KR20180091950A - 고효율 에어 컨디셔닝 시스템 및 방법 - Google Patents

고효율 에어 컨디셔닝 시스템 및 방법 Download PDF

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마이클 피터슨
사무엘 에프. 야나 모따
안킷 세티
엘리자베스 델 카르멘 베라 베세라
Original Assignee
허니웰 인터내셔널 인코포레이티드
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Abstract

냉동 시스템은 냉각되는 열 소스 및 이로 열이 버려질 수 있는 열 싱크를 포함하며, 상기 시스템은 약 2 내지 약 30톤의 용량을 가지며, 적어도 약 95 중량%의 트랜스 1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜(트랜스1233zd) 또는 적어도 약 80 중량%의 트랜스 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜(트랜스HFO1234ze)을 포함하는 냉매를 포함하는 열 전달 조성물을 포함한다.

Description

고효율 에어 컨디셔닝 시스템 및 방법
이 출원은 2016년 1월 6일자로 출원된 미국 가출원 제62/275,382호에 관한 것이며, 이의 우선권의 이익을 주장하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 발명은 일반적으로 에어 컨디셔닝 시스템에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 원심 압축기를 사용하고 최고 약 30톤의 냉동 용량(refrigeration capacity)을 갖는 이러한 시스템에 관한 것이다.
화합물, 1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜(HFCO-1233zd) 및 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234ze)을 포함하는 특정한 할로겐화 올레핀이 증기 압축 냉동 시스템에 사용되는 것이 제안되었다. 미국 특허 제7,833,433호 참조. 표준 증기 압축 시스템은 '433 특허에 냉매 증기를 압축하여 상대적으로 높은 압력 및 온도의 증기를 생성하기 위한 압축기를 포함하는 것으로 기재되어있다. 이러한 시스템의 예는 본원에 도 5로 도시된다. 이러한 시스템에서, 냉매는 도관(19A)을 통해 압축기(11)의 흡입 측으로 상대적으로 저압에서 도입되고 고압 냉매는 배출되고 도관(19B)을 통해 응축기(12)로 보내진다. 응축기(12)에서 냉매 증기가 응축되어 이 고온 냉매 증기로부터 열이 제거되어, 상대적으로 고압인 액체 냉매가 생성되어 도관(15A)으로 유입된다. 그 후, 상대적으로 고압인 액체는 팽창 디바이스(14)에서 압력이 공칭상의(nominally) 등엔탈피 감소되어 상대적으로 저온, 저압의 액체를 생성하고, 이는 그 후, 증발기(24)에서 냉각되는 바디 또는 유체로부터 전달된 열에 의해 증발된다. 이렇게 생성된 저압 증기는 도관(19A)을 통해 압축기의 흡입 측으로 리턴되어, 사이클을 완료한다.
'433 특허는 일반적으로 '433에 개시된 냉매 조성물이 원심 압축기를 사용하는 냉각 시스템(chiller systems)을 포함하는 증기 압축 시스템을 사용하는 다양한 다른 냉각 작동에 사용될 수 있는 것으로 개시한다. 전형적으로, 원심 냉각기는 대용량 시스템, 즉 용량이 50톤을 초과하는 시스템이다. 가장 전형적으로 이러한 시스템은 50 ~ 150톤 범위의 냉동 용량(refrigerating capacity)을 가지며 특정 시스템은 8500톤 정도로 높다.
출원인은 고효율 원심 압축기를 사용하는 소용량 에어 컨디셔닝 시스템에서 트랜스HFCO-1233zd 및/또는 트랜스HFO-1234ze를 사용하려는 노력과 관련하여 특정한 예상치 못한 문제가 있음을 인식하게 되었다. 이하에서 상세히 기술하는 바와 같이, 출원인은 예기치 않게 이들 문제가 고효율 압축기 및 증발기를 포함하는 고효율 장치의 사용을 가능하게 하는 에어 컨디셔닝 시스템의 하나 이상의 특수한 구성을 이용함으로써 극복될 수 있다는 것을 발견하였으며, 동시에 출원인이 이러한 시스템에서 트랜스HFCO-1233zd 및/또는 트랜스HFO-1234ze의 사용으로 인식한 문제점을 극복하였다.
출원인은 고효율 원심 압축기 및 고효율 증발기를 이용하는 저용량 에어 컨디셔닝 시스템을 제공하는 것이 많은 응용 분야에서 매우 바람직하다는 것을 인식하게 되었다. 그러나, 출원인은 또한, 높은 퍼센트(예, 약 80 중량% 초과)의 HCFO-1233zd(E) 또는 높은 퍼센트(예, 약 80 중량% 초과)의 HFO-1234ze(E)를 포함하는 냉매 조성물의 사용은, 이러한 시스템의 신뢰성 및/또는 유효성(effectiveness) 및/또는 효율성에 심각한 문제를 야기할 수 있음을 인식하게 되었다.
예를 들어, 특정한 에어 컨디셔닝 시스템에서 만액식 증발기(flooded evaporator)를 이용하는 것은, 이러한 열 교환 장치가 액체 냉매로 고효율의 열 전달을 가능하게 하기 때문에, 매우 바람직하다. 이러한 고효율 작동은 적어도 부분적으로, 이러한 장치에서 열 전달 표면이 본질적으로 액체 냉매에 의해 실질적으로 덮여 있다는 사실에 기인한다. 그러나, 이러한 고효율 장치의 사용 결과, 이러한 증발기로부터 배출되는 증기는 본질적으로 포화된 상태이다. 즉, 과열(superheat)을 거의 또는 전혀 갖지 않는다. 이는 포화 상태 또는 그 근처에서 압축기로 유입되는 증기가 응축되지 않도록 하는 것을 확실시하기 위해 이러한 상황에서 특히 중요하지만, 효율성의 관점에서 이롭다. 이는 압축기 내의 이러한 액체 냉매의 존재가 압축기 작동의 효율성 및/또는 신뢰성에 부정적 결과를 가져 오기 때문이다. 다른 냉매를 사용하는 전형적인 작동 조건하에서, 압축기 흡입부에서 포화되거나 거의 포화된 냉매 증기를 사용하는 것은 문제를 일으키지 않을 것이다. 이는 고효율 압축기에서 발생하는, 공칭 등엔트로피 팽창(nominal isentropic expansion) 동안, 열이 냉매 증기에 부가되어, 압축기에서 배출시 적어도 약 5 °의 과열(superheat)이 발생하기 때문이다.
그러나, 출원인은 본 발명의 바람직한 냉매 조성물을 본원에서 바람직한 타입의 조건하에서 고효율 원심 압축기를 사용하는 시스템에서 사용하는 경우에, 문제가 발생할 것이라는 것을 인식하게 되었다. 보다 구체적으로, 출원인은 본 발명의 바람직한 냉매 조성물이 전형적인 조건하에서 고효율 압축 동안 정상 또는 예상량의 과열을 발생하지 않을 것이라는 것을 발견하였다. 사실, 출원인은 고효율 원심 압축기 작동에 대해, 본원에서 제공된 용액 또는 용액들이 없이, 압축기로부터 "습윤 증기(wet vapor)"가 배출될 것이라는 것을 발견하였다. 본원에서 사용된 용어 "습윤 증기"는 여기에 동반된(entrained) 응축된 액체를 갖는 증기를 말한다. 이 기술분야의 기술자에게 잘 알려진 바와 같이, 압축기에서 이러한 증기의 존재는 원심 압축기의 효율적인 및 또는 신뢰성 있는 작동에 매우 해로울 수 있다. 따라서, 출원인은 본 발명의 바람직한 양태에 따른 냉매의 사용이 본 발명의 해결 방안 부재시, 고효율 원심 압축기의 작동에서, 특히, 또한 고효율, 과열이 낮거나 또는 없는 증발기를 사용하는 적용에서, 예기치 않은 문제를 일으킬 수 있음을 발견하였다. 그럼에도 불구하고, 출원인은 본 발명의 바람직한 열 전달 조성물을 사용하여 이러한 시스템을 작동시키는 것이 매우 바람직하다는 것을 또한 인식하게 되었는데, 이는 이러한 작동이 유리하고 친환경적인 작동을 제공할 수 있기 때문이다.
