KR20170100761A - 흡수식 냉온수기와 그의 제공방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 재생기에서 발생하는 고온의 냉매증기를 응축기에서 냉각수로 응축시키는 반면, 본 발명은 증발 수증기의 고온을 이용하여 재생기에 주입되는 흡수용액을 가열시키는 흡수식 냉온수기에 관한 것으로, 흡수용액을 가열하여 냉매 수증기와 고농도 흡수용액을 생성하는 재생기(110)와; 상기 재생기(110)에서 증발한 수증기를 흡수용액으로 응축시키는 응축기(120)와; 상기 응축기를 관통하며 상기 수증기가 냉각되어 냉매 물이되고 증발되는 증발기(140)와; 상기 증발기(140)에서 증발된 수증기를 재흡수하는 흡수기(150); 및 상기 재생기(110)의 고농도 흡수용액과 상기 흡수기(150)로 부터 유입되는 묽은 흡수용액이 열교환하는 열교환기(160)를 포함하여 상기 재생기(110)의 주입되는 상기 흡수용액의 온도를 상승시키는 장치를 제공하며 재생기(110)에서 묽은 흡수용액을 가열하여 냉매 수증기와 고농도 흡수용액을 생성하는 묽은 흡수용액 가열단계(s101)와; 상기 묽은 흡수용액 가열단계(s101)에서 냉매 수증기과 고농도 흡수용액이 생성되어 상기 고농도 흡수용액과 흡수기(150)에서 유입되는 묽은 흡수용액이 열교환되는 열교환 단계(s102)와; 상기 열교환 단계(s102)에서 열교환된 상기 묽은 흡수용액에 의해 응축기(120)에서 수증기를 응축하는 수증기 응축단계(s103); 및 상기 수증기 응축단계(s103)에서 생성된 물이 냉각에 의해 온도가 하락하고 증발기(140)로 유입되어 냉각수를 제공하는 냉각수 제공 단계(s104)를 포함하여 냉각 공정을 제공하여 흡수용액의 상승된 온도만큼 재생기에서의 가열량이 감소하게 되어 에너지 절약을 도모하며 종래의 흡수식 냉온수기 시스템의 응축기의 냉각부하가 현저하게 감소되어 냉각탑의 냉각 용량과 규격이 감소 되도록 할 수 있다.

Description

흡수식 냉온수기와 그의 제공방법{ABSORPTION HEAT PUMP AND HOW IT PROVIEDS}
본 발명은 흡수식 냉온수기에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 재생기에서 발생하는 고온의 냉매증기를 응축기에서 냉각수로 응축시키는 반면, 본 발명은 증발 수증기의 고온을 이용하여 재생기에 주입되는 흡수용액을 가열시키는 흡수식 냉온수기에 관한 것이다.
일반적으로 흡수식 냉온수기는 1중 효용과 2중 효용 냉온수기로 구분되며, 종래의 흡수식의 효율(COP=증발기 흡입열량/재생기 가열량)은 1중 효용의 경우 0.5, 2중 효용의 경우 1.3 정도가 된다. 이에 반하여 전기로 가동하는 압축식 냉난방기의 COP는 3~4가 되고 있어, 흡수식의 효율 향상이 지속적으로 요구되고 있다.
흡수식 냉온수기는 LPG, LNG 등과 같은 가스를 열원으로 사용하여 흡수용액/냉매로 이루어진 사이클을 운전하는 장치로서, 전기를 에너지 원으로 사용하는 냉온수기와는 달리 1차적으로 열에너지를 이용하기 때문에 하절기에 과다한 전력부하를 해소하고, 또한 폐열을 이용한 열병합 시스템에 활용된다.
이러한 1중 효용 및 2중 효용 흡수식 냉온수기는 하나의 기기로 냉난방이 가능하고 하절기 전력 냉방수요를 절감시킬 수 있는 장점을 보유하고 있어 널리 보급되고 있으므로, 이의 효율 향상 및 개선은 매우 중요한 사항이 된다.
종래의 흡수식 냉온수기의 효율을 향상시키기 위한 방법으로는 재생기의 가열부에서 대기로 버려지는 폐열을 회수하여 용액의 재가열에 이용하거나, 열교환기의 열교환 효율을 최대화시키는 방법이 적용되고 있으나 흡수식 냉온수기의 효율 향상에는 한계가 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로 재생기의 열원 소요를 최소화 하여 냉매의 생성량을 증대 시키는 것을 목적으로 한다.
