KR20230088335A - 공조 및 냉장 시스템을 위한 산 및 할로겐화물 제거 - Google Patents

공조 및 냉장 시스템을 위한 산 및 할로겐화물 제거 Download PDF

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데바시스 배너지
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파커-한니핀 코포레이션
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Abstract

플루오르요오도카본을 포함하는 냉매의 분해에 의해서 생성되는 산 및 할로겐화물을 제거하기 위한 필터-건조기 코어가 설명되며, 이러한 필터 건조기 코어는, 감마 상 활성화 알루미나 및 분자체를 포함하는 몰딩된 코어를 포함한다. 분자체는 3 내지 4 옹스트롬의 기공 크기 및 300 내지 800 m2/g의 표면적을 갖고, 및/또는 알루미나는 0.1 내지 -10 mm의 평균 비드 직경을 갖는 비드 형태로 제공된다. 알루미나 표면적이 140 내지 250 m2/g일 수 있고, 평균 기공 크기는 6 nm 내지 16 nm일 수 있다. 코어 내의 %분자체는 0 내지 40%일 수 있고, 코어의 나머지는 알루미나이다. 코어의 표면적을 높이기 위해서, 필터-건조기 코어는, 코어를 통해서 길이방향으로 연장되는 복수의 적절히 성형된 채널을 형성할 수 있고, 중앙 본체로부터 연장되는 핀을 가질 수 있고, 또는 복수의 막대로 구성될 수 있다. 냉매 시스템은 냉매가 통과하여 유동하는 냉매 회로, 및 오염물질을 냉장 시스템으로부터 제거하기 위해서 냉매와 접촉되도록 구성된 필터-건조기 코어를 포함하는 필터-건조기 유닛을 포함한다.

Description

공조 및 냉장 시스템을 위한 산 및 할로겐화물 제거
본원은 일반적으로 독성 오염 물질의 제거, 그리고 특히 공조 및 냉장 시스템에서 사용되는 플루오로요오드카본 냉매(예를 들어, CF3I계 냉매)의 화학적 분해로 인해 형성되는 강산 및 할로겐화물 이온의 제거에 관한 것이다.
지구 온난화에 대처하기 위해, 온실 가스가 이산화탄소와 관련된 특정 시간 지평까지 대기 중에 가두는 열의 척도로 정의된 매개변수인 "지구 온난화 지수"(GWP)가 낮은 물질을 활용해야 한다는 압력이 다양한 산업 분야에서 존재한다. 일반적으로 낮은(<750) GWP 냉매는 앞으로 주거용 AC 시스템의 지구 온난화를 방지하기 위해 주로 사용될 것으로 이해된다. 많은 새로운 냉매의 새로운 혼합물과 화학 물질이 도입되고 있으며, 이는 화학적 양립성 및 장기 성능과 관련된 해결 과제 및 우려를 가져온다.
그러한 새로운 냉매 혼합물의 한 부류는 플루오르요오도카본 분자를 포함한다. 플루오르요오도카본 분자는, 일반적인 플루오로카본 냉매의 탄소-불소(C-F) 결합보다 훨씬 약한 탄소-요오드(C-I) 결합을 포함하여 GWP를 낮춘다. 그러나, 플루오로요오도카본 냉매를 사용하면, 비제한적으로, 과도한 열, 습기 및 광 노출과 같은 조건에서 화학적 불안정성을 초래할 수 있다. 플루오르요오도카본 유형의 분자의 분해는 강산 및 요오드화물 이온의 형성으로 이어진다. 이러한 유해 성분의 제거는 냉매의 장기적 안정성에 중요하다. 비교적 새로운 플루오로요오드카본 냉매 혼합물의 사용으로 인한 산 및 요오드화물을 제거하기 위한 현재의 해결책은 여전히 충분하지 않다. 현재의 필터-건조기 코어가 널리 사용되는 플루오로카본 냉매의 유해 성분을 제거하도록 충분히 설계되었지만, 기존의 코어 구성은, 얼마나 많은 자유 요오드화물이 용액 내에 잔류할 수 있는지에 대한 엄격한 제한으로 인해서, 플루오로요오드카본으로 구성된 냉매와 함께 사용하기에 충분치 않은 것으로 입증되었다.
