KR0142138B1 - 얼음-저장 시스템용 냉열매 - Google Patents

얼음-저장 시스템용 냉열매

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KR0142138B1
KR0142138B1 KR1019940001117A KR19940001117A KR0142138B1 KR 0142138 B1 KR0142138 B1 KR 0142138B1 KR 1019940001117 A KR1019940001117 A KR 1019940001117A KR 19940001117 A KR19940001117 A KR 19940001117A KR 0142138 B1 KR0142138 B1 KR 0142138B1
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찌바 다까오
호리에 유따까
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와따루 이찌세
도시바 실리콘 가부시끼 가이샤
다이이찌 후지노
신 니뽄 구쪼 가부시끼 가이샤
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Abstract

수불용성 부동액과 물의 혼합물로 이루어진, 얼음-저장 시스템용 냉열매, 및 수불용성 부동액과 물의 혼합물을 냉열매로서 사용하고, 냉열매를 냉각시켜 수불용성 부동액과 얼음 입자의 혼합물을 얻고 혼합물을 순환시켜 잠열를 전달하는 것으로 이루어진 얼음-저장 시스템이 개시된다.

Description

얼름-저장 시스템용 냉열매
제1도는 본 발명의 냉열매를 사용하는 얼음-저장형 냉각 시스템의 실예를 도시한 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
A:냉열매1:냉동기
2:압축기3:응축기
4:수냉각탑5:팽창 발브
6:열교환기7,8,13,23:회로
10:열저장 장치11:열저장 탱크
12,21:순환 펌프20:열-서비스 장치
22:냉각 부하
본 발명은 얼음-저장 시스템(ice-storage system)용 냉열매(cooling and heating medium), 얼음-저장형 냉열매용 첨가제 및 얼음 저장 시스템에 의해 잠열을 전달하는 시스템에 관한 것이며, 이들은 공기 조화용 열저장 장치에서 또는 열-서비스 센터에서 사용된다.
일반적으로,열저장형 냉각 방법은 저렴한 심야 전력을 이용할 목적으로 사용되며, 이것은 심야의 전력에 의해 냉동기(refrigerator)를 가동시켜 열저장 탱크에서 물을 얼음으로 동결시켜 열저장을 수행하고 얼음과 열교환에 의해 냉각된 냉매를 필요시 열교환기로 전달하여 목적물을 냉각시키는 방법이다.
따라서, 종래의 방법에서, 냉매로서 열저장 탱크에서 형성된 얼음에서 용융된 무라, 또는 얼음과 열교환에 의해 얻어진 물 또는 염수 용액을 사용한 바 있으며 그 결과 단지 현열(sensible heat)이 목적물을 냉각시키는데 사용되며, 얼음에 의해 소유된 잠열이 효과적으로 이용되지 않는다.
냉매로서 물을 미세한 얼음 입자와 혼합하고 파이프라인에서 혼합물을 유동시킬 수 있다면, 일정량의 열을 전달하기 위한 파이프라인의 크기가 얼음의 융해 잠열에 의해 작게 될 수 있으며 또한 열-전달력이 감소될 수 있다는 장점이 얻어질 수 있다. 따라서, 얼음 입자를 예를들어 샤베트(sherbet)상 얼음이 되도록 그리고 샤베트상 얼음을 파이프라인에서 유동되도록 얼음 입자를 미세 분쇄하는 기술이 연구된 바 있으나, 그 기술은 일단 미세 분쇄된 얼음이 파이프라인에서 또다른 것에 결합되어 파이프라인을 폐쇄하는 얼음 케이크를 형성하며, 또한 얼음과 물 사이의 비중 차이로 인해 미세 분쇄된 얼음을 균일하게 유동시킬 수 없다는 문제점이 있다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여, 부동액에 물을 흡수시켜 팽창된 폴리머를 첨가하여 폴리머에서 물의 동결을 수행하고 얼음의 상호 결합을 방지함으로서 양호한 유동성을 얻는 기술이 제안된 바있다(일본 공개특허공보 제366333/1992). 그러나, 수팽창 폴리머를 에틸렌 글리콜 수용액과 칼슘 클로라이드 수용액과 같은 전해질형 부동액에 첨가할 때, 흡수된 물을 방출하고 침투압에 의해 부동액을 흡수하는 경향이 있으며, 그 결과 폴리머내 물의 흡수량이 변화된다는 문제점이 있다. 이 문제점에 대한 대책으로서, 폴리머의 표면에 보호막을 형성함으로서 전해질의 침투를 방지하는 방법 또는 부동액으로서 오일과 같은 소수성 염수 용액을 사용하는 방법이 제안된바 있다(일본 공개특허공보 제64839/1992).
