KR20040050385A - 수소 저장합금을 이용한 냉난방장치용 오일분리기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수소 저장합금을 이용한 냉난방장치용 오일분리기에 관한 것으로, 압축기에서 토출된 수소 냉매와 오일의 혼합유체로부터 오일을 효과적이고 신속하게 분리하여 압축기로 회수함으로써 수소 냉매와 함께 오일이 수소 저장합금이 내장된 반응기 내로 유입되는 것을 방지할 수 있도록 한 것이다.

이를 위해 본 발명은 수소 저장합금을 이용하여 냉난방을 수행하는 냉난방장치에 있어서, 압축기로부터 토출된 수소 및 오일의 혼합유체가 유입되는 유입구 및 유입된 혼합유체 중 수소 기체가 토출되는 토출구가 형성된 용기와; 상기 용기 내부의 내벽면을 따라 설치되어 유입된 혼합유체로부터 오일을 분리하는 오일분리용 그물망과; 상기 용기 내에서 걸러져 채집된 오일을 압축기로 회수하는 오일회수관 및; 상기 용기 내에 채집된 오일량에 따라 오일회수관의 입구를 개폐하는 개폐수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수소 저장합금을 이용한 냉난방장치용 오일분리기가 제공된다.

Description

수소 저장합금을 이용한 냉난방장치용 오일분리기{Oil Separator for Cooling and Heating Device Using Hydrogen Storage Alloys}

본 발명은 냉난방장치에 관한 것으로, 특히 수소와 수소 저장합금간의 반응에 따른 흡열 혹은, 발열의 상관 관계를 이용하여 주변 공기를 냉각 혹은, 가열시키는 수소 저장합금을 이용한 냉난방장치에서 압축기의 오일을 효과적으로 걸러내는 오일분리기에 관한 것이다.

일반적으로 수소 저장합금(Hydrogen Storage Alloy)은 수소가 흡착될 경우 발열반응을 일으키고, 수소가 방출될 경우 흡열반응을 일으키는 특성을 지님과 더불어 수소를 저장할 수 있는 용량이 크다는 특성을 이용하여 히트 펌프(heat pump)나 수소 저장기기(hydrogen storage devices) 등의 응용분야에 사용이 가능한 것으로 알려졌다.

그러나, 종래에는 전술한 수소 저장합금을 이용하여 냉난방장치를 구현할 수 있다는 것은 단순히 개념적으로만 제시되었을 뿐 상기한 수소 저장합금의 특성을 고려하여 구체적인 시스템의 구현은 이루어진 바가 없다.

특히, 수소 저장합금을 이용한 냉난방장치를 구현하기 위해서는 상기 냉난방장치의 효율이 기존 냉매를 사용하는 냉난방장치의 효율과 적어도 같아야 함에도 불구하고, 그에 따른 각종 구성 요소의 상관 관계나 배치에 대한 연구가 전혀 이루어지지 않았기에 실용화되지는 못하고 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 통상의 냉난방 기능을 수행하는 냉난방장치에 수소 저장합금을 이용한 기술을 적용하여 전체적인 시스템의 단순화가 이루어질 수 있도록 한 냉난방장치를 제공하고자 한 것이다.

특히, 본 발명은 압축기에서 토출된 수소 냉매와 오일의 혼합유체로부터 오일을 효과적이고 신속하게 분리하여 압축기로 회수함으로써 수소 냉매와 함께 오일이 수소 저장합금이 내장된 반응기 내로 유입되는 것을 방지할 수 있도록 한 수소 저장합금을 이용한 냉난방장치용 오일분리기를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 오일분리기가 적용된 냉난방장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도

도 2는 도 1의 냉난방장치의 오일분리기의 일 실시예의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도

도 3은 본 발명에 따른 오일분리기의 다른 실시예의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10, 15 : 제 1,2반응기 20 : 수소 유로관

30, 35 : 송풍팬 40 : 압축기

50 : 유로제어밸브 51 : 연결관로

60, 160 : 오일분리기 61 : 오일회수관

601 : 용기 602 : 유입구

603 : 토출구 604 : 그물망

605 : 개폐밸브 606 : 플로터

608 : 소유성 코팅면

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 형태에 의하면, 수소 저장합금을 이용하여 냉난방을 수행하는 냉난방장치에 있어서, 압축기로부터 토출된 수소 및 오일의 혼합유체가 유입되는 유입구 및 유입된 혼합유체 중 수소 기체가 토출되는 토출구가 형성된 용기와; 상기 용기 내부의 내벽면을 따라 설치되어 유입된 혼합유체로부터 오일을 분리하는 오일분리용 그물망과; 상기 용기 내에서 걸러져 채집된 오일을 압축기로 회수하는 오일회수관 및; 상기 용기 내에 채집된 오일량에 따라 오일회수관의 입구를 개폐하는 개폐수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수소 저장합금을 이용한 냉난방장치용 오일분리기가 제공된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 수소 저장합금을 이용한 냉난방장치용 오일분리기의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.

