KR102734823B1 - 흡수식 냉온수기 - Google Patents

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Abstract

중온 재생기에서 응축된 냉매가 저온 재생기로 유입됨에 따라 발생하는 열교환 효율의 손실을 최소화한 흡수식 냉온수기에 관한 것으로, 중온 재생기와 저온 재생기 사이에는 액냉매를 분리하는 기액분리기가 설치되고, 기액분리기에서 분리된 액냉매를 응축기로 안내하는 액냉매 안내 라인을 더 포함할 수 있다.

Description

흡수식 냉온수기{ABSORPTION TYPE CHILLER-HEATER}
본 발명은 흡수식 냉온수기에 관한 것이다.
흡수식 냉온수기는 소정의 온도를 갖는 냉수 또는 온수를 생성하여 이를 공급하거나, 이를 이용하여 소정공간을 냉방 또는 난방하는 기기이다. 일반적으로, 흡수식 냉온수기에는, 증발기, 흡수기, 응축기 및 재생기가 포함된다.
흡수식 냉온수기는 냉매와 흡수제를 이용하여 압축기 등 기계적인 일을 이용하지 않고 소정의 온도를 갖는 냉수 또는 온수를 생성할 수 있다. 이때, 냉매로는 물이, 흡수제로는 리튬브로마이드(LiBr)가 주로 사용된다.
자세하게는, 증발기에서 냉매가 증발되고, 증발된 냉매가 흡수기에서 흡수제에 흡수된다. 또한, 냉매를 흡수하여 농도가 낮아진 흡수제는 적어도 하나의 재생기를 통과하며 냉매와 분리될 수 있고, 이때 증발기를 유동하는 냉수는 냉매의 증발잠열에 의해 열을 빼앗겨 냉각될 수 있다.
한편, 재생기는 고온 재생기와, 중온 재생기와, 저온 재생기를 포함할 수 있고, 이와 같은 흡수식 냉온수기는 3중효율 흡수식 냉온수기일 수 있다. 즉, 3중효율 흡수식 냉온수기는 고온 재생기에서 발생한 증기를 중온 재생기의 열원으로 사용함으로써 효율을 높일 수 있다. 그러나, 이 경우 중온 재생기에서 열원으로 사용된 후 응축된 냉매가 중온 재생기에서 재생된 기상 냉매와 함께 저온 재생기로 이동할 수 있고, 이에 따라 응축된 냉매저온 재생기 내부 전열관에 유입되면 열교환 효율이 저감되는 문제가 있다.
본 발명은 중온 재생기에서 응축된 냉매가 저온 재생기로 유입됨에 따라 발생하는 열교환 효율의 손실을 최소화한 흡수식 냉온수기를 제공하고자 한다.
본 발명은 흡수기에 토출된 흡수액이 고온 재생기, 중온 재생기 및 저온 재생기 순으로 통과하도록 사이클을 형성하여 열원기에서 공급되는 열 효율을 높인 냉온수기를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 흡수식 냉온수기는 냉매가 증발되는 증발기, 증발기에서 증발된 냉매를 흡수제에 흡수시키는 흡수기, 고온의 가스를 통해 내부로 공급된 흡수액에서 냉매를 기화시키는 고온 재생기, 고온 재생기에서 발생한 기상 냉매의 응축열을 통해 내부로 공급된 흡수액에서 냉매를 기화시키는 중온 재생기, 중온 재생기에서 발생한 기상 냉매의 응축열을 통해 내부로 공급된 흡수액에서 냉매를 기화시키는 저온 재생기, 및 저온 재생기에서 생성된 기상 냉매를 냉각시키는 응축기를 포함하고, 중온 재생기와 저온 재생기 사이에는 액냉매를 분리하는 기액분리기가 설치될 수 있다.
기액분리기에서 분리된 액냉매를 응축기로 안내하는 액냉매 안내 라인을 더 포함할 수 있다.
액냉매 안내라인은 응축기와 기액분리기 사이에 연결될 수 있다.
액냉매 안내라인은 저온 재생기와 응축기 사이를 연결하는 응축기 입구라인과 기액분리기 사이에 연결될 수 있다.
중온 재생기와 저온 재생기 사이에는 중온 재생기의 전열유닛 출구와 저온 재생기의 전열유닛 입구를 연결하는 제1 중온재생기 냉매출구라인과, 중온 재생기의 증기 공간과 저온 재생기의 전열유닛 입구를 연결하는 제2 중온재생기 냉매출구라인이 형성되고, 기액분리기는 제1 중온 재생기 냉매출구라인에 설치될 수 있다.
중온 재생기와 저온 재생기 사이에는 중온 재생기의 전열유닛 출구와 저온 재생기의 전열유닛 입구를 연결하는 제1 중온재생기 냉매출구라인과, 중온 재생기의 증기 공간과 출구와 저온 재생기의 전열유닛 입구를 연결하는 제2 중온 재생기 냉매출구라인이 형성되고, 기액분리기는 중온 재생기의 전열유닛 출구에 설치될 수 있다.
중온 재생기와 저온 재생기 사이에는 중온 재생기의 전열유닛 출구와 저온 재생기의 전열유닛 입구를 연결하는 제1 중온재생기 냉매출구라인과, 중온 재생기의 증기 공간과 출구와 저온 재생기의 전열유닛 입구를 연결하는 제2 중온재생기 냉매출구라인이 형성되고, 기액분리기는 저온 재생기 내부의 전열유닛 입구에 설치될 수 있다.