또한, 재생기에서 가열되는 에너지 즉 도시가스의 량을 감소시키며 재생기에서 발생하는 고온의 냉매 수증기가 응축기에서 관내부의 냉각수에 의하여 물로 응축되는 공정에 있어서, 본 발명은 증발 수증기의 고온을 이용하여 재생기에 주입되는 흡수용액을 가열시키며 재생기의 가열에 소요되는 에너지를 크게 감소시키며 효율을 향상되고 냉각 탑의 냉각 부하가 감소되는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 흡수용액을 가열하여 냉매 수증기와 고농도 흡수용액을 생성하는 재생기(110)와; 상기 재생기(110)에서 증발한 수증기를 흡수용액으로 응축시키는 응축기(120)와; 상기 응축기를 관통하며 상기 수증기가 냉각되어 냉매 물이되고 증발되는 증발기(140)와; 상기 증발기(140)에서 증발된 수증기를 재흡수하는 흡수기(150); 및 상기 재생기(110)의 고농도 흡수용액과 상기 흡수기(150)로 부터 유입되는 묽은 흡수용액이 열교환하는 열교환기(160)를 포함하여 상기 재생기(110)의 주입되는 상기 흡수용액의 온도를 상승시킬 수 있다.
이와 같은 흡수식 냉온수기에서 상기 재생기(110)는 상기 묽은 흡수용액을 가열하여 냉매 수증기와 고농도의 흡수용액을 생성할 수 있다.
이와 같은 흡수식 냉온수기에서 상기 열교환기(160)는 상기 고농도 흡수용액과 상기 묽은 흡수용액이 열교환되어 상기 고농도 흡수용액은 온도가 저하되고, 상기 묽은 흡수용액은 온도가 상승될 수 있다.
이와 같은 흡수식 냉온수기에서 상기 응축기(120)는 수증기가 상기 묽은 흡수용액에 의해 물이 되며 상기 묽은 흡수용액은 온도가 상승될 수 있다.
이와 같은 흡수식 냉온수기에서 상기 증발기(140)에서 상기 물이 기화되어 냉수를 제공할 수 있다.
이와 같은 흡수식 냉온수기에서 상기 재생기(110)에서 발생한 수증기가 바이패스관을 통해 증발기(140)로 유입되어 상기 수증기가 온수를 제공할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 냉각 공정과 온수 및 난방 공정을 갖는 흡수식 냉온수기에 있어서, 재생기(110)에서 묽은 흡수용액을 가열하여 냉매 수증기와 고농도 흡수용액을 생성하는 묽은 흡수용액 가열단계(s101)와; 상기 묽은 흡수용액 가열단계(s101)에서 냉매 수증기과 고농도 흡수용액이 생성되어 상기 고농도 흡수용액과 흡수기(150)에서 유입되는 묽은 흡수용액이 열교환되는 열교환 단계(s102)와; 상기 열교환 단계(s102)에서 열교환된 상기 묽은 흡수용액에 의해 응축기(120)에서 수증기를 응축하는 수증기 응축단계(s103); 및 상기 수증기 응축단계(s103)에서 생성된 물이 냉각에 의해 온도가 하락하고 증발기(140)로 유입되어 냉각수를 제공하는 냉각수 제공 단계(s104)를 포함하여 냉각 공정을 제공할 수 있다.
이와 같은 흡수식 냉온수기의 제공방법에서 상기 재생기(110)에서 수증기가 생성되는 수증기 생성 단계(s201)와; 상기 수증기 생성 단계(s210)에서 상기 수증기가 응축기(120)를 바이패스 하는 바이패스 단계(s202)와; 상기 바이패스 단계(s202)를 거친 상기 수증기가 증발기(140)로 유입되는 증발기 유입 단계(s203); 및 상기 수증기로 온수를 제공하는 온수 제공 단계(s204)를 포함하여 온수 및 난방 공정을 제공할 수 있다.
본 발명에 의한 흡수식 냉온수기와 그의 제공방법은 재생기(110)와 응축기(120), 증발기(140), 흡수기(150) 및 열교환기(160)를 포함하여 상기 재생기(110)의 주입되는 상기 흡수용액의 온도를 상승시키는 것을 특징으로 하여 흡수용액의 상승된 온도만큼 재생기에서의 가열량이 감소하게 되어 에너지 절약을 도모하며 종래의 흡수식 냉온수기 시스템의 응축기의 냉각부하가 현저하게 감소되어 냉각탑의 냉각 용량과 규격이 감소 되도록 할 수 있다.
