KR20010074933A - 흡수냉동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용매 내의 냉매를 증발시키는 발생기 (7), 냉매에서 용매를 분리시키는 용매 분리기 (2), 냉매를 액화시키는 응축기 (3), 선택적으로 제 1 기체 열교환기 (6) 를 구비하고 냉각과 동시에 건조 기체를 이용하여 냉매를 증발시키는 증발기 (4), 및 발생기 (7) 에서 다시 증발되어질 이 증발된 냉매를 고갈된 냉매와 용매의 혼합물에 첨가시키는 흡수기 (5) 를 구비하는 플래튼-문터스 시스템을 이용한 흡수냉동기에 관한 것이다. 증발기 (4) 의 출구 또는 바람직하게는 이 증발기 (4) 의 하류에 위치되는 제 1 기체 열교환기 (6) 의 출구와 발생기 (7) 의 출구는 흡수기 (5) 에 연결된 바이패스 (8) 로 이어진다. 제 1 기체 열교환기 (6) 를 경유하여 증발기 (4) 로부터 도달한 건조 기체 와 증발된 냉매의 혼합물은 발생기의 출구로 이송되고 이로부터 바이패스 (8) 내로 이송되며, 여기서 기체 혼합물이 발생기 (7) 로부터 나온 고온의 부분 탈기된 용매와 접촉하고 이 용매로부터 냉매를 더 회수한다.

Description

흡수냉동기 {ABSORPTION REFRIGERATION MACHINE}

플래튼-문터스 시스템에 따른 공지된 흡수냉동기를 운전하기 위해서는, 열원을 섭씨 100 도를 훨씬 넘는 온도로 가열하여야 한다. 섭씨 100 도 이하의 온도에서는 효율이 0 이 되기 쉽다. 장시간 가열하는 태양열 가열 등과 같은 산업폐기물 가열시스템으로부터의 온수와 같은 저온의 기존 열원은 종래의 구성을 갖는 상기 흡수냉동기에 적합하지 않은데, 그 이유는 필요한 고온을 달성할 수 없기 때문이다.

그러므로, 본 발명의 목적은 비교적 저온, 바람직하게는 대략 섭씨 75 도에서도 높은 효율을 달성할 수 있는 전술한 유형의 흡수냉동기를 제공하는 것이다.

본 발명은 용매 내의 냉매를 증발시키는 발생기 (generator), 냉매에서 용매를 분리시키는 용매 분리기, 냉매를 액화시키는 응축기, 선택적으로 제 1 기체 열교환기를 구비하고 냉각과 동시에 건조 기체를 이용하여 냉매를 증발시키는 증발기, 및 발생기에서 다시 증발되어질 이 증발된 냉매를 고갈된 냉매와 용매의 혼합물에 첨가시키는 흡수기를 구비한 플래튼-문터스 시스템 (Platen-Munters system) 에 따른 흡수냉동기에 관한 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 흡수냉동기의 일 실시예의 개략도이고,

도 2 는 본 발명에 따른 흡수냉동기의 다른 실시예의 개략도이고,

도 3 은 바이패스 제어밸브의 세팅에 따른 상이한 유동 온도에서의 본 발명에 따른 흡수냉동기의 실험에 의해 얻어진 효율에 대한 도표이고,

도 4 는 비스듬하게 도시된 바이패스의 단면도이고, 그리고

도 5 는 본 발명에 따른 버블 펌프의 일 실시예이다.

이러한 본 발명의 목적은, 증발기의 출구 또는 증발기의 하류에 배치되는 선택적 제 1 기체 열교환기의 출구와 발생기의 출구가 흡수기로 안내되는 바이패스로 개방되고, 제 1 기체 열교환기를 경유하여 증발기로부터 도달되는 건조 기체와 증발된 냉매로 구성되는 혼합물이 발생기의 출구로 이송되어 이로부터 바이패스로 이송되고, 여기서 기체 혼합물이 발생기로부터 나온 고온의 부분 탈기된 용매와 접촉하고 이로부터 냉매를 더 회수하는 방식으로 본 발명에 따라서 달성된다.

따라서, 제 1 기체 열교환기를 경유하여 증발기로부터 도달한 혼합물은 흡수기에 직접 이송되지 않지만, 대신에 발생기의 출구로 그리고 바이패스를 통해 흐르며, 발생기로부터 도달한 용액으로부터 냉매를 회수한다. 또한, 제 1 기체 열교환기를 생략하는 것이 가능하며, 이 경우 혼합물은 증발기의 출구로부터 바이패스 입구로 안내된다. 어느 경우든, 발생기를 강하게 가열할 필요 없이 낮은 냉각 온도를 위한 필수조건인 흡수기 입구 영역에서의 낮은 용액 농도를 달성할 수 있다. 그러므로, 저온의 열원이 본 발명에 따른 흡수냉동기를 위해 사용될 수 있다. 낮은 발생기 온도로 인하여, 동시에 증발되는 물의 양이 감소하며, 이에 따라서 증발기의 효율 감소를 회피할 수 있다.

