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KR20030023730A - 구조 충전물을 사용하는 물-암모니아 흡수식 시스템의발생기 - Google Patents

구조 충전물을 사용하는 물-암모니아 흡수식 시스템의발생기 Download PDF

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KR20030023730A
KR20030023730A KR10-2003-7001504A KR20037001504A KR20030023730A KR 20030023730 A KR20030023730 A KR 20030023730A KR 20037001504 A KR20037001504 A KR 20037001504A KR 20030023730 A KR20030023730 A KR 20030023730A
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폴 사르키시안
랜스디 키롤
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록키 리서치
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Abstract

흡수기, 발생기, 응축기 및 증발기를 포함하는 물-암모니아 흡수장치에 있어서, 상기 발생기는 정류기부 및 스트리핑부를 포함하며, 상기 스트리핑부는, 보일러부 또는 리보일러, 용액가열제거기(Solution-Heated-Desorber, SHD)부 및 단열제거기부 또는 GAX제거기부를 포함하며, 상기 발생기는 상기 각 부중 적어도 어느 하나의 내부공간이 전체부피에 대해 균일한 밀도를 가지며 발생기의 온도에서 암모니아수용액에 대해 비활성인 구조 충전물로 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.

Description

구조 충전물을 사용하는 물-암모니아 흡수식 시스템의 발생기{IMPROVED AQUA-AMMONIA ABSORPTION SYSTEM GENERATOR UTILIZING STRUCTURED PACKING}
물-암모니아 흡수시스템은 주요 구성요소인 흡수기, 발생기, 응축기, 증발기가 일체형으로 구성된다. 이러한 시스템은 미국특허 제5,367,884호, 제5,548,971호, 제5,490,393호 등을 통해 해당 기술분야에서 잘 알려져 있다. 이러한 물-암모니아 흡수시스템은 열펌프, 냉각설비, 냉각장치, 난방장치, 냉난방기로 설계되어 구동될 수 있다.
물-암모니아 흡수시스템의 발생기는 보일러와, 스트리핑부(stripping section)내지는 스트리퍼(stripper)와, 정류부를 포함하여 증류기둥의 기능을 수행한다. 시스템 흡수기로부터의 높은 농도의 암모니아 용액을 포함한 조성물들이 발생기의 하나 이상의 공급 또는 유입점을 통해 발생기에 제공된다. 보일러는 가열과 동시에 액체와 기체 간의 상호 역방향의 흐름을 조성하도록 설계된다. 초기 가열은 보일러의 한정된 높이 또는 길이에 대해서만 이루어지며, 그 결과 가열영역의 암모니아 농도에는 중대한 변화가 생긴다. 몇몇 시스템에서는 보일러 대신 리보일러를 채용하는데, 리보일러는 초기 열원으로부터의 열기를 전달하여 칼럼 저부에 가까운 용액으로부터 증기를 분리해 낼 뿐, 대대적으로 암모니아를 분리해 내지는 않는다. 이에 따라, 리보일러는 단순히 증기를 발생기 칼럼으로 반환한다.
스트리핑부는 칼럼의 최상부(최저온도부)의 유입점 이하의 모든 영역을 포함한다. 스트리핑부에서는, 보일러 상부의 칼럼영역으로 반환열이 반환되어, 증류칼럼의 저부에 남아있는 용액의 열기가 회수된다. 스트리핑부는 세부분, 즉 용액 가열 제거기(Solution-Heated Desorber : SHD), 단열제거기 또는 GAX제거기(Generator Absorber heat-eXchanger desorber) 및 보일러를 포함한다. SHD는 스트리핑부의 일부분으로서, 발생기 칼럼의 저부영역으로부터의 농도가 낮은 약용액이 흡수기로 전달되기 전에 약용액으부터 열을 추출해 낸다. 스트리핑부의 단열제거기는 열입력을 갖지 아니하며, 일반적으로 최저온도부의 유입점과 SHD사이에 위치한다. GAX제거기는 발생기 칼럼의 저부영역으로부터의 약용액 내지는 2차 용액 중 어느 하나의 열전달을 이용하여, 흡수기로부터 열을 받는다. 일반적으로, GAX 물-암모니아 흡수시스템의 발생기는 GAX제거기 내지는 단열제거기를 포함하나, 둘을 모두 포함하지는 아니한다. 시스템이 농도가 높은 강용액의 GAX을 사용하는 경우 단열제거기부가 사용되고, 반면에 약용액 또는 2차 용액 GAX을 사용하는 경우 GAX제거기가 사용된다. 발생기의 부가적인 구성요소는 컬럼의 최상부(최저온도부)의 유입점 상부영역에 위치한 정류기이다. 상술한 바와 같은 발생기들은 도면에 도시되어 있고, 이하에서 좀더 상세히 설명될 것이다.
