KR930005664B1 - 흡수식 냉동기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

흡수식 냉동기

제1도는 본 발명에 관한 흡수식 냉동기의 일실시예의 사이클 계통도.

제2도는 흡수 냉동 사이클을 실현하는 흡수용액 농도 엔탈피선도.

제3도는 흡수기의 흡수부·증발기간, 응축기의 응축부·저온 재생기간의 장애판의 일실시예의 외관도.

제4도, 제5도, 제6도, 제7도는, 각각 다른 흡수기, 증발기의 다른 실시예의 외관도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 고온 재생기 2 : 저온 재생기

4 : 플래시 증발기 5 : 흡수기

6 : 저온 열교환기 7 : 고온 열교환기

8 : 실내 유닛 9 : 냉매 순환기

10 : 냉수 순환기 11 : 흡수용액 순환기

13 : 증기 흡수부 14 : 대향류식 냉각부

15 : 증기 응축부 16 : 냉각부

26 : 장애판

본 발명은 흡수식 냉동기에 관한 것이다.

흡수식 냉동기는, 흡수기를 통과하는 고농도의 흡수용액이, 증발기에서 증발한 냉매 증기를 흡수하고 그때 증발기에서 냉매가 증발에 의하여 가지고 달아 나는 열에 의하여, 냉동의 효력을 발휘한다. 이와같이, 흡수기는 흡수 냉동기의 가장 중요한 요소라고 말할 수 있다.

흡수액이 증기를 흡수하면, 흡수열이 발생함과 동시에, 농도가 낮아진다. 흡수 능력은, 흡수액의 농도가 농후할수록, 온도가 낮을수록 크기 때문에 냉각을 하지 않으면 흡수능력은 작아져 간다.

따라서, 흡수식 냉동기에서는 흡수기에 있어서, 어떻게 흡수능력을 지속시킬 것인가가 큰 과제가 된다.

흡수식 냉동기의 흡수 과정은, 일본국 특개소 63-204080호, 특개소 63-201460호 등에 기재되어 있는 과정과, 특공소 60-23264호에 기재되어 있는 과정과의 2종류가 있다.

전자는, 흡수기 내부에 냉각용의 절열관군을 가지며 특개소 63-204080호에서는 그 관군의 관밖에, 특개소 63-201460호에서는 관내에 흡수액이 흘러 내리고 있다. 이것은 흡수액이 냉매 증기를 흡수하여 발생하는 흡수열을 전열관을 거쳐 냉각매체에 전달하여 흡수기 밖으로 가지고 달아나서, 농도가 희박해진 흡수 용액의 증기압을 낮게 유지하여 흡수능력을 유지하는 것이다.

또 특공소 60-23264호는 흡수액을 미리 충분히 냉각하여 흡수기내에 넣어, 냉매증기를 흡수하여 발생하는 흡수열을 흡수용액이 스스로 열매체가 되어 온도가 상승하고, 흡수기 밖으로 갖어가는 것이다.

상기한 흡수식 냉동기에 있어서 특개소 63-204080호에는 다음에 예를드는 (1), (2), (3), (6)항, 특개소 63-201460호에는 (1), (2), (4), (6)항, 특공소 60-23264호에는 (5), (6)항의 문제가 있었다.

(1) 냉각을 위한 전열면과 흡수액, 및 흡수를 위한 기액 경계면이 존재하여 복잡한 형상이 된다.

(2) 흡수 성능을 유지하기 위한 기액 경계면의 존재에 의하여 전열효과가 높은 강제 대류에 의한 난류(亂流) 열전달을 이용할 수가 없어, 동일 능력의 열교환기로서는 큰 것이 된다.

(3) 흡수식 냉동기에서는 증발기의 증기압과 흡수기의 증기압의 압차(壓差)에 의하여 냉매증기가 증발기로부터 흡수기 측으로 흐르나, 냉각 능력 증강을 위하여 흡수기내의 냉각용 전열관의 수를 증가시키면, 전열관 균이 냉매증기의 유동 저항이 되어, 냉매 증기가 증발기로 부터 충분하게 흘러오지 않기 때문에, 증발기에서의 냉동능력이 저하한다.

