KR20190089997A

KR20190089997A - 흡수식 냉동기

Info

Publication number: KR20190089997A
Application number: KR1020197019536A
Authority: KR
Inventors: 히로노부 가와무라; 다츠오 후지이; 히로토시 이시마루; 노부유키 다케다
Original assignee: 히타치 존슨 컨트롤즈 쿠쵸 가부시키가이샤
Priority date: 2017-02-16
Filing date: 2017-02-16
Publication date: 2019-07-31
Also published as: DE112017006707B4; KR102206209B1; CN110234941A; WO2018150516A1; DE112017006707T5; CN110234941B

Abstract

증발기와, 흡수기와, 저압 재생기와, 고압 재생기와, 보조 흡수기와, 보조 재생기와, 응축기와, 용액 펌프를 구비한 흡수식 냉동기이며, 증발기와 흡수기는, 기상부가 연통하고, 저압 재생기와 보조 흡수기는, 기상부가 연통하고, 고압 재생기와 보조 재생기와 응축기는, 기상부가 연통하고, 흡수기로부터 고압 재생기를 향하는 용액 배관은, 분기부를 갖고, 이 분기부에는, 저압 재생기를 향하는 용액 배관이 연결되고, 용액 펌프는, 흡수기로부터 분기부를 향하는 용액 배관에 마련되고, 고압 재생기로부터 흡수기를 향하는 용액 배관은, 저압 재생기로의 용액 배관과 연결된 합류부를 갖는다. 이에 의해, 단효용 사이클에 2단 흡수 사이클을 조합한 흡수식 냉동기에 있어서, 90℃ 정도의 하나의 배열원으로부터 저온도에 도달할 때까지 열을 회수하여 냉열을 공급할 수 있고, 저압 재생기를 소형화할 수 있고, 각 열교환기의 배치에 자유도를 부여할 수 있고, 용액 펌프를 삭감하고, 소비 전력을 저감할 수 있다.

Description

흡수식 냉동기

본 발명은, 흡수식 냉동기에 관한 것이다.

흡수식 냉동기는, 열 구동할 수 있는 점에서, 배열로서 나온 온수를 구동 열원으로 하여 냉열을 공급할 수 있다. 재생기가 하나의 단효용 사이클에서는, 90℃ 정도의 온수를 구동 열원으로 하여 7℃ 정도의 냉열을 공급할 수 있다.

특허문헌 1에는, 재생기가 2개의 2단 흡수 사이클로 하고, 단효용 사이클보다 낮은 온도의 온수를 구동 열원으로 하여 냉열을 공급할 수 있는 것이 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 2에는, 단효용 사이클과 2단 흡수 사이클을 조합한 흡수식 냉동기가 기재되어 있다. 이것은, 단 효용 사이클과 보조 사이클로 이루어지고, 단효용 사이클측에 고압 재생기와 저압 재생기를 마련하여, 용액의 전량을 흡수기, 고압 재생기, 저압 재생기, 흡수기의 순으로 순환시키는 시리즈 플로로 되어 있다. 또한, 보조 사이클측은, 보조 흡수기와 보조 재생기로 이루어지고, 보조 흡수기의 기상부가 저압 재생기와 연통하고, 보조 재생기의 기상부가 고압 재생기와 응축기의 기상부와 연통한 구성이 기재되어 있다. 특허문헌 2에서는, 구동 열원의 온수를 단효용 사이클에 필요한 온도로부터, 2단 흡수 사이클에 필요한 온도까지 이용할 수 있게 하고 있다.

일본 특허 공개 제2004-211979호 공보(도 6) 한국 공개 일본 특허 제10-2011-0014376호 공보(도 2)

에너지 절약을 도모하기 위해서는, 하나의 배열원으로부터 가능한 한 많은 냉열을 발생시켜 재이용하는 것이 유효한 수단이 된다. 그를 위한 수단으로서, 예를 들어 90℃ 정도의 온수를 단효용 사이클의 구동 열원으로서 이용하고, 그 후, 온도가 내려간 온수를 다시 2단 흡수 사이클의 구동 열원으로서 이용하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 이 경우, 각각 사이클 구성이 다른 흡수식 냉동기가 2대 필요하게 되고, 냉수 및 냉각수의 배관 계통이 2개로 되기 때문에, 배관 구성이 복잡해져 버려, 설치 면적이 커짐과 함께 비용 증가가 되어 버린다. 또한, 흡수식 냉동기를 2대로 한 경우에 있어서는, 용액 펌프나 냉매 펌프의 수도 거의 배증되어 버리므로, 소비 전력량이 많아져 버린다.

