KR20160107220A - 하이브리드 흡착 열교환장치 및 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의하면,
열전달 유체를 운반하기 위한 적어도 한 개의 관형상 또는 마이크로 채널 구조;
상기 구조의 외부 표면에는 적어도 2개의 위치에 연장부가 마련되는 것;
상기 연장부는 하나 이상의 흡착재 물질을 제공하도록 그들 사이에 상(床)을 형성하는 것; 및,
상기 연장부의 적어도 일부에 흡착재 재료의 피복이 마련되는 것
을 포함하는, 하이브리드 흡착 열교환장치가 제공된다.

Description

하이브리드 흡착 열교환장치 및 제조 방법 {HYBRID ADSORBER HEAT EXCHANGING DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURE}
본 발명은, 열교환기 시스템과 같은, 하이브리드 흡착 열교환장치에 관한 것이다. 본 발명의 시스템은 흡착질(adsorbate)이 일시적으로 또는 주기적으로 저장 및 배출될 필요가 있는 환경에 유용하다. 특히, 본 발명은 흡착 냉각, 히트 펌프 및 담수화 분야용의 흡착재 기반 열교환기 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 하이브리드 흡착 열교환장치의 제조 및, 그러한 열교환기 장치의 적용방법을 제공한다.
환경오염 및 주된 에너지 소비에 관한 우려는 환경적으로 양호한 에너지 보존기술의 신속한 발전을 요구하고 있다. 이들 중에서, 열적으로 동력을 얻는 흡착 시스템은 이들 시스템이 대기중으로 없어지게 되는 저온 폐기열원을 회수하여 재사용할 수 있기 때문에 하나의 중요한 기술로서 고려되고 있다.
냉각 또는 냉장 목적으로 사용되는 현존하는 기계식 또는 전기식으로 구동되는 증기압축 기반 시스템을 대체하고자 하는 공인된 요구가 있다. 그러한 시스템은, 전형적으로 플루오르화 탄소와 같은 기체를 사용한다. 하지만 이러한 물질들이 환경에 미치는 위험한 효과를 고려하여 이러한 물질들의 사용을 대체하려는 필요성이 공공연히 인정되고 있다.
종래의 증기압축 기반 시스템을 대체하는데 사용되는 메커니즘 중의 하나는, 물질 전달 및 열전달을 확실하게 하기 위하여 흡착재상(adsorbent beds)을 이용하는 열교환기들을 사용하는 것이다.
흡착물질들은 그들의 성질에 따라서 물리적 흡착재, 화학적 흡착재 및 복합 흡착재로 구분된다. 물리적 흡착재는 구멍 크기를 달리 하는 물질들이다. 이 범주의 전형적인 것들은 다공성 규산염, 제올라이트, 메탈루미노 인산염 (metaluminophosphates), 다공성 탄소 및 금속-유기 다면체 (metal-organic frameworks) 등이다. 다공성 규산염은 수화된 SiO4의 작은 입자들에 연결된 콜로이드 실리카의 단단하고 연속적인 그물로 구성되는 합성 비정질 실리카 겔과 같은 물질들을 포함한다. 다공성 탄소는 산화제로 숯을 기화시킴으로써 얻어지는 활성탄을 포함한다. 제올라이트는, 결정질 미다공성 알루미나 규산염 물질을 포함하고, HZSM-5, ZSM5, 제올라이트 HY 등과 같은 여러 개의 영역을 포함한다. 제올라이트 또는 제올라이트 기반의 물질들의 장점은 이들의 사용에 있어서의 다양성과, 사용목적에 따른 변형에 대한 민감성을 들 수 있다. 금속 유기 다면체들은 미소다공성인 신세대 물질로서 높은 다공성, 균일한 구멍 크기를 가지며, 경계가 분명한 흡착 영역 및 큰 표면적을 가진다. 이들 다면체들은 전형적으로 금속 센터들을 연결하는 유기 링커(linker)들로 구성된다.
화학적 흡착재는 화학흡착(chemisorption)에 사용되는 물질들을 포함한다. 이들은 염화칼슘, 염화바륨, 염화스트론슘 등과 같은 금속 염화물, 염 및 수소화 리튬, 수소화 칼슘, 전자쌍 공유성의 폴리머화된 수소화물, 및 비금속 분자 수소화물 및 금속산화물을 포함한다.
복합 흡착재는 금속염화물과 활성탄 섬유, 확장된 흑연, 실리카 겔 또는 제올라이트의 조합과 같은 화학적 및 물리적 흡착재의 조합들을 포함한다. 복합 흡착재는 팽윤성, 낮은 도전성 또는 응집성과 같은 화학적 흡착물질에 대한 영향을 미치지 않는 물리적 흡착재의 성능을 제고한다는 장점을 가진다.
종래의 증기압축 기반 냉장 시스템을 대신하여 여러 개의 상이한 열교환 메커니즘이 상정되어 왔다. 이하에서는 참조를 목적으로 이들 중 몇몇에 대하여 논의한다.
2상(床) 흡착재 기반의 냉각 시스템은 분리된 열교환기들을 포함한다. 필수적으로, 이 시스템은 4개의 메인부와, 운용모드에 따라 흡착기 또는 탈착기로서 기능하는 2개의 리액터와, 증발기 및 응축기를 포함한다. 리액터들은 흡착재 물질로 채워져 있어서 흡착 또는 탈착과정을 통하여 흡착질을 흡착 또는 탈착하게 된다. 매체의 흐름은 냉매밸브를 사용하여 조정된다.
2상 흡착 냉각 시스템에 대한 다른 대안은, 일체화된 흡착 기구를 사용하는 시스템이다. 이는 통상 2개의 유니트를 포함하며, 각 유니트에는 흡착재 상과, 증발기 및 응축기가 마련된다. 이 장치의 열교환주기는 2개의 모드를 포함하는데, 흡착/증발 모드로 알려져 있는 증발로 시작되는 흡착과, 탈착/응축 모드로 알려져 있는 탈착에 따른 응축이 그것이다. 제어밸브들은 각 유니트에 대한 2차 유체의 흐름을 제어하도록 마련된다.
다른 대안적인 기구는 3상 흡착 시스템을 포함한다. 이것은 응축기 및 증발기에 부가하여 3개의 리액터들로 구성된다. 3상 열교환 시스템은 연속적인 증발을 가능하게 한다. 이 기구는 4개의 운용모드를 가지는데, 예열, 탈착, 사전-냉각 및 흡착이다.
저온 열원을 이용하도록 사용되는 다단계 시스템들 또한 이용 가능하다. 이들 시스템은 2상 흡착 냉각 시스템에는 적절하지 않은 온도에서 운용된다.
상술한 바와 같이, 흡착 냉각 시스템은 전형적으로는 100℃ 미만 온도의 저급 폐열 또는 태양열 에너지를 효과적으로 이용할 수 있으며, 효과적인 냉각 에너지를 생성할 수 있다. 열적으로 구동되는 흡착 냉각 주기는 그 주기를 구동하기 위하여 전기를 필요로 하지 않고, HFC를 기반으로 하는 냉매에 대하여 천연 냉매 또는 대안적인 냉매를 이용하기 때문에 환경친화적이다. 또한, 이 시스템은 낮은 급의 보수유지만을 필요로 하며 동작하는 부분이 없다. 하지만, 저온의 열로 구동되는 흡착 냉각 시스템의 주된 단점은 특정 냉각용량 및 성능계수의 관점에서의 낮은 성능과, 종래의 증기압축 주기에 반대되는 비교적 큰 이산화탄소 배출량에 있다.
흡착 열교환기는 전형적으로는 열에너지를 공급 및 배출하는데 사용되고 잠열(潛熱)을 구속 및 해제하기 위한 흡착질 작업매체(working medium)의 상변화를 이용하는 흡수제(sorbent) 물질과 열적인 접촉을 하는 열교환기 구조를 포함한다. 열은 증발 작업매체의 응축을 통하여 해제된다. 반대로, 열교환기 구조를 통하여 공급된 열에너지는 흡착질의 재생된 증발을 위하여 사용될 수 있다.
고형질이 흡착질의 상변화를 수행하는데 주로 사용되며, 이것이 소위 흡수제(sorbent) 또는 흡착재(adsorbent) 물질이다. 그러한 흡수제 물질들의 특징은 높은 용적 대 표면비를 가지는 그들의 개방-다공성 구조이다. 이들 물질의 내부 공동들은 분자크기의 규격을 가진다. 흡수제 물질의 효과는 그들의 미소 다공성 구조 내로 외부 원자 및 외부 분자를 흡수하고 또한 기상(氣相)으로부터 결착된 상태로 천이하는 것에 근거한다. 흡착 열교환기 내에서 사용되는 흡수제 물질의 예로서는, 벤토나이트, 실리카 겔 또는 제올라이트와 같은 점토이다. 높은 응축열을 가지고 사용하기가 용이하기 때문에 이들 흡수제 물질에 대한 작업 매체로서 물이 통상 사용된다.
