KR20170106646A - Lgwp 냉매를 사용한 흡수식 냉동 사이클 - Google Patents

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사무엘 에프. 야나 모타
마크 에스. 스파츠
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허니웰 인터내셔널 인코포레이티드
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Abstract

하나 이상의 하이드로플루오로올레핀 및/또는 하이드로클로로플루오로올레핀을 포함하는 냉매 및 폴리알킬렌 글리콜 오일, 폴리 알파 올레핀 오일, 미네랄 오일 및/또는 폴리올에스테르 오일로 구성되는 그룹으로부터 선택된 용매 또는 흡수제를 포함하는 흡수식 냉동 방법 및 시스템.

Description

LGWP 냉매를 사용한 흡수식 냉동 사이클{ABSORPTION REFRIGERATION CYCLES USING A LGWP REFRIGERANT}
본 출원은 2015년 1월 9일에 출원된 미국 가출원 제 62/101,718호의 우선권 이익을 주장하며, 이는 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 발명은 낮은 지구 온난화 지수 (GWP) 및 낮은 오존 파괴 지수 (ODP)를 갖는 냉매를 사용하는 흡수식 냉동 시스템에 관한 것이다.
흡수식 냉동은 폐기물 또는 다른 저렴한 열 (예: 태양열)의 공급원이 이용되는 경우에, 압축 냉동에 대한 보다 경제적인 대안이다. 흡수식 냉동기와 증기 압축식 냉동기는 모두 매우 낮은 끓는점을 갖는 냉매를 사용한다. 두 가지 타입 모두에서, 이 냉매가 증발하거나 비등하면, 냉동 효과를 제공하면서 일부의 열이 제거된다. 그러나, 흡수식 냉동 및 증기 압축식 냉동은 냉매가 가스에서 액체로 전환되어 사이클을 반복할 수 있다는 점에서 다르다. 증기 압축식 냉동기는 전기로-작동되는 압축기(electrically-powered compressor)를 사용하여 가스에 대한 압력을 증가시키고, 그 후, 냉각제(coolant) (일반적으로 공기)와의 열교환에 의해 뜨거운 고압 가스를 다시 액체로 응축한다. 흡수식 냉동기는 단지 저-파워 펌프(low-power pump), 또는 임의로, 단지 이에 의한 열만을 필요하며, 따라서, 움직이는 부품(moving parts)을 필요로 하지 않는, 다른 방법을 사용하여 가스를 다시 액체로 전환한다.
대부분의 흡수식 냉동 사이클의 중요한 측면은 전체 시스템을 가능하게 하는 냉매/흡수제 쌍이다. 흡수제(absorbent)는, 흡수제가 액체이고 냉매가 전형적으로 가스일 수 있는 경우의 조건에서, 냉매를 흡수하는데 사용된다. 그 후, 냉매/흡수제 혼합물은 액체로서 더 높은 압력으로 펌핑될 수 있으므로, 압축기의 사용을 필요로 하지 않는다. 그 후, 고압 액체 혼합물은 고압 및 고온에서 분리되어 응축기로 공급되는 고압 증기 냉매 및 더 많은 냉매를 회수하기 위해 재순환되는 액체 형태의 흡수제를 생성한다.
가장 일반적인 흡수식 냉동 쌍 중 두 가지는 NH3-물과 물-LiBr이다. NH3-물은 NH3를 냉매로 그리고 물을 흡수제로 사용한다. NH3는 많은 응용 분야에서 냉매로서 잘 작동한다. 그러나, NH3의 독성은 공공 장소에서 이의 사용을 제한한다. 또한 암모니아는 매우 부식성이고, 냉동 시스템에서 통상적인 재료인 구리와 혼화되지 않는다.
물-LiBr은 흡수식 시스템에서 일반적으로 사용되는 다른 냉매 쌍이다. 물은 2 가지 단점이 있다: 물은 0 ℃ 미만에서 얼고 증기 밀도가 낮기 때문에, 장비 크기를 크게 해야하며, 따라서, 상기 해결방안은 공간 제약이 있는 위치로 인하여 실용적이지 않다.
이러한 종래의 시스템에 대한 또 다른 문제는 증발기 및 흡수기가 일반적으로 대기압 미만에서 전형적으로 작동하며, 이는 장비가 저압에서 안전하게 작동하도록 특별히 설계되어야하기 때문에 이러한 시스템의 비용을 증가시킨다는 것이다.
따라서, 흡수식 냉동 시스템에 대한 더 안전하고 친환경적인 냉매가 필요하다.
특정한 비-제한적인 구현에서, 본 발명은 흡수식 냉동 시스템에서 사용하기 위한 냉매 및 흡수제 쌍의 발견에 관한 것이다. 특정한 하이드로플루오로올레핀 및/또는 하이드로클로로플루오로올레핀, 특히 냉매로서 사용하기에 적합한 것은, 폴리알킬렌 글리콜 (PAG) 오일, 폴리 알파 올레핀 오일, 미네랄 오일(mineral oil) 및 폴리올 에스테르 (POE) 오일과 같은 오일에 적어도 부분적으로 가용성이다. 특정한 쌍의 냉매 및 오일은 열원(열의 공급원, heat source)이 태양열 집열기(solar collector)를 포함하는 이러한 시스템을 포함하지만 이에 한정되지 않는, 흡수식 냉동 시스템의 탁월한 성능을 가능하게 한다는 것을 발견하였다. 많은 이들 냉매는 낮은 GWP (즉, CO2에 비해 < 1000, 바람직하게는 < 100), 낮거나 감지할 수 없을 정도의 오존 파괴 가능성을 갖는 것으로 특징지어지며, 무독성 및 불연성(non-flammable)이다.
따라서, 본 발명의 일 견지는 (a) 저압 증기상(vapor-phase) 냉매 스트림을 생성하기 위해 하나 이상의 하이드로플루오로올레핀, 하나 이상의 하이드로클로로플루오로올레핀 및 이들의 블렌드로 구성되는 그룹으로부터 선택된 냉매를 포함하는 제 1 액상 냉매 스트림을 증발시키는 단계로서, 냉각될 시스템으로부터 열을 전달하는 증발시키는 단계; (b) 상기 저압 증기상 냉매 스트림을 폴리알킬렌 글리콜 오일, 폴리 알파 올레핀 오일, 미네랄 오일, 폴리올 에스테르 오일 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 용매를 포함하는 제 1 액상 용매 스트림과, 실질적으로 전부의 상기 증기상 냉매 스트림의 냉매를 제 1 액상 용매 스트림의 용매로 용해시켜 냉매-용매 용액 스트림을 생성하는데 효과적인 조건하에서 접촉시키는 단계; (c) 태양열 집열기로부터 상기 용액으로 열을 전달함으로써, 상기 냉매-용매 용액 스트림의 압력 및 온도를 증가시키는 단계; (d) 상기 냉매-용매 용액 스트림을 고압 증기상 냉매 스트림 및 제 2 액상 용매 스트림으로 열역학적으로 분리하는 단계; (e) 상기 제 2 액상 용매 스트림을 상기 단계 (b)로 재순환시켜서 상기 제 1 액상 용매 스트림을 생성하는 단계; (f) 상기 고압 증기상 냉매 스트림을 응축시켜서 제 2 액상 냉매 스트림을 생성하는 단계; 및 (g) 상기 제 2 액상 냉매 스트림을 단계 (a)로 재순환시켜서 상기 제 1 액상 냉매 스트림을 생성하는 단계를 포함하는, 냉동 제공 방법을 포함한다.
본 발명의 특정한 구현에서, 흡수 공정(absorption process)은 이중 또는 삼중 효과로서 특징 지워진다. 따라서, 본 발명의 또 다른 견지에서 (a) 하나 이상의 하이드로플루오로올레핀, 하나 이상의 하이드로클로로플루오로올레핀 및 이들의 블렌드로 구성되는 그룹으로부터 선택된 냉매; (b) 폴리알킬렌 글리콜 오일, 폴리 알파 올레핀 오일, 미네랄 오일, 폴리올에스테르 오일 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 용매; (c) 상기 냉매를 증발시키는데 적합한 증발기; (d) 상기 냉매를 응축하는데 적합한 응축기; (e) 상기 용매에 용해된 상기 냉매를 포함하는 용액을 증기 냉매 성분 및 액체 용매 성분으로 열역학적으로 분리하기에 적합한 분리기; 및 (f) 상기 냉매를 상기 용매와 혼합하기에 적합한 혼합기, 상기 냉매의 적어도 일부를 상기 용매에 용해시켜서 용액을 생성하는데 적합한 흡수기, 펌프 및 열 교환기를 포함하는 적어도 하나의 가스-용해 서브시스템(gas-dissolving subsystem)을 포함하며, 상기 혼합기는 상기 흡수기에 유체 연결되고, 상기 흡수기는 상기 펌프에 유체 연결되고, 상기 펌프는 상기 열 교환기에 유체 연결되고; 상기 가스-용해 서브시스템은 상기 증발기, 상기 분리기 및 다른 가스-용해 서브시스템으로 구성된 그룹으로부터 선택된 상기 적어도 2 개의 유니트과 유체 연통하며, 다만 적어도 하나의 서브시스템이 상기 증발기와 유체 연통하고, 상기 적어도 하나의 서브시스템이 상기 분리기와 유체 연통하는, 흡수식 냉동 시스템이 제공된다.
본원에 사용된 용어 "저압 증기상 냉매" 및 "고압 증기상 냉매"는 서로 관련된다. 즉, 저압 증기상 냉매는 0 psia 보다 큰 압력을 갖지만, 고압 증기상 냉매의 압력보다는 낮다. 마찬가지로, 고압 증기상 냉매는 조성물의 임계점 보다 낮은 압력을 갖지만, 저압 증기상 냉매의 압력보다 높다.
본원에 사용된 바와 같이, 조성물에 대한 용어 "실질적으로 전부"는 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 적어도 약 90 중량%를 의미한다.
