KR20010018385A - 흡수식 냉난방기의 난방온도 증대장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 흡수식 냉난방기의 난방온도 증대장치에 관한 것으로, 가열수단으로 흡수액을 가열함으로써 흡수액의 일부를 기화시키는 재생기; 상기 재생기에서 발생한 기화 냉매를 냉각하여 액화시키는 응축기; 상기 응축기에서 응축된 액화냉매를 저압하에서 증발시키는 증발기; 상기 증발기에서 증발된 기화냉매를 흡수액에서 흡수시키는 흡수기; 상기 흡수기내의 흡수액을 상기 재생기로 압송하는 용액펌프를 구비하는 흡수식 사이클에 있어서;
상기 재생기를 가열시키기 위한 가열수단의 배기가스의 출구 측에 폐열회수용 열교환기를 설치하고, 증발용 열교환기를 통과한 중온의 열매체를 폐열회수용 열교환기를 경유시켜 그 폐열에 의해 고온의 난방수가 되어 실내 난방을 순환토록 구성되는 것에 의해, 냉방 능력과 관계없이 난방 능력을 최대한 향상시킬 수 있어 국내와 같이 난방 능력을 크게 요구하는 지역에서도 흡수식 냉난방기의 장점을 살린 효용성 있고 가치 있는 제품 개발이 가능하다.
또한, 제품의 실용성과 편의성이 향상되는 등의 매우 유용한 발명인 것이다.

Description

흡수식 냉난방기의 난방온도 증대장치{ABSORPTION AIR CONDITIONER WITH AN IMPROVED HEATING SYSTEM}
본 발명은 흡수식 냉난방기의 난방온도 증대장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 시스템의 난방효과를 증대시킬 수 있도록 발명된 것이다.
일반적으로, 흡수식 냉방은 일반적으로 LPG, LNG 등의 가스를 열원으로 하여 흡수용액과 냉매로 이루어진 냉방사이클을 운전하는 것으로, 전기를 에너지원으로 하는 기존의 압축식 냉방장치와는 달리, 일차적인 열에너지를 이용하기 때문에 하절기에 과다한 전력부하를 해소할 수 있다. 또, 폐열을 이용한 열병합 시스템에의 활용등 다양한 잇점을 가지고 있어 최근 널리 이용되고 있는 실정이다.
이 흡수식 냉난방기는 리튬브로마이드 등의 수용액을 흡수용액으로 하는 방식과, 암모니아를 냉매로 이용하고 물을 흡수액으로 이용하는 방식으로 구분된다.
리튬브로마이드 등의 수용액을 흡수용액으로 하는 흡수식 냉난방기의 구성은 수용액을 재생시키고 냉매를 생성하기 위한 가열원과 재생기로 구성되며, 용액를 순환시키기 위한 용액 펌프, 냉매를 증발시키는 증발기, 증발기로부터 증발된 냉매증기를 흡수하는 흡수기, 상기 증발기로부터 증발열을 방출시켜 증발기 관내에 냉각된 냉수를 실내기로 유입하여 실내로 찬공기를 공급하는 냉수회로와 상기 흡수기에서 흡수된 흡수열을 외부로 방출하는 냉각탑 또는 냉각장치로 구성된다.
특히, 소형흡수식 냉난방기는 종래 도 1에서 보는 바와같이 고온재생기(15)에서 공급된 고온의 용액이 냉/난방절환밸브(53)을 통하여 증발흡수용기(41)의 하부로 이송되어 증발용열교환기(42)내를 흐르는 열매체(냉/난방수)로 열을 전달하고 이 열매체는 순환펌프를 통하여 실내공조수단(4)으로 이송되어 난방을 행한다.
이와같이 리튬브로마이드수용액을 흡수제로 하는 소형 흡수식 냉난방기 사이클의 난방방식은 위에서 언급한 시스템 순환 특성 상 다음과 같은 이유로 그 용량이 한정되어 있다.
즉, 첫째 전열 면적-증발용열교환기(42)-이 한정되어 있다. 증발용열교환기(42)의 전열면적이 냉방을 기준으로 최적설게 되기 때문에 일정 여유율을 갖더라도 난방 능력의 한계가 있다.
