KR102292399B1 - 냉동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡수기, 제 1재생기, 제 2재생기, 응축기, 팽창장치 및 증발기로 구성된 흡수식냉동기에 있어서, 흡수기로부터 공급받은 흡수액을 가열하여 냉매와 흡수제로 분리시키고, 분리된 냉매를 응축기로 토출하는 제 1재생기와 제 2재생기로부터 냉매를 원활하게 토출시키기 위해, 제 1재생기와 제 2재생기로부터 토출되어 응축기로 유입되는 냉매를 기상과 액상으로 분리시키는 기액분리장치를 설치하여 저압조건의 제 1재생기로 냉매가 역류되는 현상을 방지하는 냉동기에 관한 것이다.

Description

냉동기 {A Freezing Machine}

본 발명은 냉동기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 흡수식냉동기의 재생기에서 응축기로의 냉매배출을 원활하게 하기 위한 기액분리장치에 관한 것이다.

냉수의 온도를 낮추기 위한 설비인 냉동기는 고온고압상태의 냉매가 냉각수와 열교환하여 응축된 뒤, 팽창과정을 거쳐 저온저압상태로 감압되고, 저온저압상태의 냉매가 냉수로부터 열을 흡수하여 증발되면서, 냉수를 차갑게 만드는 일련의 사이클을 통해 냉수의 온도를 낮춘다.

이 때, 냉동기는 냉매를 고온고압상태로 만드는 방식에 따라, 압축기로 냉매를 압축하여 고온고압상태로 만드는 압축식냉동기와, 냉매를 흡수제와 혼합시킨 흡수액상태로 재생기에서 가열하여 고온고압의 냉매를 추출하는 흡수식냉동기로 분류할 수 있다.

이 중 대용량 냉수의 냉각이 요구되는 대형건물의 경우, 흡수식냉동기를 사용하는 것이 일반적이다.

흡수식냉동기는 냉매를 흡수제에 용해시켜 흡수액상태로 만든 다음 재생기로 공급하는 흡수기, 흡수기로부터 공급된 흡수액을 가열하여 액상의 흡수제와 기상의 냉매로 분리시키는 재생기, 재생기로부터 유입된 기상 냉매를 열교환시켜 액상으로 상변화시키는 응축기, 응축기로부터 유입된 액상 냉매를 팽창시켜 감압시키는 팽창장치 및 팽창장치로부터 유입된 액상 냉매를 냉수와 열교환시켜 증발시킨 후, 상기 흡수기로 재유입시키는 증발기를 포함한다.

상기와 같은 흡수식냉동기는 단일 재생기를 사용하는 1중효용, 2개의 재생기를 사용하는 2중효용 및 3개의 재생기를 사용하는 3중효용 흡수식냉동기로 분류된다.

상기와 같은 세 종류의 흡수식냉동기 중 대형건물에는 높은 효율을 얻을 수 있는 2중효용 또는 3중효용 흡수식냉동기가 일반적으로 사용된다.

2중효용 또는 3중효용 흡수식냉동기의 재생기는 흡수액을 가열하여 냉매를 액상 또는 기상으로 분리하고, 재생기로부터 분리된 기상 냉매는 응축기를 거쳐 액상으로 상변화되어 팽창장치로 유입되고, 액상 냉매는 상변화없이 곧바로 팽창장치로 유입되도록 냉매루프가 이원화되어 구성된다.

그러나, 고압조건의 재생기와 저압조건의 재생기로부터 각각 토출된 액상냉매는 응축기로 유입되기 전 합류하는 과정에서 냉매 간의 차압으로 인해, 고압상태의 액상냉매가 기화되는 플래싱(Flashing)현상을 겪게 되고, 플래싱(Flashing)현상으로 인해 액상냉매가 응축기로 유입되지 못하고 저압조건의 재생기로 역류하는 현상이 발생하였다.

이로 인해, 냉매가 정체되는 구간이 형성되어 냉매순환율이 떨어지게 되고, 저압조건 재생기의 수위가 높아짐에 따라, 흡수제가 흡수기로 회수되지 않고 냉매유동관을 따라 응축기로 유입되어 냉매유동관을 오염시킴으로써, 냉동기의 성능을 저하시키는 문제점이 발생되었다.

국내등록특허 10-1702952에서는, 재생기의 배열구조를 변화시킴으로써 냉동기 전체적인 효율을 증가시켰으나, 서로 다른 압력조건의 재생기로부터 토출된 냉매 간의 차압으로 인해 발생하는 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 방안을 제시하지 못하였다.

국내등록특허 10-2038436에서는, 고온고압조건 하에서 가동하는 재생기에 설치되는 기액분리장치에 대하여 개시하고 있으나, 압력이 동일한 액상 흡수제와 기상 냉매를 분리시키는 방법만을 제시하고 있을 뿐, 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 방안으로 확대적용하기에는 어려움이 있었다.

한국등록특허공보 10-1702952 한국등록특허공보 10-2038436

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 재생기로부터 토출된 액상 냉매가 응축기로 유입되는 관로에 기액분리장치를 설치하여, 플래싱(Flashing)현상에 의해 기화된 냉매를 분리함으로써, 냉매 비체적 증가에 따른 저압조건 재생기로의 냉매역류현상을 방지하고, 냉매의 배출을 원활하게 하는 것이다.

