KR20000077215A - 흡수기 - Google Patents

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Abstract

액상(液相)의 작동 유체(作動流體)로 기상(氣相)의 작동 유체를 효율 양호하게 흡수할 수 있고, 응축기에서의 열 교환량을 확실하게 저감하여 동력 사이클 전체의 열 효율의 향상 및 저(低)코스트화가 도모되는 흡수기를 제공한다.
대략 상자형체의 셸(2) 내에 대략 통형체의 누설통부(3)를 복수 배치하고, 누설 통부(3) 내부에 냉각용 유체(10)를 흐르게 하는 동시에, 누설통부(3)의 외주면에 따르게 하여 액상의 작동 유체(11)를 흘러내리게 하고, 누설통부(3)를 통해 작동 유체(11)와 냉각용 유체(10) 사이에서 열교환을 행하게 하면서, 기상의 작동 유체(12)를 셸(2) 내로 공급하고, 흘러내리는 액상의 작동 유체(11)에 기상의 작동 유체(12)를 접촉시켜 흡수시키기 때문에, 응축기로 향하는 기상의 작동 유체(12)의 양을 줄여, 응축기의 전열 면적 및 냉각용 유체에 폐기되는 열을 저감할 수 있어, 열 효율을 향상시키게 된다.

Description

흡수기 {ABSORBER}
본 발명은 액상(液狀)의 작동 유체(作動流體)에 기상(氣相)의 작동 유체를 흡수시키는 흡수기(吸收器)에 관한 것이며, 특히 경제적이고 또한 플랜트의 열효율을 향상시키게 되는 흡수기에 관한 것이다.
일반적으로, 온도차 발전이나 증기 동력 등의 플랜트에 있어서는, 작동 유체와 고온 유체 및 저온 유체와의 사이에서 열의 수수(授受)를 행하게 하여, 작동 유체의 압축, 증발, 팽창, 및 응축을 행하게 하는 일련의 사이클로 동력을 꺼내고 있다. 한편, 냉동기 및 히트 펌프에 있어서는, 작동 유체에 대하여 작업이 이루어져, 압축, 증발, 팽창, 및 응축의 일련의 사이클 중에서 작동 유체와 저온 유체 또는 고온 유체와의 사이에서 열의 흡수 또는 방출이 행해진다.
이러한 동력 사이클 또는 냉동(히트 펌프) 사이클로, 고온 유체와 저온 유체와의 온도차가 그다지 없는 경우에 열효율을 향상시키기 위해, 암모니아 등의 저비점(低沸点) 유체와 물 등의 보다 고비점 유체와의 혼합 유체를 작동 유체로서 사용하는 각종 사이클이 종래부터 제안되어 있다.
특히, 이러한 혼합 유체를 사용하는 동력 사이클에서는, 응축기에서의 열 교환량을 억제하여, 응축기의 전열면(傳熱面)을 작게 하는 동시에 저온 유체의 공급 유량을 줄여 코스트 다운을 도모하는 요구에서, 사이클 중에 흡수기를 도입하고, 이 흡수기로 증발기를 나온 후 일단 분리된 액상의 작동 유체에 팽창기(터빈)를 나온 작동 유체의 증기를 흡수시키는 동시에, 흡수 시의 응축 잠열(潛熱)과 흡수열을 저온 유체 또는 다른 냉각용 유체로 회수하고, 회수되지 않고 남은 작동 유체 증기를 응축기로 보내도록 하여, 응축기에 달하는 열량을 줄이는 방법이 일반적으로 제안되어 있다.
이와 같은 흡수기를 도입한 동력 사이클의 일예를 도 에 나타냈다. 이 도 9는 흡수기를 포함하는 동력 사이클의 개략 설명도이다.
상기 도 9에서 종래의 동력 사이클은, 액상의 작동 유체와 고온 유체를 열교환시켜 작동 유체를 일부 증발시키는 증발기(101)와, 증발기(101)를 나온 작동 유체를 기상분과 액상분으로 분리하는 기액 분리기(102)와, 기액 분리기(102)로 분리된 액상의 작동 유체로 증발기(101)로 들어가기 전의 작동 유체를 예열하는 재생기(103)와, 재생기(103)를 나온 액상의 작동 유체의 압력을 감압(減壓)하는 감압 밸브(104)와, 기액 분리기(102)로 분리된 기상의 작동 유체를 유입, 팽창시켜 동력을 꺼내는 터빈(105)과, 감압 밸브(104)로부터 나온 액상의 작동 유체에 터빈(105)으로부터 나온 기상의 작동 유체를 접촉시키는 흡수기(106)와, 흡수기(106)를 나온 작동 유체 중 기상의 작동 유체를 응축시키는 응축기(107)와, 응축기(107)를 나온 작동 유체를 저류(貯溜)하는 탱크(108)와, 탱크(108)를 나온 작동 유체에 소정의 압력을 가해 재생기(103) 및 그 앞의 증발기(101)로 향해 송출하는 펌프(109)를 구비하는 구성이다.
