KR101981987B1 - 분리 레벨 수착(收着) 냉장 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 신규한 분리 레벨 수착 냉장 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 종래의 수착기반 냉장 유니트를 이용하는 신규한 방법으로서 분리 레벨 수착기반 유니트를 제공한다. 본 발명은, 수착 베드 및 응축기로부터 수착 냉각제의 증발기를 분리함으로써 달성되는, 다양한 냉각 부하의 위치로 효율적인 냉각 파워를 보낼 수 있는 무지향성 구성을 제공한다.

Description

분리 레벨 수착(收着) 냉장 시스템
본 발명은 신규의 분리 레벨 수착 냉장 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 종래의 수착 기반 냉장 유니트를 이용하는 신규한 방법으로서의 분리 레벨 수착 냉장 시스템을 제공하는 것이다. 특히 본 발명은 신규한 분리 레벨 흡착(吸着) 시스템을 제공한다. 본 발명은, 흡착 베드(bed) 및 응축기로부터 흡착 냉각기의 증발기를 분리함으로써 달성되는, 다양한 냉각 부하 위치에 효율적으로 냉각 파워를 보낼 수 있는 무지향성 구성을 제공한다. 본 발명의 기본적인 초점은 장치 내의 증발로부터 응축과 열 압축의 기능을 분리하며, 특히 장치 내의 냉매의 유통을 최적화하는 것에 있는 것으로서, 보다 기능적으로 친화적인 운전모드를 가능하게 한다. 본 발명은 또한 본 명세서를 통하여 이하에서 기술되는 바와 같이 분리레벨 수착 냉장방법을 제공한다.
지구 온난화, 공기 및 수자원 오염 및 냉난방용의 일차적인 에너지 소비와 같은 환경문제 때문에 환경친화적인 기술의 신속한 발전에 대한 요구가 있다. 이들 중에, 저온 열원구동 또는 열적으로 동력을 받는 흡착 시스템들이 주요한 기술 중의 하나로서 고려되고 있는데, 이들 시스템은 전형적으로 100℃ 이하인 저온 폐열원을 재생 및 재사용할 수 있기 때문이며 [1-3], 그렇지 않으면 이들 폐열원은 대기중으로 버려지게 된다.
냉각 또는 냉장 목적을 위하여 사용되는 현존하는 기계 또는 전기 구동 증발 압축기반 시스템을 대체하고자 하는 필요성이 인정되고 있다. 그러한 시스템들은 전형적으로 하이드로플루오로카본 (HFCs)과 같은 가스를 사용한다. 몬트리올 의정서에 대한 제27차 당사국 총회(MOP 27)가 2015년에 UAE에서 개최되었으며, 몬트리올 의정서 하에서의 HFCs 규정에 관한 논의가 있었다. 따라서, 환경에 미칠 수 있는 악영향의 관점에서 그러한 물질의 사용을 대체할 시급한 필요성이 있다. [1-3]
기계적인 냉장 유니트들은 주지되어 있다. 이들 유니트는 응축기 유니트 및 증발기 유니트들이 상호간에 전기 압축기 및 냉장 라인을 통하여 연결되는 증발압축 냉장 사이클로 작동된다. 그러한 시스템들은 전형적으로 프레온, 클로로플루오로카본(CFC) 및 하이드로플루오로카본(HFC)와 같은 합성 냉매를 사용한다. 증발 압축 시스템들은 효과적이며 콤팩트한 반면에, 작동 유체로서 사용되는 물질들은 오존층 고갈 및 지구 온난화를 포함하는 일련의 환경문제에 대하여 책임이 있는 것으로 알려져 있으며, 또한 발암성이 있는 것으로 밝혀지고 있다.
증발 압축 시스템은 기본적으로 4개의 주된 구성부를 가지는데, 전기구동 압축기, 응축기, 스로틀링(throttling) 밸브/확장밸브, 그리고 증발기이다. 일체형 제품에 있어서는, 이들 구성부가 단일 프레임/케이싱 내에 들어 있다. 분리형 유니트에 있어서는, 상술한 일체형 제품들이 분리되는 2개의 주된 하부 구성부들이 있게 된다. 그 중 하나는 실외 유니트 또는 응축 유니트로서 주로 전기 압축기 및 응축기를 격납하게 되며, 다른 하나는 실내 유니트 또는 냉각 유니트이다. 증발기 부분이 스로틀링 장치와 함께 격납되는 곳은 이 실내 유니트 또는 냉각 유니트이다.
증발기 압축 시스템은, 일체형 모델로서 사용되건 또는 분리레벨형 모델로서 사용되건, 필수적으로 작동 유체를 냉각시키고 그것을 냉각될 대기/공간/액체와 직접적으로 접촉하는 증발기 유니트로 재순환시키는 응축기를 포함한다. 냉매라고도 언급되는, 증발된 작동유체는 전기 압축기를 통하여 응축기로 되돌아온다. 그러한 증발압축기반 시스템의 전력소모 레벨이 높기 때문에 높은 탄소 풋프린트 (footprint)로 이르게 된다.
지난 수십년간, 원격/실내 난방/냉방 유니트를 가지는 분리형 유니트들은 매우 인기가 많았는데, 특히 단일 분리형으로서의 35㎾ 까지가 그러하며, 또한 일반적으로는 통상의 실외 응축 유니트 또는 가변 냉매 유니트로 언급되는 VRF (variable refrigerant units)로부터 다중 분할되는 3 내지 5㎾ 가 특히 보편적이었다.
작동원리로서 증발 흡수 또는 증발 흡착을 이용하는 열작동식 냉각 시스템이 주지되어 있다. 그러나, 그러한 시스템들은 응축기와 증발기 유니트들이 반드시 상호간에 밀착하여 동일한 하우징 내에 마련되어야 하는 일체형 (비-분리레벨) 유니트에 대해서만 알려져 있다. 이러한 시스템들은 합성 냉매 기반 시스템의 몇몇 단점들은 극복한 반면, 주로 대용량 (>30 RT 용량)용으로만 유용하고 경제적이라는 단점을 가지고 있다. 그러한 시스템에서 사용되는 흡착 또는 흡수 냉장 사이클은 흡수제 또는 흡수제 기반 열 교환기를 가지는 기계적 냉장 사이클의 전기 압축기의 대체물들을 포함한다. 흡수제 또는 흡착제들은 전기 압축기와 유사하게 열 압축기로 불리며, 응축기부와 함께 고려한다면, 이들 2개는 종래의 증발 압축 유니트 또는 시스템의 응축 유니트와 유사하게 된다. 흡착 기반의 냉각 기술이 수십년 전에 개발되었던 반면, 유니트들을 작은 용량/크기로 만드는 것에 대한 비용 및 난점 때문에 이 기술은 성공적이지 못했다. 최근 5 내지 10년 동안, 매우 주목할만한 2가지 일이 발생하였다. 하나는, 녹색 기술에 대한 강한 요구가 있어 왔다. 특히, 현재의 전기 증발 압축 냉각기에서 광범위하게 사용되는 합성 냉매에 대해서 덜 의존적이면서도 재생 에너지, 폐기열 등의 사용 증가에 기반한 CO2 감소에 대한 급속한 요구를 배경으로 하여, 전지구적인 정부의 지원, 새로운 규정 및 재정적인 지원이 이를 가능하게 하였다.
최근의 기술적 진보발전은 일체형 흡착 유니트의 비용 및 크기의 감소, 따라서 사용의 증가를 가능하게 하였으며, 20㎾ 미만의 범위에서 특히 그러하다. 최근 5 내지 10년 동안, 소용량 흡착 냉각 유니트의 상업적인 성공 가능성의 증가는 한 걸음 더 나아가서 동 기술계에 있어서 열 압축기 및 응축기를 포함하는 응축 유니트 및, 증발기 열교환기와 액체 냉매를 스로틀 (throttle)하기 위한 수단을 포함하는 실내/원격 증발기부/유니트의 2 구성부를 필수적으로 포함하는 분리형 흡착 냉각 유니트의 개발로 이르게 하였다.
그러나, 최근의 상업적으로 이용가능한 흡착 유니트의 발전에도 불구하고, 지난 4 내지 6년 동안, 특히 20㎾ 이하에서는, 증발기부가 흡착 유니트의 잔여 구성부로부터 떨어져 있는 분리형 흡착 유니트를 개발하려는 명확한 시도가 없었다.
흡수 또는 흡착 시스템의 일체형 설계는, 상이한 소스로부터, 냉각수 회로를 이용하는 흡착 냉각기의 증발기로 냉각 부하를 전달하는 부가적인 공조 유니트로부터의 열전달로 인해 현저한 손실을 주게 된다. 본 발명은 냉각수 회로가 필요없는 분리형 흡착 시스템 및 무지향성 냉각 시스템을 도입함으로써 흡착 냉각기의 효율을 개선하고 비용을 감소한다.
(종래 기술)
종래의 증발 압축 시스템과 관련된 기술분야에는 다수 개의 상이한 분리형 유니트가 알려져 있다. 미국 특허공보 2015/0192309호는 하나의 실내 유니트 및 하나의 실외 유니트를 가지는 분리형 에어콘디쇼너를 개시한다. 실내 유니트는 수평 바 (bar)에 의하여 실외 유니트에 접속되어 분리형 에어콘디쇼너에 대한 지지물로서 창문턱을 이용할 수 있다. 이 개시내용에서는 흡착 기반의 열압축 방법의 사용에 대한 참고사항이 없다. 오히려, 이 개시내용은 일반적인 선행기술의 실내형 분리 에어컨디쇼너의 사용에 대한 이동성 및 탄력성에 대한 개선점에 초점을 맞추고 있다. EP 0789201호는 실내 유니트 및 실외 유니트를 가지는 분리형 에어콘디쇼너를 개시한다. 이 개시 내용은 실외 열교환기의 결빙 조건을 검출하고 실외 팬 모터의 실내 구동회로 내의 변류기를 동작시키기 위하여 실외기 내에 마련된 기계적인 온도장치 검출기를 통한 제어에 초점을 맞추고 있다. 또한, 여기에도 증발기 구성부의 분리 및 열압축의 이용에 대한 어떠한 개시 또는 안내도 없는 형편이다. 미국 특허공보 2006/0042290호는 분리형 룸 에어콘디쇼너를 개시한다. 이 개시내용에 있어서의 초점 사항은 아파트 빌딩 및 콘도미니엄에 대한 분리형 룸 에어콘디쇼닝의 액세스를 확실하게 하는 것이다. 하지만, 어떻게 동 발명이 주장하는 목적이 달성되는 것인지에 대한 개시내용도 없고, 어떠한 특정한 압축수단이나 증발기부의 분리에 대한 개시내용은 없다.
상술한 대표적인 개시내용은 분리형 에어콘디쇼너의 분야에서는 연구가 진행중인 반면, 증발기 구성부의 확실한 분리 및 열압축 수단의 사용에 대하여는 주의가 기울여지지 않고 있음을 보여준다.