시스템 흡수기로부터 발생기 칼럼으로 유입되는 것은 비교적 높은 암모니아 함량을 갖는 강용액이다. 이러한 강용액은 일반적으로 40% ~ 50% 사이의 암모니아를 갖지만, 몇몇 동작 조건에서는 약 20%만큼 낮은 암모니아를 가질 수 있다. 이러한 강용액은 발생기로부터 흡수기로 향하는 약용액과는 판이하게 다른데, 약용액은 물을 풍부하게 함유하고 있으며, 평가 조건에서 약 1% ~ 15% 사이의 암모니아, 일반적으로는 약 3% ~ 5% 사이의 암모니아를 포함한다.
종래의 강용액 GAX흡수 순환에서, 열기는 발생기로 유입된 강요액을 나눔으로써 회수되는데, 한 부분은 흡수기의 GAX열교환기를 통해 전달하며, 다른 부분은 발생기로 직접 전달된다. 두 부분은 발생기의 각기 다른 영역으로 도입된다. 첫번째 유입흐름은 정류기 내지는 그 근처에서 버블포인트(bubble point) 이하의 온도에서 단상(one-phase) 유체로서 도입된다. 두 번째 흐름은 통상 이상(tow-phase) 조성으로서 상기 첫 번째 단상 액체유입보다 낮은 위치의 칼럼 안으로 도입된다. 그 두번째 흐름은 버블포인트 온도 이상으로 가열되었을 경우 생성되는 이상의(tow-phase) 혼합상태이다. 전술한 물-암모니아 흡수시스템에서 사용되는 종래의 발생기에는 플래이트와, 증류 칼럼의 길이방향을 따라 다양한 영역에 열전달하기 위해 부착된 열전달튜브가 설계된다. 이러한 발생기의 칼럼은 상술한 특허들에 의해 개시된 바 있다.
본 발명은 물-암모니아 흡수시스템을 위한 발생기의 구조에 관한 것이다.
도 1은 본발명의 제 1실시예에 따른 발생기의 측단면도,
도 2는 본발명의 제 2실시예에 따른 발생기의 측단면도,
도 3은 본발명의 제 3실시예에 따른 발생기의 측단면도 이다.
본 발명은 발생기의 내부 공간 중 하나 이상의 부분이 구조 충전물로 충전된것을 특징으로 하는 개선된 물-암모니아 흡수 발생기에 관한 것이다. 본 발명은 물-암모니아 흡수시스템 발생기 칼럼의 내부 공간의 일부 또는 전부를 구조 충전물을 사용하여 충전시킨 것이다. 본 발명에 따른 물-암모니아 흡수장치의 또 다른 주요 구성요소는 본 발명에 따른 발생기에 도면에 도시되지 아니한 흡수기 어셈블리, 응축기 및 증발기를 포함하는 것이다. 이러한 물-암모니아 흡수시스템은 히트펌프, 냉각설비, 냉각장치, 난방장치, 냉난방기로 설계되어 구동될 수 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 물-암모니아 흡수시스템의 발생기 구조에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1에 도시된 발생기(10)는 단일의 쉘 내부에, 물-암모니아 흡수시스템에서 사용되는 전형적인 방향인 수직방향으로 각기 다른 네개의 전형적인 섹션이 적층되어 있음을 도시하고 있다.