중온 재생기와 저온 재생기 사이에는 중온 재생기의 전열유닛 출구와 저온 재생기의 전열유닛 입구를 연결하는 제1 중온재생기 냉매출구라인이 형성되고, 기액분리기는 제1 중온재생기 냉매출구라인에 설치되고, 제1 중온재생기 냉매출구라인 중 기액분리기 및 저온 재생기의 전열유닛 입구 사이의 일 지점과 중온 재생기의 증기 공간을 연결하는 제2 중온 재생기 냉매출구라인이 형성될 수 있다.
흡수기에서 토출된 흡수액은 고온 재생기로 공급되고, 고온 재생기에서 토출된 흡수액은 중온 재생기로 공급되고, 중온 재생기에서 토출된 흡수액은 저온 재생기로 공급되고, 저온 재생기에서 토출된 흡수액은 흡수기로 공급될 수 있다.
흡수기에서 토출된 흡수액과 저온 재생기에서 토출된 흡수액을 열교환시키는 저온 열교환기, 저온 열교환기를 통과한 흡수액과 중온 재생기에서 토출된 흡수액을 열교환시키는 중온 열교환기, 중온 열교환기를 통과한 흡수액과 고온 재생기에서 토출된 흡수액을 열교환시키는 고온 열교환기, 및 흡수기에서 토출된 흡수액과 저온 재생기에서 토출된 냉매를 열교환시키는 냉매 열교환기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면 기액분리기가 저온 재생기로의 액냉매 유입을 최소화할 수 있고, 이에 따라 저온 재생기의 전열유닛의 열교환효율을 높일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 흡수식 냉온수기를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 중온 재생기와 저온 재생기의 설치 모습이 도시된 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 병렬(parallel) 유동 사이클에 따른 흡수식 냉온수기를 보여준다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 리버스(reverse) 유동 사이클에 따른 흡수식 냉온수기를 보여준다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 제1 변형 리버스(modified reverse) 유동 사이클에 따른 흡수식 냉온수기를 보여준다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 제2 변형 리버스(modified reverse) 유동 사이클에 따른 흡수식 냉온수기를 보여준다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면과 함께 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 흡수식 냉온수기를 보여주는 도면이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 흡수식 냉온수기는 증발기(10), 흡수기(20), 응축기(30), 저온 재생기(40), 중온 재생기(50) 및 고온 재생기(60)를 포함할 수 있다.
흡수식 냉온수기는 복수의 쉘을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 증발기(10), 흡수기(20), 응축기(30), 저온 재생기(40), 중온 재생기(50) 및 고온 재생기(60)는 각각 구분된 쉘에 구비될 수 있다. 그러나, 이는 예시적인 것에 불과하므로, 이에 제한되지 않는다. 일 예로, 증발기(10)와 흡수기(20)가 하나의 쉘에 구비되고, 응축기(30)와 저온 재생기(40)가 다른 하나의 쉘에 구비될 수도 있다.
증발기(10), 흡수기(20), 응축기(30), 저온 재생기(40), 중온 재생기(50) 및 고온 재생기(60)에는 냉매 또는 흡수제가 유동된다. 이 때, 냉매는 물, 흡수제는 리튬브로마이드(LiBr)가 사용될 수 있다.
또한, 흡수식 냉온수기는 도시가스(LNG)를 연소열 발생원으로 직접 연소하는 열원기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 흡수식 냉온수기는 연소열원을 이용하며, 3개의 재생기가 마련된 3중효용 흡수식 냉온수기에 해당된다.
이하, 각 구성에 대해 자세히 설명한다.
증발기(10)에서 증발된 냉매가 흡수기(20)로 유동될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이, 증발기(10)와 흡수기(20)는 각각의 쉘에 구분되어 구비되고, 증발기(10)에서 증발된 냉매를 흡수기(20)로 안내하는 별도의 관이 설치될 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 증발기(10)와 흡수기(20)는 하나의 쉘에 함께 구비되고, 증발기(10)와 흡수기(20) 사이에 기상냉매가 유동가능한 엘리미네이터(미도시)가 배치될 수 있다.
증발기(10)에는 냉매를 분사하는 냉매분사기(12)와, 냉매분사기(12)에서 분사된 냉매와 열교환되는 냉수가 통과하는 냉수관(14)이 포함된다. 이때, 증발기(10)는 매우 낮은 압력으로 유지됨으로 분사된 냉매는 냉수관(14)에 유동되는 냉수에 의해 증발될 수 있다.
냉수관(14)은 외부에서 증발기(10)로 냉수가 유입되는 냉수입수라인(14a) 및 열교환된 냉수가 증발기(10)에서 토출되는 냉수출수라인(14b)과 각각 연결된다. 예를 들어, 냉수입수라인(14a)에서 12도로 유입된 냉수는, 냉수관(14)에서 열교환을 통해 냉수출수라인(14b)으로 7도로 토출될 수 있다.
냉수의 유동을 살펴보면, 냉수입수라인(14a), 냉수관(14) 및 냉수출수라인(14b)으로 유동된다. 이는 설명의 편의상 나누어 기재한 것이고, 냉수가 유동되는 하나의 배관으로 마련될 수 있다.
이와 같이 유동되어 소정의 온도로 냉각된 냉수는 냉수 수요처(예를 들면, 건물 등)로 공급될 수 있다. 또한, 냉수와 소정공간의 공기를 열교환하여 소정공간을 냉방할 수 있다.
