KR19990001571A - 흡수식 냉난방기의 급탕시스템. - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡수식 냉난방기에 관한 것으로서, 특히 부가적인 급탕용 보일로의 설치없이 냉난방기 1대로서 급탕기능을 구현하는데 그 목적이 있다.

재생기, 응축기, 증발기, 흡수기, 정류기, 냉매열교환기, 용액열교환기를 포함하는 흡수식 냉난방기에 있어, 상기 용액열교환기를 3중 열교환기로 구성하고, 냉난방이 동시에 이루어지는 경우, 냉난방만이 이루어지는 경우, 급탕만이 이루어는 경우를 고려하여 유기적인 유로를 구성한 것이다.

Description

흡수식 냉난방기의 급탕시스템.

본 발명은 흡수식 냉난방기에 관한 것으로서, 특히 부가적인 급탕용 보일로의 설치없이 냉난방기 1대로서 급탕기능을 구현하는데 그 목적이 있다.

종래의 일반적인 냉난방기는 도 1과 같이 재생기(1), 응축기(2), 증발기(3), 흡수기(4)로 구성된다.

이와 같이 구성됨에 있어 먼저 재생기(1)는 열원(예:버너(5))등으로부터 열을 받아 농도가 강한 작동용액(암모니아 수용액)으로부터 냉매인 암모니아를 증발시켜 암모니아 냉매 증기를 얻음과 동시에 일부 암모니아 증발에 의해 생긴 농도가 약한 암모니아 수용액(이하 약용액이라 함)을 만들어 준다.

응축기(2)는 상기 재생기(1)로부터 보내져온 냉매증기를 응축하여 액냉매로 만들어 주는데 이때 냉매 증기로부터 열량을 빼앗아 응축시키기 위해 실내기(6)로부터 난방을 수행하고 온도가 떨어져 들어온 냉각수를 사용하게 되는데, 이 냉각수는 응축기(2)를 거쳐 다시 흡수기(4)로 보내진다.

그리고, 증발기(3))는 상기 응축기(2)로부터 보내져 온 액냉매를 다시 증발시켜 주어 냉매 증기로 만들어 주는데 이때 액냉매를 증발시켜 주는데 필요한 열량은 실내기(6)로부터 냉방을 마치고 온도가 상승되어 들어온 냉수로부터 공급하여 준다. 그리고 열량을 빼앗긴 냉수는 다시 온도가 떨어진 후 실내기(6)로 다시 보내져 냉방을 수행하게 해주는 역할을 한다.

흡수기(4)는 상기 증발기(3)로부터 보내져 온 냉매 증기를 재생기(1)로부터 보내져 온 약용액이 흡수하도록 하여 원래의 재생기(1)의 초기 농도의 강용액을 만들어 주는 역할을 하는데 이때 흡수를 촉진하기 위해 열량을 제거하여 주어야 하고, 이 열량 제거를 위해 응축기(2)를 거친 냉각수를 이용한다. 열량을 얻은 이 냉각수는 다시 실내기(6)로 난방을 위해 보내지며, 냉매 증기를 흡수한 약용액은 강용액이 되어 용액펌프(7)에 의해 정류기(8)로 보내진다. 즉, 냉방시에는 증발기(3)에서 온도가 떨어진 냉수를 실내기(6)로 보내 냉방을 수행하게 되며, 응축기(2)와 흡수기(4)를 냉각한 냉각수는 온도가 높아져 실외기(9)로 보내져 다시 냉각된다. 또한, 난방시에는 반대로 응축기(2)와 흡수기(4)를 거치면서 온도가 높아진 냉각수가 실내기(6)로 보내져 난방을 수행하게 되며, 증발기(3)를 거친 냉수는 실외기(9)로 보내지게 된다.

이상과 같은 개략적인 흡수식 냉난방기의 작동에 있어, 효율을 높이기 위해 부가적인 장치를 두게된다.

