KR20220110849A - 열 교환기 및 흡착 기계 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 흡착 기계의 열 교환기(10)로서, - 증기 유동 덕트(18)로서 설계된 적어도 하나의 사이 공간을 형성하는 방식으로 서로에 대해 거리(A)로 배열되는 적어도 두개의 열 수송 파이프(15) 및/또는 열 수송 파이프 섹션, 및 - 열 수송 파이프(15) 및/또는 열 수송 파이프 섹션에 연결되는 파이프 부착물(20)을 포함한다. 본 발명에 따르면, 파이프 부착물(20)은 사이 공간에 배열되고, 직접 도포된, 바인더-프리 활성 물질 코팅(25)을 위한 기판으로 설계되고, 열 수송 파이프(15) 및/또는 열 수송 파이프 섹션과 함께 코팅된 파이프 부착물(20)로 구성된 열 이송 그리드(50)는, 500 내지 3,600m2/m3의 증기 측 외부 표면을 갖는다.

Description

열 교환기 및 흡착 기계
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른, 증기 유동 덕트로서 설계된 적어도 하나의 사이 공간을 형성하는 방식으로 서로에 대해 거리로 배열되는 적어도 두개의 열 수송 파이프 또는 열 수송 파이프 섹션, 및 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션에 연결되는 추가 파이프 부착물을 포함하는 흡착 기계의 열 교환기에 관한 것이다. 본 발명은 또한 청구항 14에 따른, 적어도 하나의 열 수송 파이프 및/또는 하나의 열 수송 파이프 섹션, 및 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션에 연결되는 파이프 부착물을 포함하고, 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션의 적어도 일측 상에, 증기 유동 영역이 설계되거나 설계 가능한 흡착 기계의 열 교환기에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 본 발명에 따른 열 교환기를 갖는 흡착 기계에 관한 것이다.
활성 층, 예를 들어 제올라이트 층을 흡착하는 3차원 열 교환기 구조 또는 열 교환기를 설계하는 것은 당업계에 공지되어 있다. 활성 물질을 흡착하는 질량은 물질과 그 생산에서 열 이동의 이유로 흡착 열 펌프에서 제한되고, 가장 가까운 열 교환기 표면 위의 레벨에서 작동 시 제한되므로 면적 당 질량에서 제한된다. 그에 따라, 지금까지 알려진 흡착 열 펌프는 적용에 의해 조절되는 소형화의 경우 충분한 성능을 달성하지 못한다.
지금까지 알려져 있고 이용 가능한 흡착기 열 교환기는 종종 소위 활성 물질로 불균일하게 코팅 된다는 단점이 있다.
또한, 흡착기 열 교환기 내에 형성된 증기 덕트가 활성 물질에 의해 차단되는 것으로 알려져 있다. 이는, 차례로, 흡착기 열 교환기의 활성 물질에 대한 접근성을 나쁘게 하고 더 나아가 불충분한 하소 결과를 초래한다.
알루미늄 라멜라(lamellae)가 제공된 일반적인 구리 파이프 열 교환기도 마찬가지로, 단지 작은 체적-특정 표면만 가능하고 라멜라와 파이프 사이의 열 연결이 불충분하기 때문에 불리하다. 파이프 부착물로서 섬유 충전재를 갖는 추가로 알려진 열 교환기 역시 열 전도 방향에 횡 방향으로 위치한 대부분의 부분에 대한 무질서한 섬유 배열로 인해 관련 열 수송 덕트와 접촉하는 것이 불충분하기 때문에 마찬가지로 불리한 것으로 지정되어야 한다.
본 발명의 과제는 현재의 기술 상태로부터 출발하여 적용에 의해 조절되는 소형화의 경우 관련된 흡착 기계의 성능이 향상되도록 흡착 기계의 열 교환기를 추가로 개발하는 것이다. 또한, 본 발명에 따른 열 교환기는 결정화 프로세스 내에서 활성 물질이 열 교환기의 영역 상에 도포될 수 있도록 구성되어야 한다. 이는 증기 덕트가 차단되지 않도록 수행되어야 한다.
또한, 본 발명의 과제는, 특히 열 교환기와 관련하여 더욱 발전된, 추가로 개발된 흡착 기계를 제안하는 것이다.
이 과제는 청구항 1의 주제 및 청구항 14의 주제에 의한 열 교환기와 관련하여, 그리고 청구항 15의 주제에 의한 흡착 기계와 관련하여 해결된다. 종속항은 적어도 적절한 구성 및 추가 개발을 포함한다.
우선, 흡착 기계의 열 교환기가 기본으로 사용되며, 열 교환기는:
- 증기 유동 덕트로서 설계된, 적어도 하나의 사이 공간을 형성하는 방식으로 서로에 대해 거리로 배열되는 적어도 두개의 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션, 및
- 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션에 연결되는 파이프 부착물을 포함한다.
