KR102429249B1 - 확산형 흡수식 냉각장치 및 냉각방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은에 따른 확산형 흡수식 냉각장치에는, 발생기; 기포펌프; 기액분리기; 응축기; 가스 분지관; 증발기; 흡수기; 가스 열교환기; 저장조; 및 용액 열교환기가 포함되고, 냉매로서, 낮은 GWP를 가지는, 트랜스-1, 3, 3, 3-테트라 플루오로 프로펜(R-1234ze(E)) 및 2, 3, 3, 3-테트라 플루오로 프로펜(R-1234yf)의 단일재 또는 소정 비율의 혼합물을 사용된다. 이에 따르면, 안전성이 높고, 낮은 GWP의 달성이 가능하다.

Description

확산형 흡수식 냉각장치 및 냉각방법{Diffusion absorption refrigeration apparatus and refrigeration method}
본 발명은 확산형 흡수식 냉각장치 및 냉각방법에 관한 것이다. 더 상세하게는, 낮은 지구 온난화 지수(GWP: Global Warming Potential)를 가지는 냉매를 사용할 수 있는 확산형 흡수식 냉각장치 및 냉각방법을 제안한다.
확산형 흡수식 냉각 시스템은(DAR:Diffusion Absorption Refrigeration system)은 압축기가 아닌 기포펌프를 이용하기 때문에 기계적 구동에 의한 소음 및 진동이 없어 특별히 정숙이 요구되는 호텔 객실이나 사무실에서 활용되고 있다.
확산형 흡수식 냉각 시스템은, 내압이 일정하게 유지되므로 별도의 압력조절장치가 불필요하고, 높은 내구성과 신뢰성을 가진다. 또한, 이러한 특징을 바탕으로 타 시스템에 비해 낮은 유지비를 가지며, 초기 투자비용이 적다는 장점을 가지고 있다. 또한, 자연대류 냉각방식의 흡수기와 응축기를 사용하며 기계적 구동부가 사용되지 않아 구조가 간단하다.
확산형 흡수식 냉각 시스템은, international journal of refrigeration의 volume 28, issue 4, june 2005, pages 515-525에 소개되는 'Numerical investigation of a diffusion absorption refrigeration cycle'에 소개된 바가 있다.
종래 확산형 흡수식 냉각 시스템은 다음과 같은 문제점이 있다.
먼저, 자연대류 냉각방식을 적용하기 때문에 강제대류 방식을 차용하는 타 냉동기에 비해 냉각능력에 한계가 있는 문제가 있다.
또한, 기존의 암모니아(NH3)/물 확산형 흡수식 냉각 시스템은, 높은 발생기 온도와 압력을 요구하기 때문에 별도의 전장치가 필요하다. 또한, 암모니아 가스는 친환경적이나 독성, 및 폭발성이 있어서, 누설 시 위험하고, 이로 인하여, 고압가스 안전관리법에 의한 규제 대상이 되고, 따라서 일반 가정용으로의 적용은 어려운 문제점이 있다.
또한, 물/리튬브로마이드 시스템의 경우 부식성이 강하며, 0℃ 이하의 저온을 얻을 수 없으므로 냉동/냉장 시스템에 적용이 불가하다. 또한, 진공상태로 구동되기 때문에 장치의 파손의 경우 보수의 어려움이 있어서, 일반 가정용으로의 적용이 마찬가지로 어렵다.
Numerical investigation of a diffusion absorption refrigeration cycle: international journal of refrigeration의 volume 28, issue 4, june 2005, pages 515-525
본 발명은, 확산형 흡수식 냉각장치의 안전성 등을 높여서 가정용으로도 사용할 수 있는 확산형 흡수식 냉각장치의 사이클에 사용되는 매체로서 냉매를 제안한다.
본 발명은, 낮은 GWP의 달성이 가능한 확산형 흡수식 냉각장치의 사이클에 사용되는 매체로서 냉매를 제안한다.
본 발명은, 확산형 흡수식 냉각장치의 낮은 냉동성능계수를 개선하고, 상업적인 목적으로 사용할 수 있는, 냉매, 흡수제, 및 보조가스의 조합을 제안한다.
