KR101586518B1 - 교대로 작업하는 흡착장치 사이의 열전달 실행 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 흡착식 냉동 장치에서 교대로 작업하는 흡착장치(Ad1, Ad2) 사이의 열전달을 실행하기 위한 방법에 관한 것으로서, 외부 냉각 회로(Kw) 및 외부 가열 회로(Hw)를 포함한다. 본 방법은 제1 및 제2 흡착장치 사이에 연결된 열전달 폐회로에 의해 특징지어지고, 열전달 폐회로는 열전달 폐회로 내에서 순환하는 열전달 매체(Wm)를 포함하고, 외부 냉각 회로(Kw)에 관한 열전달은 제1 열접촉부를 통하여 열전달 폐회로에서 실행되고, 외부 가열 회로(Hw)에 관한 열전달은 제2 열접촉부를 통하여 실행된다.
Description
본 발명은, 청구항 1의 전제부에 따른 흡착식 냉동 시스템에서 교대로 작업하는 흡착장치 사이의 열전달을 실행하기 위한 방법에 관한 것이고, 청구항 8의 전제부에 따른 교대로 작업하는 흡착장치 사이의 열전달을 실행하기 위한 장치에 관한 것이다.
교대로 작업하는 흡착장치를 포함하는 흡착식 냉동 시스템에서 흡착장치 사이의 열전달이 시스템에서 발생하는 열역학적 순환 프로세스의 과정에서 실행될 필요가 있다. 이것은, 구동되는 냉동 유체의 곧 있을 흡착 및 탈착 프로세스를 위해 2개의 흡착장치 각각에서 온도를 조정하기 위하여 필요하고, 이것에 의하여, 순환 프로세스의 각각의 다음 서브 단계가 진행된다. 공지 기술로 알려진 시스템에서는, 이러한 목적을 위해 가열 및 냉각 회로가 사용된다. 밸브 시스템에 의해서, 제1 및 제2 흡착장치는 2개의 흡착장치의 온도가 동일하게 될 때까지 가열 및 냉각 회로에서 순환하는 매체를 통하여 교대로 유동된다.
이러한 과정은 일련의 결점을 포함한다. 외부의 대개 커다란 크기의 회로에서 가열 및 냉각 매개체의 순환 때문에, 압력 손실 및 압력 피크(peak)와 같은 다양한 유압관련 부작용이 발생하고, 이것은 흡착장치와 가열 매체 사이 및 흡착장치와 냉각 매체 사이 각각의 열전달 용량을 제한시킨다. 이것은, 양쪽 흡착장치의 온도 평형에 관한 조정 시간이 불합리하게 높게 되는 직접적인 결과를 가져오고, 따라서 흡착식 냉동 시스템의 전체 냉각용량 상에 부정적인 영향을 미친다.
게다가, 2개의 독립적 외부 회로는 교대로 양 흡착장치에 연결되어야 한다. 이것은, 상당한 신체활동을 야기하고 대응하게 치수화되는 것을 요구하고, 따라서 고가의 밸브 시스템을 필요로 한다. 또한, 흡착장치를 통하는 가열 및 냉각 매체의 대체 흐름은 가열 및 냉각 회로의 바람직하지 않은 유압 혼합을 야기한다. 따라서, 외부 가열 및 냉각 회로가 다른 매개체에 의해 유동 된다면, 외부 가열 및 냉각 회로는 흡착식 냉동 시스템의 프로젝트 구상시 무시되어야 한다.
그러므로 외부 냉각 회로 및 외부 가열 회로를 포함하는, 흡착식 냉동 시스템에서 교대로 작업하는 흡착장치 사이의 열전달을 실행하기 위한 방법으로서, 전술한 결점이 전혀 없는 방법을 제공하는 것이 목적이다. 상세하게는, 외부 회로로부터의 매개체의 혼합이 방지되고, 양쪽 흡착장치 사이의 온도 평형에 관한 조정 시간이 단축되어, 따라서 시스템의 효율이 상당히 향상될 수 있다.
본 방법 양상에 관하여, 상기 목적은, 흡착식 냉동 시스템에서 교대로 작업하는 흡착장치 사이의 열전달을 실행하기 위한 방법으로서, 청구항 1의 특징부에 따른 외부 냉각 회로 및 외부 가열 회로를 포함하는 방법으로 달성되고, 본 장치 양상에 관하여는, 청구항 8의 특징부에 따른 장치에 의해 달성된다. 각각의 종속항은 본 방법과 본 장치의 유용하고 유리한 실시예를 기술한다.
본 발명에 따른 방법은, 제1 및 제2 흡착장치 사이에 연결된 열전달 폐회로에 의해 특징지어지고, 열전달 폐회로는 열전달 폐회로에서 순환하는 열전달 매체를 포함한다. 외부 냉각 회로에 관한 열전달은 제1 열접촉부를 통하여 열전달 폐회로에서 실행되고, 외부 가열 회로에 관한 열전달은 제2 열접촉부를 통하여 실행된다.