또, 종래의 흡수기는 화학 플랜트, 금속 플랜트 등의 각종 플랜트에서 액상의 작동 유체에 기상의 작동 유체를 흡수시키는 경우에 사용된다.
종래의 동력 사이클은 이상과 같이 구성되어 있고, 흡수기(106)에서 기상의 작동 유체를 액상의 작동 유체에 흡수시킴으로써 사이클의 열효율을 향상시키는 것이 계산 상은 증명되어 있지만, 이 흡수기(106)에 관해서는, 실제로 동력 사이클의 플랜트에 도입하기 위한 실용화가 과제로 되어 있었다.
본 발명은 액상의 작동 유체로 기상을 작동 유체를 효율 양호하게 흡수할 수 있어, 동력 사이클 등의 흡수 프로세스를 포함하는 사이클을 이용하는 플랜트나 기기 전체의 코스트 다운 및 열효율의 향상이 도모되는 흡수기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 한 실시 형태에 관한 흡수기(吸收器)의 설치 상태의 측면도.
도 2는 본 발명의 한 실시 형태에 관한 흡수기의 종단면도.
도 3은 본 발명의 한 실시 형태에 관한 흡수기의 요부 단면도.
도 4는 본 발명의 한 실시 형태에 관한 흡수기 상부의 일부 절결(切缺) 사시도.
도 5는 본 발명의 한 실시 형태에 관한 흡수기 하부의 일부 절결 사시도.
도 6은 본 발명의 한 실시 형태에 관한 흡수기의 요부 절결 사시도.
도 7은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 흡수기의 요부 절결 사시도.
도 8은 본 발명의 한 실시 형태에 관한 흡수기를 적용하는 동력 사이클의 개략 설명도.
도 9는 흡수기를 포함하는 동력 사이클의 개략 설명도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1: 흡수기, 2: 셸, 2a, 2b, 2c, 2d: 격벽, 3: 누설 통부(漏泄筒部), 3a, 3b, 3c: 홈형부(溝形部), 4: 상측 영역, 4a: 냉각용 유체(流體) 입구, 5: 작동(作動) 유체 공급 영역, 5a: 상부 공급구, 6: 중간 영역, 6a: 중간 공급구, 6b: 중간 배출구, 7: 작동 유체 회수 영역, 7a: 하부 배출구, 8: 하측 영역, 8a: 냉각용 유체 출구, 9: 간극, 10: 냉각용 유체, 11: 작동 유체(액상(液狀)), 12: 작동 유체(기상(氣相)), 101: 증발기, 102: 기액(氣液) 분리기, 103: 재생기, 104: 감압 밸브, 105: 터빈, 106: 흡수기, 107: 응축기, 108: 탱크, 109: 펌프, 110: 보조 응축기.
본 발명에 관한 흡수기는, 비점(沸点)이 상이한 최소한 2개 이상의 물질이 혼합되어 이루어지는 작동 유체가 액상분(液狀分)과 기상분(氣相分)으로 나누어진 상태에서 각각 따로 공급되고, 액상의 작동 유체에 기상의 작동 유체를 접촉시켜 흡수시키는 흡수기에 있어서, 내부를 최소한 2개 이상의 대략 평행의 격벽(隔璧)에서 상하 방향으로 최소한 3개 이상의 영역으로 구획된 대략 상자형체(箱形體)의 셸(shell)과, 대략 평행이고 또한 소정 간격으로 대치하는 2면을 가지는 양단(兩端) 개방 상태의 대략 통형체로 형성되고, 상기 셸 내에 상기 대략 통형체가 통축(筒軸) 방향을 상하 방향으로 일치시켜 상기 복수의 격벽을 각각 관통하고 또한 상기 면끼리를 대략 평행으로 대향시킨 병렬 상태로 복수 배치되고, 셸의 최상부 및 최하부의 영역 내에 대략 통형체의 양단 개구부를 각각 위치시켜 이루어지는 복수의 누설 통부(漏泄筒部)와, 상기 복수의 누설 통부의 한쪽 단부(端部) 개구부에 각각 연통(連通)되어, 각 누설 통부 내에 외부로부터 냉각용 유체를 공급하는 냉각용 유체 공급부와, 상기 복수의 누설 통부의 다른 쪽 단부 개구부에 각각 연통되어, 각 누설 통부 내로부터 냉각용 유체를 회수하여 외부로 꺼내는 냉각용 유체 회수부를 구비하고, 상기 셸이 구획된 영역 중 상하로 각각 다른 영역이 존재하는 중간 영역에 면한 상측 및 하측의 격벽 각각과, 당해 각 격벽을 관통하고 있는 상기 누설 통부의 외주면과의 사이에 소정의 간극이 형성되고, 상기 복수의 누설 통부 내에 각각 냉각용 유체를 연속적으로 흘러내리게 하면서, 상기 셸의 중간 영역 상측에 인접하는 영역에 외부로부터 액상의 작동 유체를 공급하고, 상기 상측의 격벽과 누설 통부 간의 간극으로부터 각 누설 통부 외주에 따라 액상의 작동 유체를 연속적으로 흘러내리게 하고, 상기 하측의 격벽과 누설 통부 간의 간극을 통해 상기 중간 영역 하측에 인접하는 영역에 액상의 작동 유체를 유입시켜 외부로 꺼내는 동시에, 상기 셸의 중간 영역에 외부로부터 기상의 작동 유체를 공급하여, 각 누설 통부 외주를 흘러내리는 액상의 작동 유체와 접촉시키는 것이다.
