KR100306706B1 - Improved method and apparatus for achieving high reaction rate - Google Patents

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Abstract

본 발명의 화학수착 반응 공정은 착화합물 반응 생성물의 부피 팽창이 제한되는 조건하에서, 그리고 각각 30분 보다 작은 반 사이클(half-cycle) 반응주기로, 그리고/또는 약 15mm 보다 작은 최대 평균 매스 확산 경로 길이, 그리고/또는 약 1.5mm 보다 작은 최대 열 확산 경로 길이를 가지는 반응 챔버에서 수행된다.The chemisorption reaction process of the present invention is performed under conditions in which volume expansion of the complex reaction product is limited, and with a half-cycle reaction cycle of less than 30 minutes each, and / or a maximum average mass diffusion path length of less than about 15 mm, And / or in a reaction chamber having a maximum heat diffusion path length of less than about 1.5 mm.

Description

높은 반응속도를 얻기 위한 개선된 방법 및 그 장치Improved method and apparatus for obtaining high reaction rate

기술적인 용어로서 “흡수(absorption)” 또는 “화학수착(chemisorption)”이라고 명명되는 특정한 금속염과 극성기체 사이의 흡착/탈착반응(adsorption/desorption reactions)은 냉각, 열저장, 열펌프 시스템 그리고 높은 에너지 밀도를 가지는 전력 시스템(power systems)의 기초가 되는 착화합물(complex compounds)을 산출한다.In technical terms, the adsorption / desorption reactions between certain metal salts and polar gases, termed "absorption" or "chemisorption", include cooling, heat storage, heat pump systems and high energy. Calculate the complex compounds that underlie power systems with density.

그러나, 주어진 양의 착화합물에 저장될 수 있는 일(work) 또는 에너지의 양으로 변환하는, 상기 염에 흡착된 극성기체의 양의 측정단위(measure)인 에너지 밀도(energy density)는 상업적 시스템을 설계하는데 고려되는 유일한 변수이다.However, energy density, which is a measure of the amount of polar gas adsorbed on a salt, converting it into an amount of work or energy that can be stored in a given amount of complex, designes a commercial system. Is the only variable considered.

더 중요한 것이 없다면, 기체와 착화합물 사이의 반응속도(reaction rates)가 중요한데, 이것은 주어진 양의 기체를 착화합물로 흡착 또는 그로부터 탈착하는 시간을 결정한다.If nothing is more important, the reaction rates between the gas and the complex are important, which determines the time to adsorb or desorb a given amount of gas into the complex.

반응속도가 증가 또는 최대화되면 시스템에 의하여 전달될 수 있는 전력이 증가 또는 개선되는데, 즉 일정기간에 걸쳐 에너지가 더욱 많이 전달되는데, 이것은 시스템의 가열 및/또는 냉동 또는 전력 용량(power capability)을 더욱 크게 변환한다.When the reaction rate is increased or maximized, the power that can be delivered by the system is increased or improved, i.e. more energy is transferred over a period of time, which further increases the heating and / or refrigeration or power capability of the system. Convert greatly.

미국특허 제5,298,231호(WO 90/10491)에 설명된 바와 같이, 극성 기체와 금속염을 흡착시켜 형성된 착화합물은 흡착반응 중에 상당한, 그리고 보통 실질적인 부피 팽창(volumetric expansion)의 특성을 가진다. 흡착반응이 부피 팽창을 제한하여 반응 생성물 밀도를 제어하지 않고 진행되는 경우에, 최종 반응 생성물은 바람직한 간섭성(coherent), 자체지지성(self supporting) 매스(mass)가 되지 못한다. 대신, 생성물은 비정질(amorphous)이고 분말성(powdery)이며, 생성물 매스는 그 형상 또는 구조를 유지하지 못할 것이다.As described in US Pat. No. 5,298,231 (WO 90/10491), complexes formed by adsorption of polar gases and metal salts have the properties of significant and usually substantial volumetric expansion during the adsorption reaction. If the adsorption reaction proceeds without limiting volume expansion to control the reaction product density, the final reaction product does not become the desired coherent, self supporting mass. Instead, the product is amorphous and powdery and the product mass will not retain its shape or structure.