본 발명은, 발생기; 기포펌프; 기액분리기; 응축기; 가스 분지관; 증발기; 흡수기; 가스 열교환기; 저장조; 및 용액 열교환기가 포함되는 확산형 흡수식 냉각장치에서, 냉매로서, 낮은 GWP를 가지는, 트랜스-1, 3, 3, 3-테트라 플루오로 프로펜(R-1234ze(E)) 및 2, 3, 3, 3-테트라 플루오로 프로펜(R-1234yf)의 단일재 또는 소정 비율의 혼합물을 사용함으로써, 안전성이 높고, 낮은 GWP의 달성이 가능하다.
충분한 냉동성능계수를 얻기 위하여, 흡수제로는, 알킬 아세트 아마이드 및 포름 아마이드의 단일재 또는 소정 비율의 혼합물을 사용하고, 더 바람직하게, 상기 알킬 아세트 아마이드는 선형 알킬 아세트 아마이드를 사용하고, 더욱 바람직하게는, 상기 알킬 아세트 아마이드로는 DMAC, 포름 아마이드는 DMF를 사용한다. 또한, 상기 보조가스로서 헬륨 및 아르곤을 포함하는 비활성기체의 단일제 또는 소정 비율의 혼합물을 사용한다.
배경온도가 다른 다양한 조건에 확산형 흡수식 냉각장치가 운전되기 위하여, 상기 냉매와 상기 흡수제의 비를 나타내는 냉매-흡수제의 중량비는 30wt%이상 65wt%이하이고, 상기 보조가스의 충진압력은 2.0bar이상 8.0bar이하이고, 바람직하게는, 상기 냉매-흡수제의 중량비는 30wt%이상 55wt%이하이고, 상기 보조가스의 충진압력은 3.0bar이상 7.0bar이하이고, 더욱 바람직하게는, 상기 냉매-흡수제의 중량비는 35wt%이상 50wt%이하이고, 상기 보조가스의 충진압력은 3.5bar이상 6.0bar이하로 제공될 수 있다. ,
안전성과 GWP와 냉동성능을 확보하기 위하여, 상기 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜가 단독으로 사용되는 경우에, 상기 냉매와 상기 흡수제의 비를 나타내는 냉매-흡수제의 중량비는 35wt%이상 45wt%이하이고, 보조가스의 충진압력은 5.0bar이상 8.0bar이하로 제공될 수 있다.
높은 안정성과 낮은 GWP를 얻기 위하여, 낮은 GWP를 가지는, 트랜스-1, 3, 3, 3-테트라 플루오로 프로펜(R-1234ze(E)) 및 2, 3, 3, 3-테트라 플루오로 프로펜(R-1234yf)의 단일재 또는 소정 비율의 혼합물인 냉매 가스가 응축기에서 응축되는 단계; 상기 응축기에서 나온 액냉매가 증발기 입구로 이송되며, 흡수기에서 나온 냉매가 보조 가스와 혼합되어 증발기 입구로 이송되는 단계; 상기 증발기 입구에서 액냉매와 냉매와 보조가스 혼합물이 합류하는 단계; 상기 증발기를 거치며 냉각이 이루어지는 단계; 가스 열교환기를 지나 열교환을 한 액냉매 및 보조가스 혼합물이 불응측 냉매 가스와 합류하여 용액탱크로 이송되는 단계; 및 상기 용액탱크로부터 기포펌프로 강용액이 이송되는 단계를 포함하는 확산형 흡수 냉각방법이 개시된다.
본 발명에 따르면, 안전한 냉매를 이용하는 확산형 흡수식 냉각장치를 제안함으로써, 일반 가정용으로의 적용이 가능하다.
본 발명에 따르면, 낮은 GWP 냉매를 이용하는 확산형 흡수식 냉각장치를 제안함으로써, 규제를 충족할 수 있다.
본 발명에 따르면, 실제 다양한 냉각장치, 특히 산업용과 구분되는 일반 가정용 냉각장치의 수준으로도 적용이 가능한, 냉매, 흡수제, 및 보조가스의 조합 및 비율을 제안함으로써, 실제 산업에 바로 적용이 가능하다.