그러나, 양화한 수흡성(흡수 특성)이 부족함이 없이 폴리머의 표면에 보호막을 형성하는 기술은 아직 충분히 성취된 바 없으며, 오일이 부동액으로서 사용될 때, 오일은 일반적으로 불활성이며 물을 흡수함으로서 팽창된 폴리머의 표면도 불활성이며, 이로서 팽창된 폴리머가 상호 응집력으로 인해 서로 결합되며 또한 그들이 열저장 탱크 및 파이프라인에 붙는 불편함이 있다. 따라서, 폴리머내 물이 동결될 때조차, 얼음이 사슬 형태로 또다른 것에 결합되거나 열저장 탱크 또는 파이프라인의 내부 표면에 붙으며 그 결과 냉열매로서 바람직한, 양호한 유동성을 가진 샤베트상 얼음을 얻는 것이 어렵다.
또한, 비중이 물의 1.5배 또는 그 이상이고 응고점이 -20℃ 또는 그 이하인 수불용성 냉매(예를들어 FLUORINERT(상표명, Sumitome 3M Co., Japan 제품) 용액)를 0℃ 또는 그 이하에서 얼음-저장 탱그의 저면에 저장하고, 저장된 냉매를 얼음-저장 탱크의 상부로 전달하고, 동일한 상부에서 냉매를 살포하고 이들 순환시켜 얼음을 침전시키는 것으로 이루어진 얼음-저장 시스템이 알려진 바 있다(일본 공개특허 공보 제190028/1992 및 313658/1992호).
상기의 특허공보에서, 열저장 탱크에서 또는 열저장 탱크와 별도로 위치한 제빙 장치에서, 접촉 및 FLUORINERT 용액과 물을 혼합함으로서 야기된 열교환에 의해 얼음이 침전된다는 것이 개시되어 있으나, 본 발명에서 개시된 물과 수불용성 부동액의 혼합물이 냉열매로서 순환된다는 것이 기재된 바 없다. 공보에서, 단지 FLUORINERT용액이 냉동기에 의해 직접 냉각되고, 냉각될 목적물을 냉각하는데 얼음-저장 탱크에서 냉각된 물이 사용된다고 제안되었을 뿐이다. 이러한 시스템에서, 목적물과 열교환을 위해 단지 현열이 사용되며 그 목적을 위해 잠열이 사용되지 않으며 그 결과 선행 기술과 비교하여 일정량의 열을 전달하는 파이프라인의 크기를 적게하는 것이 어려우며, 또한 열교환기의 가열 표면이 많은 양의 열을 전달하기 위해 확대되어야 한다.
본 발명은 상기에 기재된 문제점을 해결하기 위하여 성취된 바 있으며, 본 발명의 목적은 냉열매가 냉각될 때 얼음결함(아이싱, icing) 또는 동결을 야기시키지 않는 양호한 유동성을 가진 샤베트상 얼음을 제조하고 얼음의 잠열을 사용하여 냉열 전달량을 증가시키며 그 결과 열전달 효율과 잠열을 사용하여 냉열 전달량을 증가시키며 그 결과 열전달 효율과 경제성이 높아지는 것으로 이루어진, 얼음-저장 시스템용 냉열매, 냉열매용 첨가제 및 냉열매를 사용하는 얼음 저장에 의해 잠열을 전달하는 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명자들은 상기 목적을 성취하기 위하여 예의 연구한 바있으며 결과적으로 수불용성 부동액(부등액) 및 물의 혼합물로 이루어진 냉열매가 냉각될 때 동결을 야기시키지 않으며 얼음-저장 시스템에서 순환용 냉열매로서 융용한 양호한 유동성을 가진 샤베트상 얼음을 형성하여, 본 발명을 성취한다는 것을 발결하였다.
다음에 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에서, 수불용성 부동액으로서 상온(25℃)과, -20℃에서 액상인 실리콘 오일 및 플루오로카본이 언급될 수 있으며, 그들의 두가지 또는 그 이상의 종류의혼합물이 사용될 수 있다.
본 발명의 수불용성 부동액으로서, 상온에서 점도가 0.4-10,000cSt, 특히 0.4-3,000cSt인 수불용성 부동액이 바람직하다. 왜냐하면 얻어진 비-얼음결함(non-icing) 특성, 유동성 및 열전달 특성과 같은 특성이 양호하기 때문이다.
상기 실리콘 오일은 다음식으로 표시된 폴리유기실록산이다:
RaSiO(4-a)/2(A)
상기식에서 R은 히드록실기, 알콕실기 및 치환되거나 미치환된 일가 탄화수소기중에서 선택된 기이며, 복수의 R은 동일하거나 다를 수 있으며; a는 1-3의 실수를 나타낸다.
