KR19990008916A - 판형 열교환기를 갖는 흡수식 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 판형 열교환기를 갖는 흡수식 시스템에 관한 것으로, 특히 시스템의 열교환기를 판형으로 구성함에 있어 흡수기의 판형 구성문제를 해결함으로써 흡수식 시스템의 소형화 및 경량화를 가능하게 하는 데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 시스템의 소형화 및 경량화를 위해 응축기, 프리쿨러, 증발기, 흡수기를 판형 열교환기(plate heat exchanger)로 구성하고, 상기 흡수기로 유입되는 냉매증기를 다수의 방향으로 분지하는 분지부를 구비한 것이다.

Description

판형 열교환기를 갖는 흡수식 시스템

본 발명은 흡수식 시스템에 관한 것으로서, 특히 시스템의 열교환기를 판형으로 구성함에 있어 흡수기의 판형 구성문제를 해결하여 흡수식 시스템의 소형화 및 경량화를 가능하게 하도록 한 판형 열교환기를 갖는 흡수식 시스템에 관한 것이다.

종래의 흡수식 시스템은 도 1 에 도시된 바와 같이, 열을 발생시키는 버너(1)와, 상기 버너(1)로부터 발생되는 열을 가해줌으로써 강용액으로부터 냉매증기와 약용액을 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)내에는 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)가 구비되었다.

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)에서 생성된 약용액과 대향류(counter current)로 접촉하여 흡수되어 강용액이 생성되고, 이때 발생되는 흡수열은 수냉각흡수기(12)내를 흐르는 냉각수와 용액냉각흡수기(7)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.

한편, 상기 흡수기(8)의 하부에 고인 강용액은 용액펌프(10)의 펌핑에 의하여 정류기(3)로 유입되었다가 용액냉각흡수기(11)로 유입되고, 이 강용액은 열교환코일 내측을 흐르면서 재생기로부터 생성되어 유입되는 고온의 약용액과 열교환을 하여 온도가 상승된 후 다시 재생기(2)로 유입되어 상기와 같은 작동을 순차적으로 반복하게 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 흡수식 시스템의 필수 요소인 재생기, 정류기, 응축기, 프리쿨러, 증발기, 용액냉각흡수기, 수냉각흡수기 등은 열교환기로서, 일반적으로 이런 열교환기는 쉘 튜브타입이므로 시스템의 성능과는 별도로 상대적으로 너무 큰 부피를 차지하게 되어 시스템의 대형화 및 고중량화가 증가하는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 응축기, 프리쿨러, 증발기, 흡수기 등의 열교환기를 판형으로 구성하는 데 있어서, 상기 흡수기로 유입되는 냉매증기를 다수의 방향으로 분지함으로써 흡수식 시스템의 소형화 및 경량화를 가능하게 하는 데 그 목적이 있다.

도 1 은 종래 흡수식 시스템의 사이클도.

도 2 는 본 발명 흡수식 시스템의 사이클도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

101 : 버너 102 : 재생기

103 : 정류기 104 : 응축기

105 : 프리쿨러(precooler) 106 : 증발기

107, 111 : 팽창밸브 108 : 용액냉각흡수기

109 : 수냉각흡수기 110 : 용액펌프

112 : 분지기 113 : 제 1 혼합기

114 : 제 2 혼합기

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

도 2 는 본 발명에 의한 흡수식 시스템의 구성도로서, 열을 발생시키는 버너(101)와, 상기 버너(101)로부터 발생되는 열을 가해줌으로써 강용액으로부터 냉매증기와 약용액을 생성하는 재생기(102)와, 상기 재생기(102)에서 생성된 냉매증기와 함께 증발되는 물을 응축시켜 고농도의 냉매증기로 정류하는 정류기(103)와, 상기 정류기(103)로부터 전달된 고농도의 냉매증기를 냉각수(cooling water) 또는 브라인(Brine)등의 중간매체에 의해 냉각시켜 액냉매 상태로 응축시키는 응축기(104)와, 상기 응축기(104)로부터 응축된 액냉매를 과냉시키는 프리쿨러(105)와, 상기 프리쿨러(105)로부터 과냉된 액냉매를 냉방수(chilled water)를 사용하여 2상 상태(액상+기상)의 냉매로 비등시키는 증발기(106)와, 상기 증발기(106)로 유입되는 액냉매를 감압시키는 팽창밸브(107)와, 상기 증발기(106)에서 증발된 2상 상태의 냉매가 프리쿨러(105)를 지나면서 상대적으로 고온의 액냉매와 열교환을 실시한 후 더욱 비등하여 냉매증기 상태로 되고, 재생기(101)로부터 생성된 약용액 및 상기 냉매증기가 유입되는 용액냉각흡수기(108) 및 수냉각흡수기(109)와, 상기 수냉각흡수기(109) 출구를 통해 유출되는 강용액을 정류기(103)로 펌핑하는 용액펌프(110)와, 상기 재생기(2)에서 용액냉각흡수기(108)로 유입되는 약용액을 감압시키는 팽창밸브(111)로 구성된다.

또한, 상기 응축기, 증발기, 프리쿨러, 용액냉각흡수기, 수냉각흡수기 등의 열교환기는 시스템의 소형화 및 경량화를 위해 판형으로 구성된다.