흡착기반 열교환 시스템은 다공성 고체 흡착재에 의한 흡착질 증기의 흡착 및 탈착에 의하여 구동된다. 기계적인 압축기에 의하여 구동되는 종래의 증기압축 냉각 시스템과는 대조적으로, 흡착주기를 구동하는데에는 전기 에너지가 필요치 않다. 기본 주기는 흡착 단계 및 탈착 단계를 포함한다. 흡착 단계에 있어서는, 냉매증기가 흡착재 물질에 의하여 흡착되어 열을 방출하게 된다. 탈착 단계에 있어서는, 열이 흡착재에 가해져서 냉매의 탈착을 유발하게 된다. 이 과정을 통하여 전달된 열은 열교환기에 의하여 흡착재와 열전달액(예를 들면 물 또는 메탄올 또는 물-글리콜의 혼합물)의 사이에서 전달된다. 흡착 및 탈착 과정은 증발기/응축기 내의 매체의 증발 및 응축과 관련하여 발생된다. 기체상태의 냉매의 흡착은 증기압을 내리고, 증발기 내의 액체 냉매의 증발을 촉진한다. 이러한 증발시에, 열은 피냉각되는 대기로부터 추출되며, 그에 의하여 냉각이 이루어진다. 열교환기를 통하여 흡착재에 열을 공급함으로써, 흡착된 냉매가 기체 상태로 해제되고, 따라서 다음 흡착주기를 위한 흡착재 물질을 재생하게 된다. 기체상태의 흡착질은 대기로의 열폐기가 발생하는 응축기를 통과하게 된다. 종래의 증기-압축 냉각에서와 같이, 액체 냉매는 제어장치(예를 들면, 확장밸브)를 통과하여 증발기로 되돌아가고, 주기가 반복될 수 있다.
흡착 열교환기에 있어서, 예를 들어 그를 통과하는 열 전달액의 흐름을 가짐으로써, 외부로부터 열에너지가 공급될 때, 외부로부터 흘러들어오는 열은 다공성 흡수제 내에 있는 흡착된 작업매체를 해제하기 위하여 다공성 흡착재 물질에 효과적으로 전달될 필요가 있다. 반대의 경우, 즉, 흡착 열교환기의 바깥쪽으로의 에너지의 흐름을 의미하는 열에너지의 해제에 있어서는, 다공성 흡수제 물질 상의 작동 매체의 응축의 결과로서 해제된 열에너지는 흡착 열교환기로부터 외부로 전달될 필요가 있다. 공지의 다공성 흡착재 물질은 열전도성이 좋지 않기 때문에, 흡착 열교환기들은 통상 작업매체를 결합 및 해제하는데 사용되는 다공성 흡착재 물질과 높은 열전도성을 가지는 열교환기 구조의 조합으로서 제조되었다. 열교환기 구조는 대개 동, 알루미늄 또는 스텐레스강과 같은 금속재료 및, 세라믹 물질, 탄소 물질, 탄소섬유 강화플라스틱(CFRP) 물질 및 특정한 플라스틱 물질과 같이 높은 열전도성을 가지는 기타 다른 물질들로 구성된다.
열교환기들은 통상 흡수제 물질과의 직접적인 접촉을 하지 않는 열 전달매체와의 직접적인 유통을 허용하기 위한 공동(空洞)들을 포함한다. 열교환기 구조는 흡수재 물질과 열접촉을 하게 된다. 이러한 경우에 있어서 가장 단순한 것은 대부분 분말의 형태로 존재하거나 또는 팰릿(pellet) 형상의 결합제와의 혼합물에 의하여 존재하는 흡수제 물질을 가지는 벌크 물질의 형태에서 발생한다.
열적으로 동력을 받는 흡착식 냉각기가 공간 냉각을 위하여 제안되어 왔다. 이들 냉각기들은 기본적으로 흡착재상을 증발기 및 응축기에 개별적으로 접속하는 냉매밸브의 온/오프 동작을 제외하고는, 동작하는 부분이 없다. 따라서 이들 시스템들은 매우 신뢰도가 높으며 보수유지를 거의 필요로 하지 않는다. 흡착식 냉각기들은 또한 고형인 다공성 흡착재로의 냉매의 흡착 및 냉매의 탈착이 벌크 과정이 아니라 기본적으로 평면적이기 때문에 소형화될 수 있다.
상술한 바와 같이 열교환 기구를 위한 다수 개의 방법들이 상정되었다. 이들 중 몇몇을 이하에서 간단하게 언급한다.
미국특허 제 8,052,032 호는 직접 결정화에 의하여 기판 표면 상에 제올라이트 층이 퇴적/생성되는 열교환기 기재의 제조방법을 설명하고 있다. 그러나, 이 특허에 있어서는 어떠한 복합화 기술에 대한 참고 또는 언급도 없다.
미국특허 제 8,590,153 호는 열교환기 구조상에 접착층/피막이 형성되고, 그 후에 열교환기가 흡수제 물질에 담그어져서 부착이 확실하게 되는 열교환기를 개시한다. 피복방법은 기본적으로 나중에 침전과정에 의하여 흡착재 물질이 피복되는 완성형 열교환기의 사용을 포함한다. 예측될 수 있는 바와 같이, 이 방법은 피막두께의 불균일성에 대한 한계를 가질 수 있으며, 특정 부분에서의 다공성 고체물질의 응집은 불균일한 피막으로 이어질 수 있어서 성능에 악영향을 주게 된다.
미국특허 공개공보 2010/0136326호는, 금속 지지기재 및 규산염층으로 구성되는 복합층이 용매열 합성법(solvothermal synthesis)을 통하여 얻어지는 규산염층으로 기재의 표면을 피복함으로써 얻어진다. 이 공보에 있어서는 열교환 기구를 복합화하려는 어떠한 시도나, 혹은 흡착재의 용량 또는 열교환기의 탄소배출량과 타협하지 않고서 열교환기의 운동 성능을 개선하려는 시도에 대해서는 개시하지 않고 있다.
미국특허 공개공보 2011/0183836 호는 열교환기용의 알루미늄 포함 기재를 개시한다. 인산 알루미늄 제올라이트의 미소다공질층이 기재, 그 중에서도 다른 층에 적용된다. 이 공보는 또한 기재 상에 피막을 형성하는 층들의 갯수를 증가시키는데 주안점을 두며, 여기에서 적어도 한 개의 층은 ALPO4 이며, 복합화 기술을 통하여 열교환기의 운동성능을 증가시키려는 시도에 대한 어떠한 정보나 안내도 제공하지 않는다.
미국특허 공개공보 2012/0216563 호는 증기가 통과할 수 있도록 교환기의 관형상 부분과 접촉하도록 다공성 물질이 마련되는 열교환기를 개시한다. 이 물질은 섬유상 물질이다. 그러나, 이것이 성능 동력학을 개선하는데 유용한지 또는 부가적인 복합화 기술이 사용될 수 있는지에 대한 어떠한 개시나 안내도 없다.
미국특허 공개공보 2013/0014538 호는 흡착 냉각기에 대한 서브-조립체를 개시한다. 서브-조립체에는 적층으로 배치되는 다수 개의 판을 포함하는 흡착부분들이 마련된다. 적층 내의 판의 인접한 쌍들의 냉매측은 냉매 경로를 규정하며 흡착재 물질이 이들 경로에 마련된다. 그러나, 여기에도 이러한 구조가 성능 동력학에 있어서 어떠한 공헌을 하는지 또는 개선을 제공하는지에 대한 개시나 안내는 없다.
일본 특허공개공보 제 2011-240256 호는 다수 개의 활성화된 탄소섬유가 마련된 흡착재 블록을 개시한다. 이들 섬유들은 모두 동일한 방향을 향하고 있다. 원통형의 금속 시트가, 축방향으로 활성화된 섬유들의 외부 둘레를 덮도록 마련된다. 이는 섬유들을 원통형의 금속 시트로 덮고 한쪽 방향으로 말은 다음에 시트를 절단함으로써 얻어진다. 하지만, 이러한 구성이 운동성능에 있어서의 어떠한 개선을 제공하거나 기여하는지에 대한 어떠한 기재 또는 안내도 없다.
일본특허 공개공보 제 2005-291528 호는 향상된 흡착기 용량을 가지는 열교환기를 개시한다. 열교환기는 특정한 핀(fin) 피치, 핀 길이 및 핀 높이를 가지는 평판 핀 튜브형 열교환기를 포함한다. 숯이 특정한 증기 흡착용량을 가지는 활성탄이 필러 흡착재로 사용된다. 그와 같이 형성된 상은 흡착재 물질의 누출을 방지하기 위하여 그물과 같은 물질로 덮여진다. 그러나, 이러한 구성이 운동성능에 어떠한 개선을 제공하는지 혹은 기여하는지에 대한 기재 또는 안내는 없다. 또한, 본 개시내용에 있어서 중점사항은 핀의 규격을 변형하고 흡착력을 높이기 위하여 흡착재 물질의 특성을 조정하는 것에 있다.
본 발명의 목적은, 콤팩트하며 입력 냉각 전력을 변환하는데 효율적이고 가격이 적당한 하이브리드 흡착식 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명은 열전달 유체를 운반하기 위한 적어도 한 개의 관형상 또는 마이크로-채널 구조를 포함하며, 그러한 구조의 외부면에는 적어도 2개의 위치에 연장부가 마련되며, 상기 연장부는 하나 이상의 흡착재 재료를 제공하기 위하여 그들의 사이에 상(床)을 형성하며, 상기 연장부의 적어도 일부에 흡착재 물질의 피복이 마련되는 하이브리드형 흡착식 열교환장치를 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 연장부는, 각 연장부의 높이가 그의 전체 길이를 따라서 실질적으로 균일하게 남겨진 상태로 관형상 구조의 전체 길이를 따라서 길이방향으로 뻗어 있거나 또는 관형상 구조를 둘러싸고 뻗어 있다.
다른 실시예에서, 관형상 구조와 연장부들은 일체로 되어 있거나, 또는 별도의 접속수단을 통하여 상호간에 접속될 수 있다.