냉매분사기(12)는 냉매순환라인(13)과 연결되어 소정의 냉매를 공급받아 증발기(10)의 내부로 분사한다. 예를 들어, 냉매분사기(12)는 복수의 미세 개구를 갖는 트레이 형태로 마련될 수 있다. 그리고, 냉매순환라인(13)에서 공급된 냉매가 미세 개구를 통해 낙하하며 냉수관(14)과 접하며 증발될 수 있다.
냉매순환라인(13)은 증발기(10)의 하부와 증발기(10)의 상부에 위치된 냉매분사기(12)를 연결한다. 즉, 냉매순환라인(13)은 증발기(10)의 하부에 고여있는 냉매를 상부로 이동시키는 역할을 한다. 이때, 냉매순환라인(13)에는 냉매펌프(13a)가 구비된다.
흡수기(20)에는 증발기(10)에서 증발된 냉매가 유입된다. 흡수기(20)는 이와 같이 유입된 냉매를 흡수제에 흡수시키는 기능을 한다.
이하, 흡수액은 냉매와 흡수제가 혼합된 용액을 의미할 수 있다. 그러나, 이는 설명의 편의를 위해 예시로 든 것에 불과하므로 이에 제한되지 않는다.
흡수기(20)에는, 흡수제을 분사하는 흡수제분사기(22)가 구비된다. 흡수제분사기(22)는 흡수기유입라인(25)과 연결되어 소정의 흡수제을 공급받을 수 있다. 흡수제분사기(22)의 구조는 앞서 설명한 냉매분사기(12)의 구조와 동일하게 마련될 수 있다.
흡수제분사기(22)에서 분사된 흡수제에 흡수기(20)로 유입된 냉매가 흡수됨에 따라 흡수액의 농도가 낮이질 수 있다. 농도가 낮아진 흡수액은 흡수기(20)의 하부에 수용되고, 흡수기토출라인(23)을 통해 흡수기(20)의 외부로 토출될 수 있다. 이때, 흡수기토출라인(23)에는 흡수기 출구펌프(23a)가 구비된다.
또한, 흡수기(20)에는, 냉각수가 통과되는 흡수냉각수관(24)이 설치된다. 냉각수는 흡수제에 냉매가 흡수되며 발생되는 열을 전달받을 수 있다.
흡수냉각수관(24)은 외부에서 흡수기(20)로 냉각수가 유입되는 냉각수입수라인(24a) 및 열교환된 냉각수가 흡수기(20)에서 토출되는 냉각수연결라인(24b)과 각각 연결된다. 예를 들어, 냉각수입수라인(24a)에서 32도로 유입된 냉각수는, 흡수냉각수관(24)에서 열교환을 통해 냉각수연결라인(24b)으로 34.5도로 토출될 수 있다.
한편, 저온 재생기(40)에서 분리된 냉매가 응축기(30)로 유동될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이, 저온 재생기(40)와 응축기(30)는 각각의 쉘에 구분되어 구비되고, 저온 재생기(40)에서 분리된 냉매를 응축기(30)로 안내하는 별도의 관이 설치될 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 저온 재생기(40)와 응축기(30)는 하나의 쉘에 함께 구비되고, 저온 재생기(40)와 응축기(30) 사이에 기상냉매가 유동가능한 엘리미네이터(미도시)가 배치될 수 있다.
응축기(30)에는, 냉각수가 통과되는 응축냉각수관(34)이 설치된다. 냉각수는 냉매가 응축되며 발생되는 열을 전달받을 수 있다.
응축냉각수관(34)은 응축기(30)로 냉각수가 유입되는 냉각수연결라인(24b)과 외부로 냉각수가 토출되는 냉각수토출라인(34a)과 각각 연결된다. 예를 들어, 냉각수연결라인(24b)에서 34.5도로 유입된 냉각수는, 냉각수토출라인(34a)으로 37도로 토출될 수 있다.
냉각수의 유동을 살펴보면, 냉각수입수라인(24a), 흡수냉각수관(24), 냉각수연결라인(24b), 응축냉각수관(34) 및 냉각수토출라인(34a)으로 유동된다. 이는 설명의 편의상 나누어 기재한 것이고, 냉각수가 유동되는 하나의 배관으로 마련될 수 있다.
이와 같이 유동되어 소정의 열을 전달받은 냉각수는 냉각탑 등으로 유동되어 열을 방출할 수 있다. 열을 방출한 냉각수는 다시 냉각수입수라인(24a)으로 유입되어 순환될 수 있다.
또한, 응축기(30)는 증발기(10)와 응축냉매공급라인(33)으로 연결된다. 응축냉매공급라인(33)을 통해 응축기(30)에서 응축된 냉매가 증발기(10)로 공급될 수 있다. 이때, 응축냉매공급라인(33)에는 각종 밸브(미도시)가 설치될 수 있다.
저온 재생기(40)는 응축기(30)로 냉매를 전달하는 제1 응축기입구라인(43)과 제2 응축기입구라인(41)으로 연결된다. 정리하면, 저온 재생기(40)에서 응축기(30)로, 액냉매는 제1 응축기입구라인(43)을 통해 유동되고, 기상냉매는 제2 응축기입구라인(41)를 통해 유동될 수 있다. 한편, 저온 재생기(40)와 응축기(30)가 하나의 쉘에 함께 구비된 경우에는 기상냉매는 엘리미네이터(미도시)를 통해 유동될 수 있다.
