KR102309573B1

KR102309573B1 - 콤팩트형 중온수 2단 흡수식 냉동기

Info

Publication number: KR102309573B1
Application number: KR1020210019614A
Authority: KR
Inventors: 이수용; 우성민; 변경원; 김대홍
Original assignee: 삼중테크 주식회사
Priority date: 2021-02-15
Filing date: 2021-02-15
Publication date: 2021-10-06

Abstract

본 발명의 콤팩트형 중온수 2단 흡수식 냉동기는 쉘 본체(100); 적어도 하나 이상의 증발기(1, 2); 및 적어도 하나 이상의 흡수기(3, 4);를 포함하는 제1 구역; 제1 재생기(6); 보조재생기(8); 및 응축기(9)를 포함하는 제2 구역; 제1 구역 및 제2 구역 사이에 위치하고, 보조흡수기(5); 및 제2 재생기(7);를 포함하는 제3 구역을 포함하고, 증발기의 일 측에 설치된 제4 격판(10); 보조 재생기의 타 측에 설치된 제5 격판(50);을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

콤팩트형 중온수 2단 흡수식 냉동기 { Compact medium-temperature two-stage absorption refrigerating machine }

본 발명은 효율이 향상된 콤팩트형 중온수 2단 흡수식 냉동기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 구동 전력 절감이 가능하고, 방열손실이 획기적으로 줄일 수 있고 장비의 사이즈가 콤팩트화 되는 효율이 향상된 중온수 2단 흡수식 냉동기에 관한 것이다.

흡수식 냉동기는 냉매가 증발할 때의 기화열을 이용하여 증발기로 공급되는 냉수를 냉각시키고, 기화된 냉매를 흡수기에서 진한 농도의 흡수액(LiBr-H2O)이 흡수하여 묽은 농도의 흡수액 상태로 재생기로 보내진 후 외부 열원에 의하여 묽은 농도의 흡수액이 비등하여 냉매증기와 분리되어, 냉매 증기는 응축기에서 응축 액화된 후 증발기로 순환되고, 진한 농도로 재생된 흡수액은 다시 흡수기로 순환하며 냉동능력을 발휘하는 냉동기이다.

종래의 2단 흡수식 냉동기는 증발기 및 흡수기로 구성된 제1쉘과 제2재생기 및 보조흡수기로 구성된 제2쉘, 제1재생기와 보조재생기 및 응축기로 구성된 제3쉘로 이루어져 있었다. 또한 종래의 중온수 2단 흡수식 냉동기는 구조상 증발기 및 흡수기가 한 쉘로 구성되어 좌측 하단에 위치하였고, 우측에 제1재생기 및 보조재생기, 응축기가 한 쉘에 구성되어 우측 하단에 위치하고, 상단에 좌우 측에 걸쳐 보조흡수기와 제2재생기가 한 쉘로 구성되어 있거나, 우측하단에 보조흡수기와 제2재생기가 한 쉘로 구성되어 있고, 상단에 제1재생기 및 보조재생기, 응축기가 한 쉘에 구성되어 있었다. 따라서 기기 전체의 높이가 높고 설치 사이즈가 커지는 단점이 있었으며, 이에 따라 기계실 면적과 층고를 증가시켰으며, 반입 사이즈가 커서 장비를 분할하는 경우가 많아 비용이 많이 드는 단점이 있었다. 또한 종래에는 냉동기가 3개의 쉘을 가짐으로써 특히 고온의 재생기측 방열면적이 커지므로 보온공사의 범위가 많아지고, 방열손실이 증대되는 단점도 있었다.

또한 종래의 중온수 2단 흡수식 냉동기는 기존의 2중 효용 증기 흡수식 냉동기 또는 가스 흡수식 냉온수기보다 열교환기가 많으므로 특히 높이가 커서 문제가 반입 및 설치에 문제가 되므로, 재생 및 흡수 효율이 우수한 유하액막식 열교환기 구조에서 높이를 낮출 수 있는 만액식 열교환기 구조로 반영하여 높이를 낮추는 경우가 많아서, 효율이 낮고 전열효과가 낮았으며, 전열 효과를 보상하기 위하여 복잡한 형태의 2단 만액 재생을 선택할 수 밖에 없었다. 그리고 유하액막식을 적용하더라도 전열관 배열을 효율이 우수한 최적 종횡비율을 적용하지 못하고, 높이를 줄일 수 있는 횡방향 비율이 상대적으로 커지는 종횡비율을 채용해야 하는 단점이 있었다. 따라서 용액의 재생이나 흡수시에 출구 유로 반대측 횡방향으로 끝단부에는 압력분포가 높아지거나 낮아지게 되어 재생기나 흡수기에 고른 압력 분포가 아닌 국부 압력저항이 발생되었고, 횡방향 배열이 많으므로 전열관에 용액이 적게 유하됨에 따라 작은 액막을 형성하므로 전열관의 전열 효율이 저하되어 재생 및 흡수 효율이 낮아지는 단점이 있었다.

