KR100599991B1 - 흡수식 냉동기 - Google Patents

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혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 흡수식 냉동기내에서 발생하는 수소가스를 외부로 방출시키지 않고 내부에서 환원제거하여 운전효율의 저하를 억제하는 것이다.
이를 위하여 본 발명은, 응축기(9)의 냉매액면(93)에 붙어있는 수소가스(H2)를 냉매증기와 함께 추출파이프(92)를 통하여 응축기탱크(91)에 도입한다. 응축기탱크(91)에는 가열된 산화금속이 설치되어 있고, 수소가스와 산화금속이 접촉하여 환원작용이 일어나, 수소가스는 제거됨과 동시에 물을 생기게 한다. 이 물은 추출파이프(92)를 통하여 응축기(9)내에 환류된다. 이렇게 하여 수소가스가 제거됨과 동시에 생성된 물은 기내에 머물기 때문에, 냉매중에 혼입한 물의 양이 적정량으로 유지된다.

Description

흡수식 냉동기{ABSORPTION TYPE REFRIGERATOR}
도 1은 제 1 실시형태에 관한 흡수식 냉난방장치의 주요부 구성도,
도 2는 제 1 실시형태에 관한 흡수식 냉난방장치의 응축기의 정면도,
도 3은 제 1 실시형태에 관한 흡수식 냉난방장치의 응축기의 평면도,
도 4는 제 2 실시형태에 관한 흡수식 냉난방장치의 주요부 구성도,
도 5는 수소제거장치를 가지는 응축기의 사시도,
도 6은 히터홀더의 변형예를 나타내는 단면도,
도 7은 수소제거장치의 히터홀더의 단면도,
도 8은 수소제거장치를 가지는 응축기의 단면도,
도 9는 막대형상 히터의 외관도,
도 10은 히터 홀더의 다른 변형예를 나타내는 단면도,
도 11은 제 3 실시형태에 관한 흡수식 냉난방장치의 주요부 구성도,
도 12는 제 3 실시형태에 관한 흡수식 냉난방장치의 환원부의 구성도,
도 13은 제 4 실시형태에 관한 흡수식 냉난방장치의 주요부 구성도,
도 14는 본 발명의 실시형태에 관한 흡수식 냉난방장치의 구성을 나타내는 계통도이다.
본 발명은 흡수식 냉동기에 관한 것으로, 특히 기내에 발생하는 불응축 수소가스의 제거장치를 가지는 흡수식 냉동기에 관한 것이다.
흡수식 냉동사이클로 운전되는 흡수식 냉동기를 냉방장치로서 사용하는 것이 알려져 있었다. 또한 최근, 운전시의 에너지효율의 좋음 등의 이점에 착안하여 냉방운전 뿐만 아니라, 증발기로 외기로부터 퍼 올린 열을 이용한 히트펌프 난방운전도 할 수 있도록 한 흡수식 냉동기에 대한 수요가 높아지고 있다. 예를 들어 일본 국 특공평6-97127호 공보에서는 냉방운전, 히트펌프운전에 의한 난방 및 직화분(보일러)운전에 의한 난방이라는 3가지의 모드로 운전할 수 있도록 한 흡수식 냉온수기가 제안되어 있다.
상기 흡수식 냉동기의 흡수냉동사이클은 고진공하에서 행하여지기 때문에, 냉매중의 성분과 냉매유로를 형성하고 있는 금속재료 및 부식억제제와의 접촉반응에 의하여 매우 미량의 수소가스 등의 불응축가스가 발생한다. 이 불응축가스는 높은 진공도를 유지해야 할 구성부분인 흡수기, 증발기 등의 진공도를 저하시켜, 냉난방의 운전효율을 현저하게 저하시키는 것이 알려져 있다. 이 때문에 진공펌프 등의 추출수단을 사용하여, 이 불응축가스를 냉동기 밖으로 방출하는 메인티넌스가 일정기간마다 필요하게 되어 있었다.
일본국 특개평8-121911호 공보나 특개평5-9001호 공보에는 흡수식 냉동기내에서 발생한 불응축가스를 냉동기 밖으로 배출하는 장치가 개시되어 있다. 이들 장치에서는 가열된 팔라듐관으로 이루어지는 수소방출관에, 냉매액으로부터 분리한 불응축가스를 유도하여, 팔라듐의 선택투과성을 이용하여, 그 불응축가스를 대기중으로 방출하고 있다.
상기 불응축가스의 배출장치를 가지는 흡수식 냉동기에는 다음의 문제점이 있었다. 흡수식 냉동사이클을 위하여, 플루오르화 알코올 등의 알코올계 냉매를 사용하는 흡수식 냉동장치에 있어서는, 냉매중에 물을 혼입시킴으로써 냉매유로를 형성하고 있는 금속재료의 부식을 억제할 수 있는 것이 알려져 있다. 이 경우, 혼입시킨 물이 냉매유로를 형성하고 있는 알루미늄과 반응하여 미량의 수소가스를 발생하기 때문에 이것의 제거가 필요하게 된다. 또한, 수소가스의 발생은 다음의 애노드반응과 캐소드반응에 의한다. 애노드반응: Al→Al3+ + 3e-, Al3+ 3OH →AlOOH ·H2O (알루미늄이온의 물의 합(베마이트피막생성) ), 캐소드반응:3H + 3e →3/2H2(수소발생).