특허문헌 2의 기술에서는, 1대의 흡수식 냉동기로 상기 과제에 대응한 사이클로 되어 있다. 그러나, 특허문헌 2의 기술에서는, 단효용 사이클측의 흡수기로부터 나온 용액의 전량을 유하 액막식의 열교환기로 이루어지는 고압 재생기에 유입하고, 고압 재생기를 나온 용액의 전량이 유하 액막식의 열교환기로 이루어지는 저압 재생기에 유입하는 시리즈 플로가 되고 있다. 따라서, 저압 재생기에는, 고압 재생기에서 농축된 후의 용액이 유입된다. 이 때문에, 저압 재생기에서 농축된 용액이 가장 농도가 짙어진다. 용액은 동일 압력이라면 농도가 짙은 쪽의 용액 온도가 높아지는 점에서, 저압 재생기에서는, 고압 재생기에서 농축된 용액보다 농도가 짙어짐으로써, 구동 열원과의 온도 차가 작아지고, 필요한 전열 면적이 커진다.

또한, 시리즈 플로의 경우, 고압 재생기와 저압 재생기에서 열교환기 사이즈가 상이한 경우에, 각각에 적합한 용액 유량으로 조정할 수 없다. 특히, 고압 재생기 및 저압 재생기에 있어서 유하 액막식의 열교환기를 사용하는 경우, 용액의 산포 밀도에 적합한 열교환기 사이즈로 하고자 하면, 열교환기 사이즈가 고정되어 버려, 기기의 배치 자유도가 작아져 버린다.

또한, 단효용 사이클측에서는, 용액의 전량을 흡수기, 고압 재생기, 저압 재생기의 순으로 순환시키기 위해서, 각각의 출구부에 용액 펌프를 설치하고 있는 점에서, 용액 펌프의 소비 전력량이 많아지는 것을 생각할 수 있다. 흡수식 냉동기에서는, 열 구동의 장점을 내기 위해서는, 펌프 구동에 필요한 소비 전력량의 저감이 유효한 수단의 하나로 된다.

본 발명의 목적은, 단효용 사이클에 2단 흡수 사이클을 조합한 흡수식 냉동기에 있어서, 90℃ 정도의 하나의 배열원으로부터 저온도에 도달할 때까지 열을 회수하여 냉열을 공급함과 함께, 저압 재생기를 소형화하고, 각 열교환기의 배치에 자유도를 부여하여, 용액 펌프의 수를 적정화하는 데에 있다.

본 발명의 흡수식 냉동기는, 증발기와, 흡수기와, 저압 재생기와, 고압 재생기와, 보조 흡수기와, 보조 재생기와, 응축기와, 용액 펌프를 구비하고, 증발기와 흡수기는, 기상부가 연통하고, 저압 재생기와 보조 흡수기는, 기상부가 연통하고, 고압 재생기와 보조 재생기와 응축기는, 기상부가 연통하고, 흡수기로부터 고압 재생기를 향하는 용액 배관은, 분기부를 갖고, 이 분기부에는, 저압 재생기를 향하는 용액 배관이 연결되고, 용액 펌프는, 흡수기로부터 분기부를 향하는 용액 배관에 마련되고, 고압 재생기로부터 흡수기를 향하는 용액 배관은, 저압 재생기로부터의 용액 배관과 연결된 합류부를 갖는다.

본 발명에 따르면, 단효용 사이클에 2단 흡수 사이클을 조합한 흡수식 냉동기에 있어서, 90℃ 정도의 하나의 구동 열원을 보다 저온까지 회수하여 냉열을 공급할 수 있고, 또한, 저압 재생기를 소형화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 기기의 배치에 자유도를 갖게 함과 함께, 용액 펌프를 삭감하고, 소비 전력을 저감할 수 있다.