(4) 흡수액을 관내에 흘러내려 오게 하는 것은, 흡수 능력 증강을 위하여 전열관의 길이를 신장시키면 전열관 자체가 냉매증기의 유동 저항이 되어, 냉매증기가 증발기로부터 충분하게 흘러오지 않기 때문에 증발기에서의 냉동 능력이 저하한다.

(5) 흡수용액은, 냉매를 많이 흡수하기 전에 온도가 상승하여 흡수능력이 저하되어버려 흡수기의 출입구 사이에서의 농도가 그다지 변화하지 않는다.

이 때문에, 사이클을 순환하는 흡수 용액량을 대단히 증가시킬 필요가 있어, 재생기에서 용액을 재생할 때에 불필요한 에너지를 필요로 한다.

(6) 증발기에서는, 냉매가 증발하여 냉수가 서서히 냉각되나 그 증발온도에 의하여 냉매의 증기압은 변화하여, 증발기 출입구 사이에서 압력차가 생긴다. 그러나, 그 압력차에 대해서는 지금까지 고려되고 있지 아니하였기 때문에, 충분히 증기압차를 유효하게 이용하고 있지 않았다.

본 발명의 목적은 상기의 문제점을 개선하여 증가압차와 난류 열전달의 유효한 이용에 의하여 냉동기의 각 요소를 소형화 함과 동시에, 사이클 효율을 향상시킨 흡수식 냉동기를 제공하는데 있다.

본 발명은 증발기, 흡수기의 흡수부 사이의 증기압차에 착안하여, 상기 (1), (2), (3), (4), (5)항의 문제점을 해결하는 수단으로서, 흡수기를 증기 흡수부, 용액 외부냉각부, 용액순환기로 구성하고, 제1용액 외부냉각부에서 재생기로부터 보내져 오는 흡수용액을 냉각한 후 증기 흡수분에 흐르게 하여, 증발기에서 증발한 냉매 증기를 흡수시키고, 제1용액 순환기를 거쳐 제2용액 외부 냉각기에 인도하고 냉각하여, 다시 증기 흡수부에 넣어, 앞서의 용액과 혼합시키지 않고, 흘러 내리게 보내어 이것을 다단으로 반복하고 최후에 증기 흡수부를 흘러내린 흡수용액을 재생기에 압송한 것이다.

또, 상기 (6)항에 대해서는, 증발기와 흡수기의 흡수부의 증기압차를 유효하게 이용하는 수단으로서, 증발기와 흡수부와의 사이에는 증기압차 방향을 동일 방향이 되게 하는 장애판 등을 설치한다. 즉, 상기 흡수부의 저압부와 증발기의 저압부, 증기 흡수부의 고압부와 증발기의 고압부가 접속되어 증기가 이동할 수 있게 함으로써 해결될 수 있다.

이상의 흐름은 증발기와 흡수기의 사이에서 발생하나, 동일하게 재생기와 응축기와의 사이에도 일어난다.

그러므로, 본 발명은 응축기를 소형화하는 수단으로서, 응축기도 증기응축부, 증기응축부와는 분리된 냉매 냉각부, 냉매 순환 수단으로 구성하고, 냉각한 냉매에 재생기로부터 오는 증기를 흡수 응축시키고, 증기 응축부를 흘러내린 냉매의 일부를 증발기에 보내고, 나머지는 냉매 순환기를 거쳐 냉각부에서 냉각하고, 다시 증기 응축부를 흘러 내리게 하는 것이다.

흡수기, 증발기, 응축기, 재생기를 상기와 같이 구성함으로써 이하의 작용이 있다.

충분히 냉각된 흡수용액의 증기압은 대단히 낮으며 증발기와의 압력차에 의하여 효율 좋게 증기를 흡수한다. 이에 의하여 흡수기를 본체를 소형화 할 수가 있다.

또 흡수현상을 수반하는 일없이, 냉각부에 의하여 흡수기에서 생기는 흡수열을 난류열전달에 의하여 배제할 수 있기 때문에 용액냉각시 본체도 소형화 할 수가 있다.

