KR20010041159A - 유기 금속액 흡수제를 사용하는 열펌프 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 특정 용도를 위해 맞춰진 열물리학적 특성을 가질 수 있는 유기 금속액 흡수제의 군에 관한 것이다. 또한, 본 발명에는 이러한 액체 흡수제를 제조하는 공정 및 이의 열역학적 특성을 최적화시키기 위한 방법이 포함된다. 이들 유기 금속액 흡수제는 압축기 구동 및 열 구동 열펌프(50) 및 극저온 냉각기(99)에 사용된다. 최적의 열역학적 특성을 갖는 경우, 이들 열펌프 시스템은 매우 효율적이다. 이러한 액체 흡수제는 환경에 유해하지 않으며, 비독성이고, 비부식성이어서 환경을 오염시키지 않고 매우 효율적인 열펌프, 냉장고, 공기 조화기, 공정열 및 냉각 시스템, 전기 냉각 시스템, 극저온 냉각기 및 기체 분리 공정에 적용될 수 있다.
Description
가열, 환기, 공기 조화 및 냉각(HVAC＆R) 산업은 환경에 유해한 클로로플루오로카본(CFC) 냉매의 대체를 규정하는 몬트리올 프로토콜로 인해 중대한 변화가 일어나고 있다. 냉각 설비 제조업자들은 환경에 덜 유해한 HCFC 및 HFC 냉매로 전환시키고 있으나, 이들 물질은 또한 완전히 양성이 아니기 때문에 단계적으로 제거되어야 한다. 그러나, 이러한 산업은 어느 새로운 냉매가 미래 시스템의 최선이 되느냐에 대해서는 불확실하다. 유럽에서는 HVAC＆R 산업이 프로판 및 이소부탄을 포함하는 탄화수소(HC) 냉매로 전환되고 있으나, 이들은 가연성이고, 미국 건축 법규에 의해 실내에는 허용되지 않는다. 1997년 교토 프로토콜은 미국 및 산업화된 대부분의 국가에 가까운 장래에 CO2제조 및 기타 온실 가스 방출을 상당히 감소시킬 것으로 규명하였다. 또한, 이러한 산업은 정부 규제에 의해, 전기 유용물에 의해 및 소비자에 의해 냉각 제품을 보다 효율적으로 제조할 것을 강요받고 있다. 전력이 부족한 세계 많은 지역에서, 전기 유용물은 보다 효율적인 시스템을 위한 인센티브를 부여하고 있으며, 일부 지역에서는 열구동 시스템이 요구되고 있다. 미국에서, 보다 효율적인 빌딩 및 제품을 개발하는 연방 정부의 연구가 증가되고 있으며, 열펌프 및 공기 조화기를 포함하는 보다 효율적인 제품에 대해 세금 공제를 포함하는 인센티브가 제시되고 있다.
분명히, 열펌프, 공기 조화기, 냉장고 및 공정열(process heat) 및 냉각 시스템을 위한 보다 효율적이고 환경오염 방지 기술을 제공하고자 하는 HVAC＆R 산업에 대한 범세계적인 요구가 쇄도하며 이에 대한 기회가 방대하다.
금속 수소화물, 실리카 겔 및 탄소 흡수제를 포함하는 많은 고체 흡수제 열펌프 기술이 연구되었으나, 이러한 과립 고체는 열전달이 불량하여 열용량이 높은 고정된 반응 용기에 사용되어야 한다. 이러한 고체 흡수제 열펌프 시스템의 효율은 이러한 높은 열용량 반응 용기의 열적 순환과 관련된 대규모 기생적 열손실을 겪게 된다.
액체 흡수제는 고체 흡수제에 비해 상당한 이점을 가지는데, 그 이유는 액체는 펌핑될 수 있고, 열전달 특성이 보다 우수하여, 냉각 장비에서 큰 이점이 있기 때문이다. 통상적으로 암모니아/물 및 브롬화리튬/물의 액체 흡수제 혼합물이 오랫 동안 사용되어 왔다. 리튬/브로마이드 시스템은 부식 및 결정화가 유발된다. 이전의 "서벨(Servel)" 암모니아/물 흡수열 펌프의 개선된 형태인 발생기-흡수제 열교환(GAX) 열펌프는 현재 일반적인 흡수열 펌프에 비해 효율을 50%까지 개선시키기 때문에 상당한 정부 지원금을 받고 있다. 그러나, 암모니아는 독성이며 가연성이고, 냉각 시스템에서 통상적으로 사용되는 구리와 상용가능하지 않다. 더욱이, GAX 열펌프는 복잡하고 비용이 상당히 높기 때문에 초기 HVAC＆R 면허인들에게 거부되었다.
당 기술의 대규모 세계적인 요구 및 결점으로 인해 본 발명의 상당한 이점 및 진보가 이루어진 것이다. 하기는 본원에 인용된 문헌이다.
Crabtree, R.H. Dihydrogen complexes: some structural and chemical studies. Accounts of Chemical Research 23: 95-100.
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발명의 요약
본 발명의 환경 오염 방지 액체 흡수제 및 매우 효율적인 흡수열 펌프 시스템은 상기 언급된 문제를 대부분 해결하였다. 본 발명의 일면은 다량의 기체를 가역적으로 흡수 및 탈착할 수 있는 유기 금속액 흡수제의 군에 관한 것이다. 수소 흡수액은 하이소브액(HySorb liquids)이라고 하고, 질소 흡수 액체는 니소브액(NiSorb liquids)이라고 한다. 기체가 이러한 액체에 흡수되는 경우, 발열 과정이 일어나서, 다량의 흡수열이 방출된다. 이러한 열은 공간 가열, 공정열, 물 가열 또는 그 밖의 유용한 가열 적용에 사용될 수 있다. 가스가 이러한 액체로부터 방출되는 경우, 흡열 과정이 일어나, 방출열로 인해 다량의 냉각을 제공한다. 이러한 냉각 효과는 열펌프, 공기 조화기, 냉장고, 제빙기, 제습기, 전기 냉각 시스템, 냉각 공정 또는 기타 냉각 적용을 위한 냉각을 발생시키는 데 사용될 수 있다. 이러한 유기 금속액 흡수제는 또한 산업상 공정에서 기체를 흡수 및 분리시키는데 사용될 수 있다.
하이소브 유기 금속액 흡수제는 가역적으로 수소 기체를 가역적으로 흡수 및 탈착시키는 (η5-C5H5)FeH(H2){P(CH3)3]이다. 본 발명자들은 금속 원자 증기 합성법을 통해 제조된 출발 물질(C6H6)Fe(PMe3)2로부터 4단계 공정에 의해 상기 하이소브액을 합성하였다.
니소브 유기 금속액 흡수제는 다량의 질소 기체를 흡수하여 교환액과 함께 사용되어 특이적 열역학적 특성을 얻는 {η5-C5H4(CH3)}Mn(CO)3(N2)이다. 교환액은 테트라히드로푸란(THF), 아세톤 및 에테르를 포함하는 유기 화합물로 이루어진 군의 하나 이상의 성분으로부터 선택될 수 있다. 또한, 교환액의 혼합물은 니소브액과 함께 사용되어 특이적인 열역학적 특성을 얻을 수 있다. 또한, 열역학적 특성과 니소브액의 혼화성은 유기금속 착물의 화학 구조 변경에 의해 달라질 수 있다. 예를 들어, 관련된 착물은 니소브액의 메틸시클로펜타디에닐 리간드를 다른 시클로펜타디에닐, Cp, 비치환된 Cp와 같은 리간드, 기타 알킬(즉, 에틸, 프로필, 부틸)Cp, 및 작용성화된 알킬기(즉, C(O)OH, NH2, OR, NO2SR, PR2및 SO3)를 함유하는 Cp 리간드로 치환시키므로써 제조될 수 있다.
