DK165022B

DK165022B - Varmepumpe, der energiforsynes af en lavtemperaturvarmekilde og fremgangsmaade, ved hvilken en lavtemperaturvarmekilde anvendes til opvarmning og afkoeling

Info

Publication number: DK165022B
Application number: DK609085A
Authority: DK
Inventors: Dimiter I Tchernev
Original assignee: Dimiter I Tchernev
Priority date: 1984-05-01
Filing date: 1985-12-30
Publication date: 1992-09-28
Also published as: DK609085D0; EP0181375A4; CA1341564C; BR8506713A; AU4293485A; DK609085A; EP0181375B1; WO1985005170A1; EP0181375A1; JPS61502008A; AU583824B2; JPH06105141B2; DK165022C; DE3582224D1

Description

i

DK 165022B

Den foreliggende opfindelse angår en varmepumpe, der omfatter mindst to energi konverterer. Varmepumpen er især tilpasset til at anvende lavtemperaturenergikilder, som for eksempel luft opvarmet ved forbrænding af gas, olie, udstødningsgasser, geotermiske fluider, spildgasser 5 samt solenergi. En varmepumpe er ifølge opfindelsen i stand til at tilvejebringe både opvarmning og afkøling af et rum, som for eksempel en bygning.

I over 40 år er beboelses- og små erhvervsejendomme næsten udelukkende 10 blevet afkølet ved hjælp af elektrisk drevne kompressorluftkonditioneringsenheder. De primære grunde til dette er: 1) den relativt lave initialomkostning til udstyret, 2) en høj effektfaktor sædvanligvis to eller tre, som sammen med driftssikkerhed og lang levetid for udstyret tilvejebringer lave driftsomkostninger, og 3) anvendelsen af luftkøle-15 de kondensatorer og fordampere, hvilket reducerer anlæggets kompleksitet samt pris. Effektfaktoren (COP) er lig med kuldeydelsen (Q) divideret med nettoarbejdsinputtet (W). Dette kan udtrykkes som COP = Q/W, hvor "Q" er varmen absorberet af enheden per kølemiddel masse, og "W" er arbejdet, som af kompressoren er leveret til enheden.

20

Eksisterende gasfyrede afkølingssystemer har på den anden side: 1) en lav effektfaktor, sædvanligvis mindre end 0,7 og derfor relativt høje driftsomkostninger, 2) et behov for et køletårn, der skal fungere som kondensator, hvilket forøger anlæggets initial- og driftsomkostning, 25 og 3) kræver sædvanligvis anvendelse af korrosive substanser, som for eksempel ammoniak eller lithiumbromidopløsninger, hvilket reducerer udstyrets levetid og forøger vedligeholdelses- og driftsomkostningerne.

30 Medens boligmassens marked for gas er stort om vinteren, og når opvarmning ellers er nødvendig, er den som følge heraf ikke særlig stor i sæsonen med afkøling. Dette bidrager til en dårlig anvendelse af fordelings- og lagringskapaciteter for gas- og væskeformige brændselsindustrier ligeså vel som for elektricitetsværker.

35

Med indføringen af elektrisk drevne varmepumper, som har en effektfaktor på 3 til 4, og som er i stand til både at frembringe opvarmning og afkøling, kan det forventes, at en effektiv fordeling af gas og væskeformig brændsel fra producenten til forbrugeren vil nedbrydes yderli- 2

DK 165022B

gere. Hvis dette ikke skal optræde, må der tilvejebringes et gasdrevet afkølingsanlæg, som er realistisk konkurrencedygtig med konventionelle eksisterende luftkonditioneringsanlæg til relativt små bygninger. Hvis et sådant anlæg skal være konkurrencedygtigt, må det have en effekt-5 faktor, der er rimelig konkurrencedygtig med den for elektrisk drevne varmepumper og skal ellers være konkurrencedygtigt, hvilket betyder, at det skal have samme lave initialomkostning til udstyr, lang levetid for udstyret og pålidelig, som for konventionelle opvarmnings- og afkølingsanlæg eller bedre.

10

Effektfaktoren for gasfyrede afkølingsanlæg kan forøges ved at anvende forbrændingsvarmen i et to-trins adsorptionsanlæg. På grund af kompleksiteten af sådanne anlæg inklusiv behovet for et køletårn, er initialinvesteringen og drifts- og vedligeholdelseskravene uheldigvis 15 ikke praktisk forenelige med opvarmnings- og afkølingsbetingelser for beboelses- og småejendomme.

Forbedringer i effektiviteten for energi intensive anlæg kan ofte opnås gennem anvendelse af energirecirkuleringsmetoder. Princippet for ener-20 gi recirkulering er gammelt, og er blevet anvendt i praksis i det mindste siden 1920'erne. Den indretning, der anvendes til dette formål, kaldes sædvanligvis en regenerator og bliver i udstrakt grad anvendt i forbindelse med gasturbiner i store kraftanlæg. En regenerator kan være en rotor, der har en cylindrisk varmeoverføringspakning, hvor 25 varme og kolde gasser sendes igennem. Varme, der er midlertidigt lag ret i en sådan pakning fra den varme gas, overføres til den kolde gasstrøm ved stadig at rotere det cylindriske legeme, som midlertidigt lagrer den termiske energi. Der kendes også faste to-lejegeneratoran-læg. Faste to-1ejeanlæg omfatter to beholdere med varmelagrende mate-30 riale, hvori lagringen og genvindingen af varme udføres ved omstyring af en gasstrøm i fast-1ejeanlægget. Lukning og åbning af relevante ventiler, som regulerer varm/kold gas, gør det muligt at starte strømningen af kold/varm gas gennem pakningen. Med to-lejeregeneratoranlæg-get opvarmer en af regeneratorerne, på et hvilket som helst tidspunkt, 35 den kolde gas, medens det andet leje afkøler den varme gas. Regenera torer er almindelige i glasfremstillingsovne, hvor de må være i stand til at modstå indgangstemperaturer i størrelsesordenen 1600°C. Det tekniske stade for eksisterende, kommercielle indretninger, der anvendes til recirkulering af energi, kan findes i "Thermal Energy Storage

DK 165022B

3 and Regeneration" af Schmidt and Willmott, publiceret i 1981 af Hemisphere Publishing Corporation, McGraw-Hill. Endvidere henvises der til US patentskrift nr. 4.183.227 udstedt 15. januar 1980, der beskriver en varmepumpe og en fremgangsmåde ifølge indledningen til krav 1 og 5 20, respektivt.

Ifølge et første aspekt ved den foreliggende opfindelse er der tilvejebragt en varmepumpe, der omfatter mindst to adskilte hermetisk forseglede faststof-adsorptionsanlæg, som hver omfatter et arbejdskøle-10 middel og varmeudvekslingsorganer, der forbinder nævnte anlæg, og som omfatter ledningsorganer, der forløber gennem hvert af nævnte anlæg, og som definerer en passage derigennem for et varmeudvekslingsfluid, der er i varmeudvekslingsforbindelse med det adsorberende materiale, som er i kontakt med ledningsorganerne i hvert anlæg, hvilken forbin-15 delse af anlæggene ved hjælp af varmeudvekslingsorganerne er arrangeret således, at varme, der er genereret under det ene af anlæggenes adsorptionscyklus, overføres gennem varmeudvekslingsorganerne og anvendes som en del af den energitilførsel, der kræves ved det andet af nævnte anlæg, hvorved behovet for ydre energitilførsel for desorptio-20 nen er væsentligt reduceret.

Det for opfindelsen særegne er, at ledningsorganerne i forhold til mindst et af anlæggene er arrangeret for at være i umiddelbar varme-overføringsforbindelse med det adsorberende materiale, der er anbragt 25 langs ledningsorganerne og er således dimensioneret og udformet, at det adsorberende materiales transmissionen af varmeenergi i retning på tværs af ledningsorganerne sker hurtigere end transmissionen af varmeenergi af det adsorberende materiale langs ledningsorganerne, hvorved der under hver driftscyklus dannes en udbredende temperaturfront, der 30 rykker frem gennem det adsorberende materiale, i varmeudvekslingsfluidets strømningsretning gennem ledningen, hvilken udbredende temperaturfront udviser en temperaturovergang, hvor temperaturen i varmeudvekslingsfluidet på opstrømssiden af temperaturfronten er betydeligt forskellig fra temperaturen i varmeudvekslingsfluidet på nedenstrøms-35 siden af temperaturfronten, og hvilken udbredende temperaturfront bevirker, at arbejdskølemidlet bliver adsorberet af eller desorberet fra det adsorberende materiale, således at arbejdskølemidlets bevægelse ind i eller ud af det adsorberende materiale rykker frem gennem det adsorberende materiale i den samme retning som strømmen af varmeud-

DK 165022 B

4 vekslingsfluidet i ledningsorganerne.

Varmepumpen kan tilvejebringe kontinuert afkøling og/eller opvarmning ved hjælp af en enkelt lavtemperaturkilde.

5

Varmevekslingsorganerne kan omfatte en metalledning for væsken, og som har en effektiv vægtykkelse på 0,5 mm eller mindre, og hvor den volu-metriske termiske ledningsevne for nævnte faststof adsorptionsanlæg er væsentlig mindre end ledningens, at faststof adsorptionsanlægget om-10 fatter skiver fordelt langs ledningen i umiddelbar termisk forbindelse dermed, hvilke skiver har en tykkelse på ikke mere en 10 mm, hvilken ledning, og hvilket faste absorberingsmiddel derpå er arrangeret således, at en varmeoverføring foregår mellem fluidet, der strømmer i ledningen og det faste adsorberingsmiddel, så at når fluidet og det faste 15 adsorberingsmiddel har forskellig begyndelsestemperaturer opretholdes disse forskellige begyndelsestemperaturer på tværs af en udbredende temperaturfront, der udbredes langs det faste adsorberingsmiddel i fluidstrømmens bevægelsesretning, hvor temperaturen i det faste adsorberingsmiddel bag nævnte front er ca. den samme som i fluidet bagved 20 nævnte front, og hvor temperaturen i det faste adsorberingsmiddel forbliver omtrentlig ved sin udgangstemperatur foran nævnte front.

Ifølge et yderligere aspekt er der ifølge den foreliggende opfindelse tilvejebragt en fremgangsmåde til opvarmning og afkøling af et indre 25 rum ved anvendelse af en lavtemperaturvarmekilde, hvilken fremgangsmåde omfatter trinnene: I. at en første og en anden forseglet omslutning tilvejebringes, hver af hvilke omslutninger har et arbejdskølemiddel, et fast adsorberende 30 materiale, der er i stand til at adsorbere kølemidlet eksotermt og en ledning, der forløber gennem omslutningen i termisk kontakt med det adsorberende materiale, og som leder et varmeoverføringsfluid derigennem, 35 II. at en lavtemperaturvarmekilde tilvejebringes i termisk kontakt med ledningerne i omslutningerne, III. at damptrykket i kølemidlet i det første af omslutningerne hæves, og at kølemidlet fra det adsorberende materiale deri desorberes ved

DK 165022B

5 anvendelse af varmeoverføringsfluidet, der er opvarmet af lavtemperaturvarmekilden, IV. at kølemiddeldampen i den første omslutning modtages af en konden-5 sator, hvori kølemiddeldampen kondenseres, og at kølemidlets kondenseringsvarme overføres til det indre rum eller til atmosfæren, V. at damptrykket i kølemidlet sænkes i den anden af omslutningerne ved adsorbering af kølemidlet i det adsorberende materiale, og at den 10 derved generede adsorptionsvarme overføres til den første omslutning sammen med varme fra lavtemperaturvarmekilden via varmeoverføringsfluidet i nævnte ledninger, VI. at kølemiddel kondensatet i den anden omslutning modtages af en 15 fordamper, hvori kondensatet fordampes, og at kølemidlets fordampningsvarme overføres til det indre rum eller til atmosfæren, VII. at trinnene III,IV,V og VI gentages med omslutningerne indbyrdes ombyttet efter de respektive adsorptions- og desorptionscykler deri 20 stor set er afsluttet. Det for fremgangsmåden særegne er, at det faste adsorberingsmiddel, der er tilvejebragt i trin 1, er således dimensioneret og udformet i forhold til ledningsorganerne, at overførslen af varmeenergi, ved hjælp af det adsorberende materiale, i en retning på tværs af ledningsorganerne sker hurtigere end transmissionen af varme-25 energi, ved hjælp af det absorberende materiale, langs ledningsorganerne, således at temperaturen i det adsorberende materiale, under desorptionstrinnet III i hver omslutning, hæves langs en udbredende temperaturfront, der skrider frem gennem materialet som et resultat af varmeoverføringsfluidets passage gennem ledningsorganerne, hvorhos 30 temperaturfronten udviser en temperaturovergang, hvor temperaturen af varmeudvekslingsfluidet på opstrømssiden af temperaturfronten er væsentlig forskellig fra temperaturen i varmeudvekslingsfluidet på ne-denstrømssiden af temperaturfronten, hvorved arbejdskølemidlet desor-beres fra det absorberende materiale langs den udbredende temperatur-35 front og således, at temperaturen i det adsorberende materiale, under adsorptionstrinnet V i hver omslutning, sænkes langs en udbredende temperaturfront, der skrider frem gennem materialet som et resultat af varmeoverføringsfluidets passage gennem ledningsorganerne, hvor temperaturfronten udviser en temperaturovergang, hvor temperaturen i var-

DK 165022B

6 meudvekslingsfluidet på opstrømssiden af temperaturfronten er væsentlig forskellig fra temperaturen i varmeudvekslingsfluidet på neden-strømssiden af temperaturfronten, hvorved arbejdskølemidlet adsorberes af det adsorberende materiale langs den udbredende temperaturfront, og 5 at arbejdskølemidiets bevægelse ind i og ud af det adsorberende materiale, som følge af adsorption eller desorption, foregår gennem det adsorberende materiale i den samme retning som strømmen af varmeudvekslingsfluidet gennem ledningsorganerne.