본 발명의 다른 개선점에 있어서, 바이패스로부터 도달한 기체 혼합물을 냉각할 수 있도록, 증발기의 출구 (또는, 선택적으로 제 1 기체 열교환기의 출구) 와 바이패스의 입구 사이에 배치되는 제 1 측, 및 바이패스의 출구와 흡수기의 입구 사이에 배치되는 제 2 측을 구비하는 제 2 기체 열교환기가 제공될 수도 있다. 이러한 기체 혼합물의 냉각에 의하여, 발생기로부터 도달하는 고갈된 혼합물을 농후하게 하는 것을 향상시킬 수 있다.

바이패스는 낮은 작동 온도를 허용하지만, 에너지 손실을 유발하기도 한다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 증발기의 출구와 흡수기의 입구 사이에, 또는 바이패스의 입구와 출구 사이에 제어밸브가 배치될 수 있으며, 이에 의해 바이패스를 통해 수송되는 기체의 양이 측정될 수 있으며 수송되지 않은 부분은 흡수기로 직접 유입될 수 있다. 이에 따라서, 공급 열원의 순간적 온도 감소에 따른 바이패스의 효과의 조정이 가능하다.

본 발명의 변형예에 따르면, 상기 제어밸브는 바이패스의 단락회로를 나타내는 직류 밸브 (straight-through valve) 일 수 있으며, 그 결과 밸브가 개방되었을 때는 바이패스가 사용되지 않으며, 밸브가 폐쇄되었을 때에는 바이패스가 완전히 유효하게 된다.

본 발명의 다른 변형예에 따르면, 제어밸브는 바이패스로의 유동과 흡수기로의 유동 사이에서 증발기로부터 도달하는 기체 혼합물을 분할하는 3방향 밸브일 수 있다. 그 결과, 바이패스는 실질적으로 정밀하게 설정될 수 있다.

바이패스를 통과하는 기체 혼합물과 액체 사이의 접촉면을 증가시키기 위하여, 바이패스 관의 내벽은 내암모니아성 섬유재료로 피복될 수 있으며, 이 내암모니아성 섬유재료는 큰 표면과 높은 내구성이라는 요건을 만족시키는 유리섬유 웨브 (web) 로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 특징은, 바이패스 관의 내부에 이 내벽에 지지되는 코일스프링이 배치되며, 내암모니아성 섬유재료는 내벽과 코일스프링 사이에서 신장된다는것이다.

이에 따라서, 바이패스 유동 단면이 바이패스를 통해 흐르는 기체에 대해 감소되는 것이 방지된다.

냉매가 암모니아로 형성되고 용매가 물로 형성되는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라서, 특히 높은 효율이 달성된다.

또한, 바이패스가 가열될 수 있어서, 유입되는 기체 혼합물이 고갈된 용액으로부터 매우 높은 비율의 암모니아를 회수할 수 있는 소정의 값으로 바이패스의 온도를 조절할 수 있다.

또한, 본 발명은 하나 이상의 수직 펌프 관을 갖춘 흡수냉동기용 버블 펌프에 관한 것이며, 상기 펌프 관은 액체 또는 기체 열전달 매질에 의해 가열될 수 있고 그 내부에서 냉매 용액이 기포의 형성에 의해 위쪽으로 이동될 수 있다.

흡수냉동기 내의 액체 순환은, 예컨대 물이 용매로 이용되고 암모니아가 냉매로 이용되는 전형적인 플래튼-문터스 시스템에서의 소위 "매머드(mammoth)" 또는 "버블 펌프 (bubble pump)"에 의해 주로 유지된다. 열원의 에너지가 그러한 흡수냉동기의 작동을 위해 취해질 수 있으므로, 태양열을 이용한 냉각으로의 전환에 특히 적합하다. 통상적인 버블 펌프는 태양열의 획득시 발생되는 바와 같은 가변적인 온도를 갖는 열전달 매질에 의한 가열에 그리 적합하지 못하다.

그러한 버블 펌프는 수화 암모니아 용액으로 충전된 두 개의 상호 연통하는 용기로 구성된다. 이중 하나의 용기, 즉 펌프의 활성부는 가열되는 소형의 직립 관으로 구성되어, 암모니아가 그 내부에서 방출된다. 생성된 기포는 얇은 관내에서 용액을 위로 이동시킨다. 일부 버블 펌프에서는, 위로부터 관이 관통하는 소형 기체 수집 용기를 직립 관의 하부에서 발견할 수 있다. 기체는 상부에 위치한 관내의 액체를 위로 밀어 올리기 전에 상기 관에서 수집된다.