원하는 경우, 관형상 구조 및 연장부들은 동일한 재료로 만들어지며, 금속, 세라믹 기반의, 폴리머 또는 탄소 기반의 물질인 열전도성 물질로 만들어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 각 연장부는 상 내의 흡착재 충전물과 동일하거나 또는 상이한 흡착재로 피복된다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 상 내에 마련된 흡착재 물질은, 단일체 또는 이들의 조합으로서, 제올라이트, 다공성 규산염, 불용성 금속 규산염, A형 실리카 겔, RD형 실리카 겔, S2형 실리카 겔, 활성탄 섬유, 입자형 활성탄, 활성 알루미나, 고도 다공성 활성탄, 링커(linker)가 결합된 Zr6O4(OH)4, MIL-101Cr, MOF(금속-유기 다면체), COF(공유결합 유기 다면체), FAX(기능성 흡착재 물질)등으로 구성되는 군으로부터 선택된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 흡착재 물질은 3 내지 100 옹구스트롬 범위에서의 구멍의 지름을 가지는 흡착재 입자 또는 어떠한 소정의 패턴으로 흡착재가 피복되거나 그에 퇴적된 평탄하거나 주름진 시트를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 평탄하거나 주름진 시트들은 알루미늄, 동, 흑연/확장 흑연, 무기 또는 유기 섬유 기재 또는 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 열전도성 물질로 만들어지며, 임의적으로 천공된 시트일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 연장부들은 단일체 또는 이들의 조합으로서, 제올라이트, 다공성 규산염, 불용성 금속 규산염, A형 실리카 겔, RD형 실리카 겔, S2형 실리카 겔, 활성탄 섬유, 입자형 활성탄, 활성 알루미나, 고도 다공성 활성탄, 링커(linker)가 결합된 Zr6O4(OH)4, MIL-101Cr, MOF(금속-유기 다면체), COF(공유결합 유기 다면체), FAX(기능성 흡착재 물질)등으로 구성되는 군으로부터 선택된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 열전달 유체는 물, 저급 알콜, 및 오일(Oil)등으로 구성되는 군으로부터 선택된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 충전제는 불순물이 첨가된 충전제이고, 불순물 첨가제는, 염화 칼슘, 브롬화 리튬, 염화 마그네슘, 황화 마그네슘, 질화칼슘, 염화 망간 등과 같은 무기 금속염으로 구성되는 군으로부터 선택된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 탄소섬유, 흑연섬유 등으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 첨가제들이 열전도성을 제고하도록 첨가된다.
원하는 경우, 폴리머 메시가 흡착재 상위에 마련되며, 여기에서 폴리머는 아닐린이다.
본 발명은 또한, 하이브리드 흡착 열교환장치의 제조방법으로서,
- 열전도성 물질의 적어도 일부를 흡착재로 피복하는 것;
- 적어도 일부가 피복된 열전도성 물질을, 열전달 유체를 운반하는 관형상 구조로 변환하고 그 위에 2개 이상의 연장부를 마련하며, 상기 연장부는 상기 피복된 관형상 구조와 일체로 되거나, 또는 적어도 부분적으로 흡착재가 피복된 열전도성 물질을 포함하며, 상기 연장부는 그들 사이에 흡착재 상(床)을 형성하는 것;
- 상기 흡착재 상에 하나 이상의 흡착재 물질을 마련하는 것
을 포함하는 방법을 제공한다.
본 발명은 이하에서, 그 중에서도 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명된다.
도 1은 흡착 및 탈착 열교환기 내에서 사용되는 전형적인 핀 방식의 블록 흡착기를 나타내는 도면이다.
도 1(a)는 도 1에서 'A'로 표시된 부분의 확대도이며, 도 1(b)는 그의 사시도이다.
도 2는 열교환기에서 사용되는 전형적인 나선형 핀 방식의 튜브 흡착기를 나타내는 도면이다.
도 2(a)는 도 2에서 'A'로 표시된 부분의 확대도이며, 도 2(b)는 그의 사시도이다.
도 3(a)는 흡착기 상이 과립형 흡착재로 넣어져/채워져 있는 종래 기술의 핀이 형성된 블록 흡착기의 도면이다.
도 3(b)는 종래의 피복된 핀이 형성된 블록 흡착기의 도면이다.
도 4(a)는 흡착기 열교환 튜브의 핀들이 제1 흡작재 물질로 피복되고, 핀들 사이의 공간이 과립을 포함하는 제2 흡착재 물질로 피복되고 적절한 메시로 덮이는 흡착재 상의 도면이다.
도 4(b)는 흡착기 열교환 튜브의 핀들이 제1 흡작재 물질로 피복되고, 핀들 사이의 공간이 건조제가 피복된 기재를 포함하는 제2 흡착재 물질로 채워지는 흡착재상의 도면이다.
도 4(c)는 흡착기 열교환 튜브의 핀들이 제1 흡작재 물질로 피복되고, 핀들 사이의 공간이 주름진 건조제가 피복된 기재를 포함하는 제2 흡착재 물질로 채워지는 흡착재상의 도면이다.
도 4(d) 및 도 4(e)는 흡착기 열교환 튜브의 핀들이 제1 흡작재 물질로 피복되고, 핀들 사이의 공간이, 주름지거나 또는 평탄한 건조제가 피복된 기재 블록 및 건조제로 피복된 기재 블록 사이에 놓여지는 흡착재 과립을 포함하는 제2 흡착재 물질로 채워지는 흡착재 상의 도면이다.
도 4(f)는 흡착기 열교환기 튜브의 핀들이 이들의 표면적을 제고하도록 형성되고, 제1 흡작재 물질로 피복되며, 핀들 사이의 공간이 흡착재 과립을 포함하는 제2 흡착재 물질로 피복되고 적절한 메시로 덮이는 흡착재 상의 도면이다.
도 5는 2차 유체 로부터/로의 열전달 시에 온도 구배를 전개하는 4개의 열전달 저항의 도면이다.
도 6은 흡착재로 피복되고, 소정의 또는 임의의 패턴으로 천공이 마련되는 기재 물질의 도면이다.
도 7은 본 출원인에게 독점적인 물에 대한 실리카 겔 S2 및 피복된 실리카 겔 S2/물 흡착재/냉매 쌍의 등온 흡습곡선을 나타낸다.
도 8은 30-70℃ 범위 내의 온도에서의 실리카 겔 S2/물 쌍에 대한 흡착 데이터를 나타낸다.
도 9는 5kPa 및 15kPa 의 범위 내의 압력에서의 실리카 겔 S2/물 쌍에 대한 흡착 데이터를 나타낸다.
도 10은 본 출원인에게 독점적인 실리카 겔 S2 형식 및 시판중인 후지 RD 형 실리카 겔에 대한 물의 등온 흡습곡선을 나타낸다.
도 11(a), (b) 및 (c)는 각각 30°, 50° 및 70℃의 흡착온도에서의 실리카 겔 S2/물 쌍의 흡착 활용 및 압력의 시간적인 프로파일이다.
도 12는 흡착재 열교환기의 냉각용 리터당 와트수의 관점에서, 종래기술의 흡착기에 대한 비용량과 본 발명의 다른 하이브리드형 흡착식 열교환기의 잠재적인 비용량의 비교를 나타내는 도면이다.
도 13은 종래의 포장방법, 개선된 흡착재-피복된 방법 및 흡착재-피복된 하이브리드형 열교환기를 사용한 흡착 냉각제의 냉각 용량 및 COP 를 나타내는 도면이다.
도 14는 350W/m2K 의 전체적용 열전달계수에 대한 흡착식 냉각기의 주된 구성부의 온도 프로파일을 나타내는 도면이다.
도 15는 팰릿, 흡착재-피복 및 하이브리드형 열교환기에 대한 흡착 냉각제의 성능비교를 나타내는 도면이다.
동 기술분야에 있어서의 공인된 요구는 주기 전체의 성능을 개선하기 위하여 열교환기 내에서 사용되는 흡착재상의 성능을 제고하는 것이다. 많은 요인들 중에서도, 흡착재상의 성능효율을 결정짓는 주된 파라미터들은 열 및 질량 전달 비들이다. 질량전달은 흡착용량 및 흡착 흡수율에 영향을 준다. 열전달은 탈착 및 흡착열 양자의 전달 및 추출에 대해서 각각 중요하다. 흡착재상 성능에 영향을 미치는 다른 파라미터들은, 흡착재의 다공도 및 구멍의 크기, 입자의 크기 및 금속에 대한 흡착재의 질량비 등이다.
열전달은 흡착재상 내에서 다중적인 저항레벨에 처해진다. 이들은 금속에 의하여 유발되는 2차적인 유체 대류성 열전달, 열교환기의 벽을 통한 전도성 열전달, 금속 대 흡착재 접촉 열전달, 및 흡착재 물질을 통한 도전성 열전달 저항을 포함한다. 이들 중에서, 금속 대 흡착재 접촉 경계면에 의하여 야기되는 열전달 저항은 열교환기의 효율에 영향을 주는 현저한 역할을 하며 흡착재와 열교환금속 사이의 물리적인 접촉의 성격 및 레벨에 의존적이다. 예를 들어, 단순한 입자충전 흡착재상 시스템에 있어서는, 질량전달 성능이 매우 높더라도, 흡착입자와 열교환기 금속표면 사이의 높은 접촉 열저항에 기인하여 열전달 성능의 레벨이 일반적으로 낮다.
흡착재 입자를 금속 첨가제와 혼합하여 열전도를 증가시킴으로써, 모든 접촉 열저항을 제거하기 위하여 입자의 사용을 회피하고 상열교환기 금속을 흡착재로 피복함으로써, 흡착재 입자를 폴리아닐린 그물로 덮음으로써, 금속 폼(foam) 상에 흡착재를 퇴적시킴으로써, 또한 통합상(統合床) 방법을 사용함으로써, 흡착재상 내에 사용되는 흡착재 물질의 열전달 성능을 제고시키는 것이 가능하다.
전체적인 열전도도를 증가시킴으로써 열전달 성능을 제고하는 기술 중의 하나는, 제올라이트계 물질의 흡착재 입자에 알루미늄, 동, 또는 흑연/확장 흑연과 같은 금속 입자를 첨가하는 것이다. 열전도도가 현저하게 증가되는 것으로 보고되고, 사용하기가 용이한 것임에도 불구하고, 질량 전달 성능에 있어서의 감소가 있다는 한계 및 물질의 한계가 있다. 물질의 한계는 그러한 흡착재상들이 사용되는 적용분야의 범위를 한정짓기 때문에 매우 심각한 한계라 할 수 있다.
