KR0139752B1 - 1, 2종 공용 흡수식 열펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특히 하절기에 냉방사이클로 운전하고, 동절기에 난방사이클로 운전하여 냉, 난방을 한대의 기계로 구현할 수 있도록 한냉, 난방 겸용 흡수식 열펌프에 관한 것으로, 열을 공급하는 버너(1)와; 상기 버너(1)로 부터 열을 공급받아 증기냉매를 발생시켜 공급하거나, 냉매를 흡수하여 희용액을 공급하는 2개의 발생기/흡수기 이중요소(2,5)와; 상기 발생기/흡수기 이중요소(2,5)와 연결되고 냉매를 응축하거나, 증발시키는 2개의 응축기/증발기 이중요소(3, 4)와; 상기 응축기/증발기 이중요소(3,4)와 연통되고 냉수를 냉각시키거나 가열하는 냉, 난방부하(7,8)와; 상기 발생기/흡수기 이중요소(2,5)의 저압측에서 고압측으로 용액을 공급하는 용액펌프(12)와; 상기 응축기/증발기 이중요소(2,5)에 냉매를 증발기측으로 공급하는 냉매펌프(14)와; 상기 냉, 난방 부하(7,8)의 냉수와 냉각수를 순환시키는 순환용 펌프(13,15)와; 상기 2개 응축기/증발기 이중요소를 연통하거나 차단시키는 냉, 난방을 선택하는 밸브(16,35)로 형성한다. 따라서, 필요에 따라 선택적으로 고온과 저온의 열을 1대의 기계로 얻을 수 있어 냉, 난방 겸용이 가능하고, 특히 고/저온의 열을 얻는데 있어 각각에 적합한 별도의 사이클을 사용함으로 효율적이며, 사이클의 변환에 필요한 부가장치를 최소화 한 것이다.

Description

1, 2종 공용 흡수식 열펌프

제1도는 종래의 열펌프 계통도로서, (a)는열펌프전체계통도, (b)는열펌프요부개략도.

제2도는 본 발명의 냉, 난방 계통도로서, (a)는냉방순환개략도. (b)는난방순환개략도.

제3도는 본 발명의 열펌프 전체계통도.

제4도는 본 발명의 발생기/흡수기 겸용장치 단면도.

제5도는 본 발명의 응축기/증발기 제1 겸용요소 단면도.

제6도는 본 발명의 응축기/증발기 제2 겸용요소 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1:버너 또는 열공급장치2,5:발생기/흡수기 이중요소

3,4:응축기/증발기 이중요소6:열교환기

7:냉방부하 또는 외부열원8:난방부하 또는 냉각장치

9:3방밸브10, 11:4방밸브

12:용액펌프14:냉매펌프

13, 15:순환용펌프16, 35a:밸브

35:연결과36:용액분배기

본 발명은 흡수식 열펌프에 관한 것으로, 특히 하절기에 냉방사이클로 운전하고, 동절기에 난방사이클로 운전하여 냉, 난방을 한대의 기계로 구현할 수 있도록 한 1, 2종 겸용 흡수식 열펌프에 관한 것이다.

일반적으로 흡수식 열펌프에는 1종 흡수식 열펌프와 2종 흡수식 열펌프가 있다.

1종 흡수식 열펌프는 난방, 급탕, 건조등에 사용되는 것으로 취출되는 온수 온도가 40~100℃정도이며, 구동열원으로는 증기, 고온수, 연료등 고온열원을 사용하며, 성적계수(COP)는 1.6~1.8정도이다. 이에 대해 2종 흡수식 열펌프는 증발, 농축, 보일러 급수예열 등에 사용되는 것으로 취출온수 온도는 90∼150℃정도로 1종에 비하여 상대적으로 고온인 반면 구동열원은 90∼110℃정도의 중온배열을 사용하며, 성적계수는 약 0.5이다.

