JP4347066B2 - 固体吸着ヒートポンプ - Google Patents

Description

本発明は、固体吸着ヒートポンプおよび固体吸着ヒートポンプを備えた加熱システムに関する。

加熱および冷却の目的のため、固体吸着に基づいて熱で駆動されるヒートポンプを使用することは周知である。従来の作用物質対（すなわち、吸着物質と吸着質）は、例えば、ゼオライトと水であり、例えば、作用気体と同様に水は低圧力範囲で作動される。そのような作用物資対を持つ吸着ヒートポンプは、例えば、ドイツ国特許公開第１９９６１６２９号公報およびドイツ国特許公開第１００３８６３６号公報に開示されている。

高圧力範囲で作動される作用物質対は周知である。例えば、米国特許第４６９４６５９号明細書で記載されているように、例はアミン塩／アンモニアである。

固体吸着ヒートポンプには異なる技術的要求が置かれる。高熱比率、高出力密度、放熱の単純な制御性能の要求が特に重要である。動作熱に対する有効な熱の熱比率（または、ＣＯＰ：動作係数として知られている。）は、特に、ヒートポンプサイクル中の吸着熱伝導と感熱伝導との割当てに依存する。吸着伝導は作用気体の吸着中に起こる吸着熱の解放または脱着のために必要な吸着熱の吸収として理解され、他方、感熱伝導は全システムの加熱または冷却中に生じるエネルギー伝導を意味する。

感熱が無視できる程度に小さいと理想的に仮定すれば、ある作用物質対で最大可能な熱比率が達成されるであろう。シリカゲル／水では、熱比率は典型的には、単一状態ヒートポンプで約１８０％である。この割合比率は、吸着質を同時に完全に脱着することにより、動作熱から得られる有効熱の１００％から構成される。８０％の第２の割当ては、吸着器の連続冷却と吸着物質内の吸着質の吸着で、有効熱の形態で放射できる。

特に、高熱比率を達成するために、熱力学を顧慮して徐々に複雑になったシステムが開発された。吸着伝導と感熱伝導との比率を改良するのに最高な熱回収は、特に、伝熱媒体が連続的に流され、複数のサイクルで切換えられる複数の吸着器または脱着器を配置することが求められる。これらのシステムの不利な点は、かなりの技術的な努力、多機能に対する感受性、高い生産費および維持費である。

ドイツ国特許公開第１９９０２６９５号公報は、吸着器／脱着器ヒートポンプが共通の真空密閉容器内に蒸発器および凝縮器と共に配置され、蒸発器／凝縮器熱交換器内に全て一体化される吸着ヒートポンプを示す。
ドイツ国特許公開第１９９６１６２９号公報 ドイツ国特許公開第１００３８６３６号公報 米国特許第４６９４６５９号明細書 ドイツ国特許公開第１９９０２６９５号公報

本発明は、高熱比率を持つ固体吸着ヒートポンプおよび技術状態に関して改良される加熱システムを提供する目的に基づいている。

この目的は、独立請求項による固体吸着ヒートポンプまたは加熱システムにより達成される。従属請求項は、特に、好適な実施例を説明する。

従来の固体吸着ヒートポンプが、数個の吸着器または脱着器の直列状連結により熱力学プロセス関して改良されてはいるが、追加の容量および熱損失が、熱回収効率を減少させる、内部熱交換器のためのチューブ、弁およびポンプの必要な絶縁により全体システム内へと同時にもたらされていることを、発明者は確認している。本発明によるヒートポンプは、一方では、生産費を減少し、多機能に対する感受性を減らす特に簡単な構成により特徴付けられる。他方では、全装置の熱容量は、本発明による構成により非常に低レベルに保持でき、それぞれの低レベルで感熱伝導が生じる。

本発明による固体吸着ヒートポンプでは、吸着器／脱着器ユニットおよび凝縮器／蒸発器ユニットが共通ハウジング内に配置され、吸着性浸透要素により相互に分離される。気体段階では、作用物質は吸着質として構成され、吸着液段階では吸着質として構成される。それで、一般的に蒸気浸透性要素とも称することができる。ハウジングは周囲環境に対してシールされる。

吸着器／脱着器ユニットは、熱交換器を通り流れる伝熱媒体からの熱を固体吸着物質に伝導し、または、固体吸着物質からの熱を伝熱媒体に伝導する熱交換器から成る。

本発明による固体吸着ヒートポンプの蒸発器および凝縮器は、１つの構成要素（蒸発器／凝縮器ユニット）として構成される。凝縮器／蒸発器ユニットは、一方では、蒸気吸着質を凝縮し、加熱装置に進めるために凝縮熱を伝熱媒体に伝導し、他方では、蒸発のために低温度源からの熱を液体作用物質に供給することができる。

凝縮器／蒸発器ユニットは、好適には、吸着器／脱着器ユニットの下方の共通ハウジング内に配置され、吸着性浸透要素は蒸気通路内でスペーサの機能を持つ蒸気浸透スポンジとして配置される。吸着性浸透要素としてのセラミックスポンジの使用は特に適切である。