다른 견지에서, 본 발명은 (a) 하나 이상의 하이드로플루오로올레핀, 하나 이상의 하이드로클로로플루오로올레핀 및 이들의 블렌드로 구성되는 그룹으로부터 선택된 냉매; (b) 폴리알킬렌 글리콜 오일, 폴리 알파 올레핀 오일, 미네랄 오일, 폴리올에스테르 오일 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 용매; (c) 상기 냉매를 증발시키는데 적합한 증발기; (d) 상기 냉매를 상기 용매와 혼합하는데 적합한 혼합기로서, 상기 증발기에 유체 연결되는 혼합기; (e) 상기 냉매의 적어도 일부를 상기 용매에 용해시켜서 용액을 생성하는데 적합한 흡수기로서, 상기 혼합기에 유체 연결되는 흡수기; (f) 상기 흡수기에 유체 연결된 펌프; (g) 상기 펌프에 유체 연결된 열 교환기로서, 특정한 구현에서 태양열 집열기로부터 열을 흡수하는 열 교환기; (h) 상기 용액을 증기 냉매 성분 및 액체 용매 성분으로 열역학적으로 분리하기에 적합한 분리기로서, 상기 열 교환기에 유체 연결되는 분리기; (i) 상기 분리기 및 상기 혼합기에 유체 연결되는 오일 리턴 라인(return line), 및 (j) 상기 증기 냉매 성분을 응축하는데 적합한 응축기로서, 상기 분리기 및 상기 증발기에 유체 연결되는 응축기를 포함하는 흡수식 냉동 시스템을 제공한다.
바람직한 견지에서, 본 발명은 친환경적이고, 경제적인 냉동 공정을 제공한다. 추가적인 구현 및 이점들은 본원에 제공된 개시 사항에 기초하여 당업자에게 용이하게 명백할 것이다.
도 1은 실시예 2에 따라 결정된 PAG 냉매 압축기 오일에서의 트랜스-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (1234ze(E))의 용해도 그래프이다.
도 2는 실시예 5에 따라 결정된 POE 오일에서의 트랜스-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (1234ze(E))의 용해도 그래프이다.
도 3은 실시예 8에 따라 결정된 미네랄 오일에서의 트랜스-1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜 (1233zd(E))의 용해도 그래프이다.
도 4는 단일 효과 흡수식 냉동 사이클의 간략한 개략도이다.
도 5는 이중 효과 흡수식 냉동 사이클의 간략한 개략도이다.
특정한 비-제한적인 구현에서, 본 발명은 저급 열원, 그리고 특히, 폐열 공급원, 태양열 유래 열원, 지열 유래 열원 및 이들의 조합과 관련하여 사용하기 위한 냉매 및 흡수제 쌍의 발견에 관한 것이다. 주거용 및 상업용 건물은 수요가 변동하는 전기 에너지의 대규모 소비자이다. 전기는 거의 지속적으로 가동되는 가장 효율적인 장비에 의해 생산된다. 그러나, 피크 수요(peak demand)를 충족시키기 위해서는, 일반적으로 천연 가스나 오일이 연료로 사용되는, 효율이 떨어지는 장비가 사용된다. 천연 가스 가격은 불안정하며, 오일에 대한 의존도는 미국의 안전을 약화시킨다. 그러나, 피크 수요(peak demand)로 인해 전기 그리드(electrical grid)에 추가 부담이 가중된다. 전기 서비스의 신뢰성은 피크 수요가 균일하게 되는 경우에, 향상된다. 피크 수요를 저급으로, 그리고 바람직하게는 재생 가능 미국 자원 (태양열 또는 지열) 또는 폐열원으로 이전하는 동안, 브라운 아웃(brown-outs)(전등을 어둡게 함) 또는 전력 차단(power interruption)이 감소 또는 제거되는 경우에, 미국의 경제 안보가 향상된다.
본원에서 설명된 바와 같이, 본원에서 제공된 냉매 및 흡수제의 조합은, 이러한 저급 열, 및 바람직하게는 태양-유래 및/또는 지열-유래 열과 같은 재생 가능한 공급원에서 사용되는 경우에, 연간 전력 소비를 미국 평균에 대하여 약 10% 그리고 더운 기후에 대하여 30%로 현저하게 감소시킬 수 있다. 더욱이, 미국 평균에 대하여 최고 11 %, 그리고 더운 기후에 대하여 최고 30 % CO2 배출을 줄일 수 있다. 더운 기후에서, 특히, 현재의 흡수식 시스템은 피크 수요 시기에 피크 냉각을 제공한다. 열 펌프와 같은 다른 응용 분야에서도, 유사한 개선이 관찰된다.
특정한 바람직한 구현에 의하면, 열원은 태양열 집열기를 포함하며, 바람직하게는, 집중형(concentrated) 및/또는 비-집중형(non-concentrated) 태양열 수집 시스템(solar collection systems)을 포함한다. 집중형 태양열 집열기는, 흡수기 단면보다 훨씬 큰 단면에서 태양으로부터의 에너지를 집중시키기 위해, 거울 및 반사 등을 전형적으로 사용한다. 이러한 시스템을 사용하여 높은 유체 온도 (최대 400℃, 그리고 경우에 따라 더 높은 온도)를 생성할 수 있다. 또한 이들 어레이는 태양과 최적의 정렬을 유지하는 메커니즘과 원하는 출력을 유지하기 위한 정기적인 모니터링 및 예방적 유지 관리를 필요로 한다.
비-집중형 어레이는 전형적으로 열 흡수 코팅에 직접 영향을 주는 햇빛만을 흡수하는 자동 세척, 정지 구조(self-cleaning, stationary structure)이다. 비-집중형 태양열 흡수기는 일반적으로 진공관(evacuated tube) 설계시 최고 약 140℃의 온도를 생산할 수 있으며, 고급 평판 디자인의 경우, 최고 약 90℃의 온도를 생산할 수 있다.
본 발명은 이들 디자인 중 어느 하나 또는 모두의 조합을 포함할 수 있다. 특정한 비-제한적인 구현에서, 이는 120 ℃의 최대 온도에 도달하는 태양열 공기 조절 시스템(solar air conditioning system)을 제조하기 위한 진공관 사양을 포함한다.
사용된 어레이 타입에 관계없이, 태양열 집열기에서 수집한 열은 냉동 시스템의 "열 압축기(thermal compressor)"로 작동한다. 즉, 이는 고온/고압 조건하에서, 냉매 및 흡수제의 2가지가 나누어질 수 있도록, 냉매 및 흡수제의 가열을 용이하게 한다. 흡수식 시스템의 장점은 매우 적은 기계 부품으로 인한 단순성, 신뢰성 및 장기 내구성이다. 흡수식 시스템의 유일한 움직이는 부분은 액체 펌프이다. 흡수식 시스템은 제한된 작동 유체의 단점이 있다. 지금까지는 안전한 냉매/흡수제 유체 쌍을 이용할 수 없었기 때문에, 흡수식 냉동은 산업용으로 제한되어 왔다.
본 발명의 바람직한 구현에서, 하이드로플루오로올레핀 및/또는 하이드로클로로플루오로올레핀 냉매는 흡수식 냉동 시스템에서 작동 유체, 즉 열역학적 사이클을 통해, 가스를 액체로 또는 그 역으로 상태를 변화시키는 유체로서 사용된다. 이러한 상 변화(phase change)는 증기상 냉매를 오일 용매에 용해시켜서 용액을 형성함으로써 촉진된다. 바람직하게, 펌프 및 열 교환기를 사용하여 용액의 압력 및 온도를 각각 효율적으로 증가시킨다. 그 후, 가압되고 가열된 용액은 플래쉬(flash)되어 고압에서 냉매 증기를 생성한다. 그 후, 이 고압 증기는 응축기 및 증발기를 통과하여 냉각될 시스템으로부터 열을 전달한다.
본 발명에 바람직한 비-제한적인 냉매는 화학식 CwHxFyClz (여기서, w는 3 내지 5의 정수이고, x는 1 내지 3의 정수이며, z는 0 내지 1의 정수이며, y = (2 · w)-x-z임)의 하이드로플루오로올레핀 및 하이드로클로로플루오로올레핀을 포함한다. 특히 바람직한 냉매는 하이드로할로프로펜, 보다 바람직하게는 테트라할로프로펜, 보다 더 바람직하게는 테트라플루오로프로펜 및 모노-클로로-트리플루오로프로펜, 그리고 보다 더 바람직하게는 -CF3 잔기를 갖는 테트라할로프로펜을 포함한다. 특정한 바람직한 구현에서, 상기 냉매는 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜 또는 1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜 중 하나 또는 이들의 조합 (이들의 모든 입체 이성질체, 예컨대 트랜스-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 시스-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 트랜스-1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜, 시스-1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜 및 3,3,3-트리플루오로프로펜을 포함)을 포함한다. 특정한 유용한 냉매는 둘 이상의 하이드로플루오로올레핀, 하이드로클로로플루오로올레핀의 혼합물뿐만 아니라 하이드로플루오로올레핀 및 하이드로클로로플루오로올레핀 모두의 혼합물을 또한 포함한다.
본 발명에서 유용한 용매 또는 흡수제는 바람직하게는 폴리알킬렌 글리콜 오일, 폴리 알파 올레핀 오일, 미네랄 오일 및 폴리올 에스테르 오일로 구성되는 그룹으로부터 선택된다. 선택된 오일은 일반적으로 열적으로 안정하고, 매우 낮은 증기압을 가지며, 무독성이고 부식성이 없다. 상기 기준에 부합하고 상기 각종 올레핀과 함께 사용될 수 있는 바람직한 오일은 폴리-에틸렌 글리콜 오일, 폴리올 에스테르 오일, 폴리프로필렌 글리콜 디메틸 에테르계 오일 및 미네랄 오일이다.
