KR200461818Y1 - 흡수식 냉동기 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 재생기에서의 혼합용액의 분리방식이 농도차를 이용한 여과방식으로 되어 있는 흡수식 냉동기로서, 냉매를 증발시켜 작업유체와 열교환시킴으로써 작업유체의 온도를 떨어뜨리는 증발기(10); 상기 증발기(10) 내의 압력을 일정하게 유지하기 위해 흡수액을 사용함으로써 상기 증발기(10)에서 사용된 냉매를 흡수하는 흡수기(20); 상기 흡수기(20)에서 냉매를 흡수함으로써 생성되는 혼합용액으로부터 냉매를 분리하고 흡수액은 재차 상기 흡수기(20)로 공급하는 재생기(30); 상기 재생기(30)에서 분리된 기체상태의 냉매를 응축시킨 다음 응축된 냉매를 상기 증발기(10)로 공급하는 응축기(40)를 포함하는 흡수식 냉동기에 있어서, 상기 재생기(30)는 물질의 농도 차이를 이용하여 상기 혼합용액으로부터 냉매를 분리해내는 여과부(31)와, 상기 여과부(31)로부터 분리된 냉매를 상기 응축기(40)로 공급하는 냉매공급부(32)와, 여과된 흡수액을 상기 흡수기(20)로 공급하는 흡수액공급부(33)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

흡수식 냉동기{Absorption Refrigerator}
본 고안은 흡수식 냉동기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 재생기에서의 혼합용액의 분리방식이 농도차를 이용한 여과방식으로 되어 있는 흡수식 냉동기에 관한 것이다.
흡수식 냉동기는 사용이 규제되고 있는 프레온가스 등을 냉매로 사용하지 않는데 의미를 가진 냉동장치이다. 흡수식 냉동기는 증발기에서 증발한 냉매를 압축기로 기계적으로 압축하는 것이 아니라 흡수액으로 흡수시키고 그로부터 방출시키기는 과정을 수행하는 방식이다. 흡수식 냉동기에서는 물 또는 암모니아를 냉매로 사용하고, 취화리튬(LiBr, 리튬브로마이드) 수용액 또는 물을 용액으로 사용하는 것이 일반적이다.
흡수식 냉동기의 일반적인 구조는 도 1에 도시된 바와 같다.
증발기(110)는 거의 진공상태(약 5~6mmHg)를 조성함으로써 액화된 상태의 냉매가 기화되면서 온도가 강하되도록 한다. 냉수관(115)을 증발기(110)를 통과시키게 되면 냉수관(115) 내의 작업유체는 기화되는 냉매와 열교환을 하면서 냉각되고, 이 작업유체가 냉동이나 냉장이 필요한 사용처(U)에서 사용되게 된다.
증발기(110) 내부의 압력을 진공상태로 일정하게 유지시키기 위해 작업유체와 열교환을 마친 기체상태의 냉매는 흡수기(120)로 공급되어 흡수액에 흡수되게 된다. 흡수액은 흡수력이 높아야 하며 언급된 바와 같이 취화리튬 수용액이 널리 사용된다. 이하에서는 고농도의 흡수액과 여기에 냉매가 혼입된 상태의 용액을 구분하기 위해 혼합용액이라는 용어를 사용하기로 한다.
취화리튬 수용액이 냉매를 흡수함에 따라 혼합용액의 농도가 묽어져 흡수력이 떨어지게 되는 것을 방지하기 위해 혼합용액으로부터 냉매를 분리하는 공정이 있어야 하는데 재생기(130)가 이를 담당한다. 흡수기(120) 내의 혼합용액은 흡수액 펌프(125)에 의해서 재생기로 공급된다. 종래의 재생기는 버너(140)로써 혼합용액을 가열하여 증발시켰다. 발생되는 기체상태의 냉매는 응축기(150)로 보내져 응축된 다음 다시금 증발기(110)로 공급되는 순환을 겪게 된다. 여기서, 응축기(150)와 흡수기(120) 사이에는 냉각수관(160)이 설치되는데 냉각수관(160)을 관류하는 냉각수는 냉각탑(165)에서 냉각된다. 냉각수관(160)은 흡수기(120)와 응축기(150)에서 흡수액과 기화된 냉매를 각각 냉각시키기 위해 사용되며 냉각탑(165)은 승온된 냉각수를 냉각시키게 된다.