상기에 기재된 기중에서, R이 히드록실기 또는 일카 탄화수소기가 바람직하며, 일가 탄화수소기가 특히 바람직하다. 일가 탄화수소기로서, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 헥실기, 옥틸기, 데실기 및 도데실기와 같은 탄소원자수 1-12, 바람직하게는 탄소원자수 1-6개인 알킬리; 시클로헥실기와 시클로옥틸기와 같은 탄소원자 3-8개인 시클로알킬기; 페널기와 톨릴기와 같은 치환 또는 미치환 아틸기; 비닐기, 알릴기 및 프로펜일기와 같은 탄소원자 2-6개인 알켄일기가 언급될 수 있으며; 상기 기의 ㅌ나소에 결합된 일부 또는 모든 수소원자가 할로겐원자, 아미노기, 시아노기, 히드록실기, 알콕실기, 에폭시기, 카르복실기, 카르복실산 에스테르기 또는 메르캅토기, 이를테면 클로로메틸기, 3,3,3-트리-플루오로프로필기 및 시아노프로필기에 의해 치환된다. 일가 탄화수소기는 바람직하게도 알킬기, 아릴기 또는 플루오로알킬기, 특히 바람직하게는 메틸기, 페닐기 또는 3,3,3-트리폴루오로프로필기이다. 알콕실기로서, 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기 및 메톡시에톡시기와 같은 탄소원자 1-6개인 것들이 언급될 수 있다. a의평균 값은 1.8-2.2가 적합하다.
이러한 폴리유기실록산으로서, 예를들어 디메틸폴리실록산, 디에틸 폴리실록산, 메틸페닐 폴리실록산, 메틸헥실폴리시록산, 메틸-3,3,3-트리플루오로프로필폴리시록산, 폴리디메틸-폴리디페닐-실록산 코폴리머 및 폴리디메틸-폴리메틸헥실-실록산 코폴리머가 언급될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 실리콘 오일로서, 상기에 기재된 점도를 가진 실리콘 오일이 사용될 수 있으나, 점도가 10-200cSt인 실리콘오일이 본 발명에서 바람직하다. 점도가 10cSt 또는 그 이상일 때, 휘발성은 낮고 인화점은 높으며, 이것은 안정성에서 유용하다. 200cSt 또는 그 이하일 때, 유동성이 우수하여적은 전달력이 필요하며 또한 열전달 효율이 양호하고, 이것은 냉열매의 성분으로서 유용하다. 실리콘 오일의 점도는 50-100cSt가 보다 바람직하다.
플루오로카본으로서, 탄화수소의 탄소에 결합된 수소원자의 일부 또는 + 전부가 플루오린 원자가 치환된 플루오로카본, 특히 모든 수소원자가 플루오린 원자에 의해 치환된 퍼플루오로카본이 언급될 수 있다. 히드로카본은 지방족 히드로카본 및 방향족 히드로카본이 언급될 수 있으며, 지방족 히드로카본은 지방족고리 히드로카본, 포화지방족 히드로카본 및 불포환 지방족 히드로카본을 포함할 수 있다.
본 발명에서 언급된 퍼플루오로카본은 주사슬이 탄소원자만으로 이루어진 퍼플루오로카본에 국한하지 않으며, 에테르 결합으로서 산소를 부분적으로 함유하거나 질소 또는 실리콘을 함유한 퍼플루오로카본이 사용될 수 있다.
이러한 퍼플루오로카본으로서, CnF2n+2(n은 4-12의 정수를 나타냄)으로 표시된 퍼플루오로카본, 분자식 C3F6, C4F8, C5F10, C6F12, C6F12O, C6F14, C7F14, C7F16, C8F16O, C8F18, C9F18,O 및 C10F20O로 표시된 것을 및 다음 구조식으로 표시된 것들이 언급될 수 있다:
상기식에서 p와 q는 각각 점도 0.4-10,000cSt를 제공하는 원하는 정수, 바람직하게는 0≤P≤10 및 0≤Q≤10의 관계를 만족하는 정수를 나타낸다.
이들 화합물은 단독으로 또는 혼합물로서 사용된다, 본 발명에서 사용될 플루오로카본으로서, 상기의 수불용성 부동액의 동일 점도를 가진 플루오로카본이 사용될 수 있으나, 본 발명에서 0.4-100cSt의 점도를 가진 플루오로카본이 바람직하다. 플루오로카본은 불연성이 있으며 그 결과 저점도의 플루오로카본이 화염성이 문제점 없이 사용될 수 있고, 이것은 안정성에서 유용하다.
실리콘 오일 또는 퍼플루오로카본이 수불용성 부동액으로서 사용될 때, 이들 오일은 낮은 표면장력을 가지며 충분히 형성된 얼음 입자의 표면을 덮으며 그 결과 그들은 얼음 입자간에 그리고 얼음입자와 순환 경로의 파이프라인의 내부 표면 사이의 마찰을 감소키기 위해 그리고 얼음 결합을 방지하기 위해 양호한 윤활제로서 작용한다. 또한, 이들 오일은 그들이 화학적으로 안정하며 그 결과 그들이 안정하게 취급될 수 있으며, 그들이 금속 및 플라스틱을 부식하지 않으므로 장치 또는 파이프의 내구성이 불충분하지 않게 한다는 특성이 있다. 또한, 이들 오일은 일반적으로 낮은 응고점을 가지며 약 -20℃의 저온으로 냉각될 수 있고, 저온에서 그들의 점도 증가가 적고 또한 저온에서 유동성과 같은 특성의 저하가 적으며, 이루서 그들이 저온에서 저장될 수 있다. 실리콘 오일의 경우에, 얼음과 거의 동일한 비중을 가지며 그 결과 얻어진 냉열매가 균일한 조성이라는 특성이 있다.