도 1은 종래기술의 1중 효용 흡수식 냉온수기 장치를 도시한 도면;
도 2는 본 발명의 기술적 사상에 따른 냉온수기 장치를 도시한 도면;
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉각공정단계 플로우 차트를 도시한 도면;
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 온수 및 난방 공정단계 플로우 차트를 도시한 도면;
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 1중 효용 냉온수기를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상에 따른 냉온수기 장치를 도시한 도면이다.
본 발명은 재생기 내부의 LiBr수용액 도시가스 등 열원의 가열에 의하여 약 95℃에서 냉맹인 물이 증발하게 된다. 증발된 수증기는 응축기로 유입되어 관내부를 흐르는 36℃의 냉각수에 의하여 관외부에서 응축외 냉매인 물이 된다.
한편, 가열된 LiBr농욕액은 열교환기를 거친후 온도가 50℃로 낮아져 흡수기로 유입되어 증발기에서 증발한 5℃ 저온의 수증기를 흡수하면서 냉각수에 의하여 40℃로 낮아져 묽은 용액이 된다. 이 용액은 용액펌프에 의하여 열교환기에서 재생기로부터 하강하는 농욕액과 열교환 후 55℃로 가열되어 재생기에 주입된다.
이 과전동안 흡수기와 응축기는 냉각이 필요하므로, 냉각탑에서 공급되는 32℃의 냉각수가 흡수기에서 발생열을 흡수하여 36℃가 되고, 응축기로 흘러들어 냉매 수증기를 응축시키면서 38℃로 상승된 후, 다시 냉각탑에서 대기에 의하여 온도가 32℃로 저하되어 흡수기, 응축기로 순환되어 진다.
본 발명은 재생기(110)와 응축기(120), 증발기(140), 흡수기(150) 및 열교환기(160)로 구성될 수 있다.
흡수식 냉온수기는 흡수용액을 가열하여 냉매 수증기와 고농도 흡수용액을 생성하는 재생기(110)와, 증발한 수증기를 흡수용액으로 응축시키는 응축기(120), 응축기(120)를 관통하며 수증기가 냉각되어 냉매 물이되고 증발되는 증발기(140)를 갖는다. 증발기(140)에서 증발된 수증기를 재흡수하는 흡수기 및 재생기(110)의 고농도 흡수용액과 상기 흡수기(150)로 부터 유입되는 묽은 흡수용액이 열교환하는 열교환기(160)를 포함하여 재생기(110)의 주입되는 흡수용액의 온도를 상승시키도록 할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 첨부된 도면 도 3 내지 5에 의거하여 설명한다. 한편, 각 구성의 연결 관련 기술, 재생기에 연결되는 가열기 관련 기술, 증발기로 부터 냉수 온수를 제공하는 관련 기술, 연결되는 관과 순환기 및 열교환기 연결 관련 기술 등에 대하여 통상 본 발명에 적용되는 분야의 종사자들 및 그들이 관련분야의 종사자들을 통해 통상적으로 알 수 있는 부분들의 도시 및 상세한 설명은 생략하고, 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 도시 및 설명하였다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉각공정단계 플로우 차트를 도시한 도면이다. 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 온수 및 난방 공정단계 플로우 차트를 도시한 도면이다. 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 1중 효용 냉온수기를 도시한 도면이다.
본 발명은 흡수용액을 가열하여 냉매 수증기를 발생시키는 재생기(110), 증발한 수증기를 흡수용액으로 응축시키는 응축기(120), 응축된 냉매℃ 물이 추가 냉각되는 냉각기(130), 냉각된 냉매 물이 증발되는 증발기(140), 증발된 수증기를 재흡수하는 흡수기(150), 이를 순환시키는 순환펌프(170), 묽은 용액과 농용액이 열교환하는 열교환기(160) 그리고 흡수기(150)의 흡수열과 냉각기(130)의 열을 흡수한 냉각수를 쿨링하는 냉각탑(180)으로 구성된다.
1중 효용 기능 중 먼저 냉수 제조공정은 재생기(110)에서는 도시가스 등의 열원으로 묽은 흡수용액(210)이 96℃ 까지 가열되어, 냉매수증기(220)와 고농도의 흡수용액(230)이 생성된다.
