KR20040084489A - 2단 흡수식 냉동기용 차압분리장치 - Google Patents

Abstract

본 2단 흡수식 냉동기용 차압분리장치는 압력차를 가진 상부 증발기와 하부 증발기 사이에 개재되는 차압분리장치에 있어서, 냉매를 하부 증발기로 유도하기 위해 상부 증발기의 저면으로부터 하부 증발기로 연장설치된 연통부와, 상부 증발기로부터 공급된 냉매가 상기 연통로를 채운 후 일정 수두를 형성하도록 상기 연통로의 일부가 내부에 수용되며, 상기 수두를 초과하는 용매를 오버플로우시키는 수위조절부를 구비한다.

Description

2단 흡수식 냉동기용 차압분리장치{apparatus for separating differential pressure in two stage abosrption chiller}

본 발명은 2단 흡수식 냉동기용 차압분리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상하 2단으로 구성된 증발기 및 흡수기 사이에 개재되어 항상 균일한 수두를 형성하여 상/하 증발기 및 흡수기의 압력차를 유지시킬 수 있는 2단 흡수식 냉동기용 차압분리장치이다.

흡수식 냉동기란 냉매가 증발할 때의 기화열을 이용하여 배관을 흐르는 물을 냉각시키고, 증발된 냉매를 응축시켜 재사용하는 냉동기이다. 일반적으로 상기 냉매로는 물이 사용되며, 증발된 냉매를 회수하기 위한 흡수액으로는 취화리듐이 이용된다.

종래의 흡수식 냉동기는 증발기, 흡수기, 교환기, 재생기 및 응축기를 구비한다. 전체의 동작을 살펴보면, 증발기 내에서 냉매는 배관 파이프 상에 살포되고, 파이프 내부를 흐르는 물로부터 기화열을 빼앗아 증발한다. 냉매는 증발해서 증기가 되고, 흡수기에서는 상기 증발기에서 발생한 증기를 흡수액으로 흡수하게 된다. 이때, 증기를 흡수한 흡수액은 농도가 희박해져서 흡수능력이 저하되기 때문에, 재생기는 흡수액의 증기 흡수 능력을 회복시키기 위해 저농도의 흡수액을 가열하여 증기를 밀어내고 흡수액을 농축시킨다. 상기와 같이 농축된 흡수액은 흡수기와 열교환기 및 재생기 사이를 순환한다. 응축기는 흡수액에서 분리된 증기를 액화시켜 냉매로 응축하고, 응축된 냉매는 증발기로 유입된다.

상기 증발기 및 흡수기에서 있어서, 보다 많은 양의 냉매증기가 증발되고 흡수될 수 있도록, 증발기 및 흡수기를 2단으로 형성한 것이 2단 흡수식 냉동기이다.2단 흡수식 냉동기는 상부 증발기에서 기화되지 않았던 냉매를 하부로 공급하여 재증발시키는 하부 증발기를 구비한다. 하부 증발기는 내부 압력을 상부 증발기보다 높여줌으로서 상대적 기화 조건을 마련한다. 상기 구성은 흡수기에도 동일하게 적용된다.

도 1은 종래의 2단 흡수식 냉동기에 있어서 차압분리판(1)을 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1의 차압분리판(1) 중 냉매 분리판(2)을 나타낸 도면이다. 용액 분리판(5)은 냉매 분리판(1)과 동일한 구조를 가지고 있으므로 별도로 설명하지 않는다. 도 1및 도 2를 참조하면, 상기 냉매 분리판(2)은 상하 이단으로 구성된 증발기 사이에 형성되어 냉매를 재분배하고, 상부 증발기(6)와 하부 증발기(7)의 압력차를 유지시킨다. 이를 위해, 상기 냉매 분리판(2)은 냉매를 저장하기 위해 凹형태의 트레이(3)를 구비하며, 냉매를 재분배하기 위해 트레이(3)의 저면에 복수개의 냉매적하공(4)을 구비한다. 상/하 증발기의 차압을 유지하기 위해 일정량의 냉매는 트레이(3)에 항상 저장되며, 그 일부가 냉매적하공(4)을 따라 하부 증발기(7)로 유입된다. 하부 증발기(7)로 유입된 냉매는 배관(8)을 흐르는 물로부터 기화열을 빼앗아 냉매증기로 변하게 된다.

