102)보다 높은 위치에 배치되어 있다.

Description

흡수식 냉동기
본 발명은, 흡수식 냉동기에 관한 것이다.
흡수식 냉동기는, 열구동할 수 있다는 점에서, 배열로서 나온 온수를 구동 열원으로 하여 냉열을 공급할 수 있다. 재생기가 1개인 단효용 사이클에서는, 90℃ 정도의 온수를 구동 열원으로 하여 7℃ 정도의 냉열을 공급할 수 있다. 또한, 특허문헌 1에는, 재생기가 2개인 2단 흡수 사이클의 흡수식 냉동기로 하고, 단효용 사이클의 흡수식 냉동기보다 낮은 온도의 온수를 구동 열원으로 하여 냉열을 공급할 수 있는 것이 기재되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 단효용 사이클과 보조 사이클(2단 흡수 사이클)을 조합한 흡수식 냉동기가 기재되어 있다. 이것은, 단효용 사이클측에 고압 재생기와 저압 재생기를 설치하고, 용액의 전량을 흡수기, 고압 재생기, 저압 재생기, 흡수기의 순으로 순환시키는 시리즈 플로로 되어 있다. 또한, 보조 사이클측은, 보조 흡수기와 보조 재생기로 이루어지고, 보조 흡수기의 기상부가 저압 재생기와 연통하고, 보조 재생기의 기상부가 고압 재생기와 응축기의 기상부와 연통한 구성이 기재되어 있다. 특허문헌 2에서는, 흡수식 냉동기 1대로 구동 열원의 온수를 단효용 사이클의 흡수 냉동기에 필요한 온도로부터, 2단 흡수 사이클의 흡수식 냉동기에 필요한 온도까지 이용할 수 있다고 되어 있다.
일본 특허 공개 제2004-211979호 공보(도 6) 한국 등록 특허 제10-0746241호 공보(도 2)
에너지 절약을 도모하기 위해서는, 1개의 배열원으로부터 더 많은 냉열량을 발생시켜 재이용하는 것이 유효한 수단이 된다. 그러기 위한 수단으로서, 예를 들어 90℃ 정도의 온수를 단효용 사이클의 흡수식 냉동기의 구동 열원으로서 이용하고, 그 후 온도가 저하된 온수를 2단 흡수 사이클의 흡수식 냉동기의 구동 열원으로서 이용하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 이 경우, 각각 사이클 구성이 상이한 흡수식 냉동기가 2대 필요해지고, 냉수 및 냉각수의 배관 계통이 2개가 되기 때문에, 배관 구성이 복잡해져 버려, 설치 면적이 커짐과 함께 비용이 증가해 버린다. 또한, 흡수식 냉동기를 2대로 하면, 용액 펌프나 냉매 펌프의 수도 거의 배증되어 버려 소비 전력량이 많아짐과 함께, 용액량과 냉매량도 배증되어 버린다.
한편, 특허문헌 2의 기술에서는, 1대의 흡수식 냉동기로 상기 과제에 대응한 사이클로 되어 있다. 그러나, 특허문헌 2의 기술에서는, 단효용 사이클측의 흡수기로부터 나온 용액의 전량을 유하 액막식 열교환기로 이루어지는 고압 재생기로 유입하고, 고압 재생기를 나간 용액의 전량을 유하 액막식 열교환기로 이루어지는 저압 재생기로 유입하는 시리즈 플로로 되어 있다. 또한, 주된 구성 요소가, 증발기, 흡수기, 저압 재생기, 보조 흡수기, 보조 재생기, 고압 재생기, 응축기의 7개로 되어, 단효용 사이클보다 3개, 특허문헌 1의 보조 사이클보다 1개 용액이 순환하는 구성 요소가 증가되어 있다. 이 때문에, 필요한 보유 용액량의 증가에 의한 비용 증가로 생각된다.