따라서, 특히 과도한 온도 및/또는 습기 또는 기타 바람직하지 않은 환경 조건이 있는 경우에, 최신 공조 및 냉장 시스템에서 사용되는 플루오로요오도카본 냉매 분자의 화학적 분해로 인해 형성되는 강산 및 할로겐화물 이온(그리고 특히 요오드화물 이온)을 제거하기 위한 개선된 메커니즘이 당업계에 필요하다. 강산 및 현장에서 생성된 요오드화물의 제거는 일반적으로 특정 알루미나 등급과 분자체(molecular sieve)로 만들어진 몰딩된 코어를 사용하여 수행된다. 본 발명자들은 산 및 요오드화물의 제거를 향상시키는 특정 결합제를 갖는 몰딩된 건조기 코어 형태의 재료 해결책을 개발했다. 본원의 실시형태의 몰딩된 코어는 최대 노출 표면적을 갖도록 설계된다는 점에서 종래의 몰딩된 코어와 다르다.
본원의 예시적인 실시형태는, 감마 상 활성화 알루미나 및 분자체를 포함하는 몰딩된 건조기 코어를 포함한다. 분자체는 일반적으로 3 내지 4 옹스트롬의 기공 크기 및 300 내지 800 m2/g의 표면적을 갖는다. 알루미나는 0.1 내지 10 mm의 평균 비드 직경을 갖는 비드 형태(beaded form)로 제공된다. 예시적인 실시형태에서, 코어 표면적은 140 내지 250 m2/g이고, 평균 기공 크기는 6 nm 내지 16 nm이다. 코어 내의 %분자체는 0 내지 40%일 수 있고, 코어의 나머지는 알루미나이다. 요오드화물 및 다른 관련 산성 오염물질의 흡착 동역학은 최적의 흡착을 위한 주요 기반이고, 주어진 적용예에서 냉매 유동에 대한 재료의 노출 면적이 최대화된다. 공조 및 냉장 시스템으로부터의 요오드화물과 같은 오염물질의 제거 동역학은 시스템의 최적의 수명에 중요하다. 오염물질을 충분히 빨리 제거하지 못하는 것은, 시스템 내의 구리 튜빙의 내부 표면 상의 금속 요오드화물의 바람직하지 못한 침착을 포함하여, 시스템의 적절한 기능에 해로울 수 있다.
그에 따라, 본 발명의 양태는, 플루오르요오도카본을 포함하는 냉매의 분해에 의해서 생성되는 산 및 할로겐화물을 제거하기 위한, 예를 들어 필터-건조기 코어와 같은, 건조기 코어이고, 건조기 코어는, 감마 상 활성화 알루미나 및 분자체를 포함하는 몰딩된 코어를 포함한다. 예시적인 실시형태에서, 분자체는 3 내지 4 옹스트롬의 기공 크기 및 300 내지 800 m2/g의 표면적을 가지고/가지거나, 알루미나는 0.1 내지 10 mm의 평균 비드 직경을 갖는 비드 또는 과립 형태로 제공된다. 코어 표면적은 140 내지 250 m2/g일 수 있고, 평균 기공 크기는 6 nm 초과, 그리고 보다 구체적으로 6 nm 내지 16 nm일 수 있다. 코어 내의 %분자체는 0 내지 40%일 수 있고, 코어의 나머지는 알루미나이다. 코어의 표면적을 높이기 위해서, 건조기 코어는, 코어를 통해서 길이방향으로 연장되는 복수의 적절히 성형된 채널을 형성할 수 있거나, 건조기 코어는, 중앙 본체로부터 연장되는 핀(fin)을 가질 수 있거나, 건조기 코어는 복수의 막대로 구성될 수 있다. 본 발명의 다른 양태는 냉매 시스템이며, 이러한 냉매 시스템은 냉매가 통과하여 유동하는 냉매 회로, 및 냉장 시스템으로부터 오염물질을 제거하기 위해서 냉매와 접촉되도록 구성된 임의의 실시형태에 따른 건조기 코어를 포함하는 필터-건조기 유닛을 포함한다.
이하의 설명 및 첨부 도면을 참조할 때, 본 발명의 이러한 그리고 추가적인 특징이 분명해질 것이다. 설명 및 도면에서, 본 발명의 특정 실시형태가, 본 발명의 원리가 이용될 수 있는 방식 중 일부를 나타내는 것으로 구체적으로 설명되었지만, 본 발명의 범위가 그에 상응하게 제한되지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 오히려, 본 발명은, 본원에 첨부된 청구범위의 사상 및 범위 내에 포함되는 모든 변화, 수정 및 균등물을 포함한다. 하나의 실시형태와 관련하여 설명 및/또는 도시된 특징은 하나 이상의 다른 실시형태에서 동일한 방식 또는 유사한 방식으로 및/또는 다른 실시형태의 특징과 조합되어 또는 그 대신에 이용될 수 있다.
