KR20240084836A

KR20240084836A - 유하액막식 증발기 및 유하액막식 증발기 작동 방법

Info

Publication number: KR20240084836A
Application number: KR1020220169554A
Authority: KR
Inventors: 김정철; 손상호; 류진우; 정융; 송찬호
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2022-12-07
Filing date: 2022-12-07
Publication date: 2024-06-14

Abstract

본 발명은 유하액막식 증발기 및 유하액막식 증발기 작동 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 유하액막식 증발기는 액체 냉매를 공급받는 냉매 입구관 및 증발된 기체 냉매를 배출하는 냉매 출구관이 형성되고 내부 공간을 형성하는 케이스, 상기 케이스 내부에 복수 개 배치되며 내부에 냉수가 유동하고 외측면에 형성된 냉매막과 열교환을 수행하는 전열관 및 상기 케이스 내부에 상기 전열관 상부에 배치되어 상기 냉매 입구관으로부터 공급받은 냉매를 아래의 상기 전열관 외측면에 공급하는 트레이를 포함하는 유하액막식 증발기에 있어서, 상기 유하액막식 증발기의 작동 전 또는 작동 초기에 상기 케이스 내부의 상기 냉매를 응축시켜 상기 전열관을 적시는 것을 특징으로 한다.

Description

유하액막식 증발기 및 유하액막식 증발기 작동 방법{FALLING FILM TYPE EVAPORATOR AND METHOD FOR OPERATING THE EVAPORATOR}

본 발명은 유하액막식 증발기 및 유하액막식 증발기 작동 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상부에서 냉매를 액적으로 떨어뜨려 전열관 표면에 냉매막을 형성하여 전열관과의 열교환으로 냉매를 기화시키는 유하액막식 증발기 및 유하액막식 증발기 작동 방법에 관한 것이다.

일반적으로 터보 냉동기는 터보 압축기를 이용한 냉동기로서 압축기, 응축기, 팽창 밸브 및 증발기 사이를 냉매가 순환 사이클을 형성하도록 구성된다.

이 중 증발기는 케이스 내부에서 냉매와 냉수 사이의 열교환이 이루어지며, 이 과정에서 냉매는 기화되고 냉수는 냉각되는 것으로, 방식에 따라 크게 만액식 및 유하액막식으로 구분될 수 있다.

만액(Flooded)식 증발기는, 케이스 내부에 열교환을 위한 냉수가 유동하는 복수의 전열관이 위치하며, 케이스 내부에 전열관이 잠기도록 냉매를 공급하여, 전열관 외측과 냉매가 접촉하여 냉매를 기화시키고 냉수를 냉각시키는 열교환 과 정을 진행한다. 이러한 만액식 증발기는 케이스 내부에 전열관이 잠기도록 냉매를 채워야 하므로 상당량의 냉매가 요구되어 비용이 많이 발생하고 효율이 낮다는 문제가 있다. 특히, R1233zd(e)와 같은 고가의 친환경 냉매를 사용하는 경우 비용 문제로 후술하는 유하액막식 증발기가 널리 사용되고 있다.

유하액막(Falling film, 遊下液漠)식 증발기는, 만액식 증발기와 마찬가지로 케이스 내부에 열교환을 위한 냉수가 유동하는 복수의 전열관이 위치하며, 상부로부터 냉매를 전열관에 액적으로 떨어트려 전열관 표면에 냉매막을 형성하여, 전열관에서 냉매를 기화시키고 냉수를 냉각시키는 열교환 과정을 진행한다. 이러한 유하액막식 증발기는 만액식 증발기에 비해 적은 용량의 냉매로도 효과적인 열교환을 수행할 수 있다는 장점을 가진다.

하지만, 유하액막식 증발기는 상부로부터 액상 냉매를 떨어뜨려 전열관 표면에 공급하는 과정에서 항상 동일한 위치에 액상 냉매를 공급하도록 구성되어 있기 때문에, 전열관의 전체 표면에 냉매막이 형성되지 못하고 일부는 젖지 않게 된다. 이에 따라 전열관 표면과 냉매막 사이의 접촉면이 작아 열교환 효율이 떨어지는 문제가 있다.

