KR20000001098A - 흡수식 열펌프의 재생기 칼럼구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡수식 열펌프의 재생기 칼럼구조에 관한 것으로서, 특히 강용액으로부터 약용액과 냉매증기를 발생시키는 가스가열재생기와, 상기 가스가열재생기로부터 발생된 약용액 및 냉매증기가 유입되어 상부로부터 하강하는 강용액과 열 및 물질전달을 수행하도록 하는 용액가열재생기가 구비된 흡수식 시스템의 열재생기를 구성함에 있어서, 상기 용액가열재생기의 관하단부에는 가스가열재생기로부터 유입되는 약용액과 냉매증기를 분리하는 기액분리기를 상기 관의 동일 직경으로 일정길이를 연장하여 형성하고, 상기 기액분리기와 용액가열재생기사이에는 기액분리기에 있는 2상냉매와 용액가열재생기의 상부로부터 하강하는 강용액 간의 혼입을 방지하도록 용액분리판을 형성함으로써, 약용액과 증기와의 분리 성능을 보다 향상시키고, 가스가열재생기 칼럼을 보다 단순하게하여 생산측면에서 보다 유리하게 한 것이다.

Description

흡수식 열펌프의 재생기 칼럼구조

본 발명은 흡수식 열펌프의 재생기 칼럼구조에 관한 것으로서, 특히 열펌프의 재생기에서 가열되어 나온 암모니아 증기와 약용액을 분리해주는 기액분리기를 용액가열재생기의 관하단부에 일체형으로 형성함으로써, 분리된 냉매증기가 용액가열재생기코일 외표면으로 상승되면서 발생되는 유동저항을 줄여줌으로 인해 약용액과 증기와의 분리 성능을 보다 좋게 하며 또한, 열펌프의 재생기 칼럼을 보다 단순하게하여 생산측면에서도 보다 유리하도록 한 것이다.

일반적인 종래의 핀-튜브 열교환기를 적용한 용액 가열 재생기 칼럼구조를 도 1 에 도시한 바와같이 살펴보면,

먼저, 도 1 과같이 열을 발생시키는 버너(1)로부터 열을 전달받아 전열관(2)의 내부에서 흐르는 강용액으로부터 냉매증기와 약용액을 생성하는 핀-튜브형 가스가열재생기(3)와, 상기 핀-튜브형 가스가열재생기(3)로부터의 고온의 약용액과 강용액을 열교환시키고, 약용액 유입구(4a) 및 토출구(4b) 갖는 튜브 코일 형상의 용액가열재생기(Solution Heated Desorber)(4)와, 상기 용액가열재생기(4)는 종래의 재생기 대신 설치되는 것으로, 강용액 유입측이 상기 용액가열재생기(4)의 용액 출구(4c)와 연결되어 있고, 토출측에는 2상의 냉매를 기체와 액체로 분리하는 기액분리기(5)와 연결되고, 상기 기액분리기(5)에는 냉매증기를 이송하는 증기유로(5a)와, 약용액을 이송하는 약용액유로(5b)를 구비하며, 상기 증기유로(5a)는 용액가열재생기(4)의 증기입구에 연결되고, 상기 약용액유로(5b)는 용액가열재생기(4)의 약용액 유입구(4a)와 연결되고, 상기 용액가열재생기의 상단에는 상부로부터 하강하는 용액을 튜브 코일에 고르게 분배하기 위해 설치된 용액분배기(6)와, 배플 또는 충진재가 채워져 있는 에널라이저(7)가 동일 직경의 원통형 몸체에 직결로 형성되고, 상기 에널라이저(7)로부터의 냉매증기와 냉각액을 열교환시켜 냉매증기의 순도를 극대화하는 정류기(8)와, 상기 정류기에는 에널라이저로(7)부터 생성된 냉매증기를 공급하는 증기관(9)이 삽입되고, 상기 정류기(8)의 하부에는 용액가열재생기 (4)또는 에널라이저(7)의 원통형 몸체와 연통되는 응축액 유로(10)가 구비된다.

이와 같이 구성된상태에서 핀-튜브 열교환기를 적용한 용액가열재생기 칼럼구조의 동작원리를 설명하면,다음과 같다.

상기 전열관(2)입구 유로로 공급된 강용액은 버너(1)에 의해 가열되어 끓어서 약용액과 증기가 섞인 채 전열관(2)출구 유로로 나온다.