본 발명에서 사용될 물은 특히 한정되지 않으며, 증류수, 탈이 온수 및 수도물(tap water)을 포함할 수 있으나, 물의 빙점을 상당히 감소시키는 불순물을 함유하지 않는 것들이 바람직하다. 물의 빙점이 너무 낮다면, 물을 동결하는데 냉동기의 로드가 크게 되기 때문에 바람직하지 못하다. 물의 빙점은 -10℃ 또는 그 이상이 바람직하며, 보다 바람직하게는 -5℃ 또는 그 이상이다.
본 발명의 얼음-저장 시스템용 냉열매에서 배합될 물의 양은 바람직하게도 수불용성 부동액 100중량부를 기초로 10-200중량부이다. 얼음의 잠열에 의한 열교환을 효과적으로 수행할 목적으로, 그 양이 10중량부 또는 그 이상이 바람직하며, 물이 동결될 때 양호한 유동성을 유지할 목적으로, 그 양은 200중량부 또는 그 이하가 바람직하다. 특히 실리콘 오일이 수불용성 부동액으로서 사용될때, 그 양은 실리콘 오일 100중량부를 기초로 30-150중량부가 바람직하다. 퍼플루오로카본이 수불용성 부동액으로서 사용될 때, 그 양은 퍼플오로카본 100중량부를 기초로 20-100중량부가 바람직하다.
본 발명의 냉열매에 있어서, 수불용성 부동액과 물에 더하여, 다른 성분이 본 발명의 효과를 불충분하게 하지 않는 범위내에서 배합될 수 있다. 따라서, 냉열매에 배합될 물의 양은 이들 성분이 배합량에 따라 다르나, 냉열매에 배합될 물의 양은 일반적으로 동결상태에서 냉열매의 열교환 효율 및 유동성의 관점에서 바람직하게는 10-60중량%, 특히 바람직하게는 30-50%중량%이다.
본 발명에서, 물이 동결되는 상태에서 유동성을 개선할 목적으로, 계면활성제를 사용하는 것이 바람직하다.
계면활성제로서, 알킬술페이트, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 술페이트, N-아실메틸타우레이트, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 아세테이트, 알킬술포카프복실레이트 및 알킬 포스페이트와 같은 음이온성 계면활성제; 소르비탄 지방족산 에스테르, 글리세린 지방족산 에스테르, 폴리글리세린 지방족산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 글리세린 지방족산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 글리콜 지방족산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 및 폴리옥시에틸렌 알킬페닐 에테르와 같은 비이온성 계면활성제; 알킬암노늄 염 및 알킬벤질아모늄 염과 같은 양이온성 계면활성제; 폴리옥시에틸렌-폴리디메틸실록산 코폴리머와 같은 실리콘형 계면활성제; 및 C8F17COONH4, C10F21SO3Na 및 C8F17SO2NHC2H4O(C2H4O)2OH와 같은 플루오린현 계면활성제가 언급될 수 있다.
사용될 계면활성제의 양은 바람직하게도 수불용성 부동액 100중량부를 기초로 0.01~20중량부이다. 그 양이 0.01중량부 또는 그 이상일 때, 작은 입자 크기를 가진 샤베트상 얼음이 쉽게 얻어질 수 있으며, 20중량부 또는 그 이하일 때, 동결된 상태에서 냉열매의 유동성이 양호하다. 특히 실리콘 오일이 수불용성 부동액으로서 사용될 때, 그 양은 바람직하게도 실리콘 오일 100중량부를 기초로 0.01-5중량부이다. 퍼플루오로카본이 수불용성 부동액으로서 사용될 때, 그 양은 바람직하게도 퍼플루오로카본 100중량부를 기초로 0.5-10중량부이다.
본 발명의 냉열매에서, 다양한 첨가제가 본 발명의 효과에 불충분하지 않는 범위내에서 추가로 배합될 수 있다. 첨가제로서, 소디움 하이포클로라이드, 소르빈산 및 이소티아졸린형 화합물과 같은 방부제 및 트리에탄올아민과 같은 부식방지제 및 킬레이팅제가 언급될 수 있으며, 두가지 모두는 냉열매의 내구성을 개선할 목적으로 배합된다.
냉열매의 수분 함량을 증가시킬 목적으로, 다양한 수-흡수성 화합물 또는 수-보유성 화합물이 배합될 수 있다. 수-흡수성 화합무로서, 전분, 셀룰로스 및 폴리사카라이드와 같은 천영 폴리머의 카르복시메틸화 화합물; 이들 천연 플리머와 아클릴로니트릴 또는 아크릴산의 그래프트 폴리머; 및 폴리비닐알코올형, 폴리아크릴레이트형, 폴리아크릴아미드형 및 폴리옥시에틸렌형 합성 플리머가 언급될 수 있다. 수-보유성 화합물로서, 카본 미세 분말(예 카본 블랙)과 같은 무기 화합물; 및 고리형 또는 요철 단면을 가지고 수보유성이 있는 파이버 칩과 같은 천연 또는 합성 파이버가 언급될 수 있다.