본 발명의 목적은, 단효용 사이클에 보조 사이클을 조합한 구성에 있어서, 용액 보유량을 저감할 수 있는 흡수식 냉동기를 얻는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 흡수식 냉동기는, 증발기와, 흡수기와, 저압 재생기와, 고압 재생기와, 보조 흡수기와, 보조 재생기와, 응축기와, 용액 펌프를 구비하고, 상기 증발기와, 상기 흡수기와, 상기 저압 재생기와, 상기 고압 재생기와, 상기 보조 흡수기와, 상기 보조 재생기는, 유하 액막식 열교환기로 구성하고, 상기 증발기와 상기 흡수기는, 기상부가 연통하고, 상기 저압 재생기와 상기 보조 흡수기는, 기상부가 연통하고, 상기 고압 재생기와 상기 보조 재생기와 상기 응축기는, 기상부가 연통하고, 상기 고압 재생기로부터 상기 흡수기로 용액을 흐르게 하기 위한 용액 배관은, 상기 저압 재생기로부터의 용액을 흐르게 하기 위한 용액 배관과 연결된 합류부를 갖고, 상기 용액 펌프는, 상기 합류부로부터 상기 흡수기까지의 상기 용액 배관에 설치되고, 상기 고압 재생기의 저면은, 상기 저압 재생기의 저면보다 높은 위치에 배치되어 있다.
본 발명에 따르면, 2단 효용 사이클에 보조 사이클을 조합한 구성에 있어서, 용액 보유량을 저감할 수 있는 흡수식 냉동기를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 흡수식 냉동기의 사이클 계통도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 흡수식 냉동기의 듀링선도를 나타낸다.
이하, 본 발명의 구체적 실시예를, 도면을 사용하여 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서, 동일 부호를 붙인 부분은 동일 혹은 상당하는 부분을 나타내고 있다.
본 발명의 실시 형태에 관한 흡수식 냉동기(100)에 대해, 도 1, 도 2를 참조하여 설명한다.
도 1은, 본 실시 형태의 흡수식 냉동기(100)의 사이클 계통도를 나타내고 있다.
도 2는, 본 실시 형태의 흡수식 냉동기(100)의 듀링선도를 나타내고 있다. 도 2에서는, 횡축을 용액 온도, 종축을 압력으로 하고, 용액의 등농도선으로 이루어지는 듀링선도 중에, 본 발명의 사이클 상태를 나타내고 있다.
또한, 도 1의 E, A, LG, HG, AA, AG, C와, 도 2의 E, A, LG, HG, AA, AG, C는 동일한 부분을 나타낸다.
우선, 본 발명의 실시 형태에 관한 흡수식 냉동기(100)의 전체 구성에 대해 설명한다.
흡수식 냉동기(100)는, 단효용 사이클측과 보조 사이클(2단 흡수 사이클)측으로 이루어지고, 각각의 사이클에서 용액이 독립적으로 순환한다. 단효용 사이클측은, 증발기(1(E)), 흡수기(9(A)), 저압 재생기(22(LG)), 고압 재생기(33(HG)), 응축기(40(C)), 저온 용액 열교환기(55), 고온 용액 열교환기(56)의 열교환기 요소와, 냉매 펌프(6), 용액 펌프(14, 30) 등을 구비하고 있다. 보조 사이클측은, 보조 흡수기(16(AA)), 보조 재생기(44(AG)), 중온 용액 열교환기(57)의 열교환기 요소와, 용액 펌프(29, 54) 등을 구비하고 있다.
다음으로 단효용 사이클측의 동작에 대해 설명한다.