이와 같이 본 발명에서는, 대략 상자형체의 셸 내에 대략 통형체의 누설 통부를 복수 배치하고, 이 누설 통부 내부에 냉각용 유체를 통과시키는 동시에, 누설 통부의 외주면에 따르게 하여 액상의 작동 유체를 흘러내리게 하고, 누설 통부를 통해 작동 유체와 냉각용 유체와의 사이에서 열교환을 행하게 하면서, 기상의 작동 유체를 셸 내로 공급하고, 액상의 작동 유체에 기상의 작동 유체를 접촉시켜 흡수시킴으로써, 기상의 작동 유체의 일부를 액상의 작동 유체로 변화시켜 응축기로 향하는 증기량을 줄게 하는 동시에, 응축기에서 열교환되어 있던 열의 일부를 액상의 작동 유체의 온도 상승분으로서 회수할 수 있게 되어, 응축기에서의 전열 면적을 저감하여 응축기를 컴팩트화할 수 있는 데다, 응축기에서 냉각용 유체로 전달되어 계외(系外)로 폐기되는 열을 저감할 수 있어, 사이클의 열효율을 향상시키게 된다. 또, 누설 통부의 외주와 격벽과의 간극이 셸의 중간 영역에 대한 액상의 작동 유체의 입구 및 출구로 되어, 적량의 작동 유체가 간극으로부터 누설되어 통부 외주에 따라 흘러내리게 됨으로써, 냉각용 유체로의 열전달이 가능한 상태에서 액상의 작동 유체와 기상의 작동 유체와의 접촉 면적을 최대한으로 확보할 수 있어, 흡수 효율이 우수한 동시에, 단순한 구조로 제작도 용이하고 또한 저코스트로 행할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 흡수기는 필요에 따라, 상기 누설 통부가 작동 유체측과 냉각용 유체측에 각각 요철(凹凸)을 거꾸로 하여 공통으로 나타나, 액상의 작동 유체 유하(流下) 방향으로 볼록형 또는 홈형으로 연속되고, 또한 상기 유하 방향과 직교하는 방향으로 소정 피치로 병렬하는 대략 파형(波形) 횡단면의 요철 형상으로 되는 요철 패턴이 각 면에 형성되어 이루어지는 것이다.
이와 같이 본 발명에서는, 누설 통부에 대하여, 작동 유체 흐름 방향으로 연속되는 형상의 요철 패턴을 형성하고, 이 요철 패턴에 따라 액상의 작동 유체를 흘러내리게 함으로써, 전열 면적을 보다 크게 확보할 수 있는 동시에, 액상의 작동 유체를 원활하게 흘러내리게 하여 확실하게 누설 통부와 접촉하게 되어, 기상의 작동 유체를 흡수한 액상의 작동 유체로부터 누설 통부를 통한 냉각용 유체로의 열전달의 효율을 향상시켜 신속하게 열전달시키게 되고, 흡수한 작동 유체의 재증발을 방지하면서 작동 유체의 흡수를 보다 효율적으로 진행시키게 된다.
또, 본 발명에 관한 흡수기는 필요에 따라, 상기 셸의 중간 영역에 대하여, 기상의 작동 유체의 공급구가 중간 영역 하부에 연통시켜 형성되는 동시에, 흡수되지 않고 남은 기상의 작동 유체의 배출구가 중간 영역 상부에 연통시켜 형성되는 것이다.
이와 같이 본 발명에서는, 기상의 작동 유체의 공급구가 중간 영역 하부에, 배출구가 중간 영역 상부에 각각 연통되어 셸 측면에 형성되고, 기상의 작동 유체의 흐름을 상승류로 함으로써, 기상의 작동 유체가 중간 영역을 아래로부터 위로 이동시켜, 흘러내리는 액상의 작동 유체에 대하여 대향류(對向流)를 이루게 되어, 기상의 작동 유체로부터 액상의 작동 유체로의 열이동을 낭비없이 행할 수 있어, 열효율이 높아지는 동시에, 기상의 작동 유체를 확실하게 액상의 작동 유체에 접촉시킬 수 있어, 흡수 효율을 향상시키게 된다.