본 발명의 다른 과제는 기상 냉매와 액상 냉매를 분리하여 기상 냉매는 응축기를 통해 응축되고, 액상 냉매는 응축과정 없이 팽창장치로 유입될 수 있도록 냉매루프를 이원화시켜 구성함으로써, 응축기에서의 효율상승을 도모하는 것이다.

본 발명의 또 다른 과제는 재생기로 역류하는 냉매를 감지하여 냉매의 역류를 차단하는 역류방지시스템을 구축함으로써, 불량운전에 조속히 대응할 수 있게함과 아울러, 불량운전으로 인한 냉동기의 고장 또는 수명단축을 미연에 방지하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 냉동기는, 흡수제와냉매를 혼합시킨 흡수액을 생성하는 흡수기, 상기 흡수액을 공급받아 가열함으로써 상기 냉매와 상기 흡수제로 분리시키는 제 1재생기와 제 2재생기, 상기 제 1재생기와 상기 제 2재생기로부터 분리된 상기 냉매가 유입되어 열교환되는 응축기, 상기 응축기로부터 유입된 상기 냉매를 감압시키는 팽창장치, 상기 팽창장치로부터 유입된 상기 냉매를 냉수와 열교환시킨 뒤 상기 흡수기로 재유입시키는 증발기, 상기 제 1재생기로부터 토출되어 상기 응축기로 유입되는 상기 냉매가 유동하는 제 1드레인관, 상기 제 2재생기로부터 토출되어 상기 응축기로 유입되는 상기 냉매가 유동하는 제 2드레인관 및 상기 제 1드레인관과 상기 제 2드레인관을 유동하는 상기 냉매를 기상과 액상으로 분리하는 기액분리장치를 포함한다.

상기 제 1드레인관과 상기 제 2드레인관을 유동하는 상기 냉매가 합쳐지는 합류점이 형성될 수 있고, 상기 냉매는 상기 합류점에서 합쳐진 뒤 상기 기액분리장치로 유입될 수 있다.

상기 제 2드레인관을 유동하는 상기 냉매는 감압장치에 의해 압력이 낮아진 상태로 상기 합류점으로 유동할 수 있고, 상기 합류점에서 합쳐지는 상기 냉매 간에는 압력차가 존재할 수 있다.

상기 기액분리장치에서 분리된 기상 냉매는 상기 응축기의 상부로 유입되어 열교환과정을 거칠 수 있고, 상기 기액분리장치에서 분리된 액상 냉매는 상기 응축기의 하부로 유입되어 곧바로 상기 팽창장치로 유입될 수 있다.

상기 기액분리장치는 상기 재생기보다 낮은 위치에 배치되어 상기 냉매를 공급받을 수 있고, 상기 재생기로부터 토출되는 기상 냉매는 상기 재생기보다 높은 위치로 토출될 수 있고, 상기 기액분리장치에 의해 분리된 기상 냉매는 상기 기액분리장치의 상부로 토출될 수 있고, 상기 기액분리장치에 의해 분리된 액상 냉매는 상기 기액분리장치의 하부로 토출될 수 있다.

상기 재생기는 상기 재생기의 수위를 측정하는 수위센서와 연결될 수 있고, 상기 수위센서의 측정값에 따라 개도상태가 조절되는 역류방지장치가 상기 제 1드레인관과 연결될 수 있다.

상기 냉동기는 상기 합류점을 지나는 상기 냉매의 건도를 측정하는 건도계를 더 포함할 수 있고, 상기 건도계의 측정값에 따라 개도상태가 조절되는 역류방지장치가 상기 제 1드레인관과 연결될 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 냉동기에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

첫째,　응축기로 유동하는 냉매 간 압력차에 의해 발생하는 플래싱(Flashing)현상으로 인해 기화된 냉매를 분리시킴으로써, 냉매를 응축기로 원활하게 배출시킬 수 있고, 냉매가 재생기로 역류하는 현상을 방지할 수 있다.

둘째,　기상 냉매와 액상 냉매가 유동하는 루프를 이원화시켜 구성함으로써, 응축기에서의 응축효율을 상승시킬 수 있다.

셋째,　냉동기의 불량운전상태를 즉각적으로 감지하고 대응하는 시스템을 구축함으로써, 불량운전으로 인한 고장 또는 수명단축을 미연에 방지할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 3중효용 흡수식냉동기의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉동기의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉동기의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매의 흐름을 도식화하여 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 역류방지시스템이 추가된 냉동기의 개략적인 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 역류방지시스템이 추가된 냉동기의 개략적인 구성도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 냉동기를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

냉수의 온도를 낮추기 위한 설비인 냉동기는 냉매를 고온고압상태로 만드는 방식에 따라 압축식냉동기와 흡수식냉동기로 분류할 수 있다.

이 중 냉매를 고온고압상태로 만들기 위하여 압축기를 사용하는 압축식냉동기와 달리, 흡수식냉동기는 흡수제와 냉매를 혼합한 흡수액을 재생기에서 가열하여 고온고압상태의 냉매를 분리시키는 방식을 사용한다.

흡수식냉동기는 사용되는 재생기에 따라 1중효용, 2중효용 및 3중효용으로 분류될 수 있고, 2중효용 흡수식냉동기는 두 종류의 재생기를 사용하여 흡수액을 분리하는 냉동기이고, 3중효용 흡수식냉동기는 세 종류의 재생기를 사용하여 흡수액을 분리하는 냉동기이다.