둘째, 온수온도가 한정(60°C)되어 있다. 용액 농도(52%)를 기준하면 고온의 온수(80°C이상)를 얻기 위해서는 증발흡수용기(41)하부의 용액 온도가 115°C이상 되어야 한다. 현재의 시스템에서는 고온재생기(15)내의 용액온도가 상승하여 결정위험이 생길 수 있을 뿐 만 아니라 증발흡수용기(41)하부의 출구 용액 온도가 100°C이상 되면 용액펌프(48)에 치명적 손상을 가져오게 되므로 고온의 온수를 얻을 수 없다.
이러한 이유 등으로 인하여 시스템의 난방능력이 냉방능력과 비교하여 적정 부하면적에 부족한 문제가 발생된다.(국내의 경우 일반 주택의 냉난방 적정 부하량은 냉방의 경우 350kcal/평, 난방의 경우 500kcal/h).
그러므로, 흡수식 냉난방 시스템의 실용성 및 상용화를 위해서는 사이클의 난방 증대는 가장 큰 문제점으로 나타나고 있다.
본 발명은 시스템의 난방효과를 증대시켜 제품의 상품성과 실용성을 향상시킬 수 있도록 한 흡수식 냉난방기를 제공하는 데 있다.
도 1은 종래 소형 흡수식 냉난방기의 전체 장치를 난방사이클을 도시한 개략도.
도 2는 본 발명의 2차 열교환을 위한 열교환기가 가열수단 출구측에 설치되는 상태를 도시한 장치도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 - 흡수식 냉난방기 2 - 가열수단
3 - 냉/난방사이클 4 - 실내공조수단
5 - 냉각수단 6 - 제어장치
15 - 고온재생기 41 - 증발흡수용기
52 - 난방관 66 - 열교환기
이러한 본 발명의 목적은 가열수단으로 흡수액을 가열함으로써 흡수액의 일부를 기화시키는 재생기; 상기 재생기에서 발생한 기화 냉매를 냉각하여 액화시키는 응축기; 상기 응축기에서 응축된 액화냉매를 저압하에서 증발시키는 증발기; 상기 증발기에서 증발된 기화냉매를 흡수액에서 흡수시키는 흡수기; 상기 흡수기내의 흡수액을 상기 재생기로 압송하는 용액펌프를 구비하는 흡수식 사이클에 있어서;
상기 재생기를 가열시키기 위한 가열수단의 배기가스의 출구 측에 폐열회수용 열교환기를 설치하고, 증발용 열교환기를 통과한 중온의 열매체를 폐열회수용 열교환기를 경유시켜 그 폐열에 의해 고온의 난방수가 되어 실내 난방을 순환토록 구성되는 것에 의해 달성된다.
따라서, 실내 및 바닥난방증대 및 시스템의 효율을 극대화 할 수 있는 것이다.
또, 제품의 실용성 및 상품성이 향상된다.
이하 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 소형 흡수식 냉난방기의 전체 장치를 난방사이클을 위주로 개략적으로 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 2차 열교환을 위한 폐열회수용 열교환기가 가열수단 출구측에 설치되는 상태를 개략 장치도로 도시하고 있다.
즉, 본 발명의 흡수식 냉난방기(1)는 가정용으로 사용되는 소형의 것으로 도 1에서와 같이 흡수액을 가열하는 가열수단(2)과 2중 효용형의 흡수식 냉/난방사이클(3)에 의해 냉각 또는 가열된 냉난방수(실내를 냉방, 난방하기 위한 열매체 본 실시예에서는 물)로 실내를 공조하는 실내공조수단(4)와 흡수식 냉방사이클(3)에서 주로 기화냉매(본 실시예에서는 수증기)를 식히기 위해 이용되는 냉각수를 냉각하는 냉각수단(5)과 탑재된 각 전기기능부품을 제어하는 제어장치(6)로 크게 구성된다.
상기 가열수단(2)은 연료로 주로 가스를 연소하여 열을 발생시키고 이 발생된 열로 흡수액을 가열하는 가스연소장치로서 가스를 연소시키는 가스버너(11)와, 이 가스버너(11)에 가스를 공급하는 가스공급수단(12)과, 가스버너(11)에 연소용 공기를 공급하는 연소팬(13)등으로 구성된다. 그리고 가스버너(11)의 가스연소에 의해 얻어진 열로 흡수식 냉난방사이클의 비등기(14)를 가열하여 비등기(14) 내로 공급된 저농도 흡수액을 가열하도록 형성되어 있다.