마찬가지로, 다수의 상이한 흡착제 기반 냉각 시스템들이 흡착식 난방/냉방 유니트에 관련된 기술계에 알려져 있다. 미국특허 제8,590,153호는 접착제층이 열교환기 구조 상에 형성되고 그 교환기는 흡수제 재료내에 침지되어 확실한 부착이 보장된다. 미국 특허공보 2012/0216563호는 증기가 통과할 수 있도록 다공성 물질이 교환기의 관형상부와 접촉하도록 마련되는 열교환기를 개시한다. 그 물질은 섬유상 재료이다. 미국 특허공보 2013/0014538호는 적층되어 배치되는 다수 개의 판들을 포함하는 흡착 구성부를 포함하는, 흡착 냉각기용 하부-조립체를 개시한다. 그 적층체 내의 판들의 인접한 쌍들의 냉매 측부들은 냉매 통로를 규정하며 흡착제 재료가 이들 통로 내에 마련된다. 일본 특허공보 2005-291528호는 강화된 흡착기 용량을 가지는 열교환기를 개시한다. 열교환기는 특정한 핀(fin) 피치, 핀 길이 및 핀 높이를 가지는 플레이트핀 (plate fin) 튜브형 열교환기를 포함한다. 숯이 특정한 증기 흡착용량을 가지는 필러 (filler) 흡착제로서 활성 탄소가 사용된다. 그렇게 형성된 베드는 흡착재 물질의 누설을 방지하기 위하여 그물형상의 물질로 덮여진다.
상술한 기술내용 중의 어느 것도, 증발기 구성부가 응축기 및 압축기 유니트로부터 떨어져 있고 적어도 한 개의 압축기 유니트가 열압축 유니트인 분리형 흡착 냉장 유니트에 대한 정보 또는 안내를 제공하고 있지는 않다. 본 출원인이 알고 있는 한, 원격 냉각부를 가진 분리형 흡착 유니트를 발명하기 위한 어떠한 명백한 시도도 행해진 적은 없으며 그를 극복하고자 하는 기술적 도전도 언급된 바가 없다.
본 발명은 그의 작동 표준으로서 2개 또는 다수 개의 베드, 단일 또는 다중 단계 흡착 사이클 또는 단일 또는 다중 단계 흡수 사이클을 이용하는 분리레벨 에어콘디쇼닝 시스템을 제공한다. 본 발명에 있어서는, 증발기가 흡착/흡수 냉각기의 공기조화 유니트 및 증발 유니트의 양자로서 기능함으로써, 냉각수 회로를 효과적으로 제거할 수 있다.
한 실시예에 있어서, 실내 유니트/실내부로 언급되는 전체 증발기부는 메인 유니트로부터 떨어져 나가서, 응축 유니트로도 언급되며 열압축기 및 응축기를 포함하는 실외 유니트만을 남기게 된다.
이 실시예에 있어서, 증발기 튜브는, 그 튜브를 냉매가 통과하고 그 튜브 내에서 증발하게 되며, 연장된 핀 또는 확장된 표면을 가지거나 또는 가지지 않고서, 튜브의 외부 표면상에서, 기류 또는 냉각될 유체와 수평방향 또는 수직방향으로 놓여질 수 있다. 본 실시예에 있어서, 증발기 및 흡착기 베드 또는 흡수기들은 응축기로부터 증발기로 복귀하는 응축액을 가지는 단일 또는 다중 증기 덕트를 통하여 접속된다. 소형 액체펌프가 응축액 라인 상에 필요할 수 있어서, 특히 증발기 유니트가 증발기와 응축기 사이의 압력차보다 높게 위치할 때 무지향성으로 만든다. 이러한 분리형 증발은, 스로틀링 밸브, 오리피스, 모세관, 계량 장치 (metering devices) 등과 같은 다양한 스로틀링/확장장치 및 그의 대체물들과 조합하여 상이한 흡착제/흡수제 겸 냉매 쌍에 적용가능하다.
이러한 방식의 분리형 증발기는, 본 실시예에 있어서, 흡착 또는 복합 증발 압축/흡착 유니트를 사용하는 차량 수송 유니트에도 적용가능하다.
다른 실시예에서, 통상 구리 또는 금속이며, 전형적으로 증발기부 내에 마련되는 열교환기 튜브들은, 밖으로 꺼내어져서 원격/실내 유니트 내에 격납된다. 여기에서, 증발기 및 흡착제/흡수제 베드들은 액체 냉매 라인에 의해서만 연결된다. 증발기와 의사(擬似) 증발기 또는 분무실 사이에서 냉매를 전송하기 위하여 액체냉매 펌프가 사용된다. 이는, 증발기부가 냉각부 또는 의사-증발기부로 되도록 한다. '의사-증발 (pseudo-evaporation)'이라는 용어는, 이하에서 증발수단이 냉각부와는 분리되어 있고 증발수단은 격납되어 있으며, 응축기부와 함께 있거나 또는 독립적인 특정한 실시예를 의미한다. 이러한 방식의 분리형 증발기는, 스로틀링 밸브, 오리피스, 모세관, 계량 장치 등과 같은 다양한 스로틀링/확장장치 및 이들의 대체부와 조합하여 상이한 흡착제/흡수제 겸 냉매 쌍에 적용가능하다.
이러한 방식의 분리형 증발기는, 또한 흡착 또는 복합 증기 압축/흡착 유니트를 이용하는 차량 수송 유니트에도 또한 적용가능하다.
따라서, 본 발명은:
- 하나 이상의 압축 수단을 포함하며 적어도 한 개의 압축수단은 열압축
수단 및, 응축수단인 제1 구성부; 및
- 제1 구성부와 떨어져 있으며, 각각 전용 하우징 내에 마련되고 증발수단을
포함하는 하나 이상의 제2 구성부;를 포함하며,
- 각 증발수단은 하나 이상의 냉매 입구 라인(들) 및 하나 이상의 액체 냉매
출구 라인(들)을 통하여 응축수단에 접속되며;
- 상기 냉매 출구 라인(들)의 하나 이상은 사용된 냉매액을 하나 이상의
압축 수단을 통하여 각 증발수단으로부터 응축수단으로 제공하며;
- 하나 이상의 냉매 입구 라인(들)은 응축수단으로부터 각 증발수단으로,
응축된 냉매액을 전송하는 분리형 에어콘디쇼닝 유니트를 제공한다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 압축수단은 흡착 유니트, 흡수 유니트, 복합 증발 압축/흡착 유니트, 및 복합 증발 압축/흡수 유니트로 구성되는 군으로부터 선택된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 압축수단은 흡착 유니트 또는 복합 증발 압축/흡착 유니트이다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 흡착 유니트 또는 복합 증발 압축/흡착 유니트의 경우에 사용된 흡착제는, 제올라이트, 다공성 실리케이트, 불용성 금속 실리케이트, A형 실리카 겔, RD형 실리카 겔, S2 형 실리카겔, 활성 탄소섬유, 과립형 활성탄소, 활성 알루미나, 고도 다공성 활성탄소, 링커 (linker)와 결합된 Zr6O4(OH)4, MIL-101Cr, 금속-유기 프레임워크 (metal-organic frameworks: MOF), 공유 유기 프레임워크 (covalent organic frameworks: COF), 기능성 흡착제 물질 등의 단독 또는 이들의 어떠한 조합으로 구성되는 군으로부터 선택된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 압축수단은 흡수 유니트 또는 복합 증발 압축/흡수 유니트이다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 흡착 유니트 또는 복합 증발 압축/흡수 유니트에는, 물-브롬화 리튬, 암모니아-물 등으로 구성되는 군으로부터 선택된 냉매-흡수제 혼합물이 구비된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 냉매는 물, 메탄, 메탄올, 에탄올, 암모니아, 프로판, CFC, 134A 등으로 구성되는 군으로부터 선택된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 각 냉매 입구 라인(들)에는, 확장 밸브, 모세관, P-트랩 및 계량장치와 같은 상이한 방식의 스로틀링/확장밸브로 부터 선택되는 하나 이상의 냉매 유량 제어수단이 구비된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 증발기(들)은, 관형상 (수직/수평) 낙하막, 관형상 상승/낙하막, 강제 순환 (관형상/판형상), 판 방식, 낙하막판, 및 강제 순환식, 및 이들의 어떤 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되며, 이들 모두는 표면 증발을 보조하기 위하여 표면처리가 강화되거나 또는 되지 않은 것이다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 흡착 유니트 또는 복합 증발 압축/흡착 유니트를 포함할 때, 분리 유니트는 어떠한 차량 장치 상에 탑재가능한 것이다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 증발기로부터 열교환기 튜브들이 꺼내어지고 별도의 분리 실내/원격/냉각 유니트 내에 위치되며, 의사 증발 수단이 냉매를 냉각하기 위하여 실외 유니트 내에 채택되고 이를 분리형 실내/원격/냉각 유니트로 공급하게 된다.
본 발명은 또한,
- 하나 이상의 압축 수단을 포함하며 적어도 한 개의 압축수단은 열압축 수단, 응축수단, 및 의사 증발수단인 제1 구성부; 및
- 제1 구성부와 떨어져 있으며, 각각 전용 하우징 내에 마련되고 냉각수단을 포함하는 하나 이상의 제2 구성부(들);을 포함하고,
- 각 냉각수단은 하나 이상의 액체 냉매 공급 및 복귀 라인(들)을 통하여 의사 증발기 수단에 접속되며;
- 상기 액체 냉매 라인(들)의 하나 이상은 상기 각 냉각수단으로부터 의사 증발기 수단으로의 액체 냉매 배출을 제공하고, 상기 배출된 냉매의 액체 부분은 의사 증발기 수단으로 복귀하고, 의사 증발기로부터의 기화된 냉매는 응축 및 재순환을 위하여 압축 수단을 통하여 응축기로 도출되는 분리형 에어콘디쇼닝 유니트를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 압축수단은 흡착 유니트, 흡수 유니트, 복합 증발 압축/흡착 유니트, 및 복합 증발 압축/흡수 유니트로 구성되는 군으로부터 선택된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 압축수단은 흡착 유니트 또는 복합 증발 압축/흡착 유니트이다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 흡착 유니트 또는 복합 증발 압축/흡착 유니트의 경우에 사용된 흡착제는, 제올라이트, 다공성 실리케이트, 불용성 금속 실리케이트, A형 실리카 겔, RD형 실리카 겔, S2형 실리카겔, 활성 탄소섬유, 과립 활성탄소, 활성 알루미나, 고도 다공성 활성탄소, 링커와 결합된 Zr6O4(OH)4, MIL-101Cr, 금속-유기 프레임워크 (MOF), 공유 유기 프레임워크 (COF), 기능성 흡착제 물질 등 단독 또는 이들의 어떠한 조합으로 구성되는 군으로부터 선택된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 압축수단은 흡수 유니트 또는 복합 증발 압축/흡수 유니트이다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 흡수 유니트 또는 복합 증발 압축/흡수 유니트는, 물-브롬화 리튬, 암모니아-물 등으로 구성되는 군으로부터 선택된 냉매-흡착제 혼합물이 구비된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 냉매는 물, 메탄, 메탄올, 에탄올, 암모니아, 프로판, CFC, 134A 등으로 구성되는 군으로부터 선택된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 의사 증발기 유니트는, 냉각탑 충전물, 와이어 메쉬 울 (wire mesh wool), 금속 또는 무기 섬유 폼 (foam) 등으로 구성되는 방식의 상당히 확장된 표면적을 가지는 구성부 상의 낙하/분무된 막으로 구성되는 군으로부터 선택된 증발수단을 가진다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 냉각 유니트는 종래의 튜브 핀 열교환기 및 강화된 튜브 열교환기로 구성되는 군으로부터 선택되는 열교환기를 가진다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 흡착 유니트 또는 복합 증발 압축/흡착 유니트를 포함할 때, 분리 유니트는 어떠한 차량 장치 상에 탑재가능하다.
도 1은 종래 기술의 통상적인 증발 압축 유니트 또는 에어콘디쇼닝 유니트의 도면이다.
도 2는 종래 기술의 전형적인 흡착 냉각/에어콘디쇼닝 유니트의 도면이다.