도 1은 제1 횡단면 형상을 갖는 복수의 채널을 포함하는 필터-건조기 코어의 제1 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 제2 횡단면 형상을 갖는 복수의 채널을 포함하는 필터-건조기 코어의 제2 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 제3 횡단면 형상을 갖는 복수의 채널을 포함하는 필터-건조기 코어의 제3 구성을 도시하는 도면이다.
도 4는 중앙 본체로부터 연장되는 핀을 포함하는 필터-건조기 코어의 제4 구성을 도시하는 도면이다.
도 5는 복수의 막대로서 구성된 필터-건조기 코어의 제5 구성을 도시하는 도면이다.
도 6은 냉매를 수용하도록 구성된 필터-건조기 유닛을 포함하는 냉매 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 7은 본원의 예시적인 실시형태에 따른 필터-건조기 유닛의 횡단면도를 도시하는 도면이다.
도 8은 본원의 필터 건조기 코어의 예시적인 요오드화물 제거 동역학의 그래프이다.
도 9는 본원의 필터 건조기 코어의 고-용량 적용예를 위한 예시적인 요오드화물 제거 동역학의 그래프이다.
이제, 도면을 참조하여 본원의 실시형태를 설명할 것이고, 여기에서, 전체를 통해서, 유사한 참조 번호가 유사한 요소를 지칭하기 위해서 사용된다. 도면이 반드시 실제 축척이지 않다는 것이 이해될 것이다.
본원의 실시형태는, 특히 과도한 온도 및/또는 습기 또는 기타 바람직하지 않은 환경 조건이 있는 경우에, 최신 공조 및 냉장 시스템에서 사용되는 플루오로요오도카본 냉매 분자의 화학적 분해로 인해 형성되는 강산 및 할로겐화물 이온(그리고 특히 요오드화물 이온)을 제거하기 위한 개선된 메커니즘을 제공한다. 강산 및 현장에서 생성된 요오드화물의 제거는 일반적으로 특정 알루미나 등급과 분자체로 만들어진 몰딩된 코어를 사용하여 수행된다. 본 발명자들은 산 및 요오드화물의 제거를 향상시키는 특정 결합제를 갖는 몰딩된 건조기 코어 형태의 재료 해결책을 개발했다. 본원의 실시형태의 몰딩된 건조기 코어는 최대 노출 표면적을 갖도록 설계된다는 점에서 종래의 몰딩된 코어와 다르다.
예시적인 실시형태는, 감마 상 활성화 알루미나 및 분자체를 포함하는 몰딩된 건조기 코어를 포함한다. 본 발명자는, 감마 상 활성화 알루미나가 종래의 필터 건조기 코어 재료에 비해서 더 우수한 코어 재료라고 생각한다. 감마 상 활성화 알루미나는, 예를 들어 보헤미트 상 알루미나와 같은 활성화 알루미나의 다른 상에 비해서 더 활성적인 부위를 가지며, 그에 따라 감마 상 활성화 알루미나는 유사한 실험 조건에서 더 큰 흡착 거동을 나타낸다. 감마 상 활성화 알루미나는 또한, 예를 들어 금속 함침 알루미나와 같은, 알루미나-계 재료의 다른 형태보다 우수한 화학적 양립성을 나타낸다.
더 구체적으로, 활성화 알루미나로도 지칭되는 다공성 알루미나 재료는, 베마이트(boehmite), 베이어라이트, 및 깁사이트와 같은 알루미늄 수화물로부터 또는 기타 독점적인 화학적 방법으로부터 파생된다. 초기 알루미늄 수화물의 화학적 성질에 기초하여, 열처리는 표면의 그리고 화학적으로 결합된 물 분자의 제거, 즉 탈수에 의해서 그리고 탈수소화(-OH 기 제거)에 의해서 알루미나의 다른 상을 유도한다. 상이한 상들은 γ(감마), η(에타), δ(델타), 및 θ(쎄타) 상을 포함하고, 다른 상들이 있다. 이러한 상들 사이의 주요 차이점은 관련된 결정 구조 변화와 함께 남아있는 물과 수산기의 양이다. 예를 들어, 베마이트는 사방정계 결정 구조를 갖는 반면, δ-알루미나는 결함 스피넬, 입방체 결정 구조를 갖는다. 유사하게 베이어라이트는 단사정계 결정 구조를 갖는 반면, 가열된 베이어라이트, 즉 η-상은 입방체 결정 형태를 갖는다.