그리고 종래의 2단 중온수 흡수식은 80%이하의 냉방부하 즉 부분부하에서 보조사이클이 정지되어도 보조사이클의 보조흡수기로 재생된 냉매를 전달하는 제2 재생기로 용액이 계속 순환되므로 불필요한 열손실과 더불어 제2 재생기하부에 설치되는 제2분사펌프를 기동해야 하는 불필요한 전력 손실이 발생하는 단점이 있었으며, 냉방부하가 줄어듦에도 주 사이클의 순환량은 일정하여 추가적인 불필요한 현열손실이 발생되는 단점이 중온수 2단 흡수식의 단점으로 지적되어 왔다.

이에 최근 업계는 유하액막식 열교환기를 이용할 때, 전열 효율을 향상 시키는 방안을 연구 중에 있다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 하나의 쉘 안에 모든 열교환기 부문을 구성하여 상기의 열손실과 과대 체적, 비싼 비용 등을 해결할 수 있는 콤팩트형 중온수 2단 흡수식 냉동기를 제공하는 것이며 아울러 부분부하에서 최적의 용액 순환량 조절과 용액 순환 유로를 구성하여 불필요한 순환에 의한 전력절감과 현열 열손실을 방지할 수 있는 냉동기를 제공하는 것이다.

보다 상세히 설명하면, 하나의 쉘 안에 증발기, 흡수기, 제1재생기, 제2재생기, 보조재생기, 보조흡수기, 응축기 등 전부분의 열교환기를 배치하여 전체적인 외형의 크기를 획기적으로 작게 할 수 있고, 특히 높이를 낮게 하여 설치할 수 있으며, 하나의 쉘 안에 모든 열교환기가 배치되므로, 특히 재생기 측의 방열면적이 줄어 들어 열손실을 줄이는 동시에 기존 만액식 열교환기보다 효율이 높은 유하액막식 열 교환 방식을 사용하고, 여기에 종방향의 배열길이를 확보함으로써 용액의 액막 레이놀즈 계수가 향상되어 각 재생기 및 흡수기의 열효율이 증대되는 중온수 2단 흡수식 냉동기에 관한 것이다

또한 부분 부하 시에는 보조사이클이 정지되고 주사이클만 기동 되므로 기존 불필요하게 순환되는 제2재생기로의 유로를 폐쇄함으로써 제2 재생기(7)로 순환되는 주사이클의 용액을 바로 제1 열교환기(11)를 거쳐 흡수기로 순환시켜 현열 손실을 방지하고, 제2 분사펌프의 전력을 절감할 수 있는 냉동기를 제공하는 것이다.

본발명의 일실시예에 따른 콤팩트형 중온수 2단 흡수식 냉동기는 쉘 본체; 적어도 하나 이상의 증발기; 및 적어도 하나 이상의 흡수기;를 포함하는 제1 구역; 제1 재생기; 보조재생기; 및 응축기를 포함하는 제2 구역; 제1 구역 및 제2 구역 사이에 위치하고, 보조흡수기(5); 및 제2 재생기(7);를 포함하는 제3 구역을 포함하고,

쉘 본체는 흡수기 및 보조흡수기 사이에 설치된 제1 격판; 제2 재생기와 제1 재생기 사이에 설치된 제2 격판; 및 상기 제1 재생기와 상기 보조재생기 사이의 제3 격판;을 포함하고

증발기의 일 측에 설치된 제4 격판; 보조 재생기의 타 측에 설치된 제5 격판;을 더 포함하고

제2 구역에 인접하여, 제2 재생기가 배치되는 것을 특징으로 하고,

제1 구역에 인접하고, 제2 재생기 상에 보조흡수기가 배치되는 것을 특징으로 하고,

제3 구역에 인접하여 상기 제1 재생기가 배치되고,

제2 구역 내에 제3 구역과 인접하지 않도록 상기 보조재생기가 배치되는 것을 특징으로 하고,

제1 재생기, 제2 재생기, 보조재생기는 서로 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하고,

증발기, 흡수기, 보조흡수기, 제1 재생기, 제2 재생기, 보조재생기 중 적어도 하나의 전열관 배열은 가로 대비 세로 비율이 2.5를 초과하는 것을 특징으로 하고,

증발기, 흡수기, 보조흡수기, 제1 재생기, 제2 재생기, 보조재생기 중 적어도 하나의 전열관 배열은 가로 대비 세로 비율이 2.5 이상 4 이하인 것을 특징으로 하고,

제1 열교환기 및 제2 열교환기를 더 포함하고, 흡수기에서 생성된 희용액은 제1 열교환기 및 제2 열교환기를 거쳐, 제1 재생기로 제공되어, 외부 열원을 받아 제1차 농용액으로 재생되고, 제1 농용액은 제2 열교환기를 거쳐 제2 재생기로 보내져, 외부 열원을 받아 제2차 농용액으로 재생되며, 제2차 농용액은 제1 열교환기를 거쳐 흡수기로 유입되는 메인 사이클로 구동되는 것을 특징으로 하고,

제3 열교환기를 더 포함하고, 보조흡수기는 제2 재생기에서 생성되는 냉매 증기를 흡수하여, 희용액을 만들고, 희용액은 제3 열교환기를 거쳐 보조재생기로 유입되어, 외부 열원을 받아 농용액으로 재생되며, 농용액은 제3 열교환기를 거쳐 보조흡수기로 유입되는 보조 사이클로 추가 구동되는 것을 특징으로 하고,

