KR20210014915A

KR20210014915A - 고온 안정성이 향상된 3중 효용 흡수식 냉온수기 및 이의 구동 방법

Info

Publication number: KR20210014915A
Application number: KR1020190092969A
Authority: KR
Inventors: 김효상; 김광영; 우성민; 이수용
Original assignee: 삼중테크 주식회사
Priority date: 2019-07-31
Filing date: 2019-07-31
Publication date: 2021-02-10
Also published as: KR102268853B1

Abstract

고온 안정성이 향상된 3중 효용 흡수식 냉동기는 적어도 하나 이상의 증발기(1, 2)와, 상기 증발기로부터 발생되는 냉매증기를 묽은 리튬브로마이드 용액(이하 '희용액')으로 흡수하는 적어도 하나 이상의 흡수기(3, 4), 상기 증발기는 하부에 흘러나온 냉매를 다시 상부로 순환하는 냉매 순환 유로(R1), 상기 냉매를 재순환하는 냉매 순환 펌프(14) 및 상기 용액을 순환하는 용액 순환 펌프(15), 상기 흡수기(3, 4)와 연결되어 내부에 제1 전열관을 구비하며, 상기 제1 전열관 내의 냉매증기가 가진 응축 잠열로 상기 흡수기로부터 공급되는 상기 희용액을 가열하여 상기 희용액보다 진한 중용액으로 농축시키는 제1 재생기(6), 상기 제1 재생기(6)와 연결되어 내부에 제2 전열관을 구비하며, 상기 제2 전열관 내의 냉매증기가 가진 응축 잠열로 상기 제1 재생기(6)로부터 공급되는 상기 중용액을 가열하여 상기 중용액보다 진한 농용액으로 농축시키는 제2 재생기(7), 상기 제1 재생기(6)와 연결되어 내부에 열원을 구비하며, 상기 열원으로써 상기 제1 재생기(6)로부터 공급되는 상기 중용액을 가열하여 상기 중용액보다 진한 농용액으로 농축시키는 제3 재생기(8), 상기 제3 재생기에서 배출되는 가스를 냉각하는 배기가스 열교환기(13), 상기 제3 재생기(8)에서 상기 농용액으로 농축시키는 과정에서 생성되는 냉매증기를 상기 제2 전열관으로 공급하는 제1 냉매증기 배출배관(71), 상기 제2 전열관에서 배출되는 냉매증기를 상기 제1 전열관으로 공급하는 제2 냉매증기 배출배관(72) 및 상기 제1 냉매증기 배출배관으로부터 분기되어 연결되는 난방용 스팀 배관(STF)을 포함한다.

Description

고온 안정성이 향상된 3중 효용 흡수식 냉온수기 및 이의 구동 방법{Triple-Efficiency Absorption Chiller-Heater Having Improved High-Temperature Stability and Method for operating the same}

본 발명은 고온 안정성이 향상된 3중 효용 흡수식 냉온수기 및 이의 구동 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도시가스의 연소열을 이용하는 3중 효용 가스직화식 흡수식 냉온수기에서 운전 중 연도 등을 통하여 대기로 버려지는 배기가스의 배열을 냉방 시 기기 내부의 희용액과 난방 시 증발기에서 응축되는 냉매액으로의 열회수가 가능하도록 하는 사이클을 고안하고, 배관 및 장치를 부착하여 연소열효율의 극대화를 도모할 수 있도록 한 고온 안정성이 향상된 3중 효용 흡수식 냉온수기 및 이의 구동 방법에 관한 것이다.

3중 효용 흡수식 냉온수기는 증발기, 흡수기, 응축기, 저온재생기, 중온재생기, 고온재생기, 저온용액열교환기, 중온용액열교환기, 고온용액열교환기, 배기가스 열교환기, 응축냉매열교환기, 용액펌프, 냉매펌프, 가스버너, 제어반 등으로 구성되며, 냉방운전 시에는 기존 개선된 역-병렬형 사이클로 운전된다. 냉방운전 시 가스의 열소열에 의하여 고온재생기의 온도는 약 200도이하, 압력은 2000mmHg 수준이고, 입형 관류보일러 타입의 고온재생기가 주로 사용되고 있으며, 고온재생기로부터 배출되는 배기가스의 온도는 약 220도~230도 수준이므로, 이러한 배기가스의 배열을 회수하여 연소효율 향상을 위해 배기가스 열교환기가 고온재생기에 부착되게 된다.

그러나 배기가스 열교환기에 유입되는 희용액이 기존 사이클의 경우, 중온열교환기에서 고온열교환기로 이송되는 약 120도 수준의 승온된 희용액의 일부를 분기하여 배기가스 열교환기로 이송하기 때문에 배기가스의 배열을 충분히 회수하기 위해서는 열교환기의 전열면적이 커져야 하고, 배기가스 열교환기에서 배출되는 약 150~170도의 배기가스의 온도가 다소 높은 단점을 가지고 있었다.