전술한 두 유형의 버블 펌프에 있어서, 상당히 낮은 온도에서는 기포가 너무 느리게 형성되어 펌프 관의 전체 단면을 채우기에는 너무 작아서 임의의 액체를 동반하지 않고 위로 이동하게 된다. 따라서 암모니아 농도는 펌프 관 내에서 감소된다. 그 다음, 물 내의 암모니아 용액의 열역학적 데이타에 따라서, 암모니아가 방출될 수 있는 온도가 상승될 것이다. 펌프의 온도가 느리게 상응하는 경우, 필수 최소온도가 따라서 동시에 상승할 것이며, 펌프 관만이 물과 아주 약간의 암모니아를 내포하기 때문에 버블 펌프가 일관하여 작동에 실패하는 상황이 발생하게 된다. 전술한 기체 수집 용기는 이러한 위험을 감소시키기 위해 제공된다. 특히 태양열 분야에 있어서 규정시간을 넘는 온도 진행이 이따금 발생하여, 기체 수집 용기를 갖춘 버블 펌프는 여전히 전술한 효과의 결과에 의해 작동에 실패할 것이다. 과도하게 느린 시작 또는 냉각공정의 경우에, 냉매 용액은 너무 많은 기체를 상실할 수 있으며, 따라서 버블 펌프는 영구적으로 작동불능이 될 수 있다.

또한 이러한 문제는 예컨대 가스버너가 작동불능이 되는 경우에 기체-가열된 암모니아 흡수냉동기에서 발생할 수 있다. 펌프는 전체 냉동기가 뒤집혔을 때에만 재가동될 수 있으며, 그 결과 암모니아 농후 용액은 다시 펌프 관에 도달한다. 이러한 방법은 대형 냉동기에서는 소용이 없는데, 그 이유는 큰 크기의 냉동유닛은 통상적으로 버블 펌프가 아닌 전기 운반 펌프를 구비하기 때문이다.

영구적인 작동에 있어서, 냉동 효과의 최적 정도는 가열 온도와 관계없이 정확한 펌프의 출력량을 요구한다.

그러므로, 본 발명의 목적은 임계 온도 범위 내에서의 버블 펌프의 고장을 피할 수 있으며 흡수냉동기의 영구 작동이 가능한 전술한 유형의 버블 펌프를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 하나 이상의 펌프 관의 하단부가 타원형의 가열가능한 펌프 개시 용기에 연결되고, 상기 펌프 개시 용기는 유입구 및 배출구를 구비하며, 이 펌프 개시 용기로부터 펌프 관으로 흐르는 냉매 용액이 거의 수평방향으로 통과하며, 상기 유입구 및 배출구는 펌프 개시 용기에서 생성된 기포가 이 용기 내에서 저지되고 냉각 상태인 냉매 용액의 액체 수위가 펌프 관의 활성 펌핑 범위 아래에 있도록 배치되는 본원 발명에 따라서 달성된다.

펌프 관 내로 냉매 용액이 유입되기 전에, 이 냉매 용액은 실제 버블 펌프 가열온도보다 항상 약간 낮은 온도로 가열되는 펌프 개시 용기 내에 대부분 위치된다. 일단 가열온도가 상승하면, 기포가 전술한 펌프 개시 용기 내에 형성되고, 이 기포는 용기의 형상에 기인하여 떨어져서 흐르지 못하고 용액을 이동시키며, 이에 따라 자체 액체 수위가 현재 고온인 펌프 관까지 상승하게 되어, 펌프 공정이 개시된다. 반면에 온도가 임계 범위에 도달하면, 예컨대 매우 적은 암모니아가 방출되면, 펌프 개시 용기는 암모니아가 용액이 될 수 있을 정도로 이미 냉각되고, 기포가 소멸될 것이며, 또한 용액은 버블 펌프로부터 회수될 것이다. 이것은 이와 관련하여 공지되어 있는, 펌프 관이 그 내부에 담겨지며 직접 가열되는 기체 수집 용기와의 중요한 차이점인데, 그 이유는 버블 펌프의 활성범위 내의 온도가 최소 기체 증발온도 이상으로 여전히 유지되는 한 기포의 응축이 일어나지 않을 수 있기 때문이다. 또 다른 차이점은, 펌프 개시 용기가 눕혀진 관의 형태 또는 여타의 표면이 확장된 형태로 형성된다는 것이며, 이를 통해 냉매 용액이 기포 아래의 얇은 바닥 층으로서 용기를 통하여 흐르고 공정 동안에 소용돌이쳐, 냉각시 기포의 완전한 재흡수를 가능하게 하는데, 그 이유는 종래의 기체 수집 용기에서와 같이 소용돌이 치지 않는 액체의 경우에는 특히 훨씬 가벼운 액체 암모니아의 얇은 층이 표면상에 형성되어 다른 용액 처리를 방해하기 때문이다. 따라서, 본 발명에 따른 버블 펌프에서, 냉매 용액은 가열온도가 임계범위까지 감소할 때 자동적으로 제거된다. 한편, 암모니아-물 용액은 각각의 시스템 압력에 상응하는 최소 기체 증발온도보다 높은 온도에서 버블 펌프의 활성영역 내에만 위치할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에서는, 펌프 개시 용기가 덮개면을 갖춘 수평 배치의 중공 실린더로 형성될 수 있으며, 대향의 덮개면의 하부지역에 유입구와 배출구가 구비될 수 있다.