니소브액은 예를 들어, 경제적이고, 다량으로 상업적으로 입수할 수 있는 MMT로 불리우는 저렴한 출발물질, {η5-C5H4(CH3)}Mn(CO)3로 개시되는 공정에 의해 제조될 수 있다. 본 발명의 공정은 이질소(N2)에 의해 MMT의 카르보닐 리간드를 광치환시켜 개시된다. 이 공정은 테트라히드로푸란(THF) 용액중에서 수행되며, 이는 THF 부가생성물인 {η5-C5H4(CH3)}Mn(CO)2(THF)를 생성시킨다. 이질소에 의한 THF 리간드의 치환과 THF 용매의 제거는 질소 기체로 용액을 스위핑(sweeping)시키므로써 달성된다. 정제된 니소브액은 진공하에서의 미정제 생성물의 트랩 투 트랩 증류(trap to trap distillation)시켜 90% 초과의 순도로 얻어진다.
본 발명의 또 다른 광범위한 일면은 유기 금속액 흡수제를 사용하여 가열 및 냉각을 발생시키는 흡수열 펌프에 관한 것이다. 흡수열 펌프는 흡수기, 탈착기, 액체 대 액체 열 교환기, 액체 펌프, 감압기, 유기 금속액 흡수제, 냉각 기체, 기체 압축기, 연결 액체관 및 연결 기체관을 포함한다. 상기 액체 흡수제는 적합한 열역학적 특성을 갖는 유기 금속 리간드의 군중 하나이고, 냉각 기체는 이러한 액체 흡수제에 의해 용이하게 흡수되는 적합한 기체이다. 기체 압축기는 저압에서 탈착기로부터의 냉각 기체를 탈착시키고, 이 기체를 고압에서 흡수기로 압축하여 흡수되게 한다. 액체 펌프는 외부 전력에 의해 구동되도록 조절되어 유기 금속액 흡수제를 펌핑하여 저압의 탈착기로부터, 열교환기의 어느 한측을 통하고, 흡수기를 통해서 열교환기의 다른 한측으로 다시 통하고, 감압기를 통해 다시 탈착기로 가게 한다. 액체 대 액체 열교환기는 흡수기를 빠져나가는 유기 금속액로부터 내부열을 회수하도록 하고, 이러한 열을 탈착기에서 나오는 유기 금속액에 전달한다. 탈착기는 유기 금속액 흡수제의 탈착열로부터 유도된 냉각을 제공하고, 흡수기는 유기 금속액 흡수제의 흡수열로부터 유도된 가열을 제공한다. 흡수기 및 탈착기는 핀면(finned surfaces) 및 팬(fans) 또는 액체 대 액체 열교환기, 자동 온도 조절 장치와 같은 적합한 열교환 수단을 가지며, 이들이 열을 주변 공기 또는 실내 공기일 수 있는 그 주변에 전달하도록 제어한다. 기체 압축기는 외부 전력에 의해 구동되도록 조절되는 기계식 기체 압축기일 수 있다.
또한, 기체 압축기는 압축된 냉각 기체를 흡수열 펌프에 제공하는 재생기 루프를 포함하는 열구동 수착 기체 압축기일수 있다. 재생기 루프는 적합한 열역학적 특성을 갖는 특이적인 유기 금속액 흡수제를 갖는다. 재생기 루프는 흡수기, 탈착기, 액체 대 액체 열교환기, 액체 펌프, 감압기, 유기 금속액 흡수제, 냉각 기체, 연결 액체관 및 연결 기체관을 포함한다. 재생기 루프의 탈착기는 냉각 기체를 탈착하도록 가열되어 흡수열 펌프에 가스 압축을 제공한다. 액체 펌프는 외부 전력에 의해 구동되도록 조절되어 유기 금속액 흡수제를 펌핑하여 저압의 흡수기로부터, 열교환기의 어느 한측을 통하고, 탈착기를 통해서 열교환기의 다른 한측으로 다시 통하고, 감압기를 통해 다시 흡수기로 가게 한다. 액체 대 액체 열교환기는 탈착기를 빠져나가는 유기 금속액로부터 내부열을 회수하도록 하고, 이러한 열을 흡수기에서 나오는 유기 금속액에 전달한다. 흡수기는 냉각이 형성되는 연결된 흡수열 펌프의 탈착기로부터의 기체 및 거의 주변 온도에서 주위로 거부된 열을 흡수하도록 저압에서 작동한다. 재생기 루프의 흡수기는 주면 실외 공기일 수 있는 주위와 열을 교환하는 적합한 열교환 수단을 갖는다. 탈착기는 적합한 열교환 수단을 가져 기체 점화 히터, 태양열 히터, 공정 히터, 전기 히터 또는 기타 다른 유형의 히터에 의해 가열될 수 있다. 이러한 열펌프는 공기 조화, 가열, 냉각, 제빙, 제습, 전기 냉각, 수가열 및 냉각, 공정 냉각 및 가열 또는 기타 유용한 가열 및 냉각을 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 광범위한 일면은 기체 팽창기에 연결된 수착 기체 압축기를 포함하는 극저온 냉각기에 관한 것이다. 이러한 수착 기체 압축기의 작동은 상기 기재된 열구동 수착 기체 압축기와 동일하다. 수착 기체 압축기의 흡수기는 저압에서 극저온 냉각기 출구로부터의 기체를 흡수하고, 거의 주변 온도에서 주위로 열을 방출한다. 탈착기는 탈착하도록 가열되고, 기체 팽창기로 고압 압축 기체를 제공한다. 수착 기체 압축기에 의해 압축된 기체는 기체 팽창기를 통과하는 기체와 동일하게 극저온 냉각된다. 기체 팽창기는 제어 밸브, 하나 이상의 기체 대 기체 열교환기, 주울-톰슨 팽창기, 임의의 터보팽창기, 극저온 냉각기 공간 및 연결 기체관을 포함한다. 연결 기체관은 탈착기로부터의 압축된 기체를 수용하여 이 기체를 임의의 예비 냉각 열교환기 및 제어 밸브를 통과시키고, 제어 밸브에서는 상기 기체를 두개의 스트림으로 분리시킨다. 제 1 스트림 분획은 추가의 냉각을 위해 하나 이상의 기체 대 기체 열교환기를 통과하고, 주울-톰슨 팽창기를 통과하는데, 상기 팽창기에서는 극저온 냉각기 공간에서 극저온을 달성한다. 제어 밸브에서 나오는 잔류하는 기체 분획은 하나 이상의 기체 대 기체 열교환기를 통해, 그리고 임의의 터보 팽창기 및 하나 이상의 추가 열교환기를 통해 냉각되어 주 기체 스트림과 재합류하기 전에 주 기체 스트림에 예비 냉각을 제공한다. 합류된 기체 스트림은 기체관과 임의의 열교환기를 통과하여 기체 예비 냉각을 제공한 후, 연결 기체관을 통해 배출되어 수착 기체 압축기의 흡수기로 유입된다. 냉각 기체는 극저온 냉각 공간에서 액화될 수 있다. 수소 기체는 하이소브액이 수착 압축기에 사용되는 경우에 극저온 냉각될 수 있다. 질소 기체는 니소브액이 수착 압축기에 사용되는 경우에 극저온 냉각될 수 있다. 다른 기체도 극저온 냉각될 수 있으며, 수착 기체 압축기에 적합한 유기 금속액 흡수제로 액화되는 것이 가능하다.
도면의 간단한 설명
도 1은 하이소브액의 합성을 위한 화학 공정도이다.
도 2는 니소브액의 합성을 위한 화학 공정도이다.
도 3은 압축기 구동 니소브 열펌프의 개략도이다.
도 4는 열구동 니소브 열펌프의 개략도이다.
도 5는 열구동 하이소브 극저온 냉각기의 개략도이다.