본 발명에 따르면, 파이프 부착물은 사이 공간에 배열되고, 직접 도포된, 특히 성장된, 바인더-프리 활성 물질 코팅을 위한 기판으로 설계되고, 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션과 함께 코팅된 파이프 부착물로 구성된 열 이송 그리드는, 500 내지 3,600m2/m3, 특히 800 내지 3,200m2/m3의 증기 측 외부 표면을 갖는다.
열 교환기의 전면 상에 실질적으로 설계된 수집기 또는 수집기 파이프는 열 이송 그리드 결과에 포함될 필요 없다. 바람직하게는, 이러한 수집기는 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션에 실질적으로 수직하도록 설계되고, 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션을 통해 유동하는 열 수송 매체의 유입 및 유출을 위해 기능한다.
다시 말해서, 열 교환기는 적어도 두개의 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션을 포함하고, 파이프 부착물은 이 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션 사이에 설계된다. 이러한 파이프 부착물은 특히 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션에 연결된다.
활성 물질 코팅은 이러한 파이프 부착물 상에 차례로 도포될 수 있다. 그로부터 초래된 코팅된 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션의 표면에 의해(이는 증기 유동 덕트를 통해 유동하는 증기에 의해 접촉될 수 있음), 열 교환기의 증기 측 외부 표면이 형성된다. 활성 물질 코팅의 적용은 특히 활성 물질 코팅의 성장과 관련된다.
열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션이 바인더-프리 활성 물질로 코팅되는 것 역시 가능하다. 다시 말해서, 바인더-프리 활성 물질 코팅은 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션에 위치할 수 있다. 이는 특히 증기 유동 덕트의 일부로 설계된 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션의 부분에 관한 것이다.
열 수송 파이프로서, 이러한 파이프는 추가 파이프로부터 분리되어 배열되는 것으로 이해되어야 한다. 열 수송 파이프 섹션으로서, 벤드(bend)의 구성에 의해 추가 열 수송 파이프 섹션으로부터 이격되도록 설계된 열 수송 파이프의 섹션이 이해되어야 한다. 특히 두개의 열 수송 파이프가 서로 실질적으로 평행하게 작동하는 것이 가능하며, 열 수송 파이프 섹션은 유체적으로 공통 열 수송 파이프를 구성하거나 열 수송 파이프의 일부이다.
본 발명의 가능한 실시예에서, 언급된 열 이송 그리드는 활성 물질 코팅에 의해 형성된 외부 표면으로만 구성된다. 이 활성 물질 코팅은 이 경우 파이프 부착물 및 증기 유동 덕트를 향하는 적어도 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션의 부분의 섹션 모두에 형성된다.
바람직하게는, 이러한 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션은 평평한 덕트 및/또는 직사각형 단면을 갖는 덕트로 설계된다. 따라서 표준으로 알려진 원형 파이프로부터 벗어나고, 평평한 덕트 및/또는 직사각형 단면을 갖는 덕트가 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 덕트는, 예를 들어 압축된 파이프를 구성하는 평평한 덕트로 이해되어야 한다. 평평한 덕트는 내부 웹에 의해 여러 개의 단일 덕트로 나뉠 수도 있다. 이러한 평평한 덕트 또는 직사각형 단면을 갖는 덕트에 의해, 사이 공간 및 그 안에 포함된 파이프 부착물과 관련하여 바람직한 형태로 추가로 개발되는, 열 교환기를 제공하는 것이 가능하다. 이러한 평평한 덕트 및/또는 직사각형 단면을 갖는 덕트로 인해, 파이프 부착물은 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션 사이에 보다 안정적으로 장착 및 고정될 수 있다.
본 발명에 따르면, 바람직한 활성 물질 질량을 달성하고 따라서 흡착 기계에서 열 교환기의 성능을 개선하기 위해 제한된 외부 치수에도 불구하고 흡착 측 열 교환기 표면이 증가된다.
코팅에 접근할 수 있는 열 교환기의 체적 당 면적, 즉, 체적 면적은 가능한 한 크게 최대화되며, 형성된 증기 덕트를 차단하지 않고, 동시에, 활성 물질, 특히 결정화로 코팅이 가능하다.
열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션은 압출 또는 납땜된 평평한 파이프로 형성될 수 있다. 또한, 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션이 서로 배열된 플레이트로부터 형성되는 것도 가능하다.
파이프 부착물은, 예를 들어, 핀(fin) 및/또는 라멜라 및/또는 직조 층 및/또는 편물 층 및/또는 섬유 층 및/또는 칩 층으로 설계될 수 있다. 용어 “핀(fin)”은 영어로 알려진 기술 용어 “핀(fin)”의 독일어 번역으로 이해되어야 한다.
파이프 부착물은 또한 표면 확대 요소 또는 표면 확대 부착물로 지정될 수 있다.