공지 기술로 알려진 접근 방법과 대조적으로, 본 발명에서는 창의적으로, 외부 냉각 및 가열 회로가 흡착장치로부터 완전히 분리되어 별개로 제공된다. 대신에, 열전달 매체는 흡착장치를 통하여 열전달 회로에서 순환하고, 이를 위해 제공되는 상태에서 외부 회로가 구비한 열에너지를 교환한다.
이와 같이 기본적으로 감소된 열전달 회로의 크기 때문에, 그리고 열전달 회로와 관련되어 순환하는 열전달 매체의 제한된 양 때문에, 흡착장치 사이의 열전달이 실행될 때 변환 동작이 상당히 개선되고, 외부 회로의 유체역학적 조건으로부터 완전히 분리된다. 이것은 짧은 반응 시간, 대응하는 밸브 시스템에 관한 적은 신체활동, 및 넓은 범위에서 유압관련 부작용의 방지를 가져온다. 게다가, 외부 회로의 혼합이 불가능하게 된다. 따라서, 흡착식 냉동 시스템의 열역학적 요구사항을 만족한다면, 외부 회로는 어떠한 매개체를 통해서도 실질적으로 유동될 수 있다.
상세하게는, 열전달 회로는 순환 프로세스에서 다음의 서브 단계를 포함한다.
제1 서브 단계에서, 열전달 매체는 제2 열접촉부에서 가열되고 제1 흡착장치로 유입된다. 동시에, 열전달 매체는 제2 흡착장치에서 배출되고 제1 열접촉부에서 냉각된다.
따라서, 이 서브 단계에서, 열에너지는 외부 가열 회로에서 인출하여 외부 냉각 회로로 제공된다. 열전달 매체는 열전달 매체의 흐름에 의해서, 각각의 제1 흡착장치, 제2 흡착장치, 제2 열접촉부, 제1 열접촉부 사이, 따라서, 외부 가열 회로 및 냉각 회로의 사이를 열 접촉하도록 한다.
제2 서브 단계에서, 열전달 매체는 제1 흡착장치와 제2 흡착장치 사이에 전달된다. 동시에, 열전달 매체는 제1 열접촉부로부터 제2 열접촉부 내로 전달된다.
이 서브 단계는 두 개의 흡착장치 사이의 열전달을 나타낸다. 동시에, 제1 열접촉부에서 열 접촉에 의해 냉각된 열전달 매체는, 열적으로 외부 가열 회로와 접촉되는 제2 열접촉부 내로 유동한다.
제3 서브 단계에서, 열전달 매체는 제2 열접촉부에서 가열되고 이제 제2 흡착장치로 유입된다. 동시에, 열전달 매체는 제1 흡착장치에서 배출되고 제1 열접촉부에서 냉각된다.
따라서, 제3 서브 단계는 실질적으로 제1 서브 단계에 대응된다. 그러나 제2 흡착장치가 이제 제2 열접촉부 즉, 외부 가열 회로와 열적으로 접촉되고, 제1 흡착장치가 제1 열접촉부 즉, 외부 냉각 회로와 열적으로 접촉된다는 차이점이 있다.
제4 서브 단계에서, 열전달 매체가 제2 흡착장치와 제1 흡착장치 사이에서 전달된다. 동시에, 열전달 매체가 제1 열접촉부로부터 제2 열접촉부로 전달된다.
따라서, 제4 서브 단계는 본 방법에서 제2 서브 단계에 대응된다. 즉, 열전달 회로 사이클에 의해서, 한편 제1 흡착장치와 다른 한편 제2 흡착장치는 외부 냉각 및 가열 회로와 열적으로 접촉되고, 양쪽 흡착장치는 서로 사이에서 서로 열적으로 접촉되고, 이에 의하여, 흡착장치는 항상 폐회로부터의 매체를 통해서만 유동된다.
본 방법의 특히 유용한 실시예에서, 제2 열접촉부는 증발기로 설계되고, 제1 열접촉부는 응축기로 설계된다. 열전달 매체는 증발기에서 증발되는 반면에, 열전달 매체는 응축기에서 응축된다.
제1 및 제3 서브 단계 동안에, 열전달 매체가 각각 제2 흡착장치 및 제1 흡착장치로 유입되면, 열전달 매체는 응축된다. 제2 및 제4 서브 단계 동안에, 열전달 매체가 제1 흡착장치와 제2 흡착장치 사이에서 전달되면, 열전달 매체는 두 개의 흡착장치 중, 일 흡착장치에서 부분적으로 증발하는 반면에, 타 흡착장치에서는 응축된다.
대체로, 동시에 증발기와 압축기에서 발생하는 상전이(phase transition)를 수반하는 외부 회로와의 열 교환은 열전달 회로에서 열전달 용량을 증가시키고, 따라서, 흡착식 냉동 기계의 효율을 상당히 향상시킨다. 동시에, 두 개의 흡착장치의 열 회복 프로세스의 기간, 즉 열전달 회로에서 수행되는 순환 프로세스의 시간의 길이가 상당히 감소된다. 결국, 이것은 빠르게 전환하는 흡착식 냉동 시스템에서 매우 중요하다. 게다가, 이러한 조건 하에서, 열전달 매체는 기상(vapor phase)으로 각각의 흡착장치를 유동한다. 이것은 유동 경로를 제어하는데 상당이 적은 신체활동을 요구하고, 압력 피크가 방지될 수 있으면서 더욱 균일한 유동 동작을 야기한다.