바람직한 비-제한적인 구현에서, 냉매는 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234yf)이거나, 이를 포함하며, 용매 (또는 흡수제)는 폴리알킬렌 글리콜 오일, 폴리 알파 올레핀 오일, 미네랄 오일 및 폴리올 에스테르 오일로부터 선택된다. 추가적인 구현에서, 냉매는 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234yf)이거나 이를 포함하며, 용매 (또는 흡수제)는 폴리알킬렌 글리콜 오일 및/또는 폴리올 에스테르 오일로부터 선택된다.
바람직한 비-제한적인 구현에서, 상기 냉매는 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234yf)을 적어도 약 50 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 약 75 중량%를 포함하며, 보다 더 바람직하게는 비-제한적인 구현에서, 약 100% 포함하며, 상기 용매 (또는 흡수제)는 폴리알킬렌 글리콜 오일, 폴리 알파 올레핀 오일, 미네랄 오일 및 폴리올 에스테르 오일로부터 선택된 것을 적어도 약 50 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 약 75 중량% 포함하며, 그리고 보다 더 바람직하게는 비-제한적인 구현에서 약 100 % 포함한다. 추가적인 구현에서, 상기 냉매는 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234yf)이거나, 이를 포함하며, 상기 용매 (또는 흡수제)는 폴리알킬렌 글리콜 오일 및/또는 폴리올에스테르 오일로부터 선택된다.
바람직한 비-제한적인 구현에서, 상기 냉매는 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234yf)을 적어도 약 50 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 약 75 중량% 포함하며, 그리고 보다 더 바람직하게는 비-제한적인 구현에서, 약 100 % 포함하며, 상기 용매 (또는 흡수제)는 폴리알킬렌 글리콜 오일을 적어도 약 50 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 약 75 중량% 포함하며, 그리고 보다 더 바람직하게는 비-제한적인 구현에서 약 100 % 포함한다.
바람직한 비-제한적인 구현에서, 상기 냉매는 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234yf)을 적어도 약 50 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 약 75 중량% 포함하며, 그리고 보다 더 바람직하게는 비-제한적인 구현에서, 약 100 % 포함하며, 상기 용매 (또는 흡수제)는 폴리올 에스테르 오일을 적어도 약 50 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 약 75 중량% 포함하며, 그리고 보다 더 바람직하게는 비-제한적인 구현에서 약 100 % 포함한다.
특정한 비-제한적인 구현에서, 상기 냉매는 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234ze)이거나 이를 포함하며, 상기 용매 (또는 흡수제)는 폴리알킬렌 글리콜 오일, 폴리 알파 올레핀 오일, 미네랄 오일 및 폴리올 에스테르 오일로부터 선택된다. 추가의 구현에서, 상기 냉매는 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234ze)이거나 이를 포함하며, 상기 용매 (또는 흡수제)는 폴리알킬렌 글리콜 오일 및/또는 폴리올 에스테르 오일로부터 선택된다. 상기한 특정한 견지에서, 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜은 트랜스 이성질체를 포함하거나, 이로 필수적으로 구성되거나, 이로구성된다.
바람직한 비-제한적인 구현에서, 상기 냉매는 트랜스-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234ze(E))을 적어도 약 50 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 약 75 중량% 포함하며, 그리고 보다 더 바람직하게는 비-제한적인 구현에서, 약 100% 포함하며, 상기 용매 (또는 흡수제)는 폴리올 에스테르 오일을 적어도 약 50 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 약 75 중량% 포함하며, 그리고 보다 더 바람직하게는 비-제한적인 구현에서, 약 100% 포함한다.
바람직한 비-제한적인 구현에서, 상기 냉매는 트랜스-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234ze(E))을 적어도 약 50 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 약 75 중량% 포함하며, 그리고 보다 더 바람직하게는 비-제한적인 구현에서, 약 100% 포함하며, 상기 용매 (또는 흡수제)는 폴리알킬렌 글리콜 오일을 적어도 약 50 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 약 75 중량%, 그리고 보다 더 바람직하게는 비-제한적인 구현에서, 약 100% 포함한다.
특정한 비-제한적인 구현에서, 상기 냉매는 1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜 (HCFO-1233zd)이거나, 이를 포함하며, 상기 용매 (또는 흡수제)는 폴리알킬렌 글리콜 오일, 폴리 알파 올레핀 오일, 미네랄 오일 및 폴리올 에스테르 오일로부터 선택된다. 추가적인 구현에서, 상기 냉매는 1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜 (HCFO-1233zd)이거나 이를 포함하며, 상기 용매 (또는 흡수제)는 폴리알킬렌 글리콜 오일, 폴리올 에스테르 오일 및/또는 미네랄 오일로부터 선택된다. 상기한 특정한 견지에서, 1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜 (HCFO-1233zd)은 트랜스 이성질체를 포함하거나, 이로 필수적으로 구성되거나, 이로 구성된다.
바람직한 비-제한적인 구현에서, 상기 냉매는 트랜스-1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜 (HCFO-1233zd(E))을 적어도 약 50 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 약 75 중량% 포함하며, 그리고 보다 더 바람직하게는 비-제한적인 구현에서, 약 100% 포함하며, 상기 용매 (또는 흡수제)는 폴리올 에스테르 오일을 적어도 약 50 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 약 75 중량% 포함하며, 그리고 보다 더 바람직하게는 비-제한적인 구현에서, 약 100% 포함한다.
바람직한 비-제한적인 구현에서, 상기 냉매는 트랜스-1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜 (HCFO-1233zd(E))을 적어도 약 50 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 약 75 중량% 포함하며, 그리고 보다 더 바람직하게는 비-제한적인 구현에서, 약 100% 포함하며, 상기 용매 (또는 흡수제)는 폴리알킬렌 글리콜 오일을 적어도 약 50 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 약 75 중량% 포함하며, 그리고 보다 더 바람직하게는 비-제한적인 구현에서, 약 100% 포함한다.
바람직한 비-제한적인 구현에서, 상기 냉매는 트랜스-1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜 (HCFO-1233zd(E))을 적어도 약 50 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 약 75 중량% 포함하며, 그리고 보다 더 바람직하게는 비-제한적인 구현에서, 약 100% 포함하며, 상기 용매 (또는 흡수제)는 미네랄 오일을 적어도 약 50 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 약 75 중량% 포함하며, 그리고 보다 더 바람직하게는 비-제한적인 구현에서, 약 100% 포함한다.
바람직한 비-제한적인 구현에서, 상기 냉매는 트랜스-1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜 (HCFO-1233zd(E))을 적어도 약 50 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 약 75 중량% 포함하며, 그리고 보다 더 바람직하게는 비-제한적인 구현에서, 약 100% 포함하며, 상기 용매 (또는 흡수제)는 알킬벤젠 오일을 적어도 약 50 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 약 75 중량% 포함하며, 그리고 보다 더 바람직하게는 비-제한적인 구현에서, 약 100% 포함한다.
바람직한 비-제한적인 구현에서, 상기 냉매는 트랜스-1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜 (HCFO-1233zd(E))을 적어도 약 50 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 약 75 중량% 포함하며, 그리고 보다 더 바람직하게는 비-제한적인 구현에서, 약 100% 포함하며, 상기 용매 (또는 흡수제)는 실리콘 오일을 적어도 약 50 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 약 75 중량% 포함하며, 그리고 보다 더 바람직하게는 비-제한적인 구현에서, 약 100% 포함한다.
바람직하게는, 상기 냉매 및 용매는 상기 냉매가 상기 용매 중에 용해되는 용액을 형성하는데 효과적인 조건하에서 그리고 이러한 비율로 혼합된다. 바람직하게는, 냉매와 용매의 혼합물은, 용매와 혼합되는 냉매의 상당한 부분(substantial portion), 그리고 보다 바람직하게는 실질적으로 전부가 용매에 용해되는 비율이다. 즉, 용매와 혼합되는 냉매의 양은 냉매 시스템의 작동 온도 및 압력에서 용매의 포화 점보다 낮은 것이 바람직하다. 포화점 미만의 냉매 농도를 유지하면 증기 냉매가 펌프에 도달하여 캐비테이션(cavitations)을 유발할 가능성이 감소된다.
특정한 구현에서, 냉매 및 용매는 혼합기에 의해 혼합될 수 있다. 바람직한 혼합기는 정적 혼합기(static mixers) 및 흡인기(aspirators) (즉, 벤츄리 펌프)를 포함한다. 특정한 구현에서, 혼합기는 T-피팅 (T-fitting)과 같은 난류(turbulent flow)를 생성하는 2 개의 이송관(transfer lines) (예를 들어, 파이프, 튜브, 호스 등)의 단순한 접합(junction)이다.
오일 용매 중의 저압 증기상 냉매의 용해는 약 - 10 ℃ 내지 약 30 ℃, 바람직하게는 약 0 ℃ 내지 약 30 ℃, 바람직하게는 약 0 ℃ 내지 약 10 ℃의 냉매 온도에서 바람직하게 발생한다.
바람직하게는, 용매 중 냉매의 용해는 흡수기에서 적어도 주요 부분에서 일어난다. 흡수기(obsorber)는 오일계 용매에 냉매 가스를 용해시키기에 적합한 어떠한 타입일 수 있다. 흡수기의 예로는 냉각 매체가 이를 통하여 혹은 그 주위를 순환하는 열 교환기를 포함한다.
냉매 및 용매를 포함하는 용액은 용액의 압력을 증가시키기 위해 저항 수단에 대해 펌핑된다. 액체 용액을 높은 작동 압력으로 펌핑하는 것은, 전형적으로 압축기를 사용하여 증기 냉매를 압축하는 것과 비교하여 현저히 적은 에너지를 필요로한다. 더 적은 에너지를 소비할 뿐만 아니라, 펌프는 일반적으로 압축기에 비해 설치 및 유지 보수 비용이 적다. 상기 에너지 및 비용 절감은 종래의 압축-타입 냉동 시스템에 비해 본 발명의 뚜렷한 이점이다.