또한 난방 시에는 가스의 연소열을 이용하여 고온재생기에서 냉매를 재생 비등하는 고온의 냉매증기를 중온재생기의 열원으로 사용하고, 이때 발생되는 낮은 수준의 고온 냉매증기를 다시 저온재생기 열원으로 사용한 후 저온재생기와 증발기로 연결된 증기 배관을 통해 증발기로 냉매증기를 이송하는 난방 사이클을 운영하고 있었다. 따라서 사이클상 난방시에도 고온재생기가 (약 150~170도의 고온 및 약 1~1.5barg의 고압으로 운영되므로 운전시간 누적에 의한 부식 및 성능저하의 단점을 가지고 있었다. 그리고 난방 사이클 시에도 배기가스 열교환기로 유입되는 희용액은 냉방 시와 동일하므로 냉방시의 문제점인 배기가스 열교환기의 전열면적 증대와 130~150도의 배기가스 온도가 다소 높은 단점도 도출되었다.

대한민국 등록특허 제10-1710072호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 3중 효용 흡수식 냉온수기의 냉난방 사이클을 개선하여, 배기가스 배열을 최대한 활용하고, 따라서 연소효율이 개선된 고온 안정성이 향상된 3중 효용 흡수식 냉온수기 및 이의 구동 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명에 따른 고온 안정성이 향상된 3중 효용 흡수식 냉동기는 적어도 하나 이상의 증발기(1, 2)와, 상기 증발기로부터 발생되는 냉매증기를 묽은 리튬브로마이드 용액(이하 '희용액')으로 흡수하는 적어도 하나 이상의 흡수기(3, 4), 상기 증발기는 하부에 흘러나온 냉매를 다시 상부로 순환하는 냉매 순환 유로(R1), 상기 냉매를 재순환하는 냉매 순환 펌프(14) 및 상기 용액을 순환하는 용액 순환 펌프(15), 상기 흡수기(3, 4)와 연결되어 내부에 제1 전열관을 구비하며, 상기 제1 전열관 내의 냉매증기가 가진 응축 잠열로 상기 흡수기로부터 공급되는 상기 희용액을 가열하여 상기 희용액보다 진한 중용액으로 농축시키는 제1 재생기(6), 상기 제1 재생기(6)와 연결되어 내부에 제2 전열관을 구비하며, 상기 제2 전열관 내의 냉매증기가 가진 응축 잠열로 상기 제1 재생기(6)로부터 공급되는 상기 중용액을 가열하여 상기 중용액보다 진한 농용액으로 농축시키는 제2 재생기(7), 상기 제1 재생기(6)와 연결되어 내부에 열원을 구비하며, 상기 열원으로써 상기 제1 재생기(6)로부터 공급되는 상기 중용액을 가열하여 상기 중용액보다 진한 농용액으로 농축시키는 제3 재생기(8), 상기 제3 재생기에서 배출되는 가스를 냉각하는 배기가스 열교환기(13), 상기 제3 재생기(8)에서 상기 농용액으로 농축시키는 과정에서 생성되는 냉매증기를 상기 제2 전열관으로 공급하는 제1 냉매증기 배출배관(71), 상기 제2 전열관에서 배출되는 냉매증기를 상기 제1 전열관으로 공급하는 제2 냉매증기 배출배관(72) 및 상기 제1 냉매증기 배출배관으로부터 분기되어 연결되는 난방용 스팀 배관(STF)을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 냉매 순환 유로(R1)에서 분기되어 상기 배기가스 열교환기(13)와 연결되는 난방 냉매액 배관(CL)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 배기가스 열교환기(13)에서 열교환 후 배출되는 냉매를 상기 제1 재생기(6)로 전달하는 냉매액 회수 배관(81)을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 난방용 스팀 배관(STF)는 제1 난방 제어 밸브(V3)가 배치되고, 상기 난방 냉매액 배관(CL)은 제2 난방 제어 밸브(V4)가 배치되고, 상기 냉매액 회수 배관(81)에는 제3 난방 제어 밸브(V5)가 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 재생기(6)으로부터 용액을 배출하는 고압 분사 펌프(16), 상기 제1 재생기(6)로부터 상기 배기가스 열교환기(13)로 용액을 공급하는 배기가스 용액 공급 배관(91), 상기 배기가스 열교환기(13)에서 용액을 회수하여 제3 재생기(8)로 공급하는 배기가스 용액 회수 배관(82)을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 배기가스 용액 공급 배관(91) 상에 설치되는 제1 냉방 제어 밸브(V7), 상기 배기가스 용액 회수 배관 (82) 상에 설치되는 제2 냉방 제어 밸브(V5)를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 