본 발명은 일반적으로 빌딩 및 공정에 대해 환경 오염시키지 않고 매우 효과적인 가열 및 냉각을 제공하는 유기 금속액 흡수제 및 흡수열 펌프, 및 관련된 냉각 및 공기 조화 기술에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 다량의 기체를 가역적으로 흡수하고 탈착할 수 있는 유기 금속액 흡수제의 군이 개발되었다. 수소를 흡수하는 유기 금속액은 하이소브액이라하고, 질소를 흡수하는 유기 금속액은 니소브액이라 한다. 이들 액체는 흡수열 펌프, 공기 조화기, 냉장고, 제빙기, 공정열 및 냉각 시스템, 기체 분리 공정 및 수착 극저온 냉각기에 사용될 수 있다. 이러한 액체를 제조하는 제조 공정이 기술된다. 유기 금속액 흡수제를 사용하는 압축기 구동 및 열 구동 흡수열 펌프가 기술되며, 이러한 열펌프는 가열 및 냉각을 생성시킨다. 또한, 기체 팽창 극저온 냉각기에서 팽창을 위한 가압 기체를 생성시킬 수 있는 열구동 수착 기체 압축기가 기술된다.
유기 금속액 수소 흡수제
이전 연구에서는, 일부 금속 착물이 다량의 수소를 수 중량%까지 흡수할 수 있는 것으로 보고하였으나, 이전에 보고된 모든 착물은 고체이다[참조: Kubas 1988; Brabtree 1990; Heinekey and Oldham 1993]. 주위 온도에서 액체인 가역적 수소 흡수 물질은 오직 본 발명의 하이소브액, 즉, (η5-C5H5)FeH(H2){P(CH3)3}이다. 본원에서 하이소브액을 제조하기 위한 출발물질 (C6H6)Fe(PMe3)2는 금속 원자 증기 합성법을 통해 제조되었다. 이러한 액체의 특징화는 다핵 핵자기 공명(NMR) 분광법에 의해 달성되었다. 하이소브액의 가변온도 H NMR 분광 연구로 수소의 가역적 흡수/탈착에 대한 열역학적 데이타 및 평형 상수를 얻었다. 이러한 평형 상수의 반 호프 플롯(van't Hoff plot)은 ΔH = -8,000cal/몰 H2의 흡수열과 ΔS = -30cal/몰 -K의 상응하는 엔트로피 변화에 대한 값을 제공하였다. 이 액체의 열용량 및 밀도는 실온에서 각각 1.6J/g-K 및 1.5g/cm3이고, 수소 흡수율은 수소 저장에 통상적으로 사용되는 보다 우수한 금속 수소화물과 동일한 약 1.3중량%이다. ΔH/cp비는 예를 들어 암모니아/물의 것보다 대략 10 내지 15배로, 흡수제로서 하이소브액을 사용하는 보다 조밀하고 높은 전력 밀도의 흡수열 펌프가 가능하다.
도 1에서, 공정 단계는 가역적인 수소 흡수 유기금속 하이소브액, (η5-C5H5)FeH(H2){P(CH3)3}(1)의 화학 합성을 나타낸 것이다. 여기서, 출발 물질 (C6H6)Fe(PMe3)2(2)는 금속 원자 증기 합성법을 통해 제조되었다. C5H6로 처리하는 경우, 제 1 중간물질 (C6H6)Fe(PMe3)2(3)이 생성된다. 이 제 1 중간물질이 CH2Cl2로 처리되는 경우, 제 2 중간물질 (C6H6)Fe(PMe3)2(4)이 생성된다. 이 제 2 중간물이 MgCl(CH2CH3)로 처리된 후, 제 3 중간물질 (C6H6)Fe(PMe3)2(5)이 생성된다. 상기 중간물질(5)은 이후 1atm의 H2기체에 노출되고, 광반응기에서 조사되어 하이소브액이 제조되는 것이다.
유기 금속액 질소 흡수제
현재까지, 오직 하나의 액체 유기금속 이질소 착물이 제조되었다. 본 발명의 니소브액으로 불리우는 착물, {η5-C5H4(CH3)}Mn(CO)2(N2)은 특이적인 공정에 의해 개발되었고, 그의 열물리학적 특성이 측정되었다. 이러한 니소브액은 제조가 용이하고, 하이소브액보다 저렴하다. 본 발명에서, 흡수열 펌프 및 관련된 에너지 시스템에서의 흡수제로서의 니소브액의 사용은 특이적이다. 이러한 착물은 원래 비료를 위한 질소 고정화 방법을 연구하였으나, 에너지 시스템으로의 적용은 예상하지 못했고, 그의 열역학적 특성을 측정하지 않은 셀만(Sellmann 1971)에 의한 더욱 복잡한 다단계 합성을 통해 제조되었다. 본 발명자들은 MMT로 불리우는 저렴한(＜$40/Kg) 출발물질인 {η5-C5H4(CH3)}Mn(CO)3로부터 제조하는 단순화되고 직접적인 방법을 발견하였다. 본원의 니소브액의 합성은 이질소에 의한 MMT의 카르보닐 리간드의 광치환이 관련되어 있다. 이 반응은 테트라히드로푸란(THF) 용액 중에서 수행되며, THF 부가생성물인 {η5-C5H4(CH3)}Mn(CO)2(THF)의 초기 형성과 관련된다. 광반응기를 사용하는 THF 부가생성물의 합성은 착물의 에너지론에는 관심이 없었던 스트로마이어(Strohmeier) 등에 의해 처음으로 보고되었다[참조: Strohmeier, 1963]. 본 발명자들은 또한 태양광을 사용하여 제조될 수 있음을 밝혀냈으며, 이는 대체물로서의 경제적인 태양광 조사를 시사한다. 본 발명의 니소브액의 제조 방법에서, THF 용매의 탈착와 함께 이질소, N2에 의한 THF 리간드의 추가 치환이 용액을 질소 기체 스트림으로 스위핑시키므로써 달성된다. 정제된 니소브액은 진공하에서의 미정제 생성물의 트랩 투 트랩 증류시켜 90% 초과의 순도로 얻어진다.
니소브액은 2024(νNN), 1942 및 1904(νCO)cm-1에서 특징적인 흡광도를 갖는 오렌지-갈색의 액체이다. THF 용액 중에서의 니소브액의 경우에, 이질소 리간드는 THF에 의한 가역적인 치환이 일어나고, 니소브액 {η5-C5H4(CH3)}Mn(CO)2(THF)과 {η5-C5H4(CH3)}Mn(CO)2(N2)간의 평형이 하기 식(1)(Sellman 1972)에 기재된 바와 같이 달성된다:
니소브액의 열역학적 특성은 10 내지 30℃의 온도에 걸쳐 NMR 기술에 의해 측정된 평형 상수로부터 측정되었다. 이러한 데이타의 반 호프 플롯은 THF와 함께 니소브액으로부터의 질소의 가역적 흡수/탈착에 대해 ΔH = -4.9kcal/몰이고, ΔS = -12.4cal/몰-K임을 시사한다.
상기 예에서, THF는 교환액 또는 용매로서 작용한다. 니소브액으로 다른 교환액이 사용되는 경우, 다른 열역학적 특성이 얻어진다. 예를 들어, 아세톤이 교환액으로 사용되는 경우, 보다 높은 열역학 값인 ΔH = -20kcal/몰 및 ΔS = -41cal/몰-K가 측정되었다. 또한, 에테르, 케톤, 알코올, 락톤, 에스테르, 디에틸렌 글리콜, 감마-부티롤락톤 또는 그밖의 배위 유기 화합물과 같은 다른 교환액이 사용될 수 있으며, 이들은 ΔH = -5.5kcal/몰이고, ΔS = -19cal/몰-K인 이상적인 값에 보다 근접한 열역학 값을 생성시킬 수 있다. 또한, 두개 이상의 교환액이 혼합되어 특이적인 열역학적 특성을 제공할 수 있다.