이러한 흡수식냉난기에 있어서, 흡수식 냉방사이클(3)은 가열수단(2)에 의해서 가열되는 비등기(14)를 구비하여 이 비등기 내로 흐르는 저농도 흡수액을 가열함으로써, 저농도 흡수색에 포함되어 있는 냉매(물)을 기화(증발)시켜서 중농도 흡수액으로 하는 고온재생기(15)와; 이 고온재생기(15)내의 기화 냉매의 응축열을 이용하여, 고온재생기(15)측으로부터 압력차를 이용하여 공급되는 중농도 흡수액을 가열함으로써, 중농도 흡수액에 포함되어 있는 냉매를 기화시켜서 중농도 흡수액을 고농도 흡수액으로 하는 저온재생기(16)와, 고온재생기(15) 및 저온재생기(16)에서의 기화냉매(수증기)를 냉각하여 액화시키는 응축기(17)와, 이 응축기(17)에 의해서 액화된 액화 냉매(물)를 진공에 가까운 압력하에서 증발시키는 증발기(18)와, 이 증발기(18)에 의해서 증발된 기화냉매를 저온재생기에서 얻은 고농도 흡수액에 흡수시키는 흡수기(19)로 주로 구성된다.
상기 고온재생기(15)는 가열수단(2)으로 저농도 흡수액을 가열하는 상기한 폐열회수용 열교환기비등기(14) 및 이 비등기(14)에서 상측으로 연장된 비등관(21)을 구비한다. 상기 비등기(14) 및 비등관(21)에서 비등하여 저농도 흡수액에서 기화된 기화냉매는 비등통(21)에서 원통용기 형상의 고온재생용기(22)의 벽에 의하여 저온재생기(16)내의 중농도 흡수액이 증발할 때의 기화열로서 열을 빼앗겨 냉각됨으로써 액화냉매(물)가 된다.
고온재생용기(22)에서 액화되어 분리된 액화냉매는 하부에 접속된 액화냉매관(25)를 통하여 응축기(17)로 유도된다.
상기 저온재생기(16)는 고온재생용기(22)를 에워싸는 관동용기형상의 저온재생용기(31)를 구비한다. 한편, 비등관(21)내의 중농도 흡수액은 비등관(21)하부에 접속된 중농도흡수액관(26)을 통하여 저온재생기로 공급된다. 또한, 중농도 흡수액관(26)에는 오리피스 등의 감압수단(27)이 형성되어 있다. 상기 감압수단(27)은 후술하는 냉/난방절환밸브가 폐쇄되면 고온재생기(15)와 저온재생기(16)와의 압력차를 유지한 상태로 중농도 흡수액을 흐르게 하고 냉/난방절환 밸브(53)가 개방되면 중농도 흡수액을 거의 흐르지 않게 한다. 저온재생기(16)는 중농도 흡수액관(26)을 통하여 공급되는 중농도 흡수액을 거의 흐르지 않게한다. 저온재생기(16)는 중농도 흡수액관(26)을 통하여 공급되는 중농도 흡수액을 고온재생용기(22)의 상부을 항하여 주입한다. 저온재생용기(31)내의 온도는 고온재생용기(22)의 온도에 비하여 낮기 때문에 저온재생용기(31) 내의 압력은 고온재생용기(22) 내의 압력에 비하여 낮다. 따라서 중농도 흡수액관(26)에서 저온재생용기(31)내로 공급된 중농도 흡수액은 증발하기 쉽다. 그리고, 주이농도 흡수액이 고온재생용기(22)의 상부에 주입되면 고온재생용기(22)의 벽에 의해서 중농도흡수액이 가열됨으로써 중농도 흡수액에 포함되어 있는 냉매의 일부가 증발하여 기화냉매가 되고 나머지는 고농도 흡수액이 된다. 여기서, 저온재생용기(31)의 상측은 환형용기 형상의 응축용기(32)의 상측과 연동(33)에 의하여 연동되어 있다. 따라서 저온재생용기(31)내에서 증발된 기화 냉매는 연통부(33)를 통하여 응축용기(32)내로 공급된다.
한편, 고농도 흡수액은 저온재생용기(31)의 하부로 적하되며 저온재생용기(31)의 하부에 접속된 고농도 흡수액관(34)을 통하여 흡수기(19)로 공급된다. 또한, 저온재생용기(31)의 상측에는 천장판(35)이 설치되며 이 천장판(35)의 외측둘레단과 저온재생용기(31)사이에는 기화냉매가 통과하는 돔(36)이 형성되어 있다.