부분 부하 기동 시, 제1 재생기와 제2 재생기 간의 농용액 전달 배관이 폐쇄되는 것을 특징으로 하고,

부분 부하 기동으로 인해 상기 농용액 전달 배관의 폐쇄 시, 상기 제1 재생기에서 생성된 농용액이 상기 제1 열교환기로 직접 전달되는 분기 배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하고,

부분 부하 기동으로 인해 농용액 전달 배관의 폐쇄 시, 제2 재생기 출구에 용액이 역류하는 것을 방지하는 역지 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명인 콤팩트형 중온수 2단 흡수식 냉동기에 따르면,

첫째, 하나의 쉘 본체에 모든 열교환기 부문을 효과적으로 배치하여 콤팩트화 된 기기를 제작할 수 있다. 또한, 고온부인 재생기가 외부에 노출되는 면적이 최소화되도록 설계할 수 있으며, 재생기가 서로 인접하게 배치되어 효과적인 온수 배관을 설치할 수 있다.

이러한, 배치 방식으로 인해 전체 기기의 높이 사이즈에 대하여 여유가 생기므로 효율적인 전열관 배열을 가능하게 하며, 전열관 배열의 종횡비의 확보가 가능하여 최적화된 액막 레이놀즈 계수를 확보하여 전열 효율을 상승시킬 수 있는 장점이 있다.

둘째, 부분 부하 기동 시 제2분사 펌프를 정지하여 불필요한 전력을 절감함으로써, 현열손실을 줄이고 고효율 운전이 가능한 장점이 있다.

셋째, 본발명의 배관과 그의 용액 순환제어에 의하여, 냉방부하가 80%이하시에는 보조 사이클을 정지하고 메인 사이클로만 운전하는 과정에서 에너지 이용효율 즉 COP를 25%이상 향상 시킬 수 있다. 그리고 혹서기를 제외한 대부분의 냉방시즌에는 80%이하의 냉방부하로 운전되므로 운전비용을 절감하는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 콤팩트형 중온수 2단 흡수식 냉동기의 100% 부하 기동 시 메인 사이클 및 보조 사이클을 도시한 사이클 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 콤팩트형 중온수 2단 흡수식 냉동기의 부분 부하 시 보조 사이클이 정지된 모습을 도시한 메인 사이클 구성도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 콤팩트형 중온수 2단 흡수식 냉동기가 하나의 쉘로 구성된 모습을 도시한 쉘 구조 상세도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 액막 유량에 따른 전열성능 실험 결과를 도시한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

또한, 하기 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 단지 예시로 제시하는 것이며, 본 기술 사상을 통해 구현되는 다양한 실시예가 있을 수 있다.

콤팩트형 중온수 2단 흡수식 냉동기 단일 쉘 구성 및 배치

도 1을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 콤팩트형 중온수 2단 흡수식 냉동기는 쉘 본체(100), 적어도 하나 이상의 증발기(1, 2), 및 적어도 하나 이상의 흡수기(3, 4), 제1 재생기(6), 보조재생기(8), 및 응축기(9), 보조흡수기(5), 및 제2 재생기(7)를 포함한다.

특히, 본 실시예의 2단 흡수식 냉동기는 제 1구역, 제2 구역 및 제3 구역으로 구분하여 하나의 쉘 본체(100) 내에 각 구성요소를 배치하는 것이 특징이다. 제1 구역에는 적어도 하나 이상의 증발기(1, 2) 및 적어도 하나 이상의 흡수기(3, 4)를 포함한다. 제2 구역에는 제1 재생기(6), 보조재생기(8) 및 응축기(9)를 포함한다. 제1 구역과 제2 구역은 각각 하나의 쉘 본체(100)의 일측과 타측에 위치하고, 제1 구역과 제2 구역 사이에 배치되는 제3 구역에는 각각 보조흡수기(5) 및 제2 재생기(7)가 배치된다.

특히, 쉘 본체(100) 내의 제1 구역, 제2 구역 및 제3 구역은 각각 내부 격판으로 분리되며, 쉘 본체(100)는 흡수기(3, 4) 및 보조흡수기(5) 사이에 설치된 제1 격판(20), 제2 재생기(7)와 제1 재생기(6) 사이에 설치된 제2 격판(30), 및 제1 재생기(6)와 보조재생기(8) 사이의 제3 격판(40)이 배치된다. 쉘 본체(100)는 증발기(1, 2)의 일 측에 설치된 제4 격판(10), 보조재생기(8)의 타 측에 설치된 제5 격판(50)을 더 포함하여 배치될 수 있다.

이처럼 하나의 쉘 안에, 증발기(1, 2), 흡수기(3, 4), 제1재생기(6), 제2재생기(7), 보조재생기(8), 보조흡수기(5), 응축기(9) 등 전 구성요소의 열 교환기를 배치한다. 또한 도 1에서 도시되는 것처럼, 상하 방향으로 배치되는 제1 구역 내의 증발기(1, 2) 및 흡수기(3, 4)의 배치와, 역시 상하 방향으로 배치되는 제2 구역 내의 상부 응축기(9) 및 하부의 제1 재생기(6) 및 보조 재생기(8)의 배치와, 역시 상하 방향으로 구성되는 제3 구역 내의 상부 보조 흡수기(5) 및 제2 재생기(7)의 배치가 구조적인 특징을 가진다.