흡수기토출라인(23)은 제1 열교환기 통과라인(71)과, 냉매열교환기 통과라인(72)으로 분지될 수 있다. 제1 열교환기 통과라인(71)으로 분지된 저농도의 흡수액은 저온 열교환기(70)에서 저온재생기 토출라인(42)과 열교환된 후 제2 열교환기 통과라인(73)으로 유동될 수 있다. 저온 열교환기(70)은 흡수기(20)에서 토출된 흡수액과 저온 재생기(40)에서 토출된 흡수액 사이에서 열교환시킬 수 있다.
냉매열교환기 통과라인(72)으로 분지된 저농도의 흡수액은 냉매 열교환기(100)에서 제1 응축기입구라인(43)과 열교환된 후 제2 열교환기 통과라인(73)으로 유동될 수 있다. 냉매 열교환기(100)는 흡수기(20)에서 토출된 흡수액과 저온 재생기(40)에서 토출된 냉매를 열교환시킬 수 있다.
제1 열교환기 통과라인(71)과, 냉매열교환기 통과라인(72)는 서로 다른 열교환기를 통과한 후 제2 열교환기 통과라인(73)으로 합지될 수 있다.
제2 열교환기 통과라인(73)은 중온 열교환기(80)에서 중온재생기 토출라인(52)과 열교환된 후 제3 열교환기 통과라인(75)으로 유동될 수 있다. 중온 열교환기(80)는 저온 열교환기(70)를 통과한 흡수액과 중온 재생기(50) 사이에서 토출된 흡수액을 열교환시킬 수 있다.
제3 열교환기 통과라인(75)은 고온 열교환기(90)에서 고온재생기 토출라인(62)과 열교환된 후 고온재생기 유입라인(77)으로 유동될 수 있다. 고온 열교환기(90)는 중온 열교환기(80)를 통과한 흡수액과 고온 재생기(60)에서 토출된 흡수액을 열교환시킬 수 있다.
저농도의 흡수액의 유동을 살펴보면, 흡수기토출라인(23), 제1 열교환기 통과라인(71) 또는 냉매열교환기 통과라인(72), 제2 열교환기 통과라인(73), 제3 열교환기 통과라인(75) 및 고온재생기 유입라인(77)으로 유동된다. 이는 설명의 편의상 나누어 기재한 것이고, 저농도의 흡수액이 유동되는 하나의 관으로 마련될 수 있다.
흡수식 냉온수기는 열원기(미도시)를 더 포함할 수 있고, 열원기(미도시)는 고온의 가스를 고온 재생기(60)에 공급할 수 있다. 고온 재생기(60)는 고온의 가스에 의해 가열될 수 있고, 이 경우 고온재생기 유입라인(77)을 통해 고온 재생기(60) 내부로 공급된 저농도의 흡수액에서 냉매가 증발할 수 있다.
즉, 고온 재생기(60)는 내부로 공급된 흡수액에서 냉매를 기화시켜, 냉매를 재생시킬 수 있다. 고온 재생기(60)는 약 200℃로 가열될 수 있다.
고온 재생기(60)에는 고온재생기 냉매출구라인(63)과, 고온재생기 토출라인(62)이 연결될 수 있다.
고온재생기 냉매출구라인(63)은 고온 재생기(60)와 중온 재생기(50)를 연결할 수 있다. 고온 재생기(60)에서 증발된 기상냉매는 고온재생기 냉매출구라인(63)을 통해 고온 재생기(60)에서 중온 재생기(50)로 유동될 수 있다.
고온재생기 토출라인(62)은 고온 재생기(60)와 중온 재생기(50)를 연결할 수 있다. 고온 재생기(60)에서 냉매가 증발된 흡수액은 고온재생기 토출라인(62)을 통해 고온 재생기(60)에서 중온 재생기(50)로 유동될 수 있다.
중온 재생기(50)에는 고온재생기 냉매출구라인(63)과, 고온재생기 토출라인(62)과, 중온재생기 토출라인(52)이 연결될 수 있다.
중온 재생기(50)에는 고온재생기 냉매출구라인(63)을 통해 고온 재생기(60)에서 발생한 기상 냉매가 공급될 수 있다. 중온 재생기(50)는 고온 재생기(60)에서 발생한 기상 냉매의 응축열을 통해 내부로 공급된 흡수액에서 냉매를 기화시킬 수 있다. 중온 재생기(50)는 고온 재생기(60)에서 발생한 기상 냉매의 응축열에 의해 약 130℃로 가열될 수 있다.
구체적으로, 고온 재생기(60)에서 중온 재생기(50)로 공급된 기상 냉매는 중온 재생기(50) 내부 흡수액에 의해 온도가 저감되어 일부가 응축될 수 있다. 이 때, 기상 냉매가 응축할 때 발생한 열은 중온 재생기(50) 내부 흡수액을 가열하여 흡수액에서 냉매를 기화시킬 수 있다. 이에 따라, 고온재생기 토출라인(62)을 통해 중온 재생기(50) 내부로 공급된 흡수액의 농도가 높아질 수 있다.
중온 재생기(50)에서 농도가 더 높아진 흡수액은 중온재생기 토출라인(52)을 통해 저온 재생기(40)로 공급될 수 있다.
저온 재생기(40)는 중온재생기 냉매출구라인(53)과, 중온재생기 토출라인(52)과, 저온재생기 토출라인(42)과, 제1 응축기입구라인(43)과 제2 응축기입구라인(41)이 연결될 수 있다.