출원인이 인식한 문제점 및 어려움을 극복하기 위해, 본 발명의 일 양태는 냉각되는 열 소스(heat source) 및 이로 열이 버려질 수 있는(reject) 열 싱크(heat sink)를 갖는 타입의 냉동 시스템(refrigeration system)을 제공하며, 상기 시스템은 바람직하게는 약 2 내지 약 30톤의 용량을 가지며,
(a) 적어도 약 80 중량%의 트랜스 1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜(HCFO-1233zd(E)) 또는 적어도 약 80 중량%의 트랜스 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234ze(E))을 포함하는 냉매를 포함하는 열 전달 조성물,
(b) (i) 약 40 내지 약 350 kPa의 압력에서 상대적으로 저압인 냉매 증기를 수용하는 냉매 흡입부(refrigerant suction) 및 (ii) 상기 배출:흡입 압력비가 적어도 약 2:1인 압력에서 상대적으로 고압인 냉매 증기를 배출하는 배출부를 갖는 원심 압축기;
(c) 상기 압축기 배출 냉매 증기의 적어도 일부를 수용하고 약 10℃ 내지 약 60℃ 범위의 온도에서 상기 냉매 증기의 적어도 상당 부분, 그리고 바람직하게는 실질적으로 상기 냉매 증기의 전부를 상기 열 싱크와의 열 전달에 의해 응축하여 상대적으로 고압인 냉매 액체를 생성하는, 상기 압축기의 상기 냉매 배출부에 유체 연결된 응축기(condenser);
(d) 약 40 내지 약 350 kPa의 압력에서 상기 고압 냉매 액체의 압력을 실질적으로 등엔탈피로(isoenthalpically) 감소시켜서 저압 냉매 액체를 생성하는, 상기 응축기에 유체 연결된 팽창기(expander);
(e) 상기 팽창기로부터 상기 저압 냉매 액체를 수용하고 약 40 내지 약 350 kPa의 압력에서 상기 냉각되는 소스(source)로부터 열을 흡수함으로써 상기 저압 냉매 액체를 증발시켜서 상대적으로 저압인 냉매 증기를 생성하는, 상기 팽창기에 유체 연결된, 고효율 증발기, 바람직하게는 만액식 증발기(flooded evaporator)로서, 상기 증발기로부터 배출되는 상기 냉매 증기는 바람직하게는 실질적인 과열이 없는, 고효율 증발기, 바람직하게는 만액식 증발기;
(f) 상기 증발기와 상기 압축기의 상기 냉매 흡입부 사이에 유체 연결된 적어도 하나의 열 교환기로서, 상기 적어도 하나의 열 교환기는 상기 증발기로부터 상기 저압 냉매 증기의 적어도 일부를 수용하고 상기 저압 냉매 증기를 가열하여 상기 적어도 하나의 열 교환기로 유입되는 증기의 온도보다 적어도 약 5℃ 큰 온도를 갖는 저압 냉매 증기를 생성하며, 상기 압축기 흡입부에 유체 연결된 상기 적어도 하나의 열 교환기로부터의 고온 냉매 증기는 상기 압축기에 저압 냉매 증기를 제공하는, 열 교환기를 포함한다.
본원에서 사용된, 용어 "톤" 수로 정의된 용어 "용량(capacity)"은 0℃(32F)에서 1 톤(2000lb; 907kg)의 얼음을 24시간에 녹이기 위해 필요한 열량과 같은 열 전달률(heat transfer rate)을 말하여, 일반적으로 약 12,000 BTU/시간에 해당한다.
이하, 본 발명의 다른 구현예 및 양태가 개시된다.
도 5는 종래 기술의 열 전달 시스템의 도시이다.
도 1은 본 발명에 의한 에어 컨디셔닝 시스템의 일 바람직한 구현예의 일반적인 프로세스 플로우 다이어그램이다.
도 2는 본 발명에 의한 에어 컨디셔닝 시스템의 다른 바람직한 구현예의 일반적인 프로세스 플로우 다이어그램이다.
도 3은 본 발명에 의한 에어 컨디셔닝 시스템의 다른 바람직한 구현예의 일반적인 프로세스 플로우 다이어그램이다.
도 4a는 본 발명에 의한 에어 컨디셔닝 시스템의 다른 바람직한 구현예의 일반적인 프로세스 플로우 다이어그램이다.
도 4b는 본 발명의 일 양태에 의한 화염 억제 특징을 갖는 에어 컨디셔닝 시스템의 바람직한 구현예의 보다 구체적인 프로세스 플로우 다이어그램이다.
본원에 기술된 각각의 구현예에서, 시스템은 냉매를 포함하며, 바람직하게는 압축기용 윤활제를 필수적으로 포함하는 것은 아닌, 열 전달 조성물을 포함한다. 바람직하게, 상기 냉매는 트랜스 1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜(HCFO-1233zd(E)) 또는 트랜스 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HCFO-1234ze(E))를 적어도 약 70 중량% 또는 적어도 약 80 중량% 포함하며, 낮은 가연성 및 낮은 독성 냉매이며, 바람직하게는, ASHRAE Standard 2013에 따른 Class A 독성, 및 ASHRAE Standard 34-2013에 따른 Class 1 또는 Class 2 또는 Class 2L의 가연성이며, ASHRAE Standard 34-2013으로 부록 B1에 기술되어 있다.
시스템 및 방법에 화염 억제 특징을 제공하는 것을 포함하는, 본원에 개시된 타입의 구현예를 포함하는, 매우 바람직한 구현예에서, 냉매는 HFCO-1233zd(E)를 적어도 약 95 중량% 포함하며, 그리고 일부 구현예에서는 HFCO-1233zd(E)로 필수적으로 구성되거나, 구성된다.
다른 매우 바람직한 구현예에서, 냉매는 5 탄소 포화 탄화수소, 바람직하게는 이소-펜탄, n-펜탄 또는 네오-펜탄 중 하나 이상을 약 1 중량% 내지 약 5 중량%로 포함하고, 이러한 구현예의 바람직한 양태에서, 상기 HFCO-1233zd(E)와 상기 펜탄의 조합은 공비 조성물의 형태이다. 상기 공비 혼합물 및 유사 공비 조성물(azeotrope-like compositions)은 미국 특허 제8,802,874호, 미국 특허 제8,163,196호 및 미국 특허 제8,703,006호에 개시되어 있으며, 이들 각각은 본원에 참고 문헌으로 포함된다. 본 단락에서 기술된 바와 같은 냉매 조성물을 포함하는 본 발명의 열 전달 조성물은 POE 및/또는 미네랄 오일 및/또는 알킬 벤젠을 포함하거나 이로부터 구성된 윤활제(lubricant)를 바람직하게 포함한다.
시스템 및 방법에 화염 억제 특징을 제공하는 것을 포함하는 본원에 개시된 타입의 구현예를 포함하는 매우 바람직한 구현예에서, 냉매는 약 85 중량% 내지 약 90 중량%의 트랜스 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234ze(E)) 및 약 10 중량% 내지 약 15 중량%의 1,1,1,2,3,3,3-헵타플루오로프로판(HFC-227ea)을 포함하며, 보다 더 바람직하게는 일부 구현예에서 약 88%의 트랜스 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234ze(E)) 및 약 12 중량%의 1,1,1,2,3,3,3-헵타플루오로프로판(HFC-227ea)을 포함한다. 본 단락에 기술된 바와 같은 냉매 조성물을 포함하는 본 발명의 열 전달 조성물은 바람직하게는 POE를 포함하거나 또는 POE로 구성된 윤활제를 포함한다.