발생기(1) 칼럼의 스트리핑부는, 보일러부(12)와, SHD부(14)와, 단열제거기부(16)로 구성되고, 제1유입부(22) 근처의 C레벨 하부영역의 발생기(10)의 고온도부에 위치한다. 따라서, 스트리핑부는 최상위(최저온도)유입부 하부의 발생기 칼럼의 모든 섹션을 포함하는 반면, 정류기부(18)는 최상위유입부(제1유입부(22)) 상부의 발생기(10)의 부를 의미한다. 칼럼의 최저온도섹션은 C레벨의 상부영역에 마련된 정류기부(18)이다. 정류기부(18)로부터의 냉매증기는 증기유출관(21)을 통해 흡수장치의 응축기로 공급된다. 발생기(10) 칼럼의 최하단에서부터 A레벨까지 구간의 칼럼의 하위영역은 보일러부(12)이다. 보일러부(12) 상부영역의 SHD부(14)는 칼럼의 길이방향을 따라 A벨로부터 B레벨까지의 구간에 마련되며, B레벨은 제2유입부(24)가 도입되는 레벨에 위치된다. SHD부(14)의 상부영역의 단열 제거기부(16)는 칼럼의 길이방향을 따라 B레벨로부터 C레벨까지의 구간에 마련되며, C레벨은 제1유입부(22)에 위치함을 도시하고 있다. 발생기(10)의 상부영역의 정류기부(18)는 칼럼의 길이방향을 따라 C레벨로부터 발생기(10) 칼럼의 최상단까지의 구간에 마련된다. 상술한 설명의 발생기(10)는 각기 다른 섹션이 수직방향으로 적층되어 이루어진 단일의 또는 통상의 쉘을 갖는 것으로 도시되고 있으나, 하기 내용에서 설명됨과 같이 발생기는 각기 다른 섹션을 갖는 하나 또는 그 이상의 쉘을 포함하는 것이 가능하다.
보일러부(12)는, 보일러부(12)의 길이방향을 따라 연장된 열관(13)을 갖는 버너(15)에 의해 가열되며, 버너(15)로부터 열관(13)의 종단부에 마련된 토출구(17)를 통해 배기가스를 배출한다. 버너(15)는 열원을 발화시킨 열을 보일러부(12)에 공급한다. 보일러부(12)의 열기는 약용액을 이용하여 열전달관(20)을 통해 SHD부(14)로 전달된다. SHD부(14)의 길이방향을 따라 연장된 열교환기(25)는 약용액의 열을 감지하여 운반한다.
도 1의 구성은 두개의 액체 유입부(22, 24)를 가지고 있다. 제1유입부(22)로는 액상혼합물 거품점(bubble point)온도나, 그 온도보다 약간 낮은 온도에서 단상(single-phase)의 유체가 유입된다. 제1유입부(22)로 유입되는 액체는 농도가 진한 강용액으로서, 일반적으로 40%~50% 농도의 암모니아 용액이 흡수기로부터 제1유입부(22)를 통해 유입된다. 제2유입부(24)로는 흡수기의 GAX열교환기로부터 강용액이 유입된다. 제2유입부(24)로의 유입흐름은 발생기(10)의 칼럼 내부의 단열제거기부(16)와 SHD부(14)를 분할하는 위치에 주입된다. 유입부(22, 24)는 스프레이어, 젯(jet), 노즐, 디스트리뷰터(distributor), 배관(header) 등과 같이, 구조 충전물(11)로 액체를 균등 분포시킬 수 있는 장치가 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 발생기(10)의 칼럼 내부의 모든 섹션은 구조 충전물(structured packing)(11)로 채워진다. 그러나, 본 발명은 칼럼 내부의 모든 섹션을 충전하는 것에 한정되지 아니하며, 일부 섹션만 선택적으로 충전하는 것도 가능하다. 경우에 따라서는 섹션 전체를 충전하지 않는 것이 더 바람직하고 유익할 수 있다. 따라서, 하나 또는 그 이상의 섹션이 구조 충전물이 충전될 수 있다. 구조 충전물(11)은 현제 발생기의 섹션에 삽입되는 트레이, 코일, 배플(baffle) 등의 각종 구성요소들을 대체할 수 있다.
여기서, 구조 충전물(11)은 반복패턴을 갖는 균등질의 물질이고, 평편형 관상의 망상요소인 인접하거나 층적된 층들을 갖는다. 구조 충전물(11)은 전체 매질에 대해 균등한 밀도를 갖는다. 본 발명에 따른 발생기(10)의 구조 충전물(11)은,미국특허 제4,014,557호에 예시되어 있다. 본 발명에 따른 발생기의 구조 충전물(11)은 등록상표 Goodloe?인 메텍스사(Metex Corporation)에서 판매하고 있으며, 또 다른 유효한 충전물인 옵틱-팩(Optic-Pack)또한 메텍스사를 통해 판매되고 있다.