더욱이, 일단 착화합물이 이렇게 형성되면, 팽창을 제한하지 않고 연속적으로 탈착 및 흡착되지 않는 한 소망한 생성물의 물리적 특성은 실질적으로 비가역적(irreversible)이며, 본 발명에 따라 착화합물이 탈착되고, 이후 부피가 제한된 열교환기(반응챔버) 공동으로 장입되어 반응되지 않는 경우에는 소망한 구조가 이후의 흡착 및 탈착에 의하여 달성되지 못한다.Moreover, once the complex is so formed, the physical properties of the desired product are substantially irreversible unless they are subsequently desorbed and adsorbed without limiting expansion, and the complex is desorbed according to the invention, and then If it is charged into a limited heat exchanger (reaction chamber) cavity and does not react, the desired structure is not achieved by subsequent adsorption and desorption.

또한, 이러한 부피가 제한되지 않은 착화합물 반응 생성물은, 열 및 물질 전달이 고려되는 경우, 수착 반응 공정(sorption reaction processes) 중에 부피 팽창이 제한되고 반응생성물의 밀도가 제어되는 경우의 반응생성물에 비하여 실질적으로 흡착/탈착 반응속도가 감소한다.In addition, such volume-restricted complex reaction products, when heat and mass transfer are considered, are substantially comparable to reaction products where volume expansion is limited and the density of the reaction product is controlled during sorption reaction processes. This decreases the adsorption / desorption reaction rate.

상기 미국특허 제5,298,231호에 있어서, 극성기체를 금속염에 흡착하여 얻어진 착화합물에 극성기체 반응물을 교대로 흡착 및 탈착시킴으로써 화학수착 공정의 반응속도를 증가시키는 방법이 개시되어 있다. 상기 방법은, 부피팽창을 제한하는 단계 및 반응 중에 생성된 착화합물의 밀도를 제어하는 단계를 포함한다.In US Patent No. 5,298,231, a method of increasing the reaction rate of a chemical sorption process is disclosed by alternately adsorbing and desorbing polar gas reactants to a complex compound obtained by adsorbing a polar gas to a metal salt. The method includes limiting volume expansion and controlling the density of complexes produced during the reaction.

많은 착화합물에 있어서, 반응되지 않은 염과는 다른 구조를 가지며, 적어도 부분적으로 간섭성, 응집성(cohesive), 자체지지성 매스인 착화합물을 얻기 위한 조건하에서 적어도 초기 흡착반응을 수행함으로써 흡착 및 탈착 반응속도가 증가한다.For many complexes, the adsorption and desorption kinetics are achieved by carrying out at least an initial adsorption reaction under conditions for obtaining a complex that is different from the unreacted salt and is at least partially coherent, cohesive, and self-supporting mass. Increases.

이러한 반응 생성물은 초기 흡착반응 중에 형성된 착화합물의 부피 팽창을 제한함으로써 착화합물의 밀도를 최적화 하여 얻어진다.This reaction product is obtained by optimizing the density of the complex by limiting the volume expansion of the complex formed during the initial adsorption reaction.

반응속도는 고체의 열전도도(thermal conductivity) 및 그의 기체 확산도(gas diffusivity)에 의존한다. 반응속도를 최적화 또는 극대화하기 위하여, 적절한 물질 전달 또는 고체를 통한 기체의 확산으로 균형화 된 높은 에너지 또는 열전달을 제공하도록 열전도도와 다공성(porosity)(기체 수송성; gas transport) 사이에 최적 균형이 반드시 이루어져야 한다.The rate of reaction depends on the thermal conductivity of the solid and its gas diffusivity. In order to optimize or maximize the reaction rate, an optimum balance must be made between thermal conductivity and porosity (gas transport) to provide balanced high energy or heat transfer by proper mass transfer or diffusion of gas through the solid. .