이 기술분야의 기술자는 본원에 포함되어 있는 개시사항으로부터 본 발명의 이러한 구현예가 상대적으로 안전한(저 독성 및 저 가연성) 저 GWP 냉매만을 이용하는 이점을 제공하며, 이로 인하여 이를 에어 컨디셔닝 적용에서 통상적으로 접하게 되는 바와 같이, 거주지를 점유하고 있는 인간 또는 다른 동물과 가까운 위치에 사용하기에 매우 바람직하게 함을 알 수 있을 것이다.
본 발명의 열 전달 조성물은 일반적으로 윤활제(lubricant)를 포함한다. 그러나, 본 발명의 구현예는 윤활제를 필요로 하지 않고 및/또는 윤활제가 냉매와 조합될 것을 필요로 하지 않는 압축기를 이용하는 시스템 및 방법을 포함한다. 그러나, 윤활제 및 냉매가 시스템의 하나 이상의 위치에서 혼합물로서 함께 포함되는 바람직한 구현예에서, 윤활제는, 또한 존재할 수 있는 후술되는 다른 임의의 성분과 함께 시스템의 냉매의 총 중량 및 시스템의 윤활제의 총 중량을 기준으로, 바람직하게는 열 전달 조성물의 약 30 내지 약 50 중량%의 양으로 시스템에 존재한다. 바람직한 구현예에서, 본 발명의 열 전달 조성물, 특히 압축기로부터의 캐리-오버(carry-over) 증기의 형태 및 응축기로부터의 액체의 형태로 증발기에 유입되는 본 발명의 열 전달 조성물은 약 97 중량% 내지 약 99.5 중량%의 본 발명의 냉매 및 약 0.5 내지 약 3 중량%의 윤활제를 포함하며, 이러한 윤활제는 POE 윤활제 및/또는 미네랄 오일(mineral oil) 윤활제인 것이 바람직하다.
다른 임의의 성분은 윤활제의 상용성 및/또는 용해성을 돕기 위한, 프로판과 같은 상용화재(compatibilizer)를 포함한다. 존재하는 경우에, 프로판, 부탄 및 펜탄을 포함하는 이러한 상기 상용화재는 바람직하게 조성물의 약 0.5 내지 약 5 중량%의 양으로 존재한다. 미국 특허 제6,516,837호에 개시되어 있는 바와 같이, 계면 활성제 및 가용화재(solubilizing agents)의 조합도 오일 가용성(oil solubility)을 돕기 위해 본 조성물에 첨가될 수 있으며, 미국 특허 제6,516,837호의 개시사항은 참고로 포함된다. 하이드로플루오로카본(HFC) 냉매와 함께 냉동 기계류에 사용되는 폴리올 에스테르(POE), 폴리 알킬렌 글리콜(PAG), 실리콘 오일, 미네랄 오일, 알킬 벤젠(AB) 및 폴리(알파-올레핀)(PAO)과 같은 통상적으로 사용되는 냉동 윤활제가 본 발명의 냉매 조성물과 사용될 수 있다. 본 발명의 바람직한 윤활제는 POE 및 미네랄 오일 및 알킬 벤젠으로부터 선택된다.
시스템
본 발명의 냉동 시스템 및 방법은 저용량 에어 컨디셔닝 시스템, 즉 30 톤 이하의 용량을 갖는 시스템, 특히 주거용 에어 컨디셔닝, 특히, 약 2 내지 약 5 톤의 용량을 갖는 주거용 에어 컨디셔닝, 및 상업용 패키지 옥상 에어 컨디셔닝 유닛, 특히, 약 5 내지 약 30 톤의 용량을 갖는 상업용 패키지 옥상 에어 컨디셔닝 유닛에 사용되기에 특히 잘 개조된다.
도 1에 도시된 타입의 구현예
일반적으로 (10)으로 나타낸, 바람직한 에어 컨디셔닝 시스템이 도 1에 도시된다. 이러한 바람직한 에어 컨디셔닝 시스템은, 연관된 도관(15A, 15B, 16A, 및 16B) 및 다른 연결 및 관련 장비(도시되지 않음) 중 어떠한 것과 함께, 압축기(11), 응축기(12), 증발기(24)(바람직하게는 만액식 증발기), 팽창 밸브(14) 및 흡입-라인 열 교환기(30)를 포함한다. 작동시, 본 발명에 의한 냉매는 동반된(entrained) 윤활제를 포함할 수 있는, 상대적으로 고압인 냉매 증기로서 압축기(11)로부터 배출되고, 그 후, 도관(19C)을 통해 응축기(12)로 이송된다. 응축기(12)에서, 냉매 증기는 이의 열의 일부가 바람직하게는 상 변화(phase change)를 통해, 그리고 바람직하게는 주위 공기로 이송되고, 적어도 부분적으로, 그리고 바람직하게는 실질적으로 전부, 응축된 냉매를 포함하는 유출물 스트림을 생성한다. 응축기(12)로부터의 냉매 유출물은 도관(15A)을 통해 흡입-라인 열 교환기(30)로 이송되고, 이하에서 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 여기에서 이는 증발기(24)로부터의 유출물에 추가적인 열을 잃는다. 그 후, 흡입/액체 라인 열 교환기(30)로부터의 유출물은 도관(15B)을 통해 팽창 밸브(14)로 이송되고, 여기서 냉매의 압력은 감소, 바람직하게는 실질적으로 등엔탈피로 감소되어, 결과적으로 냉매의 온도가 낮아진다. 팽창 밸브(14)로부터의 상대적으로 차가운 액체 냉매는 리시버 탱크(18)로 흐르고, 리시버 탱크(receiver tank)(18)는 도관(19A)의 제어 밸브(도시 생략)를 통해 증발기(24)로 공급되는 차가운 액체 냉매의 저장조를 제공하여, 여기서 이는 냉각되는 바디 또는 유체, 바람직하게는 냉각되는 주거 또는 다른 공간 내의 주위 온도로부터 열을 흡수한다. 그 후, 증발기(24)로부터의 냉매 유출물 증기, 바람직하게는 실질적으로 과열이 없는 실질적으로 포화된 냉매 증기(예, 증발기를 떠나는 증기의 과열은 약 1℃ 미만이며, 보다 바람직하게는 약 0.5℃ 미만이고, 보다 더 바람직하게는 약 0.1℃ 미만)는 도관(19A)을 통해 흡입/액체 라인 열 교환기(30)로 이송되고, 여기서 이는 도관(15A)으로부터의 응축기 유출물로부터 열을 얻어 더 높은 온도에서 냉매 증기를 생성하며, 이는 도관(16B)을 통해 압축기(11)의 유입구로 이송된다. 바람직한 구현예에서, 흡입 라인 열 교환기를 떠나는 증기는 흡인 라인 열 교환기로 유입되는 실질적으로 포화된 증기보다 적어도 약 5℃, 그리고 보다 더 바람직하게는 적어도 약 7℃인 더 높은 온도를 갖는다. 그 후, 고온의 냉매 증기는 압축기(11)의 흡입부로 이송되고, 여기서, 이는 상기한 바와 같이 압축된다.