도 3은 종래 기술의 전형적인 흡착 냉각/에어콘디쇼닝 유니트의 도면이다.
도 4A 및 4B는 복합형 증발 압축/흡착 냉각/에어 콘디쇼닝 유니트의 모식도이다.
도 4C는 복합형 증발 압축/흡착 냉각/에어 콘디쇼닝 유니트의 모식도이다.
도 5는 전형적인 분리형 증발 압축 냉각/에어 콘디쇼닝 유니트의 모식도이다.
도 6은 기능적인 접속성을 유지하면서도 장치의 잔여 구성품들로부터 냉각/실내/원격 유니트의 분리/원격성을 묘사하는 본 발명의 넓은 실시예의 블록도이다.
도 7a는 원격/실내/냉각 유니트 내에 격납된 증발기 및 증발기 튜브를 가지는 흡착 냉각/에어콘디쇼닝 유니트에 적용될 때의 본 발명의 분리 기술의 모식도이다.
도 7a(i), 7a(ii) 및 7a(iii)는 흡착 냉각/에어콘디쇼닝 유니트에 적용되었을 때의 본 발명의 분리 기술의 상세를 나타내는 모식도이다.
도 7b는 흡착 냉각/에어콘디쇼닝 유니트에 적용되었을 때의 본 발명의 분리 기술의 모식도로서, 냉각부가 증발 수단으로부터 떨어져서 마련되는 도면이다.
도 8a 는 원격/실내/냉각 유니트 내에 격납된 증발기 및 증발기 튜브를 가지는 흡착 냉각/에어컨디쇼닝 유니트에 적용하였을 때의 본 발명의 분리 기술의 모식도이다.
도 8a(i), 8a(ii) 및 8a(iii) 들은 흡착 냉각/에어 콘디쇼닝 유니트에 적용되었을 때 본 발명의 분리기술의 상세를 나타내는 모식도이다.
도 8b는 냉각부가 증발 수단으로부터 떨어져서 마련되는 흡착 냉각/에어콘디쇼닝 유니트에 적용되었을 때의 본 발명의 분리기술의 모식도이다.
도 9a는 원격/실내/냉각 유니트 내에 격납된 증발기 및 증발기 튜브를 가지는 복합 증발 압축/흡착 냉각/에어콘디쇼닝 유니트에 적용될 때의 본 발명의 분리기술의 모식도이다.
도 9a(i), 9a(ii) 및 9a(iii)는 복합 증발 압축/흡착 냉각/에어콘디쇼닝 유니트에 적용될 때의 본 발명의 분리기술의 모식도이다.
도 9b는 냉각부가 증발수단으로부터 떨어져서 마련되는, 복합 증발 압축/흡착 냉각/에어콘디쇼닝 유니트에 적용될 때의 본 발명의 분리기술의 모식도이다.
도 10a는 원격/실내/냉각 유니트 내에 격납된 증발기 및 증발기 튜브를 가지는 복합 증발 압축/흡착 냉각/에어콘디쇼닝 유니트의 다른 실시예에 적용된 본 발명의 분리 기술의 모식도이다.
도 10a(i), 10a(ii) 및 10a(iii)는 복합 증발 압축/흡착 냉각/에어콘디쇼닝 유니트의 다른 실시예에 적용된 본 발명의 분리기술의 상세한 모식도이다.
도 10b는 냉각부가 증발수단으로부터 떨어져서 마련되는, 복합 증발 압축/흡착 냉각/에어콘디쇼닝 유니트의 다른 실시예에 적용될 때의 본 발명의 분리기술의 모식도이다.
도 11a는 원격/실내/냉각 유니트 내에 격납된 증발기 및 증발기 튜브를 가지는 복합형 증발 압축/흡착 냉각/에어콘디쇼닝 유니트에 적용된 때의 본 발명의 분리 기술의 모식도이다.
도 11a(i), 11a(ii) 및 11a(iii)는 복합 증발 압축/흡착 냉각/에어콘디쇼닝 유니트에 적용될 때의 본 발명의 분리기술을 상세하게 나타낸 모식도이다.
도 11b는 냉각부가 증발수단으로부터 떨어져서 마련되는, 복합 증발 압축/흡착 냉각/에어콘디쇼닝 유니트에 적용될 때의 본 발명의 분리기술의 모식도이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 있어서, 본 발명과 관련하여 사용될 때 '실내 유니트' 및 '냉각 유니트'는 서로 교체될 수 있는 용어로서 사용된다. 특히, '의사-증발 (pseudo-evaporation)'이라는 용어는 실내기/냉각 유니트가 증발수단으로부터 떨어져서 마련되고, 응축기+압축기부가 결합될 수 있거나 또는 개별적으로 마련되는 다양한 실시예를 말한다.
본 발명은 필수적으로 실내/냉각부/냉각 유니트를 응축 유니트로부터 '분할' 또는 분리하는 것으로서, 사용되는 압축 수단의 적어도 한 개는 열 압축수단이다.
필요한 경우, 실내/냉각부는 더 '분할'되어서 냉각부가 증발기 수단으로부터 떨어져서 마련된다. 이러한 특수한 실시예는 본 발명의 명세서에서 '의사-증발기' 또는 '의사 증발' 수단/기구로 부른다.
상술한 바와 같이, 도 1은 전형적인 증발 압축 냉장 사이클을 이용하는 에어콘디쇼닝 유니트의 종래 기술에 있어서의 전형적/종래의 증발압축 유니트의 모식도이다. 여기에서는, 다수 방식의 냉매들이 사용될 수 있는데, 대부분은 CFC들 또는 합성 냉매들로서, 모두 CO2 생성에 직접적인 영향을 미칠뿐 아니라 지구 온난화에도 영향을 준다. 또한 이들은 전기 에너지를 직접적으로 사용하며, 이는 또한 소비절감에 대하여 초점을 두게 되는데, 대부분의 전기 에너지의 생산은 화석연료에 근거하기 때문이며, 이 또한 CO2 생성 및 지구 온난화에 크게 영향을 미치게 된다.
전형적/종래의 증발 압축 유니트를 기반으로 하는 에어콘디쇼닝 유니트는 필수적으로 증발기 구성부(4), 전기 압축기(1) 및 응축기 구성부(2)로 구성된다. 증발기 유니트(4) 및 응축기 유니트(2)에는 각각 내부로의 공기입력을 확실하게 하기 위한 팬(7)(8)을 구비할 수 있다. 응축기 유니트(2)의 경우에는, 공냉식 응축기로서 마련될 때, 응축기 팬(7)이 대기(외기)(9)를 입력시키고 온기(10)를 바깥으로 내보낸다. 공냉식 증발기가 마련되는 경우에는, 증발기 유니트(4)는 실내의 복귀온기(11)를 끌어들이고 냉각될 공간으로의 차가운/냉각된 공기(12)를 내보내도록 하는 증발기 팬(8)을 가진다. 흡인라인(13)이 마련되어 증발기(4)를 전기 압축기(12)를 통해 응축기(2)로 연결한다. 흡인라인(13)의 기능은 냉매를 응축기 유니트(2)로 되돌려 보내는 것이다. 응축된 냉매는, 확장밸브(6) 또는 냉매의 압력을 감소하고 증발기(4)로 흘러들어가는 냉매의 양을 제어함으로써 증발기(4)의 출구에서의 초과열을 제어하는 장치 또는 수단이 마련된 액체 유동라인(15)을 통하여 응축기 유니트(2)로부터 증발기 유니트(4)로 재순환된다. 이 종래의 시스템의 기능은 이하에서 설명된다. 이 시스템의 현저한 특징은 그것이 일체형이라는 점으로서, 응축기 구성부(2) 및 증발기 구성부(4)들이 동일한 하우징(17) 내에 마련된다.
전형적인 증발 압축 냉각사이클에 있어서, 전기 압축기(1)는 냉매 가스를 압축하여 응축기부(2)로 이동하도록 하는 압력을 상승시킨다. 응축기(2) 내에서, 압축된 가스는 압축열이 대기(9) 또는 냉각수에 의존하는 냉각수단에 의하여 추출됨에 따라 냉각시에 액화된다. 액화된 냉매가스는 감력이 감소되고 온도가 하강되는 확장밸브(6) 또는 모세관 또는 오리피스로 언급되는 스로틀링 장치로 이동하게 된다. 액체로부터 기체로의 상(相)변화는 증발기(4)로 언급되는 열교환기(5) 내에서 일어난다. 이러한 잠재적인 증발열은 증발기 열교환기(5)와 접촉상태로 냉각되는 액체에 냉각 효과를 부여하게 된다. 이러한 기체 상태로서의 증기는 압축기(1)로 가고 다시 압축되어, 사이클을 반복하게 된다.
도 2는 종래기술의 흡착기반 냉각/에어콘디쇼닝 유니트의 모식도이다. 흡착 냉각시스템/유니트에 있어서, 증발 압축기반 유니트의 전기 압축기는 2개 이상의 교호적인 흡착제 베드(1)(1A)로 구성되는 열 압축기로 대체된다. 이들 흡착제 베드(1)(1A)는, 실리카 겔, 제올라이트, 분자 여과기, 활성 탄소, MOF, COF, FAM, 및 기타 개발중인 새로운 방식의 흡착제의 군으로부터 온 다양한 방식의 흡착제(27)로 채워진다.
도 2에서 보는 바와 같이, 열압축 기반 에어콘디쇼닝 유니트는 필수적으로 증발기 구성부(4), 2개의 교호적인 흡착제 반응기(1)(1A), 및 응축기 구성부(2)로 구성된다. 응축기(2)는 출구(10)를 통하여 도입되고 발출되며, 그 내부의 냉각수단을 통하여 순환되는 물(9)과 같은 냉각액을 이용한다. 증발기(4)는, 독립적인 흡착제 반응기를 통하여 각각 지나가는 2개의 개별 라인을 통하여 응축기 유니트(2)에 접속된다. 2개의 흡착제 반응기(1)(1A)에는 각각 냉수용 입구(23) 및 온수용 출구(24)가 마련되며, 이하에서 기술되는 바와 같은 소정 시간 사이클로 교호로 기능하게 된다. 양방향 밸브(18)(19)(20)(21)들이 흡착제 반응기(1)(1A)의 전후에서 각 라인 상에 마련되어 증발기 유니트(4)로의 사용된 냉매의 복귀가 없도록 한다. 응축된 냉매는, 전형적으로는 P-트랩 (trap)이 마련된 액체 유동라인(15)을 통하여 응축기 유니트(2)로부터 증발기 유니트(4)로 복귀한다.
이 시스템의 현저한 특징은 일체형이라는 것이며, 압축 구성부/흡착기(1)(1A), 응축기 구성부(2) 및 증발기 구성부(4)가 동일한 하우징(17) 내에 마련된다.
상술한 바와 같이, 흡착 열교환기(1)(1A)들은, 전형적으로 열에너지를 공급하고 방출하는데 사용되며 잠재열을 구속 및 해제하기 위한 흡착질 작업매체의 상변화를 이용하는 흡수제 물질(27)과 열접촉 상태에 있는 열교환기(22)(22A)를 포함한다. 반대로, 열교환기(22)(22A)를 통하여 공급된 열에너지는 흡수제의 재개되는 증발을 위하여 사용될 수 있다.
다양한 방식의 흡착제 반응기(1)(1A)들이 알려져 있으며, 마찬가지로 다양한 흡착제/냉매 쌍들도 알려져 있다.
