KR20160039224A - 흡착 모듈 - Google Patents

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KR20160039224A
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소르테크 아게
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Abstract

본 발명은 유체 열전달 매체를 위한 입구 및 출구 포트를 각각 갖는 적어도 하나의 수착 유닛(sorption) 및 적어도 하나의 증발기/응축기 유닛으로 구성된 읍착 모듈(adsorption module)로서, 상기 유닛들은 별개의 또는 공통의 진공 밀봉 하우징(들) 내에 위치되는, 상기 흡착 모듈에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 상기 하우징은 평탄형이고, 공통의 스팀 덕트를 갖는 적층형 구성체에 복수의 평탄형 하우징에 결합될 수 있다.

Description

흡착 모듈{ADSORPTION MODULE}
본 발명은, 청구항 1의 전제부에 따라서, 유체 열전달 매체를 공급 및 배출하기 위한 포트를 각각 갖는 적어도 하나의 수착(sorption) 유닛 및 적어도 하나의 증발기/응축기 유닛으로 구성된 흡착 모듈(adsorption module)로서, 상기 유닛들은 별개의 또는 공통의 진공 밀봉 하우징(들) 내에 위치되는, 상기 흡착 모듈에 관한 것이다.
DE 10 2007 012 113 A1에서는, 적어도 하나의 응축기-열교환기 및 적어도 하나의 증발기-열교환기뿐만 아니라, 열교환기 및 수착 물질을 갖는 적어도 하나의 흡착기-탈착기를 포함하는 콤팩트한 수착 냉각 유닛이 이미 공지되어 있다. 공통의 외측 진공 밀봉 금속 하우징 내에는 상기한 빌딩 블록이 위치된다. 또한, 상기 유닛의 유압 상호연결 및 작동을 위한 연결 및 결합 요소와, 파이프 덕트가 존재한다.
이미 공지된 해결책은 샌드위치형 구조를 목적으로 하며, 적어도 하나의 흡착기-탈착기는 내측 또는 부분적인 내측 하우징 내에 위치된다.
전술한 바로부터, 본 발명의 목적은 최적의 열통합을 갖고, 각각의 적용 경우에 따라 집합체(aggregate)에 함께 결합될 수 있는 냉장 기술 분야에서 멀티 기능성 적용을 위한 또 달리 개방된 흡착 모듈을 제안함으로써, 가열 또는 냉각 생성, 각각 저장을 위해 구비된 수착 유닛에 따라 에너지 효율을 증대시키는 것이다. 이와 관련된 제조 기술은 대응하는 흡착 모듈의 제조 비용이 당해기술에 비해 감소될 수 있도록 최적화되어야 한다.
본 발명의 해결책은 청구항 1과, 적어도 적절한 구성 및 개선을 나타내는 종속항에 따른 특징 조합에 따른 흡착 모듈에 의해 영향을 받는다.
따라서, 유체 열전달 매체를 공급 및 배출하기 위한 해당하는 포트를 갖는 적어도 하나의 수착 유닛 및 적어도 하나의 증발기/응축기 유닛으로 구성된 흡착 모듈로서, 상기 유닛들은 별개의 또는 공통의 진공 밀봉 하우징(들) 내에 위치되는, 상기 흡착 모듈이 기본으로 취해진다.
본 발명에 따른 흡착 모듈은 플레이트 열교환기의 설계에 따라 구현되는, 즉 상기 하우징은 플레이트 형상으로 형성된다. 공통의 스팀 덕트를 포함하는 적층형 구성체에는 복수의 플레이트 형상의 하우징이 결합될 수 있다.
상기 하우징은 정돈된 형태의(ordered) 흐름 통로를 갖는 단일체의 주조 모듈로서, 또는 단일체의 주조, 다공 구조체로서 구현될 수 있다.
또한, 알루미늄 스펀지형 물질의 모듈 또는 소결 공정에서 발생된 모듈이 고려가능하다.