이에 대하여는 '일본가스사업신문사' 발행 '흡수히트펌프의진전' 47쪽∼55쪽에 상세히 기술되어 있다.

종래의 1,2종 겸용 흡수식 열펌프는 한대 기계로 냉, 난방을 선택적으로 운전 할 수 있도록 하기 위하여 냉방사이클과 다름없는 제1발생기(A), 제1응축기(B), 제2발생기(C), 제2응축기(D), 제1흡수기(E) 및 제1증발기(F)를 설치하고, 다시 제2흡수기(G)와 제2증발기(H)를 설치하여 냉, 난방을 운전하도록 하였다.

그러나 제2흡수기(G)와 제2증발기(H)를 설치하는 부속장치를 부가적으로 하고, 제1흡수기(E)와 제1증발기(F) 보다 더 높은 압력하에서 작동시켜 더 높은 온도의 난방에 적합한 온수를 얻을 수 있게 하였다. 이렇게 제2흡수기(G)와 제2증발기(H)를 설치하는 이유는 냉방사이클의 경우 일반적으로 흡수기(E)는 사이클상의 구성요소중 최저 압력상태에서 작동하므로 온도가 낮고, 이로부터 난방에 적합한 고온의 온수를 얻기 어렵기 때문에 제1흡수기(E)보다 더 높은 압력하에서 작동하는 제2흡수기(G)를 설치하여 적당한 온도의 온수를 얻을 수 있었다.

이러한 종래의 냉, 난방 겸용 흡수식 열펌프는, 제1도의 (a)(b)에 나타난 바와 같이, 제1발생기(A)의 연결관(46)으로 농도가 묽은 희용액이 공급되어 연결관(12)에 흐르는 스팀이 희용액과 열교환하여 냉매를 발생시키게 되고, 상기 냉매는 연결관(10) 통하여 공급되며, 1차냉매가 발생된 다음 중간 농도농용액은 연결관(34) 통하여 제1차 열교환기(58)로 공급된다. 1차 열교환기(58)를 거쳐 온도가 떨어진 중간 농용액은 연결관(36)을 거쳐 제2발생기(C)로 공급되고, 연결관(10)의 1차 냉매가 응축하는 열로 가열되어 2차 냉매가 발생되며, 연결관(50)을 흐르는 냉각수에의하여 2차 냉매가 응축된다. 1차 응축냉매와 2차 응축냉매는 연결관(28a)을 통하여 합류되어 제2증발기(H)로 공급되고, 이때 밸브(78)는 닫힌상태를 유지하게 된다. 2차 냉매발생 후의 중간 농용액은 최고로 진한 농용액이되고, 공급관(38a)을 거쳐 2차 열교환기(74)로 공급된다. 또한, 제2증발기(H)로 공급된 액냉매의 일부는 펌프(66)에 의하여 연결관(60)을 순환하게 되고, 나머지 일부는 연결관(28b)을 통하여 제1증발기(F)로 공급된다. 한편, 열교환기(74)를 거쳐 제2흡수기(G)에 공급된 최고농용액은 연결관(60)을 순환하면서 가열되어 증기 상태로 공급되는 냉매를 흡수하여 중간 농용액이된다. 또한, 연결관(58)을 타고 흐르며 냉매증기를 흡수할때, 연결관(158) 내부에 흐르는 냉각수는 흡수열에 의하여 고온이 된다. 냉매를 흡수한 중간 농용액은 연결관(38b)을 따라 제3열교환기(76)를 거쳐 제1흡수기(E)로 공급된다. 제2증발기(H)에서 연결관(28b)을 통하여 제1증발기(F)로 공급되는 액냉매는 연결관(52)의 위를 타고 흐르며, 상기 연결관(52)의 내부에 흐르는 냉수에 의하여 증발하며, 이 기체냉매는 제1흡수기(E)로 공급되고, 제3열교환기(76)를 거쳐 제1흡수기(E)로 공급되는 중간 농용액이 연결관(68)을 타고 흐르며 냉매증기를 흡수할 때 발생하는 흡수열은 연결관(6) 내부의 순환액 냉매를 가열하여 증발시키고, 증발로 인한 증기냉매는 제2증발기(H)로 공급된다. 중간 농용액은 냉매흡수후 희용액이되고, 펌프(42)를 타고 연결관(44)을 따라 제3, 제2, 제1열교환기(76,74,58)을 거쳐 희용액 상태로 연결관(46)을 통하여 제1발생기(A)로 공급된다. 따라서, 연결관(50)을 타고 흐르는 냉각수와, 연결관(158)을 흐르는 냉각수가 필요한 고온으로 가열되어 사용된다. 일반적으로 이중 효용사이클일 경우 제2흡수기(G)와, 제2증발기(H) 및 연결관(60) 등이 없으며, 온수는 연결관(48,50)을 통하여 얻을 수는 있다. 그러나, 연결관(48)에서 얻을 수 있는 열은 제1흡수기(E)의 압력이 낮으므로 고온을 얻을 수 없었다.