용액은 또한 가열, 바람직하게는 가압된 후에 가열된다. 가열은 쉘-및-튜브 열 교환기 및 플레이트 열 교환기 또는 증류 컬럼과 같은 열 교환기를 사용하여 바람직하게 수행된다. 바람직한 구현에서, 용액을 가열하는 것은 저급 열원, 폐열 회수 유니트 (waste-heat recovery unit, WHRU), 지열원, 태양-유래원(solar-derived source) 등으로부터 열을 전달하는 것을 포함한다. WHRU는 가스 터빈으로부터의 배가스 또는 발전소 또는 제련소(refinery)로부터의 폐가스와 같은 고온 가스 또는 액체 스트림으로부터의 열을 포함할 수 있다. 열원의 작동 매체는 개별 적용 분야의 상세에 따라 다를 수 있지만, 많은 적용 분야에서, 물-순수한 물(pure water) 또는 트리에틸렌 글리콜 (TEG)를 사용한, 열유(thermal oil) 또는 열전달에 도움이 되는 다른 매체가 바람직하다. 다른 구현에서, 용액을 가열하는 것은 본원에서 논의된 바와 같이, 태양 및/또는 지열 원에서 유래된 열로 프로판과 같은 연료의 연소로부터의 직접 가열을 포함하는 것이 매우 바람직한 구현이다.
용액을 가열 및 가압한 후, 열역학적 분리 공정을 거쳐 증기 냉매 분획 및 액체 용매 분획을 생성한다. 그러한 열역학적 분리 공정의 예는 컬럼 증류 및 플래싱(flasing)을 포함한다. 두 분획은 서로 다른 상(phase)이므로, 이들은 쉽게 분리 될 수 있다.
바람직하게, 액체 용매상은 혼합기로 다시 재순환되고, 냉매를 포함하는 증기상은 응축기로 전달되고, 응축기에서 냉매의 적어도 일부, 바람직하게는 실질적으로 전부가 증기상에서 액상으로 전환된다.
본 발명에서 유용한 응축기의 타입은 하이드로플루오로올레핀 또는 하이드로클로로플루오로올레핀 냉매의 응축에 적합한 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 응축기의 예는 수평 또는 수직 인-쉘(in-shell) 응축기 및 수평 또는 수직 인-튜브(in-tube) 응축기를 포함한다.
액상 냉매는 바람직하게는 팽창 밸브를 통과하여 냉매의 압력을 낮추고 그에 상응하여 냉매를 냉각(cool)시킨다. 냉각된, 스로틀된(throttled) 냉매는 액상, 증기상 또는 혼합상일 수 있다.
그 후, 냉매는 증발기를 통과하며, 증발기에서 증발 중에 냉매의 냉각 용량 (cooling capacity)이 냉각될 시스템을 열 추출 (즉, 냉동)하는데 사용된다. 바람직하게는, 시스템에서 냉각되는 물질은 PEG와 같은 열 전달 첨가제가 있거나 없는, 물이며, 이는 예를 들어 공기 조절(air conditioning)을 위한 분배 시스템에서 에어 핸들러(air handler)로 순환되는 냉각수(chilled water)로 사용될 수 있다. 그러나, 냉각될 물질은 또한 공기 조절(air conditioning)을 위해 직접적으로 사용되는 공기일 수 있다. 또한, 외부 물질은 또한 냉각될 필요가 있는 어떠한 유동성 물질(flowable material)일 수 있고, 물 또는 공기(air)이면, 냉각된 물질은 공기 조절 이외의 목적 (예를 들어, 식품 또는 다른 제품의 칠링(chilling))으로 사용될 수 있다.
액상 냉매를 증발시키기 위해 사용되는 증발기의 타입은 하이드로플루오로올레핀 또는 하이드로클로로플루오로올레핀 냉매의 증발에 적합한 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 유용한 증발기의 예로는 강제 순환 증발기(forced circulation evaporators), 자연 순환 증발기(natural circulation evaporator), 긴-튜브 및 짧은-튜브 수직 증발기, 폴링-필름 증발기(falling film evaporators), 수평 튜브 증발기 및 플레이트 증발기(plate evaporators)를 포함한다.
냉매가 증발된 후, 이는 바람직하게는 약 30 ℃ 내지 약 60 ℃, 보다 바람직하게는 약 40 ℃ 내지 약 50 ℃의 온도를 갖는 저압 증기상 냉매가 된다. 상기 저압 증기상 냉매는 바람직하게는 혼합기로 다시 재순환된다.
본 발명의 공정은 냉매 및 용매 모두가 재순환되는 폐쇄-루프 시스템이 바람직하다. 본 발명에 따른 흡수식 냉동 시스템은 바람직하게는 단일, 이중 또는 삼중 효과 흡수식 냉동 공정을 포함한다. 단일 및 이중 효과 공정은 후술하는 실시예 및 도면에 기술된다.
실시예
실시예 1
이상적인 구성 요소를 사용하는 정상 상태 시스템 모델(steady state system model)을 개발하여, 흡수제로서 윤활제 (예: 폴리알킬렌 글리콜 또는 폴리올 에스테르)를 사용하는 저 GWP 냉매 HFO-1234yf의 사용을 검토했다. 흡수 사이클의 효율 또는 성능 계수 (COP)는 Qcooling/(Qin + Wp)로 계산되었다. Qin은 많은 응용 분야에서 폐열로 간주되고 태양 에너지 응용 분야에서 "프리(free)" 에너지원이지만, 이는 잠재적인 냉매 쌍을 비교하는 가장 좋은 방식이다. 모델링은 먼저 NH3-물(water) 흡수 사이클을 검토하여 증발기 온도 5 ℃ 및 주변 온도 40 ℃에서 COP가 약 0.6인 작동을 발견하였다. 윤활유 모델을 갖춘 이상적인 HFO-1234yf의 경우, COP는 동일한 작동 파라미터 즉, 증발기 온도 2 ℃ 및 주변 온도 40 ℃에서 작동될 때, 약 0.6인 것으로 밝혀졌다.
이 시스템 모델을 사용하여, 제안된 시스템 및 현재 기술과 비교한 성능이 빈 분석(bin analysis)으로 평가되었다. 1 년의 과정에서, 종래의 옥상형 에어컨디셔닝 유니트(roof-top air-conditioning units, RTU)를 사용하여 전형적인 대형 소매 건물을 냉각하는데 소비되는 전력을 동일한 크기의 태양열 발전(solar powered), 흡수 지원 (absorption assisted) RTU와 비교했다. 이 분석은 미국 전역의 29개 도시 (Air Conditioning, Heating and Refrigeration Institute Standard for chillers (AHRI Std 550)) 및 고온 건조한 기후 (피닉스, 아리조나) 모두의 평균 기후 데이타를 고려했다. 평가 요약은 하기 표 1에 나타낸다.
[표 1] 통상의 옥상 유니트 및 흡수 지원 옥상 유니트(absorption assisted roof top units)를 사용한 전형적인 대형 상점 (100,000 ft2)의 연간 에너지 소비 및 피크 전력 수요 비교 (총 450 톤의 냉각 추정).
Figure pct00001

이 기술 적용의 이점을 더 깊이 탐구하기 위해, 이러한 냉각 기술의 전반적인 환경 영향 분석이 수행되었다. 미국에서 생산된 대부분의 에너지는 화석 연료 (즉, 석탄, 천연 가스, 오일)의 연소로 생성되기 때문에, 이 장비에서 소비되는 전기 에너지는 CO2 배출을 유발하며, 따라서, 지구 온난화에 기여한다. 이 "간접적인 기여" 뿐만 아니라, RTU에서의 냉매 누출로 인한 지구 온난화 가스 방출의 직접적인 영향도 있다. RTUs에서 널리 사용되는 R410A 냉매는 2100을 초과하는 GWP를 갖는다. 이 냉매의 누출은 제안된 냉매 혼합물보다 2100배 더 나쁘다. LCCP (Life Cycle Climate Performance) 분석은 지구 온난화 가스의 제조 과정의 영향과 함께 이러한 소스(sources)를 고려한다. 하기 표 2에 LCCP 분석의 요약을 나타낸다.
[표 2] 흡수 지원 옥상 유니트에 대하여 통상의 옥상 유니트를 비교하여 사용한 전형적인 대형 상점에 대한 LCCP 비교
Figure pct00002

이 혁신은 합리적으로 고온 출력에서의 태양열 집열기의 사용을 포함하며, 이 적용처에 사용되는 진공관 (evacuated tube) 태양열 집열기 (시판되는 제품)를 인증한다. 냉각 COP가 0.6인 흡수식 냉각의 경우, 냉각 1 톤당 필요한 설치 면적은 800W/㎡ 태양 일(solar day)에 대하여 대략 18 ㎡이거나 또는 위의 분석에서 지붕 면적의 약 1/3을 차지하는 어레이(array)일 것이다. 이는 또한 매장에 피크 수요 동안 "무료(free)" 냉각을 제공하여 피크 전력 수요 부담을 피할 수 있으며 피크 전력 그리드 로드(grid load)를 궁극적으로 줄일 수 있다.
실시예 2
포드 모터(Ford Motor) 크래프트 오일(craft oil) (포드 사양 번호 WSH-M1C231-B를 충족하는 PAG 냉매 압축기 오일)에서의 트랜스-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (1234ze(E))의 용해도를 마이크로-밸런스(micro-balance)로 측정하였다. NRTL(Non-Random Two Liquid) 활성 계수 모델(activity coefficient model)(Renon H., Prausnitz JM, "Local Compositions in Thermodynamic Excess Functions for Liquid Mixtures," AIChE J. 14(1), S.135-144, 1968)을 사용한 데이타의 상관 관계(correlation)와 함께 측정된 용해도를 도 1에 나타낸다. 이 데이타로부터, 포드 모터 크래프트 오일은 거의 무시할만한 증기압을 가지며, NRTL 모델이 데이타를 정확하게 나타낼 수 있음을 알 수 있다.