부가적인 장치로는 먼저, 정류기(8)는 재생기(1)에서 유입되는 냉매증기로부터 함께 증발된 물을 응축시켜 고농도의 암모니아 증기를 얻는 역할을 한다. 이때 물을 응축시켜 주는 매체는 용액펌프(7)로부터 보내져온 저온의 강용액으로 정류기(8) 내에 감겨진 코일 내를 흐르는 동안 고온의 냉매 증기와 열교환을 통하여 냉매 증기에 포함되어 있는 물을 응축시켜 준다.

또한, 냉매열교환기(10)라 일컬어지는 장치를 두게되는데 이 요소의 기능은 응축기(2)로 나온 액냉매와 증발기(3)에서부터 나온 냉매 증기와의 열교환을 통하여 액냉매를 증발기(3) 내의 증발온도에 가깝게 내려주고 냉매 증기의 온도는 흡수기(4)의 포화온도 가까이 온도를 올려주어 흡수 현상을 가속화 시켜준다. 또한, 냉매증기에 포함되어 있는 소량의 액냉매도 증발시켜 준다.

이외에 용액열교환기(11)를 두게되는데 이 요소의 기능은 고온으로 재생기(1)에서 유출되는 약용액과 재생기(1)로 유입되는 저온의 강용액과의 열교환을 통해 약용액은 흡수기(4)에서의 포화온도 근처까지 온도를 내려주고, 강용액은 그에 상응하는 온도까지 높여주어 재생기(1)로 유입시켜 줌으로서 재생기(1)에서 강용액에 가열시켜 주어야 하는 열량을 감소시켜 준다. 즉, 시스템에서 재생기(1)와 응축기(2)는 고압부를 형성하며, 증발기(3)와 흡수기(4)는 저압부를 형성하는데 이때, 응축기(2)에서 증발기(3)로의 압력 저하는 다수개의 리스트릭터(12)을 이용한다. 일반적으로 리스트릭터(12)의 형태는 유로의 단면적을 줄여주므로서 압력손실을 유발, 양단에 압력차가 생기도록 하는 것이다.

이상과 같은 종래의 흡수식 냉난방 시스템에 있어, 현재까지는 급탕기능을 시스템 내에 구현하기 위해 고안되어 있는 방법은 공지되어 있지 않으며, 굳이 급탕기능을 추가한 경우는 별도의 보일러 역할을 하는 버너와 급탕용 열교환기를 두어 실현하고 있는 것으로 알려져 있다.

만일 기존의 시스템의 경우, 급탕기능을 실현시키기 위해서 별도의 버너와 급탕용 열교환기를 두게됨으로서 구조가 복잡할 뿐만아니라, 부품 요소가 추가됨으로서 생산 가격이 높아지고 크기가 커지는 단점이 있다. 또한, 각각의 버너를 이용함으로서 연료소모가 심해 연료비가 커지게 되며, 유지, 보수등에 따른 유지 비용도 한층 커지게 된다.

본 발명은 흡수식 냉난방 시스템에서 별도의 급탕용 버너와 열교환기 없이 기존의 용액열교환기의 구조 변경만으로 급탕 기능을 구현하도록 하는데 있다.

도 1은 종래 흡수식 냉난방기 시스템의 구성도.

도 2는 본 발명의 3중 열교환기를 채용한 용액열교환기의 구조도.

도 3은 본 발명 흡수식 냉난방기에 있어 냉난방 운전시 유로 구성도.

도 4는 본 발명 흡수식 냉난방기에 있어 급탕 단독 운전시 유로 구성도.