이러한 상하 방향의 각 구성요소의 배치는 전체적인 2단 흡수식 냉동기의 외형의 크기를 획기적으로 작게 구성하여 콤팩트형 중온수 2단 흡수식 냉동기를 구성할 수 있다. 또한, 전체적으로 2단의 구조로 배치되었던 종래 기술에 비해, 대부분의 구성요소를 길이 방향으로 길게 구성하여 1단의 구성으로 배치하였다. 이로 인해, 높이를 낮게 하여 설치할 수 있게 된다. 각각의 배치의 특성을 중심으로 다시 설명한다.

(a) 하나의 셀로 내부 수평 배치

도 1을 다시 참고하면, 본 실시예의 2단 흡수식 냉동기는 하나의 쉘 본체(100)를 가진다.

기존의 2단 흡수식 냉동기는 적어도 3개 이상의 쉘이 2열로 구성되는 것이 일반적이다. 좌측열에는 제1 쉘에 증발기 및 흡수기가 설치되고, 좌측 열 상부의 제2 쉘에 보조흡수기, 제2 재생기가 설치된다. 별도로 다른 우측 열에는 제1 재생기, 보조 재생이 및 응축기가 수직방향으로 1열로 배치되는 것이 기존의 2단 흡수식 냉동기의 구성이다. 이러한 기존의 2단 흡수식 냉동기는 각 구성이 2열로 배치되고, 각 구성요소가 수직 방향으로 주로 배치되므로, 장치의 높이가 높게 구성되어야 한다. 또한, 이러한 구조는 비효율적인 전열관 배열 및 종횡비로 설계된다. 또한 체적이 크게 되고, 이로 인한 시스템의 제조 단가가 높아진다.

기존 구성과 비교하면, 본 실시예의 2단 흡수식 냉동기는 제 1구역, 제2 구역 및 제3 구역으로 구분하여 하나의 쉘 본체(100) 내에 각 구성요소를 1개 층으로 배치하며, 특히 배치순으로 제1 구역, 제3 구역, 제2 구역이 각각 1개 층으로 설치되어 낮은 높이의 장치를 구성할 수 있다. 물론 각 구역 내부의 구성은 필요에 따라 상하로 배치될 수 있지만, 전체적인 각각의 증발기, 흡수기, 재생기 등 각 구성요소를 길이 방향으로 연장된 긴 형태를 유지하도록 하여 하나의 층으로 구성될 수 있게 된다.

이러한 배치 순으로 각 구성을 나열하면, 증발기(1, 2) 및 흡수기(3, 4)를 포함하는 제1 구역, 보조흡수기(5) 및 제2 재생기(7)가 배치되는 제3 구역, 제1 재생기(6), 보조재생기(8) 및 응축기(9)를 포함하는 제2 구역이 순차적으로 배치되고, 흡수기(3, 4) 및 보조흡수기(5) 사이에 설치된 제1 격판(20), 제2 재생기(7)와 제1 재생기(6) 사이에 설치된 제2 격판(30), 및 제1 재생기(6)와 보조재생기(8) 사이의 제3 격판(40)이 배치된다

(b) 열기동을 고려한 배치와 재생기의 방열 면적 감소

도 1을 다시 참고하면, 냉각 파트인 제1 구역에 해당하는 증발기(1, 2) 및 흡수기(3, 4) 가 일측에 형성되고, 가열 파트인 제2 구역에 해당하는 제1 재생기(6) 및 보조재생기(8)가 타측에 형성된다. 또한, 제1 구역과 제3 구역 사이에 배치되는 제2 구역에는 보조흡수기(5) 및 제2 재생기(7)가 배치되며, 보조흡수기(5) 는 제1 구역과 인접하여 배치되고, 제2 재생기(7)는 제2구역과 인접하여 배치된다.

결과적으로 제1 구역, 제2 구역 및 제3 구역이 각각의 격판에 의해서 하나의 구동 영역으로 구분되면서, 방열과 관련하여서는 제1 구역의 증발기(1, 2) 및 흡수기(3, 4)와 보조흡수기(5)가 일측에 배치되고, 다른 타 측에는 제2구역의 제1 재생기(6) 및 보조재생기(8)와 제2 재생기(7)가 배치되는 효과를 동시에 가질 수 있다.

특히, 제2 재생기(7), 제1 재생기(6) 및 보조재생기(8)가 서로 인접하여 배치됨으로써, 온수의 배관이 매우 간단하게 배치될 수 있으며, 제2 재생기(7), 제1 재생기(6) 및 보조재생기(8)가 외부로 노출되는 방열면적이 최소화 되어, 열손실을 획기적으로 줄이는 효과를 가져온다.

(c) 전열관의 종횡비 개선 효과

도 1을 다시 참고하면, 증발기(1, 2), 흡수기(3, 4), 보조흡수기(5), 제1 재생기(6), 제2 재생기(7) 및 보조재생기(8)의 형태가 모두 길이방향으로 연장되어 형성된다. 따라서 각 구성요소 내의 전열관 배열의 종횡비는 매우 높게 제작될 수 있다.