실시예 3
실시예 2로부터의 데이타는 단일 효과 흡수 사이클을 전개시키는데 사용되었다. 도 4에 개시된 흡수식 냉동 시스템이 사용된다. 포드 모터 크래프트 폴리프로필렌 글리콜 디메틸 에테르-계 오일이 폐쇄 혼합기 (두 개 이상의 라인을 연결하는 간단한 "T"조인트 일 수 있음)에서 액체 1234ze(E) 냉매와 혼합된다. 혼합물은 가스상의 1234ze(E)가 오일에 도 2에서 나타낸 정도로 용해되는 흡수기로 보내진다. 액체 혼합물은 펌프로 보내지고, 펌프는 혼합물을 가압하고 혼합물을 열 교환기/보일러로 보낸다. 보일러에서, 열은 상기 혼합물과 교환된다. 상기 열의 공급원은 열 교환기 외부의 태양열 집열기로부터의 열적인 열(thermal heat)이 될 수 있다. 혼합물의 온도는 1234ze(E) 냉매가 상기 오일과 분리될 수 있는 온도까지 상승된다. 가열된 혼합물은 열 교환기로부터 제거되고 분리기로 도입되어, 상기 냉매가 실질적으로 액체 상태로 유지되는 오일로부터 증기 상태로 실질적으로 분리된다. 그 후, 상기 오일은 오일 밸브를 통해 되돌아 가며, 오일 밸브에서 오일의 압력이 시작 압력과 일치하도록 감소된다. 밸브에서 상기 오일은 혼합기로 되돌려지고, 혼합기에서 오일은 상기 냉매와 다시 혼합되어 상기 공정을 반복한다.
분리기로부터, 상기 냉매 증기는, 이를 액화하도록 응축기로 보내진다. 상기 액체는 냉매를 냉각시키기 위해 액체 냉매를 스로틀링(throttling)하는 팽창 밸브로 보내진다. 상기 냉각된, 스로틀된(cooled, throttled) 냉매는 조작자의 선택에 따라, 액체, 증기 또는 조합일 수 있다. 냉각된 냉매는 증발기를 통과하며, 이에 따라, 냉매의 냉각 능력이 증발기와 열-교환 관계에 있는 물질 (물 또는 공기)을 냉각시키는데 이용된다. 그 후, 냉매는 증발기에서 다시 혼합기로 되돌아가고, 혼합기에서 상기 오일과 다시 혼합되어 공정을 다시 반복한다.
단일 효과 흡수 사이클에 대한 입력 파라미터는 다음과 같다.
1) 증발기 온도-냉매 측: 2 ℃
2) 응축기 온도-냉매 측: 40 ℃
3) 보일러에 공급되는 3000 kJ/hr
4) 흡수기를 떠나는 포화 액체
5) 증발기를 떠나는 과열(Superheat): 3 ℃
6) 분리기로 유입되는 스트림(stream)의 조성은 90 wt% 오일 및 10 wt% 냉매이다.
이러한 파라미터로, 폐열 및/또는 태양열-유래 및/또는 지열-유래의 열을 사용하여, 1234ze(E) 및 포드 모터 크래프트 오일을 사용한 계산된 COP (coefficient of performance)는 4.56이다.
실시예 4
실시예 2의 데이타는 이중 효과 흡수 사이클을 전개시키는데 사용되었다. 포드 모토크래프트 폴리프로필렌 글리콜 디메틸 에테르-계 오일을 폐쇄 혼합기에서 액체 1234ze(E) 냉매와 혼합한다. 상기 혼합물은 가스상의 1234ze(E)가 오일에 용해되는 제 1 흡수기로 보내진다. 그 후, 상기 혼합물은 제 1 펌프로 보내지고, 제 1 펌프는 상기 혼합물을 가압하고, 상기 혼합물은 제 1 열 교환기/보일러로 보내진다. 보일러에서, 열은 혼합물과 교환된다. 그 열의 공급원은 열 교환기 외부의 태양열 집열기로부터의 열적인 열일 수 있다. 혼합물의 온도가 상승된다. 가열된 혼합물은 열 교환기로부터 제거되고 오일과 혼합되는 제 2 혼합기로 도입된다. 그 후, 제 2 혼합기로부터의 혼합물은, 모든 1234ze(E)가 오일에 용해되는 것을 확실하게 하도록 제 2 흡수기로 도입된다. 제 2 흡수기로부터, 혼합물을 제 2 펌프로 보내고, 제 2 펌프는 상기 혼합물을 제 2 보일러로 펌프하고, 제 2 보일러에서 혼합물의 온도가 1234ze(E) 냉매가 오일에서 분리될 수 있는 온도로 상승된다. 이를 달성하기 위해 보일러에 열의 공급원이 다시 제공되며, 이 공급원은 태양열 집열기에서 유래된 열적인 열 공급원일 수 있다.
상기 혼합물은 제 2 보일러로부터 분리기로 취하여지며, 이에 따라, 상기 냉매는, 실질적으로 액체 상태로 유지되는 오일로부터 증기상태로 실질적으로 분리된다. 그 후, 오일은 티(tee)로 되돌아가며, 티는 오일을 나누어서, 오일의 일부를 제 2 오일 밸브를 통해 제 2 혼합기로 보내고, 상기 오일의 나머지 부분을 제 1 오일 밸브로 보내고, 제 1 오일 밸브에서 압력이 시작 압력과 일치하도록 감소된다. 그 후, 오일은 제 1 혼합기로 보내지고, 제 1 혼합기에서 상기 냉매와 다시 혼합되어 상기 공정을 반복한다.
상기 분리기로부터, 냉매 증기가 액화되도록 냉매 증기는 응축기로 보내진다. 상기 액체는 냉매를 냉각시키기 위해 액체 냉매를 스로틀링(throttling)하는, 팽창 밸브로 보내진다. 상기 냉각된, 스로틀된 냉매는 조작자의 선택에 따라, 액체, 증기 또는 조합일 수 있다. 냉각된 냉매는 증발기를 통과하며, 이에 따라, 냉매의 냉각 능력이 증발기의 외부 물질 (물 또는 공기)을 냉각시키는데 이용된다. 그 후, 상기 냉매는 증발기로부터 상기 제 1 혼합기로 되돌아가고, 제 1 혼합기에서 냉매는 상기 오일과 다시 혼합되어 상기 공정을 다시 반복한다.
이중 효과 흡수 사이클에 대한 입력 파라미터는 다음과 같다.
1) 증발기 온도-냉매 측: 2 ℃
2) 응축기 온도-냉매 측: 40 ℃
3) 펌프에서 나가는 압력은
Figure pct00003
이다.
4) 발전기 보일러(generator boiler)에 공급되는 1500 kJ/hr
5) 두 흡수기를 떠나는 포화 액체
6) 증발기를 떠나는 과열(Superheat): 3 ℃
7) 티(tee)는 스트림의 30 % 흐름(flow)을 중간 단계 흡수기(intermediate stage absorber)로, 70 %를 저단 흡수기(low stage absorber)로 나눈다.
8) 분리기로 유입되는 스트림(stream)의 전체 조성은 90 wt% 오일 및 10 wt% 냉매이다.
이러한 파라미터로, 폐열 및/또는 태양열-유래 및/또는 지열-유래의 열을 사용하고, 1234ze(E) 및 포드 모터 크래프트 오일을 사용하여 계산된 COP는 5.04이다.
실시예 5
트랜스-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜 (1234ze(E))의 POE 오일-Ultra 22CC-에 대한 용해도를 마이크로-밸런스(micro-balance)를 사용하여 측정하였다. 이의 결과를 측정된 용해도 및 NRTL 활동 계수 모델 (Renon H., Prausnitz JM, Renon H., Prausnitz J. M., "Local Compositions in Thermodynamic Excess Functions for Liquid Mixtures," AIChE J., 14(1), S.135-144, 1968))을 사용한 상관 데이타(data correlated)로 도 2에 나타내었다. 이 데이타로부터 POE 오일은 거의 무시할 수 있는 증기압을 가지며 NRTL 활성 계수 모델 (얻어진 데이타로부터 다시 유도됨)은 상기 데이타를 정확하게 나타낼 수 있음을 알 수 있다.
실시예 6
실시예 5의 용해도 데이타를 사용하여 모델 단일 효과 흡수 사이클을 전개시켰다. 보다 구체적으로, 상기 모델 시스템에서, 상기 POE 오일은 폐쇄 혼합기 (둘이상의 라인을 연결하는 간단한 "T"조인트 일 수 있음)에서 액체 1234ze(E) 냉매와 혼합된다. 혼합물은 기상 1234ze(E)가 오일에 용해되는 흡수기로 보내진다. 상기 액체 혼합물은 펌프로 보내지고, 펌프는 혼합물을 가압하고 혼합물을 열교환기/보일러로 보낸다. 보일러에서, 열은 혼합물과 교환된다. 그 열의 공급원은 열이 열 교환기 외부의 태양열 집열기로부터의 열적인 열(thermal heat)이 될 수 있다. 혼합물의 온도는 1234ze(E) 냉매가 오일과 분리될 수 있는 온도까지 상승된다. 그 후, 가열된 혼합물은 열 교환기로부터 제거되고 분리기로 도입되며, 이에 따라 냉매가 실질적으로 액체 상태로 유지되는 오일로부터 증기 상태로 실질적으로 분리된다. 그 후, 상기 오일은 오일 밸브를 통해 되돌아가며, 오일 밸브에서 오일의 압력이 시작 압력과 일치하도록 감소된다. 밸브에서 오일은 혼합기로 되돌려지고, 혼합기에서, 오일이 상기 냉매와 다시 혼합되어 공정을 반복한다.
