KR19990008915A - 암모니아 흡수식 시스템의 에널라이저 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 암모니아 흡수식 시스템의 에널라이저 구조에 관한 것으로서, 특히 재생기로부터 재생되어 상승하는 암모니아 냉매증기와, 용액냉각흡수기로부터 유입된 강용액간의 직접접촉면적을 넓혀주어 보다 순도 높은 암모니아 냉매증기를 얻을 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 용액냉각흡수기로부터 유입되는 강용액과, 상기 강용액을 고르게 분배하여 재생기로부터 재생되어 상승하는 냉매증기와 강용액의 열교환면적을 넓혀주는 분배수단과, 냉매증기를 3분지하여 강용액과의 직접 접촉면적을 넓혀주는 2중쉘로 이루어진 것이다.

Description

암모니아 흡수식 시스템의 에널라이저 구조

본 발명은 암모니아 흡수식 시스템에 관한 것으로서, 특히 재생기로부터 재생된 암모니아 냉매증기의 농도를 1차적으로 높여주는 에널라이저의 구조를 변경하여 재생기로부터 재생되어 상승하는 암모니아 냉매증기와, 용액냉각흡수기로부터 유입된 강용액간의 직접접촉면적을 넓혀줌으로써 보다 순도 높은 암모니아 냉매증기를 얻을 수 있도록 한 암모니아 흡수식 시스템의 에널라이저 구조에 관한 것이다.

종래의 흡수식 시스템은 도 1 에 도시된 바와 같이, 열을 발생시키는 버너(1)와, 상기 버너(1)로부터 발생되는 열을 가해줌으로써 강용액(암모니아 농도가 강한 용액)으로부터 냉매증기와 약용액(암모니아 농도가 약한 용액)을 생성하는 재생기(2)와, 상기 재생기(2)에서 생성된 냉매증기와 함께 증발되는 물을 응축시켜 고농도의 냉매증기로 정류하는 정류기(3)와, 상기 정류기(3)로부터 전달된 고농도의 냉매증기를 냉각수(cooling water) 또는 브라인(Brine)등의 중간매체에 의해 냉각시켜 액체상태의 냉매로 응축시키는 응축기(4)와, 상기 응축기(4)로부터 응축된 액냉매를 더욱 과냉시키는 프리쿨러(5)와, 상기 프리쿨러(5)로부터 과냉된 액냉매를 냉방수(chilled water)를 사용하여 다시 증발시켜 2상 상태(액상+기상)의 냉매로 비등시키는 증발기(6)와, 상기 증발기(6)로 유입되는 액냉매를 팽창시키는 팽창밸브(7)와, 상기 증발기(6)에서 증발된 2상 상태의 냉매가 프리쿨러(5)를 지나면서 상대적으로 고온의 액냉매와 열교환을 실시한 후 더욱 비등하여 냉매증기 상태로 되고, 이 냉매증기 및 재생기(2)로부터 생성된 약용액이 유입되는 흡수기(8)와, 상기 흡수기(8)로 유입된 냉매증기와 약용액 간의 대향류(counter current) 접촉으로 흡수현상이 발생하여 원래의 재생기(2) 초기 농도의 강용액이 생성되어 흡수기(8)의 하부에 고이게 되고, 이 강용액을 정류기(3)로 펌핑하는 용액펌프(9)와, 상기 재생기(2)에서 흡수기(8)로 유입되는 약용액을 팽창시키는 팽창밸브(10)로 구성하였다.

상기 흡수기(8)는 생성된 강용액이 정류기(3)를 거쳐 재생기(2)로 유입되면서 재생기(2)에서 생성된 약용액과 열교환이 이루어지도록 내부에 강용액이 흐르는 용액냉각흡수기(11)와, 상기 증발기(6)에서 흡수기(8)로 유입된 냉매증기가 상승하면서 열교환이 이루어지도록 내부에 냉각수가 흐르는 수냉각흡수기(12)와, 도 1 의 A부에서 분지된 용액과 약용액과의 열교환에 의해 냉매증기를 발생시켜 재생기에서의 필요열량을 감소시켜주는 GAX흡수기/재생기(13)로 구성하였다.