그 결과, 가열시 자동적으로 생성되는 기포가 배출구를 통하여 배출되는 것이 방지된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따라서, 펌프 개시 용기는 가열 재킷으로 둘러싸일 수 있으며, 이 가열 재킷을 통해 액체 또는 기체 열전달 매질이 유도될 수 있다. 이에 따라, 버블 펌프 내의 온도에 상관없이 펌프 개시 용기의 온도가 고정될 수 있으며, 버블 펌프 내의 우세한 온도보다 연속적으로 약간 낮은 온도가 일정하게 선택되므로, 임계온도범위가 이전에 이미 펌프 개시 용기 내에서 도달되며 수축 기포는 펌프 관으로부터 냉매 용액을 다시 끌어당긴다.

그러므로, 본 발명의 다른 실시예에 따라서, 버블 펌프와 펌프 개시 용기 사이의 작은 필수 온도차는 열전달 매질이 먼저 버블 펌프를 통과한 후 펌프 개시 용기를 통과하여 흐름으로써 달성된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따라서, 펌프 관은 액체 또는 기체 열전달 매질이 통과할 수 있는 제 1 동심 가열 재킷으로 둘러싸일 수 있으며, 액체 열전달 매질용 제 2 동심 가열 재킷이 펌프 관과 제 1 동심 가열 재킷 사이에 배치될 수 있고, 상기 액체 열전달 매질의 액체 수위는 제 2 동심 가열 재킷 내에서 조절가능하다.

이에 따라서, 본 발명에 따른 버블 펌프를 형성하는 용기의 전체 열저항을 필수 열유동으로 조절하는 것이 가능하다. 또한, 펌프 관으로의 열공급은 제 1 동심 가열 재킷을 통해 흐르는 열전달 매질의 온도와 독립적으로 조절될 수 있다.

발생기, 흡수기 및 응축기를 갖춘 흡수냉동기에서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 발생기와 흡수기의 사이의 연결관 또는 발생기와 응축기 사이의 연결관 상에 온도 센서를 설치할 수 있으며, 상기 센서에 의해 측정된 온도에 따라서 펌프 출력을 제어할 수 있는 제어기 유닛을 제공할 수 있다.

흡수냉동기에서의 측정과 정확한 계산에 의해, 버블 펌프의 펌프 출력이 일정할 때 냉동효과의 정도가 최적인지가 판명된다. 그러나, 태양열을 사용하여 가열온도가 가변하는 경우 펌프 출력은 상당히 요동한다.

버블 펌프에 가해지는 열에너지가 온도와 독립적으로 제어될 수 있도록 펌프 출력을 불가피하게 제어할 수 있으며, 이는 태양열 유닛으로부터의 열전달 매질과 버블 펌프의 펌프 관 상이의 가변 접촉면에 의해 그리고 이때의 열전달 계수의 변경에 의해 제어될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따라서, 열전달 매질의 유동속도를 변경시킴으로써 버블 펌프로의 열전달 계수를 제어하는 것이 또한 가능하다. 매질과 고형 본체 사이의 열전달 계수가 상기 매질의 유동속도에 의해 상승하게 되고 열전달 매질이 어떠한 경우에서도 순환되어야 하기 때문에, 그러한 열전달 계수의 제어는 열전달 액체의 유동속도의 제어와 바람직한 방법으로 결부될 수 있다.

바람직하게는, 냉동 시스템의 발생기와 흡수기 사이 또는 발생기와 응축기 사이의 온도 경과는 펌프 출력에 대한 양으로서 이용될 수 있는데, 그 이유는 대형 펌프 출력이 흡수기 또는 응축기에 더 가까운 높은 온도의 범위를 변경시키기 때문이다.

본 발명의 또 다른 특징은, 제 2 동심 가열 재킷이 가열시 팽창하는 기체에 의해 기체 온도계와 접속되고, 액체 수위는 제 2 동심 가열 재킷 내에서 조절될 수 있다는 것이다. 가열시 팽창하는 기체는 가변 열저항을 나타내는 버블 펌프 관에 대하여 액체를 가변 가열 재킷으로부터 이동시킨다.

바람직하게도, 기체 온도계의 위치는 펌프 출력을 조절할 수 있는 가능성을 의미한다. 만일 기체 온도계가 관의 접촉면이 냉각된 흡수기에 가깝게 또는 응축기에 가깝게 이동되면, 버블 펌프 주위의 가열 재킷은 자동적으로 확장되고 펌프를 보가 강력하게 할 것이다. 한편, 펌프의 가열온도가 상승되면, 펌프를 빠르게 하고 기체 온도계의 온도가 상승하게 되어, 가열 재킷으로부터 액체를 이동시키고 펌프를 중단시킨다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

후술되는 흡수냉동기는, 특히 'Elektrolux ' 및 'Servel' 의 흡수냉동기에 사용되며 수많은 방법으로 개시되어 있는 플래튼-문터스 (Platen and Munters) 의 전형적인 시스템과 거의 같이 작용한다.

