DE102013013835A1

DE102013013835A1 - Adsorptionswärmepumpensystem und Verfahren zur Erzeugung von Kühlleistung

Info

Publication number: DE102013013835A1
Application number: DE102013013835.3A
Authority: DE
Inventors: Yasuki Hirota; Takafumi Yamauchi; Ryuichi Iwata; Takashi Shimazu; Tomohisa Wakasugi
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2012-08-22
Filing date: 2013-08-21
Publication date: 2014-02-27
Anticipated expiration: 2033-08-22
Also published as: US9863673B2; DE102013013835B4; US20140053577A1

Abstract

Es wird eine Wärmepumpe bereitgestellt, die einen Verdampfer und einen Adsorber umfasst. Der Adsorber wird durch Anwenden von Wärme von einem chemisch-thermischen Speicherreaktor, einem Wärmeakkumulator oder einer externen Wärmequelle bei einer Temperatur regeneriert, die höher ist als eine Temperatur zur Regenerierung des Adsorbers oder identisch mit dieser ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Adsorptionswärmepumpensystem und ein Verfahren zur Erzeugung von Kühlleistung.
Beschreibung des Standes der Technik
Wärmekreislaufsysteme, bei denen Adsorptionswärmepumpen eingesetzt werden, wurden bisher in verschiedenen Gebieten eingesetzt und sie wurden in Vorrichtungen zur Klimatisierung und zum Heizen, in Warmwasserheizeinrichtungen und dergleichen eingesetzt.
Die bisher vorgeschlagenen Adsorptionswärmepumpen umfassen im Allgemeinen ein Paar von Adsorbern, einen Kondensator und einen Verdampfer (vgl. z. B. die japanischen Patentanmeldungsoffenlegungsschriften (JP-A) Nr. 2010-151386 und 2006-125713 ).
In einer Adsorptionswärmepumpe, die einen solchen Aufbau aufweist, wird, wenn eine große Differenz zwischen der Temperatur bei der Adsorption und der Temperatur bei der Desorption in den Adsorbern vorliegt, der Verlust an sensibler bzw. fühlbarer Wärme (die Wärmemenge, die nicht beim tatsächlichen Energieaustausch genutzt werden kann) groß. Bei einer in der Praxis eingesetzten Adsorptionswärmepumpe ist es erwünscht, eine Kühlleistung effizienter zu erhalten.
Ferner werden bei der Adsorptionswärmepumpe, die in JP-A Nr. 2010-151386 beschrieben ist, der Endzeitpunkt des Desorptionsprozesses und der Endzeitpunkt des Adsorptionsprozesses in den Adsorbern jeweils separat festgelegt; es ist jedoch erwünscht, die Erzeugung von Kühlleistung kontinuierlicher durchzuführen.
Ferner wurde als ein Beispiel für die Nutzung eines Heizmodus, der den Leistungskoeffizienten (COP) erhöht, eine Warmwasserheizeinrichtung des Adsorptionswärmepumpentyps vorgeschlagen (z. B. „24th Technology Development Investigation Business Result Presentation [P5.1.2] Development of high efficiency kerosene combustion apparatus using adsorption heat pump", [online], Juni 2010, Japan Petroleum Energy Center, [recherchiert am 22. November 2012], vgl. im Internet <URL:http://www.pecj.or.jp/japanese/report/2010report/24data/p512.pdf>). In diesem System wird das Umschalten des Betriebsmodus oder eines Warmwasserlieferbetriebs üblicherweise durch Umschalten des Strömungskanals mittels eines Dreiwegeventils durchgeführt. Insbesondere wird ein Betrieb des Adsorbierens eines Fluids an einem der Adsorber und des Desorbierens des Fluids von dem anderen Adsorber (d. h. eine Regenerierung der Adsorber) und ein Betrieb des Desorbierens des Fluids von dem einen Adsorber und des Adsorbierens des Fluids an dem anderen Adsorber abwechselnd durchgeführt.
Darüber hinaus sind Adsorptionswärmetauscher, die in der vorstehend beschriebenen Weise arbeiten, und dergleichen ebenfalls bekannt (z. B. „Adsorption chiller of Union Industry; Principle of adsorption chiller", [online], Union Industry Co., Ltd., [recherchiert am 22. November 2012], vgl. im Internet <URL: http://www.union-reitouki.com/chiller/principle.html>).
In den letzten Jahren wurde mehr auf die Bewahrung der globalen Umwelt geachtet und unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Hinwendung zu einer Energieeinsparung aktiver geworden ist, gibt es einen Bedarf für eine weitere Erhöhung der thermischen Effizienz sogar in solchen Vorrichtungen, die Adsorptionswärmepumpen nutzen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Tatsachen gemacht. D. h., gemäß eines ersten Aspekts der Erfindung wird ein Adsorptionswärmepumpensystem bereitgestellt, das eine Kühlleistung effizient und kontinuierlich erzeugen kann. Ferner wird gemäß eines zweiten Aspekts der Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung von Kühlleistung bereitgestellt, das eine Kühlleistung effizient und kontinuierlich erzeugen kann.
Andererseits kann in dem Fall des Durchführens eines Wärmepumpenzyklus zum Heizen in einer allgemeinen Adsorptionswärmepumpe, die bisher vorgeschlagen worden ist, die Heizenergie als die Summe der Kondensationswärme (Q¹), der Adsorptionswärme (Q²) und der sensiblen Wärme (Q³) des Adsorbers definiert werden. Unter den gegenwärtigen Umständen wurde jedoch die sensible Wärme an dem Adsorber, die durch Q³ dargestellt wird, verworfen, ohne zurückgewonnen zu werden. Ferner ist in einem System, das mit einer Mehrzahl von Adsorbern ausgestattet ist, die Wärmemenge für den Anteil der sensiblen Wärme nicht vernachlässigbar und bewirkt eine Zunahme des Gesamtwärmeverlusts des Systems.
Wenn es jedoch beabsichtigt ist, die gesamte Wärmeenergie zurückzugewinnen, die in einem System (= Q¹ + Q² + Q³) auftritt, ist auch eine Struktur zum Vermindern des Verlusts an sensibler Wärme, der in den Adsorbern auftritt, wenn die Adsorption und die Desorption des Adsorbats umgeschaltet werden, erforderlich, und folglich wird das System als Ganzes kompliziert. Beispielsweise ist in einem System, das mit einer Mehrzahl von Ventilen und Strömungskanälen ausgestattet ist, ein Umschalten von Strömungskanälen gemäß dem Umschalten von Adsorption und Desorption erforderlich und demgemäß wird auch die Steuerung der Ventile kompliziert.
Andererseits weist ein System, bei dem fossiler Brennstoff eingesetzt wird, mit dem Wärmeenergie durch dessen Verbrennung erhalten wird, einen ausgeprägt großen Wärmeenergieverlust auf (Verlust an sensibler Wärme) und daher ist der COP-Wert im Allgemeinen niedrig; im Gegensatz dazu wird erwartet, dass in einer Wärmepumpe ein relativ hoher COP-Wert erhalten wird. In einem System, bei dem Wärme durch Adsorptions- und Desorptionsprozesse unter Verwendung von Wärmemedien genutzt wird, wenn ein Fluid mit hoher Temperatur (z. B. 80°C) und ein Fluid mit niedriger Temperatur (z. B. 30°C) als Wärmemedien umgeschalten werden, tritt unvermeidlich ein Verlust für den Anteil der sensiblen Wärme in den Wärmemedien auf, da die Wärmemedien, die in den Adsorbern verbleiben, miteinander gemischt werden. Es ist nicht einfach, einen solchen Wärmeverlust im Hinblick auf den Aufbau des Systems zu verhindern.
Andere Ausführungsformen der Erfindung wurden im Hinblick auf diese Gesichtspunkte gemacht. D. h., gemäß eines dritten Aspekts und eines vierten Aspekts der Erfindung werden Adsorptionswärmepumpensysteme mit einem geringen Wärmeenergieverlust (Verlust an sensibler Wärme) und einem hohen Heizwerteffekt bereitgestellt.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Adsorptionswärmepumpensystem bereitgestellt, das einen Verdampfer, der ein Wärmemedium verdampft, und einen Adsorber umfasst, der mit dem Verdampfer verbunden ist, das Wärmemedium darin adsorbiert und auch durch Erhalten von Wärmeenergie bei einer Temperatur, die höher ist als die Regenerierungstemperatur zum Verdampfen des Wärmemediums oder identisch mit dieser ist, regeneriert wird.
Dieses Adsorptionswärmepumpensystem umfasst einen Verdampfer. Kühlleistung wird als Ergebnis des Verdampfens des Wärmemediums in diesem Verdampfer erzeugt. Ferner umfasst dieses Adsorptionswärmepumpensystem einen Adsorber, der mit dem Verdampfer verbunden ist. Kühlleistung wird in dem Verdampfer erzeugt, wenn das Wärmemedium in dem Verdampfer adsorbiert wird. Der Adsorber wird zumindest teilweise durch Erhalten von Wärmeenergie bei einer Temperatur, die höher ist als die Regenerierungstemperatur zum Verdampfen des Wärmemediums oder identisch mit dieser ist, regeneriert. Der Adsorber kann das Wärmemedium in dem Verdampfer durch Regenerierung wiederholt adsorbieren.
Ferner wird, wenn die Erzeugung von Kühlleistung in dem Verdampfer in zwei Prozessen durchgeführt wird, eine effiziente und kontinuierliche Erzeugung von Kühlleistung ermöglicht.
Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Erzeugung von Kühlleistung bereitgestellt, wobei das Verfahren einen ersten Kühlleistungserzeugungsprozess des Erzeugens von Kühlleistung durch Verdampfen eines Wärmemediums, das aus einer Wirkung der Druckverminderung durch einen chemisch-thermischen Speicherreaktor resultiert, einen zweiten Kühlleistungserzeugungsprozess des Erzeugens von Kühlleistung durch Verdampfen eines Wärmemediums, das aus einer Wirkung der Druckverminderung durch einen Adsorber resultiert, und einen Regenerierungsprozess des Regenerierens des Adsorbers durch Anwenden von Wärmeenergie, die in dem chemisch-thermischen Speicherreaktor gespeichert ist, auf den Adsorber zum Desorbieren des adsorbierten Wärmemediums und dadurch Regenerieren des Adsorbensmaterials umfasst.
In diesem Verfahren zum Erzeugen von Kühlleistung wird eine Kühlleistung in dem ersten Kühlleistungserzeugungsprozess durch die Verdampfung eines Kältemittels erzeugt, die aus der Wirkung der Druckverminderung durch ein Wärmespeichermaterial resultiert. Ferner wird in diesem Verfahren zum Erzeugen von Kühlleistung eine Kühlleistung in dem zweiten Kühlleistungserzeugungsprozess durch die Verdampfung eines Wärmemediums erzeugt, die aus der Wirkung der Druckverminderung durch ein Adsorbensmaterial resultiert. In dem Regenerierungsprozess wird das Adsorbensmaterial der Wärme ausgesetzt, die in dem Wärmespeichermaterial gespeichert ist, wodurch das an das Adsorbensmaterial adsorbierte Wärmemedium desorbiert wird und folglich das Adsorbensmaterial regeneriert wird.
Dabei kann, wenn eine Kühlleistungserzeugung in zwei Prozessen durchgeführt wird, nämlich dem ersten Kühlleistungserzeugungsprozess und dem zweiten Kühlleistungserzeugungsprozess, und gleichzeitig das Adsorbensmaterial in dem Regenerierungsprozess regeneriert wird, eine Kühlleistungserzeugung effizient und kontinuierlich erreicht werden. Insbesondere wird in dem Regenerierungsprozess, da die Wärme des Wärmespeichermaterials genutzt wird, das Adsorbensmaterial in einer stabilen Weise regeneriert.
Der dritte Aspekt und der vierte Aspekt der Erfindung, die nachstehend beschrieben werden, wurden auf der Basis der folgenden Erkenntnisse erreicht. D. h., es wurde gefunden, dass in einer Adsorptionswärmepumpe zum Erhöhen des Heizwerteffekts von Wärmeenergie, da der Verlust an sensibler Wärme, der durch das Fluid für den Wärmetausch (sogenanntes Wärmemedium) nicht vernachlässigt werden kann, wenn die Übertragung von sensibler Wärme durch ein Wärmemedium durch eine Übertragung mittels latenter Wärme, die ein Material nutzt, das eine große latente Verdampfungswärme aufweist, wie z. B. Ammoniak oder Wasserdampf, ersetzt wird, ein Umschalten der Wärmemedien und von deren Strömungskanälen unnötig wird, und die Verschwendung von sensibler Wärme, die auftritt, wenn die Wärmemedien, die verschiedene Temperaturen aufweisen, gemischt werden, ebenfalls vermindert werden kann.
Gemäß des dritten Aspekts der Erfindung wird ein Adsorptionswärmepumpensystem bereitgestellt, das so ausgebildet ist, dass es umfasst:
ein erstes Fluid,
ein zweites Fluid, das vom gleichen Typ ist wie das erste Fluid,
einen ersten Verdampfer, der das erste Fluid verdampft,
einen zweiten Verdampfer, der das zweite Fluid verdampft,
einen Adsorber, der eine erstes Fluid-Speichereinheit, die das erste Fluid speichern und freisetzen kann, und eine zweites Fluid-Speichereinheit, die das zweite Fluid speichern und freisetzen kann, umfasst, wobei die erstes Fluid-Speichereinheit und die zweites Fluid-Speichereinheit in einem thermisch verbundenen Zustand vorliegen und mindestens eine der erstes Fluid-Speichereinheit oder der zweites Fluid-Speichereinheit ein Adsorbensmaterial umfasst, das Reaktionswärme freisetzt, wenn das Adsorbensmaterial ein zugeführtes Fluid speichert, und
einen Kondensator, der mit der erstes Fluid-Speichereinheit und der zweites Fluid-Speichereinheit des Adsorbers verbunden ist und der das erste Fluid und das zweite Fluid, die aus der erstes Fluid-Speichereinheit und der zweites Fluid-Speichereinheit freigesetzt worden sind, kondensiert.
In Bezug auf den dritten Aspekt der Erfindung werden die Anwendungsmengen der Fluide für den Wärmetausch (sogenannte Wärmemedien) durch die Verwendung eines Heizens mit sensibler Wärme (z. B. ein Wasserdampfheizen) und eines Kühlens mit latenter Wärme minimiert, und der Verlust an sensibler Wärme, bei dem es wahrscheinlich ist, dass er in dem Adsorber bei der Adsorption oder Desorption eines Betriebsfluids (z. B. Ammoniak oder Wasserdampf), bei dem es sich um ein Adsorbat in dem Adsorber handelt, auftritt, wird vermindert, während gleichzeitig die Wärmeenergie, die darin verwendet wird, an einer Stelle (Kondensator) gesammelt und zurückgewonnen wird. Dadurch wird ein Verlust an sensibler Wärme verhindert und der COP kann effektiv erhöht werden.
Insbesondere wird in einem Adsorptionswärmepumpensystem, bei dem die Nutzung von Wärmeenergie durch Zuführen eines ersten Fluids von dem ersten Verdampfer zu dem Adsorber, vorübergehendes Speichern des zugeführten ersten Fluids mit einem Adsorbensmaterial und Desorbieren des gespeicherten ersten Fluids versucht wird, ein Wärmetausch zwischen der erstes Fluid-Speichereinheit und der zweites Fluid-Speichereinheit durchgeführt, da der Adsorber eine erstes Fluid-Speichereinheit, der das erste Fluid zugeführt wird und in der das erste Fluid gespeichert wird und das gespeicherte Fluid desorbiert wird, und eine zweites Fluid-Speichereinheit, der das zweite Fluid zugeführt wird und in der das erste Fluid gespeichert wird und das gespeicherte Fluid desorbiert wird, umfasst, wobei die erstes Fluid-Speichereinheit und die zweites Fluid-Speichereinheit in einem thermisch verbundenen Zustand vorliegen. Dann wird, z. B. wie es nachstehend beschrieben ist, die gesamte Wärme, die zwischen den zwei Fluidspeichereinheiten genutzt wird, bei dem Kondensator zurückgewonnen. D. h., wenn das zweite Fluid, das ein erwärmtes Gas ist, zu der zweites Fluid-Speichereinheit geleitet wird, wird das zweite Fluid bei der zweites Fluid-Speichereinheit dadurch, dass es darin kondensiert wird, gespeichert, wodurch es einer Phasenänderung zu einer flüssigen Phase unterliegt, und gleichzeitig wird die Kondensationswärme freigesetzt. Die erstes Fluid-Speichereinheit wird durch die Wärme des zweiten Fluids und die so freigesetzte Kondensationswärme erwärmt und das erste Fluid, das in der erstes Fluid-Speichereinheit gespeichert worden ist, wird desorbiert, während das desorbierte erste Fluid zu dem Kondensator geleitet wird.
Dabei nimmt bei der zweites Fluid-Speichereinheit die Menge des zweiten Fluids als Flüssigkeit zu und die Menge des ersten Fluids, das in der erstes Fluid-Speichereinheit gespeichert ist, nimmt allmählich ab. Wenn das erste Fluid, das in der erstes Fluid-Speichereinheit gespeichert ist, als solches abnimmt, wird anschließend das erste Fluid als ein Gas von dem ersten Verdampfer zugeführt.
Wenn das erste Fluid als ein Gas zu der erstes Fluid-Speichereinheit geleitet wird, wird das erste Fluid an dem Adsorbensmaterial adsorbiert und wird in der erstes Fluid-Speichereinheit gespeichert und setzt auch die Adsorptionswärme frei. Die zweites Fluid-Speichereinheit wird durch die so freigesetzte Adsorptionswärme erwärmt und das zweite Fluid, das in der zweites Fluid-Speichereinheit gespeichert ist, wird desorbiert. Das desorbierte zweite Fluid wird zu dem Kondensator geleitet. Dabei nimmt in der erstes Fluid-Speichereinheit die Adsorptionsmenge des ersten Fluids an dem Adsorbensmaterial zu und das zweite Fluid als eine Flüssigkeit bei der zweites Fluid-Speichereinheit nimmt aufgrund einer Verdampfung allmählich ab.
Da die vorstehend beschriebenen Prozesse wiederholt werden, kann die Wärmeenergie, die genutzt worden ist, in dem Kondensator kontinuierlich zurückgewonnen werden.
Ferner weist oder weisen in dem Adsorber eine oder beide der erstes Fluid-Speichereinheit und der zweites Fluid-Speichereinheit ein Adsorbensmaterial auf, das die Reaktionswärme freisetzt, wenn das Adsorbensmaterial ein zugeführtes Fluid speichert. Dadurch wird das Speichern eines Fluids durch Adsorption durch das Adsorbensmaterial in mindestens einer der Fluidspeichereinheiten erreicht, und folglich wird die Adsorptionswärme erhalten.
Gemäß des vierten Aspekts der Erfindung wird ein Adsorptionswärmepumpensystem bereitgestellt, das so ausgebildet ist, dass es umfasst:
ein erstes Fluid,
ein zweites Fluid, das vom gleichen Typ ist wie das erste Fluid,
einen ersten Verdampfer, der das erste Fluid verdampft,
einen zweiten Verdampfer, der das zweite Fluid verdampft,
einen Adsorber, der eine erstes Fluid-Speichereinheit und eine zweites Fluid-Speichereinheit umfasst und mindestens eine der erstes Fluid-Speichereinheit oder der zweites Fluid-Speichereinheit ein Adsorbensmaterial umfasst, das Reaktionswärme freisetzt, wenn das Adsorbensmaterial ein zugeführtes Fluid speichert,
einen chemisch-thermischen Speicherreaktor, der eine erstes Fluid-Speichereinheit umfasst, die Reaktionswärme durch Umsetzen mit dem ersten Fluid von dem ersten Verdampfer erzeugen kann, und die Reaktionswärme zu dem Adsorber durch die latente Wärme des zweiten Fluids freisetzen kann, das durch den zweiten Verdampfer erzeugt worden ist, der thermisch mit der erstes Fluid-Speichereinheit des chemisch-thermischen Speicherreaktors verbunden ist, und
einen Kondensator, der mit der erstes Fluid-Speichereinheit und der zweites Fluid-Speichereinheit des Adsorbers verbunden ist und der das erste Fluid und das zweite Fluid, die aus der erstes Fluid-Speichereinheit und der zweites Fluid-Speichereinheit, freigesetzt worden sind, kondensiert.
In Bezug auf den vierten Aspekt der Erfindung werden die Anwendungsmengen der Fluide für den Wärmetausch (sogenannte Wärmemedien) durch die Verwendung eines Heizens mit latenter Wärme (z. B. ein Wasserdampfheizen) und eines Kühlens mit latenter Wärme minimiert, und der Verlust an sensibler Wärme, bei dem es wahrscheinlich ist, dass er in dem Adsorber bei der Adsorption oder Desorption eines Betriebsfluids (z. B. Ammoniak oder Wasserdampf), bei dem es sich um ein Adsorbat in dem Adsorber handelt, auftritt, wird vermindert, während gleichzeitig die Wärmeenergie, die darin verwendet wird, an einer Stelle (Kondensator) gesammelt und zurückgewonnen wird. Dadurch wird ein Verlust an sensibler Wärme verhindert und der COP kann effektiv erhöht werden.
Gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung wird die Nutzung der Wärmeenergie durch Zuführen des ersten Fluids oder des zweiten Fluids von dem Verdampfer oder dem chemisch-thermischen Speicherreaktor zu dem Adsorber und Wiederholen eines Speicherns und einer Desorption des zugeführten Fluids erreicht. Insbesondere wird in einem Adsorptionswärmepumpensystem, bei dem die Nutzung von Wärmeenergie durch vorübergehendes Speichern eines Fluids, das von dem Verdampfer oder einem chemisch-thermischen Speicherreaktor zugeführt wird und die latente Verdampfungswärme erzeugt, und Desorbieren des gespeicherten Fluids versucht wird, ein Wärmetausch zwischen der erstes Fluid-Speichereinheit und der zweites Fluid-Speichereinheit z. B. in der folgenden Weise durchgeführt und die zwischen den zwei Fluid-Speichereinheiten genutzte Wärme wird am Kondensator zurückgewonnen, da der Adsorber eine erstes Fluid-Speichereinheit, der das erste Fluid zugeführt wird und in der das erste Fluid gespeichert wird und das gespeicherte Fluid desorbiert wird, und eine zweites Fluid-Speichereinheit, der das zweite Fluid zugeführt wird und in der das zweite Fluid gespeichert wird und das gespeicherte Fluid desorbiert wird, umfasst, wobei die erstes Fluid-Speichereinheit und die zweites Fluid-Speichereinheit in einem thermisch verbundenen Zustand vorliegen. D. h., wenn das zweite Fluid, das bei dem chemisch-thermischen Speicherreaktor erwärmt und verdampft worden ist (erwärmtes Fluid), zu der zweites Fluid-Speichereinheit geleitet wird, wird das zweite Fluid in der zweites Fluid-Speichereinheit z. B. dadurch, dass es kondensiert wird und einer Phasenänderung zu einer flüssigen Phase unterliegt, gespeichert und es setzt auch Wärme (z. B. Kondensationswärme) frei. Die erstes Fluid-Speichereinheit wird durch die Wärme des zweiten Fluids und die Kondensationswärme erwärmt und das erste Fluid, das in der erstes Fluid-Speichereinheit gespeichert ist, wird desorbiert, während das desorbierte erste Fluid zu dem Kondensator geleitet wird. Dabei nimmt bei der zweites Fluid-Speichereinheit die Menge des zweiten Fluids zu und die Menge des ersten Fluids, das in der erstes Fluid-Speichereinheit gespeichert ist, nimmt allmählich ab. Wenn das erste Fluid, das in der erstes Fluid-Speichereinheit gespeichert ist, als solches abnimmt, wird anschließend das erste Fluid als ein Gas von dem ersten Verdampfer zugeführt. Wenn das erste Fluid als ein Gas zu der erstes Fluid-Speichereinheit geleitet wird, wird das erste Fluid bei der erstes Fluid-Speichereinheit gespeichert (z. B. dadurch gespeichert, dass es an ein Adsorbensmaterial adsorbiert wird) und setzt auch Wärme frei (z. B. Adsorptionswärme). Die zweites Fluid-Speichereinheit wird durch die freigesetzte Wärme (z. B. Adsorptionswärme) erwärmt und das zweite Fluid, das in der zweites Fluid-Speichereinheit gespeichert ist, wird desorbiert, während das desorbierte zweite Fluid zu dem Kondensator geleitet wird. Dabei nimmt bei der erstes Fluid-Speichereinheit die Speichermenge des ersten Fluids (z. B. die Adsorptionsmenge des Adsorbensmaterials) zu, das zweite Fluid als eine Flüssigkeit in der zweites Fluid-Speichereinheit wird verdampft und die Speichermenge des zweiten Fluids nimmt allmählich ab.
Gemäß des vierten Aspekts der Erfindung wird die Zufuhr des zweiten Fluids zu dem Adsorber durch den chemisch-thermischen Speicherreaktor durchgeführt. Der chemisch-thermische Speicherreaktor hat die Funktion des Verdampfens des zweiten Fluids durch die Reaktionswärme des chemisch-thermischen Speichermaterials und die Zufuhrfunktion als eine Heizeinrichtung, die das erwärmte zweite Fluid als ein Gas zuführt und dadurch den Adsorber erwärmt. Insbesondere wenn das zweite Fluid, das bei dem chemisch-thermischen Speicherreaktor verdampft worden ist, wie es vorstehend beschrieben worden ist, zu der zweites Fluid-Speichereinheit geleitet wird, wird das erste Fluid von dem Verdampfer zu der Wärmespeicherreaktionseinheit des chemisch-thermischen Speicherreaktors zugeführt und die Reaktionswärme, die erzeugt wird, wenn das erste Fluid unter Verwendung des chemischen Wärmespeichermaterials der Wärmespeicherreaktionseinheit z. B. mittels der Reaktionen (1), (2) und (3), die nachstehend beschrieben sind, immobilisiert wird (zu dem Zeitpunkt, wenn die Reaktion in die Richtung der rechten Seite in den reversiblen Reaktionen (1) bis (3), die nachstehend beschrieben sind, abläuft), wird bei der Fluidverdampfungseinheit des chemisch-thermischen Speicherreaktors wärmegetauscht und verdampft das zweite Fluid innerhalb der Fluidverdampfungseinheit, während das zweite Fluid in einer Gasform zu der zweites Fluid-Speichereinheit des Adsorbers geleitet wird. Dabei ist der Aufbau derart, dass das erste Fluid (wenn das erste Fluid und das zweite Fluid identische Fluide sind, das erste Fluid und das zweite Fluid), das in dem Kondensator kondensiert worden ist, dem Verdampfer zugeführt wird, und das kondensierte zweite Fluid (wenn das erste Fluid und das zweite Fluid identische Fluide sind, das erste Fluid und das zweite Fluid) dem chemisch-thermischen Speicherreaktor zugeführt wird. Wenn die Menge an Fluid, das in dem chemischen Wärmespeichermaterial der Wärmespeicherreaktionseinheit immobilisiert worden ist, eine vorgegebene Schwelle erreicht, wird das chemische Wärmespeichermaterial z. B. durch Erwärmen durch eine externe Quelle regeneriert. CaO + H₂O ⇔ Ca(OH)₂ + Q¹ [kJ] (1) CaCl₂·2NH₃ + 6NH₃ ⇔ CaCl₂·8NH₃ + Q² [kJ] (2) MgCl₂·2NH₃ + 4NH₃ ⇔ MgCl₂·6NH₃ + Q³ [kJ] (3)
Da das Speichern und das Desorbieren der Fluide bei dem Adsorber in der vorstehend beschriebenen Weise wiederholt werden, kann die Rückgewinnung der genutzten Wärmeenergie bei dem Kondensator kontinuierlich durchgeführt werden.
Da erfindungsgemäß der vorstehend beschriebene Aufbau eingesetzt wird, werden ein Adsorptionswärmepumpensystem, das eine Kühlleistung effizient und kontinuierlich erzeugen kann, sowie ein Verfahren zur Erzeugung von Kühlleistung bereitgestellt. Ferner wird erfindungsgemäß eine Adsorptionswärmepumpe mit einem geringen Energieverlust (Verlust an sensibler Wärme) und einem hohen Heizeffekt bereitgestellt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden detailliert auf der Basis der folgenden Figuren beschrieben, wobei:
1 ein schematisches Diagramm ist, das den Aufbau des Adsorptionswärmepumpensystems der beispielhaften Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt,
2A bis 2C erläuternde Diagramme sind, die den Zustand in dem Fall der Erzeugung von Kühlleistung in dem Adsorptionswärmepumpensystem der beispielhaften Ausführungsform 1 der Erfindung zeigen,
3A und 3B erläuternde Diagramme sind, die den Zustand in dem Fall des Speicherns und des Rückgewinnens von Wärme in dem Adsorptionswärmepumpensystem der beispielhaften Ausführungsform 1 der Erfindung zeigen,
4A ein schematisches Diagramm ist, das den Aufbau des Adsorptionswärmepumpensystems von Vergleichsbeispiel 1 zeigt und 4B ein schematisches Diagramm ist, das den Aufbau des Wärmespeichersystems von Vergleichsbeispiel 2 zeigt,
5 ein schematisches Diagramm ist, das den Aufbau des Adsorptionswärmepumpensystems der beispielhaften Ausführungsform 2 der Erfindung zeigt,
6A bis 6D erläuternde Diagramme sind, die den Zustand in dem Fall der Erzeugung von Kühlleistung in dem Adsorptionswärmepumpensystem in den Beispielen der Erfindung zeigen,
7A bis 7D erläuternde Diagramme sind, die den Zustand in dem Fall des Erzeugens von Heizenergie mit dem Adsorptionswärmepumpensystem in den Beispielen der Erfindung zeigen,
8 ein schematisches Diagramm ist, das den Aufbau des Adsorptionswärmepumpensystems der beispielhaften Ausführungsform 3 der Erfindung zeigt,
9 ein schematisches Diagramm ist, das den Aufbau des Adsorptionswärmepumpensystems der beispielhaften Ausführungsform 4 der Erfindung zeigt,
10 ein schematisches Diagramm ist, das ein Aufbaubeispiel des Adsorptionswärmepumpensystems der beispielhaften Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt,
11 ein perspektivisches Diagramm ist, das ein spezifisches Aufbaubeispiel eines Adsorbers zeigt,
12 ein perspektivisches Diagramm ist, das eine spezifische Ausführungsform eines Adsorbensmaterials (oder eines chemischen Wärmespeichermaterials) zeigt, das in einem Adsorber (oder einem chemisch-thermischen Speicherreaktor) montiert ist,
13 ist ein Flussdiagramm, das den Wärmepumpenzyklus für eine Heizsteuerroutine der beispielhaften Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt,
14 ist ein schematisches Diagramm, das ein Aufbaubeispiel des Adsorptionswärmepumpensystems der beispielhaften Ausführungsform 2 der Erfindung zeigt,
15 ist ein Flussdiagramm, das den Wärmepumpenzyklus für eine Heizsteuerroutine der beispielhaften Ausführungsform 2 der Erfindung zeigt,
16 ist ein schematisches Diagramm, das ein Aufbaubeispiel des Adsorptionswärmepumpensystems der beispielhaften Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt,
17 ist ein perspektivisches Diagramm, das ein spezifisches Aufbaubeispiel eines chemisch-thermischen Speicherreaktors zeigt,
18 ist ein Diagramm, das die Kreislaufform zeigt, wenn Wärme in dem Adsorberregenerierungsmodus genutzt wird,
19 ist ein Diagramm, das die Kreislaufform zeigt, wenn Wärme in dem Adsorberadsorptionsmodus genutzt wird,
20 ist ein Flussdiagramm, das den Wärmepumpenzyklus für eine Heizsteuerroutine der beispielhaften Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt,
21 ist ein schematisches Diagramm, das ein Aufbaubeispiel des Adsorptionswärmepumpensystems der beispielhaften Ausführungsform 2 der Erfindung zeigt, und
22 ist ein Flussdiagramm, das den Wärmepumpenzyklus für eine Heizsteuerroutine der beispielhaften Ausführungsform 2 der Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachstehend werden beispielhafte Ausführungsformen des Adsorptionswärmepumpensystems der Erfindung (nachstehend einfach als „Adsorptionswärmepumpe” oder „Wärmepumpe” bezeichnet) unter Bezugnahme auf die Zeichnungen spezifisch beschrieben. Die Erfindung soll jedoch nicht auf die nachstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt sein.
(Beispielhafte Ausführungsform 1)
Die 1 zeigt ein Adsorptionswärmepumpensystem 12 der beispielhaften Ausführungsform 1 der Erfindung.
Eine Wärmepumpe 12 umfasst einen Verdampfer 14, einen Adsorber 16, einen chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 und einen Kondensator 20. Diese sind durch Leitungen 22 miteinander verbunden. Die Leitungen sind mit Ventilen versehen, die in dem Diagramm nicht gezeigt sind, und die Übertragung eines Wärmemediums wird durch Öffnen der Ventile ermöglicht. Wenn in der folgenden Beschreibung angegeben ist, dass zwei Elemente einfach „verbunden” werden, bedeutet dies, dass die Übertragung eines Wärmemediums durch Öffnen von Ventilen in den Leitungen zwischen diesen zwei Elementen ermöglicht wird.
Der Verdampfer 14 kann den Vorgang des Verdampfens eines Wärmemediums und des Absorbierens von Energie (Wärmemenge) von außen durch die Verdampfungswärme zum Zeitpunkt des Verdampfens durchführen (Kühlleistungserzeugung).
In dem Adsorber 16 ist ein Adsorbensmaterial aufgenommen. Der Adsorber kann den Vorgang des Induzierens der Adsorptionswärme durch Adsorbieren eines Mediums mittels des Adsorbensmaterials und Freisetzen dieser Adsorptionswärme nach außen durchführen (Wärmeenergieerzeugung). Ferner kann der Adsorber die Betriebsenergie von außen (durch Adsorbieren von Wärme) adsorbieren und das adsorbierte Medium desorbieren. Dabei wird der Adsorber 16 regeneriert und in einen Zustand gebracht, in dem er erneut ein Wärmemedium mit einem Adsorbensmaterial adsorbieren kann.
In dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 ist ein Wärmespeichermaterial aufgenommen. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird, da Wasser als Wärmemedium verwendet wird, ein chemisches Wärmespeichermaterial verwendet, das einer chemischen Reaktion mit einem Wärmemedium mittels Energie unterliegt, die von außen zugeführt worden ist und die Reaktionswärme induziert (ein Teil der Energie von außen wird zur sensiblen Wärme). Insbesondere ist in der Erfindung das Wärmespeichermaterial in Bezug auf das Wärmemedium festgelegt, so dass die Reaktionswärme in einem Ausmaß auftritt, das größer ist als die latente Verdampfungswärme des Wärmemediums oder mit dieser identisch ist.
Ferner kann der chemisch-thermische Speicherreaktor 18 die Reaktionswärme speichern und Wärme an den Adsorber 16 bei einer Temperatur abgeben, die höher ist als eine Temperatur zur Regenerierung des Adsorbers 16 oder identisch mit dieser ist.
Der Kondensator 20 kann den Vorgang des Kondensierens des Wärmemediums, das von dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 oder dem Adsorber 16 zugeleitet worden ist, und des Freisetzens der Kondensationswärme nach außen (Wärmeenergieerzeugung) durchführen. Ferner kann der Kondensator 20 auch das Wärmemedium nach der Kondensation zu dem Verdampfer 14 leiten.
Darüber hinaus kann der Kondensator 20 weggelassen werden, jedoch kann in diesem Fall das Wärmemedium von der Wärmepumpe 12 nach außen freigesetzt werden, ohne das Wärmemedium zu kondensieren.
