KR20020048280A - 흡수식 가열 및 냉각 시스템용 냉매 저장 장치 - Google Patents

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KR20020048280A
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쉬한데런에스.
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윌리엄 더블유. 하벨트
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Abstract

냉각 작동 모드로부터 가열 작동 모드로 전환하기 위한 냉매 저장 장치를 갖는 2단 흡수식 가열 및 냉각 시스템에서, 냉매 저장 탱크가 응축기의 수직 상방의 위치에 위치되고, 탱크는 펌프를 사용하지 않고도 냉매로 충전된다. 이는 고온 발생기로부터의 냉매 증기가 저온 발생기에서 응축된 후에 고온 발생기와 냉매 저장 탱크 사이의 압력차가 냉매 응축물이 냉매 저장 탱크로 유동하게 하도록 고온 발생기를 냉매 저장 탱크와 직접 유동 가능하게 상호 연결함으로써 성취된다. 냉각 작동 모드로부터 가열 작동 모드로 변경될 때 냉매 저장 탱크로부터의 냉매를 증발기로 선택적으로 배출하기 위해 밸브가 제공된다.

Description

흡수식 가열 및 냉각 시스템용 냉매 저장 장치{REFRIGERANT STORAGE APPARATUS FOR ABSORPTION HEATING AND COOLING SYSTEM}
본 발명은 흡수식 가열 및 냉각 시스템에 관한 것으로, 특히 이에 사용되기 위한 냉매 저장 장치에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 흡수식 가열 및 냉각 시스템에서, 공정에 사용하기에 적당한 용액을 생성하기 위하여, 고농도 냉매를 보유할 수 있는 흡수제(absorbent)와 함께 냉매가 초기에 입수된다. 변화하는 작동 조건 하에서, 시스템을 효율적으로 운전하는 데 필요한 냉매량도 변화한다. 냉각 모드에서의 작동 중에, 바람직하게는 냉매의 농도는 비교적 낮은데, 즉 용액은 양호하게는 비교적 진하다. 이러한 조건 하에, 냉매의 농도를 제한하는 인자는 증발기의 냉매 펌프에서의 캐비테이션(cavitation)의 발생을 방지할 필요성 또는 흡수제의 수집통(sump)에서의 흡수제의 결정의 형성을 방지할 필요성이다. 결과적으로, 용액이 너무 진하게 되는 것을 방지하기에 충분한 냉매를 저장할 수 있는 저장조를 포함하는 냉각 모드 냉매 조절 시스템을 흡수식 가열 및 냉각 시스템에 설비하는 것이 통상적인 예이며, 상기 저장조는 시스템이 작동하도록 설계된 조건 영역에 걸쳐 냉각에 대한 요구가 변동함에 따라 용액의 농도를 허용 가능한 한계 내에서 유지하는 데 필요한 바와 같이 저장조에 냉매를 저장하거나 저장조부터 냉매를 방출할 수 있다. 저장조는 종종 시스템 응축기 내에 위치된 수집통의 형태를 취한다. 이러한 조건 영역을 수용하는 데 필요한 냉매의 농도의 범위는 비교적 작으므로, 이러한 조건 영역을 수용하기 위하여 이러한 수집통이 가져야만 하는 저장 용량도 비교적 작다.
전술한 형식의 냉각 모드 냉매 조절 시스템의 일례는 일본 도쿄 소재의 에바라 엘티디.(Ebara Ltd.)에게 양도된 일본 특허 출원 공개 (소)62-178858호에 기재되어 있다. 상기 출원에는 용액이 흡수제를 떠날 때의 용액 온도와 같은 소정의 감지된 시스템 관련 조건들에 응답하여 시스템 응축기와 시스템 증발기 사이의 액체 냉매의 중력 유동이 제어되는 흡수식 장치가 기재되어 있다. 액체 냉매용 저장조는 응축기 내에 마련되고, 냉매는 정상 작동 조건 하에서 제1 유동 통로를 통해 증발기로 공급된다. 냉매량의 증가를 요구하는 작동 조건을 감지한 때, 응축기 수집통으로부터 증발기로 추가의 냉매를 공급하는 제2 유동 통로가 개방된다.
냉매 조절 시스템의 다른 예는 본 출원과 함께 양도되고 본 명세서에 참조되어 합체된 미국 특허 제6,067,807호에 기재되어 있다. 상기 특허에는 응축기 수집통과 별개이고 냉매 방출 라인을 경유해 충전되는 보유 탱크에 냉매가 저장되는 흡수식 장치가 기재되어 있다. 이때, 요구되는 냉매 농도는 추가 냉매에 대한 필요성의 감지에 응답하여 마이크로프로세서의 제어 하에 보유 탱크로부터 냉매를 방출함으로써 유지된다.