종래의 흡수식 냉동기는 혼합용액에서 냉매를 분리하는 방법으로서 버너(140)를 이용한 가열증류방법을 사용하였다. 따라서, 필연적으로 냉동기는 고열이 발생하는 환경을 가지며, 고열을 내기 위한 에너지를 소비할 수밖에 없었다. 물론, 혼합용액을 가열함으로써 발생되는 폐열을 재활용하는 방안이 제시되기도 하였지만, 마땅히 재활용할 곳이 없는 경우에는 방출하여 폐기될 수밖에는 없기 때문에 낭비적 요인이 크다는 문제가 있었다.
이러한 문제를 직시한 것으로서, 특허출원 제10-2011-0079440호(명칭: 선박 엔진의 폐열을 이용하는 흡수식 냉동시스템)가 있었으나, 이는 선박의 폐열을 냉동기에 이용하는 것으로서, 본 발명자가 의도하는 것과는 다른 방향의 기술이라 하겠다.
위와 같은 문제에 대한 본 고안의 목적은, 흡수식 냉동기에 있어서 흡수액과 냉매가 혼합되어 있는 혼합용액으로부터 냉매를 분리해내는 방식을 달리함으로써 보다 경제적이며 에너지 소모가 적은 흡수식 냉동기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 고안의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 고안의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
위와 같은 목적은, 저압환경에서 냉매를 증발시켜 작업유체와 열교환시킴으로써 작업유체의 온도를 떨어뜨리는 증발기; 증발기의 압력을 일정하게 유지하기 위해 흡수액을 사용함으로써 증발기에서 사용된 냉매를 흡수하는 흡수기; 흡수기에서 냉매를 흡수함으로써 생성되는 혼합용액으로부터 냉매를 분리하고 흡수액은 재차 흡수기로 공급하는 재생기; 상기 재생기에서 분리된 기체상태의 냉매를 응축시킨 다음 상기 증발기로 응축된 냉매를 공급하는 응축기를 포함하는 흡수식 냉동기에 있어서, 상기 재생기는 물질의 농도 차이를 이용하여 혼합용액으로부터 냉매를 분리해내는 여과부와, 상기 여과부로부터 분리된 냉매를 상기 응축기로 공급하는 냉매공급부와, 여과된 흡수액을 상기 흡수기로 공급하는 흡수액공급부를 구비하는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기에 의해 달성된다.
본 고안의 특징에 의하면 상기 여과부는, 공급되는 혼합용액의 압력을 삼투압보다 높은 압력으로 높이기 위해 상기 흡수기에서 상기 재생기로 연결되는 혼합용액공급관에 설치되는 가압펌프; 고압으로 공급되는 혼합용액이 유입되는 곳인 제1실과, 삼투막부재를 경계로 하여 상기 제1실과 구획되며 액상의 순수한 냉매가 저장되는 제2실을 포함하는 여과챔버를 포함함으로써, 역삼투압에 의해 상기 제1실로 유입되는 혼합용액에 포함되어 있는 냉매가 상기 삼투막부재를 투과하여 상기 제2실로 모이도록 할 수 있다.
본 고안의 특징에 의하면, 상기 흡수액은 취화리튬(LiBr, 리튬브로마이드) 수용액이며, 상기 냉매는 수분(2H2O)일 수 있다.
위와 같은 구성에 의하면, 기본적으로는 흡수액과 냉매가 혼합되어 있는 혼합용액으로부터 역삼투압 방식에 의해 냉매가 분리되는 흡수식 냉동기가 제공된다. 그리고, 이러한 분류방식에 의하면, 고열을 발생시키지 않아 연료가 적게 소모되며, 발생된 폐열을 처리하기 위한 폐열처리수단을 강구하지 않아도 된다. 따라서, 보다 경제적이며 에너지 소모가 적은 흡수식 냉동기가 제공된다.
도 1은 종래의 흡수식 냉동기의 사이클 구성도이다.