여기서, 상기 열전달 매체의 흐름 통로 방향으로 배향된 복수의 브레이크쓰루(breakthroughs)를 갖는 단일체의 주조 또는 소결된 3차원 금속, 선택적으로 알루미늄 구조체의 수착 유닛이 있다.
상기 수착 유닛은 제올라이트 또는 다른 흡착재로 코팅된다.
바람직한 실시예에서, 제올라이트 코팅은 인시츄 결정화(in situ crystallization)에 의해 구현된다. 이 경우, 금속 기판으로부터 목표된 방식으로 원자가 추출되어 상기 제올라이트층 내에 함유된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 흡착 모듈은 적층형 구성체가 형성될 때 연속적인 덕트에 결합될 수 있는 일체형 스팀 덕트부를 각각 갖는 적어도 하나의 수착 유닛과 적어도 하나의 증발기/응축기 유닛을 구비하는 조립체를 포함한다.
출력 스케일링(output scaling)을 위해, 상기 적층형 구성체 내의 플레이트 형상의 하우징의 개수에 대한 변화가 수행될 수 있다.
즉, 상기 수착 유닛의 금속 구조체는 단일의 제조 공정, 예컨대 주조 또는 소결 공정에서 실제의 하우징의 일체부로서 직접 수행됨으로써, 접착제 본딩, 용접, 소결, 나사 결합 또는 그와 유사한 추가적인 연결 단계를 회피함으로써 장기간 안정된 열전달이 제공된다. 상기 브레이크쓰루의 구조는 바람직한 주조 또는 소결 기술로 인해 자유롭게 선택될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 플레이트 형상의 하우징은 금속 시트로 제조된다. 바람직하게, 상기 금속 시트는 스탬핑된 캠형 돌출부(stamped, cam-like protrusions)를 갖는다. 그 다음, 각각의 경우에 서로에 면하는 돌출부를 갖는 금속 시트 중 적어도 한 쌍은 하우징 내에 연결되어 상기 열전달 매체를 위한 공간이 발생된다. 이에 대해 상기 돌출부는 상기 금속 시트들 사이에 스페이서를 형성한다. 상기 돌출부가 인라인이 되도록 구현되지 않기 때문에, 즉 인 포인트(in points), 예컨대 절두원추형 콘 또는 절두원추형 피라미드의 형태이기 때문에, 상기 열전달 매체는 대응하는 공간에 방해받지 않고 흘러서 상기 시트 금속과 접촉할 수 있다. 이와 관련하여, 스탬핑의 개수 및 타입, 즉 돌출부의 개수 및 타입은 시트 금속의 상호 위치를 고정할 목적뿐만 아니라, 시트 금속과 열전달 매체 사이 또는 그 반대의 열전달을 강화 및 개선하는 기능을 한다.
또 다른 실시예에서, 상기 플레이트 형상의 하우징은 쌍으로 함께 결합된 개방된 프로파일형 플레이트로 제조된다. 상기 프로파일형 플레이트는 실질적으로 U자형 단면을 갖는다. 상기 각각의 프로파일형 플레이트의 U자형 레그는 서로를 향해 배향되고 레그 단부에서 결합부를 형성한다. 상기 프로파일형 플레이트의 연결은, 예컨대 물질 본딩 방식(material bonding manner), 즉 접착제 본딩, 납땜 혹은 용접, 또는 삽입형 밀봉 및 클램프형 고정 부재를 이용하는 강제 피팅 방식(force-fitting manner)으로 수행될 수 있다.
상기 U자형 프로파일 플레이트가 서로를 향해 배향되기 때문에, 상기 열전달 매체를 위한 공간이 발생된다.
상기 열전달 매체와 접촉하는 상기 프로파일형 플레이트의 영역은 열전달 특성을 개선하는 표면 확장 구조체(surface-enlarging structuring)를 가질 수 있다.