분리기로부터, 냉매 증기가 액화되도록 냉매 증기는 응축기로 보내진다. 상기 액체는 팽창 밸브를 통과하며, 냉매를 냉각시키기 위해 액체 냉매는 스로틀링(throttling)된다. 상기 냉각된, 스로틀된 냉매는 조작자의 선택에 따라, 액체, 증기 또는 조합일 수 있다. 냉각된 냉매는 증발기를 통과하며, 이에 따라, 냉매의 냉각 능력이 증발기와 열-교환 관계인, 물질 (물 또는 공기)을 냉각시키는데 이용된다. 그 후, 냉매는 증발기에서 혼합기로 되돌아가고, 혼합기에서 상기 오일과 다시 혼합되어 상기 공정을 다시 반복한다.
단일 효과 흡수 사이클에 대한 입력 파라미터는 다음과 같았다:
1) 증발기 온도-냉매 측: 2 ℃
2) 응축기 온도-냉매 측: 40 ℃
3) 발전기 보일러에 공급되는 3000 kJ/hr
4) 두 흡수기를 떠나는 포화 액체
5) 증발기를 떠나는 과열(Superheat): 3 ℃
6) 분리기로 유입되는 스트림의 조성은 90 wt% 오일 및 10 wt% 냉매이다.
이러한 파라미터를 사용하고 폐열 및/또는 태양열-유래 및/또는 지열-유래의 열을 사용하여, 1234ze(E) 및 POE 오일을 사용하여 계산된 COP (coefficient of performance)는 4.96였다.
실시예 7
실시예 5의 용해도 데이타를 사용하여 모델 이중 효과 흡수 사이클을 전개시켰다. 보다 구체적으로, 모델 시스템에서 미네랄 오일은 폐쇄 혼합기에서 액체 1234ze(E) 냉매와 혼합된다. 혼합물은 가스인 1234ze(E)가 오일에 용해되는 제 1 흡수기로 보내진다. 그 후, 상기 혼합물은 제 1 펌프로 보내지고, 제 1 펌프는 상기 혼합물을 가압하고, 상기 혼합물을 제 1 열 교환기/보일러로 통과시킨다. 보일러에서, 열은 상기 혼합물과 교환된다. 그 열의 공급원은 상기 열 교환기 외부의 태양열 집열기로부터의 열적인 열(thermal heat)일 수 있다. 상기 혼합물의 온도는 상승된다. 상기 가열된 혼합물은 열 교환기로부터 제거되어 제 2 혼합기로 도입되고, 제 2 혼합기에서 오일과 혼합된다. 제 2 혼합기로부터의 혼합물은 제 2 흡수기에 도입되어 모든 1234ze(E)의 오일에 대한 용해가 확실시된다. 제 2 흡수기로부터, 상기 혼합물이 제 2 펌프로 인출되고, 제 2 펌프는 상기 혼합물을 제 2 보일러로 펌핑하고, 제 2 보일러에서, 상기 혼합물의 온도는, 상기 1234ze(E) 냉매가 상기 오일에서 분리될 수 있는 온도로 상승된다. 상기 제 2 보일러에 대한 열의 공급원은 이를 달성하도록 제공되며, 태양열 집열기로부터의 열적인 열일 수 있다.
상기 혼합물은 상기 제 2 보일러로부터 분리기로 취하여지며, 이에 따라, 상기 냉매는, 실질적으로 액체 상태로 유지되는 오일로부터 증기상태로 실질적으로 분리된다. 그 후, 오일은 티(tee)로 돌려보내지며, 티에서 오일이 나누어진다. 일부는 제 2 오일 밸브를 통해 제 2 혼합기로 보내진다. 나머지 부분은 제 1 오일 밸브를 통과하도록 보내지고, 제 1 오일 밸브에서 압력이 시작 압력과 일치하도록 감소된다. 그 후, 오일은 제 1 혼합기로 보내지고, 제 1 혼합기에서 상기 냉매와 다시 혼합되어 공정을 반복한다.
분리기로부터, 냉매 증기가 액화되도록 냉매 증기는 응축기로 보내진다. 상기 액체는 냉매를 냉각시키기 위해 액체 냉매를 스로틀링(throttling)하는 팽창 밸브를 통과하여 보내진다. 상기 냉각된, 스로틀된 냉매는 작업자의 선택에 따라, 액체, 증기 또는 조합일 수 있다. 냉각된 냉매는 증발기를 통과하며, 이에 따라, 냉매의 냉각 능력이 증발기의 외부 물질 (물 또는 공기)을 냉각시키는데 이용된다. 그 후, 상기 냉매는 상기 증발기에서 제 1 혼합기로 되돌아가고, 제 1 혼합기에서 상기 오일과 다시 혼합되어 공정을 다시 반복한다.
이 이중 효과 흡수 사이클에 대한 파라미터는 다음과 같았다.
1) 증발기 온도-냉매 측: 2 ℃
2) 응축기 온도-냉매 측: 40 ℃
3) 펌프에서 배출되는 압력은
Figure pct00004
이다.
4) 발전기 보일러(generator boiler)에 공급되는 1500 kJ/hr
5) 두 흡수기를 떠나는 포화 액체
6) 증발기를 떠나는 과열: 3 ℃
7) 티(tee)는 스트림의 30 % 흐름(flow)을 중간 단계 흡수기로, 70 %를 저단 흡수기로 나눈다.
8) 분리기로 유입되는 스트림(stream)의 전체 조성은 90 wt% 오일 및 10 wt% 냉매이다.
이러한 파라미터로, 1234ze(E)와 POE를 사용하여 계산된 COP는 5.35였다.
실시예 8
미네랄 오일- C-3 냉동 오일-에 대한 트랜스-1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜 (1233zd(E))의 용해도를 마이크로-밸런스를 사용하여 측정하였다. 측정된 용해도 및 NRTL 활동 계수 모델 (Renon H., Prausnitz J. M., "Local Compositions in Thermodynamic Excess Functions for Liquid Mixtures," AIChE J., 14(1), S.135-144, 1968))을 사용한 상관 데이타(data correlated)를 도 3에 나타낸다. 이 데이타로부터 미네랄 오일은 거의 무시할 수 있는 증기압을 가지며 NRTL 활성 계수 모델 (얻어진 데이타로부터 다시 유도됨)은 상기 데이타를 정확하게 나타낼 수 있음을 알 수 있다.
실시예 9
실시예 8의 용해도 데이타를 사용하여 모델 단일 효과 흡수 사이클을 전개시켰다. 보다 구체적으로, 상기 모델 시스템에서, 미네랄 오일은 폐쇄 혼합기 (둘 이상의 라인을 연결하는 간단한 "T"조인트 일 수 있음)에서 액체 1233zd(E) 냉매와 혼합된다. 상기 혼합물은 가스인 1233zd(E)가 오일에 용해되는 흡수기로 보내진다. 액체 혼합물은 펌프를 통과하도록 보내지고, 펌프는 혼합물을 가압하고 혼합물을 열 교환기/보일러로 보낸다. 보일러에서, 열은 상기 혼합물과 교환된다. 상기 열의 공급원은 상기 열 교환기의 외부의 태양열 집열기로부터의 열적인 열(thermal heat)이 될 수 있다. 혼합물의 온도는 1233zd(E) 냉매가 오일로부터 분리될 수 있는 온도까지 상승된다. 가열된 혼합물은 열 교환기로부터 제거되고 분리기로 도입되며, 이에 따라 상기 냉매가, 실질적으로 액체 상태를 유지하는 오일로부터 증기 상태로 실질적으로 분리된다. 그 후, 상기 오일은 오일 밸브로 되돌아가며, 오일 밸브에서 오일은 압력이 시작 압력과 일치하도록 감소된다. 밸브에서, 오일은 상기 혼합기로 되돌아가고, 혼합기에서, 오일이 상기 냉매와 다시 혼합되어 공정을 반복한다.
분리기로부터, 상기 냉매 증기가 액화되도록 냉매 증기는 응축기로 보내진다. 상기 액체는 팽창 밸브를 통과하도록 보내지고, 냉매를 냉각시키기 위해, 액체 냉매는 스로틀링(throttling)된다. 상기 냉각된, 스로틀된 냉매는 조작자의 선택에 따라, 액체, 증기 또는 조합일 수 있다. 냉각된 냉매는 증발기를 통과하며, 이에 따라, 냉매의 냉각 능력이 증발기와 열-교환 관계인, 물질 (물 또는 공기)을 냉각시키는데 이용된다. 그 후, 냉매는 증발기에서 혼합기로 되돌아가고, 혼합기에서 상기 오일과 다시 혼합되어 상기 공정을 다시 반복한다.
상기 단일 효과 흡수 사이클에 대한 입력 파라미터는 다음과 같았다:
1) 증발기 온도 - 냉매 측: 2 ℃
2) 응축기 온도 - 냉매 측: 40 ℃
3) 발전기 보일러에 공급되는 3000 kJ/hr
4) 두 흡수기를 떠나는 포화 액체
5) 증발기를 떠나는 과열: 3 ℃
6) 분리기로 유입되는 스트림의 조성은 90 wt% 오일 및 10 wt% 냉매이다.
이러한 파라미터로, 폐열이 사용된다는 추정하에, 1233zd(E) 및 미네랄 오일을 사용하여 계산된 COP (coefficient of performance)는 21.61이었다.
실시예 10
실시예 8의 용해도 데이타를 사용하여 모델 이중 효과 흡수 사이클을 전개시켰다. 보다 구체적으로, 모델 시스템에서 미네랄 오일은 폐쇄 혼합기에서 액체 1233zd(E) 냉매와 혼합된다. 혼합물은 가스인 1233zd(E)가 오일에 용해되는 제 1 흡수기로 보내진다. 그 후, 상기 혼합물은 제 1 펌프로 보내지고, 제 1 펌프는 상기 혼합물을 가압하고, 상기 혼합물을 제 1 열 교환기/보일러로 보낸다. 상기 보일러에서, 열은 상기 혼합물과 교환된다. 상기 열의 공급원은 상기 열 교환기 외부의 태양열 집열기로부터의 열적인 열(thermal heat)일 수 있다. 상기 혼합물의 온도가 상승된다. 그 후, 상기 가열된 혼합물은 열 교환기로부터 제거되어 제 2 혼합기로 도입되고, 제 2 혼합기에서 오일과 혼합된다. 그 후, 제 2 혼합기로부터의 혼합물은 제 2 흡수기에 도입되어 모든 1233zd(E)의 오일에 대한 용해가 확실시된다. 제 2 흡수기로부터, 상기 혼합물이 제 2 펌프로 인출되고, 제 2 펌프는 상기 혼합물을 제 2 보일러로 펌핑하고, 제 2 보일러에서, 상기 혼합물의 온도는, 상기 1233zd (E) 냉매가 상기 오일에서 분리될 수 있는 온도로 상승된다. 이를 달성하도록 보일러에 열의 공급원이 제공되며, 이 공급원은 상기한 타입일 수 있다 (즉, 태양열 집열기).
