KR950013332B1 - 직접 열회수 흡수식 냉동시스템 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

직접 열회수 흡수식 냉동시스템

제 1 도는 종래 1단 흡수식 냉동시스템의 열역학 사이클을 보인 도면.

제 2 도는 제 1 도와 관련된 종래 1 단 흡수식 냉동시스템의 개략도.

제 3 도는 본 발명에 따른 흡수식 냉동시스템의 개략도.

제 4 도는 제 3 도에 보인 장치의 이상적인 열역학 사이클을 보인 도면.

제 5 도는 본 발명에 따른 흡수제 혼합장치의 구조를 보인 횡단면도.

제 6 도는 본 발명에 따른 개선된 2 단 흡수식 냉동시스템을 보인 도면.

본 발명은 흡수식 냉동시스템, 특히 직접 열회수 흡수식 냉동시스템에 관한 것이다.

종래 흡수식 냉동시스템의 열역학 사이클과 개략도를 제 1 도와 2 도에 나타내었다.

제 2 도에 도시된 바와 같이, 종래 흡수식 냉동시스템은 발생기(31), 흡수기(32), 응축기(33), 증발기(34)와 열교환기(41)로 구성된다.

이 장치에서는 리튬 브롬화물 수용액이나 암모니아 수용액과 같은 수용액이 발생기(31)와 흡수기(32)사이에서 순환되며, 작동중에 파이프(1)에 흐르는 차가운 용액은 펌프(35)에 의해 가입되어 열교환기(41)를 통해 발생기(31)로 보내지며, 이 때 차가운 용액은 파이프(3)에 흐르는 뜨거운 용액에 의해 가열되어 발생기(31)로 들어간다. 파이프(2)를 통해 발생기(31)로 유입된 용액에 다시 냉매증기가 방출되도록 열이 가해지고, 냉매중에는 파이프(5)를 통해 응축기(33)로 유입된다. 응축기(33)에서 고온고압 냉매증기는 열 Qc를 방출하여 응축된 후, 그 응축된 냉매의 압력을 낮추는 스로틀링장치(21)를 통해 증발기(34)로 유입된다. 그 증발기(34)에서 냉매는 열 Qe를 흡수하여 저온저압의 증가로 변환된 후에 흡수기(32)로 들어간다. 흡수기(32)에서 저온저압의 냉매는 저장된 용액에 의해 흡수되면서 열 Qa를 방출한다. 그 후, 상기 과정이 되풀이되어진다.

그 종래 흡수식 냉동시스템에서 열교환기(41)는 발생기(31)에서 유출되는 용액에 함유된 열의 일부를 회수하여서 발생기(31)로 유입되는 용액의 온도를 상승시키기 위해 사용되어 진다. 그러나, 파이프(3)에 흐르는 용액의 비열과 질량유량은 파이프(1)에 흐르는 용액의 것들보다 작다. 따라서, 열교환기(41)에서 열을 흡수한 용액의 온도상승은 그 열교환기(41)에서 열을 방출하는 용액의 온도하강보다 작게 된다. 더욱, 발생기(31)로 들어가는 용액의 온도는 그 발생기(31)내에서의 평형상태의 온도보다 낮다.

다시 말하자면, 제 1 도에서 보는 것같이 발생기(31)로 유입되는 용액은 2'상태에 있으나, 발생기(31) 내부에 저장되어진 용액은 2"상태에 있다. 파이프(2)에서의 용액의 압력(2a상태)은 발생기(31) 내부압력보다 낮기 때문에, 발생기(31)로 들어오는 용액은 먼저 그 열역학적인 압력이 발생기(31)내부의 압력과 동일한 상태로 될 때까지 가열된다. 그러는 동안에, 발생기(31) 내부의 냉매증기의 일부가 유입하는 용액에 의해 흡수된다. 만일, 그 냉매증기가 발생기(31)에 유입되는 용액에 흡수되지 아니한다면, 그 흡수된 냉매증기는 냉동효과를 얻기 위해 사용될 수 있다. 그러므로, 발생기(31)로 유입되는 용액의 온도가 발생기(31) 내부의 평형상태 온도보다 낮다면 다음 3가지의 단점이 있다. 즉,

1. 열교환기(41)에서 일어나는 열전달은 주로 대류에 의해 촉진되는데, 대류 열전달 계수는 증기를 발생시키는 상분리 비등의 열전달 계수보다 작다. 그러므로 열전달이 단지 대류에 의해서만 촉진된다면, 열전달을 위해 많은 전열면적과 열전달관들을 필요로 할 것이다.