그리고, 상기 증발기(106) 또는 프리쿨러(105)로부터 유출되는 냉매증기를 2방 또는 3방, 그 이상의 방향으로 분지하는 분지기(112)와, 상기 분지기(112)로부터 분지된 일부 냉매증기가 재생기(102)로부터 생성된 약용액과 혼합되는 제 1 혼합기(113)와, 상기 분지기(112)로부터 분지된 다른 냉매증기가 용액냉각흡수기(108)로부터 유출되는 용액과 혼합되는 제 2 혼합기(114)가 구비된다.

상기 제 1 혼합기(113)는 분지기(112), 재생기(102), 그리고 용액냉각흡수기(108)에 연결되고, 제 2 혼합기(114)는 분지기(112), 용액냉각흡수기(108), 그리고, 수냉각흡수기(109)에 연결된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 재생기(102)내에 있는 강용액이 연소부인 버너(101)에 의해 가열되어 냉매증기와 약용액이 생성되며, 상기 냉매증기는 상승하면서 정류기(103)로 유입된다.

상기 정류기(103) 내로 유입된 냉매증기는 수냉각흡수기(109)로부터 용액펌프(110)의 펌핑을 통해 정류기(103)의 내부로 유입되는 강용액과 열교환을 한 후 증발되는 물과 함께 응축되어 고농도의 냉매증기로 정류되어 진다.

그리고, 재생기(102)에서 생성된 약용액은 팽창밸브(111)를 지나면서 감압되어 제 1 혼합기로 유입된다.

한편, 상기 정류기(103)에서 정류된 고농도의 냉매증기는 응축기(104)로 유입되어 응축기(104) 주위를 흐르는 저온의 냉각수와 열교환을 하여 액냉매 상태로 응축되고, 이 액냉매는 프리쿨러(105)를 지나면서 과냉 상태의 액냉매가 되고, 과냉된 액냉매는 팽창밸브(107)를 통해 감압되어 증발기(106)로 유입된다.

상기 증발기(106)내로 유입된 액냉매는 증발기(106) 주위를 흐르는 고온의 냉수와 열교환을 하여 2상 상태(액상+기상)의 냉매로 비등하고, 이 2상 상태의 냉매는 다시 프리쿨러(105)를 지나면서 상대적으로 고온인 액냉매와 열교환을 하고 더욱 비등하여 냉매증기가 되고, 이 냉매증기는 증발기(106)로부터 유출된다.

상기 증발기(106)를 나온 냉매증기는 분지기(112)에 유입된 후 분지되어 제 1 혼합기(113) 및 제 2 혼합기(114)에 유입된다.

상기 제 1 혼합기(113)로 유입된 일부 냉매증기는 재생기(102)로부터 생성되어 팽창밸브(111)에 의해 팽창된 약용액과 혼합된 후 용액냉각흡수기(108)의 하부로 상승 유입되고, 이때의 흡수열과 용액의 현열은 용액냉각흡수기(108)내를 흐르는 저온의 강용액에 의해 제거되어 용액냉각흡수기(108)의 출구로 유출된다.

상기 제 2 혼합기(114)로 유입된 다른 일부 냉매증기는 용액냉각흡수기(108) 출구의 용액과 혼합된 후 2상류의 강용액으로 수냉각흡수기(109)로 상승 유입되고, 이때의 흡수열과 용액의 현열은 수냉각흡수기(109)내를 흐르는 저온의 냉각수에 의해 제거되어 과냉 상태의 강용액으로 수냉각흡수기(109)를 나오게 된다.

상기 수냉각흡수기(109)를 나온 액상의 강용액은 용액펌프(110)에 의해 승압되어 정류기(102), 용액냉각흡수기(108)를 거쳐 재생기(102)로 유입되고, 이러한 시스템은 열역학적으로 사이클을 이루게 된다.

이러한 흡수식 사이클은 냉방 및 난방 기능의 히트펌프(heat pump)로서도 운전가능하며, 냉방의 경우에는 증발기(106)에서 냉매의 증발잠열로부터 냉방수를 얻을 수 있고, 난방의 경우에는 응축기(104)의 응축잠열 및 수냉각흡수기(109)의 흡수열로부터 난방수를 얻을 수 있다.

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

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 흡수식 시스템의 열교환기를 판형으로 구성함에 있어, 냉매증기가 흡수기로 유입되는 유로에 냉매증기를 다수의 방향으로 분지하는 분지부를 형성하여 상기 분지부로부터 분지된 다수의 냉매증기가 각각 흡수기로 유입되도록 함으로써 흡수기의 판형 구성 문제가 해결되어 시스템의 소형화 및 경량화가 가능해지는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 시스템의 소형화 및 경량화를 위해 응축기, 프리쿨러, 증발기, 흡수기를 판형 열교환기(plate heat exchanger)로 구성하고,

   상기 흡수기로 유입되는 냉매증기를 다수의 방향으로 분지하는 분지부를 구비한 것을 특징으로 하는 판형 열교환기를 갖는 흡수식 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 분지부에서 다수의 방향으로 분지된 냉매증기는 각각 흡수기내로 유입되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기를 갖는 흡수식 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 분지부로부터 분지된 냉매증기가 재생기로부터 생성된 약용액과 혼합되어 강용액을 생성하도록 혼합부가 구비된 것을 특징으로 하는 판형 열교환기를 갖는 흡수식 시스템.