대용량의 냉수를 냉각시키기 위해 대형건물에 사용되는 흡수식냉동기로는 효율이 높은 2중효용 또는 3중효용 흡수식냉동기가 일반적으로 사용된다.

흡수식냉동기에 사용되는 냉매는 일반적으로 물(H₂O) 또는 암모니아(NH₃)을 사용한다.

이하에서는 도 1을 참조하여, 3중효용 흡수식냉동기의 구성 및 동작원리를 설명하도록 한다.

이하에서 설명하는 온도에 관한 고온, 중온, 저온의 표현과 압력에 관한 고압, 중압, 저압에 관한 표현은 각 재생기(2, 3, 4) 또는 각 열교환부(5, 6, 7) 간의 상대적인 온도를 비교적개념으로 나타낸 것이거나, 각 열교환부(5, 6, 7)에서 일어나는 열의 방출 및 흡수와 관련한 열출입 경로를 나타내기 위한 방향적개념으로써, 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 어느 특정 온도구간을 한정하는 것이 아니다.

3중효용 흡수식냉동기는 기상의 냉매를 액상의 흡수제에 용해시켜 흡수액상태로 만들어 재생기(2, 3, 4)로 공급하는 흡수기(1), 흡수기(1)로부터 공급받은 흡수액을 가열하여 냉매와 흡수제로 분리하는 재생기(2, 3, 4), 재생기(2, 3, 4)로부터 분리되어 흡수기(1)로 회수되는 흡수제를 흡수기(1)로부터 재생기(2, 3, 4)로 공급되는 흡수액과 열교환시키는 열교환부(5, 6, 7), 재생기(2, 3)로부터 토출된 액상 냉매와 흡수기(1)로부터 토출된 흡수액을 열교환시키는 냉매응축열교환부(8), 재생기(2, 3, 4)로부터 분리된 냉매를 냉각수와 열교환시켜 응축시키는 응축기(9), 응축기(9)로부터 토출된 액상 냉매를 팽창시켜 감압하는 팽창장치(E) 및 감압된 냉매를 냉수와 열교환시켜 증발시킨 뒤 흡수기(1)로 재유입시키는 증발기(10)를 포함하는 사이클로 구성될 수 있다.

흡수기(1)로부터 흡수액을 공급받는다는 것은, 흡수기(1)와 직접적으로 연결되어 흡수액을 공급받는다는 것에 국한되지 않고, 다른 구성요소를 거쳐 간접적으로 연결되어 흡수액을 공급받는다는 것까지 포함한다.

재생기(2, 3, 4)는 흡수기(1)로부터 공급받은 흡수액을 외부열원을 통해 가열하여 고온의 냉매와 흡수제로 분리하는 제 3재생기(4), 흡수기(1)로부터 공급받은 흡수액을 제 3재생기(4)로부터 공급받은 고온의 냉매를 열원으로 사용하여 중온의 냉매와 흡수제로 분리하는 제 2재생기(3) 및 흡수기(1)로부터 공급받은 흡수액을 제 2재생기(3)로부터 공급받은 중온의 냉매를 열원으로 사용하여 저온의 냉매와 흡수제로 분리하는 제 1재생기(2)를 포함한다.

재생기(2, 3, 4)에 있어서, 온도와 압력은 제 1재생기(2), 제 2재생기(3), 제 3재생기(4) 순서로 높아지므로, 이하에서는 제 1재생기(2)를 저온재생기(2)로, 제 2재생기(3)를 중온재생기(3)로, 제 3재생기(4)를 고온재생기(4)로 칭하기로 한다.

재생기(2, 3, 4)에서 분리된 흡수제는 흡수기(1)로 회수되는 과정에서 열교환부(5, 6, 7)에서 열교환과정을 거칠 수 있다.

이하에서는 열교환되는 온도조건이 낮게 형성된 순서로 저온열교환부(5), 중온열교환부(6), 고온열교환부(7)로 칭하기로 한다.

고온열교환부(7)는 고온재생기(4)로부터 분리되어 고온토출관(47)을 통해 유입된 고온의 흡수제와 중온열교환부(6)로부터 토출되어 제 2공급관(67)을 통해 유입된 중온의 흡수액을 열교환시킨 뒤, 열교환된 중온의 흡수제는 제 1연결관(76)으로 토출하고, 열교환된 고온의 흡수액은 고온유입관(74)으로 토출한다.

고온열교환부(7)로부터 토출된 중온의 흡수제는 중온재생기(3)로부터 분리되어 중온토출관(376)을 통해 제 1연결관(76)으로 합류하는 중온의 흡수제와 함께 중온열교환부(6)로 유입되고, 저온재생기(2)로부터 분리되어 저온토출관(26)을 통해 중온열교환부(6)로 유입되는 저온의 흡수액과 열교환된다. 중온열교환부(6)에서 열교환된 저온의 흡수제는 제 2연결관(65)으로 토출되고, 열교환된 중온의 흡수액은 제 2공급관(67)으로 토출된다.