상기 출구에 부착된 기액분리기(5)에서 냉매증기와 고온의 약용액으로 분리되어 증기는 증기유로(5a)를 통해 용액가열재생기(4)로 올라간다.

상기 용액가열재생기(4)는 원통의 관내부에 열교환코일과 코일에 액을 고루 분배하는 용액분배기(6)의 구조로 되어 있다.

고온의 약용액은 상기 용액가열재생기(4)코일의 내부를 약용액유입구(4a)를 따라 올라가 코일 상부 토출구(4b)로 나간다.

상기 용액가열재생기(4)코일위에는 에널라이저(7)상부와 하부의 유로로부터 유입되는 강용액을 코일외부에 골고루 분배하는 용액분배기(6)가 있어 상기 강용액은 코일의 표면을 적시면서 아래로 얇은 막의 형태로 흐른다.

상기 코일의 튜브내부를 흐르는 고온의 약용액은 바깥에 얇은 막으로 흐르는 강용액을 가열하여 강용액으로부터 증기를 발생시킨다.

또한, 상기 용액가열재생기(4)바닥의 증기유로(5a)를 통해 기액분리기(5)에서 올라오는 냉매증기는 내관의 상부까지 올라갔다가 다시 상기 용액가열재생기(4)코일하단까지 내려와 코일바깥의 얇은 강용액 막과 접촉하면서 그 순도가 높아진다.

이와 같은 증기의 유로를 형성하게 되는 것은 상기 용액가열재생기(4)하부에 흘러내린 강용액이 정체되어서 하부에 쌓여도 증기 유동이 원할하도록 하기 위함이다.

한편, 코일을 타고 흘러내린 강용액은 용액가열재생기(4)바닥의 용액출구 (4c)를 통해 가스가열재생기(3)의 입구로 공급된다.

상기 에널라이저(7)는 원통 관내부에 배플 또는 충진재가 있는 구조로 상기 용액가열재생기(4)와 수직 방향으로 직렬 연결된다.

상기 용액가열재생기(4)로부터의 냉매증기는 용액가열재생기(4)상부의 에널라이저(7)로 올라가고 에널라이저(7)상부에는 강용액이 공급된다.

이 강용액은 하부의 용액가열재생기(4)를 거쳐 올라오는 냉매증기와 접촉하여 냉매증기의 순도를 높여서, 아래의 용액가열재생기(4)로 공급되고, 순도가 높아진 냉매증기는 에널라이저(7)상부의 냉매증기출구를 통해 정류기(8)로 공급된다.

상기 정류기(8)는 긴 원통의 관이 에널라이저(7)와 평행하게 수직으로 설치된다.

내부에는 코일이 있으며 코일의 튜브내부로는 냉각액 즉 물 또는 강용액이 흐른다.

상기 정류기(8)상부에서 하부까지 연결된 증기관(9)을 따라 에널라이저(7)로부터 냉매증기가 공급된다.

상기 냉매증기는 내부 증기관(9)을 따라 내려오다가 정류기(8)하부의 증기관 (9)출구를 나와다시 위로 올라가면서 냉각액이 흐르는 코일의 외부에서 그 일부가 응축된다.

이 응축되는 냉매증기의 일부분은 흡수제 성분이 많아 코일외부를 지나 정류기(8)상부의 냉매증기출구를 통해 순도가 높아진 냉매가 나간다.

상기 기액분리기(5)를 용액가열재생기(4)의 관하단부에 따로 설치를 하게 되면 증기관(9)의 증기유로상에 용액가열재생기(4)내의 내부관(11)으로 상승했다가 다시 증기관(9)과 내부관(11)사이로 증기가 내려왔다가 다시 용액가열재생기(4)코일 외표면으로 흘러내려오는 얇은 강용액막과 접촉을 해야하기 때문에 증기의 유동저항이 커지게 된다.

또한, 상기 용액가열재생기(4)하단부에 코일외부로 흘러내리는 강용액이 정체되어 쌓였을 경우 특히 커지게 된다.

따라서, 이러한 유동저항이 커질 때 기액분리기(5)내부의 용적이 문제가 되면 분리성능측면에서 보면 유동저항이 커져 원활한 증기의 유동을 못해 약용액측으로 약용액과 냉매증기가 함께 가는 경우도 발생되어 시스템 성능의 저하를 가져온다.