상기 혼합물은 상기 제 2 보일러로부터 분리기로 취하여지며, 이에 의해, 상기 냉매는 실질적으로 액체 상태로 유지되는 오일로부터 증기상태로 실질적으로 분리된다. 그 후, 오일은 티(tee)로 돌려보내지며, 티에서 오일이 나누어진다. 오일의 일부는 제 2 오일 밸브로 그리고 제 2 혼합기로 보내진다. 오일의 나머지 부분은제 1 오일 밸브로 보내지고, 제 1 오일 밸브에서 압력이 시작 압력과 일치하도록 감소된다. 그 후, 오일은 제 1 혼합기로 보내지고, 제 1 혼합기에서 상기 냉매와 다시 혼합되어 상기 공정을 반복한다.
상기 분리기로부터, 상기 냉매 증기가 액화되도록 냉매 증기는 응축기로 보내진다. 그 후, 상기 액체는 냉매를 냉각시키기 위해 액체 냉매를 스로틀링(throttling)하는 팽창 밸브를 통과하도록 보내진다. 상기 냉각된, 스로틀된 냉매는 조작자의 선택에 따라, 액체, 증기 또는 조합일 수 있다. 그 후, 냉각된 냉매는 증발기를 통과하도록 보내지고, 이에 따라, 냉매의 냉각 능력이 증발기의 외부 물질 (물 또는 공기)을 냉각시키는데 이용된다. 그 후, 냉매는 증발기에서 제 1 혼합기로 되돌아가고, 제 1 혼합기에서 상기 오일과 다시 혼합되어 상기 공정을 반복한다.
상기 이중 효과 흡수 사이클에 대한 입력 파라미터는 다음과 같았다.
1) 증발기 온도 - 냉매 측: 2 ℃
2) 응축기 온도 - 냉매 측: 40 ℃
3) 펌프에서 배출되는 압력은
Figure pct00005
이다.
4) 발전기 보일러(generator boiler)에 공급되는 1500 kJ/hr
5) 두 흡수기를 떠나는 포화 액체
6) 증발기를 떠나는 과열: 3 ℃
7) 티(tee)는 스트림의 30 % 흐름을 중간 단계 흡수기로, 70 %를 저단 흡수기로 나눈다.
8) 분리기로 유입되는 스트림의 전체 조성은 90 wt% 오일 및 10 wt% 냉매이다.
이러한 파라미터를 사용하고 폐열 및/또는 태양열-유래 및/또는 지열-유래의 열을 사용하여, 1233zd(E) 및 미네랄 오일을 사용하여 계산된 COP는 25.69였다.
실시예 11
흡수기에서 냉매의 용해도는 본 발명의 냉동 사이클의 많은 중요한 구현의 전체 성능에 중요하다는 것이 확인되었다. 보다 구체적으로, 보다 높은 농도의 흡수된 냉매는 혼합물의 끓는점을 감소시키고 상기 끓는점에 도달하는데 필요한 열량을 감소시키고 보일러/발전기 부하를 감소시킴으로써 사이클 COP를 증가시키는 경향이 있다. 또한, 압력은 흡수기 용해도 및 증발기 온도 모두를 결정하는 중요한 파라미터이며, 따라서 보다 높은 용해도는 필요한 낮은 측 압력을 감소시키는 경향이 있어 증발기 작동 조건에서 더 큰 유연성을 허용한다. 용해도 데이타는 현재의 많은 흡수식 냉동 사이클에서 중요한 온도 및 압력에서 다른 등급의 POE 오일 중의 HFO-1234ze(E) 및 HFO-1234yf 모두에 대해 결정되었으며, 이 데이타는 아래에 보고된다.
Figure pct00006

두 가지 냉매 모두 POE 오일에 뚜렷하게 용해되지만, 1234ze(E)는 약 30 ℃ 내지 약 50 ℃ 범위의 온도에 대해 1234yf에 비하여 분명한 용해도 이점을 갖는 것으로 관찰되었다. 평균적으로, POE 오일은 흡수식 냉동 사이클 작동에서 특히 관심있는 범위의 온도에서, 1234yf보다 1234ze(E)를 23 % 더 흡수할 것이다. 또한, 오일의 점도 (더 낮은 ISO 등급) 및 흡수기 온도 모두가 감소함에 따라, 냉매의 용해도가 증가한다는 것이 발견되었다. 이와 같이, 흡수 사이클에 대한 비-제한적인 바람직한 구현은 50 ℃ 미만의 흡수기 온도에서, 1234ze(E) 및 POE 오일, 보다 바람직하게는 ISO 10 POE 오일과 1234ze(E)를 포함할 것이다.
실시예 12
도 4에 개시된 바와 같은 흡수식 냉동 시스템이 사용된다. ISO 10의 POE 오일을 폐쇄 혼합기에서 액체 1234ze(E) 냉매와 혼합하고 실시예 3에 기재된 조건 및 작동 파라미터에 따라 이용된다. 효과적인 흡수식 냉동이 달성된다.
실시예 13
도 4에 개시된 바와 같은 흡수식 냉동 시스템이 사용된다. ISO 32의 POE 오일은 폐쇄 혼합기에서 액체 1234ze(E) 냉매와 혼합되고 실시예 3에 기재된 조건 및 작동 파라미터에 따라 이용된다. 효과적인 흡수식 냉동이 달성된다.
실시예 14
도 4에 개시된 바와 같은 흡수식 냉동 시스템이 사용된다. ISO 68의 POE 오일은 폐쇄 혼합기에서 액체 1234ze(E) 냉매와 혼합되고 실시예 3에 기재된 조건 및 작동 파라미터에 따라 이용된다. 효과적인 흡수식 냉동이 달성된다.
실시예 15
도 4에 개시된 바와 같은 흡수식 냉동 시스템이 사용된다. ISO 10의 POE 오일은 폐쇄 혼합기에서 액체 1234yf 냉매와 혼합되고 실시예 3에 기재된 조건 및 작동 파라미터에 따라 이용된다. 효과적인 흡수식 냉동이 달성된다.
실시예 16
도 4에 개시된 바와 같은 흡수식 냉동 시스템이 사용된다. ISO 32의 POE 오일은 폐쇄 혼합기에서 액체 1234yf 냉매와 혼합되고 실시예 3에 기재된 조건 및 작동 파라미터에 따라 이용된다. 효과적인 흡수식 냉동이 달성된다.
실시예 17
도 4에 개시된 바와 같은 흡수식 냉동 시스템이 사용된다. ISO 68의 POE 오일은 폐쇄 혼합기에서 액체 1234yf 냉매와 혼합되고 실시예 3에 기재된 조건 및 작동 파라미터에 따라 이용된다. 효과적인 흡수식 냉동이 달성된다.
실시예 18
도 5에 개시된 다-단계 흡수식 냉동 시스템이 사용된다. ISO 10의 POE 오일은 폐쇄 혼합기에서 액체 1234ze(E) 냉매와 혼합되고 실시예 6에 기재된 조건 및 작동 파라미터에 따라 이용된다.. 효과적인 흡수식 냉동이 달성된다.
실시예 19
도 5에 개시된 다-단계 흡수식 냉동 시스템이 사용된다. ISO 32의 POE 오일은 폐쇄 혼합기에서 액체 1234ze(E) 냉매와 혼합되고 실시예 6에 기재된 조건 및 작동 파라미터에 따라 이용된다. 효과적인 흡수식 냉동이 달성된다.
실시예 20
도 5에 개시된 다-단계 흡수식 냉동 시스템이 사용된다. ISO 68의 POE 오일은 폐쇄 혼합기에서 액체 1234ze(E) 냉매와 혼합되고 실시예 6에 기재된 조건 및 작동 파라미터에 따라 이용된다. 효과적인 흡수식 냉동이 달성된다.
실시예 21
도 5에 개시된 다-단계 흡수식 냉동 시스템이 사용된다. ISO 10의 POE 오일은 폐쇄 혼합기에서 액체 1234yf 냉매와 혼합되고 실시예 6에 기재된 조건 및 작동 파라미터에 따라 이용된다. 효과적인 흡수식 냉동이 달성된다.
실시예 22
도 5에 개시된 다-단계 흡수식 냉동 시스템이 사용된다. ISO 32의 POE 오일은 폐쇄 혼합기에서 액체 1234yf 냉매와 혼합되고 실시예 6에 기재된 조건 및 작동 파라미터에 따라 이용된다. 효과적인 흡수식 냉동이 달성된다.
실시예 23
도 5에 개시된 바와 같은 흡수식 냉동 시스템이 사용된다. ISO 68의 POE 오일은 폐쇄 혼합기에서 액체 1234yf 냉매와 혼합되고 실시예 2에 기재된 조건 및 작동 파라미터에 따라 이용된다. 효과적인 흡수식 냉동이 달성된다.
실시예 24
본 발명에 따른 많은 흡수식 냉동 사이클에서 중요한 온도 및 압력에서 3 가지 냉동 윤활유(lubricants)에서의 트랜스 HCFO-1233zd에 대한 용해도 데이타를 측정하였으며, 이들 데이타를 하기에 나타낸다.