핀 및/또는 라멜라를 형성할 때, 금속 필름으로 형성하는 것도 가능하다. 파이프 부착물이 라멜라로 설계된 경우, 금속 필름의 여러 줄무늬가 서로 이격되어 배열된다. 파이프 부착물이 핀으로 설계된 경우, 금속 필름이 반복적으로 접히고 및/또는 휘어지고 및/또는 구부러져, 예를 들어, 지그재그 구조 또는 웨이브 구조 또는 미앤더(meander) 구조 또는 구불구불한 구조가 형성된다.
특히, 이러한 파이프 부착물은, 단일, 스트립형 요소가 서로 이격되도록 사이 공간 내에 배열되는 스트립형 요소로 형성되는 라멜라로 이해되어야 한다.
바람직하게는, 이러한 파이프 부착물은, 연속 요소로 구성되고, 반복적으로 접히고 및/또는 휘어지고 및/또는 구부러지고 두개의 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션 사이의 사이 공간 내에 형성되는 바람직하게는 핀으로 이해되어야 한다. 요소는 핀으로 구부러지고 및/또는 접히고, 예를 들어 지그재그와 같은 코스를 가질 수 있다. 요소가 구불구불하게 구부러져, 차례로 핀을 구성하는 복수의 굽힘 부분이 형성되는 것이 추가로 가능하다.
직조 층은, 금속 섬유로부터 형성된 직물과 관련된 그러한 층일 수 있다. 또한, 편물 층은 금속 연속 필라멘트로부터 생성되는 그러한 층이다. 다시 말해서, 이러한 직조 및/또는 편물 층은 짧은 섬유의 배열을 형성하지 않을 것이다. 이러한 섬유는, 예를 들어 길이 1cm를 갖는 짧은 섬유로 이해되어야 한다.
여러 개의 직조 및/또는 편물 층이 사이 공간 내에서 서로 나란히 배열되는 것이 가능하여, 차례로, 직조 및/또는 편물 층 사이에 간격이 형성될 수 있다. 본 발명의 추가 실시예에서, 사이 공간이 직조 층 및/또는 편물 층에 의해 완전히 채워지는 것이 가능하며, 직조 및/또는 편물 층은 증기 덕트가 차단되지 않을 다공성 방식으로 형성된다. 이러한 직조 및/또는 편물 층은 특히 활성 물질의 적용 후에도 증기 덕트가 차단되지 않을 다공성 방식으로 형성되어야 한다.
또한, 파이프 부착물이 섬유 층 및/또는 칩 층으로 형성되는 것도 가능하다. 이러한 섬유 층 및/또는 칩 층은 섬유 또는 칩의 느슨한 충전재와 관련이 없도록 형성된다. 오히려, 이 섬유 층 및/또는 칩 층은 함께 압착 및/또는 소결된 금속 섬유 또는 금속 칩으로부터 형성되는 일종의 펠트 층(felt layer)으로 이해되어야 한다.
본 발명의 가능한 실시예에서, 칩 층을 형성하는 금속 칩은 나선형 칩일 수 있다. 이 섬유 및/또는 칩은 섬유 층 및/또는 칩 층이 형성되는 방식으로 함께 압착 및/또는 소결 및/또는 접착된다.
각각의 경우에 단일 섬유 층 및/또는 칩 층에 의해 사이 공간이 완전히 채워지는 것이 가능하다. 또한, 서로 이격되어 형성되는 여러 개의 섬유 층 및/또는 칩 층의 구성도 가능하다. 그러나, 이러한 본 발명의 실시예의 경우, 섬유 층 및/또는 칩 층이 다공성 방식으로 형성되어 활성 물질을 적용한 후에도, 증기 덕트가 차단되지 않도록 주의해야 한다.
바람직하게는, 파이프 부착물은 알루미늄으로 형성된다. 또한, 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션은 알루미늄으로 생성될 수 있다. 바람직하게는, 파이프 부착물은 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션과 함께 납땜 및/또는 소결 및/또는 접착된다. 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션이 파이프 부착물과 동일한 물질, 예를 들어 알루미늄으로 형성되는 한, 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션에 파이프 부착물의 간단한 고정이 가능하다.
또한 일관된 물질 선택은, 활성 물질의 적용 동안 다른 반응이 일어나지 않을 것이기 때문에, 활성 물질 층을 도포하고 활성 물질 층을 형성하는 프로세스를 단순화한다.
파이프 부착물은 금속 줄로 설계될 수 있다. 이러한 줄은 절개된 구조를 갖는 것이 가능하다.
파이프 부착물은 열 교환기의 전체 깊이에 걸쳐 증기 유동 개구로부터 시작하여 액체 및/또는 가스 및/또는 증기에 대해 개방되도록 배열된다.
활성 물질 코팅은, 20 내지 500μm, 특히 30 내지 300μm의 평균 층 두께를 가질 수 있다.