활성화된 γ-알루미나(감마 알루미나)의 사용이 건조기 코어 구조의 맥락에서 다른 상에 비해서 상당한 장점을 갖는다는 것으로 본 발명자에 의해서 입증되었다. 알루미늄 금속 중심 형태의 루이스 산성 사이트, 및 -OH 및 -산화물 기 형태의 루이스 염기성 사이트의 수는 다른 상의 베마이트 기반 활성화 알루미나보다 상당히 더 많다. 이러한 루이스 산성 및 염기성 사이트는 F-와 같은 무기 음이온 및 H+와 같은 산성 이온을 효율적인 방식으로 흡착할 수 있다. 추가적인 가열은 일반적으로 물 분자의 제거를 통해 더 많은 루이스 산성 및 염기성 사이트를 생성하는 반면, 이는 대규모 제조의 경우 엄청난 비용이 발생될 수 있는 더 많은 가열을 필요로 하며, 이는 다른 알루미나 상에 비해서 유리한 활성화된 γ-알루미나의 더 많은 수의 루이스 산성 및 염기성 사이트를 제공한다. 또한, γ-알루미나는 요오드화물 및 산 분자와 같은 음이온을 흡착하는 탁월한 능력을 가지고 있는 것으로 밝혀졌다. γ-알루미나의 비드형 또는 과립형 버전은, 예를 들어 베마이트 형태의 알루미나를 가열하여 또는 베마이트 알루미나의 분말을 가열하여 γ-형태로 만들고 이어서 알루미나를 응집시키는 것에 의해서, 만들어 질 수 있다.
분자체는 일반적으로 3 내지 4 옹스트롬의 기공 크기 및 300 내지 800 m2/g의 표면적을 갖는다. 알루미나는 0.1 내지 10 mm의 평균 비드 직경을 갖는 비드 또는 과립 형태로 제공된다. 예시적인 실시형태에서, 알루미나 표면적은 140 내지 250 m2/g이고, 평균 기공 크기는 6 nm 초과, 그리고 더 구체적으로 6 nm 내지 16 nm이다. 코어 내의 %분자체는 0 내지 40%일 수 있고, 코어의 나머지는 알루미나이다. 요오드화물 및 다른 관련 산성 오염물질의 흡착 동역학은, 산 및 요오드화물을 용액으로부터 더 신속하게 제거하는 것을 포함하여, 최적의 성능을 위한 주요 기반이고, 주어진 적용예에서 냉매 유동에 대한 재료의 노출 면적이 최대화된다.
도 1 내지 도 5는 코어의 표면적을 최대화하기 위한, 예를 들어 필터-건조기 코어와 같은, 건조기 코어의 몇 개의 예시적인 설계 또는 구성을 도시한다. 이러한 예가 비제한적이라는 것을 이해할 것이다. 예시적인 실시형태에서, 건조기 코어는, 코어를 통해서 길이방향으로 연장되는 복수의 채널을 형성하는 것에 의해서 표면적을 증가시킨다. 예를 들어, 도 1은, 코어를 통해서 길이방향으로 연장되는 교번적인 다이아몬드형 및 모래시계형 채널의 규칙적인 패턴을 가지는 필터-건조기 코어(10)의 예를 도시한다. 도 2는, 코어를 통해서 길이방향으로 연장되는 육각형 채널의 규칙적인 패턴을 가지는 필터-건조기 코어(20)의 예를 도시한다. 도 3은, 코어를 통해서 길이방향으로 연장되는 삼각형 채널의 규칙적인 패턴을 가지는 필터-건조기 코어(30)의 예를 도시한다. 길이방향 채널의 다른 규칙적인 또는 불규칙적인 패턴을 이용하여 코어 표면적을 증가시킬 수 있고 특정 구현예를 수용하도록 성형될 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 건조기 코어는 코어의 외부 표면적을 증가시키는 것에 의해서 표면적을 증가시킨다. 예를 들어, 도 4는, 중앙 본체로부터 연장되는 규칙적인 패턴을 가지는 필터-건조기 코어(40)의 예를 도시한다. 도 5는 복수의 막대로 구성된 필터-건조기 코어(50)의 예를 도시하고, 표면적은 개별적인 막대의 외부 표면적으로서 증가된다. 외측 또는 외부 표면적의 다른 규칙적인 또는 불규칙적인 패턴을 이용하여 코어 표면적을 증가시킬 수 있고 특정 구현예를 수용하도록 성형될 수 있다.
