KR20020070907A - 수냉매를 이용한 흡수식 냉온수기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 수냉매를 이용한 흡수식 냉온수기에 관한 것으로서, 증발탱크와, 응축기와, 추기탱크와, 진공펌프를 구비하고, 이를 통해 냉각된 냉수를 제공받는 부하를 포함하고, 상기 증발탱크는, 사방밀폐되도록 구획형성된 본체와, 상기 본체의 하부에 구획형성되고, 증발열원으로서의 가열히터가 배치된 증발통과, 상기 증발통을 횡단하여 상기 본체의 길이방향 양단부면측에 격자형으로 구획형성된 다수의 소챔버를 각각 가지는 제1 및 제2 유동챔버에 연통가능하게 고정된 전열관과, 상기 증발통에서 증발되는 냉매 증기를 유동저항을 적게하여 상기 응축기로 이송하도록 상기 본체의 상부에 배치된 엘리미네이터와, 상기 엘리미네이터에서 압축펌프에 의해 상기 응축기로 이송된 후, 이를 재차 응축시켜 증발통으로 이송하도록 상기 본체와 연통 가능하게 구획형성된 응축실을 구비하고, 상기 제1 및 제2 유동챔버의 소챔버들은 측단면 상에서 바라볼 때, 상기 부하로부터의 온수가 제공될 때, 상기 제1 및 제2 유동챔버의 소챔버 사이를 상기 전열관을 통해 지그재그 방향으로 연속 횡단하도록 세로방향의 구획판을 사이에 두고 다수의 격판에 의해 엇갈리게 연통 구성됨으로써, 고효율, 저비용의 수냉매를 이용한 흡수식 냉온수기를 제공할 수 있도록 하였다.

Description

수냉매를 이용한 흡수식 냉온수기{Absorbtion type chiller/heater using water as refrigerant}

본 발명은 수냉매를 이용한 흡수식 냉온수기에 관한 것으로서, 냉매인 물을 순수 처리하여 고 진공 상태인 증발 탱크 내에서 저온 증발시키고, 이 증발 잠열을 이용하여 증발 탱크 내부를 순환 후 부하에 제공되는 물의 냉각을 실현할 수 있는 고효율, 저비용의 흡수식 냉온수기에 관한 것이다.

종래의 흡수식 냉방 장치는 냉매를 물(H2O)로 이용하고, 흡수제를 리튬브로마이드(LiBr)를 이용하여 냉매인 물을 고 진공상태에서 저온 증발, 흡수, 가열 재생, 냉각 응축 과정의 순환을 통해 냉방을 실행한다.

현재, 냉매 증기를 흡수한 흡수제를 재생 탱크로 이송하고, 재생 탱크에서 가열 분리 후 냉매 증기는 외기로 배출하고, 냉매가 분리된 흡수제는 흡수제 냉각 탱크에서 냉각시킨 후 흡수 탱크로 이송하여 증발된 냉매 증기를 흡수하는 장치가 활용되고 있다.

이와 같은, 흡수식 냉온수기는 운전 신호에 따라 냉매펌프(9)와 용액펌프(10)가 구동되고, 대략 20∼30분 정도의 기동운전시간을 가진 후에 정격운전이 이루어진다.

또, 냉매펌프(9)와 배관으로 연결되는 하부쉘(shell ; 11)은 대략 6㎜Hg 정도의 고진공을 유지한다. 이 하부 쉘(11) 상부에는 배관을 통해 냉매인 물이 노즐을 통해 증발기(1)에 분무되고, 이 증발기(1) 내부에는 냉수가 흐르는 제 1 튜브(12)가 설치되어 냉매가 그 압력에 대응하는 포화온도에서 끓어 냉수에서 열을 빼앗아 증발하므로 냉수는 차가운 상태로 되어 냉각을 필요로 하는 다른 장치에 이용된다.

또한, 흡수기(2)에서는 증발된 증기가 흡수제인 리튬브로마이드 용액(이하 '흡수용액'이라함)에 의해 흡수되고, 이때 응축잠열이 발생하며 흡수용액이 수분을 흡수하여 농도가 낮아짐과 동시에 희석열이 발생한다. 이러한 희석열은 냉각수가 흐르는 흡수기(2) 내에 설치된 제 2 튜브(13)에 의해 제거된다.

한편, 수분을 흡수하여 묽어진(희석된) 흡수용액은 흡수기(2) 하부에 설치되는 용액펌프(10)에 의해 저온 열교환기(6),고온 열교환기(8)를 경유하면서 온도가 상승되어 고온 재생기(5)로 공급된다.