종래 기술에 있어서 논의된 입자상 접근방법에 대한 대체물로서의 다른 기술은 이들의 사용을 전부 피하는 것이고 대신에 열교환기의 금속을 흡착재로 피복하는 것이다. 이는 일반적으로 금속의 표면을 세정하기 위한 유기 물질의 사용, 유기 결합제로 인한 흡착제 슬러리의 형성, 그리고 세정된 금속표면 상에 인가하고 잔여 결합제를 제거하기 위한 가열 등을 포함한다. 여러 개의 상이한 피복기술들이 논의되고 개시되어 왔다. 이 방법의 하나의 장점은 흡착재와 금속의 열접촉 저항을 현저하게 회피할 수 있다는 점이다. 이 방법은 입자형 상 접근방법에 대한 대안으로서 고려되어 왔다.
종래기술에서 논의된 다른 방법은 입자형 상 위로 폴리아닐린 그물과 같은 폴리머 그늘을 형성하는 것이다. 이는 흡착재 입자의 표면 상에 아닐린의 현장에서의 중합화에 산화제를 사용하여 행해질 수 있다. 이 방법에 있어서 주목되는 단점은 열전달 저항이 감소되는 반면, 질량전달 성능이 악영향을 받는다는 점이다.
다른 시도는 금속 폼(foam) 상에 흡착재를 퇴적하는 것을 포함한다. 이 방법의 일 예는 제올라이트 및 동 금속 폼의 퇴적을 포함한다. 이 방법은 필수적으로 열교환기의 금속부분을 에폭시 수지, 발포제 및 금속분말로 피복하는 것을 포함한다. 흡착재 물질은 콜로이드 씨드 솔루션(colloidal seed solution)을 사용하여 퇴적된다. 예를 들어, 제올라이트의 경우에, 이는 씨딩(seeding), 이후의 열수성 합성, 세척 및 건조를 포함한다. 이 방법은 열전달 특성을 현저하게 증가시키지만 금속 질량에 있어서의 증가를 초래한다.
통합상 접근방법은 다수 개의 상이한 단계에 의존한다. 예를 들어, 압축된 흡착재 입자 및 점토, 확대된 흑연, 금형 입자 및, 흡착재 입자가 함침된 금속 폼 및 결합제의 첨가 등이다. 이 방법은 열전달 성능에 있어서는 현저한 증가를 나타내었다. 하지만, 이 방법은 모든 흡착재 물질의 경우에 효과적이지는 않을 수 있고, 상 투과성 및 갈라짐의 한계를 가진다.
알 수 있는 바와 같이, 종래의 기술에서 제안되어 온 접근방법들은 입자상 접근방법에 대한 대안으로서의 다양한 해결방법처럼 보인다. 종래 기술에 있어서의 종래의 지혜는, 입자상 접근방법이 열전달 성능에 악영향을 미친다는 것이며, 유일한 해결책은 이 방법에 대한 대체방안을 찾는 것이다.
본 출원인은, 복합식 접근방법은 입자상 접근방법의 현저한 장점인 질량전달 성능뿐 아니라, 열전달 성능도 제고한다는 것을 결정하였다. 본 발명의 방법은 열교환기의 금속부분(또는 그의 부품)에 대한 피막을 적용하는 것 뿐 아니라, 그러한 금속부분들 사이에 마련되는 부가적인 흡착재 물질의 존재를 보장하는 것을 포함하는 열교환기 성능제고에 대한 통합적인 접근방법을 포함한다. 그러한 하이브리드식 흡착재 기반의 열교환기는 열 및 질량전달 특성의 양자의 관점에서 현저한 성능제고 효과를 제공한다.
본 발명의 목적은, 콤팩트하며 입력 냉각 전력을 변환하는데 효율적이고 가격이 적당한 하이브리드형 흡착식 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 요지는 열교환기 핀들의 피막뿐 아니라 핀들 사이에서의 느슨한 다공성 흡착재 물질의 사용을 포함하는 복합화 기술에 의한 열전달 향상을 포함한다. 물/암모니아/에탄올/메탄올/기타 여러가지의 냉매들이 다공성 흡착재로부터 발열적으로 흡착하고 흡열적으로 탈착하며, 이 흡착재는 통상 단일 흡착재의 양호한 열전달 특성을 가지는 흡착재상에 싸여져 있다. 흡착재상에 있어서, 주된 열적 저항은 흡착재 물질의 피복을 통하여 없어도 되는 흡착재 물질 및 흡착기의 핀으로부터 오게 된다. 비출력이 피복된 핀들 사이의 느슨한 흡착재 입자의 밀집을 통하여 강화된다. 본 발명은 피복된 흡착재뿐 아니라 느슨한 흡착재 입자 또는 유리섬유와 같은 대체수단을 채워넣고, 여기에서 건조제는 현장에서 생성되거나 미리 함침되거나, 또는 입자 및 유리섬유와 같은 상이한 수단의 조합이 될 수 있다.
도 1은 흡착 및 탈착 열교환기 내에서 사용되는 전형적인 핀 방식의 블록 흡착기를 나타내는 도면이다.
도 2는 열교환기에서 사용되는 전형적인 나선형 핀 방식의 튜브 흡착기를 나타내는 도면이다.
도 3(a)는 흡착기 상이 과립형 흡착재로 넣어져/채워져 있는 종래 기술의 핀이 형성된 블록 흡착기의 도면이다. 도 3(a)로부터 명백한 바와 같이, 2차 유체는 흡착기 열교환 튜브를 통하여 흐르고, 핀들은 열교환 튜브의 외부표면 상에 마련된다. 핀들 사이의 공간들은 흡착기 입자들로 채워진다. 튜브 자체는 열전달을 촉진하는 동과 같은 금속으로 만들어질 수 있다. 입자 포장은 최종적으로 금속성 메시로 덮여진다. 핀들은 전형적으로는 알루미늄으로 만들어진다.
도 3(b)는 종래의 피복된 핀이 형성된 블록 흡착기의 도면이다. 2차 유체는 흡착기 열교환 튜브를 통하여 흐르고, 핀들은 열교환 튜브의 외부표면 상에 마련된다. 핀들 사이의 공간들은 비어 있다. 튜브 자체는 열전달을 촉진하는 동과 같은 금속으로 만들어질 수 있다. 입자 포장은 최종적으로 금속성 메시로 덮여진다. 핀들은 전형적으로는 알루미늄으로 만들어지며 종래기술에 개시된 기술을 사용하여 흡착재 물질로 피복된다. 피복과정은 본 문헌에서 다소 상세하게 논의되며, 핀상으로의 균일한 흡착재의 확실한 퇴적을 위하여 수지와 결합제의 사용을 포함한다.
도 4(a)는 흡착기 열교환 튜브의 핀들이 제1 흡작재 물질로 피복되고, 핀들 사이의 공간이 입자를 포함하는 제2 흡착재 물질로 피복되는 흡착재상의 도면을 나타낸다. 제1 및 제2 흡착재는 동일하거나 상이할 수 있다. 입자상은 금속성 메시로 덮이게 된다. 피복은 열교환 튜브의 외부표면에 걸쳐서 균일할 수 있다. 대안으로서, 핀들만이 피복되고 2개의 핀들 사이의 열교환기 튜브의 표면들은 피복되지 않고 남아 있을 수 있다.
도 4(b)는 흡착기 열교환 튜브의 핀들이 제1 흡작재 물질로 피복되고, 핀들 사이의 공간이 건조제가 피복된 종이를 포함하는 제2 흡착재 물질로 채워지는 흡착재상의 도면이다. 건조제가 피복된 기재는 그 건조제가 피복되거나 또는 유리섬유 내로 함침된 것이거나 또는 건조제가 현장에서 제조되는 것일 수 있다. 제1 및 제2 흡착재들은 동일하거나 상이할 수 있다. 피복은 열교환기 튜브의 외부표면에 걸쳐서 균일할 수 있다. 대안으로서, 핀들만이 피복되고 2개의 핀들 사이의 열교환기 튜브의 표면들은 피복되지 않고 남아 있을 수 있다.
도 4(c)는 흡착기 열교환 튜브의 핀들이 제1 흡작재 물질로 피복되고, 핀들 사이의 공간이 주름진 건조제가 피복된 기재의 블록을 포함하는 제2 흡착재 물질로 채워지는 흡착재상의 도면이다. 건조제가 피복된 기재는 그 건조제가 피복되거나 또는 유리섬유 내로 함침된 것이거나 또는 건조제가 현장에서 제조되는 것일 수 있다. 제1 및 제2 흡착재들은 동일하거나 상이할 수 있다. 피복은 열교환기 튜브의 외부표면에 걸쳐서 균일할 수 있다. 대안으로서, 핀들만이 피복되고 2개의 핀들 사이의 열교환기 튜브의 표면들은 피복되지 않고 남아 있을 수 있다.
도 4(d) 및 도 4(e)는 흡착기 열교환 튜브의 핀들이 제1 흡작재 물질로 피복되고, 핀들 사이의 공간이, 주름지거나 또는 평탄한 건조제가 피복된 기재 블록 및 건조제로 피복된 기재 블록 사이에 놓여지는 흡착재 과립을 포함하는 제2 흡착재 물질로 채워지는 흡착재 상의 도면이다. 도 4(d)에 있어서, 기재 블록들은 튜브의 축에 수직으로 마련되는 반면, 도 4(e)에 있어서는 기재 블록들이 튜브축에 평행하게 마련된다. 건조제가 피복된 기재는 그 건조제가 유리섬유에 사전에 피복/함침된 것이거나 또는 건조제가 현장에서 제조되는 것일 수 있다. 제1 및 제2 흡착재들은 동일하거나 상이할 수 있다. 피복은 열교환기 튜브의 외부표면에 걸쳐서 균일할 수 있다. 대안으로서, 핀들만이 피복되고 2개의 핀들 사이의 열교환기 튜브의 표면들은 피복되지 않고 남아 있을 수 있다. 도 4(b) 내지 도 4(e)의 경우의 기재블록들 또한 질량 및 열전달을 제고하기 위하여 천공될 수 있다.