흡착형 냉각유니트에 있어서, 흡착제 및 냉매들은 일반적으로 흡착제겸 냉매의 쌍으로서 언급된다. 실리카 겔과 물 및 분자 여과기와 물의 쌍이 가장 일반적으로 사용되면서도 친환경적이고 안전한 냉매의 쌍이지만, 제올라이트와 물, 활성 탄소와 에탄올, 활성 탄소와 프로판[4-9] 들도 사용 및 연구와 제품 개발 중에 있다.
전형적인 흡착 냉각 유니트사이클에 있어서, 냉각 에너지는 흡착과정 중에 증발기(4)로부터 흡착제 베드(1)로의 질량 전달과정을 통하여 냉매 증발로부터 추출된다. 이러한 과정은 일반적으로 흡착-지원된-증발이라 한다. 불포화된 흡착제 물질에 의하여 흡수된 포텐셜은 흡착 과정에서 냉매의 증발을 촉발한다. 이는 발열 과정이며, 따라서 흡착과정을 유지하는 흡착열을 배제하기 위하여 외부 냉각이 요구된다. 일단 흡착제 물질이 냉매로 포화되거나 또는 미리 설정된 사이클 시간에 도달하면, 이들은 증발기(4)로부터 분리되고 시스템의 압력을 증가시키는 외부 열원을 이용하여 예열된다. 일단 압력이 응축기 압력에 도달하거나 또는 미리 설정된 시간이 되면, 흡착제 베드는 응축기(2)와 통하게 된다. 흡착제의 연속적인 가열은 재생 과정을 초래하며 흡착된 증기는 응축기(2)의 내부에서 응축된다. 탈착과정이 완료되면, 흡착제는 응축기(2)로부터 분리되면서 외부 냉각회로를 이용하여 냉각된다. 흡착제 물질은 흡착-증발과정을 겪고 사이클이 끝나게 된다. 실제적인 흡착 시스템에 있어서는, 1개 또는 1군의 베드가 흡착 과정을 수행하고 다른 것은 탈착 과정을 겪게되는 유용한 효과를 연속적으로 얻도록 다중 베드 접근방법이 채택되고 있다 [10, 11].
흡착기반 시스템들은 다공성 고형 흡착제(27)에 의한 흡착질 증기의 흡착 및 탈착에 의하여 구동된다. 기계적인 압축기에 의하여 구동되는 종래의 증발-압축 냉각 시스템과 비교하여, 흡착 사이클을 구동함에 있어 전기 에너지가 필요없다. 기본적인 사이클은 흡착 단계 및 탈착 단계를 포함한다. 흡착 단계에 있어서, 냉매 증기는 흡착제 물질(27)에 의하여 흡착되고 이는 열을 방출하게 된다. 탈착단계에서, 열이 흡착제(27)에 가해지고 이는 냉매의 탈착을 야기한다. 이들 과정을 통하여 전달된 열은, 흡착제(27)와 열전달 유체 (예를 들어 물 또는 메탄올 또는 물-클리콜 혼합물) 또는 외부 환경의 사이에서 열교환기(22)(22A)에 의하여 전달된다. 흡착 및 탈착 과정은 증발기(4)/응축기(2) 내의 냉매의 증발 및 응축과 관련하여 발생한다. 기체 상태의 냉매의 흡착은 증발 압력을 낮추고, 증발기(4) 내의 액체 냉매의 증발을 촉진한다. 이 증발과정을 통하여, 냉각될 대기로부터 열이 추출되고 냉각이 이루어진다. 열교환기(22)(22A)를 통하여 흡착제(27)로 열을 공급함으로써, 흡착된 냉매가 증발 단계로 해제되고, 따라서 다음 흡착 사이클에 대한 흡착제 물질(27)을 재생하게 된다. 기체 상태의 흡착질이, 대기에 대한 열거부가 발생되는 응축기(2)로 전달된다. 종래의 증발-압축 냉각에서와 같이, 액체 냉매는 농축 사이폰 (syphon) 또는 P 트랩 등을 통하여 지나가서 증발기(4)로 되돌아오고, 사이클은 다시 반복된다.
도 3은 흡착기반 냉각 시스템의 모식도이다. 도면에 나타낸 바와 같이, 흡착 냉각 유니트 내에서, 흡착원리에 근거하여, 전기 압축기는 열 압축기/압축부(1)로 대체된다. 전형적인 흡착 유니트 내에서 사용되는 흡착제 쌍은 물+브롬화 리튬(27) 또는 암모니아+물이며, 이들 양자는 매우 독성 및 부식성이 강한 것으로 알려져 있다.
전형적인 흡수 냉장(냉각) 유니트에 있어서, 증발기(4)는 흡수기부(49)에 인접하여 마련된다. 증발기 유니트(4)는 냉각수용의 입구(12) 및 출구(11)를 가진다. 흡수기 유니트는 냉각수를 유동시켜서 응축기(2)로 이끄는 라인(9)을 가진 흡수제 베드(37)를 포함한다. 응축기(2)는 냉각수용 출구(10)를 가진다. 제너레이터(36)가 응축기(2)의 근방에 마련되고, 고온 유체용 입구수단(25) 및 출구수단(26)이 마련된다. 열교환수단이 증발기(4) 및 흡수제부(49)와 기능적인 관련을 가지고 마련된다.
도 4A 및 도 4B는, 복합 증발 압축/흡착 냉각/에어콘디쇼닝 유니트의 모식도이며, 이는 본 출원인의 소유로서 계류중인 인도 특허출원 2154/DEL/2015호에 개시되어 있고, 그 개시 내용은 참조 문헌으로서 본 명세서에 포함되는 것으로 인정된다.
특히, 도 4A는 흡착 사이클의 흡착 베드로부터의 열이 압축 사이클을 이용하여 흡착 베드로 가해지는 장치를 망라한다. 다시 말해서, 증기 압축 사이클의 증발 과정이 열발산 과정인 흡착 과정을 유지하기 위하여 이용된다. 흡착 사이클로부터의 응축열 및 증기 압축 사이클로부터의 에너지, 즉 압축 에너지는 수냉 또는 공냉식 열교환기를 통하여 대기중으로 배출된다.
도 4B에 있어서, 흡착제 베드(39) 및 응축기(2)로부터의 열은 탈착제 베드(39A)로 가해진다. 과도한 에너지, 즉 흡착 사이클의 증발 에너지 및 MVC 사이클의 압축기(1) 파워는, 탈착제 베드(39A)에서 배출되고, 탈착제 베드(39A)로부터 오는 냉매를 더 냉각시킴으로써 외부 냉각장치로 폐기된다.
양자의 구성에 있어서, 냉각 에너지는 흡착 사이클의 증발기(4)로부터 추출되는 반면, 흡착 사이클의 응축열 및 압축기(1)의 일은 냉각수와 같은 폐기장치로 폐기된다.
도 4C는 복합형 증기압축/흡수제 시스템의 모식도이며, 이는 본 출원인의 소유로서 계류중인 인도 특허출원 2154/DEL/2015호에 개시되어 있고, 그 개시 내용은 참조문헌으로서 본 명세서에 포함되는 것으로 인정된다. 증발기(4)는 흡수제부(49)에 인접하여 마련된다. 증발기(4)는 냉각수용 입구(12) 및 출구(11)를 가진다. 흡수기 유니트는 냉각수를 유동시켜서 응축기(2)로 이끄는 라인(9)을 가진 흡수제 베드(37)를 포함한다. 응축기(2)는 냉각수용 출구(10)를 가진다. 제너레이터(36)가 응축기(2)의 근방에 마련되고, 고온 유체용 입구수단(25) 및 출구수단(26)이 마련된다. 열교환수단(35)이 증발기(4) 및 흡수제부(49)와 기능적인 관련을 가지고 마련된다. 도시된 바와 같이, 전체 시스템은 일체형으로서 단일 하우징 내에 마련된다. 증발 압축 사이클의 증발과정이 흡착과정을 유지하기 위하여 이용된다. 흡착사이클로부터의 응축열 및 증발압축 사이클로부터의 에너지, 즉 압축 에너지가 수냉식 또는 공냉식 열교환기를 통하여 대기로 폐기된다.
도 5는 전형적인 분리 증발 압축 냉각/에어콘디쇼닝 유니트의 모식도이다. 도 5의 장치와 도 1의 장치 사이의 근본적인 차이점은, 증발기(4)가 떨어져 있다는 점이다. 하지만, 압축 유니트는 여전히 CFC 및/또는 합성 냉매를 이용하는 전기 구동 압축기(1)이다. 도 5에 나타낸 장치의 부분들은 도 1에 나타낸 장치의 대응부분과 동일한 부호를 가진다. 증발기 유니트 및 응축기/압축기 유니트 하우징은 각각 참조부호(20) 및 참조부호(21)로 표시된다.
도 1에 나타낸 냉장 사이클은 1세대 냉각 유니트의 발명 이후 수년동안 알려진 것인 반면, 전기 압축기(1) 기반의 분리형 에어콘디쇼닝 유니트의 사용은, 특히 30㎾ 이하의 용량에 있어서는 단지 과거 30-40년에 걸친 것이다. 이러한 방식의 분리형 유니트에 있어서, 증발기부(4)는 도 5에 나타낸 실내기 내에 개별적으로 격납된다.
본 발명은 기본적으로, 응축기(32)로부터, 전체적으로 또는 부분적으로라도, 냉기 급기(12)를 공급하는 실내/냉각 유니트를 위치적으로 분리시키는 것에 있다. 예를 들어, 본 발명의 범위는, 응축기 유니트(32)로부터 전체 냉각 유니트(33)의 분리 및, 응축기(2)로서 동일한 하우징 내에 마련된 열 압축기(1)를 통하여 두 개를 접속하는 것을 포함한다.
선택적으로, 2개의 부분으로서의 냉각부를 제공하는 것이 본 발명의 범위 내에 있는 것으로서, 메인 실외 유니트 내의 의사 증발 수단으로부터 냉각된 액체 냉매가 공급되고 냉기 급기(12)를 공급하는 직접 냉각/실내/원격 유니트(33)가 그것이다. 이러한 의사 증발기는, 열 압축기(1) 및 응축기(2)를 포함하는 응축 유니트(32)로서, 또는 별도의 유니트들을 한꺼번에 같은 하우징 내에 포함될 수 있다.
도 6은 본 출원 내에 포괄되는 장치 내에서의 광범위하게 기저를 이루는 발명 개념의 블록 다이어그램이다. 도시된 바와 같이, 냉각/실내/원격 유니트(35)는 원격/분리 유니트로서 마련되지만 열 압축기(1) 및 응축기(2)와 기능적으로 연결된다. 압축기 유니트(32)는, 흡착식이건 흡수식이건 적어도 한 개의 열 압축기(1)를 포함한다. 응축기(2)와 압축기(1) 유니트들을 둘러싸는 빗금친 박스 라인(32)들은 이들 유니트들이 일반적으로 한 개의 하우징 내에 있지만, 별도의 하우징 내에 마련될 수도 있음을 나타낸다. 냉각/실내/원격 유니트(33)는 기본적으로 냉각될 공간으로 냉기(12)를 보내는 것을 보조하는 냉각부를 포함한다. 이 유니트는 실시예 중의 한 개의 증발기(4) 튜브들을 포함할 수 있다. 선택적으로, 냉각부는 의사 증발기 유니트(48)로부터 떨어져서 마련될 수 있다. 의사 증발기(48)는 점선의 원으로 표시하였다.