10 Ifølge den foreliggende opfindelse er der tilvejebragt en adsorptionsanlæg-varmepumpe, fortrinsvis gasfyret, som har en afkølingseffekt-faktor på mindst en og eventuelt så højt som to og en opvarmningseffektfaktor på to eller mere afhængigt af de specifikke afkølings- og opvarmningsbetingelser og den tilgængelige energi, hvilken faktor ti 1 -15 nærmes systemets Carnot effektivitet, som udtrykt ved effektfaktoren er tre til fire. Dette er en forøgelse på to til tre gange de for ti den opnåelige værdier med enkelttrinsadsorptions- eller -adsorptions-anlæg og nærmer sig effektiviteten for elektrisk drevne varmepumper, som er bebyrdet med væsentlige højere omkostninger til kraft.

20

Den foretrukne adsorptionsanlæg-varmepumpe ifølge den foreliggende opfindelse har desuden en enkel udformning og har en relativ lav initialomkostning samt lang levetid med lille eller ingen vedligeholdelse.

25

En forøget effektfaktor kan selvfølgelig opnås i kendte anlæg med totrinsadsorptionsanlæg. Men kompleksiteten af et sådant modificeret anlæg forøges betragteligt, og behovet for et køletårn er ikke elimineret. Følgeligt er totrinsanlæg almindeligvis ikke egnet til relativt 30 små installationer på grund af deres væsentligt større initialomkostning til udstyr lige såvel som deres drifts- og vedligeholdelsesomkostninger.

Det er kendt at anvende zeolit som et adsorberende materiale, som vist 35 i US patentskrift nr. 4.034.569 fra 12. juli 1977, i US patentskrift nr. 4.138.850 fra 13. februar 1979. Den foretrukne varmepumpe ifølge opfindelsen anvender også zeolit som et adsorberingsmiddel for en kølemiddelgas. I modsætning til tidligere varmepumpeanlæg, hvor der har været lagt vægt på afkøling, er den foreliggende frembringelse rettet

DK 165022B

7 mod en varmepumpe, som er i stand til at tilvejebringe både opvarmning og afkøling, og som anvender to energikonversionsenheder. En enhed kan være desorberende, medens den anden enhed er adsorberende, idet den termiske energi fra den adsorberende zeolit anvendes delvis til at 5 opvarme den desorberende zeolit. Desuden anvender varmepumpen ifølge den foreliggende opfindelse udviklingen af en temperaturfront, som udbredes gennem metal-zeolitvarmeveksleren. Frembringelsen af en temperaturfront muliggør genbrug af helt op til 90% af den tilgængelige termiske energi under sorptionsprocesserne. Anvendelsen af zeolit som 10 adsorberingsmiddel, to energi konvertere med varmeudveksling og den udbredende temperaturfront gennem varmeveksleren medfører, at den effektfaktor, som opnås ved hjælp af apparatet og fremgangsmåden nærmer sig den teoretiske Carnot effektivitet på tre til fire. Med andre ord er den gasfyrede zeolitvarmepumpe ifølge den foreliggende opfindelse 15 stort set lige så effektiv som en elektrisk varmepumpe, imidlertid med den yderligere fordel, at den har betydeligt reducerede driftsomkostninger.

Selv om naturgas eller olie eller et hvilket som helst gasformigt el-20 ler væskeformigt brændsel, som frembringer varme forbrændingsgasser kan anvendes i anlægget, kan det også anvende spildvarme, som er frembragt af en forbrændingsmotor eller en hvilken som helst anden kilde for varm gas eller væske, som tilvejebringer en temperatur i området fra 250° til 400°F (120° til 205°C). Der findes for eksempel forskel -25 lige typer solfangere, som kan generere temperaturer op til 600°F (315°C). Der er også i forskellige fremstillings- og procesanlæg et behov for at bruge spildvarme, som kan anvendes som varmeenergi kilde for varmepumpen ifølge den foreliggende opfindelse. Som et generelt princip kan en hvilken som helst fluidkilde med temperaturer, der er 30 højere end disse som er nødvendige, gennem et antal mekanismer blive termisk fortyndet ved hjælp af et yderligere fluid med en lavere temperatur, og dette kan eventuelt medføre en indbyrdes blanding af fluider. Med naturgas eller olie er siuttemperaturen faktisk sænket ved direkte at indblande luft udefra med forbrændingsgasserne for at ti 1 -35 vejebringe den ønskede fluidtemperatur. Selv om slutvarmekilden ikke er "lavtemperatur", kan den følgeligt ved indblanding af andre fluider konverteres til den ækvivalente for en lavtemperaturvarmekilde. Med henblik på denne anvendelse, vil en lavtemperaturvarmekilde betragtes som en hvilken som helst varmekilde, der er rimeligt kompatibelt med

DK 165022B

8 anlægget, hvor der kan være tilvejebragt en effektiv varmeforskel, og den maksimale nødvendige'forskel er mindre end ca. 180°C eller 360°F.

Det foretrukne adsorberingsmiddel er enten en naturlig eller kunstig 5 zeolit, selv om naturlige zeolitter foretrækkes. Anvendelige naturlige zeolitter omfatter chabazit, clinoptilolit, mordenit, erionit og andre. En acceptabel syntetisk zeolit er fremstillet af Union Carbide og er kendt som Linde's molekylsi type 13X. Forskellige molekylsizeo-litter er beskrevet i US patentskrifterne nr. 2.882.243, 2.882.244, 10 3.012.853, 3.130.007, 3.181.231, 3.329.629, 3.720.756, 3.808.326, 3.941.871, 3.969.276, 3.972.983, 3.976.598, 3.979.335, 4.016.245, 4.034.065 og 4.046.859.

Publikationen "Natural Zeolites, Occurrence, Properties, Use" redige-15 ret af L.B. Sand og F.A. Mumpton, Peragamon Press tilvejebringer en betragtelig information om forskellige typer naturzeolitter. Zeolitter er molekyl si er, som i deres dehydrerede tilstand omfatter krystaller, som er indflettet med regelmæssigt fordelte kanaler med molekyldimen-sioner. Dette netværk af ensartede kanaler eller porer omfatter næste 20 50% af krystallernes totale volumen. Tomme hulrum i sådanne molekyl si er har en stærk tendens til at fastholde vandmolekyler. Interaktionen mellem gasmolekylers dipol- eller quadropolmoment og det ikke-ensarte-de elektriske felt, som er genereret i zeolittens krystallinske struktur, er stærk og ikke-lineær.

25

Den foretrukne udførelsesform for opfindelsen omfatter mindst to energikonvertere, som er indeholdt i respektivt adskilte forseglede beholder, således at en af energi konverterne eller beholderne, når varmepumpen forsynes med energi, altid befinder sig i cyklens desorptions-30 del. Anvendelsen af to separate zeolitbeholdere gør det muligt at udveksle termisk energi fra den beholder, der afkøles, og som befinder sig i cyklens adsorptionsdel til den beholder, der bliver opvarmet, og som befinder sig i cyklens desorptionsdel. Dette frembringer et anlæg, som kan tilvejebringe en ekstremt høj effektfaktor. Hvis kun ca. 30% 35 af energien udveksles, vil cyklens varmekoefficient forøges fra ca.

0,7 til over 1, og opvarmningseffekt faktoren forøges til over 2. Hvis 65% af energien recirkuleres, forøges afkølingseffektfaktoren til 2, og opvarmningseffektfaktoren forøges til ca. 3.

DK 165022B

9

Det skal pointeres, at da anlægget er cyklisk, og da den maksimale effektivitet opnås ved energi konverternes kontinuerte recirkulering, vil fordelene ved den kontinuerte drift, som antyder en større effektivitet, kunne opnås i et typisk opvarmningsanlæg ved anvendelse af 5 mere end to energi konvertere, hvorved periodisk total afspærring af anlægget undgås. Selv om det heri beskrevne anlæg således kun har to energi konvertere, er det underforstået for en fagmand på området, at der kan tilføres yderligere konvertere i anlægget i forskellige arrangementer.

10

Den foreliggende opfindelse er i stand til at tilvejebringe en gasadsorptionsvarmepumpe med en signifikant forøget effektfaktor både i dens opvarmnings- og afkølingsmåde, hvorved den er økonomisk konkurrencedygtig med elektrisk drevne varmepumper.

15

Opfindelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til den medfølgende tegning, hvor fig. 1 er et diagram , der viser den vandmængde, som er adsorberet 20 af en zeolitmolekylsi ved forskellige temperaturer og abso lutte vanddamptryk målt i mm kviksølv, fig. 2 er et diagram svarende til fig. 1 med undtagelse af, at det viser vandmængden, der er absorberet af lithiumbromid ved forskellige temperatur og absolutte vanddamptryk målt i mm 25 kviksølv, fig. 3 er et skematisk billede, der illustrerer en forenklet frem bringelse af zeolitcyklen ifølge den foreliggende opfindelse, fig. 4 er et diagram, som viser ligevægtstilstanden for vandbelast- 30 ning i forhold til pounds adsorberet vand i 100 pounds akti veret zeolitmolekylsi, type Linde 13X og specifikt visende cyklen for desorption og adsorption af vanddamp ifølge den foreliggende opfindelse, fig. 5 er et diagram, der illustrerer temperatur-tidsprofilet for 35 en konventionel zeolitvarmeveksler, fig. 6 er et diagram, der illustrerer temperatur-tidsprofilet for zeolitvarmeveksleranlægget ifølge den foreliggende opfindelse, fig. 7 er en graf, som viser tidsvarighedsløsninger for varmestrøm-

DK 165022B

10 ningsligningen for zeolitter med forskellige tykkelser for at opnå det i fig. 6 viste profil, fig. 8 er et skematisk billede af energi konvertere ifølge den foreliggende opfindelse inkorporeret i en bygnings opvarmnings-5 og afkølingsanlæg, fig. 9 er et billede, delvis i tværsnit, af en udførelsesform, hvori to energi konvertere er anbragt inde i en enkelt trykbeholder, fig. 10 er et snitbillede gennem beholderen og energi konverterne, 10 der er vist i fig. 9, fig. 11 er et skematisk billede af en gasbrænder, der er anvendt i forbindelse med beholderen og energi konverterne, der er vist i fig. 9 og 10, fig. 12 er et planbillede, set nedefra, gennem en pakning eller kak- 15 kel, som indeholder zeolit, og som er indeholdt i fluidpas sagen for forbrændings- og afkølingsgasser i fig. 9, fig. 13 er et planbillede, set ovenfra, af pakningen, der er vist i fig. 12, fig. 14 er et skematisk billede svarende til fig. 3 til belysning af 20 en yderligere zeolitcyklus i overensstemmelse med den fore liggende opfindelse for opvarmningsmåden, fig. 15 er et diagram, der viser en varmevekslers aktuelle outputtemperatur med tiden for forskellige varmevekslerlængder, fig. 16 er et diagram svarende til fig. 5 og 6 til belysning af den 25 aktuelle ydeevne, hvor 70% energi recirkuleres mellem to beholdere, fig. 17 er en graf til belysning af målt ydeevne for zeolit i desor-berende vanddamp for forskellige zeolittykkelser, fig. 18 er et perspektivisk billede, delvis i snit, til belysning af 30 zeolitsten eller kakler, der er omsluttet i et kobberfolie- svøb, således som anvendt for at generere de data, som er vist i fig. 17, fig. 19 er et billede til illustration af gas/fluidstrømmen langs et kobberstrømningssvøb, således som vist i fig. 18, hvor svø-35 bene er anbragt parallelt, fig. 20 er et billede svarende til fig. 19 med undtagelse af, at det viser zeolitsvøbene i serie for gas/fluidstrømmen, fig. 21 er et billede til illustration af en variant for et gas/flu-idstrømningsanlæg, der er specifikt udformet for væskeformi-

DK 165022B

11 ge fluider, fig. 22 er et skematisk billede til illustration af et anlæg, hvori der anvendes en væske for opvarmning og afkøling af zeolitten, 5 fig. 23 er et tværsnit, med visse dele brudt væk, gennem en cylin drisk væg for varmeveksleren i det i fig. 22 viste anlæg, fig. 24 er et snit gennem en yderligere cylindrisk væg for en varme-veskler, hvilken væg er et alternativ til den, som er vist i fig. 23, 10 fig. 25 er et billede af en konverter af den type, som er illustre ret i fig. 22, i en kondensatreturløkke, fig. 26 er et billede af den anden konverter, der er beregnet til et anlæg, for eksempel som vist i fig. 22, og som er vist med visse dele skåret væk for at illustrere varmevekslercylin-15 drene og et ringmanifold for dråbevis fordampning, fig. 27 er et billede til illustration af et par konvertere med en kondensatreturløkkecrossover, og fig. 28 er et skematisk billede svarende til fig. 3 og 14, og som illustrerer ydre vandløkker for anlæg, som ellers er vist i 20 fig. 21-27.

Således, som indikeret ovenfor, danner zeolitter en familie af materialer med en unik åben trådnet-lignende krystallinsk struktur. Deres atomstruktur fremtræder, således at der er dannet hulrum, som er ind-25 byrdes forbundne ved hjælp af kanaler eller tunneller i atomar skala.

Der findes over 30 typer zeolitter med hulrumsstørrelser i området fra 3 til mere end 10 Å, og forbindelseskanaler af forskellige størrelser.

På grund af denne åbne porøse struktur er zeolitter i stand til at 30 adsorbere store mængder af forskellige kølemiddel gasser strækkende sig fra vanddamp, ammoniak og carbondioxid til forskellige fluorocarboner, chlorocarboner og hydrocarboner ved rumtemperaturer. De stærke ikke-ensartede indre elektriske felter, som optræder ved det atomare niveau i zeolitstrukturen i interaktion med gasmolekylernes polare momenter, 35 resulterer i en adsorptionsenergi. Interaktionen er ekstremt ikke-li-neær og udviser mætningsopførsel i sin trykafhængighed. I fig. 1 vises adsorptionsisotermer for vanddamp og zeolit. I fig. 2 vises sammenlignelige adsorptionsisotermer for et 1ithiumbromid-vandsystem. Zeolitternes ikke-linearitet og mætningsopførsel er tydelig og ved tryk over

DK 165022B

12 10 mm kviksølv absolut er den adsorberede mængde tilnærmelsesvis uafhængigt af tryk og helt afhængigt af temperaturen.