그러나 상기 공보에 개시된 불응축가스의 배출장치에서는, 발생한 수소가스를 냉동기 밖으로 방출시키도록 되어 있기 때문에, 기내의 기밀성을 유지하기 위한 구조가 복잡화하게 된다. 또한, 서서히 냉매 중에 포함되어 있는 수분이 감소하기 때문에, 부식의 억제에 필요한 적정량의 물이 확보되지 않는다는 문제점이 있다. 또 상기 수소방출관 또는 수소방출관의 격납수단(슬리브형상 부재 등)이 가스추출부재로부터 크게 외부로 돌출하기 때문에 외형이 복잡하게 되거나, 인접부재와 간섭하는 등의 문제가 있었다.
본 발명은 기내의 진공도를 저하시키는 일없이, 또 냉매중의 함유수분량을 적정량으로 유지하면서 발생한 불응축가스를 제거할 수 있는 흡수식 냉동기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 냉매를 수용한 증발기와, 상기 증발기에서 발생한 냉매증기를 흡수제 용액으로 흡수하는 흡수기와, 상기 용액의 흡수제 농도를 회복시키기 위하여 그 흡수제 용액을 가열하여 냉매증기를 추출하는 재생기와, 상기 재생기로 추출된 냉매증기를 응축시켜 상기 증발기에 공급하기 위한 응축기를 가지는 흡수식 냉동기에 있어서, 상기 냉매로서 알코올계 냉매를 사용함과 동시에, 흡수냉동사이클중에 발생하는 수소가스에 작용하여 환원반응을 생기게 하는 수소제거제 및 그 가열수단으로 이루어지는 환원부를 구비하여, 상기 환원부를 냉매의 통로에 연통시켜 설치한 점에 특징이 있다.
이 특징에 의하면, 알코올계 냉매와 냉매통로를 구성하는 알루미늄구조부재가 반응하여 발생하는 수소가스가 수소제거제와 반응하여 수소가스가 제거된다. 이렇게 하여 수소가스를 제거함으로써, 응축기, 증발기, 흡수기 등, 냉매통로 각 부의 진공도의 저하에 의한 운전효율의 저하를 방지할 수 있고, 생성한 물이 환원부에 연통하고 있는 냉매통로로 되돌아감으로써, 냉매중의 수분은 적정량으로 유지된다. 또 가열수단은 수소제거제를 가지는 유지수단에 장착되고, 이 가열수단의 가열에 의하여 수소제거제에 의한 수소제거작용이 촉진된다.
또 본 발명은 상기 가열수단이 막대형상임과 동시에, 상기 환원부에 설치된 상기 가열수단의 유지수단으로서, 내부에 상기 가열수단을 삽입할 수 있도록 한쪽 끝이 개방된 통형상체로 이루어지고, 그 통형상체의 외면에는 상기 수소제거제의 유지면을 형성한 유지수단을 구비하고, 상기 유지수단은 냉매의 액면으로 연통하는 공간에 상기 수소제거제를 노출시켜 배치한 점에 특징이 있다.
이하에 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 도 14는 본 발명을 적용하는 데 가장 적합한 흡수식 냉난방장치의 계통블럭도이다. 증발기(1)에는 냉매로서 트리플루오로에탄올(TFE)등의 플루오르화 알코올이, 흡수기(2)에는 흡수제를 포함하는 용액으로서 디메틸이미다조리디논 등의 DMI 유도체가 수용되어 있다. 상기 냉매는 플루오르화 알코올에 한정하지 않고 비동결범위가 넓게 취해지는 것이면 좋다. 용액에 대해서는 DMI 유도체에 한정하지 않고, 비결정범위가 넓게 취해지는 것으로, 냉매보다도 높은 상압비점을 가지고, 또 냉매를 흡수할 수 있는 흡수제이면 좋다.
증발기(1)와 흡수기(2)는, 증발(냉매)통로(5)를 거쳐 서로 유체적으로 연결되어 있고, 이들의 공간을 예를 들어 30 mmHg 정도의 저압환경하로 유지하면, 증발기(1)내의 냉매가 증발하고, 이 냉매증기는 도면중 2중 화살표로 나타낸 것 같이 상기 증발통로(5)를 거쳐 흡수기(2)내로 들어 간다. 냉매증기중에 잔존하는 미스트(안개형상의 냉매)를 가열하여 증기화시킴과 동시에, 응축기(9)로부터 보내지는 냉매의 온도를 내리기 위한 냉각기(18)가 설치된다. 흡수기(2)내의 흡수제 용액이 냉매증기를 흡수하여 흡수냉동동작이 행하여진다.