흡수식 냉동기에의 사용에 특히 적합하게 된 냉매 조절 시스템의 일례가 후루까와(Furukawa) 등에게 허여된 미국 특허 제5,806,325호에 기재되어 있다. 상기 특허에는 냉매의 방출율이 냉매 응축율의 함수로서, 결과적으로는 냉동기가 지원하는 냉각 부하의 함수로서 변화하게 하는 구멍들의 어레이(array)를 갖는 댐(dam)에 의해 저장조가 응축기 내에 형성되는 흡수식 냉동기가 기재되어 있다.
전술된 냉각 모드 중에 부하 변동을 수용하기 위한 냉매의 저장에 대한 필요성에 더하여, 냉각 모드에서의 작동 중에 냉매를 저장하고 가열 모드에서의 작동 중에 냉매를 시스템으로 방출할 필요성이 있다. 즉, 가열 모드에서의 작동 중에, 용액은 시스템의 용량이 허용하는 만큼 묽은 것이 바람직하다. 따라서, 흡수식 가열 및 냉각 시스템이 냉각 모드에서의 작동으로부터 가열 모드로의 작동으로 절환될 때, 가능한 한 많은 추가의 냉매가 시스템 내로 도입되는 것이 바람직하다. 종래 기술에 따르면, 시스템이 가열 모드에서 효율적으로 작동하게 할 수 있게 하는 데 필요한 추가의 냉매는 3가지 방식 중 어느 하나에 의해 제공되어 왔다.
하나의 시도는 냉각 모드에서 작동하는 동안에는 사용되지 않는 냉매를 저장하도록 충분히 큰 증발기 수집통을 제공하는 것이다. 이러한 것이 갖는 문제점은 이러한 큰 수집통을 수용하기 위해 증발기가 불필요하게 커져야 하고, 이에 따라 비용을 추가시킬 뿐만 아니라 시스템의 설치 면적(footprint)을 상당히 증가시킨다.
다른 시도는 응축기 용기 내에 저장 탱크를 위치시키는 것이다. 이러한 시도는 증발기 내에 냉매를 저장하는 것에 비해 양호하지만, 그렇지 않을 경우 필요하게 되는 것보다 큰 응축기 용기를 구비하여야 할 필요성 때문에 여전히 바람직하지 않다. 이러한 시도의 일례는 본 출원과 함께 양도되고 본 명세서에서 참조되어 합체된 계류 중인 2000년 1월27일자 출원의 미국 특허 출원 제09/491,667호에 나타나 있다. 상기 출원에는 냉매가 냉각 모드 작동 중에 응축기 내에 위치된 저장조에 저장되고 가열 모드 작동으로 절환될 때 밸브에 의해 증발기 수집통으로 비워지는 흡수식 장치가 기재되어 있다. 또한, 저장조가 응축기의 외부에 위치될 수도 있음을 언급하고 있지만, 어떠한 경우에도 저장조는 중력에 의해 응축기로부터 충전되도록 위치된다. 즉, 펌프의 사용을 피하기 위하여, 저장조는 반드시 응축기의 수직 하방에 위치되어야만 한다. 이러한 요건은 설계 가능성에 대하여 상당한 제한을 부과하며, 설계자가 냉매를 보다 편리하고 실용적이며 경제적일 수 있는 위치에 저장하는 것을 심각하게 제한한다.
이상으로부터 볼 때, 본 발명 이전에는 냉매를 냉각 모드 작동 중에는 편리한 위치에 저장하고 가열 모드 작동으로 절환된 때 증발기 수집통으로 방출하는 흡수식 가열 및 냉각 시스템에서의 간단하고 저렴하며 실용적인 시도에 대한 필요성이 있었음을 알 수 있다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 냉각 모드 작동 동안에 냉매가 방출될 때 효율적인 냉각 작동이 이루어지게 하는 충분한 냉매의 저장을 허용하는 용량을 갖는 냉매 저장 탱크를 구비하며, 상기 냉매 저장 탱크가 응축기의 수직 상방의 소정 위치에 물리적으로 배치될 수 있어 설계자에게 시스템 내에 여러 구성 요소들을 공간 배열하는 데 있어서 큰 유연성을 부여하는 흡수식 가열 및 냉각 시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 상기 흡수식 시스템은 고온발생기(generator) 및 저온 발생기를 갖는 이중 효과 장치이다. 고온 발생기는 냉매 증기가 고온 발생기로부터 저온 발생기를 통해 통과하는 방식으로 유동 가능하게 저장 탱크에 연결되고, 고온 발생기에서 냉매 증기는 열을 방출하고 액체 형태로 변환되고 나서, 액체 냉매는 냉매 저장 탱크로 통과한다. 고온 발생기와 냉매 저장 탱크 사이의 압력차는 저장 탱크가 비교적 높은 위치에 배치될지라도 액체 냉매가 저장 탱크로 유입되게 하기에 충분하다.