이러한 구조 충전물(11)은 미세한 와이어를 관형상으로 직조하여 제조할 수 있으며, 이것은 편평화되어 스트립을 형성하고 스트립의 축선방향으로부터 45°의 굴곡이 주어진다. 이러한 스트립 중 둘은 상호 권취되고 하나는 감겨있어, 굴곡들이 상호 교차되어 관상의 카트리지 형태로 감기게 된다. 카트리지는 칼럼의 내경(Inside Diameter, ID)보다 약간 크게 감겨 칼럼 속에 삽입된다. 이러한 카트리지는 탄성을 가지고 있어, 칼럼 내에 관통구가 생기지 아니하도록 치밀하게 밀착된다. 이와 같이, 본 구체 예에서는 구조 충전물이 삽입된 다양한 발생기부는 트레이와 같은 종래의 칼럼 삽입요소를 삽입하지 아니하여도 된다.
그런데, 적어도 하나 이상의 칼럼에는 중앙 송기관 및/또는 발생기 쉘의 벽면에 인접한 열교환 코일이 구비될 수 있다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 관상의 쉘 섹션은, 섹션의 길이방향을 따라 연장된 동심 배기관을 포함하고, 배기관과 쉘의 내벽면 사이의 고리형 공간을 충전물로 충전시킬 수 있다.
구조 충전물(11)은 발생기(10)의 온도에서 물-암모니아 용액에 대해서는 비활성인 어떤 물질로든 제조할 수 있다. 정류기부(18)의 온도는 약 200℃ 내지는 그 이하임에도, 일반적인 동작 온도는 약 200℃ ~ 400℃ 이상이다. 이러한 충전물은 습윤성을 가지거나 용액을 첨가하여 습윤성을 띄게할 수 있다.
구조 충전물(11)은 다양한 금속물질을 이용하여 제조할 수 있다. 구조 충전물(11) 제조에 유효한 금속으로는, 철, 스테인리스 스틸, 니켈 및 다양한 스틸합금을 포함하며, 여기서 합금은 Inconel?, Monel?, Carpenter20?, Hastelloy? 등과 같은 상업적 합금을 포함하고, 그 외에도 티타늄, 알루미늄, 탄탈(tantalum), 지르코늄, 은을 도금한 구리 등이 있다.
구조 충전물(11)은 스테인레스 스틸을 사용하는 것이 바람직한데, 특히 미국철강협회규격(AISI)에서 정한 등급의 AISI304, AISI304L, AISI316을 갖는 스테인리스 스틸이나 마텐자이틱(matensitic) 400시리즈 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 구조 충전물(11)에 사용되는 금속필라멘트는 약 0.002in.에서 0.008in. 사이의 아주 작은 직경을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 구조 충전물(11)을 제조하는데는, 폴리프로필렌, Teflon?(TFE), Tefezel?(ETFE), Halcar?(ECTFE), Kynar?(PVDF), 폴리에스테르, 폴리에틸렌 및 그와 유사한 종류의 비금속물질을 사용하는 것도 가능하다. 폴리프로필렌 같은 암모니아 친화적인 플라스틱은 정류기부(18) 등의 저온 섹션에 사용되는 구조 충전물로 유용하다.
구조 충전물(11) 전체에 액체와 기체가 균일하게 분포하는 경우, 적어도 하나 이상의 섹션에 구조 충전물(11)을 사용하는 것이 더 유용하다.
구조 충전물(11)은 액체를 급속히 확산시키는데 매우 효과적이지만, 살포장치를 사용하여 유입부(22, 24)에서 빈약한 분포를 보이는 영역을 감소시키고, 요구되는 분포도를 달성하기 위해 충전물(11)의 충전높이를 증가시킬 필요를 최소화 시키는 것이 중요하다. 살포장치는 유입부(22, 24)를 기준으로 칼럼이 각기 상이한 영역이 할당되도록 부분으로 쉘을 구획시키는데 효과적으로 사용된다. 이러한 살포장치로는 스프레이어, 젯(jet), 노즐 등을 사용할 수 있으며, 칼럼 내부의 용액분포를 균등하게 유지하기 위한 위치에 마련된다.
발생기(10)의 적어도 하나 이상의 섹션에 사용되는 구조 충전물(11)은 다양한 액체 또는 기체의 이동에 대해 최대화되거나 비용대비 효율성에 대해 최적화 된다. 이러한 최적화는 구조 충전물(11)의 제조 시, 망의 크기와 필라멘트의 크기를 변경함으로써 수행될 수 있다. 그러한 변경결과, 구조 충전물(11)의 밀도(면적부피 당 중량)가 25lbs./cu.ft~ 40lbs./cu.ft, 특히 30~35lbs./cu.ft. 사이가 되며, 이를 통해 최대의 효과를 얻을 수 있다.