本発明による特に低熱容量を持つ構成を達成するため、吸着器／脱着器ユニットは、熱交換器との熱伝導連結する熱伝導吸着体から成る。吸着体は２つの機能、つまり、一方では、熱交換器と吸着物質との間の熱伝導と、他方では、吸着器／脱着器ユニットの安定構造の提供とを果たす。この安定構造は、特に薄い構成で共通のハウジングの壁を提供でき、このモジュールは、もはや、追加の安定性を持つ吸着ヒートポンプを提供する必要がない。代わりに、吸着器／脱着器ユニットと凝縮器／蒸発器ユニットとにより、内部空間を周囲環境に対してシールするためだけに使用される。外壁は壁厚が０．５ｍｍ、または、それ以下、特に、０．１ｍｍから０．５ｍｍである板金被覆として構成でき、被覆は吸着器／脱着器ユニットまたは凝縮器／蒸発器ユニット上に外側から配置され、または、そこで支持される。例えば、溶接のために大きい壁厚が可能である。例えば、このための壁厚は１．５ｍｍまたはそれ以上にできる。また、凝縮器／蒸発器ユニットは好適には、作用物質と供給／移動伝熱媒体間で熱を伝導する２重機能を持ち、および安定構造を提供する類似の吸着体から成る。

２つの実施例は、特に、吸着体の構成に適する。第１の構成は、吸着器／脱着器ユニットの熱交換器の周囲に配置される薄板構造体から成る。固体吸着物質は個々の薄板内に導入され、熱交換器から吸着物質への最高にできる熱伝導が達成される。特に、従来の薄板熱交換器を使用でき、薄板は、好適には、垂直に配置され、吸着物質の蒸気移送のための孔を含む。

固体吸着物質は、１実施例では、薄板構造体の薄板間でバルク物質として導入される。薄板が垂直に配置され、孔が設けられると、蒸気は実質的に水平に流れる。孔により形成される導管は、蒸気を吸着物質内で水平に分配（吸着）するためか、吸着物質から蒸気を収集（脱着）するためのある種の分配器を表す。孔または孔により形成される導管を通る蒸気流の流れ抵抗は、バルク物質を通り流れる蒸気の流れ抵抗に比較して比較的に低い。ここで、好適には、できる限り低く流れ抵抗をリンクして保つために、蒸気通路はできる限り短く設けられる。好適な実施例によると、孔は相互に関して離され、熱交換器の管に対して離され、バルク物質を通る最大蒸気通路は、ほぼ２０ｍｍである。構造の構成の詳細は添付図に関連して詳細に説明される。

吸着体の第２の好適な実施例は金属スポンジから成り、金属スポンジの中間空間内に吸着物質が導入され、金属スポンジを通して熱交換器の管が案内される。この実施例では、蒸気導管は、好適には、特に打ち抜きにより吸着体内に導入される。蒸気導管は、好適には、吸着体内に分配方式で配置され、バルク物質を通る最大蒸気通路はバルク物質を吸着物質として導入する場合には、２０ｍｍである。

特に好適な実施例では、吸着器／脱着器ユニットの熱交換器および／または熱交換器の吸着体は、吸着物質で被覆されて設けられる。これは、変更でき、または、吸着器／脱着器ユニット内への固体吸着物質の導入の追加で起こすことができる。

周囲環境に対する固体吸着ヒートポンプの特に好適な絶縁を達成するために、共通ハウジングには、２シェル構成を設けることができる。熱絶縁物質は、好適には、内外シェル間の内部空間に導入され、熱絶縁物質は圧力を伝達できる。これは、特別に薄壁、例えば、薄い板金ジャケットを持つ２つのシェルを提供できる。圧力を外シェルから熱絶縁物質を介して内部シェル、さらに、吸着器／脱着器ユニットおよび凝縮器／蒸発器ユニットの吸着体へ運び去ることができる。２つのシェル間の中間空間は真空にでき、すなわち、絶縁効果をさらに増すために負圧を受けることができる。

本発明による第２の固体吸着ヒートポンプでは、吸着器／脱着器ユニットおよび凝縮器／蒸発器ユニットは分離ハウジング内に配置される。２つのハウジングの内部空間は、少なくとも１つの蒸気伝導連結部、例えば、１本または数本の管を通して連結される。結果として、両方の吸着器／脱着器ユニットおよび凝縮器／蒸発器ユニットは、独立した構成要素として構成される。これらの２つの構成要素は、好適には、２つの機能を果たし、すなわち、一方では、熱交換器と吸着物質との間の熱伝達（吸着器／脱着器ユニット）および凝縮器の熱交換器のリブの機能（凝縮器／蒸発器ユニット）を果たし、他方では、個々の構成要素の安定構造の提供を果たす吸着体から成る。これらの安定構造の結果として、一方では、特別に薄い構成を持つハウジング壁、例えば、板金ジャケット形状のハウジング壁を提供できる。それは、個々の構成要素の要求される安定性は吸着体で提供されるからである。壁は、周囲環境から内部空間をシールするためだけに使用される。１．５ｍｍまたは０．５ｍｍまたは、それ以下、特に、０．１ｍｍから０．５ｍｍの壁厚を、ここでは使用できる。分離ハウジング構成を離れて、本発明による第２実施例は第１実施例により設けることができる。