흡수기 내에서 충분히 증기를 흡수하여 농도가 다소 저하하고, 온도가 상승하여 버려 증기를 흡수할 수 없게 된 흡수용액을 외부냉각하고, 다시 흡수기에 흘러 내려가게 하는 것을 다단으로 반복함으로써 흡수액의 흡수능력 한계 가까이까지 농도를 저하시키고, 흡수액을 사이클 순환 유량을 증가시키는 일이 없도록 할 수가 있다. 또, 흡수기의 흡수부와 증발기의 증기압차 방향을 각각 동일 방향으로 설정한다. 즉 흡수기증의 증기압이 낮은 흡수액 입구부분과 증발기의 증기압이 낮아지는 냉수 출구부분을 증기가 이동하도록 한다. 반대로 흡수액 출구부분과 냉매, 냉수 입구부분을 대응시킴으로써 증기압을 유효하게 이용할 수가 있어, 흡수액의 증기 흡수 능력의 한계 부근에까지 농도를 저하시킬 수가 있다.

이와같이 2개의 열교환기간의 증기압차를 이용한다는 개념을 재생기, 응축기 간에 사용(즉, 응축기를 외부 냉각형으로 하고 증기압차 방향을 동일방향으로 설정한다)함으로써, 응축기 본체 및 냉각장치를 소형화 할 수가 있다.

응축기에서 냉매를 응축기와 분리하여 냉각하는 것은, 냉매의 증기압을 극력 낮게 할 수가 있으므로, 재생기로부터 나온 증기를 효율좋게 응축시킴과 동시에 재생기의 작동온도를 낮출 수가 있다.

본 발명의 일실시예를 제1도에 따라 설명한다. 도에 있어서, 1은 고온 재생기, 2는 저온 재생기, 3은 응축기, 4는 플래시 증발기(이하 단지 증발기라함), 5는 흡수기, 6은 저온 열교환기, 7은 고온 열교환기, 8은 실내 유닛, 9는 냉매 순환기, 10은 냉수 순환기, 11은 흡수 용액 순환기(순환기 11a-11e로 구성)이다. 상기 기기중에서 응축기(3), 증발기(4), 흡수기(5), 순환기(9, 10, 11)이외는 종래의 것을 이용할 수 있다.

흡수기(5)는, 증기 흡수부(13), 대향류식 냉각부(14)(냉각부 14a-14e로 구성)로 이루어진다. 고온 재생기(1), 저온 재생기(2)의 흡수용액 출구는, 각 열교환기(6, 7)를 거쳐, 냉각부(14e)에 연결되고, 증기 흡수부(13)의 입구(13a)에 연결되고, 다시 증기 흡수부(13)를 거쳐 용액 순환기(11a)에 연결되고, 다음에 냉각부(14a)와 연결된다. 다시 이 냉각부(14a)로부터 흡수부(13)의 입구(13b)에 연결되어, 흡수부(13)내에서 냉매증기를 흡수하여 낙하한다. 서서히 희박해진 흡수용액은 용액순환기(11b)에 의하여 순환되고, 외부 냉각부(14b)에 보내져 냉각되어 다시 흡수기(13)의 입구(13c)에 인도된다. 이와 같이 냉각부(14), 흡수부(13), 순환기(11)로 다단으로 연결되어 최종적으로는 용액 순환기(11e)로부터 고온 재생기(1), 저온 재생기(2)에 연결된다.

한편, 응축기(3)는 증기 응축부(15), 냉각부(16), 냉매순환기(9), 장애판(26)으로 이루어진다. 냉매 증기는 저온 재생기(2)에서 액화된 것은 증기 응축부(15)의 아래쪽의 입구(15d)에 유입하고, 저온 재생기(2)에서 기화된 것은 증기 응축부(15)의 상방의 입구(15b) 및 아래쪽의 입구(15c)로부터 응축부(15)에 유입한다. 증기 응축부(15)의 하부(15e)는 액 저류부로 되어 있어, 냉매의 일부는 출구(15f)로부터 증발기(4)의 입구(4a)에 유입한다.