냉방 구동 시에는, 상기 제1 냉방 제어 밸브(V7) 및 상기 제2 냉방 제어 밸브(V5)가 개방되고, 상기 제1 난방 제어 밸브(V3), 상기 제2 난방 제어 밸브(V4), 상기 제3 난방 제어 밸브(V5)가 폐쇄되고, 난방 구동 시에는, 상기 제1 냉방 제어 밸브(V7) 및 상기 제2 냉방 제어 밸브(V5)가 폐쇄되고, 상기 제1 난방 제어 밸브(V3), 상기 제2 난방 제어 밸브(V4), 상기 제3 난방 제어 밸브(V5)가 개방되는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 배기가스 열교환기(13) 하단에 설치되는 응축수 액받이(102) 및 상기 응축수 액받이와 연결되는 U배관(103)을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 배기가스 열교환기(13) 말단에 형성되는 베플 유니트를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 고온 안정성이 향상된 3중 효용 흡수식 냉동기의 구동 방법은 적어도 하나 이상의 증발기(1, 2)와, 상기 증발기로부터 발생되는 냉매증기를 묽은 리튬브로마이드 용액(이하 '희용액')으로 흡수하는 적어도 하나 이상의 흡수기(3, 4), 상기 증발기는 하부에 흘러나온 냉매를 다시 상부로 순환하는 냉매 순환 유로(R1), 상기 냉매를 재순환하는 냉매 순환 펌프(14) 및 상기 용액을 순환하는 용액 순환 펌프(15), 상기 흡수기(3, 4)와 연결되어 내부에 제1 전열관을 구비하며, 상기 제1 전열관 내의 냉매증기가 가진 응축 잠열로 상기 흡수기로부터 공급되는 상기 희용액을 가열하여 상기 희용액보다 진한 중용액으로 농축시키는 제1 재생기(6), 상기 제1 재생기(6)와 연결되어 내부에 제2 전열관을 구비하며, 상기 제2 전열관 내의 냉매증기가 가진 응축 잠열로 상기 제1 재생기(6)로부터 공급되는 상기 중용액을 가열하여 상기 중용액보다 진한 농용액으로 농축시키는 제2 재생기(7), 상기 제1 재생기(6)와 연결되어 내부에 열원을 구비하며, 상기 열원으로써 상기 제1 재생기(6)로부터 공급되는 상기 중용액을 가열하여 상기 중용액보다 진한 농용액으로 농축시키는 제3 재생기(8), 상기 제3 재생기에서 배출되는 가스를 냉각하는 배기가스 열교환기(13), 상기 제3 재생기(8)에서 상기 농용액으로 농축시키는 과정에서 생성되는 냉매증기를 상기 제2 전열관으로 공급하는 제1 냉매증기 배출배관(71), 상기 제2 전열관에서 배출되는 냉매증기를 상기 제1 전열관으로 공급하는 제2 냉매증기 배출배관(72), 상기 제1 냉매증기 배출배관으로부터 분기되어 연결되는 난방용 스팀 배관(STF), 상기 냉매 순환 유로(R1)에서 분기되어 상기 배기가스 열교환기(13)와 연결되는 난방 냉매액 배관(CL), 상기 배기가스 열교환기(13)에서 열교환 후 배출되는 냉매를 상기 제1 재생기(6)로 전달하는 냉매액 회수 배관(81), 상기 제1 재생기(6)으로부터 용액을 배출하는 고압 분사 펌프(16), 상기 제1 재생기(6)로부터 상기 배기가스 열교환기(13)로 용액을 공급하는 배기가스 용액 공급 배관(91), 상기 배기가스 열교환기(13)에서 용액을 회수하여 제3 재생기(8)로 공급하는 배기가스 용액 회수 배관(82)을 포함하고, 상기 배기가스 용액 공급 배관(91) 및 상기 배기가스 용액 회수 배관(82)이 폐쇄되고, 상기 난방용 스팀 배관(STF), 상기 난방 냉매액 배관(CL) 및 상기 냉매액 회수 배관(81)이 개방되는 난방 구동 단계 및 상기 배기가스 용액 공급 배관(91) 및 상기 배기가스 용액 회수 배관(82)이 개방되고, 상기 난방용 스팀 배관(STF), 상기 난방 냉매액 배관(CL) 및 상기 냉매액 회수 배관(81)이 폐쇄되는 냉방 구동 단계를 포함한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 3중 효용 흡수식 냉온수기의 냉난방 사이클을 개선하여, 배기가스 배열을 최대한 활용하여 연소효율을 개선하여 흡수식 냉온수기의 연료절감을 할 수 있다.

특히 냉방시의 희용액 분기 위치를 개선하고, 분기 순환량을 줄여 배기가스 열회수 효율을 향상시키고, 난방 시에는 희용액이 아닌 증발기의 냉매액을 순환시켜 배기가스 열회수 효율을 더욱 증대할 수 있도록 구성하여, 최종적으로 열교환기의 열회수 효율을 증대시키면서도 전열면적을 줄일 수 있는 사이클과 장치를 제공한다.