도 1은 실시예에 따른 확산형 흡수식 냉각장치의 구성도.,
도 2는 각 작동매체를 상세하게 보이는 도면.
도 3은 냉매로서 트랜스-1, 3, 3, 3-테트라 플루오로 프로펜을 사용하고, 흡수제로서 DMAC를 사용하고, 보조가스로서 헬륨을 이용한 확산형 흡수식 냉각장치의 보조가스의 압력별로 증발기의 최저온도를 나타내는 그래프.
도 4는 냉매로서 2, 3, 3, 3-테트라 플루오로 프로펜을 사용하고, 흡수제로서 DMAC를 사용하고, 보조가스로서 헬륨을 이용한 확산형 흡수식 냉각장치의 보조가스의 압력별로 증발기의 최저온도를 나타내는 그래프.
도 5와 도 6은 분위기를 겨울로 가정하여 대기온도를 18도씨로 정하고, 보조가스의 압력(수직축)과 냉매-흡수제의 중량비(수평축)를 달리하면서, 증발기의 온도를 정리한 테이블로서, 도 5는 측정값을 나타낸 도면이고, 도 6은 측정값의 온도를 색상으로 나타내고 바람직하게 제시되는 구역을 도시하는 도면.
도 7과 도 8은 분위기를 여름으로 가정하여 대기온도를 28도씨로 정하고, 보조가스의 압력(수직축)과 냉매-흡수제의 중량비(수평축)를 달리하면서, 증발기의 온도를 정리한 테이블로서, 도 7은 측정값을 나타낸 도면이고, 도 8은 측정값의 온도를 색상으로 나타내고 바람직하게 제시되는 구역을 도시하는 도면.
도 9는 2, 3, 3, 3-테트라 플루오로 프로펜을 사용하고, 흡수제로서 DMAC를 사용하고, 보조가스로서 헬륨을 이용한 확산형 흡수식 냉각장치의 보조가스의 압력과 냉매-흡수제의 중량비(냉매무게/(냉매무게+흡수제무게))를 달리하면서, 다수의 실험을 수행한 결과로서 증발기와 발생기의 온도를 보이는 도면.
도 10은 냉매와 흡수제 별로 흡수율을 나타내는 도면.
도 11은 냉매별 포화압력을 나타내는 도면.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 같은 사상의 범위에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
도 1은 실시예에 따른 확산형 흡수식 냉각장치의 구성도이고, 도 2는 각 작동매체를 더 구체적으로 보이는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 확산형 흡수식 냉각장치에는, 냉매가스로 이루어진 냉매기포를 발생시키는 발생기(200), 상기 냉매기포를 이용하여 희용액을 함께 밀어 올리는 기포펌프(300), 상기 냉매 가스로부터 액체를 분리하는 기액분리기(400), 상기 냉매 가스를 응축하는 응축기(600), 응축기를 통과한 뒤에 응축되지 못한 냉매가스를 분기시키는 가스 분지관(500), 응축기를 통하여 응축된 액냉매를 증발시키는 증발기(700), 증발된 냉매와 흡수기(900)를 통과한 냉매-보조가스 혼합물과 열교환하는 가스 열교환기(800), 희용액을 재생하는 흡수기(900)와 액냉매와 보조가스가 저장되는 저장조(110), 및 고온이 희용액과 저온의 강용액을 열교환시키는 용액 열교환기(100)가 포함된다.
실시예에 따른 확산형 흡수식 냉각장치의 내부에 수용되는 흡수제 및 냉매의 총량은 냉동사이클의 형상 및 규모에 따라서 미리 정해질 수 있다. 예를 들어, 냉각장치의 정상상태(steady state)에서 상기 희용액이, 상기 기포펌프(300)의 상단에서 분출된 다음에, 위치수두(potential head)의 차이로 인하여 상기 흡수기(900)의 상단으로 유동할 수 있는 정도의 양이 확보되어야 한다.