Als nächstes werden bezüglich der Wärmepumpe 12 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform das Verfahren des Erzeugens von Kühlleistung (Kühlleistungserzeugungsmodus) und das Verfahren des Erzeugens von Wärme (Wärmeenergieerzeugungsmodus) beschrieben. Als erstes wird eine verallgemeinerte Ausführungsform des Kühlleistungserzeugungsmodus beschrieben.
[Kühlleistungserzeugungsmodus]
<Kühlleistungserzeugungsbetrieb 1>
In dem Kühlleistungserzeugungsbetrieb 1 werden zuerst, wie es in der 2A gezeigt ist, der chemisch-thermische Speicherreaktor 18 und der Verdampfer 14 verbunden und der Adsorber 16 und der Kondensator 20 werden verbunden. Als Ergebnis der Wirkung der Druckverminderung in dem Wärmespeichermaterial des chemisch-thermischen Speicherreaktors 18 verdampft das Wärmemedium in dem Verdampfer 14 und Kühlleistung Q3 wird erzeugt. In dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 reagieren das Wärmemedium und das Wärmespeichermaterial miteinander und die Reaktionswärme Q5 wird erzeugt.
Der Adsorber 16 wird dieser Reaktionswärme Q5 ausgesetzt und dadurch wird das Wärmemedium, das an dem Adsorbensmaterial adsorbiert ist, desorbiert (eine Regenerierung eines Teils oder der Gesamtmenge des Adsorbensmaterials wird ermöglicht). In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird, da der Kondensator 20 zur Verfügung steht, das desorbierte Wärmemedium durch den Kondensator 20 kondensiert. Dabei kann die Wärme Q8 verwendet werden, die in dem Kondensator 20 erzeugt wird. Das Wärmemedium kann jedoch von der Wärmepumpe 12 nach außen freigesetzt werden, ohne durch den Kondensator 20 kondensiert zu werden, und in diesem Fall ist der Kondensator 20 nicht erforderlich. Das kondensierte Wärmemedium wird zu dem Verdampfer 14 geleitet. Der vorstehend beschriebene Betrieb ist der Kühlleistungserzeugungsbetrieb 1.
<Kühlleistungserzeugungsbetrieb 2>
Wenn der Adsorber 16 durch den vorstehend beschriebenen Kühlleistungserzeugungsbetrieb 1 vollständig regeneriert worden ist, werden, wie es in der 2B gezeigt ist, der Adsorber 16 und der Verdampfer 14 verbunden. Der Adsorber 16 adsorbiert das Wärmemedium, das Wärmemedium verdampft in dem Verdampfer 14 durch eine Druckverminderung und folglich wird Kühlleistung Q6 erzeugt. Der vorstehend beschriebene Betrieb ist der Kühlleistungserzeugungsbetrieb 2.
Da der Kühlleistungserzeugungsbetrieb 1 und der Kühlleistungserzeugungsbetrieb 2 auf diese Weise abwechselnd wiederholt werden, können die Kühlleistung Q3 und die Kühlleistung Q6 abwechselnd in der Wärmepumpe 12 erzeugt werden. Daher kann im Vergleich zu einer Wärmepumpe, die einen Aufbau aufweist, der den chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 nicht umfasst, eine Kühlleistung effizient und kontinuierlich erzeugt werden.
Darüber hinaus kann die Regenerierung des chemisch-thermischen Speicherreaktors 18 (Wärmespeichermaterial) auch bei gewünschten Zeitpunkten im Hinblick auf die Wiederholung des Kühlleistungserzeugungsbetriebs 1 und des Kühlleistungserzeug-ungsbetriebs 2 durchgeführt werden. Beispielsweise werden, nachdem der Kühlleistungserzeugungsbetrieb 1 und der Kühlleistungserzeugungsbetrieb 2 mehrmals wiederholt worden sind (in einem Zustand, bei dem der Kühlleistungserzeugungsbetrieb 2 abgeschlossen ist), wie es in der 2C gezeigt ist, der chemisch-thermische Speicherreaktor 18 und der Kondensator 20 verbunden. Dann wird Energie für eine Regenerierung Q1 zu dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 zugeführt und dadurch kann das Wärmespeichermaterial regeneriert werden. Dabei kann, wenn eine Wärmequelle außerhalb dieser Wärmepumpe 12 zur Verfügung steht, die von der Wärmequelle zugeführte Wärme genutzt werden.
Ferner tritt in dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 nicht nur die Reaktionswärme auf, sondern auch die sensible Wärme Q2. Wie es in der 2C gezeigt ist, wird das Wärmemedium, dessen Temperatur angehoben worden ist, auf den Adsorber 16 übertragen und bei dem Kondensator 20 kondensiert und dadurch kann die Wärme Q9 erzeugt werden.
Als nächstes wird der Leistungskoeffizient (COP) der Wärmepumpe 12 erläutert.
Wenn die Reaktionswärme pro Mol des Wärmemediums in dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 als ΔH1 [kJ/mol] bezeichnet wird, das Gesamtausmaß der Reaktion als m1 [mol] bezeichnet wird und die sensible Wärme als Q2 [kJ] bezeichnet wird, ist die Energie Q1, die auf den chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 angewandt wird, wie folgt definiert: Q1 = m1·ΔH1 + Q2 [kJ]
Wenn die latente Verdampfungswärme des Wärmemediums als ΔH2 [kJ] bezeichnet wird, ist ferner das Ausmaß der Kühlleistungserzeugung Q3 [kJ] in dem Verdampfer 14 wie folgt definiert: Q3 = m1·ΔH2 [kJ]
Wenn die Menge des Wärmemediums, das zur Durchführung eines Durchgangs des Kühlleistungserzeugungsvorgangs 1 verwendet wird, als m2 [mol] bezeichnet wird, die Adsorptions- und Desorptionswärme als ΔH3 [kJ/mol] bezeichnet wird und die sensible Wärme an dem Adsorber 16 als Q4 [kJ] bezeichnet wird, ist die Wärmeenergie Q5 [kJ/Zeit], die von dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 zur Regeneration des Erzeugers 16 eingesetzt wird, wie folgt definiert: Q5 = m2·ΔH3 + Q4 [kJ]
Da die Gesamtenergie des chemisch-thermischen Speicherreaktors 18 dem Adsorber 16 in mehrmals aufgeteilter Weise zugeführt wird, wird, wenn diese Zahl als N bezeichnet wird, der Adsorber 16 einer Energie in einer Menge von: Q6 = N·m2·ΔH2 [kJ] ausgesetzt.
Bei dem Kühlleistungserzeugungsbetrieb 2 ist diese Energie die Kühlleistung, die bei dem Verdampfer 14 erzeugt wird.
Daher ist das Gesamtausmaß der Kühlleistungserzeugung Q7 in allen Prozessen, die vorstehend beschrieben worden sind, wie folgt definiert: Q7 = Q3 + Q6 = m1·ΔH2 + N·m2·ΔH2 [kJ]
Da die Energie, die von einer externen Quelle auf die Wärmepumpe 12 angewandt wird, Q1 [kJ] ist, ist der Leistungskoeffizient COP wie folgt definiert: COP = Q7/Q1 = (Q3 + Q6)/Q1 = (m1·ΔH2 + N·m2·ΔH2)/(m1·ΔH1 + Q2)
Die in dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 erzeugte Reaktionswärme ist m1 ΔH1 [kJ] und diese ist im Wesentlichen gleich dem N-fachen der Wärmeenergie Q5, die von dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 für die Regenerierung des Adsorbers 16 angewandt wird. D. h., m1·ΔH1 = N·(m2·ΔH3 + Q4) [kJ]
Ab hier gilt m2 = ((m1·ΔH1)/N – Q4/ΔH3
Demgemäß ist der Leistungskoeffizient COP wie folgt definiert: COP = ((m1 + ((m1·ΔH1)(N – Q4/ΔH3·N))·ΔH2)/(m1·ΔH1 + Q2) = ((ΔH3·m1 + (m1·ΔH1) – N·Q4)·(ΔH2/ΔH3)/(m1·ΔH1 + Q2)
Im Allgemeinen ist, da die Beziehung der Adsorptionswärme ≈ latente Verdampfungswärme bezüglich des Wärmemediums gilt, wenn sie so definiert ist, dass ΔH2 = ΔH3, der COP wie folgt definiert: COP = ((m1·ΔH3 + ΔH1) – N·Q4)/(m1·ΔH1 + Q2)
Wie es aus dieser Gleichung ersichtlich ist, ist es zur Erhöhung des COP erwünscht, die Bedingung zu erfüllen, dass die sensible Wärme Q2 für den chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 ausreichend kleiner ist als die Reaktionswärme m1·ΔH1 (d. h. Q2 << m1·ΔH1) und dass die sensible Wärme in N-maligen Prozessen in dem Adsorber 16, d. h. N·Q4, ausreichend kleiner ist als die Adsorptionswärme m1·ΔH2 an dem Adsorber 16 (d. h. N·Q4 << m1·ΔH2 = m1·ΔH3). In diesem Fall wird der Gesamtverlust an sensibler Wärme in Bezug auf die Wärmepumpe 12 vermindert. Insbesondere wenn sich N1 annähert, nimmt der COP zu und erreicht einen Wert nahe an 1. Wenn davon ausgegangen wird, dass Q2 und Q4 Werte der sensiblen Wärme sind, wird, da Q2 und Q4 verglichen mit der Reaktionswärme bei dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 oder dem Adsorber 16 kleiner sind, eine Wärmepumpe 12 erhalten, die zu einer effizienten Kühlleistungserzeugung fähig ist.
Da die Wärmepumpe 12 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform den chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 umfasst, arbeitet die Wärmepumpe 12 auch als Wärmespeichersystem. In der folgenden Beschreibung wird der Leistungskoeffizient (COP) in dem Fall, bei dem die Wärmepumpe 12 als ein Wärmespeichersystem betrachtet wird, erläutert.
<Wärmespeicher- und -rückgewinnungsbetrieb 1>
Als erstes wird, wie es in der 3A gezeigt ist, der Fall betrachtet, bei dem der Verdampfer 14 und der chemisch-thermische Speicherreaktor 18 verbunden sind und der Adsorber 16 und der Kondensator 20 verbunden sind. Wenn angenommen wird, dass ein Wärmemedium von m3 [mol] von dem Verdampfer 14 auf den chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 übertragen wird, wird in dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 eine Wärmemenge von m3·ΔH1 [kJ] erzeugt. Diese Wärmemenge wird dem Adsorber 16 zugeführt. Wenn das Ausmaß der Übertragung des Wärmemediums als m4 [mol] bezeichnet wird und die sensible Wärme des Adsorbers 16 als Q7 [kJ] bezeichnet wird, wird die folgende Beziehung erhalten: m3·ΔH1 = m4·ΔH3 + Q7
Das an dem Adsorber 16 desorbierte Wärmemedium wird an dem Kondensator 20 kondensiert. Da die latente Verdampfungswärme des Wärmemediums ΔH2 ist, kann Wärme in einer Menge von m2·ΔH2 bei einer Temperatur, die höher ist als die Außenlufttemperatur, zurückgewonnen werden.
<Wärmespeicher- und -rückgewinnungsbetrieb 2>
Als nächstes werden, wie es in der 3B gezeigt ist, der Adsorber 16 und der Verdampfer 14 verbunden. Dann wird das Wärmemedium von dem Verdampfer 14 verdampft und an dem Adsorber 16 adsorbiert. Wenn die Übertragungsmenge des Wärmemediums dabei als m4 [mol] bezeichnet wird, kann die sensible Wärme Q7 an dem Adsorber 16 ebenfalls zurückgewonnen werden. D. h., Wärme in einer Menge von m4·ΔH2 + Q7 kann zurückgewonnen werden.
Wenn die Wärmemengen, die in dem Wärmespeicher- und Rückgewinnungsbetrieb 1 und dem Wärmespeicher- und -rückgewinnungsbetrieb 2 erhalten werden, aufsummiert werden, kann Wärme in einer Menge von 2(m4·ΔH2) + Q7 zurückgewonnen werden. Da das Ausmaß der Wärmeenergieerzeugung an der Wärmepumpe 12 m3·ΔH1 betrug, ist der Leistungskoeffizient COP wie folgt definiert: COP = (2(m4·ΔH2) + Q7)/(m3·ΔH1) = (2(m4·ΔH2) + Q7)/(m4·ΔH3 + Q7)
Dabei ist, wenn angenommen wird, dass ΔH2 = ΔH3, der COP wie folgt definiert: COP = (2(m4·ΔH3) + Q7)/(m4·ΔH3 + Q7) = 1 + (m4·ΔH3)/(m4·ΔH3 + Q7)
Folglich ist ersichtlich, dass eine Wärmepumpe 12, die als Wärmespeichersystem mit einem COP-Wert von 1 oder mehr betrieben wird, geschaffen wird.
Die 4A zeigt als Vergleichsbeispiel 1 eine Wärmepumpe 72, die keinen chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 aufweist, sondern zwei Adsorber 16A und 16B. Ferner zeigt die 4B als Vergleichsbeispiel 2 ein Wärmespeichersystem 82, das so ausgebildet ist, dass es einen Verdampfer 14, einen chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 und einen Kondensator 20 umfasst. Bezüglich dieser Wärmepumpe 72 und dieses Wärmespeichersystems 82 werden Elemente, welche die gleiche Wirkung wie in der vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsform bereitstellen, zweckmäßig mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
In der Wärmepumpe 72 des Vergleichsbeispiels 1 ist die Temperaturfluktuation (der sogenannte Temperaturwechsel) bei der Wiederholung der Adsorption und Desorption in den Adsorbern 16A und 16B groß und dies wird zu dem Verlust an sensibler Wärme. Daher ist es schwierig, den Leistungskoeffizienten COP zu erhöhen. Ferner werden dann, wenn versucht wird, ein ausreichendes Ausmaß an Kühlleistung oder Wärme zu erhalten, die Volumina der Adsorber 16 ebenfalls groß.
In dem Wärmespeichersystem 82 des Vergleichsbeispiels 2 ist es möglich, Wärme in dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 zu akkumulieren (zu speichern); da sich jedoch die Reaktionswärme bei dem Verdampfer 14 (latente Verdampfungswärme) und die Reaktionswärme bei der Zuführung von Wärme zu dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 voneinander unterscheiden, ist das Ausmaß der Entnahme von Kühlleistung verglichen mit dem Ausmaß der Entnahme von Wärme relativ kleiner.
Im Gegensatz dazu ist, wie es ersichtlich ist, wenn die 1 mit der 4A verglichen wird, die Wärmepumpe 12 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform so ausgebildet, dass einer der Adsorber 16 der beispielhaften Ausführungsform 1 (in dem in dem Diagramm gezeigten Beispiel der Adsorber 16B) durch einen chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 ersetzt wird. Da der chemisch-thermische Speicherreaktor 18 derart ist, dass die Temperatur des Temperaturwechsels höher ist als eine Temperatur zur Regenerierung des Adsorbers 16 oder mit dieser identisch ist, wird der Verlust an sensibler Wärme durch die Rückgewinnung von sensibler Wärme vermindert.
Ferner kann in der Wärmepumpe 12 der vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsform, da die Reaktionswärme, die bei dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 erzeugt wird, bei der Regenerierung des Adsorbers 16 genutzt werden kann, dies zu einer Verbesserung des Leistungskoeffizienten COP beitragen. Darüber hinaus kann eine Kühlleistung oder Wärme früh erzeugt werden und folglich wird das Startvermögen verbessert, da Wärme von dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 zu dem Adsorber 16 zugeführt werden kann, ohne auf eine Wärmezufuhr von außerhalb zu dem Adsorber 16 zu warten.
Verglichen mit dem Wärmespeichersystem 82 von Vergleichsbeispiel 2, das in der 4B gezeigt ist, kann in dem Wärmepumpensystem 12 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform eine Kühlleistung unter Nutzung der Wärme in dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 erzeugt werden, und daher können eine Speicherung und Erzeugung eines wesentlich größeren Ausmaßes der Kühlleistung erreicht werden.
Um sowohl den Effekt einer Erhöhung des Leistungskoeffizienten als auch einer Erhöhung des Startvermögens bei der Wärmepumpe 72 von Vergleichsbeispiel 1 bereitzustellen und den Effekt der Speicherung und Erzeugung eines großen Ausmaßes der Kühlleistung bei dem Wärmespeichersystem 82 von Vergleichsbeispiel 2 bereitzustellen, kann auch in Betracht gezogen werden, den Aufbau der Wärmepumpe 72 und den Aufbau des Wärmespeichersystems 82 einfach zu kombinieren. Eine solche einfache Kombination führt jedoch zu einem Aufbau, der zwei Verdampfer 14, zwei Adsorber 16 und zwei Kondensatoren 20 umfasst.
Im Gegensatz dazu kann in der Wärmepumpe 12 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform die Anzahl von Verdampfern 14 oder Kondensatoren 20 verglichen mit einer solchen einfachen Kombination kleiner sein (einschließlich jeweils einer). Ferner sind auch die Leitungen zum Verbinden derselben oder Ventile nicht nötig. Dadurch kann eine Vereinfachung der Struktur in der Wärmepumpe 12 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform erhalten werden.
Die vorstehend beschriebene beispielhafte Ausführungsform zeigt einen Aufbau, der nur einen chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 umfasst, jedoch ist auch ein Aufbau akzeptabel, der eine Mehrzahl von chemisch-thermischen Speicherreaktoren 18 umfasst.
(Beispielhafte Ausführungsform 2)
Die 5 zeigt eine Wärmepumpe 32 der beispielhaften Ausführungsform 2, die zwei chemisch-thermischen Speicherreaktoren 18A und 18B umfasst. In der 5 sind die zwei chemisch-thermischen Speicherreaktoren 18A und 18B nebeneinander angeordnet, jedoch können diese chemisch-thermischen Speicherreaktoren 18A und 18B auch gleichmäßig (parallel) mit dem Verdampfer 14, dem Adsorber 16 und dem Kondensator 20 verbunden werden und jeweils unabhängig betrieben werden.
In der Wärmepumpe 32 der beispielhaften Ausführungsform 2 kann die Regenerierung von zwei chemisch-thermischen Speicherreaktoren 18 abwechselnd ausgeführt werden. Bei diesem Aufbau kann die Regenerierung des chemisch-thermischen Speicherreaktors 18 durch Aufnehmen von Wärmeenergie von einer externen Wärmequelle durchgeführt werden, während der Adsorber 16 die Adsorption des Wärmemediums ausführt. Die externe Wärmequelle kann eine elektrische Heizeinrichtung sein oder es kann sich um die Abwärme handeln, die von einer Maschine oder einem Motor erhältlich ist. Bezüglich der Wärmepumpe 72 kann, wenn ein Fahrzeug eine Klimatisierung oder ein Heizen erfordert, eine Kühlleistung oder Wärme durch Durchführen der jeweiligen Vorgänge, wie sie in der 3 und der 4 gezeigt sind, unter Verwendung des chemisch-thermischen Speicherreaktors 18 und des Adsorbers 16, die regeneriert worden sind, und des Kondensators 20 erzeugt werden.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform können die Regenerierung des chemisch-thermischen Speicherreaktors 18, der Wärme erhalten hat, die von einer externen Wärmequelle zugeführt wird, und das Betreiben der Wärmepumpe 12 (Erzeugung der Kühlleistung oder von Wärme) gleichzeitig durch Einbeziehen einer Mehrzahl von chemisch-thermischen Speicherreaktoren 18 durchgeführt werden.
In der Erfindung kann die Menge der gespeicherten Wärme in dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 größer sein als die Wärmekapazität des Adsorbers 16 oder mit dieser identisch sein (Summe der Wärmemenge, die für die Regenerierung und die sensible Wärme erforderlich ist). Insbesondere wenn die gespeicherte Wärmemenge das Doppelte oder mehr der Wärmekapazität des Adsorbers 16 beträgt, ist dies bevorzugt, da der Freiheitsgrad des zeitlichen Verlaufs der Regenerierung für den Adsorber 16 erhöht wird.
Im Hinblick auf die verschiedenen, vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann z. B. Wasser oder Ammoniak als das Wärmemedium verwendet werden. Bezüglich des Adsorbensmaterials für den Adsorber 16 kann jedwedes Material, das zu einer Adsorption und Desorption des Wärmemediums fähig ist, verwendet werden, und beispielsweise kann in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform Silicagel verwendet werden.
Bezüglich des Wärmespeichermaterials für den chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 zusätzlich zu einem chemischen Wärmespeichermaterial, das einer chemischen Reaktion mit einem Wärmemedium unterliegt, kann auch ein physikalisches Adsorbensmaterial (Wärmespeichermaterial) verwendet werden, das ein Wärmemedium mittels Poren oder dergleichen physikalisch adsorbiert.
Das chemische Wärmespeichermaterial in dem Fall, bei dem das Wärmemedium Wasser ist, ist mehr bevorzugt ein Oxid oder Hydroxid eines Alkalimetalls oder Erdalkalimetalls oder ein Gemisch davon, und zwar im Hinblick auf die weitere Erhöhung der Wärmespeicherdichte in dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 18, und Beispiele dafür umfassen anorganische Hydroxide von Erdalkalimetallen, wie z. B. Calciumhydroxid (Ca(OH)₂), Magnesiumhydroxid (Mg(OH)₂) und Bariumhydroxid (Ba(OH)₂) oder ein Hydrat davon (Ba(OH)₂·H₂O), anorganische Hydroxide von Alkalimetallen, wie z. B. Lithiumhydroxidmonohydrat (LiOH·H₂O), und anorganische Oxide, wie z. B. Aluminiumoxid-trihydrat (Al₂O₃·3H₂O). Von diesen ist ein hydratisierungsreaktives Wärmespeichermaterial, das Wärme als Ergebnis einer Dehydratisierungsreaktion adsorbiert und Wärme als Ergebnis einer Hydratisierungsreaktion freisetzt, bevorzugt, und insbesondere ist Calciumhydroxid (Ca(OH)₂) bevorzugt. Ferner können im Hinblick auf das chemische Wärmespeichermaterial auch handelsübliche Produkte verwendet werden.
Calciumhydroxid (Ca(OH)₂), das als chemisches Wärmespeichermaterial verwendet wird, kann Wärme als Ergebnis einer Dehydratisierung speichern (Wärmeabsorption) und Wärme als Ergebnis einer Hydratisierung (Rückführung in Calciumhydroxid) freisetzen (Wärmeenergieerzeugung). D. h., mit Ca(OH)₂ kann eine Wärmespeicherung und eine Wärmefreisetzung durch die nachstehend beschriebene Reaktion reversibel wiederholt werden: Ca(OH)₂ ⇔ CaO + H₂O
Das chemische Wärmespeichermaterial in dem Fall, bei dem das Wärmemedium Ammoniak ist, ist vorzugsweise ein Metallchlorid im Hinblick auf eine weitere Erhöhung der Wärmespeicherdichte in dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 18, und mehr bevorzugte Beispiele dafür umfassen Chloride von Alkalimetallen, Chloride von Erdalkalimetallen, Chloride von Übergangsmetallen und Gemische davon. Besonders bevorzugte Beispiele umfassen Lithiumchlorid (LiCl), Magnesiumchlorid (MgCl₂), Calciumchlorid (CaCl₂), Strontiumchlorid (SrCl₂), Bariumchlorid (BaCl₂), Mangan(II)-chlorid (MnCl₂), Cobalt(II)-chlorid (CoCl₂) und Nickel(II)-chlorid (NiCl₂).
Die vorstehend beschriebenen verschiedenen chemischen Wärmespeichermaterialien können einzeln verwendet werden oder sie können in einer Kombination von zwei oder mehr Arten verwendet werden.
Beispiele für das physikalische Adsorbensmaterial umfassen Aktivkohle sowie mesoporöses Siliziumdioxid, Zeolith, Silicagel und Tonmineral. Ferner ist als Aktivkohle eine Aktivkohle mit einer spezifischen Oberfläche gemäß dem BET-Verfahren von 800 m²/g bis 2500 m²/g (mehr bevorzugt von 1800 m²/g bis 2500 m²/g) bevorzugt. Das Tonmineral kann ein unverbrücktes Tonmineral sein oder es kann ein verbrücktes Tonmineral sein (verbrücktes Tonmineral). Beispiele für das Tonmineral umfassen den vorstehend beschriebenen Sepiolith.
In der Erfindung kann die Art des physikalischen Adsorbensmaterials (vorzugsweise ein poröser Körper) zweckmäßig gemäß dem Druck oder der Temperatur des Wärmemediums ausgewählt werden. Im Hinblick auf eine weitere Verbesserung der Reaktivität der Immobilisierung durch physikalische Adsorption und Desorption des Wärmemediums ist das physikalische Adsorbensmaterial vorzugsweise so ausgebildet, dass es mindestens Aktivkohle umfasst.
Wenn ein physikalisches Adsorbensmaterial verwendet wird, wird ein Wärmespeichermaterial aufgebaut, das abhängig von der Übertragung des Wärmemediums Wärme absorbiert oder freisetzt. In diesem Fall beträgt der Gehaltanteil des physikalischen Adsorbensmaterials in dem Wärmespeichermaterial im Hinblick auf eine weitere Erhöhung der Reaktivität der Immobilisierung und der Desorption des Wärmemediums vorzugsweise 80 Volumen-% oder mehr und mehr bevorzugt 90 Volumen-% oder mehr.
Wenn ein Wärmespeichermaterial, das ein physikalisches Adsorbensmaterial nutzt, als ein Formprodukt verwendet wird, enthält das Wärmespeichermaterial vorzugsweise ein Bindemittel zusätzlich zu dem physikalischen Adsorbensmaterial. Da das Wärmespeichermaterial ein Bindemittel enthält, kann die Form des Formprodukts einfacher aufrechterhalten werden und daher wird die Reaktivität der Immobilisierung durch physikalische Adsorption und Desorption des Wärmemediums weiter erhöht.
Ferner kann das Wärmespeichermaterial gegebenenfalls andere Komponenten zusätzlich zu dem physikalischen Adsorbensmaterial und dem Bindemittel enthalten. Beispiele für die anderen Komponenten umfassen wärmeleitende anorganische Materialien, wie z. B. Kohlefasern und Metallfasern.
Das Bindemittel ist vorzugsweise ein wasserlösliches Bindemittel. Beispiele für das wasserlösliche Bindemittel umfassen Polyvinylalkohol und Trimethylcellulose.
Wenn ein Wärmespeichermaterial unter Verwendung eines physikalischen Adsorbensmaterials und eines Bindemittels gebildet wird, beträgt der Gehaltanteil des Bindemittels in dem Wärmespeichermaterial im Hinblick auf ein effektiveres Beibehalten der Form des Formprodukts vorzugsweise 5 Volumen-% oder mehr und mehr bevorzugt 10 Volumen-% oder mehr.
Im Gegensatz dazu kann bezüglich des Adsorbensmaterials für den Adsorber 16, wenn das Wärmemedium Wasser ist, ein Zeolith verwendet werden, und wenn das Wärmemedium Ammoniak ist, kann Aktivkohle verwendet werden. Im Hinblick auf die Beziehung zwischen dem Adsorbensmaterial, das in dem Adsorber 16 verwendet wird, und der Temperatur der Desorptionsreaktion kann ein Material ausgewählt werden, das als physikalisches Adsorbensmaterial für den chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 bevorzugt ist. Beispielsweise ist es mit einem allgemeinen Zeolith (Y-Typ) möglich, eine Temperatur von mehr als 60°C für die Adsorptionsreaktionswärme zu erreichen. Daher kann bezüglich des Adsorbensmaterials für den Adsorber 16 ein Material mit einer Desorptionstemperatur von 60°C oder weniger verwendet werden. Ein Beispiel eines solchen Adsorbensmaterials ist ALPO (Handelsbezeichnung: AQSOA-Z01 von Mitsubishi Chemical Corp.).
Neben dem Wärmemedium (Wasser oder Ammoniak), das als das Adsorbensmaterial 16 verwendet wird, kann auch ein Reaktionsmaterial, das Wärme durch eine chemische Reaktion erzeugt, als ein chemisches Wärmespeichermaterial, oder ein Adsorbatmaterial, das Wärme dadurch speichert, dass es physikalisch adsorbiert wird, verwendet werden. Wenn ein solches Reaktionsmaterial oder Adsorbatmaterial mit dem Wärmemedium des Adsorbensmaterials 16 identisch ist, kann der Aufbau der Wärmepumpe 112 als solche vereinfacht werden. Selbstverständlich kann das Reaktionsmaterial oder das Adsorbatmaterial ein Material sein, das von dem Wärmemedium des Adsorbensmaterials 16 verschieden ist.
Ferner kann die Erfindung auch den Aufbau der beispielhaften Ausführungsform 3 und der beispielhaften Ausführungsform 4, die nachstehend beschrieben werden, aufweisen. In der folgenden Beschreibung werden die Aufbauelemente, Bauteile und dergleichen, die mit den Elementen, Bauteilen und dergleichen der beispielhaften Ausführungsform 1 und der beispielhaften Ausführungsform 2 identisch sind, mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet und eine weitere detaillierte Beschreibung wird nicht wiederholt.
(Beispielhafte Ausführungsform 3)
Die 8 zeigt eine Wärmepumpe 112 der beispielhaften Ausführungsform 3 der Erfindung. In dieser Wärmepumpe 112 ist ein Wärmeakkumulator 114 anstelle des chemisch-thermischen Speicherreaktors 18 der beispielhaften Ausführungsform 1 (vgl. die 1) bereitgestellt. Der Wärmeakkumulator 114 kann eine Wärmemenge Q11 von außen erhalten und diese Wärme innerhalb des Wärmeakkumulators speichern.
Ferner sind in der beispielhaften Ausführungsform 3 der Wärmeakkumulator 114 und der Adsorber 16 durch eine Leitung 22 verbunden und der Wärmeakkumulator 114 kann Wärme in einer Menge, die größer ist als die latente Verdampfungswärme des Adsorbers 16 (Adsorbensmaterial), zu dem Adsorber 16 bei einer Temperatur freisetzen, die höher ist als die Temperatur zur Regenerierung des Adsorbers 16 (Adsorbensmaterial) oder mit dieser identisch ist. In der beispielhaften Ausführungsform 3 ist es nicht erforderlich, dass der Wärmeakkumulator 114 und der Verdampfer 14 mit einer Leitung verbunden sind.
Neben den vorstehend beschriebenen Merkmalen weist die Wärmepumpe 112 der beispielhaften Ausführungsform 3 den gleichen Aufbau auf wie die Wärmepumpe 12 der beispielhaften Ausführungsform 1. Daher kann auch in der beispielhaften Ausführungsform 3 der Kühlleistungserzeugungsbetrieb 1 in der gleichen Weise wie in der beispielhaften Ausführungsform 1 durchgeführt werden, und die Kühlleistung kann durch Verdampfen des Wärmemediums bei dem Verdampfer 14 erzeugt werden. Das so verdampfte Wärmemedium kann z. B. mittels des Kondensators 20 kondensiert werden oder es kann als Gas nach außen abgegeben werden.
In der beispielhaften Ausführungsform 3 kann, wenn eine Regenerierung des Adsorbers 16 (Adsorbensmaterial) durchgeführt wird, die in dem Wärmeakkumulator 114 gespeicherte Wärme auf den Adsorber 16 angewandt werden. Der Adsorber 16 kann auch als solcher regeneriert werden und eine Kühlleistung kann durch den Kühlleistungserzeugungsbetrieb 2 erzeugt werden.
In der beispielhaften Ausführungsform 3 kann bezüglich des Wärmespeichermaterials, das in dem Wärmeakkumulator 114 verwendet wird, das chemische Wärmespeichermaterial oder das physikalische Adsorbensmaterial, die vorstehend beschrieben worden sind, eingesetzt werden. In diesem Fall kann neben dem Wärmemedium (Wasser oder Ammoniak), das als das Adsorbensmaterial 16 verwendet wird, auch ein Reaktionsmaterial, das Wärme durch eine chemische Reaktion erzeugt, als ein chemisches Wärmespeichermaterial, oder ein Adsorbatmaterial, das Wärme dadurch speichert, dass es physikalisch adsorbiert wird, verwendet werden. Wenn ein solches Reaktionsmaterial oder Adsorbatmaterial mit dem Wärmemedium des Adsorbensmaterials 16 identisch ist, kann der Aufbau der Wärmepumpe 112 als solche vereinfacht werden. Selbstverständlich kann das Reaktionsmaterial oder das Adsorbatmaterial ein Material sein, das von dem Wärmemedium des Adsorbensmaterials 16 verschieden ist.
Bezüglich der Wärmepumpe 112 der beispielhaften Ausführungsform 3 können wie in dem Fall der Wärmepumpe 32 der beispielhaften Ausführungsform 2 zwei (eine Mehrzahl) von Wärmeakkumulatoren 114 bereitgestellt werden.
(Beispielhafte Ausführungsform 4)
Die 9 zeigt eine Wärmepumpe 122 der beispielhaften Ausführungsform 4 der Erfindung. In dieser Wärmepumpe 122 ist der chemisch-thermische Speicherreaktor 18 der beispielhaften Ausführungsform 1 nicht mit dem Wärmeakkumulator 114 der beispielhaften Ausführungsform 3 ausgestattet. Ferner ist der Adsorber 18 so ausgebildet, dass er eine Wärmemenge Q12 bei einer Temperatur, die höher ist als die Temperatur zur Regenerierung des Adsorbers 16 (Adsorbensmaterial) oder mit dieser identisch ist, von einer externen Quelle aufnehmen kann und das Adsorbensmaterial mittels dieser Wärme regenerieren kann.
Neben den vorstehend beschriebenen Merkmalen weist die Wärmepumpe 122 der beispielhaften Ausführungsform 4 den gleichen Aufbau auf wie die Wärmepumpe 12 der beispielhaften Ausführungsform 1 oder die die Wärmepumpe 112 der beispielhaften Ausführungsform 3. Daher wird auch in der beispielhaften Ausführungsform 4 wie in der beispielhaften Ausführungsform 1 der Kühlleistungserzeugungsbetrieb 1 durchgeführt und die Kühlleistung kann durch Verdampfen des Wärmemediums in dem Verdampfer 14 erzeugt werden. Das verdampfte Wärmemedium kann mittels eines Kondensators 20 kondensiert werden oder es kann nach außen abgegeben werden.
In der beispielhaften Ausführungsform 4, wenn eine Regenerierung des Adsorbers 16 (Adsorbensmaterial) durchgeführt wird, kann die Wärme von einer externen Wärmequelle auf den Adsorber 16 angewandt werden. Der Adsorber 16 wird so regeneriert und folglich kann durch den Kühlleistungserzeugungsbetrieb 2 eine Kühlleistung erzeugt werden.
In der beispielhaften Ausführungsform 3 und der beispielhaften Ausführungsform 4 kann bezüglich des Adsorbensmaterials, das in dem Adsorber 16 verwendet wird, ein Material der gleichen Art wie das chemische Wärmespeichermaterial oder das physikalische Wärmespeichermaterial verwendet werden, das in dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 verwendet wird. Insbesondere im Hinblick eines Unterdrückens des Einfrierens des Wärmemediums, wenn die Umgebungstemperatur sinkt, kann es Fälle geben, bei denen Ammoniak als Wärmemedium verwendet wird. In diesem Fall ist ein Metallchlorid als das Adsorbensmaterial des Adsorbers 16 bevorzugt und z. B. ist ein Chlorid eines Alkalimetalls, ein Chlorid eines Erdalkalimetalls, ein Chlorid eines Übergangsmetalls oder ein Gemisch davon mehr bevorzugt.
Beispiele für die externe Wärmequelle gemäß der beispielhaften Ausführungsform 3 und der beispielhaften Ausführungsform 4 umfassen diejenigen Bauteile, die in dem Motor und dessen Umgebung in einem Automobil eine höhere Temperatur erreichen.
(Beispielhafte Ausführungsform 5)
Die beispielhafte Ausführungsform 5 der Adsorptionswärmepumpe der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 10 bis 13 beschrieben. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird eine Adsorptionswärmepumpe, die Silicagel als Adsorbensmaterial des Adsorbers und Dampf (Wasser) als die zwei Fluide (Wärmemedium und Betriebsfluid), die dem Adsorber zugeführt werden, nutzt, als ein Beispiel detailliert beschrieben.
Die Wärmepumpe 1100 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform umfasst, wie es in der 10 gezeigt ist, einen ersten Verdampfer 1010, einen Adsorber 1020 mit einem Adsorbensmaterial, einen zweiten Verdampfer 1030, der als eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des Adsorbers dient, und einen Kondensator 1040, der ein Fluid (Dampf), das von dem Adsorber 1020 abgegeben wird, kondensiert.
Dampf soll Wasser umfassen, das sich in einem Gaszustand befindet, und dieses Wasser in der Form von feinen Wassertröpfchen, die sich als Ergebnis einer Kondensation in Luft gebildet haben.
Die Wärmepumpe 1100 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform weist zwei Merkmale auf, die nachstehend beschrieben sind:

(1) Das Wärmemedium und das Betriebsfluid sind identische Fluide (Dampf) und
(2) die Übertragung der Kondensationswärme und die Übertragung der Verdampfungswärme werden beim Heizen und Kühlen des Adsorbers 1020 genutzt.

Der erste Verdampfer 1010 ist mit dem Adsorber 1020 derart verbunden, dass der erste Verdampfer 1010 Wasser verdampfen kann und den durch die Verdampfung erzeugten Dampf, bei dem es sich um ein erstes Fluid handelt, zuführen kann. Insbesondere ist der erste Verdampfer 1010 mit einem Ende einer Leitung 1012, die ein Ventil V4 aufweist, bei dem es sich um ein Flussratenregulierventil handelt, verbunden, und der erste Verdampfer 1010 steht durch die Leitung 1012 mit dem Adsorber 1020 in Verbindung.
Es ist bevorzugt, dass der Verdampfer eine Struktur aufweist, bei der dann, wenn die Menge der Adsorption von Dampf in dem Adsorbensmaterial bei der erstes Fluid-Speichereinheit, die in dem Adsorber bereitgestellt ist, abnimmt, wie es nachstehend beschrieben ist, die Verdampfung von Wasser in dem Verdampfer beschleunigt wird und Wasser in der Form von Dampf der Leitung 1012 zugeführt wird. Ferner ist ein Verdampfer geeignet, der eine Funktion aufweist, durch die Wasser durch Wärme, die von einer externen Quelle zugeführt wird, erwärmt wird, und als Dampf der Leitung 1012 zugeführt wird.
Da der erste Verdampfer 1010 die Verdampfungswärme als Ergebnis der Verdampfung von Wasser in dem ersten Verdampfer 1010, wie es vorstehend beschrieben worden ist, abführt, wird eine Kühlleistung erzeugt, die der Verdampfungswärme des Dampfes entspricht, der dem Adsorber 1020 zugeführt wird. Demgemäß wird durch thermisches Verbinden einer Kühlleistungsnutzungsvorrichtung 1060, wie z. B. einer Klimaanlagen-Außeneinheit, bei der es sich um ein Beispiel des Bedarfs für eine Kühlleistungsenergie handelt, z. B. durch ein Wärmetauschrohr 1061, eine effektive Nutzung der Kühlleistung ermöglicht.
Das vorstehend genannte Wärmetauschrohr ist so ausgebildet, dass es eine Endlosleitung und ein Fluid für einen Wärmetausch, das in dieser Leitung umgewälzt wird, aufweist. Da das Fluid für einen Wärmetausch (z. B. Wasser oder ein Mischlösungsmittel aus Wasser und einem wasserlöslichen Lösungsmittel) durch eine Umwälzpumpe (in dem Diagramm nicht gezeigt), die in der Leitung eingebaut ist, umgewälzt wird, so dass es durch die Leitung strömt, kann eine Kühlleistung einer Kühlleistungsnutzungsvorrichtung 50 zugeführt werden.
Der Adsorber 1020 umfasst eine Fluidspeicherkammer 1022, die eine erstes Fluid-Speichereinheit ist, der Dampf (erstes Fluid) von dem ersten Verdampfer 1010 zugeführt wird, und in der Dampf dadurch gespeichert wird, dass er adsorbiert wird, und der adsorbierte Dampf dadurch freigesetzt wird, dass er desorbiert wird, und eine Fluidspeicherkammer 1024, die eine zweites Fluid-Speichereinheit ist, der Dampf (zweites Fluid) von einem zweiten Verdampfer 1030 zugeführt wird, wie es nachstehend beschrieben ist, und in der Dampf dadurch gespeichert wird, dass er kondensiert wird, und der kondensierte Dampf dadurch freigesetzt wird, dass er desorbiert wird.
Der Adsorber 1020 ist mit einer Mehrzahl von Fluidspeicherkammern 1022 und einer Mehrzahl von Fluidspeicherkammern 1024 ausgestattet. Die jeweiligen Fluidspeicherkammern 1022 und Fluidspeicherkammern 1024 sind in dem Gehäuse des Adsorbers 1020 abwechselnd angeordnet, wie es in der 11 gezeigt ist, und benachbarte Kammern sind thermisch miteinander verbunden. D. h., der Adsorber ist derart ausgebildet, dass dann, wenn eine Wärmefreisetzung oder eine Wärmeabsorption in den Fluidspeicherkammern 1022 stattfindet und dadurch eine Temperaturänderung stattfindet, ein Wärmeaustausch zwischen den Fluidspeicherkammern 1022 und den Fluidspeicherkammern 1024 stattfindet und die Fluidspeicherkammern 1024 erwärmt oder gekühlt werden.
Die Fluidspeicherkammern 1022 sind mit dem anderen Ende der Leitung 1012 verbunden und Dampf wird diesen von dem ersten Verdampfer 1010 zugeführt. In diesen Fluidspeicherkammern 1022 ist, wie es in der 11 gezeigt ist, ein plattenförmiges Adsorbensmaterial 1026 auf der oberen Fläche und der unteren Fläche jeder Kammer bereitgestellt, so dass zugeführter Dampf dadurch darin gespeichert werden kann, dass er adsorbiert wird.
Das Adsorbensmaterial 1026 ist ein plattenförmiges Formprodukt, das unter Verwendung von Silicagel erzeugt wird (physikalisches Adsorbensmaterial). Wie es in der 12 gezeigt ist, ist das Adsorbensmaterial 1026 aus Silicagelplatten 1026A und 1026B zusammengesetzt. Die Oberflächen S der Silicagelplatten 1026A und 1026B, die auf die Fluidspeicherkammern 1024 gerichtet sind, d. h., die Oberflächen, die mit der oberen Fläche und der unteren Fläche jeder Kammer in Kontakt sind, sind Oberflächen, die Wärme übertragen können, und die Fluidspeicherkammern können durch diese Oberflächen einen Wärmetausch mit benachbarten Kammern erreichen.
Wenn beispielsweise Dampf in der Fluidspeicherkammer 1024 kondensiert wird und die Kondensationswärme erzeugt wird, findet an den Oberflächen S, die Wärme übertragen können, der Silicagelplatten 1026A und 1026B ein Wärmetausch statt. Dann wird, wenn die Silicagelplatten 1026A und 1026B (Adsorbensmaterialien) erwärmt werden, der Dampf, der an dem Silicagel adsorbiert worden ist, desorbiert, und Dampf in einer Menge, die zu der Menge der zugeführten Wärmemenge zum Zeitpunkt des Erwärmens äquivalent ist, kann dem Kondensator 1040 zugeführt werden.
Da ein Adsorbensmaterial verwendet wird, kann die Wärmemenge, die für die Adsorption (Immobilisierung) und Desorption von Dampf erforderlich ist, auf ein niedriges Niveau gedrückt werden und die Adsorption und Desorption von Dampf kann selbst mit einer kleinen Energiemenge einfach durchgeführt werden. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird Dampf als erstes Fluid verwendet, jedoch kann zusätzlich zu Dampf jedwedes Material mit einer großen latenten Verdampfungswärme, wie z. B. Ammoniak, zweckmäßig verwendet werden. Beispielsweise kann in dem Fall der Verwendung von Ammoniak die Wärmemenge, die für die Adsorption und Desorption von 1 mol Ammoniak erforderlich ist, auf 20 kJ/mol bis 30 kJ/mol gedrückt werden. Als Vergleichsbeispiel beträgt die Wärmemenge, die erforderlich ist, wenn ein chemisches Wärmespeichermaterial (wie z. B. MgCl₂ oder CaCl₂) verwendet wird, 40 kJ/mol bis 60 kJ/mol.
Bezüglich des Adsorbensmaterials kann ein poröser Körper verwendet werden, wie in dem Fall des Silicagels, das in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform verwendet wird. Bezüglich des porösen Körpers ist im Hinblick auf eine weitere Verbesserung der Reaktivität der Immobilisierung durch Adsorption (vorzugsweise physikalische Adsorption) und Desorption des Fluids wie z. B. Dampf ein poröser Körper mit Poren mit einer Porengröße von 10 nm oder weniger bevorzugt. Die Untergrenze der Porengröße beträgt vorzugsweise 0,5 nm, und zwar im Hinblick auf die Herstellungseignung oder dergleichen. Bezüglich des porösen Körpers ist auf der gleichen Basis, wie sie vorstehend beschrieben worden ist, ein poröser Körper bevorzugt, der ein Aggregat von Primärteilchen ist, das durch Aggregation von Primärteilchen mit einer durchschnittlichen Primärteilchengröße von 50 μm oder weniger erhalten wird. Die Untergrenze der durchschnittlichen Primärteilchengröße beträgt im Hinblick auf die Herstellungseignung oder dergleichen vorzugsweise 1 μm.
Beispiele für das Adsorbensmaterial umfassen zusätzlich zu dem Silicagel, das in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform verwendet wird, Aktivkohle, mesoporöses Siliziumdioxid, Zeolith und Tonmineral. Das Tonmineral kann ein unverbrücktes Tonmineral sein oder es kann ein verbrücktes Tonmineral sein (verbrücktes Tonmineral). Beispiele für das Tonmineral umfassen Sepiolith, Smektittone (Saponit, Montmorillonit, Hektorit und dergleichen), 4-Silizium-Glimmer, Glimmer und Vermiculit und von diesen ist Sepiolith bevorzugt.
Bezüglich des Silicagels ist ein Silicagel mit einer spezifischen Oberfläche gemäß dem BET-Verfahren von 100 m²/g bis 1500 m²/g (mehr bevorzugt von 300 m²/g bis 1000 m²/g) bevorzugt.
Bezüglich der Aktivkohle ist eine Aktivkohle mit einer spezifischen Oberfläche gemäß dem BET-Verfahren von 800 m²/g bis 4000 m²/g (mehr bevorzugt von 1000 m²/g bis 2000 m²/g) bevorzugt.
Bezüglich des mesoporösen Siliziumdioxids ist ein mesoporöses Siliziumdioxid mit einer spezifischen Oberfläche gemäß dem BET-Verfahren von 500 m²/g bis 1500 m²/g (mehr bevorzugt von 700 m²/g bis 1300 m²/g) bevorzugt.
Bezüglich des Zeoliths ist ein Zeolith mit einer spezifischen Oberfläche gemäß dem BET-Verfahren von 50 m²/g bis 1000 m²/g (mehr bevorzugt von 100 m²/g bis 1000 m²/g) bevorzugt.
In der Erfindung kann die Art des Adsorbensmaterials (vorzugsweise des porösen Körpers) zweckmäßig gemäß dem Druck oder der Temperatur des Wärmemediums ausgewählt werden. Im Hinblick auf eine weitere Verbesserung der Reaktivität der Immobilisierung durch Adsorption und Desorption von Wasser ist eine Ausführungsform bevorzugt, die mindestens Silicagel umfasst. Ferner ist im Hinblick auf eine weitere Verbesserung der Reaktivität der Immobilisierung durch Adsorption und Desorption von Ammoniak eine Ausführungsform bevorzugt, die mindestens Aktivkohle umfasst. Das Gleiche gilt auch für die beispielhafte Ausführungsform 6 bis zur beispielhaften Ausführungsform 8, die nachstehend beschrieben werden.
In dem Fall der Konfiguration des Absorbierens und Freisetzens von Wärme durch Übertragen des ersten Fluids unter Verwendung eines Adsorbensmaterials (vorzugsweise eines physikalischen Adsorbensmaterials) beträgt der Gehaltanteil des Adsorbensmaterials an der Gesamtmenge des Adsorbensmaterials vorzugsweise 80 Volumen-% oder mehr und mehr bevorzugt 90 Volumen-% oder mehr, und zwar im Hinblick auf das Aufrechterhalten der Reaktivität der Immobilisierung und Desorption des Fluids auf einem höheren Niveau. Das Gleiche gilt auch für die beispielhafte Ausführungsform 6 bis zur beispielhaften Ausführungsform 8, die nachstehend beschrieben werden.
Wenn das Adsorbensmaterial in der Form eines Formprodukts verwendet wird, kann das Adsorbensmaterial auch ein Bindemittel zusammen mit dem Adsorbensmaterial enthalten. Da ein Bindemittel enthalten ist, kann die Form des Formprodukts einfacher aufrechterhalten werden, und die Reaktivität der Immobilisierung durch Adsorption und Desorption des Wärmemediums wird weiter erhöht. Das Bindemittel ist vorzugsweise ein wasserlösliches Bindemittel. Beispiele für das wasserlösliche Bindemittel umfassen Polyvinylalkohol und Trimethylcellulose.
Ferner können zusätzlich zu dem Adsorbensmaterial und dem Bindemittel gegebenenfalls andere Komponenten ebenfalls einbezogen werden. Beispiele für die anderen Komponenten umfassen wärmeleitende anorganische Materialien, wie z. B. Kohlefasern und Metallfasern.
Wenn ein Formen unter Verwendung eines Adsorbensmaterials und eines Bindemittels durchgeführt wird, beträgt der Gehaltanteil des Bindemittels vorzugsweise 5 Volumen-% oder mehr und mehr bevorzugt 10 Volumen-% oder mehr, und zwar im Hinblick auf ein effektiveres Aufrechterhalten der Form des Formprodukts. Bezüglich des Formverfahrens gibt es keine speziellen Beschränkungen und beispielsweise kann ein Verfahren des Formens eines Adsorbensmaterials (und gegebenenfalls anderer Komponenten, wie z. B. eines Bindemittels) durch eine bekannte Formgebungstechnik, wie z. B. Formpressen und Extrusionsformen, verwendet werden. Der Druck beim Formen kann z. B. auf 20 MPa bis 100 MPa eingestellt werden und ein Druck von 20 MPa bis 40 MPa ist bevorzugt.
Das Gleiche gilt auch für die beispielhafte Ausführungsform 6 bis zur beispielhaften Ausfühnungsform 8, die nachstehend beschrieben werden.
In den Fluidspeicherkammern 1024 ist ein Ende einer Leitung 1032 damit verbunden und Wärme wird dieser zusammen mit Dampf von dem zweiten Verdampfer 1030 zugeführt, der nachstehend beschrieben wird. Wenn Wärme zugeführt wird, findet zwischen den Fluidspeicherkammern 1024 und den Fluidspeicherkammern 1022 ein Wärmetausch statt und in der Fluidspeicherkammer 1024 wird Dampf kondensiert und Wasser wird erzeugt. Die Kondensationswärme zu diesem Zeitpunkt wird auch dem Wärmetausch zwischen den Fluidspeicherkammern 1024 und den Fluidspeicherkammern 1022 unterzogen. Dadurch wird in den Fluidspeicherkammern 1022 das Adsorbensmaterial erwärmt und der an dem Adsorbensmaterial adsorbierte Dampf wird desorbiert.
Die oberen Flächen und die unteren Flächen der Fluidspeicherkammern 1024, wo der Wärmetausch zwischen den Fluidspeicherkammern 1024 und den Fluidspeicherkammern 1022 durchgeführt wird, sind mit Rillen oder Dochten (Furchen) ausgestattet. Die Oberflächen, die eine Rillenstruktur oder eine Dochtstruktur aufweisen, sind mit konkaven Furchen versehen und eine Flüssigkeit (Wasser in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform) wird in diesen Furchen mittels der Oberflächenspannung von Wasser zurückgehalten, so dass ein Flüssigkeitsfilm gebildet werden kann. Das Wasser kann einheitlich auf der Oberfläche vorliegen, wo ein Wärmetausch stattfindet, und die Verteilung der Verdampfung kann innerhalb der Oberflächen, wo der Wärmetausch stattfindet, einheitlich gemacht werden.
Eine Rillenstruktur bezieht sich auf eine Struktur, in der Furchen- oder Grübchen-förmige Vertiefungen ausgebildet sind, wobei die Struktur auf den Innenwänden eines Wärmetauschers ausgebildet ist. Ferner bezieht sich eine Dochtstruktur auf eine Struktur, die in einer Netzform oder dergleichen ausgebildet ist und die ein Kapillarphänomen zeigt, wobei die Struktur ebenfalls auf den Innenwänden ausgebildet ist. Solche Furchen werden durch Pressen, Schneiden bzw. spanabhebendes Bearbeiten oder dergleichen auf einer Wandoberfläche ausgebildet.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird ein Aufbau bereitgestellt, bei dem nur eine Furchenstruktur in den Fluidspeicherkammern 1024 bereitgestellt ist und ein Adsorbensmaterial nicht bereitgestellt ist. Es kann jedoch auch eine Struktur verwendet werden, bei der eine poröse Schicht auf den oberen Flächen oder den unteren Flächen der Fluidspeicherkammern 1024, die auf die Fluidspeicherkammern 1022 gerichtet sind, eingesetzt werden.
Bezüglich der porösen Schicht kann zusätzlich zu der Verwendung des vorstehend beschriebenen porösen Körpers eine poröse Struktur durch die Verwendung eines Materials bereitgestellt werden, das eine poröse Struktur bilden kann. Als Material, das eine poröse Struktur bilden kann, kann Silicagel, Zeolith, Siliziumdioxid, Aktivkohle, Tonmineral und dergleichen verwendet werden. Ein Adsorbensmaterial kann ebenfalls als eine poröse Schicht angeordnet werden, und das gleiche Material wie die Adsorbensmaterialien, die für die Fluidspeicherkammern 1022 verwendet werden können, kann verwendet werden. Die Details bezüglich Silicagel, Zeolith, Siliziumdioxid, Aktivkohle und Tonmineral sind derart, wie es vorstehend beschrieben worden ist.
Der zweite Verdampfer 1030 ist mit dem Adsorber 1020 derart verbunden, dass der zweite Verdampfer 1030 Wasser verdampfen und den durch Verdampfen erzeugten Dampf, bei dem es sich um ein zweites Fluid handelt, zuführen kann. Der zweite Verdampfer 1030 wirkt als Heizeinrichtung zum Erwärmen zumindest des Adsorbensmaterials des Adsorbers 1020 und da Dampf als solcher koaguliert, wird auch die Koagulationswärme erhalten. Insbesondere ist der zweite Verdampfer 1030 mit dem anderen Ende der Leitung 1032, die ein Ventil V2 aufweist, bei dem es sich um ein Flussratenregulierventil handelt, verbunden und der zweite Verdampfer 1030 und der Adsorber 1020 stehen über die Leitung 1032 miteinander in Verbindung.
Im Hinblick auf den zweiten Verdampfer 1030 ist ein Verdampfer geeignet, der eine Funktion aufweist, durch die Wasser durch Wärme von einer externen Quelle erwärmt werden kann und als Dampf an die Leitung 1032 abgegeben werden kann.
Der Kondensator 1040 ist mit dem Adsorber 1020 derart verbunden, dass Dampf von dem Adsorber 1020 zugeführt werden kann, und der Kondensator kondensiert den Dampf, der von dem Adsorber 1020 zugeführt worden ist. Insbesondere ist der Kondensator 1040 jeweils mit einem Ende einer Leitung 1028, die ein Ventil V3 aufweist, bei dem es sich um ein Flussratenregulierventil handelt, und einem Ende einer Leitung 1029, die ein Ventil V1 aufweist, bei dem es sich um ein Flussratenregulierventil handelt, verbunden. Der Kondensator 1040 ist mit der Fluidspeicherkammer 1022 des Adsorbers 1020 durch die Leitung 1028 verbunden und steht mit der Fluidspeicherkammer 1024 des Adsorbers 1020 durch die Leitung 1029 in Verbindung.
Ferner sind die Enden der Leitung 1028 und der Leitung 1029 jeweils mit einer Fluidsammelkammer 1050 verbunden. Der Dampf, der aus den Fluidspeicherkammern 1022 und 1024 durch die jeweiligen Leitungen ausgetragen worden ist, muss an einer Stelle in der Fluidsammelkammer 1050 gesammelt werden.
Die Fluidsammelkammer 1050 ist mit dem Kondensator 1040 über eine Leitung 1052 verbunden. Der Dampf, der bei der Fluidsammelkammer 1050 gesammelt wird, wird durch die Leitung 1052 zu dem Kondensator 1040 geleitet. Dabei kann die gesamte Wärmeenergie des Systems durch Koagulieren des Dampfs gesammelt werden.
Ferner steht der Kondensator 1040 mit dem zweiten Verdampfer 1030 durch eine Rückführleitung 1042, die eine Pumpe P1 aufweist, in Verbindung. Wasser, das durch Kondensation von Dampf bei dem Kondensator 1040 verflüssigt worden ist, wird durch die Rückführleitung 1042 durch Antreiben der Pumpe P1 zu dem zweiten Verdampfer 1030 zurückgeführt.
Als nächstes wird ein Betriebsbeispiel der Adsorptionswärmepumpe der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform erläutert.
Wenn Dampf, der durch den zweiten Verdampfer (Heizeinrichtung) 30 durch die Leitung 1032 zu der Fluidspeicherkammer 24 des Adsorbers 1020 geleitet wird, findet ein Wärmetausch der Wärme des Dampfs statt und dadurch wird das Adsorbensmaterial 1026 der Fluidspeicherkammer 1022 erwärmt. Gleichzeitig wird Dampf in der Fluidspeicherkammer 1024 dadurch gespeichert, dass er kondensiert wird und einer Phasenänderung zu einer flüssigen Form unterliegt, und ferner wird die Kondensationswärme freigesetzt. Dabei wird das Adsorbensmaterial 1026 der Fluidspeicherkammer 1022 durch eine Wärmeübertragung durch Wärmetausch auch durch die so freigesetzte Kondensationswärme erwärmt. Dadurch wird der Dampf, der an dem Adsorbensmaterial 1026 der Fluidspeicherkammer 1022 adsorbiert ist, desorbiert und der desorbierte Dampf wird zuerst bei der Fluidsammelkammer 1050 durch die Leitung 1028 gesammelt und dann durch die Leitung 1052 zu dem Kondensator 1040 geleitet.
Dabei nimmt in der Fluidspeicherkammer 1024 Wasser, das durch Kondensation erzeugt worden ist, zu, während in der Fluidspeicherkammer 1022 der Dampf, der an dem Adsorbensmaterial 1026 adsorbiert ist, allmählich abnimmt.
Da die Menge von Dampf, der an der Fluidspeicherkammer 1022 adsorbiert ist, abnimmt, liegt das Adsorbensmaterial 1026 in einem Zustand vor, in dem es leicht Dampf absorbieren kann.
Daher wird Wasser bei dem ersten Verdampfer 1010 einfach verdampft und so erzeugter Dampf wird der Fluidspeicherkammer 1022 zugeführt. Wenn Dampf zu der Fluidspeicherkammer 1022 geleitet wird, wird Dampf dadurch gespeichert, dass er an das Adsorbensmaterial der Fluidspeicherkammer 1022 adsorbiert wird, und setzt auch die Adsorptionswärme frei. Die so freigesetzte Adsorptionswärme wird einem Wärmetausch zwischen der Fluidspeicherkammer 1022 und der Fluidspeicherkammer 1024 unterzogen und dadurch wird die Fluidspeicherkammer 1024 erwärmt. Dann wird Wasser, das bei der Fluidspeicherkammer 1024 durch Kondensation gesammelt worden ist, verdampft und als Dampf desorbiert. Der Dampf (zweites Fluid), der so desorbiert worden ist, wird zuerst bei der Fluidsammelkammer 1050 durch die Leitung 1029 gesammelt und dann durch die Leitung 1052 zu dem Kondensator 1040 geleitet.
Zu diesem Zeitpunkt nimmt in der Fluidspeicherkammer 1022 die Adsorptionsmenge von Dampf in dem Adsorbensmaterial 1026 zu, während in der Fluidspeicherkammer 1024 gesammeltes Wasser verdampft und allmählich vermindert wird.
Wie es vorstehend beschrieben ist, wenn die Adsorption und Desorption von Dampf bei den Fluidspeicherkammern 1022 und 1024 des Adsorbers 1020 wiederholt werden, kann Wärmeenergie, die genutzt worden ist, kontinuierlich in dem Kondensator zurückgewonnen werden.
Eine Steuervorrichtung 1090 ist eine Steuereinheit, welche die Gesamtsteuerung der Adsorptionswärmepumpe durchführt und die so ausgebildet ist, dass sie mit den Ventilen V1 bis V4, der Pumpe P1, externen Wärmequellen und dergleichen elektrisch verbunden ist, so dass die Steuervorrichtung die Wärmenutzung durch Steuern der Ventile und der Pumpe, der Wärmequellen und des Wärmetauschs steuern kann.
Als nächstes wird die Steuerroutine mittels einer Steuervorrichtung 1090, bei der es sich um eine Flusssteuereinheit zum Steuern der Adsorptionswärmepumpe der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform handelt, unter Bezugnahme auf die 13 in erster Linie auf der Basis eines Wärmepumpenzyklus für eine Heizsteuerroutine erläutert, durch die ein Wärmepumpenzyklus für ein Heizen durch abwechselndes Zuführen von Dampf zu den zwei Fluidspeicherkammern des Adsorbers 1020 und dadurch Rückgewinnen von Wärmeenergie durchgeführt wird.
Wenn die Stromversorgung der Steuervorrichtung 1090 durch Einschalten des Schalters zum Inbetriebsetzen der Adsorptionswärmepumpe der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform eingeschaltet wird, wird das System gestartet und der Wärmepumpenzyklus für die Heizsteuerroutine wird implementiert. Das Inbetriebsetzen des Systems kann automatisch und auch manuell durchgeführt werden.
Wenn die vorliegende Routine durchgeführt wird, wird als erstes zur Bestimmung der Adsorptionsmenge des Adsorbats (Dampf) an dem Adsorbensmaterial 1026 bei der Fluidspeicherkammer 1022 die Adsorptionsmenge im Schritt 1100 gemessen. Dann wird in dem nächsten Schritt 1120 festgestellt, ob die Adsorptionsmenge geringer ist als ein vorgegebener Schwellenwert P.
In dem Schritt 1120, wenn festgestellt wird, dass die Adsorptionsmenge von Dampf kleiner ist als der Schwellenwert P, befindet sich das System in einem Zustand, bei dem das Adsorbensmaterial 1026 kontinuierlich den Dampf von dem ersten Verdampfer 1010 adsorbieren kann. Daher wird im Schritt 1140 das Ventil V4 geöffnet und die Adsorption des Dampfes durch das Adsorbensmaterial 1026 wird initiiert. Dabei tritt die Adsorptionswärme als Ergebnis der Adsorption von Dampf auf und die Fluidspeicherkammer 1024, die einen Wärmetausch durchführen kann, wird erwärmt. Ferner wird das Ventil V3, das in der Leitung 1028 eingebaut ist, geschlossen. In der Fluidspeicherkammer 1024, die durch den Wärmetausch der Adsorptionswärme von der Fluidspeicherkammer 1022 erwärmt worden ist, wird Wasser verdampft und als Dampf desorbiert. Daher wird in dem nächsten Schritt 1160 das Ventil V1, das in der Leitung 1029 bereitgestellt ist, geöffnet, und Dampf wird durch die Leitung 1029 zu der Fluidsammelkammer 1050 geleitet. Dabei befindet sich das Ventil V2, das in der Leitung 1029 eingebaut ist, in einem geschlossenen Zustand.
Dann befindet sich im Schritt 1120, wenn festgestellt wird, dass die Adsorptionsmenge von Dampf größer ist als der Schwellenwert P oder mit diesem identisch ist, das Adsorbensmaterial 1026 bereits in einem Zustand, bei dem Dampf von dem ersten Verdampfer 1010 nicht mehr adsorbiert werden kann. Daher wird in dem Schritt 1180 das Ventil V2 geöffnet, so dass Dampf von dem Adsorbensmaterial 1026 desorbiert wird und erwärmter Dampf wird von dem zweiten Verdampfer 1030 zugeführt. Wenn der erwärmte Dampf zu der Fluidspeicherkammer 1024 des Adsorbers 1020 durch die Leitung 1032 geleitet wird, wird Dampf in der Fluidspeicherkammer 1024 kondensiert und dadurch gespeichert, dass er einer Phasenänderung zu Wasser unterzogen wird, während gleichzeitig die Kondensationswärme freigesetzt wird. Dabei unterliegt die Wärme des Dampfes, welcher der Fluidspeicherkammer 1024 zugeführt wird, einem Wärmetausch zwischen der Fluidspeicherkammer 1024 und der Fluidspeicherkammer 1022 und die freigesetzte Kondensationswärme wird ebenfalls einem Wärmetausch zwischen der Fluidspeicherkammer 1024 und der Fluidspeicherkammer 1022 unterzogen. Dadurch wird das Adsorbensmaterial 1026 der Fluidspeicherkammer 1022 erwärmt. Auf diese Weise wird der Dampf, der an dem Adsorbensmaterial 1026 der Fluidspeicherkammer 1022 adsorbiert ist, wieder desorbiert. Daher wird in dem nächsten Schritt 1200 das Ventil V3, das in der Leitung 1028 eingebaut ist, geöffnet, und Dampf wird durch die Leitung 1028 zu der Fluidsammelkammer 1050 geleitet. Dabei befindet sich das Ventil V4, das in der Leitung 1012 eingebaut ist, in einem geschlossenen Zustand.
Anschließend wird in dem Schritt 1220 das Vorliegen oder das Fehlen einer Anfrage für ein Stoppen des Systems festgestellt, und wenn festgestellt wird, dass keine Anfrage für ein Stoppen des Systems vorliegt, wird der Prozess wieder zu dem Schritt 1100 zurückgeführt, um den Wärmepumpenzyklus zum Heizen fortzusetzen, und die Schritte, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, werden wiederholt.
Ferner wird in dem Schritt 1220, wenn festgestellt wird, dass eine Anfrage für ein Stoppen des Systems vorliegt, diese Routine beendet, so dass das System gestoppt wird.
In der beispielhaften Ausführungsform 5 wurde ein Beispiel der Verwendung von Dampf als das erste Fluid und das zweite Fluid beschrieben; die Fluide sind jedoch nicht auf Dampf beschränkt und der gleiche Effekt wird selbst in dem Fall der Verwendung eines Fluids mit einer relativ großen latenten Verdampfungswärme, wie z. B. Ammoniak, zusätzlich zu Dampf bereitgestellt.
(Beispielhafte Ausführungsform 6)
Die beispielhafte Ausführungsform 6 der Adsorptionswärmepumpe der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 14 und die 15 beschrieben. Die vorliegende beispielhafte Ausführungsform weist den Aufbau eines Systems auf, bei dem zwei Einheiten des Adsorbers 1020 der vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsform 5 angeordnet sind und die zwei Adsorber abwechselnd die Adsorptionswärmepumpen A und B betreiben, die einen ersten Verdampfer, einen zweiten Verdampfer und einen Kondensator gemeinsam haben.
Ferner wird Aufbauelementen, die mit denjenigen identisch sind, die in der beispielhaften Ausführungsform 5 verwendet werden, das gleiche Bezugszeichen zugeordnet und deren detaillierte Beschreibung wird hier nicht wiederholt.
Die Adsorptionswärmepumpe 1200 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist ausgebildet, um so zu arbeiten, dass die Adsorptionswärmepumpen, die so ausgebildet sind, dass sie mit denjenigen identisch sind, die in der beispielhaften Ausführungsform 5 verwendet werden, einen einzelnen zweiten Verdampfer (Heizeinrichtung) 1030, einen einzelnen ersten Verdampfer 1110 und einen einzelnen Kondensator 1140 gemeinsam haben, wie es in der 14 gezeigt ist. Bezüglich des ersten Verdampfers 1110 und des Kondensators 1140 können ein Verdampfer und ein Kondensator, die identisch mit dem ersten Verdampfer 1010 und dem Kondensator 1040 der beispielhaften Ausführungsform 5 ausgebildet sind, verwendet werden; es ist jedoch bevorzugt, dass der Kondensator, aus dem der Dampf, der von zwei Adsorbern kommt, ausgetragen wird, so ausgebildet ist, dass er eine Kapazität aufweist, die mindestens zweimal der Kapazität des ersten Verdampfers entspricht, der Dampf abwechselnd zu den zwei Adsorbern zuführt.
Der erste Verdampfer 1110 ist so ausgebildet, dass er mit dem ersten Verdampfer 1010 der beispielhaften Ausführungsform 5 identisch ist, und ist jeweils mit den Adsorbern 1020A und 1020B verbunden, so dass Wasser verdampft wird und Dampf, der durch das Verdampfen erzeugt worden ist, und bei dem es sich um das erste Fluid handelt, den Adsorbern zugeführt werden kann. Insbesondere ist der erste Verdampfer 1110 jeweils mit einem Ende einer Leitung 1012, die mit einem Ventil V14 ausgestattet ist, bei dem es sich um ein Flussratenregulierventil handelt, und einem Ende einer Leitung 1112, die mit einem Ventil V14 ausgestattet ist, verbunden. Ferner steht der erste Verdampfer 1110 mit dem Adsorber 1020A durch die Leitung 1012 in Verbindung und steht mit dem Adsorber 1020B durch die Leitung 1112 in Verbindung.
Der Adsorber 1020A ist identisch mit dem Adsorber 1020 der beispielhaften Ausführungsform 5 ausgebildet und umfasst eine Fluidspeicherkammer 1022 und eine Fluidspeicherkammer 1024. Ferner ist der Adsorber 1020B auch so ausgebildet, dass er im Wesentlichen mit dem Adsorber 1020 der beispielhaften Ausführungsform 5 identisch ist. Insbesondere umfasst der Adsorber 1020B eine Fluidspeicherkammer 1122, die eine erste Fluidspeichereinheit ist, der Dampf (erstes Fluid) von dem ersten Verdampfer 1110 zugeführt wird, und in der Dampf dadurch gespeichert wird, dass er adsorbiert wird, und von der der adsorbierte Dampf durch Desorbieren freigesetzt wird, und eine Fluidspeicherkammer 1124, bei der es sich um eine zweite Fluidspeichereinheit handelt, der Dampf (zweites Fluid) von dem zweiten Verdampfer 1030 zugeführt wird, und in der Dampf dadurch gespeichert wird, dass er kondensiert wird, und von der kondensierter Dampf durch Desorbieren freigesetzt wird.
Die Details des Adsorbers 1020A sind in Bezug auf den Adsorber 1020 in der beispielhaften Ausführungsform 5 beschrieben.
Der Adsorber 1020B ist mit einer Mehrzahl von Fluidspeichereinheiten 1122 und einer Mehrzahl von Fluidspeichereinheiten 1124 ausgestattet und die jeweiligen Fluidspeichereinheiten 1122 und Fluidspeichereinheiten 1124 sind abwechselnd in dem Gehäuse des Adsorbers 1020B angeordnet, wie es in der 11 gezeigt ist, und benachbarte Kammern sind thermisch miteinander verbunden. D. h., er ist so ausgebildet, dass dann, wenn eine Wärmefreisetzung oder eine Wärmeabsorption in den Fluidspeichereinheiten 1122 stattfindet und dadurch eine Temperaturänderung stattfindet, ein Wärmetausch zwischen den Fluidspeichereinheiten 1122 und den Fluidspeichereinheiten 1124 stattfindet und die Fluidspeichereinheiten 1124 erwärmt oder gekühlt werden.
In den Fluidspeicherkammern 1122 ist das andere Ende der Leitung 1112 damit verbunden und Dampf wird von dem ersten Verdampfer 1110 zugeführt. In diesen Fluidspeicherkammern 1122, wie es in der 11 gezeigt ist, ist ein plattenförmiges Adsorbensmaterial 1026 auf der oberen Fläche und der unteren Fläche jeder Kammer bereitgestellt, so dass zugeführter Dampf darin durch Adsorbieren gespeichert werden kann.
In den Fluidspeicherkammern 1124 ist ein Ende der Leitung 1132 damit verbunden und Wärme wird zusammen mit Dampf von dem zweiten Verdampfer 1030 zugeführt, der eine Heizeinrichtung ist. Die Fluidspeicherkammern 1124 sind mit dem zweiten Verdampfer 1030 durch die Leitung 1132, die ein Ventil V12 aufweist, bei dem es sich um ein Flussratenregulierventil handelt, verbunden. Wenn Wärme von dem Verdampfer 30 zugeführt wird, findet ein Wärmetausch zwischen den Fluidspeicherkammern 1124 und den Fluidspeicherkammern 1122 statt und in den Fluidspeicherkammern 1124 wird Dampf kondensiert, so dass Wasser erzeugt wird. Dabei wird in den Fluidspeicherkammern 1122 der Dampf, der an dem Adsorbensmaterial adsorbiert ist, desorbiert.
Der Kondensator 1140 ist jeweils mit den Adsorber 1020A und 1020B derart verbunden, dass Dampf von beiden Adsorber 1020A und 1020B zugeführt werden kann, und kondensiert Dampf, der von den Adsorber 1020A und 1020B zugeführt wird.
Dabei ist die Beziehung der Verbindung zwischen dem Kondensator 1140 und dem Adsorber 1020B wie folgt. Der Adsorber 1020B ist jeweils mit einem Ende der Leitung 1128, die ein Ventil V13 aufweist, bei dem es sich um ein Flussratenregulierventil handelt, und einem Ende der Leitung 1129, die ein Ventil V11 aufweist, bei dem es sich um ein Flussratenregulierventil handelt, verbunden. Der Kondensator 1140 steht über die Leitung 1128 in Verbindung mit den Fluidspeicherkammern 1122 des Adsorbers 1020B und steht über die Leitung 1129 in Verbindung mit den Fluidspeicherkammern 1124 des Adsorbers 1020B.
Die Beziehung der Verbindung zwischen dem Kondensator 1140 und dem Adsorber 1020A ist derart, wie es in der beispielhaften Ausführungsform 5 beschrieben ist.
Ferner sind in der Adsorptionswärmepumpe A die anderen Enden der Leitung 1028 und der Leitung 1029 jeweils mit der Fluidsammelkammer 1050A verbunden und in der Fluidsammelkammer 1050A wird Dampf gesammelt, der von den Fluidspeicherkammern 1022 und 1024 auf der Seite der Adsorptionswärmepumpe A durch die jeweiligen Leitungen ausgetragen wird. Ferner sind in der Adsorptionswärmepumpe B die anderen Enden der Leitung 1128 und der Leitung 1129 jeweils mit der Fluidsammelkammer 1050B verbunden und in der Fluidsammelkammer 1050B wird Dampf gesammelt, der von den Fluidspeicherkammern 1122 und 1124 auf der Seite der Adsorptionswärmepumpe B durch die jeweiligen Leitungen ausgetragen wird.
Die Fluidsammelkammern 1050A und 1050B sind mit dem Kondensator 1140 durch die Leitungen 1052 bzw. 1152 verbunden und Dampf, der bei den Fluidsammelkammern 1050A und 1050B gesammelt wird, wird durch die Leitungen 1052 und 1152 zu dem Kondensator 1140 geleitet. Dabei kann die Gesamtwärmeenergie des Systems durch Koagulieren des Dampfes zurückgewonnen werden.
Als nächstes wird ein Betriebsbeispiel der Adsorptionswärmepumpe der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform erläutert.
Der Betrieb der Adsorptionswärmepumpen A und B ist genauso, wie es in „Betriebsbeispiel der Adsorptionswärmepumpe” in der beispielhaften Ausführungsform 5 beschrieben worden ist. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird, da zwei Einheiten der Adsorptionswärmepumpe verwendet werden, ein Betrieb ermöglicht, bei dem dann, wenn eine Adsorption von Dampf mit dem Adsorbensmaterial von einer der Adsorptionswärmepumpen (beispielsweise der Adsorptionswärmepumpe A) durchgeführt wird, eine Desorption von Dampf mit dem Adsorbensmaterial der anderen Adsorptionswärmepumpe (z. B. der Adsorptionswärmepumpe B) durchgeführt wird und andererseits wird dann, wenn eine Desorption von Dampf mit dem Adsorbensmaterial der einen Adsorptionswärmepumpe (beispielsweise der Adsorptionswärmepumpe A) durchgeführt wird, eine Adsorption von Dampf mit dem Adsorbensmaterial der anderen Adsorptionswärmepumpe (der Adsorptionswärmepumpe B) durchgeführt.
Die Steuervorrichtung 1190 ist eine Steuereinheit, welche die Gesamtsteuerung der Adsorptionswärmepumpen A und B durchführt und die so ausgebildet ist, dass sie mit den Ventilen V1 bis V4 und V11 bis V14, der Pumpe P1, externen Wärmequellen und dergleichen elektrisch verbunden ist, so dass die Steuervorrichtung die Wärmenutzung durch Steuern der Ventile und der Pumpe, der Wärmequellen und des Wärmetauschs steuern kann.
Als nächstes wird die Steuerroutine mittels einer Steuervorrichtung 1190, bei der es sich um eine Flusssteuereinheit zum Steuern der Adsorptionswärmepumpe der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform handelt, unter Bezugnahme auf die 15 in erster Linie auf der Basis eines Wärmepumpenzyklus für eine Heizsteuerroutine erläutert, durch die der gleiche Wärmepumpenzyklus für ein Heizen wie in der beispielhaften Ausführungsform 5 dadurch fortgesetzt wird, dass die Adsorber 1020A und 1020B abwechselnd eine Adsorption und Desorption von Dampf und ein Rückgewinnen von Wärmeenergie durchführen.
Wenn die Stromversorgung der Steuervorrichtung 1190 durch Einschalten des Schalters zum Inbetriebsetzen der Adsorptionswärmepumpe der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform eingeschaltet wird, wird das System gestartet und der Wärmepumpenzyklus für die Heizsteuerroutine wird durchgeführt. Das Inbetriebsetzen des Systems kann automatisch oder auch manuell durchgeführt werden.
Wenn die vorliegende Routine durchgeführt wird, wird als erstes Dampf mit irgendeinem der Adsorber 1020A und 1020B adsorbiert, und um zu bestimmen, ob Dampf desorbiert werden soll, werden die Adsorptionsmengen von Dampf bei der Fluidspeicherkammer 1022 des Adsorbers 1020A und der Fluidspeicherkammer 1122 des Adsorbers 1020B im Schritt 1300 gemessen.
Anschließend wird im Schritt 1320 das Ausmaß der Adsorptionsmenge aufgrund der so gemessenen Adsorptionsmengen untersucht. Wenn festgestellt wird, dass die Adsorptionsmenge bei der Fluidspeicherkammer 1022 des Adsorbers 1020A kleiner ist als die Adsorptionsmenge bei der Fluidspeicherkammer 1122 des Adsorbers 1020B, da mehr Dampf in der Fluidspeicherkammer 1022 als in der Fluidspeicherkammer 1122 adsorbiert werden kann, wird der Prozess zu dem Schritt 1400 weitergeführt, in dem Dampf bei dem Adsorber 1020A adsorbiert wird und Dampf bei dem Adsorber 1020B desorbiert wird.
Im Gegensatz dazu wird im Schritt 1320, wenn festgestellt wird, dass die Adsorptionsmenge bei der Fluidspeicherkammer 1122 des Adsorbers 1020B kleiner ist als die Adsorptionsmenge bei der Fluidspeicherkammer 1022 des Adsorbers 1020A, da mehr Dampf in der Fluidspeicherkammer 1122 als in der Fluidspeicherkammer 1022 adsorbiert werden kann, der Prozess zu dem Schritt 1500 weitergeführt, in dem Dampf bei dem Adsorber 1020B adsorbiert wird und Dampf bei dem Adsorber 1020A desorbiert wird.
Im Schritt 1400 werden die Fluidspeicherkammern 1022 und 1122 unterschieden. Folglich wird in der Fluidspeicherkammer 1022 das Ventil V4 geöffnet und die Adsorption von Dampf mittels des Adsorbensmaterials 1026 wird in dem nächsten Schritt 1410 initiiert. Dabei wird die Adsorptionswärme durch die Adsorption von Dampf erzeugt und die Fluidspeicherkammer 1024, die einen Wärmetausch durchführen kann, wird erwärmt. Ferner befindet sich das Ventil V3, das in der Leitung 1028 eingebaut ist, in einem geschlossenen Zustand. In der Fluidspeicherkammer 1024, die durch den Wärmetausch der Adsorptionswärme von der Fluidspeicherkammer 1022 erwärmt worden ist, wird Wasser verdampft und als Dampf desorbiert. Demgemäß wird in dem nächsten Schritt 1430 das Ventil V1, das in der Leitung 1029 bereitgestellt ist, geöffnet und Dampf wird durch die Leitung 1029 zu der Fluidsammelkammer 1050A geleitet. Dabei befindet sich das Ventil V2, das in der Leitung 1032 eingebaut ist, in einem geschlossenen Zustand.
Ferner wird in der Fluidspeicherkammer 1122 zum Desorbieren von Dampf von dem Adsorbensmaterial 1026 das Ventil V12 geöffnet und erwärmter Dampf wird von dem zweiten Verdampfer 1030 in dem nächsten Schritt 1420 zugeführt. Wenn erwärmter Dampf zu der Fluidspeicherkammer 1124 des Adsorbers 1020B durch die Leitung 1132 geleitet wird, wird Dampf in der Fluidspeicherkammer 1124 kondensiert und dadurch gespeichert, dass er einer Phasenänderung zu Wasser unterzogen wird, während gleichzeitig die Kondensationswärme freigesetzt wird. Dabei wird die Wärme des Dampfes, welcher der Fluidspeicherkammer 1124 zugeführt wird, einem Wärmetausch zwischen der Fluidspeicherkammer 1124 und der Fluidspeicherkammer 1122 unterzogen und die freigesetzte Kondensationswärme wird ebenfalls einem Wärmetausch zwischen der Fluidspeicherkammer 1124 und der Fluidspeicherkammer 1122 unterzogen. Dadurch wird das Adsorbensmaterial 1026 der Fluidspeicherkammer 1122 erwärmt. Auf diese Weise wird der Dampf, der an dem Adsorbensmaterial 1026 der Fluidspeicherkammer 1122 adsorbiert ist, wieder desorbiert. Demgemäß wird in dem nächsten Schritt 1440 das Ventil V13, das in der Leitung 1128 eingebaut ist, geöffnet und Dampf wird der Fluidsammelkammer 1050B durch die Leitung 1128 zugeführt. Dabei befindet sich das Ventil V14, das in der Leitung 1112 eingebaut ist, in einem geschlossenen Zustand.
Als nächstes werden im Schritt 1500 die Fluidspeicherkammern 1022 und 1122 unterschieden und in der Fluidspeicherkammer 1122 wird das Ventil V14 geöffnet und die Adsorption von Dampf mittels des Adsorbensmaterials 1026 wird in dem nächsten Schritt 1520 initiiert. Dabei wird die Adsorptionswärme als Ergebnis der Adsorption von Dampf erzeugt und die Fluidspeicherkammer 1124, die einen Wärmetausch durchführen kann, wird erwärmt. Ferner befindet sich das Ventil V13, das in der Leitung 1128 eingebaut ist, in einem geschlossenen Zustand. In der Fluidspeicherkammer 1124, die durch den Wärmetausch der Adsorptionswärme von der Fluidspeicherkammer 1122 erwärmt worden ist, wird Wasser verdampft und als Dampf desorbiert. Demgemäß wird in dem nächsten Schritt 1540 das Ventil V11, das in der Leitung 1129 bereitgestellt ist, geöffnet und Dampf wird durch die Leitung 1129 zu der Fluidsammelkammer 1050B geleitet. Dabei befindet sich das Ventil V12, das in der Leitung 1132 eingebaut ist, in einem geschlossenen Zustand.
Ferner wird in der Fluidspeicherkammer 1022 zum Desorbieren von Dampf von dem Adsorbensmaterial 1026 das Ventil V2 geöffnet und erwärmter Dampf wird von dem zweiten Verdampfer 1030 in dem nächsten Schritt 1510 zugeführt. Wenn erwärmter Dampf durch die Leitung 1032 zu der Fluidspeicherkammer 1124 des Adsorbers 1020A geleitet wird, wird Dampf in der Fluidspeicherkammer 1024 kondensiert und dadurch gespeichert, dass er einer Phasenänderung zu Wasser unterzogen wird, während gleichzeitig die Kondensationswärme freigesetzt wird. Dabei wird die Wärme des Dampfs, welcher der Fluidspeicherkammer 1024 zugeführt wird, einem Wärmetausch zwischen der Fluidspeicherkammer 1024 und der Fluidspeicherkammer 1022 unterzogen und die so freigesetzte Kondensationswärme wird ebenfalls einem Wärmetausch zwischen der Fluidspeicherkammer 1024 und der Fluidspeicherkammer 1022 unterzogen. Dadurch wird das Adsorbensmaterial 1026 der Fluidspeicherkammer 1022 erwärmt. Auf diese Weise wird der Dampf, der an dem Adsorbensmaterial 1026 der Fluidspeicherkammer 1022 adsorbiert ist, wieder desorbiert. Demgemäß wird in dem nächsten Schritt 1530 das Ventil V3, das in der Leitung 1028 eingebaut ist, geöffnet und Dampf wird durch die Leitung 1028 zu der Fluidsammelkammer 1050A geleitet. Dabei befindet sich das Ventil V4, das in der Leitung 1012 eingebaut ist, in einem geschlossenen Zustand.
Anschließend wird in dem Schritt 1600 das Vorliegen oder das Fehlen einer Anfrage für ein Stoppen des Systems festgestellt, und wenn festgestellt wird, dass keine Anfrage für ein Stoppen des Systems vorliegt, wird der Prozess wieder zu dem Schritt 1300 zurückgeführt, um den Wärmepumpenzyklus zum Heizen fortzusetzen, und die Schritte, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, werden wiederholt. Im Gegensatz dazu wird im Schritt 1600, wenn festgestellt wird, dass eine Anfrage für ein Stoppen des Systems vorliegt, die vorliegende Routine beendet, um das System zu stoppen.
In der beispielhaften Ausführungsform 6 wurde ein Beispiel der Nutzung von Dampf als das erste Fluid und das zweite Fluid erläutert; das Fluid ist jedoch nicht auf Dampf beschränkt und der gleiche Effekt wird auch in dem Fall der Verwendung eines Fluids mit einer relativ großen latenten Verdampfungswärme, wie z. B. Ammoniak, zusätzlich zu Dampf bereitgestellt.
Ferner wurde in der vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsform der Fall beschrieben, bei dem Silicagel als das Adsorbensmaterial verwendet wird; das Adsorbensmaterial ist jedoch nicht auf Silicagel beschränkt und der gleiche Effekt kann durch die Verwendung eines von Silicagel verschiedenen Adsorbensmaterials bereitgestellt werden, wie es vorstehend beschrieben worden ist.
(Beispielhafte Ausführungsform 7)
Die beispielhafte Ausführungsform 7 der Adsorptionswärmepumpe der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 16 bis 20 beschrieben. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird als ein Beispiel eine Adsorptionswärmepumpe detailliert beschrieben, die Silicagel als das Adsorptionsmaterial des Adsorbers, Calciumoxid (CaO) als das chemische Wärmespeichermaterial des chemisch-thermischen Speicherreaktors und Dampf (Wasser) als die zwei Fluide (Wärmemedium und Betriebsfluid) nutzt, die dem Adsorber oder dem chemisch-thermischen Speicherreaktor zugeführt werden.
Die Wärmepumpe 2100 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform umfasst, wie es in der 16 gezeigt ist, einen Verdampfer 2010, einen Adsorber 2020, der ein Adsorbensmaterial aufweist, einen chemisch-thermischen Speicherreaktor 2030, der ein chemisches Wärmespeichermaterial aufweist und als eine Heizeinrichtung wirkt, die den Adsorber mit Dampf heizt, und einen Kondensator 2040, der das Fluid (Dampf), das aus dem Adsorber 2020 ausgetragen wird, kondensiert.
Dampf soll Wasser umfassen, das sich in einem Gaszustand befindet und dieses Wasser in der Form feiner Wassertröpfchen, die sich als Ergebnis einer Kondensation in Luft gebildet haben.
Die Wärmepumpe 2100 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform weist zwei Merkmale auf, die nachstehend beschrieben sind:

(1) Das Wärmemedium, das für den Wärmetausch mit dem Adsorber oder dergleichen genutzt wird, und das Betriebsfluid, das ein Adsorbat ist, das an dem chemisch-thermischen Speicherreaktor oder dergleichen adsorbiert werden soll, sind identische Fluide (Dampf) und
(2) die Übertragung der Kondensationswärme und die Übertragung der Verdampfungswärme werden für das Heizen und Kühlen in dem Adsorber verwendet.

Der Verdampfer 2010 ist jeweils mit dem Adsorber 2020 und dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 2030 derart verbunden, dass Wasser darin verdampft wird und der durch die Verdampfung gebildete Dampf, der ein erstes Fluid ist, kann zugeführt werden. Insbesondere ist der Verdampfer 2010 jeweils mit einem Ende einer Leitung 2012, die ein Ventil V104 aufweist, bei dem es sich um ein Flussratenregulierventil handelt, und einem Ende einer Leitung 2014, die ein Ventil V105 aufweist, bei dem es sich um ein Flussratenregulierventil handelt, verbunden. Der Verdampfer 2010 steht über die Leitung 2012 mit dem Adsorber 2020 in Verbindung und steht auch über die Leitung 2014 mit dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 2030 in Verbindung.
Es ist bevorzugt, dass der Verdampfer eine Struktur aufweist, in der, wenn die Adsorptionsmenge von Wasser in dem chemischen Wärmespeichermaterial, das in der Wärmespeicherreaktionseinheit des chemisch-thermischen Speicherreaktors 2030 angeordnet ist, kleiner als die Sättigungsmenge ist, oder wenn die Adsorptionsmenge von Dampf in dem Adsorbensmaterial der erstes Fluid-Speichereinheit, die in dem Adsorber bereitgestellt ist, wie es nachstehend beschrieben wird, vermindert ist, das Verdampfen von Wasser in dem Verdampfer fortschreitet und Wasser als Dampf der Leitung 2012 zugeführt wird. Ferner ist ein Verdampfer geeignet, der eine Funktion aufweist, durch die Wasser durch die Wärme, die von einer externen Quelle zugeführt wird, erwärmt werden kann und als Dampf zu den Leitungen 2012 und 2014 ausgetragen werden kann.
Da der erste Verdampfer 2010 die Verdampfungswärme als Ergebnis des Verdampfens von Wasser abführt, wie es vorstehend beschrieben worden ist, wird in dem Verdampfer 2010 eine Kühlleistung erzeugt, die der Verdampfungswärme des dem Adsorber 2020 zugeführten Dampfes entspricht. Demgemäß wird eine effektive Nutzung von Kühlleistung durch thermisches Verbinden einer Kühlleistungsnutzungsvorrichtung 2060, wie z. B. einer Klimaanlagen-Außeneinheit, die ein Beispiel für den Bedarf für eine Kühlleistungsenergie ist, z. B. über eine Wärmetauschleitung 2061, ermöglicht.
Die vorstehend genannte Wärmetauschleitung ist so ausgebildet, dass sie eine Endlosleitung und ein Fluid für einen Wärmetausch umfasst, das in dieser Leitung umgewälzt wird. Da das Fluid für einen Wärmetausch (z. B. Wasser oder ein Mischlösungsmittel aus Wasser und einem wasserlöslichen Lösungsmittel) durch eine in der Leitung eingebaute Umwälzpumpe (in dem Diagramm nicht gezeigt) umgewälzt wird, so dass es durch die Leitung strömt, kann eine Kühlleistung einer Kühlleistungsnutzungsvorrichtung 50 zugeführt werden.
Der Adsorber 2020 umfasst eine Fluidspeicherkammer 2022, die eine erstes Fluid-Speichereinheit ist, der Dampf (erstes Fluid) von dem Verdampfer 2010 zugeführt wird, und in der Dampf dadurch gespeichert wird, dass er adsorbiert wird, und der adsorbierte Dampf dadurch freigesetzt wird, dass er desorbiert wird, und eine Fluidspeicherkammer 2024, die eine zweites Fluid-Speichereinheit ist, der Dampf (zweites Fluid) von dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 2030 zugeführt wird, und in der Dampf dadurch gespeichert wird, dass er kondensiert wird, und der kondensierte Dampf dadurch freigesetzt wird, dass er wieder als Dampf desorbiert wird.
Der Adsorber 2020 ist mit einer Mehrzahl von Fluidspeicherkammern 2022 und einer Mehrzahl von Fluidspeicherkammern 2024 ausgestattet. Die jeweiligen Fluidspeicherkammern 2022 und Fluidspeicherkammern 2024 sind abwechselnd in dem Gehäuse des Adsorbers 2020 angeordnet, wie es in der 11 gezeigt ist, und benachbarte Kammern sind thermisch miteinander verbunden. D. h., der Adsorber ist so aufgebaut, dass dann, wenn in den Fluidspeicherkammern 2022 eine Wärmefreisetzung oder eine Wärmeadsorption stattfindet und dadurch eine Temperaturänderung auftritt, ein Wärmetausch zwischen den Fluidspeicherkammern 2022 und den Fluidspeicherkammern 2024 auftritt und die Fluidspeicherkammern 2024 erwärmt oder gekühlt werden.
Die Fluidspeicherkammern 2022 sind mit dem anderen Ende der Leitung 2012 verbunden und Dampf wird diesen von dem Verdampfer 2010 zugeführt. In diesen Fluidspeicherkammern 2022 ist, wie es in der 11 gezeigt ist, ein plattenförmiges Adsorbensmaterial 2026 auf der oberen Fläche und der unteren Fläche jeder Kammer bereitgestellt, so dass zugeführter Dampf darin dadurch gespeichert werden kann, dass er adsorbiert wird.
Das Adsorbensmaterial 2026 ist ein plattenförmiges Formprodukt, das unter Verwendung von Silicagel (physikalisches Adsorbensmaterial) hergestellt worden ist und, wie es in der 12 gezeigt ist, das Adsorbensmaterial 2016 ist aus Silicagelplatten 2026A und 2026B zusammengesetzt. Die Oberflächen S der Silicagelplatten 2026A und 2026B, die auf die Fluidspeicherkammern 2024 gerichtet sind, d. h., die Oberflächen, die mit der oberen Fläche und der unteren Fläche jeder Kammer in Kontakt sind, sind Oberflächen, mit denen Wärme übertragen werden kann, und die Fluidspeicherkammern können einen Wärmetausch mit benachbarten Kammern durch diese Oberflächen erreichen.
Wenn beispielsweise Dampf in der Fluidspeicherkammer 2024 kondensiert wird und die Kondensationswärme erzeugt wird, findet an den Oberflächen S, mit denen Wärme übertragen werden kann, der Silicagelplatten 2026A und 2026B ein Wärmetausch statt. Wenn die Silicagelplatten 2026A und 2026B (Adsorbensmaterialien) erwärmt werden, wird der Dampf, der an dem Silicagel adsorbiert ist, desorbiert und Dampf in einer Menge, die äquivalent zu der Wärmemenge ist, die beim Erwärmen zugeführt wird, kann dem Kondensator 2040 zugeführt werden.
Da ein Adsorbensmaterial verwendet wird, kann die Wärmemenge, die für die Adsorption (Immobilisierung) und Desorption von Dampf erforderlich ist, auf ein niedriges Niveau gedrückt werden und die Adsorption und Desorption von Dampf kann selbst mit einer geringen Energiemenge einfach durchgeführt werden. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird Dampf als das erste Fluid verwendet, jedoch kann zusätzlich zu Dampf jedwedes Material mit einer großen latenten Verdampfungswärme, wie z. B. Ammoniak, zweckmäßig verwendet werden. Die Details des Adsorbensmaterials sind derart, wie es vorstehend in der beispielhaften Ausführungsform 5 beschrieben worden ist.
In den Fluidspeicherkammern 2024 ist ein Ende einer Leitung 2038 damit verbunden und Wärme wird diesen zusammen mit Dampf von dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 2030, der nachstehend beschrieben wird, zugeführt. Wenn Wärme zugeführt wird, findet zwischen den Fluidspeicherkammern 2024 und den Fluidspeicherkammern 2022 ein Wärmetausch statt und in den Fluidspeicherkammern 2024 wird Dampf kondensiert und Wasser wird erzeugt. Die Kondensationswärme unterliegt dabei ebenfalls einem Wärmetausch zwischen den Fluidspeicherkammern 2024 und den Fluidspeicherkammern 2022. Dadurch wird in den Fluidspeicherkammern 2022 das Adsorbensmaterial erwärmt und der Dampf, der an dem Adsorbensmaterial adsorbiert wird, wird desorbiert.
Die obere Fläche und die untere Fläche der Fluidspeicherkammern 2024, wo ein Wärmetausch zwischen den Fluidspeicherkammern 2024 und den Fluidspeicherkammern 2022 durchgeführt wird, sind mit Rillen oder Dochten (Furchen) ausgestattet. Die Oberflächen, die eine Rillenstruktur oder eine Dochtstruktur aufweisen, sind mit konkaven Furchen versehen und eine Flüssigkeit (Wasser in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform) wird in diesen Furchen mittels der Oberflächenspannung von Wasser zurückgehalten, so dass ein Flüssigkeitsfilm gebildet werden kann. Das Wasser kann einheitlich auf der Oberfläche vorliegen, wo ein Wärmetausch stattfindet, und die Verteilung der Verdampfung kann innerhalb der Oberflächen, wo der Wärmetausch stattfindet, einheitlich gemacht werden.
Die Details der Rillenstruktur sind derart, wie es vorstehend in der beispielhaften Ausführungsform 5 beschrieben worden ist.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird ein Aufbau bereitgestellt, bei dem nur eine Furchenstruktur in den Fluidspeicherkammern 2024 bereitgestellt ist und ein Adsorbensmaterial nicht bereitgestellt ist. Es kann jedoch auch eine Struktur eingesetzt werden, bei der eine poröse Schicht auf der oberen Fläche oder der unteren Fläche der Fluidspeicherkammern 2024, die auf die Fluidspeicherkammern 2022 gerichtet sind, bereitgestellt ist.
Bezüglich der porösen Schicht kann zusätzlich zu der Verwendung des vorstehend beschriebenen porösen Körpers eine poröse Struktur durch Verwenden eines Materials bereitgestellt werden, das eine poröse Struktur bilden kann. Die Details des Materials, das eine poröse Struktur bilden kann, sind derart, wie es vorstehend in der beispielhaften Ausführungsform 5 beschrieben worden ist.
Der chemisch-thermische Speicherreaktor 2030 umfasst eine Reaktionskammer 2032, die eine Wärmespeicherreaktionseinheit ist, der Dampf (erstes Fluid) von dem Verdampfer 2010 zugeführt wird, und die ein chemisches Wärmespeichermaterial aufweist, das die Reaktionswärme freisetzt, wenn Dampf als Ergebnis einer Hydratisierungsreaktion immobilisiert wird, und Wärme speichert, wenn Dampf desorbiert wird, und eine Verdampfungskammer 2034, die eine Fluidverdampfungseinheit ist, der Wasser (zweites Fluid) von dem Kondensator 2040 zugeführt wird, und in der Wasser durch die Wärme von der Reaktionskammer 2032 verdampft wird.
Der chemisch-thermische Speicherreaktor 2030 ist mit einer Mehrzahl von Reaktionskammern 2032 und einer Mehrzahl von Verdampfungskammern 2034 ausgestattet. Die jeweiligen Reaktionskammern 2032 und Verdampfungskammern 2034 sind in dem Gehäuse des chemisch-thermischen Speicherreaktors 2030 abwechselnd angeordnet, wie es in der 17 gezeigt ist, und benachbarte Kammern sind thermisch miteinander verbunden. D. h., der chemisch-thermische Speicherreaktor ist so ausgebildet, dass dann, wenn eine Wärmefreisetzung oder eine Wärmeabsorption in den Reaktionskammern 2032 stattfindet und dadurch eine Temperaturänderung stattfindet, ein Wärmetausch zwischen den Reaktionskammern 2032 und den Verdampfungskammern 2034 stattfindet und die Verdampfungskammern 2034 erwärmt oder gekühlt werden.
Die Reaktionskammern 2032 sind mit dem anderen Ende der Leitung 2014 verbunden und Dampf wird diesen von dem Verdampfer 2010 zugeführt. In diesen Reaktionskammern 2032 ist, wie es in der 17 gezeigt ist, ein plattenförmiges Wärmespeichermaterial 2036 auf der oberen Fläche und der unteren Fläche jeder Kammer bereitgestellt, so dass zugeführter Dampf mit dem Wärmespeichermaterial reagiert und darin gespeichert wird.
Das plattenförmige Wärmespeichermaterial 2036 ist ein plattenförmiges Formprodukt, das durch Pressen eines Pulvers aus Calciumoxid (CaO) erhalten wird, bei dem es sich um ein chemisches Wärmespeichermaterial handelt. Wie es in der 12 gezeigt ist, ist dieses Wärmespeichermaterial 2036 aus plattenförmigen CaO-Körpern (chemische Wärmespeichermaterialstrukturen) 2036A und 2036B aufgebaut, ähnlich wie das vorstehend beschriebene Adsorbensmaterial 2026. Die Oberflächen S der plattenförmigen CaO-Körper 2036A und 2036B, die auf die Reaktionskammern 2034 gerichtet sind, d. h., die Oberflächen, die mit der oberen Fläche und der unteren Fläche jeder Kammer in Kontakt sind, sind Oberflächen, mit denen Wärme übertragen werden kann, und die Fluidspeicherkammern können einen Wärmetausch mit benachbarten Kammern über diese Oberflächen erreichen.
Calciumoxid, bei dem es sich um eines von chemischen Wärmespeichermaterialien handelt, verursacht eine Reaktion, wie sie nachstehend beschrieben ist, und verursacht die Reaktionswärme. Ein chemisches Wärmespeichermaterial ist ein Material, das eine Absorption und eine Freisetzung von Wärme durch Nutzen einer chemischen Reaktion bewirken kann. Beispielsweise ist die Absorption und Freisetzung von Wärme durch CaO so ausgebildet, dass eine Wärmefreisetzung (Wärmeenergieerzeugung) durch eine Hydratisierung induziert wird und eine Wärmespeicherung (Wärmeabsorption) durch eine Dehydratisierung induziert wird. D. h., mit CaO kann reversibel eine Wärmespeicherung und eine Wärmefreisetzung durch die nachstehend beschriebene Reaktion wiederholt werden: CaO + H₂O ⇔ Ca(OH)₂ (a)
Wenn dies zusammen mit dem Ausmaß der Wärmespeicherung und dem Ausmaß der Wärmefreisetzung Q angegeben wird, läuft die Reaktion wie folgt ab: CaO + H₂O → Ca(OH)₂ + Q (b) Ca(OH)₂ + Q → CaO + H₂O (c)
Wenn beispielsweise Dampf in der Verdampfungskammer 2034 kondensiert wird und die Kondensationswärme erzeugt wird, findet an den Oberflächen S, die eine Wärmeübertragung durchführen können, der plattenförmigen CaO-Körper 2036A und 2036B des Wärmespeichermaterials 2036 ein Wärmetausch statt. Wenn die plattenförmigen CaO-Körper 2036A und 2036B erwärmt werden, läuft die Reaktion der vorstehend beschriebenen Formel (c) ab und eine Dehydratisierung findet statt. Folglich kann Dampf in einer Menge, die zu der Wärmemenge äquivalent ist, die beim Erwärmen zugeführt wird, dem Kondensator 2040 zugeführt werden.
Da ein chemisches Wärmespeichermaterial verwendet wird, kann die Wärmemenge, die für die Immobilisierung und Desorption von Dampf erforderlich ist, auf ein niedriges Niveau gedrückt werden und die Adsorption und Desorption von Dampf kann selbst mit einer kleinen Energiemenge einfach durchgeführt werden.
Beispiele für das chemische Wärmespeichermaterial umfassen zusätzlich zu CaO, das in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform verwendet wird, anorganische Oxide von Erdalkalimetallen, wie z. B. Magnesiumoxid (MgO) und Bariumoxid (BaO), anorganische Oxide von Alkalimetallen, wie z. B. Lithiumoxid, und anorganische Oxide wie z. B. Aluminiumoxid (Al₂O₃). Die Metalloxide können einzeln verwendet werden oder sie können in einer Kombination von zwei oder mehr Arten verwendet werden.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird Wasser (Dampf) als das erste Fluid verwendet; zusätzlich zu Wasser kann jedoch ein Material, das eine große latente Verdampfungswärme aufweist, wie z. B. Ammoniak, zweckmäßig verwendet werden. In dem Fall der Verwendung von Ammoniak als das erste Fluid werden Metallchloride, die von den vorstehend beschriebenen Materialien verschieden sind, zweckmäßig als das chemische Wärmespeichermaterial verwendet. Wenn ein Metallchlorid verwendet wird, kann die Wärmespeicherdichte weiter erhöht werden.
Bezüglich des Metallchlorids kann eine Verbindung eingesetzt werden, die bei der Adsorption von Ammoniak eine Wärmeenergieerzeugungsreaktion verursacht. Ein Metallchlorid setzt Wärme frei, wenn Ammoniak auf dem Wärmespeichermaterial immobilisiert (adsorbiert) wird und speichert Wärme, wenn Ammoniak von dem Wärmespeichermaterial desorbiert wird. Beispielsweise wird in dem Fall von Magnesiumchlorid (MgCl₂) in der nachstehend beschriebenen reversiblen Reaktion Wärme bei der Reaktion freigesetzt, die nach rechts abläuft, und Wärme wird bei der Reaktion gespeichert, die nach links abläuft. MgCl₂·2NH₃ + 4NH₃ ⇔ MgCl₂·6NH₃ + Q¹ [kJ]
Die Details der Metallchloride sind derart, wie sie vorstehend in der beispielhaften Ausführungsform 2 beschrieben worden sind. Die Art des Metallchlorids kann zweckmäßig gemäß dem Ammoniakdruck oder der Ammoniaktemperatur ausgewählt werden. Daher gibt es einen breiten Auswahlbereich, in dem der Ammoniakdruck oder die Ammoniaktemperatur gemäß dem Ziel der Wärmenutzung ausgewählt werden kann.
Bezüglich der vorstehenden Beschreibung ist in einem System, das Wasser als ein Fluid nutzt, ein hydratisierungsreaktives Wärmespeichermaterial, das Wärme als Ergebnis einer Hydratisierungsreaktion freisetzt und Wärme als Ergebnis einer Dehydratisierungsreaktion absorbiert, bevorzugt, und insbesondere ist Calciumoxid (CaO) bevorzugt.
Ferner wird in einem System, bei dem Ammoniak als ein Fluid genutzt wird, ein Betrieb unterhalb des Gefrierpunkts ermöglicht. In diesem Fall, wenn die Adsorptionstemperatur von Ammoniak niedrig ist, kann BaCl₂, CaCl₂ oder SrCl₂ ausgewählt werden, und wenn die Adsorptionstemperatur von Ammoniak relativ hoch ist, kann MgCl₂, MnCl₂, CoCl₂ oder NiCl₂ ausgewählt werden.
Das chemische Wärmespeichermaterial kann als ein Formprodukt hergestellt werden, das z. B. durch Formpressen eines teilchenförmigen Materials, wie z. B. CaO, erhalten wird. Es gibt keine speziellen Beschränkungen bezüglich des Formverfahrens und beispielsweise kann ein Wärmespeichermaterial (oder eine Aufschlämmung, die ein Wärmespeichermaterial enthält), das ein chemisches Wärmespeichermaterial und gegebenenfalls andere Komponenten, wie z. B. ein Bindemittel, enthält, einem bekannten Formverfahren, wie z. B. Formpressen oder Extrusionsformen, unterzogen werden. Der Druck beim Formen kann z. B. auf 20 MPa bis 100 MPa eingestellt werden und ein Druck von 20 MPa bis 40 MPa ist bevorzugt.
In den Verdampfungskammern 2034 sind das andere Ende der Leitung 2038, die mit den Fluidspeicherkammern 2024 des Adsorbers verbunden ist, und ein Ende einer Zuführleitung 42 damit verbunden. In den Verdampfungskammern 2034 wird, wenn das Kondensationswasser in der Kammer vorliegt, dieses Kondensationswasser einem Wärmetausch mit den Reaktionskammern 2032 unterzogen und wenn Wasser von dem Kondensator 2040, der nachstehend beschrieben wird, zugeführt wird, wird das zugeführte Wasser dem Wärmetausch mit den Reaktionskammern 2032 unterzogen. Dadurch wird Dampf erzeugt.
Die oberen Flächen und die unteren Flächen der Verdampfungskammern 2034, wo ein Wärmetausch zwischen den Verdampfungskammern 2034 und den Reaktionskammern 2032 durchgeführt wird, sind mit Rillen oder Dochten (Furchen) ausgestattet. Die Oberflächen, die eine Rillenstruktur oder eine Dochtstruktur aufweisen, sind mit konkaven Furchen versehen und eine Flüssigkeit (Wasser in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform) wird in diesen Furchen mittels der Oberflächenspannung von Wasser zurückgehalten, so dass ein Flüssigkeitsfilm gebildet werden kann. Das Wasser kann einheitlich auf der Oberfläche vorliegen, wo ein Wärmetausch stattfindet, und die Verteilung der Verdampfung kann innerhalb der Oberflächen, wo der Wärmetausch stattfindet, einheitlich gemacht werden.
Die Details der Rillenstruktur und der Dochtstruktur sind derart, wie es vorstehend beschrieben ist.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird ein Aufbau bereitgestellt, bei dem nur eine Furchenstruktur in den Verdampfungskammern 2034 bereitgestellt ist und ein Adsorbensmaterial nicht bereitgestellt ist. Es kann jedoch auch eine Struktur verwendet werden, bei der eine poröse Schicht auf den oberen Flächen oder den unteren Flächen der Verdampfungskammern 2034, die auf die Reaktionskammern 2032 gerichtet sind, eingesetzt wird. Bezüglich der porösen Schicht kann zusätzlich zu der Verwendung des vorstehend beschriebenen porösen Körpers eine poröse Struktur durch die Verwendung eines Materials, das eine poröse Struktur bilden kann, bereitgestellt werden. Die Details des Materials, das eine poröse Struktur bilden kann, sind derart, wie es vorstehend beschrieben worden ist.
Es ist bevorzugt, dass der chemisch-thermische Speicherreaktor 2030 ferner eine Heizeinrichtung umfasst, die das chemische Wärmespeichermaterial von einer externen Quelle erwärmen kann. Wenn es schwierig wird, die Hydratisierungsreaktion mit dem Dampf durchzuführen, der von dem Verdampfer zugeführt wird, kann das chemische Wärmespeichermaterial durch Erwärmen des Materials mittels einer Heizeinrichtung, so dass z. B. eine Dehydratisierungsreaktion (Desorption von Wasser) durchgeführt wird, regeneriert werden. Der Dampf, der bei der Regenerierung erzeugt wird, kann durch Rückführen des Dampfes zu dem Verdampfer durch die Leitung 2014 einer Rezyklierung zugeführt werden.
Der Kondensator 2040 ist mit dem Adsorber 2020 derart verbunden, dass Dampf von dem Adsorber 2020 zugeführt werden kann, und der Kondensator 2040 kondensiert den Dampf, der von dem Adsorber 2020 zugeführt worden ist. Insbesondere ist der Kondensator 2040 jeweils mit einem Ende einer Leitung 2028, die ein Ventil V103 aufweist, bei dem es sich um ein Flussratenregulierventil handelt, und einem Ende einer Leitung 2029, die ein Ventil V101 aufweist, bei dem es sich um ein Flussratenregulierventil handelt, verbunden. Der Kondensator 2040 ist mit der Fluidspeicherkammer 2022 des Adsorbers 2020 durch die Leitung 2028 verbunden und steht mit der Fluidspeicherkammer 2024 des Adsorbers 2020 durch die Leitung 2029 in Verbindung. Folglich ist der Kondensator so angeordnet, dass Dampf, der von den Fluidspeicherkammern 2022 und 2024 durch die jeweiligen Leitungen ausgetragen wird, an einer Stelle des Kondensators gesammelt wird.
Ferner ist der Kondensator 2040 mit einem Ende der Leitung 2042, die eine Pumpe P101 aufweist, verbunden und der Kondensator steht über die Leitung 2042 mit den Verdampfungskammern 2034 des chemisch-thermischen Speicherreaktors 2030 in Verbindung. Wasser, das durch Kondensation und Verflüssigung von Wasser in dem Kondensator 2040 erzeugt wird, wird durch die Leitung 2042 durch Antreiben der Pumpe P101 zu den Verdampfungskammern 2034 des chemisch-thermischen Speicherreaktors 2030 geleitet und Dampf wird in den Verdampfungskammern erzeugt. Der darin erzeugte Dampf wird zum Heizen des Adsorbers 2020 mit Dampf genutzt.
Ferner ist der Kondensator 2040 mit einem Ende einer Leitung 2044, die eine Pumpe P102 aufweist, verbunden und der Kondensator 2040 steht über die Leitung 2044 mit dem Verdampfer 2010 des chemisch-thermischen Speicherreaktors 2030 in Verbindung. Wasser, das bei dem Kondensator 2040 kondensiert ist, wird ebenfalls dem Verdampfer 2010 durch die Leitung 2044 durch Antreiben der Pumpe P102 zugeführt. Wasser, das dem Verdampfer zugeführt wird, wird als Dampf zu den Reaktionskammern 2032 des chemisch-thermischen Speicherreaktors geleitet und der so geleitete Dampf wird an dem chemischen Wärmespeichermaterial adsorbiert und zur Erzeugung von Wärme genutzt, die das Verdampfen von Wasser bei den Verdampfungskammern beschleunigt.
Als nächstes wird ein Betriebsbeispiel der Adsorptionswärmepumpe der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 18 und die 19 erläutert. Die 18 ist ein Diagramm, das die Ablaufform bei der Nutzung von Wärme in dem Adsorberregenerierungsmodus zeigt, und die 19 ist ein Diagramm, das die Ablaufform bei der Nutzung von Wärme in dem Adsorberadsorptionsmodus zeigt.
In dem Verdampfer 2010 wird Wasser von dem Kondensator 2040 zugeführt und die Verdampfung erzeugt Dampf. Dabei kann beispielsweise eine Erzeugung einer Kühlleistung bei etwa 15°C durchgeführt werden und eine effektive Nutzung von Kühlleistung wird durch thermisches Verbinden einer Kühlleistungsnutzungsvorrichtung 2060, wie z. B. einer Klimatisierungs-Außeneinheit, bei der es sich um ein Beispiel für einen Bedarf für Kühlleistungsenergie handelt, z. B. durch ein Wärmetauschrohr 2061 ermöglicht.
Anschließend wird, wie es in der 18 gezeigt ist, Dampf, der bei dem Verdampfer 2010 erzeugt wird, durch die Leitung 2014 zu den Reaktionskammern 2032 des chemisch-thermischen Speicherreaktors 2030 geleitet. Der so geleitete Dampf unterliegt einer Hydratisierungsreaktion mit dem chemischen Wärmespeichermaterial und induziert eine Reaktionswärme. Dabei kann z. B. die Erzeugung von Wärme bei einer Temperatur von mehr als 100°C erreicht werden. Diese Reaktionswärme wird einem Wärmetausch zwischen den Reaktionskammern 2032 und den Verdampfungskammern 2034 unterzogen und Wasser in den Verdampfungskammern wird durch die Wärme verdampft, wodurch z. B. ein Hochtemperaturdampf bei 100°C erzeugt wird. Wenn dieser Hochtemperaturdampf durch die Leitung 2038 zu der Fluidspeicherkammer 2024 des Adsorbers 2020 geleitet wird, unterliegt die Dampfwärme einem Wärmetausch, so dass das Adsorbensmaterial 2026 der Fluidspeicherkammer 2022 erwärmt wird. Ferner wird der Dampf bei der Fluidspeicherkammer 2024 kondensiert und darin dadurch, dass dieser einer Phasenänderung zu einer flüssigen Phase unterliegt, gespeichert, und die Kondensationswärme wird freigesetzt. Dabei kann z. B. die Erzeugung von Wärme bei etwa 90°C erreicht werden. Daher wird das Adsorbensmaterial 2026 der Fluidspeicherkammer 2022 auch durch den Wärmetausch der so freigesetzten Kondensationswärme erwärmt. Dadurch wird das Wasser, das an dem Adsorbensmaterial 2026 der Fluidspeicherkammer adsorbiert ist, z. B. als Dampf bei 40°C desorbiert. Der so desorbierte Dampf wird durch die Leitung 2028 zu dem Kondensator geleitet und es wird beispielsweise Wärme bei 40°C erzeugt.
Dabei nimmt in der Fluidspeicherkammer 2024 Wasser, das durch Kondensation erzeugt worden ist, zu, und in der Fluidspeicherkammer 2022 nimmt Dampf, der an das Adsorbensmaterial 2026 adsorbiert ist, allmählich ab.
Da die Menge des Dampfes, der an der Fluidspeicherkammer 2022 adsorbiert ist, als solcher abnimmt, liegt das Adsorbensmaterial 2026 in einem Zustand vor, in dem es leicht Dampf adsorbiert. Daher wird Wasser, das von dem Kondensator 2040 zu dem Verdampfer 2010 zugeführt wird, leicht verdampft und der so erzeugte Dampf wird der gezeigten Fluidspeicherkammer 2022 des Adsorbers 2020 zugeführt, wie es in der 19 gezeigt ist. Dabei sind die Leitungen 2014, 2028 und 2038 durch Ventile geschlossen.
Wenn Dampf von dem Verdampfer durch die Leitung 2012 zu der Fluidspeicherkammer 2022 geleitet wird, wie es in der 19 gezeigt ist, wird Dampf dadurch, dass er an dem Adsorbensmaterial der Fluidspeicherkammer 2022 adsorbiert wird, gespeichert, und setzt auch die Adsorptionswärme frei. Dabei kann z. B. eine Erzeugung von Wärme bei 40°C erreicht werden. Die so freigesetzte Adsorptionswärme wird einem Wärmetausch zwischen der Fluidspeicherkammer 2022 und der Fluidspeicherkammer 2024 unterzogen und dadurch wird die Fluidspeicherkammer 2024 erwärmt. Dann wird Wasser, das bei der Fluidspeicherkammer 2024 durch Kondensation gesammelt worden ist, verdampft und als Dampf desorbiert. Dabei wird der so desorbierte Dampf (zweites Fluid) durch die Leitung 2029 zu dem Kondensator 2040 geleitet.
Dabei nimmt in der Fluidspeicherkammer 2022 die Adsorptionsmenge von Dampf in dem Adsorbensmaterial 2026 zu, während in der Fluidspeicherkammer 2024 das gesammelte Wasser verdampft und allmählich vermindert wird.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, kann die verwendete Wärmeenergie in dem Kondensator durch Wiederholen des Adsorberregenerierungsmodus, der in der 18 gezeigt ist, und des Adsorberadsorptionssmodus, der in der 19 gezeigt ist, kontinuierlich zurückgewonnen werden, bis die gespeicherte Wärmeenergie bei dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 2030 Null erreicht. Dadurch kann eine kontinuierliche Erzeugung von Kühlleistung und Wärme erreicht werden.
Wenn eine Hydratisierungsreaktion des chemischen Wärmespeichermaterials des chemisch-thermischen Speicherreaktors nicht länger abläuft, wird nur die Leitung 2014 durch ein Ventil geöffnet und das chemische Wärmespeichermaterial wird durch eine externe Wärmequelle, die in dem Diagramm nicht gezeigt ist, erwärmt (z. B. auf 400°C). Dadurch wird eine Dehydratisierungsreaktion für das chemische Wärmespeichermaterial durchgeführt und Dampf wird erzeugt. Der so erzeugte Dampf wird durch die Leitung 2014 zu dem Verdampfer zurückgeführt. Dabei wird der Verdampfer als Kondensator verwendet und der zu diesem geleitete Dampf wird durch Kondensation akkumuliert. Dabei kann als Kondensationswärme z. B. die Erzeugung von Wärme bei 40°C erreicht werden.
Eine Steuervorrichtung 1090 ist eine Steuereinheit, welche die Gesamtsteuerung der Adsorptionswärmepumpe durchführt und die so ausgebildet ist, dass sie mit den Ventilen V101 bis V104, den Pumpen P1 und P2, externen Wärmequellen und dergleichen elektrisch verbunden ist, so dass die Steuervorrichtung die Wärmenutzung durch Steuern der Ventile und der Pumpen, der Wärmequellen und des Wärmetauschs steuern kann.