이하, 본 발명의 한 실시 형태에 관한 흡수기를 도 1~도 6에 따라 설명한다. 그리고, 본 실시 형태에 관한 흡수기는 저비점 유체로서의 암모니아와 고비점 유체로서의 물과의 혼합 유체를 작동 유체로서 사용하는 동력 사이클의 일부를 구성하는 것으로 하고, 동력 사이클을 이루는 다른 기기는 상기 종래와 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 도 1은 본 실시 형태에 관한 흡수기의 설치 상태의 측면도, 도 2는 본 실시 형태에 관한 흡수기의 종단면도, 도 3은 본 실시 형태에 관한 흡수기의 요부 단면도, 도 4는 본 실시 형태에 관한 흡수기 상부의 일부 절결 사시도, 도 5는 본 실시 형태에 관한 흡수기 하부의 일부 절결 사시도, 도 6은 본 실시 형태에 관한 흡수기의 요부 절결 사시도이다.
상기 각 도에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 흡수기(1)는 금속제의 직사각형 상자형체로 형성되고, 이 상자형체 내부에 4개의 평행하는 격벽(2a, 2b, 2c, 2d)이 각각 배치되고, 내부를 각 격벽에서 상측 영역(4), 작동 유체 공급 영역(5), 중간 영역(6), 작동 유체 회수 영역(7) 및 하측 영역(8)의 5개 영역으로 구획되어 이루어지는 셸(2)과, 평행으로 또한 소정 간격으로 대치하는 2면을 가지는 양단 개방 상태의 통형체로 형성되고, 상기 셸(2) 내에 상기 통형체가 통축(筒軸) 방향을 상하 방향으로 일치시켜 격벽(2a, 2b, 2c, 2d)을 각각 관통하고 또한 상기 면끼리를 대략 평행으로 대향시킨 병렬 상태로 복수 배치되고, 상측 영역(4) 및 하측 영역(8)에 통형체의 양단 개구부를 각각 위치시켜 이루어지는 복수의 누설 통부(3)를 구비하고, 상기 셸(2)의 중간 영역(6)에 면한 격벽(2b, 2c) 각각과, 이들 각 격벽을 관통하고 있는 상기 누설 통부(3)의 외주면과의 사이에 소정 폭의 간극(9)이 형성되는 구성이다. 또, 상기 복수의 누설 통부(3)의 상단 개구부에 각각 연통되는 상측 영역(4)이 상기 냉각용 유체 공급부로서 각 누설 통부(3) 내에 냉각용 유체(10)를 공급하는 동시에, 상기 복수의 누설 통부(3)의 하단 개구부에 각각 연통되는 하측 영역(8)이 상기 냉각용 유체 회수부로서 각 누설 통부(3) 내로부터 냉각용 유체(10)를 회수하는 구조이다.
상기 셸(2)은 소정의 측면 상부에, 냉각용 유체 공급부로 되는 상측 영역(4)에 대하여 냉각용 유체(10)를 외부로부터 공급하기 위한 냉각용 유체 입구(4a)를, 또, 작동 유체 공급 영역(5)에 대하여 액상의 작동 유체(11)를 공급하기 위한 상부 공급구(5a)가 각각 형성되는 동시에, 소정의 측면 하부에, 냉각용 유체 회수부로 되는 하측 영역(8)으로부터 냉각용 유체(10)를 배출하기 위한 냉각용 유체 출구(8a)를, 또, 작동 유체 회수 영역(7)으로부터 액상의 작동 유체(11)를 배출하기 위한 하부 배출구(7a)가 각각 형성되는 구성이다. 또, 중간 영역(6)에 면하는 셸(2)의 한 측면 하부에는, 기상의 작동 유체(12)를 공급하기 위한 중간 공급구(6a)가 배치되고, 중간 영역(6)에 면하여 상기 한 측면과 대향하는 다른 측면의 상부 소정 위치에는, 기상의 작동 유체(12) 취출(取出)용의 중간 배출구(6b)가 배치되는 구성이다.
상기 누설 통부(3)는 종횡비(縱橫比)가 큰 직사각형 개구 단면을 가지는 금속제의 통형체이며, 각 격벽(2a, 2b, 2c, 2d)을 각각 관통시킨 상태에서 셸(2) 내에 복수 수직으로 설치되며, 격벽(2a, 2d)에 양 단부의 외주면을 간극 없이 밀착시켜 고정하는 한편, 격벽(2b, 2c)과는 밀착시키지 않고 소정 폭의 간극(9)을 생기게 한 상태로 배치되는 구성이다. 누설 통부(3)와 격벽(2a, 2b)이 밀착되어 있으므로, 상측 영역(4) 및 하측 영역(8)과 다른 각 영역과는 서로 연통되지 않고, 냉각용 유체(10)와 작동 유체(11)가 서로 섞이지 않는 구조로 되어 있다. 또, 누설 통부(3)와 격벽(2b, 2c)과의 사이에 간극(9)이 있으므로, 작동 유체 공급 영역(5) 및 작동 유체 회수 영역(7)과 중간 영역(6)이 서로 연통되어 있다. 이 누설 통부(3)의 중간 영역(6)에 면하는 부분에는, 소정 패턴으로 요철이 형성되어, 전열 면적을 늘리는 동시에 강도 향상이 도모되고 있다.
