KR0149284B1 - 흡수식 냉방기용 흡수용액 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡수식 냉방기용 흡수용액 조성물에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 기존의 흡수용액에 에탄올아민을 첨가하여 흡수식 냉방기의 공냉운전을 가능케 하는 흡수용액 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 흡수식 냉방기용 흡수용액은 할로겐화 리튬 16.0 내지 81.0중량%, 에탄올아민 4,0 내지 24.0 중량% 및 물 15.0 내지 60.0중량%를 포함한다. 본 발명의 흡수용액 조성물은 흡수용액의 결정화 방지효과가 우수하여 흡수식 냉방기에 적용할 경우 흡수식 냉방기의 공냉운전을 가능케 하는 등의 효과를 지니고 있다는 것이 확인되었다.

Description

흡수식 냉방기용 흡수용액 조성물

제1도는 흡수식 냉방기의 개략도이다.

제2도는 종래의 흡수용액인 브롬화리튬-물계에 대한 듀링선도이다.

제3도는 에탄올아민의 첨가에 따른 할로겐화 리튬의 용해도에 대한 그래프이다.

제4도는 에탄올아민의 첨가에 따른 흡수용액의 증기압 변화에 대한 그래프이다.

제5도는 본 발명의 흡수용액 조성물인 브롬화리튬-에탄올아민-물계에 대한 듀링선도이다.

제6도는 본 발명의 흡수용액 조성물인 브롬화리튬-요오드화리튬-에탄올아민-물계에 대한 듀링선도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 고온재생기 2 : 저온재생기

3 : 응축기 4 : 증발기

5 : 흡수기 6,7 : 열교환기

본 발명은 흡수식 냉방기용 흡수용액 조성물에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 기존의 흡수용액에 에탄올아민을 첨가하여 흡수식 냉방기의 공냉운전을 가능케 하는 흡수용액 조성물에 관한 것이다.

흡수식 냉방기는 일반적으로 LPG 및 LNG 등의 가스를 열원으로 하며, 냉매로서 물을 사용하고 흡수용액으로서 할로겐화 금속의 수용액을 사용하여 냉매 및 흡수용액으로 이루어진 냉방사이클을 운전하는 냉방장치로서, 전기를 에너지원으로 하는 기존의 압축식 냉방기와는 달리 1차 열에너지를 이용하므로, 하절기의 과다한 전력부하를 해소할 수 있으며, 폐열을 이용하여 열병합시스템에 활용할 수 있는 등의 장점을 지녀 냉방용으로 광범위하게 사용되고 있다.

종래의 흡수식 냉방기는 응축기 및 흡수기 부분의 냉각을 위하여 대형의 수냉식 열교환장치가 요구되어 소형화가 불가능하였으나, 최근에는 이들 장치의 공냉화를 통해 냉방기를 소형화하려는 연구가 활발히 진행되고 있는데, 이러한 흡수식 냉방기 및 전기 냉방기의 냉방사이클을 이하 상세히 설명한다.

제1도는 통상적인 흡수식 냉방기를 개략적으로 도시한 것으로, 도시된 바와 같이, 흡수식 냉방기는 고온재생기(1), 저온재생기(2), 응축기(3), 증발기(4), 흡수기(5) 및 열교환기(6,7)로 구성된다. 이때, 실선은 물과 할로겐화리튬으로 이루어진 흡수용액의 이동경로를 나타내고, 점선은 냉매의 이동경로를 나타낸다.

제2도는 종래의 대표적인 흡수용액인 브롬화리튬(LiBr) 수용액을 작동유체로 하는 제1도에 도시한 수냉병렬식 이중효용 흡수냉방기의 냉방사이클을 듀링(Duhring)선도, 즉 흡수용액의 온도-압력-농도선도 상에 도시한 그래프이다. 제2도에서 1-2선은 흡수기(5)에서 고농도의 용액이 증발된 냉매를 흡수하여 저온의 희용액이 되는 과정에 대한 것이고, 2-3선 및 1-8선은 흡수기(5)를 나온 저온 희용액과 고온재생기(1) 및 저온재생기(2)를 나와 혼합된 고온 농용액의 열교환과정에 대한 것이며, 3-4선 및 5-6선은 고온재생기(1)로 가능 희용액과 고온재생기(1)를 나온 고온 농용액의 열교환과정이고, 3-7선 및 4-5선은 각각 고온재생기(1) 및 저온재생기(2)에서의 냉매증기 발생과정에 대한 것이다.