本発明による加熱システムは、伝熱媒体が通り流され、所定の第１温度レベルで伝熱媒体に熱を伝達できる高熱源に連結される加熱循環部から成る。さらに、第１温度レベル以下である第２温度レベルで熱を伝熱媒体に供給するため、低温度源が加熱循環部に連結される。伝熱媒体から熱を奪う（例えば、部屋や建物の加熱のために）ために使用される加熱装置は、第１温度レベルと第２温度レベルとの間にある所定の第３温度レベルで奪われる熱により加熱循環部に連結される。固体吸着ヒートポンプは、さらに、本発明による前記の構造を持つ加熱循環部に連結される。加熱循環部または連結要素を通る伝熱媒体の流路は、加熱回路内に配置される加熱回路分配器または加熱回路弁により設定できる。加熱回路分配器または加熱回路弁は、好適には、３つの切換段階が設定できるように構成され、配置される。個々の切換段階（脱着段階、吸着段階およびバイパス段階）は、ここにおいて以下に記載される。

本発明を図示の複数の実施例を参照して説明する。

図１は、本発明による固体吸着ヒートポンプ１の実施例の基本構成要素を示す。吸着器／脱着器ユニット２と凝縮器／蒸発器ユニット６は、共通ハウジング５内に相互に隣接して配置される。吸着器／脱着器ユニット２は凝縮器／蒸発器ユニット６上に配置され、２つのユニット２、６は吸着性浸透要素７により排他的に分離される。熱交換器３は吸着器／脱着器ユニット２を通して導かれる。また、凝縮器／蒸発器ユニット６は凝縮管／蒸発管１１としても構成できる熱交換器から成る。

凝縮器／蒸発器ユニット６の内部空間は、作動物質（吸着物）の凝縮中に得られる凝縮の結果として、蒸発室１５と凝縮室１６とに分割される。凝縮器／蒸発器ユニット６の体積は、凝縮の最大発生の場合に凝縮／蒸発熱交換器が充満されないように構成される。吸着器／脱着器ユニット２に関して、最大要求凝縮体積はヒートポンプの達成可能な負荷幅に依存し、典型的には吸着物質の体積の１５％から２５％である。

吸着要素７は蒸気導管を持つ逆熱伝導性スペーサの形式で配置される。それで、２つのユニット２、６間の所定間隔が設定でき、前記のユニットは相互に関して実質的な程度に熱的に絶縁できる。

図示の固体吸着ヒートポンプの作動モードを以下に簡単に説明する。加熱（例えば、加熱システムのバーナーからの）は、第１段階で熱交換器３を介して吸着／脱着ユニット２に供給される。熱供給の結果として、例えば、シリカゲルおよび水から成る一対の作動物質を使用すると、水蒸気が吸着物質からの負圧で押し出される。蒸気状の作用物質（吸着物、例えば、水蒸気）は凝縮器／蒸発器ユニット６内で凝縮され、それで、得られる凝縮熱は凝縮管／蒸発管１１を介して運び去られ、加熱目的のために使用される。凝縮中に得られる低圧の結果として、吸着物質から押し出される吸着質は、吸着性浸透要素７を介して吸着器／脱着器ユニット２から凝縮器／蒸発器ユニット６に吸収される。

所定時間間隔後（例えば、３０分）に第１サイクル（脱着サイクル）が完了される。この時に、吸着質は吸着物質から理想的に十分に押し出され、凝縮器／蒸発器ユニット６において凝縮形態（例えば、液体段階）で現れる。図１で示されるように、ある液体レベルが凝縮器／蒸発器ユニット６内で得られる。

図示の固体吸着ヒートポンプの作用は、今や、伝熱媒体循環部のラインのそれぞれの構成に切換えることにより第２段階（吸着段階）に移動される。吸着／脱着ユニット２（すなわち、その熱交換器３）は、例えば、部屋または建物を加熱するための加熱装置と連結される。凝縮器／蒸発器ユニット６の凝縮管／蒸発管１１は低温度源に連結される。吸着器／脱着器ユニット２は放熱により冷却される。作用物質は、凝縮器／蒸発器ユニット６内で事前に蒸発された後で、吸着物質により再び吸着される。また、この第２サイクルは、例えば、３０分かかるが、特に、脱着段階より幾分長い。その後、固体吸着ヒートポンプは、再び、第１段階での初期状態になり、吸着質は吸着物質内で理想的に完全に吸着されることを意味する。このようにして、吸着段階および脱着段階はサイクル方式で進行する。

図２は、加熱システムでの本発明による固体吸着ヒートポンプの実施例を含むシステムを示す。この加熱システム（図２ａで示されるように）は、固体吸着ヒートポンプと、熱交換器に連結されるバーナーの形式の高温度源２１と、低温度源２２と、排気ガス熱交換器２３．１および加熱器２３．２を持つ加熱装置２３とに連結される加熱循環部２０から成る。加熱循環部２０は加熱回路分配器２４とバイパス回路内の加熱回路弁２５を含む。それで、以下で説明する３つの異なる作用段階が設定できる。