상기 열전달 매체와 접촉하지 않는 영역은 다공 코팅(porous coating)을 구비할 수 있다.
보충적인 실시예에서, 상기 플레이트 형상의 하우징은 압출형 프로파일로 구성된다. 상기 압출형 프로파일은 상기 열전달 매체를 위한 공간을 형성하기 위한 복수의 덕트를 포함한다.
각각의 플레이트 형상의 하우징의 하우징 외측부 중 적어도 하나는 환경과의 개선된 열교환을 위한 립핑(ripping) 또는 그와 유사한 표면 확장 구조체를 가질 수 있다.
이하, 본 발명은 도면과, 예시적인 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 모듈의 제1 실시예에 대한 측면도 및 평면도,
도 2는 본 발명에 따른 모듈의 제2 실시예에 대한 측면도 및 평면도로서, 단일 모듈의 스팀 덕트가 개방되어 몇 개의 모듈의 적층형 구성체 내의 폐쇄된 스팀 덕트에 결합될 수 있는 도면.
본 발명 및 그 예시적인 실시예에 기초가 되는 아이디어는, 하우징의 적어도 일부가 수착 유닛의 일체부이라는 점에서 플레이트 형상의 하우징 자체를 흡착 모듈의 실제 구성요소가 되게 하는 것이다. 열전달 매체를 위한 연결부만이 모듈에 연결 유지되고, 예컨대 도 1의 측면도에 도시한 바와 같은 적층형 구성체에서, 스팀 덕트(DK)가 형성되도록 밀봉 수단이 제공될 필요가 있다.
단일 흡착 모듈(AM)은 플레이트 형상의 하우징으로 제조되며, 수착 유닛의 금속 구조체는 하우징과 원피스로, 예컨대 주조 또는 소결된 부분의 형태로 형성된다.
이와 관련하여, 흡착 모듈(AM)의 하우징은, 외측부로부터 시작할 때, 열전달 매체의 흐름 통로 방향으로 배향된 복수의 브레이크쓰루를 포함하는 구조체 내에 통합되는 알루미늄 물질로 제조될 수 있다. VD/KD는 도면에서 증발기, 각각의 응축기를 나타낸다. 증발기 및 응축기를 위한 물 분배는 도 1에 따른 평면도에서 곡선에 의해 나타내어진다. 예시적인 실시예에 따른 도시는, 바람직하게 인시츄 결정화된 흡착재로서의 제올라이트층이 3차원 구조체 상에 도포되어 있다는 점에 근거한다.
도 2에 따른 흡착 모듈의 실시예에서, 각각의 단일 모듈은 스팀 덕트(DK)에 대해 개방된다. 적층형 구성체(도 2에 따른 측면도 참조)가 구현될 때, 스팀 덕트(DK)는 연속적인 스팀 덕트를 형성하기 위해 중첩되며, 해당하는 모듈의 개별적인 스팀 덕트들 사이에 밀봉부(D)가 배치된다.
단일 모듈은 단일체의 주조, 정돈된 형태의 알루미늄 모듈로서 뿐만 아니라, 단일체의 주조, 다공 알루미늄 모듈로서 구현될 수 있다. 더욱이, 구형체(spheres), 파우더 또는 섬유(fibers)의 주조 알루미늄 스펀지 모듈 또는 소결된 알루미늄 모듈이 고려가능하다.
본 발명의 기술에 의해, 흡착 모듈을 이용하는 칠러 또는 히트 펌프, 혹은 콜드 또는 히트 어큐뮬레이터가 구현될 수 있으며, 도 2에 따른 실시예는 히트 어큐뮬레이터에 관한 것이다.