도 1은 최상단에 있는 전열관이 부부적으로 젖어 있는 상태를 보여주는 사진인데, 트레이로부터 액적의 형태로 냉매가 최상단의 전열관 외측에 떨어질 때, 표면 장력에 의해 냉매가 전열관 전면적이 퍼지지 않고 부분적으로만 젖게 된다. 즉, 냉매가 트레이에서 계속 떨어지더라도 젖은 상태의 부분만 계속 젖고 마른 부분은 계속 마른 상태를 유지하게 된다. 이러한 현상은 최상단의 전열관 뿐 아니라 그 아래의 몇몇 전열관에도 발생하며, 나아가 하단부에 있는 전열관에도 같은 현상이 발생하기도 한다. 특히, 이러한 현상은 물과 같은 표면 장력이 높은 냉매를 사용하는 경우에 발생하기 쉽다.

기존에는 최상단부와 하단부의 전열관이 부분적으로 젖는 문제를 무시하고, 넉넉하게 전열관을 배치하나, 이는 증발기의 열교환 효율을 떨어뜨리고 전체 장비의 크기가 커지는 문제를 초래한다.

전열관 전체가 냉매로 적셔지도록 전열관 표면을 친수성 물질로 코팅을 하는 것을 고려할 수 있으나, 친수성 코팅은 지속성이 짧아서 일지적으로만 문제를 해결하고, 비용이 많이 든다는 문제점이 있다.

일본 공개특허 제2021-165620호

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유하액막식 증발기의 작동 전 또는 작동 초기에 케이스 내부의 냉매를 응축시켜 전열관을 적시도록 하여 증발기의 동작시에 모든 전열관이 젖은 상태를 유지하도록 하여 열교환 효율을 높일 수 있는 유하액막식 증발기 및 유하액막식 증발기 작동 방법을 제공함에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 액체 냉매를 공급받는 냉매 입구관 및 증발된 기체 냉매를 배출하는 냉매 출구관이 형성되고 내부 공간을 형성하는 케이스; 상기 케이스 내부에 복수 개 배치되며 내부에 냉수가 유동하고 외측면에 형성된 냉매막과 열교환을 수행하는 전열관; 및 상기 케이스 내부에 상기 전열관 상부에 배치되어 상기 냉매 입구관으로부터 공급받은 냉매를 아래의 상기 전열관 외측면에 공급하는 트레이를 포함하는 유하액막식 증발기에 있어서, 상기 유하액막식 증발기의 작동 전 또는 작동 초기에 상기 케이스 내부의 상기 냉매를 응축시켜 상기 전열관을 적시는 것을 특징으로 하는 유하액막식 증발기에 의해 달성될 수 있다.

여기서, 상기 전열관에 상기 케이스 내부의 온도보다 낮은 온도의 응축수를 공급하여 상기 케이스 내부의 냉매를 상기 전열관 외측면에 응축시키는 응축수 공급 라인을 더 포함할 수 있다.

여기서, 응축기의 냉각수 라인을 상기 전열관의 냉수 라인과 연결시키는 냉각수 연결 라인을 더 포함하고, 상기 냉수보다 저온의 냉각수를 상기 전열관에 공급하여 상기 케이스 내부의 냉매를 상기 전열관 외측면에 응축시킬 수 있다.

여기서, 상기 케이스 내부를 상기 냉수 온도보다 높은 온도로 가열시키고, 상기 전열관에 상기 냉수를 공급하여 상기 케이스 내부의 냉매를 상기 전열관 외부에 응축시킬 수 있다.

여기서, 상기 케이스 내벽에 형성되는 히터를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 케이스 하단부에 저장된 액체 냉매를 가열시키는 히터를 더 포함할 수 있다.

여기서, 응축기의 냉각수 라인을 상기 전열관의 냉수 라인과 연결시키는 냉각수 연결 라인을 더 포함하고, 상기 냉수보다 고온의 냉각수를 상기 전열관에 공급하여 상기 케이스 내부를 가열시킬 수 있다.

여기서, 상기 유하액막식 증발기는 흡수식 냉동기에 사용되고, 상기 흡수식 냉동기의 재생기 히터를 먼저 구동시켜 열전도를 통해 상기 케이스 내부를 가열시킬 수 있다.

또한, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 유하액막식 증발기의 작동 방법에 있어서, 상기 유하액막식 증발기의 작동 전 또는 작동 초기에, 액체 냉매를 공급받는 냉매 입구관 및 증발된 기체 냉매를 배출하는 냉매 출구관이 형성되고 내부 공간을 형성하는 케이스 내부의 상기 냉매를 응축시켜, 상기 케이스 내부에 복수 개 배치되며 내부에 냉수가 유동하고 외측면에 형성된 냉매막과 열교환을 수행하는 전열관을 적시는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유하액막식 증발기 작동 방법에 의해 달성될 수 있다.