도 4(f)는 흡착기 열교환기 튜브의 핀들이 제1 흡작재 물질로 피복되며, 핀들 사이의 공간이 흡착재 과립을 포함하는 제2 흡착재 물질로 피복되는 흡착재 상의 도면이다. 본 실시예에서는 핀들이 주름진 것이며, 필요하다면 열 및 질량 전달을 제고하기 위하여 임의의 패턴으로 천공될 수 있다. 제1 및 제2 흡착재들은 동일하거나 상이할 수 있다. 피복은 열교환기 튜브의 외부표면에 걸쳐서 균일할 수 있다. 대안으로서, 핀들만이 피복되고 2개의 핀들 사이의 열교환기 튜브의 표면들은 피복되지 않고 남아 있을 수 있다.
도 5는 피복된 핀 내의 열전달 영역의 도면으로서, 이하 상세하게 설명된다. 도 6은 흡착재로 피복되고, 소정의 또는 임의의 패턴으로 천공이 마련되는 기재 물질의 도면이다. 이러한 흡착재 물질은, 열교환기를 위하여, 외부 연장부(핀)로 변환될 수 있고, 흡착재 물질은 그에 의하여 형성된 상에 채워진다.
본 발명은 필수적으로 흡착재 상들을 복합화함으로써, 핀이 흡착재 물질로 피복되는 것뿐 아니라, 핀들 사이의 사이공간들도 부가적인 흡착재 물질이 마련되는 것이다. 제2 충진제 흡착재 물질은 피복을 위하여 마련되는 것과 같을 수도, 다를 수도 있다. 예를 들어, 충진제 흡착재 물질은 제올라이트 물질, 활성탄, 활성 알루미나, 또는 실리카 겔과 같은 이용가능한 입자들의 형태일 수 있다. 선택적으로 충진제 물질은, 유리, 세라믹, 활성탄, 흑연이나, 피복, 담금, 함침 또는 현장에서의 형성 또는 기타 다른 방법에 의하여 마련되는 흡착재 물질을 가지는 유기 또는 무기물질의 섬유 또는 시트를 포함할 수 있다.
본 발명의 하이브리드 열교환기는 상이한 흡착재 형태를 조합함에 있어 탄력성을 부여한다. 이러한 하이브리드 열교환기가 질량 전달 및 열전달 성능의 관점에서 현저한 향상을 제공한다는 것이 실험을 통하여 확인되었다.
본 발명에 대한 접근방법은, 피복되지 않은 핀이 형성된 공간 내에 마련되는 입자 흡착재와 관련하여 현재의 최신 기술을 평가하는 것을 포함한다. 동 업계에 있어서, 그러한 시스템의 효율(비효율)은 흡착재 열교환기의 리터당 100와트 근방인 것으로 알려져 있다. 이를 감안하여, 접근방법은:
a. 흡착재 열교환기 용량의 리터당 와트출력을 증가시키고, 따라서 전체 용량과, 탄소배출량 및 비용을 절감한다.
b. 흡착기 열교환기 출력당 와트수를 부가적으로 제고하기 위하여 흡착 및 탈착 동역학을 증진시켜서, 흡착 냉각제의 탄소배출량, 용량 및 비용을 추가적으로 절감한다. 본 발명은 이들 양자를 동시에 달성한다.
흡착재 열교환장치의 성능을 증가시키고 최적화하기 위하여, 복수의 변수들이 이용된다. 이들은 이하의 것들을 포함한다:
1. 기재: 본 발명의 하이브리드 흡착기 열교환기는 흡착재가 고착되어 있는 열교환기의 일부에 의존한다. 본 발명은 흡착재를 기재에 확실하게 고정하도록 채택되는 고정방법에 의존하는 기재 선택의 관점에서 탄력성을 부여한다. 기재는 알루미늄박, 동박, 유기 금속섬유 시트, 무기 섬유 시트 탄소강화 플라스틱 등이다. 핀의 형식은 평/평탄, 주름, 미늘모양, 사인파, 잔물결모양, 피라미드 또는 바늘형상 등이다.
2. 기재 두께: 기재가 흡착재에 제공하는 지지부 및 전체 열교환기 설계의 일부로서의 열전도도에 따라서, 기재의 두께는 전형적으로는 0.5mm - 2.0mm, 보다 전형적으로는 0.1mm 로부터 1.0mm 의 범위로 될 수 있다.
3. 기재 형상: 기재의 선택에 의존하여, 기재는 평탄형, 주름형, 구형파 형상 또는 상이한 형상의, 예를 들면 삼각형 등이 될 수 있다.
4. 흡착재: 기재에 고착될 흡착재 물질은, 전형적으로는 실리카 겔, 분자체, 합성물, 또는 활성탄이며, 또한 높은 표면적을 가지며 열전달액 내성이 있는 현재 개발중안 흡착재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 물이 냉매로 사용되는 경우라면, 흡착재는 물에 대한 내성이 있어야만 한다. 만약 다른 냉매들이 에탄올, 메탄올 및 암모니아 및 HFC 기반 냉매로서 사용된다면, 흡착제들은 그러한 냉매에 대하여 화학적으로 불활성이어야 한다. 이들 흡착재 중의 몇몇은 이미 존재하고, 다른 것들은 현재 개발중이다. 전형적으로, 이들은 MOFs, 인산 알루미늄, COFs, FAMs 및 FMMs 계의 복합물일 수 있다. 향상된 표면적 및 벌크 밀도는 상보적인 인자들이기 때문에, 선택되는 흡착재는 흡착재의 경계의 운용용량 하에서 쓸만한 용량에 의존될 수 있으나 더 높은 벌크 밀도일 수 있고, 따라서 전체 흡착, 따라서 흡착 열교환기당 kW 의 비성능이 최대화된다. 또한, 흡착 및 탈착의 관점에서 흡착 운동과, 주어진 흡착재의 '동역학'을 제고하기 위한 수단은 흡착기 열교환기의 리터당 와트 수의 관점에서 전체 용량을 최대화하는데 현저한 역할을 하게 된다.
이들 쓸만한 용량을 제고하기 위한 흡착재들은, 염화나트륨, 염화칼슘, 브롬화 리튬, 염화 마그네슘, 황화 마그네슘, 질화칼슘, 염화망간 등과 같은 무기금속염과 같은 불순물 첨가제가 더 첨가될 수 있다.
전체적인 동역학뿐 아니라 흡착재로부터 기재로의 열흐름의 열적인 전도성을 개선하기 위하여, 흑연, 확장흑연, 동 분말 등을 소량으로 첨가할 수 있다.
어떤 경우에는, 불순물 첨가 및 열전도성 물질의 부가가 조합으로 이루어질 수 있다.
5. 기재에 대한 흡착재 고착의 일반적 방법: 이하에서 열거하는 바와 같이, 기재에 흡착재를 고착시키는 몇 개의 공지된 방법들이 있지만, 본 발명은 이들 현존하는 기술 또는 방법에 한정되는 것은 아니다:
a. 기재, 특히 불침투성 기재에 건조제를 고착하는 하나의 방법은 비-마스킹 결합제 또는 접착제를 사용하는 것이다. 결합제 또는 접착제는 무기, 유기 또는 이들의 조합일 수 있다.
b. 기재, 특히 다공성 기재, 흡착재는 적절한 비 마스킹 결합제 루프의 도움으로 다시 함침될 수 있다. 결합제 또는 접착제는 무기, 유기 또는 이들 양자의 조합일 수 있다. 함침은 또한 담금 도포 방법을 포함할 수 있다.
c. 다른 방법으로서, 특히 다공성 기재인 기재, 흡착재는 접착제의 결합제를 사용하지 않고서 현장에서 합성될 수 있다.
d. 다른 방법에 있어서, 전형적으로는 알루미늄박인 기재로부터 시작하여, 흡착재는 흡착재의 결정을 성장시키기 위하여 원소 중의 하나로서의 기재 물질을 이용하여 기재의 표면 상에 현장에서 합성될 수 있다.
흡착재상 내에서의 열전달은 물과 같은 2차 유체를 사용하는 재생 및 흡착에 의하여 제어될수 있다. 2차 유체로부터의 열전달에 대해서는, 도 5에서 나타내 바와 같은 4개의 열던달 저항이 있게 된다.
열저항은:
R.1 2차 유체와 금속벽 사이의 대류성 열전달 저항.
R.2 열교환기의 벽을 통한 열전달 저항
R.3 금속과 건조제 사이의 접촉 열전달 저항.
R.4 건조제 질량을 통한 전도성 열전달 저항.
이해될 수 있는 바와 같이, 열교환장치의 설계는 열전달 저항에 영향을 줄 수 있다.
상기에서, R.3 가 가장 지배적이며 가장 현저하다. 현재까지, 전형적으로 연장된 핀의 형태이고 알루미늄인 열교환기 금속표면 상에 흡착재를 피복하기 위한 노력 및 시도가 있어왔다. 그렇게 함에 있어서, 건조제 질량을 통한 전도성 열전달 저하(R4)은 무시되고 제거되어 왔으며, 어떠한 더 이상의 흡착재가 연장된 열교환기 표면에 존재하지 않았다. R3 의 감소를 통하여 많은 이득이 얻어졌지만, 흡착성능에 있어서는 현저한 교환이 있었고, 흡착용량의 손실이 있어서, 적용된 피복 내에서 건조제의 양/질양이 한계를 가지게 됨에 따라, 금속에 대한 흡착재의 질량비에 감소가 있게 된다.