중온열교환부(6)로부터 토출된 저온의 흡수제는 저온재생기(2)로부터 분리되어 저온분지관(265)을 통해 제 2연결관(65)으로 합류하는 저온의 흡수액과 함께 저온열교환부(5)로 유입되고, 냉매응축열교환부(8)로부터 토출된 중온의 흡수액과 열교환된다. 저온의 흡수액 상태로 저온열교환부(5)로 유입된 흡수액은 열교환 후, 제 3연결관(51)를 통해 흡수기(1)로 회수되고, 중온의 흡수액 상태로 저온열교환부(5)로 유입된 흡수액은 열교환 후, 저온유입관(52)을 통해 저온재생기(2)로 유입된다.

냉매응축열교환부(8)는 중온재생기(3)와 저온재생기(2)로부터 유입된 액체상태의 냉매와 흡수기(1)로부터 흡수기토출관(18)을 통해 유입된 흡수액을 열교환시킬 수 있고, 열교환된 냉매를 응축기(9)로 토출하고, 열교환된 흡수액을 제 1공급관(85)으로 토출할 수 있다.

고온고압 흡수제의 유량을 조절하는 제 1조절밸브(470)는 고온토출관(47)과 연결되어 고온열교환부(7)로 유입되는 흡수제의 유량을 조절할 수 있다.

중온토출관(376)을 통해 합류하는 흡수제와 고온열교환부(7)로부터 토출된 흡수제 간에 차압이 생기는 것을 방지하기 위한 흡수제감압밸브(760)는 제 1연결관(76)과 연결되어 흡수제가 중온토출관(376)를 통해 중온재생기(3)로 역류하는 것을 방지할 수 있다.

저온저압 흡수액의 유량조절을 위한 제 2조절밸브(2650)는 저온분지관(265)과 연결되어 저온열교환부(5)로 유입되는 흡수액의 유량을 조절할 수 있다.

흡수기토출관(18), 저온토출관(26) 및 제 2연결관(65)을 유동하는 흡수제 또는흡수액은 제 1펌프(180), 제 2펌프(260) 및 제 3펌프(650)에 의해 압출될 수 있다.

냉동기의 흡수기(1)를 시작점으로 놓고 사이클을 설명하면, 냉매는 흡수기(1)에서 흡수제에 용해되어 액체상태의 흡수액으로 고온재생기(4), 중온재생기(3) 및 저온재생기(2)로 각각 공급된다. 각 재생기(2, 3, 4)로 공급된 흡수액은 열원에 의해 가열되어 냉매와 흡수제로 분리되어, 냉매는 응축기(9)로 공급되고, 흡수제는 흡수기(1)로 회수된다.

응축기(9)로 공급된 냉매는 냉각수와 열교환을 하여 응축되고, 팽창장치(E)를 통해 감압된 뒤, 증발기(10)로 공급된다. 증발기(10)로 공급된 냉매는 냉수와 열교환을 하여 증발되고, 이 과정에서 냉수는 냉매로 열을 방출하면서 온도가 낮아지게 된다. 증발기(10)로부터 토출된 냉매는 흡수기(1)로 유입되고, 상기와 같은 일련의 사이클을 반복적으로 돌면서 냉수의 온도를 낮춘다.

흡수제의 흐름을 중점으로 사이클을 살펴보면, 흡수기(1)에서 냉매가 용해되어 흡수액 상태로 흡수기토출관(18)을 통해 냉매응축열교환부(8)로 유입된 흡수제는 냉매응축열교환부(8)에서 냉매와 열교환하여 열을 공급받은 뒤, 제 1공급관(85)을 통해 저온열교환부(5)로 유입된다.

저온열교환부(5)로 유입된 흡수액은 열을 공급받은 뒤, 저온유입관(52)으로 토출되어 저온재생기(2)로 유입되고, 저온재생기(2)로 유입된 흡수액의 일부는 냉매와 흡수제로 분리되고, 분리된 흡수제와 미분리된 흡수액은 저온토출관(26)으로 토출되어 중온열교환부(2)로 유입되거나, 저온토출관(26)에서 분지된 저온분지관(265)을 통해 제 2연결관(65)에 합류한다.

중온열교환부(6)로 유입된 흡수액은 열을 공급받은 뒤, 제 2공급관(67)으로 토출되어 고온열교환부(7)로 유입되거나, 제 2공급관(67)에서 분지된 중온유입관(673)을 통해 중온재생기(3)로 유입된다.

중온재생기(3)로 유입된 흡수액은 일부가 냉매와 흡수제로 분리되고, 분리된 흡수제와 미분리된 흡수액은 중온토출관(376)으로 토출되어 제 1연결관(76)과 합류하여 중온열교환부(6)로 유입된다.

고온열교환부(7)로 유입된 흡수액은 열을 공급받은 뒤, 고온재생기(4)로 유입되고, 냉매와 흡수제로 분리되어 분리된 흡수제는 고온토출관(47)을 통해 고온열교환부(7)로 유입된다.

고온열교환부(7)로 유입된 흡수제는 열을 방출하고 제 1연결관(76)으로 토출되어 중온열교환부(6)로 유입되고, 다시 열을 방출한 뒤, 제 2연결관(65)으로 토출되어 저온열교환부(5)로 유입되고, 다시 열을 방출한 뒤, 흡수기(1)로 회수된다.