저온 재생기(40)에는 중온재생기 냉매출구라인(53)을 통해 중온 재생기(50)에서 발생한 기상 냉매가 공급될 수 있다. 저온 재생기(40)는 중온 재생기(50)에서 발생한 기상 냉매의 응축열을 통해 내부로 공급된 흡수액에서 냉매를 기화시킬 수 있다. 저온 재생기(40)는 중온 재생기(50)에서 발생한 기상 냉매의 응축열에 의해 약 70℃로 가열될 수 있다.
구체적으로, 중온 재생기(50)에서 저온 재생기(40)로 공급된 기상 냉매는 저온 재생기(40) 내부 흡수액에 의해 온도가 저감되어 일부가 응축될 수 있다. 이 때, 기상 냉매가 응축할 때 발생한 열은 저온 재생기(40) 내부 흡수액을 가열하여 흡수액에서 냉매를 기화시킬 수 있다. 이에 따라, 중온재생기 토출라인(52)을 통해 저온 재생기(40) 내부로 공급된 흡수액의 농도가 더 높아질 수 있다.
저온 재생기(40)에서 농도가 더 높아진 흡수액은 저온재생기 토출라인(42)으로 유동되고, 저온재생기 토출라인(42)으로 유동된 흡수액은 흡수기유입라인(25)을 통해 흡수기(20)로 유동될 수 있다. 저온재생기 토출라인(42)은 흡수기유입라인(25)과 연결될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 흡수기(20)에서 토출된 흡수액이 고온 재생기(60)로 공급되어 냉매가 재생되고, 고온 재생기(60)에서 토출된 흡수액이 중온 재생기(50)로 공급되어 냉매가 재생되고, 중온 재생기(50)에서 토출된 흡수액이 저온 재생기(40)로 공급되어 냉매가 재생되고, 저온 재생기(40)에서 토출된 흡수액이 흡수기(20)로 공급되는 직렬(series) 유동 사이클에 따르면, 열원기(미도시)에서 공급된 열 사용 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
한편, 중온재생기 냉매출구라인(53)에는 기액분리기(59)가 설치될 수 있다. 저온 재생기(40)에는 중온재생기 냉매출구라인(53)을 통해 기상냉매와 액냉매가 함께 유입될 수 있고, 기상냉매는 중온 재생기(50)에서 응축열에 의해 흡수액으로부터 증발된 냉매이고, 액냉매는 중온 재생기(50)의 기상냉매가 응축된 냉매일 수 있다. 저온 재생기(40)에 액냉매가 유입될 경우 액냉매는 저온 재생기(40)의 전열유닛에 유입될 수 있다. 전열유닛에 액냉매가 유입될 경우 잠열교환에 필요한 전열면적을 감소시켜 전열유닛에서 열교환 효율이 저감될 수 있다.
따라서, 중온재생기 냉매출구라인(53)을 통해 중온 재생기(50)에서 저온 재생기(40)로의 냉매 유입을 최소화하는 방안이 요구될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 흡수식 냉온수기는 중온 재생기(50)와 저온 재생기(40) 사이에 액상의 냉매를 분리하는 기액분리기(59)가 설치될 수 있다. 또한, 흡수식 냉온수기는 기액분리기(59)에서 분리된 액냉매를 응축기(30)로 안내하는 액냉매 안내라인(55)을 포함할 수 있다.
액냉매 안내라인(55)은 기액분리기(59)와 응축기(30) 사이에 연결될 수 있다.
기액분리기(59)는 중온 재생기(50)에서 유입되는 냉매에서 액냉매를 분리하고, 액냉매를 액냉매 안내라인(55)을 통해 응축기(30)로 유동시키고, 기상냉매를 중온재생기 냉매출구라인(53)을 통해 저온 재생기(40)로 유동시킬 수 있다. 이 경우, 저온 재생기(40)로의 액냉매 유동을 최소화할 수 있고, 이에 따라 저온 재생기(40) 내부 전열유닛의 열교환 효율 손실을 최소화할 수 있다.
한편, 실시 예에 따라, 도 1과 다르게, 액냉매 안내라인(55)은 기액분리기(59)와 제1 응축기입구라인(43) 사이에 연결될 수 있다. 제1 응축기입구라인(43)은 저온 재생기(40)에서 응축된 액냉매를 응축기로(30)로 안내하는 배관일 수 있다. 따라서, 액냉매 안내라인(55)은 기액분리기(59)에서 분리된 액냉매를 제1 응축기입구라인(43)를 통해 응축기(30)로 안내할 수 있다. 액냉매 안내라인(55)이 제1 응축기입구라인(43)에 연결될 경우 배관 길이는 액냉매 안내라인(55)이 응축기(30)에 직접 연결되는 경우 보다 배관 길이 보다 짧을 수 있고, 이 경우 제조 비용 절감 및 구조 단순화 이점이 있다.
도 2는 도 1에 도시된 중온 재생기와 저온 재생기의 설치 모습이 도시된 도면이다.
중온 재생기(50)와 저온 재생기(40) 각각은 전열유닛(153)(143)을 구비할 수 있다. 도 2에 도시되지 않았으나, 고온 재생기(60) 또한 내부에 전열유닛을 구비할 수 있다.
중온 재생기(50)에 구비된 전열유닛(153)과, 저온 재생기(40)에 구비된 전열유닛(143) 각각은 재생기 내부에 구비되며, 전열유닛(153)(143)은 전열관일 수 있다.
전열관에서 흡수액과 기상냉매의 열교환이 이루어질 수 있다. 즉, 기상냉매는 응축되어 액냉매로 변화되고, 흡수액은 응축열을 의해 냉매가 증발될 수 있다. 중온 재생기(50) 및 저온 재생기(40)에는 기상 냉매가 수용되는 증기 공간(151)(154)이 마련될 수 있다.