본 발명은, 비록 한정된 R4 에 닥치게 되더라도 피복된 핀 공간 내에 입자로 된 물질을 사용함으로써, R3 만을 감소하는 것만이 아니라 운동을 현저하게 개선함으로써 금속/핀의 건조제 피복된 연장된 표면을 결합함으로써 금속에 대한 흡착제의 질량비를 거의 최적으로 유지하고, 따라서 열교환기 핀 표면에 채워진 흡착재 입자 물질과 함께 종래의 흡착재 열교환기를 사용하는 흡착 열교환기의 리터당 와트수의 관점에서 35/40% 의 전체 성능의 제고를 달성함을 목적으로 하는 것이다. 이하에서 기술되는 바와 같이 빈 부분을 채우는 다른 방법들도 있게 된다.
흡착재는, 일종의 유기 결합제 및 별개의 무기 결합제로부터의 비-마스킹(non-masking) 결합제를 사용하여 실리카 겔 입자/분말을 알루미늄박에 가함으로써, 또한 흡착재에 대하여 공극 청결제를 사용함으로써 기재에 고착된다. 제올라이트가 실리카 겔 대신에 사용될 수 있다.
연장부에 대한 피복은 이미 공지된 어떠한 방법을 사용하여서도 달성될 수 있는데, 예를 들면, 미국특허 제 8,053,032 호(기재 상으로의 제올라이트 층의 직접 결정화), 미국특허 출원공개 2010/0136326 호(기재의 표면을, 용매열 합성을 통하여 얻어지는 규산염층으로 피복), 미국특허 출원공개 2011/0183836 호 (기재를 포함하는 알루미늄을 인산 알루미늄 제올라이트의 미소다공성 층으로 피복), 또는 기타 기재 및 핀을 피복하기 위하여 당업계에서 알려진 다른 방법을 쓸 수 있다.
흡착재를 기재에 고착시키는 방법 또는 기재의 방식과는 관계없이, 지나치게 많은 흡착재가 외부층으로부터 열교환기로의 열전달을 막지 못하도록 흡착재의 양은 최적으로 되어야 한다. 전형적으로, 흡착재의 양은 10 GSM 내지 500 GSM 까지 가변적이지만, 보다 상세하게는 흡착재, 흡착재를 기재에 고착하는 방법, 흡착재의 벌크 밀도 및, 만약에 사용한다면, 결합제/접착제의 사용에 따라서 150 내지 300 GSM의 사이에 있게 된다.
하이브리드 흡착 열교환기에 있어서는, 본 발명에 있어서, 한정하는 것은 아니지만 상술한 수단 및 방법에 의하여 열교환기의 표면에 흡착재가 고착되며, 그 흡착재는 연장된 핀 열교환기 표면의 공극 내에 채워진다. 그러한 흡착재를 위치시키는 방식 및 방법의 선택을 다음과 같이 될 수 있다.
1. 적절한 메시 크기의 평범하고 자연적인 입자 흡착재, 예를 들어 실리카 겔.
2. 적절한 메시의 분말형이지만 입자로 만들어지는 흡착재.
3. 시트로서, 또는 시트 유리 또는 기타 다른 형상, 예를 들면 주름진, 정사각형/직사각형, 삼각형 등의 불순물을 가지거나 가지지 않은, 확장된 흑연, 그라핀(graphene) 등과 같은 열전도성 첨가제를 가지거나 가지지 않는, 기재로의 흡착재의 고착.
본 발명의 하이브리드 열교환기에 있어서는, 입자형 실리카 겔을 사용하여 광범위한 실험이 행해졌다. 흡착 냉각제의 적용에 있어서는, 많은 흡착재 및 냉매의 선택이 가능하지만, 가장 전형적으로 또한 공통적으로 사용되고 채택된 것은 실리카 겔-물의 쌍이다. 대부분의 흡착 냉각제 제조업체 및 세계적으로 이 분야에서 행해진 연구에 있어서, 월등한 실리카 겔의 선택 및 높은 밀도의 입자 실리카 겔로서 이용가능한 것은 일본의 후지 실시아 사(Fuji Sylsia Co. Ltd.)제이다. 이 물질은 전형적으로, 그 물질이 구슬형상 또는 입자형상인지에 따라, 또한 메시측에 입자가 있는지에 따라 600-800 m2/g 의 범위 내에서의 표면적 및 700-900 g/liter 의 벌크밀도를 가진다.
본 발명은 또한 후지 RD 방식 실리카 겔을 사용하는 종래의 흡착재 열 교환기를 신규의 하이브리드 흡착재 열교환기로 벤치마크한다. 그의 특성 및 운동에너지 때문에, 후지 RD 방식 실리카 겔은 상용제품 및 연구의 양면에 있어서, 세계적으로, 실리카 겔-물 쌍을 기반으로 하는 흡착 냉각제용으로 선택되는 흡착재가 되었다. 본 출원인은 광범위한 실험을 통하여 실리카 겔-물 기반의 흡착 냉각제용 흡착재로서 뛰어난 잠재적 성능을 나타내는 독창적인 S2 라고 번호를 붙인 실리카 겔을 개발하였다. 그의 성능 및 동역학의 예는 도 7 내지 11에 나타내었다.
흡착재/냉매 쌍의 흡착 용량은 흡착재의 다공적 특성(공극의 크기, 공극의 용량 및 공극의 직경) 및 그 쌍의 등온적 특성에 의존한다. 다양한 제올라이트, 실리카 겔, 활성탄, 활성 알루미나, MOF (metal-organic frameworks: 금속-유기 다면체), COF(covalent organic frameworks: 공유결합 유기 다면체) 및 FAM(functional adsorbent material: 기능성 흡착재 물질)의 다공성 특질들이 질소 흡착 등온선으로 표시된다. 액체 질소의 온도 77.4 K에서 다양한 흡착재 상의 표준 질소 기체 흡착/탈착 측정이 수행되었다. 각 흡착재의 표면적은 질소흡착 데이터의 브루나우어, 에밋과 텔러(Brunauer, Emmett and Teller: BET)작도법에 의하여 결정되었다. 표 1은 실리카 겔(A 및 RD 방식), FX-400 및 A 20 형 활성탄, 입자 활성탄, Maxsorb III 형의 활성탄 분말 및 2개의 상이한 MO 들의 표면적, 공극용량 및 명목 밀도를 나타낸다. 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 상용의 흡착 냉각제에서 흡착재로서의 Maxsorb III 및 MIL-101 Cr 의 BET 표면적은 각각 3140 및 4100 m2/g 으로 높았다. 그러나, 상용의 흡착 냉각제에서 흡착재로서의 Maxsorb III 및 MIL-101 Cr 의 이용은 킬로그램당 미화 300 달러 이상이라고 하는 가격 때문에 곤란하였다. 한편, 실리카 겔은 상용 흡착 냉각제 내에서 사용되어 왔고 실리카 겔 샘플의 가격은 대략 킬로그램당 미화 10-15 달러이다.
다양한 잠재적인 흡착재 물질의 다공성 특질

흡착재		 표면적
(m2·g-1)		 공극 용량
(cm3·g-1)		 명목 밀도
(g·cm-3)
실리카 겔 (A형) 650 0.28 0.73
실리카 겔 (RD형) 720 0.37 0.7
실리카 겔 (S2형) 700 0.34 0.73
활성탄 섬유 (FX400) 700-2500 0.5-1.4 0.3
활성탄 섬유 (A-20) 1900 1.028 0.25
입자 활성탄 700-1500 0.5-1.0 0.4
고다공성 활성탄
(Maxsorb III)		 3140 1.7 0.31
Zr6O4(OH)4(링커)6 2064 0.97 -
MIL-101Cr 4100 2.0
이제 도 7로 돌아가면, 동 도면은 본 발명의 향상된 흡착재 용량을 나타낸다.
도 7은 흡착온도 30℃ 및 0.7 내지 3.8 kPa 압력범위에 대한 모재 실리카 겔 S2/물 및 피복된 실리카 겔 S2/물 흡착재/냉매 쌍의 등온 흡습곡선을 나타낸다. 상기 등온 흡습곡선에 대하여, 흡착재 견본 온도는 일정하게 유지되는 반면, 증발기의 온도는 상대 압력이 0.9 이상에 달할 때까지 단계적으로 증가한다. 도 7은, 실리카 겔 S2/물 쌍의 흡습 용량이 흡착온도 30℃ 및 약 3.6 kPa 의 압력에서 0.34 kg kg- 1 로 높음을 알 수 있다. 피복된 실리카 겔 S2/물 쌍의 흡착용량은 모재 S2/물 쌍과 유사하다. 모재 S2/물 쌍 및 피복된 S2/물 쌍에 대하여는, 전체 연구된 범위에서 압력의 증가와 함께 흡착 용량도 선형적으로 증가하였다.
도 8 및 도 9는 30-70℃ 범위 내의 온도 및 5kPa 및 15kPa 의 범위 내의 압력에서의 실리카 겔 S2/물 쌍에 대한 흡착 데이터를 각각 나타낸다. 앞의 압력범위는 흡착 냉각 적용분야에 대하여 적절하며, 비교적 높은 압력은 흡착 담수화 적용분야에 대하여 필요하다. 도 8 및 도 9로부터 관찰할 수 있는 바와 같이, 흡착치는 모든 측정된 흡착 온도에 대하여 압력의 증가와 함께 선형적으로 증가하였으며, 이는 모재 실리카 겔 S2/물 종이가 흡착 냉각 및 담수화 적용분야에 있어서 둘다 적절함을 의미한다.