증발기(1)에서는, 냉매 펌프(6)에 의해 증발기(1) 하부에 저류된 냉매를, 냉매 배관(7)을 통해 살포 장치(2)로 유도하여, 열교환기(3)의 전열관 외부에 살포한다. 살포된 냉매는, 열교환기(3)의 전열관 내를 흐르는 냉수에 의해 가열되어 일부 냉매 증기가 되어, 엘리미네이터(8)를 통해 흡수기(9)로 유도된다. 이때, 냉매가 증발할 때의 증발 잠열을 이용하여 열교환기(3)의 전열관 내를 흐르는 냉수를 냉각한다. 열교환기(3)에는, 냉수 배관(4, 5)이 접속되어 부하측에 냉열을 공급하기 위한 냉수가 통수된다.
흡수기(9)에서는, 저압 재생기(22)와 고압 재생기(33)에 의해 농축된 용액이, 살포 장치(10)로부터 열교환기(11)의 전열관 밖으로 살포된다. 살포된 용액은, 증발기(1)로부터의 냉매 증기를 흡수하여 농도가 옅어진 후, 용액 배관(15) 도중에 설치한 용액 펌프(14)에 의해 저온 용액 열교환기(55)를 통과 후에 분기점 A에서 분기되고, 한쪽이 용액 배관(31)의 유량 조정 밸브(32)를 통해 저압 재생기(22)로 유도된다. 분기점 A에서 분기된 다른 한쪽의 용액은, 고온 용액 열교환기(56)를 통해 고압 재생기(33)로 유도된다. 흡수기(9)의 열교환기(11)의 전열관 내에는, 용액이 냉매 증기를 흡수할 때에 발생하는 흡수열을 제거하기 위해 냉각수가 통수된다. 열교환기(11)에는, 냉각수 배관(12, 13)이 접속되어 있다.
저압 재생기(22)에서는, 흡수기(9)에서 농도가 옅어진 용액이, 살포 장치(23)로부터 열교환기(24)의 전열관 밖으로 살포된다. 살포된 용액은, 열교환기(24)의 전열관 내를 흐르는 열원 매체에 의해 가열되어, 농축된 용액과 냉매 증기로 분리된다. 농축된 용액은, 용액 배관(27)을 통해 합류점(합류부) B에서 고압 재생기(33)로부터의 용액과 합류한다. 농축된 용액으로부터 분리된 냉매 증기는, 엘리미네이터(21)를 통해 보조 사이클측의 보조 흡수기(16)로 유도된다. 저압 재생기(22)의 열교환기(24)에는, 열원 매체 배관(25, 26)이 접속되어 있다.
고압 재생기(33)에서는, 흡수기(9)에 의해 농도가 옅어져 저온 용액 열교환기(55)와 고온 용액 열교환기(56)에 의해 승온된 용액이 살포 장치(34)로부터 열교환기(35)의 전열관 밖으로 살포된다. 살포된 용액은, 열교환기(35)의 전열관 내를 흐르는 열원 매체에 의해 가열되어, 농축된 용액과 냉매 증기로 분리된다. 농축된 용액은, 용액 배관(49) 도중에 설치한 고온 용액 열교환기(56)를 통해 합류점 B로 유도된다. 합류점 B에서 합류한 저압 재생기(22)와 고압 재생기(33)로부터의 농축된 용액은, 용액 펌프(30)에 의해 승압되고 저온 용액 열교환기(55)를 통해 흡수기(9)로 유도된다. 고압 재생기(33)에 의해 농축된 용액으로부터 분리된 냉매 증기는, 배플(39)을 통해 응축기(40)로 유도된다. 고압 재생기(33)의 열교환기(35)에는, 열원 매체 배관(36, 37)이 접속되어 있다.
응축기(40)에서는, 고압 재생기(33)와 보조 재생기(44)에 의해 농축된 용액으로부터 분리된 냉매 증기를, 열교환기(41)의 전열관 내를 흐르는 냉각수에 의해 냉각하여, 응축 액화한다. 응축 액화된 냉매는, 냉매 배관(50)을 통해 증발기(1)로 유도된다. 열교환기(41)에는, 냉각수 배관(42, 43)이 접속된다.