냉매의 대부분은 냉매 순환기(9)를 거쳐 냉각부(16)에서 냉각되고 다시 응축부(15)의 입구(15a)로부터 유입한다. 또, 증발기(4)와 흡수부(13)와의 사이에는 증기류를 제어하는 장애판(12)이 설치되어 있다.

다음에 동작을 설명한다.

고온재생기(1)에서 흡수액은, 연소기(21)내의 연소가스로 가열되어 증발 비등하여 냉매증기를 발생시켜 응축시킨다. 발생한 냉매 증기는 저온재생기(2)의 전열관(17)내에 인도되고, 관밖에 살포되는 흡수액을 가열하여 냉매증기를 발생시켜 농축함과 동시에, 자신은 응축액화하여 응축부(15)의 입구(15d)에 보내진다. 저온재생기(2)에서 발생한 냉매증기는, 장애판에 의하여 유로가 상하로 교체되어 각각 응축부(15)의 입구(15b, 15c)에 인도된다.

응축부(15)의 입구(15b)로부터 유입한 냉매증기는, 이미 충분하게 냉각된 냉매와 만나 혼합 응축한다. 냉매는 냉매저류부(15e)로부터 일부는 응축부(15)의 출구(15f)를 거쳐 증발기(4)로 인도되나, 대부분은 냉매 순환기(9)를 거쳐 냉각부(16)에서 충분히 냉각되고 다시 응축부(15)에 유입하여 냉매증기를 응축시킨다.

또한 응축부(15)내의 충전물(18)은 없어도 좋으나, 있으면 냉매의 표면적, 체류시간을 증대시키는 효과가 있다.

한편, 고온재생기(1) 및 저온재생기(2)에서 재생된 농후용액은 고온열교환기(7), 저온열교환기(6)를 경유하여 흡수기 외부냉각부(14e)에 인도된다. 흡수용액은 먼저 충분하게 냉각되고, 증기 흡수부(13)의 입구(13a)로 부터 흡수부(13)에 들어가 증기를 흡수하기 시작한다. 이 때의 증발증기와의 증기압차는 커지기 때문에 증발기(4)내의 비교적 저압부분(냉수 출구 부근)의 증기를 흡수시킨다. 흡수용액은 흡수부(13)내를 증기를 흡수하면서 결과적으로 가열되어 흘러 내려가서, 증발기(4)내부의 비교적 고압부분(냉수 입구 부근)의 증기를 흡수할 수 없게 될 때까지, 가열희석되어 용액 순환기(11a)에 인도된다. 그후 다시 외부냉각기(14a)를 거쳐, 충분히 냉각되어 흡수능력을 회복하고, 증기 흡수부(13)의 입구(13b)에 인도되어 흡수를 개시한다.

흡수기(5)에서는, 이들의 냉각, 흡수, 순환을 다단으로 반복하는 것이나, 이 사이클을 용액 농도(용질 농도)-엔탈피 선도상에 나타낸 것이 제2도이다. 도면중의 부호는 제1도의 각 위치의 번호에 대응하고 있다. 본 실시예에서는 5단을 채용하고 있으나, 이것은 좀더 다단이어도 좋다. 종래의 사이클에서는 증발기 출구압력(파선)과 냉각부 최저온도(1점쇄선)와의 교차점(24)까지 밖에 흡수를 행하게 할 수가 없었으나, 본 사이클에서는 단 수를 증가시킴으로써 증발기(4)의 입구압력(2점쇄선)과 냉각부 최저온도와의 교차점(25)까지 흡수를 진행시킬 수가 있다.

제1도에서 흡수기내의 충전물(20)은 없어도 좋으나 충전함으로써 용액의 표면적, 체류시간 증대 등에 의한 흡수량 증가의 효과가 있다. 또, 증기 흡수부(13)의 출구 부분의 용액 가이드(22)는 용액이 서로 혼합하여 효율이 저하하는 것을 방지하고 있으나, 이 구조이외에도 거리를 두는 등의 대체 수단도 있다. 용액 환경부(11)는, 펌프구동식, 증력낙하식, 사이폰식 등의 대체 수단도 있다.