그리고, 상기 재생기(2)와 정류기(3)의 사이에는 도 2 와 같이, 원통형의 쉘(14)내에 배플판(15)이 지그재그로 배치된 에널라이저(Analyzer)(16)가 위치하였다.

이와같이 구성된 종래의 흡수식 시스템은 재생기(2)내에 있는 강용액이 연소부인 버너(1)에 의해 가열되어 냉매증기와 약용액이 생성되며, 상기 냉매증기는 상승하면서 정류기(3)로 유입된다.

상기 정류기(3) 내로 유입된 냉매증기는 흡수기(8)로부터 용액펌프(9)의 펌핑을 통해 정류기(3)의 내부로 유입되는 강용액과 열교환을 한 후 증발되는 물과 함께 응축되어 고농도의 냉매증기로 정류되어 진다.

그리고, 재생기(2)에서 생성된 약용액은 강용액보다 비중이 높아 재생기(2) 하부로 가라앉게 되며, 상기 약용액은 고압부인 재생기(2)와 저압부인 흡수기(8)간의 압력차에 의해 팽창밸브(10)에서 팽창된 후 흡수기(8)의 상부로 유입된다.

상기 정류기(3)에서 정류된 고농도의 냉매증기는 응축기(4)로 유입되어 응축기(4) 주위를 흐르는 저온의 냉각수와 열교환을 하여 액냉매 상태로 응축되고, 이 액냉매는 프리쿨러(5)를 지나면서 더욱 과냉 상태의 액냉매가 되고, 과냉된 액냉매는 팽창밸브(7)를 통해 팽창된 후 증발기(6)로 유입된다.

상기 증발기(6)내로 유입된 액냉매는 증발기(6) 주위를 흐르는 고온의 냉수와 열교환을 하여 2상 상태(액상+기상)의 냉매로 비등하고, 이 2상 상태의 냉매는 다시 프리쿨러(5)를 지나면서 상대적으로 고온인 액냉매와 열교환을 하고 더욱 비등하여 냉매증기가 되고, 이 냉매증기는 흡수기(8)의 하부로 유입된다.

상기 흡수기(8)로 유입된 냉매증기는 상승하면서 재생기(2)로부터 유입된 약용액과 대향류(counter current)로 접촉하면서 약용액에 흡수되어 강용액이 생성되고, 이때 발생되는 흡수열은 수냉각흡수기(12)내를 흐르는 냉각수와 용액냉각흡수기(11)내를 흐르는 저온의 강용액에 의해 상쇄된다.

여기서, 재생기(2)에서 생성된 약용액은 흡수기(8) 상부로 유입된 후 저온의 강용액이 흐르는 용액냉각흡수기(11)의 열교환코일 표면에 분산 낙하되면서 냉각되어 냉매증기의 흡수를 가속시킨다.

이때, 상기 흡수기(8)의 하부에 고인 강용액은 용액펌프(9)의 펌핑에 의하여 정류기(3)로 유입되었다가 용액냉각흡수기(11)로 유입되고, 이 강용액은 열교환코일 내부를 흐르면서 재생기(2)로부터 생성되어 유입되는 고온의 약용액과 열교환을 하여 온도가 상승된 후 다시 재생기(2)로 유입되어 상기와 같은 작동을 순차적으로 반복하게 된다.

한편, 재생기(2)와 정류기(3)의 사이에 형성된 에너라이저(16)의 상단부에 용액냉각흡수기(11)로부터 강용액이 유입되어 하부로부터 상승하는 냉매증기와 부분적으로 직접접촉하여 열교환하면서 1차적으로 암모니아 냉매증기의 농도를 높여 정류기(3)로 보내주고, 냉매증기와의 열 및 물질전달로 온도가 상승된 강용액은 재생기(2)의 하부로 유입된다.