구조 충전물(11)을 사용함에 따른 또 다른 효과로는, 액체와 증기의 이동속도를 증가시키는 증류물질 전달장치로서의 기능을 수행하여, 주어진 용량에 대해 더 작은 직경을 갖는 발생기를 사용할 수 있다는 것이다. 직경이 작아진다는 것은 비용이 감소된 다는 것을 의미하며, 쉘로 또는 쉘로부터의 열전달효과가 증대되는 것이고, 이로 인해 내부의 열교환 구조를 위한 비용이 배제될 수 있다.
발생기(10)의 적어도 하나 이상의 섹션에 사용되는 구조 충전물(11)의 내부에는, 발생기 설계용적의 암모니아 냉매의 약 0.2sq.in./lb./hr 보다 작은 크로스 섹션(cross-section)영역이 형성된다. 여기서, 충전물의 크로스 섹션 영역은 암모니아 냉매의 0.15sq.in./lb.hr이하 인 것이 더 바람직하다. 일부의 경우, 0.05sq.in./lb/hr만큼 낮게 구동이 가능한 경우, 발생기 칼럼의 직경은 최대한 감소시킬 수 있다는 결과가 나왔다.
더욱이, 효과적인 분리는 일반적인 흡수식 발생기 칼럼에 비해 축소된 직경으로부터 도출된다. 예를 들어, 본 발명에 따른 구조 충전물(11)을, 표준 냉각 용량의 GAX 물-암모니아 흡수식 사이클을 운용하는 60,000Buth 발생기의 하나 이상의 섹션에 사용하는 경우, 통상적으로 사용되는 평판타입 열교환기를 사용하는 발생기 칼럼의 직경은 6in.에 비해 직경이 2.75in.만큼 작아진다. 통상적으로 3RT냉각을 위한 6in. 직경의 발생기는 약 72lb./hr에 해당되는 0.39in.2/lb./hr의 냉매를 필요로 한다. 이에 반해, 본 발명에 따른 구조 충전물(11)을 사용하는 경우 크로스 섹션 영역은 0.05in.2/lb./hr정도의 낮은 냉매를 가지고도 정상동작할 수 있다.
이하에 예시한 발생기는 하나 이상의 섹션영역에 구조 충전물이 충전되어 있으며, 여기서; 발생기는 95℃의 주변온도 평가조건에서 100~150lbs./hr 암모니아 냉매를 냉각하기 위한 설계조건을 가지며, 적어도 하나의 섹션은 직경이 약 6in. 미만, 바람직하게는 약 4.5in. 이하, 더 바람직하게는 약 3.5in. 이하 이고, 발생기는 95℃의 주변온도 평가조건에서 50~100lbs./hr 암모니아 냉매를 냉각하기 위한 설계조건을 가지며, 적어도 하나의 섹션은 직경이 약 6in. 미만, 바람직하게는 약 4in. 이하, 더 바람직하게는 약 3in. 이하 이고, 발생기는 95℃의 주변온도 평가조건에서 125~250lbs./hr 암모니아 냉매를 냉각하기 위한 설계조건을 가지며, 적어도 하나의 섹션은 직경이 약 6in. 미만이고, 발생기는 95℃의 주변온도 평가조건에서 2.5~3.5톤 냉매를 냉각하기 위한 설계조건을 가지며, 적어도 하나의 섹션은 직경이약 6in. 미만, 바람직하게는 약 4in. 이하, 더 바람직하게는 약 3in. 이하 이고, 발생기는 95℃의 주변온도 평가조건에서 3.4~4.5톤 냉매를 냉각하기 위한 설계조건을 가지며, 적어도 하나의 섹션은 직경이 약 6in. 미만, 바람직하게는 약 4in. 이하, 더 바람직하게는 약 3in. 이하 이고, 발생기는 95℃의 주변온도 평가조건에서 4.5~5.5톤 냉매를 냉각하기 위한 설계조건을 가지며, 적어도 하나의 섹션은 직경이 약 4.5in. 이하 이고, 발생기는 95℃의 주변온도 평가조건에서 6~8톤 냉매를 냉각하기 위한 설계조건을 가지며, 적어도 하나의 섹션은 직경이 약 6in. 미만이다.
