KR200300289Y1 - 이중 효용형 흡수식 냉동기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 이중 효용형 흡수식 냉동기에 관한 것이며, 상세하게는 리튬 브로마이드 수용액을 흡수액으로, 물을 냉매로 사용하는 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기의 폐열 회수구조에 관한 것으로서, 구조를 단순화하고, 1개의 폐열 열교환기에서 흡수액 및 가열된 온수를 재가열하며, 온수의 생성온도를 높게 할 수 있도록 한 것이다.

본 고안은 고온 재생기(1), 기액분리기(2), 저온 재생기(3), 응축기(4), 증발기(5), 흡수기(6) 및 고·저온 열교환기(7)(8)를 구비한 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기에 있어서, 상기 고온 재생기(1)의 연도(30)에 폐열회수 열교환기(31)를 설치하여 고온 열교환기(1)와 저온 재생기(3)를 연결하는 도관(18)을 경유하도록 연결하고, 상기 폐열회수 열교환기(31)의 입구에는 증발기(5)의 내부에 설치한 냉·온수겸용 열교환관(5')의 출구를 연결관(34)으로 상기 도관(18)과 병열로 연결하여서 된 것이다.

Description

이중 효용형 흡수식 냉동기 {DOUBLE EFFECT MODEL ABSORBTION TYPE REFRIGERATOR}

본 고안은 이중 효용형 흡수식 냉동기에 관한 것이며, 상세하게는 리튬 브로마이드 수용액을 흡수액으로, 물을 냉매로 사용하는 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기의 폐열회수구조에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기는 30 ~ 100 미냉동톤 용량의 것을 패키지화 한 것으로서, 설치면적의 축소, 현장공사의 대폭감소에 의한공기단축, 공장생산에 의한 제품의 균질화, 옥상 설치가능, 기계실이 필요하지 않음으로 자동운전이 가능한 점등의 장점이 있음으로 그 수요가 확대 추세에 있다.

도 3은 종래의 전형적인 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기의 계통도로서, 1은 고온 재생기, 2는 기액분리기, 3은 저온 재생기, 4는 응축기, 5는 증발기, 6은 흡수기, 7은 고온 열교환기, 8은 저온 열교환기이고, 상기 저온 재생기(3), 응축기(4), 증발기(5) 및 흡수기(6)는 동일한 쉘 내에 일체화 한 것이다.

상기한 고온 재생기(1)는 가스버너 등의 가열원에 의하여 그 내부에 수용된 흡수액과 냉매를 가열하여 양액관(9)을 통하여 기액분리기(2)에 기포 펌프작용으로 토출하는 것이다.

상기한 저온 재생기(3)는 내부에 전열관(10)을 설치하여 그 입구는 기액분리기(2)에 연결한 냉매증기 도관(11)에, 출구는 응축기(4)에 연결하여서 상기 전열관(10)에 기액분리기(2)에서 분리된 냉매증기를 열원으로 공급하여 저온 재생기(3) 내의 중간농도의 흡수액에서 냉매증기를 증발시키면서 냉각되어 냉매액으로 된 후 상기 냉매증기와 함께 응축기(4)에 유입되는 것이다.

상기한 응축기(4)는 내부에 냉각수관(12)을 설치하여 도시하지 않은 냉각탑에서 냉각수를 공급함으로써 저온 재생기(3)에서 증발되는 냉매증기를 응축시켜 냉매액을 생성하는 것이다.

상기한 증발기(5)는 내부에 냉·온수겸용 열교환관(5')을 설치하고 상부에 응축기(4)에 연결된 냉매액 살포관(13)을 설치하여 응축기(4)에서 생성된 냉매액을 수두차에 의하여, 냉·온수겸용 열교환관(5')에 살포하는 동작을 반복함으로써 증발기(5) 내의 압력에 상당하는 온도에서 냉매액이 증발될 때 발생되는 기화열에 의하여 냉·온수겸용 열교환관(5')에 공급되는 냉수를 냉각하여 냉방 등의 용도로 사용한다.