도 2는 본 고안의 실시예에 의한 흡수식 냉동기의 사이클 구성도이다.
도 3은 본 고안의 실시예에 의한 흡수식 냉동기의 여과부의 개략 구성도이다.
이하, 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2를 주로 참조하되 필요한 곳에서 도 3을 추가로 참조하여 설명한다.
흡수식 냉동기의 기본적인 사이클은 주지된 사항이므로 주요 구성요소만을 간략하게 설명하기로 한다.
흡수식 냉동기는 저압환경에서 냉매를 증발시켜 작업유체와 열교환시킴으로써 작업유체의 온도를 떨어뜨리는 증발기(10)와, 증발기(10)의 압력을 일정하게 유지하기 위해 흡수액을 사용함으로써 증발기(10)에서 사용된 냉매를 흡수하는 흡수기(20)와, 흡수기(20)에서 흡수된 냉매를 흡수액으로부터 분리하고 흡수액은 재차 흡수기(20)로 공급하는 재생기(30)와, 상기 재생기(30)에서 분리된 기체상태의 냉매를 응축시킨 다음 상기 증발기(10)로 응축된 냉매를 공급하는 응축기(40)를 포함한다. 여기서, 흡수액은 취화리튬(LiBr, 리튬브로마이드) 수용액이며, 냉매는 수분(2H2O), 즉 물이 될 수 있다.
작업유체가 관류하는 냉수관(50)은 일측이 냉동 또는 냉장을 필요로 하는 사용처(U)로 연장되고 타측은 증발기(10)로 연장된다.
그리고, 냉각수관(60)은 일측이 냉각탑(65)과 연결되어 열을 방출하고 열을 빼앗긴 냉각수는 흡수기(20)과 증발기(10)를 차례로 거치면서 열을 흡수하며 순환된다. 흡수액 펌프(25)는 흡수기(20)의 혼합용액을 재생기(30)로 강제 공급한다.
본 고안에 의한 재생기는 고열이 발생되는 것이 아니므로, 냉각수관(60) 및 냉각탑(65)은 선택적인 구성요소가 될 수 있다.
본 고안의 재생기(30)는 물질의 농도 차이를 이용하여 혼합용액으로부터 냉매를 분리해내는 여과부(31)와, 여과부(31)로부터 분리된 냉매를 응축기(40)로 공급하는 냉매공급부(32)와, 여과된 흡수액을 흡수기(20)로 공급하는 흡수액공급부(33)를 가진다. 여기서, 여과부(31)는 물질의 농도차에 의해 발생되는 삼투압을 이용한 것이다. 삼투압을 역으로 이용하는 방식이 역삼투압 방식이며 이 방식은 물을 정수하는 정수기에서 많이 사용되고 있다. 역삼투압 방식은 농도가 높은 측에 삼투압 이상의 압력을 걸어 용매가 삼투막으로 투과되어 나가도록 하는 것이다. 이하에서는 역삼투압을 이용한 여과부(31)를 도 3을 추가적으로 참조하여 설명하기로 한다.
가압펌프(34, 도 3 참조)는 공급되는 혼합용액의 압력을 삼투압보다 높이기 위해 흡수기(20)에서 재생기(30)로 연결되는 혼합용액공급관(26)에 설치된다. 혼합용액공급관(26)은 여과챔버(35)에 연결된다. 여과챔버(35)는 고압이 작용하므로 압력용기의 형태로 제공되는 것이 바람직하다.
여과챔버(35)는 고압으로 공급되는 혼합용액이 유입되는 곳인 제1실(R1)과, 삼투막부재(36)를 경계로 하여 제1실(R1)과 구획되며 액상의 순수한 냉매가 저장되는 제2실(R2)을 포함한다. 도 3에 도시된 여과챔버(35)는 기능 및 작용을 설명하기 위해 간략화된 것에 불과하며 실제로는 복잡한 구성을 가지게 될 것이다. 삼투막부재(36)는 통상 멤브레인이 될 수 있으며 원통형태의 멤브레인이 여러 개 설치되는 형식일 수도 있다.