Figure pct00007

트랜스 1233zd는 알킬벤젠, 실리콘 및 미네랄 오일 각각에 눈에 띄게 용해되며, 알킬 벤젠 오일은 특히 30 ℃에 가까운 온도에서 용해도 이점을 갖는 것으로 관찰되었다. 이와 같이, 흡수 사이클에 대한 비-제한적인 바람직한 구현은, 50 ℃ 미만의 흡수기 온도에서, 바람직하게는 약 0 ℃ 내지 약 30 ℃의 흡수기 온도에서, 바람직하게는 약 10 ℃ 내지 약 30 ℃의 온도에서, 트랜스 1233zd 및 알킬 벤젠, 실리콘 또는 미네랄 오일 중 어떠한 것을 포함하며, 보다 바람직하게는 알킬벤젠 오일과 트랜스 1233zd를 포함한다.
실시예 25
도 4에 개시된 바와 같은 흡수식 냉동 시스템이 사용된다. 알킬벤젠 오일은 폐쇄 혼합기에서 액체 1233zd(E) 냉매와 혼합되고 실시예 3에 기재된 조건 및 작동 파라미터에 따라 이용된다. 효과적인 흡수식 냉동이 달성된다.
실시예 26
도 4에 개시된 바와 같은 흡수식 냉동 시스템이 사용된다. 실리콘 오일은 폐쇄 혼합기에서 액체 1233zd(E) 냉매와 혼합되고 실시예 3에 기재된 조건 및 작동 파라미터에 따라 이용된다. 효과적인 흡수식 냉동이 달성된다.
실시예 27
도 5에 개시된 다-단계 흡수식 냉동 시스템이 사용된다. 알킬벤젠 오일은 폐쇄 혼합기에서 액체 1233zd(E) 냉매와 혼합되고 실시예 6에 기재된 조건 및 작동 파라미터에 따라 이용된다. 효과적인 흡수식 냉동이 달성된다.
실시예 28
도 5에 개시된 바와 같은 흡수식 냉동 시스템이 사용된다. 실리콘 오일은 폐쇄 혼합기에서 액체 1233zd(E) 냉매와 혼합되고 실시예 6에서 기재된 조건 및 작동 파라미터에 따라 이용된다. 효과적인 흡수식 냉동이 달성된다.

Claims (12)

  1. a. 저압 증기상 냉매 스트림을 생성하기 위해 약 95 중량% 내지 약 100 중량%의 트랜스-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함하는 냉매를 포함하는 제 1 액상 냉매 스트림을 증발시키는 단계로서, 냉각될 시스템으로부터의 열을 전달하는, 상기 증발시키는 단계;
    b. 상기 증기상 냉매 스트림의 상기 냉매의 실질적으로 전부를 제 1 액상 용매 스트림의 용매에 용해시켜서 냉매-용매 용액 스트림을 생성하는데 효과적인 조건하에서, 상기 저압 증기상 냉매 스트림을 약 95 중량% 내지 약 100 중량%의 폴리올에스테르 오일을 포함하는 용매를 포함하는 제 1 액상 용매 스트림과 접촉시키는 단계;
    c. 열을 태양열 집열기로부터 상기 용액으로 전달하여 상기 냉매-용매 용액 스트림의 압력 및 온도를 증가시키는 단계;
    d. 상기 냉매-용매 용액 스트림을 고압 증기상 냉매 스트림과 제 2 액상 용매 스트림으로 열역학적으로 분리하는 단계;
    e. 상기 제 2 액상 용매 스트림을 단계 (b)로 재순환시켜서 상기 제 1 액상 용매 스트림을 생성하는 단계;
    f. 상기 고압 증기상 냉매 스트림을 응축시켜서 제 2 액상 냉매 스트림을 생성하는 단계; 및
    g. 상기 제 2 액상 냉매 스트림을 단계 (a)로 재순환시켜서 상기 제 1 액상 냉매 스트림을 생성하는 단계를 포함하는 냉동 제공 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    태양열 발전 공급원(solar power source)은 비-집중형 시스템(non-concentrated system)인 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매는 99 중량% 내지 100 중량%의 트랜스-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함하고, 상기 용매는 99 중량% 내지 100 중량%의 약 ISO 10 내지 약 ISO 100의 점도를 갖는 폴리올 에스테르 오일을 포함하는 방법.
  4. a. 저압 증기상 냉매 스트림을 생성하기 위해 약 95 중량% 내지 약 100 중량%의 트랜스-1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜을 포함하는 냉매를 포함하는 제 1 액상 냉매 스트림을 증발시키는 단계로서, 냉각될 시스템으로부터의 열을 전달하는, 상기 증발시키는 단계;
    b. 약 50℃ 미만의 온도에서 상기 증기상 냉매 스트림의 냉매의 실질적으로 전부를 상기 제 1 액상 용매 스트림의 용매에 용해시켜서 냉매-용매 용액 스트림을 생성하는데 효과적인 조건하에서, 상기 저압 증기상 냉매 스트림을 약 95 중량% 내지 약 100 중량%의 미네랄 오일, 알킬벤젠 오일 및 이들의 조합을 포함하는 용매를 포함하는 제 1 액상 용매 스트림과 접촉시키는 단계;
    c. 열을 태양열 집열기로부터 상기 용액으로 전달하여 상기 냉매-용매 용액 스트림의 압력 및 온도를 증가시키는 단계;
    d. 상기 냉매 - 용매 용액 스트림을 고압 증기상 냉매 스트림과 제 2 액상 용매 스트림으로 열역학적으로 분리하는 단계;
    e. 상기 제 2 액상 용매 스트림을 단계 (b)로 재순환시켜서 상기 제 1 액상 용매 스트림을 생성하는 단계;
    f. 상기 고압 증기상 냉매 스트림을 응축시켜서 제 2 액상 냉매 스트림을 생성하는 단계; 및
    g. 상기 제 2 액상 냉매 스트림을 단계 (a)로 재순환시켜서 상기 제 1 액상 냉매 스트림을 생성하는 단계를 포함하는, 냉동 제공 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    태양열 발전 공급원(solar power source)은 비-집중형 시스템(non-concentrated system)인 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 냉매는 99 중량% 내지 100 중량%의 트랜스-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함하고, 상기 용매는 99 중량% 내지 100 중량%의 미네랄 오일을 포함하는 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 냉매는 99 중량% 내지 100 중량%의 트랜스-1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜을 포함하고, 상기 용매는 99 중량% 내지 100 중량%의 알킬 벤젠 오일을 포함하는 방법.
  8. a. 약 95 중량% 내지 약 100 중량%의 트랜스-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함하는 냉매;
    b. 약 95 중량% 내지 약 100 중량%의 폴리올에스테르 오일을 포함하는 용매;
    c. 상기 냉매를 증발시키는데 적합한 증발기;
    d. 상기 냉매를 상기 용매와 혼합하는데 적합한 혼합기로서, 상기 증발기에 유체 연결되는 혼합기;
    e. 상기 냉매의 적어도 일부를 상기 용매에 용해시켜서 용액을 생성하는데 적합한 흡수기로서, 상기 혼합기에 유체 연결되는 흡수기;
    f. 상기 흡수기에 유체 연결된 펌프;
    g. 상기 펌프에 유체 연결된 열 교환기로서, 태양열 집열기에 의해 전력(power)이 가하여지는 열 교환기;
    h. 상기 용액을 증기 냉매 성분과 액체 용매 성분으로 열역학적으로 분리하기에 적합한 분리기로서, 상기 열 교환기에 유체 연결되는 상기 분리기;
    i. 상기 분리기 및 상기 혼합기에 유체 연결된 오일 리턴 라인; 및
    j. 상기 증기 냉매 성분을 응축하기에 적합한 응축기로서, 상기 분리기 및 상기 증발기에 유체 연결되는 상기 응축기를 포함하는, 흡수식 냉동 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 냉매는 99 중량% 내지 100 중량%의 트랜스-1,3,3,3-테트라플루오로프로펜을 포함하고, 상기 용매는 99 중량% 내지 100 중량%의 폴리올 에스테르 오일을 포함하는 방법.
  10. a. 약 95 중량% 내지 약 100 중량%의 트랜스-1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜을 포함하는 냉매;
    b. 약 95 중량% 내지 약 100 중량%의 미네랄 오일, 알킬벤젠 오일 및 이들의 조합을 포함하는 용매;
    c. 상기 냉매를 증발시키는데 적합한 증발기;
    d. 상기 냉매를 상기 용매와 혼합하는데 적합한 혼합기로서, 상기 증발기에 유체 연결되는 상기 혼합기;
    e. 약 10℃ 내지 약 30℃의 온도에서 용액을 생성하기 위해 상기 냉매의 실질적으로 전부를 상기 용매에 용해시키는데 적합한 흡수기로서, 상기 혼합기에 유체 연결되는 상기 흡수기;
    f. 상기 흡수기에 유체 연결된 펌프;
    g. 상기 펌프에 유체 연결된 열 교환기로서, 태양열 집열기에 의해 전력(power)이 가하여지는 상기 열 교환기;
    h. 상기 용액을 증기 냉매 성분과 액체 용매 성분으로 열역학적으로 분리하기에 적합한 분리기로서, 상기 열 교환기에 유체 연결되는 상기 분리기;
    i. 상기 분리기 및 상기 혼합기에 유체 연결된 오일 리턴 라인; 및
    j. 상기 증기 냉매 성분을 응축하는데 적합한 응축기로서, 상기 분리기 및 상기 증발기에 유체 연결되는 상기 응축기를 포함하는, 흡수식 냉동 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 냉매는 99 중량% 내지 100 중량%의 트랜스-1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜을 포함하고, 상기 용매는 99 중량% 내지 100 중량%의 미네랄 오일을 포함하는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 냉매는 99 중량% 내지 100 중량%의 트랜스-1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜을 포함하고, 상기 용매는 99 중량% 내지 100 중량%의 알킬 벤젠 오일을 포함하는 방법.

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