상기한 흡수기(6)는 내부에 냉각수관(12')과 상부에 흡수액 살포관(14)을 설치함과 동시에 증발기(5)와 연통시키고, 증발기(5)와의 사이에 분리판(15)을 설치하여서 상기 증발기(5)에서 증발된 냉매증기는 분리판(15)에서 냉매액이 분리된 후 냉매증기만 흡수기(6)에 유입되어 흡수액 살포관(14)에서 살포되는 진한농도의 흡수액에 흡수되며, 이때 상기 진한농도의 흡수액은 냉매증기의 잠열에 의하여 온도가 상승됨으로 냉각수관(12')으로 공급되는 냉각수에 의하여 냉각시키는 것이다.

상기한 저온 열교환기(8)는 증발기(5)의 저부와 흡수액 펌프(19') 부설 도관(19)으로 연결하여 증발기(5)에서 튜브(8')로 이송되는 저온(40℃)의 묽은농도의 흡수액을 저온 재생기(3)에서 90℃로 가열하여 도관(20)을 통하여서 이송되는 진한농도의 흡수액과 열교환시켜 1차 가열한 후 도관(21)을 경유하여 고온 열교환기(7)의 튜브(7')에 유입시키고, 상기 저온 재생기(3)에서 저온 열교환기(8)의 쉘에 공급되는 진한농도의 흡수액은 도관(22)을 경유하여 흡수액 살포관(14)에 공급하는 사이클을 반복하는 것이다.

상기한 고온 열교환기(7)는 고온 재생기(1) 및 기액분리기(2)와 흡수액 복귀관(16) 및 흡수액 공급관(17)으로 연결하여 상술한 저온 열교환기(8)에서 튜브(7')로 공급되는 묽은농도의 흡수액을 고온 재생기(1)에서 150℃로 가열된 후 기액분리기(2)에서 냉매증기와 분리되어 흡수액 공급관(17)을 통하여 공급되는 중간농도의 흡수액과 열교환하여 가열시켜 2차 가열한 후 고온 재생기(1)에 복귀되도록 하고, 기액분리기(2)에서 상기 고온 열교환기(7)의 쉘에 공급된 중간농도의 흡수액은 도관(18)을 경유하여 저온 재생기(3)에 공급하는 것이다.

또한 상기 흡수액 공급관(17)과 증발기(5) 및 흡수기(6) 사이에 설치한 분리판(15)의 하부에는 흡수액 및 냉매증기 도관(23)을 설치하고, 상기 도관(23)에 절환밸브(24)를 설치하여서 냉수 생성시는 폐쇄하고, 온수 생성시에는 개방하는 것이다.

상기한 온수 생성운전시에는 저온 재생기(3), 응축기(4) 및 흡수기(6)의 기능 및 냉각수관(12)(12')에 냉각수의 공급을 중단하고, 기액분리기(2)에 토출된 중간농도의 흡수액 및 냉매증기를 혼합한 상태로 증발기(5) 및 흡수기(6)의 하부에 공급하여 상기 냉매증기에 의하여 냉·온수겸용 열교환관(5')에 공급되는 냉수를 가열함으로써 온수를 생성하고, 냉·온수겸용 열교환관(5')을 흐르는 냉수와 열교환하여 응축된 냉매액은 흡수액과 함께 증발기(5)의 저부에 모인 후 흡수액 펌프(19')의 구동에 의하여 저온 및 고온 열교환기(8)(7)의 튜브(8')(7')와 흡수액 복귀관(16)을 경유하여서 고온 재생기(1)에 복귀하여 재가열되어서 상기한 사이클을 반복하는 것이다.

미설명부호 25는 용액트랩이고, 26은 냉수공급 펌프이다.

한편 상기한 이중효용형 직렬 흡수식 냉동기는 냉수 생성운전시에 기액분리기(2)에서 분리된 중간농도의 흡수액을 고온 열교환기(7)를 경유하여 저온 재생기(3)에 유입시키고, 상기 중간농도의 흡수액을 기액분리기(2)에서 분리된 냉매증기로서 전열관(10)에서 가열하여 냉매증기를 증발시키므로서 열효율(C.O.P)을 증대시키고 있으나, 냉수 생성운전시의 열효율(C.O.P)은 냉매의 증발량 등과 비례하므로 기존의 저온 재생기(3)만으로서는 열효율의 증대에 한계가 있고, 온수 생성운전시에는 온수의 생성온도가 80℃ 미만을 유지하므로서 이의 개선의 여지가 많은 것이다.