역삼투압에 의해 제1실(R1)로 유입되는 혼합용액에 포함되어 있는 냉매가 삼투막부재(36)를 투과하여 제2실(R2)로 모이게 된다.
흡수액은 언급된 것처럼 고농도의 취화리튬(LiBr, 리튬브로마이드) 수용액일 수 있으며, 냉매는 수분(2H20)이 될 수 있다. 그러므로, 분자량이 큰 취화리튬 수용액이 용질의 역할을 하며, 분자량이 작은 냉매가 용매의 역할을 하게 된다. 참고로, 취화리튬(LiBr)은 염화나트륨(NaCl)과 마찬가지로 알칼리족과 할로겐족 간의 이온결합물질이며 분자량을 포함한 화학적 성질이 유사하다. 따라서, 물의 용해도가 높아 냉매를 잘 흡수하는 것이다.
가압펌프(34)에 의해 삼투압이 역으로 작용하여 분자량이 작은 용질이 삼투막부재(36)를 투과하여 제2실(R2)로 가게 되고 이후 냉매는 냉매공급관(32a)을 따라 응축기(40)로 공급되게 된다. 여과된 흡수액은 흡수액공급관(33a)을 따라 흡수기(20)로 공급되게 된다.
이상에서 설명된 바는 본 고안의 기술적 사상에 의거한 예시에 불과하다. 당업자는 물질의 농도 차이를 원리로 한 재생기의 다양한 형태를 구축할 수 있을 것이며, 현재 알려진 유용한 여과장치를 채용할 수도 있을 것이다. 어떠한 여과장치이든 본 고안이 제시하는 원리를 사용하는 한 본 고안의 권리범위 내에 있는 것이 된다.
10 : 증발기 20 : 흡수기
25 : 흡수액 펌프 26 : 혼합용액공급관
30 : 재생기 31 : 여과부
32 : 냉매공급부 33 : 흡수액공급부
34 : 가압펌프 35 : 여과챔버
36 : 삼투막부재 40 : 응축기
50 : 냉수관 60 : 냉각수관
65 : 냉각탑 R1,R2 : 제1,2실

Claims (3)

  1. 저압환경에서 냉매를 증발시켜 작업유체와 열교환시킴으로써 작업유체의 온도를 떨어뜨리는 증발기(10); 상기 증발기(10) 내의 압력을 일정하게 유지하기 위해 흡수액을 사용함으로써 상기 증발기(10)에서 사용된 냉매를 흡수하는 흡수기(20); 상기 흡수기(20)에서 냉매를 흡수함으로써 생성되는 혼합용액으로부터 냉매를 분리하고 흡수액은 재차 상기 흡수기(20)로 공급하는 재생기(30); 상기 재생기(30)에서 분리된 기체상태의 냉매를 응축시킨 다음 응축된 냉매를 상기 증발기(10)로 공급하는 응축기(40)를 포함하는 흡수식 냉동기에 있어서,
    상기 재생기(30)는 물질의 농도 차이를 이용하여 상기 혼합용액으로부터 냉매를 분리해내는 여과부(31)와, 상기 여과부(31)로부터 분리된 냉매를 상기 응축기(40)로 공급하는 냉매공급부(32)와, 여과된 흡수액을 상기 흡수기(20)로 공급하는 흡수액공급부(33)를 구비하고,
    상기 여과부(31)는,
    공급되는 상기 혼합용액의 압력을 삼투압보다 높은 압력으로 높이기 위해 상기 흡수기(20)에서 상기 재생기(30)로 연결되는 혼합용액공급관(26)에 설치되는 가압펌프(34); 고압으로 공급되는 혼합용액이 유입되는 곳인 제1실(R1)과, 삼투막부재(36)를 경계로 하여 상기 제1실(R1)과 구획되며 액상의 순수한 냉매가 저장되는 제2실(R2)로 구성되는 여과챔버(35)를 포함하되,
    상기 삼투막부재(36)는 원통 형태의 멤브레인들로 이루어져,
    역삼투압에 의해 상기 제1실(R1)로 유입되는 혼합용액에 포함되어 있는 냉매가 상기 삼투막부재(36)를 투과하여 상기 제2실(R2)로 모이도록 하는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기.
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