도 10은, 실리카 겔/물 기반의 흡착 냉각제의 운용 범위인, 30 및 70℃ 사이의 온도 및 5 kPa 까지의 압력에 대한 실리카 겔 S2/물 쌍 및 실리카 겔 RD/물 쌍의 등온 흡습곡선을 나타낸다. 도 10으로부터 명백한 바와 같이, 실리카 겔 S2/물 및 실리카 겔 RD/물 쌍의 등온 흡습곡선이 비교되었으며 흡착재의 가격 및 입수가능성에 따라서 어느 쪽의 흡착재를 선택할 수 있다.
도 11(a), (b) 및 (c)는 각각 30°, 50° 및 70℃의 흡착온도에서의 실리카 겔 S2/물 쌍의 흡착 활용 및 압력의 시간적인 프로파일이다. 도 11(a) - (c)에서 볼 수 있는 바와 같이, 연구되는 쌍의 흡착 동역학은 흡착과정의 초기 단계에서는 비교적 빠르다. 또한, 최초 5분 안에 전체 흡착의 80% 이상이 발생하였으며, 따라서 실리카 겔 S2/물 쌍은 흡착 냉각 적용분야에 대해서 적절한 것으로 보인다.
본 발명에 따른 흡착 열교환기의 생산에 대한 시작점은 처음에는 별도로 생산되는 열교환기 구조에 있다. 이는 높은 열전도성의 물질로부터 공지의 방법에 따라 생산되었다. 이러한 목적에 적합한 것은 동, 알루미늄, 탄소, 강화 플라스틱 또는 특수 금속으로 만들어진 것과 같은 금속 시스템인 것으로 판명되었다. 세라믹 물질 또는 조합된 물질 시스템도 또한 가능하다.
적절한 열교환기 구조는 흡착 열교환기의 외부영역에 연결된 열 운반매체에 대한 순환 시스템을 실현한다. 부가적으로, 와이어 또는 기타 열원들이 열교환기 구조를 가열하기 위하여 매립될 수 있다. 흡착재 물질 시스템을 향하여 가장 큰 가능한 표면을 생성하도록 하기 위하여, 라멜라(lamella)형 또는 벌집형 구조가 바람직하다. 이는 스펀지 또는 포말의 형태일 수 있다. 처음에 별도로 제작된 이러한 열교환기 구조에 근거하여 흡착재 물질로 내부를 피복하는 것은 다음과 같이 수행되었다.
제1 방법의 단계에서는, 접착제층이 흡착재 물질을 향하는 열교환기의 벽에 가해지고, 이 벽을 이하에서는 내부벽이라 한다. 접착제는 먼저 단단한 고체층을 형성하는 목적으로 사용된다. 상기 접착제 층들을 실현하기 위하여는 침지, 넘침 또는 분무와 같이 상이한 방법을 사용할 수 있다. 접착제 피복의 방법의 단계들은 최적의 층두께를 정착시키기 위하여 반복될 수 있다. 이와 관련하여, 예를 들어 용제로 증발하거나 또는 정련에 의하여 가해진 접착제의 점도를 정착시키는 것이 특별히 유리하다. 선택적으로 열교환기의 벽에 단단한 고체 상태로 접착제를 가하는 것도 가능하다. 그러한 분말피복은 평탄한 열교환기 구조에서 특히 유용하다.
열교환기는 또한 분말 접착제로 채워지고, 벽에 근접한 열교환기의 영역에서 열교환기 구조의 가열에 의하여 활성화됨으로써, 벽에 인접한 영역에서 접합이 있게 되고 이 후에 벽에서 먼 영역에서부터 접착되지 않은 분말형 접착제 물질을 제거하는 것은 진동, 송풍 또는 린스함으로써 가능하다. 접착제의 선택 또는 선택된 적용방법과는 관계없이, 벽에 인접한 영역에서 접착제는 적어도 열교환기 내로 흡착재 물질이 도입되는 후속 단계를 통하여 안정된 방식으로 접착되어야만 하며, 흡착재 물질의 접착재의 기능상 결함이 없어야 한다.
피복 단계가 완료되고 금속 부분에 대한 피복이 건조된 후, 사이의 공간들이 종래의 입자형 흡착재 물질, 또는 흡착재 물질로 함침된 유리섬유 시트로 채워질 수 있다(또는 흡착재는 본 출원인에게 독점적인 기술을 사용하여 현장에서 형성된다). 종래에 알려진 것과는 반대로, 이 하이브리드형 열교환기의 열전달 성능은 지금까지 동 기술분야에 알려진 것보다 훨씬 좋았다.
본 발명의 하이브리드 열교환기 장치의 열전달 성능은 2개의 현재 이용가능한 종래기술의 시스템 - 입자형 상 또는 별개로 피복된 핀 시스템을 사용하는- 중의 어느 하나 보다 현저하게 높다.
흡착 열펌프의 1차적인 어려움은 흡착재 물질과 열전달 매체, 즉 흡착과정을 위한 냉각 매체와 탈착과정을 위한 발열매체 사이의 열악한 열전달에 있다. 종래의 흡착재 열교환기 또는 종래의 흡착재 물질을 충진하는 방법은 열교환기의 핀이 형성된 튜브의 둘레에 흡착재를 충전하는 것이었다. 이 방법은 제조가 간단하여 널리 사용되고는 있은, 열교환기의 핀에 흡착재를 부착하거나 피복하는 기술에 한계가 있다.
열교환기의 연장된 표면 상에 흡착재 물질을 효과적으로 피복하는 것은 흡착 주기의 흡착기의 열 및 질량 전달 메커니증을 크게 개선할 수 있다. 피복된 흡착 열고환기의 2개의 크게 뛰어나 특징 또는 장점은 (1) 효과적인 열전달을 통한 흡착 동력학에 있어서의 개선 및 (2) 열 질량의 감소이다. 앞의 특징의 주된 기여사항은 주기 시간에 있어서의 감소이며, 열 질량의 감소는 더 나은 성능 또는 성능계수(coefficient of performance: COP)로 이어진다. 이들 2개의 특징은 탄소배출량 및 흡착주기를 상승작용으로 개선하고, 보다 중요한 것은 비용을 낮출 수 있다는 점이다.
도 13은 종래의 포장방법, 개선된 흡착재-피복된 방법 및 흡착재-피복된 하이브리드형 열교환기를 사용한 흡착 냉각제의 냉각 용량 및 COP 를 나타내는 도면이다. 증발기와 응축기가 양쪽의 경우에 동일하게 남아있는 것에 유의한다. 흡착재-도포 및 흡착제-도포 하이브리드형들은 현저한 성능에 있어서의 개선을 제공함을 알 수 있다.
개선된 흡착재-도포 및 흡착재-도포 하이브리드 열교환기의 전체 열전달 계수는 흡착기/탈착기 구성에 따라 대략 350 내지 350 W/m2k 였다. 도 14는 350W/m2K 의 전체 열전달계수에 대한 흡착식 냉각기의 주된 구성부의 온도 프로파일을 나타내는 도면이다. 도 14로부터 알 수 있는 바와 같이, 4개의 전체 열교환기들은 효율적으로 작동하며, 개선된 열전달 및 더 적은 열질량으로부터 야기되는 더 신속한 흡착 동력학에 의하여 냉각기는 효율적인 냉각을 수행한다.
도 15는 팰릿, 흡착재-피복 및 하이브리드형 열교환기에 대한 흡착 냉각제의 성능비교를 나타내는 도면이다. 성능비교는 비냉각 전력(specific cooling power: SCP), 성능 계수(COP) 및 체적 효율성의 관점에서 행해졌다. 도 15로 부터 알 수 있는 바와 같이, 피복형 및 하이브리드형 열교환기SCP 및 COP 값들이 비교가능하다. 그러나, 피복 및 하이브리드형 열교환기의 경우, 더 신속한 동력학 및 적은 열질량 덕분에, SCP는 약 8% 증가되었고 COP는 100% 이상 증가하였다. 한편, 하이브리드형 열교환기의 체적 효율은, 동일 체적 내에 더 많은 흡착재의 질량이 들어가게 됨에 따라 팰릿형 열교환기보다는 대략 35% 이상, 흡착재-도포형 열교환기의 경우보다 약 18% 이상 높았으며, 따라서 흡착 시스템의 탄소배출량 및 단가의 감소에 현저하게 기여하였다.
연구결과로부터 관찰된 본 발명의 다른 장점은 본 발명의 하이브리드형 열교환 장치의 특정 용량이 종래의 어떠한 흡착기보다도 현저하게 좋다는 것이다. 도 12는 흡착재 열교환기의 냉각용 리터당 와트수의 관점에서, 종래기술의 흡착기에 대한 비용량과 본 발명의 다른 하이브리드형 흡착식 열교환기의 잠재적인 비용량의 비교를 나타내는 도면이다.