니소브액의 열역학적 특성 및 혼화성은 또한 유기금속 착물의 화학 구조의 변경에 의해 달라질 수 있다. 예를 들어, 관련 착물은, 니소브액의 메틸시클로펜타디에닐 리간드가 다른 시클로펜타디에닐, Cp, 비치환된 Cp와 같은 리간드, 기타 알킬(즉, 에틸, 프로필, 부틸)Cp, 및 작용성화된 알킬기(즉, C(O)OH, NH2, OR, NO2SR, PR2및 SO3)를 함유하는 Cp 리간드로 치환시키므로써 제조될 수 있다. 따라서, 니소브액 흡수제의 군은 저온의 극저온 냉각기로부터 고양력 열펌프 및 공정열 및 냉각 적용에까지 다양한 적용에 최적인 특성을 갖도록 제조될 수 있다.
본 발명의 또 다른 광범위한 일면은 하이소브액 및 니소브액이 기체의 혼합물로부터 수소 또는 질소를 분리시키는 기체분리 공정에 사용될 수 있다는 것이다. 하이소브액 및 니소브액을 포함하는 유기 금속액 흡수제는 환경에 유해한 영향을 전혀 미치지 않으며 비독성이다. 또한, 이들은 비부식성이여서 구리와 같은 종래의 냉각 물질이 사용될 수 있다. 따라서, 종래의 펌프, 열교환기 및 압축기를 포함하는 저렴한 냉각 성분이 사용되어 비용을 감소시키며, 신뢰성을 향상시킨다. 따라서, 비용이 저렴하고, 환경적으로 오염이 없는 유기 금속액은 차세대의 효율적인 전기 또는 열구동 냉장고, 냉동고, 공기 조화기, 제빙기, 열펌프 및 유사한 제품을 제공하는데 유효한 매우 효율적인 흡수열 펌프에 사용될 수 있다.
도 2에서는 가역적인 질소 흡수 유기금속 니소브액{η5-C5H4(CH3)}Mn(CO)2(N2)(10)의 화학 합성에 대한 공정 단계가 도시되어 있다. 니소브액(10)은 MMT라고 불리우는 출발 물질{η5-C5H4(CH3)}Mn(CO)3(11)로부터 제조될 수 있다. 이 반응은 테트라히드로푸란(THF) 용액(12) 중에서 MMT와 함께 광반응기에서 수행되며, 여기서 MMT(11)의 카르보닐 리간드(14)의 광치환이 일어나 THF 부가생성물 {η5-C5H4(CH3)}Mn(CO)2(THF)(13)을 형성한다. 반응의 진행은 용액으로부터 방출되는 CO 기체(14)의 부피를 측정하므로써 모니터링될 수 있다. 본 발명자들은 광반응이 태양광을 사용하여 달성될 수 있음을 밝혀냈으며, 이는 대체물로서의 경제적인 태양광 조사를 시사한다. THF(12) 용매의 탈착와 함께 이질소, N2(18)에 의한 THF 리간드의 추가 치환이 용액을 질소 기체 스트림(18)으로 스위핑시키므로써 달성된다. 정제된 니소브액은 진공하에서의 미정제 생성물의 트랩 투 트랩 증류시켜 90% 초과의 순도로 얻어진다.
니소브액(10)의 이질소 리간드는 테트라히드로푸란(THF)(12)에 의해 가역적으로 치환되며, 앞서 반응식(1)에 기재한 바와 같이 질소 기체(18)로 평형을 달성한다. THF(12)와 함께 용액중의 니소브액(10)의 열역학적 특성은 질소 기체(18)의 가역적 탈착에 대해 ΔH = -4.9kcal/몰이고, ΔS = -12.4cal/몰-K이다. THF(12)는 교환액으로서 작용한다. THF(12)이외의 교환액이 니소브액(10)으로 사용되는 경우, 상이한 열역학적 특성이 얻어진다. 따라서, 니소브액(10)은 다양한 흡수 장치에 최적의 수행능을 제공하도록 맞춰진 열역학적 특성을 가질 수 있다.
흡수열 펌프
본 발명의 또 다른 광범위한 일면은 두개의 반응기(흡수기 및 탈착기), 용액 열교환기, 액체 용액 펌프, 감압기 및 기체 압축기를 포함하는 흡수열 펌프에 관한 것이다. 흡수기, 탈착기, 용액 열교환기 및 펌프는, 내부열을 회수하도록 중앙에 배치된 열교환기를 갖는 루프에 관에 의해 연결되어 있다. 용액 열교환기는 액체 대 액체 열교환기이며, 보다 가온된 진한 액체 용액으로부터 열을 회수하고, 이를 냉각기의 묽은 액체 용액에 전달한다. 상기 용액 열교환기에 의해 제공된 상기 내부열 회수는 열펌프를 매우 효율적이게 한다. 기체 압축기는 탈착기와 흡수기 사이의 관에 의해 연결된다. 흡수기에서, 냉각 기체는 액체 흡수제로 흡수되고, 흡수열은 주위에 방출된다. 탈착기에서, 냉각 기체는 냉각을 제공하는 액체로부터 탈착된다.
흡수액은 탈착기와 흡수기 사이에서 안정되게 순환한다. 냉매 기체는 탈착기에서 액체로부터 안정되게 배출되어 온도(TC)에서 냉각 공간에 안정된 냉각을 제공한다. 기체 압축기는 기계식 기체 압축기일 수 있다. 수소 냉각 기체는 하이소브액과 함께 사용되며, 질소 냉각 기체는 니소브액 흡수제와 함께 사용된다. 압축기는 저압(pc)에서 탈착기로부터 기체를 탈착시키고, 이 기체를 고압(pm)에서 흡수 반응기로 압축시킨다. 기체를 pm으로 압축할 때, 온도는 Thc로 증가한다. 기체가 pm에서 Thc로 압축된 후에, 액체로 흡수되기 전에 임의의 내부냉각 열교환기 또는 흡수기에서 주위 온도(Tm)으로 냉각된다. 열펌프의 수행능은 하기 분석에 의해 주어진다.
마찰력이 없는 일정한 특이적 열을 가한 이상 기체의 단열(등엔트로피) 공정에 대해, 상태 1{p1, T1} 및 상태 2{p2, T2}의 관계는 하기와 같다:
개방된 압축기 시스템에서 안정된 흐름 공정에 대한 압축기 작업량은 하기와 같다:
상기 식에서,
Ec, v 및 R은 각각 압축기 효율, 기체 비부피 및 기체 상수이다.
온도(Tc)에서, 냉각 액체로부터 탈착되는 기체압은 반 호프 식에 의해 하기와 같으며,
온도(Tm)에서, 가온된 액체로 흡수되는 기체압은 반 호프 식에 의해 하기와 같다:
따라서, 압력비는 식(4) 및 (5)로부터 하기와 같이 얻어진다:
하이소브액으로부터 흡수되고 탈착된 기체의 압력 및 온도는 반 호프식(4) 및 (5)에 의해 나타내어진다. 식(6)은 식(3)과 결합되어 하기 식(7)과 같이 {pc, Tc} → {pm, Tm}의 압축기 작업 과정을 제공한다:
식(7)은 압축기로부터의 기체 흐름이 임의의 중간냉각 열교환기에 의해 Thc에서 Tm로 냉각된다는 가정을 포함한다.
요구되는 소량의 액체 펌핑 작업량은 하기 식에 의해 표현된다:
상기 식에서, νL은 액체 비부피이다.
냉각 기체 몰당 생성되는 냉각량은 하기 식(9)에 의해 표현된다:
상기 식에서,, c, MWgas2, cp,gas및 ΔTc는 각각 액체 몰량, 액체의 열용량, 기체의 몰중량, 기체의 열용량, 및 냉각측 액체 스트림의 온도차이다.