본 발명의 또 다른 태양에 의하면, 저장 탱크는 소정 체적의 냉매의 저장을 제공하는 범람(overflow) 구조물을 갖는데, 저장 탱크로의 임의의 추가의 냉매 유동이 도관으로 범람하여 중력에 의해 증발기 수집통으로 통과하게 된다. 저장 탱크를 증발기 수집통에 유동 가능하게 상호 연결하기 위해 밸브가 제공되어, 밸브가 개방된 때 저장된 냉매가 탱크로부터 배출되어 도관을 통해 증발기 수집통으로 유동하도록 한다.
본 발명의 또 다른 태양에 의하면, 응축기는 증발기 수집통으로 통과하는 도관에 유동 가능하게 상호 연결되어, 냉각 모드 작동 중에 응축기에 형성된 응축물(condensate)이 중력 유동에 의해 증발기 수집통으로 통과하도록 한다.
도1은 본 발명을 실시하는 데 있어서 사용하기 적당한 형태의 다단 흡수식 가열 및 냉각 시스템의 개략 사시도.
도2는 본 발명에 의해 고려되는 형태의 냉매 저장 장치를 포함하지 않는, 도1에 도시된 형태의 시스템의 개략도.
도3은 본 발명에 의해 고려되는 형태의 냉매 저장 장치를 포함하도록 수정된, 도1에 도시된 형태의 시스템의 개략도.
도4는 도3에 도시된 장치의 냉매 저장 탱크의 개략 절결도.
도5는 시스템 내에서의 냉매 저장 탱크의 구체적인 배치를 도시하는 가열 및 냉각 시스템의 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 가열 및 냉각 장치
16 : 고온 발생기
19 : 증발기
20 : 흡수기
36 : 저온 발생기
38 : 응축기
44 : 증발기 수집통
이하에서 설명되는 도면에서 양호한 실시예들이 도시되어 있지만, 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 이들에 대해 다양한 다른 수정 및 구성이 이루어질 수 있다.
먼저 도1을 참조하면, 당해 기술 분야에서 공지된 여러 형태들 중 하나의 형태인 흡수식 가열 및 냉각 장치(10)의 개략 사시도가 도시되어 있다. 가열 및 냉각 장치(10)는 제1 주요 부분(12)과, 주요 부분(12)의 일측에 위치된 보다 작은 제2 부분(13)을 포함한다. 가열 및 냉각 장치의 주요 부분(12)은 장치의 지지 구조물의 일부분을 형성하는 한 쌍의 이격되어 수직으로 배치된 튜브 시트(tube sheet)(14, 15)를 포함한다. 제2 부분(13)은 고온 발생기와, 용액을 가열하기 위한 버너(burner)를 포함하는데, 용액은 제2 저온 발생기, 응축기, 증발기 및 한 쌍의 용액 열교환기와 함께 가열 및 냉각 장치의 주요 부분 내에 내장된 시스템 흡수기(absorber)로부터 고온 발생기로 전달된다. 여러 구성 요소들의 열교환기 튜브들이 2개의 튜브 시트 내에 축방향 정렬 상태로 장착되어, 튜브 시트에 용접된 적당한 누설 방지 셸(shell) 내에서 수납된다.
도2를 참조하면, 도1의 가열 및 냉각 장치(10)에 사용될 수 있는 형태들 중 하나의 형태인 공지의 흡수식 시스템, 본 경우에서는 2단 평행 사이클 용액 회로의 개략도가 도시되어 있다. 다른 형태의 흡수식 시스템들은 그 이상의 다단을 사용할 수 있으며, 각 유닛이 직접 또는 간접적으로 시동될 수 있는 병렬 사이클이 아닌 직렬 사이클을 사용할 수 있다. 도2는 본 발명의 설명의 배경을 제공하도록 선택될 수 있는 많은 형태의 흡수식 시스템들 중 대표적인 하나의 시스템으로 구성되어 있다. 이후에 더욱 완전하게 설명되는 바와 같이, 본 발명의 냉매 제어 장치는 임의의 종류의 가열 및 냉각 시스템에도 적용될 수 있다.