뿐만 아니라, 별도의 기액분리기용 관을 가공한 후 증기관의 높이도 고려하여 용접을 하여야 하기 때문에 생산측면에서 불리한 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 종래 문제점을 감안하여 발명된 것으로 용액가열재생기의 관하단에는 가스가열재생기로부터 유입되는 약용액과 냉매증기를 분리하는 기액분리기를 관의 동일 직경으로 일정길이를 연장하여 형성하고, 기액분리기에 있는 2상냉매와 용액가열재생기의 상부로부터 하강하는 강용액 간의 혼입을 방지하도록 용액분리판을 형성함으로써, 약용액과 증기와의 분리 성능을 보다 좋게 하며 또한, 재생기 칼럼을 보다 단순하게하여 생산측면에서 보다 유리하게 한 것이다.

도 1 은 종래 흡수식 열펌프의 재생기 칼럼 구성도.

도 2 는 본 발명 흡수식 열펌프의 재생기 칼럼 구성도.

도 3 은 도 2 의 A 부 확대사시도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

101:버너 102:전열관

103:가스가열재생기 104:용액가열재생기

104a:약용액 유입구 104b:토출구

104c:용액가열재생기코일 105:증기유로

106:약용액유로 107:에널라이저

108:정류기 109:용액관

110:2상냉매출구관 111:기액분리기

112:용액분배기 113:용액분리판

본 발명의 흡수식 열펌프의 재생기 칼럼구조은 도 2 및 도 3 에 도시한 바와같이 강용액으로부터 약용액과 냉매증기를 발생시키는 가스가열재생기(103)와, 상기 가스가열재생기(103)로부터 발생된 약용액 및 냉매증기가 유입되어 상부로부터 하강하는 강용액과 열 및 물질전달을 수행하도록 하는 용액가열재생기(104)가 구비된 흡수식 시스템의 열재생기 칼럼을 구성함에 있어서, 상기 용액가열재생기(104)의 관하단부에는 가스가열재생기(103)로부터 유입되는 약용액과 냉매증기를 분리하는 기액분리기(111)를 관의 동일 직경으로 일정길이 연장하여 형성하고, 상기 기액분리기(111)와 용액가열재생기(104)사이에는 기액분리기(111)에 있는 2상냉매와 용액가열재생기(104)의 상부로부터 하강하는 강용액 간의 혼입을 방지하도록 용액분리판(113)을 구성한다.

그리고, 상기 용액분리판(113)의 상부에는 상기 가스가열재생기(103)로 유입되는 용액관(109)이 용액가열재생기(104)의 관에 용접되어 있고, 용액분리판(113)면에는 용액가열재생기코일(104c)경에 맞춰 냉매증기관의 증기유로(105)를 형성하고, 상기 약용액유로(106)는 용액분리판(113)면을 관통해서 약용액 유입구(104a)와 연결되어 구성한다.

본 발명의 재생기 칼럼구조의 작동상태를 도 2 및 도 3 에 도시한 바와같이 살펴보면,

먼저, 도 2 와같이 열을 발생시키는 버너(101)로부터 열을 전달받아 전열관(102)의 내부에서 흐르는 강용액으로부터 냉매증기와 약용액을 생성하는 핀-튜브형 가스가열재생기(103)와, 상기 핀-튜브형 가스가열재생기(103)로부터의 고온의 약용액과 강용액을 열교환시키고, 약용액 유입구(104a) 및 토출구(104b) 갖는 튜브 코일 형상의 용액가열재생기(Solution Heated Desorber)(104)와, 배플 또는 충진재가 채워져 있는 에널라이저(107)가 동일 직경의 원통형 몸체에 직렬로 형성되고, 전열관(102)의 내부로 강용액이 흐르는 가스가열재생기(103)가 상기 용액가열재생기(104)의 하부에 위치하며, 냉각액이 흐르는 튜브 코일이 원통의 내부에 위치한 정류기(108)가 용액가열재생기(104) 또는 에널라이저(107)의 원통형 몸체에 평행하게 수직으로 설치된다.

이와 같은 구성상태에서 가스가열재생기(103)의 용액관(109)을 통해 공급된 강용액은 상기 버너(101)에 의해 가열되어 끓어서 약용액과 증기가 섞인 채 열재생기의 2상냉매출구관(110)으로 나온다.

상기 출구관(110)에서 나온 냉매증기와 고온의 약용액은 용액가열재생기(104)의 관하단부에 동일 직경으로 일정길이를 연장하여 형성된 기액분리기(111)를 통해 분리된 증기는 증기유로(105)를 통해 용액가열재생기(104)로 올라간다.