본 발명의 흡수냉동기는, 버블 펌프 (1) 로 용매 내에 용해되어 있는 냉매를 증발시키는 증발기 (7), 냉매에서 용매를 분리시키는 용매 분리기 (2), 냉매를 액화시키는 응축기 (3), 건조 기체와 냉각에 의해 냉매를 증발시키는 증발기 (4), 제 1 기체 열교환기 (6), 및 고갈된 냉매와 용매의 혼합물 (이 혼합물은 증발기 (7)에서 다시 증발됨) 에 증발된 냉매를 공급하는 흡수기 (5) 를 포함한다.

보다 용이한 이해를 돕기 위하여, 이하, 용매가 물로 구성되고 냉매는 암모니아로 구성되는 실시예를 참조하여 본 발명을 설명한다. 본 발명의 범위 내에서 여타의 적당한 용매와 냉매를 사용할 수 있음은 물론이다.

본 발명에 따라서, 증발기 (4) 의 하류에 배치된 제 1 기체 열교환기 (6) 의 출구와 발생기 (7) 의 출구는 흡수기 (5) 로 이어지는 바이패스 (8) 로 통하고, 제 1 기체 열교환기 (6) 를 거친 증발기 (4) 로부터 나온 건조 기체와 증발된 냉매의 혼합물은 발생기 (7) 의 출구로 안내되고 여기에서 바이패스 (8) 를 통과하여, 상기 혼합물은 발생기 (7) 로부터 나온 고온의 부분 탈기된 용매와 접촉하고 이로부터 냉매를 더 회수한다.

그 결과, 흡수냉동기는 섭씨 100 도 미만의 비교적 낮은 발생기 가열온도에 의해 작동할 수 있다.

또한, 증발기 (4) 의 출구가 바이패스 (8) 에 직접적으로 통하는 경우에는 제 1 기체 열교환기 (6) 를 생략하는 것도 가능하다.

도시된 실시예에서 하나 이상의 병렬 또는 수직 관으로 형성되어 있는 버블 펌프 (1) 에서, 암모니아 농축액은 열교환기로부터 나온 열이 불충분한 경우 열을 공급받으며, 그 결과 암모니아 기포가 버블 펌프 (1) 내에 형성되고 그 체적은 발생기 (7)에서 나중에 배출되어질 총 기체량에 비해 수퍼센트에 불과하다. 성장한 암모니아 기포는 얇은 관을 통해 용액을 물 분리기 (2) 쪽으로 상향 유도한다. 물로부터 분리된 암모니아는 상승 관 (9) 을 통해 응축기 (3) 쪽으로 더 상향 유도되고, 여기서 냉각에 의해 액화된다. 액체 암모니아는 U형 관 (19) 을 통해 증발기 (4) 쪽으로 아래로 흐르고, 여기서 박막의 관의 벽을 적시게 되며, 이 관을 통하여 수소 기체와 같은 건조 기체가 흐른다. 이에 의해 생성된 모든 암모니아 증기가 연속적으로 빼앗겨서 증발기 (4) 의 냉각을 유도하고, 그 결과 본 발명에 따른 장치의 실제 냉동 공정이 유지된다. 증발기 (4) 의 하단부에서 암모니아 기체와 수소의 혼합물은 농후하게 될 기체 혼합물보다 무거워져서 증발기 (4) 내로 흐르며, 그 결과 수소의 순환이 계속 이루어진다.

통상적인 시스템에 있어서는, 기체 혼합물이 흡수기 (5) 로 직접적으로 계속 흐르게 된다. 그러나, 본 흡수냉동기에서는 기체 혼합물이 제 1 기체 열교환기 (6) 이후에 발생기 (7)쪽 방향으로 분기되며, 온도-유도 및 농도-유도 증기압 상태의 결과에 의해 바이패스 (8) 내에서 발생기 (7)로부터 나온 고온의 부분 탈기된 용액으로부터 병류 또는 향류 상태에서 암모니아를 더 회수한다.

점점 더 무거워진 기체는 유동속도를 감소시킬 수 있기 때문에 너무 높게 상승되어서는 않됨에 유의하여야 한다.

이러한 방식으로, 발생기 (7) 를 강하게 가열할 필요 없이 낮은 냉각온도를 위한 필수조건인 흡수기 (5) 의 상부에서의 용액의 낮은 농도가 달성될 수 있다. 이러한 낮은 발생기 온도의 결과, 동시에 증발되는 물의 양이 제한되고, 따라서 상승 관 (9) 내의 물-암모니아 증기 혼합물의 후속 정류가 불필요하며 또한 증발기 내의 물에 의한 나중의 효율손실을 피할 수 있다.