일반적으로, 확산형 흡수식 냉각장치에는 냉각장치의 크기와 형태에 따라서, 상기 위치수두를 확보할 수 있는 정도로 미리 결정된 양의, 상기 흡수제와 상기 냉매의 혼합물을 확산형 흡수식 냉각장치에 투입한다. 이후에, 보조가스를 충전하여 내부 압력을 설정하는 방식으로 이루어진다. 따라서, 냉매-흡수제의 양은 미리 정하여지고, 냉매-흡수제의 비율, 및 보조가스의 충전압이 설계인자가 될 수 있다.
이하에서는 실시예에 따른 확산형 흡수식 냉각장치에서 매체, 즉, 냉매, 흡수제, 및 보조가스의 상태의 순환과정을 순차적으로 설명한다. 한편, 상기 각 매체의 상태를 함께 살펴봄으로써 냉각장치의 동작을 더 명확히 이해할 수 있을 것이다.
도 2의 각 화살표의 의미를 설명한다. 불응축냉매는 응축기에서 응축되지 않은 냉매로서 증발기로 들어가지 않고 바이패스되는 매체를 의미한다. 액냉매는 증발기로 유입되는 액체 상태의 냉매를 의미한다. 냉매-보조가스 혼합물은 냉매의 순환과정을 의미하고, 여기서 보조가스로는 헬륨을 예시할 수 있다. 강용액(strong solution)은 냉매/흡수제의 혼합물 중에 냉매가 많이 들어 있는 용액을 의미한다. 희용액(weak solution)은 냉매/흡수제의 혼합물 중에 냉매가 적게 들어 있는 용액을 의미한다.
도면 상의 각 지점에는 숫자/알파벳을 부여하여 각 매체의 이동과정을 더 명확히 이해되도록 한다.
상기 강용액이 상기 저장조(110)의 바닥과 연통되는 용액열교환기(100)로부터 발생기(200)로 이송된다(6-7a의 경로). 이송된 강용액은 발생기(200)에서 가해지는 열에 의해서 냉매기포가 생성되어 상승한다(1a-1c의 경로). 상기 냉매기포의 내부에는 냉매 가스가 포함되고, 이때 강용액은 냉매가 기화됨으로써 희용액으로 바뀐다. 상기 냉매기포가 부력에 의해서 상승되면서 용액을 함께 밀어 올리고 기포펌프(300)의 끝에서 분출된다(1c지점). 상기 기포펌프는 실시예에 따른 확산형 흡수식 냉각장치의 모든 매체 이동에 대한 원동력이 된다.
상기 기포펌프(300)의 끝단, 더 정확히는 내부관의 끝단에서, 희용액과 냉매기포가 분출되면, 중력에 의해 희용액은 외부 관으로 유입되고(1e지점), 냉매 가스는 기액분리기(400)로 이송된다(1d-2의 경로).
상기 기포펌프(300)의 외부 관으로 유입된 상기 희용액은, 상기 용액열교환기(100)에서 저온의 강용액과 열교환된다. 희용액은 7b-8의 경로로 열교환이 이루어지고, 강용액은 6-7a의 경로로 열교환이 이루어진다. 강용액과 열교환을 마친 상기 희용액은 흡수기(900)의 상단으로 이송된다(8-9b의 경로).
한편, 상기 기액분리기(400)에서는 가열된 냉매 가스로부터 여분의 수분이 제거되고(1d-2의 경로), 응축기(600)를 거치면서 응축된다(2-3의 경로).
상기 응축기(600)에서 나온 냉매(3의 지점)는 증발기(700)로 이송되며, 응축되지 않은 냉매 가스는 가스 분지관(500)을 통해 저장조(110)로 이송된다(3a-6의 경로).
한편, 상기 응축기(600)를 나온 액냉매는 증발기 입구로 이송되고(4a-4c의 경로), 상기 흡수기(900)에서 나온 냉매-보조가스 혼합물이 증발기 입구로 이송된다(4b-4c). 상기 증발기(700)의 입구(4c의 지점)에서, 상기 액냉매와 상기 냉매-보조가스 혼합물이 합류되어 증발기 내부를 유동한다.