냉각수의 흐름을 중점으로 사이클을 살펴보면, 냉각수공급관(1a)을 통해 흡수기(1)로 유입된 냉각수는 열교환과정을 거친 뒤, 냉각수유동관(19)를 통해 응축기(9)로 유입되고, 냉매로부터 열을 흡수하여 냉매를 응축시킨 뒤, 냉각수토출관(9b)을 통해 토출된다.

냉수의 흐름을 중점으로 사이클을 살펴보면, 냉수가 냉수유입관(10a)를 통해 증발기(10)로 유입되고, 냉매로 열을 방출하여 냉매를 증발시킨 뒤, 온도가 낮아진 상태로 냉수배출관(10b)을 통해 배출된다.

이하에서는 도 2 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉동기를설명하도록 한다.

도 4를 참조하여 냉매의 흐름을 중점으로 사이클을 살펴보면, 흡수액상태로 고온재생기(4)로 유입된 냉매는 외부열원(미도시)에 의해 가열되어 기체상태로 분리되고, 제 3기관(43)을 통해 중온재생기(3)로 유입된다.

중온유입관(673)를 통해 중온재생기(3)로 유입된 흡수액은 제 3기관(43)를 통해 중온재생기(3)로 유입된 고온고압의 냉매를 열원으로 사용하여 가열되고, 냉매와 흡수제로 분리된다.

중온재생기(3)에서 분리된 중온중압의 기상 냉매는 제 2기관(32)을 통해 토출되어 저온재생기(2)로 유입되고, 저온유입관(52)을 통해 저온재생기(2)로 유입된 흡수액을 가열하는 열원으로 이용되어, 흡수액을 냉매와 흡수제로 분리시키고, 분리된 냉매는 제 1기관(29)을 통해 응축기(9)로 유입된다.

한편, 중온재생기(3)와 저온재생기(2)에서 분리된 냉매는 기상 또는 액상일 수 있는데, 기상의 냉매는 상기한 바와 같이 제 2기관(32) 및 제 1기관(29)를 통해 응축기(9)로 유입되고, 액상의 냉매는 제 1드레인관(28)과 제 2드레인관(38)을 통해 토출되어 합류점(28P)에서 합류할 수 있다.

합류점(28P)에서 중온재생기(3)와 저온재생기(2)로부터 토출된 냉매 간에 발생하는 차압을 제거하기 위한 감압장치(380)가 제 2드레인관(38)과 연결될 수 있다.

그러나, 감압장치(380)가 제 기능을 못할 경우, 제 2드레인관(38)을 통해 유동하는 냉매가 감압장치(380)에 의해 압력이 낮아진 상태이더라도, 제 1드레인관(28)을 통해 유동하는 냉매보다 높은 압력을 가질 수 있다.

이 경우 합류점(28P) 부근에서 냉매 간 차압으로 인해 포화상태의 일부 액상 냉매가 기화하는 플래싱(Flashing) 현상이 발생할 수 있으며, 냉매의 비체적이 급격히 증가하여, 냉매가 응축기(9)로 원활하게 배출되지 못하고 저온재생기(2)로 역류하는 현상이 발생할 수 있다.

저온재생기(2)로 역류하는 냉매는 저온재생기(2)의 수위를 높여, 제 2기관(32)과 제 1기관(29)을 통해 흡수제가 유입되는 문제를 발생시키고, 역류하여 저온재생기(2)에 정체되는 냉매량이 증가함에 따라 냉매순환율이 감소하여, 냉동기의 효율이 떨어질 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 냉동기는 플래싱(Flashing) 현상에 의해 발생하는 기화된 냉매를 기액분리장치를 통해 제거하여 비체적의 급격한 증가를 방지함으로써, 상기와 같은 문제를 해결할 수 있다.

합류점(28P)에서 합류한 냉매는 기액분리장치(200)로 유입될 수 있다. 기액분리장치(200)로 유입된 냉매는 상기한 플래싱(Flashing)현상에 의해 기상과 액상이 혼합된 상태일 수 있다.

기액분리장치(200)는 공지기술에 따른 원심력을 이용한 원심형 기액분리장치일 수 있고, 이에 따른 기액분리장치의 구동원리나 구조 등은 공지기술이므로 설명을 생략한다.

기액분리장치(200)로 유입된 냉매는 공기보다 밀도가 낮은 물(H₂O) 또는 암모니아(NH₃)이므로, 기액분리장치(200)에 의해 분리된 기상냉매는 기액분리장치(200)의 상부로 유동하여 기상토출관(202)을 통해 토출될 수 있다.

기액분리장치(200)에 의해 분리된 기상 냉매는 기상토출관(202)을 통해 제 1기관(29)에 합류하여 응축기(9)의 상부로 유입될 수 있고, 기액분리장치(200)에 의해 분리된 액상 냉매는 액상토출관(201)을 통해 냉매응축열교환부(8)로 유입되어 열을 방출한 뒤, 응축기유입관(89)을 통해 응축기(9)의 하부로 유입될 수 있다.

이 때, 응축기(9)의 상부로 유입된 기상 냉매는 응축기(9) 내부의 냉각수관(미도시)을 통해 유동하는 냉각수와 열교환과정을 거쳐 응축되어 응축기(9)의 하부로 유동하고, 응축기유입관(89)을 통해 응축기(9)의 하부로 유입된 냉매와 합류하여 응축냉매관(910)으로 토출되어 팽창장치(E)로 유입될 수 있다.