도2의 흡수식 시스템은 냉매-흡수제 용액에서 흡수제의 농도 및 시스템 내의 액체의 총량에 따라 냉각 모드 또는 가열 모드에서 작동할 수 있는 폐쇄형 유체 시스템으로 구성된다. 도2의 시스템이 냉각 모드에서 작동할 때, 양호하게는 용액은 제1 고농도 흡수제를 갖는데, 즉 용액은 비교적 진하거나 냉매가 희박하고, 시스템 내의 액체의 총량은 비교적 작다. 도2의 시스템이 가열 모드에서 작동할 때, 양호하게는 용액은 제2 저농도 흡수제를 갖는데, 즉 용액은 묽거나 냉매가 농후하고, 시스템 내의 액체의 총량은 비교적 크다. 이들 모드에서의 시스템의 작동의 이하의 간단한 설명에서, 가열 및 냉각 장치(10)가 냉매로서 물을 채용하고, 흡수제로서는 물과의 친화력이 큰 리튬 브롬화물을 채용하는 것을 가정하기로 한다.
도2에 도시된 흡수식 시스템은 공통 셸(21) 내에 나란한 관계로 장착된 증발기(19) 및 흡수기(20)를 포함한다. 시스템이 냉각 모드에서 작동할 때, 공정에 사용된 액체 냉매는 증발기에서 증발되는데, 증발기에서 액체 냉매는 통상적으로 물인 유체로부터 열을 흡수하고, 물은 냉각된다. 냉각된 물은 냉각수 라인(23)에 의해 증발기를 통해 가져오게 된다. 증발기에서 발생된 증발 냉매는 흡수기로 통과하는데, 흡수기에서 증발 냉매는 흡수제와 조합되어 묽은 용액을 형성한다. 흡수 과정에서 발생된 열은 물 라인(24)에 의해 흡수기 외부로 인출된다.
흡수기에서 형성된 묽은 용액은 흡수기로부터 용액 펌프(25)에 의해 흡입된다. 이 용액은 전달 라인(29)에 의해 제1 저온 용액 열교환기(27) 및 제2 고온 용액 열교환기(28)를 직렬로 통과한다. 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 용액은 시스템에 채용된 2개의 발생기들로부터 흡수기로 귀환되는 비교적 진한 용액과 열전달 관계로 되어, 발생기로 이동함에 따라 묽은 용액의 온도를 상승시킨다.
저온 용액 열교환기를 떠날 때, 용액의 일부분은 저온 용액 라인(31)을 통해 저온 발생기(36)로 보내진다. 나머지 용액은 고온 용액 열교환기(28)를 통하고 용액 라인(29)을 경유해 고온 발생기(16)로 보내진다. 도2에 도시되지 않았지만, 고온 발생기 내의 용액은 냉매를 증발시켜서 냉매를 용액으로부터 제거하도록 버너에 의해 가열된다. 고온 발생기(16)에 의해 생성된 냉매 증기는 증기 라인(35)을 거쳐 저온 발생기(36)를 통해 응축기(38)까지 통과한다. 시스템 응축기(38)와 함께 셸(37) 내에 내장된 저온 발생기(36)에 의해 추가의 냉매 증기가 응축기(38)에 부가된다. 저온 발생기에서, 라인(31)으로부터 진입하는 묽은 용액은 증기 라인(35)을 통과하는 증발 냉매에 의해 가열되어, 고온 발생기에 의해 생성된 냉매 증기에 부가된다. 응축기에서, 2개의 발생기로부터의 냉매 증기는 라인(24)을 통과하는 냉각수와 열전달 관계로 있게 되어 액체 냉매로 응축된다.
응축기 내에서 응축하는 냉매는 응축 냉매 유출 라인(50)을 경유해 증발기(19)의 상부 부분에 위치된 분사 헤드(spray head, 39)로 중력 공급된다. 증발기로 분사될 때, 냉매의 일부분은 증발하여 냉각수 라인(23)을 통해 유동하는 물을 냉각시키고, 나머지 냉매는 증발기 수집통(44) 내에 수집된다. 냉매 펌프(43)가 흡입 라인(46)에 의해 증발기(19)의 수집통(44)에 연결되고, 수집통에 수집된 액체 냉매를 공급 라인(47)을 경유해 분사 헤드(39)로 다시 귀환시키도록 배열된다. 증발기(19)는 응축 냉매가 적당한 J-튜브(52)(점선으로 도시됨)를 경유해 수집통(44)으로 직접 보내져 분사 헤드(39)를 우회하도록 설계될 수도 있다. 후자의 형태의 증발기를 사용하는 시스템에서, 냉각수 라인(23) 상으로 분사된 모든 냉매는 냉매 펌프(43)에 의해 라인(47)을 경유해 공급된다.
진한 흡수제 용액은 2개의 발생기로부터 흡수 사이클에서 재사용될 흡수제로 다시 유동한다. 그 복귀시, 고온 발생기로부터의 진한 용액은 고온 용액 열교환기(28)를 통과하고 나서, 용액 귀환 라인(40)을 경유해 제2 저온 용액 열교환기(27)를 통과한다. 저온 발생기를 떠나는 진한 용액은 제2 용액 열교환기의 입구에서 귀환 라인으로 진입하는 공급 라인(42)에 의해 용액 귀환 라인으로 연결된다.