상기 증발기(700)를 거치며 냉각이 이루어져서 원하는 곳으로 냉기를 제공할 수 있다(4c-5d). 이후에는, 상기 증발기(700)에서 증발된 냉매와 보조가스의 혼합물은, 상기 가스 열교환기(800)에서 흡수기를 통과해 온 냉매-보조가스 혼합물과 열교환될 수 있다(증발된 냉매와 보조가스의 혼합물은 5d-5b의 경로, 흡수기를 통과해 온 냉매-보조가스 혼합물은 5a-5c의 경로)
상기 가스 열교환기를 나온 액냉매 및 보조가스 혼합물(5b의 지점)과, 가스 분지관(500)을 나온 불응축 냉매(3a의 지점)는, 서로 합류하여 저장조(110)로 이송된다.
한편, 상기 흡수기(900) 상단에서는 용액열교환기(100)를 나온 상기 희용액이 공급되며, 냉매-보조가스 혼합물과 대향류를 형성한다(희용액은 9b-10의 경로이고, 냉매-보조가스 혼합물은 10-9a의 경로). 상기 흡수기(900)의 내부를 유동하는 매체는 서로 반대방향, 즉 대향류를 형성함으로써 흡수성능이 높아지도록 한다.
상기 흡수기(900)를 통과하며 상기 희용액과 상기 냉매-보조가스 혼합물 간에 냉매 전달이 일어나 상기 희용액은 상기 강용액으로 재생될 수 있다.
실시예에 따른 확산형 흡수식 냉각장치는, 냉매로서, 트랜스-1, 3, 3, 3-테트라 플루오로 프로펜(R-1234ze(E)) 및 2, 3, 3, 3-테트라 플루오로 프로펜(R-1234yf)의 단일재 또는 적정한 비율의 혼합물을 냉매로 사용할 수 있다.
실시예에 따른 확산형 흡수식 냉각장치는, 흡수제로서 알킬 아세트 아마이드 및 포름 아마이드의 단일재 또는 적정한 비율의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 알킬 아세트 아마이드는 선형 알킬 아세트 아마이드를 사용할 수 있고, 상기 선형 알킬 아세트 아마이드로는 DMAC(디메틸 아세트 아마이드)를 사용할 수 있고, 포름 아마이드로는 DMF(디메틸 포름 아마이드)를 사용할 수 있다.
실시예에 따른 확산형 흡수식 냉각장치는, 상기 보조가스로서 헬륨 및 아르곤으로 예시되는 비활성기체의 단일제 또는 적정비율의 혼합물을 사용할 수 있다.
도 3은 냉매로서 트랜스-1, 3, 3, 3-테트라 플루오로 프로펜을 사용하고, 흡수제로서 DMAC를 사용하고, 보조가스로서 헬륨을 이용한 확산형 흡수식 냉각장치의 보조가스의 압력별로 증발기의 최저온도를 나타내는 그래프이다. 이때, 냉매-흡수제의 중량비(냉매무게/(냉매무게+흡수제무게))는 40wt%이다.
도 4는 냉매로서 2, 3, 3, 3-테트라 플루오로 프로펜을 사용하고, 흡수제로서 DMAC를 사용하고, 보조가스로서 헬륨을 이용한 확산형 흡수식 냉각장치의 보조가스의 압력별로 증발기의 최저온도를 나타내는 그래프이다. 이때, 냉매-흡수제의 중량비(냉매무게/(냉매무게+흡수제무게))는 35wt%이다.
이미 설명된 바와 같이, 확산형 흡수식 냉각장치는 보조가스의 충전압이 설계인자가 될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 보조가스의 충전압력이 2bar 이하로 낮은 경우에는, 상기 발생기(210)에서 발생되는 냉매 증기의 평형 온도가 낮아질 뿐 아니라, 응축압력의 저하로 인하여 응축기에서의 응축온도도 낮아진다. 따라서, 외기 온도가 일정한 조건에서 응축온도가 낮아지면 외기와의 온도차가 감소하여 응축기에서의 응축 능력이 떨어지게 되고, 이로 인하여 냉매 순환이 원활하지 못하게 되기 때문에 시스템이 정상적으로 작동하지 못하는 것을 확인할 수 있다.
상기 보조가스의 충전압력이 8bar이상으로 지나치게 높으면, 위와 반대의 현상이 발생하여 시스템이 정상적으로 동작하지 못하는 것을 확인할 수 있다.