먼저, 도 1은 본 발명의 오일분리기가 적용되는 수소 저장합금을 이용한 냉난방장치의 구성을 나타낸 것으로, 수소 저장합금을 이용한 냉난방장치는 크게 한 쌍의 반응기(10, 15)와, 수소 유로관(20)과, 압축기(40)와, 송풍팬(30, 35)과, 유로제어밸브(50) 및, 오일분리기(60)를 포함하여 구성된다.

상기 각 반응기(10, 15)는 도면에 도시하지는 않았으나 수소 저장합금이 충전된 용기와, 상기 용기에 접촉되어 외기와의 열교환 면적을 확장시키도록 한 열교환핀으로 이루어져, 상기 송풍팬(30, 35)에 의해 흡입되는 외부 공기와 열교환을 수행한다.

이와 같은 각 반응기(10, 15)는 수소의 유입이 이루어질 경우 발열 반응을 수행하여 주변 공기를 가열하고, 수소의 방출이 이루어질 경우 흡열 반응을 수행하여 주변 공기를 냉각하는 역할을 수행한다.

그리고, 상기 수소 유로관(20)은 각 반응기(10, 15)와 연결되도록 구성되며, 상기 어느 하나의 반응기(이하, “제1반응기”라 한다)(10)로부터 다른 하나의 반응기(이하, “제2반응기”라 한다)(15)로의 수소 유동을 안내하는 역할을 한다.

그리고, 상기 송풍수단(30, 35)은 외부의 공기를 강제 흡입하여 흡입된 공기가 상기 각 반응기(10, 15)를 통과하며 열교환되도록 한 다음 실내 혹은 실외로 배출될 수 있도록 강제 송풍하는 역할을 수행한다.

또한, 상기 압축기(40)는 상기 수소 유로관(20)의 관로 상에 설치되며, 수소를 상기 수소 유로관(20)을 통해 어느 한 반응기로부터 다른 한 반응기로 강제로 압송하는 압송력을 발생시킨다.

상기 유로제어밸브(50)는 전기적으로 작동하며 유로를 전환하는 일종의 4웨이(4-way) 솔레노이드밸브로서 상기 수소 유로관(20)내를 유동하는 수소의 유동방향을 결정하는 역할을 하게 된다.

상기 유로제어밸브(50)의 구성에 대해 좀더 구체적으로 설명하면, 유로제어밸브(50)는 4개의 포트(port)를 구비하며, 각 포트들은 상기 수소 유로관(20)을 매개로 하여 제 1,2반응기(10, 15)와 압축기(40)의 입력포트 및 출력포트에 연결되고, 유로제어밸브(50)의 내부에는 콘트롤러(미도시)의 전기 신호에 의해 변환되면서 각 포트 간의 연결을 제어하는 연결관로(51)가 구비된다.

한편, 상기 압축기(40) 내에는 소정량의 오일이 구비되고, 이 오일은 습동부의 윤활작용, 실린더와 피스톤 사이와 같은 압축실의 고압부에서 저압부로의 누설을 방지하는 기밀유지작용, 전체 기구부를 냉각하는 냉각작용 등을 하며, 수소가 토출될 때 함께 섞여서 토출된다.

그런데, 상기 반응기(10, 15)들은 수소의 흡,방출에 따른 발열 및 흡열을 하는 수소 저장합금을 내장하고 있으므로 이 반응기(10, 15) 내부로 수소와 함께 오일이 섞여서 유입되면 유입된 오일이 수소 저장합금 외면에 도포되어 수소 저장합금과 수소와의 접촉성이 저하되고, 이에 따라 반응기(10, 15)의 성능이 크게 저하된다.

따라서, 본 발명의 냉난방장치는 상기 압축기(40)의 토출측에 연결된 수소 유로관(20) 상에 수소와 오일의 혼합유체로부터 오일을 분리시키는 오일분리기(60, 160)(oil separator)를 연결하고, 이 오일분리기(60, 160)에 분리된 오일을 다시압축기(40)로 회수하도록 압축기(40)의 유입측 수소유로관(20)에 연결되는 오일회수관(61)을 연결함으로써 반응기(10, 15) 내로 오일이 유입됨을 방지하도록 한다.

도 2는 상기와 같은 오일분리기의 일 실시예를 나타낸 것으로, 도 2에 도시된 것과 같이, 상기 오일분리기(60)는 대략 원통형의 용기(601)와, 상기 용기(601)의 상단부에 형성되어 상기 압축기(40)의 토출측에 연결된 수소 유로관(20)이 연결되는 유입구(602) 및 상기 유로제어밸브(50)에 연결된 수소 유로관(20)에 연결되는 토출구(603)와, 상기 용기(601)이 내벽면을 따라 설치되어 상기 유입구(602)를 통해 유입된 수소와 오일의 혼합유체로부터 오일을 분리하는 오일분리용 그물망(604)을 구비한다.