Opløseligheden af ammoniak i vand, af vanddamp i 1ithiumbromid og ad-5 sorptionen af kølemiddel gasser på overfladeabsorberingsmidler, som for eksempel silikagel, aktiveret aluminium og aktiveret kul afhænger eks-ponentialt af WH/RT, hvor WH er adsorptionens opløsningsenergi, og T er den absolutte temperatur, og R er gaskonstanten. Med andre ord overholder de Arrhenius ligningen. Adsorption i zeolitter er derimod 10 af Dubinin (M.M. Dubinin & V.A. Astakov, "Molecular Sieve Zeolites --II", American Chemical Society, Washington, D.C. 1971, side 69-85) vist, at afhænge eksponent!alt af i det mindste den anden og helt op til femte potens af WH/RT. Denne ekstreme.ikke-1inearitet for varme-aktivi sering gør zeolitter velegnede til varmepumpeanvendelser ved 15 reduktion af kondensationstrykkets og temperaturens indflydelse på cyklens effektfaktor.

Zeolitcyklusfrembringelsen ifølge den foreliggende opfindelse er vist skematisk i fig. 3. Zeolitten er delt i to adskilte hermetisk forseg-20 lede rum, omslutninger eller beholdere for energi konvertere, der generelt er betegnet med henvisningsbetegnelserne 120 og 121. Hvert rum er forsynet med sin egen kondensator 122 og sin egen fordamper 124, som faktisk kan være en enkel konstruktion, således som det vil blive forklaret herefter.

25 I fig. 3 er konverteren 120 i generatormåden, medens konverteren 121 er i adsorbermåden. Gennem de to konvertere 120 og 121 er der i lodret retning udstrakt flere varmeudvekslingsfluidledninger 125 (se fig. 9 og 10). Sådanne ledninger er omgivet af zeolitadsorberingsmiddel på en 30 måde, som vil blive beskrevet senere. Når varmeudvekslingsfluidet indtræder, modtages det af ledningerne 125 (se fig. 9) og forvarmes af varmen i zeolitten og konverterkonstruktionen 121, idet en sådan varme er blevet tilvejebragt, når konverteren 121 var i sin forudgående generatormåde. Zeolitten og den tilknyttede konstruktion i konverteren 35 121 afkøles langsomt, og når zeolitten afkøles adsorberer den kølemid deldamp fra konverterens fordamper 124. Fordampningen af kølemiddel ved fordamperen tilvejebringer en afkøling, som kan anvendes for at afkøle en bygning, eller som kan udsendes i atmosfæren. Den genererede adsorptionsvarme samt den specifikke varme for zeolitten og den til-

DK 165022 B

13 knyttede konstruktion i konverteren 121 forøger temperaturen i varmeudvekslingsfluidet, som passerer gennem ledningerne 125 til en temperatur, som falder med tiden, men som forbliver over ca. 100°F (38°C). Således strømmer varmeudvekslingsfluid fra indløbsledningen 126 og 5 vandrer gennem ledningerne 125 og strømmer ud fra konverteren 121 gennem en bundledning 127. Varmeudvekslingsfluid fra bundledningen 127 passerer gennem en opvarmningsstation 130 (se fig. 3), som omfatter en varmekilde, som for eksempel en brænder 151, der tilvejebringer en gasflamme for at opvarme varmevekslingsfluidet. Varmevekslingsfluidet 10 ledes gennem en yderligere bundledning 131 for konverteren 120 og ind i dennes fluidledninger 125, hvori det opvarmede varmeudvekslingsfluid opvarmer zeolitten og bringer den til at desorbere. Gasforbrændingen reguleres, hvis det er nødvendigt, ved hjælp af i faget velkendte organer for at opvarme og fastholde varmevekslingsfluidet i ledningen 15 131 for den del af cyklen ved ca. 400°F (205°C), før det strømmer ind i ledningen 125 i konverteren 120. Her opvarmes zeolitten, der er blevet afkølet til ca. 95°F (35°C) under den forudgående cyklus til temperaturen på ca. 400°F (205°C). Når de opvarmes, desorberes kølemiddelgas, og trykket i konverteren 120 forøges, således at desorberet 20 damp kan kondenseres ved en relativ høj temperatur (ca. 100°F (38°C)). Varme til den kondensation, som foregår i konverteren 120's kondensator 122, sendes til den omgivende luft eller til et varmedræn eller anvendes, delvis, for opvarmningsbehov, som for eksempel opvarmning af vand i afkølingssæsonen. I opvarmningssæsonen anvendes varmen imidler-25 tid for at tilvejebringe en del af eller hele varmebelastningen. Varmeudvekslingsfluidet fra konverteren 120 forlader denne gennem en udløbsledning 132 betragteligt afkølet på grund af den varmeudveksling, som foregår i konverteren 120. I opvarmningssæsonen kan varmeudvekslingsfluidet, således som indikeret i fig. 14, blive yderligere afkø-30 let ved hjælp af yderligere varmeudvekslingsorganer 172 til ca. 100°F (38°C).

Efter ovennævnte del af cyklen er afsluttet bliver processen, varmeudvekslingsfluidets strømning, omstyret. Udløbsledningerne 127 og 132 35 bliver indløbsledninger, medens indløbsledningerne 126 og 131 bliver udløbsledninger, og strømningsretningen gennem opvarmningsstationen 130 vendes. Konverteren 120 bliver adsorberen, og konverteren 121 bliver kølemiddelgasgeneratoren. Den resterende del af cyklen er en gentagelse af den ovenfor beskrevne cyklus med kondensatoren 122 i kon-

DK 165022 B

14 verteren 121 opvarmende og med fordamperen 124 i konverteren afkølende. Således vil én adsorber afgive varme og én adsorber vil give afkøling på alle tidspunkter, og disse opgaver veksler med omstyring af varmevekslingsfluidets strøm.

5

Fig. 4 viser typiske adsorptionsisosterer for zeolit og vanddamp. Iso-sterer er linier med konstant belastning af kølemiddelgas (vanddamp) i zeolitten som en funktion af zeolittens temperatur og kølemiddelgassens dugpunkt. Ved en zeolittemperatur på 100°F (38°C) og en kølemid-10 del temperatur ved 47°F (8°C), hvilket er indikeret ved et punkt A, adsorberer zeolitten vanddamp svarende til ca. 23% af sin egen vægt. Adsorptionen begynder med vanddamp ved ca. 9 mm kviksølv (1,2 x 103 Pa) eller mindre. Zeolitten opvarmes derefter til 160°F (71°C), før det er muligt for dampen at begynde at blive kondenseret ved en kon-15 densatortemperatur ved 100°F (38°C). Dette er vist ved punktet B. Gastrykket i anlægget hæves til ca. 50 mm kviksølv (6,7 x 103 Pa) eller højere ved opvarmningen af gassen, før den begynder at kondensere. Fra 160°F til 400°F (71°C til 205°C), vist ved et punkt C, desorberer zeolitten fra 23% til 8% elller totalt 15 vægt% af sin kølemiddel damp, 20 som kondenseres ved 100°F (38°C). Zeolitten afkøles derefter fra 400°F til 305°F (205°C til 151°C) (punkt D). Dette reducerer kølemiddel gassens tryk i konverteren til ca. 9 mm kviksølv (1,2 x 103 Pa) eller mindre og ved en yderligere afkøling fra 305°F (151°C) til 100°F (38°C), repræsenteret ved punktet A, fordampes kølemiddelgassen fra 25 fordamperen 124 ved 47°F (8°C), og zeolitten i konverteren adsorberer 15 vægt% af kølemiddel gassen, hvorefter dens vægt% af vanddamp er forøget fra 8% til 23%. Cyklen er således afsluttet. Ud fra dette diagram er det underforstået, at varmeudveksling mellem konverterne, én i generatormåden og den anden i adsorbermåden, i det mindste foregår i 30 området fra 160°F til 305°F (71°C til 151°C).

Zeolittens specifikke varme givet i BTU per pound grad F (J/kg/°C) varierer fra 0,3 (390) og 0,1 (130) afhængigt af den desorberede mængde damp. Adsorptionsvarmen varierer fra 1200 til 1500 BTU per pound 35 (2,8 x 10® til 3,5 x 10® J/kg) og desorptionsforholdet er ca. 0,0625% for hver grad F (0,0347% for hver eC). Dette tilvejebringer et desorp-tionsbidrag, således at den specifikke varme plus desorption forbliver næsten konstant og ved ca. 1 BTU per pound for hver grad F temperaturændring (ca. 1292 J/kg/°C). Ved et konstant forhold for varmeinputtet,

DK 165022 B

15 vil stigningen i temperaturen med tiden uden desorption fra 100°F til 160°F (38°C til 71°C) derfor være mere end 3 gange hurtigere, end når desorptionen foregår fra 160°F til 400°F (71°C til 205°C). Under cyklens afkølingsdel, vil afkølingsforholdet på tilsvarende måde tilveje-5 bringe et konstant varmetab, der er op til 5 gange hurtigere uden adsorption optræder fra 500°F til 305°F (260°C til 151°C), end når adsorptionen optræder fra 305°F til 100°F (151°C til 38°C).

Fig. 5 viser det teoretisk temperatur-tidsprofil for zeolitten i zeo-10 1itbeholderne. Det antages, at al zeolit i konverterne befinder sig ved samme temperatur og samtidig følger de i fig. 4 viste temperaturprofiler, og 37,5% af adsorberenergien overføres fra konverteren i adsorbermåden til konverteren i generatormåden, før de to temperaturer krydser ved ca. 240°F (115°C). Idet der tillades 20% i reversible tab 15 i varmeveksleren, kan der tilvejebringes en nettoenergioverføring på over 30%. For så vidt som effektfaktoren for denne cyklus ved afkøling uden energi overføring er ca. 0,7, vil en 30% reduktion af inputkravene forøge afkølingseffektfaktoren til 1 og opvarmningseffektfaktoren til 2. Da der ikke optræder nogen tid- og temperaturforsinkelse mellem 20 varmeinputtet og ligevægtstilstanden for temperaturen i den aktuelle zeolitbeholder, er effektfaktorens forøgelse faktisk højere. Ved at udforme varmeoverføringsledningen, således at en varmefront udbreder sig gennem konverterens zeolit, understøttes forbedringen i betragtelig grad. De teoretiske temperaturer for et sådant anlæg, hvori der 25 anvendes en varmefront, er illustreret i fig. 6. Imidlertid vil de aktuelle temperaturer, som opnås, nærmere ligne de temperatur-tidpro-filer, som er indikeret i fig. 16.

Idet der herefter henvises til fig. 9-13 ses, at konverterne 120 og 30 121 kan anbringes i en enkelt cylindrisk beholder 134, som er hen sigtsmæssigt isoleret, og som har en isoleret skillevæg 135. Fluidledningerne 125 for overføringen af varmeoverføringsfluid er bevidst udformet af et tyndt metal ark med lav varmel edningsevne. På hver ledning 125 er der anbragt en kakkel eller en pakning 136, som omfatter et 35 tyndt zeolitlag, der er indesluttet i et materiale med høj varmeled-ningsevne, som for eksempel kobberfolie. Hver pakning 136 er udformet som en udfladet toroide, der kun er nogle få millimeter tyk, og som ved sin bund er forsynet med flere udefter udstrakte fremspring 137 eller forsætninger, og som på sin overside er forsynet med flere åb-

DK 165022B

16 ninger 140, således som vist i fig. 13. Formålet med fremspringene 137 eller forsætninger er at tilvejebringe en afstand og eftergivelighed mellem enkelte pakninger 136. Hullet 141 i pakningen 136 er dimensioneret, for således at passe stramt på ledningen 125 for at maksimere 5 varmeledningen mellem ledningen 125 og kobberdelen af pakningen 136, som indeholder et tyndt lag zeolit, således at varme, der afgives af varmeoverføringsfluidet og vandrer gennem ledningen 125, hurtigt ledes til zeolitten i pakningen 136 gennem den omgivende kobberfolie. Pakningerne 136 kan for eksempel være monteret på ledningerne 125 efter 10 sidstnævnte er blevet bibragt en reduceret temperatur, således at der ved ekspandering opnås en stram pasning. Hvis det ønskes kan ledningerne 125 være gevindforsynet for at tilvejebringe skiftevis tynde og tykkere riller langs deres ydre omkreds, hvilket modtages stramt af tilsvarende riller på pakningen 136's indre omkreds, som definerer 15 hullet 141.

Formålet med den foregående konstruktion er at frembringe en fremadskridende temperaturfront i zeolitten langs hver af ledningerne 125. Således har varmeveksleren, der omfatter ledningerne 125 i hver kon-20 verter 120 og 121 flere pakninger 136, der er stablet og i kontakt med hinanden fra bunden til toppen, og dens varmeoverføringskoefficient fra varmeoverføringsfluidet til zeolitten er større end ledningsevnen langs varmeoverføringsfluidets bane, idet varmel edningsevnen langs ledningen 125 er relativ lav. Varmeoverføringsfluidet specifikke varme 25 er også relativ lav i sammenligning med zeolittens varmekapacitet, der er forøget ved desorption. Som følge heraf er der dannet en temperaturfront i zeolitlaget. Temperaturfronten føres langsomt langs ledningen 125's længde, hvorved bundzeolitpakningerne i generatorkonverteren desorberes først, og de tilsvarende lag af pakninger 136, som er 30 blevet desorberet, føres opefter i retning af varmestrømmen. På tilsvarende måde vil en front i den adsorberende konverter i de adsorbe-rende pakninger 136, igen i retning af varmeoverføringsfluidets strømning, bevæge sig nedefter. Med en sådan varmeudveksling vil output-temperaturprofi 1 et over tiden for konverterne, når de befinder sig i 35 generatormåden og adsorbermåden, være som vist i fig. 6. På denne måde kan mere end 60% af den termiske energi fra adsorberen udveksles og anlæggets effektfaktor nærmer sig den teoretisk Carnot effektivitet.