본 발명에서, 수-흡수성 화합물이 배합될 때, 비정질 분말형, 구형 입자형, 비늘형 또는 짧은 파이버형과 같은 분말형을 가진 분말상 수-흡수성 화합물이 사용될 수 있다. 분말형이 바람직하게는 비정질 분말형 또는 구형 입자형, 특히 바람직하게는 구형 입자형이다. 왜냐하면 얻어진 냉열매가 양호한 유동성을 가직 때문이다. 분말의 평균 입자 크기는 바람직하게는 10-1,000μm이다.
특히 퍼플루오로카본이 본 발명의 수불용성 부동액으로 사용될때, 수-흡수성 플리머 화합물이 바람직하게는 조합하여 사용된다. 이 경우에, 수-흡수성 폴리머 화합물의 수-흡수성이 저하되지 않으며, 물을 흡수하는 수-흡수성 폴리머 화합물이 동결될 때 조차, 화합물이 서로 결합되거나 파이프라인이 이러한 결합에 의해 폐쇄되는 문제점이 없으며, 이로서 양호한 유동성을 가진 냉열매가 얻어질 수 있다는 특성이 있다. 또한, 계면활성제를 조합하여 사용함으로서, 상기의 특성이 보다 무수하게 나타날 수 있으며, 또한 냉열매 조성물에서 수-흡수성 폴리머 화합물이 분산성이 양호하다는 특성이 있다. 폴리머 화합물이 조합하여 사용될 때, 배합될 그의 양은 퍼플루오로카본의 100중량부를 기초로 바람직하게는 0.1-50중량부, 특히 바람직하게는 5-20중량부이다.
폴리아크릴레이트와 같은 이온성 폴리머가 수-흡수성 폴리머 화합물로서 사용될 때, 높은 비율의 수 흡수성이 얻어질 수 있다. 일반적으로, 수-흡수성 비율이 높을 때, 팽창도가 높아서 수-흡수성 폴리머내 물이 동결될 때, 얼음이 다공성인 경향이 있으며, 그 결과, 수성 부동액이 보다 낮은 유동성으로 얼음으로 흡수될 수 있다. 이 경우에, 수 흡수성 비율을 100배 또는 그 이하로 만듬으로서 다공성 얼음의 형성을 조절하여, 냉열매의 유동성이 양호할 것이다. 수 흡수성 비율은 바람직하게도 10-50배이다. 또한 비이온성 폴리에틸렌 옥사이드가 사용될 때, 동일한 경향이 있다.
본 발명에서, 본 발명의 냉열매의 특히 바람직한 조성예는 살리콘 오일, 물 및 계면활성제의 혼합물 또는 퍼플루오로카본, 물, 계면활성제 및 시스템-흡수성 폴리머의 혼합물이다. 그의 실예로서
실리콘 오일 100중량부
물 10~200중량부
계면활성제 0.01-20중량부로 이루어진 혼합물(에멀젼) 또는
퍼플루오로카본 100중량부
물 10-200중량부
게면활성제 0.01-20중량부
수-흡수성 폴리머 0.1-50중량부로 이루어진 혼합물(에멀젼)이 언급될 수 있다.
실리콘 오일이 사용될 때, 실리콘 오일의 비중은 얼음의 비중(0.92)과 거의 동일하며 그 결과 얻어진 냉열매는 균일한 조성을 가지며, 이로서 얼음이 파이프라인에서 균일하게 유동될 수 있다. 퍼플루오로카본이 사용될 때, 퍼플루오로카본의 비중은 얼음의 약 1.8배이며, 이것은 퍼플루오로카본과 얼음이 분리되어 얼음을 선택적으로 사용할 때 편리하다.