30 내지 500g/m2, 특히 50 내지 250g/m2의 활성 물질 질량이 특히 유리한 것으로 드러났다. 표시된 층 두께 및/또는 활성 물질 질량을 갖는 활성 물질 코팅은 흡착 열 펌프에 도포하는데 특히 유리한 것으로 드러났다.
파이프 부착물, 특히 핀 및/또는 라멜라의 두께는 바람직하게는 50μm 이상, 특히 100μm 이상이다. 또한, 파이프 부착물, 특히 핀 및/또는 라멜라의 이 두께는 바람직하게는 500μm 이하, 특히 250μm 이하이다. 다시 말해서, 파이프 부착물, 특히 핀 및/또는 라멜라의 두께는 바람직하게는 50μm 내지 500μm, 특히 100μm 내지 250μm이다.
바람직하게는, 증기 유동 채널 내의 파이프 부착물은 서로로부터 0.2mm 내지 3.0mm의 평균 거리를 갖는다. 다시 말해서, 평균 거리가 0.2 내지 3.0mm인 핀 및/또는 라멜라가 서로 이격되어 있다. 특히 핀이 형성될 때, 평균 거리는 핀이 두개의 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션에 수직으로 연장될 때의 평균 거리와 관련된 거리로 이해되어야 한다. 이 거리는 두개의 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션 사이 대략 중심으로 형성된다. 다시 말해서, 평균 거리는 두개의 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션 사이의 거리의 대략 반으로 형성된다.
증기 유동 덕트 내의 파이프 부착물은 바람직하게는 800 내지 4,000m2/m3, 특히 1,100 내지 3,200m2/m3의 영역을 갖는다.
열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션 사이의 거리는 바람직하게는 4.0 내지 30.0mm, 특히 8.0 내지 15.0mm이다. 이는 한편으로는 열 교환기의 소형 설계를 가능하게 하고, 다른 한 편으로는 파이프 부착물을 형성하기 위한 충분한 사이 공간을 가능하게 한다.
열 교환기의 특히 효과적인 형상은 사이 공간 내에 배열된 파이프 부착물, 특히 서로 나란히 배열된 핀의 피치 수가 0.7 및 2.5 사이인 경우 형성될 수 있다. 피치 수는 밀리미터 당 핀 곡선의 구성과 관련된다. 이러한 구성의 피치 수는 핀과 활성 물질 코팅의 대응하는 층 두께 사이의 충분한 거리를 가능하게 한다.
본 발명의 추가 실시예에서, 파이프 부착물, 특히 서로 나란히 배열된 핀의 평균 거리의 레벨 상에서, 대향하는 활성 물질 표면 사이 평균 거리는 활성 물질 코팅의 평균 층 두께보다도 적어도 1.5배 더 클 수 있다. 대향하는 활성 물질 표면의 평균 거리와 평균 층 두께 사이에 이러한 관계가 형성될 경우 충분히 큰 증기 덕트가 개방된 상태로 있게 된다.
파이프 부착물, 특히 서로 나란히 배열된 핀의 평균 거리 레벨은 파이프 부착물의 패턴, 특히 배열된 핀의 패턴에 따라 다른 위치를 가질 수 있음이 지적되어야 한다.
활성 물질은, 예를 들어, 제올라이트 및/또는 다공성 알루미늄 인산염 및/또는 금속 유기 골격(MOF: metal organic framework)일 수 있다. 높은 흡착 능력을 갖고 신속한 흡착 및 탈착 프로세스를 가능하게 하는 활성 물질이 특히 적절하다.
적절한 흡착 활성 물질의 선택과 별개로, 활성 물질의 외부 표면에 대한 기체 흡착제의 방해 받지 않는 접근, 기공 시스템의 매우 우수한 접근성, 및 활성 물질을 파이프 부착물과 직접 접촉시켜 바인더 물질을 제거하는 것이 전제 조건이다. 기공 시스템의 매우 우수한 접근성은 물질 이송의 의미에서 이해되어야 한다. 파이프 부착물을 활성 물질과 직접 접촉하는 것은 열 이송을 향상한다.
바람직하게는, 활성 물질은 직접 코팅 프로세스, 특히 결정화 프로세스에 의해 파이프 부착물 상에 도포되어 활성 물질 코팅이 생성된다. 이는 알려진 흡착제 충전재 또는 바인더 코팅과 비교할 때 필수적인 이점을 나타낸다. 이러한 흡착제 충전재 또는 바인더 코팅으로, 본 발명에 따른 열 교환기로 가능한 우수한 흡착 성능을 달성하는 것은 불가능하다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 활성 물질은 인시튜(in-situ) 프로세스로서 결정화의 수단에 의해 도포된다. EP 1761657 B1에는, 이러한 제올라이트의 성장이 기재되어 있다. 여기에서 이 문서의 개시 내용이 완전히 참조된다.