유용하게도, 응축기에서 응축된 열전달 매체는, 응축기와 증발기 사이에 삽입된 응축액 컨테이너에서 수집된다. 응축기와 증발기 사이의 열전달 매체의 흐름은 간편한 방식으로 조절될 수 있다.
응축액 컨테이너에서 액상의 열전달 매체의 수집은 중력의 영향 하에 의한다는 장점이 있다. 따라서 펌핑 수단이 필요 없다.
일 실시예에서, 제1 흡수장치가 제1 열교환기로 대체되고, 제2 흡수장치가 제2 열교환기로 대체되어, 흡착식 냉동 시스템의 냉매 증발은 대안적으로 제1 및 제2 열교환기에서 발생하고, 외부 가열 회로가 외부 냉각 회로로 대체된다.
외부 냉각 회로 및 외부 가열 회로를 포함하는, 흡착식 냉동 시스템에서 교대로 작업하는 흡착장치 사이의 열전달을 실행하기 위한 장치는 히트파이프 배치에 의해 창의적으로 특징지어지고, 히트파이프 배치는, 히트파이프 배치 내에서 순환하는 열전달 매체를 구비하고, 외부 냉각 회로 및 외부 가열 회로에 열적으로 결합된다.
유용하게도, 히트파이프 배치는 다음의 구성을 포함한다. 냉각 회로와 열 접촉하는 제1 열접촉부, 가열 회로와 열 접촉하고 제1 열접촉부에 연결된 제2 열접촉부, 제1 흡착장치, 제2 흡착장치, 및 제2 열접촉부 사이의 제1 밸브 유닛, 및 제1 흡착장치, 제2 흡착장치, 및 제1 열접촉부 사이의 제2 밸브 유닛이 제공된다.
유용하게도, 제1 열접촉부는 응축기로 설계되고, 제2 열접촉부는 증발기로 설계된다. 추가로, 바람직한 실시예에서는, 응축기와 증발기 사이에 삽입되는 응축액 컨테이너가 제공된다.
유용하게도, 제3 밸브가 응축기와 응축액 컨테이너 사이에 배치되고, 제4 밸브가 응축액 컨테이너와 증발기 사이에 배치된다. 따라서, 응축기, 응축액 컨테이너, 및 증발기 사이의 응축된 열전달 매체의 흐름을 조절하는 것이 가능하다.
밸브 수단은 사이클을 이루며 순환하는 다음의 밸브상태를 구현한다. 제1 밸브 상태에서, 증발기와 제1 흡착장치 사이의 연결이 개방되고, 제2 흡착장치와 응축기 사이의 연결이 개방되고, 제2 밸브 상태에서, 제1 흡착장치와 제2 흡착장치 사이의 연결이 개방되고, 응축기 및/또는 응축액 컨테이너 및 증발기 사이의 연결이 개방되고, 제3 밸브 상태에서, 증발기와 제2 흡착장치 사이의 연결이 개방될 뿐만 아니라, 제1 흡착장치와 응축기 사이의 연결이 개방되고, 및 제4 밸브 상태에서, 제2 밸브 상태가 다시 된다.
제1 및 제3 밸브 상태에서, 응축액 컨테이너가 제공된다면, 응축기와 응축액 컨테이너 사이의 연결이 개방될 수 있다. 따라서, 결과적인 응축된 열전달 매체는 응축기 외부에서 수집되고 일시적으로 저장될 수 있다.
제1 밸브 유닛 및/또는 제2 밸브 유닛은 제어가능한 3 방향 밸브로 설계된다. 제3 밸브 유닛은 제어가능한 3 방향 밸브가 될 수 있다.
이제, 실시예에 의해서 본 방법과 본 장치는 더욱 상세하게 설명된다. 첨부된 도 1 및 2는 도시화 역할을 한다. 동일한 부분, 또는 유사하게 작동하는 부분은 동일한 참조 번호를 가진다.
본 발명에 따른 흡착식 냉동 시스템에서 교대로 작업하는 흡착장치 사이의 열전달을 실행하기 위한 방법 및 장치에 의해서, 외부 회로로부터의 매개체의 혼합이 방지되고, 양쪽 흡착장치 사이의 온도 평형에 관한 조정 시간이 단축되어, 따라서 시스템의 효율이 상당히 향상될 수 있다.
도 1은 열전달 매체에 의해 유동되는 히트파이프 배치를 도시한다.
도 2는 흡착식 냉동 시스템에서 구동되는 냉동 매체에 관한 실시예를 도시한다.
도 2는 흡착식 냉동 시스템에서 구동되는 냉동 매체에 관한 실시예를 도시한다.