중온 재생기(50)에는 전열유닛 입구(152)와 전열유닛 출구(154)가 형성될 수 있다. 전열유닛 입구(152)와 전열유닛 출구(154) 사이에 전열유닛(153)이 배치될 수 있다.
마찬가지로, 저온 재생기(40)에는 전열유닛 입구(142)와 전열유닛 출구(144)가 형성되고, 전열유닛 입구(142)와 전열유닛 출구(144) 사이에 전열유닛(143)이 배치될 수 있다.
전열유닛 입구(152)는 고온재생기 냉매출구라인(63)과 연결될 수 있다. 전열유닛 출구(154)는 중온재생기 냉매출구라인(53)과 연결될 수 있다.
실시 예에 따라, 중온재생기 냉매출구라인(53)은 제1 중온재생기 냉매출구라인(53a)과, 제2 중온재생기 냉매출구라인(53b)을 포함할 수 있따.
제1 중온재생기 냉매출구라인(53a)은 중온 재생기(50)의 전열유닛 출구(153)와 저온 재생기(40)의 전열유닛 입구(142)를 연결하고, 제2 중온재생기 냉매출구라인(53b)은 중온 재생기(50)의 증기 공간(153)과 저온 재생기(40)의 전열유닛 입구(142)를 연결할 수 있다.
이 때, 일 실시 예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 기액분리기(59)는 제1 중온재생기 냉매출구라인(53a)에 설치될 수 있다. 한편, 이 경우 제2 중온재생기 냉매출구라인(53)은 중온 재생기(50)의 증기 공간(151)과 저온 재생기(40)의 전열유닛 입구(142) 사이를 연결하는 것도 가능하지만, 제2 중온재생기 냉매출구라인(53)은 제1 중온재생기 냉매출구라인(53a) 중 기액분리기(59) 및 저온 재생기(40)의 전열유닛 입구(142) 사이의 일 지점과 중온 재생기(50)의 증기 공간(151)을 연결할 수도 있다.
다른 실시 예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 달리, 기액분리기(59)는 중온 재생기(50)의 전열유닛 출구(154)에 설치될 수 있다.
또 다른 실시 예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 달리, 기액분리기(59)는 저온 재생기(40)의 전열유닛 입구(142)에 설치될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 흡수식 냉온수기는 기액분리기를 이용하여 저온 재생기(40)로의 액냉매 유입을 최소화하여 열교환 면적의 감소를 최소화하고, 이에 따라 열교환 효율 손실을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
앞에서 설명한 바와 같은 중온 재생기(50)에서 저온 재생기(40)로 유입되는 액냉매를 최소화하기 위한 다양한 실시 예는 흡수식 냉온수기에서 흡수액의 유동 사이클과 관계없이 적용될 수 있다. 도 3 내지 도 6은 상술한 중온 재생기(50)에서 저온 재생기(40)로 유입되는 액냉매를 최소화하기 위한 다양한 실시 예가 적용 가능한 흡수식 냉온수기의 다양한 사이클을 설명하기 위한 도면이다. 그러나, 도 3 내지 도 6에 도시된 흡수식 냉온수기의 사이클 또한 설명의 편의를 위해 예시적이 것에 불과하므로, 중온 재생기(50)에서 저온 재생기(40)로 유입되는 액냉매를 최소화하기 위한 다양한 실시 예는 모든 흡수식 냉온수기에 적용 가능하다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 흡수식 냉온수기를 보여주는 도면이다. 도 3은 병렬(parallel) 유동 사이클에 따른 흡수식 냉온수기를 보여준다.
병렬 유동 사이클에 따르면, 흡수기(20)에서 토출된 흡수액은 고온 재생기(60), 중온 재생기(50) 및 저온 재생기(40) 각각으로 유동될 수 있다.
즉, 제1 열교환기 통과라인(71)을 통과한 흡수액 중 일부는 저온재생기 유입라인(206)을 통해 저온 재생기(40)로 공급되고, 제2 열교환기 통과라인(73)을 통과한 흡수액 중 일부는 중온재생기 유입라인(204)을 통해 중온 재생기(50)로 공급되고, 제3 열교환기 통과라인(75)을 통과한 흡수액은 고온재생기 유입라인(201)을 통해 고온 재생기(60)로 공급될 수 있다.
고온 재생기(60)에서 냉매를 재생시킨 후 농도가 높아진 흡수액은 고온재생기 토출라인(202)을 통해 토출된 후 흡수기(20)로 안내되고, 중온 재생기(50)에서 냉매를 재생시킨 후 농도가 더 높아진 흡수액은 중온재생기 토출라인(204)을 통해 토출된 후 흡수기(20)로 안내되고, 저온 재생기(40)에서 냉매를 재생시킨 후 농도가 높아진 흡수액은 저온재생기 토출라인(205)을 통해 토출된 후 흡수기(20)로 안내될 수 있다.
도 3에서 저온 열교환기(70)는 흡수기(20)에서 토출된 흡수액과 고온 재생기(60), 중온 재생기(50) 및 저온 재생기(40)에서 토출된 흡수액 사이에서 열교환시키고, 중온 열교환기(80)는 저온 열교환기(70)를 통과한 흡수액과 고온 재생기(60) 및 중온 재생기(50)에서 토출된 흡수액 사이에서 열교환시키고, 고온 열교환기(90)는 중온 열교환기(80)를 통과한 흡수액과 고온 재생기(60)에서 토출된 흡수액 사이에서 열교환시킬 수 잇다.