여기서, 상기 전열관을 적시는 단계는 상기 전열관에 상기 케이스 내부의 온도보다 낮은 온도의 응축수를 공급하여 상기 케이스 내부의 냉매를 상기 전열관 외측면에 응축시키는 단계를 포함하고, 상기 케이스 내부에 상기 냉매를 공급하는 단계; 및 상기 전열관에 상기 응축수의 공급을 중단하고 상기 냉수를 공급하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 전열관을 적시는 단계는 응축기의 냉각수 라인을 상기 전열관의 냉수 라인과 연결시키는 냉각수 연결 라인을 통해 상기 냉수보다 저온의 냉각수를 상기 전열관에 공급할 수 있다.

여기서, 상기 전열관을 적시는 단계는 상기 케이스 내부를 상기 냉수 온도보다 높은 온도로 가열시키는 단계; 및 상기 전열관에 냉수를 공급하여 상기 케이스 내부의 냉매를 상기 전열관 외부에 응축시키는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 케이스 내벽에 형성되는 히터로 상기 케이스 내부를 가열시킬 수 있다.

여기서, 상기 케이스 하단부에 저장된 액체 냉매를 가열시킬 수 있다.

여기서, 응축기의 냉각수 라인을 상기 전열관의 냉수 라인과 연결시키는 냉각수 연결 라인을 통해 상기 냉수보다 고온의 냉각수를 상기 전열관에 공급하여 상기 케이스 내부를 가열시킬 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 유하액막식 증발기 및 유하액막식 증발기 작동 방법에 따르면 증발기의 작동 전 또는 초기에 응축에 의해 전열관 표면을 냉매로 적셔 증발기 동작시 전열관이 젖은 상태를 계속 유지할 수 있어서 열교환 효율이 높고 증발기를 컴팩트하게 구성할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 응축을 위한 구조가 간단하고 비용이 저렴하다는 장점도 있다.

도 1은 최상단에 있는 전열관이 부부적으로 젖는 상태를 보여주는 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 유하액막식 증발기가 사용되는 냉동기의 개략적인 구조도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유하액막식 증발기의 사시도이다.
도 4는 도 1의 단면도이다.
도 5는 전열관의 응축을 위한 찬물 연결 구조를 도시하는 도면이다.
도 6은 전열관의 응축을 위한 고온 냉각수의 연결 구조를 도시하는 도면이다.
도 7은 전열관의 응축을 위한 저온 냉각수의 연결 구조를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유하액막식 증발기 작동 방법의 순서도이다.

실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 유하액막식 증발기 및 유하액막식 증발기 작동 방법을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명에 따른 유하액막식 증발기가 사용되는 냉동기의 개략적인 구조도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유하액막식 증발기의 사시도이고, 도 4는 도 1의 단면도이고, 도 5는 전열관의 응축을 위한 찬물 연결 구조를 도시하는 도면이고, 도 6은 전열관의 응축을 위한 고온 냉각수의 연결 구조를 도시하는 도면이고, 도 7은 전열관의 응축을 위한 저온 냉각수의 연결 구조를 도시하는 도면이다.

본 발명에 따른 유하액막식 증발기는 일 예로 산업용 대형 터보 냉동기에 사용될 수 있다. 도 2에 도시되어 있는 것과 같이 상기 냉동기는 냉매를 압축하는 압축기(10)와 압축기(10)에서 승압된 냉매를 냉각수와의 열교환에 의해 응축하는 응축기(20), 응축기(20)에서 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브(30), 팽창 밸브(30)로 감압된 냉매를 증발시키는 증발기(40)로 구성되고, 상기 냉매는 전술한 순으로 사이클을 이루며 순환하며 동작하게 된다.

응축기(20)에는 냉각수가 순환하며 냉매와 열교환을 수행하는데, 응축기(20)에 유입된 냉각수는 냉매와의 열교환에 의해 승온되어 유출될 수 있다. 또한, 증발기(40)에는 냉수가 순환하며 냉매와 열교환을 수행하는데, 증발기(40)에 유입된 냉수는 냉매와의 열교환에 의해 냉각되어 유출될 수 있다. 도 2에 표시된 냉각수 및 냉수의 입출구측 온도는 예시적인 것으로 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명에 따른 유하액막식 증발기(40)는 후술하는 바와 같이 흡수식 냉동기에도 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 유하액막식 증발기(40)는 케이스(100), 전열관(110) 및 트레이(120)를 포함하여 구성될 수 있다.