도 1은 제1 흡착장치(Ad1), 제2 흡착장치(Ad2), 외부 냉각 회로(Kw), 및 외부 가열 회로(Hw) 사이에 열전달 매체에 의해 유동되는 히트파이프(heat pipe) 배치를 도시한다.
히트파이프 배치는, 응축기(Kd)에 의하여 외부 냉각 회로와 증발기(Vd)에 의해 외부 가열 회로와 열적으로 결합된다. 최초에 응축기에서 액화된 열전달 매체를 수집하고, 다음에 그것을 증발기로 전달하는 응축액 콘테이너(Kb)가 제공된다.
다수의 밸브 유닛이 흐름을 조절하고 히트파이프 배치에서 발생하는 작업 프로세스를 구현하는 역할을 한다. 제1 밸브 유닛(V1)은 증발기(Vd)로부터 흡착장치(Ad1, Ad2)로의 열전달 매체의 공급뿐만 아니라 두 개의 흡착장치(Ad1, Ad2) 사이의 열전달 매체의 흐름을 조절한다. 제2 밸브 유닛(V2)은 흡착장치(Ad1, Ad2)로부터 응축기(Kd)로의 열전달 매체의 전송뿐만 아니라 양 흡착장치 사이의 열전달 매체의 흐름을 조절한다.
제3 밸브 유닛은 응축기(Kd)와 응축액 컨테이너(Kb) 사이의 연결과 응축액 컨테이너(Kb)와 증발기(Vd) 사이의 연결을 개폐한다. 마지막으로, 제4 밸브 유닛은 응축액 컨테이너와 증발기 사이의 다른 연결을 개폐한다.
본 실시예에서, 밸브 유닛(V1, V2)은, 각각 도시되지 않은 제어 유닛에 의해 작동되고 전환되는(switched) 3 방향 밸브로 설계된다. 상세하게는, 이것은 전기기계식으로, 공압식으로, 또는 유압식으로도 달성될 수 있다.
본 실시예에서, 제3 밸브 유닛(V3)은 응축액 컨테이너(Kb)의 상부측 상에 배치되어, 응축기(Kd)로부터의 유입과 증발기(Vd)로의 열전달 매체의 배출 모두를 조절한다. 제3 밸브 유닛(V3)의 이러한 상태는 응축액 컨테이너로부터 증발기로의 열전달 매체의 자율 조정 유량을 얻을 수 있기 때문에 유용하다. 도시된 구조에서, 응축액 컨테이너의 액상 매체는 증발기에서 매체의 증발에 의해 야기되는 부압(negative pressure)에 의해 흡입되고, 그것에 의하여 응축액 컨테이너와 증발기 사이의 액상 매체의 유량은 직접적으로 증발기의 매체의 증발량에 의존한다. 밸브 유닛(V1, V2)과 같이 이 밸브 유닛도 또한 제어 유닛에 의해 작동되고, 전기기계식으로, 공압식으로, 또는 유압식으로도 전환될 수 있다.
제4 밸브 유닛(V4)은 응축액 컨테이너로부터 증발기로의 액상 열전달 매체의 직접 전송을 확실하게 한다. 이것에 관하여, 응축기(Kd)는 응축액 컨테이너(Kb) 상부에 그리고 응축액 컨테이너는 증발기(Vd) 상부에 또는 적어도 그들의 높이 차로 배치되는 구조가 유용하다. 이러한 구조에서 액상 열유체 매체는 단지 중력의 영향만으로 응축액 컨테이너로 유입될 수 있고, 필요하다면, 증발기(Vd) 내로 낙하될 수 있다.
히트파이프 배치의 다양한 작업 사이클은 밸브 유닛(V1, V2)에 의해 제공되는 3개의 다른 상태와 밸브 유닛(V3, V4)에 의해 제공되는 2개의 다른 상태로 밸브 유닛(V1, V2, V3, V4)의 상태에 의해 사전에 정해진다.
밸브 유닛(V1)의 다음 설명을 참조하여, 밸브 상태가 정해진다.
상태(V1-1)에서, 흡착장치(Ad1)와 증발기(Vd) 사이의 연결은 개방되고, 흡착장치(Ad2)와 증발기(Vd) 사이의 연결은 닫힌다. 상태(V1-2)에서, 흡착장치(Ad2)와 증발기(Vd) 사이의 연결은 개방되고, 흡착장치(Ad1)와 증발기(Vd) 사이의 연결은 닫힌다. 상태(V1-3)에서, 흡착장치(Ad1, Ad2) 사이의 연결은 개방되고, 증발기(Vd)에 대한 흡착장치의 연결은 닫힌다.
밸브 유닛(V2)에 대한 다음의 밸브 상태가 정해진다.
상태(V2-1)에서, 흡착장치(Ad1)와 응축기(Kd) 사이의 연결은 개방되고, 흡착장치(Ad2)와 응축기(Kd) 사이의 연결은 닫힌다. 상태(V2-2)에서, 흡착장치(Ad1)와 응축기(Kd) 사이의 연결은 닫히고, 흡착장치(Ad2)와 응축기(Kd) 사이의 연결은 개방된다. 상태(V2-3)에서, 흡착장치(Ad1, Ad2) 사이의 연결은 개방되고, 응축기(Kd)에 대한 흡착장치의 연결은 닫힌다.