2. 발생기(31)로 유입되는 용액의 압력이 발생기(31) 내부압력보다 낮기 때문에 발생기(31)로 유입되는 용액은 발생기(31) 내부에서 냉매증기의 일부분을 흡수하여 증발기(31)내의 평형상태에 도달한다. 그러므로, 유입되는 용액에 의해 흡수된 냉매증기를 증발시키기 위해 부가적인 열이 요구되는 바, 이 부가된 열은 열 Qg의 아주 큰 비율을 차지한다.

3. 발생기(31) 내부의 압력은 정상상태의 작동을 얻기 위해서 설계압력까지 높여야 하며, 따라서 워엄-업(warm-up)시간은 항상 종래의 증기압축식 냉동시스템에서 보다도 더 길다. 이 워엄-업 시간은 흡수식 냉동시스템의 공통결점이다.

본 발명은 상기에 언급한 단점을 극복할 수 있는 개선된 흡수식 냉동시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 주요목적은 차가운 용액과 뜨거운 용액이 직접적인 열교환을 하도록 하기 위해서 발생기와 열교환기사이에 용액 혼합장치를 제공하여서 발생기의 효율을 향상시키고, 흡수식 냉동시스템의 작동비용을 절감시키는 것이다.

본 발명에 다른 흡수식 냉동시스템은 작업매체로 한 용액과 그 용액속에 함유된 냉매를 사용하다. 본 시스템은 작업매체로서 한 용액과 그 용액에 포함된 냉매를 사용하는 직접 열회수 흡수식 냉동시스템에 있어서,

(a) 고온 고농축 용액을 생성시키고 냉매를 증기상태로 증발시키기 위해 그것으로 유입된 용액을 가열하는 발생기 ;

(b) 상기 발생기와 연결되어서, 상기 발생기로부터 유입되는 냉매증기를 응축시키는 응축기 ;

(c) 상기 응축기와 연결되어서, 상기 응축기로부터 유입되는 응축냉매를 교축시키는 스로틀링장치 ;

(d) 상기 스로틀링장치와 연결되고 그 내부에 순화수를 구비하여서, 상기 스로틀링장치로부터 유출되는 냉매와 순환수사이에서 열전달을 수행하도록 하는 증발기;

(e) 상기 증발기와 연결되고 그 내부에 저장된 용액을 구비하여서, 상기 증발기로부터 유입되는 냉매를 상기 저장된 용액에 의해 흡수되도록 하는 흡수기 ;

(f) 상기 흡수기 및 상기 발생기와 연결되어서, 적정온도 및 저농축 용액을 생성시키기 위해 상기 발생기로부터 유입되는 고온 고농축 용액의 일부분과 상기 흡수기로부터 유입되는 차가운 용액사이에서 간접적인 열교환이 수행되도록 하는 열교환기로 구성된다.

특히, 이 시스템은 상기 열교환기와 발생기 사이에 배치되며, 상기 발생기로부터 유출되는 고온 고농축용액의 나머지부분과 상기 열교환기로부터 상기 발생기로 유입되는 적정온도 및 저농축용액을 혼합시켜서 상기 발생기로 유입된 저농축용액의 온도가 상기 발생기내의 압력하에서 평형온도에 도달되도록 하는 용액혼합장치를 더 구비하였다는 점에 그 특징이 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명할 것이다.