먼저, 버너(7)가 점화되어 재생기(3)에 의하여 흡수기(2)내의 용액농도가 높혀지면(버너 및 재생기 및 용액농축에 있어서는 후기함), 흡수기(2)내의 용액이 냉매증기를 흡수하고, 그 냉매의 증발에 의한 잠열에 의하여 증발기(1)내가 냉각된다. 증발기(1)에는 펌프(P4)에 의하여 냉수가 통과하는 관로(1a)가 설치된다. 관로 (1a)의 한쪽 끝(도면에서는 출구단)은 제 1 사방밸브(V1)의 # 1개구에, 그 다른쪽 끝(도면에서는 입구단)은 제 2 사방밸브(V2)의 # 1개구에 각각 연결된다. 냉매는 펌프(P1)에 의하여 증발기(1)내에 설치된 살포수단(1b)으로 유도되어 냉수가 통과하고 있는 관로(1a) 상에 살포된다. 냉매는 관로(1a) 내의 냉수로부터 증발열을 빼앗아 냉매증기가 되는 한편, 냉수의 온도가 강하한다. 냉매증기는 상기 증발통로에 배치된 냉각기(18)를 통하여 흡수기(2)로 유입한다. 증발기(1)내의 냉매는 펌프(P1)에 의하여 살포수단(1b)으로 유도되는 외에, 후기하는 바와 같이 그 일부는 필터(4)를 통하여 기액접촉액(이하,「블리드」라 함)으로서 정류기(6)에 보내진다. 증발기(1)와 필터(4)와의 사이에는 유량조절밸브(V5)가 설치된다. 관로(1a)를 흐르는 냉수로서는 에틸렌글리콜 또는 프로필렌글리콜 수용액을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 냉매(플루오르화 알코올)의 증기, 즉 냉매증기가 흡수기(2)의 용액에 흡수되면, 흡수열에 의하여 그 용액의 온도는 상승한다. 용액의 흡수능력은 그 용액의 온도가 낮을 수록 또 용액농도가 높을 수록 크다. 그래서 그 용액의 온도상승을 억제하기 위하여 흡수기(2)의 내부에는 냉각수가 지나는 관로(2a)가 설치된다. 관로(2a)의 한쪽 끝(도면에서는 출구단)은 응축기(9)내를 통과한 후, 펌프 (P3)를 거쳐 제 1 사방밸브(V1)의 # 2개구에, 관로(2a)의 다른쪽 끝(도면에서는 입구단)은 제 2 사방밸브(V2)의 # 2개구에 각각 연결된다. 관로(2a)를 통과하는 냉각수로서 상기 냉수와 같은 수용액을 사용한다.
용액은 펌프(P2)에 의하여 흡수기(2)내에 설치된 살포수단(2b)으로 유도되어 관로(2a) 상에 살포된다. 그 결과 용액은 관로(2a)를 통하고 있는 냉각수로 냉각되는 한편, 냉각수 온도가 상승한다. 흡수기(2)내의 용액이 냉매증기를 흡수하여 그 흡수제 농도가 저하하면 흡수능력이 저하한다. 그래서 재생기(3) 및 정류기(6)에 있어서 흡수제 용액으로부터 냉매증기를 분리발생시킴으로써, 용액중의 흡수제농도를 높여 흡수능력을 회복시킨다. 흡수기(2)로 냉매증기를 흡수하여 희석된 용액, 즉 희석액은 펌프(P2)에 의하여 관로(7b) 및 제어밸브(V3)를 통하여 정류기(6)로 보내져 재생기(3)로 흘러내린다. 재생기(3)에는 희석액을 가열하는 버너(7)가 설치된다. 버너(7)는 가스버너가 바람직하나, 어떠한 가열수단이어도 된다. 재생기(3)로 가열되고 냉매증기가 추출되어 농도가 높아진 용액(농액)은, 관로(7a) 및 제어밸브(V4)를 통하여 흡수기(2)로 복귀되어 살포수단(2b) 및 펌프(P2)에 의하여관로(2a)에 살포된다.
재생기(3)에 보내진 희석액이 버너(7)로 가열되면, 냉매증기가 발생한다. 이 냉매증기에 혼입된 흡수제 용액은 정류기(6)로 분리되어, 더 한층 순도를 높인냉매증기가 응축기(9)에 보내진다. 냉매증기는 응축기(9)로 냉각되어 응축액화되고, 상기 예냉기(18), 감압밸브(11)를 경유하여 증발기(1)로 복귀된다. 이 냉매는 관로(1a) 상에 살포된다.
응축기(9)로부터 증발기(1)에 공급되는 냉매의 순도는 매우 높아져는 있으나, 아주 약간 혼재하는 흡수제 성분이 장시간의 운전사이클에 의하여 축적하여 증발기(1)내의 냉매의 순도가 서서히 저하하는 것은 피할 수 없다. 증발기(1)로부터의 냉매의 극히 일부를 필터(4)를 거쳐 정류기(6)에 보내고, 재생기(3)로부터 생기는 냉매증기와 함께 다시 순도를 올리기 위한 사이클을 거치도록 하고 있다.
재생기(3)로부터 나온 관로(7a)중의 고온농액은 흡수기(2)와 정류기(6)를 연결하는 관로의 중간에 설치된 열교환기(12)에 의하여 흡수기(2)로부터 나온 희석액과 열교환하여 냉각된 후, 흡수기(2)내로 회수되어 살포된다. 한편 열교환기(12)로 예비적으로 가열된 희석액은 정류기(6)에 보내진다. 이렇게 하여 열효율의 향상이 도모되고 있으나, 다시 환류되는 상기 농액의 열을 흡수기(2) 또는 응축기(9)로부터 나온 관로(2a) 내의 냉각수에 전달하기 위한 열교환기(도시 생략)를 설치함으로써 흡수기(2)로 환류되는 농액의 온도를 더 한층 저하시키고, 냉각수온도는 더욱 올릴 수 있게 하는 구성을 취하여도 좋다.