냉각 수행 효율(COPc) 및 통상적으로 사용되는 에너지 효율비(EERc)는 하기 식(10) 및 (11)에 의해 표현된다:
또한, 제 2 법칙 효율값을 하기 식(12)로부터 알 수 있다:
표 1은 ΔH = -5,500cal/몰 N2(-23,012J/몰 N2)이고, ΔS = -19.5cal/몰 H2-K(-81.6J/몰 N2-K)인 질소 냉각 기체 및 니소브액 흡수제로 작동하는 공기 조화기의 계산예이다. 니소브액은 그 자체로 13중량%의 N2흡수율과 교환액을 포함하여 약 7중량%의 N2흡수율을 갖는다. 이 결과는 N2기체 1몰을 기준으로 한 것이다. Tc= 8.31℃(47℉) 및 Tm= 46.1℃(115℉)인 표준 공기 조화기 성능에서, 상응하는 압력은 각각 pc= 0.97 및 pm= 3.12atm이며, 이는 단지 3.21의 압력비에 상응하는 것이다. 요구되는 압축기 작업량은cｗm= 3.8 x 106J/몰 N2(Ec= 0.85로 추정되는데, 이는 이러한 적은 압력비에 실행가능하다)이고, 생성된 냉각량은 1.97 x 107J/몰 N2이다. 펌프 작업량(ｗp= 40.7J/몰 N2)은 무시할 정도임을 유의한다. 얻어진 COPc및 EERc값은 제 2법칙 효율값, εSL이 0.69인 경우에 5.11 및 17.46Btu/W-hr이다. 따라서, 이러한 형태의 니소브 공기 조화기는 EERc가 10인 종래 열 펌프보다 약 70% 이상 효율이 매우 높다.
표 1 압축기 구동 니소브 공기 조화기의 성능 분석
특성:
ΔH = -5,500cal/몰 N2(-23,012J/몰 N2)
ΔS = -19.5cal/몰 H2-K(-81.6J/몰 N2-K)
CPL= 1.6J/g 액체-K, 니소브액의 비열
CP,N2= 1.04J/g N2-K, 질소 기체의 비열
ρL= 1.5g/cm3액체, 니소브액의 밀도
κ = 1.4, 비열의 비, 몰중량
MWH2= 28gm/몰 N2, 몰중량
Ec= 0.85, 낮은 압축비에서의 압축기 효율
조건:
Tm= 46.1℃(115℉), 주변 침강 온도
Tc= 8.3℃(47℉), 냉각 공간 온도
ΔTc= 5℃, 열교환기에 걸친 온도차
계산:
도 3에서, 흡수열 펌프(30)의 일 구체예는 흡수기(31) 및 탈착기(32), 용액 열교환기(33), 용액 펌프(34), 감압기(35), 액체 흡수제(36), 냉각 기체(37), 기계식 기체 압축기(38), 연결 액체관(39) 및 연결 기체관(42)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 용액 열교환기(33)는 액체 대 액체 열교환기로, 흡수기(31)에서 나오는 가온된 진한 액체 흡수제 용액(40)으로부터의 열을 회수하고, 이를 탈착기(32)에서 나오는 냉각된 묽은 액체 흡수제 용액(41)에 전달한다. 흡수제 용액(36)은, 액체관(39)을 통해 흡수기(31)와 탈착기(32) 사이를 순환한다. 기체 압축기(38)는 흡수기(31)와 탈착기(32) 사이의 기체관(42)에 의해 연결된다. 냉각 기체(37)는 탈착기(32)내 액체로부터 안정되게 배출되고, 흡수열(네가티브)(Qc)은 온도(Tc)에서 냉각 공간에 안정된 냉각을 제공한다. 흡수기(31)에서, 냉각 기체(37)는 액체 흡수제(36)로 흡수되고, 흡수열(Qm)은 주위 온도(Tm)에서 주변으로 방출된다. 냉각 기체(37)는 흡수액(36)가 하이소브액인 경우에는 수소일 수 있다. 냉각 기체(37)는 흡수액(36)가 니소브액인 경우에는 질소일 수 있다.
열 구동 열펌프
본 발명의 또 다른 광범위한 일면에 따르면, 기체 압축이 열 구동 수착 기체 압축기에 의해 제공될 수 있다. 두개의 상이한 흡수액이 본 시스템, 수착 기체 압축기 또는 재생기측상의 저압 "재생기" 액체 및 냉각을 제공하는 냉각측 또는 흡수열 펌프 상의 고압 "냉각" 액체에 사용된다. 냉각측에서, 상기액은 냉각 온도(Tc)에서 만족스럽게 작용하도록 설계된다. 재생기측에서, 상기액은 냉각 기체를 탈착하고 압축하도록 보다 높은 온도(Th)로 가열된다. 시스템의 각각의 절반에서 흡수 및 탈착 과정은 앞서 기술된 압축기 구동 시스템의 것과 유사하다.
냉각 탈착기에서 기체 몰당 냉각은 하기와 같이 주어지고:
재생기에서 압축에 요구되는 열은 하기와 같이 주어진다:
상기 식에서, 아래 첨자 1 및 2는 각각 재생기 및 냉각기 측을 나타낸다.
용어 ΔTh는 재생기측 액체 스트림의 온도차이다.
요구되는 소량의 액체 펌핑 작업량은 하기와 같이 주어진다:
따라서, COPc는 하기와 같이 주어진다:
카르노 효율(COPCARNOT) 및 제 2 법칙 효율(εSL)은 하기로부터 얻어진다:
상기 식에서, 카르노 COP 식(17)은 두 액의 반 호프식과, 인지할 수 있는 기생되는 열손실(ΔTC= 0 및 ΔTh= 0)이 없으며, 펌프 작업량(ｗp=0)이 없다는 가정을 포함한다. 알 수 있드시, 각 ｜ΔH ｜ 용어의 크기는 높은 효율을 달성하기 위해 최적화될 필요가 있으며, 이에 따라 최적을 열역학적 특성을 갖는 유기 금속액을 합성하는 능력이 매우 효율적이다.
표 2에서, 계산예는 두개의 니소브액을 갖는 냉장고에 대한 것이다. 냉각액은 ΔH2= -8,000cal/몰 N2(-33,472J/몰 N2) 및 ΔS2= -30cal/몰 N2-K(-125.52J/몰 N2-K)을 갖는다. 재생기 액체는 ΔH1= -4,000cal/몰 N2(-16,736J/몰 N2) 및 ΔS1= -12.1cal/몰 N2-K(-50.7J/몰 N2-K)을 갖는다. 이 결과는 N2기체 1몰을 기준으로 한 것이다. Tc= -13 및 Tm1= Tm2= 37℃에서, 상응하는 압력은 각각 pc= pm1= 8.30atm이며, 이는 12의 압력비를 제공한다. 열구동 탈착기(1)의 온도는 Th= 232℃이다. qc, qh및 ｗp의 값은 각각 3.21 x 104J/몰 N2, 1.81 x 104J/몰 N2및 2.1J/몰 N2인 것으로 계산된다. 얻어진 COPc값은 εSL이 0.88인 경우에 1.77이다.
1.77의 COPc값 및 0.88의 제 2법칙 효율은 단일 단계 열 구동 시스템에 비해 매우 높다. 이러한 높은 효율은, 두개의 니소브액의 열역학적 특성이 목적하는 시스템의 성능을 달성하도록 조절될 수 있기 때문에 달성될 수 있다. 전형적인 흡수 시스템이 단 하나의 흡수액을 사용하고, 이러한 한 액의 특성에 의해 제한되는 반면에, 열 구동 하이소브 및 니소브 시스템은, 각각 보다 높은 효율을 유도하는 최적의 ΔH 값을 갖는 두개의 상이한 흡수제를 사용한다.
표 2. 열 구동 니소브 냉장고의 성능
특성:
ΔH1= -4,000cal/몰 N2(-16,736J/몰 N2)
ΔS1= -12.1cal/몰 N2-K(-50.7J/몰 N2-K)
ΔH2= -8,000cal/몰 N2(-33,472J/몰 N2)
ΔS2= -30cal/몰 H2-K(-125.52J/몰 N2-K)
CpL,1= 1.6J/g 액체-K
CpL,2= 1.6J/g 액체-K
Cp,N2= 14.4J/g N2-K
ρL,1= 1.5g/cm3액체
ρL,2= 1.5g/cm3액체
MWN2= 28gm/몰 N2, 몰중량
조건:
Tm1= Tm2= 37℃
Tc= -13℃
ΔTc= 5℃
ΔTh= 5℃
계산:
도 4에서, 열 구동 흡수열 펌프(50)가 도시된다. 두개의 상이한 유기 금속액 흡수제가 본 시스템, 수착 기체 압축기 또는 재생기측상의 저압 재생기 액체(56) 및 냉각을 제공하는 냉각측 또는 흡수열 펌프 상의 고압 냉각 액체(76)에 사용된다. 냉각측에서, 흡수액(76)은 냉각 온도(Tc)에서 만족스럽게 작용하도록 최적화된다. 재생기측에서, 흡수액(56)은 냉각 기체(57)를 탈착하고 압축하도록 보다 높은 온도(Th)로 가열된다.