제 3 도에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 흡수식 냉동시스템은 고온고압의 냉매증기를 생성하는 발생기(131); 발생기(131)과 스로틀링장치(121)사이에 배치되어서, 발생기(131)로부터 유입되는 냉매증기를 응축하는 응축기(133); 스로틀링장치(121)과 흡수기(132)사이에 배치된 증발기(134)를 포함한다. 스로틀링장치(121)를 통과하여 증발기(134)로 유입되는 액체냉매는 기화하면서 그 내부에서 순환하는 냉각수로부터 열을 흡수한다.

흡수기(132)는 발생시(134)와 연결되어 증발기(134)로부터 유출되는 냉매증기를 흡수한다.

열교환기(141)는 흡수기(132)와 발생시(131)사이에 배치되어, 발생기(131)로부터 흡수기(132)로 유출하는 뜨거운 용액과 흡수기(132)로부터 발생기(131)로 유출하는 차가운 용액사이에 간접 열교환이 이루어지도록 한다. 더욱, 용액 혼합장치(151)이 발생기(131)와 열교환기(141)사이에 배치되고, 바이패스 파이프(163)이 파이프(164)와 그 용액 혼합장치(151)이 연결되도록 마련된다. 그 파이프(164)는 흡수기(132)와 발생기(131)를 연결한다.

이 배치에 의해서, 발생기(131)로부터 유출되는 고온 고농축용액의 일부 유량은 열교환기(141)로 유입되지 않고 용액 혼합장치(151)로 유입되는 것이다. 용액 혼합장치(151)의 구조는 제 5 도에 나타낸 바와 같이 인듀서(inducer)의 구조와 같다.

베르누이의 정리에 따라서, 발생기(131)을 향해 용액을 펌핑하는 펌프(35)로부터 유출하는 용액은 용액 혼합장치(151) 내부에 위치하는 노즐(162)에 의해 가속되어 노즐(162)의 출구에서의 압력은 감소되어진다. 노즐(162) 출구의 저압으로 인하여, 발생기(131)로부터 유출되는 뜨거운 용액의 일부 유량은 용액혼합장치(151)로 끌어들여져서 혼합된다. 그 혼합된 용액은 파이프(110)을 경유하여 발생기(131)로 유입되면서 파이프(110)내의 용액의 온도가 발생기(131)내부의 평형상태 온도에 접근한다. 차가운 용액에 대한 뜨거운 용액의 최적유량비는 파이프(110)내의 용액의 온도가 발생기(131)내의 압력하에서 평형상태의 온도에 접근하는 방식으로 선택된다.

부가해서, 파이프(110)내의 혼합된 용액의 압력이 발생기(131)내의 압력과 동일하도록 되기 때문에, 발생기(131)로 유입되는 그 혼합용액은 냉매증기를 흡수하지 않는다. 그러므로, 발생기(131)에서 일어나는 열전달은 단지 비등에 의한 열전달이어서, 발생기(131)로 입력되는 열 Qg는 발생기(131)로 유입되는 용액과 발생기(131)에 저장된 용액사이의 불평형상태를 바로 잡기 위해 비효율적으로 사용되지 않는다. 비등에 의한 열전달은 열전달 계수가 높다. 또한, 차가운 용액과 뜨거운 용액이 혼합되기 때문에, 발생기(131)로 들어가는 용액의 질량유량이 크게 증가된다. 그러므로, 열전달 성능이 향상되어서 열역학 싸이클은 제 4 도에 나타낸 이상 싸이클에 가까워진다.

직접 열회수장치 즉, 본 발명에 따른 용액 혼합장치는 또한 제 6 도에 나타낸 2단 흡수식 냉동시스템에 적용될 수도 있다는 것을 주목해야 한다.

그 2단 흡수식 냉동시스템은 2개의 열교환기(242, 243), 저압발생기(236)와 고압발생기(231)를 구비하고 있다. 2단 흡수식 냉동시스템의 기본원리와 작동은 제 3 도에 보인 흡수식 냉동시스템과 동일하다. 동일한 방법으로 용액 혼합장치들은 3단 흡수식 냉동시스템에 적용할 수 있다. 발생기로 들어가는 용액의 온도는 용액 혼합장치의 부가에 기인하여 증가되고 발생기에서의 비효율적인 열전달은 감소되므로, 발생기에서의 용액 온도의 증가속도는 종래 설계상의 온도상승보다 빨라진다. 그러므로 직접 열회수 흡수식 냉동시스템의 워엄-업 시간도 단축되어진다.