성능 향상을 위해서, 부가적인 성분 재료가 코어 재료에 첨가될 수 있다. 일반적인 냉매는 고온에서 안정성 문제를 가질 수 있고, 냉매 분해를 줄이기 위해서 다양한 첨가제가 이용될 수 있다. 본원의 건조기 코어의 맥락에서, 특정의 통상인 안정성 첨가제가 알루미나를 포함하는 코어 재료에 흡착될 수 있다는 문제가 발생될 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 코어 재료는, 코어 내의 첨가제의 흡착을 차단하기 위한, 그리고 특히 알루미나 코어 재료 내의 냉매 첨가제의 흡착을 차단하기 위한, 예를 들어 오일과 같은 첨가제 흡착 차단제를 알루미나에 미리 로딩시키는 것(preloading)에 의해서 향상될 수 있다.
보다 구체적으로, 알루미나의 기공 표면을 첨가제 흡착 차단제로 막는 것은, 크기 배제 원리에 의해서, 알루미나가 산 및 요오드화물을 흡착할 수 있는 능력을 향상시킨다. 무기 산 및 요오드화물의 운동 직경(kinetic diameter)이 더 작은 경우에, 이러한 분자의 흡착 동역학은 방해 받지 않을 것이지만, 운동 직경이 훨씬 더 큰 첨가제는 심각하게 제한될 것이다. 종종 시스템 첨가제는, 발생 가능한 첨가제의 분해로, 알루미나 코어 재료에 달리 흡착되고, 이는 필터 첨가제 기능 손실 및 코어 재료에 대한 산/요오드화물 용량 손실과 같은 여러 문제를 초래한다. 기능적 손실을 방지하기 위해서, 필터 코어 재료에는 첨가제 흡착 차단제로서 작용하는 액체 탄화수소 또는 폴리에스테르 오일(POE)과 같은 냉매 오일이 미리 로딩될 수 있다. 액체 탄화수소는 POE와 같은 냉매 시스템 오일과 섞일 수 있어야 한다. 그러한 액체 탄화수소의 예는, 분자 크기 및 형상이 표적 알루미나의 기공 크기, 형상 및 체적에 상응하는, 헥산, 헵탄, 및 지방족/방향족 탄화수소 계열의 다른 구성원을 포함한다. 액체 탄화수소와 알루미나 사이의 상호 작용과 같이 냉매 첨가제와 알루미나 사이의 상호 작용과 유사하지만 산과 알루미나 사이의 상호 작용보다 더 강한 경우에, 첨가제는 흡착되지 않거나 첨가제 흡착의 감속이 발생될 것이고, 이는 시스템 성능 및 장기 시스템 건강에 유리하다. 탄화수소 외에도, 냉매 및 시스템 오일과 섞일 수 있고 시스템에 설치된 팽창 장치를 막지 않는 다른 액체 화학 물질도 사용될 수 있다. 작은 사슬 탄화수소가 첨가제 흡착 차단제로 사용될 때, 사용되는 백분율은 그러한 특정 탄화수소에 대한 표준 LFL(낮은 가연성 레벨)보다 훨씬 낮고, 액체 화학 물질은 모든 시스템 구성 요소와 양립될 수 있어야 한다. 전술한 특성을 갖는 다양한 화학 물질이, 설명된 코어 요소와 함께 사용될 수 있다.
대안적인 전략은, 맞춤형 기공 크기를 갖는 감마 상 활성화 알루미나 재료를 이용하는 것이다. 더 작은 크기의 요오드화물 및 산 이온의 경우에, 분자는, 운동 직경이 더 큰 경향이 있는 첨가제 분자보다, 요오드화물 및 산 이온을 우선적으로 흡착할 수 있다. 알루미나 재료가 분자체 재료에 비해서 엄격한(tight) 기공 크기 분포를 가지지 않지만, 이러한 기공 크기 분포는, 필요한 경우에, 하소 온도 및 시간을 주의 깊게 제어하는 것에 의해서 6 nm의 하단을 향해서 맞춰 질 수 있다. 예를 들어, 첨가제 차단 알루미나 재료가 6 nm 내지 16 nm의 평균 기공 크기를 가질 수 있다.