도 1은, 실시예의 흡수식 냉동기를 도시하는 모식 구성도이다.
도 2는, 실시예의 흡수식 냉동기 흡수 사이클을 도시하는 듀링선도이다.

본 발명은, 3개의 재생기로 열원 매체를 공급하고, 독립한 2개의 용액 사이클로 이루어지는 흡수식 냉동기에 관한 것이다.

이하, 본 발명의 구체적 실시예에 대해서, 도면을 사용하여 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서, 동일 부호를 붙인 부분은 동일 혹은 상당하는 부분을 나타내고 있다.

실시예

도 1은, 실시예의 흡수식 냉동기를 도시하는 사이클 계통도이다.

도 2는, 용액의 등농도선으로 이루어지는 듀링선도 중에, 본 발명의 사이클 상태를 나타낸 그래프이다. 횡축에 용액 온도를, 종축에 압력을 취하고 있다.

도 1의 E, A, LG, HG, AA, AG, C와, 도 2의 E, A, LG, HG, AA, AG, C는 동일 부분을 나타낸다.

우선, 본 발명에 따른 흡수식 냉동기의 사이클 플로에 대하여 설명한다.

흡수식 냉동기는, 단효용 사이클측과 보조 사이클측으로 이루어지고, 각각의 사이클에서 용액이 독립하여 순환한다. 단효용 사이클측은, 증발기(1), 흡수기(9), 저압 재생기(22), 고압 재생기(33), 응축기(40), 저온 용액 열교환기(55) 및 고온 용액 열교환기(56)의 열교환기 요소, 냉매 펌프(6), 용액 펌프(14, 30) 등을 구비하고 있다. 보조 사이클측은, 보조 흡수기(16), 보조 재생기(44) 및 중온 용액 열교환기(57)의 열교환기 요소, 용액 펌프(29, 54) 등을 구비하고 있다.

이어서, 단효용 사이클측의 동작에 대하여 설명한다.

증발기(1)에서는, 냉매 펌프(6)로 증발기(1) 하부에 저류된 냉매를, 냉매 배관(7)을 통해 산포 장치(2)로 유도하고, 열교환기(3)의 전열관 밖으로 산포한다. 산포된 냉매는, 열교환기(3)의 전열관 내를 흐르는 냉수로 가열되어, 일부 냉매 증기로 되고, 엘리미네이터(8)를 통해 흡수기(9)로 유도된다. 이때에, 냉매가 증발할 때의 증발 잠열을 이용하여, 열교환기(3)의 전열관 내를 흐르는 냉수를 냉각한다. 열교환기(3)에는, 냉수 배관(4, 5)이 접속되어, 부하측으로 냉열을 공급하기 위한 냉수가 통수된다.

흡수기(9)에서는, 저압 재생기(22)와 고압 재생기(33)에서 농축된 용액이 산포 장치(10)로부터 열교환기(11)의 전열관 밖으로 산포된다. 산포된 용액은, 증발기(1)로부터의 냉매 증기를 흡수하고, 농도가 엷어진 후, 용액 배관(15)의 도중에 설치한 용액 펌프(14)로 저온 용액 열교환기(55)를 통과 후에 분기점 A(분기부)에서 분기하고, 한쪽이 용액 배관(31)의 유량 조정 밸브(32)(유량 조정 수단)를 통해 저압 재생기(22)로 유도된다. 분기점 A에서 분기한 다른 한쪽의 용액은, 고온 용액 열교환기(56)를 통해 고압 재생기(33)로 유도된다. 흡수기(9)의 열교환기(11)의 전열관 내에는, 용액이 냉매 증기를 흡수할 때에 발생하는 흡수열을 제거하기 위하여 냉각수가 통수된다. 열교환기(11)에는, 냉각수 배관(12, 13)이 접속되어 있다.