요약하면, 본 발명에 따른 용액 혼합장치는 발생기에서의 열전달 성능을 향상시킬 수가 있다. 또한, 높은 열전달 성능에 의해서, 발생기에서 요구하는 열전달관의 수는 감소되고, 발생기의 제조비용을 줄일 수 있다. 또한, 열전달관들 간에 온도차는 감소되고, 온도차에 의해 유도된 열응력도 역시 감소되어서, 발생기의 수명이 훨씬 더 길어질 것이다. 더욱, 직접 열회수 흡수식 냉동시스템의 워엄-업 시간도 단축되어질 것이다.

본 발명은 실시예의 방식으로, 그리고 실시예들에 따라서 기술되었지만, 본 발명은 개시된 실시예들로 제한되어질 필요는 없을 것이다.

이와는 반대로 본 발명은 첨부된 청구범위의 의도와 범위내에 포함되는 여러 가지의 변형들과 유사한 배치들을 포함하도록 의도될 수 있으며, 그 범위는 모든 그와 같은 변형들과 유사한 구조들을 포괄하도록 가장 넓은 해석이 주어져야 할 것이다.

Claims (5)

1. 작업매체로서 한 용액과 그 용액에 포함된 냉매를 사용하는 직접 열회수 흡수식 냉동시스템에 있어서, (a) 고온 고농축용액을 생성시키고 냉매를 증기상태로 증발시키기 위해 그것으로 유입된 용액을 가열하는 발생기 ; (b) 상기 발생기와 연결되어서, 상기 발생기로부터 유입되는 냉매증기를 응축시키는 응축기 ; (c) 상기 응축기와 연결되어서, 상기 응축기로부터 유입되는 응축냉매를 교축시키는 스로틀링장치 ; (d) 상기 스로틀링장치와 연결되고 그 내부에 순환수를 구비하여서, 상기 스로틀링 장치로부터 유출되는 냉매와 순환수 사이에서 열전달을 수행하도록 하는 증발기 ; (e) 상기 증발기와 연결되고 그 내부에 저장된 용액을 구비하여서, 상기 증발기로부터 유입되는 냉매를 상기 저장된 용액에 의해 흡수되도록 하는 흡수기 ; (f) 상기 흡수기 및 상기 발생기와 연결되어서, 적정온도 및 저농축용액을 생성시키기 위해 상기 발생기로부터 유입되는 고온 고농축용액의 일부분과 상기 흡수기로부터 유입되는 차가운 용액 사이에서 간접적인 열교환이 수행되도록 하는 열교환기 ; 그리고 (g) 상기 열교환기와 상기 발생기 사이에 배치되며, 상기 발생기로부터 유출되는 고온 고농축용액의 나머지 부분과 상기 열교환기로부터 상기 발생기로 유입되는 적정온도 및 저농축용액을 혼합시켜서 상기 발생기로 유입된 저농축용액의 온도가 상기 발생기내의 압력하에서 평형온도에 도달되도록 하는 용액혼합장치를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 직접 열회수 흡수식 냉동시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 용액은 리튬 브롬화물 수용액인 것을 특징으로 하는 직접 열회수 흡수식 냉동시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 용액은 암모니아 수용액인 것을 특징으로 하는 직접 열회수 흡수식 냉동시스템.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 발생기로부터 유출되는 고온 고농축용액의 일부 유량은 상기 열교환기로부터 유출되는 저농축용액의 온도를 상기 발생기의 내부온도에 근접하는 값이 되도록 선택되어진 것을 특징으로 하는 직접 열회수 흡수식 냉동시스템.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합장치는 인듀서인 것을 특징으로 하는 직접 열회수 흡수식 냉동시스템.