이미 설명된 바와 같이, 확산형 흡수식 냉각장치는 냉매-흡수제의 비율이 설계인자가 될 수 있다.
상기 냉매-흡수제의 비율은, 동일한 히터 용량에서의 상기 냉매기포의 발생량, 강용액과 희용액의 농도차, 및 흡수기 온도에 영향을 미쳐서 확산형 흡수식 냉각장치의 주요변수가 된다.
예를 들어, 상기 냉매-흡수제의 비율(충전농도라고 할 수도 있다)이 낮을 경우 동일한 열량이 주어지는 경우에, 확산형 흡수식 냉각장치의 사이클 구동에 필요한 냉매 발생량이 충분하지 않게 된다. 구체적으로, 사이클 구동에 필요한 강용액과 희용액의 농도 기울기가 충분치 않아서 기본적인 사이클 구동이 되지 않을 수 있다.
발명자는 상기 배경하에서 상기 트랜스-1, 3, 3, 3-테트라 플루오로 프로펜을 사용하고, 흡수제로서 DMAC를 사용하고, 보조가스로서 헬륨을 이용한 확산형 흡수식 냉각장치의 보조가스의 압력과 냉매-흡수제의 중량비(냉매무게/(냉매무게+흡수제무게))를 달리하면서, 다수의 실험을 수행하였다. 그 결과를 도 5 내지 도 8을 이용하여 설명한다.
도 5와 도 6은 분위기를 겨울로 가정하여 대기온도를 18도씨로 정하고, 보조가스의 압력(수직축)과 냉매-흡수제의 중량비(수평축)를 달리하면서, 증발기의 온도를 정리한 테이블로서, 도 5는 측정값을 나타낸 도면이고, 도 6은 측정값의 온도를 색상으로 나타내고 바람직하게 제시되는 구역을 도시하는 도면이다.
도 7과 도 8은 분위기를 여름으로 가정하여 대기온도를 28도씨로 정하고, 보조가스의 압력(수직축)과 냉매-흡수제의 중량비(수평축)를 달리하면서, 증발기의 온도를 정리한 테이블로서, 도 7은 측정값을 나타낸 도면이고, 도 8은 측정값의 온도를 색상으로 나타내고 바람직하게 제시되는 구역을 도시하는 도면이다.
도 9는 상기 2, 3, 3, 3-테트라 플루오로 프로펜을 사용하고, 흡수제로서 DMAC를 사용하고, 보조가스로서 헬륨을 이용한 확산형 흡수식 냉각장치의 보조가스의 압력과 냉매-흡수제의 중량비(냉매무게/(냉매무게+흡수제무게))를 달리하면서, 다수의 실험을 수행한 결과로서 증발기와 발생기의 온도를 보이는 도면이다.
도 5 내지 도 9에서, 'X' 표시는 사이클이 정상적으로 동작하지 않은 것을 나타내고 '-' 표시는 예측이 가능한 것으로서 실험의 필요성이 없어서 수행되지 않은 것을 표시한다.
도 5 내지 도 9를 참조하면, 확산형 흡수식 냉각장치에서는 상기 냉매-흡수제의 중량비만이 아니라, 상기 보조가스의 압력도 원활한 사이클의 구동에 필수적임을 확인할 수 있었다.
구체적으로 설명한다.
냉매-흡수제의 중량비가 낮을 경우 냉매 발생량이 줄어 들기 때문에 원활한 냉동 시스템이 구동되지 않고, 보조가스 충진 압력이 낮을 경우 응축 압력 저하로 인하여 냉매의 순환이 원활하지 못하기 때문에 냉동 시스템이 정상적으로 구동하지 않는다.
냉매-흡수제의 중량비가 감소하고 보조가스의 충진 압력이 증가 할수록 증발기 온도는 감소한다. 냉매-흡수제의 중량비가 낮고 보조가스 충진 압력이 낮은 경우 원활한 시스템 구동이 되지 않는다.