열펌프(50)의 재생기측은 흡수기(51), 탈착기(52), 열교환기(53), 용액 펌프(54), 감압기(55), 액체 흡수제(56), 냉각 기체(57), 연결 액체관(59), 진한 액체 용액(60), 묽은 액체 용액(61) 및 기체관(62)을 포함한다.
열펌프(50)의 냉각측은 흡수기(71), 탈착기(72), 열교환기(73), 용액 펌프(74), 감압기(75), 액체 흡수제(76), 냉각 기체(77), 연결 액체관(79), 진한 액체 용액(80), 묽은 액체 용액(81) 및 기체관(82)을 포함한다. 재생기측의 냉각 기체(57)는 열펌프(50)의 냉각측(77)의 냉각 기체와 동일하다. 연결 기체관(62)은 재생기 탈착기(52)의 고압 출구를 냉각 흡수기(71)의 입구에 연결시킨다. 연결 기체관(82)은 냉각된 냉각 탈착기(72)의 출구를 냉각 기체(57)이 흡수되는 저압 재생기 흡수기(51)의 입구에 연결시킨다.
재생기에서, 액체 흡수제(56)는 관(59), 열교환기(53), 탈착기(52), 감압기(55) 및 흡수기(51)를 통해 액체 펌프(54)에 의해 순환된다. 열은 탈착기(52)에 가해져 탈착기의 온도를 Th로 가열시키고, 냉각 기체(57)를 보다 높은 압력(ph)에서 탈착시킨다. 이후, 묽은 액체 용액(61)은 열교환기(53) 및 감압기(55)를 통해 흡수기(51)로 흘러가, 저압에서 거의 주변 온도(Tm)으로 냉각되고, 냉각 기체(57)를 흡수한다. 액체 흡수제(56)가 흡수기(51)에서 기체(57)를 흡수하는 경우, 흡수열(Qm)에 의해 가열되어 온도(Tm)에서 주위로 방출된다. 액체 흡수제(56)가 기체(57)로 포화되는 경우, 진한 액체 용액(60)이 되어, 열교환기(53)를 통해 용액 펌프(54)에 의해 펌핑되고, 고압(ph)에서 탈착기(52)로 복귀한다. 수착 기체 압축기 또는 재생기의 전체 효과는 냉각 기체(57)를 흡수기(51)의 저압으로부터 탈착기(52)의 고압(ph)로 압축시키는 것이다.
열펌프(50)의 냉각측에서, 액체 흡수제(76)는 관(79), 열교환기(73), 감압기(75), 탈착기(72) 및 흡수기(71)를 통해 액체 펌프(74)에 의해 순환된다. 냉각 기체(77)가 저압(pc)에서 탈착기(72)의 액체 흡수제(76)으로부터 탈착됨에 따라, 탈착기(72)는 냉각 온도(Tc)로 냉각된다. 액체(76)는 기체(77)가 고갈되어, 묽은 액체 용액(81)dm로 되어, 흡수기(71)로 유입되기 전에 거의 주변 온도(Tm)로 가열되는 열교환기(73)를 통해 용액 펌프(74)에 의해 펌핑된다. 흡수기(71)에서, 기체관(62)을 통해 통과하는 재생기로부터의 고압 냉각 기체(57)는 액체 흡수제(76)로 흡수되고, 흡수열(Qm)는 주위 온도(Tm)에서 실외로 방출된다. 액체 흡수제(76)가 기체(77)로 포화되는 경우, 진한 액체 용액(80)이 되어, 실질적으로 냉각되는 열교환기(53)를 통하고, 감압기(75)를 통해 흘러나가, 저압(pc)에서 탈착기(72)로 복귀한다. 열펌프(50)의 냉각측 작동의 전체적인 효과는 탈착기(72)를 냉각 온도(Tc)로 냉각시켜 냉각 공간을 냉각시킬 수 있다는 것이다.
열 구동 극저온 냉각기
본 발명의 또 다른 광범위한 일면에 따르면, 기체 팽창 극저온 냉각기에 열 구동 수착 압축기에 의해 압축된 기체가 제공된다. 수착 압축기는 저압(pm, Tm)에서 흡수기에서 기체를 흡수하고, 기체를 탈착기에서 고압 및 고온(ph, Th)으로 압축시키므로써 작동한다. 압축기는 온도(Th)에서 탈착기에 열(Qh)을 가하고, 주변 온도(Tm)에서 흡수기로부터 열(Qm)을 방출시키므로써 구동된다. 유기 금속액 흡수제는 탈착기와 흡수기 사이에서 순환된다. 수소 기체는 수착 압축기의 하이소브액을 사용하여 압축되고, 냉각된 수소 기체 및/또는 수소 액체를 생성하도록 팽창될 수 있다. 질소 기체는 수착 압축기의 니소브액을 사용하여 압축되고, 냉각된 질소 기체 및/또는 질소 액체를 생성하도록 팽창될 수 있다. 또한, 그 밖의 유기 금속액 흡수제가 다른 기체와 함께 사용되어 극저온 냉각 및 기체 액화를 일으킬 수 있다. 이러한 열 구동 극저온 냉각기는 공간 기준 극저온 냉각과 같은 전력이 부족하거나 저진동이 요구되는 경우의 제품에 매우 적합하다.
도 5는 열 구동 수착 압축기(100)을 갖는 극저온 냉각기 시스템(99)의 개략도이다. 수착 압축기(100)는 흡수기(101), 액체 펌프(104), 액체 대 액체 열교환기(103), 탈착기(102), 감압기(105), 기체관(112) 및 연결 액체관(109)로 이루어진다. 기체 압축기(100)의 구성 및 작동은 도 4에 도시된 열펌프(50)의 재생기에 대한 것과 동일하다. 수착 압축기(100)는 저압(pm, Tm)에서 흡수기(101)의 액체 흡수제(106)에서 기체(107)를 흡수하고, 기체를 탈착기(102)에서 고압 및 고온(ph, Th)으로 압축시키므로써 작동한다. 압축된 기체(107)는 기체관(112)을 통해 탈착기(102) 및 거의 주변 온도(T1)로 냉각되는 기체 열교환기(113)를 빠져 나간다. 이후 압축된 기체(107)는 제어 밸브(114)를 통과하고, 여기서 두개의 스트림으로 분리된다. 제 1 스트림 분획(115)은 극저온 냉각되는 주요 부분으로, 두개의 기체 대 기체 열교환기(117, 118)을 통과하고, 최종적으로 주울-톰슨 팽창기(119)(일정한 엔탈피 팽창)를 통과하여, 극저온 냉각기 공간(120)에서 극저온(Tc)을 달성한다. 상기 기체(115)는 극저온 냉각기 공간(120)에서 액화될 수 있다. 나머지 기체 분획(116)은 기체 대 기체 열교환기(124)를 통해 온도(T2)로 냉각된 후, 터보 팽창기(125)(일정 엔트로피 팽창) 및 열교환기(117)를 통과하여 관 출구(126) 및 온도(T6)에서 제 1 기체 스트림 분획과 재합류하기 전에 기체 스트림(115)에 예비 냉각을 제공한다. 합류된 기체 스트림은 기체관(126) 및 기체 스트림(116)의 냉각을 보조하는 열교환기(124)를 통해 흐른 후, 기체관(112)을 통해 빠져 나가 저압(pm)에서 흡수기(101)로 유입된다. 극저온 냉각기 시스템(99)은 온도(Th)에서 열(Qh)을 기체 탈착기(102)에 가하고 주변 온도(Tm)에서 흡수기(101)로부터 열(Qm)을 방출시키므로써 극저온 냉각기 공간(120)에서 극저온 냉각된 기체 및/또는 액화된 기체를 생성한다. 수소 기체는 극저온 냉각기(100)에서 하이소브액과 함께 사용되어 냉각된 수소 기체 및 가능하게는 수소 액체를 생성시킬 수 있다. 질소는 니소브액과 함께 사용되어 냉각된 질소 기체 및 가능하게는 액체 질소를 생성시킬 수 있다. 또한, 다른 유기 금속액 흡수제가 다른 기체와 함께 사용되어 극저온 냉각 및 기체 액화를 일으킬 수 있다.