도 3 및 도 4에 도시되어 있는 것과 같이 케이스(100)는 쉘(100b)과 쉘(100b) 양측을 마감하는 헤드(100a)로 구성될 수 있으며, 전체적으로 수평 방향으로 긴 원통 형상을 가질 수 있다.

헤드(100b)에는 케이스(100) 내부에 배치되는 전열관(110)으로 열교환을 위한 냉수를 공급하는 냉수 입구관(112) 및 전열관(110)에서 열교환을 마친 냉수를 외부로 배출시키는 냉수 출구관(114)이 형성될 수 있다.

쉘(100b)에는 액체 냉매(기체도 포함될 수 있음)를 공급받는 냉매 입구관(102) 및 전열관(110) 표면에서 열교환에 의해 증발된 기체 냉매를 케이스(100) 외부로 배출하는 냉매 출구관(104)이 형성되며, 열교환을 위한 내부 공간을 형성한다. 냉매 입구관(102)은 쉘(100b) 상단부 일측에 형성될 수 있는데, 팽창 밸브(30)로부터 기액 상태의 냉매를 냉매 입구관(102)을 통해 증발기(40) 내부로 공급할 수 있으며, 공급된 액상의 냉매는 트레이(120)를 통해 트레이(120) 아래의 전열관(110)으로 액적으로 공급될 수 있다. 냉매 출구관(104)은 쉘(100b) 상단부 타측에 형성되는데, 쉘(100b) 내부에서 기화된 냉매는 냉매 출구관(104)을 통해 외부로 배출되어 압축기(10)로 공급될 수 있다.

또한, 도 4에서와 같이 쉘(100b) 하단부에 증발되지 않은 일부의 냉매가 저장되어 만입되는 경우, 하단부에 저장된 냉매를 냉매 입구관(102)으로 다시 순환시키기 위하여 배출하는 액상 냉매 출구관(106)이 쉘(100b) 하단부에 형성될 수 있다. 쉘(100b) 하단부에 저장된 냉매는 펌프(109)의 동작으로 액상 냉매 출구관(106)을 통해 외부로 배출되어 순환 라인(108)을 거쳐 다시 냉매 입구관(102)으로 유입되어 쉘(100b) 내부로 공급될 수 있다.

전열관(110)은 케이스(100) 내부(보다 자세히는 쉘(100b) 내부)에 복수 개 배치되며, 내부에는 냉수 입구관(112)을 통해 외부로부터 냉수를 공급받아 전열관(110) 표면에 형성된 냉매막과 열교환을 수행하고, 열교환을 통해 냉각된 냉수는 냉수 출구관(114)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 전열관(110)은 수평의 긴 원통형 케이스(100) 내부에 복수의 열로 배치되며 각 열에는 복수의 전열관(110)이 일 열로 배치될 수 있다. 따라서, 전열관(110) 상측에 위치하는 트레이(120)에서 액적으로 냉매가 아래로 떨어질 때 일 열로 배치되는 전열관(110)에 순차적으로 액적이 떨어지며 전열관(110)을 적시게 된다.

트레이(120)는 케이스(100) 내부에 전열관(110) 상부에 배치되어 냉매 입구관(102)으로부터 공급받은 냉매를 하단면에 형성된 복수의 관통공을 통해 아래의 배치되는 전열관(110) 외측면에 액적의 형태로 냉매를 공급한다.

본 발명에 따른 유하액막식 증발기(40)는 증발기(40)의 작동 전 또는 작동 초기에 케이스(100) 내부의 냉매를 응축시켜 전열관(110) 전체를 적시도록 한다. 부분적으로 마른 부분이 없이 전열관(110) 전체가 적셔진 상태에서 트레이(120)를 통해 냉매를 계속 공급하면 전열관(110) 전체에 걸쳐서 젖은 상태를 유지할 수가 있다. 도 1에서와 같이 전열관(110)이 부분적으로 젖어 있는 경우에는 트레이(120)로부터 액적이 계속 공급되더라도 triple line의 pinning 현상 때문에 공급된 액적이 옆으로 퍼지지 않아서 전열관(110) 전면적에 냉매막을 형성하지 못하고 부분적으로 냉매막을 계속 형성하게 되나, 전열관(110) 전체가 냉매로 적셔진 상태에서 트레이(120)로부터 액적을 공급하면 전열관(110) 전체가 젖어있는 상태를 계속 유지할 수가 있다.