Løsningen på varmediffusionsligningen for metal-zeolit grænsefladen og

DK 165022B

17 zeolitten derefter er vist ved følgende ligning: T(x,t) = Toerfc(X/yKt) 5 Koefficienten K repræsenterer et antal fysiske konstanter, som for eksempel zeolittens varmel edningsevne, dens specifikke varme, og, over 150°F (65°C) kølemiddel gassens desorptionsvarme. Fra fig. 7, som viser zeolittemperaturens variation med tiden for forskellige zeolittykkelser x = 0,1 til 1 mm, vil det underforstås, at der findes en øvre 10 grænse for zeolitlagets tykkelse. Zeolitlagets tykkelse kan være i området fra ca. 3 til ca. 17 mm med en foretrukket tykkelse på mindre end ca. 6 mm. Ved anvendelse af et metal med lav ledningsevne til ledningen 125, 90% kobber, 10% nikkel!egering og en vægtykkelse på mindre end 5 mil (0,01 mm), vil forudsætningerne for dannelsen og udbredelsen 15 eller fremadskridningen af en temperaturfront, således som diskuteret ovenfor, eksistere. Denne temperaturfront er selvfølgelig ikke, i praksis, en ret linie eller plan, men vil i højere grad have en tykkelse svarende til flere zeolitpakninger. En mere ønskelig eller skarpere temperaturfront er tilvejebragt, når varmeoverføringsfluidet er 20 en væske i stedet for gas.

På grund af ikke-linearitet for zeolit adsorptionsisotermer, kan kondensatortemperaturerne, hvis det ønskes, forøges uden at forårsage en reduktion i enhedens kapacitet ud over det, som ville eksistere, hvis 25 der blev anvendt konventionelle adsorptions- eller absorptionsanlæg, og kapacitetsreduktionen er faktisk mindre. For så vidt som der i opvarmningsmåden er en betragtelig tilgængelig energimængde i konverteren i adsorbermåden ved 160°F (71°C) og lavere, er det fordelagtigt, at holde kondensatoren ved ca. 100°F (38°C) og anvende den til at præ-30 opvarme belastningsfluidet med en deraf følgende yderligere forøgelse i dets temperatur til 160°F (71°C) ved varme fra konverteren i adsorbermåden. Under afkølingen afkøles kondensatoren indirekte ved hjælp af omgivende luft, i et varmedræn eller lignende, og kapacitetens variation med lufttemperaturen er lille.

35 Således som indikeret tidligere, kan den specifikke udførelsesform for anlægget ifølge opfindelsen varieres betragteligt afhængigt af de krav til opvarmning og afkøling som stilles til anlægget. I fig. 9 vises en udførelsesform, hvor konverterne er anbragt i en enkelt enhed, som kan

DK 165022B

18 installeres i en eksisterende bygning og forbindes med et eksisterende anlæg i stedet for en allerede installeret ovn eller luftkonditioneringsapparat. Beholderen 134 for enhederne 120 og 121 er væsentligst en isoleret tank, som konstruktionsmæssig kan tåle et højt indre va-5 kuum, som i en driftstilstand, hvor kølemidlet er vand, kan være 5 mm kviksølv (0,7 x 103 Pa) eller mindre.

Beholderen 134 indeholder to energi konverteren 120 og 121, hver af hvilke energi konvertere har tre varmeudvekslingsorganer, som omfatter 10 fluidledningerne 125, kondensatoren 122 og fordamperen 124. Selv om hvert varmeudvekslerorgan er vist med en enkel passage indses det, at der kan være dobbelt passage eller flere. Varmeudvekslerne er også vist som værende forsynet med rette rør, selv om der i praksis kan anvendes skrueviklede rør, eller de kan erstattes af pladevarmeveksle-15 re. Den samme varmeudveksler kan endvidere anvendes både som kondensator og fordamper. Faktisk er dobbeltpassagevarmeudvekslere fordelagtige som kondensatoren og fordamperen, da de muliggør forbindelser alene på den ene side af beholderen 134. Selv om en skillevæg 135 deler beholderen 134 i to forskellige hermetisk forseglede rum 133, hvor køle-20 midlet modtages, indses det, at der også kan anvendes en skillevæg for at tilvejebringe et hvilket som helst antal af sådanne rum, som i planbillede er pie-formede. Således kan en enkelt beholder 134 anvendes til tre konvertere, fire konvertere eller inden for konstruktions-mæssige grænser et hvilket som helst ønsket antal.

25 Når der anvendes enkeltpassage enheder, kan de være skråtstillet inde i beholderen 134, således som foreslået ved placeringen af delene i fig. 8, således at der i alle tilfælde kan optræde en cirkulation på grund af naturlig cirkulation i anlægget, selv om en pumpe ikke kan 30 drives for at tilvejebringe en tvunget cirkulation af afkølende og opvarmende vand, som strømmer gennem kondensatoren eller fordamperen. Ellers kan der dannes is i fordamperen, eller damp kan genereres i kondensatoren.

35 Skorstens- og bundledninger 126,127,131 og 132 for luften og forbrændingsgasser er hver forbundet med deres respektive indre ledninger 125 via et forkammer 142 (se fig. 9). Det er underforstået, at sådanne skorstens- og bundledninger samt forkamrene sammen med fluidledningerne 125 er hermetisk forseglet fra rummet 133 inde i beholderen 134,

DK 165022 B

19 som indeholder zeolitpakningerne 136 og kølemidlet, som, i den foretrukne udførelsesform, er vanddamp. Der er tilvejebragt en barriere 144 i hver konverter 120 og 121 for at adskille zeolitten og ledningerne 125 fra kondensatoren 122 og fordamperen 124. En sådan barriere 5 er forsynet med en lomme på hver side, hvormed det kondenserede vand modtages, hvilken lomme omgiver fordamperen 124's kølevandsrør 146.

Hver kondensator og fordamper er forsynet med sådanne varmeudvekslingsrør 146, som er forbundet til indersiden af yderligere forkamre 145, som på deres ydre sider er forsynet med forbindelser 147, som er 10 beregnet til at modtage opvarmende eller afkølende varmeoverførings-fluid, således som det er hensigtsmæssigt for at tilvejebringe opvarmning eller afkøling.

Adskilt fra beholderen 134 er der tilvejebragt en opvarmningsstation 15 130, som fortrinsvis er et isoleret kasseformet forbrændingskammer 150, hvori der er indført opvarmningsorganer, der indeholder en gasbrænder 151. Således som beskrevet tidligere, kan gasbrænderen 151, hvis det ønskes, være en brændselsoliebrænder, en motors udstødsudløb eller en varmeveksler, for eksempel fra en sol opvarmningsenhed eller 20 en geotermisk fluidkilde. Stationen 130 har to udløb 131a og 127a, der er beregnet til at blive forbundet med bundledningerne 131 henholdsvis 127, således som for eksempel set i fig. 3.

Brænderen 151 er selvfølgelig forsynet med konventionelle sikkerheds-25 indretninger inklusiv et vågeblus og en solenoideafspærringsventil i tilfælde af manglende gastryk, hvorved vågeblusset slukkes. Endvidere kan brænderen 151 anvendes ved at blive rettet enten mod udløbet 131a eller 127a for at indføre en luftbevægelse gennem luft- og forbrændingsgasledningerne, når luft er varmeoverføringsfluidet. Imidlertid 30 er luftbevægelsens retning fortrinsvis tilvejebragt ved at aktivere en eller to elektrisk drevne blæsere 152, som respektivt er forbundet med ledningerne 132 og 126. Ved hjælp af disse organer suges luft gennem fluidpassagerne, og i tilfælde af lækager i ledningerne for luften og forbrændingsgasserne, vil udstrømning snarere foregå fra end ind i det 35 område, hvor anlægget er anbragt. En enkel reversibel blæser kan anvendes på hver af ledningerne 132 og 126 i stedet for to blæsere 152.

I denne forbindelse er det underforstået, at luftstrømmen, hvad enten den er frembragt af en blæser eller to blæsere, fortrinsvis er ca. 30 gange den som er nødvendig for at opretholde en forbrænding af brænd-

DK 165022B

20 sel fra gasbrænderen 151. Således vil de ændringer af en sådan forbrænding, som udviser en risiko for beboere i en bygning, hvori anlægget er installeret, praktisk taget være udelukket.

5 Idet der igen henvises til fig. 8 ses et forenklet anlæg for opvarmning og afkøling ved hjælp af den ovenfor beskrevne drift. Cirkulationspumper 154 og 155 er anvendt i vandledningskredse 156 henholdsvis 157.

10 Kredsen 156 indeholder en eller flere opvarmningselementer 160, og kredsen 157 indeholder en eller flere afkølingselementer 160. Et var-me-dissipieringselement 162 er indeholdt i en ledningskreds 164, som selektivt kan forbindes med enten kredsen 156 eller kredsen 157, således at enten en del af al det cirkulerede vand, som er beregnet enten 15 til opvarmningselementet 160 eller afkølingselementet 161 kan dissipe-res til det ydre, til et varmedræn eller lignende.

Ventiler 165, der er anbragt umiddelbart efter forbindelserne 147 i kredsene 156 og 157 kan være solenoideventiler eller trykbetjente ven-20 ti ler, som reguleres ved hjælp af temperaturfølere ved ledningerne 126,127,131 og 132 eller ved hjælp af trykfølere inde i konverterne 120 og 121. Blæserne 152 reguleres ved hjælp af reguleringerne for brænderen 151, og den specifikke blæser, der skal drives i en hvilken som helst given del af cyklen, reguleres ved hjælp af temperaturføle-25 re, som er anbragt i udløbene 126,127,131, og 132 eller alternativt ved hjælp af indre temperatur- eller trykfølere i konverterne 120 og 121.

Brænderen 151 kan ganske enkelt reguleres ved hjælp af en rumtermo-30 stat, som indeholder eller er følsom for elementerne 160 og 161. Den kan også være forbundet med følere ved udløbet 126, 127,131 og 132, hvorved cyklen, med termostaten åbnet, ikke desto mindre fortsættes, indtil adsorberoutputtemperaturen krydser generatoroutputtemperaturen, således som vist i fig. 6.

Følere, således som indikeret ovenfor, kan også blive anvendt for, når anlægget er opstartet, at diktere, hvilken blæser der skal begynde først, ved at detektere hvilken konverter som har højst temperatur.

35

DK 165022 B

21 Når konverteren 120 i drift opvarmes, vil en kølemiddel gas udtrykkes fra zeolitten deri og kondenseres af kondensatoren 122, som derved opvarmer vandet, der ved hjælp af pumpen 154 cirkuleres i kredsen 156. Blæseren 152 for ledningen 132 suger luft gennem passagerne 125, og 5 sådan luft præopvarmes ved hjælp af brænderen 151 ved stationen 130.

Der dannes en varmefront i zeolitpakningerne 136 begyndende ved bunden og arbejdende sig opefter mod toppen i successive pakninger, som er modtaget omkring ledningen 125, og når en sådan front når sit højeste punkt, hvorved zeolitten i konverteren 120 har desorberet alt med und-10 tagelse af 8 vægt% af sit vand, forøges temperaturen i ledningen 132 hurtigt til 400°F (205°C) og får derved blæseren 152 i kredsen 132 til at afslutte sin drift, og blæseren 152 i kredsen 126 til at påbegynde en luftindsugning ind i ledningen 132 gennem ledningerne 125 i konverteren 120 og ud af en sådan konverter via ledningen 131 ind i forbræn-15 dingskammeret 150. Der opvarmes det af flammen fra brænderen 151 og, således opvarmet, fortsætter luften gennem ledningen 127 ind i konverteren 1217s passage 125 og ud af ledningen 126. Efter at have passeret gennem blæseren 152 udstødes det i atmosfæren. Den samme del af cyklen, som tidligere beskrevet for konverteren 120, foregår nu i konver-20 teren 121, og luft, der suges gennem konverteren 120, afkøler den deri tilvejebragt zeolit ved hjælp af en kold front, som bevæger sig nedefter. Dampen, som er kondenseret til vand ved hjælp af kondensatoren 122, begynder at koge og fordampes i fordamperen 122 ind i rummet 133, da det, når zeolittens temperatur sænkes, påbegynder at adsorbere 25 vanddampe og også på grund af at trykket i konverteren 120 sænkes. Denne fordampning i fordamperen 124 ved den lavere temperatur foregår ved ca. 8°C eller 47°F. Imidlertid vil zeolittens adsorption af vanddampe opvarme zeolitten på grund af adsorptionsvarmen.

30 Adsorptionsvarmen vil sammen med varmekilden, der er tilvejebragt ved den højere zeolittemperatur og anden indre konstruktion, opvarme luften, som passerer gennem ledningerne 125, medens zeolitten og anden konstruktion samtidigt afkøles. En varm front falder gennem zeolitten, således som beskrevet tidligere, og den opvarmede luft overføres via 35 ledningen 131 til forbrændingskammeret 150, der således præopvarmer og bibeholder adsorberingsvarmen lige så vel den der skyldes den specifikke varme fra andre elementer i konverteren 120. Slutresultatet er en meget højere effektfaktor end der ellers ville kunne opnås. I denne del af cyklen tvinges kølevand af pumpen 155 til at cirkulere gennem

DK 165022B

22 kredsen 157 og således afkølet vand kan anvendes til afkølingsformål i afkølingssæsonen eller for andre afkølingsformål (for eksempel afkøling af lagerrum for levnedsmidler) eller dissiperes, afhængigt af hvad der er nødvendigt. På grund af muligheden for at temperaturen i 5 fordamperen 124 kan falde under frysepunktet i opvarmningssæsonen kan sådant vand være forsynet med antifrysemidl er eller lignende, som er tilført deri for at sikre at det ikke fryser til is.