요약
하이소브액 및 니소브액을 포함하는 유기 금속액 흡수제의 일군이 특이적 용도를 위해 맞춰질 수 있는 흡수액으로서 작용하도록 개발되었다. 이러한 액체 습수제를 제조하는 공정 및 이들의 열역학적 특성을 최적화하기 위한 방법이 기술된다. 이러한 유기 금속액 흡수제는 압축기 구동 및 열구동 열 펌프 및 극저온 냉각기에 사용될 수 있다. 최적의 열역학적 특성을 가지는 경우, 이러한 열펌프 시스템은 매우 효과적이다. 이들 액체는 환경에 유해하지 않으며, 비독성이고 비부식성이다. 따라서, 이들 액체는 비용을 절감시키고, 신뢰성 및 시스템 수명을 연장시키는 펌프, 열교환기, 압축기 및 구리관을 포함하는 종래의 비용 효과적인 냉각 성분과 함께 사용될 수 있다. 이러한 흡수열 펌프 기술은 환경을 오염시키지 않고, 매우 효율적인, 냉장고, 공기 조화기, 열펌프, 공정열 및 냉각 시스템 및 극저온 냉각기에 대한 전세계적인 요건에 부합하는 기회를 부여한다. 흡수제 액체는 또한 기체 분리 공정에 사용될 수 있다.
본 발명은 특정 유기 금속액 흡수제 및 이러한 액체를 제조하는 특정 방법 및 구체예로서 특정 바람직한 열펌프 및 극저온 냉각기 시스템을 참조로 기술되어 있지만, 당해 기술자들에게는 이들 액체의 화학 구조, 이들을 제조하는 방법 및 흡수열 펌프 및 극저온 냉각기 구성 또는 그 밖의 세부 사항에서의 다양한 다른 변화가 본 발명의 사상 및 범위에서 출발하지 않고 이루어질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (42)
- 유기 금속액을 포함하는 다량의 기체를 가역적으로 흡수 및 탈착시키는 물질로서, 흡수열이 기체가 흡수되는 경우에 방출되고, 탈착열이 기체가 탈착되는 경우에 흡수됨을 특징으로 하는 물질.
- 제 1 항에 있어서, 기체가 수소이고, 유기 금속액이 하이소브(Hysorb)액임을 특징으로 하는 액체.
- 제 2 항에 있어서, 하이소브액이 (η5-C5H5)FeH(H2){P(CH3)3}임을 특징으로 하는 액체.
- 제 1 항에 있어서, 유기 금속액이 니소브(Nisorb)액임을 특징으로 하는 액체.
- 제 4 항에 있어서, 니소브액이 다량의 질소 기체를 가역적으로 탈착하고, 교환액과 함께 사용되어 특이적 열역학적 특성을 얻게 하는 {η5-C5H4(CH3)}Mn(CO)2(N2)임을 특징으로 하는 액체.
- 제 5 항에 있어서, 교환액이 에테르, 케톤, 알코올, 락톤, 에스테르 또는 다른 배위 유기 화합물을 포함하는 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 액체.
- 제 5 항에 있어서, 교환액이 테트라히드로푸란(THF)임을 특징으로 하는 액체.
- 제 5 항에 있어서, 교환액이 아세톤임을 특징으로 하는 액체.
- 제 5 항에 있어서, 교환액이 디에틸렌 글리콜임을 특징으로 하는 액체.
- 제 5 항에 있어서, 교환액이 감마-부티로락톤임을 특징으로 하는 액체.
- 제 5 항에 있어서, 니소브액의 열역학적 특성 및 혼화성이 유기금속 착물의 화학 구조 변경에 의해 달라질 수 있으며, 니소브액의 메틸시클로펜타디에닐 리간드가 다른 시클로펜타디에닐인 Cp 리간드에 의해 치환됨을 특징으로 하는 액체.
- 제 11 항에 있어서, 다른 시클로펜타디에닐인 Cp 리간드가 비치환된 Cp, 또는 작용기화된 알킬기를 함유하는 Cp 리간드를 포함하는 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 액체.
- 제 12 항에 있어서, 다른 알킬 Cp가 에틸, 프로필 및 부틸을 포함하는 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 액체.
- 제 12 항에 있어서, 작용기화된 알킬기가 C(O)OH, NH2, OR, NO2SR, PR2및 SO3를 포함하는 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 액체.
- 제 1 항에 있어서, 액체가 기체 분리 공정에서 기체를 흡수하는데 사용됨을 특징으로 하는 액체.
- 출발 물질로서 (C6H6)Fe(PMe3)2를 제공하는 단계,출발 물질을 C5H6로 처리하여 제 1 중간 물질로서 (C6H6)Fe(PMe3)2를 생성시키는 단계,제 1 중간 물질을 CH2Cl2로 처리하여 제 2 중간 물질로서 (C6H6)Fe(PMe3)2를 생성시키는 단계,제 2 중간 물질을 MgCl(CH2CH3)로 처리하여 제 3 중간 물질로서 (C6H6)Fe(PMe3)2를 생성시키는 단계 및제 3 중간 물질을 H2기체에 노출시키고, 제 3 중간 물질을 광반응기에서 조사시키므로써 (η5-C5H5)FeH(H2){P(CH3)3}을 생성시키는 단계를 포함하여 (η5-C5H5)FeH(H2){P(CH3)3}를 제조하는 방법.
- 출발 물질로서 (C6H6)Fe(PMe3)2를 제공하는 단계,출발 물질을 C5H6로 처리하여 제 1 중간 물질로서 (C6H6)Fe(PMe3)2를 생성시키는 단계,제 1 중간 물질을 CH2Cl2로 처리하여 제 2 중간 물질로서 (C6H6)Fe(PMe3)2를 생성시키는 단계,제 2 중간 물질을 MgCl(CH2CH3)로 처리하여 제 3 중간 물질로서 (C6H6)Fe(PMe3)2를 생성시키는 단계 및제 3 중간 물질을 H2기체에 노출시키고, 제 3 중간 물질을 광반응기에서 조사시키므로써 (η5-C5H5)FeH(H2){P(CH3)3}을 생성시키는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조된 유기 금속액.
- 출발 물질로서 (η5-C5H4(CH3)}Mn(CO)3를 제공하는 단계, 및카르보닐 리간드를 테트라히드로푸란 용액중에서 이질소에 의해 광치환시켜 THF 부가생성물 (η5-C5H4(CH3)}Mn(CO)2(THF)를 형성시키고, THF 부가생성물의 THF 리간드를 질소 기체 스트림으로 용액을 스위핑시키므로써 치환시키고 미정제 생성물을 진공하에서 트랩 투 트랩 증류(trap to trap distillation)시켜 (η5-C5H4(CH3)}Mn(CO)2(N2)를 형성시키는 단계를 포함하여 (η5-C5H4(CH3)}Mn(CO)2(N2)를 제조하는 방법.