또한 배기가스 열교환기로부터 배출되는 배기가스 온도를 약 80~100도까지 이용하도록 구성하여 연소열효율을 극대화시켜 흡수식 시스템 효율을 향상시킴과 동시에 응축되는 배기가스 응축수를 원활히 배출하는 구조의 배기가스 열교환기를 제공하므로서 실제 현장에서의 응축수에 의하여 발생되는 부식에 의한 고장 및 손상을 미연에 방지 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 안정성이 향상된 3중 효용 흡수식 냉온수기의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고온 안정성이 향상된 3중 효용 흡수식 냉온수기의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고온 안정성이 향상된 3중 효용 흡수식 냉온수기의 배기가스 열교환기의 개념도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

또한, 본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명은 본 발명의 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

I. 3중 효용 흡수식 냉온수기 의 전체 구성

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 안정성이 향상된 3중 효용 흡수식 냉온수기의 개념도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 고온 안정성이 향상된 3중 효용 흡수식 냉동기는 적어도 하나 이상의 증발기(1, 2)와, 증발기로부터 발생되는 냉매증기를 묽은 리튬브로마이드 용액(이하 '희용액')으로 흡수하는 적어도 하나 이상의 흡수기(3, 4)를 포함한다. 증발기는 하부에 흘러나온 냉매를 다시 상부로 순환하는 냉매 순환 유로(R1), 냉매를 재순환하는 냉매 순환 펌프(14) 및 용액을 순환하는 용액 순환 펌프(15)를 포함한다.

제1 재생기(6)는 저온 재생기로, 흡수기(3, 4)와 연결되어 내부에 제1 전열관을 구비하며, 제1 전열관 내의 냉매증기가 가진 응축 잠열로 흡수기로부터 공급되는 희용액을 가열하여 희용액보다 진한 중용액으로 농축시킨다.

제2 재생기(7)는 중온재생기로 제1 재생기(6)와 연결되어 내부에 제2 전열관을 구비하며, 제2 전열관 내의 냉매증기가 가진 응축 잠열로 제1 재생기(6)로부터 공급되는 중용액을 가열하여 중용액보다 진한 농용액으로 농축시킨다.

제3 재생기(8)는 고온 재생기로 제2 재생기(7), 제1 재생기(6)와 연결되어 내부에 열원을 구비하며, 열원으로써 제1 재생기(6)로부터 공급되는 중용액을 가열하여 중용액보다 진한 농용액으로 농축시킨다.

본 실시예에서는 저온재생기(6), 중온재생기(7) 및 고온재생기(8)를 포함하며, 편의상 제1, 제2 및 제3 재생기로 지칭할 수 있다. 특히, 각 재생기의 연결 관계에 있어서, 제1 재생기는 흡수기와 직렬 연결될 수 있고, 제2 재생기와 제3 재생기는 각각 제1 재생기와 병렬 연결되는 관계로 구성될 수 있다. 하지만 본 실시예 에서는 재생기의 직병렬 배치과 관련하여 다양한 변형을 하여 실시예를 적용할 수 있음은 물론이며, 이에 대해 제1 내지 제3 재생기의 직병렬 조합을 다양하게 적용하여 실시예를 적용할 수도 있다.

제3 재생기(8)에서 배출되는 가스를 냉각하는 배기가스 열교환기(13)가 구성된다. 제1 냉매증기 배출배관(71)은 제3 재생기(8)에서 상기 농용액으로 농축시키는 과정에서 생성되는 냉매증기를 중온재생기의 제2 전열관으로 공급하고, 제2 냉매증기 배출배관(72)은 제2 전열관에서 배출되는 냉매증기를 저온 재생기의 제1 전열관으로 공급한다.

난방용 스팀 배관(STF)은 제1 냉매증기 배출배관(71)으로부터 분기되어 고온의 냉매 증기를 직접 증발기에 연결한다. 난방 냉매액 배관(CL)은 냉매 순환 유로(R1)에서 분기되어 배기가스 열교환기(13)와 직접 연결된다. 또한, 냉매액 회수 배관(81)은 배기가스 열교환기(13)에서 열교환 후 배출되는 냉매를 저온 재생기(6)로 전달한다.

저온 재생기(6)으로부터 용액을 배출하는 고압 분사 펌프 (16), 제1 재생기(6)로부터 상기 배기가스 열교환기(13)로 용액을 공급하는 배기가스 용액 공급 배관(91) 및 배기가스 열교환기(13)에서 용액을 회수하여 제3 재생기(8)로 공급하는 배기가스 용액 회수 배관(82)이 더 포함될 수 있다.

난방용 스팀 배관(STF)는 제1 난방 제어 밸브(V3)가 배치되고, 난방 냉매액 배관(CL)은 제2 난방 제어 밸브(V4)가 배치되고, 냉매액 회수 배관(81)에는 제3 난방 제어 밸브(V5)가 배치되고, 배기가스 용액 공급 배관(91) 상에 설치되는 제1 냉방 제어 밸브(V7), 배기가스 용액 회수 배관 (82) 상에 설치되는 제2 냉방 제어 밸브(V5)가 더 배치된다.

II. 3중 효용 흡수식 냉온수기의 냉방 구동

(a) 냉방 구동 방식

도 1을 다시 참조하면, 냉방 구동 시에는, 제1 냉방 제어 밸브(V7) 및 제2 냉방 제어 밸브(V5)가 개방되고, 제1 난방 제어 밸브(V3), 제2 난방 제어 밸브(V4), 제3 난방 제어 밸브(V5)가 폐쇄되어 구동 된다.