본 발명의 얼음-저장 시스템용 냉열매는 얼음-저장 시스템의 얼음-저장 탱크에 각 성분을 충전함으로서 제조될 수 있으며, 그것은 또한 서로다른 관에서 각 성분을 혼합하고 혼합물을 얼음-저장 탱크로 충전함으로서 제조될 수 있다. 일반적으로, 수불용성 부동액과 물의 혼합물은 각 성분으로 쉽게 분리된다. 그러나, 시스템에서 순환시킴으로서 냉열매가 얼음 결합되어, 얻어진 얼음 입자가 분산 상태로 존재할 수 있으며, 특히 계면활성제를 첨가함으로서, 보다 양호한 분산 상태가 얻어질 수 있다. 냉열매가 시스템에서 순환될 때, 냉열매는 그것이 열교환기, 파이프라인 또는 펌프를 통과할 때 거기서 적용된 유액 마찰 스트레스에 의해 분산 상태로 존재할 수 있다. 필요하다면, 냉열매는 얼음-저장 시스템의 가동전 또는 그 중에 쉐이킹, 교반 또는 공기 버블링에 의해 분산될 수 있거나, 콜로이드 밀, 호모게나이저, 호모믹서 또는 초음파 에멀지파이어와 같은 유화 장치를 이용하여 분산될 수 있다. 특히 장치에서 냉동기에 의해 냉열매를 냉각하는 단계에서 물이 미세한 입자 상태로 분산되는 것이 충분하다. 따라서, 상기의 분산 또는 유화 장치가 냉동기 바로 앞에 위치하는 것이 바람직하다. 냉동기에 의해 냉각하는 단계에서 물 입자가 크다면, 얻어진 얼음 입자-함유 냉열매가 시스템에서 순환될 때, 파이프라인등이 쉽게 폐쇄되며, 물 입자가 너무 작다면, 유동성이 열악해 진다. 따라서, 일반적으로크기가 장치 크기에 따라 변할 수 있지만 얻어진 얼음 입자의 평균 입자 크기가 0.1-5mm이도록 물을 분산시키는 것이 바람직하다.
일반적으로, 본 발명의 성분인 물은 쉽게 이용될 수 있는 성분이며 그 결과 물과 다른 성분을 별도로 취급하고 얼음-저장 시스템이 위치한 장소에서 혼합하는 것이 유용하다. 이 경우에, 냉열매가 물 이외의 성분을 혼합하여 냉열매용 첨가제를 제조하고 첨가제를 얼음-저장 시스템이 위치한 장소에서 물에 배합함으로서 제조되는 것이 바람직하다. 특히 실리콘 오일이 수불용성 부동액으로서 사용될 때, 계면활성제가 실리콘 오일에 배합되어 냉열매용 첨가제를 제조하는 것이 바람직하다. 실리콘 오일과 계면활성제의 혼합물은 일반적으로 시간의 경과에 따라 분리되지 않는 균일한 혼합물일 수 있다. 또한, 혼합물은 물을 함유하지 않아서 점도의 변화 또는 박테리아의 발생으로 인해 야기된 혼합물의 특성 변화를 조절할 수 있으며, 이로서 저장 안정성이 양호하고, 저장을 위한 큰 공간이 필요하지 않고 혼합물이 장기간 저장될 수 있으며, 이것은 취급에 유용하다.
제1도는 본 발명의 냉열매를 사용한 얼음-저장형 냉각 시스템의 일 실시예를 도시한다. 시스템은 냉동기(1), 열저장 장치(10) 및 열-서비스 장치(20)로 구성된다. 냉동기(1)는압축기(2), 응축기(3), 수냉각탑(4), 팽창 발브(5), 열교환기(6) 및 이들 부재를 연결하는 회로(8 및 9)로 이루어진다. 열저장 장치(10)는 열교환기(6), 열저장 탱크(11), 순환 펌프(12) 및 이들 부재를 연결하는 회로(13)로 이루어진다. 열-서비스 장치(20)는 열저장 장치(11), 순환 펌프(21), 냉각 부하(22) 및 이들 부재를 연결하는 회로(23)로 이루어진다. 이 시스템에서, 냉열매(A)는 회로(13과 23)에서 순환된다. 본 발명에서, 얼음이 있는 냉열매를 단지 열저장 장치(10)의 회로(13)에서 순환시키며 열저장 탱크(11)에서 얼음을 분리함으로서 얻어진 단지 냉열매 성분을 열-서비스 장치(20)의 회로(23)에서 순환시키는 방법이 이용될 수 있다.
본 발명에서, 얼음 함유 냉열매가 얼음-저장 시스템에서 양호한 상태로 순환될 수 있으며, 파이프라인에서 폐쇄되거나 붙는 것이 얼음의 결합에 의해 야기되지 않는다. 또한, 얼음의 잠열을 이용하는 열교환이 수행될 수 있으며 그 결과 열전달 능력이 효과적으로크게 될 수 있고 파이프라인의 크기가 열-전달력이 적게되도록 작게될 수 있다는 특성이 얻어질 수 있다. 본 발명의 냉열매 조성물에서, 심지어 수-흡수성 폴리머가 조합하여 사용될 때, 폴리머의 수 흡수성이 저하되지 않으며, 폴리머가 서로 결합되지 않고 폴리머가 파이프라인에 붙지 않으며, 이로서 양호한 순환이 수행될 수 있다. 또한, 실리콘 오일 또는 퍼플루오로카본이 수불용성 부동액으로서 사용될 때, 그들의 응고점이 낮으며 저온에서 윤활 특성의 저하가 적어서 얻어진 냉열매가 저온에서 사용될 수 있으며, 이로서 열저장 및 열-전달 능력이 크게 될 수 있다.
[실시예]
본 발명을 실시예에 참고로 상세히 기재한다. 실시예에서 부는 '중량부를 의미하고 %는 중량%를 의미한다. 또한, 점도치는 25℃에서 값이다.