저압 재생기(22)에서는, 흡수기(9)에서 농도가 엷어진 용액이 산포 장치(23)로부터 열교환기(24)의 전열관 밖으로 산포된다. 산포된 용액은, 열교환기(24)의 전열관 내를 흐르는 열원 매체로 가열되어, 농축된 용액과 냉매 증기로 분리된다. 농축된 용액은, 용액 배관(27)을 통해 합류점 B(합류부)에서 고압 재생기(33)로부터의 용액과 합류한다. 냉매 증기는, 엘리미네이터(21)를 통해 보조 사이클측의 보조 흡수기(16)로 유도된다. 저압 재생기(22)의 열교환기(24)에는, 열원 매체 배관(25, 26)이 접속되어 있다.

고압 재생기(33)에서는, 흡수기(9)에서 농도가 엷어지고, 저온 용액 열교환기(55)와 고온 용액 열교환기(56)에서 승온된 용액이 산포 장치(34)로부터 열교환기(35)의 전열관 밖으로 산포된다. 산포된 용액은, 열교환기(35)의 전열관 내를 흐르는 열원 매체로 가열되어, 농축된 용액과 냉매 증기로 분리된다. 농축된 용액은, 용액 배관(49)의 도중에 설치한 고온 용액 열교환기(56)를 통해 합류점 B로 유도된다. 합류점 B에서 합류한 저압 재생기(22)와 고압 재생기(33)로부터의 농축된 용액은, 용액 펌프(30)로 승압되어, 저온 용액 열교환기(55)를 통해 흡수기(9)로 유도된다. 고압 재생기(33)에서 농축된 용액으로부터 분리된 냉매 증기는, 배플(39)을 통해 응축기(40)로 유도된다. 고압 재생기(33)의 열교환기(35)에는, 열원 매체 배관(36, 37)이 접속되어 있다.

응축기(40)에서는, 고압 재생기(33)와 보조 재생기(44)에서 농축된 용액으로부터 분리된 냉매 증기를, 열교환기(41)의 전열관 내를 흐르는 냉각수로 냉각하고, 응축 액화한다. 응축 액화한 냉매는, 냉매 배관(50)을 통해 증발기(1)로 유도된다. 열교환기(41)에는, 냉각수 배관(42, 43)이 접속된다.

이어서, 보조 사이클측의 동작에 대하여 설명한다.

보조 흡수기(16)에서는, 보조 재생기(44)에서 농축된 용액이 산포 장치(17)로부터 열교환기(18)의 전열관 밖으로 산포된다. 산포된 용액은, 단효용측 사이클의 저압 재생기(22)로부터의 냉매 증기를 흡수하여 농도가 엷어진 후, 용액 배관(28)의 도중에 설치된 용액 펌프(29)로 중온 용액 열교환기(57)를 통과 후에 보조 재생기(44)로 유도된다. 보조 흡수기(16)의 열교환기(18)의 전열관 내에는, 용액이 냉매 증기를 흡수할 때에 발생하는 흡수열을 제거하기 위하여 냉각수가 통수된다. 열교환기(18)에는, 냉각수 배관(19, 20)이 접속되어 있다.

보조 재생기(44)에서는, 보조 흡수기(16)에서 농도가 엷어진 용액이 산포 장치(45)로부터 열교환기(46)의 전열관 밖으로 산포된다. 산포된 용액은, 열교환기(46)의 전열관 내를 흐르는 열원 매체로 가열되어, 농축된 용액과 냉매 증기로 분리된다. 농축된 용액은, 용액 배관(51)의 도중에 설치한 용액 펌프(54)에서, 중온 용액 열교환기(57)를 통해 보조 흡수기(16)로 유도된다. 농축된 용액으로부터 분리된 냉매 증기는, 배플(52)을 통해 응축기(40)로 유도된다. 보조 재생기(44)의 열교환기(46)에는, 열원 매체 배관(47, 48)이 접속되어 있다.