I fig. 14 vises et diagram svarende til fig. 3, men det er imidlertid 10 en mere komplet illustration af en gasfyret zeolitpumpe i opvarmningsmåden. I fig. 14 er der desuden angivet en indikation af typiske temperaturer, der vil opleves under opvarmningsdriften. Forbrændingsluft trænger udefra ind i ledningen 126 ved en temperatur, som i opvarmningssæsonen typisk er mellem 17°F og 47°F (-8°C og 8°C). Denne luft 15 præopvarmes ved hjælp af en skorstensvarmeveksler 170 til ca. 95°F (35°C). Sådanne varmevekslere er velkendte i faget og vil derfor ikke blive beskrevet detaljeret. Et eksempel er Dolin Heat Reclaimer, der fremstilles af Stacor Corporation of Newark, New Jersey. Sådan luft sendes gennem en yderligere varmeveksler 172, som for den i figuren 20 indikerede del af cyklen er inaktiv. Forbrændingsluften fortsætter ind i konverteren 121, idet den passerer gennem ledningerne 125. Generatoren 121 er i adsorberfasen og afkøles fra sin tidligere generatorfase, under hvilken den nåede 400°F (205°C). Konverteren 121 afkøles langsomt og adsorberer kontinuerligt kølemiddeldampe fra sin fordamper 125 25 med en temperatur, som igen typisk er mellem 17°F og 47°F (-8°C og 8°C). Den genererede adsorptionsvarme plus den specifikke varme for zeolitten og yderligere beholderkonstruktion opvarmer den udefra kommende forbrændingsluft (varmeoverføringsfluid), der strømmer gennem ledningerne 125 til mellem 100°F (38°C) og 400°F (205°C). Med luften 30 til zeolitvarmeveksleren, der indeholder pakninger 136, som er stablet på ledningerne 125, opretholdes outputtemperaturen for luften og forbrændingsgasserne fra ledningerne 125 ved ca. 400°F (205°C) for næsten hele cyklens adsorptionsdel.

35 Ved termostatiske eller andre hensigtsmæssige velkendte reguleringer vil forbrændingsluft, der forlader konverteren 121 via ledningen 127, opvarmes ved opvarmningsstationen 130 til ca. 400°F (205°C). Sådan luft ledes derefter af ledningen 131 ind i konverteren 120, hvor zeolitten er ca. 95°F (35°C), som er nået i dens tidligere adsorberfase.

DK 165022B

23

Herefter vil zeolittens temperatur med konverteren 120 i generatorfasen forøges via den fremadskridende temperaturfront til ca. 400°F (205°C).

5 Lige så snart noget af zeolitten i konverteren 120 opvarmes til over ca. 160°F (71°C), desorberes kølemiddel gas, og trykforøgelsen er tilstrækkelig til at gas kondenserer ved 100°F (38°C), kondenseringsvar-men i konverterens kondensator 122 anvendes for at tilvejebringe opvarmningsbelastningen. Forbrændingsgasser forlader konverteren 120 ved 10 ca. 160°F (71°C) ved begyndelsen af genereringscyklen, men deres temperatur forøges hurtigt til ca. 400°F (205°C), hvor den forbliver indtil afslutningen af cyklen. I opvarmningssæsonen afkøles disse gasser i varmeveksleren 171 til ca. 100°F (38°C). Varmeveksleren 172 kan anvendes i forbindelse med kondensatoren 122 for opvarmningsbelastningen 15 eller som et forvarmeapparat for varmt vand og andre opvarmningsformål. Det er selvfølgelig underforstået, at hele bygningens opvarmningsbelastning kan tilvejebringes ved hjælp af kondensatoren 122 og varmeveksleren 171, når konverteren 120 befinder sig i generatorfasen.

På lignende måde kan konverteren 121 anvendes sammen med sin kondensa-20 tor 122 og varmeveksleren 172 for at tilvejebringe varme for hele bygningens opvarmningsbelastning, når den befinder sig i generatorfasen. Således kan fluidet, der cirkuleres gennem varmevekslerne 171 og 172, som opvarmes med henblik på den totale opvarmningsbelastning, skiftevis ombyttes med sådanne varmevekslere på samme måde som gennemføres 25 for kondensatorerne 122 og fordamperne 124. Endeligt vil gasser, der forlader varmevekslerne 171, 172, yderligere afkøles i skorstensvarmeveksleren 171 og udstødes til den omgivende luft i et temperatur område, som typisk er fra 22°F til 52°F (-6°C til U°C). Varme, som er ført væk fra fordamperen 124, dissiperes typisk i elementet 162. Det 30 er imidlertid ikke usædvanligt at der i større bygningen samtidig kræves både opvarmning og luftkonditionering på grund af placeringen af solen og andre faktorer. Det er således muligt ved anvendelse af anlægget ifølge den foreliggende opfindelse, med et hensigtsmæssigt plomberingsarrangement, både at opvarme og afkøle samtidigt.

35

Efter den beskrevne del af cyklen er afsluttet vendes processen, og retningen af luftstrømmen gennem opvarmningsstationen 130 vendes også. Cyklen gentages, således som beskrevet ovenfor, med kondensatorer og fordamperer indbyrdes ombyttet.

DK 165022B

24

Effektfaktoren for den ovenfor beskrevne og i fig. 14 viste varmepumpe er teoretisk ca. tre for* opvarmningsmåden, hvor fordampertemperaturen er 17°F (-8°C), og kondensatortemperaturen er 100°F (38°C) for en belastning på 160°F (71°C). I praksis er effektfaktoren selvfølgelig 5 mindre. Men med en god udformning er den ikke desto mindre inden for ca. 80% af den teoretisk værdi, det vil sige ca. 2,4.

Tidsrummet for hver cyklus afhænger af størrelsen og enheden. Med en god udformning kan den teoretisk være så kort som 2,5 minut. For at 10 sikre at materialerne, navnlig ledningerne 125, er tilstrækkeligt stærke og holdbare, er cyklustiden imidlertid i praksis 15 til 30 minutter. Med zeolittemperatur i området fra 100°F - 400°F (38°C -205°C) desorberer den ca. 15 vægt% vanddamp, og hver pound zeolit frembringer ca. 150 BTU (1,6 x 105 J) afkøling (hvert kg zeolit frem-15 bringer ca. 3,5 x 10 J afkøling), når de 0,15 pounds (0,07 kg) vand kondenseres og fordampes i en cyklus. Med en 15 minutters cyklustid vil der således være tilvejebragt 600 BTU (6,3 x 106 J) per time afkø-

C

ling for hver pound zeolit (1,4 x 10 J per time afkøling for hvert kg zeolit). For et ton luft, der skal konditioneres, det vil sige 12.000 20 BTU (1,3 x 107 J) per time, kræves der derfor 20 pounds (9 kg) zeolit.

Det er fordelagtigt, at zeolitten i pakningerne 136 er sammensat af tynde skiver af naturligt aflejret zeolit, som kun er få millimeter tyk. Hver zeolitskive bliver derefter indført i en tilsvarende pakning 25 136, som er fremstillet af tyndt kobberfolie. Når den omgivende pak ning 136 derefter evakueres, bringes kobberfolien i nær kontakt med zeolitskiven for at tilvejebringe god varmel edningsevne for den termiske cirkulering uden behov for bindemidler.

30 Slutproduktet, som i det væsentlige er beholderen 134 med konverterne 120 og 121 monteret sammen med forbrændingskammeret 150 samt gasbrænderen 151, er en adsorberende varmepumpe med en afkølingseffektfaktor mellem en og to og en opvarmningseffektfaktor mellem to og tre. Enhedens vægt er noget mindre end 80 pounds for hver ton afkøling, og dens 35 pris er konkurrencedygtig med eller mindre end den for eksisterende elektrisk drevne varmepumper for hver ton afkøling. I de fleste områder er driftsomkostningerne væsentligt mindre. Endvidere er både initialomkostningerne og drifts- samt vedligeholdelsesomkostningerne for enheden væsentlig mindre end for kombinationen af en elektrisk luft-

DK 165022 B

25 kondi tionering og en gasovn. Denne fordel forventes at fortsætte, selv om der optræder en forøgelse i gaspriserne i en sådan udstrækning, at opvarmning- og afkølingsomkostningerne for en bygning vil reduceres på trods af de forøgede gaspriser. Anlægget er særligt attraktivt for de 5 centrale og nordøstlige dele af USA, hvor årlige opvarmningsomkostninger på mere end 1000 dollar er tilstrækkelig til at retfærdiggøre udskiftning af eksisterende anlæg med en tilbagebetalingsperiode på ca.

2 år uden overvejelse af skattefordele.

10 Det bemærkes, at anlægget ikke anvender indeluft for forbrænding, således som det ofte er tilfældet i forbindelse med konventionelle gasovne. Selv om der kan optræde luftcirkulation eller denne kan være tilvejebragt med andre organer inklusiv diffusion og tilsigtet cirkulation af indeluft til det ydre og omvendt, vil det uundgåelige tab, 15 som skyldes den tvungne indføring af luft, som opstår ved en konventionel ovn, således være elimineret ved hjælp af anlægget ifølge opfindelsen.

I fi g. 15 er forskellige varmevekslerlængder sammenlignet for at vise 20 den temperaturforøgelse, som optræder for forskellige effektive varmevekslerlængder udtrykt ved tiden. Det bemærkes, at jo kortere varmeveksler jo hurtigere stiger temperaturen. Fig. 15 er sammen med fig.

16 væsentlige til formålet med at belyse den aktuelle effektivitet af energi, der recirkuleres mellem de to beholdere. Således viser fig. 16 25 temperaturreduktionen i en af beholderne, medens temperaturen i den anden beholder forøges. Fig. 16 indikerer sammen med fig. 15 en 70% recirkulering af energi mellem de to beholdere. Ved generering af de data, som er vist i disse figurer, var de normaliserede temperaturer for gassen 100°F - 400°F (38°C - 205°C) for gasformige fluider og 25°C 30 for det væskeformige fluid.

Fig. 17 viser den målte ydeevne for forskellige zeolittykkelser, når de fra begyndelsen er neddykket i et godt omrørt væskebad med en temperaturforskel på 100°C. Tykkelser i området fra 3 mm til 16,5 mm blev 35 testet. Sådanne resultater indikerer, at en cyklustid på 3 til 4 gange per time ikke alene er opnåelig, men også kan opnås med zeolitprøver med tykkelser op til en kvart tomme eller ca. 6 mm. Det er imidlertid væsentligt, at varmestrømmene ind i og væk fra zeolitten foregår fra begge sider af svøbet, således at den'effektive varmebane reduceres

DK 165022B

26 betragteligt.

En zeolitvarmevekslerenhed 183, som har vist sig fordelagtig, er illustreret i fig. 18. Denne kan indsættes i stedet for pakninger 136 og 5 ledninger 125, således som vist i fig. 9, med kanaler 182 og 184 i forbindelse for fluidpassage med det hermetisk forseglede rum 133, hvorigennem kølemidlet strømmer. Denne type svøb blev anvendt til de forsøg, som frembragte de i fig. 17 viste resultater. Zeolitkakler 180 er omsluttet i et kobberfoliesvøb 181, som er forsynet med flere fin-10 ner 182, som også danner korrugerede kanaler i kobberfoliet. Zeolitten 180 har også flere kanaler 184, og vanddamp eller andet fluid strømmer let gennem kanalerne 182 og 184. Skorstensgasser eller røggasser strømmer omkring folierne 181. Folierne 181 er forseglede langs deres kanter 185, og en sådan forsegling danner en yderligere finne og, på 15 indersiden, en yderligere kanal 186.

Zeolitvarmevekslerorganerne 120 og 121 kan således være fremstillet af et antal enheder 183 enten parallelt, således som vist i fig. 19, eller i serie, således som vist i fig. 20. Slutkonfigurationen bestemmes 20 af størrelsen og kapaciteten for afkølingsenheden. Typisk vil en enhed med en kapacitet på 1 ton afkøling være forsynet med 20 pounds (9 kg) zeolit blive recirkuleret 4 gange per time mellem 100°F og 400°F (38°C - 205°C), og varmevekslerenhederne 183 består af 3 mm zeolitkakler 180 i tynde kobbersvøb. For de maksimale varmeudvekslingseffektiviter 25 frembringer dette en pakningsvægtfylde for varmeveksleren 120 på ca.

0,5 pounds zeolit per ft2 (2,44 kg zeolit pr. m2) varmeveksler. Derfor er varmevekslerens totale areal 40 ft2 (3,7 m2), som er blevet delt mellem de to beholderen 120. Luftstrømmens hastighed for gasformig varmeoverføringsfluid er 10 feet per sekund (3,05 m/s), hvilket tilve-30 jebringer en varmeoverføringskoefficient til kobbersvøbet på 3 BTU/ft2/hr.°F (5,3 J/m2/s x °C). For at forøge denne koefficient, således som indikeret, er kobberfoliet forsynet med korrugerede kanaler 182, der virker som finner for at forøge varmeudvekslingsoverfladearealet, og som samtidig virker som kanaler, hvorigennem vanddampene van-35 drer.

Således som vist i fig. 18 er zeolitkaklen 180 forsynet med kanaler 184 for dampvandring. Dette reducerer imidlertid kontaktareal et mellem zeolitten og kobbereret og reducerer således varmestrømmen i en vis

DK 165022B

27 udstrækning.

Zeolitkaklerne 180 som sådan er blevet fremstillet ved hjælp af to adskilte metoder. Den første er ved skiveskæring af naturlig zeolit 5 klippe med en karbidsav. En anden metode er ved at presse pulverfor-migt zeolit i en matrice. Ved presningen bliver zeolitpul veret let vådgjort med vand og derefter presset til den ønskede konfiguration ved tryk op til ca. 140 kg/cm2 for at frembringe en kakkel, som i tør tilstand har en vægtfylde på ca. 0,8 g/cm3. Det har vist sig, at disse 10 mål er nødvendige for at frembringe en høj varmel edn i ngsevne og stor varmestrømning i zeolitten og er derfor væsentlige for et godt anlæg. Zeolitkaklerne 180 er fortrinsvis ikke mere end 10 mm tykke.

Med laminar strømning af olier er Biot tallet mindre end det vil være 15 i forbindelse med en hvilken som helst strøm af gasser. Endvidere forudsiger beregninger en skarpere temperaturfront og derfor eventuelt en større anlægseffektivitet med en væskestrøm i forhold til en gasformig strøm. Disse beregninger er blevet bekræftet ved hjælp af eksperimentelle observationer af varmefrontudbredelse.