흡수식 냉방운전이 개시는 경우 증발기(EV1, EV2; 1, 2)는 냉매 증기의 잠열로 인해 냉각을 진행하고, 이로부터 발생되는 냉매증기를 흡수기(AB1, AB2; 3, 4)에서 묽은 리튬브로마이드 용액(이하 '희용액')으로 흡수한다.

흡수기(AB1, AB2; 3, 4) 하단에 설치된 용액순환펌프(15)에 의하여 희용액이 저온열교환기(LSX, 9)를 지나 저온재생기(LTG, 6)로 유입되어 재생 농축되며, 저온재생기(LTG, 6)에서 재생된 희용액이 고압 분사펌프(16)에 의하여 대부분의 용액(약 90~95%)은 중온열교환기(MSX, 10)으로 유입되고, 나머지(5~10%)는 배기가스 열교환기(ESX, 13)로 유입되고 승온된 후 고온재생기(HTG, 8)로 유입된다.

이때 고온재생기(HTG, 8)에서 발생한 고온의 냉매증기는 제1 냉매증기 배출배관(71)을 따라 중온재생기(MTG, 7) 내부 전열관으로 유입되어 중온재생기(MTG, 7)로 순환하는 희용액을 가열, 재생시키고, 중온재생기(MTG, 7)에서 발생한 냉매증기와 함께 제2 냉매증기 배출배관(72)을 따라 저온재생기(LTG, 6) 내부 전열관으로 유입되어 저온재생기(LTG, 6)의 재생열원으로 사용된다. 이후, 모든 냉매증기는 응축기(CON, 5)로 유입된 후 응축 액화되어 증발기(EV1, EV2; 1, 2)로 순환됨으로써 냉방사이클이 유지된다.

한편, 저온 열교환기(LSX, 9)에서 재생된 희용액의 온도는 약 70도 수준이므로 배기가스 열교환기(ESX, 13) 말단의 배기가스 온도는 80~100도 수준으로 배출될 수 있다. 따라서 그만큼 열회수 효율이 증대된다. 추가적으로 보다 적은 희용액량으로도 열교환 효율을 향상시킬 수 있어 배기가스 열교환기(ESX, 13)의 전열면적을 줄일 수 있다.

(b) 기존의 구동 방식과 비교

기존에는 고압 분사펌프(16)에 의하여 이송되어 중온열교환기(MSX, 10)를 거쳐 일부분(40~50%)는 중온재생기(MTG, 7)로, 나머지 일부분(40% 수준)은 고온열교환기(HSX, 11)을 거쳐 고온재생기로, 나머지(약 10% 내외)는 배기가스 열교환기(ESX, 13)을 거쳐 고온재생기(HTG, 8)로 유입되어 고온재생기(HTG,8)와 제2 재생기인 중온재생기(MTG, 7)에서 재생 농축된 농용액이 흡수기(AB1, AB2; 3, 4)로 순환되어 냉방이 실시되었다.

따라서 기존의 배기가스 열교환기(ESX, 13)로 유입되는 희용액은 중온열교환기(MTG, 7)를 지난 희용액으로 온도는 약 120도 수준으로 다소 높고, 배기가스 열교환기(ESX, 13)를 통과한 후 약 180도까지 승온 되어 고온재생기(HTG, 8)로 유입된다. 이때 배기가스 열교환기 전단, 즉 고온재생기에서 나오는 배기가스는 약 220~230도 수준이나, 배기가스 열교환기를 지나고도 희용액 온도가 높기 때문에 말단 온도는 약 150~170도 수준으로 높았다. 그리고 배기가스 말단 온도를 낮추어 열손실을 줄이기 위해서는 열교환 면적이 더욱 커져야 했다.

(c) 본 발명의 실시예의 해결 방법과 장점

하지만 본 실시예에 따르면, 저온재생기(LTG, 6)에서 재생된 낮은 온도의 희용액 일부(5~10%)가 고압 분사펌프(16)에 의하여 배기가스 열교환기(ESX, 13)로 유입되어 배기가스 열교환기(ESX, 13)에 직접 사용됨으로써, 보다 높은 온도 차이의 열회수가 가능하고, 역으로 배기가스 열교환기(ESX, 13)에서는 큰 폭으로 배기가스의 온도를 떨어뜨릴 수 있다.

저온 열교환기(LSX, 9)에서 재생된 희용액의 온도는 약 70도 수준이므로 배기가스 열교환기(ESX, 13) 말단의 배기가스 온도는 80~100도 수준으로 배출될 수 있다. 열회수 효율이 증대될 뿐 아니라, 적은 희용액량을 사용해도 되므로, 배기가스 열교환기(ESX, 13)의 전열면적을 줄일 수 있다.

III. 3중 효용 흡수식 냉온수기의 난방 구동

(a) 난방 구동 방식

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고온 안정성이 향상된 3중 효용 흡수식 냉온수기의 개념도이다.