알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이금속, 아연, 카드뮴, 주석, 알루미늄의 할로겐화물, 질산염, 아질산염, 옥살산염, 과염소산염, 황산염 또는 아황산염, 나트륨 보로플루오라이드(sodium borofluoride) 또는 이중 금속 염화물로 이루어지는 금속염에 극성기체를 흡착시켜 형성된 착화합물에 극성기체를 교대로 반복해서 흡착 및 탈착시키는 화학수착 반응 공정에 있어서, 높은 반응속도를 얻기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.Metal salts consisting of alkali metals, alkaline earth metals, transition metals, zinc, cadmium, tin, aluminum halides, nitrates, nitrites, oxalates, perchlorates, sulfates or sulfites, sodium borofluoride or double metal chlorides In a chemical sorption reaction process in which a polar gas is repeatedly adsorbed and desorbed on a complex compound formed by adsorbing a polar gas, a method and apparatus for obtaining a high reaction rate are provided.

제1도는 다수 개의 고정부피 반응챔버를 구비한 반응기 코어(core)를 도시한 도면이고,1 is a diagram showing a reactor core having a plurality of fixed volume reaction chambers,

제2도는 제1도에 도시된 반응기 코어의 측면 단면도이고,2 is a side cross-sectional view of the reactor core shown in FIG.

제3도는 반응기의 다른 실시예를 도시하는 사시도이고,3 is a perspective view showing another embodiment of the reactor,

제4도는 다중 튜브 핀 플레이트 반응기 코어(multiple tube fin plate reactor core)를 도시한 도면이고,4 shows a multiple tube fin plate reactor core,

제5도는 다중 튜브 핀 반응기 코어 사이에 내화벽돌(fire brick)이 개재된 것과 같은 통기성 재료층을 사용하는 반응기 디자인을 도시하는 도면이고,FIG. 5 shows a reactor design using a breathable material layer such as a fire brick sandwiched between multiple tube fin reactor cores.

제6도는 핀 위의 반응기 플레이트를 따라 통기성 재료를 삽입하기 위한 슬롯(slots)이 구비된 다중 핀 반응기 코어를 도시하는 도면이고,FIG. 6 shows a multiple fin reactor core with slots for inserting breathable material along the reactor plate over the fins,

제7도는 반응기 핀 사이의 흡착제(absorbent)층 사이에 이격 구비된 통기성 디스크를 포함하는 반응기 코어 디자인을 도시하는 도면이며,FIG. 7 illustrates a reactor core design including breathable discs spaced between adsorbent layers between reactor fins, and FIG.

제8도는 또 다른 반응기 코어 디자인을 도시하는 단면도이다.8 is a sectional view showing another reactor core design.

본 발명의 목적은 전술한 미국특허 제5,298,231호에 개시된 바와 같은 개선된 반응속도를 얻기 위한 기준을 더 서술하고 한정하고자 하는 것이다. 개선된 반응 속도를 얻는데 있어 중요한 기준은 소정의 한계 내의 열 및 물질 확산 경로길이를 가지는 수착 반응기를 설계하고 사용하는데 있음이 발견되었다. 상기 결과를 얻기 위한 특정한 반응 변수와 장치의 특성 및 성분들이 이하에서 기술될 것이다.It is an object of the present invention to further describe and limit the criteria for obtaining improved reaction rates as disclosed in the aforementioned U.S. Patent 5,298,231. It has been found that an important criterion for obtaining improved reaction rates is the design and use of sorption reactors having heat and material diffusion path lengths within certain limits. Specific reaction variables and characteristics and components of the device to obtain the above results will be described below.

사용되어야 하는 반응 용기(vessel) 또는 적절한 조건하에 있는 몇몇 다른 반응 환경에서 초기 흡착 반응이 수행된 후, 연속적인 반응을 위하여 제한된 부피 팽창 수단을 구비한 최종 반응 용기로 반응 물질이 전달될 수 있다.After the initial adsorption reaction is carried out in a reaction vessel to be used or in some other reaction environment under appropriate conditions, the reactants can be delivered to a final reaction vessel with limited volume expansion means for subsequent reactions.