이후에, 전열관(110)에 냉수를 공급하여 열교환에 의한 증발을 발생시키더라도 냉매의 증발 속도보다 냉매의 공급 속도를 빠르게 하여 전열관(110)의 젖은 상태를 유지할 수가 있다.

이하의 설명에서는 케이스(100) 내부에 존재하는 냉매의 응축을 유도하여 전열관(110) 외측면을 적시는 다양한 실시예를 설명하기로 한다.

제1 실시예로서, 도 5에 도시되어 있는 것과 같이, 케이스(100) 내부의 온도보다 낮은 온도의 응축수를 공급하는 응축수 공급 라인(220)을 형성할 수 있다. 본 실시예에서 응축수 공급 라인(220)은 냉수가 순환하는 냉수 라인(210) 상에 증발기(40)로 냉수가 유입되는 입구에 연결될 수 있다. 따라서, 냉수 라인(210) 및 응축수 공급 라인(220)에 각각 밸브(212, 222)를 형성하여 밸브(212, 222)의 제어로 전열관(110) 내부에 응축수를 공급하거나 냉수를 공급할 수 있다.

상기 응축수 공급 라인(220)에 형성된 밸브(222)를 열고 냉수 라인(210)에 형성된 밸브(212)를 닫아 응축수 공급 라인(220)을 통해 케이스(100) 내부의 온도보다 낮은 온도의 응축수를 공급하여, 케이스(100) 내부의 냉매를 전열관(110) 외부에 응축시킬 수가 있다. 이때, 응축수는 찬 물일 수 있다.

응축수 공급 라인(220)을 통해 차가운 응축수를 전열관(110)에 공급하여 전열관(110) 외측면에 냉매을 응축시켜 전열관(110) 전체를 적실 수가 있다. 이후, 팽창 밸브(30)로부터 냉매 유입을 시작하면, 전열관(110) 전체가 적셔진 상태를 유지하며 전열관(110) 표면에 냉매막이 형성될 수 있다. 이후, 응축수 공급 라인(220)에 형성된 밸브(222)를 잠그고 냉수 라인(210)에 형성된 밸브(212)를 열어 전열관(110)에 냉수를 공급하여 증발기(40)를 동작시킨다.

이때, 응축수 공급 라인(220)을 통해 차가운 응축수를 공급하기 전에 상대적으로 냉수 라인(210)을 통해 고온의 냉수를 미리 전열관(110)에 공급하여 전열관(110)을 포함한 증발기(40) 전체를 가열시켜 냉매의 포화온도를 높인 이후에 응축수를 공급할 수도 있다.

제2 실시예로서, 케이스(100) 내부를 가열시켜 케이스(100) 내부의 냉매를 전열관(110) 외부에 응축시킬 수 있다. 이때, 케이스(100) 내부를 가열시키기 위하여 가열부(130, 132)가 구성될 수 있다. 도 4에 도시되어 있는 것과 같이 상기 가열부(130)는 케이스(100) 내벽에 형성되는 히터일 수 있다. 또는, 상기 가열부(132) 케이스(100) 하단부에 저장된 액체 냉매를 직접 가열시키는 히터로 형성될 수도 있다. 케이스(100) 내부를 가열시키는 구성은 전술한 바에 한정되지 않고 다양한 형태로 변형될 수 있다.

케이스(100) 내부를 가열시켜 냉매의 포화온도가 높아짐과 함께 내부의 수증기압(이하, 냉매가 물인 경우를 예를 들어 설명함)이 올라갈 수 있다. 이때, 전열관(110)에 냉수를 공급하면 케이스(100) 내부의 수증기를 전열관(110) 외측면에 쉽게 응축시킬 수 있다. 이때, 케이스(100) 내부의 온도는 냉수 온도보다 약간 더 높게 가열시키는 것이 바람직하다. 증발기(40)의 동작시 다시 가열 전의 온도로 냉각되어야 하기 때문이다.

상기와 같이 전열관(110) 외측면에 냉수를 응축시켜 적신 이후에, 팽창 밸브(30)로부터 냉매 유입을 시작하면 전열관(110) 전체가 적셔진 상태를 유지하며 전열관(110) 표면에 냉매막이 형성되며 증발기(40)를 동작시킬 수 있다.