바람직하게는, 활성 물질 코팅의 표면으로부터 가장 가까운 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션의 내측까지의 최대 열 수송 경로의 길이는 2.5 내지 8.0mm, 특히 3.0 내지 5.0mm이다. 최대 열 수송 경로에 대한 이 값은 흡착기 또는 흡착 기계의 열 교환 성능의 최적화와 관련하여 중요한 매개 변수이다.
열 수송 경로는 흡착 엔탈피가 동시에 방출될 때 흡착물의 진입에서 생성된 열이 온도 조절 유체로 전달될 때까지의 경로, 따라서 흡착제에서 온도 조절 유체까지의 경로이다.
열 교환기의 구조는 적어도 두개의 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션 사이에 파이프 부착물이 형성되고 파이프 부착물에 활성 물질 코팅이 형성된다는 사실에 기초하기 때문에, 가장 최대 열 수송 경로는 적어도 두개의 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션 사이의 중심에 형성되는 활성 물질 코팅의 표면 또는 표면의 부분과 함께 제공된다.
따라서, 열 수송 경로는 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션 사이 거리의 절반 레벨에서 최대로 시작하여 가장 가까운 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션의 내부에서 끝난다. 가장 가까운 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션은 활성 물질 코팅의 대응하는 표면 또는 대응하는 표면 부분과의 거리가 가장 작은 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션이다.
2.5 내지 8.0mm, 특히 3.0 내지 5.5mm의 최대 열 수송 경로의 설명된 길이는 본 발명에 따른 열 교환기의 고효율 및 우수한 성능과 관련하여 적절한 값이다. 열 교환의 우수한 성능은 짧은 주기 시간을 반영한다.
본 발명의 흡착 기계의 열 교환기와 관련된 추가 종속 측면은:
- 적어도 하나의 열 수송 파이프 및/또는 적어도 하나의 열 수송 파이프 섹션 및,
- 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션에 연결되는 파이프 부착물을 포함하고,
열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션의 적어도 일측 상에, 증기 유동 영역이 설계되거나 설계 가능하고,
파이프 부착물은 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션의 적어도 일측 상에 배열되고, 직접 도포된 바인더-프리 활성 물질 코팅의 기판으로 설계되고, 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션과 함께 코팅된 파이프 부착물로 인한 열 이동 그리드는, 500 내지 3,600m2/m3, 특히 800 내지 3,200m2/m3의 증기 측 외부 표면을 갖는다.
열 교환기와 관련된 앞선 설명과 비교했을 때, 본 발명의 추가 종속 측면에 따른 열 교환기는 단지 적어도 하나의 열 수송 파이프 및/또는 단지 적어도 하나의 열 수송 파이프 섹션 만을 갖는다.
본 발명의 이 측면에서, 예를 들어, 개방 열 교환기가 설계될 수 있으며, 결과적으로 파이프 부착물은 하나의 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션에만 형성되며, 파이프 부착물은 폐쇄된 하우징에 위치하지 않는다.
또한, 파이프 부착물이 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션과, 예를 들어 하우징 부분 사이에 형성되는 것이 가능하다. 하우징 부분 대신에, 판금형 요소가 또한 형성될 수 있다
청구항 14의 종속 측면에 따른 열 교환기와 관련하여, 청구항 2 내지 14의 특징 중 적어도 하나가 추가로 형성되는 것이 가능하다.
청구항 14에 따른 열 교환기는, 예를 들어,
- 열 수송 파이프 및/또는 열 수송 파이프 섹션의 이미 설명된 형상,
및/또는
- 파이프 부착물의 이미 설명된 실시예,
및/또는
- 활성 물질 코팅의 이미 설명된 실시예,
및/또는
- 파이프 부착물의 두께의 이미 설명된 실시예,
및/또는
- 서로에 대한 파이프 부착물의 배열의 이미 설명된 실시예,
및/또는
- 활성 물질의 이미 설명된 실시예,
및/또는
최대 열 수송 경로의 길이의 이미 설명된 실시예를 가질 수 있다.
청구항 14에 따른 열 교환기는 청구항 2 내지 13 중 적어도 하나와 명시적으로 결합될 수 있다.
본 발명의 추가 종속 측면은 본 발명에 따른 열 교환기를 갖는 흡착 기계에 관한 것이다.
본 발명에 따른 흡착 기계와 관련하여, 본 발명에 따른 열 교환기와 관련하여 이미 나타낸 바와 같은 유사한 이점이 그 결과이다.
본 발명의 해결책의 예시적인 실시예는 첨부된 개략도를 기초로 하여 아래에서 더 상세하게 설명될 것이다.
도시되는 것은:
도 1a 및 도 1b은 본 발명에 따른 열 교환기의 다양한 실시예의 측면도이고;
도 2는 본 발명에 따른 열 교환기의 실시예의 사시도이고;
도 3은 열 이송 그리드의 도시이다.