팽창장치(E)로 유입된 냉매는 팽창되어 감압된 상태로 증발기(10)로 유입되고, 증발기(10)에서 냉수로부터 열을 흡수하여 냉수의 온도를 낮춘 뒤, 냉매회수관(101)을 통해 흡수기(1)로 유입되어 흡수제에 다시 용해될 수 있다.

따라서, 기액분리장치(200)가 가동되지 않을 경우, 응축기유입관(89)을 통해 응축기(9)의 하부로 유입된 기상 냉매가 응축되지 않고 곧바로 응축냉매관(910)으로 토출되어 증발기(10)로 유입될 수 있고, 이에 따라 증발기(10)에서 냉수와 열교환되는 냉매유량이 줄어들어 냉수가 적절한 온도로 냉각되지 않을 수 있다.

또한, 액상냉매는 응축기유입관(89)을 통해 응축기(9)의 하부로 유입되고, 기상냉매는 제 1기관(29)을 통해 응축기(9)의 상부로 유입되도록 냉매루프를 이원화시켜 구성함으로써, 응축기(9)에서의 응축과정을 효율적으로 관리할 수 있다.

감압장치(380)와 기액분리장치(200)는 제 1드레인관(28), 제 2드레인관(38), 액상토출관(201) 및 응축기유입관(89) 중 적어도 어느 하나와 연결될 수 있고, 차압제거와 냉매의 원활한 배출이라는 목적에 비추어 보았을 때, 바람직하게는 감압장치(380)는 제 2드레인관(28)과, 기액분리장치는 제 1드레인관(28) 및 액상토출관(201)과 연결될 수 있다.

제 1드레인관(28)과 제 2드레인관(38)은 중력방향으로 연장되어 합류점(28P)에서 합류할 수 있고, 제 1드레인관(28)은 합류점(28P)으로부터 중력방향으로 연장되어 기액분리장치(200)의 상부와 연결될 수 있다. 이에 따라, 액상 냉매는 중력에 의해 별도의 에너지 투입없이 기액분리장치(200)로 유입될 수 있다.

기상토출관(202)은 기액분리장치(200)의 상부와 연결되고, 액상토출관(201)은 기액분리장치(200)의 하부와 연결될 수 있다. 이에 따라, 별도의 에너지 투입없이 중력에 의해 액상 냉매는 가라앉아 액상토출관(201)으로 토출될 수 있고, 밀도가 낮은 기상 냉매(물(H₂O) 또는 암모니아(NH₃))는 상부의 기상토출관(202)을 통해 제 1기관(29)에 합류하여 응축기(9)로 유입될 수 있다.

기상 냉매가 유입되는 제 1기관(29)은 응축기(9)의 상부와 연결되고, 액상 냉매가 유입되는 응축기유입관(89)은 응축기(9)의 하부와 연결될 수 있다. 이에 따라, 응축과정이 요구되는 기상 냉매는 냉각수와 열교환하여 응축된 뒤, 중력에 의해 응축기(9)의 하부로 떨어져 응축냉매관(910)을 통해 토출될 수 있고, 응축과정이 요구되지 않는 액상 냉매는 응축기(9)의 하부로 유입된 뒤, 곧바로 응축냉매관(910)을 통해 토출될 수 있다.

기액분리장치(200)로부터 액상토출관(201)을 통해 토출된 냉매는 냉매응축열교환부(8)로 유입될 수 있고, 흡수기토출관(18)을 통해 냉매응축열교환부(8)로 유입된 흡수액과 열교환하여 응축된 뒤, 응축기유입관(89)를 통해 응축기(9)로 유입될 수 있다. 이에 따라, 기액분리장치(200)에 의해 완전히 분리되지 않은 기상 냉매가 냉매응축열교환부(8)를 거치면서 응축됨으로써, 잔존해있는 기상 냉매로 인한 상기한 문제발생을 차단할 수 있다.

냉매응축열교환부(8)로부터 토출되어 응축기(9)로 유입되는 냉매는 응축기유입관(89)과 연결된 액상감압장치(890)에 의해 감압되어 응축기(9)로 유입될 수 있다. 이에 따라, 응축기유입관(89)과 제 1기관(29)을 유동하는 냉매 간 차압에 의해 냉매가 제 1기관(29)을 통해 저온재생기(2)로 역류하는 현상을 방지할 수 있다.

이하에서는 도 3를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉동기를 설명하도록 한다.

중온재생기(3)와 저온재생기(2)에서 분리된 냉매는 기상 또는 액상일 수 있는데, 기상의 냉매는 상기한 바와 같이 제 2기관(32) 및 제 1기관(29)를 통해 응축기(9)로 유입되고, 액상의 냉매는 제 1드레인관(28')을 통해 곧바로 기액분리장치(200')로 유입될 수 있고, 제 2드레인관(38')를 통해 곧바로 기액분리장치(200')로 유입될 수도 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 합류점(28P)이 형성되지 않을 수 있다.

기액분리장치(200') 내부에서 중온재생기(3)와 저온재생기(2)로부터 토출된 냉매 간에 발생하는 차압을 제거하기 위한 감압장치(380')가 제 2드레인관(38')과 연결될 수 있다.