밸브 유닛(V3)은 다음의 밸브 상태를 취할 수 있다.
상태(V3-1)에서, 응축기(Kd)와 응축액 컨테이너(Kb) 사이의 연결은 개방되고, 컨테이너(Kb)와 증발기(Vd) 사이의 연결은 닫힌다. 밸브 유닛(V3)의 상태(V3-2)에서, 응축액 컨테이너(Kb)와 증발기(Vd) 사이의 연결은 개방되고, 응축기(Kd)와 응축액 컨테이너(Kb) 사이의 연결은 닫힌다.
마지막으로, 밸브 유닛(V4)에 대한 다음의 밸브 상태가 정해진다.
상태(V4-1)에서, 응축액 컨테이너(Kb)와 증발기(Vd) 사이의 연결은 개방된다. 상태(V4-1)에서, 응축액 컨테이너(Kb)와 증발기(Vd) 사이의 연결은 닫힌다.
작업 사이클의 개별적인 단계에서 필요한, 기술된 밸브 상태와 장치에 제공되는 밸브 유닛의 상태 전환(switching)은 통상의 기술자에게 공지된 다양한 다른 밸브 구조에 의해 물론 구현될 수 있다. 각각의 서브-단계에서 정확하게 미리 정해진, 밸브 유닛(V1~V4)의 상태 전환의 조합은, 특별한 밸브 또는 밸브 모듈의 형태의 모든 밸브를 포함하는 컴팩트 구조를 특히 가능하게 하고, 상기 상태 전환의 조합은 기술된 상태 전환을 구현하고, 상기 상태 전환의 조합으로 전술한 밸브 유닛은 구조적으로 통합된다.
상기 정해진 밸브 상태에 관하여, 히트파이프 배치에서 발생하는 순환 프로세스는 예를 들면, 다음과 같이 실행된다. 제1 단계에서, 열전달 매체의 탈착(desorption)은 흡착장치(Ad1)에서 발생하고, 열전달 매체의 흡착은 흡착장치(Ad2)에서 발생한다. 이때, 제1 밸브 유닛(V1)은 상태(V1-1)에 있고, 제2 밸브 유닛(V2)은 상태(V2-2), 제3 밸브 유닛(V3)은 상태(V3-1), 그리고 제4 밸브 유닛(V4)은 상태(V4-2)에 있다. 가열 회로(Hw)의 열 접촉으로 인해, 열전달 매체는 증발기(Vd)에서 증발되어, 열전달 매체가 응축되는 흡착장치(Ad1)로 유동한다. 동시에, 열전달 매체는 흡착장치(Ad2)에서 증발되어, 외부 냉각 회로(Kw)의 열 접촉으로 인해 열전달 매체가 응축되는 응축기(Kd)로 유동한다. 응축기에서 액화된 열전달 매체는, 액화된 열전달 매체가 수집되는 응축액 컨테이너(Kb) 내로 유동한다. 제1 단계는, 흡착장치(Ad1)가 증발기에서 지배적이고(prevailing) 외부 가열 회로(Hw)에 의해 결정되는 온도(THAd1)를 채택할 때 및 흡착장치(Ad2)가 응축기에서 지배적이고 외부 냉각 회로(Kw)에 의해 결정되는 온도(TKAd2)를 채택할 때 마쳐진다.
제2 단계에서, 열 회복이 흡착장치(Ad1)와 흡착장치(Ad2) 사이에서 발생한다. 이때, 제1 밸브 유닛(V1)은 상태(V1-3)에 있고, 제2 밸브 유닛(V2)은 상태(V2-3), 제3 밸브 유닛(V3)은 상태(V3-2), 그리고 제4 밸브 유닛(V4)은 상태(V4-2)에 있다.
이제 흡착장치(Ad1, Ad2)는, 증발기(Vd)와 응축기(Kd)로부터 차단되어 서로 직접적으로 연결된다. 흡착장치(Ad1)의 열전달 매체의 일부는 증발되고, 흡착장치(Ad2)에서 응축된다. 결과적으로 흡착장치(Ad1, Ad2)가 동일한 온도(TG)를 채택한다. 제2 단계는 온도(TG)에 도달할 때 마쳐진다. 동시에, 응축액 컨테이너(Kb)에 수집된 액상 열전달 매체는 증발기(Vd) 내로 전달된다.