이하에서, 동일한 부분 또는 동일한 작용의 부분에 대해 동일한 참조 부호가 사용될 것이다.
도 1a 및 도 1b에서, 본 발명에 따른 열 교환기(10) 또는 본 발명에 따른 열 교환기(10)의 적어도 섹션이 도시되어 있다.
열 교환기(10) 또는 열 교환기(10)의 부분 세그먼트는, 실질적으로 서로로부터 거리(A)로 배열되는 두개의 열 수송 파이프(15)를 포함한다. 열 수송 파이프(15) 사이의 거리는 바람직하게는 4.0mm 내지 30.0mm, 특히 8.0mm 내지 1.5mm이다.
이 거리(A)로 인해, 두개의 열 수송 파이프(15) 사이에 사이 공간이 형성된다. 이 사이 공간은 증기 유동 덕트(18)로 형성된다. 도 1a에 따른 열 교환기(10) 상의 시야 방향에서, 증기는 따라서 증기 유동 덕트(18)로 유동할 수 있다.
또한, 파이프 부착물(20)이 열 수송 파이프(15) 사이에 형성되는 것을 알 수 있다. 파이프 부착물(20)은 사이 공간 내에 배열되고 따라서 증기 유동 덕트(18) 내에 배열되고, 직접 도포된, 바인더-프리 활성 물질 코팅(25)의 기재로 기능한다.
도 1a의 실시예에 따르면, 파이프 부착물(20)은 라멜라(30)로부터 형성된다. 라멜라(30)는 실질적으로 두개의 열 수송 파이프(15) 사이에 배열된 금속 줄무늬로부터 형성된다. 바람직하게는, 라멜라(30)는 알루미늄 물질로 만들어진다. 열 수송 파이프(15)도 바람직하게는 알루미늄으로 형성된다. 본 예시적인 실시예에서, 라멜라(30)는 서로로부터 균일하게 이격되도록 배열된다. 라멜라(30)는 예를 들어, 열 수송 파이프(15)와 함께 납땜된다.
라멜라(30)는 실질적으로 두개의 큰 측면(31, 32)을 갖는다. 양쪽 측면(31, 32)에는 활성 물질 코팅(25)이 제공된다. 또한, 열 수송 파이프(15)의 표면 부분(40)도 활성 물질로 코팅되어 따라서 활성 물질 코팅(25)을 갖는다.
코팅된 라멜라(30)는 열 수송 파이프(15)와 함께 500 내지 3,600m2/m3의 증기 측 외부 표면을 갖는 열 이송 그리드를 구축한다.
활성 물질 코팅(25)은 바람직하게는 30 내지 300μm의 층 두께를 갖는다. 또한, 활성 물질 질량은 바람직하게는 30 내지 500g/m2이다.
파이프 부착물(20), 이 경우에는 라멜라(30)의 두께는, 바람직하게는 50μm 및 500μm 사이, 특히 100μm 내지 250μm이다. 파이프 부착물, 특히 라멜라(30)의 두께는, 도 1a의 측면(31, 32) 사이 형성된다. 두개의 라멜라(30) 각각 사이, 특히 0.2 내지 3.0mm의 평균 거리(mA)가 형성된다.
모든 파이프 부착물(20), 즉 이 경우 모든 라멜라(30)의 경우 증기 유동 덕트(18) 내에서 800 내지 4,000m2/m3의 영역을 형성한다.
도 1a는 최대 열 수송 경로(LW)의 길이를 더 도시한다. 이 최대 열 수송 경로(LW)는 활성 물질 코팅(25)의 표면으로부터 각각 가장 가까운 열 수송 파이프(15)의 내측까지 연장된다. 길이는 2.5 내지 8.0mm, 특히 3.0 내지 5.0mm이다.
열 교환기(10)의 구조가, 파이프 부착물(20)은 적어도 두개의 열 수송 파이프(15) 사이에 형성되고, 활성 물질 코팅(25)이 파이프 부착물(20) 상에 형성된다는 사실에 기초하기 때문에, 가장 최대 열 수송 경로(LW)는, 적어도 두개의 열 수송 파이프(15) 사이 중심에 형성되거나, 열 수송 파이프(15) 사이 거리(A)의 절반 레벨 상에 형성되는 활성 물질 코팅(25)의 표면 부분과 함께 제공된다. 추가 표면 부분 각각은 열 수송 파이프(15)로부터 짧은 거리에 배열되고 따라서 내측(60)으로 향하고, 각각의 열 수송 경로는 플롯된 최대 열 수송 경로보다 더 짧다.
도 1b에는 파이프 부착물(20)에 대한 대안적인 실시예가 도시되어 있다.
이 파이프 부착물은 핀(fin)(35)에 의해 형성된다. 핀(35)은 특히 판금 또는 금속 층을 구부림으로써 형성된다. 이 핀(35)은, 두개의 측면(31, 32)을 갖고, 이어서, 이 측면에 활성 물질 코팅(25)이 제공된다.