상기 냉수 또는 냉각수를 외기와 열교환하기 위한 현열교환기(14)에는 관로 (4a)가 지나고, 실내기(15)에는 관로(3a)가 설치되어 있다. 관로(3a, 4a)의 각 한쪽 끝(도면에서는 입구단)은 제 1 사방밸브(V1)의 # 3 및 # 4개구에, 다른쪽 끝(도면에서는 출구단)은 제 2 사방밸브(V2)의 # 3 및 # 4개구에 각각 연결된다. 실내기(15)는 냉난방을 행하는 실내에 구비되는 것으로, 냉풍 또는 온풍의 분출용 팬(양자는 공통)(10)과 분출출구(도시 생략)가 설치된다. 상기 현열교환기(14)는 실외에 놓여지고, 팬(19)으로 강제적으로 외기와의 열교환이 행하여진다.
증발기(1)에는 냉매의 양을 감지하는 레벨센서(L1), 냉매의 온도를 감지하는 온도센서(T1) 및 증발기(1)내의 압력을 감지하는 압력센서(PS1)가 설치되어 있다. 흡수기(2)에는 용액의 양을 감지하는 레벨센서(L2)가 설치된다. 응축기(9)에는 응축한 냉매의 양을 감지하는 레벨센서(L9), 냉매의 온도를 감지하는 온도센서(T9) 및 응축기(9)내의 압력을 감지하는 압력센서(PS9)가 설치되어 있다. 현열교환기 (14), 재생기(3) 및 실내기(15)에는 각각 온도센서(T14, T3 및 T15)가 설치되어 있다. 현열교환기(14)의 온도센서(T14)는 외기온도를 감지하고, 실내기(15)의 온도센서(T15)는 냉난방을 하는 실내의 온도를 감지한다. 또 재생기(3)의 온도센서 (T3)는 용액의 온도를 감지한다.
이상의 구성에 있어서 냉방운전시에는 제 1 사방밸브(V1) 및 제 2 사방밸브 (V2)를 각각의 # 1 및 # 3개구를 연통시키는 한편으로 # 2 및 # 4개구를 연통시키도록 전환한다. 이 전환에 의하여 냉매가 살포되어 온도가 내려진 냉수가 실내기 (15)의 관로(3a)로 유도되어 실내의 냉방이 행하여진다.
한편 난방운전시에는, 상기 제 1 사방밸브(V1) 및 제 2 사방밸브(V1)를 각각의 # 1 및 # 4개구를 연통시키고 # 2 및 # 3개구를 연통시키도록 전환한다. 이 전환에 의하여 데워진 냉각수가 실내기(15)의 관로(3a)로 유도되어 실내의 난방이 행하여진다.
또한 난방운전시에 외기온도가 극단적으로 낮아지면, 현열교환기(14)를 거쳐 외기로부터 열을 퍼 올리기 어렵게 되어 난방능력이 저하한다. 이러한 때를 위하여 응축기(9)와 재생기(3)(또는 정류기6) 와의 사이를 바이패스하는 환류통로(9a) 및 개폐밸브(17)를 설치하고 있다. 즉 외기로부터의 열의 퍼 올리기가 곤란한 때에는 흡수냉동사이클운전은 정지하고, 재생기(3)에서 발생한 증기를 응축기(9)와의 사이에서 환류시켜 버너(7)에 의한 가열 열량을 응축기(9)내에서 효율적으로 관로 (2a) 내의 냉각수로 전도시켜지는 직화분운전에 의하여 상기 냉각수를 승온시켜 난방능력을 향상시키도록 한다.
이어서 상기 냉난방장치에 설치되는 수소가스 제거장치에 관하여 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 관한 냉난방장치의 수소가스 제거장치의 설치모양을 나타내는 모식도이다. 상기 도면에 있어서, 응축기(9)에는 응축탱크(91)가 설치되어 있고, 응축탱크(91)와 응축기(9)는 추출파이프(통로수단)(92)에 의하여 연통되어 있다. 추출파이프(92)는 응축기(9)내에 축적되어 있는 냉매의 액면(93)의 근방 위쪽으로 개구하도록 설치위치가 정해져 있다. 응축탱크(91)내에는 히터(가열수단)로 가열할 수 있도록 한 산화금속을 포함하는 환원부로서의 수소제거 어셈블리(도 2, 도 3에 관하여 후기함)가 설치된다. 산화금속으로서는 천이금속의 산화물단체 또는 천이금속의 산화물끼리의 혼합물을 사용할 수 있다. 예를 들어 NiO2단체, 또는 NiO2 를 주성분으로 하고, 또한 Cu2O3, MnO2, Al2O3를 혼합한 혼합물이 가장 적합하다.
발생한 수소가스(H2)는 운전중지중은 응축기(9)내로 확산되어 있고, 운전중은 응축기(9)내의 냉매증기의 흐름에 의하여 냉매액면(93)에 달라붙도록 하여 고여 있다. 이 고여있는 수소가스(H2)가 농도구배에 의한 확산에 의하여 응축탱크(91)내로 유입하고, 이 응축탱크(91)내에 유입한 수소가스(H2)는 히터로 가열되고 있는 산화금속과 접촉하며, 그 결과 산화금속의 환원반응이 일어나 물이 생성되어 수소가스가 제거된다. 즉, 다음식(f1)에 의한 화학반응이 발생한다. MOX + XH2 = M + XH2O …(f1). 여기서 부호 M은 천이금속, X는 정수이다. 생성된 물은 추출파이프(92)를 통하여 응축기(9)내로 유입한다.