상기한 흡수식 냉방기의 소형화를 위하여 공냉화시키기 위해서는 여러가지 문제점이 발생하는데, 이 중에서도 흡수용액의 결정생성이 공냉화의 실현에 가장 큰 장애로 작용하였다. 즉, 냉방기기에서 외기온도를 35℃로 상정할 경우, 외기온도와 희흡수용액의 온도차가 약 15℃가 되어야 공냉화가 가능하므로 흡수기의 온도는 대략 50℃가 되어야 하며, 이것은 수냉시 요구되는 온도보다 약 10℃ 정도가 높게 되어 결과적으로 이 온도에서 냉매의 증발온도인 5℃의 압력, 즉 654mmHg(872Pa)를 유지하기 위해서는 흡수용액이 종래보다 5% 이상 높은 농도로 유지되어야 한다. 또한, 사이클이 3 내지 5%의 적당한 농도차를 지니면서 운전되기 위해서는 흡수기에 도입되는 고농도의 흡수용액이 흡수기 온도인 50℃에서의 결정생성 농도보다 낮아야 하나, 제2도에서 알 수 있는 바와 같이 브롬화리튬-물로 구성된 종래의 흡수용액을 사용할 경우에는 흡수용액이 결정화되며, 흡수용액의 결정선 안쪽에서 효과적인 공냉 사이클의 구성의 불가능하다는 문제점을 지니고 있었다.

상기한 흡수식 냉방기의 공냉화에 커다란 장애요인인 흡수용액의 결정생성 문제를 해결하기 위해서는 고농도에서도 결정화 온도가 낮아 보다 넓은 작동영역을 가질 수 있는 새로운 흡수용액의 개발이 요구되어 왔으며, 이와 관련된 종래의 기술에 대하여는 다음과 같은 문헌에 개시되어 있다:

일본국 특허공개 소 63-233267호에는 할로겐화 알칼리금속과 알칼리토금속의 혼합물 수용액을 흡수용액으로 하는 흡수식 냉방기용 흡수용액에 대하여 개시되어 있다.

그러나, 상기한 종래의 흡수용액은 특정한 할로겐화 금속의 특정한 조합, 즉 브롬화리튬-요오드화리튬(LiI)-브롬화칼슘(CaBr2)-물로 구성되며 특정한 비율에 의해 혼합된 흡수용액 만이 결정화 방지효과를 지닌다는 한계와 함께 흡수용액의 결정화 방지효과가 떨어진다는 문제점을 지니고 있어 공냉운전을 위한 흡수용액으로 실제적으로 사용하는 데에는 한계를 지니고 있었다.

결국, 본 발명의 목적은 종래의 흡수용액에 종래의 흡수용액과 잘 혼합되면서 높은 끓는점을 지닌 에탄올아민(monoethanolamine, MEA)을 첨가함으로써, 흡수용액의 결정화 방지효과가 우수하여 흡수식 냉방기의 공냉운전을 가능케 하는 흡수용액 조성물을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 흡수용액 조성물은 할로겐화리튬, 에탄올아민 및 물의 혼합물로서, 그 성분 및 조성을 하기 표1에 나타내었다.

전술한 본 발명의 흡수용액 조성물은 상기 표1에 나타낸 조성비 내에서 할로겐화 리튬에 대한 에탄올아민의 첨가량이 중량비로 10:1 내지 5:2인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 5:1 내지 3:1이 되도록 형성한다.

이때, 할로겐화 리튬으로서는 염화 리튬(LiC1), 브롬화 리튬 및 요오드화 리튬을 단독 또는 혼합 사용하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는, 브롬화리튬과 요오드화 리튬을 혼합 사용한다.

에탄올아민이 상기 조성보다 다량 첨가될 경우에는 에탄올아민의 높은 점성 때문에 냉방기의 작동에 문제를 발생하게 되고 흡수용액의 증기압이 증가하여 할로겐화 리튬의 용해도 증가에 의한 냉방기 사이클의 공냉화가 불가능하게 되는 반면에; 에탄올아민이 상기 조성보다 소량 첨가될 경우에는 공냉화를 위한 작동영역을 지닌 냉방기 사이클의 구성이 불가능하게 된다.

물을 냉매로 하는 흡수식 냉방기의 흡수용액이 낮은 증기압을 지니게 되는 것은 흡수용액에 포함된 할로겐화 리튬에 기인한 것으로, 본 발명에 사용되는 에탄올아민은 물과 잘 혼합되면서 할로겐화 리튬의 용해도를 증대시키며, 높은 끓는점(170℃)을 지녀 냉매로 증발되지 않기 때문에 낮은 압력 및 높은 온도에서 안전한 공냉사이클의 구성을 가능케 한다.

따라서, 할로겐화 금속의 종류 및 조성이 고정되어 특정한 조합에 의해서만 결정화 방지효과를 나타내는 종래의 흡수용액과 달리, 본 발명은 기존에 사용되는 여러 흡수용액에 단지 제3의 물질을 일정량 첨가해줌으로써, 낮은 압력 및 높은 온도에서 안전한 공냉사이클의 구성을 가능케 하는 효과를 지니고 있다.