Als nächstes wird die Steuerroutine mittels einer Steuervorrichtung 2090, bei der es sich um eine Flusssteuereinheit zum Steuern der Adsorptionswärmepumpe der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform handelt, unter Bezugnahme auf die 20 in erster Linie auf der Basis eines Wärmepumpenzyklus für eine Heizsteuerroutine erläutert, durch die ein Wärmepumpenzyklus für ein Heizen durch abwechselndes Zuführen von Dampf zu den zwei Fluidspeicherkammern des Adsorbers 2020 und dadurch Rückgewinnen von Wärmeenergie durchgeführt wird.
Wenn die Stromversorgung der Steuervorrichtung 2090 durch Einschalten des Schalters zum Inbetriebsetzen der Adsorptionswärmepumpe der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform eingeschaltet wird, wird das System gestartet und der Wärmepumpenzyklus für die Heizsteuerroutine wird implementiert. Das Inbetriebsetzen des Systems kann automatisch und auch manuell durchgeführt werden.
Wenn die vorliegende Routine durchgeführt wird, wird als erstes zur Bestimmung der Adsorptionsmenge des Adsorbats (Dampf) an dem Adsorbensmaterial 2026 bei der Fluidspeicherkammer 2022 die Adsorptionsmenge im Schritt 2100 gemessen. Dann wird in dem nächsten Schritt 2120 festgestellt, ob die Adsorptionsmenge geringer ist als ein vorgegebener Schwellenwert P.
In dem Schritt 2120, wenn festgestellt wird, dass die Adsorptionsmenge von Dampf kleiner ist als der Schwellenwert P, befindet sich das System in einem Zustand, bei dem das Adsorbensmaterial 2026 kontinuierlich den Dampf von dem Verdampfer 2010 adsorbieren kann und daher wird der Prozess zu dem Schritt 2140 (Adsorberadsorptionsmodus) weitergeführt. In dem Schritt 2140 wird das Ventil V104 geöffnet und die Adsorption von Dampf durch das Adsorbensmaterial 2026 wird initiiert. Dabei tritt eine Adsorptionswärme als Ergebnis der Adsorption von Dampf auf und die Fluidspeicherkammer 2024, die einen Wärmetausch durchführen kann, wird erwärmt. Ferner wird das Ventil V103, das in der Leitung 2028 eingebaut ist, geschlossen. In der Fluidspeicherkammer 2024, die durch den Wärmetausch der Adsorptionswärme von der Fluidspeicherkammer 2022 erwärmt worden ist, wird Wasser verdampft und als Dampf desorbiert. Daher wird in dem nächsten Schritt 2160 das Ventil V101, das in der Leitung 2029 bereitgestellt ist, geöffnet und Dampf wird durch die Leitung 2029 zu der Fluidsammelkammer 2050 geleitet. Dabei befindet sich das Ventil V102, das in der Leitung 2029 eingebaut ist, in einem geschlossenen Zustand.
In dem nächsten Schritt 2180 wird festgestellt, ob die Zeit, die nach dem Übergang zu dem Schritt 2140 vergangen ist, weniger ist als eine vorgegebene Zeit (Zeitgeber) Q¹, und wenn festgestellt wird, dass die Zeit Q¹ noch nicht vergangen ist, da das Adsorbensmaterial des Adsorbers in einem Zustand vorliegt, bei dem es Dampf adsorbieren kann, wird der Schritt 2140 fortgesetzt. Wenn andererseits festgestellt wird, dass die Zeit Q¹ vergangen ist, wird der Prozess zu dem Schritt 2200 für eine Umstellung in den Adsorberregenerierungsmodus weitergeführt.
In dem Schritt 2200 wird das Ventil V102 geöffnet, so dass Dampf von dem Adsorbensmaterial 2026 desorbiert wird und erwärmter Dampf wird von dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 2030 zugeführt. Wenn erwärmter Dampf zu der Fluidspeicherkammer 2024 des Adsorbers 2020 durch die Leitung 2038 zugeführt wird, wird Dampf bei der Fluidspeicherkammer 2024 kondensiert und dadurch gespeichert, dass er einer Phasenänderung zu Wasser unterliegt, während gleichzeitig die Kondensationswärme freigesetzt wird. Dabei wird die Wärme des Dampfs, welcher der Fluidspeicherkammer 2024 zugeführt wird, einem Wärmetausch zwischen der Fluidspeicherkammer 2024 und der Fluidspeicherkammer 2022 unterzogen, und die freigesetzte Kondensationswärme wird ebenfalls einem Wärmetausch zwischen der Fluidspeicherkammer 2024 und der Fluidspeicherkammer 2022 unterzogen. Dadurch wird das Adsorbensmaterial 2026 der Fluidspeicherkammer 2022 erwärmt. Auf diese Weise wird der Dampf, der an dem Adsorbensmaterial 2026 der Fluidspeicherkammer 2022 adsorbiert wird, wieder desorbiert. Daher wird in dem nächsten Schritt 2200 das Ventil V103, das in der Leitung 2028 eingebaut ist, geöffnet und Dampf wird durch die Leitung 2028 zu dem Kondensator 2040 geleitet. Dabei ist das Ventil V104, das in der Leitung 2012 eingebaut ist, in einem geschlossenen Zustand.
In dem nächsten Schritt 2240 wird festgestellt, ob die Zeit, die nach dem Übergang zu dem Schritt 2200 vergangen ist, weniger ist als eine vorgegebene Zeit (Zeitgeber) Q², und wenn festgestellt wird, dass die Zeit Q² noch nicht vergangen ist, werden die Schritte 2200 und 2220 fortgesetzt, um weiter Wasser zu desorbieren, das an dem Adsorbensmaterial des Adsorbers adsorbiert ist, und das Adsorbensmaterial zu regenerieren. Wenn andererseits festgestellt wird, dass die Zeit Q² vergangen ist, wird der Prozess zu dem nächsten Schritt 2300 weitergeführt und das Vorliegen oder das Fehlen einer Anfrage für ein Stoppen des Systems wird zuerst festgestellt.
Ferner wird in dem Schritt 2120, wenn festgestellt wird, dass die Adsorptionsmenge von Dampf einen Wert erreicht hat, der höher ist als ein Schwellenwert P oder identisch mit diesem ist, der Prozess zuerst zu dem Schritt 2200 (Adsorberregenerierungsmodus) fortgeführt. Danach werden die Schritte 2200 und 2240 durchgeführt, wie es vorstehend beschrieben worden ist, so dass der Prozess zu dem Adsorberadsorptionsmodus umgeschaltet werden kann.
In dem Schritt 2300, wenn festgestellt wird, dass keine Anfrage für ein Stoppen des Systems vorliegt, wird bei der Fortsetzung des Wärmepumpenzyklus zum Heizen festgestellt, ob die Anzahl von Zyklen, die in dem Schritt 2320 durch Festlegen der Prozesse des „Adsorberadsorptionsmodus + Adsorberregenerierungsmodus” als ein Zyklus gezählt worden sind, eine vorgegebene Zahl N erreicht hat, um die Reaktionswärme an dem chemischen Wärmespeichermaterial des chemisch-thermischen Speicherreaktors sicherzustellen. Andererseits wird, wenn in dem Schritt 2300 festgestellt wird, dass eine Anfrage für ein Stoppen des Systems vorliegt, diese Routine beendet, um das System zu stoppen.
In dem nächsten Schritt 2320, wenn festgestellt wird, dass die Anzahl von Zyklen nicht eine vorgegebene Anzahl N erreicht hat, da der Prozess in einem Zustand ist, bei dem eine Hydratisierungsreaktion an dem chemischen Wärmespeichermaterial kontinuierlich durchgeführt werden kann (einem Zustand, bei dem die Reaktionswärme erhalten werden kann), wird der Prozess direkt zu dem Schritt 2140 zurückgeführt und die Schritte, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, werden wiederholt. Wenn andererseits in dem Schritt 2320 festgestellt wird, dass die Anzahl von Zyklen eine vorgegebene Anzahl N erreicht hat, wird, da der Prozess in einem Zustand vorliegt, bei dem eine Hydratisierungsreaktion des chemischen Wärmespeichermaterials nicht abläuft und die Reaktionswärme nicht erhalten wird, das Ventil V105 im Schritt 2340 geöffnet, Wärme wird mittels einer externen Wärmequelle auf den chemisch-thermischen Speicherreaktor angewandt und das chemische Wärmespeichermaterial wird regeneriert. Dabei läuft eine Dehydratisierungsreaktion des chemischen Wärmespeichermaterials ab und der durch die Dehydratisierung erzeugte Dampf wird durch die Leitung 2014 zu dem Verdampfer 2010 zurückgeführt und kondensiert. Ferner wird die Anzahl der Zyklen zurückgesetzt.
Ferner wird in dem Schritt 2300 erneut das Vorliegen oder das Fehlen der Anfrage für ein Stoppen des Systems festgestellt. Wenn festgestellt wird, dass keine Anfrage für ein Stoppen des Systems im Schritt 2300 vorliegt, wird die Anzahl der Zyklen erneut im Schritt 2320 festgestellt und die Schritte, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, werden wiederholt. Ferner wird, wenn im Schritt 2300 festgestellt wird, dass eine Anfrage für ein Stoppen des Systems vorliegt, diese Routine beendet, um das System zu stoppen.
In der beispielhaften Ausführungsform 7 wird CaO als das chemische Wärmespeichermaterial verwendet, jedoch wird der gleiche Effekt selbst dann bereitgestellt, wenn andere chemische Wärmespeichermaterialien verwendet werden. Ferner wurde ein Beispiel der Verwendung von Dampf als das erste Fluid und das zweite Fluid beschrieben; die Fluide sind jedoch nicht auf Dampf beschränkt und der gleiche Effekt wird selbst in dem Fall bereitgestellt, bei dem ein Fluid mit einer relativ großen latenten Verdampfungswärme, wie z. B. Ammoniak, zusätzlich zu Dampf verwendet wird. In dem Fall der Verwendung von Ammoniak ist ein Metallchlorid, wie z. B. Magnesiumchlorid (MgCl₂) als das chemische Wärmespeichermaterial geeignet.
(Beispielhafte Ausführungsform 8)
Die beispielhafte Ausführungsform 8 der Adsorptionswärmepumpe der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 21 und die 22 beschrieben. Die vorliegende beispielhafte Ausführungsform weist den Aufbau eines Systems auf, in dem zwei Einheiten des Adsorbers 2020 der vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsform 7 angeordnet sind und die zwei Adsorber abwechselnd die Adsorptionswärmepumpen A2 und B2 betreiben, die einen Verdampfer, einen chemisch-thermischen Speicherreaktor und einen Kondensator gemeinsam haben.
Ferner werden Aufbauelemente, die mit denjenigen identisch sind, wie sie in der beispielhaften Ausführungsform 7 verwendet werden, mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung derselben wird hier nicht wiederholt.
Die Adsorptionswärmepumpe 2200 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist so ausgebildet, derart zu arbeiten, dass, wie es in der 21 gezeigt ist, die Adsorptionswärmepumpen so ausgebildet sind, dass sie mit denjenigen in der beispielhaften Ausführungsform 7 identisch sind und einen einzelnen chemisch-thermischen Speicherreaktor 2030, einen einzelnen Verdampfer 2110 und einen einzelnen Kondensator 2140 gemeinsam haben. Bezüglich des Verdampfers 2110 und des Kondensators 2140 können ein Kondensator und ein Verdampfer verwendet werden, die so ausgebildet sind, dass sie mit dem Verdampfer 2010 und dem Kondensator 2040 der beispielhaften Ausführungsform 7 identisch sind; es ist jedoch bevorzugt, dass der Kondensator, aus dem der Dampf, der von zwei Adsorbern kommt, ausgetragen wird, so ausgebildet ist, dass er eine Kapazität aufweist, die mindestens das Zweifache der Kapazität des Verdampfers ist, der Dampf abwechselnd den zwei Adsorbern zuführt.
Der Verdampfer 2110 ist so ausgebildet, dass er mit dem Verdampfer 2010 der beispielhaften Ausführungsform 7 identisch ist und ist jeweils mit den Adsorbern 2020A und 2020B verbunden, so dass Wasser verdampft wird und Dampf, der durch das Verdampfen erzeugt worden ist, bei dem es sich um das erste Fluid handelt, den Adsorbern zugeführt werden kann. Insbesondere ist der Verdampfer 2110 jeweils mit einem Ende einer Leitung 2012, die ein Ventil V104 aufweist, das ein Flussratenregulierventil ist, und einem Ende einer Leitung 2112, die ein Ventil V114 aufweist, verbunden ist. Ferner steht der Verdampfer 2110 mit dem Adsorber 2020A über die Leitung 2012 in Verbindung und mit dem Adsorber 2020B über die Leitung 2112 in Verbindung.
Der Adsorber 2020A ist so ausgebildet, dass er mit dem Adsorber 2020 der beispielhaften Ausführungsform 7 identisch ist und umfasst eine Fluidspeicherkammer 2022 und eine Fluidspeicherkammer 2024. Ferner ist auch der Adsorber 2020B so ausgebildet, dass er mit dem Adsorber 2020 der beispielhaften Ausführungsform 7 im Wesentlichen identisch ist. Insbesondere umfasst der Adsorber 2020B eine Fluidspeicherkammer 2122, die eine erstes Fluid-Speichereinheit ist, der Dampf (erstes Fluid) von dem Verdampfer 2110 zugeführt wird und in der Dampf dadurch gespeichert wird, dass er adsorbiert wird, und der adsorbierte Dampf dadurch freigesetzt wird, dass er desorbiert wird, und eine Fluidspeicherkammer 2124, die eine zweites Fluid-Speichereinheit ist, der Dampf (zweites Fluid) von dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 2030 zugeführt wird und in der Dampf dadurch gespeichert wird, dass er kondensiert wird, und der kondensierte Dampf dadurch freigesetzt wird, dass er desorbiert wird.
Die Details des Adsorbers 2020A sind derart, wie es bezüglich des Adsorbers 2020 in der beispielhaften Ausführungsform 7 beschrieben worden ist.
Der Adsorber 2020B ist mit einer Mehrzahl von Fluidspeichereinheiten 2122 und einer Mehrzahl von Fluidspeichereinheiten 2124 ausgestattet und die jeweiligen Fluidspeichereinheiten 2122 und Fluidspeichereinheiten 2124 sind in dem Gehäuse des Adsorbers 2020B abwechselnd angeordnet, wie es in der 11 gezeigt ist, und benachbarte Kammern sind thermisch miteinander verbunden. D. h., der Adsorber 2020B ist derart ausgebildet, dass dann, wenn eine Wärmefreisetzung oder eine Wärmeabsorption in den Fluidspeichereinheiten 2122 stattfindet und dadurch eine Temperaturänderung auftritt, ein Wärmetausch zwischen den Fluidspeichereinheiten 2122 und den Fluidspeichereinheiten 2124 stattfindet und die Fluidspeichereinheiten 2124 erwärmt oder gekühlt werden.
In den Fluidspeichereinheiten 2122 ist das andere Ende der Leitung 2112 damit verbunden und Dampf wird von dem Verdampfer 2110 zugeführt. In diesen Fluidspeichereinheiten 2122, wie es in der 11 gezeigt ist, ist ein plattenförmiges Adsorbensmaterial 2026 auf der oberen Fläche und der unteren Fläche jeder Kammer bereitgestellt, so dass zugeführter Dampf darin dadurch gespeichert werden kann, dass er adsorbiert wird.
In den Fluidspeicherkammern 2124 ist ein Ende der Leitung 2138 damit verbunden und Wärme wird zusammen mit Dampf von dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 2030, der eine Heizeinrichtung ist, zugeführt. Die Fluidspeicherkammern 2124 sind mit dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 2030 durch die Leitung 2138, die ein Ventil V112 aufweist, das ein Flussratenregulierventil ist, verbunden. Wenn Wärme von dem Verdampfer 2110 zugeführt wird, findet zwischen den Fluidspeicherkammern 2124 und den Fluidspeicherkammern 2122 ein Wärmetausch statt und in den Fluidspeicherkammern 2124 wird Dampf kondensiert, so dass Wasser erzeugt wird. Dabei wird in den Fluidspeicherkammern 2122 der durch das Adsorbensmaterial adsorbierte Dampf desorbiert.
Der Kondensator 2140 ist jeweils mit den Adsorbern 2020A und 2020B verbunden, so dass Dampf sowohl von den Adsorbern 2020A als auch von den Adsorbern 2020B zugeführt werden kann, und kondensiert Dampf, der von den Adsorbern 2020A und 2020B zugeführt wird.
Dabei ist die Beziehung der Verbindung zwischen dem Kondensator 2140 und dem Adsorber 2020B wie folgt. Der Adsorber 2020B ist jeweils mit einem Ende der Leitung 2128, die ein Ventil V113 aufweist, das ein Flussratenregulierventil ist, und einem Ende der Leitung 2129, die ein Ventil V111 aufweist, das ein Flussratenregulierventil ist, verbunden. Der Kondensator 2140 steht über die Leitung 2128 in Verbindung mit den Fluidspeicherkammern 2122 des Adsorbers 2020B und steht über die Leitung 2129 in Verbindung mit den Fluidspeicherkammern 2124 des Adsorbers 2020B.
Ferner ist die Beziehung der Verbindung zwischen dem Kondensator 2140 und dem Adsorber 2020A derart, wie es in der beispielhaften Ausführungsform 7 beschrieben ist.
Ferner sind in der Adsorptionswärmepumpe A2 die anderen Enden der Leitung 2028 und der Leitung 2029 jeweils mit dem Kondensator 2140 verbunden. In dem Kondensator wird Dampf, der von den Fluidspeicherkammern 2022 und 2024 auf der Seite der Adsorptionswärmepumpe A2 durch die jeweiligen Leitungen ausgetragen wird, gesammelt. Ferner sind in der Adsorptionswärmepumpe B2 die anderen Enden der Leitung 2128 und der Leitung 2129 jeweils mit dem Kondensator 2140 verbunden. In dem Kondensator wird Dampf, der von den Fluidspeicherkammern 2122 und 2124 auf der Seite der Adsorptionswärmepumpe B2 durch die jeweiligen Leitungen ausgetragen wird, gesammelt.
Dabei wird der gesamte Dampf gesammelt und bei dem Kondensator koaguliert. Dadurch kann die Gesamtwärmeenergie des Systems bei dem Kondensator zurückgewonnen werden.
Als nächstes wird ein Betriebsbeispiel der Adsorptionswärmepumpe der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform erläutert.
Der Betrieb der Adsorptionswärmepumpen A2 und B2 ist genauso, wie er in dem „Betriebsbeispiel der Adsorptionswärmepumpe” in der beispielhaften Ausführungsform 7 beschrieben worden ist. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird, da zwei Einheiten der Adsorptionswärmepumpe eingesetzt werden, ein Betrieb ermöglicht, bei dem, wenn eine Adsorption von Dampf mit dem Adsorbensmaterial von einer der Adsorptionswärmepumpen (beispielsweise der Adsorptionswärmepumpe A2) durchgeführt wird, eine Desorption von Dampf mit dem Adsorbensmaterial der anderen Adsorptionswärmepumpe (z. B. der Adsorptionswärmepumpe B2) durchgeführt und andererseits wird dann, wenn eine Desorption von Dampf mit dem Adsorbensmaterial der einen Adsorptionswärmepumpe (der Adsorptionswärmepumpe A2) durchgeführt wird, eine Adsorption von Dampf mit dem Adsorbensmaterial der anderen Adsorptionswärmepumpe (der Adsorptionswärmepumpe B2) durchgeführt.
Die Steuervorrichtung 2190 ist eine Steuereinheit, welche die Gesamtsteuerung der Adsorptionswärmepumpen A2 und B2 durchführt und die so ausgebildet ist, dass sie mit den Ventilen V101 bis V104 und V111 bis V114, den Pumpen P101 und P102, externen Wärmequellen und dergleichen elektrisch verbunden ist, so dass die Steuervorrichtung die Wärmenutzung durch Steuern der Ventile und der Pumpen, der Wärmequellen und des Wärmetauschs steuern kann.
Als nächstes wird die Steuerroutine mittels einer Steuervorrichtung 2190, bei der es sich um eine Flusssteuereinheit zum Steuern der Adsorptionswärmepumpe der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform handelt, unter Bezugnahme auf die 22 in erster Linie auf der Basis eines Wärmepumpenzyklus für eine Heizsteuerroutine erläutert, durch die der gleiche Wärmepumpenzyklus für ein Heizen wie in der beispielhaften Ausführungsform 7 dadurch fortgesetzt wird, dass die Adsorber 2020A und 2020B abwechselnd eine Adsorption und Desorption von Dampf und ein Rückgewinnen von Wärmeenergie durchführen.
Wenn die Stromversorgung der Steuervorrichtung 2190 durch Einschalten des Schalters zum Inbetriebsetzen der Adsorptionswärmepumpe der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform eingeschaltet wird, wird das System gestartet und der Wärmepumpenzyklus für die Heizsteuerroutine wird implementiert. Das Inbetriebsetzen des Systems kann automatisch oder auch manuell durchgeführt werden.
Wenn die vorliegende Routine durchgeführt wird, wird als erstes Dampf mit irgendeinem der Adsorber 2020A und 2020B adsorbiert, und um festzustellen, ob Dampf desorbiert werden sollte, werden die Adsorptionsmengen von Dampf bei der Fluidspeicherkammer 2022 des Adsorbers 2020A und der Fluidspeicherkammer 2122 des Adsorbers 2020B im Schritt 2400 gemessen.
Anschließend wird im Schritt 2420 das Ausmaß der Adsorptionsmenge auf der Basis der so gemessenen Adsorptionsmengen untersucht. Wenn festgestellt wird, dass die Adsorptionsmenge bei der Fluidspeicherkammer 2022 des Adsorbers 2020A kleiner ist als die Adsorptionsmenge bei der Fluidspeicherkammer 2122 des Adsorbers 2020B, da mehr Dampf in der Fluidspeicherkammer 2022 adsorbiert werden kann als in der Fluidspeicherkammer 2122, wird der Prozess zu dem Schritt 2500 fortgeführt, in dem Dampf bei dem Adsorber 2020A adsorbiert wird und Dampf bei dem Adsorber 2020B desorbiert wird.
Im Gegensatz dazu wird, wenn im Schritt 2420 festgestellt wird, dass die Adsorptionsmenge bei der Fluidspeicherkammer 2122 des Adsorbers 2020B kleiner ist als die Adsorptionsmenge bei der Fluidspeicherkammer 2022 des Adsorbers 2020A, da mehr Dampf in der Fluidspeicherkammer 2122 adsorbiert werden kann als in der Fluidspeicherkammer 2022, der Prozess zu dem Schritt 2600 fortgeführt, in dem Dampf bei dem Adsorber 2020B adsorbiert wird und Dampf bei dem Adsorber 2020A desorbiert wird.
Im Schritt 2500 werden die Fluidspeicherkammern 2022 und 2122 unterschieden. Folglich wird in der Fluidspeicherkammer 2022 das Ventil V104 geöffnet und die Adsorption von Dampf mittels des Adsorbensmaterials 2026 wird in dem nächsten Schritt 2510 initiiert. Dabei wird die Adsorptionswärme durch die Adsorption von Dampf erzeugt und die Fluidspeicherkammer 2024, die einen Wärmetausch durchführen kann, wird erwärmt. Ferner befindet sich das Ventil V103, das in der Leitung 2028 eingebaut ist, in einem geschlossenen Zustand. In der Fluidspeicherkammer 2024, die durch den Wärmetausch der Adsorptionswärme von der Fluidspeicherkammer 2022 erwärmt worden ist, wird Wasser verdampft und als Dampf desorbiert. Demgemäß wird in dem nächsten Schritt 2530 das Ventil V101, das in der Leitung 2029 bereitgestellt ist, geöffnet und Dampf wird durch die Leitung 2029 zu der Fluidsammelkammer 50A geleitet. Dabei befindet sich das Ventil V102, das in der Leitung 2038 eingebaut ist, in einem geschlossenen Zustand.
Ferner wird in der Fluidspeicherkammer 2122 zum Desorbieren von Dampf von dem Adsorbensmaterial 2026 das Ventil V112 geöffnet und erwärmter Dampf wird von dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 2030 in dem nächsten Schritt 2520 zugeführt. Wenn erwärmter Dampf zu der Fluidspeicherkammer 2124 des Adsorbers 2020B durch die Leitung 2138 geleitet wird, wird Dampf in der Fluidspeicherkammer 2124 kondensiert und dadurch gespeichert, dass er einer Phasenänderung zu Wasser unterzogen wird, während gleichzeitig die Kondensationswärme freigesetzt wird. Dabei wird die Wärme des Dampfes, welcher der Fluidspeicherkammer 2124 zugeführt wird, einem Wärmetausch zwischen der Fluidspeicherkammer 2124 und der Fluidspeicherkammer 2122 unterzogen und die freigesetzte Kondensationswärme wird ebenfalls einem Wärmetausch zwischen der Fluidspeicherkammer 2124 und der Fluidspeicherkammer 2122 unterzogen. Dadurch wird das Adsorbensmaterial 2026 der Fluidspeicherkammer 2122 erwärmt. Auf diese Weise wird der Dampf, der an dem Adsorbensmaterial 2026 der Fluidspeicherkammer 2122 adsorbiert ist, wieder desorbiert. Demgemäß wird in dem nächsten Schritt 2540 das Ventil V113, das in der Leitung 2128 eingebaut ist, geöffnet und Dampf wird der Fluidsammelkammer 50B durch die Leitung 2128 zugeführt. Dabei befindet sich das Ventil V114, das in der Leitung 2112 eingebaut ist, in einem geschlossenen Zustand.
Als nächstes werden im Schritt 2600 die Fluidspeicherkammern 2022 und 2122 unterschieden und in der Fluidspeicherkammer 2122 wird das Ventil V114 geöffnet und die Adsorption von Dampf mittels des Adsorbensmaterials 2026 wird in dem nächsten Schritt 2620 initiiert. Dabei wird die Adsorptionswärme als Ergebnis der Adsorption von Dampf erzeugt und die Fluidspeicherkammer 2124, die einen Wärmetausch durchführen kann, wird erwärmt. Ferner befindet sich das Ventil V113, das in der Leitung 2128 eingebaut ist, in einem geschlossenen Zustand. In der Fluidspeicherkammer 2124, die durch den Wärmetausch der Adsorptionswärme von der Fluidspeicherkammer 2122 erwärmt worden ist, wird Wasser verdampft und als Dampf desorbiert. Demgemäß wird in dem nächsten Schritt 2640 das Ventil V111, das in der Leitung 2129 bereitgestellt ist, geöffnet und Dampf wird durch die Leitung 2129 zu der Fluidsammelkammer 50B geleitet. Dabei befindet sich das Ventil V112, das in der Leitung 2138 eingebaut ist, in einem geschlossenen Zustand.
Ferner wird in der Fluidspeicherkammer 2022 zum Desorbieren von Dampf von dem Adsorbensmaterial 2026 das Ventil V102 geöffnet und erwärmter Dampf wird von dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 2030 in dem nächsten Schritt 2610 zugeführt. Wenn erwärmter Dampf durch die Leitung 2038 zu der Fluidspeicherkammer 2124 des Adsorbers 2020A geleitet wird, wird Dampf in der Fluidspeicherkammer 2024 kondensiert und dadurch gespeichert, dass er einer Phasenänderung zu Wasser unterzogen wird, während gleichzeitig die Kondensationswärme freigesetzt wird. Dabei wird die Wärme des Dampfs, welcher der Fluidspeicherkammer 2024 zugeführt wird, einem Wärmetausch zwischen der Fluidspeicherkammer 2024 und der Fluidspeicherkammer 2022 unterzogen und die so freigesetzte Kondensationswärme wird ebenfalls einem Wärmetausch zwischen der Fluidspeicherkammer 2024 und der Fluidspeicherkammer 2022 unterzogen. Dadurch wird das Adsorbensmaterial 2026 der Fluidspeicherkammer 2022 erwärmt. Auf diese Weise wird der Dampf, der an dem Adsorbensmaterial 2026 der Fluidspeicherkammer 2022 adsorbiert ist, wieder desorbiert. Demgemäß wird in dem nächsten Schritt 2630 das Ventil V103, das in der Leitung 2028 eingebaut ist, geöffnet und Dampf wird durch die Leitung 2028 zu der Fluidsammelkammer 50A geleitet. Dabei befindet sich das Ventil V104, das in der Leitung 2012 eingebaut ist, in einem geschlossenen Zustand.
Anschließend wird in dem Schritt 2700 das Vorliegen oder das Fehlen einer Anfrage für ein Stoppen des Systems festgestellt. Wenn im Schritt 2700 festgestellt wird, dass keine Anfrage für ein Stoppen des Systems vorliegt, in dem Fall des Fortsetzens des Wärmepumpenzyklus zum Heizen, wird festgestellt, ob die Gesamtzahl von Zyklen der zwei Wärmepumpen, die in dem Schritt 2720 durch Festlegen von jedem der Prozesse des „Adsorberadsorptionsmodus + Adsorberregenerierungsmodus” der Adsorptionswärmepumpen A2 und B2 als ein Zyklus definiert sind, gezählt werden, eine vorgegebene Anzahl N erreicht hat, um die Reaktionswärme an dem chemischen Wärmespeichermaterial des chemisch-thermischen Speicherreaktors sicherzustellen. Wenn andererseits in dem Schritt 2700 festgestellt wird, dass eine Anfrage für ein Stoppen des Systems vorliegt, wird diese Routine beendet, um das System zu stoppen.
In dem nächsten Schritt 2720, wenn festgestellt wird, dass die Gesamtzahl von Zyklen der zwei Wärmepumpen nicht eine vorgegebene Anzahl N erreicht hat, da der Prozess in einem Zustand ist, bei dem eine Hydratisierungsreaktion an dem chemischen Wärmespeichermaterial kontinuierlich durchgeführt werden kann (ein Zustand, bei dem die Reaktionswärme erhalten werden kann), wird der Prozess direkt zu dem Schritt 2400 zurückgeführt und die Schritte, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, werden wiederholt. Wenn andererseits in dem Schritt 2720 festgestellt wird, dass die Gesamtzahl von Zyklen eine vorgegebene Anzahl von Schritten N erreicht hat, da der Prozess in einem Zustand ist, bei dem eine Hydratisierungsreaktion des chemischen Wärmespeichermaterials nicht abläuft und die Reaktionswärme nicht erhalten wird, wird das Ventil V105 im Schritt 2740 geöffnet, Wärme wird auf den chemisch-thermischen Speicherreaktor 2030 mittels einer externen Wärmequelle angewandt und das chemische Wärmespeichermaterial wird regeneriert. Dabei läuft eine Dehydratisierungsreaktion des chemischen Wärmespeichermaterials ab und der Dampf, der durch die Dehydratisierung erzeugt worden ist, wird durch die Leitung 2014 zu dem Verdampfer 2110 zurückgeführt und kondensiert. Ferner wird die Anzahl von Zyklen zurückgesetzt.
Danach wird im Schritt 2700 das Vorliegen oder das Fehlen einer Anfrage für ein Stoppen des Systems erneut festgestellt. Wenn festgestellt wird, dass keine Anfrage für ein Stoppen des Systems im Schritt 2700 vorliegt, wird die Anzahl der Zyklen im Schritt 2720 erneut festgestellt und die Schritte, wie sie vorstehend beschrieben sind, werden wiederholt. Wenn im Schritt 2700 festgestellt wird, dass eine Anfrage für ein Stoppen des Systems vorliegt, wird diese Routine sofort beendet, um das System zu stoppen.
In der beispielhaften Ausführungsform 8 wurde ein Beispiel der Nutzung von Wasser als das erste Fluid und das zweite Fluid erläutert; das Fluid ist jedoch nicht auf Wasser beschränkt und der gleiche Effekt wird auch in dem Fall der Verwendung eines Fluids mit einer relativ großen latenten Verdampfungswärme, wie z. B. Ammoniak, zusätzlich zu Wasser bereitgestellt.
Ferner wurde in der vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsform der Fall beschrieben, bei dem Silicagel als das Adsorbensmaterial verwendet wird; das Adsorbensmaterial ist jedoch nicht auf Silicagel beschränkt und der gleiche Effekt kann durch die Verwendung eines von Silicagel verschiedenen Adsorbensmaterials bereitgestellt werden, wie es vorstehend beschrieben worden ist.
Nachstehend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung in Bezug auf den ersten Aspekt beschrieben. Die Erfindung soll jedoch nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt sein.