흡수하여 희박해진 흡수용액은, 용액 순환부(11e)에 의하여 고온재생기(1), 저온재생기(2)에 그대로 복귀시켜도 좋으나, 밸브(23)를 거쳐 일부를 고온 재생기(1), 저온 재생기(2)로부터 오는 질은 용액과 혼합하여 용액 농도를 조정해도 좋다.

냉매와 실내 유닛(8)에 보내지는 냉수의 흐름에 대하여 설명한다.

응축기(3)의 응축부(15)의 출구(15f)로부터 나온 냉매는 먼저 냉수와 혼합되고, 증발기(4)의 입구(4a)로부터 증발기(4)내에 살포된다. 증발기(4)내를 흘러 내려가는 동안에 냉매량분의 증기를 발생하고, 증발기(4)의 출구에서는, 냉수에 상당하는 양의 충분히 냉각된 물이 냉수순환기(10)에 의하여 실내유닛(8)에 보내진다.

계속해서 흡수기(5), 증발기(4)와의 구성 및 장애판(12)에 대하여 설명한다. 제3도에 흡수부(13)와 증발기(4)와의 사이에 있는 제어용의 장애판의 일실시예를 나타낸다. 이는 상하교대로 절결(31, 32)을 넣은, 이 증원통관을 절결(31, 32)이 서로 차이가 나도록 배치하고, 그 절결(31, 32)부분에 증기유로가 생기도록 이증원통관의 사이에 간막이판(33)을 설치한 것이다.

이에 의하여 장애판(12)의 내측상방으로부터 들어온 증기는 외측아래쪽으로 나온다. 또 내측 아래쪽으로부터 들어간 증기는 외측상방으로 혼합되지 않고 이동할 수가 있다.

본 실시예에서는 8매의 간막이판을 사용하고 있으나, 이는 좀더 많거나 적어도 좋다. 또, 제4도에 나타낸 바와같이 흡수부(4′)가 정사각형인 경우에는 평판(12′)이더라도 효과는 있다.

또 제5도에 나타낸 바와같이 흡수부(13′)에 간막이판(24)을 설치하여 각 흡수부를 분리하여도 좋다.

다음에 흡수부(13)와 증발기(4)와의 배치에 대하여 설명한다.

제1도에 나타낸 본 실시예에서는, 제6도와 같이 증발기(4)를 에워싸도록 흡수부(13)가 등심원상으로 다단으로 되어 있으나, 이는 제7도에 나타낸 바와같이 흡수부(13″)의 각단이 반경방향으로 형성되고, 이들이 순서가 동일하지 않게 배치되어 있어도 효과가 있다.

장애판(12)은 존재하지 않아도 본 발명은 효과가 있으나, 존재에 의하여 더욱 효과가 높아진다.

또 본 발명은 본 실시예와 같이 이중 효용의 것이 아니라, 단효용, 다중효용의 흡수냉동기 이더라도 효과가 있다.

이상 설명한 바와같이 상기 실시예에 의하면 이하에 기재되는 효과가 있다.

흡수과정과 냉각과정을 분리할 때, 다단 사이클을 조합함으로써 흡수액의 사이클 순환량을 증량하는 일 없이 흡수 냉동기의 냉동능력을 유지할 수가 있다.

흡수기, 증발기 사이에 장애판을 이용함으로써 흡수액의 흡수한계 농도를 낮출 수가 있다.

응축기에 있어서, 응축과정과 냉각 과정을 분리함으로써 응축기의 냉각부를 소형화 할 수가 있다.

응축기에 있어서, 재생기와 응축기의 증기압차를 유효하게 이용함으로써 응축기의 응축부를 소형화 할 수가 있다.