일본 특허 공개 (소)62-178858호 및 미국 특허 제5,806,325호(후루까와 등)에 기재된 형태의 냉각 모드 냉매 조절 시스템을 사용하는 가열 및 냉각 시스템에서, 도2에 도시된 응축기에는 응축기 수집통(도시 안됨)이 제공되는데, 응축기 수집통은 응축기(38)가 응축 냉매 유출 라인(50)에 연결되는 지점 부근에 위치된다. 이러한 응축기 수집통은 시스템에서의 냉각 부하가 시간에 따라 변동하는 조건 하에서 최적 작동 효율을 보장하기 위해 필요에 따라 용액의 농도가 조절될 수 있게 하기에 충분한 액체 냉매량을 저장하도록 설계된다. 이러한 조절은 흡수기의 유출구에서의 용액의 온도와 같은 시스템 변수에 응답하여, 제어 가능 밸브 및 특별히 제공된 배출 밸브(도시 안됨)를 경유해, 추가의 냉매를 응축기 수집통으로부터 증발기 수집통으로 배출함으로써 성취된다. 응축기에서의 응축 냉매의 양이 이러한 응축기 수집통의 용량을 초과한 때, 응축기 수집통은 냉매 유출 라인(50 또는 52)으로 범람되어, 범람된 냉매는 전술된 방식으로 증발기로 공급된다. 이러한 형태의 조절 시스템은 상기 인용 특허 문헌에 상세히 기재되어 있으므로, 본 명세서에서는 더 논의되지 않을 것이다.
도2에 도시된 가열 및 냉각 시스템은 전체 시스템 내의 냉매의 양이 증발기(19)에서의 냉매가 격벽(P)을 범람하여 흡수기(20)로 유동하게 하기에 충분한 높이로 상승하게 하는 데 필요한 양만큼 증가된다면 가열 모드로 작동할 수도 있다. 이는 후자의 조건 하에서 증발기(19)로 유입되는 응축 냉매가 증발하지 않아서 라인(23)을 통해 유동하는 액체로부터 열을 흡수하지 않기 때문이다. 그 대신에, 고온의 새로 응축된 냉매는 라인(23)을 통해 유동하는 물에 직접 전도에 의해 열을 전달함으로써, 가열될 공간에 이용될 수 있는 열을 만든다. 라인(24)을 통해 유동하는 물로 시스템이 전달하는 열은 가열될 공간으로 전달될 수도 있다. 따라서, 도2에 도시된 시스템은 사용되는 용액이 냉매가 희박한 지(즉, 제1 고농도 흡수제를 갖는 지) 또는 냉매가 농후한 지(즉, 제2 저농도 흡수제를 갖는 지)에 따라 가열될 공간을 냉각 또는 가열할 수 있다. 결국, 시스템은 이들 농도차에 대응하는 냉매량을 시스템에 부가하거나 이로부터 인출하여 라인(23, 24)의 연결부에 적당한 변화를 줌으로써 냉각 모드 작동으로부터 가열 모드 작동으로 그리고 다시 역으로 전환될 수 있다.
지금까지는, 시스템을 냉각 모드 작동으로부터 가열 모드 작동으로 전환하는 목적을 위한 냉매의 저장은 펌프를 요구하기보다는 응축기로부터 탱크로의 응축물의 중력 공급을 허용하도록 응축기 외부에 또는 그 수직 하방에 위치된 저장조, 또는 응축기 내의 저장조에 의한 것이었다.
도3 내지 도6을 참조하여 설명되는 바와 같이, 본 발명은 도2와 관련하여 설명된 대표적인 형태의 가열 및 냉각 시스템에서 냉매를 저장하는 신규하고 간단하며 실용적이고 저렴한 방식을 제공하는 냉매 제어 장치로 이루어진다.