이러한 종래의 기술은 냉동사이클을 기본으로 하고 흡수열은 고온에서 얻고자 함으로써 냉방사이클의 특징인 저압의 흡수기외에 좀더 높은 압력의 제2흡수기 및 제2증발기를 필요로 하므로, 상기 제2흡수기와 제2증발기와 결합되는 부가장치로 인하여 시스템이 복잡하고, 고압의 제2흡수기와 제2증발기의 운전을 위하여 발생된 냉매의 일부를 씨.오.피(C.O.P : Coefficient of Performance)와 무관하게 사용되어 이상적인 이중 효용사이클의 난방 씨.오.피에 비하여 씨.오.피가 낮은 문제점이 발생되었다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로, 그 목적은 첫째;1대의 기계로 냉, 난방을 할 수 있도록하고, 둘째;사이클의 변환에 필요한 부가장치를 최소화하며, 셋째;열원이 존재할 경우 난방운전으로 폐열회수 및 히터트랜스포머기능을 부가할 수 있도록 한 1, 2종 공용 흡수식 열펌프를 제공하는데 있다.

위와같은 목적을 달성하기 위하여 열을 공급하는 버너와; 상기 버너로부터 열을 공급받아 증기냉매를 발생시켜 공급하거나 냉매를 흡수하여 희용액을 공급하기 위하여 하부에 버너와 연통된 연결관을 다수개 형성하고 상부에 순차적으로 냉매증기배출용연결관과 희용액공급용연결관과 용액분배기와 증기냉매발생용연결관 및 농용액연결관으로 구성된 2개의 발생기/흡수기 이중 요소와;상기 발생기/흡수기 이중 요소와 연결되고 냉매를 응축하거나 증발시키기 위하여 저부에 액냉매배출용 연결관을 각각 형성하고 상부에 액냉매공급용 연결관을 형성하며 상부 일측에 냉매증기용 연결관을 형성하고 상부에서 하부로 연소가스용 연결관과 용액분배기 및 외부열원수공급용 연결관을 순차적을 설치한 2개의 응축기/증발기 이중 요소와; 상기 응축기/증발기 이중요소와 연통되고 냉수를 냉각시키거나 가열하는 냉, 난방 부하와; 상기 발생기/흡수기 이중요소의 저압측에서 고압측으로 용액을 공급하는 용액펌프와; 상기 응축기/증발기 이중요소에 냉매를 증발기측으로 공급하는 냉매펌프와; 상기 냉, 난방 부하의 냉수와 냉각수를 순환시키는 순환용 펌프와; 상기 2개 응축기/증발기 이중요소를 연통하거나 차단시키는 냉, 난방을 선택하는 밸브로 구성한 것을 특징으로 하는 1, 2종 공용 흡수식 열펌프가 제공된다.