이 누설 통부(3)의 요철 패턴은 누설 통부(3) 외측과 내측에 각각 요철을 거꾸로 하여 공통으로 나타나는 소정 형상으로서 형성되어 이루어지는 구성이다. 이 요철 패턴은 상하 방향으로 볼록형 또는 홈형으로 연속되고, 또한 상하 방향과 직교하는 방향으로 소정 피치로 병렬되는 대략 파형 횡단면의 요철 형상으로서 형성되는 구성이며, 암모니아와 물의 혼합 유체를 작동 유체, 해수를 냉각용 유체로 하는 조건으로, 작동 유체로부터의 열 전달률이 가장 양호하게 되는 0.5~1.5mm 폭의 홈형부(3a)(작동 유체측에서 본 형상)를 병렬로 배치한 것으로 되어 있다(도 6 참조). 이 요철 패턴은 작동 유체(11) 및 냉각용 유체(10)의 흐름 방향이 되는 상하 방향으로 볼록형 또는 홈형 부분이 연속됨으로써, 각 유체의 흐름을 제어하여, 상하 방향으로 각 유체를 원활하게 안내 가능하게 되어 있다.
다음에, 상기 구성에 따른 흡수기에서의 흡수 동작에 대하여 설명한다.
셸(2)의 작동 유체 공급 영역(5)에는, 상부 공급구(5a)를 통해, 기액 분리기(102)로 미리 기상의 작동 유체(저비점 유체 농도가 높은 혼합 증기)(12)와 분리되고, 재생기(103)에서 열교환을 종료시켜 온도가 내려가고, 또한 감압 밸브(104)에서 소정 압력까지 감압된 액상의 작동 유체(저비점 유체 농도가 낮은 혼합액)(11)가 소정 압력으로 공급된다.
또, 셸(2)의 상부 영역(4)에는, 냉각용 유체 입구(4a)를 통해 냉각용 유체(10)가 소정 압력으로 공급되어, 복수의 누설 통부(3) 내부로 연속적으로 흘러내려 간다(도 3, 도 4 참조).
작동 유체 공급 영역(5)에 공급된 액상의 작동 유체(11)는, 격벽(2b)과 각 누설 통부(3)와의 간극(9)으로부터 유출되어 누설 통부(3) 외주에 따라 연속적으로 흘러내려(도 3, 도 4 참조), 중간 영역(6)을 통과해 간다.
한편, 기액 분리기(102)로부터 터빈(105)을 거친 기상의 작동 유체(12)는, 셸(2)의 한 측면의 중간 공급구(6a)로부터 중간 영역(6)으로 연속적으로 공급되고, 누설 통부(3) 외주면에 따라 흘러내리는 액상의 작동 유체(11)에 대하여, 이와 대향하여 상승 이동하면서 각 누설 통부(3) 근방에 달해, 흘러내리는 액상의 작동 유체(11)에 접촉한다.
누설 통부(30) 외측에서는, 흘러내리는 액상의 작동 유체(11)에 접촉한 기상의 작동 유체(12)가 액상의 작동 유체(11) 및 누설 통부(3)를 통해 내측의 냉각용 유체(10)에 흡수열 및 응축 잠열을 방출하면서, 액상의 작동 유체(11)에 흡수된다(도 3 참조).
이 때, 누설 통부(3) 내부를 흘러내리는 냉각용 유체(10)는 액상의 작동 유체(11)로부터 적당히 열을 빼앗아, 흡수에 의한 온도 상승으로 흡수 후의 액상의 작동 유체(11)가 재증발하는 것을 방지한다.
기상의 작동 유체(12)를 흡수한 액상의 작동 유체(11)는 흡수에 의해 저비점 유체의 농도가 높아진 상태로 되고, 누설 통부(3) 외주면을 타고 그대로 하방으로 흘러, 누설 통부(3)와 격벽(2c)과의 간극(9)을 거쳐, 작동 유체 회수 영역(7)으로 유입된다(도 5 참조). 작동 유체 회수 영역(7)에 달한 액상의 작동 유체(11)는 셸(2) 하부의 하부 배출구(7a)로부터 꺼내진다. 꺼내진 액상의 작동 유체(저비점 유체 농도가 높은 혼합액)(11)는 응축기(107)의 작동 유체 출구측으로 보내져, 응축액과 일체화된다. 한편, 흡수되지 않고 남은 기상의 작동 유체(12)는, 흡수에 의해 저비점 유체 성분이 보다 저농도로 된 상태에서, 셸(2)의 다른 측면의 중간 배출구(6b)로부터 회수되어, 응축기(107)로 향한다. 또, 냉각용 유체(10)는 각 누설 통부(3) 내부에서 액상의 작동 유체(11)로부터 열을 빼앗은 후, 각 누설 통부(3) 내부로부터 하부 영역(8)으로 유입되고(도 5 참조), 이 하부 영역(8)으로부터 냉각용 유체 출구(8a)를 통해 배출된다.