- 출발 물질로서 (η5-C5H4(CH3)}Mn(CO)3를 제공하는 단계, 및카르보닐 리간드를 테트라히드로푸란 용액중에서 이질소에 의해 광치환시켜 THF 부가생성물 (η5-C5H4(CH3)}Mn(CO)2(THF)를 형성시키고, THF 부가생성물의 THF 리간드를 질소 기체 스트림으로 용액을 스위핑시키므로써 치환시키고 미정제 생성물을 진공하에서 트랩 투 트랩 증류시켜 (η5-C5H4(CH3)}Mn(CO)2(N2)를 형성시키는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조된 유기 금속액.
- 주위와 열을 교환하기 위한 적합한 열교환 수단을 갖는 액체 흡수제의 흡수열로부터 유도된 가열을 제공하기 위한 흡수기,주위와 열을 교환하기 위한 적합한 열교환 수단을 갖는 액체 흡수제의 탈착열로부터 유도된 냉각을 제공하기 위한 탈착기,외부 전력에 의해 구동되어 액체 흡수제를 탈착기로부터 열교환기의 한측을 통해 흡수기로, 다시 열교환기의 다른 한측을 통하고, 감압기를 통해 다시 탈착기로 펌핑하기에 적합한 액체 펌프,흡수기에서 나오는 액체로부터 내부열을 회수하고, 이 열을 탈착기로부터 나오는 액체에 전달하기 위한 액체 대 액체 열교환기,감압기,유기 금속액 흡수제,액체 흡수제에 의해 흡수 및 탈착되기에 적합한 냉각 기체,탈착기로부터 기체를 탈착시키고, 흡수되는 흡수기로 기체를 압축시키기 위한 기체 압축기 및연결 액체관 및 연결 기체관을 포함하는 흡수열 펌프.
- 제 20 항에 있어서, 주변이 실내 공간으로 열전달하기 위한 실내 공기임을 특징으로 하는 흡수열 펌프.
- 제 20 항에 있어서, 흡수열 펌프가 작동을 효율적으로 조절하기에 적합한 제어수단을 가짐을 특징으로 하는 흡수열 펌프.
- 제 20 항에 있어서, 기체 압축기가 외부 전력에 의해 구동되기에 적합한 기계식 기체 압축기를 포함함을 특징으로 하는 흡수열 펌프.
- 제 20 항에 있어서, 흡수기 및 탈착기가 핀면을 포함하고, 강제 공기 대류에 의해 열을 주변으로 전달하는 팬을 추가로 포함함을 특징으로 하는 흡수열 펌프.
- 제 20 항에 있어서, 흡수기 및 탈착기가 열을 적합한 열전달 액체로 전달하기 위한 액체 대 액체 열교환기를 포함함을 특징으로 하는 흡수열 펌프.
- 제 20 항에 있어서, 기체 압축기가 재생기 루프로 이루어진 열 구동 수착 기체 압축기임을 특징으로 하는 흡수열 펌프.
- 제 20 항에 있어서, 재생기 루프가 흡수기, 탈착기, 액체 대 액체 열교환기, 액체 펌프, 감압기, 액체 흡수제, 냉각 기체, 연결 액체관 및 연결 기체관을 포함하고,액체 흡수제는 열 구동 수착 기체 압축기에 적합한 열역학적 특성을 갖도록 선택된 유기 금속액이고,냉각 기체는 연결된 흡수열 펌프의 것과 동일하고,재생기 루프의 탈착기는 냉각 기체를 탈착하도록 가열되어 연결된 흡수열 펌프에 기체 압축을 제공하고,액체 펌프는 외부 전력에 의해 구동되어 액체 흡수제를 흡수기로부터 열교환기의 한측을 통하고, 탈착기를 통하고, 다시 열교환기의 다른 한측을 통하고, 감압기를 통해 다시 흡수기로 펑핑시키고,액체 대 액체 열교환기는 탈착기에서 나오는 액체로부터 내부열을 회수하고, 이 열을 흡수기에서 나오는 액체에 전달하고,흡수기는 저압에서 작동하여 연결된 흡수열 펌프의 탈착기로부터의 열을 흡수하고, 열을 거의 주위 온도에서 주변에 방출시키고,탈착기는 가열되어 고압에서 냉각 기체를 탈착시키고, 이 압축된 기체를 흡수열 펌프의 흡수기로 전달하고,흡수기는 주변에 열을 전달하기 위한 적합한 열교환 수단을 가지며,주변은 거의 주위 온도에서 실외 공기와의 열 전달을 위한 주변 실외 공기일 수 있으며,탈착기가 고압에서 냉각 기체를 가열하고 탈착시키는데 적합한 열교환 수단, 히터 및 제어수단을 가짐을 특징으로 하는 흡수열 펌프.
- 제 20 항에 있어서, 탈착기가 기체 점화식 히터에 의해 가열되기에 적합함을 특징으로 하는 흡수열 펌프.
- 제 20 항에 있어서, 탈착기가 태양열 히터에 의해 가열되기에 적합함을 특징으로 하는 흡수열 펌프.
- 제 20 항에 있어서, 탈착기가 가공열에 의해 가열되기에 적합함을 특징으로 하는 흡수열 펌프.
- 제 20 항에 있어서, 탈착기가 전기 히터에 의해 가열되기에 적합함을 특징으로 하는 흡수열 펌프.
- 제 20 항에 있어서, 공기 조화시키기에 적합함을 특징으로 하는 흡수열 펌프.
- 제 20 항에 있어서, 가열시키기에 적합함을 특징으로 하는 흡수열 펌프.
- 제 20 항에 있어서, 냉각시키기에 적합함을 특징으로 하는 흡수열 펌프.
- 제 20 항에 있어서, 제빙에 적합함을 특징으로 하는 흡수열 펌프.
- 제 20 항에 있어서, 제습에 적합함을 특징으로 하는 흡수열 펌프.
- 제 20 항에 있어서, 전기 냉각시키기에 적합함을 특징으로 하는 흡수열 펌프.
- 제 20 항에 있어서, 공정 냉각 및 가열에 적합함을 특징으로 하는 흡수열 펌프.
- 저압에서 기체 팽창기 출구로부터 기체를 흡수시키고, 거의 주변 온도에서 주변으로 열을 방출시키기 위한 수착 기체 압축기를 포함하는 극저온 냉각기에 있어서,수착 기체 압축기가 가열되어, 탈착되고, 고압 기체를 극저온 냉각되는 기체 팽창기의 입구에 전달하고,기체 팽창기는 제어 밸브, 하나 이상의 기체 대 기체 열교환기, 주울-톰슨 팽창기, 임의의 터보-팽창기, 극저온 냉각기 공간 및 연결 기체관을 포함하고,연결 기체관은 수착 압축기로부터의 압축된 기체를 수용하고, 압축된 기체는 임의의 예비 냉각기 열교환기와 제어 밸브를 통과하여 두개의 스트림으로 분리되고, 제 1 스트림 분획은 추가 냉각을 위해 하나 이상의 기체 대 기체 열교환기, 및 극저온 냉각기 공간에서 극저온을 달성시키는 주울-톰슨 팽창기를 통과하고, 제어 밸브에서 나오는 나머지 기체 분획은 하나 이상의 기체 대 기체 열교환기 및 터보 팽창기 및 하나 이상의 추가의 열교환기를 통해 냉각되어 주 기체 스트림과 재합류하기 전에 주 기체 스트림을 예비 냉각시키고, 합류된 기체 스트림은 기체관 및 임의의 열교환기를 통과하여 기체를 예비 냉각시키고, 연결 기체관을 통해 나와 수착 기체 압축기의 흡수기로 유입됨을 특징으로 하는 극저온 냉각기.
- 제 39 항에 있어서, 극저온 냉각기 공간에 유입되는 냉각 기체가 액화될 수 있음을 특징으로 하는 극저온 냉각기.
- 제 39 항에 있어서, 기체가 수소이고, 수착 기체 압축기내 유기 금속액이 하이소브액임을 특징으로 하는 극저온 냉각기.
- 제 39 항에 있어서, 기체가 질소이고, 수착 기체 압축기내 유기 금속액이 니소브액임을 특징으로 하는 극저온 냉각기.
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