[실시예 1]
점도가 50cSt인 폴리디메틸실록산 100부, 소디움 아크릴메틸타우레이트 DIAPON-T Power(상표명, Nippon Oil Fats Co., Ltd 제품) 0.7부 및 물 43.2부를 콜로이트 밀에 의해 혼합하여 냉열매 A1을 제조하였다. 냉열매 A1을 제1도에 도시된 장치를 이용하여 순환시키고, 유동성을 평가하였다. 유동성을 25℃, 0℃ 및 -5℃에서 측정하였다. -5℃의 측정에 있어서, 또한 얻어진 얼음의 상태를 평가하였다. 결과가 표 1에 제시한다.
[실시예 2]
점도가 100cSt인 페닐기 함량이 40폴%인 폴리메틸페닐실록산 100부, 소디움 아크릴메틸타우레이트 0.36부 및 물 43.0부를 실시예 1과 동일한 방식으로 혼합하여 냉열매 A2를 제조하였다. 냉열매 A2를 실시예 1과 동일한 방식으로 평가하였다. 결과를 표 1에 제시한다.
[실시예 3]
점도가 200cSt인 옥틸기 함량이 60몰%인 폴리디메틸실록산 100부, 소디움 도데실벤젠술포네이트 NEWREX paste H(상표명, Nippon Oil Fats Co., Ltd. 제품) 0.36부 및 물 43.0부를 실시예 1과 동일한 방식으로 혼합하여 냉열매 A3을 제조하였다. 냉열매 A3를 실시예 1과 동일한 방식으로 평가하였다. 결과를 표 1에 제시한다.
[실시예 4]
점도가 100cSt인 폴리디메틸실록산 100부와 물 25.0부를 실시예 1과 동일한 방식으로 혼합하여 냉열매 A4를 제조하였다. 냉열매 A4를 실시예 1과 동일한 방식으로 평가하였다. 결과를 표 1에 제시한다.
[실시예 5]
점도가 100cSt인 폴리디메틸실록산 100부, 소폴리옥시에티렌 노닐페닐 에테르 Nonion HS-210(상표명, Nippon Oil Fats Co., Ltd 제품) 0.7부 및 물 43.2부를 실시예 1과 동일한 방식으로 혼합하여 냉열매 A5를 제조하였다. 냉열매 A5를 실시예 1과 동일한 방식으로 평가하였다. 결과를 표 1에 제시한다.
[실시예 6]
점도가 0.7cSt인 퍼플루오로카본 FLUORINERT PF5080(상표명, Sumitome 3M Co. 제품) 100부, 소디움 아클릴메틸타우레이트 0.7부, 폴리아크릴레이트형 수-흡수성 폴리머 Aquarick CA(상표명, Nihon Shokubai Kogyo Co. 제품) 10부 및 물 60부를 교반함으로서 혼합하여 냉열매 A6를 제조하였다. 냉열매 A6를 실시예 1과 동일한 방식으로 평가하였다. 결과를 표 1에 제시한다.
[비교예 1]
폴리디메틸실록산 대신에 에틸렌 글리콜을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방식으로 냉열매 B1를 제조하였다. 냉열매 B1을 실시예 1과 동일한 방식으로 평가하였다. 결과를 표 1에 제시한다.
[비교예 2]
폴리디메틸실록산 대신에 응고점이 -14.7℃인 1,2,3-트리클로로프로판을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방식으로 냉열매 B2를 제조하였다, 냉열매 B2를 실시예 1과 동일한 방식으로 평가하였다. 결과를 표 1에 제시한다.
유동성과 얼음의 상태를 다음의 기준에 따라, 각각 평가하였다.
유동성
◎:우수한 유동성
○:양호한 유동성
△:약간 열악한 유동성 및 유속은 작다
×:유동성 없음
얼음 상태
○:연질의 샤베트 상태
△:약간 경질의 샤베트 상태
×:얼음이 없는 상태
××:경질 얼음 상태
상기의 결과에서 명백하듯이, 본 발명의 냉열매가 심지어 -5℃의 저온에서 우수한 유동성을 나타내며 얼음으로서 양호한 조건을 가지고 있다는 것을 이해할 수 있다.

Claims (21)

  1. 수불용성 부동액 100중량부와 물 10-200중량부의 혼합물로 이루어진 얼음-저장 시스템용 냉열매.
  2. 제1항에 있어서, 수불용성 부동액이 상온에서 점도가 0.4-10000cSt인 것이 특징인 냉열매.
  3. 제1항에 있어서, 수불용성 부동액이 실리콘 오일인 것이 특징인 냉열매.
  4. 제3항에 있어서, 실리콘 오일이 다음식으로표시된 폴리유기실록산인 것이 특징인 냉열매:
    RaSiO(4-a)/2(A)
    상기식에서 R은 히드록실기, 알콕실기 및 치환되거나 미치환된 일가 탄화수소기 중에서 선택된 기이며, 복수의 R은 동일하거나 다를 수 있으며; a는 1-3의 실수를 나타낸다.