상기 에널라이저(16)의 상단부에서 하단부까지 지그재그로 구성된 배플판(15)은 상부로부터 떨어지는 강용액과 하부로부터 상승하는 냉매증기의 유로를 형성하면서 이 강용액과 냉매증기의 열교환 면적을 넓혀주는 역할을 하게 된다.

이러한 흡수식 사이클은 냉방 및 난방 기능의 히트펌프(heat pump)로서도 운전가능하며, 냉방의 경우에는 증발기(6)에서 냉매의 증발잠열로부터 냉방수를 얻을 수 있고, 난방의 경우에는 응축기(4)의 응축잠열 및 수냉각흡수기(12)의 흡수열로부터 난방수를 얻을 수 있다.

이와 같은 동작은 시스템이 작동하는 동안 평형이 이루어진 상태에서 연속적으로 순환되면서 이루어 진다.

그러나 이러한 종래 암모니아 흡수식 시스템의 에널라이저는 상부로부터 떨어지는 강용액이 배플판에 의해서만 유로가 형성되므로 강용액과 냉매증기가 직접 접촉할 수 있는 열교환 면적이 너무 적고, 접촉시간 또한 짧기 때문에 순도 높은 냉매증기를 얻을 수 없게 되고, 이는 정류기를 지난 냉매증기의 순도를 저하시켜 시스템에 나쁜 영향을 주는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 에널라이저에 용액냉각흡수기로부터 유입된 강용액을 고르게 분배하여 재생기로부터 재생되어 상승하는 냉매증기와 강용액의 열교환면적을 넓혀주는 분배수단과, 냉매증기를 3분지하여 강용액과의 직접 접촉면적을 넓혀주는 2중쉘을 구비함으로써 강용액과 냉매증기가 보다 작은 공간에서도 충분히 직접접촉할 수 있도록 하여 열 및 물질전달 성능을 향상시키고, 이를 통해 순도 높은 암모니아 냉매증기를 얻을 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

도 1 은 종래 암모니아 흡수식 시스템의 사이클도.

도 2 는 종래 암모니아 흡수식 시스템의 에널라이저 구성도.

도 3 은 본 발명 암모니아 흡수식 시스템의 에널라이저 구성도.

도 4 는 본 발명에 의한 에널라이저의 2중쉘 상세도.

도 5 는 본 발명 에널라이저의 분배판으로서,

(가)는 평면도.

(나)는 측면도.

도 6 는 본 발명 에널라이저에 삽입되는 스프링 구성도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

101 : 강용액입구 102 : 상부분배판

103 : 2중쉘 104 : 하부분배판

105 : 냉매증기입구 106 : 냉매증기출구

107 : 유로 108 : 스프링

이하, 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3 은 본 발명에 의한 암모니아 흡수식 시스템의 에널라이저 구성도로서, 용액냉각흡수기로부터 강용액이 유입되는 강용액입구(101)와, 상기 강용액입구(101)를 통해 유입된 강용액을 고르게 분배하여 균일한 흐름으로 낙하하도록 하는 상부분배판(102)과, 상기 상부분배판(102)을 통해 분배되어 낙하하는 강용액과 재생기로부터 재생되어 상승하는 약용액간의 열교환을 위한 공간인 2중쉘(103)과, 상기 2중쉘(103)로부터 냉매증기와의 열교환을 수행한 강용액을 재생기로 고르게 분배시키는 하부분배판(104)과, 상기 재생기로부터 생성된 냉매증기가 상승하여 에널라이저로 유입되는 냉매증기입구(105)와, 상기 2중쉘(103)에서 강용액과의 열교환을 수행하여 순도 높은 암모니아 냉매증기가 생성되고, 이 냉매증기를 정류기로 토출하는 냉매증기출구(106)로 구성된다.