상기 응축기(17)는 환형용기 형상의 응축용기(32)에 의하여 덮어져 있다. 이 응축용기(32)의 내부에는 응축용기(32)내의 기화냉매를 냉각하여 액화시키는 응축용 열교환기(37)가 배치되어 있다. 이 응축용 열교환기(37)는 환형상의 코일로서 그 내부에는 냉각수가 흐른다. 그리고 저온재생기(16)에서 응축용기(32)내로 공급된 기화냉매는 응축용 열교환기(37)에 의하여 냉각됨으로써 액화되어 응축용 열교환기(37)의 하측으로 적하된다. 한편 응축용기(32)의 하측에는 상기한 고온재생기(15)에서 액화냉매관(25)을 통하여 냉매가 공급된다. 또한, 이 공급냉매는 응축용기(32)내로 공급될 때에 압력차에 의하여 재차 비등함으로써 기화냉매가 혼합된 상태로 공급된다.
또, 응축용기(32)에는 액화냉매를 증발기(18)로 유도하는 액화냉매 공급관(38)이 접속되어 있다. 이 액화냉매 공급관(38)에는 응축용기(32)에서 증발기(18)로 공급되는 액화냉매의 양을 조절하는 냉매밸브(39)가 설치되어 있다.
상기 증발기(18)는 흡수기(19)와 함께 응축용기(32) 하부에 설치되는 것으로서, 저온재생용기(31)주위에 설치된 것으로 환형용기 형상의 증발흡수용기(41)에 덮여 져 있다. 이 증발흡수용기(41) 내부의 외측에는 응축기(17)에서 공급되는 액화냉매를 증발시키는 증발용 열교환기(42)가 배치되어 있다. 이 증발용 열교환기(42)는 환형상의 코일로서, 그 내부에는 실내공조수단(4)에 공급되는 냉온수(열매체)가 흐른다. 그리고, 응축기(17)에서 액화냉매공급관(38)을 통하여 공급된 액화냉매는 증발용 열교환기(42)의 상부에배치된 환형상의 냉매 공급장치(43)에서 증발용 열교환기(42) 위로 공급된다. 증발흡수용기(41)내는 진공(대략 6.5mmHg)으로 유지되기 때문에 비등점이 낮아 증발용 열교환기(42)에 공급된 액화냉배가 매우 증발하기 쉽다. 그리고, 증발용 열교환기(42)에 공급된 액화냉매는 증발용 열교환기(42)를 흐르는 열매체에서 기화열을 빼앗아 증발한다. 이 결과, 증발용 열교환기(42)내를 흐르는 열매체가 냉각된다. 그리고, 냉각된 열매체는 실내공조수단(4)으로 유도되어 실내를 냉방한다.
상기 흡수기(19)는 상기한 바와 같이 증발흡수용(41)에 의하여 덮여져 있다. 그리고, 흡수기(19)는 증발흡수용기(41)내부의 내측에, 고농도 흡수액관(34)에서 공급되는 고농도흡수액을 냉각하는 흡수용 열교환기(44)가 배치되어 있다. 이 흡수용 열교환기(44)는 환형상의 코일로서 그 내부에는 코일위로 공급된 고농도 흡수액을 냉각하는 냉각수가 공급된다. 또한, 흡수용 열교환기(44)를 통과한 냉각수는 응축기(17)의 응추기용 열교환기(37)를 통과한 후 냉각수 냉각수단(5)으로 유도되어 냉각된다. 그리고, 냉각수 냉각수단(5)에 의해서 냉각된 냉각수는 다시 흡수용 열교환기(44)로 유도된다.
한편, 흡수용 열교환기(44)의 상부에는 고농도 흡수액관(34)에서 공급되는 고농도 흡수액을 흡수용 열교환기(44)에 공급하는 환형상의 흡수액 공급장치(45)가 배치된다. 흡수용 열교환기(44)에 공급된 고농도 흡수액은 흡수용 열교환기(44)의 코일 표면을 따라 상측에서 하측으로 적하되는 동안에 증발용 열교환기(44)에서 증발에 의하여 생성된 기화냉매를 흡수한다. 이 결과, 증발흡수용기(41)바닥에 적하되는 흡수액은 농도가 묽어진 저농도 흡수액이 된다.