본 발명의 일 실시예로서, 극성 기체 반응물과 무기질 금속염 사이의 반응 속도를 개선하기 위한 방법은, 주어진 반응기 또는 반응챔버에서 금속염을 통과하는 기체 반응물에 대한 열 확산 경로와 물질 확산 경로의 독립 변수를 결정하는 단계와, 반응 챔버에서 상기 기체와 염 사이의 경제적으로 최적화 된 반응속도를 결정하는 단계와, 최적의 반응속도를 얻는 데 필요한 착화합물의 밀도를 결정하는 단계와, 바람직한 결과를 얻는 데 필수적인 바람직한 착화합물의 물성을 유지하기 위하여 요구되는 조건하에서 반응을 수행하는 것을 포함한다.In one embodiment of the present invention, a method for improving the reaction rate between a polar gas reactant and an inorganic metal salt comprises the independent parameters of the thermal diffusion and material diffusion paths for the gas reactant passing through the metal salt in a given reactor or reaction chamber. Determining, determining the economically optimized reaction rate between the gas and the salt in the reaction chamber, determining the density of the complex required to obtain the optimum reaction rate, and Carrying out the reaction under conditions required to maintain the physical properties of the complex.

본 발명에 따르면, 고체-기체 수착 반응, 즉 고체에 대한 기체의 흡착 및 탈착은, 높은 전력 밀도를 생성할 수 있도록 구성된 상태 및 장치에서 수행된다. 이러한 반응은, 흡착제 매스 당 최대 전력 밀도, 반응기 매스 당 최대 전력 밀도 및 바람직한 또는 필요한 반응기 부피 당 최대 전력밀도를 얻을 수 있는 것이 바람직하다.According to the invention, the solid-gas sorption reaction, ie adsorption and desorption of gas to solids, is carried out in a state and in an apparatus configured to produce a high power density. Such a reaction is preferably capable of obtaining a maximum power density per adsorbent mass, a maximum power density per reactor mass, and a maximum power density per desired or required reactor volume.

반 사이클 시간(half-cycle times), 즉 본 발명에 따른 개선된 반응속도를 가지는 반응의 흡착 또는 탈착 반응시간은 30분 미만, 바람직하게는 약 20분 미만, 통상적으로는 약 3 내지 약 15분 사이이다. 모든 적용분야에서 흡착 및 탈착을 위해 동일한 시간을 필요로 하는 것은 아니며, 어떤 경우에는 하나 또는 두 반응 모두가 약 2분 정도로 짧게 될 수도 있는 반면, 다른 경우에는 반응 중의 하나가 20분 보다 몇 분 더 연장될 수도 있다.Half-cycle times, ie adsorption or desorption reaction times of reactions having improved reaction rates according to the invention, are less than 30 minutes, preferably less than about 20 minutes, usually from about 3 to about 15 minutes. Between. Not all applications require the same time for adsorption and desorption, and in some cases one or both reactions may be as short as about 2 minutes, while in other cases one of the reactions may be several minutes longer than 20 minutes. It may be extended.

더욱이, 부분 장입(part load) 상태에 있는 동안에, 설비가 그의 완전한 냉각 성능, 냉동, 가열 또는 전력을 생성할 것으로 기대되지 않는 경우에는, 반응시간은 고유의 공정 사이클링을 제한하고 불필요한 열손실을 방지하기 위하여 연장될 수도 있다.Moreover, while in part load state, if the plant is not expected to generate its full cooling performance, freezing, heating or power, the reaction time limits inherent process cycling and prevents unnecessary heat loss. It may be extended to make.

또한, 전체 사이클 또는 완전 사이클 시간주기(full cycle time periods)는 흡착 및 탈착 반-사이클 사이의 압력을 조정 또는 변화시키는 시간주기를 필요로 함을 알 수 있을 것이다. 그러므로, 완전 사이클 시간주기는 반 사이클 시간과 두 개의 압력-온도 조정시간을 더한 합으로 이루어지는데, 후자의 경우는 대개 각각 몇 초에서 몇 분까지 된다.It will also be appreciated that full cycle or full cycle time periods require a time period to adjust or change the pressure between adsorption and desorption half-cycles. Therefore, a full cycle time period is made up of the sum of the half cycle time and the two pressure-temperature adjustment times, which in the latter case usually range from a few seconds to several minutes each.