열교환기(160)에서는 재생기(110)의 96℃ 고농도 흡수용액(230)과 흡수기(150)로부터 유입되는 40℃의 묽은 흡수용액(240)이 열교환되어, 자신은 50℃로 온도가 저하되어 흡수기(150)에 유입된다. 묽은 흡수용액(240)은 열교환기에서 온도가 55℃로 상승하여 응축기(130) 관 내부로 유입된다.
응축기(130)에서는 재생기(110)에서 발생한 수증기(220)가 응축되는 곳으로, 관 외부의 96℃의 수증기(220)가 응축관 내부 55℃의 묽은 흡수용액(240)에 의하여 응축되어 냉매인 물(230)이 되고, 80℃까지 냉각된다.
한편, 관 내부의 묽은 흡수용액(240)은 수증기의 액화잠열(539kcal/kg)에 의하여 온도가 크게 상승하여 70℃가 된 후, 재생기(110)에 유입된다.
그러므로 종래의 재생기에 55℃로 유입되는 묽은 흡수용액에 비교하면 온도가 크게 상승하여 재생기 가열량이 크게 감소하게 되는 것이다.
응축기(130)에서 80℃로 액화된 냉매 물(230)은 하부의 냉각기배관 내부를 흐르는 일부 냉각수(240)에 의하여 추가로 온도가 강하되어 45℃의 냉매 물이 된다.
이 냉각에 필요한 에너지량을 종래시스템과 비교하면, 종래 냉각수 온도는 2℃가 상승하게 되나 본 발명에 의하면 동일 유량일 때 상승온도가 0.5℃에 불과하게 된다.
이 냉각된 냉매 물 (230)은 증발기에 유입되어 기화되면서 7℃의 냉수(250)를 제조하게 되며 흡수기에서의 증발기 증발 냉매 수증기의 흡수공정은 종래의 1중 효용 시스템과 동일하며 40℃의 묽은 흡수용액(210)이 생성된다.
1중 효용의 기능 중 온수 및 난방 공정으로는 재생기(110)에서 발생한 수증기가 응축기(120)로 유입되지 않고 응축기(120) 상부의 분지(By-pass)배관을 통하여 냉각기(130)의 하부 배관에 주입되어 증발기로 흘러들어가게 된다.
이렇게 응축기(120) 및 냉각기(130)를 거치지 않고 증발기(140)에 바로 유입된 수증기가 온수를 제조하게 된다.
이와 같은 냉각 공정과 온수 및 난방 공정을 갖는 흡수식 냉온수기의 공정단계를 보면 묽은 흡수용액 가열단계(s101), 열교환 단계(s102), 수증기 응축단계(s103), 냉각수 제공 단계(s104)로 구성 된다.
냉각 공정 단계(s100)은 재생기(110)에서 묽은 흡수용액을 가열하여 냉매 수증기와 고농도 흡수용액을 생성하는 묽은 흡수용액 가열단계(s101)와, 묽은 흡수용액 가열단계(s101)에서 냉매 수증기과 고농도 흡수용액이 생성되어 고농도 흡수용액과 흡수기(150)에서 유입되는 묽은 흡수용액이 열교환되는 열교환 단계(s102)를 갖는다. 다음으로 열교환된 상기 묽은 흡수용액에 의해 응축기(120)에서 수증기를 응축하는 수증기 응축단계(s103) 및 수증기 응축단계(s103)에서 생성된 물이 냉각에 의해 온도가 하락하고 증발기(140)로 유입되어 냉각수를 제공하는 냉각수 제공 단계(s104)를 포함하여 냉각 공정을 제공한다.
다음으로 온수 및 난방 공정 단계(s200)는 재생기(110)에서 수증기가 생성되는 수증기 생성 단계(s201)와 수증기가 응축기(120)를 바이패스 하는 바이패스 단계(s202)를 가지며, 바이패스 단계(s202)를 거친 수증기가 증발기(140)로 유입되는 증발기 유입 단계(s203) 및 수증기로 온수를 제공하는 온수 제공 단계(s204)를 포함하여 온수 및 난방 공정을 제공하도록 한다.
그러므로 종래 냉각수 시스템과 비교하면 냉각탑(180) 냉각 부하가 25%감소하게 되면, 이에 따라 냉각탑(180) 규격이 크게 감소하는 효과를 제공하게 된다.
본 실시예에서는 종래의 재생기에서 발생하는 고온의 냉매 증기를 응축기에서 냉각수로 응축시키는 반면, 본 발명은 응축기에서 냉각수 대신에 재생기로 주입되는 묽은 흡수액으로 고온의 냉매 수증기를 응축시키는 흡수식 냉온수기이다.