이하, 실시예에 의하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

[실시예 1]

에탄올아민의 첨가에 따른 할로겐화 금속의 용해도 변화

브롬화리튬, 염화 리튬 및 브롬화리튬과 요오드화 리튬의 할로겐화 리튬에 에탄올아민을 첨가하여 할로겐화 리튬의 용해도 변화를 측정하였다. 이때, 브롬화리튬에는 에탄올아민을 브롬화리튬에 대하여 중량비로 4.5:1, 4:1 및 3.5:1로 변화하여 첨가하였고, 염화 리튬에는 에탄올아민을 중량비로 4:1이 되도록 첨가하였으며, 브롬화리튬과 요오드화 리튬의 1:1 혼합물에는 에탄올아민을 중량비로 4:1이 되도록 가하였다. 본 실시예에 따른 할로겐화 리튬의 용해도 변화를 제3도에 나타내었다. 제3도에서 가로축은 할로겐화 리튬 및 물에 대한 할로겐화 리튬의 중량농도를 나타내고, 세로축은 결정소멸온도를 나타내는데, 제3도의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 종래의 흡수용액에 에탄올아민을 첨가할 경우 흡수용액을 구성하는 할로겐화 리튬의 물에 대한 용해도를 크게 증가시킬 수 있으므로, 에탄올아민을 포함하는 본 발명의 흡수용액 조성물은 흡수식 냉방기에서 공냉사이클의 구성을 가능케 함을 알 수 있었다.

[실시예 2]

에탄올아민의 첨가에 따른 흡수용액의 증기압 변화

브롬화 리튬의 농도를 60 및 70wt%로 변화시키면서 에탄올아민을 브롬화 리튬에 대하여 질량비로 4:1 및 3.5:1로 변화시켜 첨가하여 온도변화에 따른 흡수용액의 증기압을 측정하였다. 제4도에 증기압 변화에 대한 결과를 나타내었는데, 제4도에서 브롬화 리튬의 농도는 브롬화 리튬과 물에 대한 브롬화 리튬의 중량비이다. 제4도의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 동일한 브롬화 리튬 농도에서는 흡수용액의 증기압은 에탄올아민의 첨가량 증가에 따라 커지고, 동일한 첨가비에서는 고온으로 갈수록 증기압 증가의 폭이 커짐을 알 수 있었으나, 실시옐 1에서 얻은 용해도 증가의 폭과 비교할 때 그 폭이 그다지 크지 않음을 알 수 있어, 에탄올아민을 포함하는 본 발명의 흡수용액은 흡수식 냉방기에서의 공냉 사이클의 구성을 위한 흡수용액으로 사용할 수 있음을 알 수 있었다.

[실시예 3 내지 4]

전기 실시예 1 및 2의 결과로부터 하기 표2의 조성비와 같은 흡수용액 조성물을 제조한 다음, 전기 흡수용액을 사용하여 흡수식 냉방기 사이클을 가동시키면서 이들 두계에 대한 증기압 변화를 작동농도 범위에 대하여 측정하였다.

제5도 및 제6도는 본 실시예에 따른 흡수용액 조성물인 브롬화 리튬-에탄올아민-물계 및 브롬화 리튬-요오드화 리튬-에탄올아민-물계에 대한 듀링선도로서, 농도는 전체 흡수용액에 대한 할로겐화 리튬 및 에탄올아민의 질량백분율을 나타낸다. 제5도 및 제6도의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 흡수용액을 사용한 경우에는 종래의 흡수용액을 사용한 제2도의 냉방사이클과는 달리, 흡수용액의 결정화가 발생하지 않고 흡수식 냉방기에서 공냉화사이클의 구성이 가능함을 알 수 있었으며, 브롬화 리튬 및 요오드화 리튬의 혼합물을 사용한 경우에는 상대적으로 적은 양의 에탄올아민을 첨가하여도 원하는 수준의 공냉화를 이룰 수 있음을 알 수 있었다.

이상에서 상세히 설명하고 입증하였듯이, 본 발명의 흡수용액 조성물은 흡수용액의 결정화 방지효과가 우수하여 흡수식 냉방기에 적용할 경우 흡수식 냉방기의 공냉운전을 가능케 하는 등의 효과를 지니고 있다는 것이 확인되었다.

Claims (2)

1. 할로겐화 리튬 63.0 내지 81.0중량%, 에탄올아민 4,0 내지 18.0 중량% 및 물 15.0 내지 60.0중량%를 함유하는 흡수식 냉방기용 흡수용액 조성물.
2. 제1항에 있어서, 할로겐화 리튬으로서는 염화 리튬, 브롬화 리튬 및 요오드화 리튬으로부터 선택된 1종 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉방기용 흡수용액 조성물.