증발기를 경유한, 또한 선택적으로 제 1 기체 열교환기 (6) 를 경유한 암모니아 기체와 수소의 혼합물은, 도 1 에 도시된 바와 같이 제 2 기체 열교환기 (10)를 경유하여 바이패스 (8) 를 통해 병류 또는 향류 상태로 발생기 (7) 의 출구로 추가적으로 안내되고, 그 후에 제 2 기체 열교환기의 제 2 측을 통한 냉각을 위해 흡수기 (5) 쪽으로 더 안내되며, 여기서 바이패스 (8) 로부터 나온 묽은 용액에 자체의 잉여 암모니아를 방출한다.

이 경우, 흡수기 (5) 가 종래의 시스템보다 큰 치수를 갖는 것이 필요하다. 바이패스 (8) 로부터 흡수기 (5) 로 흐르는 기체 혼합물이 종래의 플래튼-문터스 시스템에서보다 높은 암모니아 증기압을 가지며 밑에서부터 흡수기 (5) 로 유입되기 때문에, 상기 흡수기 부분의 외부로 흐르는 용액은 더 높은 농도를 가지며, 나중에 발생기 (7) 내에서 저온으로 탈기 작용을 일으킬 수 있다. 상기 용액은 흡수기 (5) 로부터 액체 열교환기 (11) 를 통해 버블 펌프 (1) 로 이동한다. 버블 펌프 (1)에서 상승하여 물 분리기 (2) 를 거친 후, 버블 펌프 (1) 내에서의 기포 생성에 의해 약간 묽어진 상기 용액은 발생기 (7) 로 흐르고, 여기서 실제 탈기 공정이 가열에 의해 일어난다.

응축기 (3) 의 단부와 수소 순환계 사이에 배치되는 기체압 팽창 용기 (12) 는, 발생기 온도가 과도한 경우에 추가의 암모니아가 수소 순환계에 도달하는 것을 방지하도록 제공된다. 상기 기체압 팽창 용기 (12) 에서, 가벼운 액체 수소는 무거운 암모니아 상에 층을 형성하고, 그 결과 두 기체 사이의 경계 층만이 암모니아 순환계의 온도가 변동하는 경우에 이동된다. 따라서, 상기 기체압 팽창 용기 (12) 는 발생기 온도가 저온인 경우 수소가 U형 관 (19) 을 통해 응축기 (3)에 도달하는 것을 방지하여 그 곳에서의 응축을 방지한다.

도 2 에 따른 실시예에서, 바이패스 (8) 로 수송되는 기체 혼합물의 양은 제어밸브 (13) 를 통해 조절되며, 바이패스 (8) 로 수송되지 않는 잔류물은 공지된 플래튼-문터스 시스템에서와 같이 흡수기 (5) 로 직접 유입된다. 제어밸브 (13) 로는 바이패스의 단락회로를 나타내는 직류 밸브가 바람직할 수 있다. 비록 바이패스 (8) 가 낮은 작동온도를 허용하지만, 자체 에너지를 전부 소모한다. 이러한 제어는 공급열의 온도 감소를 위하여 바이패스의 효과를 최소 요건으로 설정하는데 이용된다.

도 3 은 발생기 (7) 에 대한 상이한 가열온도 (횡축) 와 상이하게 강력히 제어된 바이패스에서의 본 발명에 따른 흡수냉동기의 측정 효율 (종축) 을 나타내는 도표이다. 곡선 (14) 은 바이패스가 해제된 경우의 효율을 나타내고, 곡선 (15) 은 제어밸브 (13) 가 바이패스의 기능을 절반으로 설정한 경우의 효율을 나타내고, 그리고 곡선 (16) 은 바이패스의 최대 기능에서의 효율을 나타낸다.

도 4 는 바이패스 (8) 내의 용액과 기체 혼합물간의 접촉면을 증가시키기 위한 가능한 구성을 나타낸다. 큰 표면을 가지며 유리섬유 또는 임의의 여타 유사한 내암모니아성 재료로 제작되는 웨브 (17) 는 바이패스 관 (8) 의 벽에 대하여 코일스프링 (18) 에 의해 가압되는 것이 바람직하다.

도 5 는 본 발명에 따른 버블 펌프의 개략도이다. 흡수냉동기의 흡수기 (35) 를 경유하여 발생기 (32) 로부터 유출된 냉매 용액은 버블 펌프 (36) 의 하부 입구로 유입되며, 버블 펌프 (36) 는 수직 펌프 관 (26) 을 구비하고, 이 펌프 관 (26) 은 액체 또는 기체 열전달 매질에 의해 가열될 수 있으며 그 내부에서 암모니아-물과 같은 냉매 용액이 기포의 형성에 의해 위쪽으로 이동될 수 있다. 도 1 내지 도 4 에 도시된 실시예에 따른 바이패스가 또한 선택적으로 구비될 수 있다. 본 발명에 따른 버블 펌프를 사용하면, 종래의 흡수냉동기에서도 유익하다.

본 발명에 따라, 펌프 관 (26) 의 하단부는 유입구 (21) 및 배출구 (22) 를 갖춘 타원형의 가열식 펌프 개시 용기 (25) 에 연결되며, 펌프 관 (26) 내에서 유동하는 냉매 액체는 이 펌프 개시 용기 (25) 를 거의 수평방향으로 관통하여 흐른다.