열원 매체는, 예를 들어 고압 재생기(33)의 열교환기(35), 저압 재생기(22)의 열교환기(24), 보조 재생기(44)의 열교환기(46)의 순으로 통수된다. 이때, 도 2에 도시하는 바와 같이, 열원 매체를, 고압 재생기(33) 출구의 용액 온도보다 높은 온도(90℃ 정도)로부터, 보조 재생기(44) 출구의 용액 온도에 가까운 온도(60℃ 정도)까지 이용할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 증발기(1)에서는 냉매가, 흡수기(9), 저압 재생기(22), 고압 재생기(33) 및 보조 흡수기(16), 보조 재생기(44)에서는 용액이, 각 열교환기 상부의 산포 장치로부터 산포되는 유하 액막식의 열교환기로 하고 있다.

이상과 같이, 본 발명의 구성은, 단효용 사이클측의 저압 재생기(22)와 보조 사이클측의 보조 흡수기(16)의 기상부를 연통하고, 단효용 사이클측의 고압 재생기(33)와 응축기(40)와 보조 사이클측의 보조 재생기(44)의 기상부를 연통함으로써, 단효용 사이클과 2단 흡수 사이클을 조합하여 운전할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, 용액(흡수제)으로서 브롬화리튬 수용액을 사용하고, 냉매로서 물을 사용하고 있다.

이어서, 본 발명에 따른 구성과 효과에 대하여 도 1 및 도 2에서 설명한다.

흡수기(9)로부터 나온 용액은, 저온 용액 열교환기(55)를 통과 후에 분기점 A에서 분기시킨다. 이에 의해, 도 2에도 도시하는 바와 같이, 저압 재생기(22)에는, 흡수기(9)로부터의 농도가 엷은 용액을 유입시킬 수 있다. 즉, 저압 재생기(22)에 유입시키는 용액의 온도를, 고압 재생기(33) 출구보다 농도가 엷은 만큼, 낮게 할 수 있다. 따라서, 저압 재생기(22)를 구동하기 위한 구동 열원 온도와의 온도 차를 크게 취할 수 있고, 온도 차가 커진 만큼, 전열 면적을 삭감할 수 있다.

또한, 흡수기(9)로부터의 용액을, 분기점 A에서 분기시킴으로써, 고온 용액 열교환기(56)에서의 순환량을, 흡수기(9)로부터의 순환량보다 저감시킬 수 있다. 이에 의해, 순환량에 맞춰서 고온용 액 열교환기(56)의 사이즈를 소형화 할 수 있음과 함께, 용액의 현열 손실을 저감할 수 있고, 흡수식 냉동기의 효율 향상을 도모할 수 있다. 또한, 저압 재생기(22)와 고압 재생기(33)는, 저압 재생기(22)와 접속하는 용액 배관(31)의 도중에 마련한 유량 조정 밸브(32)에 의해, 용액의 분배량을 조정할 수 있도록 하였다. 이에 의해, 저압 재생기(22)와 고압 재생기(33)로의 용액의 산포량을 임의로 조정할 수 있으므로, 기기의 배치를 결정할 때에, 열교환기(24, 35)의 사이즈를 산포량을 조정할 수 있는 범위에서 자유롭게 설정할 수 있다.

또한, 저압 재생기(22)와 고압 재생기(33)에서 농축된 용액을 합류점 B에서 합류하고, 합류점 B와 저온 용액 열교환기(55) 사이에 용액 펌프(30)를 배치하는 구성으로 하였다. 이에 의해, 고압 재생기(33)로부터의 용액은, 용액 펌프(30)와 고압 재생기(33) 내에 저류되는 용액의 액 헤드와, 저압 재생기(22)의 기내 압력차를 이용하여 용액 펌프(30)에 압입함과 함께, 저압 재생기(22)로부터의 용액은, 용액 펌프(30)와 저압 재생기(22) 내에 저류되는 용액의 액 헤드를 이용하여 용액 펌프(30)에 압입할 수 있다. 이에 의해, 용액 펌프(30)로 고압 재생기(33)와 저압 재생기(22)로부터의 용액을 흡수기(9)로 유도할 수 있다. 즉, 저압 재생기(22)와 고압 재생기(33)의 용액을 용액 펌프(30)의 1대로 대응할 수 있으므로, 비용 저감과 함께 소비 전력량을 삭감할 수 있다.