핀(35)은 특히 열 수송 파이프(15)와 함께 납땜된다. 이를 위해, 핀(35)은, 예를 들어, 상부(36)에서 열 수송 파이프(15)에 연결된다. 이 상부(36)는 또한 피크로서 지정될 수 있다. 실제 구성은 날카로울 필요가 없다. 실제로, 이 영역(36)은 열 수송 파이프(15)와의 연결이 용이하도록 평평하게 라운드되도록 형성될 수 있다.
레벨(HA)의 영역에서, 평균 핀 거리(mA)가 형성된다. 서로로부터의 핀(35)의 평균 거리(mA)는 바람직하게는 0.2 및 3.0mm 사이이다. 이 경우 레벨(HA)은 두개의 열 수송 파이프(15)의 서로로부터의 평균 거리에 대략 관련된다.
핀(35)은 2보다 작은 피치 수가 형성되도록 서로로부터 그러한 거리(mA)를 갖도록 형성된다. 이 경우 피치 수는 피치 곡선의 수, 즉 mm 당 두개의 단일 핀을 나타낸다. 피치 수는 특히 0.7 및 2.5 사이이다.
평균 핀 거리의 레벨(HA) 상에서, 대향하는 활성 물질 표면(AA) 사이의 거리는 활성 물질 코팅의 평균 층 두께보다 적어도 1.5배 더 크다. 대향하는 활성 물질 표면(AA) 사이의 거리는, 도 1b에 도시된 바와 같이, 평균 거리(mA)보다 작다. 이 거리(AA)는 활성 물질 코팅(25)의 평균 층 두께보다 1.5배 더 크다.
도 1b에서 최대 열 수송 경로(LW)의 거리가 또한 도시되어 있다. 이 최대 열 수송 경로(LW)는 활성 물질 코팅(25)의 표면으로부터 각각 가장 가까운 열 수송 파이프(15)의 내측(60)까지 연장된다. 길이는 2.5 내지 8.0mm, 특히 3.0 내지 5.0mm이다.
가장 최대 열 수송 경로(LW)는 적어도 두개의 열 수송 파이프(15) 사이 중심에 형성되는 활성 물질 코팅(25)의 표면 부분과 함께 제공된다. 핀(35)으로서의 파이프 부착물(20)의 예시된 구성에서, 이는 평균 핀 거리의 레벨(HA) 상에 형성된 표면 부분이다.
도 2에서, 열 교환기(10)의 일부가 사시도로 도시되어 있다. 이 관점에서 열 수송 파이프(15)는 평평한 덕트 또는 직사각형 단면을 갖는 덕트로 형성됨을 알 수 있다. 증기 유동 덕트(18)도 마찬가지로 도시되어 있다. 증기는 핀(35)에 의해 형성된 덕트 사이에서 유동할 수 있고, 증기 유동 덕트(18) 내 도시된 깊이를 따라 유동한다.
또한, 증기 유동 덕트 출구 또한 나타낸다. 열 수송 파이프(15)가 평평한 덕트로 구성되는 것으로 인해, 도시된 예에서 파이프 부착물(20) 또는 핀(35)이 열 수송 파이프(15)에 용이하게 장착될 수 있다. 이를 위해 상부(36)의 영역에서 연결이 이루어진다.
열 교환기(10)의 구성 요소가 열 이송 그리드(50) 중에서 카운트되는 것이 도 3에 개략적으로 도시되어 있다. 이 경우, 열 수송 파이프(15) 사이에 배열된 열 부착물(20)뿐만 아니라 모든 열 수송 파이프(15)가 관련된다.
도시되지 않았고 열 이송 그리드(50)에 속하지 않는 것은, 수직 확장으로 좌우로 도 3의 도면을 따라 배열되는 소위 수집기이다. 열 이송 그리드(50)는 열 교환기(10)의 전체 깊이에 걸쳐 연장된다(도 2에 도시된 바와 같이).