<1> Das Adsorptionswärmepumpensystem des ersten Aspekts der Erfindung umfasst einen Verdampfer, der ein Wärmemedium verdampft, und einen Adsorber, der mit dem Verdampfer verbunden ist, das Wärmemedium von diesem adsorbiert und durch Aufnehmen von Wärmeenergie bei einer Temperatur, die höher ist als die Regenerierungstemperatur zum Verdampfen des Wärmemediums oder identisch mit dieser ist, regeneriert wird, oder das Adsorptionswärmepumpensystem des ersten Aspekts der Erfindung umfasst einen Verdampfer, der ein Wärmemedium verdampft, und einen Adsorber, der mit dem Verdampfer verbunden ist, das Wärmemedium von diesem adsorbiert und durch Aufnehmen von Wärmeenergie bei einer Temperatur, die höher ist als die Regenerierungstemperatur zum Verdampfen des Wärmemediums oder identisch mit dieser ist, regeneriert wird.

In diesem Adsorptionswärmepumpensystem wird, da das System einen Verdampfer umfasst, eine Kühlleistung durch die Verdampfung eines Wärmemediums in diesem Verdampfer erzeugt. Ferner wird in diesem Adsorptionswärmepumpensystem, da das System einen Adsorber umfasst, der mit dem Verdampfer verbunden ist, eine Kühlleistung in dem Verdampfer erzeugt, da der Adsorber das Wärmemedium des Verdampfers adsorbiert. Der Adsorber wird durch Aufnehmen von Wärmeenergie bei einer Temperatur, die höher ist als die Regenerierungstemperatur zum Verdampfen des Wärmemediums oder identisch mit dieser ist, zumindest teilweise regeneriert. Der Adsorber kann das Wärmemedium des Verdampfers als Ergebnis der Regenerierung erneut adsorbieren.
Ferner kann, da die Erzeugung von Kühlleistung in dem Verdampfer in zwei Prozessen durchgeführt wird, eine Kühlleistung effizient und kontinuierlich erzeugt werden.

<2> Bezüglich der Erfindung, die in dem vorstehenden Punkt <1> beschrieben ist, umfasst das Adsorptionswärmepumpensystem einen Wärmeakkumulator, der an den Adsorber Wärmeenergie (oder Wärmeenergie mit einer Temperatur, die höher ist als die latente Verdampfungswärme des Wärmemediums oder identisch mit dieser ist) bei einer Temperatur, die höher ist als die Temperatur zur Regenerierung des Adsorbers oder identisch mit dieser ist, freisetzen kann.

D. h., Wärme kann von dem Wärmeakkumulator zu dem Adsorber in einer Menge, die größer als die latente Verdampfungsmenge des Wärmemediums oder die identisch mit dieser ist, bei einer Temperatur, die höher ist als die Temperatur zur Regenerierung des Adsorbers oder identisch mit dieser ist, freigesetzt werden. Durch die Nutzung der Wärme des Wärmeakkumulators kann eine Regenerierung des Adsorbers in einer stabileren Weise durchgeführt werden.

<3> Bezüglich der Erfindung, die in dem vorstehenden Punkt <2> beschrieben ist, ist der Wärmeakkumulator ein chemisch-thermischer Speicherreaktor, der mit dem Verdampfer verbunden ist, und der Reaktionswärme erzeugen kann (vorzugsweise bei einer Temperatur, die höher ist als die latente Verdampfungswärme des Wärmemediums oder identisch mit dieser ist), und zwar durch eine Reaktion mit dem Wärmemedium von dem Verdampfer und Freisetzen der Reaktionswärme zu dem Adsorber bei einer Temperatur, die höher ist als die Temperatur zur Regenerierung des Adsorbers oder identisch mit dieser ist.

Dieses Adsorptionswärmepumpensystem umfasst einen chemisch-thermischen Speicherreaktor, der mit einem Verdampfer verbunden ist. In dem chemisch-thermischen Speicherreaktor wird, da der chemisch-thermische Speicherreaktor mit einem Wärmemedium von dem Verdampfer reagiert, die Reaktionswärme in einer Menge erzeugt, die höher ist als die latente Verdampfungswärme des Wärmemediums, eine Kühlleistung in einem Ausmaß erzeugt, das zu der latenten Verdampfungswärme des Wärmemediums äquivalent ist.
Die in dem chemisch-thermischen Speicherreaktor erzeugte Reaktionswärme wird in dem chemisch-thermischen Speicherreaktor gespeichert. Ferner wird, da der chemisch-thermische Speicherreaktor diese Reaktionswärme zu dem Adsorber bei einer Temperatur freisetzt, die höher ist als die Temperatur zum Regenerieren des Adsorbers oder identisch mit dieser ist, das an dem Adsorber adsorbierte Wärmemedium desorbiert und folglich kann der Adsorber regeneriert werden.
Wenn der Adsorber regeneriert wird, wird eine Kühlleistung an dem Verdampfer erzeugt, da der Adsorber das Wärmemedium von dem Verdampfer adsorbiert.
Dadurch wird durch Nutzen der Reaktion mit einem Wärmemedium bei dem chemisch-thermischen Speicherreaktor eine effiziente Regenerierung des Adsorbers ermöglicht.

<4> Bezüglich der Erfindung, die in dem vorstehenden Punkt <2> oder <3> beschrieben ist, umfasst das Adsorptionswärmepumpensystem eine Mehrzahl von chemisch-thermischen Speicherreaktoren.

Daher kann Wärme von einigen der chemisch-thermischen Speicherreaktoren an den Adsorber in einer Menge abgegeben werden, die für die Regenerierung des Adsorbers erforderlich ist. Ferner können die chemisch-thermischen Speicherreaktoren, bei denen eine Wärmefreisetzung an den Adsorber nicht durchgeführt wird, während des Zeitraums regeneriert werden oder dergleichen. Folglich können in einer Mehrzahl von chemisch-thermischen Speicherreaktoren verschiedene Behandlungen durchgeführt werden.

<5> Bezüglich der Erfindung, die in dem vorstehenden Punkt <4> beschrieben ist, liegen dann, wenn einige der Mehrzahl von chemisch-thermischen Speicherreaktoren Wärme adsorbieren, die anderen der chemisch-thermischen Speicherreaktoren in einem Zustand vor, in dem sie Wärme freisetzen können.

Daher kann eine Regenerierung durch Wärmeadsorption in einigen der chemisch-thermischen Speicherreaktoren durchgeführt werden, während von den anderen chemisch-thermischen Speicherreaktoren Wärme zu dem Adsorber oder dergleichen freigesetzt wird.

<6> Bezüglich der Erfindung, die in einem der vorstehenden Punkte <3> bis <5> beschrieben ist, umfasst der chemisch-thermische Speicherreaktor ein chemisches Wärmespeichermaterial.

Daher kann das Adsorbensmaterial durch die Nutzung der Reaktionswärme, die durch eine chemische Reaktion des chemischen Wärmespeichermaterials erzeugt wird, regeneriert werden und die Wärme zu dem Adsorber freisetzen.

<7> Bezüglich der Erfindung, die in einem der vorstehenden Punkte <3> bis <5> beschrieben ist, umfasst der chemisch-thermische Speicherreaktor ein Adsorbensmaterial, das die Adsorptionsreaktionswärme bei einer Temperatur verursacht, die höher ist als die Desorptionstemperatur des Adsorbensmaterials des Adsorbers oder mit dieser identisch ist.

Daher kann das Adsorbensmaterial durch Nutzen der Adsorptionswärme, die durch Adsorption des Wärmemediums mittels des Adsorbensmaterials erzeugt worden ist, und Freisetzen der Wärme zu dem Absorber regeneriert werden.

<8> Bezüglich der Erfindung, die in einem der vorstehenden Punkte <3> bis <7> beschrieben ist, ist das Wärmemedium des chemisch-thermischen Speicherreaktors das Gleiche wie das Wärmemedium des Adsorbers.

Da das Wärmemedium des chemisch-thermischen Speicherreaktors und das Wärmemedium des Adsorbers identisch sind, wird verglichen mit einem Aufbau, bei dem verschiedene Wärmemedien verwendet werden, eine einfachere Struktur erhalten.

<9> Bezüglich der Erfindung, die in einem der vorstehenden Punkte <1> bis <8> beschrieben ist, umfasst das Adsorptionswärmepumpensystem einen Kondensator, der mit dem Adsorber verbunden ist und das Wärmemedium kondensiert.

Daher kann das Wärmemedium, das von dem Adsorbensmaterial desorbiert worden ist, kondensiert und mittels des Kondensators zu dem Verdampfer geleitet werden.
Ferner kann durch Rückgewinnen der sensiblen Wärme des chemisch-thermischen Speicherreaktors an dem Adsorber und Kondensieren des Wärmemediums an dem Kondensator Wärme erzeugt werden.

<10> Bezüglich der Erfindung, die in dem vorstehenden Punkt <9> beschrieben ist, ist der Kondensator mit dem Verdampfer verbunden.

Daher kann Wärme durch Kondensieren des Wärmemediums an dem Kondensator mittels der Energie, die dem chemisch-thermischen Speicherreaktor für die Regenerierung des chemisch-thermischen Speicherreaktors zugeführt wird, erzeugt werden.

<11> Bezüglich der Erfindung, die in dem vorstehenden Punkt <9> oder <10> beschrieben ist, ist der Kondensator mit dem chemisch-thermischen Speicherreaktor verbunden.

Daher kann das Wärmemedium von dem chemisch-thermischen Speicherreaktor zu dem Kondensator geleitet werden und kann an dem Kondensator kondensiert werden.
Nachstehend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung in Bezug auf den zweiten Aspekt beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt.

<12> Das Verfahren zur Erzeugung von Kühlleistung des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst einen ersten Kühlleistungserzeugungsprozess des Erzeugens von Kühlleistung durch Verdampfen eines Wärmemediums durch den Effekt einer Druckverminderung durch ein Wärmespeichermaterial, einen zweiten Kühlleistungserzeugungsprozess des Erzeugens von Kühlleistung durch Verdampfen des Wärmemediums durch den Effekt einer Druckverminderung durch das Adsorbensmaterial und einen Regenerierungsprozess des Desorbierens des adsorbierten Wärmemediums durch Anwenden der Wärme, die in dem Wärmespeichermaterial gespeichert ist, auf das Adsorbensmaterial und folglich des Regenerierens des Adsorbensmaterials.

In diesem Verfahren zur Erzeugung von Kühlleistung wird Kühlleistung in dem ersten Kühlleistungserzeugungsprozess durch Verdampfen eines Kältemittels durch den Effekt einer Druckverminderung durch ein Wärmespeichermaterial erzeugt. Ferner wird in diesem Verfahren zur Erzeugung von Kühlleistung Kühlleistung in dem zweiten Kühlleistungserzeugungsprozess durch Verdampfen eines Wärmemediums durch den Effekt einer Druckverminderung durch das Adsorbensmaterial erzeugt. In dem Regenerierungsprozess wird das Wärmemedium, das an dem Adsorbensmaterial adsorbiert ist, durch Anwenden der Wärme, die in dem Wärmespeichermaterial gespeichert ist, auf das Adsorbensmaterial desorbiert und folglich wird das Adsorbensmaterial regeneriert.
Wenn eine Kühlleistungserzeugung in zwei Prozessen durchgeführt wird, nämlich dem ersten Kühlleistungserzeugungsprozess und dem zweiten Kühlleistungserzeugungsprozess, und das Adsorbensmaterial in dem Regenerierungsprozess regeneriert wird, kann die Kühlleistungserzeugung effizient und kontinuierlich durchgeführt werden. Insbesondere kann in dem Regenerierungsprozess das Adsorbensmaterial in einer stabilen Weise regeneriert werden, da die Wärme des Wärmespeichermaterials genutzt wird.

<13> Bezüglich der Erfindung, die in dem vorstehenden Punkt <12> beschrieben ist, wird ein Verfahren zur Erzeugung von Kühlleistung durch Umsetzen des Wärmespeichermaterials mit dem Wärmemedium zur Induzierung der Reaktionswärme in einer Menge, die größer ist als die latente Verdampfungswärme des Wärmemediums oder die identisch damit ist, und Freisetzen dieser Reaktionswärme zu dem Adsorbensmaterial bei einer Temperatur, die höher ist als die Temperatur zur Regenerierung des Adsorbensmaterials, bereitgestellt.

Die Reaktionswärme, die durch Umsetzen des Wärmespeichermaterials mit dem Wärmemedium erzeugt wird, wird zu dem Adsorbensmaterial freigesetzt und folglich kann das Adsorbensmaterial regeneriert werden. Als Ergebnis der Regenerierung des Adsorbensmaterials kann das Wärmemedium erneut an dem Adsorbensmaterial adsorbiert werden.
Dadurch wird eine effiziente Regenerierung des Adsorbers durch Nutzen der Reaktion zwischen dem Wärmespeichermaterial und dem Wärmemedium ermöglicht.
Nachstehend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung in Bezug auf den dritten Aspekt beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt.