도 5는 본 발명 흡수식 냉난방기에 있어 냉난방 및 급탕 운전시 유로 구성도.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

101 : 버너 102 : 재생기

103 : 응축기 104 : 증발기

105 : 흡수기 106 : 냉매열교환기

106a,106b : 분지관107 : 3중 열교환기

108 : 약용액유입구109 : 약용액유출구

110 : 강용액유입구120 : 강용액유출구

130 : 급탕 및 난방수 유입구140 : 급탕 및 난방수 유출구

150 : 분배 리저버(Resorber)170 : 배플(Baffle)

본 발명인 흡수식 냉난방기의 급탕시스템를 첨부한 도면을 참고로 이하에서 설명한다.

도 2 내지 도 5와 같이 열원(버너)(101)으로부터 열을 받아 농도가 강한 작동수용액으로부터 냉매인 암모니아를 증발시켜 냉매증기를 얻음과 동시에 일부 암모니아 증발에 의해 생긴 농도가 약한 암모니아 수용액을 만들어 주는 재생기(102)와, 상기 재생기(102)로부터 보내져온 냉매 증기를 응축하여 액냉매로 만들어 주는 응축기(103)와, 상기 응축기(103)로부터 보내져 온 액냉매를 다시 증발시켜 다시 냉매 증기로 만들어 주는 증발기(104)와, 상기 증발기(104)로부터 보내져온 냉매 증기를 재생기(102)로부터 보내져온 약용액이 흡수하도록 하여 원래의 재생기(102)의 초기 농도의 강용액을 만들어 주는 흡수기(105)와, 상기 응축기(103)로부터 나온 액냉매와 상기 증발기(104)에서부터 나온 냉매 증기와의 열교환을 통해 액냉매를 증발기(104) 내의 증발온도에 가깝게 내려주고, 냉매 증기의 온도는 흡수기(105)의 포화온도 가까이 온도를 올려주어 흡수 현상을 가족화 시켜주는 냉매열교환기(106)와, 상기 재생기(102)로부터 고온으로 유출되는 약용액과 상기 재생기(102)로 유입되는 저온의 강용액과의 열교환을 통해 약용액은 흡수기(105)에서의 포화온도 근처까지 온도를 내려주고, 강용액은 그에 상응하는 온도까지 높여주어 재생기(101)로 유입시켜 줌으로서 재생기(102)에서 강용액에 가열시켜주어햐 하는 열량을 감소시켜 주는 용액열교환기를 포함한 흡수식 냉난방 열교환기에 있어, 상기 용액열교환기를 3중열교환기(107)로 구성한다.

그리고, 상기 3중열교환기(107)의 구조는 외곽 형태가 육면체등과 같은 형태 및 이와 유사한 형태로 위측면에는 약용액 유입구(108), 아래측 면에는 약용액 유출구(109)를 구성한다.

또한, 측면에는 강용액 유입구(110), 반대측면에는 강용액 유출구(120)를 구성하며, 전면에는 각각의 운전 조건에 따라 급탕수 및 냉각수 유입구(130), 후면에는 급탕수 및 냉각수 유출구(140)를 구성한다.

미 설명부호 150은 분배 리저버, 106a,106b는 분지관이고, 170은 배플이며 180,190은 실외기 및 실내기이다.

이와 같이 구성되어 강용액 급탕수 및 냉각수는 유입구를 통해 유입되어 분배 리저버(150)에서 각각의 분지관(106a,106b)으로 분배된 뒤 분지관(106a,106b)을 통해 유출구측에 있는 합류 리저버까지 유동한 뒤 유출구를 통해 유출된다.

여기서 강용액 분지관과 급탕수 및 냉각수 분지관과는 상호간 간섭을 피하기 위해 강용액 지관이 S자 형태로 굴곡되어 있고 급탕수 및 냉각수 지관은 강용액 지관의 굴곡 부위에 배치되어 있어 공간을 최대한 이용하였다.

이들은 상호 배치 위치가 바꾸어 질수 있다.

약용액 유로의 경우 약용액 유입구(108)를 통해 유입한 뒤 내부에 설치된 배플(170)에 의해 유로가 형성되어 아래 방향으로 지그재그 형태로 흐르게 되며, 이 배플(170)은 배열되어 있는 강용액 분지관과 냉각수 및 급탕수 분지관의 위, 아래 행 사이에 양 측면에 교대로 설치되어 있다.