제 3단계에서, 탈착은 흡착장치(Ad2)에서 발생하고, 흡착은 흡착장치(Ad1)에서 발생한다. 이때, 제1 밸브 유닛(V1)은 상태(V1-2)에 있고, 제2 밸브 유닛(V2)은 상태(V2-1), 제3 밸브 유닛(V3)은 상태(V3-1), 그리고 제4 밸브 유닛(V4)은 상태(V4-2)에 있다. 응축액 컨테이너(Kb)로부터 증발기(Vd)로 유입하는 열전달 매체는 외부 가열 회로(Hw)의 열 접촉으로 인해 증발되어, 열전달 매체가 응축되는 흡착장치(Ad2) 내로 유동한다. 동시에, 열전달 매체는 흡착장치(Ad1)에서 증발되어, 외부 냉각 회로(Kw)의 열 접촉으로 인해 열전달 매체가 응축되는 응축기(Kd) 내로 유동한다. 응축된 열전달 매체는, 응축된 열전달 매체가 수집되는 응축액 컨테이너(Kb) 내로 유동한다. 이 단계는, 흡착장치(Ad2)가 증발기(Vd)에서 지배적인, 따라서 외부 가열 회로(Hw)에서의 온도(THAd2)를 채택할 때 및 흡착장치(Ad1)가 응축기(Kd)에서 지배적이고 외부 냉각 회로(Kw)에 의해 결정되는 온도(TKAd1)를 채택할 때 마쳐진다.
제4 단계에서, 열 회복이 흡착장치(Ad2)와 흡착장치(Ad1) 사이에서 발생한다. 이때, 제1 밸브 유닛(V1)은 상태(V1-3)에 있고, 제2 밸브 유닛(V2)은 상태(V2-3), 제3 밸브 유닛(V3)은 상태(V3-2), 그리고 제4 밸브 유닛(V4)은 상태(V4-2)에 있다. 이제 흡착장치(Ad1, Ad2)는, 증발기(Vd)와 응축기(Kd)로부터 차단되어 서로 직접적으로 연결된다. 흡착장치(Ad2)의 열전달 매체의 일부는 증발되고, 흡착장치(Ad2)에서 응축된다. 결과적으로 흡착장치(Ad1, Ad2)가 동일한 온도(TG)를 채택한다. 제4 단계는 온도(TG)에 도달할 때 마쳐진다. 동시에, 응축액 컨테이너(Kb)에 수집된 액상 열전달 매체는 증발기(Vd) 내로 전달된다. 따라서, 작업 사이클이 완료되고 제1 단계로 다시 뒤따른다.
이러한 프로세스 동안, 흡착장치, 응축기, 및 증발기의 열 전달 매체의 온도는 온도 센서에 의해 연속적으로 감지되고 도시되지 않은 제어 유닛으로 전달되고, 제어 유닛은 내부 프로그램 흐름의 결과로써 밸브 유닛에 전환 신호를 발송하고 대응하는 밸브 상태를 만든다.
전술한 단계 시퀀스(sequence)로부터 결론 내릴 수 있듯이, 열전달 매체와 응축기(Kd)에서의 냉각 회로 사이, 열전달 매체와 증발기(Vd)에서의 가열 회로 사이, 및 열전달 매체와 흡착장치(Ad1, Ad2) 사이의 열전달은 상전이(phase transition)와 관련된다. 열전달 매체는 흡착장치와 응축기 사이, 흡착장치와 증발기 사이에 위치된 히트파이프 섹센(section)에서, 그리고 또한, 흡착장치 사이에 위치된 섹션에서 가스 또는 증기 상태로 순환하고, 응축기와 증발기 사이에 위치된 상대적으로 짧은 섹션에서만 오로지 액체 상태로 있다. 이것은, 밸브 유닛(V1, V2)을 전환하기 위한 전환 시간의 최소화에 더하여 특히 신체활동이 적게 발생하고, 반면에 응축기(Kd)와 증발기(Vd) 사이의 유체 흐름은 거의 중력의 영향 하에서만 발생한다. 비슷한 열용량에 대해서 더 적은 밸브가 사용될 수 있다. 외부 유압 회로(Kw, Hw)는 분리된 채로 유지하여, 이러한 회로의 압력 피크는 밸브의 전환 때문에 완전히 방지된다.
열전달 매체의 상전이의 이용은 작업 사이클의 제2 단계 및 제4 단계에서 흡착장치 사이의 열 회복 기간을 상당이 감소시킨다. 무엇보다도, 이것은 흡착 냉장 기계를 빠르게 전환하는데 큰 장점이 있다. 게다가, 응축기(Kd)와 증발기(Vd)는 그들의 유압 특성, 특히 압력 손실, 및 흡착장치의 구조에 독립적으로 그들의 열전달 용량에 관하여 최적화되게 설계될 수 있다. 이때, 플레이트 열교환기의 사용이 적합하다.
도 2는 흡착식 냉동 시스템(adsorption refrigeration system)에서 냉매(Km)로 구동하기에 적합한 제2 실시예를 도시한다. 흡착식 냉동 시스템의 구조에 대하여, 도면에 도시된 냉동 회로의 실시예는, 도 1에 도시된 히트파이프 배치에 실질적으로 대응한다. 그러나 본 발명에서, 전술한 흡착장치는, 냉매(Km)의 증발과 응축을 수행하는 2개의 열 교환기(WT1, WT2)로 대체되고, 전술한 배치의 흡착장치(Ad1, Ad2)와 열적으로 결합된다. 순환 프로세스에서 모든 다른 구성 및 작업 사이클이 도 1에 따른 전술한 히트파이프 배치에 대응된다. 그러나 이 실시예에서, 냉동 회로의 증발기(Vd)는 도 1에서 언급된 냉각 회로(Kw)에 결합되지만, 이 실시예에서의 응축기(Kd)는 흡착식 냉동 시스템의 주변과 열적으로 결합된다.