Claims (8)

1. 증발기, 흡수기 및 응축기를 구비한 흡수식 냉동기에 있어서, 상기 흡수기는 이 흡수기를 흡수액이 흘러 내려 냉매증기를 흡수하는 적어도 2개의 유로로 형성되는 증기흡수부, 이 증기 흡수부와는 분리되고 또 서로 병렬로 배치하는 적어도 2개의 용액 냉각부 및 이 용액냉각부와 상기 증기흡수부 사이에 냉매증기를 흡수한 흡수용액을 순환시키는 순환수단으로 구성하고, 제1용액 냉각부에서 재생기로부터 보내져 오는 흡수용액을 냉각한 후 제1증기 흡수부를 흘러 내리게 하여 증발기에서 증발한 냉매 증기를 흡수시키고, 제1용액 순환기를 거쳐 제2용액 냉각기에 인도하여 냉각하고, 다시 상기 흡수액이 흘러내린 유로와는 다른 증기흡수부의 유로를 흘러 내리게 하여 냉매증기를 흡수시키고, 최후로 증기흡수부의 유료를 흘러내린 흡수용액을 재생기에 복귀시키는 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기.
2. 제1항에 있어서, 증발기의 주위에 증기흡수부를 동심상으로 설치하는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기.
3. 제1항에 있어서, 증발기 고압부 압력과 흡수기 냉각부 저압부 압력이 평형이 될 때까지 냉매증기를 흡수하는 과정을 가지는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기.
4. 증발기, 흡수기 및 응축기를 구비한 흡수식 냉동기에 있어서, 흡수기를 흡수액이 흘러내려 냉매증기를 흡수하는 적어도 2개의 유로로 형성되는 증기흡수부, 상기 증기 흡수부와는 분리되고 또한 서로 병렬로 배치되는 적어도 2개의 용액 냉각부 및 이 용액 냉각부와 상기 증기흡수부 사이에 냉매증기를 흡수한 흡수용액을 순환시키는 순환수단으로 구성하고, 제1용액 냉각기에서 재생기로부터 보내져 오는 흡수용액을 냉각한 후 제1의 증기흡수부를 흘러내리게 하여 증발기에서 증발한 냉매증기를 흡수시키고, 제1용액 순환기를 거쳐 제2용액 냉각부에 인도하여 냉각하고, 다시 상기 흡수액이 흘러내린 유로와는 다른 증기 흡수부의 유로를 흘러 내리게 하여 냉매증기를 흡수하고, 최후로 증기흡수부의 유로를 흘러내린 흡수용액을 재생기에 복귀시키는 수단을 설치하고, 상기 증기흡수부의 저압부와 상기 증발기의 저압부, 증기흡수부의 고압부와 증발기의 고압부를 접속하는 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기.
5. 제2항에 있어서, 접속하는 수단으로서 증발기와 흡수기의 흡수부와의 사이에 증기압차 방향을 동일방향이 되게 하기 위한 장애판을 설치하고, 이 장애판을 증기흡수부 저압부와 증발기 저압부, 증기흡수부 고압부와 증발기 고압부가 각각 접속되도록 구성한 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기.
6. 증발기, 흡수기, 재생기 및 응축기를 구비한 흡수식 냉동기에 있어서, 상기 응축기를 증기응축부와, 이 증기응축기와는 분리된 냉매냉각부와 이 냉매 냉각부와 상기 증기응축부 사이에 냉매를 순환시키는 냉매순환 수단으로 구성하고, 상기 냉매냉각부에 있어서, 냉각된 냉매에 상기 재생기로부터 보내져 오는 증기를 흡수응축시키고, 상기 증기 응축부를 흘러내린 냉매의 일부를 상기 증발기에 보내고, 상기 냉매의 나머지를 상기 냉매 순환 수단에 의하여 냉매냉각부에 보내어 다시 상기 증기응축부를 흘러내리게 하는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기.
7. 제6항에 있어서, 재생기로부터 나오는 증기유로를, 재생기 고압부와 응축기 고압부, 재생기 저압부와 응축기 저압부를 각각 접속하는 수단을 응축기와 재생기 사이에 설치하는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기.
8. 증발기, 흡수기, 재생기 및 응축기를 구비한 흡수식 냉동기에 있어서, 재생기로부터 나온 흡수용액이, 냉매증기를 흡수하기 전에 냉각수단에 의하여 냉각부 최저온도까지 냉각되고, 계속해서 흡수용액은 냉매증기를 증발기 고압부 압력과 평형상태가 될 때까지 단열 흡수하고, 다시 상기 냉각부 최저온도까지 냉각되고, 다시 단열흡수를 하는 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기.

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