그러나, 감압장치(380')가 제 기능을 못할 경우, 제 2드레인관(38')을 통해 기액분리장치(200')로 유입된 냉매가 감압장치(380')에 의해 압력이 낮아진 상태이더라도, 제 1드레인관(28')을 통해 기액분리장치(200')로 유입된 냉매보다 높은 압력을 가질 수 있다.

이 경우 기액분리장치(200') 내부에서 냉매 간 차압으로 인해 포화상태의 일부 액상 냉매가 기화하는 플래싱(Flashing) 현상이 발생할 수 있으며, 냉매의 비체적이 급격히 증가하여, 냉매가 응축기(9)로 원활하게 배출되지 못하고 제 1드레인관(28')을 통해 저온재생기(2)로 역류하는 문제가 발생할 수 있다.

그러나, 본 실시예의 경우 기액분리장치(200')의 가동으로 기화된 냉매를 지체없이 분리하여 기상토출관(202')을 통해 토출시킴으로써, 냉매의 비체적이 급격히 증가하는 것을 억제하여 냉매가 저온재생기(2)로 역류하는 문제를 해결할 수 있다.

상기한 바 외의 다른 냉동기의 구성이나 작동원리 등은 본 발명의 일 실시예와 동일하므로 설명을 생략한다.

도 5를 참조하면, 합류점(28P)으로부터 저온재생기(2)로 냉매가 역류하는 것을 방지하는 역류방지장치(300)가 제 1드레인관(28)와 연결될 수 있고, 저온재생기(2)의 수위를 측정하는 수위센서(302)가 저온재생기(2) 내부에 배치될 수 있다.

이 때, 역류방지장치(300)는 수위센서(302)에 의해 측정된 저온재생기(2)의 수위에 따라 개도정도를 달리하는 역류방지밸브(301)를 포함할 수 있고, 사용자는 수위센서(302)에 의해 측정된 수위값에 대응되는 역류방지밸브(301)의 개도정도를 테이블화하여, 수위센서(302)의 측정값에 의해 역류방지밸브(301)의 개도정도가 조절되도록 할 수 있다.

사용자는 수위센서(302)에 저온재생기(2) 수위의 임계값을 설정할 수 있고, 수위센서(302)에 의해 측정된 수위가 상기 임계값보다 높을 경우, 역류방지밸브(301)가 폐쇄되도록 설정할 수 있다.

역류방지장치(300)는 역류방지밸브(301)와 수위센서(302)를 포함하는 역류방지를 위한 포괄적 시스템일 수 있다.

도 6을 참조하면, 합류점(28P)으로부터 저온재생기(2)로 냉매가 역류하는 것을 방지하는 역류방지장치(400)가 제 1드레인관(28)와 연결될 수 있고, 합류점(28P)을 지나는 냉매의 건도를 측정하는 건도계(402)가 합류점(28P)에 장착될 수 있다.

이 때, 역류방지장치(400)는 건도계(402)에 의해 측정된 합류점(28P)의 건도값에 따라 개도정도를 달리하는 역류방지밸브(401)를 포함할 수 있고, 사용자는 건도계(402)에 의해 측정된 건도값에 대응되는 역류방지밸브(401)의 개도정도를 테이블화 하여, 건도계(402)의 측정값에 의해 역류방지밸브(401)의 개도정도가 조절되도록 할 수 있다.

사용자는 건도계(402)에 합류점(28P)에서의 건도의 임계값을 설정할 수 있고, 건도계(402)에 의해 측정된 건도값이 상기 임계값보다 높을 경우, 역류방지밸브(401)가 폐쇄되도록 설정할 수 있다.

역류방지장치(400)는 역류방지밸브(401)와 건도계(402)를 포함하는 역류방지를 위한 포괄적 시스템일 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

1: 흡수기 2: 저온재생기
3: 중온재생기 4: 고온재생기
5: 저온열교환부 6: 중온열교환부
7: 고온열교환부 8: 냉매응축열교환부
9: 응축기 10: 증발기
E: 팽창장치 200: 기액분리장치
201: 액상토출관 202: 기상토출관
28: 제 1드레인관 38: 제 2드레인관
380: 감압장치 28P: 합류점

Claims (18)