따라서 기존의 만액식 열교환기보다 효율이 높은 유하 액막식 열 교환 방식을 사용할 수 있고, 여기에 종방향의 배열길이를 확보함으로써, 용액의 액막 레이놀즈 계수를 향상시켜, 각 재생기 및 흡수기의 열효율을 증대 시킬 수 있다. 특히, 기존의 2단 흡수식 냉동기의 경우 종횡비가 1 내지 2의 범위였다면, 본 실시예에서는 2.5 이상의 높은 종횡비를 획득할 수 있어 열 교환 효율을 더욱 극대화 할 수 있다.

도 4는 본발명의 일실시예에 따라, 액막 유량에 따른 전열성능 실험 결과를 도시한 그래프이다.

도 4를 참조하면, 도 4에 도시되는 실험적 연구 결과로 흡수액 전열관 외표면의 필름 레이놀즈 계수의 증가는 전열 효과를 향상시키는 것을 할 수 있다. 본 실시예와 같이 열교환기의 종횡비가 높을수록 액막 유량이 늘어난다. 이로 인해 필름 레이놀즈 계수를 증가시킬 수 있다. 따라서 결과적으로 전열 효과를 향상시킨다.

또한 고효율 중온수의 경우, 농도차를 크게 하여 용액 순환량을 종래 대비 30~40% 줄일 수 있다. 따라서 외표면 필름 레이놀즈 계수가 줄어 성능이 감소하므로 농도차가 적어도 5~6%이상의 고효율 흡수식에서는 바람직한 종횡비는 1.5~4 수준이 적합하다. 바람직하게는 2.5 내지 4의 종횡비를 가지는 전열관을 적용할 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 증발기(1, 2), 흡수기(3, 4), 보조흡수기(5), 제1 재생기(6), 제2 재생기(7), 보조재생기(8) 중 적어도 하나의 전열관 배열은 가로 대비 세로 비율이 2.5를 초과하는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 바람직하게는

증발기(1, 2), 흡수기(3, 4), 보조흡수기(5), 제1 재생기(6), 제2 재생기(7), 보조재생기(8)의 전열관 배열은 가로 대비 세로 비율이 2.5 이상 4 이하가 되도록 제작할 수 있다..

흡수식 냉동기의 부하에 따른 동작

(a) 100% 부하 시 메인 사이클과 보조 사이클의 동작

도 1을 다시 참조하면, 본발명의 100% 부하 기동 시, 메인 사이클과 보조 사이클은 동시에 동작한다.

먼저 메인 사이클을 설명하면, 증발기(1, 2)에서 냉매의 기화열로 냉수를 냉각시키면, 흡수기(3, 4)에서는 증발기(1, 2)에서 발생된 냉매증기를 흡수하고, 이때 묽어진 희용액은 용액순환펌프(P2)에 의하여 제1열교환기(10)와 제2열교환기(11)를 거친 후 제1재생기(6)로 보내져 외부 열원온수에 의하여 제1차 농용액으로 재생된다.

이때 1차 재생된 용액은 제1분사펌프(P3)에 의하여 제2열교환기(11)을 거친 후 제2재생기(7)로 보내져 외부 열원온수에 의하여 2차 농용액으로 재생되며, 이때 2차 재생된 농용액은 제2 분사펌프(P4)에 의하여 제1열교환기(10)를 거쳐 흡수기(3, 4)로 유입된다.

메인 사이클을 위한 본 실시예의 구성은 추가적으로 제1 열교환기(10) 및 제2 열교환기(11)를 더 포함하며, 용액순환펌프(P2) 및 제2 분사펌프(P4)가 더 추가될 수 있다.

추가적으로 보조 사이클을 설명하면, 보조사이클은 보조흡수기(5), 보조재생기(8)만 순환되는 사이클로, 보조흡수기(5)는 제2재생기(7)에서 외부 열원에 의하여 비등 발생되는 냉매증기를 흡수하고 묽어진 희용액을 만들고, 이때 묽어진 희용액은 보조순환펌프(P5)에 의하여 제3열교환기를 거쳐 보조재생기(8)로 유입된다.

보조재생기(8)에서는 묽어진 희용액을 외부 열원에 의하여 재생하여 진한 농용액으로 만들며, 이때 진해진 농용액은 보조분사펌프(P6)에 의하여 제3 열교환기(12)를 거쳐 보조흡수기(5)로 재순환하게 하여 지속적인 보조 사이클을 가동시킨다.

보조 사이클을 위한 본 실시예의 구성은 추가적으로 제3 열교환기(12) 및 보조 순환펌프(P5) 및 보조분사펌프(P6)을 더 포함할 수 있다.

한편 제1 재생기(6)와 보조재생기(8)에서 발생되는 냉매증기는 응축기(9)로 유입되고 응축 액화되어 증발기(1, 2)로 재순환 한다. 응축기(9)는 제1 재생기(6) 및 보조재생기(8)에서 선택적으로 냉매증기를 유입할 수 있다. 예를 들어, 메인 사이클과 보조 사이클이 구동될 때는 제1 재생기(6)와 보조재생기(8)에서 발생되는 냉매증기를 유입하고, 메인 사이클만 구동될 때에는 제1 재생기(6)에서 발생되는 냉매증기를 유입한다.