이 밖에, 도 1 내지 도 2에서 설명한 것과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 흡수식 냉온수기를 보여주는 도면이다. 도 4는 리버스(reverse) 유동 사이클에 따른 흡수식 냉온수기를 보여준다.
리버스 유동 사이클에 따르면, 흡수기(20)에서 토출된 흡수액은 저온 재생기(40), 중온 재생기(50) 및 고온 재생기(60) 순서로 유동될 수 있다.
즉, 흡수기토출라인(23)을 통해 흡수기(20)에서 토출된 흡수액은 저온재생기 유입라인(303)을 통해 저온 재생기(40)로 공급되고, 저온 재생기(40)에서 냉매가 재생된 후 농도가 높아진 흡수액은 저온재생기 토출라인(304)을 통해 토출된 후 중온재생기 유입라인(305)을 통해 중온 재생기(50)로 공급될 수 있다. 중온 재생기(50)에서 냉매가 재생된 후 농도가 높아진 흡수액은 중온재생기 토출라인(306)을 통해 토출된 후 고온재생기 유입라인(307)을 통해 고온 재생기(60)로 공급될 수 있다.
고온 재생기(60)에서 냉매가 재생된 후 농도가 높아진 흡수액은 고온재생기 토출라인(308)을 통해 흡수기(20)로 유동될 수 있다.
저온 열교환기(70)는 흡수기(20)에서 토출된 흡수액과 고온 재생기(60)에서 토출된 후 고온 열교환기(90) 및 중온 열교환기(80)를 통과한 흡수액 사이에서 열교환시키고, 중온 열교환기(80)는 흡수기(20)에서 토출되어 저온 열교환기(70)를 통과한 흡수액과 고온 재생기(60)에서 토출된 후 고온 열교환기(90)를 통과한 흡수액 사이에서 열교환시키고, 고온 열교환기(90)는 흡수기(20)에서 토출되어 저온 열교환기(70) 및 중온 열교환기(80)를 통과한 흡수액과 고온 재생기(60)에서 토출된 흡수액 사이에서 열교환시킬 수 있다.
이 밖에, 도 1 내지 도 2에서 설명한 것과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 흡수식 냉온수기를 보여주는 도면이다. 도 5는 제1 변형 리버스(modified reverse) 유동 사이클에 따른 흡수식 냉온수기를 보여준다.
제1 변형 리버스 유동 사이클에 따르면, 흡수기(20)에서 토출된 흡수액은 저온 재생기(40)로 유동된 후 중온 재생기(50) 또는 고온 재생기(60)로 유동될 수 있고, 저온 재생기(40)에서 냉매가 재생된 후 농도가 높아진 흡수액은 고온 재생기(60) 또는 흡수기(20)로 유동되고, 중온 재생기(50) 및 고온 재생기(60)에서 냉매가 재생된 후 농도가 높아진 흡수액은 흡수기(20)로 유동될 수 있다.
구체적으로, 흡수기 토출라인(23)을 통해 흡수기(20)에서 토출된 흡수액은 제1 저온재생기 입구분지라인(401)과 제2 저온재생기 입구분지라인(402)으로 분리되어 유동된 후, 저온재생기 입구합지라인(403)을 통해 저온 재생기(40)로 유입될 수 있다.
저온 재생기(40)에서 냉매가 재생된 후 농도가 높아진 흡수액은 저온재생기 토출라인(404)을 통해 토출된 후 중온재생기 유입라인(405)을 통해 중온 재생기(50)로 되거나, 고온재생기 유입라인(406)을 통해 고온 재생기(60)로 공급될 수 있다. 한편, 저온 재생기(40)에서 냉매가 재생된 후 농도가 높아진 흡수액 중 적어도 일부는 바이패스라인(405)을 통해 흡수기(20)로 유입될 수도 있다.
중온 재생기(50)에서 냉매가 재생된 후 농도가 높아진 흡수액은 중온재생기 토출라인(406)으로 토출된 후 흡수기 유입라인(25)을 통해 흡수기(20)로 유입될 수 있다.
고온 재생기(60)에서 냉매가 재생된 후 농도가 높아진 흡수액도 고온재생기 토출라인(408)으로 토출된 후 흡수기 유입라인(25)을 통해 흡수기(20)로 유입될 수 있다.
이 밖에, 도 1 내지 도 2에서 설명한 것과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 흡수식 냉온수기를 보여주는 도면이다. 도 6은 제2 변형 리버스(modified reverse) 유동 사이클에 따른 흡수식 냉온수기를 보여준다.
제2 변형 리버스 유동 사이클에 따르면, 흡수기 토출라인(23)을 통해 흡수기(20)에서 토출된 흡수액은 저온재생기 유입라인(502)을 통해 저온 재생기(40)로 공급될 수 있다. 저온 재생기(40)에서 냉매가 재생된 후 농도가 높아진 흡수액은 저온재생기 토출라인(503)을 통해 토출된 후 중온재생기 유입라인(504)을 통해 중온 재생기(50)로 공급되거나, 고온재생기 유입라인(505)을 통해 고온 재생기(60)로 공급될 수 있다.
중온 재생기(50)에서 냉매가 재생된 후 농도가 높아진 흡수액은 중온재생기 토출라인(506)을 통해 토출된 후 흡수기 유입라인(25)을 통해 흡수기(20)로 유입될 수 있다.