위와 같이 구성된 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도 및 제4도에서 나타낸 바와 같이, 발생기/흡수기 이중요소(2,5)는 하부에 버너(1)와 연통된 연결관(35)을 다수개 형성하고, 상부에서 순차적으로 냉매 증기 배출용 연결관(18)과, 희용액 공급용 연결관(32, 29)과, 용액분배기(36)와 증기냉매 발생용 연결관(34, 30, 31, 27) 및 농용액 배출용 연결관(33, 28)으로 형성한다.

이러한 발생기/흡수기 이중요소(2, 5)는 냉방사이클인 경우, 발생기/흡수기 이중요소(2)가 발생기 역활을 하게된다. 즉, 버너(1)와 연통된 연결관(35)으로 화염과 배기가스가 지나가게 되고, 연결관(31,34)은 폐쇄한다. 이때, 연결관(32)으로 부터 희용액이 공급되어 용액분배기(36)와 연결관(34,31)을 거쳐 연결관(35) 주위를 타고 흐르면서 가열되어 증기냉매가 발생되고, 발생된 증기냉매는 연결관(18)으로 나가게 된다. 또한, 증기냉매를 발생시킨 희용액은 농용액으로 되어 연결관(33)으로 흐르게 된다.

한편, 발생기/흡수기 이중요소(5)는 흡수기 역활을 하게 되는데, 버너(1)와 연결관(35)이 분리되어 있고, 농용액이 연결관(29)을 통하여 용액분배기(36)에 공급된다. 이때, 용액분배기(36)를 통하여 연결관(27, 30) 위에 고르게 농용액이 분배되고, 연결관(24)으로 부터 냉매증기가 공급된다. 공급된 냉매는 연결관(27, 30)을 흐르는 농용액에 흡수되며, 이때 발생되는 흡수열은 연결관(27, 30)을 흐르는 냉각수에 흡수된다. 또한, 냉매를 흡수한 농용액은 희용액으로 되어 연결관(28)으로 흐르게 된다.

난방사이클인 경우, 발생기/흡수기 이중요소(2)는 흡수기 역활을 하게된다. 이때, 연결관(35)은 버너(1)와 차단되고, 연결관(31,34)을 통하여 냉각수가 통과하며, 나머지는 냉방사이클의 발생기/흡수기 이중요소(5)와 동일하게 작동한다.

한편, 발생기/흡수기 이중요소(5)는 발생기 역활을 하게된다. 이때 연결과(35)은 버너(1)와 연통되고, 연결관(27,30)은 폐쇄되며 나머지는 냉방사이클의 발생기/흡수기 이중요소(2)와 동일하게 작동된다.

제5도에 나타난 바와 같이, 응축기/증발기 이중요소(3)는 저부에 액냉매배출용 연결관(20, 37)을 각각 형성하고, 상부에 액냉매공급용 연결관(21a)을 형성하며, 상부일측에 증기냉매용 연결관을 형성한다. 또한, 상부에서 하부로 연소가스용연결관(23, 25a)과 용액분배기(36) 및 외부 열원수공급용 연결관(17, 19)을 순차적으로 형성한다.

이러한 응축기/증발기 이중요소(3)는 냉방사이클인 경우에 응축기/증발기 이중요소(3)가 응축기 역활을 하게된다. 이때, 연결관(18)을 통하여 냉매증기가 공급되고 연결관(23, 25a)은 차단되며, 연결관(19,17)에 냉각수가 공급된다. 따라서, 증기냉매가 응축하면서 발생하는 열을 제거하게 되고, 이로 인하여 증기냉매가 응축된다. 이때 응축된 액냉매는 연결관(20)을 통하여 흐르게되고, 연결관(21a)은 밸브(35)에 의하여 차단된다.