냉매가 HCFO-1233zd(E)를 적어도 약 90 중량% 포함하는, 바람직하게는 HCFO-1233zd(E)로 필수적으로 구성되는, 그리고 바람직하게는 구성되는 바람직한 구현예에서, 작동 조건은 하기 표에 기술된 값에 해당한다:
Figure pct00001
냉매가 HFO-1234ze(E)를 적어도 약 80 중량% 포함하는, 그리고 보다 더 바람직하게는 88 중량%의 HFO-1234ze(E) 및 12 중량%의 HFC-227ea를 포함하는 바람직한 구현예에서, 작동 조건은 아래 표에 기술된 값에 해당한다:
Figure pct00002
도 2에 도시된 타입의 구현예
일반적으로 (10)으로 나타낸, 추가적인 바람직한 에어 컨디셔닝 시스템이 도 2에 도시된다. 이러한 바람직한 에어 컨디셔닝 시스템은, 연관된 도관(15A-15C 및 19A-19D) 및 다른 연결 및 관련 장비(도시되지 않음 및/또는 표시되지 않음) 중 어떠한 것과 함께, 2 단계(stage) 압축기(11)로 나타낸, 다-단계 압축기, 응축기(12), 증발기(24)(일부 구현예에서 바람직하게는 만액식 증발기), 팽창 밸브(14) 및 연관된 중간 팽창 밸브(41)를 포함하는 증기-인젝션 열 교환기(40)를 포함한다. 작동시, 본 발명에 의한 냉매는 동반된 윤활제를 포함할 수 있는, 상대적으로 고압인 냉매 증기로서 압축기(11)로부터 배출되고, 그 후, 도관(19D)을 통해 응축기(12)로 이송된다. 응축기(12)에서, 냉매 증기는 이의 열의 일부를, 바람직하게는 상 변화(phase change)를 통해 그리고 바람직하게는 주위 공기로 이송하고, 적어도 부분적으로, 그리고 바람직하게는 실질적으로 전부, 응축된 냉매를 포함하는 유출물 스트림을 생성한다. 응축기(12)로부터의 냉매 유출물은 도관(15A)을 통해 이송되며, 냉매 유출물의 일부는 도관(15B)를 통해 중간 팽창 디바이스(41)로 보내지고, 유출물의 다른 부분, 바람직하게는 유출물의 나머지는 증기 인젝션 열 교환기(40)로 이송된다.
작동시, 중간 팽창 디바이스(41)는 유출물 스트림의 압력이 낮아지게, 바람직하게는 실질적으로 등엔탈피로 대략 압축기(11)의 제2 단계 흡입 압력 또는 열 교환기(41) 및 연관된 도관, 설비 등을 통한 압력-강하를 설명하는 이러한 압력보다 충분히 높도록 유출물 스트림의 압력이 낮아지게 한다. 팽창 디바이스(41)를 가로지르는 압력 강하의 결과로서, 열 교환기(40)로 흐르는 냉매의 온도는 열 교환기(40)로 흐르는 고압 냉매의 온도에 비하여 감소된다. 열은 고압 스트림으로부터 상기 팽창 밸브(41)를 통과하는 스트림으로 열 교환기(40)에서 이송된다. 그 결과, 열 교환기(40)에서 배출되는 중간 압력 스트림의 온도는 유입 스트림의 온도보다 더 높고, 바람직하게는 적어도 약 5℃ 온도로 더 높고, 이에 따라, 도관(19C)을 통해 압축기(11)의 제 2 단계로 이송되는 과열된(super-heated) 증기 스트림이 생성된다.
도관(15A)에 의해 이송되는 고압 스트림이 열 교환기(40)를 통해 이동함에 따라, 이는 팽창 디바이스(41)에서 배출되는 저압 스트림으로 열을 빼앗기고, 도관(15C)을 통해 열 교환기에서 배출되고, 그 후에 도관(19A)의 제어 밸브(도시되지 않음)를 통해 증발기(24)로 공급되는, 차가운 액체 냉매(cold liquid refrigerant)의 저장조를 제공하는 리시버 탱크(18)로 흐른다. 냉각되는 주위 공기는 증발기 내의 차가운 액체 냉매로 열을 빼앗기고 그 결과 액체 냉매는 증발되어, 과열이 거의 없거나 없는 냉매 증기를 생성하며, 이 증기는 그 후, 압축기(11)의 제 1 단계로 흐른다.
냉매가 적어도 약 90 중량%의 HCFO-1233zd(E)를 포함하는, 바람직하게는 HCFO-1233zd(E)로 필수적으로 구성되는 그리고 바람직하게는 이로 구성되는, 바람직한 구현예에서, 작동 조건은 하기 표에 기술한 값에 해당한다:
Figure pct00003
냉매가 적어도 약 80 중량%의 HFO-1234ze(E), 그리고 보다 더 바람직하게는 88 중량%의 HFO-1234ze(E) 및 12 중량%의 HFC-227ea를 포함하는 바람직한 구현예에서, 작동 조건은 아래 표에 기술된 값에 해당한다:
Figure pct00004
도 3에 도시된 타입의 구현예
일반적으로 (10)으로 나타낸, 추가적인 바람직한 에어 컨디셔닝 시스템이 도 3에 도시된다. 이러한 바람직한 에어 컨디셔닝 시스템은, 연관된 도관(15A-15C 및 19A-19C) 및 다른 연결 및 관련 장비(도시되지 않음 및/또는 표시되지 않은) 중 어떠한 것과 함께, 압축기(11)(이는 본원에서 기술된 바와 같은 타입의 다-단계 압축기일 수 있으나, 도시된 구현예에는 단일 단계 압축기로 나타낸다), 응축기(12), 증발기(24)(일부 구현예에서 바람직하게는 만액식 증발기), 팽창 밸브(14) 및 플래시 가스 분리기(18)를 포함한다. 작동시, 본 발명에 의한 냉매는 동반된 윤활제를 포함할 수 있는, 상대적으로 고압인 냉매 증기로서 압축기(11)로부터 배출되고, 그 후, 이는 도관(19C)을 통해 응축기(12)로 이송된다. 응축기(12)에서, 냉매 증기는 이의 열의 일부를, 바람직하게는 상 변화(phase change)를 통해 그리고 바람직하게는 주위의 외부의 공기로 이송하고, 적어도 부분적으로, 그리고 바람직하게는 실질적으로 전부, 응축된 냉매를 포함하는 유출물 스트림을 생성한다. 응축기(12)로부터의 냉매 유출물은 도관(15A)을 통해 팽창 디바이스(14)로 이송된다. 팽창기(14)에서 배출되는 저압 스트림은 도관(15B)을 통해 플래시 가스 분리기(18)로 흐르고, 이는 도관(15C)의 제어 밸브(도시되지 않음)를 통해 증발기(24)로 공급되는 차가운 액체 냉매의 저장소를 제공한다. 냉각되는 주위 공기는 증발기(24)에서 차가운 액체 냉매에게 열을 손실하고, 결과적으로, 상기 액체 냉매는 증발하여, 과열이 거의 없거나 없는 냉매 증기를 생성하며, 그 후, 이 증기는 압축기(11)의 제 1 단계로 흐른다. 팽창 디바이스(14)의 압력 렛-다운(let-down) 중에 발생된 플래시 가스는 그 후, 도관(19B)을 통해 압축기(11)의 흡입 측으로 흐른다.