10: 열 교환기
15: 열 수송 파이프
18: 증기 유동 덕트
20: 파이프 부착물
25: 활성 물질 코팅
30: 라멜라
31, 32: 측면
35: 핀
36: 상부, 피크
40: 표면 부분
50: 열 이송 그리드
60: 내측
A: 열 수송 파이프의 거리
AA: 활성 물질 표면의 거리
HA: 평균 핀 거리의 레벨
LW: 최대 열 수송 경로의 길이
mA: 평균 거리

Claims (15)

  1. 흡착 기계의 열 교환기(10)로서,
    증기 유동 덕트(18)로서 설계된 적어도 하나의 사이 공간을 형성하는 방식으로 서로에 대해 거리(A)로 배열되는 적어도 두개의 열 수송 파이프(15) 및/또는 열 수송 파이프 섹션; 및
    상기 열 수송 파이프(15) 및/또는 열 수송 파이프 섹션에 연결되는 파이프 부착물(20)을 포함하고,
    상기 파이프 부착물(20)은 상기 사이 공간에 배열되고, 직접 도포된, 바인더-프리 활성 물질 코팅(25)을 위한 기판으로 설계되고, 상기 열 수송 파이프(15) 및/또는 열 수송 파이프 섹션과 함께 코팅된 파이프 부착물(20)로 구성된 열 이송 그리드(50)는, 500 내지 3,600m2/m3, 특히 800 내지 3,200m2/m3의 증기 측 외부 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 열 교환기(10).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열 수송 파이프(15) 및/또는 열 수송 파이프 섹션은 평평한 덕트 및/또는 직사각형 단면을 갖는 덕트로 설계되는 것을 특징으로 하는 열 교환기(10).
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 파이프 부착물은, 핀(fin)(35) 및/또는 라멜라(30) 및/또는 직조 층 및/또는 편물 층 및/또는 섬유 층 및/또는 칩 층으로 설계되는 것을 특징으로 하는 열 교환기(10).
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 활성 물질 코팅(25)은 20 내지 500μm, 특히 30 내지 300μm의 평균 층 두께를 갖고, 30 내지 500g/m2, 특히 50 내지 250g/m2의 활성 물질 질량을 갖는 것을 특징으로 하는 열 교환기(10).
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파이프 부착물(20)은 알루미늄으로부터 형성되고 열 수송 파이프(15) 및/또는 열 수송 파이프 섹션과 함께 납땜 및/또는 소결 및/또는 접착되는 것을 특징으로 하는 열 교환기(10).
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파이프 부착물(20)의 두께가 >50μm, 특히 100μm, 및 <500μm, 특히 <250μm인 것을 특징으로 하는 열 교환기(10).
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증기 유동 덕트(18) 내의 상기 파이프 부착물(20)은, 서로로부터 0.2 내지 3.0mm의 평균 거리(mA)를 갖는 것을 특징으로 하는 열 교환기(10).
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증기 유동 덕트(18) 내의 상기 파이프 부착물(20)은, 800 내지 4,000m2/m3, 특히 1,100 내지 3,200m2/m3의 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 열 교환기(10).
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 수송 파이프(15) 및/또는 열 수송 파이프 섹션 사이 거리(A)는, 4.0 내지 30.0mm, 특히 8.0 내지 15.0.mm인 것을 특징으로 하는 열 교환기(10).
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항, 특히 청구항 3 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사이 공간 내에 배열된 파이프 부착물, 특히 서로 나란히 배열된 핀(35)의 피치 수는 0.7 및 2.5 사이인 것을 특징으로 하는 열 교환기(10).
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항, 특히 청구항 3 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파이프 부착물(20), 특히 서로 나란히 배열된 핀(35)의 평균 거리의 레벨(HA) 상에서, 반대쪽 활성 물질 표면 사이의 평균 거리(AA)는 활성 물질 코팅(25)의 평균 층 두께보다 적어도 1.5배 큰 것을 특징으로 하는 열 교환기(10).
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 활성 물질은 제올라이트 및/또는 다공성 알루미늄 인산염 및/또는 금속 유기 골격인 것을 특징으로 하는 열 교환기(10).
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 활성 물질 코팅(25)의 표면으로부터 가장 가까운 열 수송 파이프(15) 및/또는 열 수송 파이프 섹션의 내측(60)까지의 최대 열 수송 경로(LW)의 길이는 2.5 내지 8.0mm, 특히 3.0 내지 5.0mm인 것을 특징으로 하는 열 교환기(10).
  14. 흡착 기계의 열 교환기(10)로서,
    적어도 하나의 열 수송 파이프(15) 및/또는 적어도 하나의 열 수송 파이프 섹션; 및
    상기 열 수송 파이프(15) 및/또는 열 수송 파이프 섹션에 연결되는 파이프 부착물(20)을 포함하고,
    상기 열 수송 파이프(15) 및/또는 열 수송 파이프 섹션의 적어도 일측 상에, 증기 유동 영역이 설계되거나 설계 가능하고,
    상기 파이프 부착물(20)은 상기 열 수송 파이프(15) 및/또는 열 수송 파이프 섹션의 적어도 일측 상에 배열되고, 직접 도포된 바인더-프리 활성 물질 코팅(25)을 위한 기판으로 설계되고, 상기 열 수송 파이프(15) 및/또는 열 수송 파이프 섹션과 함께 코팅된 파이프 부착물(20)로 인한 열 이송 그리드(50)는, 500 내지 3,600m2/m3, 특히 800 내지 3,200m2/m3의 증기 측 외부 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 열 교환기(10).
  15. 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 따른 열 교환기(10)를 갖는 흡착 기계.
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