이렇게 하여 응축기(9) 내에 고인 수소가스가 제거될 때 물이 생성되기 때문에, 냉매통로내를 흐르는 냉매내의 물함유량이 수소가스 제거작용에 따라 감소하는 일은 없다. 따라서 냉매통로를 형성하고 있는 금속재료의 부식을 억제시키기 위하여냉매에 혼입되어 있는 물이 적정한 양으로 유지된다.
다음에 상기 수소제거 어셈블리에 관하여 설명한다. 도 2는 응축기(9)와 그 응축기(9)에 설치된 응축탱크(91)의 주요부 정면도, 도 3은 상기 평면도이며, 도 1과 동일한 부호는 동일 또는 동등부분을 나타낸다. 양 도면에 있어서, 응축기(9)의 박스체(94)의 정면에는 브래킷(95)이 설치되고, 이 브래킷(95)과 원통형상 하우징(96)의 플랜지(96a)는 볼트(도시 생략)에 의하여 서로 단단히 결합되어 있다. 하우징(96) 내에는 필터(망)(97)로 단부가 커버된 튜브(98)가 설치되고, 이 튜브(98)의 중심에는 히터(102)를 수용할 수 있는 히터홀더(99)가 설치된다. 히터홀더(99) 및 튜브(98)는 하우징(96)의 끝부에 형성된 암나사에 비틀어 넣어지는 수나사가 바깥 둘레에 형성된 캡(100)에 의하여 압압고정되어 있다. 상기 브래킷(95)과 플랜지(96a)와의 사이에는 실(seal)부재로서의 O 링(101)이 설치되어 있다. 튜브(98) 및 히터홀더(99) 사이의 공간에는 산화금속의 분말(M)이 적당량 충전되어 있다.
히터(102)는 캡(100)의 중심에 설치된 구멍으로부터 히터홀더(99)내에 삽입되어 있고, 필요에 따라 끼웠다 뺐다 할 수 있다. 예를 들어 일주일에 한 번정도의 메인티넌스시에 수소가스제거를 하기 위하여 히터홀더(99)내에 끼우고, 그 외일 때는 뽑아 놓을 수 있다. 히터(102)는 저항체에 전류를 흘려 발열시키는 주지의 것을 사용할 수 있고, 특히 히터홀더(99)의 표면온도가 130 내지 160℃로 되는 것을 선택하는 것이 좋다.
상기 수소가스는 추출파이프(92)를 통하여 필터(97)의 전면(前面)에 이르러 필터 (97)를 통과하여 튜브(98)내의 산화금속과 접촉한다. 그 결과, 상기 반응에 의하여 물이 생기고, 그 물은 추출파이프(92)를 거쳐 응축기(9)로 적하한다.
본 실시형태에서는 산화금속은 분말형상의 것을 사용하였으나, 이것에 한정하지 않는다. 예를 들어 히터홀더(99)의 바깥 둘레에 산화금속층을 형성하여, 수소가스와 접촉시키도록 하여도 된다. 그 경우 필터(97)는 불필요하다. 또 산화금속은 먼저 열거한 것의 단체이어도 좋고, 산화금속과 수소가스와의 반응을 촉진시키기 위한 촉매작용을 가지는 화합물 등의 첨가제를 미량 혼입하도록 하여도 좋다. 또 수소가스(H2)제거를 촉진하기 위한 가열수단으로서 히터(102)를 사용하고 있으나, 단시간으로 처리를 하지 않아도 좋은 경우에는 히터(102)대신에 응축기(9)의 응축열을 가열수단으로서 사용할 수도 있다.
응축기(9)와 응축탱크(91)를 파이프로 연결하는 데 한정하지 않고, 다음과 같이 변형할 수 있다. 도 4는 응축기(9)와 응축탱크(91)와의 연결부의 변형예에 관한 모식도이다. 상기 도면에 있어서 응축탱크(91)는 응축기(9)에 밀착 내지 벽면을 공유하는 형으로 배치하여 응축기(9)와 응축탱크(91)와의 격벽(20)에 통로수단으로서의 개구(103)를 형성하고 있다. 상기 냉매증기나 냉매 및 수소가스나 생성된 물은 이 개구(103)를 통과할 수 있다.
도 4에 나타낸 수소가스 제거장치에 관하여 더욱 상세하게 설명한다. 도 5는 수소가스 제거장치가 설치된 응축기의 사시도이며, 도 6은 상기 단면도이다. 양도면에 있어서 도 4와 같은 부호는 동일 또는 동등부분을 나타낸다. 응축기(9)는 응축탱크, 즉 수소제거탱크(91)와 응축실(95)을 가진다. 수소제거탱크(91)와 응축실(95)은 격벽(20)을 거쳐 용접 등으로 일체적으로 결합되어 있다. 격벽(20)에 설치된 개구(103)는 수소제거탱크(91)와 응축실(95)과의 사이에서 유체의 유통을 가능하게 하고 있다. 응축기(9)내에는 발생한 수소가스 (H2)가 냉매증기의 흐름에 의하여 액면(93)에 달라 붙도록 되어 고여있다. 또한 이 수소가스(H2)는 운전중지중은 응축기(9)내에 확산되어 있다. 상기 개구(103)는 고여있는 수소가스(H2)가 농도구배에 의한 확산에 의하여 수소제거탱크(91)내, 즉 냉매의 액면(93)에 연통하는 공간으로 유입할 수 있도록 응축실(95)내의 냉매의 액면(93)보다 약간 높은 위치에 설정되어 있다.