バーナーとして、ガス、油または他の燃料を使用する任意のバーナーを使用することができる。適切な低温度源は、特に、外部空気熱交換器、対地コレクターまたは地下水である。バイパス回路はバーナーやヒートポンプの２価作用を許容する（第３段階−バイパス）。

図示のシステムを包含するものは、排気ガスの凝縮による熱量値の使用と、ヒートポンプの使用の両方が結合されるように、ヒートポンプを油作用バーナーまたはガス作用バーナーを持つヒートポンプに結合できる。

このため、燃焼室から熱を離脱し、排気ガスを凝縮するために、２つの別々の熱交換器が設けられる。排気ガスの熱エネルギーが不要であれば、排気ガス熱交換器２３．１は省略できる。

図２ｂは、熱回路分配器２４を示し、回路類の可能性が再び拡大寸法で示される。図面は、種々の要素（高温度源２１、低温度源２２、加熱装置２３、吸着器／脱着器ユニット２および凝縮器／蒸発器ユニット６）の配置および加熱回路分配器２４による加熱回路循環部２０内の回路類を概略で示す。加熱回路分配器２４は、特に、３路電動弁として構成される３つの加熱回路弁２５から成る。

図示の分配器２４は、次の切換可能性（段階）が設定できるように構成される。
第１段階；脱着：高温度源２１は熱伝導媒体の流れ循環部により、吸着器／脱着器ユニット２と連結される。凝縮器／蒸発器ユニット６は熱伝導媒体の流れ循環部により、加熱装置２３と連結される。低温度源２２は残りの加熱循環部に対して遮断される。
第２段階；吸着：高温度源２１は残りの加熱循環路に対して遮断される。加熱装置２３は熱伝導媒体の流れ循環部により、吸着器／脱着器ユニット２と連結される。凝縮器／蒸発器ユニット６は熱伝導媒体の流れ循環部により、低温度源２２と連結される。
第３段階；バイパス：低温度源２２、吸着器／脱着器ユニット２および凝縮器／蒸発器ユニット６は、残りの加熱循環部に対して遮断される。高温度源２１は熱伝導媒体の流れ循環部により、加熱装置２３と連結される。

第１段階および第２段階のための個々の加熱回路弁２５の切換位置は、相互に接続される。図２ｂ示されるような別々の弁の代わりに加熱回路分配器内で弁ブロックを設けることもできる。

吸着ヒートポンプのサイクル時間（段階持続）は、加熱装置の放熱に対して調整される。第１段階および第２段階（吸着および脱着）は、流れ温度が加熱曲線で決定されるような加熱ネットワークの設定値以下に低下するまで、各々、交互に実行される。それで、一様な放熱はヒートポンプの不連続な作用にかかわらず、一様に確保できる。作用条件の結果として、ヒートポンプの熱消費率がある値に達すると、第３段階（バイパス）が設定される。この場合、高温度源２１（例えば、バーナー）は加熱ネットワーク、すなわち、加熱装置２３と直接接続される。

個々の第１段階から第３段階で流れる熱は、図５に再び示される。図５ａは第１段階（脱着段階）を示す。熱流は高温度源２１から固体吸着ヒートポンプ１の吸着器／脱着器ユニット２に流れる。吸着質は吸着物質を加熱することにより溶解され、蒸気形態で凝縮器／蒸発器ユニット６に流れ、そこで凝縮される。凝縮熱は凝縮器／蒸発器ユニット６により、加熱装置２３への熱流に導かれる。低温度源２２は熱循環部に対して絶縁される。

図５ｂは第２段階（脱着段階）での熱流を示す。高温度源２１は残りのシステムから絶縁され、これは熱循環を意味する。熱流が低温度源２２から凝縮器／蒸発器ユニット６へ流れるように、低温度源２２は加熱回路分配器２４により、固体吸着ヒートポンプ１の凝縮器／蒸発器ユニット６に連結される。流体作用物質は凝縮器／蒸発器ユニット６内で蒸発され、蒸気形態で吸着器／脱着器ユニット２に流れ、そこで、吸着物質に落ち着く。第１段階で加熱された吸着器／脱着器ユニット２の熱は熱流で加熱装置２３に運ばれる。１００％以上の熱消費率を達成でき、これは、理想的には、第１段階で高温度源２１の熱エネルギーの１００％が加熱装置２３に移送され、さらに８０％が第２段階で、低温度源２２および固体吸着ヒートポンプ１中の吸着物質からの熱流により移送されることを意味する。

図５ｃは第３段階（バイパス段階）を示す。図示のように、高温度源２１は加熱回路分配器２４により、加熱装置２３に直接に連結され、熱流は高温度源２１から加熱装置２３に直接に流れる。固体吸着ヒートポンプ１、すなわち、吸着器／脱着器ユニット２および凝縮器／蒸発器ユニット６は、低温度源２２と同様に残りのシステムから絶縁される。