다음으로 보조 사이클측의 동작에 대해 설명한다.
보조 흡수기(16)에서는, 보조 재생기(44)에 의해 농축된 용액이 살포 장치(17)로부터 열교환기(18)의 전열관 밖으로 살포된다. 살포된 용액은, 단효용측 사이클의 저압 재생기(22)로부터의 냉매 증기를 흡수하여 농도가 옅어진 후, 용액 배관(28) 도중에 설치한 용액 펌프(29)에 의해 중온 용액 열교환기(57)를 통과 후에 고압 재생기(33)로 유도된다. 보조 흡수기(16)의 열교환기(18)의 전열관 내에는, 용액이 냉매 증기를 흡수할 때에 발생하는 흡수열을 제거하기 위해 냉각수가 통수된다. 열교환기(18)에는, 냉각수 배관(19, 20)이 접속되어 있다.
보조 재생기(44)에서는, 보조 흡수기(16)에 의해 농도가 옅어진 용액이 살포 장치(45)로부터 열교환기(46)의 전열관 밖으로 살포된다. 살포된 용액은, 열교환기(46)의 전열관 내를 흐르는 열원 매체에 의해 가열되어, 농축된 용액과 냉매 증기로 분리된다. 농축된 용액은, 용액 배관(51) 도중에 설치한 용액 펌프(54)에 의해, 중온 용액 열교환기(57)를 통해 보조 흡수기(16)로 유도된다. 농축된 용액으로부터 분리된 냉매 증기는, 배플(52)을 통해 응축기(40)로 유도된다. 보조 재생기(44)의 열교환기(46)에는, 열원 매체 배관(47, 48)이 접속되어 있다.
열원 매체는, 예를 들어 고압 재생기(33)의 열교환기(35), 저압 재생기(22)의 열교환기(24), 보조 재생기(44)의 열교환기(46)의 순으로 통수된다. 이때, 도 2에 나타낸 바와 같이 열원 매체를, 고압 재생기(33) 출구의 용액 온도보다 높은 온도(90℃ 정도)로부터, 보조 재생기(44) 출구의 용액 온도에 가까운 온도(60℃ 정도)까지 이용할 수 있다.
또한, 증발기(1)에서는 냉매가, 흡수기(9), 저압 재생기(22), 고압 재생기(33), 보조 흡수기(16) 및 보조 재생기(44)에서는 용액이, 각 열교환기 상부의 살포 장치로부터 살포되는 유하 액막식 열교환기로 하고 있다.
이상과 같이, 본 실시 형태의 구성은, 단효용 사이클측의 저압 재생기(22)와 보조 흡수 사이클측의 보조 흡수기(16)의 기상부를 연통하고, 단효용 사이클측의 고압 재생기(33) 및 응축기(40)와 보조 흡수 사이클측의 보조 재생기(44)의 기상부를 연통함으로써, 단효용 사이클과 보조 흡수 사이클을 조합하여 운전할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 용액(흡수제)으로서 브롬화리튬 수용액을 사용하고, 냉매로서 물을 사용하고 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 고압 재생기(33)의 저면(101)을 저압 재생기(22)의 저면(102)보다 높이 H만큼 높게 배치한다. 높이 H는, 운전 중에 있어서 고압 재생기(33)로부터 유출되는 용액의 액면이 배관(49) 내에 형성되도록 설정된다. 이에 의해, 운전 중에는, 고압 재생기(33) 내에 용액을 저류할 필요가 없어져, 용액량과 함께 냉매량을 삭감할 수 있다.