그리고 희석된 흡수용액은 고온 재생기(5)에서 도시하지 않은 열원에 의해 재가열하여 고온 수증기와 농축된 흡수용액으로 분리시키고, 고온 수증기는 상부쉘(15)의 저온 재생기(4)의 제 3 튜브(14) 내부로 보내진다.

이어서, 고온재생기(5)에서 농축된 흡수용액은 고온 열교환기(8)에서 열교환된 후에 저온 재생기(4)로 보내지고, 고온 재생기(5)에서 연결된 제 3 튜브(14)를 통과하는 수증기에 의해 가열된다.

또한, 증발된 냉매 수증기는 상부쉘(15)의 응축기(3)로 공급되어 흡수기(2)에서 희석열을 흡수한 냉각수에 의해 냉각 응축되어 액화 상태로 증발기(1)에 공급된다. 또한, 농축된 용액은 저온 열교환기(6)를 거쳐 흡수기(2)에 분무되면서 흡수된다.

한편, 고온 재생기(5) 내부에 설치되는 미도시된 콘트롤러는, 고온 재생기(5)내의 용액의 레벨에 따라 용액펌프(10)를 제어하여 고온 재생기(5)로 보내지는 흡수용액의 양을 조절한다.

이처럼 농축된 흡수용액은 흡수기(2)로 공급되어 다시 냉매 수증기를 흡수하는 과정을 반복한다.

그러나, 흡수식 냉동기 쉘의 용접부위, 배관의 연결부위, 각종 부품들에서 미세한 누설이 발생되면 외부의 공기가 진공상태인 흡수식 냉동기 장치내부로 유입되게되어 쉘내부의 진공도를 떨어뜨리게 되고, 쉘내부의 진공도가 떨어지면, 냉동능력의 성능저하를 가져오게 되고, 더욱 진공도가 떨어지면, 흡수식 냉동기의 흡수용액의 순환에 이상이 발생되어 결국에는흡수용액의 결정화를 초래하여 장치에 심각한 손상 및 작동불능의 상태까지 이르게 된다.

따라서, 본 발명은 상술한 바와같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 불응축가스의 제거효율을 향상시킴과 동시에, 고효율 및 저비용으로 마련될 수 있는 흡수식 냉온수기를 제공함에 있다.

상술한 바와같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

냉매인 물을 저온 증발시켜 증발잠열을 이용하여 냉방부하와 열 교환 작용으로 냉방을 실행하기 위한 증발탱크와,

증발된 냉매 증기를 냉매펌프를 이용하여 냉매증기를 응축하는 응축기와,

내통에 의해 공간부와 저실로 구획되고, 상기 증발탱크에서 발생한 저압의 수증기와 불응축가스가 유입되어 수증기는 흡수용액에 흡수시키고 불응축가스는 저실 상부에 포집하기 위한 추기탱크와,

상기 포집된 불응축가스를 증발탱크 및 추기탱크 외로 배출하도록 부압을 생성하기 위한 진공펌프와,

상기 증발탱크의 잠열증발을 이용하여 냉각된 냉수를 제공받는 부하를 포함하는 수냉매를 이용한 흡수식 냉온수기에 있어서,

상기 증발탱크는,

사방밀폐되도록 구획형성된 본체와,

상기 본체의 하부에 구획형성되고, 증발열원으로서의 가열히터가 배치된 증발통과,

상기 증발통을 횡단하여 상기 본체의 길이방향 양단부면측에 격자형으로 구획형성된 다수의 소챔버를 각각 가지는 제1 및 제2 유동챔버에 연통가능하게 고정된 전열관과,

상기 증발통에서 증발되는 냉매 증기를 유동저항을 적게하여 상기 응축기로 이송하도록 상기 본체의 상부에 배치된 엘리미네이터와,

상기 엘리미네이터에서 압축펌프에 의해 상기 응축기로 이송된 후, 이를 재차 응축시켜 증발통으로 이송하도록 상기 본체와 연통 가능하게 구획형성된 응축실을 구비하고,

상기 제1 및 제2 유동챔버의 소챔버들은 측단면 상에서 바라볼 때, 상기 부하로부터의 온수가 제공될 때, 상기 제1 및 제2 유동챔버의 소챔버 사이를 상기 전열관을 통해 지그재그 방향으로 연속 횡단하도록 세로방향의 구획판을 사이에 두고 다수의 격판에 의해 엇갈리게 연통 구성된 것을 특징으로 하는 수냉매를 이용한 흡수식 냉온수기를 제공한다.