고온 재생기(60)에서 냉매가 재생된 후 농도가 높아진 흡수액은 고온재생기 토출라인(507)을 통해 토출된 후 흡수기 유입라인(25)을 통해 흡수기(20)로 유입될 수 있다.
한편, 저온 재생기(40), 중온 재생기(50) 및 고온 재생기(60) 각각에는 재생기 내부의 흡수액 수위를 조절하기 위한 수위 조절기(40a)(50a)(60a)가 설치될 수 있다.
도 1 내지 도 6에 도시된 흡수식 냉온수기는 필요에 따라 흡수액 또는 냉매가 흐르는 배관에 밸브, 펌프 등이 설치될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 증발기 20: 흡수기
30: 응축기 40: 저온 재생기
50: 중온 재생기 55: 액냉매 안내 라인
59: 기액분리기 60: 고온 재생기

Claims (10)

  1. 냉매가 증발되는 증발기;
    상기 증발기에서 증발된 냉매를 흡수제에 흡수시키는 흡수기;
    고온의 가스를 통해 내부로 공급된 흡수액에서 냉매를 기화시키는 고온 재생기;
    상기 고온 재생기에서 발생한 기상 냉매의 응축열을 통해 내부로 공급된 흡수액에서 냉매를 기화시키는 중온 재생기;
    상기 중온 재생기에서 발생한 기상 냉매의 응축열을 통해 내부로 공급된 흡수액에서 냉매를 기화시키는 저온 재생기;
    상기 저온 재생기에서 생성된 기상 냉매를 냉각시키는 응축기;
    상기 중온 재생기와 상기 저온 재생기 사이에서 액냉매를 분리하는 기액분리기 및
    상기 기액분리기에서 분리된 액냉매를 안내하는 액냉매 안내 라인을 포함하며,
    상기 저온 재생기는 응축기와 액냉매가 유동되는 제1 응축기입구라인 및 기상냉매가 유동되는 제2 응축기입구라인으로 연결되며,
    상기 액냉매 안내 라인은 상기 저온 재생기와 상기 응축기 사이를 연결하는 제1 응축기입구라인과 연결되고,
    상기 흡수기에서 토출된 흡수액을 상기 제1 응축기입구라인과 열교환하는 냉매 열교환기를 더 포함하는
    흡수식 냉온수기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 중온 재생기와 상기 저온 재생기 사이에는
    상기 중온 재생기의 전열유닛 출구와 상기 저온 재생기의 전열유닛 입구를 연결하는 제1 중온재생기 냉매출구라인과,
    상기 중온 재생기의 증기 공간과 상기 저온 재생기의 전열유닛 입구를 연결하는 제2 중온재생기 냉매출구라인이 형성되고,
    상기 기액분리기는
    상기 제1 중온 재생기 냉매출구라인에 설치되는
    흡수식 냉온수기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 중온 재생기와 상기 저온 재생기 사이에는
    상기 중온 재생기의 전열유닛 출구와 상기 저온 재생기의 전열유닛 입구를 연결하는 제1 중온재생기 냉매출구라인과,
    상기 중온 재생기의 증기 공간과 출구와 상기 저온 재생기의 전열유닛 입구를 연결하는 제2 중온 재생기 냉매출구라인이 형성되고,
    상기 기액분리기는
    상기 중온 재생기의 전열유닛 출구에 설치되는
    흡수식 냉온수기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 중온 재생기와 상기 저온 재생기 사이에는
    상기 중온 재생기의 전열유닛 출구와 상기 저온 재생기의 전열유닛 입구를 연결하는 제1 중온재생기 냉매출구라인과,
    상기 중온 재생기의 증기 공간과 출구와 상기 저온 재생기의 전열유닛 입구를 연결하는 제2 중온재생기 냉매출구라인이 형성되고,
    상기 기액분리기는
    상기 저온 재생기 내부의 전열유닛 입구에 설치되는
    흡수식 냉온수기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 중온 재생기와 상기 저온 재생기 사이에는
    상기 중온 재생기의 전열유닛 출구와 상기 저온 재생기의 전열유닛 입구를 연결하는 제1 중온재생기 냉매출구라인이 형성되고,
    상기 기액분리기는
    상기 제1 중온재생기 냉매출구라인에 설치되고,
    상기 제1 중온재생기 냉매출구라인 중 상기 기액분리기 및 상기 저온 재생기의 전열유닛 입구 사이의 일 지점과 상기 중온 재생기의 증기 공간을 연결하는 제2 중온 재생기 냉매출구라인이 형성되는
    흡수식 냉온수기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 흡수기에서 토출된 흡수액은 상기 고온 재생기로 공급되고,
    상기 고온 재생기에서 토출된 흡수액은 상기 중온 재생기로 공급되고,
    상기 중온 재생기에서 토출된 흡수액은 상기 저온 재생기로 공급되고,
    상기 저온 재생기에서 토출된 흡수액은 상기 흡수기로 공급되는
    흡수식 냉온수기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 흡수기에서 토출된 흡수액과 상기 저온 재생기에서 토출된 흡수액을 열교환시키는 저온 열교환기;
    상기 저온 열교환기를 통과한 흡수액과 상기 중온 재생기에서 토출된 흡수액을 열교환시키는 중온 열교환기;
    상기 중온 열교환기를 통과한 흡수액과 상기 고온 재생기에서 토출된 흡수액을 열교환시키는 고온 열교환기를 더 포함하는
    흡수식 냉온수기.
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