최적 반응속도는 흡착 밀도, 물질 확산경로길이, 열(heat) 또는 열적(thermal) 확산경로길이 그리고 열역학적 운전상태를 포함하는 여러 독립 변수에 의존한다. 후자의 경우는 전체 공정상태, 즉 공정이 수행되는 특정한 온도와 압력 상태, 압력 편차 또는 △P, 즉 운전 또는 시스템 압력과 착화합물의 평형 압력 사이의 편차, 그리고 제1 흡착 반응보다 8°K 큰 접근 온도(approach temperature) 또는 △T를 포함한다.The optimum reaction rate depends on several independent variables including adsorption density, material diffusion path length, heat or thermal diffusion path length and thermodynamic operating conditions. The latter case is the overall process state, i.e. the specific temperature and pressure state at which the process is carried out, the pressure deviation or ΔP, i.e. the deviation between the operating or system pressure and the equilibrium pressure of the complex, and an approach of 8 ° K greater than the first adsorption reaction. Temperature (approach temperature) or ΔT.

마지막으로, 특정한 염 및 상기 염과 특정 선택된 극성 기체 사이에서 형성된 착화합물의 변수가 고려되어야만 하는 데, 그들의 평형압력을 포함하는 상기 염과 최종 착화합물의 특성은, 반응상태를 최적화하고 최대 반응속도를 가지는 시스템을 얻기 위하여 전술한 변수들의 균형을 맞추는 데 있어 중요한 결정인자인 것으로 이해된다.Finally, the specific salts and the variables of the complexes formed between the salts and the specific selected polar gases must be taken into account, the properties of the salts and the final complexes comprising their equilibrium pressures to optimize the reaction state and have the maximum reaction rate. It is understood that it is an important determinant in balancing the aforementioned variables to obtain a system.

본 명세서에서 간혹 사용되는 용어인 “최적화 된 반응 생성물” 또는 “최적화된 착화합물”은 경제적으로 최적이 되는, 전술한 특성을 구비한 착화합물 반응 생성물이 되도록 하는 공정 조건하에서 금속염에 대한 극성 기체의 수착이 수행되는 착화합물을 말한다.The term "optimized reaction product" or "optimized complex", as is sometimes used herein, refers to the sorption of polar gas to metal salts under process conditions such that the complex reaction product with the aforementioned characteristics is economically optimal. Refers to the complex being carried out.

각각의 반응챔버 또는 반응기 모듈(module)은 열 확산경로길이(열 전달)와 물질 확산경로길이(물질 전달)를 각각 측정 또는 결정하기 위한 기초를 제공하는 치수(dimensions)을 가진다. 열 경로길이는 열적으로 전도성이 높은 표면으로부터 착화합물의 매스의 중심까지의 거리이다. 열전도 핀(heat conductive fin)은 열적으로 전도성인 표면의 일례이다. 이 예에서, 주어진 반응기 내부의 열확산은 주로 핀 카운트(count), 즉 반응기 모듈의 단위 길이(높이)당의 핀의 개수의 함수이다. 반응기 길이의 단위당의 핀의 개수가 많을수록 열확산이 양호하고 열 확산 경로길이가 작다.Each reaction chamber or reactor module has dimensions that provide the basis for measuring or determining the heat diffusion path length (heat transfer) and the material diffusion path length (mass transfer), respectively. The thermal path length is the distance from the thermally conductive surface to the center of the mass of the complex. Heat conductive fins are an example of a thermally conductive surface. In this example, the thermal diffusion inside a given reactor is primarily a function of the pin count, ie the number of fins per unit length (height) of the reactor module. The larger the number of fins per unit of reactor length, the better the thermal diffusion and the smaller the heat diffusion path length.

제1도 및 제2도에 있어서, 반응기 모듈의 2 차원의 단순화된 도면이 도시되어 있는데, 열전달유체 도관(10)으로부터 반경방향으로 연장된 플레이트(12, 14) 사이에 반응 챔버가 구비되어 있다. 열전달 경로는 착화합물의 가장 먼 입자로부터 가장 가까운 열 전도성 표면까지의 경로이다. 그러므로, 열전도 핀 또는 플레이트(12, 14) 사이의 반응 챔버에 대하여, 단순화된 열 경로 길이는 두개의 핀(12, 14) 사이의 거리(A)의 1/2이다.In Figures 1 and 2, a simplified two-dimensional view of the reactor module is shown, in which a reaction chamber is provided between the plates 12, 14 extending radially from the heat transfer conduit 10. . The heat transfer path is the path from the furthest particle of the complex to the nearest thermally conductive surface. Therefore, for the reaction chamber between the thermally conductive fins or plates 12, 14, the simplified thermal path length is one half of the distance A between the two fins 12, 14.