20

Ifølge en udførelsesform, hvori der anvendes olie som zeolit/kondensa-tor/fordampervarmeudvekslingsfluid, bibeholdes vand som arbejdsmediet, det vil sige kølemidlet frem for andre kølemidler, som for eksempel ammoniak, alkoholer og freon. Vand har den højeste fordampningsvarme 25 af mulige kølemidler og er desuden stabil ved 400°F (205°C) i zeolitter. Selv om C0P kan vises som en funktion af zeolit- og kondensatortemperaturer, vil fordampertemperaturen have en større indflydelse på COP end kondensatortemperaturen. På grund af deres ikke-linearitet virker zeolitter i anlæg med luftkølede kondensatorer uden noget væ-30 sentligt driftstab. Naturlige zeolitter har vist sig at være bedre end syntetiske zeolitter, navnlig ved de lavere temperaturer (mellem 200°F og 350°F (92°C - 175°C)). Imidlertid reduceres deres overlegenhed væsentligt ved 400°F (205°C).

35 Således som indikeret ovenfor vil tilvejebringelsen af en relativ skarp temperaturfront i zeolitten forøge anlæggets effektivitet, og på basis af både teori og eksperimenter tilvejebringer en væskeformig fluid i højere grad end en gasformig fluid en skarpere front i zeolitten. Eksperimenter og teori er i overensstemmelse med, at der med en

DK 165022B

28 front, som bevæger sig skiftevis i en retning og derefter tilbage i den anden retning, er en fordelagtig omkostnings-effektiv længde for en varmeveksler på ca. 36 feet (11 m) for såvidt som forøgelsen i COP begynder at blive reduceret udover denne længde. En nærliggende men 5 noget større længde på ca. 43 feet (13 m) er blevet valgt til varmeveksleren med zeolit i den betragtede udførelsesform. Den teoretisk forudsagte temperaturfronts bredde er ca. 60% af den totale længde for en varmevekslerlængde på 35 feet (10,7 m). Hvis varmevekslerens længde er 40 feet (12,2 m), vil frontens bredde være 59%, og for en varmevek-10 sierlængde på 44 feet (13,7 m) er den 58%. For en 36 feet (11 m) varmeveksler kan ca. 75% af energien recirkuleres for at forøge cyklens COP til 2,0. Hvis den maksimale COP var den eneste betragtning, ville en længere varmeveksler selvfølgelig være. bedre. Imidlertid vil omkostningen per længdeenhed varmeveksler, for tilsvarende udformninger, 15 og omkostningen for tilknyttet udstyr også forøges og på grund af disse indbyrdes sammenhænge betragtes ca. 35 feet (10,6 m) til ca. 60 feet (18,3 m) som optimale for længden af væske/zeolitvarmeveksleren.

Varmeveksleren, hvori der anvendes et væskeformigt fluid, indeholder 20 naturlig zeolit fra Bowie, Arizona, hvilken er i stand til at desorbe-re 15 vægt& vanddamp, som, kondenseret i fordamperen, frembringer 12.000 BTU (1,3 x 10^ J) afkøling. En sådan zeolit, der er ca. 1/4 inch tyk, faktisk 6 mm, og hvori der anvendes tyndt kobbermateriale for varmeudvekslingsformål, har en tidskonstant for desorption på 3,5 25 minutter og desorbere mere end 95% af ligevægtsvanddampen på 10 minutter eller mindre. Selv om en tykkelse på 1/4 inch (6 mm) er ønskelig på grund af zeolittens fuldstændighed, kan der anvendes en tyndere zeolit, hvis dette ønskes, for at reducere tidskonstanten for desorption. En zeolitkakkel på en ft2 (0,09 m2) med en tykkelse på 1/4 inch 30 (6 mm) vejer ca. 1,3 (590 g) pounds inklusiv det adsorberede vand. En plan kakkel geometri foretrækkes for zeolitten for såvidt som der, med atmosfæretryk på den ene side af kobberfoliet imod zeolitkaklen, som befinder sig i vakuum, opnås en god termisk kontakt over varmeoverfø-ring fra fluidet til zeolitten, uanset den konstante temperaturcykling 35 og forskellene i varmeudvidel seskoefficienter mellem kobber og zeolit.

For en lav omkostning og enkel fremstilling er den i fig. 21 viste udformning blevet valgt. I dette tilfælde er kobberfoliekanalen 194, hvor foliet er ca. 0,35 mm tykt, · indenfor et foretrukket område fra

DK 165022B

29 0,2 til 0,5 mm, foldet dobbelt og kanterne 192 er svejst til hinanden for at danne en ækvivalent til et plan rør eller en kanal 194 med en bredde på ca. 1 foot (30,5 cm) og en længde på op til 45 feet (13,7 m). Kanalen 194 er udformet med 180° bøjninger, 195 for hver foot, for 5 at tilvejebringe en slangebugtet konstruktion med 1/4 inch tykkelse og en 12 inch x 12 inch (5 mm x 30,5 cm x 30, 5 cm) zeolitkakler mellem slangebugtningerne, der således er dannet fra skiftevise sider for at danne en stabel 196, som på grund af kanalen 194 er ca, 1/8 inch (3 mm) tyk og stort set 13 inch bred x 12 inch dyb x 16 inch høj (33 cm x 10 30,5 cm x 40,6 cm).

I denne udførelsesform er længden af kanalen 194 stort set 43 feet (13 m) for så vidt som, der er tilvejebragt et lag kanal mere end zeolitkakler 190, og der må tages højde for vindingerne i kanalens slange-15 bugtede konfiguration. For at reducere kanalen 194 uden at reducere zeolitkaklernes kapacitet til at adsorbere og desorbere vanddampe, skal dybden af kanalen og zeolitkaklerne vinkelret i forhold til kanalens retning fortrinsvis forøges, og bredden kan på tilsvarende måde formindskes. Hvis dybden er tilstrækkeligt forøget, vil stablen 196's 20 kapacitet til opvarmning og afkøling forøges.

Kobberfoliet i kanalen 194 er fortrinsvis forseglet ved kanten 192 ved hjælp af elektronstrålesvejsning på en måde, som er sammenlignelig med den fremgangsmåde, der er udbredt anvendt i industrien for kobberrørs-25 fremstilling. Der kendes selvfølgelig andre organer, som for eksempel ultralydssvejsning og lodning (sølvlodning).

Zeolitkaklerne 190 kan være presset af zeolitpulver med hensigtsmæssige bindemidler og smøremidler. Skiveskæring af naturlig stenzeolit 30 er også kendt til fremstilling af virksomme zeolitkakler. Der behøver kun at være en kakkel for hvert lag. For eksempel kan der anvendes fire 6 inch x 6 inch (15 cm x 15 cm) kakler i stedet for en enkel 1 ft2 kakkel (929 cm2). Mindre kakler har den fordel, at de tilvejebringer en yderligere overflade og kanaler, hvorigennem vanddampe kan ad-35 sorberes og desorberes fra kaklerne. For at undgå smuldring kan zeolitkaklen være forsynet med kobberrammer eller være presset ind i kobberhuse af bitavletypen. Når vakuum påføres zeolitkaklerne vil der, da kobberet i kanalen 194 tilpasser sig selv til konturerne i den overflade, hvormed den er i indgreb, med kaklerne hensigtsmæssigt formet

DK 165022B

30 og anbragt i forhold til hinanden ved hvert niveau på grund af det vakuum som er påført zeolikaklerne, dannes riller i kobberfoliet, hvilket både forstærker kanalen og forøger det effektive folie-til-zeolitoverfladeindgreb. Dette kan yderligere forøges ved at danne ka-5 naler i zeolitkaklerne 190, når de presses eller ved at tilvejebringe riller på overfladerne af naturstenszeolit. Sådanne kanaler eller riller vil, hvis de er tilstrækkelige dybe, fungere både til forstærkning af den nærliggende indgribende kobberfolie og forbedring af damptransport til og fra kaklen. Da rillerne kun er formet i de tværgående pa-10 rallele plane dele af kobberfoliet, vil de dele, som omfatter bøjningerne 95, imidlertid ikke påvirkes. Udformningen af bøjningerne 195 vil, ved fremstilling, uden sammenklapning, når 180° bøjningerne er udformet, udføres ved at fylde kanalen 195 med en Cerobend legering, som smelter ved 158°F (70°C) før bøjning. Bøjningen udføres derved som 15 om det var en massiv metalplade, som er involeret, og legeringen smeltes derefter, genvindes og genanvendes for yderligere fremstillings-operationer. Kanalen kan alternativt blive fyldt med sand før bøjning eller kan blive bøjet under hydraulisk tryk, og de problemer, som er involveret, er stort set ikke forskellige fra disse, som anvendes for 20 at bøje kobberrør uden væggenes sammenklapning.

Anvendelse af 1/8 inch (3 mm) afstand mellem toppen og bunden af kobberfolierne i kanalen 194, medfører, at volumenet for hver varmeveksler eller stabel 196 er ca. 3 gallons (11,4 1). På grund af den høje 25 viskositet for de fleste højtemperaturolier, som kan anvendes til dette formål, vil en reducering af afstanden mellem folierne til mindre end 1/8 inch (3 mm) væsentligt forøge trykfaldet over hver stabel 196.

Med den 1/8 inch (3 mm) store afstand vil trykfaldet imidlertid ved anvendelse af højtemperaturolier med en maksimal viskositet på 5 - 10 4 30 centistoke ikke overskride ca. 5 psi (3,4 x 10 Pa) over stablen 196.

Højtemperaturolier, der er anvendelige til varmeudvekslingsfluid, er velkendte indenfor faget. Et eksempel er Therminol 60, som har en viskositet på 5 centistokes (cm2/sek) ved 100°F (38°C), 2 ved 200°F (92°C) og en driftstemperatur op til 600°F (315°C).

35

Stablen 196 er opbevaret i en lufttæt beholder 200. Således som i tidligere udførelsesformer, og således som vist i fig. 22, er der to beholdere 200, som hver har ledninger 201 og 202 for en forseglet strømningspassage til den øvre kanalisering henholdsvis den nedre kanal i se-

DK 165022B

31 ring for kanalen 194. Hver beholder 200 er generelt udformet cylindrisk og har en sådan størrelse og konfiguration indvendigt, at stablen 196 begrænses i lodret retning, hvorved den ikke ekspanderer, når luft evakueres fra beholderen 200 og den indeholder vanddamp ved lav 5 atmosfæretryk.

Ledningerne 201 indeholder en reversibel pumpe 204, som fortrinsvis er en tandhjulspumpe for at sikre, at strømningshastigheden forbliver konstant, selv om viskositeten for den højtemperaturolie, som tvinges 10 til at strømme gennem ledningerne 201, kanalen 194, ledningerne 202 og en koger 205, skifter viskositet med næsten en størrelsesorden. Selvfølgelig er det også nødvendigt at oliens strømning i hver cyklus kan vendes med mindst mulig besvær. Den anvendte tandhjulspumpe har en driftstemperatur på mindst 200°F (92°C) og er forbundet med en omstyr-15 bar motor med variabel hastighed med en kapacitet på 1/8 eller 1/4 hestekraft (93 eller 186 J/sek). Denne kombination er i stand til at pumpe 2 gallons per minut ved et tryk på 20 pounds per inch2 (7,5 x -3 5 10 m3 per minut ved et tryk på 1,4 x 10 Pa) og når anlægget drives o med et input på ca. 118.000 BTU per time (1,25 x 10 J per time).

20 I denne udførelsesform udfører hver beholder 200 et dobbelt arbejde, som en kondensator og en fordamper ved skiftevis afkøling og opvarmning af dens cylindriske lodrette væg. En foretrukket udførelsesform er vist i fig. 23, hvor væggen (som er fremstillet af kobber) er kor-25 rugeret med en kontinuerlig skrueformet rille 206, som på sin side er forsynet med et kobberrør 207. Det indses, at korrugeringerne forøger beholderen 200's styrke.

I fig. 24 vises et alternativt arrangement. Heri er en beholder 200a, 30 der igen består af kobber, præget med et mønster af kanaler 206a, og en tilsvarende ydre skal 210 er også præget med indre kanaler 206b. Skallen 210 er fastsvejst til beholderen 200a på en sådan måde, at de prægede kanaler 206a og 206b definere en skrueformet strømningsbane, som anvendes til at modtage varmevekslingsmediet. Beholderen 200a er 35 ellers fremstillet på samme måde som beholderen 200. Formålet med kogeren 205 er at forøge temperaturen i olien, som passerer derigennem, til 400°F (205°C). Kogeren 205 er fortrinsvis gasfyret og kan være en hvilken som helst af et stort antal kogere, der er beregnet til dette formål. Den kan opvarmes ved hjælp af en hvilken som helst kendt ener-

DK 165022B

32 gikilde til dette formål inklusiv motorudstødning, geotermiske kilder og solenergi enten for at levere en del af eller hele den nødvendige termiske energi for at anlægget kan virke.

5 I denne udførelsesform er der tre hermetisk forseglede nærliggende rum, som er isolerede fra hinanden. Det inderste omfatter det indre af kanalen 196, de nærliggende ledninger 201 og 202 og strømningspassagerne gennem pumpen 204 og kogeren 205. Et sådant rum er komplet fyldt med højtemperaturolie. Det andet forseglede rum (faktisk to adskilte 10 rum) er det indre af hver beholder 200, som er udsat for zeolitten, som på sin side adsorberer og desorberer vanddampe i beholderne ved underatmosfæriske tryk, således som tidligere beskrevet under henvisning til fig. 4, det vil sige mellem ca. 9 og 50 mm kviksølv (1,2 x 103 og 6,7 x 103 Pa).

15

Det tredje nærliggende rum er defineret af kobberrøret 207 eller passagerne, som er defineret af kanalerne 206 og 207 i beholderen 200a og ledningerne derfra, som danner opvarmnings- og afkølingsløkkerne. Dette rum er normalt fyldt med vand.