제3 실시예로서, 도 6에 도시되어 있는 것과 같이 응축기(20)에 냉각수가 순환하는 냉각수 라인과 냉수 라인(210)을 연결하는 냉각수 연결 라인(230)이 형성될 수 있다. 바람직하게는 냉각수 라인의 응축기(20) 출구측과 냉수 라인(210)의 증발기(40) 입구측을 연결하는 냉각수 연결 라인(230)을 통해 상대적으로 고온의 냉각수를 공급받을 수 있다.

냉수 라인(210)과 냉각수 연결 라인(230)에는 유동을 제어하기 위한 밸브(212, 232)가 각각 형성될 수 있다. 냉각수 연결 라인(230)에 형성된 밸브(232)를 열고 냉수 라인(210)에 형성된 밸브(212)를 닫아서 (냉수보다) 상대적으로 고온의 냉각수를 전열관(110)에 공급하여 전열관(110)을 포함하여 증발기(40) 전체 온도를 상승시켜 케이스(100) 내부의 냉매의 포화 온도를 높일 수 있다. 이후 냉각수 연결 라인(230)에 형성된 밸브(232)를 닫고 냉수 라인(210)에 형성된 밸브(212)를 열어서 전열관(110)에 상기 냉각수보다 온도가 낮은 냉수를 공급하여 케이스(100) 내부의 수증기를 전열관(110) 외측면에 쉽게 응축시킬 수 있다.

제4 실시예로서, 도 7에 도시되어 있는 것과 같이 응축기(20)에 냉각수가 순환하는 냉각수 라인과 냉수 라인(210)을 연결하는 냉각수 연결 라인(240)이 형성될 수 있다. 바람직하게는 냉각수 라인의 응축기(20) 입구측과 냉수 라인(210)의 증발기(40) 입구측을 연결하는 냉각수 연결 라인(240)을 통해 상대적으로 저온의 냉각수를 공급받을 수 있다.

먼저, 냉수 라인(210)에 형성된 밸브(212)를 열고 상기 냉각수 연결 라인(240)에 형성된 밸브(242)를 닫아서, 상대적으로 고온의 냉수를 전열관(110)에 공급하여 전열관(110)을 포함하여 증발기(40) 전체 온도를 상승시켜 케이스(100) 내부의 냉매의 포화 온도를 증가시킬 수 있다. 이후 냉각수 연결 라인(240)에 형성된 밸브(242)를 열고 냉수 라인(210)에 형성된 밸브(212)를 닫아서 상대적으로 저온의 냉각수를 전열관(110)에 공급하여 케이스(100) 내부의 수증기를 전열관(110) 외측면에 쉽게 응축시킬 수 있다. 냉각수 연결 라인(240)을 통해 공급되는 냉각수의 온도가 충분히 낮을 경우에는 냉각수 공급 전에 냉수를 공급하는 단계는 생략될 수도 있다.

상기와 같이 전열관(110) 외측면에 냉매를 응축시켜 적신 이후에, 팽창 밸브(30)로부터 냉매 유입을 시작하면 전열관(110) 전체가 적셔진 상태를 유지하며 전열관(110) 표면에 냉매막이 형성될 수 있다. 이후, 냉각수 연결 라인(240)에 형성된 밸브(242)를 닫고 냉수 라인(210)에 형성된 밸브(212)를 열어 전열관(110)에 냉수를 공급하며 증발기(40)를 동작시킬 수 있다.

제5 실시예로서, 본 발명에 따른 유하액막식 증발기(40)가 흡수식 냉동기에 사용되는 경우 흡수식 냉동기의 재생기 히터(미도시)를 먼저 구동시켜 열전도에 의해 케이스(100) 내부를 가열시킬 수 있다. 흡수식 냉동기는 흡수기, 재생기, 응축기, 증발기(40)로 구성될 수 있는데, 흡수식 냉동기를 구성하는 재생기의 히터를 먼저 구동시켜 이때 발생하는 열을 열전도에 의해 증발기(20)의 케이스(100) 내부를 가열시키고, 이후 전열관(110)에 냉수를 공급하여 증발기(40)의 케이스(100) 내부의 수증기를 전열관(110) 외측면에 쉽게 응축시킬 수 있다.