도 2를 다시 참조하면, 난방 구동 시에는, 제1 냉방 제어 밸브(V7) 및 제2 냉방 제어 밸브(V5)가 폐쇄되고, 제1 난방 제어 밸브(V3), 제2 난방 제어 밸브(V4), 제3 난방 제어 밸브(V5)가 된다.

본 실시예에서는 고온재생기(HTG, 8)에서 농용액으로 농축시키는 과정에서 생성되는 냉매증기를 중온재생기(MTG, 8)의 제2 전열관으로 공급하는 제1 냉매증기 배출배관(71) 및 제1 냉매증기 배출배관(71)으로부터 분기되어 연결되는 난방용 스팀 배관(STF)을 포함한다.

난방 시 난방 스팀배관을 고온재생기(HTG, 8)에서 중온재생기(MTG, 7)로 향하는 제1 냉매증기 배출배관(71) 에서 분기하여 증발기(EV1, EV2; 1, 2)로 바로 연결하는 난방용 스팀 배관(STF)을 사용하여, 고온재생기(HTG, 8)의 온도와 압력을 각각 약 110~120도, 500~600torr까지 낮출 수 있다. 이로서, 대기압 이하의 난방 사이클을 구현할 수 있다. 그러므로 고온부식에 안정성을 확보할 수 있다.

또한 본 실시예에서는 냉매 순환 유로(R1)에서 분기되어 배기가스 열교환기(ESX, 13)와 연결되는 난방 냉매액 배관(CL)을 포함한다. 이것은 배기가스 열교환기(ESX, 13)로 유입되는 유체를 희용액이 아닌 증발기에서 약 60~70도 수준의 응축 액화된 냉매액을 적용할 수 있게 한다. 이것은 배기가스 말단 온도를 80~100도 수준까지 낮출 수 있으며, 그만큼 열회수 효율이 증대되고 배기가스 열교환기의 전열면적을 줄일 수 있다.

(b) 기존의 구동 방식과 비교

기존의 난방 구동에서는 저온재생기(LTG, 6)에서 직접 분기를 진행하여 증발기(EV1, EV2; 1, 2)로 고온의 스팀이 유입되어 응축액화 되며 온수를 생산하는 점이다. 또한 응축된 냉매는 저온재생기(LTG, 9)로 이송하여 용액을 희석하게 된다.

기존의 난방 구동 구조는 난방시에도 배기가스 열교환기(ESX, 13)로 유입되는 희용액량과 분기점이 동일하기 때문에 배기가스 말단 온도는 냉방과 마찬가지로 높은 수준으로 배출된다. 또한 고온재생기(HTG, 8), 중온재생기(MTG, 7), 저온재생기(LTG, 6)의 용액이 재생되며 증발기(EV1, EV2; 1, 2)로 난방용 스팀을 만들어 주는 사이클이기 때문에, 고온재생기(HTG, 8)는 냉방 시와 유사하게, 약 150~170도의 높은 온도와 1~1.5barg의 높은 압력이 적용된다. 특히 대기압 이상의 압력을 유지해야 되는 특성이 있어 난방 시에도 높은 온도, 압력에 의한 부식문제가 단점으로 지적되었다.

(c) 본 발명의 실시예의 해결 방법과 장점

하지만 본 실시예에 따르면, 난방 시 난방용 스팀 배관(STF)을 사용하여 고온재생기(HTG, 8)에서 발생되는 스팀을 직접 증발기로 공급하기 때문에, 저온-중온-고온의 재생기 온도를 낮추는 것이 가능하며, 이에 따라 고온재생기(HTG, 8)의 온도와 압력을 각각 약 110~120도, 500~600torr까지 낮출 수 있다. 고온 재생기(HTG, 8)의 온도와 압력을 낮추는 것은 구동의 안정성에 매우 유리하다.

또한 냉매 순환 유로(R1)에서 분기되는 난방 냉매액 배관(CL)을 통하여 직접 증발기에서 약 60~70도 수준의 응축 액화된 냉매액을 배기가스 열교환기(ESX, 13)에 제공하여, 배기가스 말단 온도를 80~100도 수준까지 낮출 수 있다.

III. 배기가스 열교환기의 구성

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고온 안정성이 향상된 3중 효용 흡수식 냉온수기의 개념도이다.

도 3을 참조하면, 배기가스 열교환기(ESX, 13) 하단에 설치되는 응축수 액받이(102) 및 응축수 액받이와 연결되는 U배관(103)을 더 포함한다. 또한, 배기가스 열교환기(ESX, 13) 말단에 형성되는 베플 유니트를 더 포함한다.

냉방 및 난방 구동에 관계 없이, 배기가스 열교환기(ESX, 13)를 통과한 배기가스 말단 온도는 80~100도 수준이므로 배기가스 내에 포함된 수증기가 다량 응축되어 응축수가 발생하게 된다. 이렇게 발생된 응축수의 배출이 용이하지 않으면, 배기가스 열교환기(ESX, 13) 내 부식은 물론이고, 고온재생기(HTG, 8) 노내 부식과 건물로 연결되는 연도 및 연돌의 부식을 가속화 시키게 되므로 배기가스와 응축수의 분리 및 배출이 매우 중요하다.