도 1에 따른 실시예의 열전달 매체와 도 2에 따른 실시예의 냉매의 타입은 정확한 사용 조건, 특히, 응축기와 증발기에서의 현재의 온도, 외부 회로에 의해 결정되는 온도, 라인 내에서 지배적인 압력뿐만 아니라 매개체의 증발열 및 증발기, 응축기, 흡착장치, 열교환기 각각의 열용량, 냉동용량에 따른다. 예를 들면, 물뿐만 아니라 암모니아 또는 물-암모니아 혼합물도 가능하다. 이것은, 장치와 방법을 구상할 때 통상의 기술자의 능숙한 영향의 체계 내에서 고려될 수 있다.
추가적인 실시예는 통상의 기술자의 능숙한 영향으로 발생하고, 종속항으로 정의된다.
Ad1 제1 흡착장치 Ad2 제2 흡착장치
Kb 응축액 컨테이너 Kd 응축기
Km 냉매 V1 제1 밸브유닛
V2 제2 밸브유닛 V3 제3 밸브유닛
V4 제4 밸브유닛 Wm 열전달 매체
WT1 제1 열교환기 WT2 제2 열교환기
Kb 응축액 컨테이너 Kd 응축기
Km 냉매 V1 제1 밸브유닛
V2 제2 밸브유닛 V3 제3 밸브유닛
V4 제4 밸브유닛 Wm 열전달 매체
WT1 제1 열교환기 WT2 제2 열교환기
Claims (16)
- 흡착식 냉동 시스템에서 교대로 작업하는 흡착장치 사이의 열전달을 실행하기 위한 방법으로서, 외부 냉각 회로(Kw) 및 외부 가열 회로(Hw)를 포함하고,
제1 및 제2 흡착장치 사이에 연결된 열전달 폐회로에 의해 특징지어지고, 상기 열전달 폐회로는 상기 열전달 폐회로 내에서 순환하는 열전달 매체(Wm)를 포함하고, 상기 외부 냉각 회로(Kw)에 관한 열전달은 제1 열접촉부를 통하여 상기 열전달 폐회로에서 실행되고, 상기 외부 가열 회로(Hw)에 관한 열전달은 제2 열접촉부를 통하여 실행되고,
상기 열전달 폐회로는 순환 프로세스에서 다음의 서브 단계:
- 제1 서브 단계: 상기 제2 열접촉부에서 상기 열전달 매체(Wm)를 가열 및 상기 열전달 매체(Wm)의 상기 제1 흡착장치(Ad1) 내로의 유입, 동시에, 상기 제2 흡착장치(Ad2)로부터 열전달 매체(Wm)의 배출 및 상기 제1 열접촉부에서 상기 열전달 매체(Wm)를 냉각,
- 제2 서브 단계: 상기 제1 흡착장치(Ad1)와 상기 제2 흡착장치(Ad2) 사이에서 상기 열전달 매체(Wm)의 전달, 동시에, 상기 제1 열접촉부로부터 상기 제2 열접촉부 내로 상기 열전달 매체(Wm)의 전달, 제2 서브 단계는 상기 제1 흡착장치(Ad1) 및 상기 제2 흡착장치(Ad2)가 동일한 온도에 도달할 때 마침,
- 제3 서브 단계: 상기 제2 열접촉부에서 상기 열전달 매체(Wm)를 가열 및 상기 열전달 매체(Wm)의 상기 제2 흡착장치(Ad2) 내로의 유입, 동시에, 상기 제1 흡착장치(Ad1)로부터 열전달 매체(Wm)의 배출 및 상기 제1 열접촉부에서 상기 열전달 매체(Wm)를 냉각,
- 제4 서브 단계: 상기 제2 흡착장치(Ad2)와 상기 제1 흡착장치(Ad1) 사이에서 상기 열전달 매체(Wm)의 전달, 동시에, 상기 제1 열접촉부로부터 상기 제2 열접촉부 내로 상기 열전달 매체(Wm)의 전달, 제4 서브 단계는 상기 제1 흡착장치(Ad1) 및 상기 제2 흡착장치(Ad2)가 동일한 온도에 도달할 때 마침,
을 실행하는 것을 특징으로 하는, 교대로 작업하는 흡착장치 사이의 열전달을 실행하기 위한 방법. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 제2 열접촉부는 증발기(Vd)로 설계되고, 상기 제1 열접촉부는 응축기(Kd)로 설계되고,
상기 열전달 매체(Wm)의 증발이 상기 증발기(Vd)에서 발생하고, 상기 열전달 매체(Wm)의 응축이 상기 응축기에서 발생하는 것을 특징으로 하는, 교대로 작업하는 흡착장치 사이의 열전달을 실행하기 위한 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 및 제3 서브 단계 동안에, 상기 열전달 매체가 각각 상기 제2 흡착장치(Ad2) 및 제1 흡착장치(Ad1)로 유입되면, 상기 열전달 매체는 응축되고,