도3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예를 포함하도록 수정된, 도2와 관련하여 설명된 종류의 가열 및 냉각 시스템이 도시되어 있다. 도3에 도시된 시스템은 후술되는 완전히 이동된 위치에서 응축기(38) 수직 상방에 위치되는 냉매 저장 장치(60)를 포함하는 것을 제외하고는 도2에 도시된 것과 대체로 유사하며, 동일 기능 부분은 유사한 도면 부호가 표기되어 있다. 본 발명에 따르면, 냉매 저장 장치(60)는 가열 및 냉각 시스템(10)으로 방출된다면 용액의 정상 상태 농도를 제1 또는 냉각 모드 농도로부터 제2 또는 가열 모드 농도로 감소시키기에 충분히 많은 액체 냉매량을 냉각 모드 작동 중에 저장할 수 있는 저장 용량을 갖는 탱크(62)를 포함한다. 또한, 냉매 저장 장치(60)는 탱크 내의 냉매량이 탱크의 저장 용량을 초과한 때 액체 냉매가 탱크(62) 외부로 유동하여 라인(65, 67, 52)을 경유해 증발기 수집통(44)으로 유동하게 하는 댐(dam), 배수관(standpipe) 등으로 구성될 수 있는 범람 구조물(64)을 포함한다. 마지막으로, 냉매 저장 장치(60)는 가열 및 냉각 시스템이 냉각 모드 작동으로부터 가열 모드 작동으로 절환될 때 탱크(62) 내의 냉매가 탱크(62)로부터 라인(67, 52)을 경유해 증발기(19)로 전달될 수 있게 하는 밸브(66)를 포함한다.
따라서, 냉매 저장 탱크(62)는 종래 기술에서처럼 응축기로부터 냉매가 공급되기보다는 고온 발생기로부터 직접 냉매가 공급된다는 것을 알 수 있다. 즉, 고온 발생기(16)로부터 라인(35)을 통해 오는 냉매 증기는 먼저 저온 발생기(36)를통과하는데, 저온 발생기에서 냉매 증기는 액체 형태로 응축된다. 그리고 나서, 액체 냉매는 라인(68)을 따라 오리피스 또는 팽창 밸브 등의 구속 장치(restrictor, 69) 및 라인(70)을 통해 저장 탱크(62)로 통과한다. 구속 장치(69)는 탱크(62)를 통과하는 냉매가 액체 형태로 있도록 하는 크기로 되어 있다.
따라서, 본 발명은 냉매 응축물을 응축기 수직 상방에 위치된 탱크로 이동시키기 위해 고온 발생기로부터의 냉매의 고압을 이용함으로써, 시스템 내의 구성 요소들의 상대적인 위치 설정에 있어서 큰 설계 유연성을 제공한다. 통상적으로는, 고온 발생기 내의 압력은 시스템이 전부하(full load) 상태에 있을 때 약 740mmHg이고, 저온 발생기에서의 압력은 전부하에서 약 50mmHg이다. 알 수 있는 바와 같이, 응축기(38)는 그 응축물을 라인(52)을 경유해 증발기 수집통으로 배출하기 위해 라인(71)을 경유해 라인(67)에 연결되므로, 탱크(62) 내의 압력은 저온 발생기 내의 압력과 실질적으로 동일하다. 따라서, 전부하에서, 액체 냉매를 탱크(62)로 유동하게 하는 약 690mmHg의 차동 압력이 있게 된다. 부분 부하 조건에서, 고온 발생기 내의 압력은 250 내지 300mmHg의 범위에 있고, 저온 발생기 내의 압력은 50mmHg이다. 따라서, 부분 부하 조건 하에서도, 약 200mmHg의 압력차가 있는데, 이 압력차는 저장 탱크(62)가 응축기 위에 위치될 때에도 응축물이 저장 탱크(62)로 유동하게 하는 데 충분하다. 구속 장치(69)의 크기 설정은 저장 탱크(62)가 응축기 위에 배치되는 특정 수직 높이에 좌우되며, 이를 수용하도록 선택된다. 고온 발생기와 냉매 저장 탱크 사이의 압력차는 부분 부하 조건에서 50mmHg 이상으로 있는 것이 바람직하다.
도3의 시스템이 냉각 모드에서 작동할 때, 밸브(66)는 폐쇄된다. 이러한 조건 하에서, 탱크(62)가 완전 충전되어 있는 상태로 있음으로써, 이 모드에서 효율적인 작동을 보장하는 비교적 높은 흡수제 농도에서 시스템이 작동하도록 충분한 냉매를 시스템에 제공하지 않는다. 시스템이 가열 모드에서 작동할 때, 밸브(66)는 개방된다. 이러한 조건 하에서, 탱크(62)는 사실상 비어있는 상태에 있어서, 이 모드에서 효율적인 작동을 보장하는 비교적 낮은 흡수제 농도에서 시스템이 작동하도록 충분한 냉매를 시스템 내에서 순환하게 한다. 밸브(66)가 개방된 후에 다시 재폐쇄된 때, 냉각 모드에서의 작동에 대해 바람직한 비교적 높은 흡수제 농도를 복원하기 위하여 충분한 냉매가 시스템에 제공하지 않을 때까지 응축 냉매가 탱크(62) 내에 축적된다. 따라서, 밸브(66)를 개폐함으로써, 도3의 시스템은 종래 기술에서 사용된 종류의 펌프, 펌프 스위치, 부유 밸브(float valve) 등을 사용하지 않고 냉각 모드 작동으로부터 가열 작동 모드로 또는 다시 그 역으로 절환될 수 있음을 알 수 있다.