따라서 본 실시예에서는 배기가스 열교환기(ESX, 13) 하단에 응축수 액받이(102)를 설치하고 U배관(103)을 설치하여 배기가스는 배출되지 못하면서도 응축수는 용의하게 배출되도록 장치를 설치한다. 또한 배기가스 열교환기 말단에 빗살모양의 베플 유니트를 설치하여 배기가스내의 수분을 제거하여 연도 내로 응축수 액적이 유입되지 않도록 한다.

본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.

1, 2 : 증발기
3, 4 : 흡수기
6 : 저온 재생기, 제1 재생기
7 : 중온 재생기, 제2 재생기
8 : 고온 재생기, 제3 재생기
R1 : 냉매 순환 유로
13 : 배기가스 열교환기
14 : 냉매 순환 펌프
15 : 용액 순환 펌프
16 : 고압 분사 펌프
71 : 제1 냉매증기 배출배관
72 : 제2 냉매증기 배출배관
STF : 난방용 스팀 배관
CL : 난방 냉매액 배관
81 : 냉매액 회수 배관
82 : 배기가스 용액 회수 배관
91 : 배기가스 용액 공급 배관

Claims

적어도 하나 이상의 증발기(1, 2)와, 상기 증발기로부터 발생되는 냉매증기를 묽은 리튬브로마이드 용액(이하 '희용액')으로 흡수하는 적어도 하나 이상의 흡수기(3, 4);
상기 증발기는 하부에 흘러나온 냉매를 다시 상부로 순환하는 냉매 순환 유로(R1);
상기 냉매를 재순환하는 냉매 순환 펌프(14) 및 상기 용액을 순환하는 용액 순환 펌프(15);
상기 흡수기(3, 4)와 연결되어 내부에 제1 전열관을 구비하며, 상기 제1 전열관 내의 냉매증기가 가진 응축 잠열로 상기 흡수기로부터 공급되는 상기 희용액을 가열하여 상기 희용액보다 진한 중용액으로 농축시키는 제1 재생기(6);
상기 제1 재생기(6)와 연결되어 내부에 제2 전열관을 구비하며, 상기 제2 전열관 내의 냉매증기가 가진 응축 잠열로 상기 제1 재생기(6)로부터 공급되는 상기 중용액을 가열하여 상기 중용액보다 진한 농용액으로 농축시키는 제2 재생기(7);
상기 제1 재생기(6)와 연결되어 내부에 열원을 구비하며, 상기 열원으로써 상기 제1 재생기(6)로부터 공급되는 상기 중용액을 가열하여 상기 중용액보다 진한 농용액으로 농축시키는 제3 재생기(8);
상기 제3 재생기에서 배출되는 가스를 냉각하는 배기가스 열교환기(13);
상기 제3 재생기(8)에서 상기 농용액으로 농축시키는 과정에서 생성되는 냉매증기를 상기 제2 전열관으로 공급하는 제1 냉매증기 배출배관(71);
상기 제2 전열관에서 배출되는 냉매증기를 상기 제1 전열관으로 공급하는 제2 냉매증기 배출배관(72); 및
상기 제1 냉매증기 배출배관으로부터 분기되어 연결되는 난방용 스팀 배관(STF); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 안정성이 향상된 3중 효용 흡수식 냉동기.
청구항 1에 있어서,
상기 냉매 순환 유로(R1)에서 분기되어 상기 배기가스 열교환기(13)와 연결되는 난방 냉매액 배관(CL)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 안정성이 향상된 3중 효용 흡수식 냉동기.
청구항 2에 있어서,
상기 배기가스 열교환기(13)에서 열교환 후 배출되는 냉매를 상기 제1 재생기(6)로 전달하는 냉매액 회수 배관(81)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 안정성이 향상된 3중 효용 흡수식 냉동기.
청구항 3에 있어서,
상기 난방용 스팀 배관(STF)는 제1 난방 제어 밸브(V3)가 배치되고,
상기 난방 냉매액 배관(CL)은 제2 난방 제어 밸브(V4)가 배치되고,
상기 냉매액 회수 배관(81)에는 제3 난방 제어 밸브(V5)가 배치되는 것을 특징으로 하는 고온 안정성이 향상된 3중 효용 흡수식 냉동기.
청구항 4에 있어서,
상기 제1 재생기(6)으로부터 용액을 배출하는 고압 분사 펌프 (16);
상기 제1 재생기(6)로부터 상기 배기가스 열교환기(13)로 용액을 공급하는 배기가스 용액 공급 배관(91);
상기 배기가스 열교환기(13)에서 용액을 회수하여 제3 재생기(8)로 공급하는 배기가스 용액 회수 배관(82)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 안정성이 향상된 3중 효용 흡수식 냉동기.