이와 같은 구성과 작동하에서 각각의 운전조건에 따른 각 용액들의 유로변화를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 냉난방시에는 도 3과 같이 기존의 유동 유로와 거의 유사하나 응축기(103)에서 유출되는 냉각수의 일부를 3중 열교환기(107)의 급탕수 및 냉각수 유로로 보내주게 된다.

이때, 이로인한 냉난방의 성능에 대한 영향을 최소화하기 위하여 응축기(103)에서 분지된 냉각수가 3중 열교환기 내에서 과열되지 않는 최소의 유량만 보내주게 되며,3중 열교환기(107)에서 유출된 냉각수는 응축기(103)와 흡수기(105)를 거친 냉각수와 합류해 냉난방 모드에 따라 냉방시에는 실외기(180)로, 난방시에는 실내기(190)로 보내지게 된다.

물론 재생기(102)에서 유출된 고온의 약용액은 3중 열교환기(107) 약용액 유입구(108)로 유입되어 강용액 유입구(110)로 유입되는 저온의 강용액과 응축기(103)에서 분지되어 급탕수 및 냉각수 유입구(130)으로 유입되는 저온의 냉각수와 열교환 수행후 각각 유출관을 통하여 유출되어 약용액은 흡수기(105)로, 강용액은 재생기(102)로, 냉각수는 실,내외기(190,180)로 유동하게 된다.

한편, 급탕 단독 운전시에는 도 4와 같이 시스템 전체를 가동시킬 필요가 없으므로, 일단 재생기(102)에서 유출된 약용액은 3중 열교환기(107) 약용액 유입구(108)으로 보내지며, 재생기(102)에서 발생한 냉매 증기는 리저버에서 감압된 뒤 곧바로 흡수기(105)로 보내진다.

또한, 급탕수는 급탕수 및 냉각수 유입구(130)를 통하여 3중 열교환기(107)에 유입되며, 3중 열교환기(107)에서 유출된 약용액은 흡수기(105)로 보내져 전술한 냉매 증기를 흡수하여 강용액이 된뒤 강용액 유입구(110)을 통해 다시 3중 열교환기(107)로 유입된다.

3중 열교환기(107)에 유입된 고온의 약용액과 저온의 급탕수 및 강용액이 열교환을 수행하여 약용액에 의해 온도가 높아진 급탕수는 실내의 급탕 배관을 통해 공급되고 역시 약용액에 의해 온도가 상승된 강용액은 다시 재생기(102)로 유입된다.

그리고, 도 5와 같이 냉난방과 급탕이 함께 수행되는 운전조건에서는 3중 열교환기(107)의 급탕수 및 냉각수 유입구(130)로 급탕수가 유입될 뿐 나머지 유로는 냉난방 운전시의 유로와 같다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 흡수식 냉난방기에서 기존의 용액열교환기의 구조를 변경하는 것으로 급탕 기능을 구현할 수 있다.

따라서, 급탕기능을 실현시키기 위해서 별도의 버너와 급탕용 열교환기를 추가하는 경우에 비해 전체 시스템를 컴팩트화 할 수 있고, 이에 따른 생산비용 및 연료비, 유지비 등을 절감할 수 있는 기대효과가 있다.