그리고, 상기 2중쉘(103)의 내부에는 도 4 와 같이, 강용액과의 직접접촉면적을 넓혀주기 위해 냉매증기를 3분지하는 유로(107)가 형성되고, 상기 상부분배판(102)에는 도 5 와 같이, 강용액을 고르게 분배하도록 다수의 개공(102a)이 형성되며, 상기 상부분배판(102)의 중앙부에는 강용액과의 열교환을 통해 생성된 순도 높은 암모니아 냉매증기가 통과할 수 있도록 통과공(102b)이 형성되고, 상기 2중쉘(103a)의 내부 공간에는 도 6 과 같이, 상부로부터 낙하하는 강용액을 하부로 안내하면서 냉매증기와의 열교환면적을 넓혀주는 스프링(108)이 삽입된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 용액냉각흡수기로부터 강용액입구(101)를 통해 강용액이 에널라이저로 유입되고, 상기 강용액입구(101)를 통해 유입된 강용액은 상부분배판(102)의 다수의 개공(102a)에 의해 균일한 흐름으로 고르게 분배되어 2중쉘(103)의 내부로 낙하한다.

이때, 재생기로부터 생성된 농도가 낮은 암모니아 냉매증기는 상승하면서 하부분배판(104)의 냉매증기입구(105)를 통해 2중쉘(103)의 내부로 유입된다.

상기 2중쉘(103)의 내부로 유입된 냉매증기와 강용액은 2중쉘(103)의 내부에서 직접접촉하면서 서로 열 및 물질전달을 하게 되고, 열교환을 수행한 후 농도가 높아진 냉매증기는 상부분배판(102)의 통과공(102b)을 지나 냉매증기출구(106)를 통해 정류기로 보내진다.

한편, 냉매증기에 열 및 물질전달을 하여 온도가 상승된 강용액은 하부분배판(104)에 의해 고르게 분배되어 재생기로 유입된다.

여기서, 상기 2중쉘(103)의 내부에 삽입된 스프링(108)은 낙하하는 강용액을 하부로 안내하면서 열교환면적을 넓혀주게 되고, 이를 통해 정류기로 유입되는 냉매증기의 농도를 높여줌과 동시에 에널라이저의 크기를 감소시킬 수 있는 것이다.

또한, 상기 2중쉘(103)에 형성된 유로(107)는 냉매증기의 흐름을 3분지하도록 하는 것으로, 이는 냉매증기와 강용액간의 직접접촉면적을 넓혀주게 되므로 보다 작은 공간에서도 냉매증기와 강용액간의 열 및 물질전달이 촉진되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 에널라이저의 내부에 2중쉘을 구성하고, 유입되는 강용액을 고르게 분배하여 강용액과 냉매증기간의 열교환면적을 넓혀주는 분배수단을 구비함으로써 강용액과 냉매증기가 보다 작은 공간에서도 충분히 직접접촉하게 되어 열 및 물질전달 성능이 향상되고, 상기 2중쉘의 내부에 스프링을 삽입함으로써 순도 높은 암모니아 냉매증기가 생성되고, 에널라이저의 크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 용액냉각흡수기로부터 유입되는 강용액과,

   상기 강용액을 고르게 분배하여 재생기로부터 재생되어 상승하는 냉매증기와 강용액의 열교환면적을 넓혀주는 분배수단과,

   냉매증기를 3분지하여 강용액과의 직접 접촉면적을 넓혀주는 2중쉘로 이루어진 것을 특징으로 하는 암모니아 흡수식 시스템의 에널라이저 구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 분배수단은 강용액이 균일한 흐름으로 낙하하도록 다수개의 개공이 형성된 분배판과,

   낙하하는 강용액을 안내하면서 냉매증기와의 접촉면적을 넓히도록 2중쉘의 내부에 삽입된 탄성부재로 이루어짐을 특징으로 하는 암모니아 흡수식 시스템의 에널라이저 구조.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 2중쉘에는 냉매증기를 3분지할 수 있도록 유로가 형성된 것을 특징으로 하는 암모니아 흡수식 시스템의 에널라이저 구조.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 분배판의 중앙부에는 냉매증기가 통과할 수 있도록 통과공이 형성된 것을 특징으로 하는 암모니아 흡수식 시스템의 에널라이저 구조.