냉매가 HCFO-1233zd(E)를 적어도 약 90 중량% 포함하는, 바람직하게는 HCFO-1233zd(E)로 필수적으로 구성되는 그리고 바람직하게는 이로 구성되는, 바람직한 구현예에서, 작동 조건은 하기 표에 기술한 값에 해당한다:
Figure pct00005
냉매가 적어도 약 80 중량%의 HFO-1234ze(E), 그리고 보다 더 바람직하게는 88 중량%의 HFO-1234ze(E) 및 12 중량%의 HFC-227ea를 포함하는 바람직한 구현예에서, 작동 조건은 아래 표에 기술된 값에 해당한다:
Figure pct00006
도 4a에 도시된 타입의 구현예
일반적으로 (10)으로 나타낸, 추가적인 바람직한 에어 컨디셔닝 시스템이 도 4a에 도시된다. 이러한 바람직한 에어 컨디셔닝 시스템은, 연관된 도관(15A-15C 및 19A-19B) 및 다른 연결 및 관련 장비(도시되지 않음 및/또는 표시되지 않음) 중 어떠한 것과 함께, 압축기(11)(이는 본원에서 기술된 바와 같은 타입의 다-단계 압축기일 수 있다), 응축기(12), 증발기(24)(일부 구현예에서 바람직하게는 만액식 증발기), 팽창 밸브(14), 고압 리시버(high pressure receiver)를 포함한다. 작동시, 본 발명에 의한 냉매는 동반된(entrained) 윤활제를 포함할 수 있는, 상대적으로 고압인 냉매 증기로서 압축기(11)로부터 배출되고, 그 후, 이는 도관(19B)을 통해 응축기(12)로 이송된다. 응축기(12)에서, 냉매 증기는 이의 열의 일부를, 바람직하게는 상 변화(phase change)를 통해 그리고 바람직하게는 주위의 외부의 공기에 전달하고, 적어도 부분적으로, 그리고 바람직하게는 실질적으로 전부, 응축된 냉매를 포함하는 유출물 스트림을 생성한다. 응축기(12)로부터의 냉매 유출물은 도관(15A)을 통해, 액체 냉매의 저장조를 제공하는, 고압 리시버(50)로 이송된다. 센서 작동 릴리프 밸브(sensor activated relief valve)(60)는 포트 또는 다른 형태의 연결부를 통해 도관(15A)에 연결된다. 센서 작동 릴리프 밸브는 화염, 연기, 가연성 가스 농도 또는 화염이 존재하거나 발생하기 쉬운 다른 징후를 모니터링하는 센서를 포함하고/포함하거나 상기 센서와 통신 연결(communication connection)되며, 상기 센서는 냉동 시스템의 일부 부분의 주위에, 바람직하게는 냉각되는 주거 또는 다른 영역 내에 위치된다. 본 발명의 바람직한 냉매는 가연성 억제 특성을 가지므로, 센서가 화염 및/또는 연기(또는 화재의 가능성 또는 가능성 증가의 존재에 대한 다른 징후)를 감지하면, 센서 작동 릴리프 밸브가 열려서 냉매를 그것이 위치하는 영역에 방출하고, 따라서, 화재의 억제 및/또는 제거를 돕는다. 고압 리시버의 사용은 이러한 비상 상황과 같은 경우에 고압 액체 냉매의 상대적으로 큰 저장조가 사용될 수 있음을 확실시한다. 냉동 시스템의 나머지는 본원에 기술된 어떠한 하나 이상의 구현예에 따라 작동할 수 있다.
실시예
실시예 1 - 흡입 라인 열 교환기를 사용하지 않는 1233zd
종래 기술로 표시된 도면에 도시된 바와 같은 전형적인 배열에 따른 에어 컨디셔닝 시스템은 HCFO-1233zd(E)로 구성된 냉매를 다음의 파라미터에 따라 사용한다:
작동 조건
1 -증발 온도: 7 ℃
2 -응축 온도: 20℃에서 60℃까지 가변적임
3 -등엔트로피 효율(Isentropic efficiency): 0.7에서 0.8까지 가변적임
4 -과냉각(subcooling) 또는 과열(superheat) 없음
이 실시예의 시스템은 증발기를 떠나는 증기에 과열이 없으므로(예를 들어, 만액식 증발기의 경우), 포화 증기가 원심 압축기의 흡입 측으로 유입된다. 많은 다른 냉매를 사용한 정상적인 작동에서, 냉매 증기의 등엔트로피 팽창 또는 근사 등엔트로피 팽창(near isentropic expansion)은 배출 압력에서 적어도 약 5℃의 과열을 나타내는 온도의 배출 가스를 생성할 것이다. 이러한 과열 정도는 일반적으로 압축기에 "습윤 증기(wet vapor)"가 존재하지 않도록 압축기의 안전하고 신뢰할 수 있는 작동을 보장하기 위해 필요한 것으로 여겨진다. 본 실시예의 시스템의 경우, HCFO-1233zd(E)를 사용하여 안전하고 신뢰할 수 있는 작동이 달성되었는지를 결정하기 위해 여러 수준의 근사 등엔트로피 압축(near isoentropic compression)에서의 작동이 평가된다. 이들 결과를 하기 표 1에 나타낸다:
[표 1]
Figure pct00007
상기 표 1에 나타낸 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 가장 효율적인 압축기가 사용되는 경우(등엔트로피 효율 = 1), 압축기에서 배출되는 증기는 적어도 일부 비율의 액체를 포함하며, 따라서, 습윤 증기 배출을 생성하며, 이는 상기한 바와 같이, 효율적이고 및/또는 신뢰성 있는 작동에 대해 심각한 부정적 함의(implication)를 갖는다. 압축기 효율이 0.8로 떨어지면, 어떠한 테스트된 응축기 온도에 대해 원하는 수준의 과열이 여전히 달성되지 않는다. 그 자체로 바람직한 선택사항은 아니지만, 심지어 압축기 효율이 0.75 및 0.7로 낮아지는 경우에도, 응축기 온도 조건의 전체 범위에서 바람직한 수준의 과열은 달성되지 않는다.
실시예 2A - 흡입 라인 열 교환기를 사용한 1233zd
도 1에 도시된 흡입 라인 열 교환기(SLHX)를 사용하고 HCFO-1233zd(E)로 구성된 냉매를 사용하는 본 발명에 의한 배열에 따른 에어 컨디셔닝 시스템을 80 % 등엔트로피 효율로 작동하는 단일 단계 압축기에 대하여, 실시예 1의 동일한 작동 파라미터에 따라 시험한다. 흡입 라인 열 교환기에 대한 몇 가지 수준의 열 교환기 효율을 조사하여, 결과를 하기 표 2A에 나타낸다:
[표 2A]
Figure pct00008
상기 나타낸 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 도 1에 도시된 본 발명의 구현예에 따른 작동은 테스트된 응축 온도의 전체 범위에 대해 압축기 배출에서 적어도 약 5℃의 과열을 생성한다.
실시예 2B R1233zd를 갖는 공비 혼합물
실시예 2A에서 사용된 1233zd(E)만으로 구성된 냉매 대신에 하기 표 2B에 기재된 HCFO-1233zd(E)에 기초한 일련의 공비 냉매 블렌드를 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 2A가 반복된다. 허용가능한 작동이 달성된다.
또한, HCFO-1233zd(E)로 구성된 냉매의 특성과 함께 이들 추가적인 냉매의 운송 특성을 시험하여 하기 표 2B에 나타낸다.
[표 2B]
Figure pct00009
실시예 3A - 흡입 라인 열 교환기를 사용한 1233zd
도 1에 도시된 바와 같은 본 발명에 의한 에어 컨디셔닝 시스템은 0.5 및 0.7의 SLHX 유효성(effectiveness)을 갖는 흡입 라인 열 교환기(SLHX)를 사용하여 시험되고, 그리고 HCFO-1233zd(E)로 구성된 냉매의 사용은 실시예 1의 동일한 작동 파라미터에 따라 시험된다. 이 시험은 SLHX를 사용하지 않는 실시예 1(80%의 압축기 효율을 사용하는 시스템 모두)에 기술된 시스템과 이러한 시스템의 상대적인 유효성의 비교를 제공하며, 이 비교는 하기 표 3A에 나타낸다:
[표 3A]
Figure pct00010
상기 표 3A에 나타낸 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 습윤 증기 문제를 극복하는 것 이외에, 도 1의 구성에 따른 시스템은 모든 시험된 조건에 대해 전반적인 시스템 효율(overall system efficiency, COP)의 향상을 가져온다.