도 1은 종래 흡수식 냉방기의 개략적인 구성를 설명하기 위한 냉매 계통도이고,

도 2는 본 발명의 수냉매를 이용한 흡수식 냉온수기의 구조를 설명하기 위한 전체 사시도이며,

도 3은 본 발명의 흡수식 냉온수기를 도 1에 상응하게 도시한 냉매계통도,

도 4는 도 2에 도시된 증발탱크의 내부구조를 도시한 분해 사시도이며,

도 5a 및 도 5b는 도 1 및 도 4에 도시된 증발탱크의 종단면도 및 횡단면도이고,

도 6은 본 발명에 채용된 2단 응축기를 도시한 개략 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 증발탱크 110 : 본체

120 : 증발통 130 : 제1 유동챔버

140 : 제2 유동챔버 150 : 전열관

160 : 엘리미네이터 170 : 응축실

200 : 응축기 300 : 추기탱크

S : 받침반 S1 : 캐리어

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 흡수식 냉온수기의 전체적인 사시도이고,

부호 (100)은 냉매를 물(H2O)로 사용하는 냉난방 장치에 사용하기 위한 냉온수를 공급하기 위한 장치로서, 냉매인 물을 순수 처리하여 고 진공 상태에서 냉매를 저온 증발시키기 위한 증발탱크이다.

또, 상기 증발탱크(100)에는 증발된 냉매 증기를 냉매펌프(PR)를 이용하여 냉매증기를 응축하는 응축기(200)가 라인연결되어 있다.

또한, 상기 증발탱크(100)에는, 내통에 의해 공간부와 저실로 구획되고, 상기 증발탱크(100)에서 발생한 저압의 수증기와 불응축가스가 유입되어 수증기는 흡수용액에 흡수시키고 불응축가스는 저실 상부에 포집하기 위한 추기탱크(300)가 라인연결되어 있다.

또, 상기 추기탱크(300)에는, 상기 포집된 불응축가스를 증발탱크 및 추기탱크(300) 외로 배출하도록 부압을 생성하기 위한 진공펌프(310)가 라인연결되어 있다.

또한, 상기 증발탱크(100)에는 상기 증발탱크(100)의 잠열증발을 이용하여 냉각된 냉수를 제공받는 저장조(20), 재배장 또는 축사 등과 같은 부하가 라인연결되어 있다.

여기서, 상기 증발탱크(100)는, 사방밀폐되도록 구획형성된 본체(110)와, 상기 본체(110)의 하부에 구획형성되고, 증발열원으로서의 가열히터(H)가 배치된 증발통(120)과, 상기 증발통(120)을 횡단하여 상기 본체(110)의 길이방향 양단부면측에 격자형으로 구획형성된 다수의 소챔버(131, ..., 141, ...)를 각각 가지는 제1 및 제2 유동챔버(130, 140)에 연통가능하게 고정된 전열관(150)과, 상기 증발통(120)에서 증발되는 냉매 증기를 유동저항을 적게하여 상기 응축기(200)로 이송하도록 상기 본체(110)의 상부에 배치된 엘리미네이터(160)와, 상기 엘리미네이터(160)에서 냉매펌프(PR)에 의해 상기 응축기(200)로 이송된 후, 이를 재차 응축시켜 증발통(120)으로 이송하도록 상기 본체(110)와 연통 가능하게 구획형성된 응축실(170)로 이루어져 있다.

또, 상기 제1 및 제2 유동챔버(130, 140)의 소챔버(131, ..., 141, ...)들은, 그의 측면 상에서 바라볼 때, 상기 부하로부터의 물이 급송될 때, 상기 제1 및 제2 유동챔버(130, 140)의 소챔버(131, 141) 사이를 상기 전열관을 통해 지그재그 방향으로 연속 횡단하도록 세로방향의 구획판(133, 143)을 사이에 두고 다수의 격판(135, ... , 145, ...)에 의해 엇갈리게 연통 구성되어 있다.

또한, 상기 응축실(170)에는, 상기 응축기(200)로부터의 응축수를 자유낙하시키되, 간헐적으로 다수회 그의 유동이 다수회 규제된 후, 상기 응축실(170)의 하부로 유동시키기 위해, 평면상에서 볼 때, 중첩되도록 상호 마주하는 양측 내면에 순차적으로 경사판(171)이 외팔지지되어 있다.

또, 상기 응축기(200)는, 상기 엘리미네이터(160)를 통해 도입되는 냉매증기를 응축 후, 배관을 통해 재차 상기 응축실(170)로 진입시키기 위한 제1 응축기(200)와, 상기 증발탱크(100)를 통해 직접적으로 도입되는 냉매증기를 응축 후, 배관을 통해 상기 추기탱크(300)로 진입시키기 위한 제2 응축기(200)를 포함하고, 상기 제2 응축기(200)를 통해 상기 추기탱크(300)로 진입시키기 위한 배관은, 상기 냉매펌프(PR)의 유입단에 연결된 배관에 양방향 오림피스 및 진공밸브(180)를 통해 분기 연결되어 있다.