도면에 도시하지 않은 또 다른 예시적인 실시예에서, 단일 금속 시트로부터 플레이트 형상의 하우징을 구현하는 옵션이 있으며, 상기 금속 시트는 단일형 또는 그룹형으로 배치된 돌출부의 형태인 너브형, 스탬핑된 구조체를 갖는다. 각각의 경우, 서로에 면하는 돌출부를 갖는 금속 시트의 적어도 한 쌍은, 예컨대 프레싱 또는 물질 본딩 방식으로 하우징에 결합됨으로써, 열전달 매체를 위한 공간이 생성되고, 상기 돌출부는 금속 시트들 사이에 스페이서를 형성한다. 이에 따라, 상기 돌출부는 한편으로 해당하는 플레이트 형상의 하우징의 안정화 기능에 기여한다. 다른 한편으로, 상기 너브는 열전달을 위해 결정적인 영역을 확장하는 기능을 성취한다. 필요하다면, 금속 시트는 제올라이트 물질로 직접 코팅될 수 있다.
더욱이, 상기 하우징은 쌍으로 함께 결합된 개방되고, 비교적 강성의 프로파일형 플레이트로 구성될 수 있다.
상기 프로파일형 플레이트는 짧은 U자형 레그와, 비교적 넓게 형성된 연결 레그를 갖는 실질적으로 U자형 단면을 갖는다. 프로파일형 플레이트의 한 쌍의 U자형 레그는 서로를 향해 배향되고, 열전달 매체를 위한 공간이 생성되도록 결합부를 나타낸다.
열전달 매체와 접촉하는 프로파일형 플레이트의 영역은, 예컨대 밀링 또는 에칭에 의해 제조되는 표면-확장 구조(surface-enlarging structuring)를 가질 수 있다.
유사한 설계 옵션에서, 상기 플레이트 형상의 하우징은 비교적 비용 효율적인 방식으로 압출형 프로파일로 제조될 수 있다. 이 경우, 해당하는 하우징을 형성하는 압출형 프로파일은 열전달 매체를 위한 공간을 형성하는 복수의 덕트를 갖는다.
상기 하우징의 적어도 하나의 외측부는 환경으로의 열전달을 개선하기 위한 리빙(ribbing)을 가질 수 있다.
상술한 예시적인 실시예에 따른 개별적인 하우징은 전체 모듈에 결합되어 진공 밀봉 엔벨로프(vacuum-tight envelope)에 의해 봉입될 수 있다. 열전달 매체를 위한 대응하는 연결은 공지된 방식으로 구현될 수 있다.
몇 개의 플레이트 형상의 하우징으로부터 형성된 모듈은 개방 구멍형 스펀지형 알루미늄 바디의 형태로 진공측 상에 코팅을 개별적으로 또는 집합적으로 구비할 수 있다. 또한, 상기 코팅은 단일체 블록(monolithic block)으로서 구현된 다음, 물질 본딩 방식 또는 폼 피팅(form-fitting) 방식으로 플레이트 형상의 하우징(들)에 연결될 수 있다. 바람직한 변형례는, 진공측 상에 다공부를 제올라이트로 코팅한 다음, 예컨대 유압부, 즉 열전달 매체를 수용하는 모듈부에 납땜함으로써 물질 본딩 연결을 확립하는 것이다.