발생기(10)의 열공급과 열회수를 용이하게 하기위한 몇가지 선택사항이 있다. 예를 들어, 칼럼의 외주면 주위의 약용액의 운반을 위한 배관을 설치할 수 있다, 이러한 경우 쉘과의 열접촉율이 우수한 배관을 삽입해야 한다. 일반적으로, 배관을 쉘에 납땜하거나 솔더링 하는 것이 열접촉율을 증대시킬 수 있다. 전열코일 또한 발생기 쉘의 내부면에 설치하고, 전열코일과 쉘의 내벽면 사이의 공간에 구조 충전물을 충전한다. 발생기의 용액이 전열코일과 직접 접촉하게 되므로, 충전물의 열접촉율 및 쉘의 열접촉율은 중요치 않게된다. 열전달용액을 위한 용액의 유로는 쉘의 축선방향을 따라 형성되는 나선형 핀으로 분리되어 형성될 수 있으며, 쉘의 내벽면으로부터 보호될 수 있다. 열교환 통로 또한 약용액과 발생기의 용액 간의 액상 경계선 상의 나선형 핀에 의해 제공될 수 있다.
이밖에도, 발생기(10) 칼럼의 섹션에는 보일러부(12)의 중심을 통해 배출되는 배기가스 유로 같은 것을 가열기로 사용하는 등의 다양한 구조가 구현될 수 있다. 또한, 발생기의 SHD부와 GAX부로 유입되는 배기가스를 통한 부가적인 가열을제거하는 효과를 얻을 수도 있는데, 이러한 경우, 충전물이 충전된 섹션의 중심부를 관통하는 덕트를 설치하여 배기가스의 유로를 형성하는 구조를 취함으로서 가능하다. 또한, 발생기 칼럼을, 칼럼의 중심부를 통한 가스의 흐름을 선택적으로 하여 열을 반환시키기 위한 배기가스 덕트로 감싸는 것도 가능하다.
도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 발생기(30)의 측단면도로서, 보일러부를 적절한 소스로부터의 열기를 공급하는 리보일러(35)로 대체한 것이다. 리보일러(35)로부터의 열기는 도관시스템(31) 및 열전달관(29)을 통해 SHD부(34)로 전달된다. 칼럼은 B레벨로부터 C레벨 구간으로 연장된 GAX제거기부(36)를 포함한다. 여기서, C레벨은 흡수기로부터 공급되는 단상의 강용액이 유입되는 위치인 것이 바람직하다. 전열코일(37)은 GAX제거기부(36)에 삽입된다. 또한 발생기(30)의 칼럼은 냉매증기를 응축기로 공급하는 관(33)을 갖는 정류기부(38)를 더 포함한다. 그리고, 도 2에서는 발생기(30) 칼럼의 모든 부분에 구조 충전물(11)이 충전된 것을 도시하고 있지만, 활용방법에 따라 충전은 모든 섹션에 대해 선택적으로 이루어 질 수 있다. 본 실시예에는 단일 유입부(22)를 갖는 것을 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 제 3실시예에 따른 발생기(40)의 측단면도로서, 보일러부(42)를 통해 버너(15)의 배기가스가 직접 배출되는 구성을 갖는다. 보일러부(42)로부터의 열기는 열전달관(20)을 통해 A레벨로부터 B레벨로 연장된 SHD부(44)로 전달된다. 전달된 열기는 열교환코일(25)을 통해 SHD부(44)에 확산된다. 단열제거기부(46)는 B레벨로부터 C레벨로 연장된다. SHD부(44)와 단열제거기부(46)는 구조 충전물(11)로 충전되어 있다. 단열제거기부(46)로부터의기체는 파이프(41)를 통해 정류기부(48)로 전달되고, 정류기부(48)로부터의 응축액은 파이프(43)을 통해 단열제거기부(46)로 반환된다. 증기유출관(33)은 응축기에 냉매기체를 전달한다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 구성은 GAX 열전부를 포함하지 아니하고, 칼럼의 단열제거기부(46)는 보일러부(42)와 SHD부(44)보다 칼럼의 직경이 작다. 구조 충전물(11)은 SHD부(44)와 단열제거기부(46)에만 사용되었다. 부분응축기(partial condencer)(51)는 정류기부(48)에서 사용되고 정류기부(48)는 발생기의 나머지 부분과는 별개의 쉘에 분리되어 마련된다.