한편, 미설명부호 (20)는 물을 저장하기 위한 저장조로서, 본문에서는 냉방 작용을 가하기 위한 부하의 일환으로 채용되었으며, 부호 (C)는 흡수식 냉온수기의 작동을 제어하기 위한 콘트롤러이고, 또 부호 (B)는 저장조(20) 내의 물을 가열 순환시키도록 저장조(20)와 라인연결된 보일러이며, 부호 (PW)는 저장조(20)와 상기 전열관(150) 사이에서 순환수를 순환시키기 위한 순환펌프이고, 부호 (M)은 액체기둥의 높이차에 의하여 압력 또는 압력차를 측정하기 위해 U자형의 관을 세우고 그 관을 상승하는 액의 높이로 추기탱크와의 라인연결된 마노미터이며, 상기한 라인연결은 배관(L)에 의한 연통 연결을 의미한다.

다음에, 본원 발명에 따른 흡수식 냉온수기의 작동을 설명한다.

먼저, 상기 증발탱크(100)의 내부는, 상기 보조탱크(311) 및 진공펌프(310)를 이용하여 6.5mmHg의 고진공 상태로 마련된다.

이어서, 상기 냉매인 순수는 상기 증발탱크(100)의 증발통(120)으로부터 저온 증발하여 전열관 사이를 거쳐 상기 엘리미네이터측으로 상향 이동된다.

또, 상기 증발탱크(100) 내부에서 5℃의 저온에서 냉매인 물의 증발 작용이 발생하고, 증발 시에 발생하는 증발 잠열에 의해 상기 전열관 및 상기 증발탱크(100) 양측면의 소챔버를 통해 순환하는 저장소 내의 물이, 상기 전열관과의 열교환 작용으로 냉각되게 된다.

이로써, 상기 증발탱크(100)에서 냉매인 물을 저온 증발시켜 증발잠열을 이용하여 냉방부하와 열 교환 작용으로 냉방을 실행하게 된다.

한편, 본 발명에 따른 흡수식 냉온수기는 냉매를 물(H2O)로 이용하고, 냉매인 물을 고 진공상태에서 저온 증발, 냉각 응축 과정의 순환을 통해 냉방을 실행한다. 흡수식 냉수기의 경우는 냉방에 이용하는 물을 저온 증발, 냉각 응축 과정을 순환시켜 냉매인 물의 물과 증기의 상 변화에서 발생하는 증발잠열을 이용하여 냉방을 실행하는 냉매 순환형 시스템으로 구성되어 있어 냉매의 필요 온도 조건을 충족시키기 위하여 응축기(200)에 별도의 추가적인 냉각장치를 필요로 하지 않으면서 냉매를 순환시키는 것이다.

여기에서, 냉매는 6.5mmHg의 고 진공 상태에서 5℃의 저온에서 증발 작용이 발생된다. 냉매가 저온 증발하면서 발생하는 증발 잠열과 증발탱크(100)의 전열관 내를 순환하는 부하(여기서는, 저장조(20)에 해당)측으로부터 유입된 물과 열 교환 작용으로 냉각된 물이, 재차 증발탱크(100)의 최하단 전열관(150)측의 소챔버를 통해 배출되면서 부하측의 냉방이 실행되는 것이다.

더욱이, 상기 증발통(120)의 가열히터(H)를 작동시키면, 5℃ 이상의 상온에서도 증발 작용을 도모할 수 있다.

또한, 추기탱크(300)에서는 증발탱크(100)에서 발생한 저압의 수증기와 불응축가스는 배관 및 감압밸브를 거쳐 추기탱크(300)의 공간부로 들어가고, 이 추기탱크(300) 공간부로 들어간 수증기와 불응축가스 중 수증기는 흡수용액에 흡수되고 불응축가스는 흡수용액중에 기포상태로 존재하다가 수면위로 떠오르면서 저실 상부에 모이게 되고, 이 저실 상부에 모인 불응축가스는 배관을 통해 진공전자밸브 및 진공펌프(310)를 거쳐 기외로 배출됨으로써, 불응축가스를 제거하게 된다.