도 7a는 본 발명의 장치에 대한 하나의 모식적인 도면으로서, 분리형 실내/냉각/원격 유니트(33)가 별도의 하우징 내에 응축 유니트(32)로부터 위치적으로 떨어져 있다. 이 도면은 응축기(2)와 흡착제 반응기(1)(1A)가 동일한 하우징 내에 있는 것을 나타내고 있지만, 이들은 상호간에 분리되거나 떨어져서 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 필수적으로, 액체냉매는 독립적인 라인(15)을 통하여 응축기 유니트(2)로부터 분리형 실내/냉각/원격 유니트(4)로 공급된다. 일반적으로, P 트랩 또는 동심 사이폰 등이 포함된다. 분리 원격/냉각/실내 유니트(33)에는 팬(8)을 통하여 실내복귀 온기(11)가 공급된다. 분리 원격/냉각/실내 유니트(33)는 실내복귀 온기(11)를 냉각하고 이를 냉각될 공간 용의 급기(12)로 변환한다. 냉매는 소정의 시간 사이클에서 작동하는 2개 이상의 흡착기(1)(1A)를 가지는 열 압축 유니트를 통하여 응축기(2)로 되돌아간다.
각각의 흡착기(1)(1A)에는 냉수용 입구(23)(26) 및 온수용 출구(24)(25)가 마련된다. 2개의 흡착기들은 이하에서 논의되는 바와 같이 미리 결정된 종렬(縱列)식 시간 사이클로 작동한다. 각 흡착기/열 흡착기/열 압축기에는 증발기(4)로부터 받은 냉매를 응축기 유니트(2)로 전달하기 위한 전용의 비복귀형 밸브(18)(19)(20)(21)들이 마련된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 장치에 있어서는, 종래기술에서의 기계식 냉매 시스템 내에서 사용된 압축기 유니트가 열 압축기 유니트(1)(1A)의 이중 쌍에 의하여 대체된다. 연속적으로 운용되는 압축기와 달리, 2개의 흡착기는 주어진 사이클 시간, 말하자면 3~15분 동안 교대로 작동한다. 현재의 분리 레벨 시스템의 다른 장점은, 2개의 흡착제 반응기(1)(1A), 응축기(2) 및 증발기(4) 유니트들이 같은 케이싱 내에 격납되지 않으며, 실제로는 비복귀 밸브(18)(19)(20)(21)를 따라서 별도의 하우징 내에 마련된다는 점이다. 작동 쌍은 실리카 겔/제올라이트/MOF/COF/FAM (흡착제) + 물(냉매)일 수 있으며, 양자는 상당히 불활성이며 환경친화적이다. 상기의 작동 쌍과 함께, 기계는, 운용설계 파라미터에 따라서, 6,000 (6.0 토르) 미크론과 50,000 (50 토르) 미크론 사이의 진공하에서 작동한다.
이러한 흡착기반의 냉매 사이클에서, 냉각될 냉각수는 냉매에 열을 제공하여 끓고 증발되도록 하고 어떤 흡착기가 흡착과정에 있는지에 따라서 접속밸브(V4/21) 또는 (V1/21)를 통하여 그것을 흡착기로 구동하게 된다. 증발되는 냉매는 유입되는 물을 냉각시켜서 유출되는 냉각수를 제공하게 된다. 증기(흡착질)가 흡착기 열교환기(22) 내의 흡착제에 계속 흡착된다. 유용한 작업용량에 근접하면 흡착기 사이클이 완료된다. 이 사이클 동안에 냉각수가 흡착기 열교환기(22) 내로 공급되어 흡착시에 생성된 열을 추출 및 폐기한다. 사이클의 마지막에, 분리형 실내/냉각/원격 유니트(4)와 흡착기(1) 사이의 밸브(20)가 차단되고, 흡착기(1A)와 응축기(2) 사이의 밸브(19)가 개방되며, 흡착기 열교환기(22A)를 통하여 뜨거운 물이 흘러가서 흡착제(27)로부터의 흡착질의 탈착용 열을 제공하고 응축기(2)로 구동한다.
압력하의 증기로서의 뜨거운 냉매가 응축기(2)로 들어가고, 여기에서 외부의 냉각수가 열을 추출함으로써 냉매를 액화하고 이를 중력에 의하여 연속적으로 증발기 내로 흘러들어가도록 한다. 흡착 사이클의 마지막에, 앞서 설명했던 것과 동일하게 다음의 흡착기가 작동을 시작하게 된다. 흡착 사이클의 완료 후, 흡착기가 그의 모드를 전환하고 탈착기로 된다. 3~15 분의 사이클 시간은 열교환기, 흡착제에 대한 흡착질의 운동에너지, 재생되는 뜨거운 물의 온도, 및 사용되는 흡착제의 방식 및 냉각수의 온도에 따르게 된다.
도 7a(i), 도 7a(ii) 및 도 7a(iii)에 나타낸 장치들은 증발기의 형식, 설계 및 구성에 있어서 주로 상이하다.
진공방식의 증발기는 진공하의 액체 냉매수를 가스상으로 증발시키는 효과적인 수단을 제공하는 특수한 낙하막 증발기 열교환기를 격납한다. 낙하막 증발기(5)는 하나의 실시예에서만 나타낸 것과 같으며, 증발용 열교환기의 다른 방식도 적용될 수 있다. 전형적으로, 증발기(5)에 있어서는, 증기 상태의 물이 대략 5-7℃로 메인 유니트로 복귀한다.
증발기 유니트(5)는, 증기화된 가스가 메인 유니트의 응축기(2)로 액체를 밀어대는 것을 방지하는 P-트랩과 결합한다. 증발기(5)에 있어서, 냉매가 흐르고, 낙하하고, 증기화되는 증발기 튜브는 수직으로 나타내었다. 하지만, 이것은 필수적이거나 강제적인 것은 아니며, 수평 또는 경사진 튜브들도 구성될 수 있다. 각 경우에, 통상적인 사용양태는 냉각될 기류와의 보다 효과적인 열교환을 위하여 더 많은 튜브 표면을 가지도록 확대된 핀(fin)으로 만들어진다. 도시된 바와 같은 증발기(5)는 냉매 배출구 및 소형 액체펌프(44)를 가져서 냉매가 튜브 내로 흘러 들어가도록 순환 및 분무한다.
도 7b에 나타낸 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 압축수단은 응축기 수단과 마찬가지로 분리될 수 있으며, 그에 따라 분리형 실내/원격/냉각 유니트(33)를 냉각될 공간으로의 급기용 실내 유니트(12)로 분리할 수 있다. 이러한 실시예/구성부들은 이하에서 아래와 같이 상세하게 기술된다.
(a) 메인 흡착 유니트에서 냉각된 액체 냉매가 공급되는 분리 원격/실내/
냉각 유니트(33), 및
(b) 열 압축기(1) 및 (1A), 응축기(2) 및 의사 증발기(48)를 포함하는 메인
흡착 유니트(32).
흡착기 유니트는 어떠한 공지의 흡착제-냉매 쌍도 이용할 수 있다. 이하의 작동원리는 실리카 겔-물 쌍을 참조로 하는 것인데, 그것이 가장 일반적으로 또한 두드러지게 사용되기 때문이다. 실리카 겔-물 쌍의 경우에, 의사 증발기는 부압(負壓)하에서 작동되어야 한다.
도 7a(i), 도 7a(ii), 도 7a(iii) 및 도 7b 에서 모식적으로 표현된 분리 실내/냉각/원격 유니트(33)들은 1톤(ton) 원격 유니트에 대한 구성을 나타낸 것이며, 메인 유니트 또한 1 RT (3.5㎾)의 냉각용량을 가지는 것이다. 물은 잠재적 증발열이 매우 높기 때문에, 메인 유니트로부터 분리 냉각/원격/실내 유니트(33)로의 액체 라인은 약 30-35℃의 온도에서 작은 직경을 가지도록 설계된다.
도 7b에 있어서, 원격의 팬코일 유니트(33)는, 분리되어 있거나 또는 실외에 있는 메인 흡착 유니트로부터 액체(물) 냉매를 공급받는다. 도시된 바와 같이, 실내 유니트(32)는 연장된 핀 방식 열교환기, 에어필터 및 모터가 달린 송풍기, 및 응축액 배수 팬(pan)으로 완료된다. 이러한 방식의 실내 유니트에 있어서는, 예컨대 7℃의 냉각된 냉매액체 물(냉각수)과 12℃의 열교환기 다음의 냉각수가 메인 유니트로 돌아오게 되며, 그로부터 열교환기 튜브들이 일제히 빼내어지게 된다. 도 7b에 나타낸 바와 같이, 튜브들이 제거된 메인 유니트의 종래의 증발부는 냉각탑 충진형 구성, 또는 분리 원격/실내/냉각 유니트(33)로 대략 7℃의 저온수를 연속적으로 생성할 수 있는 다른 어떠한 등가의 적절한 구성으로 대체/교체/점유된다. 응축기(2)로부터의 복귀 응축액과 마찬가지로, 약 12℃의 복귀수는 의사 증발기(48)에 연속적으로 공급된다. 전형적으로는 1 RT용 냉각 유니트의 경우, 메인 유니트 배수구로부터의 액체는 대략 7℃ 에서 2.4 USGPM 인 물을 실어나를 필요가 있으며, 전형적인 유니트로의 복귀수의 온도는 대략 12℃이다.
도 8a는 하나의 흡수 냉각기 시스템에 대하여 본 발명의 '분리' 개념을 적용한 도면이다. 증발기(4)가 흡수부(49)의 근방에 마련되는 통상적인 흡수 냉각기 유니트와는 달리, 본 발명에 있어서는, 분리 실내/원격/냉각부(33)가 분리되고 독립적인 하우징(33)내에 마련된다. 분리 실내/원격/냉각부(33)는 흡수기 유니트(49) 및 열교환기(35)를 포함하는 메인 하우징에 기능적으로 접속된다. 별도의 라인은 응축기 유니트(2)로부터 냉매를 분리 실내/원격/냉각부(33)로 운반한다. 데워진 증발된 냉매는 흡수기 유니트로 운반된다. 증발기 하우징(33) 내에 마련된 증발기 팬(9)의 수단에 의하여 냉기(12)가 실내로 공급된다.
응축기(2), 제너레이터(36), 흡수기부(49) 및 열교환기부(35)는 종래 기술에서와 마찬가지로 남아 있게 된다. 흡수기 유니트는, 실내/원격/냉각 유니트(33)로부터의 사용 냉매가 흘러서 응축기 유니트(2)로 공급되는 라인을 가지는 흡수기 베드(37)를 포함한다. 응축기 유니트(2)는 냉각수용 출구(10)를 가진다. 제너레이터(36)는 응축기(2)의 근방에 마련되고, 뜨거운 액체용 출구(26) 및 입구(25) 수단이 마련된다. 열교환 수단(35)은 증발기(4) 및 흡수기부(49)와 기능적인 관련을 가지고 마련된다.
도 8a(i), 도 8a(ii) 및 도 8a(iii)에 도시된 장치들은 주로 증발기의 형식, 설계 및 구성에 있어서 상이하다.
도 8b는 의사 증발기(48)의 개념이 이용되는 흡수기 기반 시스템의 도면이다. 앞서와 같이, 증발기 수단(5) 및 분리형 실내/원격/냉각부(4)들은 상호간에 떨어져 있다. 증발 및 냉각 기능은 열교환 튜브 유니트(5)에서 하나의 레벨로 수행된다. 냉각된 냉매액은 이 유니트로부터 증발기/냉각부(4)로 도입되고, 실내의 복귀온기(11)를 냉각시키고 냉기(12)를 냉각될 공간으로 방출하도록 사용된다. 그리고 사용된 냉매액은 의사 증발기 유니트(48)로 재순환된다. 액체부분은 의사 증발기(48)의 배수구로 복귀된다. 냉매의 증발된 부분은, 그것이 응축되고 재활용되도록 의사 증발기(48)로 보내지게 되는 응축기부(1)로 전달된다.