또한 고온 재생기(1)에서 냉매의 증발을 위하여서는 듀링선도에서 확인되는 바와 같이 그 가열온도는 150℃ 이상을 유지하여야 하기 때문에 기름, 가스등을 연료로 사용하는 직화식 가열방법을 사용할 경우에는 그 배기가스의 온도가 높아서 냉동기의 운전에 필요한 에너지가 많이 소요되고 경제적이지 못할 뿐아니라 유해가스의 배출량이 많아져서 공해의 발생요인이 되는 문제점이 있는 것이다.

본 고안자는 상기한 문제점을 시정하기 위하여, 고온 재생기, 저온 재생기, 응축기, 증발기, 흡수기 및 고·저온 열교환기를 구비한 이중효용형 흡수식 냉동기에 있어서, 상기 고온 재생기의 연도에 흡수액 열교환기와 난방 공급수 열교환기를 각각 설치하여 상기 흡수액 열교환기에 저온 열교환기에서 가열된 흡수액 중 일부를 저온 재생기에 이송하는 도관을, 난방공급수 열교환기의 출구는 난방용 열교환기의 온수 가열관 입구에 연결하고, 상기 흡수액 열교환기와 난방공급수 열교환기 사이에 격벽을 설치하여 제 1 및 제 2 연도를 구분하며, 상기 격벽의 하단에 댐퍼를 설치하여 댐퍼에 의하여 제 1 및 제 2 연도를 선택적으로 폐쇄함으로써 상기 흡수액 열교환기와 난방공급수 열교환기를 선택적으로 가열할 수 있도록 한 흡수식 냉·난방기를 제안한 바 있다(실용신안등록 제 154287 호 공보 참조).

그러나 상기한 이중 효용형 흡수식 냉·난방기의 폐열회수 구조는 연도에 흡수액 열교환기와 난방공급수 열교환기를 각각 별도로 설치하고, 상기 열교환기 사이에 격벽을 설치하여 제 1 및 제 2 연도를 구분함과 동시에 격벽의 하단에 댐퍼를 설치하며, 또한 연도의 열교환기 설치부위를 다른 연도부위 보다 그 단면적을 크게 형성하여야 함으로써 구조가 복잡하고 생산 및 시공비용이 많이 소요되는 것이다.

그리고 난방공급수 열교환기는 폐열에 의하여 난방용 열교환기의 온수 가열관에 공급되는 급수를 예열하여 급수온도를 상승시킨 후 난방용 열교환기에서 일정온도의 냉매증기와의 열교환에 의하여 온수를 가열하는 것임으로 결과적으로 온수 가열관의 입구 온도와 냉매증기의 온도차가 작게 되기 때문에 온수의 온도 상승이 만족스럽지 못하게 되는 것이다.

본 고안은 상기한 문제점을 시정하여, 구조를 단순화하고, 1개의 폐열 열교환기에서 흡수액 및 가열된 온수를 재가열하며, 온수의 생성온도를 높게 할 수 있도록 한 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은 고온 재생기, 기액분리기, 저온 재생기, 응축기, 증발기, 흡수기 및 고·저온 열교환기를 구비한 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기에 있어서, 상기 고온 재생기의 연도에 폐열회수 열교환기를 설치하여 고온 열교환기와 저온 재생기를 연결하는 도관을 경유하도록 연결하고, 상기 폐열회수 열교환기의 입구에는 증발기의 내부에 설치한 냉·온수 열교환관의 출구를 연결관으로 상기 도관과 병열로 연결하여서 된 것이다.

도 1은 본 고안의 실시예의 계통도.

도 2는 본 고안의 실시예의 요부 확대도

도 3은 종래의 전형적인 이중 효용형 흡수식 냉동기의 계통도.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

1 : 고온 재생기 3 : 저온 재생기 5 : 증발기

5' : 냉·온수겸용 열교환관 7 : 고온 열교환기 18 : 도관

30 : 연도 31 : 폐열회수 열교환기 34 : 연결관

도 1은 본 고안의 실시예의 계통도이고, 도 2는 본 고안의 실시예의 요부 확대 단면도로서, 도 1 및 도 2에서 종래의 것과 동일한 구성요소는 동일한 부호를 부여하여 개략적인 설명만 하고 구체적인 설명은 생략한다.