다른 예시적인 실시형태에서, 건조기 코어 재료는, 코어가 산 분자로 포화되고 새로운 필터가 필요한 때를 나타내기 위해서 알루미나에 첨가되는, 페놀프탈레인과 같은, 변색 표시제를 포함할 수 있다. 필터는 산 및 요오드화물을 흡착하고 유한한 총 용량을 갖는다. 필터 재료에 의한 산 및 요오드화물 흡착과 관련된 수명의 종료 또는 포화 지점을 나타내는 표시제 또는 용액이 시스템 수명을 향상시키는 효과적인 방식이다. 시스템 내에서 산이 생성되면, γ-알루미나에 로딩된 pH 표시제를 이용하여 필터 수명의 종료를 나타낼 수 있다. pH 표시제는 용액의 pH를 육안으로 측정하는 데 사용되는 할로크로믹 화학적 화합물을 포함한다. 냉매의 비-수성 성질의 경우, pH 표시제는 γ-알루미나 재료 상으로 직접 분무될 수 있다. pH 표시제는 대부분 알루미나의 표면 염기성 OH 기와 상호 작용하여, 염기성 체제에서 색상을 나타낸다. 시스템 동작 중에 필터가 산 분자를 흡착함에 따라, 필터 코어 재료 내의 알루미나 재료 상의 모든 결합 사이트가 소비되면, 과다 H+/H3O+가 표시제와 상호 작용하여 색상을 산성 체제를 향해서 변화시킬 것이다. 이는, 필터의 용량이 고갈되었고 필터를 교환할 필요가 있다는 것을 표시할 것이다. 코어 용액이 시스템 내의 경질 쉘의 내측에 있을 것으로 예상되므로, 표시제의 가시화를 위해서 원형 또는 다른 형상의 고압 유리 창을 쉘에 설치할 수 있다.
도 1 내지 도 5 및 도 7 중 임의의 도면에 도시된 바와 같은 필터-건조기 코어 구성이, 예를 들어, 공조, 열 펌프, 및 냉장 시스템 적용예에서, 그리고 특히 필터-건조기 유닛에서 이용될 수 있다. 전술한 구성 및 변형은 또한 필터 건조기 유닛 형태의 VRF(가변 냉매 유동) 또는 VRV(가변 냉매 체적) 시스템의 오일 라인에서 이용될 수 있다. 도 6을 참조하면, 예시적인 냉장 시스템(60)의 개략도가 도시되어 있다. 예시적인 냉장 시스템(60)은, 냉매 유체 도관 루프(70)를 따라서 배열된, 압축기(62), 응축기(64), 팽창 밸브(66), 및 증발기(68)를 갖는 냉매 회로를 포함한다. 정상 동작 중에, 냉매는 냉매 유체 도관 루프(70)를 따라서 연속적으로 유동한다. 냉장 시스템(60)은, 냉매가 통과하는 필터-건조기 유닛(72)을 더 포함한다. 필터-건조기 유닛(72)은 압축 공기의 수용을 위해서 냉매 유체 도관 루프(70)를 따라서 응축기(64)의 하류에 배열될 수 있다. 다른 예시적인 적용예에서, 필터-건조기 유닛(72)은 냉매 유체 도관 루프(70)의 다른 부분을 따라서 사용하기에 적합할 수 있다.
도 7은 본원의 예시적인 실시형태에 따른 필터-건조기 유닛(72)의 횡단면도를 도시하는 도면이다. 필터-건조기 유닛(72)은, 당업계에서 사용되는 바와 같은, 임의의 적합한 금속 또는 강성 플라스틱 재료와 같은, 경질 재료로 형성되는 외부 하우징(74)을 포함한다. 외부 하우징(74)은, 냉장 시스템(70) 내의 구성요소의 동결 및 부식을 유발할 수 있는 또는 시스템의 윤활제와 반응하여 구성요소의 동작에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 바람직하지 못한 유기 산을 형성할 수 있는 수분과 같은, 냉장 시스템으로부터의 오염물질을 제거하기 위해서 냉매와 접촉되도록 구성된 필터-건조기 코어 재료(76)를 지지한다. 필터-건조기 유닛(72)은 냉매의 건조를 위해서 효과적으로 사용된다. 코어 재료(76)는 전술한 바와 같이 감마 상 활성화 알루미나 코어로 구성될 수 있고, 도 1 내지 도 5의 실시형태 중 임의의 실시형태에 따라 성형 및 구성될 수 있다.