(b) 부분 부하 기동 시

도 2를 참조하면, 본발명의 부분 부하 기동 시, 보조 사이클은 정지된다. 구체적으로 보조흡수기(5)와 보조재생기(8)의 용액순환에 관련된 보조순환펌프(P5)와 보조분사펌프(P6)가 정지하고, 주사이클만 기동 된다.

기존의 기술은 100%가 아닌 부분 부하 기동 시에도 그에 따른 배관의 변경은 고려하지 않음으로써 불필요한 에너지 비용이 소모되는 단점이 있었다. 본발명은 부분 기동 시 기존의 메인 사이클에서 불필요한 배관의 흐름을 조정함으로써 에너지 비용을 절감하는 장점이 있다.

즉 제1 재생기(6)와 상기 제2 재생기(7) 간에 부분 부하 기동 시, 농용액 전달이 폐쇄된다. 또한 부분 부하 기동으로 인해 농용액 전달 배관의 폐쇄 시, 상기 제1 재생기(6)에서 생성된 농용액이 제1 열교환기(10)로 직접 전달되도록 제어하기 위해 분기 배관(V1)을 더 설치 된다. 분기 배관(V1)은 전체 구동시에는 제1 재생기(6)에서 생성된 제1차 농용액이 제2 열교환기(11)를 거쳐, 제2 재생기(7)로 전달되도록 하나, 부분 구동사에는 제1 재생기(6)에서 생성된 제1차 농용액이 바로 제1 열교환기(10)로 전달되도록 제어한다. 따라서 부분 구동시에는 제1재생기(6)에서 재생된 용액을 제1분사펌프(P3)에서 제2 재생기(7)가 아닌 흡수기(3, 4)로 바로 순환시킨다. 그리고 부분 부하 기동으로 인해 농용액 전달 배관의 폐쇄 시, 제2 재생기(7) 출구에 용액이 역류하는 것을 방지하는 역지 밸브(V2)를 더 포함한다.

그리고 부분부하에서는 메인 사이클의 용액 순환량을 부하에 적합하게 조절하는 것이 중요하므로, 순환펌프(P2)에서 냉방부하에 따라 용액 순환량을 인버터제어에 의하여 조절하여 현열손실을 줄이고 고효율 운전이 가능하도록 한다.

또한, 동시에 제2 분사펌프(P4)를 정지하여 불필요한 전력을 절감한다. 따라서 본 실시예의 부분부하 사이클에 따라서 운전시 기존보다 현열손실을 크게 줄일 수 있고, 추가로 제2 분사펌프(P4)를 정지할 수 있어 전력의 절감 효과도 얻을 수 있다.

기존의 2단 흡수식 냉동기 구성에서는 부분 구동을 하더라도 별도의 제어 가능한 구조가 없어, 상기의 제2 분사펌프(P4)를 구동 하여야만 했다. 기존의 냉동기에서는 용액 순환회로가 무조건 제1 재생기(6)에서 제2 재생기(7)로 순환되도록 구성되어 불필요한 열손실이 발생하고, 전혀 재생이 안되는 상황에서도 순환을 위하여 제2분사펌프가 구동되므로 전력손실까지 발생하였다.

이에 본 발명의 실시예예서는 기존 불필요하게 순환되는 제2 재생기(7)로의 유로를 폐쇄함으로써 제2 재생기(7)로 순환되는 주사이클의 용액을 바로 제1 열교환기(11)를 거쳐 흡수기로 순환시켜 현열손실을 방지하여, 동시에 제2 분사펌프(P4)를 정지하여 불필요한 전력을 절감한다.

본 발명의 일실시예에 따른 배관과 밸브를 이용한 인버터 제어 조절 특성에 따르면, 부분 부하 사이클에 따른 기동 시 기존보다 현열 손실을 크게 줄일 수 있다. 이에 더하여 제2 분사펌프를 정지할 수 있어 전력의 절감 효과도 얻는 장점도 있다.

또한 고온부인 재생기(5, 7, 8)이 격판을 두고 옆에 설치되므로 온수 배관을 용이하게 설계하는 것이 가능해지고, 외부로의 열손실이 크게 줄어들게 된다. 고온부인 재생기가 외부에 노출되는 면적이 최소화되고 재생기가 서로 가까이 배치하는 것이 가능하다.

기존에 하나의 쉘 본체가 아닌 여러 개의 쉘을 두고 그 쉘 내에 전열기를 배치할 경우 방열 면적이 넓어져 열 전달 효율을 극대화하지 못하는 단점이 있었다. 본발명에 의하면 하나의 쉘 본체 내에 전열기들을 콤팩트 하게 배치함으로써 방열면적을 최소화하여 열 전달 효율을 극대화하는 장점이 있다.

기존에는 전열관 배열의 종횡비가 필연적으로 1 내지 2로서 작게 설계되어야 했다. 또한 유하액막식 열교환 기술을 적용함에 있어서, 기존의 배치로는 효율적인 열 전달 효율을 이끌어 내는데 한계가 있었다.

본발명에 의하여 기존의 종횡비보다 향상된 2.5 이상의 전열관 배열의 종횡비를 확보할 수 있다. 종횡비가 높을수록 액막유량이 늘어나므로 실험적 연구 결과에 의하면 흡수액 전열관 외표면의 필름 레이놀즈 계수의 증가는 전열 효과를 향상시킨다.