실시예 4A - 다-단계 압축기를 사용한 1233zd
HCFO-1233zd(E)로 구성된 냉매를 사용하는 도 2에 도시된 바와 같은 시스템 구성에 따른 2 단계 압축기를 사용하는 본 발명에 의한 에어 컨디셔닝 시스템은 30℃ 내지 60℃ 범위의 일련의 응축 온도에서 시험된다. 이들 응축기 온도 각각에 대한 80%의 등엔트로피 효율 및 7C의 증발기 온도에서의 압축기 작동 조건은 표 4A1에 나타낸다:
[표 4A1]
Figure pct00011
HCFO-1233zd(E)로 구성된 냉매를 사용하여 도 2에 도시된 바와 같은 다-단계 압축기 배열을 사용하여 동일한 에어 컨디셔닝이 시험되고 실시예 1의 구성에 따라 작동하는 단일 압축기 단계 작동과 비교된다. 또한, 동일한 비교 시험 세트가 R11로 구성된 냉매에 대해 실행된다. 이들 비교 시험의 결과는 하기 표 4A2에 나타낸다:
[표 4A2]
Figure pct00012
상기 나타낸 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 구성을 이용하여 시스템 효율(COP)의 극적인 향상이 구현되며, 도 2에 도시된 타입의 구현예에 따르면, 2 및 3 단계 압축을 사용한 결과, 양의 최대 115 % 향상이 구현된다. 또한, 상기에 나타낸 시험 결과는 2-단계 및 3-단계 압축기 작동 모두에서 HCFO-1233zd(E)의 사용이, 동일한 시스템이지만 R-11을 이용하여 구현되는 향상에 비하여 효율(COP)이 실질적으로 더 크게 향상됨을 나타낸다.
실시예 5 - 플래시 가스 분리기를 사용한 1233zd 및 1233zd 블렌드
도 3에 도시된 바와 같은 플래시 가스 분리기를 사용하고 HCFO-1233zd(E)로 구성된 냉매 및 하기 표 5에 나타낸 블렌드를 사용한 본 발명에 의한 배열에 따른 에어 컨디셔닝 시스템은 80 % 등엔트로피 효율로 작동하는 단일 단계 압축기에 대하여 실시예 1의 동일한 작동 파라미터에 따라 시험된다. 증발기는 만액식 구성으로 작동되어, 증발기를 가로지르는 감소된 압력 강하 및 이에 따라, 압축기의 더 높은 흡입 압력을 야기한다. 또한, HCFO-1233zd(E)와 표 5의 블렌드로 구성된 냉매를 사용한 결과로 시스템의 압력이 상대적으로 낮기 때문에, 저렴한 재료로 제작된 소형 열 교환기가 사용될 수 있다. 예를 들어, 둥근 튜브-핀 및/또는 마이크로채널 열 교환기는 구리 대신 알루미늄으로 제조될 수 있다. 이 구성은 뛰어난 열 전달 성능, 낮은 중량 및 소형 열 전달 시스템을 제공한다.
실시예 6 - 센서 작동식 릴리프 밸브를 사용한 1233zd (E) 및 1233zd (E) 블렌드
도 4a 및 도 4b에 도시된 센서 작동 릴리프 밸브를 사용하고 HCFO-1233zd(E) 및 표 2b에 개시된 각각의 냉매로 구성된 냉매를 사용하여 본 발명에 의한 배열에 따른 에어 컨디셔닝 시스템이 시험된다. 센서 작동 릴리프 밸브는 바람직하게 솔레노이드 타입 밸브이다. 사용되는 센서는 주거 퍼니스 유닛(residential furnace unit)의 천연 가스 농도를 측정한다. 예를 들어 천연 가스 누출과 같은 연료 누출의 경우, 퍼니스의 버너 셋업의 센서가 상승된 가스 농도, 예를 들어 1000ppm을 감지하여 솔레노이드 밸브를 작동시킨다. 작동된 밸브는 열리고 R1233zd(E)를 이 가연성천연 가스 분위기로 방출한다. R1233zd(E)의 화재 억제 특성으로 인해 감지된 가연성 분위기에 근접하여 위치되는 릴리프 밸브 부근의 화재 조건을 억제 및/또는 제거하여 화재의 가능성을 줄일 수 있다. 따라서, 화재 조건 또는 화재의 증가된 가능성을 나타내는 조건이 센서에 의해 감지되고, 릴리프 밸브가 개방되어, 감지된 화염 및/또는 감지된 조건에 근접하게 위치되는 릴리프 밸브 근처의 화재 조건을 억제 및/또는 제거한다.
실시예 7A - 흡입 라인 열 교환기를 사용하지 않는 1234ze (E) 블렌드
종래 기술로 표시된 도면에 도시된 바와 같은 전형적인 배열에 따른 에어 컨디셔닝 시스템은 다음 파라미터들에 따라 약 88 중량%의 HFO-1234ze(E) 및 약 12 중량%의 R227ea로 구성된 냉매를 사용한다:
작동 조건 - 종래 기술
1 - 증발 온도: 7℃
2 - 응축 온도: 20℃에서 60℃까지 가변적임
3 - 등엔트로피 효율: 0.7-0.8
4 - 과냉 또는 과열 없음
이 실시예의 시스템은 증발기를 떠나는 증기에 과열이 없으므로(예들 들어, 만액식 증발기의 경우), 포화 증기가 원심 압축기의 흡입 측으로 유입된다. 많은 다른 냉매를 사용한 정상적인 작동에서, 냉매 증기의 등엔트로피 팽창 또는 근사 등엔트로피 팽창은 배출 압력에서 적어도 약 5℃의 과열을 나타내는 온도의 배출 가스를 생성할 것이다. 이 과열 정도는 압축기에 "습윤 증기(wet vapor)"가 존재하지 않는 것을 확실하게 하여 압축기의 안전하고 신뢰할 수 있는 작동을 확실하게 하기 위해 필요한 것으로 일반적으로 여겨진다. 본 실시예의 시스템의 경우, 상기한 HFO-1234ze(E)와 R-227ea의 블렌드를 사용하여 안전하고 신뢰할 수 있는 작동이 달성되었는지를 결정하기 위해 여러 수준의 근사 등엔트로피 압축(near isoentropic compression)에서의 작동이 평가된다. 이들 결과를 하기 표 7A에 나타낸다:
[표 7A]
Figure pct00013
상기 표 7에 나타낸 결과에서 알 수 있듯이, 시험된 조건 중 5가지를 제외한 모든 조건이 압축기 배출부에서 5℃ 과열의 최소 수준을 생성하지 못하고, 이 최소의 과열 보다 더 많이 생성하는 조건은 높은 응축기 온도에서 0.7의 바람직하지 않은 낮은 등엔트로피 효율을 사용한다.
실시예 7B - 흡입 라인 열 교환기를 사용한 1234ze 블렌드
도 1에 도시된 바와 같은 흡입 라인 열 교환기(SLHX)를 사용하고 약 88 중량%의 HFO-1234ze(E) 및 약 12 중량%의 R227ea로 구성된 냉매를 사용하는 본 발명에 의한 배열에 따른 에어 컨디셔닝 시스템이 80% 등엔트로피 효율로 작동하는 단일 단계 압축기 작동에 대하여 실시예 7의 동일한 작동 파라미터에 따라 시험된다. 흡입 라인 열 교환기에 대한 몇 가지 수준의 열 교환기 효율을 조사하여, 결과를 하기 표 7B에 나타낸다:
[표 7B]
Figure pct00014
상기 표 7B에 나타낸 결과에서 알 수 있듯이, 도 1에 도시된 본 발명의 구현예에 따른 작동은 시험된 응축 온도의 전체 범위에 대하여 압축기 배출부에서 적어도 약 5℃ 과열을 생성한다.
실시예 7C - 흡입 라인 열 교환기를 사용한 1234ze 블렌드
도 1에 도시된 바와 같은 본 발명에 의한 에어 컨디셔닝 시스템은 SLHX 유효성(effectiveness)이 0.5 및 0.7인 흡입 라인 열 교환기(SLHX)를 사용하여 시험되고, 그리고 약 88 중량%의 HFO-1234ze(E) 및 약 12 중량%의 R227ea로 구성된 냉매의 사용은 실시예 7A의 동일한 작동 파라미터에 따라 시험된다. 이 시험은 SLHX를 사용하지 않는 실시예 7A(80%의 압축기 효율을 사용하는 시스템 모두)에 기술된 시스템과 이러한 시스템의 상대적인 유효성의 비교를 제공하며, 이 비교는 하기 표 7C에 나타낸다:
[표 7C]
Figure pct00015
상기 표 7C에 나타낸 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 습윤 증기 문제를 극복하는 것 이외에, 도 1의 구성에 따른 시스템은 모든 시험된 조건에 대해 전반적인 시스템 효율(COP)을 향상시킨다.