도 8은 본원의 필터 건조기 코어의 예시적인 요오드화물 제거 동역학의 그래프이다. 특히, 도 8은, 본원의 필터 건조기 코어 구성을 이용하여 달성될 수 있는 ppm(parts per million)의 요오드화물의 양 대 시간을 도시한다. 도 8의 좌측 부분은 막대 그래프 포맷을 가지고, 도 8의 우측 부분은 선 그래프 포맷의 비교 가능 결과를 도시한다. 도 8의 예에서, 시작 요오드화물의 양은 180 ppm이고, 그러한 180 ppm의 시작 양의 요오드화물은 약 4시간 이내에 19 ppm의 요오드화물까지 떨어지고, 요오드화물의 양은 약 8시간 이내에 검출 한계 미만으로 떨어 진다. 그러한 결과는 통상적인 구성에 비해서 향상된 요오드화물 제거를 제공한다.
도 9는 본원의 필터 건조기 코어의 고-용량 적용예를 위한 예시적인 요오드화물 제거 동역학의 그래프이다. 도 8과 유사하게, 도 9은, 본원의 필터 건조기 코어 구성을 이용하여 달성될 수 있는 ppm의 요오드화물의 양 대 시간을 도시한다. 도 9의 예에서, 고용량 적용예가 도시되어 있고, 그에 따라 시작 요오드화물의 양은 11000 ppm이다. 그러한 요오드화물의 11000 ppm의 시작 양은 약 1일 이내에 890 ppm으로 떨어 졌고, 요오드화물의 양은 7일 이내에 37 ppm까지 떨어 졌다. 따라서, 결과는 고용량 상황 하에서 단지 1일 이내에 요오드화물의 90% 초과의 감소를 보여 준다. 그러한 결과는 또한 통상적인 구성에 비해서 향상된 요오드화물 제거를 제공한다.
그에 따라, 본 발명의 양태는, 플루오르요오도카본을 포함하는 냉매의 분해에 의해서 생성되는 산 및 할로겐화물을 제거하기 위한, 예를 들어 필터-건조기 코어와 같은, 건조기 코어이고, 건조기 코어는, 감마 상 활성화 알루미나 및 분자체를 포함하는 몰딩된 코어를 포함한다. 예시적인 실시형태에서, 분자체는 3 내지 4 옹스트롬의 기공 크기 및 300 내지 800 m2/g의 표면적을 가지고/가지거나, 알루미나는 0.1 내지 10 mm의 평균 비드 직경을 갖는 비드 형태로 제공된다. 알루미나 표면적은 140 내지 250 m2/g일 수 있고, 평균 기공 크기는 6 nm 초과, 그리고 보다 구체적으로 6 nm 내지 16 nm일 수 있다. 코어 내의 %분자체는 0 내지 40%일 수 있고, 나머지는 알루미나이다. 코어의 표면적을 높이기 위해서, 필터-건조기 코어는, 코어를 통해서 길이방향으로 연장되는 복수의 적절히 성형된 채널을 형성할 수 있거나, 필터-건조기 코어는, 중앙 본체로부터 연장되는 핀을 가질 수 있거나, 필터-건조기 코어는 복수의 막대로 구성될 수 있다. 필터-건조기 코어는 알루미나 코어 내의 냉매 첨가제의 흡착을 차단하기 위한 오일과 같은 첨가제 흡착 차단제, 및/또는 산 흡착이 코어 내에서 포화에 도달한 때를 표시하기 위한 변색 표시제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 냉매 시스템이며, 이러한 냉매 시스템은 냉매가 통과하여 유동하는 냉매 회로, 및 냉장 시스템으로부터 오염물질을 제거하기 위해서 냉매와 접촉되도록 구성된 임의의 실시형태에 따른 건조기 코어를 포함하는 필터-건조기 유닛을 포함한다. 예시적인 실시형태에서, 필터-건조기 유닛은, 건조기 코어를 지지하는 외부 하우징을 포함할 수 있다. 냉매 회로는, 냉매가 통과하여 유동하는 냉매 유체 도관 루프를 따라서 배열된, 압축기, 응축기, 팽창 밸브, 및 증발기를 포함할 수 있고, 필터-건조기 유닛은 냉매 유체 도관 루프를 따라서 응축기의 하류에 배열될 수 있다.