이와 같이, 본 실시 형태에 관한 흡수기에서는, 셸(2) 내에 대략 통형체의 누설통부(3)를 배치하고, 이 누설 통부(3) 내부에 냉각용 유체(10)를 통과시키는 동시에, 누설 통부(3)의 외주면에 따르게 하여 액상의 작동 유체(11)를 흘러내리게 하고, 누설 통부(3)를 통해 작동 유체(11)와 냉각용 유체(10)와의 사이에서 열교환을 행하게 하면서, 기상의 작동 유체(12)를 셸(2) 내에 공급하고, 흘러내리는 액상의 작동 유체(11)에 기상의 작동 유체(12)를 접촉시켜 흡수시키기 때문에, 응축기로 향하는 기상의 작동 유체의 양을 줄게 하고, 응축기에서의 전열 면적을 저감하여 응축기를 컴팩트화 할 수 있는 동시에, 응축기로 냉각용 유체에 전달되어 계외로 폐기되는 열을 저감할 수 있어, 사이클의 열효율을 향상시키게 된다.
또, 누설 통부(3)에 상하 방향으로 연속되는 요철 패턴이 형성되기 때문에, 액상의 작동 유체(11)를 원활하게 누설 통부(3)에 따라 흘러내리게 하면서 확실하게 누설 통부(3)와 접촉시키게 되어, 전열 면적의 증가와 아울러, 액상의 작동 유체(11)로부터 누설 통부(3)를 통한 냉각용 유체(10)로의 열 전달률을 향상시켜 신속하게 열을 이동시키게 되어, 흡수한 작동 유체의 재증발을 방지하여 흡수 효율을 향상시키게 된다. 또한, 각 누설 통부(3)의 외주와 격벽(2b)과의 간극(9)이 액상의 작동 유체(11)의 중간 영역(6)으로의 입구로 되어, 적량의 작동 유체가 간극(9)으로부터 누설 통부(3) 외주에 따라 연속적으로 흘러내려 가기 때문에, 냉각용 유체(10)로의 열 전달이 가능한 상태에서 액상의 작동 유체(11)와 기상의 작동 유체(12)와의 접촉 면적을 최대한으로 확보할 수 있어, 열효율이 우수한 동시에, 단순한 구조로 제작도 용이하고 또한 저코스트로 행할 수 있다.
그리고, 상기 실시 형태에 관한 흡수기에 있어서, 누설 통부(3)는 1매의 금속제 판형체를 연속시킨 단순한 직사각형 개구 단면 형상의 통형체로서 형성되는 구성으로 하고 있지만, 그 밖에, 2매의 대략 판형체를 소정 간격으로 스페이서를 통해 연결하여 일체화하고, 직사각형 개구 단면 형상의 대략 통형체로 하는 구성으로 할 수도 있다.
또, 복수의 누설 통부(3)를 평행으로 지지하는 구조로서, 격벽(2a, 2b)에서의 지지에 의한 구성 외에, 누설 통부(3)끼리를 소정 간격으로 스페이서를 통해 병렬 상태로 접합 또는 용접으로 일체화하는 구성으로 할 수도 있고, 누설 통부(3)의 평행면의 간격 및 누설 통부(3)끼리의 간격을 적절히 설정하여, 액상과 기상의 작동 유체 각각이 서로 접촉 가능한 부분을 충분히 확보할 수 있다.
또, 상기 실시 형태에 관한 흡수기에 있어서, 누설 통부(3)의 중간 영역(6)에 면하는 부분의 요철 패턴은 홈형부(3a)를 병렬로 배치한 대략 파형 횡단면으로 또한 액상의 작동 유체(11)가 흐르는 외측과 냉각용 유체(10)가 흐르는 내측에서 각각 요철을 거꾸로 하여 공통으로 나타나는 요철 형상으로 되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 냉각용 유체(10)가 흐르는 내측에 대해서는 홈형부(3a)를 이루는 요철이 나타나지 않는 원활한 형상으로 하고, 외측과 내측과의 형상을 상이하게 하는 구성으로 할 수도 있고, 작동 유체로부터의 열전달 효율이 최적인 상태는 그대로, 냉각용 유체에 불순물 등이 함유되는 경우라도 이러한 불순물 등이 누설 통부(3)의 내면에 부착되기 어려워, 냉각용 유체에 대한 열전달 성능을 확실하게 유지할 수 있다.