도 9a 및 도 10a에는 분리형 복합 증발 압축/흡착 시스템에 대한 선택적인 기구부가 도시되어 있다. 도 9a는 흡착 사이클의 흡착 베드(39)로부터의 열이 압축 사이클을 이용하여 탈착기 베드(39A)로 밀어넣어지는 시스템을 기술한다. 다시 말해서, 증발 압축 사이클의 증발 과정이, 발열 과정인 흡착 과정을 유지하기 위하여 이용된다. 흡착 사이클로부터의 응축열 및 증발 압축 사이클로부터의 에너지, 즉 압축 에너지가 수냉식 또는 공냉식 열교환기(38)를 통하여 대기중으로 배출될 수 있다.
도 10a에 있어서, 흡착기 베드(39) 및 응축기(2) 양자로부터의 열이 탈착기 베드(39A)로 밀어 넣어진다. 초과 에너지, 즉 흡착 사이클의 증발 에너지 및 MVC 사이클의 압축기 파워가 탈착기(39A)에서 배출되고 탈착기 베드(39A)로부터 나오는 냉매를 더 냉각시킴으로써 외부 냉각장치로 배출된다.
이들 양 구성에 있어서, 냉각 에너지는 흡착 사이클의 증발기(4)로부터 추출되는 반면, 흡착기 사이클의 응축열 및 압축기(1)의 일량(work)은 냉각탑과 같은 열배출장치에서 배출된다.
증발 압축 사이클의 응축과정은 탈착 모드에서의 흡착 사이클 일량의 재생과정에 대한 열원을 제공한다. 따라서, 결합된 사이클은 종래의 흡착 사이클의 흡착기 베드(39)(39A)로의 냉각 및 가열 회로를 기본적으로 제거하고, 이 시스템은 현저하게 콤팩트하고, 운반이 용이하며 전기구동 압축기(1)에 의한 운용이 가능하다. 흡착기 사이클의 흡착, 응축 및 재생을 위한 냉각 및 가열 방법은 어떠한 종류의 흡착제+흡착질 쌍에도 적용될 수 있다.
본 명세서에서 논의되는 결합된 사이클은, 중래의 증발 압축 사이클 또는 흡착 사이클와 비교할 때 우수한 성능계수 (COP)를 제공한다. 증발 압축 사이클의 증발 및 응축을 위한 흡착제 베드(39)(39A) 사이의 교환은 4방향 밸브(50)를 사용하여 달성되는 한편, 도 2에 나타낸 바와 같이 흡착 사이클로부터의 응축 에너지의 배출용으로 3방향 밸브(51)가 사용된다.
분리 복합 증발 압축/흡착 시스템 흡착 사이클들은 2개의 흡착제 베드(39)(39A)로부터, 예를 들면 3-베드 또는 4-베드와 같은 다수-베드 시스템으로까지의 범위를 가질 수 있다. 다수-베드 시스템의 경우, 냉각 및 가열용의 냉매는 따라서 흡착제 베드(39)(39A)에 분포될 수 있으며, 흡착 및 탈착 과정을 실현하게 된다.
흡착 사이클에서는 다양한 물질의 쌍 (물-실리카 겔, 물-제올라이트 등)이 사용될 수 있으며, 이들은 전형적으로는 진공에서 운용될 수 있고, 증발 압축 사이클과는 독립적이다. 이러한 흡착 사이클 시스템은, 대기중으로 배출되는 것이었던 응축기로부터의 열을 완전히 사용하게 된다. 냉매액들은 상호간에 전혀 혼합되지 않는다. 증발 압축 시스템은 흡착제 베드를 가열하고 탈착제 베드를 가열하는 것에만 완전히 이용되며, 그에 의하여 흡착제용의 외부 냉각 및 가열을 배제한다. 냉각 부하는 흡착 사이클의 증발기(4)로부터 추출된다. MVC 사이클의 증발 온도는 흡착온도까지 상승되는 한편, 냉장 응축기(2)의 응축은 탈착 온도에서 발생하게 된다. 이 시스템은 2개의 별도의 냉매 회로를 가지게 되는 셈이어서, 하나는 흡착 사이클만을 위한 것이며, 다른 것은 MVC 사이클을 위한 것이 된다.
도 10a의 실시예는 기본적으로 흡착 베드 및 응축기(2)로부터의 열이 탈착 베드(39A)로 밀어 넣어지는 반면에, 도 9a의 실시예에 있어서는 흡착 베드(39)로부터의 열만이 밀어 넣어진다는 점에서 양자의 실시예가 상이하다는 것을 알 수 있을 것이다. 이들 양자의 하위 실시예에 있어서, 분리 실내/원격/냉각부(4)는 떨어져 있으며 시스템의 기타 구성부와는 별도로 격납된다. 분리 실내/원격/냉각부(4)는 냉매 가스의 복귀를 위하여 열교환기(38)(38A)에, 또한 냉매 유체(15)의 유입용으로 응축기(2)에 기능적으로 접속된다.
도 9a(i), 도 9a(ii) 및 도 9a(iii) 들은 도 9a의 장치에서 상이한 방식의 증발기(4)들을 사용할 때의 도면이다. 도 9b는, 분리 원격/실내/냉각 유니트(4)가 의사 증발기 수단으로부터 떨어져 있는 '분리형' 복합 증발 압축/흡착 시스템에 대한 도면이다. 의사 증발기 튜브들은 분리형 원격/실내/냉각 유니트로부터 멀리 마련되며, 응축기 유니트(2) 및 압축 시스템을 포함하는 메인/실외 유니트로부터 분리되거나 또는 일체로 될 수 있다. 냉매 가스는 분리형 실내/원격/냉각 유니트로부터 나와서 의사 증발기(48) 구성부 유니트로 들어가고, 그 곳으로부터 압축 시스템으로 들어간다. 그리고 응축기(2)로 보내진 후에, 냉각을 위하여 의사 증발기 수단으로 되돌려진 후 냉각된 냉매액(15)의 상태로 분리형 실내/원격/냉각 유니트로 전진한다. 도 10a(i), 도 10a(ii) 및 도 10a(iii)는 도 10a의 장치에서 다양한 방식의 증발기들이 사용될 때의 도면이다.
도 10b는 분리 실내/원격/냉각부(4)가 의사 증발기 수단으로부터 멀리 떨어져 있는 '분리' 복합 증발 압축/흡착 시스템의 도면이다. 의사 증발기 튜브들은 분리 원격/실내/냉각 유니트로부터 멀리 떨어져 있으며, 응축기 유니트(2) 및 압축 시스템을 포함하는 메인/실외 유니트로부터 분리되거나 또는 일체로 될 수 있다. 냉매 가스는 분리형 실내/원격/냉각 유니트로부터 나와서 의사-증발기(48) 구성부 유니트로 들어가고, 그 곳으로부터 압축 시스템으로 들어간다. 그리고 응축기(2)로 보내진 후에, 냉각을 위하여 의사 증발기 수단으로 되돌려진 후 냉각된 냉매액(15)의 상태로 분리형 실내/냉각/원격 유니트로 전진한다.
도 11a는 복합 증발 압축/흡수 냉각기 시스템에 본 발명의 '분리' 개념을 적용한 도면이다. 증발기(4)가 흡수기부(49)에 인접하여 마련되는 전형적인 흡수 냉각기 유니트와는 달리, 본 발명에 있어서는 분리형 실내/원격/냉각부(33)가 분리되고 독립적인 하우징(33)내에 마련된다. 분리형 실내/원격/냉각부(33)는 유니트(49) 및 열교환기(35)를 포함하는 메인 하우징과 기능적으로 연결되어 있다. 별도의 라인이 응축기 유니트(2)로부터 분리 실내/원격/냉각부(33)로 냉매액을 전달한다. 데워지고 부분적으로 증발된 냉매는 흡수기 유니트(33)로 운반된다. 냉기(12)는 증발기 하우징(33) 내에 마련된 증발기 팬(8)의 수단에 의하여 실내로 공급된다. 증발 압축 사이클의 증발과정이 흡착과정을 유지하는데 이용된다. 흡착 사이클로부터의 응축열 및 증발 압축 사이클로부터의 에너지, 즉 압축 에너지는 수냉식 또는 공냉식 열교환기를 통하여 대기로 배출될 수 있다.
응축기(2), 제너레이터(36), 흡수기부(49) 및 열교환기부(35)는 종래 기술에서와 마찬가지로 남아 있게 된다. 흡수기 유니트는, 실내/원격/냉각 유니트(33)로부터의 사용 냉매가 흘러서 응축기 유니트(2)로 공급되는 라인을 가지는 흡수기 베드(37)를 포함한다. 응축기 유니트(2)는 냉각수용 출구(10)를 가진다. 제너레이터(36)는 응축기(2)의 근방에 마련되고, 뜨거운 액체용 출구(26) 및 입구(25) 수단이 마련된다. 열교환 수단(35)은 증발기(4) 및 흡수기부(49)와 기능적인 관련을 가지고 마련된다.
도 11a(i), 도 11a(ii) 및 도 11a(iii)는 도 11a의 장치에서 상이한 방식의 증발기들이 사용될 때의 도면들이다. 도 11b는 분리 원격/실내/냉각 유니트(4)가 의사 증발기 수단으로부터 떨어져 있는 '분리형' 복합 증발 압축/흡수제 시스템의 도면이다. 의사 증발기 튜브들은 분리형 원격/실내/냉각 유니트로부터 멀리 마련되며, 응축기 유니트(2) 및 압축 시스템을 포함하는 메인/실외 유니트로부터 분리되거나 또는 일체로 될 수 있다. 냉매 액체는 분리형 실내/원격/냉각 유니트로부터 나와서 의사 증발기(48) 구성 유니트로 들어가고, 그 곳으로부터 압축 시스템으로 들어간다. 그리고 응축기(2)로 보내진 후에, 냉각을 위하여 의사 증발기 수단으로 되돌려진 후 냉각된 냉매액(15)의 상태로 분리형 실내/원격/냉각 유니트로 전진한다.
개선된 운동역학, 더 짧은 사이클 시간 및 열교환기의 단위 체적당 고도로 개선된 냉각능력 등을 제공하는 특수한 열 교환기와 함께 개선된 "물질"과 결합된 열 압축기, 즉 흡착기의 크기를 줄이기 위한 광범위한 연구가 전 지구적으로 진행 중에 있다. 이러한 모든 것들은 이동가능한 교통수단용 흡착 냉각 유니트로 사용하는 것을 가능하게 한다. 본 발명에 기술된 원격 냉각 방법은 이동가능한 교통 장비용으로도 용이하게 사용될 수 있다.
개선된 COP (성능계수)에 대한 다양한 진전이 흡착/흡수 유니트와 함께 복합 증발 전기 압축 유니트를 사용하여 현재 진행중에 있다. 이러한 모든 것들에는 공통적인 방식의 증발부가 있으며, 이러한 증발부는 또한 상술한 바와 같이 원격, 분리, 실내 냉각 유니트가 양쪽으로 또한 부가적인 방식으로 변환될 수 있다.
흡착 열교환기는 장치의 중요부를 구성한다. 이 구성부 및 그의 특정한 냉각 출력은 "물질"로 언급되는 흡착제 및 그것이 열교환기와 관련하여 결합되는 방식에 의하여 크게 영향을 받으며, 이들의 조합은 운동역학, 사이클 시간 및 흡착기의 체적당 전체적인 특정 냉각파워에 영향을 준다.