도4에서 가장 명확하게 도시된 바와 같이, 밸브(66)는 탱크(62) 아래에 위치되어 냉매 라인(72, 73)을 경유해 댐(64)에 대하여 바이패스 관계 또는 평행 관계로 연결된다. 밸브(66)가 탱크(62) 아래에 위치된 것은 시스템이 냉각 모드 작동으로부터 가열 모드 작동으로 절환될 때 탱크(62)가 완전히 비워질 수 있게 한다. 댐(64)과 밸브(66) 사이의 평행 관계는 밸브(66)가 폐쇄 및 개방될 때 모두에서 냉매가 라인(52)을 경유해 증발기(52)로 유동할 수 있게 한다.
이제, 도5를 참조하면, 본 발명을 수용하도록 설계된 통상의 흡수식 가열 및 냉각 시스템이 도시되어 있다. 도1의 실시예와 마찬가지로, 시스템의 제2 부분(13)은 직접 또는 간접적으로 시동될 수 있는 고온 발생기를 포함하고, 주요 부분(12)은 열교환기(27, 28) 및 펌프(25, 23)뿐만 아니라 증발기(18), 흡수기(24), 저온 발생기(36) 및 응축기(38)를 포함한다. 그러나, 도1의 실시예와 달리, 저장 탱크(62)는 저온 발생기(36) 및 응축기(38)를 포함하는 용기 내에 포함된다. 저장 탱크(62)는 종래 기술에서 그러한 것과 같은 응축기로부터의 중력 공급이 이루어질 수 없도록 응축기(38)의 수직 상방에 위치됨을 알 수 있다. 액체 냉매로 저장 탱크(62)를 충전시키는 것은 전술된 바와 같이 라인(35)에 의한 고압의 고온 발생기(16)와의 직접적인 상호 연결에 의해 성취된다.
저장 탱크를 위한 다른 위치가 도면 부호 62A로 도시되어 있는데, 이 위치에서 응축기(38) 및 저장 탱크(62)가 동일한 수직 높이에 있는 것처럼 보일 수 있지만, 저장 탱크(62A)의 일부분이 응축기(38)의 수직 높이의 상방에 있게 되어 이들간의 상호 연결이 액체 냉매가 중력만으로 응축기(38)로부터 저장 탱크(62A)로 전달되지 않게 할 수도 있을 것이다. 그러나, 본 발명은 저장 탱크(62A)의 이러한 배치를 조장할 것이다. 물론, 다른 위치가 당해 기술 분야의 숙련자에 의해 이루어질 수 있을 것이다.
본 발명의 냉매 저장 장치는 2단 평행 사이클 흡수식 가열 및 냉각 시스템을 참조하여 설명되었지만, 다른 것들 중에서 3단 직렬 사이클 시스템을 포함하는 임의의 다른 여러 형태의 가열 및 냉각 장치를 참조하여 마찬가지로 설명될 수도 있었을 것이다. 이는 모든 형태의 시스템들이 이들의 응축기가 증발기와 연결되는 방식이 아니라, 주로 이들의 발생기 및 열교환기의 개수에 의해 그리고 열교환기가 상호 연결 및 흡수기에 연결되는 방식에 의해 서로 구별되기 때문이다. 본 발명의 목적을 위해서 중요한 것은 응축기와 증발기의 연결이므로, 본 발명의 냉매 저장 장치가 시스템에 사용되는 단의 개수 또는 사이클의 종류와 상관없이 이들 시스템 모두에 적용될 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 불필요한 반복을 피하기 위하여, 이들 다른 형태의 시스템에의 본 발명의 적용은 본 명세서에서 구체적으로 설명되지 않는다. 그럼에도 불구하고, 이러한 시스템들은 본 발명의 고려 사항 내에 있음을 알 수 있다.
본 발명의 냉매 저장 장치를 채용한 흡수식 가열 및 냉각 시스템은 냉각 모드 작동 동안에 냉매가 방출될 때 효율적인 냉각 작동이 이루어지게 하는 충분한 냉매의 저장을 허용하는 용량을 갖는 냉매 저장 탱크를 구비한다. 이때, 냉매 저장 탱크가 응축기의 수직 상방의 소정 위치에 물리적으로 배치될 수 있어 설계자에게 시스템 내에 여러 구성 요소들을 공간 배열하는 데 있어서 큰 유연성을 부여한다.