한편, 상기 증발흡수용기(41)의 내부에는 증발용 열교환기(42)와 흡수용 열교환기와의 사이에 원통형상의 칸막이벽(46)이 설치되어 있다. 이 원통형상의 칸막이벽(46)의 상부는 증발용 열교환기(42)와 흡수용 열교환기(44)가 연통되도록 개방되어 있어, 증발기(18)에서 생성된 기화냉매가 원통형상의 칸막이벽(46)의 상부를 통하여 흡수기(19)내로 유도된다. 또, 증발흡수용기(41)의 바닥에는, 증발흡수용기(41)의 바닥으로 적하되는 저농도 흡수액을 비등기(14)로 공급하기 위한 저농도 흡수액관(47)이 접속되어 있다. 이 저농도 흡수액관(47)에는 거의 진공상태로 된 증발흡수용기(41)에서 비등기(14)로 저농도 흡수액을 공급하기 위한 용액펌프(48)가 설치되어 있다.
이하 난방운전에 대해 설명한다.
난방운전 수단은 비등관(21)의 하부에서 고온의 흡수액을 증발기(18)의 하부로 유도하는 난방관(52)과, 이 난방관(52)을 개폐하는 냉/난방절환밸브(53)로 구성된다. 이 냉/난방절환밸브(53)는 난방운전 시에 밸브를 개방하여 고온의 흡수액을 증발흡수용기(41)내로 유도함으로써 증발기(18)의 증발용 열교환기(42)내를 흐르는 열매체(냉/난방수)를 가열하는 것이다.
본 발명에서는 상기한 설명에서와 같이 냉방운전을 실시하며 특히, 난방운전시 그 난방효율(난방온도)증대를 가장 중요한 구성상의 특징으로 하고 있다.
즉, 본 발명의 난방운전 수단은 중온의 열매체(난방수)와 고온재생기로부터 배출되는 배기가스를 열교환시키는 열교환기(66)와, 냉/난방시 유로를 변경하는 삼방밸브(54)로 구성된다. 이 삼방밸브(64)는 난방 운전 시에 밸브를 작동하여 중온의 난방수가 실내공조수단(4)으로 직접가는 대신 열교환기(66)로 흐르게 하여 중온의 난방수와 배기가스를 열교환 시킨 후 열교환기(66)를 경유하여 실내공조수단(4)으로 유입되도록 한다. 이와같이 유로를 구성함으로써 난방능력을 향상시킴과 더불어 난방효율을 개선할 수 있다.
상기 열교환기(66)는 가열수단(2)의 출구측과 연통되게 하여 버너(11)의 연소에 의해 배출되는 폐배기가스의 고열이 내부로 통과되는 상태에서 증발용열교환기(42)내를 흐르는 열매체, 즉 난방수가 튜브상태로 열교환기(66)의 외부에 감겨져 내부를 통과하는 고온의 폐 배기가스와 열교환된 후, 실내공조수단(4)로 배관되므다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 냉방 능력과 관계없이 난방 능력을 최대한 향상시킬 수 있어 국내와 같이 난방 능력을 크게 요구하는 지역에서도 흡수식 냉난방기의 장점을 살린 효용성 있고 가치 있는 제품 개발이 가능하다.
또한, 제품의 실용성과 편의성이 향상되는 등의 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (2)

  1. 가열수단으로 흡수액을 가열함으로써 흡수액의 일부를 기화시키는 재생기; 상기 재생기에서 발생한 기화 냉매를 냉각하여 액화시키는 응축기; 상기 응축기에서 응축된 액화냉매를 저압하에서 증발시키는 증발기; 상기 증발기에서 증발된 기화냉매를 흡수액에서 흡수시키는 흡수기; 상기 흡수기내의 흡수액을 상기 재생기로 압송하는 용액펌프를 구비하는 흡수식 사이클에 있어서;
    상기 재생기를 가열시키기 위한 가열수단의 배기가스의 출구 측에 폐열회수용 열교환기를 설치하고, 증발용 열교환기를 통과한 중온의 열매체를 폐열회수용 열교환기를 경유시켜 그 폐열에 의해 고온의 난방수가 되어 실내 난방을 순환토록 구성되는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉난방기의 난방온도 증대장치.
  2. 청구항 1항에 있어서, 상기 열교환기(66)는 가열수단(2)의 출구측과 연통되게 하여 버너(11)의 연소에 의해 배출되는 폐배기가스의 고열이 내부로 통과되도록 하고, 증발용열교환기(42)내를 흐르는 열매체가 튜브상태로 열교환기(66)의 외부에 감겨져 내부를 통과하는 고온의 폐 배기가스와 열교환되도록 구성됨을 특징으로 하는 흡수식 냉난방기의 난방온도 증대장치.
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