  5. 제4항에 있어서, 실린콘 오일이 상온에서 점도가 10-200cSt인 것이 특징인 냉열매.
  6. 제4항에 있어서, 폴리유기실록산이 디메틸폴리실록산, 디에틸 폴리실록산, 메틸헥실폴리시록산, 메틸-3,3,3-트리플루오로프로필폴리실록산, 폴리디메틸-폴리디페닐-실록산 코폴리머 및 폴리디메틸-폴리메틸헥실록산 코폴리머 중에서 선택된 하나 이상인 것이 특징인 냉열매.
  7. 제3항에 있어서, 냉열매가 실리콘 오일 100중량부와 물 30-150중량부로 이루어진 것이 특징인 냉열매.
  8. 제1항에 있어서, 수불용성 부동액이 플루오로카본인 것이 특징인 냉열매.
  9. 제8항에 있어서, 플루오로카본이 CnF2n+2(n은 4-12의 정수를 나타냄), C3F6, C4F8, C5F10, C6F12, C6F12O, C6F14, C7F14, C7F16, C8F16O C8F18O C9F18O C10F20O
    (상기식에서 p와 q는 원하는 정수를 나타낸다)중에서 선택된 하나이상인 것이 특징인 냉열매.
  10. 제8항에 있어서, 플루오로카본이 상온에서 점도가 0.4-100cSt인 것이 특징인 냉열매.
  11. 제8항에 있어서, 냉열매가 플루오로카본 100중량부와 물 20-100중량부로 이루어진 것이 특징인 냉열매.
  12. 제7항에 있어서, 냉열매가 추가로 계면활성제로 이루어진 것이 특징인 냉열매.
  13. 제12항에 있어서, 계면활성제가 알킬술페이트, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 술페이트, N-아실메틸타우레이트, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 아세테이트, 알킬술포카르복실레이트, 알킬 포스페이트, 소르비탄 지방족산 에스테르, 글리세린 지방족산 에스테르, 폴리글리세린 지방족산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 글리세린 지방족산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 글리콜 지방족산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬페닐 에테르, 알킬암노늄 염, 알킬벤질아모늄 염, 폴리옥시에틸렌-폴리디메틸실록산 코폴리머, C8F17COONH4, C10F21SO3Na 및 C8F17SO2NHC2H4O(C2H4O)20H 중에서 선택된 하나이상인 것이 특징인 냉열매.
  14. 제12항에 있어서, 계면활성제가 실리콘 오닐 100중량부를 기초로 0.01-5 중량부의 양으로 함유된 것이 특징인 냉열매.
  15. 제11항에 있어서, 냉열매가 추가로 수-흡수성 또는 수-보유성 화합물과 계면활성제로 이루어진 것이 특징인 냉열매.
  16. 제15항에 있어서, 계면활성제가 알킬술페이트, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 술페이트, N-아실메틸타우레이트, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 아세테이트, 알킬술포카르복실레이트, 알킬 포스페이트, 소르비탄 지방족산 에스테르, 글리세린 지방족산 에스테르, 폴리글리세린 지방족산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 글리세린 지방족산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 글리콜 지방족산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬페닐 에테르, 알킬암노늄 염, 알킬벤질아모늄 염, 폴리옥시에틸렌-폴리디메틸실록산 코폴리머, C8F17COONH4, C10F21SO3Na 및 C8F17SO2NHC2H4O(C2H4O)20H 중에서 선택된 하나이상인 것이 특징인 냉열매.
  17. 제15항에 있어서, 수-흡수성 또는 수-보유성 화합물이 전분, 셀룰로스 또는 폴리사카라이드의 카르복시메틸화 화합물; 전분, 셀룰로스 또는 폴리사카라이드의 그래프트 폴리머; 아크릴로니트릴 또는 아크릴산의 그래프 폴리머; 폴리비닐 알코올, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리옥시에틸렌; 카본 블랙; 및 고리형 또는 요철단면과 수보유성을 가진 파이버 칩 중에서 선택된 하나 이상인 것이 특징인 냉열매.
  18. 제15항에 있어서, 계면활성제가 플루오로카본 100 중량부를 기초로 0.5-10중량부의 양으로 함유되고 수-흡수성 또는 수-보유성 화합물이 동일한 것을 기초로 0.1-50 중량부의 양으로 함유된 것이 특징인 냉열매.
  19. 수불용성 부동액과 물의 혼합물을 냉열매로서 사용하고, 냉열매를 냉각시켜 수불용성 부동액과 얼음 입자의 혼합물을 얻고 혼합물을 순환시켜 잠열을 전달하는 것으로 이루어진 얼음-저장 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 수불용성 부동액이 실리콘 오일인 것이 특징인 시스템.
  21. 실리콘 오일과 계면활성제로 이루어진, 얼음-저장 시스템용 냉열매를 위한 첨가제.
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