상기 오일회수관(61)은 상기 오일분리기(60)의 용기(601)의 상단부를 관통하여 그 끝단부가 용기(601)의 하부에 위치하도록 설치된다.

그리고, 상기 용기(601) 내에 위치한 오일회수관(61)의 끝단부에는 오일회수관(61)의 끝단부를 개폐하는 개폐밸브(605)가 선회가능하게 설치되고, 상기 개폐밸브(605)에는 용기(601) 내에 채집된 오일에 의해 부유하며 상기 개폐밸브(605)를 선회시키는 플로터(floater)(606)가 설치된다.

상기와 같이 구성된 수소 저장합금을 이용한 냉난방장치용 오일분리기는 다음과 같이 작동한다.

압축기(40)에서 고온 고압으로 압축된 수소 냉매는 압축기(40) 내의 오일과 함께 토출되어 오일분리기(60)의 유입구(602)를 통해 용기(601) 내로 유입되는데, 상기 유입구(602)를 통해 유입된 수소 냉매와 오일의 혼합유체는 용기(601)내의 그물망(604)에 부딪히면서 액상의 오일은 그물망(604)에 뭍게되어 분리되고, 기상의 수소 냉매는 그물망을 그대로 관통하여 토출구(603)를 통해 배출된다.

그물망(604)에서 분리된 오일은 그물망(604)과 용기(601)의 내벽면을 따라 흘러내려 용기(601)의 하부에서 고이게 되는데, 분리된 오일의 양이 누적됨에 따라 상기 플로터(606)가 점차적으로 위로 상승하게 되고, 누적된 오일의 양이 많아져 오일의 수위가 일정 정도 이상이 되면 상기 플로터(606)가 개폐밸브(605)를 선회시켜 오일회수관(61)의 끝단이 개방되고, 오일은 용기(601) 내부 압력에 의해 오일회수관(61)을 통해 회수된다.

오일이 회수되면서 오일의 수위가 낮아지게 되면 플로터(606)의 높이도 낮아지게 되므로 개폐밸브(605)가 닺히면서 오일회수관(61)을 막게 된다.

상기 개폐밸브(605)는 전술한 개폐작동을 반복하면서 오일회수관(61)을 통한 오일 회수 작동을 수행한다.

한편, 도 3은 상기와 같은 작용을 하는 오일분리기의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 이 오일분리기(160)의 기본적인 구성은 전술한 실시예의 오일분리기(60)의 기본적인 구성과 동일하지만, 이 실시예의 오일분리기(160)는 용기(601)의 내벽면이 소유성(疎油性) 코팅(608) 처리가 되어 있는 점에서 전술한 실시예와 차이가 있다.

따라서, 상기 오일분리기(160)는 그물망(604)에서 분리되어 용기(601)의 내벽면에 접촉한 오일이 내벽면에 들러붙지 않고 신속하게 아래쪽으로 흘러내릴 수 있게 되므로 오일 분리 성능이 더욱 향상되는 이점을 갖는다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 수소 저장합금을 이용한 냉난방장치를 운전하는 도중 압축기에서 토출된 수소 냉매와 오일의 혼합유체로부터 오일을 효과적으로 분리하여 압축기로 회수할 수 있게 되므로 오일이 수소 저장합금이 내장된 반응기 내로 유입되는 것을 방지할 수 있게 되고, 이에 따라 반응기의 성능 저하를 방지하여 냉난방장치의 수명과 성능을 향상시킬 수 있는 효과도 얻을 수 있다.

특히, 오일분리기의 내벽면에 소유성 코팅 처리가 된 경우에는 오일분리기 내벽면에 접촉한 오일이 신속하게 흘러내려 채집되므로 오일 분리 성능이 더욱 더 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. 수소 저장합금을 이용하여 냉난방을 수행하는 냉난방장치에 있어서,

   압축기로부터 토출된 수소 및 오일의 혼합유체가 유입되는 유입구 및 유입된 혼합유체 중 수소 기체가 토출되는 토출구가 형성된 용기와;

   상기 용기 내부의 내벽면을 따라 설치되어 유입된 혼합유체로부터 오일을 분리하는 오일분리용 그물망과;

   상기 용기 내에서 걸러져 채집된 오일을 압축기로 회수하는 오일회수관 및;

   상기 용기 내에 채집된 오일량에 따라 오일회수관의 입구를 개폐하는 개폐수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수소 저장합금을 이용한 냉난방장치용 오일분리기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 용기의 내벽면은 소유성 코팅 처리된 것을 특징으로 하는 수소 저장합금을 이용한 냉난방장치용 오일분리기.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 개폐수단은, 오일회수관의 끝단부에 선회가능하게 설치되어 오일회수관 끝단부를 개폐하는 개폐밸브와, 상기 개폐밸브와 연결되어 채집된 오일에 의해 부유하며 상기 개폐밸브를 선회시키는 플로터(floater)로 구성된 것을 특징으로 하는 수소 저장합금을 이용한 냉난방장치용 오일분리기.