반대로 냉매-흡수제의 중량비가 너무 높은 경우에, 보조가스 충진압력이 너무 높은 경우에도 원활한 시스템 구동이 되지 않는다. 또한, 보조가스 충진 압력이 높을 경우에는, 발생기 온도가 상승하여 냉매의 임계 온도에 영향을 미치고, 기기의 손상을 초래할 수 있다.
위와 같은 배경 하에서, 도 6과 도 8에 보이듯이, 확산형 흡수식 냉각장치의 냉매-흡수제의 중량비는 30wt%이상 65wt%이하이고, 보조가스의 충진압력은 2.0bar이상 8.0bar이하인 것이 바람직하다.
바람직하게는, 확산형 흡수식 냉각장치의 냉매-흡수제의 중량비는 30wt%이상 55wt%이하이고, 보조가스의 충진압력은 3.0bar이상 7.0bar이하인 것이 바람직하다. 이 경우에는 큰 냉각능력이 요구되지 않는 와인셀러의 경우에 적용될 수 있을 것이다.
더 바람직하게는, 확산형 흡수식 냉각장치의 냉매-흡수제의 중량비는 35wt%이상 50wt%이하이고, 보조가스의 충진압력은 3.5bar이상 6.0bar이하인 것이 바람직하다. 이 경우에는 큰 냉각능력이 요구되는 일반 가정용 냉장고의 경우에 적용될 수 있을 것이다.
한편, 도 9에 보이듯이, 2,3,3,3-테트라 플루오로 프로펜을 냉매로 단독으로 사용하는 경우에는, 확산형 흡수식 냉각장치의 냉매-흡수제의 중량비는 35wt%이상 45wt%이하이고, 보조가스의 충진압력은 5.0bar이상 8.0bar이하인 것이 바람직하다.
도 10은 냉매와 흡수제 별로 흡수율을 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 일 예로 냉매로서 트랜스-1,3,3,3-테트라 플루오로 프로펜과 1-클로로-3,3,3-트리 플루오로 프로펜을 사용하고, 흡수제로서, DMAC, DMF, 프로필렌 글리콜, 트리 에틸렌 그리콜, 및 디에틸 글리콜을 사용하는 경우의 흡수율을 도시하였다.
도 10에서 보이듯이, 1-클로로-3,3,3-트리 플루오로 프로펜(R1233zd)의 경우 모든 유기 용매에 낮은 흡수율을 나타내며, 이는 도 11에 제시하는 바와 같이, 냉매가 상온에서 포화 압력이 낮아 용매와 분압 차이가 크지 않기 때문에 포화 흡수량이 낮은 것으로 추측된다.
예를 들어, 25도씨에서의 포화압력이 1-클로로-3,3,3-트리 플루오로 프로펜의 경우에는 129.6 kPa이고, 트랜스-1,3,3,3-테트라 플루오로 프로펜의 경우에는 500 kPa이었다.
한편, 트랜스-1,3,3,3-테트라 플루오로 프로펜 냉매와 아마이드계 흡수제를 사용한 혼합용액을 조합하는 경우에는, 최대 55wt% 이상의 냉매 흡수량을 나타내고, 글리콜 오일은 종류에 상관없이 트랜스-1,3,3,3-테트라 플루오로 프로펜 및 1-클로로-3,3,3-트리 플루오로 프로펜 모두에 경우에 대하여 낮은 흡수율을 보여 확산형 흡수식 냉각장치에 사용 불가능함을 확인할 수 있다.
본 발명에 따르면, 낮은 GWP를 가지는 냉매를 확산형 흡수식 냉각장치의 가능성을 확인하고, 확산형 흡수식 냉각장치의 시장확대에 기여할 수 있다.
본 발명에 의해서 제공되는 확산형 흡수식 냉각장치는 저소음이 요구되는 환경에 특히 적용되어 소비자의 만족을 증진시키고 새로운 시장의 지평을 열 수 있을 것이다.