다음으로, 높이 H의 결정 방법에 대해 설명한다. 운전 중에 예를 들어, 저압 재생기(22)의 액면을, 저압 재생기(22) 내에 설치하는 액면 센서(도시하지 않음)에 의해 액면 높이를 검지하여, 액면이 낮아지면 살포량을 많게, 액면이 높아지면 살포량이 적어지도록 유량 조정 밸브(32)에 의해 제어하고, 저압 재생기(22) 내에 저류되는 용액의 액면 높이를 일정 범위로 조정한다. 이때, 고압 재생기(33)로부터 유출되는 용액의 액면 높이는, 고압 재생기(33)와 저압 재생기(22) 사이에 발생하는 압력차 ΔP1과, 고온 용액 열교환기(56) 내를 포함하는 고압 재생기(33)로부터 합류점 B까지의 배관(49)의 압력 손실 ΔP2에 의해 정해진다. 고압 재생기(33)로부터 유출되는 용액의 액면 높이는, 저압 재생기(22) 내의 액면 높이에 대해, 압력차 ΔP1만큼 낮게 할 수 있게 되지만, 압력 손실 ΔP2만큼 높아진다. 가령, 저압 재생기(22) 내에 저류하는 용액의 액면 높이를 200㎜로 하고, 압력차 ΔP1이 200㎜, 압력 손실 ΔP2가 1000㎜로 되었다고 하면, 고압 재생기(33) 내에 용액이 저류하지 않도록 할 수 있는 높이 H는, H＞1000㎜가 된다.
여기서, 저압 재생기(22) 내의 용액 액면 높이와, 고압 재생기(33)와 저압 재생기(22)의 압력차 ΔP1과, 고온 용액 열교환기(56) 내를 포함하는 고압 재생기(33)로부터 합류점 B까지의 배관(49)의 압력 손실 ΔP2는, 배관(49)과 고온 용액 열교환기(56)의 사양과 운전 조건이 정해지면 용이하게 구할 수 있고, 그 결과를 기초로 저압 재생기(22)의 저면(102)으로부터 고압 재생기(33)의 저면(101)까지의 높이 H를 설정하여, 기기 배치를 결정할 수 있다.
다음으로, 본 실시 형태의 작용·효과에 대해 설명한다.
본 실시 형태의 흡수식 냉동기(100)는, 흡수기(9)의 용액을 분기점 A에서 저압 재생기(22)와 고압 재생기(33)로 분배하고, 저압 재생기(22)와 고압 재생기(33)로부터의 용액을, 합류점 B에서 합류시켜 용액 펌프(30)에 의해 흡수기(9)로 유입시키고 있다. 이 때문에, 다른 요소(다른 펌프)와는 달리, 용액 펌프(30)에는, 저압 재생기(22)와 고압 재생기(33)의 2개의 요소로부터의 용액이 유입되게 된다.
다른 요소는, 도 1과 같이, 용액 펌프(14)에는 흡수기(5), 용액 펌프(19)에는 보조 흡수기(16), 용액 펌프(54)에는 보조 재생기(44)로부터의 용액이 유입됨과 함께, 용액 탱크(61, 62, 63, 64)가 각각 1 대 1로 설치되고, 당해 탱크에 일정량의 용액을 저류한 상태에서 운전하고 있다. 이것은, 운전 범위에 있어서 용액의 농도 변화분에 의한 용액량 변화를 허용하는 것과, 각 용액 탱크 내의 액면 높이가 민감하게 변동하지 않도록 하기 위함이며, 이에 의해, 각 용액 펌프에의 압입압을 확보할 수 있어, 각 용액 펌프를 안정적으로 구동할 수 있도록 할 수 있다.
한편, 용액 펌프(30)에는, 고압 재생기(33)와 저압 재생기(22)로부터의 용액이 유입되게 되지만, 용액 펌프(30)를 안정적으로 구동시키기 위해서는, 다른 요소와 마찬가지로 용액 탱크는 1개 있으면 충분하다는 점에서, 저압 재생기(22)에 용액 탱크(63)을 설치하는 구성으로 하였다. 저압 재생기(22)에서는, 용액 펌프(30)까지의 용액의 압력 손실이, 고온 용액 열교환기(56)를 통한 고압 재생기(33)보다 작아지므로, 저압 재생기(22)에 용액 탱크(63)를 설치하는 쪽이, 용액 펌프(30)가 안정 운전에 필요한 액면 높이를 낮게 억제할 수 있는 효과가 있다.