확보된 종횡비를 조건으로 유하액막식 열교환 기술에 적용하였을 때 도 4의 상단 그래프와 같은 향상된 액막 레이놀즈 계수를 이끌어낼 수 있고, 이로써 향상된 열전달 효율을 얻어낼 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 일 실시 예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

100 : 쉘 본체
1, 2 : 증발기
3, 4 : 흡수기
5 : 보조흡수기
6 : 제1 재생기
7 : 제2 재생기
8 : 보조 재생기
10 : 제4 격판
20 : 제1 격판
30 : 제2 격판
40 : 제3 격판
50 : 제5 격판
P2 : 용액순환펌프
P3 : 제1 분사펌프
P4 : 제1 분사펌프
P5 : 보조순환펌프
P6 : 보조분사펌프
V1 : 분기 배관
V2 : 역지 밸브

Claims

삭제
쉘 본체(100);
적어도 하나 이상의 증발기(1, 2); 및 적어도 하나 이상의 흡수기(3, 4);를 포함하는 제1 구역;
제1 재생기(6); 보조재생기(8); 및 응축기(9)를 포함하는 제2 구역;
상기 제1 구역 및 제2 구역 사이에 위치하고, 보조흡수기(5); 및 제2 재생기(7);를 포함하는 제3 구역;을 포함하고,
상기 쉘 본체(100)는
상기 흡수기(3, 4) 및 보조흡수기(5) 사이에 설치된 제1 격판(20);
상기 제2 재생기(7)와 제1 재생기(6) 사이에 설치된 제2 격판(30); 및
상기 제1 재생기(6)와 상기 보조재생기(8) 사이의 제3 격판(40);
을 포함하는 콤팩트형 중온수 2단 흡수식 냉동기.
제2항에 있어서,
상기 증발기의 일 측에 설치된 제4 격판(10);
상기 보조 재생기의 타 측에 설치된 제5 격판(50);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콤팩트형 중온수 2단 흡수식 냉동기.
제 2 항에 있어서,
상기 제2 구역에 인접하여, 상기 제2 재생기(7)가 배치되는 것을 특징으로 하는 콤팩트형 중온수 2단 흡수식 냉동기.
제 4 항에 있어서,
상기 제1 구역에 인접하고, 상기 제2 재생기(7) 상에 상기 보조흡수기(5)가 배치되는 것을 특징으로 하는 콤팩트형 중온수 2단 흡수식 냉동기.
제 2 항에 있어서,
상기 제3 구역에 인접하여 상기 제1 재생기(6)가 배치되고,
상기 제2 구역 내에 상기 제3 구역과 인접하지 않도록 상기 보조재생기(8)가 배치되는 것을 특징으로 하는 콤팩트형 중온수 2단 흡수식 냉동기.
쉘 본체(100);
적어도 하나 이상의 증발기(1, 2); 및 적어도 하나 이상의 흡수기(3, 4);를 포함하는 제1 구역;
제1 재생기(6); 보조재생기(8); 및 응축기(9)를 포함하는 제2 구역;
상기 제1 구역 및 제2 구역 사이에 위치하는, 보조흡수기(5); 및 제2 재생기(7);를 포함하고,
상기 제1 재생기(6), 상기 제2 재생기(7), 상기 보조재생기(8)는 서로 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 콤팩트형 중온수 2단 흡수식 냉동기.
쉘 본체(100);
적어도 하나 이상의 증발기(1, 2); 및 적어도 하나 이상의 흡수기(3, 4);를 포함하는 제1 구역;
제1 재생기(6); 보조재생기(8); 및 응축기(9)를 포함하는 제2 구역;
상기 제1 구역 및 제2 구역 사이에 위치하는, 보조흡수기(5); 및 제2 재생기(7);를 포함하고,
상기 증발기(1, 2), 상기 흡수기(3, 4), 상기 보조흡수기(5), 상기 제1 재생기(6), 상기 제2 재생기(7), 상기 보조재생기(8) 중 적어도 하나의 전열관 배열은 가로 대비 세로 비율이 2.5를 초과하는 것을 특징으로 하는 콤팩트형 중온수 2단 흡수식 냉동기.
제 8 항에 있어서,
상기 증발기(1, 2), 상기 흡수기(3, 4), 상기 보조흡수기(5), 상기 제1 재생기(6), 상기 제2 재생기(7), 상기 보조재생기(8) 중 적어도 하나의 전열관 배열은 가로 대비 세로 비율이 2.5 이상 4 이하인 것을 특징으로 하는 콤팩트형 중온수 2단 흡수식 냉동기.
쉘 본체(100);
적어도 하나 이상의 증발기(1, 2); 및 적어도 하나 이상의 흡수기(3, 4);를 포함하는 제1 구역;
제1 재생기(6); 보조재생기(8); 및 응축기(9)를 포함하는 제2 구역;
상기 제1 구역 및 제2 구역 사이에 위치하는, 보조흡수기(5); 제2 재생기(7); 및
제1 열교환기(10) 및 제2 열교환기(11)를 포함하고,
상기 쉘 본체(100)는
상기 흡수기(3, 4) 및 보조흡수기(5) 사이에 설치된 제1 격판(20);
상기 제2 재생기(7)와 제1 재생기(6) 사이에 설치된 제2 격판(30); 및
상기 제1 재생기(6)와 상기 보조재생기(8) 사이의 제3 격판(40);
을 포함하고,