20

Idet der herefter henvises til fig. 28 bemærkes det, at løkkerne for det ydre vand omfatter nedre ledninger 214 samt øvre ledninger 215, som respektivt er forbundet med en nedre og øvre ende af kondensator/-fordamperviklede rør 207 for hver beholder 200. Begge de øvre lednin-25 ger 215 er forbundet med en dobbeltkanal to-vejs ventil 212, og en tilsvarende ventil 212 er forbundet med de nedre ledninger 214. Ventilerne 212 reguleres ved hjælp af solenoider (ikke vist) skiftevis for at forbinde den ene af beholderne 200, der via sine rør 207 virker som kondensator med et varmeapparat 216, og den anden beholder 200, gennem 30 sine rør 207, når den virker som fordamper, med en køler 217. Varmeapparatet 216 og køleren 217 indeholder spoler, der er beregnet til at lede vandet, som er modtaget fra ledningerne 214 og 215, der er udsat for en luftstrøm fra en blæser 220, således at luften enten udblæses til atmosfæren eller cirkuleres i bygningen, afhængigt af hvad enten 35 bygningens indre skal opvarmes eller afkøles. Med individuelt regulerede rum i bygningen kan visse rum blive opvarmet, medens andre afkøles, og der kan selvfølgelig anvendes opvarmningselementer i forbindelse med køleren 217 for forøgelse af temperaturen af den afkølede luft, hvorfra kondensatet er fjernet og for opvarmning af hushold-

DK 165022B

33 ningsvand. Ledningerne, der fører til varmeapparatkanalen i fig. 28, er betegnet med henvisningsbetegnelsen 221, og ledningerne til kølerløkken gennem køleren 217 er betegnet med henvisningbetegnelsen 222.

5 De viste pumper 211 har en kapacitet på 5 gallons (18,9 1) per minut og bruger ca. 63 W. Hvis det ønskes, kan de være omstyrbare med vending af cyklen. Det skematisk billede, der er vist i fig. 28, er forenklet og det indses, at både varmeapparatet 216 og køleren 217 kan repræsentere flere varmeapparater og kølere, som har forskellige an-10 bringel ser i forhold til bygningen, som opvarmes og afkøles ved hjælp af anlægget.

I drift suges opvarmet olie fra kogeren 205 ved 400°F (205°C) ind i en af beholderne 200. Den opvarmede olie trænger ind i bunden af kanalen 15 194, opvarmer de nærliggende zeolitkakler 190, når den føres frem gen nem kanalen 194. Sådanne kakler vil, når de opvarmes, desorbere vanddamp, som hæver trykket i beholderen 200. Denne vanddamp kondenseres kontinuerligt ved afkølingseffekten fra vand, som cirkulerer i rørene 207 (eller kanalerne 206b) og vil ved kondensering overføre sin ter-20 miske energi til det i sådanne rør værende vand (eller kanaler), som via ledningerne 215 og 221 cirkuleres til varmeapparatet 216, hvor den termiske energi fjernes, og vandet, via pumpen 211, returnerer for at fortsætte kondenseringsprocessen sammen med opvarmning af det cirkulerede vand. På grund af varmefronten, som eksisterer i oliebåndet, når 25 det strømmer op gennem den slangebugtede bane mellem zeolitkaklerne 190, bliver sådanne kakler opvarmet fra bunden og opefter under cyklustiden, og vanddampen fortsætter for at blive desorberet fra disse zeolitkakler, for at blive kondenseret af vandet, som strømmer gennem rørene 207 (eller kanalerne 206b) og for at overføre den termisk ener-30 gi, som er bibragt vandet til varmeapparatet 216.

På samme tid fører pumpen 204 olie (afkølet i den foregående halvcyklus) ind i toppen af den anden beholder 200 og stablen 196 deri og mere specifikt ind i toppen af kanalen 194. Her er zeolitkaklerne, der 35 forud er blevet opvarmet og aktiveret, nu i en tilstand, hvor de kan adsorbere vanddamp i beholderen 200. Hvis det ønskes, kan kanalen 201 selektivt omledes gennem en varmeveksler, som for eksempel varmeapparatet 216. Efterhånden som zeolitkaklerne 190 afkøles, reduceres trykket i beholdere 200, og vanddamp bliver adsorberet i zeolitten, og det

DK 165022B

34 forudgående kondeserede vand derfra begynder at blive fordampet og tager termisk energi fra vandet, som strømmer gennem de omgivende rør 207 (eller kanaler 206b), og som passerer gennem ledningerne 214,215, ventilerne 212 og ledningerne 222 til køleren 217, hvor vandet opvar-5 mes og recirkuleres tilbage til rørene 207 (eller kanaler 206b), som omgiver beholderen 200. Når afkølingen af zeolitkaklerne 190 fortsætter i en nedefterrettet retning, fortsætter afkølingseffekten også. Adsorptionsvarmen er selvfølgelig stort set bibeholdt på grund af varmeudveksling fra zeolitkaklerne 190 til olien. Hvis det ønskes, kan 10 ledningerne 215 omfatte en spiral eller ufortyndet udgøre en del i bunden af beholderen 200 for et forbedret varmeudvekslingsforhold. Alternativt eller i forbindelse dermed kan der være anbragt en retur-kondensat! edning fra bunden af hver beholder 200b, således som vist i fig. 25 og 26, for at forbedre fordampningen og adsorptionen i kakler-15 ne 190. Her modtages kondensatet i beholderen 200b ved hjælp af tyngdekraften i en sump 230. Et sådant kondensat vil i fordampningsfasen ved hjælp af en peristaltisk pumpe 231 pumpes gennem en ledning 227, som er ført gennem væggen for beholderen 200b, hvor det modtages i et cirkulært eller delvis cirkulært ringmanifold 232 for at fordele kon-20 densatet i en faldende film på indersiden af beholderen 200b's væg for at forbedre fordampningen.

Fig. 27 illustrerer et cross-over arrangement mellem beholdere 200c, som stort set er identisk med beholderen 200b. I dette anlæg vil kon-25 densat, der i én beholder udsættes for adsorption og således for en trykreduktion i den anden beholder, bringes til at bevæge sig derfra gennem en cross-over ledning 234 eller 235. Hvis det ønske, kan en svømmerventil 236 eller 237 monteres i hver sump 230 for at sikre, at der alene transporteres kondensat på grund af trykforskellen og at der 30 ikke foregår nogen udligning af trykket i beholderne 200c. Dette kan sikres ved normale driftstilstande ved hjælp af det vandtryk, som i alle tilfælde optræder i ledningerne 234 og 235, og som kan forøges ved at hæve den relative højde for ledningerne 234 og 235. For maksimal effektivitet fastholdes oliens udløbstemperatur fra hver beholder 35 200 ved eller under en relativ lav temperatur (200°F - 300°F (92° - 149°C)), medens dens maksimalt tilladelige temperatur for forøget kapacitet forøges (300°F - 400°F (149°C - 205°C)), før oliestrømmen omstyres. Reguleringerne for pumperne 204 og 211 og ventilerne 212 ligeså vel som for kogeren 205 er termostatisk regulerede.

DK 165022B

35

Selv om de foretrukne udførelsesformer for opfindelsen er blevet beskrevet er det underforstået, at der findes mange andre tilpasninger og modifikationer.

5 I stedet for at anvende opvarmet luft direkte som varmeoverføringsflu-id, kan der for eksempel anvendes et antal væsker, som for eksempel silicone, olier, glycoler og lignende som varmeoverføringsfluidet. Således som det ses i fig. 15, vil væsker tilvejebringe skarpere temperaturfronter og derfor medføre højere COP-værdier. Endvidere er den 10 energi, der skal til for at cirkulere en væske, mindre end den som kræves for gasser for samme mængde overført varme og således reduceres skadeligt elektrisk forbrug.

15 20 25 30 35

Claims

1. En varmepumpe, der omfatter mindst to adskilte hermetisk forseglede faststof-adsorptionsanlæg (120,121), som hver omfatter et arbejdskøle- 5 middel og varmeudvekslingsorganer (125,126,127,131,132), der forbinder nævnte anlæg, og som omfatter ledningsorganer (125), der forløber gennem hvert af nævnte anlæg (120,121), og som definerer en passage derigennem for et varmeudvekslingsfluid, der er i varmeudvekslingsforbindelse med det adsorberende materiale (136), som er i kontakt med led-10 ningsorganerne (125) i hvert anlæg, hvilken forbindelse af anlæggene (120,121) ved hjælp af varmeudvekslingsorganerne er arrangeret således, at varme, der er genereret under det ene af anlæggenes adsorptionscyklus, overføres gennem varmeudvekslingsorganerne og anvendes som en del af den energitilførsel, der kræves ved det andet af nævnte 15 anlæg, hvorved behovet for ydre energitilførsel for desorptionen er væsentligt reduceret, kendetegnet ved, at ledningsorganerne (125) i forhold til mindst et af anlæggene (120,121) er arrangeret for at være i umiddelbar varmeoverføringsforbindelse med det adsorberende materiale (136), der er anbragt langs ledningsorganerne og er således 20 dimensioneret og udformet, at det adsorberende materiales transmissionen af varmeenergi i retning på tværs af ledningsorganerne sker hurtigere end transmissionen af varmeenergi af det adsorberende materiale langs ledningsorganerne, hvorved der under hver driftscyklus dannes en udbredende temperaturfront, der rykker frem gennem det ad-25 sorberende materiale, i varmeudvekslingsfluidets strømningsretning gennem ledningen, hvilken udbredende temperaturfront udviser en temperaturovergang, hvor temperaturen i varmeudvekslingsfluidet på opstrømssiden af temperaturfronten er betydeligt forskellig fra temperaturen i varmeudvekslingsfluidet på nedenstrømssiden af temperatur-30 fronten, og hvilken udbredende temperaturfront bevirker, at arbejds- kølemidlet bliver adsorberet af eller desorberet fra det adsorberende materiale, således at arbejdskølemidiets bevægelse ind i eller ud af det adsorberende materiale rykker frem gennem det adsorberende materiale i den samme retning som strømmen af varmeudvekslingsfluidet i 35 ledningsorganerne.

2. Varmepumpe ifølge krav 1, kendetegnet ved, at ledningsorganerne (125) er arrangeret på en tilsvarende måde i forhold til hvert af anlæggene (120,121), således at relativ skarpe temperaturfronter DK 165022B 37 udbredes stort set samtidigt gennem begge anlæg.

3. Varmepumpe ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at det adsorberende materiale (136) i anlæggene (120,121) er zeolit. 5

4. Varmepumpe ifølge krav 2, kendetegnet ved, at hvert adsorptionsanlæg (120,121) omfatter en beholder, der definerer et hermetisk forseglet rum (133), som indeholder det adsorberende materiale (136), der er i termisk forbindelse 10 med varmeudvekslingsledningsorganerne (125), der forløber gennem rummet, et kølemiddel, der adsorberes og desorberes af det adsorberende materiale som følge af temperaturændringer i ledningsorganerne (125), kondensatororganer (122), der er beregnet til at kondensere kølemidlet 15 og fordamperorganer (124), der er beregnet til at fordampe kølemidlet, og at varmepumpen endvidere omfatter organer for varmeudveksling med kondensatororganerne og uafhængigt med fordamperorganerne i hvert adsorptionsanlæg, hvilke varmeudvekslingsorganer (125,126,127,131,132) omfatter cirkulationsorganer (152) for selektivt at bringe et varmeud-20 vekslingsfluid til at strømme gennem ledningsorganerne (125) i hvert adsorptionsanlæg, og hvor hvert anlæg skiftevis kan betjenes i desorptions- og adsorptionscykler, ved hvilken desorptionscyklus kølemidlet desorberes fra det adsorberende materiale (136) langs den skarpe temperaturfront, der er udbredt i materialet som følge af varmeudveks-25 lingsfluidets passage gennem varmeudvekslingsledningsorganerne (125), hvor kølemiddeldamptrykket i nævnte rum (133) vokser, og kondensatororganerne (122) kondenserer kølemiddeldamp, der er opsamlet i fordamperorganerne (124), og ved hvilken adsorptionscyklus, varmeudvekslingsfluidet strømmer i den modsatte retning for at afkøle det adsor-30 berende materiale (136) og derved frembringe re-adsorption af kølemidlet langs temperaturfronten, der er udbredt i materialet af varmeudvekslingsfluidet, hvorhos kølemiddel damptrykket i rummet (133) reduceres, og fordamperorganerne (124) fordamper kølemiddel.

5. Varmepumpe ifølge krav 4, kendetegnet ved, at den benyt ter energi fra en lavtemperaturvarmekilde (151) for at tilvejebringe opvarmning og afkøling af en bygningsindre, at den er betjenelig for at udføre en reversibel adsorptionsvarmepumpecyklus, at varmeudvekslingsorganerne omfatter yderligere ledningsorganer (127,131), der for- DK 165022 B 38 binder ledningsorganerne (125) gennem de to adsorptionsanlæg (120,-121), hvilke yderligere ledningsorganer (127,131) er beregnet til at lede varmeudvekslingsfluidet, som er blevet opvarmet ved adsorptioncyklen i et af anlæggene til at blive yderligere opvarmet af lavtempe-5 raturvarmekilden (151) og modtaget af det andet anlæg for at opvarme det adsorberende materiale ved dettes desorpti onscyklus, hvorved yderligere varmeudvekslingsorganer i anlæggene samvirker for at levere varme til en bygningsindre fra kondensatororganerne i desorptionscyklen, og for at afkøle en bygningsindre med fordamperorganerne i ad-10 sorptionscyklen samt reguleringsorganer, der er beregnet til at omstyre strømingen af varmeudvekslingsfluidet, når adsorptionscyklen i det ene anlæg og desorptionscyklen i det andet anlæg stort set er afsluttet.

6. Varmepumpe ifølge krav 5, kendetegnet ved, at lavtempera turvarmekilden (151) er solenergi.

7. Varmepumpe ifølge krav 5, k e n d e t e g n e t ved, at lavtemperaturvarmekilden (151) er en gasflamme. 20

8. Varmepumpe ifølge et hvilket som helst af de forgående krav, kendetegnet ved, at ledningsorganerne (125) i hvert adsorptionsanlæg (120,121) er en slangebugtet ledning (194) og har stort set plane overflader mellem viklinger (195), og at det adsorberende mate- 25 ri ale (190) er anbragt mellem nævnte plane flader og er i flade-mod-flade kontakt med ledningen (194).