도 1에서, 1은 고온 재생기이고, 2는 상기 고온 재생기(1)에 양액관(9)으로 연결한 기액분리기이며, 3은 상기 기액분리기(2)에 연결한 냉매증기 도관(11)을 연결함과 동시에 그 냉매증기 도관(11)에 연결된 전열관(10)을 설치한 저온 재생기이며, 4는 응축기이다.

5는 증발기로서, 상기 증발기(5)는 내부에 냉·온수겸용 열교환관(5')을 설치하고 상부에 상기 응축기(4)에 연결된 냉매액 살포관(13)을 설치한 것이다.

6은 흡수기로서, 상기 흡수기(6)는 내부에 냉각수관(12')과 상부에 흡수액 살포관(14)을 설치하며, 상기 냉각수관(12')은 그 출구를 응축기(4)에 설치한 냉각수관(12)에 연결한 것이다.

7은 고온 열교환기로서, 상기 고온 열교환기(7)는 고온 재생기(1) 및 기액분리기(2)와 흡수액 복귀관(16) 및 흡수액 공급관(17)으로 연결하여 후술하는 저온 열교환기(8)에서 그 튜브(7')로 공급되는 묽은농도의 흡수액을 기액분리기(2)에 연결된 흡수액 공급관(17)으로 공급되는 중간농도의 흡수액과 2차 열교환하여 가열한 후 고온 재생기(1)에 복귀되도록 하고, 묽은농도의 흡수액을 가열한 중간농도의 흡수액은 도관(18)을 경유하여 저온 재생기(3)에 공급하는 것이다.

8은 저온 열교환기로서, 상기 저온 열교환기(8)는 증발기(5)의 저부와 흡수액 펌프(19') 부설 도관(19)으로 연결함과 동시에 고온 열교환기(7)와 도관(21)으로 연결하고, 저온 재생기(3)와 도관(20)으로 연결하여 튜브(8')로 증발기(5)의 저부에 모인 묽은농도의 흡수액을 경유시켜 저온 재생기(3)에서 공급되는 진한농도의 흡수액과 1차 열교환 가열시켜 고온 열교환기(7)에 공급하며, 상기 묽은농도의 흡수액을 가열한 진한농도의 흡수액은 도관(22)을 경유하여 흡수기(6)의 상부에 설치한 흡수액 살포관(14)에 공급하는 것이다.

그리고 흡수액 공급관(17)과 증발기(5) 및 흡수기(6) 사이에 설치한 분리판(15)의 하부에 흡수액 및 냉매증기 도관(23)을 설치하고, 상기 도관(23)에 절환밸브(24)를 설치하여 냉수 생성시 폐쇄하고 온수 생성시 개방하는 것이다.

상기한 온수를 생성할 때에는 기액분리기(2)에서 도관(23)으로 흡수액과 냉매증기를 혼합한 상태로 증발기(5) 및 흡수기(6)의 하부에 공급하여 상기 냉매증기에 의하여 냉·온수겸용 열교환관(5')에 공급되는 냉수를 가열하여서 온수를 생성하는 것이다.

30은 고온 재생기(1)의 연도이고, 31은 상기 연도(30)에 설치한 폐열회수 열교환기로서, 상기 폐열회수 열교환기(31)는 원추형으로 된 제 1 및 제 2 열교환기(32)(33)를 상하 연통되게 연결하여 제 1 열교환기(32)의 하부를 입구로, 제 2 열교환기(33)의 상부를 출구로 형성한 것이다.

상기한 폐열회수 열교환기(31)의 입구는 고온 열교환기(7)에서 저온 재생기(3)에 중간농도의 흡수액을 이송하는 도관(18)의 분기도관(181)에 연결함과 동시에 폐열회수 열교환기(31)의 출구는 분기도관(182)에 연결하여 고온열교환기(7)에서 저온 재생기(3)에 중간농도의 흡수액이 이송될 때 폐열회수 열교환기(31)를 경유하도록 한 것이다.

또한 상기 폐열회수 열교환기(31)의 입구에는 증발기(5)의 내부에 설치한 냉·온수겸용 열교환관(5')의 출구를 연결관(34)으로 상기 도관(181)과 병열로 설치하여서 된 것이다.