또, 상기 실시 형태에 관한 흡수기에 있어서, 누설 통부(3)의 중간 영역(6)에 면하는 부분의 요철 패턴은, 액상의 작동 유체(11)로부터의 열 전달률이 가장 양호하게 되는 폭의 홈형부(3a)를 병렬로 배치한 대략 파형 횡단면의 요철 형상으로 되어 있지만, 이 밖에, 혼합 유체인 작동 유체에 대하여, 도 7에 나타낸 바와 같이, 혼합 유체를 이루는 각 유체의 표면 장력의 차이에 대응한 좁은 폭의 홈형부(3b)와 넓은 폭의 홈형부(3c)를 일체로 조합한 복합파 횡단면의 요철 형상으로 하거나, 홈형부(3b)와 홈형부(3c)를 교대 또는 소정수마다 각각 배치하거나 하는 등, 홈형부의 배치 상태를 변경시키는 구성으로 할 수도 있어, 혼합한 각 유체마다 최적의 열전달을 행하게 할 수 있다.
또, 홈형부의 폭도 상기에 한정되지 않고, 사용하는 작동 유체와 냉각용 유체의 종류가 상기와 각각 상이한 경우에는, 각 유체의 종류에 대응시킨 적절한 크기로 하여 형성하는 구성으로 할 수도 있다. 특히, 작동 유체의 표면 장력이 큰 경우나, 누설 통부(3)의 요철 패턴 배치 부분의 치수가 크게 형성되어 있는 경우에는, 요철 형상의 피치를 크게 함으로써 열 전달 성능을 향상시키게 되는 동시에 요철의 가공도 용이하게 된다.
또, 상기 실시 형태에 관한 흡수기에 있어서, 누설 통부(3)의 중간 영역(6)에 면하는 부분에는 소정의 요철 패턴이 각각 형성되어 이루어지는 구성이지만, 누설 통부(3)를 사이에 두고 작동 유체(11)와 냉각용 유체(10)와의 사이에 압력차가 있는 경우에는, 누설 통부(3)의 평행을 이루는 2면 및 인접하는 2개의 누설 통부(3)가 대향하는 면에서의 복수 개소에서 각각 대향하는 요철 패턴의 볼록 부분끼리를 서로 일부 접촉시키는 구성으로 할 수도 있고, 접촉 부분에서의 지지로 압력차에 의한 면의 휨을 방지하여, 누설 통부(3)의 내부 및 누설 통부(3) 간의 간극을 확실하게 규정 치수로 유지할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에 관한 흡수기는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 상기한 동력 사이클(도 9 참조)의 흡수기(106) 및 응축기(107)의 후단에 보조 응축기(110)를 배치한 사이클에 있어서, 흡수기(106)로서 사용하는 것 외에, 상기 보조 응축기(110)로서도 사용할 수 있고, 응축기(107)로 응축할 수 없었던 기상의 작동 유체를 액상의 작동 유체레 흡수시켜 확실하게 액상의 작동 유체로서 탱크(108)에 송출할 수 있다. 그리고, 상기 실시 형태에 관한 흡수기는, 상기한 동력 사이클에 한정되지 않고, 냉동기나 히트 펌프, 화학 플랜트 등에서의 각 흡수 프로세스에서 사용할 수도 있다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 대략 상자형체의 셸 내에 대략 통형체의 누설 통부를 복수 배치하고, 이 누설 통부 내부에 냉각용 유체를 통과시키는 동시에, 누설 통부의 외주면에 따르게 하여 액상의 작동 유체를 흘러내리게 하고, 누설 통부를 통해 작동 유체와 냉각용 유체와의 사이에서 열교환을 행하게 하면서, 기상의 작동 유체를 셸 내로 공급하고, 액상의 작동 유체에 기상의 작동 유체를 접촉시켜 흡수시킴으로써, 기상의 작동 유체의 일부를 액상의 작동 유체로 변화시켜 응축기로 향하는 증기량을 줄게 하는 동시에, 응축기에서 열교환되어 있던 열의 일부를 액상의 작동 유체의 온도 상승분으로서 회수할 수 있게 되어, 응축기에서의 전열 면적을 저감하여 응축기를 컴팩트화할 수 있는 데다, 응축기에서 냉각용 유체로 전달되어 계외로 폐기되는 열을 저감할 수 있어, 사이클의 열효율을 향상시키게 된다고 하는 효과를 가진다. 또, 누설 통부의 외주와 격벽과의 간극이 셸의 중간 영역에 대한 액상의 작동 유체의 입구 및 출구로 되어, 적량의 작동 유체가 간극으로부터 누설되어 통부 외주에 따라 흘러내리게 됨으로써, 냉각용 유체로의 열전달이 가능한 상태에서 액상의 작동 유체와 기상의 작동 유체와의 접촉 면적을 최대한으로 확보할 수 있어, 흡수 효율이 우수한 동시에, 단순한 구조로 제작도 용이하고 또한 저코스트로 행할 수 있다고 하는 효과를 가진다.