상술한 실시예에 있어서는, 유하 액막식의 열교환기를 내장한 구성에 대하여 설명했지만, 본 발명의 실시 형태는 이것에 한정되는 것은 아니고, 하나의 배열원으로부터 저온도에 도달할 때까지 열을 회수하는 관점에서, 만액식의 열교환기를 내장한 구성 등에 있어서도 본 발명의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 상술한 실시예에 있어서는, 분기되어 저압 재생기를 향하는 용액 유로에 유량 조정 밸브를 마련한 유량 조정 수단에 대하여 설명했지만, 본 발명의 실시 형태는 이것에 한정되는 것은 아니고, 고압 재생기를 향하는 용액 유로에 유량 조정 밸브를 마련한 구성으로 해도 되고, 밸브를 마련하지 않고, 분기부의 하류측의 2개의 용액 유로에 미리 설정한 적절한 유로 저항을 마련한 구성으로 해도 된다.

1: 증발기
2, 10, 17, 23, 34, 45: 산포 장치
3, 11, 18, 24, 35, 41, 46: 열교환기
4, 5: 냉수 배관
6: 냉매 펌프
7, 50: 냉매 배관
8, 21: 엘리미네이터
9: 흡수기
12, 13, 19, 20, 42, 43: 냉각수 배관
14, 29, 30, 54: 용액 펌프
15, 27, 28, 31, 49, 51: 용액 배관
16: 보조 흡수기
22: 저압 재생기
25, 26, 36, 37, 47, 48: 열원 매체 배관
32: 유량 조정 밸브
33: 고압 재생기
39, 52: 배플
40: 응축기
44: 보조 재생기
55: 저온 용액 열교환기
56: 고온 용액 열교환기
57: 중온 용액 열교환기

Claims

증발기와, 흡수기와, 저압 재생기와, 고압 재생기와, 보조 흡수기와, 보조 재생기와, 응축기와, 용액 펌프를 구비하고,
상기 증발기와 상기 흡수기는, 기상부가 연통하고,
상기 저압 재생기와 상기 보조 흡수기는, 기상부가 연통하고,
상기 고압 재생기와 상기 보조 재생기와 상기 응축기는, 기상부가 연통하고,
상기 흡수기로부터 상기 고압 재생기를 향하는 용액 배관은, 분기부를 갖고, 이 분기부에는, 상기 저압 재생기를 향하는 용액 배관이 연결되고,
상기 용액 펌프는, 상기 흡수기로부터 상기 분기부를 향하는 상기 용액 배관에 마련되고,
상기 고압 재생기로부터 상기 흡수기를 향하는 용액 배관은, 상기 저압 재생기로부터의 용액 배관과 연결된 합류부를 갖는, 흡수식 냉동기.
제1항에 있어서, 상기 분기부로부터 상기 저압 재생기를 향하는 상기 용액 배관에는, 유량 조정 수단이 마련되어 있는, 흡수식 냉동기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 증발기, 상기 흡수기, 상기 저압 재생기, 상기 고압 재생기, 상기 보조 흡수기 및 상기 보조 재생기는, 유하 액막식의 열교환기를 갖는, 흡수식 냉동기.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합류부로부터 상기 흡수기를 향하는 상기 용액 배관에는, 용액 펌프가 마련되어 있는, 흡수식 냉동기.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡수기로부터 상기 분기부를 향하는 상기 용액 배관과, 상기 합류부로부터 상기 흡수기를 향하는 상기 용액 배관이 열교환을 하는 저온 용액 열교환기가 마련되어 있는, 흡수식 냉동기.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고압 재생기로부터 상기 합류부를 향하는 상기 용액 배관과, 상기 분기부로부터 상기 고압 재생기를 향하는 상기 용액 배관이 열교환을 하는 고온 용액 열교환기가 마련되어 있는, 흡수식 냉동기.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보조 흡수기로부터 상기 보조 재생기를 향하는 용액 배관과, 상기 보조 재생기로부터 상기 보조 흡수기를 향하는 용액 배관이 열교환을 하는 중온 용액 열교환기가 마련되어 있는, 흡수식 냉동기.