図３は、本発明による固体吸着ヒートポンプの好ましい第１実施例を示す。図３ａは薄板形状の吸着体９を持つ凝縮器／蒸発器ユニットを示す。また、吸着器／脱着器ユニットは薄板吸着器として構成できる。図３ａは薄板吸着器の側面を示し、図３ｂは個々の薄板ブレードの図を示す。例えば、従来の薄板熱交換器を使用でき、それは、したがって、図５ａおよび図５ｂで示されるように調整される。

固体吸着物質４は吸着体９の薄板間に導入され、最良の熱伝導は熱交換器から薄板を介して固体吸着物質４に生じる。熱交換器は阻流板１３を介して相互に連結される水平管部分から成り、熱交換器内で案内される伝熱媒体は、水平部分から阻流板１３を介して、例えば、下方に配置できる次の水平部分へ案内される。阻流板１３は吸着体９から横に突出する。

吸着体９の薄板は、大抵水平に配置される管ループの容易な通気を可能にするため、垂直に整列される。個々の薄板は管で満たされない蒸気移送のための開口を含む。蒸気導管を形成するために、穿孔管、板またはワイヤメッシュを開口内に導入できる。図３ｂは、熱媒体移送管１８と導入される蒸気導管１９を持つ単一薄板ブレード１７を示す。熱媒体移送管１８は熱交換器３の前記の水平管部分であり、熱媒体移送体としての水が通って流れることができる。

吸着体９は吸着物質で満たされる。吸着物資が流出しないことを確実にするため、ワイヤメッシュまたは穿孔板は周辺をクランプできる。銅またはアルミニウム板金から作られる薄板は代わりにまたは付加的に吸着物質で被覆できる。

図３ｂ示され、管で充填されない個々の薄板内の開口により形成される蒸気導管１９は蒸気の分配器（吸着）または収集器（脱着）として働く。吸着段階では、蒸気は外側から水平に蒸気導管１９内へ流れ、蒸気導管１９から生じる吸着物質４内で分配し、吸着物質は薄板間でバルク物資として導入される。蒸気導管１９内の蒸気の流動抵抗は、バルク物質を通り流れる蒸気の流動抵抗に比較して例外的に低い。

全流動抵抗を低レベルに保つために、それで、バルク物質を通る最大蒸気通路を最大２０ｍｍに限界を定めると有利である。これは、薄板内で孔の所定の分配により達成できる。

バルク物質を通過する最大蒸気は、薄板内の孔または蒸気導管１９から半径方向で外側に生じる蒸気によりカバーされる距離で得られる。この距離をほぼ２０ｍｍまでに限定するために、好適な実施例によると、蒸気導管１９と隣接管との間の距離は２５ｍｍまたは、それ以下である。好ましくは、全ての第２穿孔列だけが管で満たされ、孔の自由列には蒸気導管１９を形成するために挿入される円筒ワイヤメッシュ（代わりに穿孔管または板）が設けられるように、従来の薄板が連結される。挿入される円筒ワイヤメッシュは、好適には、接触腐食を防止するため、薄板と同じ材料から成る。蒸気導管１９は、蒸気導管１９内の蒸気の流動抵抗を低レベルに保つために、挿入される円筒ワイヤメッシュにより吸着物質４のバルク物質と無関係に保持される。

脱着段階で、それぞれに構成される蒸気導管１９は吸着物質から解放される吸着質を収集し、吸着質は、せいぜい、個々の蒸気導管における周囲の集水区域の１つの半径に対応する距離に亘って通過する。

図３ｃは、図３ａ、３ｂによる吸収体９を持つ完成固体吸着ヒートポンプ１を示す。明らかなように、また、凝縮器／蒸発器ユニット６は、また、それぞれに構成される吸着体１０から成る。凝縮器／蒸発器ユニットは薄板凝縮器／蒸発器と称することもできる。

吸着器／脱着器ユニット２および凝縮器／蒸発器ユニット６は、共通ハウジング５内に配置され、セラミックスポンジ８により相互に分離される。共通ハウジングは２つの要素を囲む薄板から成る。板の機械的な安定性は管阻流板１３の区域内における熱交換器３の縁の支持体により確保される。

吸着器／脱着器ユニットと凝縮器／蒸発器ユニットとの間の間隔は、低熱伝導率を持つセラミックスポンジ８により確保されるが、十分な蒸気浸透性と安定性を提供する。吸着器／脱着器ユニット２と凝縮器／蒸発器ユニット６との間の蒸気移送、すなわち、吸着質の流れは、薄板熱交換器の管阻流板１３の区域に延びる。板金被覆が真空密閉式で周囲環境に対して設けられる。

図３で示される実施例は、わずかな管と低壁厚を持つ簡単な構成により、低熱容量の完全な固体吸着ヒートポンプを提供することができ、それで、特別に高い熱消費率を達成することができる。

図４は、吸着体を持つ固体吸着ヒートポンプの第２実施例を示す。図４ａ、図４ｂで示されるように吸着器／脱着器ユニット２の吸着体９は金属性スポンジとして配置される。金属性スポンジは、熱交換器３内で案内される伝熱媒体と吸着物質との間の伝熱のために使用される。金属性スポンジには、開口構成部が設けられ、吸着物質で充填または被覆される。金属性スポンジは吸着物質が流出するのを防止するため、ワイヤメッシュまたは穿孔板金で囲まれる。