본 발명에 따르면, 상기 열 전달 경로길이는 4.5mm 보다 작은데, 약 4mm 이하인 것이 바람직하며, 약 3mm 이하인 것이 가장 바람직하다. 본 명세서에 개시된 바람직한 염의 그룹을 이용하는 경우 가장 바람직한 열 전달 경로 길이는 0.6 내지 3.2mm이다. 또한, 이것은 25mm 당 적어도 4 핀인 핀 카운트와 등가인데, 최적 전력밀도 요구에 대하여는 25mm 당 약 9 내지 25 핀(1.4mm 내지 0.5mm의 열 경로 길이)이 바람직하고, 실제 제작을 하는 경우에는 이보다 클 수 있다.According to the invention, the heat transfer path length is less than 4.5 mm, preferably about 4 mm or less, most preferably about 3 mm or less. When using the preferred group of salts disclosed herein, the most preferred heat transfer path length is 0.6 to 3.2 mm. In addition, this is equivalent to a pin count of at least 4 pins per 25 mm, preferably about 9 to 25 pins (thermal path length of 1.4 mm to 0.5 mm) per 25 mm for optimal power density requirements, which is greater than this in actual production. Can be.

몇몇 특정한 염에 관한 바람직한 열 경로 길이의 범위가 아래의 표 1에 나타나 있다. 튜브 면 역시 열경로에 대한 기여인자이기는 하지만, 튜브벽은 이러한 단순화된 경로 길이 결정인자로는 고려되지 않음을 알 수 있을 것이다. 대개, 적절하고 실제적인 핀 두께는 약 0.07mm 내지 약 2mm에서 변화할 것이다. 열 확산 경로 길이가 비교적 짧을 경우에는 일반적으로 작은 핀 두께가 바람직하다.The preferred range of thermal path lengths for some specific salts is shown in Table 1 below. Although the tube face is also a contributing factor to the heat path, it will be appreciated that the tube wall is not considered as such a simplified path length determinant. Usually, a suitable and practical pin thickness will vary from about 0.07 mm to about 2 mm. Small fin thicknesses are generally preferred when the heat diffusion path length is relatively short.

핀 두께는 통상적으로 탈착 또는 흡착 접근온도에 비하여 핀에서의 온도 강하 또는 상승이 작게 되도록 설정된다. 열 경로 길이의 측정 또는 결정은 어떠한 3차원 반응 챔버에 대하여도 용이하게 결정될 수 있다. 제1도 및 제2도에 도시된 반응기 코어는 단지 예시를 위한 것이며, 미국특허 제5,298,231호에 도시되고 설명된 다른 반응기도 유용한 디자인의 예이다.Fin thickness is typically set such that the temperature drop or rise in the fin is small compared to the desorption or adsorption approach temperature. The measurement or determination of the thermal path length can be readily determined for any three dimensional reaction chamber. The reactor cores shown in FIGS. 1 and 2 are for illustration only and other reactors shown and described in US Pat. No. 5,298,231 are examples of useful designs.

핀 또는 열 교환기 또는 열 전도표면의 크기와 형상은 당해 분야의 전문가들에게 알려져 있는 일반적인 열전달 계산법을 기초로 한다. 예를 들어, 제3도를 참조로 하면, 도시된 열 교환기는 열교환유체 도관(30)을 따라 수직하게 방사방향으로 연장되는 다수개의 열 교환표면 또는 핀을 포함한다.The size and shape of the fin or heat exchanger or heat conduction surface is based on general heat transfer calculations known to those skilled in the art. For example, referring to FIG. 3, the illustrated heat exchanger includes a plurality of heat exchange surfaces or fins extending vertically along the heat exchange fluid conduit 30.