하지만, 상기 구조에 있어서 상/하부 증발기를 순환하는 냉매의 양이 적을 경우엔 상/하부 증발기의 차압을 유지시키는 냉매의 수두(H) 형성이 어렵게 되어 냉매증기 발생량이 감소된다. 또한, 냉매증기의 감소는 상/하 흡수기의 차압을 유지시키는 용액 분리판(5)의 희용액 양을 감소시키게 된다. 결과적으로, 용액 분리판(5)의 희용액이 수두를 형성하지 못하게 되면 전체적으로 순환되는 냉매량 즉,상기 냉매적하공(4)에서 유출되는 냉매의 양이 불균일해지기 때문에, 하부 증발기(7)에서는 상기 상부 증발기(6)와 같이 냉매증기를 균일하게 형성하지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 상/하부 증발기의 차압을 유지할 수 있도록 상부 증발기와 하부 증발기 사이에 오버플로우될때에만 냉매가 흐르도록 하는 수위조절수단을 설치하여 항상 일정한 수두를 형성시킬 수 있는 2단 흡수식 냉동기용 차압분리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.

도 1은 종래 기술에 따른 차압분리판을 나타낸 도면이다.

도 2는 종래 기술에 따른 상/하부 증발기 사이에 설치된 차압분리판을 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 차압분리장치를 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예로서 상기 증발기로부터 하부 증발기로 공급되는 냉매의 유동경로를 나타낸 개략도이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상/하부 증발기 사이에 설치된 차압분리장치를 나타낸 도면이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 2단 흡수식 냉동기용 차압분리장치는 압력차를 가진 상부 증발기와 하부 증발기 사이에 개재되는 차압분리장치에 있어서, 냉매를 하부 증발기로 유도하기 위해 상부 증발기의 저면으로부터 하부 증발기로 연장설치된 연통부와, 상부 증발기로부터 공급된 냉매가 상기 연통로를 채운 후 일정 수두를 형성하도록 상기 연통로의 일부가 내부에 수용되며, 상기 수두를 초과하는 용매를 오버플로우시키는 수위조절부를 구비한다.

바람직하게, 본 차압분리장치는 상기 수위조절부에 인접설치되어 냉매를 집수하는 홈부와, 상기 홈부의 연직 하부에 설치되어 하부 증발기 내로 유출되는 냉매를 균일하게 분배하기 위한 분배수단을 더 구비한다. 또한, 상기 분배수단은 수위조절부에 의해 오버플로우된 냉매를 하부 증발기로 공급하기 위한 냉매유출공을 구비하며, 상기 냉매유출공은 하부 증발기 내에 배치된 파이프 원주면의 최상점에설치된 것을 포함한다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면 본 발명에 따른 압력차를 가진 상부 증발기와 하부 증발기 사이에 개재되는 차압분리장치에 있어서, 상부 증발기로부터 하부 증발기로 냉매가 공급되도록 유동경로를 형성하고, 상기 유동경로는 일정량의 수두를 초과할때에만 냉매를 오버플로우시키는 것을 포함하는 2단 흡수식 냉동기용 차압분리장치가 제공된다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 2단 흡수식 냉동기용 차압분리장치를 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 상기 차압분리장치(30)는 냉매가 하부 증발기(20)로 유도되도록 상부 증발기(10)의 저면으로부터 연장설치된 연통로(31)와, 상기 연통로(31)로부터 공급된 냉매가 일정량을 항상 유지하도록 소정의 높이를 가지며 연통로(31)의 단부를 내부에 수용하는 수위조절부 (33)를 구비한다.

상부 증발기(10)는 약 6mmHg의 내압을 가지고 있다. 일반적으로, 100℃에서 증발하는 물은 압력이 낮아질 수록 낮은 압력하에서도 증발하게 되며, 상기와 같은 압력하에서 냉매는 약 4℃에서 증발한다. 마찬가지로, 하부 증발기(20)는 약 8mmHg의 내압을 가지고 있으며, 냉매는 약 6℃에서 증발한다. 파이프를 흐르는 물은 외부에서 하부 증발기(20)로 공급되어 상부 증발기(10)에서 출력되도록 설치된다. 따라서, 물은 하부 증발기(20)에서 열을 어느 정도 빼앗기고 상부 증발기(10)로 유입되더라도 상대적 기화조건에 따라 충분한 기화열을 냉매에 제공한다.

상기 연통로(31)는 상부 증발기(10)에서 증발되지 않고 흘러내리는 냉매를 하부 증발기(20)로 공급한다. 이를 위해, 냉매홈(32)이 상부 증발기(10) 저면에 형성되며, 연통로(31)가 상기 냉매홈(32)을 둘러싸면서 저면으로부터 하부 증발기(20)로 연장설치된다. 이때, 상기 상부 증발기(10)의 저면은 냉매를 상기 냉매홈(32)으로 쉽게 유도하도록 경사지게 설치되는 것이 바람직하다. 상기 냉매홈(32)은 복수개가 형성되어 상부 증발기(10) 저면에 소정간격으로 형성될 수도 있다.