Claims (12)

  1. 폐쇄형 유체 시스템을 형성하도록 서로 연결된, 고온 발생기, 저온 발생기, 저온 발생기에 연관된 응축기, 흡수기, 및 수집통을 갖는 증발기를 구비하는 형태의 흡수식 시스템에 사용되는 냉매 저장 시스템에 있어서,
    액체 냉매가 가열 모드 작동을 위해 방출될 때 흡수식 시스템을 가열 작동 모드에서 효율적으로 작동시키도록 흡수제의 농도를 감소시키기에 충분한 액체 냉매량을 냉각 모드 작동 동안에 충분히 저장할 수 있는 저장 용량을 갖고 응축기의 수직 상방에 위치된 냉매 저장 탱크와;
    냉매 증기가 고온 발생기로부터 냉매 증기가 응축되는 저온 발생기로 통과하도록 하고 생성된 액체 냉매가 상기 냉매 저장 탱크로 통과하기 위해 고온 발생기, 저온 발생기 및 냉매 저장 탱크 사이에 배치되는 유체 연결 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매 저장 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 흡수식 시스템이 냉각 작동 모드로부터 가열 작동 모드로 변경될 때 저장된 냉매를 상기 냉매 저장 탱크로부터 상기 증발기 수집통으로 선택적으로 전달하는 배출 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매 저장 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 냉매 저장 탱크 내의 액체 냉매량이 소정의 저장 용량을 초과한 때, 냉매가 상기 냉매 저장 탱크 외부로 유동하여 증발기 수집통으로 유동하게 하는 범람 구조물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매 저장 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 저온 발생기와 냉매 저장 탱크 사이의 상기 유체 연결 수단은 상기 냉매 저장 탱크로의 냉매 증기의 유동을 구속하는 유동 구속 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매 저장 시스템.
  5. 제2항에 있어서, 상기 냉매 저장 탱크와 증발기 수집통 사이의 상기 배출 수단은 상기 응축기로부터의 응축물이 증발기 수집통으로 유동하게 하도록 상기 응축기에 상호 연결된 것을 특징으로 하는 냉매 저장 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 흡수식 시스템의 부분 부하 작동 중에 상기 고온 발생기와 상기 냉매 저장 탱크 사이의 최소 압력차는 적어도 150mmHg인 것을 특징으로 하는 냉매 저장 시스템.
  7. 냉각 작동 모드와 가열 작동 모드 사이에서 선택적으로 절환될 수 있는 폐쇄형 유체 시스템을 형성하도록 서로 연결된, 응축기, 흡수기, 수집통을 갖는 증발기, 고온 발생기, 및 저온 발생기를 구비하는 형태의 흡수식 가열 및 냉각 시스템에 사용되는 냉매 저장 장치에 있어서,
    냉매가 가열 모드 작동을 위해 시스템 내로 방출될 때 효율적인 작동을 허용하기에 충분한 냉매량을 냉각 모드 작동 동안에 저장할 수 있는 충분한 저장 용량을 갖고 상기 응축기의 수직 상방에 위치된 냉매 저장 탱크와;
    냉매 증기의 유동을 고온 발생기로부터 냉매 증기가 액체 형태로 응축되는 저온 발생기로 안내하고 생성된 액체 냉매를 상기 저온 발생기로부터 상기 냉매 저장 탱크로 안내하도록 고온 발생기와 냉매 저장 탱크 사이에 배치되는 유체 연결 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매 저장 장치.
  8. 제7항에 있어서, 흡수식 시스템이 냉각 작동 모드로부터 가열 작동 모드로 전환될 때 저장된 냉매를 상기 냉매 저장 탱크로부터 상기 증발기 수집통으로 선택적으로 전달하는 배출 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매 저장 장치.
  9. 제7항에 있어서, 냉매 저장 탱크 내의 액체 냉매량이 소정의 저장 용량을 초과한 때, 냉매가 상기 냉매 저장 탱크 외부로 유동하여 증발기 수집통으로 유동하게 하는 범람 구조물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매 저장 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 유체 연결 수단은 상기 저온 발생기와 상기 냉매 저장 탱크 사이에 배치되어 상기 냉매 저장 탱크로의 냉매 증기의 유동을 구속하는 유동 구속 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매 저장 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 냉매 저장 탱크와 증발기 수집통 사이의 상기 배출 수단은 상기 응축기로부터의 응축물이 증발기 수집통으로 유동하게 하도록 상기 응축기에 상호 연결된 것을 특징으로 하는 냉매 저장 장치.
  12. 제7항에 있어서, 흡수식 시스템의 부분 부하 작동 중에 상기 고온 발생기와 상기 냉매 저장 탱크 사이의 최소 압력차는 적어도 150mmHg인 것을 특징으로 하는 냉매 저장 장치.
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