상기 흡수기(3, 4)에서 생성된 희용액은 제1 열교환기(10) 및 제2 열교환기(11)를 거쳐, 상기 제1 재생기(6)로 제공되어, 외부 열원을 받아 제1차 농용액으로 재생되고,
상기 제1차 농용액은 상기 제2 열교환기(11)를 거쳐 제2 재생기(7)로 보내져, 외부 열원을 받아 제2차 농용액으로 재생되며,
상기 제2차 농용액은 상기 제1 열교환기(10)를 거쳐 흡수기(3,4)로 유입되는 메인 사이클로 구동되는 것을 특징으로 하는 콤팩트형 중온수 2단 흡수식 냉동기.
쉘 본체(100);
적어도 하나 이상의 증발기(1, 2); 및 적어도 하나 이상의 흡수기(3, 4);를 포함하는 제1 구역;
제1 재생기(6); 보조재생기(8); 및 응축기(9)를 포함하는 제2 구역;
상기 제1 구역 및 제2 구역 사이에 위치하는, 보조흡수기(5); 제2 재생기(7); 및
제3 열교환기(12);를 포함하고,
상기 쉘 본체(100)는
상기 흡수기(3, 4) 및 보조흡수기(5) 사이에 설치된 제1 격판(20);
상기 제2 재생기(7)와 제1 재생기(6) 사이에 설치된 제2 격판(30); 및
상기 제1 재생기(6)와 상기 보조재생기(8) 사이의 제3 격판(40);를 포함하며,

상기 보조흡수기(5)는 상기 제2 재생기(7)에서 생성되는 냉매 증기를 흡수하여, 희용액을 만들고,
상기 희용액은 상기 제3 열교환기(12)를 거쳐 상기 보조재생기(8)로 유입되어, 외부 열원을 받아 농용액으로 재생되며,

상기 농용액은 상기 제3 열교환기(12)를 거쳐 상기 보조흡수기(5)로 유입되는 보조 사이클로 추가 구동되는 것을 특징으로 하는 콤팩트형 중온수 2단 흡수식 냉동기.
쉘 본체(100);
적어도 하나 이상의 증발기(1, 2); 및 적어도 하나 이상의 흡수기(3, 4);를 포함하는 제1 구역;
제1 재생기(6); 보조재생기(8); 및 응축기(9)를 포함하는 제2 구역;
상기 제1 구역 및 제2 구역 사이에 위치하는, 보조흡수기(5); 및 제2 재생기(7);를 포함하고,
상기 쉘 본체(100)는
상기 흡수기(3, 4) 및 보조흡수기(5) 사이에 설치된 제1 격판(20);
상기 제2 재생기(7)와 제1 재생기(6) 사이에 설치된 제2 격판(30); 및
상기 제1 재생기(6)와 상기 보조재생기(8) 사이의 제3 격판(40);을 포함하며,
부분 부하 기동 시, 상기 제1 재생기(6)와 상기 제2 재생기(7) 간의 농용액 전달 배관이 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 콤팩트형 중온수 2단 흡수식 냉동기.
쉘 본체(100);
적어도 하나 이상의 증발기(1, 2); 및 적어도 하나 이상의 흡수기(3, 4);를 포함하는 제1 구역;
제1 재생기(6); 보조재생기(8); 및 응축기(9)를 포함하는 제2 구역;
상기 제1 구역 및 제2 구역 사이에 위치하는, 보조흡수기(5); 제2 재생기(7);
제1 열교환기(10); 및 제2 열교환기(11)를 포함하고,
상기 쉘 본체(100)는
상기 흡수기(3, 4) 및 보조흡수기(5) 사이에 설치된 제1 격판(20);
상기 제2 재생기(7)와 제1 재생기(6) 사이에 설치된 제2 격판(30); 및
상기 제1 재생기(6)와 상기 보조재생기(8) 사이의 제3 격판(40);을 포함하고,
상기 흡수기(3, 4)에서 생성된 희용액은 제1 열교환기(10) 및 제2 열교환기(11)를 거쳐, 상기 제1 재생기(6)로 제공되어, 외부 열원을 받아 제1차 농용액으로 재생되고,
상기 제1차 농용액은 상기 제2 열교환기(11)를 거쳐 제2 재생기(7)로 보내져, 외부 열원을 받아 제2차 농용액으로 재생되며,
상기 제2차 농용액은 상기 제1 열교환기(10)를 거쳐 흡수기(3,4)로 유입되는 메인 사이클로 구동되고,
부분 부하 기동으로 인해 상기 제1차 농용액 및 제2차 농용액 전달 배관의 폐쇄 시, 상기 제1 재생기(6)에서 생성된 상기 제1차 농용액이 상기 제1 열교환기(10)로 직접 전달되는 분기 배관(V1);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콤팩트형 중온수 2단 흡수식 냉동기.
제 13 항에 있어서,
부분 부하 기동으로 인해 상기 농용액 전달 배관의 폐쇄 시, 상기 제2 재생기(7) 출구에 용액이 역류하는 것을 방지하는 역지 밸브(V2)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콤팩트형 중온수 2단 흡수식 냉동기.