이상으로부터, 고압 재생기(33)의 저면(101)을 저압 재생기(22)의 저면(102)보다 높은 위치에 배치하고, 운전 중에 있어서 고압 재생기(33)로부터 유출되는 용액의 액면이 배관(49) 내에 형성되도록 하여, 고압 재생기(33)의 저부에는, 운전 중에 용액이 저류되지 않는 기기 배치로 하였다. 이에 의해, 고압 재생기(33)에서의 용액 탱크는 불필요해져, 용액량 및 냉매량을 삭감할 수 있다는 점에서, 흡수식 냉동기(100)의 소형화 및 비용 저감에 기여할 수 있다. 또한, 용액량 및 냉매량을 삭감함으로써, 보유 액량의 열용량을 적게 할 수 있으므로, 흡수식 냉동기(100)의 기동 특성의 개선을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상술한 실시예에 한정되지 않는다. 당업자라면, 본 발명의 범위 내에서, 다양한 추가나 변경 등을 행할 수 있다.
1 : 증발기
9 : 흡수기
30 : 용액 펌프
27, 49 : 용액 배관
16 : 보조 흡수기
22 : 저압 재생기
33 : 고압 재생기
40 : 응축기
44 : 보조 재생기
56 : 고온 용액 열교환기
41 : 응축기
101 : 고압 재생기의 저면
102 : 저압 재생기의 저면

Claims (4)

  1. 증발기와, 흡수기와, 저압 재생기와, 고압 재생기와, 보조 흡수기와, 보조 재생기와, 응축기와, 용액 펌프를 구비하고,
    상기 증발기와, 상기 흡수기와, 상기 저압 재생기와, 상기 고압 재생기와, 상기 보조 흡수기와, 상기 보조 재생기는, 유하 액막식 열교환기로 구성하고,
    상기 증발기와 상기 흡수기는, 기상부가 연통하고,
    상기 저압 재생기와 상기 보조 흡수기는, 기상부가 연통하고,
    상기 고압 재생기와 상기 보조 재생기와 상기 응축기는, 기상부가 연통하고,
    상기 고압 재생기로부터 상기 흡수기로 용액을 흐르게 하기 위한 용액 배관은, 상기 저압 재생기로부터의 용액을 흐르게 하기 위한 용액 배관과 연결된 합류부를 갖고,
    상기 용액 펌프는, 상기 합류부로부터 상기 흡수기까지의 상기 용액 배관에 설치되고,
    상기 고압 재생기의 저면은, 상기 저압 재생기의 저면보다 높은 위치에 배치되어 있는, 흡수식 냉동기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고압 재생기의 상기 저면의 상기 저압 재생기의 상기 저면에 대한 위치는, 상기 고압 재생기로부터 상기 흡수기로 용액을 흐르게 하기 위한 상기 용액 배관 내에, 상기 고압 재생기로부터 유출되는 용액의 액면이 형성되도록 설정되는, 흡수식 냉동기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고압 재생기의 상기 저면의 상기 저압 재생기의 상기 저면에 대한 위치는, 상기 고압 재생기와 상기 저압 재생기의 압력차와, 상기 고압 재생기로부터 상기 합류부까지의 상기 용액 배관의 압력 손실과, 상기 저압 재생기 내의 용액의 액면 높이에 기초하여 설정되는, 흡수식 냉동기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고압 재생기로부터 상기 합류부로 용액을 흐르게 하기 위한 상기 용액 배관 내의 용액과, 상기 흡수기로부터 상기 고압 재생기로 용액이 흐르는 용액 배관 내의 용액이 열교환을 하는 고온 용액 열교환기를 더 구비하는, 흡수식 냉동기.
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