熱交換器３の管は金属性スポンジ内に導入される。金属性スポンジと管との間の連結は熱伝導性であり、特に、管内のシーリングまたはハンダ付けにより達成できる。

図４ｂで示されるように、追加の蒸気導管１９を金属性スポンジ内に打ち抜くことができる。

熱交換器３は阻流板１３により相互に結合される水平管部分１２で製造できる。図４ｂの頂面図で示されるように、相互に隣接して垂直に配置される３本のループから成る熱交換器は、この実施例では、金属性スポンジ内に導入される。金属性スポンジは、好ましくは、共通ハウジング５内で相互に関して同一平面で配置される各１本の導入パイプ部分を持つ３つの立方体状部分から作られる。これは、特別に簡単な方法で蒸気導管１９を吸着体９内、すなわち、金属性スポンジ内に導入することを許容する。熱交換器３の管は２つの隣接する分割部間で挿入されるように、金属性スポンジを分割することもできることが分かる。

蒸気導管には、固体吸着物質４が流出するのを防止するため、穿孔管、板またはワイヤメッシュを設けることができる。

図４ｃは、共通ハウジング５内で、金属性スポンジとして構成される吸着体９を含む吸着器／脱着器ユニット２と、また、金属性スポンジとして構成される吸着体１０を持つ凝縮器／蒸発器ユニット６とから成る固体吸着ヒートポンプ１を示す。２つのユニット２、６は互に隣接し、一方の上に他方があり、セラミックスポンジ８によって単に相互に分離される。共通ハウジング５は、吸着体９、１０および介在されるセラミックスポンジ８の縁に配置され、好ましくは、壁厚０．１ｍｍから０．５ｍｍを持つ薄い板金から成る。板金の機械的な安定性は、金属性スポンジおよびセラミックスポンジ上に配置することにより生じ、板金自体に静的で不安的な構成を設けることができる。これは、特に、薄い壁厚を許容し、したがって、完成固体吸着ヒートポンプの特に低い熱容量に通じる。

吸着器／脱着器ユニット２と凝縮器／蒸発器ユニット６との間の蒸気移送は、セラミックスポンジを通り、吸着器／脱着器ユニット２内に導入される蒸気導管１９内に延びる。

図示されるように、凝縮器／蒸発器ユニット６は吸着体／脱着体ユニット２の下方に設けられ、少なくとも、得られる凝縮物での最大充填レベルと同じ大きさの高さに設けられる。

図６は、共通ハウジング５の好ましい実施例を示す。固体吸着ヒートポンプ１は、図面自体に示されていない内部空間で切換えられる。ハウジング５には、好ましくは薄い板金で作られる内部シェルと、また、好ましくは薄い板金で作られる外部シェルとから成る２重シェルが設けられる。

粒状バルク物質１４は、好ましくは２つのシェル、すなわち、内板金被覆２６と外板金被覆２７との間の中間空間に導入され、バルク物質は２つの板金被覆２６、２７の間で圧力を伝達するように機械的な安定性を有する。このバルク物質は、これらの発生する力を前記の図面で例示した吸着体または熱交換器管上に内方へ伝えることを許容する。それで、板金被覆２６、２７は、固体吸着ヒートポンプ１の低容量を保つために特別に薄い壁厚で設けることもできる。

真空排気ノズル２８は、外管内での外管の係合による２部分構成が設けられる図示のハウジングに連結される。別々のノズルを設けることもできるのが分かる。真空排気ノズル２８は、ハウジング５の２つのシェル間の中間空間と同じく、固体吸着ヒートポンプ１の内部空間を真空にするために使用できる。固体吸着ヒートポンプ１の内部空間のこの真空排気は、採用される作業組の要求により、所定の圧力を設定するために使用される。ハウジング５内の中間空間の真空排気は、最適な熱絶縁のために使用される。

吸着器／脱着器ユニットと凝縮器／蒸発器ユニットの熱交換器のための管ダクト２９がハウジング５内の側に示される。

シリカゲル、パーライト、または、発泡ガラスパールが、例えば、ハウジング５の２つのシェル間に導入される絶縁材として使用できる。

図７は、本発明の第２実施例を示す。この実施例では、吸着器／脱着器ユニット２と凝縮器／蒸発器ユニット６は、別々のハウジング５．１および５．２内に配置される。２つのハウジング５．１と５．２の内部空間は、例えば、図示のように相互に管により連結される。明らかなように、各ハウジング５．１および５．２は、上に板金被覆が配置された阻流板１３が設けられる区域を除いて、吸着体９、１０上に配置される薄い板金被覆として構成される。当然、適切な連結ラインが２つのモジュラーユニット間で蒸気流を確保する限り、任意の要求される方法で、各々から別の２つのモジュール（すなわち、吸着器／脱着器ユニット２と凝縮器／蒸発器ユニット６）を配置することができる。