<14> Das Adsorptionswärmepumpensystem des dritten Aspekts der Erfindung ist so ausgebildet, dass es ein erstes Fluid, ein zweites Fluid, das vom gleichen Typ ist wie das erste Fluid, einen ersten Verdampfer, der das erste Fluid verdampft, einen zweiten Verdampfer, der das zweite Fluid verdampft, einen Adsorber, der eine erstes Fluid-Speichereinheit, die das erste Fluid speichern und freisetzen kann, und eine zweites Fluid-Speichereinheit, die das zweite Fluid speichern und freisetzen kann, umfasst, wobei die erstes Fluid-Speichereinheit und die zweites Fluid-Speichereinheit in einem thermisch verbundenen Zustand vorliegen und mindestens eine der erstes Fluid-Speichereinheit oder der zweites Fluid-Speichereinheit ein Adsorbensmaterial umfasst, das Reaktionswärme freisetzt, wenn das Adsorbensmaterial ein zugeführtes Fluid speichert, einen Kondensator umfasst, der mit der erstes Fluid-Speichereinheit und der zweites Fluid-Speichereinheit des Adsorbers verbunden ist und der das erste Fluid und das zweite Fluid, die aus der erstes Fluid-Speichereinheit und der zweites Fluid-Speichereinheit freigesetzt worden sind, kondensiert, oder das Adsorptionswärmepumpensystem ist so ausgebildet, dass es einen ersten Verdampfer umfasst, der ein erstes Fluid verdampft, einen Adsorber, der eine erstes Fluid-Speichereinheit, der das erste Fluid von dem ersten Verdampfer zugeführt wird und in der das erste Fluid gespeichert wird und das gespeicherte Fluid desorbiert wird, und eine zweites Fluid-Speichereinheit, der ein zweites Fluid zugeführt wird und in der das zweite Fluid gespeichert wird und das gespeicherte Fluid desorbiert wird, umfasst, wobei die erstes Fluid-Speichereinheit und die zweites Fluid-Speichereinheit in einem thermisch verbundenen Zustand vorliegen und wobei mindestens eine der erstes Fluid-Speichereinheit und der zweites Fluid-Speichereinheit ein Adsorbensmaterial umfasst, das Reaktionswärme freisetzt, wenn das Adsorbensmaterial ein zugeführtes Fluid speichert, eine Heizeinrichtung, die das zweite Fluid erwärmt und mindestens das Adsorbensmaterial durch Zuführen des erwärmten zweiten Fluids zu dem Adsorber erwärmt, und einen Kondensator, der mit der erstes Fluid-Speichereinheit und der zweites Fluid-Speichereinheit des Adsorbers verbunden ist, so dass Fluid durch diesen strömen kann, und der das erste Fluid und das zweite Fluid, die aus der erstes Fluid-Speichereinheit und der zweites Fluid-Speichereinheit freigesetzt worden sind, kondensiert.
<15> In dem Adsorptionswärmepumpensystem, das in dem vorstehenden Punkt <14> beschrieben worden ist, kann der Adsorber so ausgebildet sein, dass von der erstes Fluid-Speichereinheit und der zweites Fluid-Speichereinheit mindestens die erstes Fluid-Speichereinheit ein Adsorbensmaterial aufweist, und wenn das erste Fluid von dem ersten Verdampfer zu der erstes Fluid-Speichereinheit zugeführt wird, das zweite Fluid, das in der zweites Fluid-Speichereinheit gespeichert ist, durch die Reaktionswärme desorbiert wird, die von dem Adsorbensmaterial freigesetzt wird (Adsorptionswärme).

Da die erstes Fluid-Speichereinheit und die zweites Fluid-Speichereinheit, die den Adsorber bilden, thermisch verbunden sind, wird die zweites Fluid-Speichereinheit auf einer Seite mit der Adsorptionswärme erwärmt, die von der erstes Fluid-Speichereinheit auf der anderen Seite freigesetzt wird.
Daher nimmt in der erstes Fluid-Speichereinheit die Speichermenge des Fluids zu und in der zweites Fluid-Speichereinheit wird das zweite Fluid desorbiert, so dass das Ausmaß der Fluidspeicherung vermindert wird.

<16> Bezüglich des Adsorptionswärmepumpensystems, das in dem vorstehenden Punkt <14> oder <15> beschrieben ist, ist es bevorzugt, dass der zweite Verdampfer eine Heizeinrichtung ist, die Dampf als zweites Fluid erzeugt und Dampf dem Adsorber zuführt. In diesem Fall wird erwärmter Dampf der zweites Fluid-Speichereinheit des Adsorbers zugeführt. Daher wird, wenn erwärmter Dampf von dem zweiten Verdampfer zugeführt wird, die durch den Dampf mitgeführte Wärme auf die erstes Fluid-Speichereinheit angewandt und ferner wird Dampf bei der zweites Fluid-Speichereinheit kondensiert und setzt die Kondensationswärme dadurch frei, dass er einer Phasenumwandlung in einen flüssigen Zustand unterzogen wird. Folglich kann auch die Kondensationswärme der erstes Fluid-Speichereinheit zugeführt werden.

Da Dampf eine große latente Verdampfungswärme aufweist, wird das Erwärmen der erstes Fluid-Speichereinheit in zufrieden stellender Weise mit der so freigesetzten Kondensationswärme durchgeführt und dies ist geeignet, die Desorption des ersten Fluids, das in der erstes Fluid-Speichereinheit gespeichert ist, zu beschleunigen.

<17> Das Adsorptionswärmepumpensystem, das in einem der vorstehenden Punkte <14> bis <16> beschrieben ist, kann so ausgebildet sein, dass eine der erstes Fluid-Speichereinheit oder der zweites Fluid-Speichereinheit ein Adsorbensmaterial aufweist (vorzugsweise ein physikalisches Adsorbensmaterial) und die andere der erstes Fluid-Speichereinheit oder der zweites Fluid-Speichereinheit eine poröse Schicht und/oder eine Rille (z. B. eine Furchen-förmige oder Grübchen-förmige Rillenstruktur, oder eine Dochtstruktur, die z. B. eine Netzform aufweist, die ein Kapillarphänomen zeigt) aufweist. Beispielsweise verbleibt, da ein Adsorbensmaterial in der erstes Fluid-Speichereinheit angeordnet ist und Furchen zumindest an der Wärmetauschstelle der zweites Fluid-Speichereinheit bereitgestellt sind, die thermisch verbunden ist, wobei ein Wärmetausch zwischen der erstes Fluid-Speichereinheit und der zweites Fluid-Speichereinheit stattfindet, wenn das zweite Fluid, das zu der zweites Fluid-Speichereinheit geleitet wird, kondensiert und verflüssigt wird, das zweite Fluid in den Furchen und das zweite Fluid in dem flüssigen Zustand kann so bereitgestellt werden, dass es einheitlich in der Fluidspeichereinheit vorliegen kann. D. h. beispielsweise, dass das zweite Fluid so bereitgestellt werden kann, dass es in der Form eines einheitlichen Flüssigkeitsfilms vorliegt.

Dadurch werden die Einheitlichkeit des Wärmetauschs und die Wärmetauscheffizienz verbessert. Im Gegensatz dazu kann dann, wenn das erste Fluid an dem Adsorbensmaterial adsorbiert wird und die Adsorptionswärme auf die zweites Fluid-Speichereinheit übertragen wird, eine Desorption des zweiten Fluids in dem flüssigen Zustand beschleunigt werden.

<18> In dem Adsorptionswärmepumpensystem, das in dem vorstehenden Punkt <16> beschrieben ist, kann der Adsorber so ausgebildet sein, dass zusätzlich zu der erstes Fluid-Speichereinheit, die ein Adsorbensmaterial aufweist, die zweites Fluid-Speichereinheit ebenfalls ein Adsorbensmaterial aufweist, und wenn das zweite Fluid von dem zweiten Verdampfer zu der zweites Fluid-Speichereinheit zugeführt wird, wird das erste Fluid, das in der erstes Fluid-Speichereinheit gespeichert ist, durch die Reaktionswärme desorbiert, die von dem Adsorbensmaterial freigesetzt wird (Adsorptionswärme).

In diesem Fall kann, da sowohl die erstes Fluid-Speichereinheit als auch die zweites Fluid-Speichereinheit Adsorbensmaterialien aufweisen, die Rückgewinnung einer stabilen Wärmemenge in einer stabilen Weise durch abwechselndes Wiederholen der Adsorption eines Fluids an dem Absorbensmaterial und der Desorption eines Fluids von dem Adsorbensmaterial zwischen den zwei Fluidspeichereinheiten durchgeführt werden.

<19> In dem Adsorptionswärmepumpensystem, das in einem der vorstehenden Punkte <14> bis <17> beschrieben ist, kann ein Aufbau bereitgestellt werden, bei dem mindestens die erstes Fluid-Speichereinheit des Adsorbers mit einem Adsorbensmaterial versehen ist und mit einem ersten Flussratenregulierventil, das die Flussmenge des ersten Fluids zwischen dem ersten Verdampfer und der erstes Fluid-Speichereinheit reguliert, einem zweiten Flussratenregulierventil, das die Flussmenge des zweiten Fluids zwischen der Heizeinrichtung und der zweites Fluid-Speichereinheit reguliert, und einer Flusssteuereinheit ausgestattet ist, die den Fluss des ersten Fluids und des zweiten Fluids durch Erhöhen des Öffnungsgrads des ersten Flussratenregulierventils (beispielsweise geöffnet wird) so umschaltet, so dass das erste Fluid an dem Adsorbensmaterial adsorbiert wird, während der Öffnungsgrad des zweiten Flussratenregulierventils vermindert wird (beispielsweise geschlossen wird), wenn das zweite Fluid, das in der zweites Fluid-Speichereinheit gespeichert ist, desorbiert wird, und den Öffnungsgrad des zweiten Flussratenregulierventils erhöht (z. B. öffnet), während der Öffnungsgrad des ersten Flussratenregulierventils vermindert wird (z. B. geschlossen), wenn das erste Fluid, das an der erstes Fluid-Speichereinheit adsorbiert ist, desorbiert wird.

Wenn das erste Flussratenregulierventil und das zweite Flussratenregulierventil angeordnet sind und die Öffnungsgrade der Ventile jeweils automatisch durch die Flusssteuereinheit gemäß z. B. der Adsorptionsmenge von Dampf gesteuert wird, kann die Rückgewinnung einer stabilen Wärmemenge in einer stabilen Weise durchgeführt werden.
Ferner kann die Flusssteuereinheit die Öffnungsgrade des ersten Flussratenregulierventils und des zweiten Flussratenregulierventils auf der Basis des Adsorptionsausmaßes eines Fluids an dem Adsorbensmaterial regulieren. Insbesondere ist es

<20> in dem Adsorptionswärmepumpensystem, das in dem vorstehenden Punkt <19> beschrieben ist, bevorzugt, dass dann, wenn die Adsorptionsmenge des ersten Fluids an dem Adsorbensmaterial kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert, der Öffnungsgrad des ersten Flussratenregulierventils erhöht werden kann (beispielsweise geöffnet), während der Öffnungsgrad des zweiten Flussratenregulierventils vermindert wird (beispielsweise geschlossen), und wenn die Adsorptionsmenge größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert oder identisch damit ist, der Öffnungsgrad des ersten Flussratenregulierventils vermindert werden kann (beispielsweise geschlossen), während der Öffnungsgrad des zweiten Flussratenregulierventils erhöht wird (beispielsweise geöffnet).
<21> In dem Adsorptionswärmepumpensystem, das in einem der vorstehenden Punkte <14> bis <20> beschrieben ist, ist es bevorzugt, dass mindestens eines des ersten Fluids und des zweiten Fluids, das an den Fluidspeichereinheiten gespeichert oder desorbiert wird (vorzugsweise Adsorption oder Desorption), Ammoniak oder Wasser ist.

Da Ammoniak oder Dampf ein Material mit einer großen latenten Verdampfungswärme ist, ist die Wärmemenge, die erzeugt wird, wenn das Material an der Fluidspeichereinheit gespeichert oder desorbiert wird, groß und eine große Wärmemenge kann in einem Prozess zum Speichern oder Desorbieren des Materials zurückgewonnen werden.

<22> Bezüglich des Adsorptionswärmepumpensystems, das in einem der vorstehenden Punkte <14> bis <21> beschrieben ist, ist es bevorzugt, dass als das erste Fluid und das zweite Fluid identische Fluide verwendet werden. Identische Fluide steht für Fluide aus der gleichen Art Material.

In herkömmlichen Adsorptionswärmepumpen werden Fluide verschiedener Art, wie z. B. ein Fluid für einen Wärmetausch, das als sogenanntes Wärmemedium bezeichnet wird, und ein Betriebsfluid, das ein Adsorbat ist, das an der Adsorption oder Desorption an dem Adsorber beteiligt ist, verwendet. Bezüglich eines solchen Systems ist es, um eine Adsorption und Desorption (Regenerierung) an dem Adsorber wiederholt durchzuführen, erforderlich, die Strömungskanäle der jeweiligen Fluide gemäß dem Umschalten zwischen Adsorption und Desorption umzuschalten, und die Steuerung von Ventilen und dergleichen für das Umschalten wird kompliziert. Ferner findet, da die Fluide, die in den Strömungskanälen bei verschiedenen Temperaturen vorliegen, als Ergebnis des Umschaltens von Strömungskanälen ein Vermischen statt, ein Verlust an sensibler Wärme findet statt (Wärmeenergieverlust) und es ist wahrscheinlich, dass die Wärmenutzungseffizienz abnimmt.
Im Gegensatz dazu kann, wenn identische Fluide als Wärmemedium und das Betriebsfluid verwendet werden, die an dem Adsorber adsorbiert und desorbiert werden sollen, die Ventilsteuerung einfach und leicht durchgeführt werden und die Wärmerückgewinnung kann an einer spezifischen Stelle (insbesondere dem Kondensator) durchgeführt werden.

<23> Bezüglich des Adsorptionswärmepumpensystems, das in einem der vorstehenden Punkte <14> bis <22> beschrieben ist, wird das Adsorbensmaterial, das in dem Adsorber angeordnet ist, vorzugsweise aus der Gruppe, bestehend aus Aktivkohle, mesoporösem Siliziumdioxid, Zeolith, Silicagel und Tonmineral, ausgewählt.

Insbesondere in dem Fall der Durchführung einer Desorption einer Substanz (z. B. Ammoniak oder Dampf) oder einer Readsorption einer desorbierten Substanz erfordern Aktivkohle, mesoporöses Siliziumdioxid, Zeolith, Silicagel und Tonmineral, die physikalische Adsorbensmaterialien sind, eine geringe Menge an Wärme für die Desorption oder Adsorption von 1 mol der Substanz verglichen mit chemischen Adsorbensmaterialien, und eine Übertragung der Substanz kann mit einer geringen Wärmemenge durchgeführt werden.

<24> Das Adsorptionswärmepumpensystem, das in einem der vorstehenden Punkte <14> bis <23> beschrieben ist, kann so ausgebildet sein, dass zwei Einheiten des vorstehend beschriebenen Adsorbers angeordnet sind und die zwei Adsorber jeweils mit einer Heizeinrichtung verbunden sind und mit dem ersten Verdampfer und dem Kondensator verbunden sind, so dass dann, wenn einer der zwei Adsorber ein Adsorbensmaterial in der erstes Fluid-Speichereinheit aufweist und das erste Fluid in dem Adsorbensmaterial von einem der Adsorber gespeichert wird (d. h., Adsorptionswärme erzeugt wird), der andere Adsorber ein Adsorbensmaterial in der erstes Fluid-Speichereinheit aufweist und das erste Fluid von dem Adsorbensmaterial desorbiert wird (d. h., das Adsorbensmaterial wird regeneriert).

D. h., wenn zwei Adsorber angeordnet werden und die zwei Adsorber abwechselnd betrieben werden, so dass das Adsorbensmaterial von einem der Adsorber (z. B. das Adsorbensmaterial der erstes Fluid-Speichereinheit) ein Fluid adsorbieren kann, während das Adsorbensmaterial des anderen Adsorbers (z. B. das Adsorbensmaterial der erstes Fluid-Speichereinheit) desorbiert wird, kann eine große Energiemenge effizienter entnommen werden.
Nachstehend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung in Bezug auf den vierten Aspekt beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt.

<25> Das Adsorptionswärmepumpensystem des vierten Aspekts der Erfindung ist so ausgebildet, dass es ein erstes Fluid, ein zweites Fluid, das vom gleichen Typ ist wie das erste Fluid, einen ersten Verdampfer, der das erste Fluid verdampft, einen zweiten Verdampfer, der das zweite Fluid verdampft, einen Adsorber, der eine erstes Fluid-Speichereinheit und eine zweites Fluid-Speichereinheit umfasst und mindestens eine der erstes Fluid-Speichereinheit oder der zweites Fluid-Speichereinheit ein Adsorbensmaterial umfasst, das Reaktionswärme freisetzt, wenn das Adsorbensmaterial ein zugeführtes Fluid speichert, einen chemisch-thermischen Speicherreaktor, der eine erstes Fluid-Speichereinheit, die Reaktionswärme durch Umsetzen mit dem ersten Fluid von dem ersten Verdampfer erzeugen kann, und welche die Reaktionswärme zu dem Adsorber durch die latente Wärme des zweiten Fluids freisetzt, die durch den zweiten Verdampfer erzeugt wird, der thermisch mit der erstes Fluid-Speichereinheit des chemisch-thermischen Speicherreaktors verbunden ist, und einen Kondensator umfasst, der mit der erstes Fluid-Speichereinheit und der zweites Fluid-Speichereinheit des Adsorbers verbunden ist und der das erste Fluid und das zweite Fluid, die aus der erstes Fluid-Speichereinheit und der zweites Fluid-Speichereinheit freigesetzt worden sind, kondensiert. In diesem Fall umfasst hinsichtlich des Adsorbers vorzugsweise die erstes Fluid-Speichereinheit das Adsorbensmaterial und wenn das erste Fluid von dem ersten Verdampfer der erstes Fluid-Speichereinheit zugeführt wird, wird das zweite Fluid, das in der zweites Fluid-Speichereinheit gespeichert ist, durch die Reaktionswärme freigesetzt, die von dem Adsorbensmaterial freigesetzt worden ist.

In der Adsorptionswärmepumpe, die in dem vorstehenden Punkt <25> beschrieben ist, umfasst vorzugsweise eine der erstes Fluid-Speichereinheit oder der zweites Fluid-Speichereinheit das Adsorbensmaterial und die andere der erstes Fluid-Speichereinheit oder der zweites Fluid-Speichereinheit umfasst mindestens eines von einer porösen Schicht oder einer Rille.
Darüber hinaus umfasst in der Adsorptionswärmepumpe, die in dem vorstehenden Punkt <25> beschrieben ist, vorzugsweise die zweites Fluid-Speichereinheit das Adsorbensmaterial und wenn das zweite Fluid von dem zweiten Verdampfer der zweites Fluid-Speichereinheit zugeführt wird, wird das erste Fluid, das in der erstes Fluid-Speicherkammer gespeichert ist, durch die Reaktionswärme freigesetzt, die von dem Adsorbensmaterial bei der zweites Fluid-Speichereinheit freigesetzt worden ist.
Darüber hinaus ist das Adsorptionswärmepumpensystem so ausgebildet, dass es einen Verdampfer, der ein erstes Fluid verdampft, einen Adsorber, der eine erstes Fluid-Speichereinheit, der das erste Fluid von dem ersten Verdampfer zugeführt wird und in der das erste Fluid gespeichert wird und das gespeicherte Fluid desorbiert wird, und eine zweites Fluid-Speichereinheit, der ein zweites Fluid zugeführt wird und in der das zweite Fluid gespeichert wird und das gespeicherte Fluid desorbiert wird, umfasst, wobei die erstes Fluid-Speichereinheit und die zweites Fluid-Speichereinheit in einem thermisch verbundenen Zustand vorliegen, wobei mindestens eine der erstes Fluid-Speichereinheit und der zweites Fluid-Speichereinheit ein Adsorbensmaterial aufweist, das die Reaktionswärme freisetzt, wenn das Adsorbensmaterial ein zugeführtes Fluid speichert, einen chemisch-thermischen Speicherreaktor, der eine Wärmespeicherreaktionseinheit, der das erste Fluid von dem Verdampfer zugeführt wird und die ein chemisches Wärmespeichermaterial aufweist, das die Reaktionswärme in einer Menge freisetzt, die größer ist als die latente Verdampfungswärme des ersten Fluids, wenn das erste Fluid darin immobilisiert wird, oder identisch mit dieser ist, und Wärme speichert, wenn das erste Fluid desorbiert wird, und eine Fluidverdampfungseinheit umfasst, der das zweite Fluid zugeführt wird und die das zweite Fluid verdampft, wobei die Wärmespeicherreaktionseinheit und die Fluidverdampfungseinheit in einem thermisch verbundenen Zustand vorliegen, wobei der chemisch-thermische Speicherreaktor mindestens das Adsorbensmaterial durch Zuführen des verdampften zweiten Fluids zu dem Adsorber erwärmt, und einen Kondensator umfasst, der mit der erstes Fluid-Speichereinheit und der zweites Fluid-Speichereinheit des Adsorbers verbunden ist, so dass die Fluide durch diesen strömen können, und der das erste Fluid und das zweite Fluid, die aus der erstes Fluid-Speichereinheit und der zweites Fluid-Speichereinheit freigesetzt worden sind, kondensiert, mindestens das kondensierte erste Fluid dem Verdampfer zuführt und mindestens das kondensierte zweite Fluid dem chemisch-thermischen Speicherreaktor zuführt.
Ferner weist in dem Adsorber eine oder beide der erstes Fluid-Speichereinheit und der zweites Fluid-Speichereinheit ein Adsorbensmaterial auf, das die Reaktionswärme freisetzt, wenn ein zugeführtes Fluid darin gespeichert wird. Dadurch wird in mindestens einer der Fluidspeichereinheiten eine Speicherung durch Adsorption eines Fluids durch das Adsorbensmaterial durchgeführt und dadurch wird die Adsorptionswärme erhalten.

<26> In der Adsorptionswärmepumpe, die in dem vorstehenden Punkt <25> beschrieben ist, ist der Aufbau derart, dass eine der erstes Fluid-Speichereinheit und der zweites Fluid-Speichereinheit ein Adsorbensmaterial (vorzugsweise ein physikalisches Adsorbensmaterial) aufweist und die andere eine poröse Schicht und/oder Furchen (z. B. eine Furchen-förmige oder Grübchen-förmige Rillenstruktur oder eine Dochtstruktur, die z. B. eine Netzform aufweist, die ein Kapillarphänomen zeigt) aufweist. In diesem Fall wird ein Aufbau eingesetzt, bei dem dann, wenn ein Fluid (z. B. ein erstes Fluid) der einen Fluidspeichereinheit, die mit einem Adsorbensmaterial bereitgestellt ist, zugeführt wird, das Fluid (z. B. das zweite Fluid), das in der anderen Fluidspeichereinheit gespeichert ist, durch die Reaktionswärme desorbiert wird, die von dem Adsorbensmaterial freigesetzt wird.

Beispielsweise, da ein Adsorbensmaterial in der erstes Fluid-Speichereinheit angeordnet ist und Furchen an der Wärmetauschstelle des thermisch verbundenen zweites Fluid-Speichereinheit bereitgestellt sind, wo ein Wärmetausch zumindest zwischen der zweites Fluid-Speichereinheit und der erstes Fluid-Speichereinheit stattfindet, wenn das zweite Fluid zu der zweites Fluid-Speichereinheit geleitet wird und kondensiert und verflüssigt wird, verbleibt die Flüssigkeit in den Furchen und das zweite Fluid im flüssigen Zustand kann einheitlich in der Fluidspeichereinheit vorliegen. D. h. beispielsweise, dass das zweite Fluid in der Form eines einheitlichen Flüssigkeitsfilms vorliegt.
Dadurch werden die Einheitlichkeit des Wärmetauschs und die Wärmetauscheffizienz verbessert. Wenn das erste Fluid an dem Adsorbensmaterial adsorbiert ist und die Adsorptionswärme auf die zweites Fluid-Speichereinheit übertragen wird, kann die Desorption des zweiten Fluids im flüssigen Zustand beschleunigt werden.

<27> Bezüglich der Adsorptionswärmepumpe, die in dem vorstehenden Punkt <25> oder <26> beschrieben ist, kann der Adsorber so ausgebildet sein, dass sowohl die erstes Fluid-Speichereinheit als auch die zweites Fluid-Speichereinheit ein Adsorbensmaterial aufweist. In diesem Fall ist der Aufbau derart, dass dann, wenn das erste Fluid von dem Verdampfer der erstes Fluid-Speichereinheit des Adsorbers zugeführt wird, das zweite Fluid, das in der zweites Fluid-Speichereinheit gespeichert ist, durch die Reaktionswärme desorbiert wird, die von dem Adsorbensmaterial der erstes Fluid-Speichereinheit freigesetzt wird, und wenn das zweite Fluid von dem chemisch-thermischen Speicherreaktor der zweites Fluid-Speichereinheit des Adsorbers zugeführt wird, wird das erste Fluid, das in der erstes Fluid-Speichereinheit gespeichert ist, durch die Reaktionswärme, die von dem Adsorbensmaterial der zweites Fluid-Speichereinheit freigesetzt wird, desorbiert.
<28> Es ist bevorzugt, dass die Adsorptionswärmepumpe, die in einem der vorstehenden Punkte <25> bis <27> beschrieben ist, ferner eine Wärmequelle umfasst, die das chemische Wärmespeichermaterial des chemisch-thermischen Speicherreaktors erwärmt. Da der chemisch-thermische Speicherreaktor die Funktion des Erwärmens und Verdampfens des zweiten Fluids hat, das von dem Kondensator zugeführt wird, wird das erste Fluid, das von dem Vedampfer zu dem chemisch-thermischen Speicherreaktor zugeführt wird, immobilisiert und die Reaktionswärme wird erhalten. Wenn die Menge des immobilisierten Fluids jedoch größer als der vorgegebene Schwellenwert ist, kann die Reaktionswärme, die mit der Fluidverdampfungseinheit ausgetauscht werden soll, gegebenenfalls nicht erhalten werden. Daher kann die Funktion des Regenerierens des chemischen Wärmespeichermaterials der Wärmespeicherreaktionseinheit durch Bereitstellen einer Wärmequelle, die Wärme von außen anwenden kann, und des Erwärmens und Verdampfens des zweiten Fluids bereitgestellt werden.
<29> Die Adsorptionswärmepumpe, die in einem der vorstehenden Punkte <25> bis <28> beschrieben ist, ist so aufgebaut, dass mindestens die erstes Fluid-Speichereinheit des Adsorbers mit einem Adsorbensmaterial ausgestattet ist, und sie ist mit einem ersten Flussratenregulierventil, das die Flussmenge des ersten Fluids zwischen dem Verdampfer und der erstes Fluid-Speichereinheit reguliert, einem zweiten Flussratenregulierventil, das die Flussmenge des ersten Fluids zwischen dem Verdampfer und der Wärmespeicherreaktionseinheit reguliert, und einem dritten Flussratenregulierventil, das die Flussmenge des zweiten Fluids zwischen dem chemisch-thermischen Speicherreaktor und der zweites Fluid-Speichereinheit reguliert, sowie einer Flusssteuereinheit ausgestattet, die den Fluss des ersten Fluids und des zweiten Fluids durch Erhöhen des Öffnungsgrads des ersten Flussratenregulierventils so umschaltet (d. h., zwischen dem Adsorberadsorptionsmodus und dem Adsorberregenerationsmodus umschaltet) (beispielsweise öffnet), so dass das erste Fluid an dem Adsorbensmaterial adsorbiert wird, während die Öffnungsgrade des zweiten Flussratenregulierventils und des dritten Flussratenregulierventils vermindert werden (beispielsweise geschlossen), wenn das zweite Fluid, das in der zweites Fluid-Speichereinheit gespeichert ist, desorbiert wird („Adsorberadsorptionsmodus”, bei dem das Adsorbensmaterial das erste Fluid adsorbiert), und die Öffnungsgrade des zweiten Flussratenregulierventils und des dritten Flussratenregulierventils erhöht werden (z. B. geöffnet), während der Öffnungsgrad des ersten Flussratenregulierventils vermindert wird (z. B. geschlossen), wenn das erste Fluid, das an der erstes Fluid-Speichereinheit adsorbiert ist, desorbiert wird („Adsorberregenerierungsmodus”, bei dem das Adsorbensmaterial das erste Fluid desorbiert).

Wenn das erste Flussratenregulierventil, das zweite Flussratenregulierventil und das dritte Flussratenregulierventil angeordnet sind und die jeweiligen Öffnungsgrade der Ventile automatisch durch die Flusssteuereinheit gemäß der Adsorptionsmenge von Dampf gesteuert werden, kann die Rückgewinnung einer stabilen Wärmemenge in einer stabilen Weise durchgeführt werden. Wenn das zweite Fluid, das in der zweites Fluid-Speichereinheit gespeichert ist, desorbiert wird, entspricht dies dem Fall, bei dem die Adsorptionsmenge des ersten Fluids, das an dem Adsorbensmaterial des Adsorbers adsorbiert ist, kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert (maximale Adsorptionsmenge, bei der das Adsorbensmaterial das Fluid adsorbieren kann; nachstehend gilt das Gleiche), und in einem solchen Fall wird zur Erzeugung der Adsorptionswärme durch Adsorbieren des ersten Fluids an das Adsorbensmaterial der Öffnungsgrad des ersten Flussratenregulierventils erhöht (z. B. geöffnet). Im Gegensatz dazu entspricht das Desorbieren des ersten Fluids, das an der erstes Fluid-Speichereinheit adsorbiert ist, dem Fall, bei dem die Adsorptionsmenge des ersten Fluids, das an dem Adsorbensmaterial des Adsorbers adsorbiert ist, größer ist als der vorgegebene Schwellenwert oder identisch mit diesem ist, und in einem solchen Fall werden die Öffnungsgrade des zweiten Flussratenregulierventils und des dritten Flussratenregulierventils erhöht (z. B. geöffnet), um die Menge des zweiten Fluids, das dem chemisch-thermischen Speicherreaktor zugeführt wird, zu erhöhen, und um die Regenerierung des Adsorbensmaterials zu beschleunigen.
Ferner kann die Flusssteuereinheit die Adsorption und Desorption eines Fluids an dem Adsorber durch Regulieren der Öffnungsgrade des ersten Flussratenregulierventils, des zweiten Flussratenregulierventils und des dritten Flussratenregulierventils auf der Basis der Menge an Fluid, die an dem chemischen Wärmespeichermaterial des chemisch-thermischen Speicherreaktors immobilisiert ist, einstellen. Insbesondere

<30> bezüglich der Adsorptionswärmepumpe, die in dem vorstehend Punkt <29> beschrieben ist, wenn die Menge des ersten Fluids, die in dem chemischen Wärmespeichermaterial des chemisch-thermischen Speicherreaktors immobilisiert ist, kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist (z. B. in dem Fall eines Metalloxids die maximale Menge an Dampf (Fluid), an den das Metalloxid durch eine Hydratisierungsreaktion binden kann), wird das erste Fluid, das an der erstes Fluid-Speichereinheit adsorbiert ist, durch Erhöhen des Öffnungsgrads (z. B. Öffnen) des zweiten Flussratenregulierventils und des dritten Flussratenregulierventils und auch durch Vermindern des Öffnungsgrads (z. B. Schließen) des ersten Flussratenregulierventils desorbiert. Ferner ist es dann, wenn die Menge des ersten Fluids, das in dem chemischen Wärmespeichermaterial des chemisch-thermischen Speicherreaktors immobilisiert ist, größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert, da eine Hydratisierung oder dergleichen nicht einfach erreicht wird und die Reaktionswärme nicht erhalten wird, bevorzugt, das chemische Wärmespeichermaterial durch Erhöhen des Öffnungsgrads des zweiten Flussratenregulierventils zu regenerieren und auch das erste Fluid, das in dem chemischen Wärmespeichermaterial des chemisch-thermischen Speicherreaktors immobilisiert ist, zu desorbieren (z. B. Erwärmen mittels einer Wärmequelle).

Ferner kann die Flussteuereinheit die Zeit, die für die Adsorption und Desorption eines Fluids erforderlich ist, integrieren und auf der Basis des Integralwerts zwischen dem Adsorberadsorptionsmodus, in dem die Adsorptionswärme bei der Adsorption des Fluids an das Adsorbensmaterial erhalten wird, und dem Adsorberregenerierungsmodus, in dem das Adsorbensmaterial erwärmt wird, so dass das Fluid desorbiert, umschalten. Insbesondere

<31> bezüglich der Adsorptionswärmepumpe, die in dem vorstehenden Punkt <29> oder <30> beschrieben ist, wenn das zweite Fluid, das in der zweites Fluid-Speichereinheit gespeichert ist, desorbiert wird (d. h., wenn die Adsorptionsmenge des ersten Fluids kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert), nachdem eine vorgegebene Zeit ausgehend von der Initiierung des Betätigens des ersten Flussratenregulierventils vergangen ist, kann der Öffnungsgrad des ersten Flussratenregulierventils vermindert werden und gleichzeitig können die Öffnungsgrade des zweiten Flussratenregulierventils und des dritten Flussratenregulierventils erhöht werden. Wenn das erste Fluid, das in der erstes Fluid-Speichereinheit adsorbiert ist, desorbiert wird (wenn die Adsorptionsmenge des ersten Fluids größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert oder identisch mit diesem ist), nachdem eine vorgegebene Zeit ausgehend von der Initiierung des Betätigens des zweiten Flussratenregulierventils und des dritten Flussratenregulierventils vergangen ist, können die Öffnungsgrade des zweiten Flussratenregulierventils und des dritten Flussratenregulierventils vermindert werden und gleichzeitig kann der Öffnungsgrad des ersten Flussratenregulierventils erhöht werden.
<32> Bezüglich der Adsorptionswärmepumpe, die in einem der vorstehenden Punkte <25> bis <31> beschrieben ist, ist mindestens eines des ersten Fluids und des zweiten Fluids, die an den Fluidspeichereinheiten gespeichert oder desorbiert (vorzugsweise adsorbiert oder desorbiert) werden, vorzugsweise Ammoniak oder Wasser. Da Ammoniak oder Dampf eine Substanz ist, die eine große latente Verdampfungswärme aufweist, wird eine große Wärmemenge erzeugt, wenn Ammoniak oder Dampf an der Fluidspeichereinheit gespeichert oder von dieser desorbiert wird und eine große Wärmemenge kann in einem einzelnen Prozess des Speicherns oder des Desorbierens zurückgewonnen werden.
<33> Bezüglich der Adsorptionswärmepumpe, die in einem der vorstehenden Punkte <25> bis <32> beschrieben ist, ist es bevorzugt, identische Fluide als das erste Fluid und das zweite Fluid zu verwenden. Identische Fluide steht für Fluide aus der gleichen Art von Material.