9. Varmepumpe ifølge krav 8, kendetegnet ved, at ledningen (194) består af kobber. 30

10 VII. at trinnene III,IV,V og VI gentages med omslutningerne (120,121) indbyrdes ombyttet efter de respektive adsorptions- og desorptionscykler deri stor set er afsluttet, hvilken fremgangsmåde er kendetegnet ved, at det faste adsorberingsmiddel (136), der er tilvejebragt i trin 1, er således dimensioneret og udformet i forhold til 15 ledningsorganerne (125), at overførslen af varmeenergi, ved hjælp af det adsorberende materiale, i en retning på tværs af ledningsorganerne sker hurtigere end transmissionen af varmeenergi, ved hjælp af det absorberende materiale, langs ledningsorganerne, således at temperaturen i det adsorberende materiale, under desorptionstrinnet III i hver om-20 slutning, hæves langs en udbredende temperaturfront, der skrider frem gennem materialet som et resultat af varmeoverføringsfluidets passage gennem ledningsorganerne (125), hvorhos temperaturfronten udviser en temperaturovergang, hvor temperaturen af varmeudvekslingsfluidet på opstrømssiden af temperaturfronten er væsentlig forskellig fra tempe-25 raturen i varmeudvekslingsfluidet på nedenstrømssiden af temperaturfronten, hvorved arbejdskølemidlet desorberes fra det absorberende materiale langs den udbredende temperaturfront og således, at temperaturen i det adsorberende materiale, under adsorptionstrinnet V i hver omslutning, sænkes langs en udbredende temperaturfront, der skrider 30 frem gennem materialet som et resultat af varmeoverføringsfluidets passage gennem ledningsorganerne (125), hvorhos temperaturfronten udviser en temperaturovergang, hvor temperaturen i varmeudvekslingsfluidet på opstrømssiden af temperaturfronten er væsentlig forskellig fra temperaturen i varmeudvekslingsfluidet på nedenstrømssiden af tempera-35 turfronten, hvorved arbejdskølemidlet adsorberes af det adsorberende materiale langs den udbredende temperaturfront, og at arbejdskølemid-lets bevægelse ind i og ud af det adsorberende materiale, som følge af adsorption eller desorption, foregår gennem det adsorberende materiale i den samme retning som strømmen af varmeudvekslingsfluidet gennem DK 165022B 43 ledningsorganerne.

10. Varmepumpe ifølge krav 8 eller 9, kendetegnet ved, at ledningen (194) i hvert adsorptionsanslæg (120,121) er fra 10,6 - 18,3 meter lang.

11. Varmepumpe ifølge et hvilket som helst af kravene 8-10, ken detegnet ved, at de plane dele af hver ledning (194) har en højde på 3 mm og en horisontal dybde på mindst 15,2 cm, og at det adsorberende materiale (190) mellem de plane dele har en total tykkelse på 6 mm. DK 165022B 39

12. Varmepumpe ifølge hvilket som helst af kravene 4-7, kendetegnet ved, at cirkulationsorganerne omfatter selektivt omstyrebare pumpeorganer.

13. Varmepumpe ifølge krav 4, kendetegnet ved, at beholderen i hvert anlæg (120,121) har stort set cylindriske sider (200) og omfatter kondensatororganerne (122) og fordamperorganerne (124) med yderligere ledningsorganer (207), der cirkulerer en væske for afkøling af kondensatororganerne (122) og opvarmning af fordamperorganerne 10 (124), og som er inkorporeret i nævnte sider.

14. Varmepumpe ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at varmeudvekslingsledningsorganerne (125, 194), der tilvejebringer den termiske forbindelse mellem det adsorbe- 15 rende materiale (136,190) og varmeudvekslingsfluidet er særpræget ved en langsgående varmeledningsevne, der er betydelig lavere en dens tværgående varmeledningsevne, så at en udbredende temperaturfront udbredes i længderetningen gennem varmeudvekslingsledningen, når varme-overføringsfluidet ledes derigennem. 20

15. Varmepumpe ifølge krav 14, kendetegnet ved, at hver varmeudvekslingsledning (125,194) har en vægtykkelse på 1 mm eller mindre.

16. Varmepumpe ifølge krav 14 eller 15, kendetegnet ved, at det adsorberende materiale (190) omfatter skiver, der er anbragt langs varmeudvekslingsledningen (194), hvilke skiver er mindre end 10 mm tykke og er i tæt termisk kontakt med varmeudvekslingsledningen (194).

17. Varmepumpe ifølge et hvilket som helst af kravene 1-5, kende tegnet ved, at varmeudvekslingsledningsorganet omfatter en metal-ledning (194), der er beregnet til fluidet, og som har en effektiv vægtykkelse på 0,5 mm eller mindre, hvor varmeledningsevnen af det faste adsorberingsmiddel (190) er væsentligt mindre end den for led- 35 ningen, hvilket faste adsorberingsmiddel (190) omfatter skiver, der er anbragt langs ledningen (194) i umiddelbar termisk kontakt dermed, hvilke skiver har en tykkelse, der er mindre end 10 mm, hvorhos ledningen og det derpå anbragte faste absorberingsmiddel er arrangeret således, at en varmeoverføring foregår mellem fluidet, der strømmer i DK 165022B 40 ledningen og det faste adsorberingsmiddel, således at når fluidet og det faste adsorberingsmiddel har forskellige begyndelsestemperaturer, opretholdes disse forskellige begyndelsestemperaturer på tværs af en udbredende temperaturfront, der udbredes langs det faste adsorberings-5 middel i fluidstrømmens bevægelsesretning, hvorhos temperaturen i det 1 faste adsorberingsmiddel bag nævnte front er ca. den samme som i flui det bagved nævnte front, og hvor temperaturen i det faste adsorberingsmiddel forbliver tilnærmelsesvis ved sin udgangstemperatur foran nævnte front. 10

18. Varmepumpe ifølge krav 1, kendetegnet ved, at varmeud-vekslingensorganerne, der forbinder adsorptionsanlæggene omfatter opvarmningsorganer, der er arrangeret for at opvarme varmeudvekslingsfluidet til en øvre driftstemperatur, og som er forbundet mellem den 15 ene ende af varmeudvekslingsledningsorganerne for de to adsorberingsmiddel lejeanlæg, afkølingsorganer, der er arrangeret for at afkøle varmeudvekslingsfluidet til en lavere driftstemperatur, og som er forbundet mellem de andre ender af adsorberingsmiddellejeanlæggenes varmeudvekslingsled-20 ningsorganer, så at varmeudvekslingsfluidet kan strømme i serie fra opvarmningsorganerne gennem et af adsorberingsmiddellejeledningsorga-nerne gennem afkølingsorganerne gennem de andre absorberingsmiddelle-jeledningsorganer og tilbage til opvarmningsorganerne for at definere en varmeoverføringskreds, cirkulationsorganer for skiftevis cirkule-25 ring af varmeudvekslingsfluidet i én retning gennem varmeoverførings-kredsløbet, således at et første af adsorberingsmiddellejerne afkøles, medens det andet adsorberingsmiddelleje opvarmes, og i den modsatte retning gennem varmeoverføringskredsløbet, således at det andet af lejerne afkøles, medens det første af lejerne opvarmes, hvorhos var-30 men, der udveksles af lejerne og varmeudvekslingsfluidet, giver anledning til hver sin udbredende temperaturfront, der udbredes langs hvert leje, hvorhos længden af temperaturfronten er betydelig mindre end længden af hvert leje, således at det opvarmede varmeudvekslingsfluid, der passerer ind i enden af et af ledningsorganerne, opvarmer det fas-35 te absorberingsmiddelleje, der er forbundet dermed, fra en begyndelsesvis kold lejetemperatur, medens lejet afkøler varmeudvekslingsfluidet fra den øvre driftstemperatur ned til ca. den begyndelsesvise kolde lejetemperatur, og hvorhos det afkølede varmeudvekslingsfluid, der passerer ind i enden af det andet ledningsorgan, afkøler det faste DK 165022B 41 absorberingsmiddelleje, der er forbundet dermed, fra en begyndelsesvis varm lejetemperatur ved ca. den øvre driftstemperatur, medens lejet opvarmer varmeudvekslingsfluidet fra den nedre driftstemperatur op til ca. den begyndelsesvise varme lejetemperatur samt 5 reguleringsorganer, der er betjeneligt forbundet med varmeudvekslingsfluidet, der passerer ud af lejerne, og med cirkulationsorganerne, der får cirkulationsorganerne til at omstyre varmeudvekslingsfluidet cirkulationsretning gennem varmeoverføringskredsen, når en af temperaturbøl gefronterne når den ende af lejet, fra hvilken varmeudvekslingsflu-10 idet forlader lejet.

19. Varmepumpe ifølge et hvilket som helst af kravene 1-8, kendetegnet ved, at ledningsorganet (125) består af en legering.

20. Fremgangsmåde til opvarmning og afkøling af et indre rum ved an vendelse af en lavtemperaturvarmekilde, hvilken fremgangsmåde omfatter trinnene: I. at en første (120) og en anden (121) forseglet omslutning tilveje-20 bringes, hver af hvilke omslutninger har et arbejdskølemiddel, et fast adsorberende materiale (136), der er i stand til at adsorbere kølemidlet eksotermt og en ledning (125), der forløber gennem omslutningen i termisk kontakt med det adsorberende materiale, og som leder et varme-overføringsfluid derigennem, 25 II. at en lavtemperaturvarmekilde (151) tilvejebringes i termisk kontakt med ledningerne i omslutningerne, III. at damptrykket i kølemidlet i det første (120) af omslutningerne 30 hæves, og at kølemidlet fra det adsorberende materiale deri desorberes ved anvendelse af varmeoverføringsfluidet, der er opvarmet af lavtemperaturvarmekilden (151), IV. at kølemiddeldampen i den første omslutning (120) modtages af en 35 kondensator (122), hvori kølemiddeldampen kondenseres, og at kølemidlets kondenseringsvarme overføres til det indre rum eller til atmosfæren , V. at damptrykket i kølemidlet sænkes i den anden (121) af omslutnin- DK 165022B 42 gerne ved adsorbering af kølemidlet i det adsorberende materiale, og at den derved generede adsorptionsvarme overføres til den første omslutning (120) sammen med varme fra lavtemperaturvarmekilden (151) via varmeoverføringsfluidet i nævnte ledninger (125), 5 VI. at kølemiddel kondensatet i den anden omslutning modtages af en fordamper (124), hvori kondensatet fordampes, og at kølemidlets fordampningsvarme overføres til det indre rum eller til atmosfæren,

21. Fremgangsmåde ifølge krav 19, kendetegnet ved, at kølemidlet er vand. 5

22. Fremgangsmåde ifølge krav 19 eller 20, kendetegnet ved, at varmeoverføringsfluidet i alt væsentligt er luft.

23. Fremgangsmåde ifølge krav 19 eller 20, kendetegnet ved, 10 at varmeoverføringsfluidet er en højtemperaturolie.

24. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 19-22, kendetegnet ved, at den omfatter trinnene: 15 (a) at varmeudvekslingsledningerne forbindes i serie med hinanden så at varmeoverføringsfluid strømmer i serie gennem ledningerne, (b) at varmeoverføringsfluidet, der passerer mellem to adsorberings-middellejer ved en ende deraf, opvarmes til en øvre driftstemperatur, 20 (c) at varmeoverføringsfluidet, der passerer mellem de andre ender af adsorberingsmiddellejerne, afkøles til en nedre driftstemperatur, (d) at varmeoverføringsfluidet cirkuleres i serie gennem varmeudveks-25 lingsledningerne, således at varmeoverføringsfluidet generelt passerer i længderetningen gennem begge adsorberingsmiddellejer, hvor længden af hvert adsorberingsmiddelleje er væsentligt længere end den respektive temperaturfront, der udbredes langs lejet, således at det opvarmede varmeoverføringsfluid, der passerer ind i enden af et leje, op-30 varmer det faste adsorberingsmiddelleje fra en begynde!sesvis kold lejetemperatur, der tilnærmelsesvis svarer til den nedre driftstemperatur, medens lejet afkøler varmeoverføringsfluidet fra den øvre driftstemperatur tilnærmelsesvis ned til den begyndelsesvise kolde lejetemperatur, og hvor det afkølede varmeoverføringsfluid, der passe-35 rer ind i enden af det andet leje, afkøler det faste adsorberingsmid-delleje fra en begyndelsesvis varm lejetemperatur, der tilnærmelsesvis svarer til den øvre driftstemperatur, medens lejet opvarmer varmeoverføringsfluidet fra den nedre driftstemperatur tilnærmelsesvis til den begyndelsesvise varme lejetemperatur, 44 DK 165022B (e) at varmeoverføringsfluidets cirkulationsretning ændres, når ud-gangstemperaturen i det varmeoverføringsfluid, der passerer ud af et af lejerne, ændres fra begynde!sestemperaturen i dette leje med en størrelse, der er mindre end ca. 50% af forskellen mellem lejets be- 5 gyndelsestemperatur og indløbsfluidets temperatur i trin (b), således at det opvarmede varmeoverføringsfluid passerer gennem det afkølede leje, og det afkølede varmeoverføringsfluid passerer gennem det opvarmede leje, og 10 (f) at varmeoverføringsfluidets cirkulationsretning til trin (b) ænd res, når udgangstemperaturen i varmeoverføringsfluidet, der passerer ud af et af lejerne, ændres fra begyndelsestemperaturen i dette leje med den størrelse, der er nævnt i trin (c), for at få lejerne til at gennemgå en cyklus mellem den øvre driftstemperatur og den nedre 15 driftstemperatur.

25. Fremgangsmåde ifølge krav 24, kendetegnet ved, at varmeoverføringsfluidet i serie cirkuleres gennem adsorberingsmiddellejerne i en første retning på langs af lejerne i trin (b) og i den modsatte 20 retning i trin (c).

26. Fremgangsmåde ifølge krav 24, kendetegnet ved, at begyndelsestemperaturen i hvert af adsorberingsmiddellejerne, under opvarmning, er den temperatur, til hvilken lejet er hævet fra den nedre 25 driftstemperatur ved forøgelse af trykket i lejet fra fordampertryk til kondensatortryk, og at begyndelsestemperaturen i hvert af lejerne, under afkøling, er den temperaturen, til hvilken lejet er sænket fra den øvre driftstemperatur ved sænkning af trykket i lejet fra kondensatortryk til fordampertryk. 30 35