상기 수위조절부(33)는 소정의 높이를 구비하며, 상기 연통로(31)를 내부에 수용한다. 또한, 상기 연통로(31)의 단부는 수위조절부(33)의 바닥면에서 소정거리 이격설치되며, 상기 틈을 통해 상부 증발기(10)로부터 공급된 냉매가 수위조절부 (33)에 유입된다. 수위조절부(33)는 형성된 높이만큼 냉매의 일정량을 유지한 후 오버플로우 되는 것만 하부 증발기(20)로 유출시킨다. 따라서, 수위조절부(33)에축적된 냉매에 의해 상/하부 증발기(10, 20)의 압력차는 항상 균일하게 유지된다. 도 3은 증발기의 측벽(11)에 인접설치된 차압분리장치(30)를 도시한 것으로, 수위조절부(33)는 상기 측벽(11)이 일측벽을 형성하므로 연통로(31)에 대향하는 타측에 소정 높이를 가진 배플(34)을 구비한다. 배플(34)의 높이(h₁)는 상/하부 증발기의 압력차에 따라 달라진다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 차압분리장치(30)는 수위조절부(33)로부터 공급된 냉매를 집수하기 위한 홈부(35)와, 상기 홈부(35)로부터 유출된 냉매를 하부 증발기(20) 내로 균일하게 분배하기 위한 분배기(40)를 더 구비한다.

상기 수위조절부(33)를 거치면서 오버플로우된 냉매는 하부 증발기(20)로 유입된다. 차압분리장치(30)가 증발기의 일측에만 형성된 경우에, 수위조절부(33)에서 적하된 냉매는 바로 아래를 지나는 파이프(22) 위로만 떨어지게 되어 파이프 (22)의 냉매 젖음성은 저하된다. 결과적으로, 파이프의 냉매 젖음성 저하는 하부 증발기(20)의 냉매증기 발생율을 저하시키기 때문에 상기 홈부(35)는 수위조절부 (33)에서 유출되는 냉매를 집수하도록 수위조절부(33)에 인접설치된다.

상기 분배기(40)는 상기 홈부(35)로부터 유출된 냉매가 파이프(22) 전체에 걸쳐 고르게 적하되도록 집수통(41)과 분배트레이(42)를 구비한다. 집수통(41)은 상기 홈부(35)의 연직하부에 설치되어 냉매를 축적하며, 분배트레이(42)는 축적된 냉매를 파이프(22) 위에 골고루 흘려보낸다. 다시 말하면, 상기 분배트레이(42)는수위조절부(33)에 의해 오버플로우된 냉매를 하부 증발기로 공급하기 위한 복수개의 냉매유출공(43)을 구비하며, 상기 냉매유출공(43)은 하부 증발기(20) 내에 설치된 파이프(22)의 외주면 최상점에 위치하여 적하된 냉매가 원주면을 따라 좌우로 흘러내리도록 한다.

도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예로서 상부 증발기(10)로부터 하부 증발기(20)로 공급되는 냉매의 유동경로를 나타낸 개략도이다. 도면을 참조하면, 상기 유동경로(50)는 'S'자를 옆으로 눕힌 형태를 가진다. 예컨대, 유동경로(50)는 제 1, 제 2만곡부(51, 52)를 구비한다. 제 1만곡부(51)는 'U'자 형상을 가지며, 그 입구가 상부 증발기(10)와 연결된다. 제 2만곡부(52)는 역 'U'자 형상을 가지며, 그 출구가 하부 증발기(20)와 연결된다. 유동경로(50)로 유입된 냉매는 항상 상기 제 1만곡부(51)를 지나 제 2만곡부(52)로 유입된다. 이때, 상기 제 2만곡부(52)는 상/하 증발기(10, 20)의 차압을 유지시키기 위하여 소정의 높이를 가진다. 즉, 제 2만곡부(52)의 높이는 수두를 형성하기 때문에 상/하 증발기의 차압에 따라 달라진다. 차압이 클 경우에 제 2만곡부(52)의 높이는 높아지며 작을 경우에는 낮아지게 된다.

아울러, 상기 유동경로(50)를 가진 차압분리장치는 하부 증발기(20)로 균일한 냉매를 분배하기 위한 분배기를 더 구비할 수 있다. 상기 분배기는 상술한 도 3의 분배기(40)와 동일한 기능을 수행하므로 별도의 설명은 생략한다.