도 1은 단열제거기부(16)와 보일러부(12)가 조합된 상태를 도시하고 있고, 도 2는 리보일러(35)가 GAX제거기부(36)와 조합된 것을 도시하고 있다. 이러한 조합들은 오직 설명을 목적으로 예시된 것이다. 따라서 보일러부가 GAX부와 조합되는 것도 가능하고, 리보일러부가 단열제거기부를 포함하는 칼럼에 장착되는 것도 물론 가능하다.
물-암모니아 흡수시스템은 거품생성이 매우 낮은 경향이 있으나, 물-암모니아 흡수시스템은 통상적으로 충돌방지재로서, 크롬산나트륨과 수산화나트륨(NaOH) 같은 거품을 분해시키기 위한 성분을 포함한다. 왜냐하면 구조 충전물은 유로의 거품, 거품덩어리 등의 존재에 민감하고, 특히, 소정 레벨의 용액또는 증기를 이동시킴에 있어서는 거품을 제어하기 위해 기계적 또는 화학적 장치를 사용하는 것이 효율적이다. 칼럼에서 거품을 가장 유발시키는 부분은 보일러부이다. 이에 따라, 보일러부와 SHD부 사이에는 기게적인 거품 제거장치가 사용되는 것이 바람직하다. 거품 제거장치로 유용한 예로서 느슨한 금속망을 들 수 있으며, 각 섹션 사이에 빈공간을 형성하여 보일러부로부터의 거품이 SHD부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 화학물질이 사용될 수 있는데, 정상수준의 0.15%의 수산화나트륨 또는, 250ppm이하의 수산화물을 포함함으로써 거품이 감소되도록 제어할 수 있다. 대체 방지장치로는 Advaguard1000? 같은 상업용 물질이나, 크롬산나트륨 및/또는 수산화나트륨을 사용하는 방지장치 등이 있다. 나아가, 거품을 감소시키는 화학적 장치는 안티몬(Sb)를 포함한 부식방지장치가 포함된다.
본 발명에 따른 물-암모니아 흡수시스템의 발생기는 칼럼의 내부 공간의 일부 또는 전부를 조직화된 충전물을 사용하여 충전시킨 것이다. 이를 사용함에 따라, 발생기의 칼럼의 길이와 직경을 감소시키며, 열전달관이 부착된 증류관 및 다른 현재 사용중인 발상기 설계에 대해 그 구성을 단순화할 수 있도록 함으로써, 제조비용을 절감할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 역류를 최소화시키는 분리구조를 설치함으로써 고효율의 사이클을 얻을 수 있다. 나아가, 발생기의 직경을 축소시킬 수 있음으로 해서 시스템을 간소화하고, 용액보관함을 최소화하며, 전체 크기가 작아져 기동성이 좋아진다. 이러한 이점 뿐만 아니라 본 발명의 다른 이점들도 당해 분야의 전문가들에게 명백할 것이다.

Claims (38)

  1. 흡수기, 발생기, 응축기 및 증발기를 포함하는 물-암모니아 흡수장치에 있어서,
    상기 발생기는 보일러부와, 용액가열제거기(Solution-Heated-Desorber, SHD)부와, 단열제거기부 또는 GAX제거기부와, 정류기부를 포함하며,
    상기 발생기는 상기 각 부중 적어도 어느 하나의 내부공간이 발생기의 온도에서 암모니아수용액에 대해 비활성인 구조 충전물로 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발생기의 상기 단열제거기부가 상기 구조 충전물로 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 발생기의 상기 정류기부가 상기 구조 충전물로 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 발생기의 상기 SHD부가 상기 구조 충전물로 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 발생기의 상기 보일러부가 상기 구조 충전물로 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 발생기의 상기 정류기부와 상기 단열제거기부가 상기 구조 충전물로 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 발생기의 상기 정류기부와 상기 SHD부가 상기 구조 충전물로 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 발생기의 상기 정류기부와 상기 보일러부가 상기 구조 충전물로 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 발생기의 상기 단열제거기부와 상기 SHD부가 상기 구조 충전물로 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 발생기의 상기 단열제거기부와 상기 보일러부가 상기 구조 충전물로 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 발생기의 상기 정류기부, 상기 단열제거기부 및 상기 SHD부가 상기 구조 충전물로 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 발생기의 상기 정류기부, 상기 단열제거기부 및 상기 보일러부가 상기 구조 충전물로 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 발생기의 상기 단열제거기부, 상기 SHD부 및 상기 보일러부가 상기 구조 충전물로 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 발생기의 각부가 모두 상기 구조 충전물로 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 발생기의 상기 GAX제거기부가 상기 구조 충전물로 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 발생기의 상기 정류기부와 상기 GAX제거기부가 상기 구조 충전물로 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 발생기의 상기 GAX제거기부와 상기 SHD부가 상기 구조 충전물로 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 발생기의 상기 보일러부와 상기 GAX제거기부가 상기 구조 충전물로 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 발생기의 상기 정류기부, 상기 GAX제거기부 및 상기 SHD부가 상기 구조충전물로 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 발생기의 상기 정류기부, 상기 GAX제거기부 및 상기 보일러부가 상기 구조 충전물로 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 발생기의 상기 GAX제거기부, 상기 SHD부 및 상기 보일러부가 상기 구조 충전물로 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  22. 제 5, 8, 10, 12, 13, 14, 18, 20, 21항 중, 어느 한 항에 있어서,