한편, 버섯, 과일 또는 야채 재배장 등과 같은 부하의 주변 온도가 저온인 환경 하에서는, 저장조(20, 부하는 저장조를 통해 냉온수를 제공받도록 구성되어도 좋다)와 라인연결된 보일러(B)가 작동하여, 저장조(20) 내의 물을 가열 순환시켜, 설정 온도를 유지시키기 위한 온수를 제공하게 된다.

한편, 본 발명에 의한 흡수식 냉온수기는 받침반(S)과 그 하측에 고정된 캐스터(S1)에 의해 이동 가능하므로, 어느 장소에서건 냉온수를 이용한 냉방 및 온방을 위한 부하에 적절히 활용될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 증발탱크, 응축기로 이루어지는 흡수식 냉온수기의 조립 상 단순구조화 및 분리형 제작을 용이화 할 수 있게 되어 그 결과 코스트를 저렴하게 하면서도, 추기탱크(300)의 설치에 따른 불응축가스 제거를 통해 부하에 대한 냉각 효율을 증대시킬 수 있다는 매우 뛰어난 효과가 있는 것이다.

여기에서, 본 발명의 일 실시예와 관련하여 본 발명을 도시하고 설명하였지만, 본 기술 분야에 숙련된 자들에 의해 특허청구범위의 정신 및 영역을 벗어남이 없이 다양한 수정이 이뤄질 수 있다.

Claims (3)

1. 냉매인 물을 저온 증발시켜 증발잠열을 이용하여 냉방부하와 열 교환 작용으로 냉방을 실행하기 위한 증발탱크와,

   증발된 냉매 증기를 냉매펌프를 이용하여 냉매증기를 응축하는 응축기와,

   내통에 의해 공간부와 저실로 구획되고, 상기 증발기에서 발생한 저압의 수증기와 불응축가스가 유입되어 수증기는 흡수용액에 흡수시키고 불응축가스는 저실 상부에 포집하기 위한 추기탱크와,

   상기 포집된 불응축가스를 증발기 및 추기탱크 외로 배출하도록 부압을 생성하기 위한 진공펌프와,

   상기 증발탱크의 잠열증발을 이용하여 냉각된 냉수를 제공받는 부하를 포함하는 수냉매를 이용한 흡수식 냉온수기에 있어서,

   상기 증발탱크는,

   사방밀폐되도록 구획형성된 본체와,

   상기 본체의 하부에 구획형성되고, 증발열원으로서의 가열히터가 배치된 증발통과,

   상기 증발통을 횡단하여 상기 본체의 길이방향 양단부면측에 격자형으로 구획형성된 다수의 소챔버를 각각 가지는 제1 및 제2 유동챔버에 연통가능하게 고정된 전열관과,

   상기 증발통에서 증발되는 냉매 증기를 유동저항을 적게하여 상기 응축기로이송하도록 상기 본체의 상부에 배치된 엘리미네이터와,

   상기 엘리미네이터에서 압축펌프에 의해 상기 응축기로 이송된 후, 이를 재차 응축시켜 증발통으로 이송하도록 상기 본체와 연통 가능하게 구획형성된 응축실을 구비하고,

   상기 제1 및 제2 유동챔버의 소챔버들은 측단면 상에서 바라볼 때, 상기 부하로부터의 온수가 제공될 때, 상기 제1 및 제2 유동챔버의 소챔버 사이를 상기 전열관을 통해 지그재그 방향으로 연속 횡단하도록 세로방향의 구획판을 사이에 두고 다수의 격판에 의해 엇갈리게 연통 구성된 것을 특징으로 하는 수냉매를 이용한 흡수식 냉온수기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 응축실에는, 상기 응축기로부터의 응축수를 자유낙하시키되, 간헐적으로 다수회 그의 유동이 다수회 규제된 후, 상기 응축실의 하부로 유동시키기 위해, 평면상에서 볼 때, 중첩되도록 상호 마주하는 양측 내면에 순차적으로 경사판이 외팔지지된 것을 특징으로 하는 수냉매를 이용한 흡수식 냉온수기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 응축기는,

   상기 엘리미네이터를 통해 도입되는 냉매증기를 응축 후, 배관을 통해 재차 상기 응축실로 진입시키기 위한 제1 응축기와,

   상기 증발기를 통해 직접적으로 도입되는 냉매증기를 응축 후, 배관을 통해 상기 추기탱크로 진입시키기 위한 제2 응축기를 포함하고,

   상기 제2 응축기를 통해 상기 추기탱크로 진입시키기 위한 배관은, 상기 냉매펌프의 유입단에 연결된 배관에 양방향 오림피스 및 진공밸브를 통해 분기 연결된 것을 특징으로 하는 수냉매를 이용한 흡수식 냉온수기.