이후, 증발기 내부로 냉매 유입을 시작하면 전열관(110) 전체가 적셔진 상태를 유지하며 전열관(110) 표면에 냉매막이 형성되며 증발기(40)를 동작시킬 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유하액막식 증발기 작동 방법의 순서도이다.

본 발명의 일 실시에에 따른 유하액막식 증발기 작동 방법은 유하액막식 증발기(40)의 작동 전 또는 작동 초기에 케이스(100) 내부의 냉매를 응축시켜 전열관(110)을 적시는 단계(S310) 및 케이스(100) 내부에 냉매를 공급하고 전열관(110)에 냉수를 지속적으로 공급하여 증발기(40)를 동작시키는 단계(S320)를 포함할 수 있다.

도 2 내지 도 8을 참조로 케이스(100) 내부의 냉매를 응축시켜 전열관(110)을 적시는 다양한 방법 및 이후에 증발기(40)를 동작시키는 것과 관련하여 상술하였으므로, 이에 관한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

전열관(110)을 적시는 단계(S310)는 도 5를 참조로 전술한 바와 같이 전열관(110)에 케이스(100) 내부의 온도보다 낮은 온도의 응축수를 공급하여 케이스(100) 내부의 냉매를 전열관(110) 외측면에 응축시킬 수 있다. 이후, 케이스(100) 내부에 냉매를 공급하고, 전열관(110)에 응축수의 공급을 중단하고 냉수를 공급하여 증발기(40)를 동작시킬 수 있다.

또한, 전열관(110)을 적시는 단계(S310)는 도 7을 참조로 전술한 바와 같이 응축기(20)의 냉각수 라인을 전열관(110)의 냉수 라인(210)과 연결시키는 냉각수 연결 라인(240)을 통해 냉수보다 저온의 냉각수를 전열관(110)에 공급하여 케이스(100) 내부의 냉매를 전열관(110) 외측면에 응축시킬 수 있다.

또한, 전열관(110)을 적시는 단계(S310)는 케이스(100) 내부를 냉수 온도보다 높은 온도로 가열시키는 단계 및 전열관(110)에 냉수를 공급하여 케이스(100) 내부의 냉매를 전열관(110) 외부에 응축시키는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 케이스(100) 내벽에 형성되는 히터로 상기 케이스(100) 내부를 가열시킬 수 있다. 또는 케이스(100) 하단부에 저장된 액체 냉매를 히터로 직접 가열시킬 수도 있다.

이때, 도 6을 참조로 설명한 바와 같이 응축기(20)의 냉각수 라인을 전열관(110)의 냉수 라인(210)과 연결시키는 냉각수 연결 라인(230)을 통해 냉수보다 고온의 냉각수를 전열관(110)에 공급하여 케이스(100) 내부를 가열시킬 수 있다.

이때, 유하액막식 증발기(40)가 흡수식 냉동기에 사용되는 경우에 흡수식 냉동기의 재생기 히터를 먼저 구동시켜 열전도를 통해 케이스(100) 내부를 가열시킬 수도 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

10: 압축기
20: 응축기
30: 팽창 밸브
40: 증발기
100: 케이스
102: 냉매 입구관
104: 냉매 출구관
106: 액상 냉매 출구관
108: 순환 라인
109: 펌프
110: 전열관
112: 냉수 입구관
114: 냉수 출구관
120: 트레이
130, 132: 가열부
210: 냉수 라인
212: 밸브
220: 응축수 공급 라인
222: 밸브
230: 냉각수 연결 라인
232: 밸브
240: 냉각수 연결 라인