    상기 보일러부는 관형 쉘을 포함하되, 상기 관형 쉘의 내부에는 동심 배기관이 구비되어 있고, 상기 쉘의 내벽면과 상기 배기관 사이의 고리형 공간에는 구조 충전물이 충전되어 있는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 SHD부, GAX제거기부, 정류기부 중 하나 이상은 수직방향 쉘을 포함하되, 상기 수직방향 쉘은, 낮은농도의 흡수용액을 공급하며 상기 쉘의 내부 또는 외부에 연장되어 상기 쉘과 열교환 작용을 수행하는 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 SHD부와, GAX제거기부와, 정류기부 중 하나 이상은 상호 보호되는 열교환 핀을 갖는 제1 및 제2 동심쉘을 포함하는 열교환 유체 유동통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  25. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조 충전물은 스테인리스 스틸 또는 탄소강(carbon steel)을 포함하는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 구조 충전물은 금속섬유로 직조된 금속망 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  27. 제 1, 25, 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조 충전물은 직경이 0.002in.~0.008in.인 금속섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  28. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 부중 적어도 어느 하나의 내부공간에 충전되는 상기 구조 충전물은,비금속(non-metallic) 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 구조 충전물은 폴리프로필렌을 포함하는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  30. 제 1, 25, 26, 27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발생기의 각 부중 하나 이상의 내부공간에 충전되는 상기 구조 충전물은 25lbs./cu.ft 내외 40lbs./cu.ft 사이의 밀도값을 갖는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  31. 제 1, 25, 26, 28, 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조 충전물을 함유하는 발생기부 내부의 크로스-섹션 영역은 발생기의 암모니아 냉매 설계용량이 0.2sq.in./lb./hr 미만인 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 발생기부 중 하나 이상의 내부 크로스-섹션 영역은 발생기의 암모니아 냉매 설계용량이 0.15sq.in./lb./hr 이하 인 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  33. 제 31 항에 있어서,
    상기 발생기부 중 하나 이상의 내부 크로스-섹션 영역은 발생기의 암모니아 냉매 설계용량이 0.05sq.in./lb./hr 이하 인 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  34. 제 1 항에 있어서,
    상기 발생기의 상기 각 부 중 하나 이상에 상기 구조 충전물로 액체을 균일하게 분사하는 적어도 하나 이상의 분사장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 발생기는, 저온액체의 유입을 위한 제1유입부와 고온액체의 유입을 위한 제2유입부와, 상기 저온액체 및/또는 상기 고온액체를 상기 발생기에 분사하는 하나 이상의 분사장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  36. 제 34 항에 있어서,
    상기 정류기부는 상기 단열제거기부 또는 GAX제거기부와 분리된 별도의 쉘을 포함하고, 상기 정류기부로부터 상기 단열제거기부 또는 GAX제거기부로 엑체를 균일하게 분사하는 하나 이상의 분사장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  37. 제 1 항에 있어서,
    상기 발생기는 상기 구조 충전물의 거품 및 거품덩어리 중 적어도 어느 하나를 제어하기 위한 기계적 및 화학적 거품제어 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 기계적 거품제어는 상기 SHD부의 최하단부와 상기 보일러 내지는 리보일러부의 최상단부 사이에 수직 이격을 포함하는 것을 특징으로 하는 물-암모니아 흡수장치.
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