Claims (6)

1. 열원으로부터 열을 받아 농도가 강한 작동수용액으로부터 냉매인 암모니아를 증발시켜 냉매증기를 얻음과 동시에 일부 암모니아 증발에 의해 생긴 농도가 약한 암모니아 수용액을 만들어 주는 재생기와, 상기 재생기로부터 보내져온 냉매 증기를 응축하여 액냉매로 만들어 주는 응축기와, 상기 응축기로부터 보내져 온 액냉매를 다시 증발시켜 다시 냉매 증기로 만들어 주는 증발기와, 상기 증발기로부터 보내져온 냉매 증기를 재생기로부터 보내져온 약용액이 흡수하도록 하여 원래의재생기의 초기 농도의 강용액을 만들어 주는 흡수기와, 상기 응축기로부터 나온 액냉매와 상기 증발기에서부터 나온 냉매 증기와의 열교환을 통해 액냉매를 증발기 내의 증발온도에 가깝게 내려주고, 냉매 증기의 온도는 흡수기의 포화온도 가까이 온도를 올려주어 흡수 현상을 가족화 시켜주는 냉매열교환기와, 상기 재생기로부터 고온으로 유출되는 약용액과 상기 재생기로 유입되는 저온의 강용액과의 열교환을 통해 약용액은 흡수기에서의 포화온도 근처까지 온도를 내려주고, 강용액은 그에 상응하는 온도까지 높여주어 재생기로 유입시켜 줌으로서 재생기에서 강용액에 가열시켜주어야 하는 열량을 감소시켜 주는 용액열교환기를 포함한 흡수식 냉난방 열교환기에 있어,

   상기 용액열교환기를 3중 열교환기로 구성한 것을 특징으로 하는 흡수식 냉난방기의 급탕시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 3중 열교환기의 용액열교환기는 육면체 형태 및 이와 유사한 형태의 열교환기로 제작하고,

   각각 다른 유체를 유동시키도록 양측면, 양전후면, 양상하면에 유입출구를 구성한 것을 특징으로 하는 흡수식 냉난방기의 급탕시스템.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 3중 열교환기의 용액열교환기는 전후면 한쪽면과 한쪽 측면 유입구를 통해 들어온 유체가 일단 리저버에서 분지관으로 분지되어 열교환기를 흐른뒤 다시 리저버에서 합류해 유입구와는 반대면에 형성된 유출구를 통해 유출되며,

   상단으로 유입되는 약용액은 유입구를 통해 유입하여 양측면으로부터 번갈아가면서 형성되어 있는 배플 사이로 지그재그 형태로 형성된 유로를 통해 열교환기를 흐른뒤 하단의 유출구를 통해 배출되고,

   상기 전후면 또는 양측면에 형성된 분지관 가운데 한쪽은 상호간의 간섭을 피하기 위해 s자형태로 분지관을 형성한 것을 특징으로 하는 흡수식 냉난방기의 급탕시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 3중 열교환기의 용액열교환기를 채용한 시스템에서 냉난방과 급탕이 동시에 이루어지는 경우 3중 열교환기의 약용액 유로로는 재생기에서 유출된 약용액이 흐르고,

   강용액 유로로는 정류기에서 유출된 강용액이 흐르며,

   급탕수 또는 난방수 유로로는 급탕수가 흐르도록 유로를 구성한 것을 특징으로 하는 흡수식 냉난방기의급탕시스템.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 3중 열교환기의 용액열교환기를 채용한 시스템에서 냉난방만 이루어지는 경우 3중 열교환기의 약용액 유로로는 재생기에서 유출된 약용액이 흐르고,

   강용액 유로로는 정류기에서 유출된 강용액이 흐르며,

   급탕수 또는 난방수 유로로는 응축기에서 냉각수 역할을 한뒤 유출된 일부 난방수가 흐르도록 구성한 것을 특징으로 하는 흡수식 냉난방기의 급탕시스템.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 3중의 열교환기의 용액열교환기를 채용한 시스템에서 급탕만이 이루어지는 경우 3중 열교환기의 약용액 유로로는 재생기에서 유출된 약용액이 흐르고,

   강용액 유로로는 정류기에서 유출된 강용액이 흐르며,

   급탕수 또는 난방수 유로로는 급탕수가 흐르는 유로로 구성한 것을 특징으로 하는 흡수식 냉난방기의 급탕시스템.