図面で示される実施例は異なる長所を示す。それで、特別の簡単でコンパクトな配置が達成できる。真空容器としての板金被覆、それで、内部の熱回収がない高熱消費率を使用することにより、特別に低い比熱容量が達成できる。２重壁内での真空超絶縁される熱絶縁の使用ができる。さらに、加熱要求に対する不連続なヒートポンプ作用のわずかな調整は、可変サイクルの持続を通して可能である。これは、従来の熱駆動ヒートポンプで度々使用されるような外部バッファタンクを避ける助けとなる。

図１は、本発明による固体吸着ヒートポンプの実施例の概要図を示す。 図２は、本発明の実施例による固体吸着ヒートポンプを持つ加熱循環部の概要図を示す。 図３は、吸着体を持つ固体吸着ヒートポンプの第１の実施例を示す。 図４は、吸着体を持つ固体吸着ヒートポンプの第２の実施例を示す。 図５は、加熱システムの実施例の異なる段階での加熱流の概要図を示す。 図６は、特に好適な熱絶縁体を持つ、本発明による固体吸着ヒートポンプの共通ハウジングを示す。 図７は、分離ハウジング内に吸着器／脱着器ユニットおよび凝縮器／蒸発器ユニットを持つ、本発明による実施例を示す。

符号の説明

１ 固体吸着ヒートポンプ
２ 吸着器／脱着器ユニット
３ 熱交換器
４ 固体吸着物質
５ ハウジング
６ 凝縮器／蒸発器ユニット
７ 吸着性浸透要素
８ セラミックスポンジ
９ 吸着体
１０ 吸着体
１１ 凝縮管／蒸発管
１２ 管部分
１３ 阻流板
１４ 粒状バルク物質
１５ 蒸気室
１６ 凝縮室
１７ 薄板ブレード
１８ 熱伝導移送管
１９ 蒸気導管
２０ 加熱循環部
２１ 高温度源
２２ 低温度源
２３ 加熱装置
２３．１ 排ガス熱交換器
２３．２ 加熱体
２４ 加熱回路分配器
２５ 加熱回路弁
２６ 内部板金被覆
２７ 外部板金被覆
２８ 真空ノズル
２９ 管ダクト

Claims (18)