1. 냉매와 흡수제가 혼합되어 흡수액이 생성되는 흡수기;
   상기 흡수기로부터 토출된 상기 흡수액이 가열되어 상기 냉매와 상기 흡수제로 분리되는 제 1재생기;
   상기 흡수기로부터 토출된 상기 흡수액이 가열되어 상기 냉매와 상기 흡수제로 분리되는 제 2재생기;
   상기 제 1재생기와 상기 제 2재생기로부터 토출된 상기 냉매를 열교환시키는 응축기;
   상기 응축기로부터 토출된 상기 냉매를 팽창시키는 팽창장치;
   상기 팽창장치로부터 토출된 상기 냉매를 열교환시키고, 상기 흡수기로 토출시키는 증발기;
   상기 제 1재생기로부터 토출된 상기 냉매가 유동하는 제 1드레인관;
   상기 제 2재생기로부터 토출된 상기 냉매가 유동하는 제 2드레인관; 및
   상기 제 1드레인관과 상기 제 2드레인관을 통해 유입된 상기 냉매를 기상과 액상으로 분리하는 기액분리장치를 포함하고,
   상기 제 1드레인관과 상기 제 2드레인관에 유동하는 상기 냉매가 합쳐지는 합류점이 형성되고, 상기 합류점에서 합쳐진 상기 냉매가 상기 기액분리장치로 유입되는 냉동기.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제 2드레인관에 유동하는 상기 냉매의 압력을 낮추는 감압장치를 더 포함하고,
   상기 감압장치에 의해 압력이 낮아진 상기 냉매와 상기 제 1드레인관을 유동하는 냉매가 상기 합류점에서 합쳐지고, 상기 합류점을 지나는 상기 냉매는 액상과 기상이 혼합된 상태로 상기 기액분리장치로 유입되는 냉동기.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1재생기와 상기 제 2재생기로부터 토출된 기상의 상기 냉매가 유동하는 기관이 상기 응축기와 연결되고,
   상기 기액분리장치로부터 토출된 기상의 상기 냉매는 상기 기관에 합류하는 냉동기.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 기관은
   상기 제 1재생기와 상기 제 2재생기를 연결하는 제 2기관;
   상기 제 1재생기와 상기 응축기를 연결하는 제 1기관을 포함하고,
   상기 기액분리장치로부터 토출된 기상의 상기 냉매는
   상기 제 1기관에 합류하는 냉동기.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1재생기와 상기 제 2재생기로부터 토출된 기상의 상기 냉매가 유동하는 기관이 상기 응축기와 연결되고,
   상기 기액분리장치로부터 토출된 기상의 상기 냉매는 상기 기관에 합류하고, 상기 기액분리장치로부터 토출된 액상의 상기 냉매는 상기 응축기로 유입되는 냉동기.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 기액분리장치에서 분리된 기상의 상기 냉매는 상기 기액분리장치의 상부로 토출되고, 액상의 상기 냉매는 상기 기액분리장치의 하부로 토출되는 냉동기.
   
8. 제 6항에 있어서,
   기상의 상기 냉매는 상기 기관을 통해 상기 응축기의 상부로 유입되고, 상기 기액분리장치로부터 토출된 액상의 상기 냉매는 상기 응축기의 하부로 유입되는 냉동기.
   
9. 제 1항에 있어서,
   상기 기액분리장치로부터 토출된 액상의 상기 냉매는
   상기 응축기로 유입되는 상기 냉매의 압력을 낮추는 액상감압장치에 의해 압력이 낮아진 상태로 상기 응축기로 유입되는 냉동기.
   
10. 제 1항에 있어서,
    상기 냉매는 상기 기액분리장치의 상부로 유입되고,
    상기 기액분리장치의 가동에 의해 분리된 기상의 상기 냉매는 상기 기액분리장치의 상부로 토출되고, 액상의 상기 냉매는 상기 기액분리장치의 하부로 토출되는 냉동기.
    
11. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1재생기의 상부와 상기 제 2재생기의 상부로부터 토출된 기상의 상기 냉매가 유동하는 기관이 상기 응축기의 상부와 연결되고,
    상기 제 1드레인관은 상기 제 1재생기의 하부와 연결되고,
    상기 제 2드레인관은 상기 제 2재생기의 하부와 연결되고,
    상기 기액분리장치는 상기 제 1드레인관과 상기 제 2드레인관보다 낮은 위치에 배치되고,
    상기 기액분리장치에 의해 분리된 액상의 상기 냉매는 상기 응축기의 하부로 유입되는 냉동기.
    
12. 제 1항에 있어서,
    상기 기액분리장치에 의해 분리된 액상의 상기 냉매를 열교환시키는 냉매응축열교환부를 더 포함하는 냉동기.
    
13. 제 12항에 있어서,
    상기 냉매응축열교환부에 의해 열교환된 상기 냉매는 상기 응축기로 유입되는 냉동기.
    
14. 제 12항에 있어서,
    상기 냉매응축열교환부에 의해 열교환된 상기 냉매는
    상기 냉매응축열교환부에 의해 열교환된 상기 냉매의 압력을 낮추는 액상감압장치에 의해 압력이 낮아진 상태로 상기 응축기로 유입되는 냉동기.
    
15. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1재생기로의 상기 냉매의 유입을 방지하고, 상기 제 1드레인관과 연결되는 역류방지장치를 더 포함하는 냉동기.
    
16. 제 15항에 있어서,
    상기 제 1재생기의 수위를 측정하는 수위센서를 더 포함하고,
    상기 역류방지장치는
    상기 수위센서의 측정값에 따라 개도가 조절되는 밸브장치를 포함하는 냉동기.
    
17. 제 15항에 있어서,
    상기 제 1드레인관과 상기 제 2드레인관에 유동하는 상기 냉매가 합쳐지는 합류점이 형성되고, 상기 합류점을 지나는 상기 냉매의 건도를 측정하는 건도계를 더 포함하고,
    상기 역류방지장치는
    상기 건도계의 측정값에 따라 개도가 조절되는 밸브장치를 포함하는 냉동기.
    
18. 제 1항, 제 3항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡수기로부터 토출된 상기 흡수액이 가열되어 상기 냉매와 상기 흡수제로 분리되는 제 3재생기를 더 포함하고,
    상기 제 3재생기는
    상기 제 1재생기와 상기 제 2재생기보다 높은 온도 및 높은 압력 하에서 상기 냉매와 상기 흡수제를 분리하는 냉동기.
    

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