청구항 5에 있어서,
상기 배기가스 용액 공급 배관(91) 상에 설치되는 제1 냉방 제어 밸브(V7);
상기 배기가스 용액 회수 배관 (82) 상에 설치되는 제2 냉방 제어 밸브(V5)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 안정성이 향상된 3중 효용 흡수식 냉동기.
청구항 6에 있어서,
냉방 구동 시에는,
상기 제1 냉방 제어 밸브(V7) 및 상기 제2 냉방 제어 밸브(V5)가 개방되고,
상기 제1 난방 제어 밸브(V3), 상기 제2 난방 제어 밸브(V4), 상기 제3 난방 제어 밸브(V5)가 폐쇄되고,
난방 구동 시에는,
상기 제1 냉방 제어 밸브(V7) 및 상기 제2 냉방 제어 밸브(V5)가 폐쇄되고,
상기 제1 난방 제어 밸브(V3), 상기 제2 난방 제어 밸브(V4), 상기 제3 난방 제어 밸브(V5)가 개방되는 것을 특징으로 하는 고온 안정성이 향상된 3중 효용 흡수식 냉동기.
제1항에 있어서,
상기 배기가스 열교환기(13) 하단에 설치되는 응축수 액받이(102) 및 상기 응축수 액받이와 연결되는 U배관(103)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 안정성이 향상된 3중 효용 흡수식 냉동기.
제8항에 있어서,
상기 배기가스 열교환기(13) 말단에 형성되는 베플 유니트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 안정성이 향상된 3중 효용 흡수식 냉동기.
적어도 하나 이상의 증발기(1, 2)와, 상기 증발기로부터 발생되는 냉매증기를 묽은 리튬브로마이드 용액(이하 '희용액')으로 흡수하는 적어도 하나 이상의 흡수기(3, 4);
상기 증발기는 하부에 흘러나온 냉매를 다시 상부로 순환하는 냉매 순환 유로(R1);
상기 냉매를 재순환하는 냉매 순환 펌프(14) 및 상기 용액을 순환하는 용액 순환 펌프(15);
상기 흡수기(3, 4)와 연결되어 내부에 제1 전열관을 구비하며, 상기 제1 전열관 내의 냉매증기가 가진 응축 잠열로 상기 흡수기로부터 공급되는 상기 희용액을 가열하여 상기 희용액보다 진한 중용액으로 농축시키는 제1 재생기(6);
상기 제1 재생기(6)와 연결되어 내부에 제2 전열관을 구비하며, 상기 제2 전열관 내의 냉매증기가 가진 응축 잠열로 상기 제1 재생기(6)로부터 공급되는 상기 중용액을 가열하여 상기 중용액보다 진한 농용액으로 농축시키는 제2 재생기(7);
상기 제1 재생기(6)와 연결되어 내부에 열원을 구비하며, 상기 열원으로써 상기 제1 재생기(6)로부터 공급되는 상기 중용액을 가열하여 상기 중용액보다 진한 농용액으로 농축시키는 제3 재생기(8);
상기 제3 재생기에서 배출되는 가스를 냉각하는 배기가스 열교환기(13);
상기 제3 재생기(8)에서 상기 농용액으로 농축시키는 과정에서 생성되는 냉매증기를 상기 제2 전열관으로 공급하는 제1 냉매증기 배출배관(71);
상기 제2 전열관에서 배출되는 냉매증기를 상기 제1 전열관으로 공급하는 제2 냉매증기 배출배관(72);
상기 제1 냉매증기 배출배관으로부터 분기되어 연결되는 난방용 스팀 배관(STF);
상기 냉매 순환 유로(R1)에서 분기되어 상기 배기가스 열교환기(13)와 연결되는 난방 냉매액 배관(CL);
상기 배기가스 열교환기(13)에서 열교환 후 배출되는 냉매를 상기 제1 재생기(6)로 전달하는 냉매액 회수 배관(81);
상기 제1 재생기(6)으로부터 용액을 배출하는 고압 분사 펌프(16);
상기 제1 재생기(6)로부터 상기 배기가스 열교환기(13)로 용액을 공급하는 배기가스 용액 공급 배관(91);
상기 배기가스 열교환기(13)에서 용액을 회수하여 제3 재생기(8)로 공급하는 배기가스 용액 회수 배관(82)을 포함하고,
상기 배기가스 용액 공급 배관(91) 및 상기 배기가스 용액 회수 배관(82)이 폐쇄되고, 상기 난방용 스팀 배관(STF), 상기 난방 냉매액 배관(CL) 및 상기 냉매액 회수 배관(81)이 개방되는 난방 구동 단계; 및
상기 배기가스 용액 공급 배관(91) 및 상기 배기가스 용액 회수 배관(82)이 개방되고, 상기 난방용 스팀 배관(STF), 상기 난방 냉매액 배관(CL) 및 상기 냉매액 회수 배관(81)이 폐쇄되는 냉방 구동 단계; 를 포함하는 고온 안정성이 향상된 3중 효용 흡수식 냉동기의 구동 방법.