실시예 8A - 다단계 압축기를 사용한 1234ze 블렌드
약 88 중량%의 HFO-1234ze(E)와 약 12 중량%의 R227ea로 구성된 냉매를 사용하는, 도 2에 도시된 시스템 구성에 따른 2 단계 압축기 및 3 단계 압축기를 사용하는 본 발명에 의한 에어 컨디셔닝 시스템이 시험되고 실시예 1의 구성에 따라 작동하는 단일 압축기 단계와 비교된다. 또한, R134a로 구성된 냉매에 대해 동일한 세트의 비교 시험이 실시된다. 이들 비교 시험의 결과를 하기 표 8A에 나타낸다:
[표 8A]
Figure pct00016
상기에 나타낸 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 구성을 이용하여 시스템 효율(COP)의 극적인 향상이 구현되며, 도 2에 도시된 타입의 구현예에 따르면, 2 및 3 단계 압축을 사용한 결과, 양의 최대 115 % 향상이 구현된다. 또한, 상기에 나타낸 시험 결과는 2-단계 및 3-단계 압축기 작동 모두에서 HFO-1234ze(E)/227ea 블렌드의 사용이, 동일한 시스템이지만, R-134a를 이용하여 구현되는 향상에 비하여 효율(COP)이 실질적으로 훨씬 향상됨을 나타낸다.
실시예 9
상기 실시예 각각에서, 시스템은 작동시 냉매와 접촉하는 플라스틱 구성 요소(plastic components)를 포함한다. 이러한 구성 요소가 제조되는 이러한 재료는 호환가능하며(compatible) 및/또는 안정적이다. 출원인은 트랜스HFCO-1233zd에 노출되는 경우의 다양한 플라스틱 재료의 안정성을 시험했다. 시험은 트랜스HFCO-1233zd에 다양한 플라스틱 샘플을 실온(약 24℃-25℃)에서 주위 압력(ambient pressure) 조건으로 이(2) 주 동안 침지하고, 그 후에, 상기 샘플을 트랜스HFCO-1233zd에서 제거하여 24시간 동안 탈기(outgas)되도록 하는 것을 포함한다. 결과를 하기 표 9에 나타낸다:
[표 9]
Figure pct00017
상기 표 5의 결과에 의해 나타내어진 바와 같이, 시험된 각 플라스틱 재료의 평균 퍼센트 체적 변화는 5% 미만이다.

Claims (13)

  1. 냉각되는 열 소스 및 이로 열이 버려질 수 있는 열 싱크를 갖는 타입의 냉동 시스템으로서, 상기 시스템은 약 2 내지 약 30 톤의 용량을 가지며,
    (a) 적어도 약 95 중량%의 트랜스 1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜(트랜스1233zd) 또는 적어도 약 80 중량%의 트랜스 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜(트랜스HFO-1234ze)을 포함하는 냉매를 포함하는 열 전달 조성물;
    (b) 약 45 내지 약 75 kPa의 압력에서 저압 냉매 증기를 수용하는 냉매 흡입부 및 약 100 내지 약 520 kPa의 압력에서 고압 냉매 증기를 배출하는 배출부를 갖는 원심 압축기로서, 상기 압축기는 적어도 약 0.65의 효율을 갖는, 원심 압축기;
    (c) 상기 고압 냉매 증기를 수용하고 약 10℃ 내지 약 60℃ 범위의 온도에서 상기 냉매 증기의 적어도 상당 부분을 상기 열 싱크와의 열 전달에 의해 응축하여 고압 냉매 액체를 생성하는, 상기 압축기의 상기 냉매 배출부에 유체 연결된 응축기;
    (d) 약 45 내지 약 75 kPa의 압력에서 상기 고압 냉매 액체의 압력을 실질적으로 등엔탈피로(isoenthalpically) 감소시켜서 저압 냉매 액체를 생성하는, 상기 응축기에 유체 연결된 팽창기;
    (e) 상기 저압 냉매 액체를 수용하고 약 45 내지 약 75 kPa의 압력에서 상기 냉각되는 소스(source)로부터 열을 흡수함으로써 상기 저압 냉매 액체를 증발시켜서 저압 냉매 증기를 생성하는 상기 팽창기에 유체 연결된 증발기; 및
    (f) 상기 증발기와 상기 압축기의 상기 냉매 흡입부 사이에 유체 연결된 적어도 하나의 열 교환기로서, 상기 적어도 하나의 열 교환기는 상기 증발기로부터의 상기 저압 냉매 증기의 적어도 일부를 수용하고 상기 저압 냉매 증기를 가열하여 상기 적어도 하나의 열 교환기로 유입되는 증기의 온도보다 적어도 약 5℃ 큰 온도를 갖는 저압 냉매 증기를 생성하며, 상기 압축기 흡입부에 유체 연결된 상기 적어도 하나의 열 교환기로부터의 상기 고온 냉매 증기는 상기 압축기에 저압 냉매 증기를 제공하는, 적어도 하나의 열 교환기를 포함하는, 냉동 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 냉매는 적어도 약 80 중량%의 트랜스 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜(트랜스HFO-1234ze)을 포함하는, 냉동 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 냉매는 적어도 약 95 중량%의 트랜스 1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜(트랜스1233zd)을 포함하는, 냉동 시스템.
  4. 냉각되는 열 소스 및 이로 열이 버려질 수 있는 열 싱크를 갖는 타입의 냉동 시스템으로서, 상기 시스템은 약 2 내지 약 30 톤의 용량을 가지며,
    (a) 적어도 약 95 중량%의 트랜스 1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜(트랜스1233zd) 또는 적어도 약 70 중량%의 트랜스 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜(트랜스HFO-1234ze)을 포함하는 냉매를 포함하는 열 전달 조성물;
    (b) 제 1 단계 및 적어도 제2 단계를 갖는 원심 압축기로서, 상기 단계 각각은 약 45 내지 약 75 kPa의 압력에서 상대적으로 저압인 냉매 증기를 수용하는 냉매 흡입부 및 약 100 내지 약 520 kPa의 압력에서 상대적으로 고압인 냉매 증기를 배출하는 냉매 배출부를 가지며, 상기 압축기는 적어도 약 0.65의 효율을 갖는, 원심 압축기;
    (c) 상기 적어도 제 2 단계로부터 상기 고압 냉매 증기를 수용하고 약 10℃ 내지 약 60℃ 범위의 온도에서 상기 냉매 증기의 적어도 상당 부분을 상기 열 싱크와의 열 전달에 의해 응축하여 고압 냉매 액체를 생성하는, 상기 압축기의 상기 적어도 제 2 단계의 상기 냉매 배출부에 유체 연결된 응축기;
    (d) 약 45 내지 약 75 kPa의 압력에서 상기 고압 냉매 액체의 적어도 제 1 부분의 압력을 실질적으로 등엔탈피로 감소시켜서 제 1 저압 냉매 액체를 생성하는 상기 응축기에 유체 연결된 적어도 제 1 팽창기;
    (e) 약 100 내지 약 520 kPa의 압력에서 상기 고압 냉매 액체의 적어도 제 2 부분의 압력을 실질적으로 등엔탈피로 감소시켜서 제 2 저압 냉매 액체를 생성하는 상기 응축기에 유체 연결된 적어도 제 2 팽창기;
    (f) 상기 제 1 저압 냉매 액체를 수용하고 약 100 내지 약 520 kPa의 압력에서 상기 냉각되는 소스로부터 열을 흡수하여 상기 저압 냉매 액체를 증발시켜서 저압 냉매 증기를 생성하는, 상기 적어도 제 1 팽창기에 유체 연결된 증발기로서, 상기 증발기로부터의 상기 냉매 증기의 적어도 일부는 상기 제 1 단계 압축기 흡입부에 유체 연결되는, 증발기; 및
    (g) 상기 제 2 저압 냉매 액체의 적어도 일부를 수용하고 대략 상기 제 2 저압 냉매 액체의 압력에서 이로부터 냉매 증기를 배출하는, 상기 제 2 팽창기와 상기 적어도 제 2 단계의 흡입부 사이에 유체 연결된, 적어도 하나의 열 교환기 및/또는 적어도 하나의 플래시 탱크로서, 대략 상기 제 2 저압 냉매 액체의 압력에서 상기 냉매 증기는 상기 제 2 단계 압축기 흡입부에 유체 연결되는, 적어도 하나의 열 교환기 및/또는 적어도 하나의 플래시 탱크를 포함하는, 냉동 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 냉매는 적어도 약 80 중량%의 트랜스 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜(트랜스HFO-1234ze)을 포함하는, 냉동 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 냉매는 적어도 약 95 중량%의 트랜스 1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜(트랜스 1233zd)을 포함하는, 냉동 시스템.