In herkömmlichen Adsorptionswärmepumpen werden verschiedene Arten von Fluiden, wie z. B. ein Fluid für einen Wärmetausch, das als sogenanntes Wärmemedium bezeichnet wird, und ein Betriebsfluid, das ein Adsorbat ist, das an der Adsorption oder Desorption an den Adsorber beteiligt ist, verwendet. Bezüglich eines solchen Systems ist es zur wiederholten Durchführung einer Adsorption und Desorption (Regenerierung) an dem Adsorber erforderlich, die Strömungskanäle der jeweiligen Fluide gemäß dem Umschalten zwischen der Adsorption und der Desorption umzuschalten und die Steuerung von Ventilen und dergleichen für das Umschalten wird kompliziert. Da ferner die Fluide, die in den Strömungskanälen bei verschiedenen Temperaturen verbleiben, als Ergebnis des Umschalten von Strömungskanälen gemischt werden, tritt ein Verlust an sensibler Wärme (Wärmeenergieverlust) auf und es ist wahrscheinlich, dass die Wärmenutzungseffizienz abnimmt.
Im Gegensatz dazu, wenn identische Fluide als das Wärmemedium und das Betriebsfluid verwendet werden, die eine Adsorption und Desorption an dem Adsorber durchführen sollen, kann die Ventilsteuerung einfach und leicht durchgeführt werden und eine Rückgewinnung von Wärme kann an einer spezifischen Stelle (insbesondere am Kondensator) durchgeführt werden.

<34> Bezüglich der Adsorptionswärmepumpe, die in einem der vorstehenden Punkte <25> bis <33> beschrieben ist, wird das Adsorbensmaterial, das in dem Adsorber angeordnet ist, vorzugsweise aus der Gruppe, bestehend aus Aktivkohle, mesoporösem Siliziumdioxid, Zeolith, Silicagel und Tonmineral, ausgewählt.

Insbesondere in dem Fall der Durchführung einer Desorption einer Substanz (z. B. Ammoniak oder Dampf) oder einer Readsorption einer desorbierten Substanz erfordern Aktivkohle, mesoporöses Siliziumdioxid, Zeolith, Silicagel und Tonmineral, die physikalische Adsorptionsmaterialien sind, eine geringe Wärmemenge für die Desorption oder Adsorption von 1 mol der Substanz verglichen mit chemischen Adsorbensmaterialien und die Übertragung der Substanz kann mit einer geringen Wärmemenge durchgeführt werden.

<35> Bezüglich der Adsorptionswärmepumpe, die in einem der vorstehenden Punkte <25> bis <34> beschrieben ist, ist eine Ausführungsform bevorzugt, in welcher der chemisch-thermische Speicherreaktor so ausgebildet ist, dass er als mindestens ein chemisches Wärmespeichermaterial eine Verbindung nutzt, die aus Metalloxiden und Metallchloriden ausgewählt ist, und eine Ausführungsform, in welcher der chemisch-thermische Speicherreaktor eine Verbindung umfasst, die aus der Gruppe, bestehend aus Hydroxiden und Chloriden von Alkalimetallen, Hydroxiden und Chloriden von Erdalkalimetallen und Hydroxiden und Chloriden von Übergangsmetallen, ausgewählt ist, ist mehr bevorzugt.

Metalloxide und Metallchloride sind im Hinblick darauf geeignet, dass eine hohe Wärmespeicherdichte (kJ/kg) erhalten wird und sie sind für eine effektive Wärmenutzung geeignet. Hydroxide und Chloride von Alkalimetallen, Hydroxide und Chloride von Erdalkalimetallen und Hydroxide und Chloride von Übergangsmetallen sind dahingehend nützlich, dass sie die Erzeugungseffizienz von Wärme und von Kühlleistung weiter erhöhen.
Die Wärmespeicherdichte stellt die Wärmemenge (kJ) dar, die pro 1 kg eines Metallhydroxids oder Metallchlorids als Ergebnis der Desorption eines Wärmemediums, wie z. B. Wasser oder Ammoniak, gespeichert ist.

<36> Bezüglich der Adsorptionswärmepumpe, die in einem der vorstehenden Punkte <25> bis <35> beschrieben ist, wird, wenn Wasser als das erste Fluid und/oder das zweite Fluid verwendet wird, und eine Wärmespeicherung und eine Wärmefreisetzung durch eine Übertragung von Wasser durchgeführt wird, das chemische Wärmespeichermaterial vorzugsweise aus Calciumoxid (CaO), Magnesiumoxid (MgO) und Bariumoxid (BaO) ausgewählt.
<37> Bezüglich der Adsorptionswärmepumpe, die in einem der vorstehenden Punkte <25> bis <36> beschrieben ist, wird, wenn Ammoniak als das erste Fluid und/oder das zweite Fluid verwendet wird, und eine Wärmespeicherung und eine Wärmefreisetzung durch eine Übertragung von Ammoniak durchgeführt wird, das chemische Wärmespeichermaterial vorzugsweise aus Lithiumchlorid (LiCl), Magnesiumchlorid (MgCl₂), Calciumchlorid (CaCl₂), Strontiumchlorid (SrCl₂), Bariumchlorid (BaCl₂), Manganchlorid (MnCl₂), Cobaltchlorid (CoCl₂) und Nickelchlorid (NiCl₂) ausgewählt.
<38> Bezüglich der Adsorptionswärmepumpe, die in einem der vorstehenden Punkte <25> bis <37> beschrieben ist, kann der Aufbau derart sein, dass zwei Einheiten des vorstehend beschriebenen Adsorbers angeordnet sind und die zwei Adsorber sind jeweils mit einer Heizeinrichtung verbunden und mit dem Verdampfer und dem Kondensator verbunden, so dass dann, wenn einer der zwei Adsorber ein Adsorbensmaterial in der erstes Fluid-Speichereinheit aufweist und das erste Fluid in dem Adsorbensmaterial von einem der Adsorber gespeichert wird (d. h. wenn Adsorptionswärme erzeugt wird), der andere Adsorber ein Adsorbensmaterial in der erstes Fluid-Speichereinheit aufweist und das erste Fluid von dem Adsorbensmaterial desorbiert wird (d. h., das Adsorbensmaterial wird regeneriert).

D. h., wenn zwei Adsorber angeordnet sind und die zwei Adsorber abwechselnd betrieben werden, so dass das Adsorbensmaterial von einem der Adsorber (z. B. das Adsorbensmaterial der erstes Fluid-Speichereinheit) ein Fluid adsorbiert, während das Adsorbensmaterial des anderen Adsorbers (z. B. das Adsorbensmaterial der erstes Fluid-Speichereinheit) desorbiert wird, kann eine große Wärmeenergiemenge effizienter entnommen werden.
BEISPIELE
Nachstehend wird die Wärmepumpe der vorliegenden Erfindung mittels Beispielen detailliert beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf den spezifischen Aufbau der folgenden Beispiele beschränkt.
In dem vorliegenden Beispiel war der eingesetzte Gesamtaufbau mit demjenigen des Aufbaus der Wärmepumpe der beispielhaften Ausführungsform 1 identisch, während Wasser als Wärmemedium verwendet wurde, Calciumoxid (CaO) als Wärmespeichermaterial bei dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 verwendet wurde, und Silicagel als Adsorbensmaterial bei dem Adsorber 16 verwendet wurde. In diesem Fall findet in dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 die folgende Reaktion statt und Calciumhydroxid wird erzeugt. CaO + H₂O → Ca(OH)₂
Als erstes wird der Kühlleistungserzeugungsmodus des Erzeugens von Kühlleistung mit dieser Wärmepumpe 12 beschrieben.
[Kühlleistungserzeugungsmodus]
Bei der Kühlleistungserzeugung werden die folgenden Betriebsarten durchgeführt.
<Kühlleistungserzeugungsbetrieb 1>
Wie es in der 6A gezeigt ist, werden ein Verdampfer 14 und ein chemisch-thermischer Speicherreaktor 18 verbunden und Calciumoxid und Wasser werden miteinander umgesetzt. Dabei wird zweckmäßig angenommen, dass 1 [mol] Wasser umgesetzt worden ist. Wenn die Reaktionswärme ΔH1 von Calciumoxid als 113 [kJ/mol] angenommen wird und die latente Verdampfungswärme von Wasser als 45 [kJ/mol] angenommen wird, wird bei dem Verdampfer 14 und dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 die folgende Energie (Kühlleistung Q3 und Wärme Q5) erzeugt:
Verdampfer (Kühlleistung): 45 [kJ]
Chemisch-thermischer Speicherreaktor (Wärme): 113 [kJ]
Da die Temperatur von Wasser bei dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 nahezu auf 100 [°C] ansteigt, wird davon ausgegangen, dass Energie bei 95 [°C] als Ergebnis eines Wärmetauschs mittels dieses Wassers entnommen wird. Ferner wird die Temperatur der Kühlleistung bei dem Verdampfer 14 auf 15 [°C] festgelegt.
Der Kondensator 20 und der Adsorber 16 werden verbunden und ferner werden 113 [kJ] Wärme, die bei dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 erzeugt werden, und Wasser bei einer Temperatur von 80 [°C] in den Adsorber 16 eingebracht. Wenn angenommen wird, dass die Umgebungstemperatur 30 [°C] beträgt, unterliegt der Adsorber 16 einem Temperaturanstieg von 30 [°C] auf 80 [°C]. Bei dem Kondensator 20 wird Wasser auf Umgebungstemperatur von 30 [°C] gekühlt und erzeugt Wärme.
In dem Adsorber 16 werden 113 [kJ] Wärme Q5 als Adsorptionswärme freigesetzt. Wenn die Wärmekapazität des Adsorbers 16 als 0,5 [kJ] angesetzt wird, ist bei der Adsorptionswärme bei dem Adsorber 16 der Anteil von (80 – 30) × 0,5 = 25 [kJ] äquivalent zur sensiblen Wärme Q4.
Daher wird eine Wärmemenge, die um diesen Anteil kleiner ist, auf den Kondensator 20 angewandt. Als Ergebnis ist der Wärmetausch an dem Adsorber 16 und dem Kondensator 20 derart, dass:
Adsorber (Desorptionswärme + sensible Wärme): 113 [kJ]
Kondensator (Kondensationswärme): 88 [kJ]
Wenn ferner die Adsorptionswärme von Wasser an dem Kondensator 20 als 45 [kJ/mol] angesetzt wird, beträgt die Wassermenge, die an dem Adsorber 16 desorbiert wird, 88 [kJ]/45 [kJ/mol] = 1,95 [mol].
<Kühlleistungserzeugungsbetrieb 2>
Wie es in der 6B gezeigt ist, werden der Verdampfer 14 und der Adsorber 16 verbunden und der Adsorber 16 wird auf Umgebungstemperatur von 30 [°C] gekühlt. Bei dem Verdampfer 14 wird die Kühlleistung Q6 erzeugt. Insbesondere wird eine Wärmemenge von
Verdampfer (Kühlleistung): 88 [kJ]
erzeugt. Im Gegensatz dazu werden bei dem Adsorber 16 45 [kJ] der sensiblen Wärme Q4 zusätzlich zu der Adsorptionswärme Q6 erzeugt. Daher wird bei dem Verdampfer 14 eine Wärmemenge von
Adsorber (Adsorptionswärme + sensible Wärme): 113 [kJ]
erzeugt.
Wenn der Kühlleistungserzeugungsbetrieb 1 und der Kühlleistungserzeugungsbetrieb 2, die vorstehend beschrieben sind, jeweils N1 mal durchgeführt werden, sind die verbrauchte Energie und die erzeugte Kühlleistung:
Verbrauchte Energie: 113 × N1 [kJ]
Erzeugte Kühlleistung: 133 × N1 [kJ]
D. h., die Kühlleistung kann mit einer hohen Effizienz erzeugt werden.
Als nächstes wird bezüglich des Kühlleistungserzeugungsmodus der Regenerierungs/sensible Wärme-Rückgewinnungsmodus erläutert, bei dem die Regenerierung des chemisch-thermischen Speicherreaktors 18 und die Rückgewinnung der sensiblen Wärme in der Wärmepumpe 12 durchgeführt werden.
<Regenerierungsbetrieb>
Wie es in der 6C gezeigt ist, werden der chemisch-thermische Speicherreaktor 18 und der Kondensator 20 verbunden. Der chemisch-thermische Speicherreaktor 18 muss für eine Regenerierung auf etwa 450 [°C] aufgeheizt werden. Dabei wird der Austausch der Wärmemenge an dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 und dem Kondensator 20 unter Verwendung der sensiblen Wärme Q2 [kJ] des chemisch-thermischen Speicherreaktors 18 wie folgt erreicht:
Chemisch-thermischer Speicherreaktor: 113 × N1 + Q2 [kJ]
Kondensator: 113 × N1 [kJ]
<Sensible Wärme-Rückgewinnungsbetrieb>
Als erstes werden, wie es in der 6D gezeigt ist, der Kondensator 20 und der Adsorber 16 verbunden. Als nächstes wird Wasser mittels der sensiblen Wärme Q2 [kJ] des chemisch-thermischen Speicherreaktors 18 auf eine Temperatur von 80 [°C] erwärmt und dieses warme Wasser wird in den Adsorber 16 eingeführt. Die Temperatur des Adsorbers 16 wird von 30 [°C], welche die Umgebungstemperatur ist, auf 80 [°C] erhöht. Der Kondensator 20 wird auf eine Umgebungstemperatur von 30 [°C] gekühlt.
Da die Wärmekapazität des Adsorbers 16 0,5 [kJ] beträgt, wird, bezogen auf die Adsorptionswärme bei dem Adsorber 16, auf den Kondensator 20 eine Wärmemenge angewandt, die um (80 – 30) × 0,5 = 25 [kJ] kleiner ist. Als Ergebnis wird ein Tausch der Wärmemenge bei dem Adsorber 16 und dem Kondensator 20 wie folgt erreicht:
Adsorber (Desorptionswärme): 113 [kJ]
Kondensator (Kondensationswärme): 88 [kJ]
Da die Adsorptionswärme von Wasser an dem Kondensator 20 45 [kJ/mol] beträgt, beträgt die an dem Adsorber 16 desorbierte Wassermenge 88 [kJ]/45 [kJ/mol] = 1,95 [mol].
Als nächstes werden, wie es in der 6(B) gezeigt ist, der Verdampfer 14 und der Adsorber 16 verbunden und der Adsorber 16 wird auf Umgebungstemperatur von 30 [°C] gekühlt. In diesem Fall wird bei dem Verdampfer 14 eine Wärmemenge von
Verdampfer (Kühlleistung): 88 [kJ]
erzeugt, während in dem Adsorber 16 die sensible Wärme zusätzlich zu der Adsorptionswärme erzeugt wird. Daher wird bei dem Verdampfer 14 eine Wärmemenge von
Adsorber (Adsorptionswärme + sensible Wärme): 113 [kJ]
erzeugt.
Wenn angenommen wird, dass die Rückgewinnung der sensiblen Wärme abgeschlossen ist, nachdem der sensible Wärme-Rückgewinnungsbetrieb N2 mal durchgeführt worden ist, sind
Rückgewonnene Wärmemenge: 113 × N2 [kJ]
Ausmaß der erzeugten Kühlleistung: 88 × N2 [kJ]
Eine Zusammenfassung der Gesamtbilanz der Wärmemengen in dem vorstehend beschriebenen Kühlleistungserzeugungsmodus ergibt
Eingebrachte Wärmemenge: 113 × (N1 + N2) [kJ]
Ausmaß der erzeugten Kühlleistung: 133 × N1 + 88 × N2 [kJ]
Da der Leistungskoeffizient COP
COP = (133 × N1 + 88 × N2)/(113 × (N1 + N2)) ist, folgt
113 × (N1 + N2) < 133 × N1 + 88 × N2, d. h.
wenn die Bedingung N2 < 0,8 × N1 erfüllt ist,
wird die Kühlleistungserzeugung mit einem COP-Wert von 1 oder größer ermöglicht.
Als nächstes wird der Wärmeenergieerzeugungsmodus beschrieben, in dem Wärme durch Heizen mit dieser Wärmepumpe 12 erzeugt wird.
[Heizwärmeerzeugungsmodus]
Bei der Wärmeenergieerzeugung wird ein Heizen durch die Durchführung der folgenden Vorgänge erreicht und Wärme kann erzeugt werden.
<Wärmeenergieerzeugungsbetrieb 1>
Wie es in der 7A gezeigt ist, werden der Verdampfer 14 und der chemisch-thermische Speicherreaktor 18 verbunden und Calciumoxid und Wasser werden miteinander umgesetzt. Aus Gründen der Zweckmäßigkeit wird davon ausgegangen, dass 1 [mol] Wasser umgesetzt worden ist. Wenn die Reaktionswärme ΔH1 von Calciumoxid als 113 [kJ/mol] angenommen wird und die latente Verdampfungswärme von Wasser als 45 [kJ/mol] angenommen wird, wird bei dem Verdampfer 14 und dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 die folgende Energie (Kühlleistung Q3 und Wärme Q5) erzeugt:
Verdampfer (Kühlleistung): 45 [kJ]
Chemisch-thermischer Speicherreaktor (Wärme): 113 [kJ]
Da die Temperatur von Wasser bei dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 nahezu auf 100 [°C] ansteigt, wird davon ausgegangen, dass Energie bei 95 [°C] als Ergebnis eines Wärmetauschs mittels dieses Wassers entnommen wird. Ferner wird die Temperatur der Kühlleistung bei dem Verdampfer 14 auf 15 [°C] festgelegt.
Der Kondensator 20 und der Adsorber 16 werden verbunden und ferner werden 113 [kJ] Wärme, die bei dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 erzeugt werden, und Wasser bei einer Temperatur von 80 [°C] in den Adsorber 16 eingebracht. Wenn angenommen wird, dass die Umgebungstemperatur 30 [°C] beträgt, unterliegt der Adsorber 16 einem Temperaturanstieg von 30 [°C] auf 80 [°C]. Bei dem Kondensator 20 wird Wasser auf Umgebungstemperatur von 30 [°C] gekühlt und erzeugt Wärme.
Der Adsorber 16 wird 113 [kJ] Wärme Q5 als Adsorptionswärme ausgesetzt. Wenn die Wärmekapazität des Adsorbers 16 als 0,5 [kJ] angesetzt wird, ist bei der Adsorptionswärme bei dem Adsorber 16 der Anteil von (80 – 30) × 0,5 = 25 [kJ] äquivalent zur sensiblen Wärme Q4. Daher wird eine Wärmemenge, die um diesen Anteil kleiner ist, auf den Kondensator 20 angewandt. Als Ergebnis ist der Wärmetausch an dem Adsorber 16 und dem Kondensator 20 derart, dass:
Adsorber (Desorptionswärme + sensible Wärme): 113 [kJ]
Kondensator (Kondensationswärme): 88 [kJ]
Wenn ferner die Adsorptionswärme von Wasser an dem Kondensator 20 als 45 [kJ/mol] angesetzt wird, beträgt die Wassermenge, die an dem Adsorber 16 desorbiert wird, 88 [kJ]/45 [kJ/mol] = 1,95 [mol].
<Wärmeenergieerzeugungsbetrieb 2>
Wie es in der 7B gezeigt ist, werden der Verdampfer 14 und der Adsorber 16 verbunden und der Adsorber 16 wird auf Umgebungstemperatur von 30 [°C] gekühlt. Bei dem Verdampfer 14 wird die Kühlleistung Q6 erzeugt. Insbesondere wird eine Wärmemenge von
Verdampfer (Kühlleistung): 88 [kJ]
erzeugt. Andererseits werden bei dem Adsorber 16 45 [kJ] der sensiblen Wärme Q4 zusätzlich zu der Adsorptionswärme Q6 erzeugt. Daher wird bei dem Verdampfer 14 eine Wärmemenge von
Adsorber (Adsorptionswärme + sensible Wärme): 113 [kJ]
erzeugt.
Wenn der Wärmeerzeugungsbetrieb 1 und der Wärmeerzeugungsbetrieb 2, die vorstehend beschrieben sind, jeweils N1 mal durchgeführt werden, sind die verbrauchte Energie und die erzeugte Wärme:
Verbrauchte Energie: 113 × N1 [kJ]
Erzeugte Wärme: 201 × N1 [kJ]
D. h., die Wärme kann mit einer hohen Effizienz erzeugt werden.
Als nächstes wird bezüglich des Wärmeenergieerzeugungsmodus der Regenerierungs/sensible Wärme-Rückgewinnungsmodus erläutert, bei dem die Regenerierung des chemisch-thermischen Speicherreaktors 18 und die Rückgewinnung der sensiblen Wärme in der Wärmepumpe 12 durchgeführt werden.
<Regenerierungsbetrieb>
Wie es in der 7C gezeigt ist, werden der chemisch-thermische Speicherreaktor 18 und der Kondensator 20 verbunden. Der chemisch-thermische Speicherreaktor 18 muss für eine Regenerierung auf etwa 450 [°C] aufgeheizt werden. Dabei wird der Austausch der Wärmemenge an dem chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 und dem Kondensator 20 unter Verwendung der sensiblen Wärme Q2 [kJ] des chemisch-thermischen Speicherreaktors 18 wie folgt erreicht:
Chemisch-thermischer Speicherreaktor: 113 × N1 + Q2 [kJ]
Kondensator: 113 × N1 [kJ]
<Sensible Wärme-Rückgewinnungsbetrieb>
Als erstes werden, wie es in der 7D gezeigt ist, der Kondensator 20 und der Adsorber 16 verbunden. Als nächstes wird Wasser mittels der sensiblen Wärme Q2 [kJ] des chemisch-thermischen Speicherreaktors 18 auf eine Temperatur von 80 [°C] erwärmt und dieses warme Wasser wird in den Adsorber 16 eingeführt. Die Temperatur des Adsorbers 16 wird von 30 [°C], welche die Umgebungstemperatur ist, auf 80 [°C] erhöht. Bei dem Kondensator 20 wird Wasser auf eine Umgebungstemperatur von 30 [°C] gekühlt.
Da die Wärmekapazität des Adsorbers 16 0,5 [kJ] beträgt, wird, bezogen auf die Adsorptionswärme bei dem Adsorber 16, auf den Kondensator 20 eine Wärmemenge angewandt, die um (80 – 30) × 0,5 = 25 [kJ] kleiner ist. Als Ergebnis wird ein Tausch der Wärmemenge bei dem Adsorber 16 und dem Kondensator 20 wie folgt erreicht:
Adsorber (Desorptionswärme): 113 [kJ]
Kondensator (Kondensationswärme): 88 [kJ]
Da die Adsorptionswärme von Wasser an dem Kondensator 20 45 [kJ/mol] beträgt, beträgt die an dem Adsorber 16 desorbierte Wassermenge 88 [kJ]/45 [kJ/mol] = 1,95 [mol].
Als nächstes werden, wie es in der 7(B) gezeigt ist, der Verdampfer 14 und der Adsorber 16 verbunden und der Adsorber 16 wird auf Umgebungstemperatur von 30 [°C] gekühlt. In diesem Fall wird bei dem Verdampfer 14 eine Wärmemenge von
Verdampfer (Kühlleistung): 88 [kJ]
erzeugt, während in dem Adsorber 16 die sensible Wärme zusätzlich zu der Adsorptionswärme erzeugt wird. Daher wird bei dem Verdampfer 14 eine Wärmemenge von
Adsorber (Adsorptionswärme + sensible Wärme): 113 [kJ]
erzeugt.
Wenn angenommen wird, dass die Rückgewinnung der sensiblen Wärme abgeschlossen ist, nachdem der sensible Wärme-Rückgewinnungsvorgang N2 mal durchgeführt worden ist, sind
Rückgewonnene Wärmemenge: 113 × N2 [kJ]
Ausmaß der erzeugten Wärme: 45 × N1 + 201 × N2 [kJ]
Eine Zusammenfassung der Gesamtbilanz der Wärmemengen in dem vorstehend beschriebenen Wärmeenergieerzeugungsmodus ergibt
Eingebrachte Wärmemenge: 113 × (N1 + N2) [kJ]
Erzeugte Wärmemenge: 246 × N1 + 201 × N2 [kJ]
Da der Leistungskoeffizient COP
COP = (246 × N1 + 201 × N2)/(113 × (N1 + N2)) ist, folgt
113 × (N1 + N2) < 246 × N1 + 201 × N2, d. h.
wenn die Bedingung N2 << N1 erfüllt ist,
kann Wärme mit einer zweifachen oder höheren Effizienz erzeugt werden.
Wie es aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, wird Wärme bei 450°C auf den chemisch-thermischen Speicherreaktor 18 angewandt und gleichzeitig wird die Temperatur von Wasser (Wärmemedium) auf etwa 100°C eingestellt. Diesbezüglich wird, wenn Wärme tatsächlich der Wärmepumpe 12 entnommen wird, Wärme von etwa 30°C, die ausreichend ist, um Gebäude zu heizen oder dergleichen, in aufgeteilten Portionen von zwei Stellen des Adsorbers 16 und des Kondensators 20 entnommen. Selbst wenn die Wärmekapazität des chemisch-thermischen Speicherreaktors 18 vermindert ist, kann Wärme effizient erzeugt werden. Ferner kann durch Vermindern der Wärmekapazität des chemisch-thermischen Speicherreaktors 18 die Wärmemenge, die zur Erhöhung der Temperatur des chemisch-thermischen Speicherreaktors 18 auf eine gewünschte Temperatur erforderlich ist, auf ein niedriges Niveau eingestellt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2010-151386 A [0003, 0005]
JP 2006-125713 A [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„24th Technology Development Investigation Business Result Presentation [P5.1.2] Development of high efficiency kerosene combustion apparatus using adsorption heat pump”, [online], Juni 2010, Japan Petroleum Energy Center, [recherchiert am 22. November 2012], vgl. im Internet <URL:http://www.pecj.or.jp/japanese/report/2010report/24data/p512.pdf> [0006]
„Adsorption chiller of Union Industry; Principle of adsorption chiller”, [online], Union Industry Co., Ltd., [recherchiert am 22. November 2012], vgl. im Internet <URL: http://www.union-reitouki.com/chiller/principle.html> [0007]

Claims

Adsorptionswärmepumpensystem, mit: einem Verdampfer, der ein Wärmemedium verdampft, und einem Adsorber, der mit dem Verdampfer verbunden ist und das Wärmemedium adsorbiert und durch Aufnehmen von Wärmeenergie bei einer Temperatur, die höher ist als eine Regenerierungstemperatur zum Verdampfen des Wärmemediums oder identisch mit dieser ist, regeneriert wird.
Adsorptionswärmepumpensystem nach Anspruch 1, ferner mit: einem Wärmeakkumulator, der Wärmeenergie bei einer Temperatur, die höher ist als eine Temperatur zur Regenerierung des Adsorbers oder identisch mit dieser ist, an den Adsorber freisetzen kann.
Adsorptionswärmepumpensystem nach Anspruch 2, wobei der Wärmeakkumulator ein chemisch-thermischer Speicherreaktor ist, der mit dem Verdampfer verbunden ist und der Reaktionswärme durch eine Umsetzung mit dem Wärmemedium von dem Verdampfer erzeugen kann und die Reaktionswärme bei einer Temperatur, die höher ist als die Temperatur zur Regenerierung des Adsorbers oder identisch mit dieser ist, an den Adsorber freisetzen kann.
Adsorptionswärmepumpensystem nach Anspruch 2, das eine Mehrzahl von Wärmeakkumulatoren umfasst.
Adsorptionswärmepumpensystem nach Anspruch 4, bei dem, wenn einige der Mehrzahl der chemisch-thermischen Speicherreaktoren Wärme absorbieren, andere der chemisch-thermischen Speicherreaktoren Wärme freisetzen können.
Verfahren zur Erzeugung von Kühlleistung, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen von Kühlleistung durch Verdampfen eines Wärmemediums, das aus einer Wirkung einer Druckverminderung durch den chemisch-thermischen Speicherreaktor resultiert, Erzeugen von Kühlleistung durch Verdampfen eines Wärmemediums, das aus einer Wirkung einer Druckverminderung durch den Adsorber resultiert, und Regenerieren des Adsorbers durch Anwenden von Wärmeenergie, die in dem chemisch-thermischen Speicherreaktor gespeichert ist, auf den Adsorber, so dass das adsorbierte Wärmemedium desorbiert wird.
Adsorptionswärmepumpensystem, mit: einem ersten Fluid, einem zweiten Fluid, das vom gleichen Typ ist wie das erste Fluid, einem ersten Verdampfer, der das erste Fluid verdampft, einem zweiten Verdampfer, der das zweite Fluid verdampft, einem Adsorber, der eine erstes Fluid-Speichereinheit, die das erste Fluid speichern und freisetzen kann, und eine zweites Fluid-Speichereinheit, die das zweite Fluid speichern und freisetzen kann, umfasst, wobei die erstes Fluid-Speichereinheit und die zweites Fluid-Speichereinheit in einem thermisch verbundenen Zustand vorliegen und mindestens eine der erstes Fluid-Speichereinheit oder der zweites Fluid-Speichereinheit ein Adsorbensmaterial umfasst, das Reaktionswärme freisetzt, wenn das Adsorbensmaterial ein zugeführtes Fluid speichert, und einem Kondensator, der mit der erstes Fluid-Speichereinheit und der zweites Fluid-Speichereinheit des Adsorbers verbunden ist und der das erste Fluid und das zweite Fluid, die aus der erstes Fluid-Speichereinheit und der zweites Fluid-Speichereinheit freigesetzt werden, kondensiert.
Adsorptionswärmepumpensystem nach Anspruch 7, bei dem an dem Adsorber mindestens die erstes Fluid-Speichereinheit das Adsorbensmaterial umfasst und wenn das erste Fluid von dem ersten Verdampfer zu der erstes Fluid-Speichereinheit zugeführt wird, das zweite Fluid, das in der zweites Fluid-Speichereinheit gespeichert ist, durch die Reaktionswärme, die von dem Adsorbensmaterial freigesetzt wird, desorbiert wird.
Adsorptionswärmepumpensystem nach Anspruch 7 oder 8, bei dem eine der erstes Fluid-Speichereinheit oder der zweites Fluid-Speichereinheit das Adsorbensmaterial umfasst und die andere der erstes Fluid-Speichereinheit oder der zweites Fluid-Speichereinheit mindestens eines von einer porösen Schicht oder einer Rille umfasst.
Adsorptionswärmepumpensystem nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die zweites Fluid-Speichereinheit das Adsorbensmaterial umfasst und wenn das zweite Fluid von dem zweiten Verdampfer zu der zweites Fluid-Speichereinheit zugeführt wird, das erste Fluid, das in der erstes Fluid-Speichereinheit gespeichert ist, durch die Reaktionswärme, die von dem Adsorbensmaterial an der zweites Fluid-Speichereinheit freigesetzt wird, freigesetzt wird.
Adsorptionswärmepumpensystem, mit: einem ersten Fluid, einem zweiten Fluid, das vom gleichen Typ ist wie das erste Fluid, einem ersten Verdampfer, der das erste Fluid verdampft, einem zweiten Verdampfer, der das zweite Fluid verdampft, einem Adsorber, der eine erstes Fluid-Speichereinheit und eine zweites Fluid-Speichereinheit umfasst und mindestens eine der erstes Fluid-Speichereinheit und der zweites Fluid-Speichereinheit ein Adsorbensmaterial umfasst, das Reaktionswärme freisetzt, wenn das Adsorbensmaterial ein zugeführtes Fluid speichert, einem chemisch-thermischen Speicherreaktor, der eine erstes Fluid-Speichereinheit umfasst, die Reaktionswärme durch Umsetzen mit dem ersten Fluid von dem ersten Verdampfer erzeugen kann, und die Reaktionswärme zu dem Adsorber durch die latente Wärme des zweiten Fluids freisetzen kann, das durch den zweiten Verdampfer erzeugt worden ist, der thermisch mit der erstes Fluid-Speichereinheit des chemisch-thermischen Speicherreaktors verbunden ist, und einem Kondensator, der mit der erstes Fluid-Speichereinheit und der zweites Fluid-Speichereinheit des Adsorbers verbunden ist und der das erste Fluid und das zweite Fluid, die aus der erstes Fluid-Speichereinheit und der zweites Fluid-Speichereinheit, freigesetzt werden, kondensiert.
Adsorptionswärmepumpensystem nach Anspruch 11, bei dem an dem Adsorber mindestens die erstes Fluid-Speichereinheit das Adsorbensmaterial umfasst und wenn das erste Fluid von dem ersten Verdampfer zu der erstes Fluid-Speichereinheit zugeführt wird, das zweite Fluid, das in der zweites Fluid-Speichereinheit gespeichert ist, durch die Reaktionswärme freigesetzt wird, die von dem Adsorbensmaterial freigesetzt wird.
Adsorptionswärmepumpensystem nach Anspruch 11 oder 12, bei dem eine der erstes Fluid-Speichereinheit oder der zweites Fluid-Speichereinheit das Adsorbensmaterial umfasst und die andere der erstes Fluid-Speichereinheit oder der zweites Fluid-Speichereinheit mindestens eines von einer porösen Schicht oder einer Rille umfasst.
Adsorptionswärmepumpensystem nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die zweites Fluid-Speichereinheit das Adsorbensmaterial umfasst und wenn das zweite Fluid von dem zweiten Verdampfer zu der zweites Fluid-Speichereinheit zugeführt wird, das erste Fluid, das in der erstes Fluid-Speichereinheit gespeichert ist, durch die Reaktionswärme freigesetzt wird, die von dem Adsorbensmaterial an der zweites Fluid-Speichereinheit freigesetzt wird.
Adsorptionswärmepumpensystem nach Anspruch 11, das ferner eine Wärmequelle umfasst, die das chemische Wärmespeichermaterial des chemisch-thermischen Speicherreaktors regeneriert.