한편, 난방사이클인 경우 응축기/증발기 이중요소(3)는 증발기의 역활을 하게된다. 이때, 연결관(20)은 밸브(16)에 의하여 차단되고, 연결관(25a, 23)의 내부에 연소가스가 흐르게 된다. 또한 밸브(35)가 열리고, 펌프(14)가 작동되면서 연결관(21)을 통해 액냉매가 공급된다. 이때, 액냉매는 연결관(25a, 23)을 흐르는 연소가스와 연결관(19,17)을 흐르는 외부열원수에 의하여 냉매가 열교환하여 증발하게 된다. 또한, 미처 증발하지 못한 액냉매는 연결관(37)을 통하여 배출되고, 증발한 증기는 연결관(18)을 통하여 배출된다.

제6도에 나타난 바와 같이, 응축기/증발기 이중요소(3)는 하부에 액냉매배출용 연결관(21, 36a)을 형성하고, 상부와 상부 일측에 액냉매공급용 연결관(20')과 증기냉매공급관(24)을 형성하여 상부에서 하부로 용액분배기(36)와 냉수용 연결관을 순차로 형성한다.

이러한 응축기/증발기 이중요소(4)는 냉방운전할 경우 응축기/증발기 이중요소(4)가 증발기 역활을 하게 된다. 이때, 연결관(20a)을 통하여 액냉매가 공급되고, 공급된 액냉매는 용액분리기(36)를 거쳐 연결관(22, 26) 위에 골고루 분배되며, 상기 연결관(22, 26)의 내부를 통과하는 냉수는 액냉매를 가열하여 증발시키고, 증기냉매는 연결관(24)을 통하여 흐르게된다. 또한 연결관(21)은 밸브(35a)에 의하여 차단되고, 미처 증발하지 못한 액냉매는 가열관(36)을 통하여 나가게 된다.

한편, 난방운전할 경우 응축기/증발기 이중요소(3)는 응축기 역활을 하게 된다. 이때, 연결관(21a)은 밸브(16)에 의하여 차단되고, 연결관(24) 증기냉매가 공급되며, 연결관(22, 26)을 통하는 냉각수에 열을 빼앗겨 응축한다. 또한 응축냉매는 연결관(21)을 통하여 흐른다.

이러한 본 발명은 제2도와 제3도에 나타낸 바와 같이, 냉방사이클일 경우 용액순환은 용액이 발생기와 흡수기 사이를 순환하며, 펌프(12)는 저압측에서 고압측으로 용액을 공급한다. 이때, 연결관(28), 펌프(12) 열교환기(6) 및 연결관(32)을 통하여 흡수기에서 증기냉매를 흡수하고 묽어진 희용액을 열교환기(6)를 거쳐 고압의 발생기로 공급한다. 또한 연결관(33), 열교환기(6) 및 연결관(29)을 통하여 발생기에서 증발냉매를 발생시키고, 진한 농용액을 열교환기(6)를 거쳐 흡수기로 공급한다.

냉매순환은 연결관(20), 밸브(16) 및 연결관(20a)을 통하여 발생기로 부터 증기냉매가 연결관(18)을 통하여 응측기(3)에서 응축하고, 응축냉매는 밸브(16)를 거쳐 압력이 강하한 상태에서 증발기로 공급된다. 냉방사이클시 밸브(35a)는 차단한다. 또한, 연결관(21a)을 통하여 증발기에 액냉매가 공급되고, 증발한 증발냉매는 연결관(36a)을 통하여 흡수기(5)로 공급된다.

냉수순환은 순환용펌프(13), 4방밸브(10), 공급관(26, 22), 4방밸브(11), 냉방부하(7) 및 순환용펌프(13)를 순환한다. 또한, 상기 4방펌프(10, 11)를 조작하여 냉수가 냉방부하(7)와 증발기를 포함하는 폐쇄루프를 순환하도록 하여 증발기에서 냉각되고, 냉방부하(7)에서 냉각작용이 이루어 지도록 한다.