상기에서, 본 발명은 상기 차압분리장치(30)를 증발기에 설치된 것으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 상기 증발기에 있어서유입되는 용액은 냉매이지만, 흡수기에 있어서는 상기 냉매가 흡수액으로 바뀔 뿐 차압분리장치(30)의 구조나 기능은 동일하므로 본 발명에 해당되는 당업종의 기술자라면 누구라도 변형가능한 것으로 이해하여야 한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 2단 흡수식 냉동기용 차압분리장치(30)의 동작을 살펴본다.

도 5는 본 발명에 따른 상/하부 증발기 및 흡수기 사이에 설치된 차압분리장치를 나타낸 도면이다. 도면을 참조하면, 상부 증발기(10)에서 냉매(100)는 파이프 (12)를 타고 흐르면서 기화된다. 기화되지 못한 냉매는 차압분리장치(30)로 유입되어 연통로(31)를 타고 흐르면서 수위조절부(33)에 일정량이 축적된다. 일정량보다 많이 유입된 냉매는 배플(34)을 넘쳐 오버플로우되면서 하부 증발기(20)로 유입된다. 따라서, 상기 차압분리장치(30)는 압력이 다른 상/하부 증발기(10, 20) 사이에 개재되어 항상 일정량의 냉매를 축적하고 있기 때문에 외적요건 예를 들어, 냉매량의 감소 등에 무관하게 차압을 균일하게 유지시키게 된다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 상기와 같이 차압분리장치(30)를 통과한 냉매는 인접설치된 홈부(35)로 유입되어 집수되고, 분배기(40)로 보내진다. 분배기(40)는 집수된 냉매를 소정간격으로 설치된 복수개의 냉매유출공으로 유도하며 분배하고, 하부 증발기(20)로 유입된 냉매는 냉매유출공의 연직 하단에 위치한 파이프(22) 상에 균일하게 젖어들면서 기화열을 획득하여 증기화된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명의 2단 흡수식 냉동기용 차압분리장치에 따르면, 압력차를 가지는 상부 증발기와 하부 증발기 사이에 냉매가 항상 일정량을 축적하도록 소정의 높이를 가지며, 상기 냉매량을 초과할 때에만 오버플로우되도록 수위조절부 또는 유동경로를 설치하여 수두를 형성함으로써 용액 순환량에 관계없이 상/하부 증발기의 압력차를 유지시킬 수 있다. 또한, 차압분리장치에 인접하게 냉매 분배수단을 설치함으로써 냉매가 하부 증발기로 균일하게 퍼지게 되어 증발기 내에 배치된 파이프의 냉매 젖음성을 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 압력차를 가진 상부 증발기와 하부 증발기 사이에 개재되는 차압분리장치에 있어서,

   냉매를 하부 증발기로 유도하기 위해 상부 증발기의 저면으로부터 하부 증발기로 연장설치된 연통부; 및

   상부 증발기로부터 공급된 냉매가 상기 연통로를 채운 후 일정 수두를 형성하도록 상기 연통로의 일부가 내부에 수용되며, 상기 수두를 초과하는 용매를 오버플로우시키는 수위조절부를 구비한 것을 특징으로 하는 2단 흡수식 냉동기용 차압분리장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 수위조절부에 인접설치되어 냉매를 집수하는 홈부와, 상기 홈부의 연직 하부에 설치되어 하부 증발기 내로 유출되는 냉매를 균일하게 분배하기 위한 분배수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 2단 흡수식 냉동기용 차압분리장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 분배수단은 수위조절부에 의해 오버플로우된 냉매를 하부 증발기로 공급하기 위한 냉매유출공을 구비하며, 상기 냉매유출공은 하부 증발기 내에 배치된 파이프 원주면의 최상점에 설치된 것을 특징으로 하는 2단 흡수식 냉동기용 차압분리장치.
4. 압력차를 가진 상부 증발기와 하부 증발기 사이에 개재되는 차압분리장치에 있어서,

   상부 증발기로부터 하부 증발기로 냉매가 공급되도록 유동경로를 형성하고, 상기 유동경로는 일정량의 수두를 초과할때에만 냉매를 오버플로우시키는 것을 특징으로 하는 2단 흡수식 냉동기용 차압분리장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 유동경로의 출구에 인접설치되어 냉매를 집수하는 홈부와, 상기 홈부의 연직 하부에 설치되어 하부 증발기 내로 유출되는 냉매를 균일하게 분배하기 위한 분배수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 2단 흡수식 냉동기용 차압분리장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 분배수단은 유동경로에 의해 오버플로우된 냉매를 하부 증발기로 공급하기 위한 냉매유출공을 구비하며, 상기 냉매유출공은 하부 증발기 내에 배치된 파이프 원주면의 최상점에 설치된 것을 특징으로 하는 2단 흡수식 냉동기용 차압분리장치.