100: 용액 열교환기
110: 저장조
200: 발생기
300: 기포펌프
400: 기액분리기
500: 가스 분지관
600: 응축기
700: 증발기
800: 가스 열교환기
900: 흡수기

Claims (10)

  1. 가스상태인 냉매 가스를 포함하는 냉매기포를 발생시키는 발생기;
    상기 냉매기포를 이용하여 저 농도의 냉매가 흡수제에 녹아 있는 희용액을 함께 밀어 올리는 기포펌프;
    상기 냉매 가스로부터 액체를 분리하는 기액분리기;
    상기 냉매 가스를 응축하는 응축기;
    상기 응축기를 통과한 뒤에 응축되지 못한 냉매 가스를 분기시키는 가스 분지관;
    상기 응축기를 통하여 응축된 액냉매를 증발시키는 증발기;
    상기 증발기에서 증발된 냉매를 이용하여, 상기 희용액을 강용액으로 재생하 흡수기;
    상기 증발기에서 증발된 냉매와 상기 흡수기를 통과한 냉매-보조가스 혼합물을 열교환하는 가스 열교환기;
    상기 액냉매와 보조가스가 저장되는 저장조; 및
    고온의 상기 희용액과 저온의 상기 강용액을 열교환시키는 용액 열교환기가 포함되고,
    상기 냉매로는, 낮은 GWP를 가지는, 트랜스-1, 3, 3, 3-테트라 플루오로 프로펜(R-1234ze(E)) 및 2, 3, 3, 3-테트라 플루오로 프로펜(R-1234yf)의 단일재 또는 소정 비율의 혼합물이고,
    상기 보조가스는 헬륨 및 아르곤을 포함하는 비활성기체의 단일제 또는 소정 비율의 혼합물이고,
    상기 냉매와 상기 흡수제의 비를 나타내는 냉매-흡수제의 중량비는 30wt%이상 65wt%이하이고, 상기 보조가스의 충진압력은 2.0bar이상 8.0bar이하인 확산형 흡수식 냉각장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수제는, 알킬 아세트 아마이드 및 포름 아마이드의 단일재 또는 소정 비율의 혼합물인 확산형 흡수식 냉각장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 알킬 아세트 아마이드는 선형 알킬 아세트 아마이드를 사용하는 확산형 흡수식 냉각장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 알킬 아세트 아마이드는 DMAC, 포름 아마이드는 DMF인 확산형 흡수식 냉각장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매-흡수제의 중량비는 30wt%이상 55wt%이하이고, 상기 보조가스의 충진압력은 3.0bar이상 7.0bar이하인 확산형 흡수식 냉각장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매-흡수제의 중량비는 35wt%이상 50wt%이하이고, 상기 보조가스의 충진압력은 3.5bar이상 6.0bar이하인 확산형 흡수식 냉각장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜가 단독으로 사용되는 경우에, 상기 냉매와 상기 흡수제의 비를 나타내는 냉매-흡수제의 중량비는 35wt%이상 45wt%이하이고, 보조가스의 충진압력은 5.0bar이상 8.0bar이하인 확산형 흡수식 냉각장치.
  10. 낮은 GWP를 가지는, 트랜스-1, 3, 3, 3-테트라 플루오로 프로펜(R-1234ze(E)) 및 2, 3, 3, 3-테트라 플루오로 프로펜(R-1234yf)의 단일재 또는 소정 비율의 혼합물인 냉매 가스가 응축기에서 응축되는 단계;
    상기 응축기에서 나온 액냉매가 증발기 입구로 이송되며, 흡수기에서 나온 냉매가 보조 가스와 혼합되어 증발기 입구로 이송되는 단계;
    상기 증발기 입구에서 액냉매와 냉매와 보조가스 혼합물이 합류하는 단계;
    상기 증발기를 거치며 냉각이 이루어지는 단계;
    가스 열교환기를 지나 열교환을 한 액냉매 및 보조가스 혼합물이 불응측 냉매 가스와 합류하여 용액탱크로 이송되는 단계; 및
    상기 용액탱크로부터 기포펌프로 강용액이 이송되는 단계를 포함하고,
    상기 보조 가스는 헬륨 및 아르곤을 포함하는 비활성기체의 단일제 또는 소정 비율의 혼합물이고,
    상기 냉매와 흡수제의 비를 나타내는 냉매-흡수제의 중량비는 30wt%이상 65wt%이하이고, 상기 보조가스의 충진압력은 2.0bar이상 8.0bar이하인 확산형 흡수식 냉각방법.
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