미설명부호 35, 35', 36, 36', 37은 밸브이고, 38은 온수 출탕관이다.

이상과 같은 본 고안은 증발기(5)의 내부에 설치한 냉·온수겸용 열교환관(5')에서 냉수를 생성할 때에는 밸브(35)(36)(37)를 개방하고, 고온 열교환기(7)에서 저온 재생기(3)에 중간농도의 흡수액을 공급할 때 상기 중간농도의 흡수액을 도관(181)을 통하여 폐열회수 열교환기(31)에 공급하여 연도(30)로 배출되는 폐열에 의하여 중간농도의 흡수액을 가열한 후 도관(182)을 통하여 저온 재생기(3)에 유입시킴으로써 저온 재생기(3)의 전열관(10)에서 기액분리기(2)에서 공급되는 냉매증기에 의하여 냉매액을 증발시킬 때 증발효율이 증대되는 것이다.

한편 증발기(5)의 내부에 설치한 냉·온수겸용 열교환관(5')에서 온수를 생성할 때에는 밸브(35')(36')를 개방하고, 냉·온수겸용 열교환관(5')에서 가열된 온수를 연결관(34)을 통하여 폐열회수 열교환기(31)에 공급하여 연도(30)로 배출되는 폐열에 의하여 더욱더 높은 온도로 재가열한 후 온수 출탕관(38)을 통하여 필요한 장소에 공급하는 것이다

상기와 같이 냉수 생성운전 또는 온수 생성운전시에 연도로 배출되는 폐열에 의하여 냉매액의 증발효율을 증대시키고 가열된 온수를 재가열하여 그 온도를 더욱더 높일 수 있음으로 에너지 소비량을 절감할 수 있는 것이다.

그리고 폐열회수 열교환기(31)는 원추형으로 형성하여 상하 이중으로 연결함으로써 전열면적을 획기적으로 증대하면서 연돌의 통풍력 저하를 억제함으로써 고온 재생기(1)에서의 연료의 연소에 지장이 없게 되고, 구조가 단순화되는 것이다.

또한 연도(30)에 설치한 폐열회수 열교환기(31)에서 중간농도의 흡수액을 가열하거나 온수의 생성온도를 더욱더 높이면 고온 재생기(1)의 가열온도를 종래의 것보다 낮게 유지하고 효율은 동일하게 유지하면서 냉매의 증발온도를 저하시킬 수 있음으로 흡수액의 농도가 진하게 되는 것을 방지할 수 있게 되어서 흡수액의 결정을 사전에 방지할 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 고안은 고온 재생기의 연도에 1개의 폐열회수 열교환기를 설치하여 고온 열교환기에서 저온 재생기에 공급하는 흡수액과 냉·온수 열교환관에서 가열된 온수를 더욱더 높은 온도로 선택적으로 가열할 수 있음으로 저온 재생기에서 냉매액의 증발효율을 증대하고 온수의 생성온도를 더욱더 높일 수 있으며, 에너지를 절감하고 구조가 단순화되어 생산원가 및 시공비용을 절감할 수 있는 것이다.

또한 폐열회수 열교환기는 원추형으로 상하 이중으로 형성함으로써 전열면적을 획기적으로 증대하여 흡수액의 증발과 온수의 생성온도를 더욱더 높일 수 있고, 연돌의 통풍력 저하를 억제함으로써 고온 재생기에서 연료의 연소가 양호하여 유해가스 발생이 저감되는 것이다.

Claims (2)

1. 고온 재생기, 기액분리기, 저온 재생기, 응축기, 증발기, 흡수기 및 고·저온 열교환기를 구비한 이중 효용형 직렬 흡수식 냉동기에 있어서, 상기 고온 재생기의 연도에 폐열회수 열교환기를 설치하여 고온 열교환기와 저온 재생기를 연결하는 도관을 경유하도록 연결하고, 상기 폐열회수 열교환기의 입구에는 증발기의 내부에 설치한 냉·온수겸용 열교환관의 출구를 연결관으로 상기 도관과 병열로 연결하여서 된 이중 효용형 흡수식 냉동기.
2. 제 1 항에 있어서, 폐열회수 열교환기는 원추형으로 형성하여 상하이중으로 연결한 이중 효용형 흡수식 냉동기.