1. 熱交換器（３）と吸着物質（４）とを備えた吸着体／脱着体ユニット（２）とから成る固体吸着ヒートポンプ（１）において、吸着器／脱着器ユニット（２）は、周囲環境に対してシールされる共通ハウジング（５）内で凝縮器／蒸発器ユニット（６）と共に配置され、吸着性浸透要素（７）により相互に分離される吸着器／脱着器ユニット（２）および凝縮器／蒸発器ユニット（６）を備え、吸着器／脱着器ユニット（２）は熱交換器（３）を持つ熱伝導連結部内で配置される熱伝導吸着体（９）から成り、熱伝導吸着体（９）は吸着物質（４）を収容し、熱伝導吸着体（９）は安定性のある吸着器／脱着器ユニット（２）を提供し、共通ハウジング（５）の内部空間は負圧を受け、吸着体（９）および／または熱交換器（３）および凝縮器／蒸発器ユニット（６）上に負圧により発生される崩壊力が奪われるように、共通ハウジング（５）は吸着体（９）上に配置される薄壁板金被覆として配置されることを特徴とする、固体吸着ヒートポンプ。
2. 凝縮器／蒸発器ユニット（６）は吸着器／脱着器ユニット（２）の真下で共通ハウジング（５）内に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の固体吸着ヒートポンプ。
3. 吸着性浸透要素（７）は蒸気浸透性スポンジとして配置され、特に、吸着器／脱着器ユニット（２）と凝縮器／蒸発器ユニット（６）との間に所定間隔を生じさせるセラミックスポンジ（８）として配置されることを特徴とする、請求項１または請求項２の内の1項に記載の固体吸着ヒートポンプ。
4. 凝縮器／蒸発器ユニット（６）は、伝熱媒体が通過して流され、凝縮熱を奪い、蒸気熱を供給し、凝縮器／蒸発器ユニットの安定性を生じるために使用される凝縮管／蒸発管（１１）を収容するように、本体が配置される吸着器／脱着器ユニット（２）と同様な類似の吸着体（１０）から成ることを特徴とする、請求項１から請求項３の内の1項に記載の固体吸着ヒートポンプ。
5. 吸着体（９、１０）は、薄板構造体または金属スポンジとして配置されることを特徴とする、請求項１から請求項４の内の1項に記載の固体吸着ヒートポンプ。
6. 共通ハウジング（５）は吸着体（９、１０）上に配置され、特に、吸着体（９、１０）および／または熱交換器（３）および凝縮管／蒸発管（１１）上の負圧により発生される崩壊力が奪われるように、熱交換器（３）と凝縮管／蒸発管（１１）の部分に配置されることを特徴とする、請求項４または請求項５の内の1項に記載の固体吸着ヒートポンプ。
7. 熱交換器（３）および凝縮管／蒸発管（１１）は、各々、1本または数本の管ループの形態で配置され、各管ループは伝熱媒体を案内するように阻流板（１３）により、水平端部で相互に結合される複数の水平に配置される管部分（１２）を備えることを特徴とする、請求項４から請求項６の内の1項に記載の固体吸着ヒートポンプ。
8. 板金被覆は阻流板（１３）外側から配置されることを特徴とする、請求項６および請求項７に記載の固体吸着ヒートポンプ。
9. 支持体（９）および／または吸着器／脱着器ユニット（２）の熱交換器は、固体吸着物質（４）で被覆されることを特徴とする、請求項１から請求項８の内の1項に記載の固体吸着ヒートポンプ。
10. 中間空間がシェル間で、圧力伝達物質、熱絶縁物質、特に、粒状バルク物質（１４）で満たされる２シェルハウジングとして、共通ハウジング（５）配置され、シェル間の中間空間は真空にされることを特徴とする、請求項１から請求項９の内の1項に記載の固体吸着ヒートポンプ。
11. 熱交換器（３）と固体吸着物質（４）とを備えた吸着器／脱着器ユニット（２）と、凝縮器／蒸発器ユニット（６）とをから成る固体吸着ヒートポンプ（１）において、吸着器／脱着器ユニット（２）は熱交換器（３）を持つ熱伝導連結部内に配置される熱伝導吸着体（９）から成り、吸着体（９）は吸着物質（４）を収容し、吸着体（９）は安定性を持つ吸着器／脱着器ユニット（２）を提供し、凝縮器／蒸発器ユニット（６）は、伝熱媒体が通過して流され、凝縮熱を奪い、蒸気熱を供給し、安定性を持つ凝縮器／蒸発器ユニット（６）を提供するために使用されるように配置される熱伝導吸着体（１０）から成り、吸着器／脱着器ユニット（２）は、第1ハウジング（５．１）内で周囲環境からシールして配置され、凝縮器／蒸発器ユニット（６）は、第２ハウジング（５．２）内で周囲環境からシールして配置され、ハウジング（５．１、５．２）の内部空間は負圧を受け、少なくとも１つの蒸気伝導連結部により相互に結合され、ハウジング（５．１、５．２）は、吸着体（９、１０）および／または熱交換器（３）および凝縮管／蒸発管（１１）上で負圧により発生される崩壊力が奪われるように、吸着体（９、１０）に配置される薄壁板金被覆として構成される、固体吸着ヒートポンプ。
12. 吸着体（９、１０）は、薄板構造体または金属スポンジとして構成されることを特徴とする、請求項１１に記載の固体吸着ヒートポンプ。
13. 熱交換器（３）および凝縮管／蒸発管（１１）は、各々、1本または数本の管ループの形態で形成され、各管ループは、伝熱媒体を伝導するように阻流板（１３）により水平端部で相互に連結される複数の水平に配置される管部分（１２）から成ることを特徴とする、請求項１１または請求項１２の内の1項に記載の固体吸着ヒートポンプ。
14. 板金被覆は阻流板（１３）の外側から配置されることを特徴とする、請求項１２または請求項１３の内の1項に記載の固体吸着ヒートポンプ。
15. 支持体（９）および／または吸着器／脱着器ユニット（２）の熱交換器は、固体吸着物質（４）により被覆されることを特徴とする、請求項１２から請求項１４の内の1項に記載の固体吸着ヒートポンプ。
16. ハウジング（５．１、５．２）は、シェル間の中間空間が圧力伝達物質、熱絶縁物質、特に、粒状バルク物資（1４）で満たされる２重シェルとして構成され、シェル間の中間空間は真空にされることを特徴とする、請求項１２から請求項１５の内の1項に記載の固体吸着ヒートポンプ。
17. 伝熱媒体が通過して流される加熱回路（２０）と、所定の第１温度レベルで伝熱媒体に熱を供給するために加熱回路（２０）に連結される高温度源（２１）と、第1温度レベル以下である所定の第２温度レベルで伝熱媒体に熱を供給するために加熱回路（２０）に連結される低温度源（２２）と、伝熱媒体の熱を第1温度レベルと第２温度レベルとの間にある所定の第３温度レベルに移動するため、加熱回路（２０）に連結される加熱装置（２３）と、加熱回路（２０）に連結される請求項１から請求項１６の内の1項に記載の固体吸着ヒートポンプ（１）と、加熱回路（２０）を通る伝熱媒体の流れについての選択的設定のために、加熱回路（２０）と連結される加熱回路分配器（２４）および／または加熱回路弁（２５）とから成る加熱システム。
18. 加熱回路分配器（２４）および／または加熱回路弁（２５）は３つの切換段階で調整でき、伝熱媒体の第1流れ循環が高温度源（２１）と吸着器／脱着器ユニット（２）との間で生じ、伝熱媒体の第２流れ循環が凝縮器／蒸発器ユニット（６）と加熱装置（２３）との間で生じる第1切換段階、すなわち、脱着段階と、伝熱媒体の第1流れ循環が加熱装置（２３）と吸着器／脱着器ユニット（２）との間で設定され、伝熱媒体の第２流れ循環が低温度源（２２）と凝縮器／蒸発器ユニット（６）との間で設定される第２切換段階、すなわち、吸着段階と、伝熱媒体の流れ循環が高温度源（２１）と加熱装置（２３）との間で設定されることを特徴とする、請求項１７に記載の加熱システム。

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