수소제거탱크(91)에는 유입한 수소가스(H2)를 제거하기 위한 수소제거 어셈블리(21)가 설치된다. 수소제거 어셈블리(21)는 수소제거탱크(91)안쪽으로 돌출하 여 형성된 오목부(22) 및 그 오목부(22)에 형성된 암나사에 나사결합되어 고정된 히터홀더(23) 및 히터홀더(23)의 구멍(23a)으로부터 내부로 삽입되어 사용되는 히터(도시 생략)로 이루어진다. 히터홀더(23)에는 수소가스(H2)와 반응하여 물을 생성하고, 수소가스를 제거하기 위한 환원부가 형성된다. 히터홀더(23)나 환원부의 상세한 것은 도 7에 관하여 후기한다.
응축기(9)의 벽면에는 냉매를 재생기(3)(또는 정류기 6)에 공급하는 상기 환류통로(9a)의 연결부(24), 냉각수가 통과하는 상기 관로(2a)의 연결부(25) 및 상기정류기(6)와의 연결부(26)등이 설치되어 있다.
다음에 도 7의 단면도를 참조하여 히터홀더(23)의 상세를 설명한다. 상기 도면에 있어서, 히터홀더(23)는 스테인레스재료(예를 들어 SUS304)로 형성된 바닥이 있는 원통형상의 기초부(23b)와 그 기초부(23b)의 주위에 설치된 환원부(23c)로 이루어진다. 기초부(23b)는 상기 오목부(22)의 암나사에 알맞는 수나사(23d) 및 나사결합시에 스패너나 렌치 등의 공구와 적합한 형상을 가지는 머리부(23e)로 이루어진다.
환원부(23c)는 상기 기초부(23b)에 씌워지도록 예를 들어 소결성형된 산화금속(수소제거제)으로 형성할 수 있다. 산화금속으로서는 천이금속의 산화물단체 또는 천이금속의 산화물끼리의 혼합물을 사용할 수 있다. 예를 들어 NiO2단체, 또는 NiO2를 주성분으로 하고, 또한 Cu2O3, MnO2, Al2O3를 혼합한 혼합물이 가장 적합하다. 환원부(23c)는 산화금속을 성형한 것에 한정하지 않고, 산화금속의 소결소편(小片) 또는 분체여도 좋다. 이들 소편이나 분체를 기초부(23c)에 유지시킬 경우는, 이들을 망 또는 다수의 관통구멍을 형성한 통체로 이루어지는 필터로 상기 기초부(23c)와 함께 감싸면 좋다.
도 8은 산화금속의 소편이나 분체를 필터로 기초부(23c)에 유지시킨 상태를 나타내는 주요부 단면도이다. 상기 도면에 있어서 필터(27)는 다수의 구멍(28)(확대도 EL 참조)을 형성한 통체이며, 이 통체(27)와 기초부(23b)와의 사이에 산화금속의 분체 또는 소편(29)이 다수유지되어 환원부(23c)를 구성하고 있다. 수소가스 (H2)는 이 구멍(28)을 통하여 유입하여 산화금속의 분체 또는 소편(29)과 접촉할 수 있다.
도 9는 상기 히터홀더(23)내에 삽입하여 사용되는 히터의 외관도이다. 막대 형상의 히터(102)는 절연체(외피)에 싸인 저항체(도시 생략)로 이루어지고, 이 저항체에는 리드선(30)을 통하여 전류가 공급된다. 막대형상의 히터(102)는 히터홀더(23)내에 꽂아 사용하나, 도 2, 도 3의 예와 마찬가지로 항시 히터홀더(23)에 꽂아 두는 일은 없고, 필요에 따라 꽂고 뽑을 수 있다.
동작시, 상기 개구(103)를 통하여 수소제거탱크(91)로 유입된 수소가스 (H2)는, 히터홀더(23)의 바깥면에 형성된 환원부(23c), 즉 산화금속과 반응하여 산화금속이 환원되어 물이 생성되고, 수소가스가 제거된다. 즉, 상기 식(f1)에 의한 화학반응이 생긴다.
도 10은 히터홀더(23)의 변형예를 나타내는 단면도이다. 상기 도면에 있어 서 히터홀더(23)의 개방 끝부측에는 플랜지(31)를 설치하고, 이 플랜지(31)의 끝부를 히터홀더(23)의 밀봉부, 즉 바닥부측으로 되접어 캡형상으로 형성하고 있다. 상기 캡형상의 되접음부를 가지는 플랜지(31)의 내면에는 암나사(32)를 형성하고 있다. 한편, 상기 오목부(22)는 그 가장자리(lip) 을 돌출시켜 그곳에 히터홀더(23)의 암나사(32)와 적합시키기 위한 수나사를 형성한다.
이와 같이, 암나사 또는 수나사가 형성된 히터홀더(23)를 상기 수소제거탱크 (91)에 기밀하게 나사고정함으로써 수소제거탱크(91)의 기밀을 유지한 채, 수소제거할 수 있다. 또한 히터홀더(23)와 오목부(22)의 나사고정부에는 더욱 기밀을 증가하기 위한 관 결합용 시일테이프 등을 병용할 수 있는 것은 물론이다.
알콕시드반응은 주로 고온, 고압부인 응축기(9)에서 일어난다. 이러한 관점에서 수소제거탱크(91)를 응축기(9)와 일체적으로 설치하였으나, 이 구성에 한정하지 않고, 냉매가 통과하는 장소로 연통하고 있으면 다른 장소에 배치하도록 구성하여도 좋다.