사용되는 물질은 실리카 겔/분자 여과기, MOF, FAM, COF 등일 수 있다. 흡착제 열교환기는 필수적으로 2개의 주된 부분을 포함하는데: 기본적인 튜브 핀(fin) 또는 면적이 증가된 열교환기+흡착제("물질")이다. 이들 2개의 조합은 흡착기 열교환기의 리터당 특정 냉각 파워를 개선한다. 열 전도도 및 운동역학 등을 개선하기 위하여 새로운 물질, 새로운 흡착제(물질) 흡착 방법을 이용한 다수의 연구 진전이 진행중이다.
흡착제는 물리적 흡착제, 화학적 흡착제, 또는 복합형 흡착제일 수 있다. 사용가능한 물리적 흡착제는, 다공성 실리케이트, 제올라이트, 인산염 알루미늄, 다공성 탄소 및 금속 유기 프레임워크 등과 같은 다양한 구멍 크기의 물질들을 포함한다. 다공성 실리케이트는, 가수화된 SiO4의 작은 입자에 연결된 단단하고 연속적인 콜로이드 실리카의 그물을 가지는 합성 무정형 실리카 겔과 같은 물질을 포함한다. 다공성 탄소는 산화제로 기화된 차(char)에 의하여 얻어진 활성 탄소를 포함한다. 제올라이트는 결정형 미소다공성 알루미나 실리케이트 물질을 포함하며, HZSM-5, ZSM5, 제올라이트 HY 등과 같은 다수의 분야들을 포함한다. 제올라이트 또는 제올라이트 기반 물질의 장점은, 이들의 사용에 있어서의 다양성 및 사용목적에 따른 변형에 대한 민감성 등이다. 금속 유기 프레임워크는, 미소 다공성이며, 높은 다공성, 균일한 구멍의 크기를 가지며, 명확한 흡착 영역 및 넓은 표면적을 가지는 신세대 물질이다. 이들 프레임워크는 전형적으로는 금속 센터들을 연결하는 유기 링커를 포함한다.
화학적 흡착제는 염화칼슘, 염화바륨, 염화 스트론슘 등과 같은 금속 염화물 및 수소화 리튬, 수소화 칼슘과 같은 금속 수소화물, 공유적 성질의 고분자화된 수소화물, 및 비금속 분자 수소화물, 및 금속 수소화물을 포함한다.
복합 흡착제는 금속 염화물 및 활성 탄소섬유, 확장 흑연, 실리카 겔 또는 제올라이트의 조합과 같은 화학적 및 물리적 흡착제의 조합을 포함한다. 복합 흡착제는 팽창, 빈약한 도전성 또는 집적도와 같은 화학적 흡착제의 효과를 발생시키지 않고 물리적 흡착제의 성능을 제고한다는 장점을 가진다.
사용된 열교환기는 2-베드형 또는 3-베드형일 수 있으며, 피복된 핀들이거나 또는 과립 베드 어프로치 또는 이들의 조합이다. 간결성의 목적상, 2014년 1월 10일에 출원된 계류중인 인도 특허출원 81/DEL/2014호의 기술내용이 참조문헌으로 본 명세서에 결합된다. 이 계류중인 출원은 향상된 특정한 냉각성능을 가지는 신규의 복합 흡착 열교환기 장치에 관한 것이다. 이 장치는 그의 모든 변형예와 함께 본 발명의 분리형 흡착 에어콘디쇼닝 유니트내에 이용될 수 있다.
본 발명의 장치는 종래 기술의 시스템에 대하여 여러가지의 확연한 장점을 제공하는 것으로 생각된다. 이들은 이하와 같이 요약된다.
1. 50℃ 이하의 재생 온도 (전형적으로는 100℃ 이하임).
2. 열, 냉 및 냉각용 온도의 넓은 범위에 걸쳐 작동가능함.
3. 폐기처리열 에너지/태양 에너지가 그의 작용을 구동함.
4. 낮은 운용단가 및 보수유지.
5. 연장된 기계 수명.
6. 냉매로서 물을 사용함으로써 지구 온난화 잠재성 및 오존층 결핍과 같은
기후 문제를 회피하며, 부가적으로 높은 탄소방출 풋프린트를 회피함.
7. 결정화, 부식, 위험한 누설, 또는 화학적 폐기물 문제가 없음.
8. 진동 또는 소음이 없으며, 단순하고도 연속적인 작용.
9. 부가적인 공조기 (Air Handling Unit: AHU)를 제거함으로써 전체 사이클
의 효과 개선.
10. 부가적인 AHU 및 냉각수 회로를 제거함으로써 낮은 투자비용 및 낮은
운용비용.
11. 분리형 증발기를 가지는 무지향성 흡착 시스템임.
본 명세서 내에 제공된 기술내용에 대한 변형 및 발전된 사항들은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 이해되어야 한다.
참조
[1] B.B. Saha, A. Chakraborty, I.I. El-Sharkawy, S. Koyama, K.C. Ng, K. Srinivasan, On thermodynamics of advanced adsorption cooling devices, in: 2008 ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition, IMECE 2008, Boston, MA, 2009, pp. 555-561.
[2] B.B. Saha, I.I. El-Sharkawy, S. Koyama, J.B. Lee, K. Kuwahara, Waste heat driven multi-bed adsorption chiller: Heat exchangers overall thermal conductance on chiller performance, Heat Transfer Eng, 27(5) (2006) 80-87.
[3] K. Thu, K.C. Ng, B.B. Saha, A. Chakraborty, S. Koyama, Operational strategy of adsorption desalination systems, Int. J. Heat Mass Transf., 52(7-8) (2009) 1811-1816.
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[5] P. Dutta, P. Kumar, K.C. Ng, S. Srinivasa Murthy, K. Srinivasan, Organic Brayton Cycles with solid sorption thermal compression for low grade heat utilization, Appl Therm Eng, 62(1) (2014) 171-175.
[6] W.S. Loh, I.I. El-Sharkawy, K.C. Ng, B.B. Saha, Adsorption cooling cycles for alternative adsorbent/adsorbate pairs working at partial vacuum and pressurized conditions, Appl Therm Eng, 29(4) (2009) 793-798.
[7] A.B. Ismail, W.S. Loh, K. Thu, K.C. Ng, A study on the kinetics of propane-activated carbon: Theory and experiments, in: 5th International Meeting on Advances of Thermofluids, IMAT 2012, Bintan Island, 2013, pp. 76-82.
[8] I.I. El-Sharkawy, B.B. Saha, S. Koyama, J. He, K.C. Ng, C. Yap, Experimental investigation on activated carbon-ethanol pair for solar powered adsorption cooling applications, Int J Refrig, 31(8) (2008) 1407-1413.
[9] H.T. Chua, K.C. Ng, A. Malek, T. Kashiwagi, A. Akisawa, B.B. Saha, Modeling the performance of two-bed, silica gel-water adsorption chillers, Int J Refrig, 22(3) (1999) 194-204.
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[11] K.C. Ng, K. Thu, B.B. Saha, A. Chakraborty, Study on a waste heat-driven adsorption cooling cum desalination cycle, Int J Refrig, 35(3) (2012) 685-693.

Claims (44)

  1. 하나 이상의 압축 수단으로 구성되며, 상기 압축 수단 중의 적어도 한 개는 열압축 수단, 및 응축수단인 제1 구성부; 및
    상기 제1 구성부와 떨어져 있으며, 각각 전용 하우징 내에 마련되고 증발수단을 포함하는 하나 이상의 제2 구성부; 를 포함하며, 하나 이상의 증발수단은, 관형상 수평 낙하막, 관형상 수직 낙하막, 관형상 상승막, 관형상 낙하막, 관형상 강제 순환식, 판형상 강제 순환식, 판 방식, 낙하막판, 및 강제 순환식, 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되며, 이들 모두는 표면 증발을 보조하기 위하여 표면처리가 강화되거나 되지 않은 것이며,
    각 증발수단은 하나 이상의 흡인 라인 및 하나 이상의 액체 라인을 통하여 응축수단에 접속되며;
    상기 흡인 라인 중의 하나 이상은 상기 하나 이상의 압축 수단을 통하여 상기 각 증발수단으로부터 상기 응축수단으로 냉매액의 배출을 제공하며;
    상기 하나 이상의 액체 라인은 상기 응축수단으로부터 상기 각 증발수단으로 냉매액을 전송하는,
    분리형 에어콘디쇼닝 유니트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축수단은 흡착 유니트, 흡수 유니트, 복합 증발 압축 및 흡착 유니트와 복합 증발 압축 및 흡수 유니트로 구성되는 군으로부터 선택되는, 분리형 에어콘디쇼닝 유니트.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 압축수단은 흡착 유니트 또는 복합 증발 압축 및 흡착 유니트인, 분리형 에어콘디쇼닝 유니트.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 흡착 유니트 또는 복합 증발 압축 및 흡착 유니트의 경우에 사용된 흡착제는, 제올라이트, 다공성 실리케이트, 불용성 금속 실리케이트, A형 실리카 겔, RD형 실리카 겔, S2형 실리카겔, 활성 탄소섬유, 과립 활성탄소, 활성 알루미나, 고도 다공성 활성탄소, 링커와 결합된 Zr6O4(OH)4, MIL-101Cr, 금속-유기 프레임워크, 공유 유기 프레임워크, 기능성 흡착제 물질의 단독 또는 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는, 분리형 에어콘디쇼닝 유니트.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 압축수단은 흡수 유니트 또는 복합 증발 압축 및 흡수 유니트인, 분리형 에어콘디쇼닝 유니트.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 흡수 유니트 또는 복합 증발 압축 및 흡수 유니트는, 물-브롬화 리튬, 암모니아-물, 암모니아-질화리튬, 암모니아-티오시안화 나트륨, 또는 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택된 냉매-흡수제 혼합물이 구비되는, 분리형 에어콘디쇼닝 유니트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    냉매는 물, 메탄, 메탄올, 에탄올, 암모니아, CFC, HCFC 및 HFC 로 구성되는 군으로부터 선택되는, 분리형 에어콘디쇼닝 유니트.
  8. 제 1 항에 있어서,
    액체라인에는, 상이한 방식의 스로틀링 밸브, 확장 밸브, 모세관, P-트랩 및 계량장치로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 냉매 유량 제어수단이 구비되는, 분리형 에어콘디쇼닝 유니트.
  9. 삭제
  10. 제 2 항에 있어서,
    흡착 유니트 또는 복합 증발 압축 및 흡착 유니트를 포함할 때, 분리 유니트는 차량 장치 상에 탑재가능한 것인, 분리형 에어콘디쇼닝 유니트.
  11. 제 1 항에 있어서,
    증발수단은 냉각 유니트이며, 증발기 열교환 튜브들이 꺼내어지고 원격 냉각 유니트에서 열교환, 열냉각 또는 열교환 및 열냉각 기능을 수행하는, 분리형 에어콘디쇼닝 유니트.