Claims

액체 냉매를 공급받는 냉매 입구관 및 증발된 기체 냉매를 배출하는 냉매 출구관이 형성되고 내부 공간을 형성하는 케이스;
상기 케이스 내부에 복수 개 배치되며 내부에 냉수가 유동하고 외측면에 형성된 냉매막과 열교환을 수행하는 전열관; 및
상기 케이스 내부에 상기 전열관 상부에 배치되어 상기 냉매 입구관으로부터 공급받은 냉매를 아래의 상기 전열관 외측면에 공급하는 트레이를 포함하는 유하액막식 증발기에 있어서,
상기 유하액막식 증발기의 작동 전 또는 작동 초기에 상기 케이스 내부의 상기 냉매를 응축시켜 상기 전열관을 적시는 것을 특징으로 하는 유하액막식 증발기.
제1 항에 있어서,
상기 전열관에 상기 케이스 내부의 온도보다 낮은 온도의 응축수를 공급하여 상기 케이스 내부의 냉매를 상기 전열관 외측면에 응축시키는 응축수 공급 라인을 더 포함하는 유하액막식 증발기.
제2 항에 있어서,
응축기의 냉각수 라인을 상기 전열관의 냉수 라인과 연결시키는 냉각수 연결 라인을 더 포함하고,
상기 냉수보다 저온의 냉각수를 상기 전열관에 공급하여 상기 케이스 내부의 냉매를 상기 전열관 외측면에 응축시키는 유하액막식 증발기.
제1 항에 있어서,
상기 케이스 내부를 상기 냉수 온도보다 높은 온도로 가열시키고, 상기 전열관에 상기 냉수를 공급하여 상기 케이스 내부의 냉매를 상기 전열관 외부에 응축시키는 유하액막식 증발기.
제4 항에 있어서,
상기 케이스 내벽에 형성되는 히터를 더 포함하는 유하액막식 증발기.
제4 항에 있어서,
상기 케이스 하단부에 저장된 액체 냉매를 가열시키는 히터를 더 포함하는 유하액막식 증발기.
제4 항에 있어서,
응축기의 냉각수 라인을 상기 전열관의 냉수 라인과 연결시키는 냉각수 연결 라인을 더 포함하고,
상기 냉수보다 고온의 냉각수를 상기 전열관에 공급하여 상기 케이스 내부를 가열시키는 유하액막식 증발기.
제4 항에 있어서,
상기 유하액막식 증발기는 흡수식 냉동기에 사용되고,
상기 흡수식 냉동기의 재생기 히터를 먼저 구동시켜 열전도를 통해 상기 케이스 내부를 가열시키는 유하액막식 증발기.
유하액막식 증발기의 작동 방법에 있어서,
상기 유하액막식 증발기의 작동 전 또는 작동 초기에, 액체 냉매를 공급받는 냉매 입구관 및 증발된 기체 냉매를 배출하는 냉매 출구관이 형성되고 내부 공간을 형성하는 케이스 내부의 상기 냉매를 응축시켜, 상기 케이스 내부에 복수 개 배치되며 내부에 냉수가 유동하고 외측면에 형성된 냉매막과 열교환을 수행하는 전열관을 적시는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유하액막식 증발기 작동 방법.
제9 항에 있어서,
상기 전열관을 적시는 단계는 상기 전열관에 상기 케이스 내부의 온도보다 낮은 온도의 응축수를 공급하여 상기 케이스 내부의 냉매를 상기 전열관 외측면에 응축시키는 단계를 포함하고,
상기 케이스 내부에 상기 냉매를 공급하는 단계; 및
상기 전열관에 상기 응축수의 공급을 중단하고 상기 냉수를 공급하는 단계를 포함하는 유하액막식 증발기 작동 방법.
제10 항에 있어서,
상기 전열관을 적시는 단계는 응축기의 냉각수 라인을 상기 전열관의 냉수 라인과 연결시키는 냉각수 연결 라인을 통해 상기 냉수보다 저온의 냉각수를 상기 전열관에 공급하는 유하액막식 증발기 작동 방법.
제9 항에 있어서,
상기 전열관을 적시는 단계는
상기 케이스 내부를 상기 냉수 온도보다 높은 온도로 가열시키는 단계; 및
상기 전열관에 냉수를 공급하여 상기 케이스 내부의 냉매를 상기 전열관 외부에 응축시키는 단계를 포함하는 유하액막식 증발기 작동 방법.
제12 항에 있어서,
상기 케이스 내벽에 형성되는 히터로 상기 케이스 내부를 가열시키는 유하액막식 증발기 작동 방법.
제12 항에 있어서,
상기 케이스 하단부에 저장된 액체 냉매를 가열시키는 유하액막식 증발기 작동 방법.
제12 항에 있어서,
응축기의 냉각수 라인을 상기 전열관의 냉수 라인과 연결시키는 냉각수 연결 라인을 통해 상기 냉수보다 고온의 냉각수를 상기 전열관에 공급하여 상기 케이스 내부를 가열시키는 유하액막식 증발기 작동 방법.
제12 항에 있어서,
상기 유하액막식 증발기는 흡수식 냉동기에 사용되고,
상기 흡수식 냉동기의 재생기 히터를 먼저 구동시켜 열전도를 통해 상기 케이스 내부를 가열시키는 유하액막식 증발기 작동 방법.