또한 본 실시형태에서는 히터홀더(23)에 나사를 형성하여 이 나사와 수소제거탱크(91)측의 나사를 적합시켜 기밀유지상태로 고정하도록 하였다. 그러나 히터 홀더(23)에 나사를 형성하지 않고, 고정나사가 관통할 수 있는 구멍을 머리부(23e)의 플랜지에 설치하고, 오목부(22)에 그 고정나사가 적합하는 나사구멍을 형성하고 그 고정나사로 히터홀더(23)와 상기 오목부(22)를 결합하도록 하여도 좋다. 중요한 것은 히터홀더(23)의 교환이 용이하고, 또한 냉매의 통로의 기밀성이 손상되지 않도록 시일이 실시되어 있으면 좋다.
다음에 산화금속의 다른 설치장소의 예를 설명한다. 도 11은 응축기(9)와 증발기(1)와의 사이에 환원부를 설치한 예를 나타내는 모식도이다. 상기 도면에 있어서 증발기(1)와 하부에서 연통하고 있는 증발기탱크(104)를 설치하고, 이 증발기탱크(104)와 응축기(9)를 추출파이프(통로수단)(105)로 연결한다. 이 추출파이프(105)에는 밸브(106)를 설치하고, 이 밸브(106) 및 증발기탱크(104)사이에 산화금속홀더(107), 즉 환원부를 설치하고 있다. 추출파이프(105)는 냉매의 액면(108, 109)보다도 약간 상부에서 응축기(9) 및 증발기탱크(104)내로 각각 개구하고 있는 것이 좋다.
산화금속홀더(107)는 도 12와 같이, 추출파이프(105)내에 히터(102)를 유지하는 히터홀더(110)를 돌출시켜 이 히터홀더(110)의 주위에 산화금속의 층 내지 피막을 형성함으로써 구성할 수 있다.
도 11에 있어서 운전중 수소가스가 응축기(9)의 액면(108)에 고인 경우에 밸브(106)를 개방한다. 그렇게 하면, 증발기(1)측 보다도 응축기(9)가 고압이기 때문에 수소가스(H2)는 냉매증기와 함께 밸브(106)를 통과하여 산화금속홀더(107)로 유입한다. 여기서 히터(102)에 의하여 가열된 산화금속에 수소가스가 접촉하여, 환원반응에 의하여 물이 생성되어 수소가스가 제거된다. 산화금속홀더(107)로 제거할 수 없었던 수소가스는 증발기탱크(104)로 침입하나, 증발기탱크(104)내의 냉매의 액면은 증발기탱크(104)와 증발기(1)와의 연통부(C)보다도 높은 위치에 유지되어 있기 때문에, 이 액면에 의하여 수소가스가 증발기(1)나 흡수기(2)에 침입하 는 것은 저지된다.
운전정지시에 냉매가 증발기(1)에 회수되도록 제어함으로써, 운전중지시에 있더라도 운전중과 같이, 증발기(1)내의 액면은 증발기(1)와 증발기탱크(104)를 연통하고 있는 개구, 즉 연통부(C)보다 상위로 유지되어, 증발기(1) 및 흡수기(2)에 대한 수소가스의 침입은 저지된다. 운전중지시는 증발기(1)내로 냉매가 회수되는 한편, 흡수제 용액은 재생기(3)에 회수되기 때문에, 증발기(1)내의 냉매증기는 흡수기(2)에 흡수되지 않는다. 그 결과 응축기(9)내의 압력이 증발기(1)내의 압력보다 낮아져, 밸브(106)를 개방함으로써 증발기탱크(104)내의 냉매증기와, 제거를 다할 수 없었던 수소가스가 응축기(9)로 이동하는 흐름이 생긴다. 이렇게 하여 운전중과 같이 산화금속홀더(107)내에서의 산화금속의 환원반응에 의하여 수소가스가 제거된다.
다음에 응축기(9)와 재생기(3)와의 사이에 환원부를 설치한 예를 도 13을 참조하여 설명한다. 상기 도면에 있어서 응축기(9)와 재생기(3)와의 사이를 결합하는 추출파이프(111)(통로수단)의 도중에는 밸브(112)와 밸브(113)가 설치되고, 밸브(112) 및 밸브(113)사이에는 산화금속홀더(107) 즉 환원부가 설치된다. 수소가스(H2)가 응축기(9)에 고였으면, 밸브(112)를 개방한다. 그렇게 하면 냉매증기가 추출파이프(111)에 유입하여 응축하고, 이 응축작용에 의하여 밸브(112) 및 밸브 (113)사이에 있어서 추출파이프(111)가 가득차게 될 때까지 냉매증기와 수소가스가 도입된다. 미리 정한 시간후에 밸브(112)를 폐쇄함으로써 수소가스는 추출파이프 (111)내의 밸브(112) 및 밸브(113)사이에 가두어지기 때문에, 수소가스는 산화금속과 충분히 접촉하여 산화금속의 환원반응이 촉진된다. 또한 상기 밸브(112)를 개방하고 나서 밸브(113)를 폐쇄하기 까지의 시간은 타이머에 의하여 관리하며 자동적으로 밸브(113)를 폐쇄하도록 할 수 있다.