유입구 및 배출구 (21, 22) 는, 펌프 개시 용기 (25) 내에서 생성되는 기포 (24) 가 저지되는 동시에, 냉매 용액 (23) 의 액체 수위가 냉각상태에서 펌프 관 (26) 의 활성 펌프 범위의 아래에 놓이도록 구성된다.

펌프 개시 용기는 덮개면을 갖춘 수평 배치된 중공 실린더 (25) 로 형성되며, 유입구 및 배출구 (21, 22) 는 상호 대향인 덮개면의 하부 지역에 형성된다. 펌프 개시 용기를 여타의 적절한 형상으로 하는 것도 가능하다.

도 5 에 도시된 기포 (24) 는 펌프 관 (26) 내로 액체 수위를 높이도록 가압한다. 상기 용액은 부분적으로 충전된 제 2 동심 가열 재킷 (28) 을 경유하여 제 1 동심 가열 재킷 (27) 내의 열전달 매질에 의해 가열되고, 그 결과 기포가 생성되어 액체를 기체 분리기 (31) 로 이송하고, 이로부터 부분 탈기된 용액이 발생기 (32) 로 다시 흐르므로, 기체는 응축기 (도시 생략) 쪽의 방향으로 연속해서 상향으로 흐른다. 열전달 매질 (30) 은 먼저 버블 펌프의 외측 가열 재킷 (27) 을 통해 흐르고, 여기서 다시 펌프 개시 용기 (25) 의 가열 재킷 (30) 을 통해 열원으로 복귀한다. 버블 펌프와 펌프 개시 용기 (25) 간의 작은 온도차는, 가열될 열전달 매질이 먼저 버블 펌프를 통해 흐른 후 펌프 개시 용기 (25) 를 통해 흐르는 방식으로 이루어진다. 열전달 액체의 유동 속도는 버블 펌프로의 열유동을 변화시키기 위해 조절될 수 있다.

또한, 온도 센서가 발생기 (32) 와 흡수기 (35) 사이의 연결관 상에, 또는 발생기 (32) 와 응축기 (도시 생략) 사이의 연결관 상에 구비될 수 있으므로, 그 결과 펌프 출력이 센서에 의해 측정되는 온도에 따라 조절될 수 있다.

기체 온도계 (34) 를 포함하는 실시예도 가능하다. 이 기체 온도계는 발생기 (32) 와 흡수기 (35) 사이의 도관 상에서 가열되므로, 팽창된 기체는 열전달 액체를 가요성 라인 (33) 을 경유하여 내측 가열 재킷 (28) 으로부터 압력 팽창 용기 (29) 로 이동시키며, 그 결과 펌프 관 (26) 상의 가열되는 표면이 감소된다. 이러한 방식으로, 필요에 따라 펌프 관 (26) 을 통한 열유동을 조정하는 것이 가능하다.

Claims (18)

1. 용매 내의 냉매를 증발시키는 발생기 (7), 냉매에서 용매를 분리시키는 용매 분리기 (2), 냉매를 액화시키는 응축기 (3), 선택적으로 제 1 기체 열교환기 (6) 를 구비하고 냉각과 동시에 건조 기체를 이용하여 냉매를 증발시키는 증발기 (4), 및 발생기 (7) 에서 다시 증발되어질 이 증발된 냉매를 고갈된 냉매와 용매의 혼합물에 첨가시키는 흡수기 (5) 를 구비한 플래튼-문터스 시스템에 따른 흡수냉동기에 있어서,