  7. 냉각되는 열 소스 및 이로 열이 버려질 수 있는 열 싱크를 갖는 타입의 냉동 시스템으로서, 상기 시스템은 약 2 내지 약 5 톤의 용량을 가지며,
    (a) 적어도 약 95 중량%의 트랜스 1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜(트랜스1233zd) 또는 적어도 약 80 중량%의 트랜스 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜(트랜스HFO-1234ze)를 포함하는 냉매를 포함하는 열 전달 조성물;
    (b) 약 45 내지 약 75 kPa의 압력에서 상대적으로 저압인 냉매 증기를 수용하는 냉매 흡입부 및 약 100 내지 약 520 kPa의 압력에서 상대적으로 고압인 냉매 증기를 배출하는 냉매 배출부를 갖는 원심 압축기로서, 상기 압축기는 적어도 약 0.65의 효율을 갖는 원심 압축기;
    (c) 상기 압축기로부터 상기 고압 냉매 증기를 수용하고, 약 45 내지 약 75 kPa의 범위의 온도에서 상기 열 싱크와의 열 전달에 의해 상기 냉매 증기의 적어도 상당 부분을 응축시켜서 고압 냉매 액체를 생성하는, 상기 압축기의 냉매 배출부에 유체 연결된 응축기;
    (d) 약 45 내지 약 75 kPa의 압력에서 상기 고압 냉매 액체의 적어도 제 1 부분의 압력을 실질적으로 등엔탈피로 감소시켜서 제 1 저압 냉매 액체를 생성하는, 상기 응축기에 유체 연결된 적어도 제 1 팽창기; 및
    (e) 상기 저압 냉매 액체를 수용하고 약 45 내지 약 75 kPa의 압력에서 상기 냉각되는 소스로부터 열을 흡수하여 상기 저압 냉매 액체의 적어도 일부를 증발시켜 저압 냉매 증기를 생성하는, 상기 적어도 제 1 팽창기에 유체 연결된 증발기로서, 상기 증발기로부터의 상기 냉매 증기의 적어도 일부는 상기 압축기 흡입부에 유체 연결되며, 상기 응축기 및 상기 증발기 중 적어도 하나는 상당 부분의 알루미늄으로 형성되는, 증발기를 포함하는, 냉동 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 냉매는 적어도 약 80 중량%의 트랜스 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜(트랜스HFO-1234ze)을 포함하는, 냉동 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 냉매는 적어도 약 95 중량%의 트랜스 1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜(트랜스1233zd)을 포함하는, 냉동 시스템.
  10. 냉각되는 열 소스 및 이로 열이 버려질 수 있는 열 싱크를 갖는 타입의 냉동 시스템으로서, 상기 시스템은 약 2 내지 약 30 톤의 용량을 가지며;
    (a) 적어도 약 95 중량%의 트랜스 1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜(트랜스1233zd) 또는 적어도 약 80 중량%의 트랜스 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜(트랜스HFO-1234ze)를 포함하는 냉매를 포함하는 열 전달 조성물;
    (b) 약 45 내지 약 75 kPa의 압력에서 상대적으로 저압인 냉매 증기를 수용하는 냉매 흡입부 및 약 100 kPa 내지 약 520 kPa의 압력에서 상대적으로 고압인 냉매 증기를 배출하는 냉매 배출부를 갖는 원심 압축기로서, 상기 압축기는 적어도 약 0.65의 효율을 갖는 원심 압축기;
    (c) 상기 압축기로부터 상기 고압 냉매 증기를 수용하고, 약 10℃ 내지 약 60℃ 범위의 온도에서 상기 열 싱크와의 열 전달에 의해 상기 냉매 증기의 적어도 상당 부분을 응축시켜서 고압 냉매 액체를 생성하는, 상기 압축기의 상기 냉매 배출부에 유체 연결된 응축기;
    (d) 약 45 내지 약 75 kPa의 압력에서 상기 고압 냉매 액체의 적어도 제 1 부분의 압력을 실질적으로 등엔탈피로 감소시켜서 냉매 액체와 냉매 증기의 조합을 포함하는 저압 스트림을 생성하는 상기 응축기에 유체 연결된 적어도 제 1 팽창기;
    (e) 상기 적어도 제 1 팽창기로부터의 적어도 냉매 증기와 냉매 액체의 상기 조합을 수용하고 대략 상기 저압에서 액체 냉매를 포함하며 실질적으로 증기 냉매가 없는 적어도 하나의 액체 유출물 스트림 및 대략 상기 저압에서 냉매 증기를 포함하며 실질적으로 액체 냉매가 없는 저압 증기 스트림을 생성하는 분리기; 및
    (f) 상기 분리기로부터의 상기 적어도 하나의 액체 유출물 스트림의 적어도 일부에 유체 연결되고, 약 45 내지 약 75 kPa의 압력에서 상기 냉각되는 소스로부터 열을 흡수하여 상기 스트림의 적어도 일부를 증발시켜서 저압 냉매 증기를 생성하는 증발기로서, 상기 증발기로부터의 상기 냉매 증기의 적어도 일부는 상기 압축기 흡입부에 유체 연결되는, 증발기를 포함하는, 냉동 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 냉매는 적어도 약 80 중량%의 트랜스 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜(트랜스HFO-1234ze)을 포함하는, 냉동 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 냉매는 적어도 약 95 중량%의 트랜스 1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜(트랜스1233zd)을 포함하는, 냉동 시스템.
  13. 냉각되는 열 소스 및 이로 열이 버려질 수 있는 열 싱크를 갖는 타입의 냉동 시스템으로서, 상기 시스템은 약 2 내지 약 30 톤의 용량을 가지며,
    (a) 폐쇄 루프 냉동 회로에서 화재 억제 특징을 갖는 냉매, 바람직하게는 적어도 약 95 중량%의 트랜스 1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜(트랜스1233zd) 또는 적어도 약 80 %의 트랜스 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜(트랜스 HFO-1234ze)을 포함하는, 열 전달 조성물;
    (b) 근방의 화염 또는 화재의 존재를 감지하기 위해 냉각되는 상기 열 소스 근방의 영역에 위치되는 적어도 하나의 센서;
    (c) 상기 냉동 시스템에 포함된 상대적으로 고압인 냉매 증기와 연통하는 상기 폐쇄 루프 냉동 회로 내의 포트(port);
    (d) 상기 센서에 반응하고 상기 냉동 시스템으로부터 상기 냉매 증기의 적어도 일부를 방출하는, 포트에 유체 연결된 밸브; 및
    (e) 상기 냉매 증기를 상기 근방으로 이송하기 위한 도관을 포함하는, 냉동 시스템.
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