시스템 기동시에는 밸브(113)를 개방함으로써, 추출파이프(111)내의 응축된 냉매(환원반응에 의하여 생긴 물을 포함함)는 재생기(3)로 유입된다. 재생기(3)로냉매를 되돌렸으면, 밸브(113)를 폐쇄하여 수소가스 제거장치를 리세트한다. 또한 산화금속홀더(107) 및 밸브(113)사이의 추출파이프부분의 자연방열에 의하여 냉매의 응축은 일어날 수 있으나, 이 추출파이프부분에 냉각핀을 설치하는 등, 방열수단(111a)을 설치하여 적극적으로 응축을 촉진시키도록 하여도 좋다.
이상의 설명으로부터 분명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 산화금속의 환원작용에 의하여 수소가 제거되어 물이 생성된다. 따라서 냉매통로의 진공도가 저하하는 일이 없으므로 높은 운전효율을 유지할 수 있음과 동시에, 생성된 물은 냉동기 밖으로 배출되지 않기 때문에 특히, 물을 혼입한 냉매의 함유수분량을 적정하게 유지할 수 있다. 또 수소가스는 냉매증기로 유도되어 환원부에 도입되기 때문에, 수소가스추출을 위한 펌프는 불필요하다.
또 본 발명에 의하면, 수소가스가 발생하기 쉬운 위치, 즉 냉매의 액면에서 효율적으로 수소가스의 제거를 행할 수 있다. 또한 수소제거제를 유지한 히터홀더는 기체와 나사고정되기 때문에 탈착이 용이하고, 또한 높은 기밀성을 유지할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의하면 냉매통로의 진공도를 저하시키는 일 없이, 높은 운전효율을 유지할 수 있음과 동시에, 생성된 물은 냉동기 밖으로 배출되지 않기 때문에, 특히 물을 혼입한 냉매의 함유수분량을 적정하게 유지할 수 있다. 또 히터는 필요할 때에만 히터홀더에 장착할 수 있고, 히터 홀더는 수소제거제를 냉매통로와 연통된 공간에 노출시키도록 배치하였기 때문에 외부에 대한 돌출부분을 작게 할 수 있다.

Claims (18)

  1. 냉매를 수용한 증발기와, 상기 증발기에서 발생한 냉매증기를 흡수제 용액으로 흡수하는 흡수기와, 상기 용액의 흡수제 농도를 회복시키기 위하여 상기 흡수제용액을 가열하여 냉매증기를 추출하는 재생기와, 상기 재생기로 추출된 냉매증기를 응축시켜 상기 증발기에 공급하기 위한 응축기를 가지는 흡수식 냉동기에 있어서,
    상기 냉매로서 알코올계 냉매를 사용함과 동시에,
    상기 냉매에 의한 금속부식작용을 억제하기 위하여 상기 냉매 중에 미량의 물을 혼입하고,
    흡수냉동사이클 중에 상기 혼입한 미량의 물과 반응하여 발생하는 수소가스에 작용하여 환원반응을 일으키게 함으로써 상기 혼입한 물의 양을 소정값으로 유지하기 위한 수소제거제로 이루어지는 환원부를 구비한 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 응축기로부터 상기 환원부에 상기 수소가스를 도입하는 통로수단을 구비한 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 통로수단은 상기 응축기내의 냉매액면에 체류하고 있는 상기 수소가스를 도입할 수 있도록 상기 냉매액면 근처에 개구하고 있는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 통로수단에 연결된 응축기탱크를 구비하고, 상기 환원부는 상기 응축기탱크내에 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 통로수단은 상기 재생기에 결합되고, 상기 통로수단에는 상기 응축기측 및 재생기측에 각각 밸브를 설치함과 동시에,
    상기 양 밸브 사이에 상기 환원부를 배치한 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 환원부와 상기 재생기측의 밸브와의 사이에 방열수단을 설치한 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 통로수단은 상기 증발기 및 흡수기중 어느 한쪽에 결합되고, 상기 통로수단에는 밸브 및 상기 환원부를 배치한 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 증발기에 인접배치되고, 하부에서 유체적으로 연통되어 있는 증발기탱 크를 구비하고,
    상기 통로수단은 상기 응축기 및 상기 증발기탱크에 결합되고, 상기 통로수단에는 밸브 및 상기 환원부를 배치한 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기.
  9. 삭제
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 수소제거제는 천이금속의 산화물단체 또는 천이금속의 산화물끼리의 혼합물인 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 1항 내지 제 8항, 또는 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 환원부는, 상기 수소제거제의 가열수단을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 가열수단은 상기 환원부에 대하여 탈착자유롭게 설치되는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 가열수단은 막대형상임과 동시에,
    상기 환원부에 설치된 상기 가열수단의 유지수단으로서, 내부에 상기 가열수단을 삽입할 수 있도록 한쪽 끝이 개방된 통형상체로 이루어지고, 상기 통형상체의 외면에는 상기 수소제거제의 유지면을 형성한 유지수단을 구비하고,
    상기 유지수단은 냉매의 액면에 연통하는 공간에 상기 수소제거제를 노출시켜 배치한 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 유지수단에 나사를 형성하는 한편, 상기 냉매의 액면에 연통하는 공간을 구성하는 기체부재에 상기 나사에 알맞는 나사를 형성하고, 이들 나사를 나사 결합함으로써 상기 유지부재를 기체부재에 고정한 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 냉매의 액면으로 연통하는 공간은, 응축기의 냉매액면과의 연통개구를 가지는 탱크 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉동기.
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