이는 재생기에 유입되는 온도가 낮은 묽은 흡수액이 고온의 냉매증기에 의하여 가열됨으로서 재생기에서 가열하여야 하는 열량을 크게 감소시키고, 응축기에 순환되는 냉각수의 유량 및 온도가 감소함으로써 시스템의 효율을 크게 향상시킨다.
본 발명의 또다른 실시예로, 냉각기(130)의 경우 증발기(140)의 냉수 생산 효과를 증진시키기 위한 기능을 위한 것이므로 필요에 따라서는 제외될 수 도 있다. 또한, 수증기의 응축열로 재생기(110)에 주입되는 묽은 흡수용액의 온도를 상승시킴에 있어, 흡수용액을 응축기(120) 내부 배관으로 유입시켜 수증기를 냉각시키는 대신에 열교환기(160)내부에서 흡수용액과 수증기가 열교환 되는 시스템을 제공가능하다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 흡수식 냉온수기와 그의 제공방법을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시 하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
110 : 재생기
120 : 응축기
140 : 증발기
150 : 흡수기
160 : 열교환기

Claims (8)

  1. 흡수용액을 가열하여 냉매 수증기와 고농도 흡수용액을 생성하는 재생기(110)와;
    상기 재생기(110)에서 증발한 수증기를 흡수용액으로 응축시키는 응축기(120)와;
    상기 응축기를 관통하며 상기 수증기가 냉각되어 냉매 물이되고 증발되는 증발기(140)와;
    상기 증발기(140)에서 증발된 수증기를 재흡수하는 흡수기(150); 및
    상기 재생기(110)의 고농도 흡수용액과 상기 흡수기(150)로 부터 유입되는 묽은 흡수용액이 열교환하는 열교환기(160)를 포함하여 상기 재생기(110)의 주입되는 상기 흡수용액의 온도를 상승시키는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉온수기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 재생기(110)는 상기 묽은 흡수용액을 가열하여 냉매 수증기와 고농도의 흡수용액을 생성하는 흡수식 냉온수기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 열교환기(160)는 상기 고농도 흡수용액과 상기 묽은 흡수용액이 열교환되어 상기 고농도 흡수용액은 온도가 저하되고, 상기 묽은 흡수용액은 온도가 상승되는 흡수식 냉온수기.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 응축기(120)는 수증기가 상기 묽은 흡수용액에 의해 물이 되며 상기 묽은 흡수용액은 온도가 상승되는 흡수식 냉온수기.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 증발기(140)에서 상기 물이 기화되어 냉수를 제공하는 흡수식 냉온수기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 재생기(110)에서 발생한 수증기가 바이패스관을 통해 증발기(140)로 유입되어 상기 수증기가 온수를 제공하는 흡수식 냉온수기.
  7. 냉각 공정과 온수 및 난방 공정을 갖는 흡수식 냉온수기에 있어서,
    재생기(110)에서 묽은 흡수용액을 가열하여 냉매 수증기와 고농도 흡수용액을 생성하는 묽은 흡수용액 가열단계(s101)와;
    상기 묽은 흡수용액 가열단계(s101)에서 냉매 수증기과 고농도 흡수용액이 생성되어 상기 고농도 흡수용액과 흡수기(150)에서 유입되는 묽은 흡수용액이 열교환되는 열교환 단계(s102)와;
    상기 열교환 단계(s102)에서 열교환된 상기 묽은 흡수용액에 의해 응축기(120)에서 수증기를 응축하는 수증기 응축단계(s103); 및
    상기 수증기 응축단계(s103)에서 생성된 물이 냉각에 의해 온도가 하락하고 증발기(140)로 유입되어 냉각수를 제공하는 냉각수 제공 단계(s104)를 포함하여 냉각 공정을 제공하는 흡수식 냉온수기의 제공방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 재생기(110)에서 수증기가 생성되는 수증기 생성 단계(s201)와;
    상기 수증기 생성 단계(s210)에서 상기 수증기가 응축기(120)를 바이패스 하는 바이패스 단계(s202)와;
    상기 바이패스 단계(s202)를 거친 상기 수증기가 증발기(140)로 유입되는 증발기 유입 단계(s203); 및
    상기 수증기로 온수를 제공하는 온수 제공 단계(s204)를 포함하여 온수 및 난방 공정을 제공하는 흡수식 냉온수기의 제공방법.

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