   증발기 (4) 의 출구 또는 증발기 (4) 의 하류에 배치되는 선택적 제 1 기체 열교환기 (6) 의 출구와 발생기 (7) 의 출구가 흡수기 (5) 로 이어진 바이패스 (8) 로 개방되고, 제 1 기체 열교환기 (6) 를 경유하여 증발기 (4) 로부터 도달되는 건조 기체와 증발된 냉매로 구성되는 혼합물이 발생기의 출구로 이송되어 이로부터 바이패스 (8) 로 이송되고, 여기서 상기 기체 혼합물이 발생기 (7) 로부터 나온 고온의 부분 탈기된 용매와 접촉하고 이 용매로부터 냉매를 더 회수하는 것을 특징으로 하는 흡수냉동기.
2. 제 1 항에 있어서, 증발기 (4) 의 출구, 또는 선택적으로 제 1 기체 열교환기 (6) 의 출구와 바이패스 (8) 의 입구 사이에 배치되는 제 1 측, 및 바이패스 (8) 의 출구와 흡수기 (5) 의 입구 사이에 배치되는 제 2 측을 구비하는 제 2 기체 열교환기 (10) 가 제공되어, 바이패스 (8) 로부터 도달한 기체 혼합물이 냉각되는것을 특징으로 하는 흡수냉동기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제어밸브 (13) 가 증발기 (4) 의 출구와 흡수기 (5) 의 입구 사이 또는 바이패스 (8) 의 입구와 출구 사이에 배치되어, 바이패스 (8) 를 통해 수송되는 기체의 양이 측정될 수 있으며 수송되지 않은 부분은 흡수기 (5) 로 직접 유입되는 것을 특징으로 하는 흡수냉동기.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제어밸브는 바이패스 (8) 의 단락회로인 직류 밸브 (13) 인 것을 특징으로 하는 흡수냉동기.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 제어밸브는 바이패스 (8) 로의 유동과 흡수기 (5) 로의 유동 사이에서 증발기 (4) 로부터 도달하는 기체 혼합물을 분할하는 3 방향 밸브인 것을 특징으로 하는 흡수냉동기.
6. 전술한 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 바이패스 관의 내벽은 내암모니아성 섬유재료 (17) 로 피복되는 것을 특징으로 하는 흡수냉동기.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 내암모니아성 섬유재료는 유리섬유 웨브 (17) 로 형성되는 것을 특징으로 하는 흡수냉동기.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 바이패스 관 (8) 의 내부에 이 내벽에 지지되는 코일스프링 (18) 이 배치되며, 상기 내암모니아성 섬유재료 (17) 는 이 내벽과 코일스프링 (18) 사이에서 신장되는 것을 특징으로 하는 흡수냉동기.
9. 전술한 항 중의 어느 한 항에 있어서, 냉매는 암모니아로 형성되고 용매는 물로 형성되는 것을 특징으로 하는 흡수냉동기.
10. 전술한 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 바이패스 (8) 는 가열될 수 있는 것을 특징으로 하는 흡수냉동기.
11. 액체 또는 기체 열전달 매질에 의해 가열될 수 있고 그 내부에서 냉매 용액이 기포의 형성에 의해 위쪽으로 이동될 수 있는 하나 이상의 수직 펌프 관 (26) 을 갖춘 흡수냉동기용 버블 펌프에 있어서,

    하나 이상의 펌프 관 (26) 의 하단부가 타원형의 가열가능한 펌프 개시 용기 (25) 에 연결되고, 상기 펌프 개시 용기 (25) 는 유입구 (21) 및 배출구 (22) 를 구비하며, 펌프 관 (26) 으로 흐르는 냉매 용액은 펌프 개시 용기 (26) 내에서 거의 수평방향으로 통과하며, 상기 유입구 (21) 및 배출구 (22) 는 펌프 개시 용기 (25) 에서 생성된 기포가 이 용기 내에서 저지되고 냉각 상태인 냉매 용액의 액체 수위가 펌프 관 (26) 의 활성 펌핑 범위 아래에 있도록 배치되는 것을 특징으로 하는 버블 펌프.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 펌프 개시 용기는 덮개면을 갖춘 수평 배치의 중공 실린더 (25) 로 형성되며, 대향의 덮개면의 하부지역에 유입구 (21) 와 배출구 (22) 가 구비되는 것을 특징으로 하는 버블 펌프.
13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 펌프 개시 용기 (25) 는 가열 재킷 (20) 으로 둘러싸일 수 있으며, 이 가열 재킷을 통해 액체 또는 기체 열전달 매질이 유도될 수 있는 것을 특징으로 하는 버블 펌프.
14. 제 11 항, 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 펌프 관 (26) 은 액체 또는 기체 열전달 매질이 통과할 수 있는 제 1 동심 가열 재킷 (27) 으로 둘러싸이고, 액체 열전달 매질용 제 2 동심 가열 재킷 (28) 이 상기 펌프 관 (26) 과 제 1 동심 가열 재킷 (27) 사이에 배치되며, 상기 액체 열전달 매질의 액체 수위는 상기 제 2 동심 가열 재킷 (28) 내에서 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 버블 펌프.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 열전달 매질의 유동속도가 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 버블 펌프.
16. 제 13 항 내지 제 15 항 중의 어느 한 항에 있어서, 버블 펌프와 펌프 개시 용기 (25) 사이의 작은 필수 온도차는 가열용 열전달 매질이 먼저 버블 펌프를 통과한 후 펌프 개시 용기 (25) 를 통과하여 흐름으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 버블 펌프.
17. 발생기, 흡수기 및 응축기를 갖춘 흡수냉동기를 위한 제 11 항 내지 제 16 항 중의 어느 한 항에 따른 버블 펌프에 있어서,

    온도 센서가 발생기 (32) 와 흡수기 (35) 의 사이의 연결관 또는 발생기 (32) 와 응축기 사이의 연결관 상에 설치되며, 상기 센서에 의해 측정된 온도에 따라서 펌프 출력을 제어할 수 있는 제어기 유닛이 구비되는 것을 특징으로 하는 버블 펌프.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 제 2 동심 가열 재킷 (28) 이 가열시 팽창하는 기체에 의해 기체 온도계 (34) 와 접속되고, 액체 수위는 상기 제 2 동심 가열 재킷 (28) 내에서 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 버블 펌프.