Claims (18)

  1. 유체 열전달 매체를 공급 및 배출하기 위한 해당하는 포트를 갖는 적어도 하나의 수착 유닛(sorption unit) 및 적어도 하나의 증발기/응축기 유닛(evaporator/condenser unit)을 포함하는 흡착 모듈(adsorption module)로서, 상기 유닛들은 별개의 또는 공통의 진공 밀봉 하우징(들) 내에 위치되는, 상기 흡착 모듈에 있어서,
    상기 하우징은 플레이트 형상으로 형성되고, 공통의 스팀 덕트를 포함하는 적층형 구성체에 복수의 플레이트 형상의 하우징이 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    흡착 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트 형상의 하우징은 금속 시트로 제조되고,
    상기 금속 시트는 너브형 스탬핑된 돌출부(nub-like, stamped protrusions)를 갖고, 각각의 경우에 서로에 면하는 돌출부를 갖는 금속 시트 중 적어도 한 쌍은 하우징 내에 연결되어 상기 열전달 매체를 위한 공간이 발생되고, 이에 대해 상기 돌출부는 상기 금속 시트들 사이에 스페이서를 형성하는 것을 특징으로 하는,
    흡착 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트 형상의 하우징은 쌍으로 함께 결합된 개방된 프로파일형 플레이트로 제조되고,
    상기 프로파일형 플레이트는 실질적으로 U자형 단면을 갖고, 상기 U자형 레그는 서로를 향해 배향되고 상기 열전달 매체를 위한 공간이 발생되도록 결합부를 형성하고,
    상기 열전달 매체와 접촉하는 상기 프로파일형 플레이트의 영역은 표면 확장 구조체를 갖는 것을 특징으로 하는,
    흡착 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 열전달 매체와 접촉하지 않는 영역은 다공층, 선택적으로 제올라이트층을 적어도 부분적으로 구비하는 것을 특징으로 하는,
    흡착 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 플레이트 형상의 하우징은 상기 열전달 매체를 위한 공간을 형성하기 위한 복수의 덕트를 갖는 압출형 프로파일로 제조되는 것을 특징으로 하는,
    흡착 모듈.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징의 적어도 하나의 외측부는 상기 표면을 확장하기 위한 립핑(ripping) 또는 그와 유사한 구조체를 갖는 것을 특징으로 하는,
    흡착 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 수착 유닛은 상기 열전달 매체의 흐름 통로 방향으로 배향된 복수의 브레이크쓰루(breakthroughs)를 갖는 단일체의 주조 또는 소결된 3차원 금속 구조체로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    흡착 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 3차원 금속 구조체 상에는, 상기 3차원 금속 구초제와 근접 접촉하는 제올라이트층이 위치되는 것을 특징으로 하는,
    흡착 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제올라이트층은 인시츄 결정화(crystallized in situ)되고, 이 경우 금속 기판으로부터 목표된 방식으로 원자가 추출되어 상기 제올라이트층 내에 함유되는 것을 특징으로 하는,
    흡착 모듈.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 구조체는 해당하는 플레이트 형상의 하우징의 일체부인 것을 특징으로 하는,
    흡착 모듈.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    적층형 구성체가 형성될 때 연속적인 덕트에 결합될 수 있는 일체형 스팀 덕트부를 각각 갖는 적어도 하나의 수착 유닛과 적어도 하나의 증발기/응축기 유닛을 구비하는 조립체를 특징으로 하는,
    흡착 모듈.
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단일체의 3차원 주조 또는 소결된 구조체는 알루미늄계인 것을 특징으로 하는,
    흡착 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 구조체는 복수의 브레이크쓰루를 갖는 주조 또는 소결된 바디로서 구현되는 것을 특징으로 하는,
    흡착 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 주조 또는 소결된 바디는 몰딩형 수집기, 열전달 매체 안내 수단, 튜브 또는 그와 유사한 것을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    흡착 모듈.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층형 구성체 내의 플레이트 형상의 하우징의 개수를 통해 출력 스케일링(output scaling)이 구현될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    흡착 모듈.
  16. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 제올라이트 구조체는 미소공성(microporous) SAPO 물질, 미소공성 ALPO 물질 또는 미소공성 Mi-ALPO 물질을 나타내고, 상기 금속 구조체의 표면에 실질적으로 수직인 주요 방향 및 성장 방향으로 배향되는 결정체를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    흡착 모듈.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 흡착 모듈에 근거한 칠러(chiller) 또는 히트 펌프.
  18. 제11항에 따른 적어도 하나의 흡착 모듈에 근거한 콜드 어큐뮬레이터(cold accumulator) 또는 히트 어큐뮬레이터(heat accumulator).
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