또, 본 발명에 의하면, 누설 통부에 대하여, 작동 유체 흐름 방향으로 연속되는 형상의 요철 패턴을 형성하고, 이 요철 패턴에 따라 액상의 작동 유체를 흘러내리게 함으로써, 전열 면적을 보다 크게 확보할 수 있는 동시에, 액상의 작동 유체를 원활하게 흘러내리게 하여 확실하게 누설 통부와 접촉하게 되어, 기상의 작동 유체를 흡수한 액상의 작동 유체로부터 누설 통부를 통한 냉각용 유체로의 열전달의 효율을 향상시켜 신속하게 열전달시키게 되고, 흡수한 작동 유체의 재증발을 방지하면서 작동 유체의 흡수를 보다 효율적으로 진행시키게 된다고 하는 효과를 가진다.
또, 본 발명에 의하면, 기상의 작동 유체의 공급구가 중간 영역 하부에, 배출구가 중간 영역 상부에 각각 연통되어 셸 측면에 형성되고, 기상의 작동 유체의 흐름을 상승류로 함으로써, 기상의 작동 유체가 중간 영역을 아래로부터 위로 이동시켜, 흘러내리는 액상의 작동 유체에 대하여 대향류(對向流)를 이루게 되어, 기상의 작동 유체로부터 액상의 작동 유체로의 열이동을 낭비없이 행할 수 있어, 열효율이 높아지는 동시에, 기상의 작동 유체를 확실하게 액상의 작동 유체에 접촉시킬 수 있어, 흡수 효율을 향상시키게 된다고 하는 효과를 가진다..

Claims (3)

  1. 비점(沸点)이 상이한 최소한 2개 이상의 물질이 혼합되어 이루어지는 작동 유체(作動流體)가 액상분(液狀分)과 기상분(氣相分)으로 나누어진 상태에서 각각 따로 공급되고, 액상의 작동 유체에 기상의 작동 유체를 접촉시켜 흡수시키는 흡수기에 있어서,
    내부를 최소한 2개 이상의 대략 평행의 격벽(隔璧)에서 상하 방향으로 최소한 3개 이상의 영역으로 구획된 대략 상자형체의 셸(shell)과,
    대략 평행이고 또한 소정 간격으로 대치하는 2면을 가지는 양단(兩端) 개방 상태의 대략 통형체로 형성되고, 상기 셸 내에 상기 대략 통형체가 통축(筒軸) 방향을 상하 방향으로 일치시켜 상기 복수의 격벽을 각각 관통하고 또한 상기 면끼리를 대략 평행으로 대향시킨 병렬 상태로 복수 배치되고, 셸의 최상부 및 최하부의 영역 내에 대략 통형체의 양단 개구부를 각각 위치시켜 이루어지는 복수의 누설 통부(漏泄筒部)와,
    상기 복수의 누설 통부의 한쪽 단부(端部) 개구부에 각각 연통(連通)되어, 각 누설 통부 내에 외부로부터 냉각용 유체를 공급하는 냉각용 유체 공급부와,
    상기 복수의 누설 통부의 다른 쪽 단부 개구부에 각각 연통되어, 각 누설 통부 내로부터 냉각용 유체를 회수하여 외부로 꺼내는 냉각용 유체 회수부를 구비하고,
    상기 셸이 구획된 영역 중 상하로 각각 다른 영역이 존재하는 중간 영역에 면한 상측 및 하측의 격벽 각각과, 당해 각 격벽을 관통하고 있는 상기 누설 통부의 외주면과의 사이에 소정의 간극이 형성되고,
    상기 복수의 누설 통부 내에 각각 냉각용 유체를 연속적으로 흘러내리게 하면서, 상기 셸의 중간 영역 상측에 인접하는 영역에 외부로부터 액상의 작동 유체를 공급하고, 상기 상측의 격벽과 누설 통부 간의 간극으로부터 각 누설 통부 외주에 따라 액상의 작동 유체를 연속적으로 흘러내리게 하고, 상기 하측의 격벽과 누설 통부 간의 간극을 통해 상기 중간 영역 하측에 인접하는 영역에 액상의 작동 유체를 유입시켜 외부로 꺼내는 동시에, 상기 셸의 중간 영역에 외부로부터 기상의 작동 유체를 공급하여, 각 누설 통부 외주를 흘러내리는 액상의 작동 유체와 접촉시키는 것을
    특징으로 하는 흡수기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 누설 통부가 작동 유체측과 냉각용 유체측에 각각 요철(凹凸)을 거꾸로 하여 공통으로 나타나, 액상의 작동 유체 유하(流下) 방향으로 볼록형 또는 홈형으로 연속되고, 또한 상기 유하 방향과 직교하는 방향으로 소정 피치로 병렬하는 대략 파형(波形) 횡단면의 요철 형상으로 되는 요철 패턴이 각 면에 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 흡수기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 셸의 중간 영역에 대하여, 기상의 작동 유체의 공급구가 중간 영역 하부에 연통시켜 형성되는 동시에, 흡수되지 않고 남은 기상의 작동 유체의 배출구가 중간 영역 상부에 연통시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 흡수기.
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