  12. 하나 이상의 압축 수단을 포함하며, 상기 압축 수단 중의 적어도 한 개는 열압축 수단, 응축기 수단, 및 의사 증발기 수단 (pseudo-evaporation means)인 제1 구성부; 및
    상기 제1 구성부와 떨어져 있으며, 각각 전용 하우징 내에 마련되고 냉각수단을 포함하는 하나 이상의 제2 구성부;
    를 포함하며,
    각 냉각수단은 하나 이상의 액체 냉매 공급 및 복귀 라인을 통하여 의사 증발기 수단에 접속되며;
    상기 하나 이상의 액체 냉매 복귀라인은 상기 각 냉각수단으로부터 상기 각 의사 증발기 수단으로의 액체 냉매 배출을 제공하고, 상기 배출된 냉매의 액체 부분은 의사 증발기 수단으로 복귀하고, 의사 증발기 수단로부터의 기화된 냉매는 응축 및 재순환을 위하여 상기 압축 수단을 통하여 상기 응축기 수단으로 도출되는,
    분리형 에어콘디쇼닝 유니트.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 압축수단은 흡착 유니트, 흡수 유니트, 복합 증발 압축 및 흡착 유니트와 복합 증발 압축 및 흡수 유니트로 구성되는 군으로부터 선택되는, 분리형 에어콘디쇼닝 유니트.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 압축수단은 흡착 유니트 또는 복합 증발 압축 및 흡착 유니트인, 분리형 에어콘디쇼닝 유니트.
  15. 제 14 항에 있어서,
    흡착 유니트 또는 복합 증발 압축 및 흡착 유니트의 경우에 사용된 흡착제는, 제올라이트, 다공성 실리케이트, 불용성 금속 실리케이트, A형 실리카 겔, RD형 실리카 겔, S2형 실리카겔, 활성 탄소섬유, 과립형 활성탄소, 활성 알루미나, 고도 다공성 활성탄소, 링커와 결합된 Zr6O4(OH)4, MIL-101Cr, 금속-유기 프레임워크, 공유 유기 프레임워크, 기능성 흡착제 물질의 단독 또는 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는, 분리형 에어콘디쇼닝 유니트.
  16. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 압축수단은 흡수 유니트 또는 복합 증발 압축 및 흡수 유니트인, 분리형 에어콘디쇼닝 유니트.
  17. 제 16 항에 있어서,
    흡수 유니트 또는 복합 증발 압축 및 흡수 유니트는, 물-브롬화 리튬, 암모니아-물, 암모니아-질화리튬, 암모니아-티오시안화 나트륨, 또는 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택된 냉매-흡착제 혼합물이 구비되는, 분리형 에어콘디쇼닝 유니트.
  18. 제 12 항에 있어서,
    냉매는 물, 메탄, 메탄올, 에탄올, 암모니아, CFC, HCFC 및 HFC 로 구성되는 군으로부터 선택되는, 분리형 에어콘디쇼닝 유니트.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상이한 방식의 스로틀링 밸브, 확장 밸브, 모세관, P-트랩 및 계량장치로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 냉매 유량 제어수단이 상기 응축기 수단과 상기 의사 증발기 수단의 사이에 구비되는, 분리형 에어콘디쇼닝 유니트.
  20. 제 12 항에 있어서,
    의사 증발기 유니트는, 냉각탑 충진물, 와이어 메쉬 울, 금속 또는 무기 섬유 폼으로 구성되는 방식의 상당히 확장된 표면적을 가지는 구성부 상에 낙하 또는분무된 막으로 구성되는 군으로부터 선택된 열교환기를 가지는, 분리형 에어콘디쇼닝 유니트.
  21. 제 12 항에 있어서,
    냉각 수단은 종래의 튜브 핀 열교환기 및 강화된 튜브 열교환기로 구성되는 군으로부터 선택되는 열교환기를 가지는, 분리형 에어콘디쇼닝 유니트.
  22. 제 13 항에 있어서,
    흡착 유니트 또는 복합 증발 압축 및 흡착 유니트를 포함할 때, 분리 유니트는 차량 장치 상에 탑재가능한 것인, 분리형 에어콘디쇼닝 유니트.
  23. 하나 이상의 압축 수단으로 구성되며, 상기 압축 수단 중의 적어도 한 개는 열압축 수단, 및 응축기 수단인 제1 구성부를 마련하는 단계;
    상기 제1 구성부와 떨어져 있으며, 각각 전용 하우징 내에 마련되고 증발수단을 포함하는 하나 이상의 제2 구성부를 마련하고, 하나 이상의 증발수단은, 관형상 수평 낙하막, 관형상 수직 낙하막, 관형상 상승막, 관형상 낙하막, 관형상 강제 순환식, 판형상 강제 순환식, 판 방식, 낙하막판, 및 강제 순환식, 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되며, 이들 모두는 표면 증발을 보조하기 위하여 표면처리가 강화되거나 되지 않은 것인 단계;
    각 증발수단을, 냉매 매체의 입구 및 출구용의 하나 이상의 흡인 라인 및 하나 이상의 액체 라인에 접속하는 단계;
    상기 하나 이상의 흡인 라인을 통하여 상기 각 증발수단으로부터 상기 하나 이상의 압축수단으로 냉매액을 배출하고 그를 통하여 상기 응축기 수단으로 배출하는 단계;
    상기 하나 이상의 액체 라인을 통하여 상기 응축기 수단으로부터 상기 각 증발수단으로 냉매액을 전송하는 단계;
    를 포함하는,
    제 1 항에 기재된 분리형 에어콘디쇼닝 유니트에 의한 분리 레벨 흡착 냉장방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 압축수단은 흡착 유니트, 흡수 유니트, 복합 증발 압축 및 흡착 유니트와 복합 증발 압축 및흡수 유니트로 구성되는 군으로부터 선택되는 분리 레벨 흡착 냉장방법.
  25. 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,
    상기 압축수단은 흡착 유니트 또는 복합 증발 압축 및 흡착 유니트인 분리 레벨 흡착 냉장방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    흡착 유니트 또는 복합 증발 압축/흡착 유니트의 경우에 사용된 흡착제는, 제올라이트, 다공성 실리케이트, 불용성 금속 실리케이트, A형 실리카 겔, RD형 실리카 겔, S2형 실리카겔, 활성 탄소섬유, 과립형 활성탄소, 활성 알루미나, 고도 다공성 활성탄소, 링커와 결합된 Zr6O4(OH)4, MIL-101Cr, 금속-유기 프레임워크, 공유 유기 프레임워크, 기능성 흡착제 물질의 단독 또는 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 분리 레벨 흡착 냉장방법.
  27. 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,
    상기 압축수단은 흡수 유니트 또는 복합 증발 압축 및 흡수 유니트인 분리 레벨 흡착 냉장방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    흡수 유니트 또는 복합 증발 압축 및 흡수 유니트는, 물-브롬화 리튬, 암모니아-물, 암모니아-질화리튬, 암모니아-티오시안화 나트륨, 또는 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택된 냉매-흡수제 혼합물이 구비되는 분리 레벨 흡착 냉장방법.
  29. 제 23 항에 있어서,
    냉매는 물, 메탄, 메탄올, 에탄올, 암모니아, CFC, HCFC 및 HFC 로 구성되는 군으로부터 선택되는 분리 레벨 흡착 냉장방법.
  30. 제 23 항에 있어서,
    액체라인에는, 상이한 방식의 스로틀링 밸브, 확장 밸브, 모세관, P-트랩 및 계량장치로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 냉매 유량 제어수단이 구비되는 분리 레벨 흡착 냉장방법.
  31. 삭제
  32. 제 24 항에 있어서,
    흡착 유니트 또는 복합 증발 압축유니트 및 흡착 유니트를 포함할 때, 분리 유니트는 차량 장치 상에 탑재가능한 것인 분리 레벨 흡착 냉장방법.
  33. 제 23 항에 있어서,
    열교환, 냉각 또는 열교환 및 냉각기능은 증발기 열교환 튜브들이 베이스 증발기 유니트로부터 꺼내어지고 원격 냉각 유니트 내에서 수행되는 분리 레벨 흡착 냉장방법.
  34. 하나 이상의 압축 수단을 포함하며, 상기 압축 수단 중의 적어도 한 개는 열압축 수단, 응축기 수단, 및 의사 증발기 수단인 제1 구성부를 제공하는 단계;
    상기 제1 구성부와 떨어져 있으며, 각각 전용 하우징 내에 마련되고 냉각수단을 포함하는 하나 이상의 제2 구성부를 제공하는 단계;
    각 냉각수단을 하나 이상의 액체 냉매 공급 및 복귀 라인을 통하여 의사 증발기 수단에 접속하는 단계;
    상기 하나 이상의 액체 냉매 복귀 라인을 통하여 상기 의사 증발기 수단으로 액체 냉매 배출을 제공하고, 상기 배출된 냉매의 액체 부분은 상기 의사 증발기 수단으로 복귀하고, 의사 증발기 수단으로부터의 기화된 냉매는 응축 및 재순환을 위하여 상기 압축 수단을 통하여 상기 응축기 수단으로 도출하는 단계;
    를 포함하는,
    제 12 항에 기재된 분리형 에어콘디쇼닝 유니트에 의한 분리 레벨 흡착 냉장방법.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 압축수단은 흡착 유니트, 흡수 유니트, 복합 증발 압축 및 흡착 유니트와 복합 증발 압축 및 흡수 유니트로 구성되는 군으로부터 선택되는 분리 레벨 흡착 냉장방법.
  36. 제 34 항 또는 제 35 항에 있어서,
    상기 압축수단은 흡착 유니트 또는 복합 증발 압축 및 흡착 유니트인 분리 레벨 흡착 냉장방법.
  37. 제 36 항에 있어서,
    흡착 유니트 또는 복합 증발 압축 및 흡착 유니트의 경우에 사용된 흡착제는, 제올라이트, 다공성 실리케이트, 불용성 금속 실리케이트, A형 실리카 겔, RD형 실리카 겔, S2형 실리카겔, 활성 탄소섬유, 과립형 활성탄소, 활성 알루미나, 고도 다공성 활성탄소, 링커와 결합된 Zr6O4(OH)4, MIL-101Cr, 금속-유기 프레임워크, 공유 유기 프레임워크, 기능성 흡착제 물질의 단독 또는 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 분리 레벨 흡착 냉장방법.
  38. 제 34 항 또는 제 35 항에 있어서,
    상기 압축수단은 흡수 유니트 또는 복합 증발 압축 및 흡수 유니트인 분리 레벨 흡착 냉장방법.
  39. 제 38 항에 있어서,
    흡수 유니트 또는 복합 증발 압축 및 흡수 유니트는, 물-브롬화 리튬, 암모니아-물, 암모니아-질화리튬, 암모니아-티오시안화 나트륨, 또는 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택된 냉매-흡수제 혼합물이 구비되는 분리 레벨 흡착 냉장방법.
  40. 제 34 항에 있어서,
    냉매는 물, 메탄, 메탄올, 에탄올, 암모니아, CFC, HCFC 및 HFC 로 구성되는 군으로부터 선택되는 분리 레벨 흡착 냉장방법.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상이한 방식의 스로틀링 밸브, 확장 밸브, 모세관, P-트랩 및 계량장치로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 냉매 유량 제어수단이 상기 응축기 수단과 상기 의사 증발기 수단의 사이에 구비되는 분리 레벨 흡착 냉장방법.
  42. 제 34 항에 있어서,
    의사 증발기 유니트는, 냉각탑 충진물, 와이어 메쉬 울, 금속 또는 무기 섬유 폼으로 구성되는 방식의 상당히 확장된 표면적을 가지는 구성부 상에 낙하 또는분무된 막으로 구성되는 군으로부터 선택된 열교환기를 가지는 분리 레벨 흡착 냉장방법.
  43. 제 34 항에 있어서,
    냉각 수단은 종래의 튜브 핀 열교환기 및 강화된 튜브 열교환기로 구성되는 군으로부터 선택되는 열교환기를 가지는 분리 레벨 흡착 냉장방법.
  44. 제 34 항에 있어서,
    흡착 유니트 또는 복합 증발 압축 및 흡착 유니트를 포함할 때, 분리 유니트는 차량 장치 상에 탑재가능한 것인 분리 레벨 흡착 냉장방법.
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