상기 제2 및 제4 서브 단계 동안에, 상기 열전달 매체가 상기 제1 흡착장치(Ad1)와 제2 흡착장치(Ad2) 사이에서 전달되면, 상기 열전달 매체는, 두 개의 흡착장치 중 일 흡착장치에서 부분적으로 증발하는 반면에, 타 흡착장치에서는 응축되는 것을 특징으로 하는, 교대로 작업하는 흡착장치 사이의 열전달을 실행하기 위한 방법. - 청구항 3에 있어서,
상기 응축기(Kd)에서 응축된 상기 열전달 매체(Wm)는, 상기 응축기와 상기 증발기 사이에 삽입된 응축액 컨테이너(Kb)에서 수집되는 것을 특징으로 하는, 교대로 작업하는 흡착장치 사이의 열전달을 실행하기 위한 방법. - 청구항 5에 있어서,
액상의 상기 열전달 매체(Wm)는 중력의 영향 하에서 상기 응축액 컨테이너(Kb)에 수집되는 것을 특징으로 하는, 교대로 작업하는 흡착장치 사이의 열전달을 실행하기 위한 방법. - 삭제
- 흡착식 냉동 시스템에서 교대로 작업하는 흡착장치(Ad1, Ad2) 사이의 열전달을 실행하기 위한 장치로서, 외부 냉각 회로(Kw) 및 외부 가열 회로(Hw)를 포함하고,
순환하는 열전달 매체를 구비하고, 상기 외부 냉각 회로(Kw) 및 상기 외부 가열 회로(Hw)에 열적으로 결합된 히트파이프 배치에 의해 특징지어지고,
상기 히트파이프 배치는,
상기 냉각 회로(Kw)와 열 접촉하는 응축기(Kd), 상기 가열 회로(Hw)와 열 접촉하고 상기 응축기(Kd)에 연결된 증발기(Vd), 상기 제1 흡착장치(Ad1), 제2 흡착장치(Ad2), 및 증발기(Vd) 사이의 제1 밸브 유닛(V1), 및 상기 제1 흡착장치(Ad1), 제2 흡착장치(Ad2), 및 응축기(Kd) 사이의 제2 밸브 유닛(V2)을 포함하고,
응축액 컨테이너(Kb)가 상기 응축기(Kd)와 상기 증발기(Vd) 사이에 삽입되고,
제3 밸브(V3)가 상기 응축기(Kd)와 상기 응축액 컨테이너(Kb) 사이에 배치되고, 제4 밸브(V4)가 상기 응축액 컨테이너(Kb)와 상기 증발기(Vd) 사이에 배치되며,
상기 밸브 수단(V1, V2, V3, V4)은 사이클을 이루며 순환하는 다음의 밸브상태:
- 제1 밸브 상태: 상기 증발기(Vd)와 상기 제1 흡착장치(Ad1) 사이의 연결 개방, 상기 제2 흡착장치(Ad2)와 상기 응축기(Kd) 사이의 연결 개방,
- 제2 밸브 상태: 상기 제1 흡착장치와 상기 제2 흡착장치 사이의 연결 개방, 상기 응축기(Kd) 및/또는 상기 응축액 컨테이너(Kb) 및 상기 증발기(Vd) 사이의 연결 개방, 제2 밸브 상태는 상기 제1 흡착장치(Ad1) 및 상기 제2 흡착장치(Ad2)가 동일한 온도에 도달할 때 마침,
- 제3 밸브 상태: 상기 증발기(Vd)와 상기 제2 흡착장치(Ad2) 사이의 연결 개방, 상기 제1 흡착장치(Ad1)와 상기 응축기(Kd) 사이의 연결 개방,
- 제4 밸브 상태: 상기 제2 밸브 상태와 동일,
를 구현하는 것을 특징으로 하는, 교대로 작업하는 흡착장치 사이의 열전달을 실행하기 위한 장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 청구항 8항에 있어서,
상기 제1 및 제3 밸브 상태에서, 상기 응축기(Kd)와 상기 응축액 컨테이너(Kb) 사이의 연결이 개방되는 것을 특징으로 하는, 교대로 작업하는 흡착장치 사이의 열전달을 실행하기 위한 장치. - 청구항 8에 있어서,
상기 제1 밸브 유닛(V1) 및/또는 상기 제2 밸브 유닛(V2)은 제어가능한 3 방향 밸브로 설계되는 것을 특징으로 하는, 교대로 작업하는 흡착장치 사이의 열전달을 실행하기 위한 장치. - 청구항 8에 있어서,
상기 제3 밸브 유닛(V3)은 제어가능한 3 방향 밸브로 설계되는 것을 특징으로 하는, 교대로 작업하는 흡착장치 사이의 열전달을 실행하기 위한 장치.
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Legal Events
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