상기 용액가열재생기(104)는 원통의 관내부에 열교환 코일(104c)과 상기 코일에 액을 고루 분배하는 용액분배기(112)의 구조로 되어 있다.

고온의 약용액은 상기 용액가열재생기코일(104c)의 내부를 약용액유로(106)를 따라 올라가 코일(104c)상부 출구(104b)로 나간다.

상기 용액가열재생기코일(104c)위에는 상기 에널라이저(107)상부와 하부의 유로로부터 유입되는 강용액을 코일(104c)외부에 골고루 분배하는 용액분배기(112)가 있어, 강용액은 코일(104c)의 표면을 적시면서 아래로 얇은 막의 형태로 흐른다.

상기 코일(104c)의 튜브내부를 흐르는 고온의 약용액은 바깥에 얇은 막으로 흐르는 강용액을 가열하여 강용액으로부터 증기를 발생시킨다.

또한, 용액가열재생기(104)의 관하단부에는 형성된 상기 용액분리판(113)의 상판면에 모였다가 용액관(109)을 통해 가스가열재생기(103)의 입구로 공급된다.

그리고, 도 3 에 도시된 바와같이 상기 용액가열재생기(104)하단부를 상세히 살펴보면,

상기 가스가열재생기(103)에서 가열되어 끓어서 약용액과 증기가 섞여 가스가열재생기(103)의 출구관(110)를 통해 나오면, 고온의 약용액과 냉매증기로 분리하는 기액분리기(111)에서 고온의 약용액은 용액분리판(113)면을 관통해서 약용액 유입구(104a)와 연결된 약용액유로(106)를 통해 용액가열재생기의 코일(104c)내부로 유입되고, 증기는 용액분리판(113)에 용접된 증기유로(105)로 올라간다.

상기 증기유로(105)은 상기 용액가열재생기코일(104c)경과 일치하도록 가공되어 냉매증기가 바로 상승하게 된다.

그럼으로써, 냉매증기의 유동저항은 줄어들게 된다.

그리고, 상기 용액가열재생기코일(104c)표면을 타고 내려오던 강용액은 상기 용액분리판(113)의 상판면에 모이면서 상기 용액가열재생기(104)의 관측면에 형성된 용액관(109)은 열재생기에 용접되어 있어 상기 용액관(109)을 통해 가스가열재생기(103)의 튜브내로 흐르면서 가열된다.

가스가열재생기에서 가열되어 나온 암모니아 증기와 약용액을 분리해주는 기액분리기를 별도로 설치하지 않고, 용액가열재생기의 관하단부에 동일직경으로 일정길이를 연장하여 기액분리기부의 기능을 대체시킴으로써, 분리된 냉매증기가 용액가열재생기코일 외표면으로 상승되면서 발생되는 유동 저항을 줄여줌으로 인해 약용액과 증기와의 분리 성능을 보다 향상시킨다.

또한, 가스가열재생기를 보다 단순하게하여 생산측면에서도 보다 유리하게 하는 효과가 있다

Claims (2)

1. 강용액으로부터 약용액과 냉매증기를 발생시키는 가스가열재생기(103)와, 상기 가스가열재생기(103)로부터 발생된 약용액 및 냉매증기가 유입되어 상부로부터 하강하는 강용액과 열 및 물질전달을 수행하도록 하는 용액가열재생기(104)가 구비된 흡수식 시스템의 열재생기 칼럼을 구성함에 있어서,

   상기 용액가열재생기(104)의 관하단부에는 가스가열재생기(103)로부터 유입되는 약용액과 냉매증기를 분리하는 기액분리기(111)를 상기 관의 동일 직경으로 일정길이를 연장하여 형성하고, 상기 기액분리기(111)와 용액가열재생기(104)사이에는 기액분리기(111)에 있는 2상냉매와 용액가열재생기(104)의 상부로부터 하강하는 강용액 간의 혼입을 방지하도록 용액분리판(113)을 형성한 것을 특징으로 하는 흡수식 열펌프의 재생기 칼럼구조
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 용액분리판(113)상부에는 상기 가스가열재생기(103)로 유입되는 용액관(109)이 용액가열재생기(104)의 관에 용접되어 있고, 용액분리판(113)면에는 용액가열재생기코일(104c)경에 맞춰 냉매증기관의 증기유로(105)를 형성하고, 상기 약용액유로(106)는 용액분리판(113)면을 관통해서 약용액 유입구(104a)와 연결된 것을 특징으로 하는 흡수식 열펌프의 재생기 칼럼구조.