냉각수의 순환은 펌프(15), 연결관(30, 27), 3방밸브(9), 연결관(17, 19), 4방밸브(11), 난방부하(8) 및 펌프(15)로 순환한다. 이때, 3방밸브(9)와 4방밸브(10, 11)을 조작하여 발생기/흡수기 이중요소(5)와 응축기/증발기 이중요소(3) 및 난방부하를 포함하는 루푸를 냉각수가 순환하도록 하여 응축작용과 흡수작용에서 열을 빼앗아 난방부하에 방열함으로써 사이클을 유지한다.

한편, 난방사이클 작동시 용액순환은 발생기(5)에서 증기냉매를 발생시킨 후 농용액은 펌프(12)의 펌핑작용에 의하여 열교환기(6)을 거쳐 연결관(32) 통하여 흡수기(2)로 공급된다. 또한, 농용액이 흡수기(2)에서 흡수작용을 완료하고 희용액이 되어 연결관(33)과 열교환기(6) 및 연결관(29) 통하여 발생기(5)로 공급된다.

냉매순환은 밸브(16)를 닫아 연결관(20, 20a)을 차단한다. 또한 밸브(35a)를 열고, 펌프(14)를 작동시켜 증기상태로 연결관24)을 통하여 응축기(4)에 공급하며, 응축된 냉매를 증발기(3)에 공급한다. 증발기(3)에 공급되어 증발된 냉매는 연결관(18)을 통하여 흡수기(2)로 공급되어 흡수된다.

열원수 순환은 밸브(11, 10)를 조작하여 응축기/증발기 이중요소(3)를 포함하는 폐쇄루프를 열원수가 순환하도록 한다. 이때 발생기(5)를 나오는 배기가스가 응축기/증발기 이중요소(3)의 연결관(25a, 23) 통과한다.

열수순환은 밸브(9, 10, 11)를 조작하여 발생기/흡수기 이중요소(2)와 응축기/증발기 이중요소(4) 및 난방부하(8)를 포함하는 폐쇄루프를 순환하도록 하여 필요한 열량을 가진 고온의 열수를 얻는다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명은 필요에 따라 선택적으로 고온과 저온의 열을 1대의 기계로 얻을 수 있어 냉, 난방 겸용이 가능하고, 특히 고/저온의 열을 얻는데 있어 각각에 적합한 별도의 사이클을 사용함으로 효율적이며, 사이클의 변환에 필요한 부가장치를 최소화한 것이다.

Claims (1)

1. 열을 공급하는 버너와; 상기 버너로 부터 열을 공급받아 증기냉매를 발생시켜 공급하거나 냉매를 흡수하여 희용액을 공급하기 위하여 하부에 버너와 연통된 연결관을 다수개 형성하고 상부에 순차적으로 냉매증기배출용 연결관과 희용액공급용 연결관과 용액분배기와 증기냉매발생용 연결관 및 농용액배출용 연결관으로 구성된 2개의 발생기/흡수기 이중요소와; 상기 발생기/흡수기 이중요소와 연결되고 냉매를 응축하거 증발시키기 위하여 저부에 액냉매배출용 연결관을 형성하고 상부에 액냉매공급용 연결관을 형성하며 상부일측에 냉매증기용 연결관을 형성하고 상부에서 하부로 연소가스용 연결관과 용액분배기 및 외부열원수공급용 연결관을 순차적으로 설치한 2개의 응축기/증발기이중요소와; 상기 응축기/증발기 이중요소와 연통되고 냉수를 냉각시키거나 가열하는 냉, 난방 부하와; 상기 발생기/흡수기 이중요소의 저압측에서 고압측으로 용액을 공급하는 용액펌프와; 상기 응축기/증발기 이중요소에 냉매를 증발기측으로 공급하는 냉매펌프와; 상기 냉, 난방부하의 냉수와 냉각수를 순환시키는 순환용 펌프와; 상기 2개 응축기/증발기 이중요소를 연통하거나 차단시키는 냉, 난방을 선택하는 밸브로 구성한 것을 특징으로 하는 1, 2종 공용 흡수식 열펌프.