비록 특정 실시형태 또는 실시형태들과 관련하여 본 발명이 도시되고 설명되었지만, 본 명세서 및 첨부 도면의 판독 및 이해로부터, 당업자는 균등한 변경 및 수정을 할 수 있을 것이다. 특히, 전술한 요소(구성요소, 조립체, 장치, 조성물 등)에 의해서 실시되는 여러 기능과 관련하여, 그러한 요소를 설명하기 위해서 이용되는 ("수단"에 대한 언급을 포함하는) 용어는, 달리 표시된 바가 없는 한, 비록 개시된 구조물과 구조적으로 균등하지는 않지만 본원의 예시된 예시적인 실시형태 또는 실시형태들의 기능을 수행하는, 설명된 요소의 특별한 기능을 실시하는 (즉, 기능적으로 균등한) 임의 요소에 상응할 것이다. 또한, 본 발명의 특정 특징이 단지 몇몇 예시된 실시형태 중 하나 이상과 관련하여 전술되었을 수 있지만, 그러한 특징은, 희망에 따라 그리고 임의의 주어진 또는 특정 적용예에서 유리할 수 있는 경우에, 다른 실시형태의 하나 이상의 다른 특징과 조합될 수 있다.

Claims (20)

  1. 플루오르요오도카본을 포함하는 냉매의 분해에 의해서 생성되는 산 및 할로겐화물을 제거하기 위한 건조기 코어이며, 상기 건조기 코어는, 감마 상 활성화 알루미나 및 분자체를 포함하는 몰딩된 코어를 포함하는, 건조기 코어.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분자체는 3 내지 4 옹스트롬의 기공 크기 및 300 내지 800 m2/g의 표면적을 가지는, 건조기 코어.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 알루미나는 0.1 내지 10 mm의 평균 비드 직경을 갖는 비드 또는 과립 형태로 제공되는, 건조기 코어.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    코어 표면적이 140 내지 250 m2/g이고, 평균 기공 크기는 6 nm 내지 16 nm인, 건조기 코어.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어 내의 %분자체는 0 내지 40%이고, 코어의 나머지는 알루미나인, 건조기 코어.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어는 코어를 통해서 길이방향으로 연장되는 복수의 채널을 형성하는, 건조기 코어.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 채널이 규칙적인 패턴으로 구성되는, 건조기 코어.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 규칙적인 패턴은 교번적인 다이아몬드형 및 모래시계형 채널, 육각형 채널, 또는 삼각형 채널 중 하나인, 건조기 코어.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    필터-건조기 코어는 중앙 본체로부터 연장되는 핀을 가지는, 건조기 코어.
  10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    필터-건조기 코어가 복수의 막대로서 구성되는, 건조기 코어.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    필터-건조기 코어는 알루미나 코어에 의한 냉매 첨가제의 흡착을 차단하기 위한 첨가제 흡착 차단제를 포함하는, 건조기 코어.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 첨가제 흡착 차단제가 오일인, 건조기 코어.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 첨가제 흡착 차단제가 액체 탄화수소인, 건조기 코어.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 첨가제 흡착 차단제는 평균 기공 크기가 6 nm 내지 16 nm인 감마 상 알루미나인, 건조기 코어.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필터-건조기 코어는 필터-건조기 코어 내에서 산 흡착이 포화에 도달한 때를 표시하기 위한 변색 표시제를 포함하는, 건조기 코어.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 변색 표시제는 감마 상 활성화 알루미나에 직접 분무된 pH 표시제인, 건조기 코어.
  17. 냉매 시스템이며:
    냉매가 통과하여 유동하는 냉매 회로; 및
    오염물질을 냉장 시스템으로부터 제거하기 위해서 냉매와 접촉되도록 구성된 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 건조기 코어를 포함하는 필터-건조기 유닛을 포함하는, 냉매 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 필터-건조기 유닛은 건조기 코어를 지지하는 외부 하우징을 포함하는, 냉매 시스템.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    상기 냉매 회로는 냉매가 통과하여 유동하는 냉매 유체 도관 루프를 따라서 배열된, 압축기, 응축기, 팽창 밸브, 및 증발기를 포함하는, 냉매 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 필터-건조기 유닛은 냉매 유체 도관 루프를 따라서 응축기의 하류에 배열되는, 냉매 시스템.
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