Claims (43)

  1. 열전달 유체를 운반하기 위한 적어도 한 개의 관형상 또는 마이크로 채널 구조;
    상기 구조의 외부 표면에는 적어도 2개의 위치에 연장부가 마련되는 것;
    상기 연장부는 하나 이상의 흡착재 물질을 제공하도록 그들 사이에 상(床)을 형성하는 것; 및,
    상기 연장부의 적어도 일부에 흡착재 재료의 피복이 마련되는 것
    을 포함하는, 하이브리드 흡착 열교환장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    연장부들은 관형상 또는 마이크로 채널 구조의 전체 길이를 따라서 길이방향으로 이어지는, 하이브리드 흡착 열교환장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    연장부들은 관형상 또는 마이크로 채널 구조의 둘레를 감싸고 이어지는, 하이브리드 흡착 열교환장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    각 연장부의 높이는 그의 전체 길이를 따라서 균일한 것인, 하이브리드 흡착 열교환장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    관형상 또는 마이크로 채널 구조 및 연장부들이 일체형으로 되어 있는, 하이브리드 흡착 열교환장치.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    연장부들은 외부 접속재에 의하여 관형상 또는 마이크로 채널 구조에 접속된, 하이브리드 흡착 열교환장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    관형상 또는 마이크로 채널 구조와 연장부들은 동일한 물질로 만들어지는, 하이브리드 흡착 열교환장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    관형상 또는 마이크로 채널 구조 및/또는 연장부는 금속, 세라믹 기반의, 폴리머 또는 탄소 기반의 물질로부터 선택된 열도전성 물질을 포함하는, 하이브리드 흡착 열교환장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    각 연장부는 상 내의 흡착재 충전물과 동일하거나 또는 상이한 흡착재로 피복된, 하이브리드 흡착 열교환장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 상 내에 마련된 흡착재 물질은, 단일체 또는 이들의 조합으로서, 제올라이트, 다공성 규산염, 불용성 금속 규산염, A형 실리카 겔, RD형 실리카 겔, S2형 실리카 겔, 활성탄 섬유, 입자형 활성탄, 활성 알루미나, 고도 다공성 활성탄, 링커(linker)가 결합된 Zr6O4(OH)4, MIL-101Cr, 금속-유기 다면체, 공유결합 유기 다면체, 기능성 흡착재 물질로 구성되는 군으로부터 선택된 것인, 하이브리드 흡착 열교환장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    흡착재 물질은 3 내지 100 옹구스트롬 범위에서의 구멍의 지름을 가지는 흡착재 입자를 포함하는, 하이브리드 흡착 열교환장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    흡착재 물질은 흡착재가 피복되거나 그에 퇴적된 주름진 시트를 포함하는, 하이브리드 흡착 열교환장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    주름진 시트들은 알루미늄, 동, 흑연/확장 흑연, 무기 또는 유기 섬유 기재 또는 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 열전도성 물질로 만들어지는, 하이브리드 흡착 열교환장치.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 주름진 시트는 천공된 시트를 포함하는, 하이브리드 흡착 열교환장치.
  15. 제 10 항 내지 제 14 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    흡착재 재료는 흡착재 입자 및, 흡착재가 피복되거나 또는 퇴적된 시트의 조합을 포함하는, 하이브리드 흡착 열교환장치.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    연장부들은 흡착재 물질로 피복되기 전에 그의 외부표면 상에 주름이 잡혀 있는, 하이브리드 흡착 열교환장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    연장부들은 단일체 또는 이들의 조합으로서, 제올라이트, 다공성 규산염, 불용성 금속 규산염, A형 실리카 겔, RD형 실리카 겔, S2형 실리카 겔, 활성탄 섬유, 입자형 활성탄, 활성 알루미나, 고도 다공성 활성탄, 링커가 결합된 Zr6O4(OH)4, MIL-101Cr, 금속-유기 다면체, 공유결합 유기 다면체, 기능성 흡착재 물질로 구성되는 군으로부터 선택된 것인, 하이브리드 흡착 열교환장치.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    열전달 유체는 물, 저급 알콜, 및 오일(Oil) 등으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것인, 하이브리드 흡착 열교환장치.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    흡착재 물질은, 단일체 또는 이들의 조합으로서, 제올라이트, 다공성 규산염, 불용성 금속 규산염, A형 실리카 겔, RD형 실리카 겔, S2형 실리카 겔, 활성탄 섬유, 입자형 활성탄, 활성 알루미나, 고도 다공성 활성탄, 링커가 결합된 Zr6O4(OH)4, MIL-101Cr, 금속-유기 다면체, 공유결합 유기 다면체, 기능성 흡착재 물질로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 충전제가 마련되는 것인, 하이브리드 흡착 열교환장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 충전제는 불순물이 첨가된 충전제이고, 불순물 첨가제는, 염화 칼슘, 브롬화 리튬, 염화 마그네슘, 황화 마그네슘, 질화칼슘, 염화 망간 등과 같은 무기 금속염으로 구성되는 군으로부터 선택되는, 하이브리드 흡착 열교환장치.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상 내의 흡착재 물질에 부가하여, 동, 알루미늄, 흑연/확장흑연 등으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 첨가물이 열전도성을 제고하기 위하여 첨가되는, 하이브리드 흡착 열교환장치.
  22. 제 1 항 내지 제 21 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    폴리머 메시가 흡착재상 위에 마련되는, 하이브리드 흡착 열교환장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    폴리머 메시가 폴리아닐린 메시인, 하이브리드 흡착 열교환장치.
  24. 복합 흡착 열교환장치의 제조방법으로서,
    - 열전도성 물질의 적어도 일부를 흡착재로 피복하는 것;
    - 적어도 일부가 피복된 열전도성 물질을, 열전달 유체를 운반하는 관형상 구조로 변환하고 그 위에 2개 이상의 연장부를 마련하며, 상기 연장부는 상기 피복된 관형상 구조와 일체로 되거나, 또는 적어도 부분적으로 흡착재가 피복된 열전도성 물질을 포함하며, 상기 연장부는 그들 사이에 흡착재 상(床)을 형성하는 것;
    - 상기 흡착재 상에 하나 이상의 흡착재 물질을 마련하는 것
    을 포함하는, 복합 흡착 열교환장치의 제조방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    각 연장부는 상 내의 흡착재 충전물과 동일하거나 또는 상이한 흡착재로 피복되는 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 상 내에 마련된 흡착재 물질은, 단일체 또는 이들의 조합으로서, 제올라이트, 다공성 규산염, 불용성 금속 규산염, A형 실리카 겔, RD형 실리카 겔, S2형 실리카 겔, 활성탄 섬유, 입자형 활성탄, 활성 알루미나, 고도 다공성 활성탄, 링커가 결합된 Zr6O4(OH)4, MIL-101Cr, 금속-유기 다면체, 공유결합 유기 다면체, 기능성 흡착재 물질로 구성되는 군으로부터 선택되는 것인 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    흡착재 물질은 3 내지 100 옹구스트롬 범위에서의 구멍의 지름을 가지는 흡착재 입자를 포함하는 방법.
  28. 제 26 항에 있어서,
    흡착재 물질은 흡착재가 피복되거나 그에 퇴적된 주름진 시트를 포함하는 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    주름진 시트들은 알루미늄, 동, 흑연/확장 흑연, 무기 또는 유기 섬유 기재 또는 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 열전도성 물질로 만들어지는 방법.
  30. 제 28 항 또는 제 29 항에 있어서,
    상기 주름진 시트는 천공된 시트를 포함하는 방법.
  31. 제 26 항 내지 제 29 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    흡착재 재료는 흡착재 입자 및, 흡착재가 피복되거나 또는 퇴적된 시트의 조합을 포함하는 방법.
  32. 제 24 항 내지 제 31 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    연장부들은 흡착재 물질로 피복되기 전에 그의 외부표면 상에 주름이 잡혀 있는, 하이브리드 흡착 열교환장치.
  33. 제 24 항에 있어서,
    연장부들은 단일체 또는 이들의 조합으로서, 제올라이트, 다공성 규산염, 불용성 금속 규산염, A형 실리카 겔, RD형 실리카 겔, S2형 실리카 겔, 활성탄 섬유, 입자형 활성탄, 활성 알루미나, 고도 다공성 활성탄, 링커가 결합된 Zr6O4(OH)4, MIL-101Cr, 금속-유기 다면체, 공유결합 유기 다면체, 기능성 흡착재 물질로 구성되는 군으로부터 선택되는 것인 방법.
  34. 제 24 항 내지 제 33 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    열전달 유체는 물, 저급 알콜, 및 오일(Oil) 등으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것인 방법.
  35. 제 24 항 내지 제 34 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    흡착재 물질은, 단일체 또는 이들의 조합으로서, 제올라이트, 다공성 규산염, 불용성 금속 규산염, A형 실리카 겔, RD형 실리카 겔, S2형 실리카 겔, 활성탄 섬유, 입자형 활성탄, 활성 알루미나, 고도 다공성 활성탄, 링커가 결합된 Zr6O4(OH)4, MIL-101Cr, 금속-유기 다면체, 공유결합 유기 다면체, 기능성 흡착재 물질로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 충전제가 마련되는 것인 방법.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 충전제는 불순물이 첨가된 충전제이고, 불순물 첨가제는, 염화 칼슘, 브롬화 리튬, 염화 마그네슘, 황화 마그네슘, 질화칼슘, 염화 망간 등과 같은 무기 금속염으로 구성되는 군으로부터 선택되는 방법.
  37. 제 24 항 내지 제 36 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상 내의 흡착재 물질에 부가하여, 동, 알루미늄, 흑연/확장흑연 등으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 첨가물이 열전도성을 제고하기 위하여 첨가되는 방법.
  38. 제 24 항 내지 제 37 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    폴리머 메시가 흡착재상 위에 마련되는 방법.
  39. 제 38 항에 있어서,
    폴리머 메시가 폴리아닐린 메시인 방법.
  40. 제 24 항에 있어서,
    흡착재 상에는 건조제가 피복된 기재가 마련되며, 건조재는 상기 기재 상에 도포되거나 함침되거나 또는 현장에서 생성되는 방법.
  41. 제 24 항에 있어서,
    건조제는 비-마스킹(non-masking) 결합제 또는 접착제 또는 이들의 조합을 통하여 기재 상에 부착되는 방법.
  42. 물과 같은 흡착질의 주기적인 또는 일시적인 저장 및 후속의 흡착질의 배출을 요하는 환경에서 사용되는, 제 1 항 내지 제 24 항 중의 어느 한 항에 청구된 바와 같은 장치.
  43. 제 42 항에 있어서,
    흡착 냉장기, 냉각 비임(beams), 자동차 공조 유니트, 가정용 통합 공조 유니트, 가정용 층별 공조 유니트 등인 장치.
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