상기 플레이트 사이의 거리는, 평행하지 않은 인접한 플레이트 사이의 쐐기형 형상의 서로 다른 반응 챔버들로 인하여 변화된다. 그러나, 두개의 인접한 플레이트(36, 38) 사이의 평균거리는 각각의 플레이트의 내측 및 외측 모서리 사이의 중간 점에서 측정될 것이다. 핀 높이가 매우 낮거나 작은, 또는 핀 카운트가 작은 디자인의 반응기에서는 튜브 또는 플레이트와 같은 주요한 열전달 표면에 대한 염 또는 착화합물 분자의 근접성이 열 경로 길이를 결정하는데 있어 중요하게 될 것이다.The distance between the plates is varied due to the different reaction chambers in the wedge shape between adjacent non-parallel plates. However, the average distance between two adjacent plates 36, 38 will be measured at the midpoint between the inner and outer edges of each plate. In reactors with very low or small fin heights or small fin count designs, the proximity of salt or complex molecules to major heat transfer surfaces such as tubes or plates will be important in determining the thermal path length.

열 경로 길이의 측정 및 결정은, 열 교환 도관 또는 반응기를 통해 연장하는 도관으로부터 연장하며 그와 열 전달 관계에 있는 인접한 고체 핀 또는 반응 챔버 벽면의 형상 또는 크기와는 무관하게 수행될 수도 있다. 또한, 이러한 열 교환 표면, 벽 또는 핀은 보통 반응기 내에 반응 챔버 또는 챔버들을 형성 또는 한정하는 비통기성 반응기 모듈 벽을 포함한다.The measurement and determination of the heat path length may be performed irrespective of the shape or size of the adjacent solid fin or reaction chamber walls extending from the heat exchange conduit or conduit extending through the reactor and in heat transfer relationship therewith. In addition, such heat exchange surfaces, walls or fins usually comprise a non-breathing reactor module wall that forms or defines a reaction chamber or chambers within the reactor.

적절한 반응기 코어 디자인의 다른 예가 제4도 내지 제7도에 도시되어 있다. 제4도의 반응기 코어는, 핀 또는 플레이트(12, 14)와 통기성 벽(16) 사이에 형성된 흡착 층과 열 접촉 관계에 있는 반응기를 통해 열 전달 유체를 이송시키는 다중 튜브(10)를 이용하는 튜브 핀 반응기이다.Another example of a suitable reactor core design is shown in FIGS. 4-7. The reactor core of FIG. 4 is a tube fin using multiple tubes 10 to transfer heat transfer fluid through a reactor in thermal contact with an adsorption layer formed between fins or plates 12, 14 and the breathable wall 16. Reactor.

제5도에서는 내화벽돌 등과 같은 통기성 재료의 층(24)이 반응기 코어들(25, 27) 사이에 개재된다. 반응기는 원하는 만큼 많은 반응기 코어 및 통기성 재료의 다중 층들로 이루어진다. 내화벽돌은 반응기 핀 또는 플레이트(12)의 둘레를 따라 연장하여, 전체 반응기 코어를 감쌀 수도 있다.In FIG. 5 a layer 24 of breathable material, such as a firebrick, is interposed between the reactor cores 25, 27. The reactor consists of as many reactor cores and multiple layers of breathable material as desired. The refractory brick may extend along the circumference of the reactor pin or plate 12 to cover the entire reactor core.

제6도 및 제7도에는 기체 분배 수단(gas distribution means)의 다른 실시예를 나타내는 반응기 코어가 도시되어 있다. 제6도를 참조하면, 내화벽돌, 부석(pumice), 투과성 세라믹의 슬래브 또는 시트(sheets), 투과성 시멘트, 오픈 셀(open cell) 플라스틱 발포체 등과 같은 통기성 재료를 설치하기 위하여 반응기 플레이트(12)에 다수개의 세장형 슬롯(18)이 형성된다. 제7도를 참조하면, 상기 통기성 재료로 핀 디스크(22)가 흡착제 염의 층(20) 내에 이격된 상태로 구비되어 있다. 위의 두 실시예에서, 염 또는 착화합물의 매스를 통한 기체분배가 증강되며, 상세히 후술되는 바와 같이 물질 확산경로 길이, 특히 평균 물질 분배경로 길이가 감소 또는 최적화 됨에 따라 반응속도가 향상된다.6 and 7 show a reactor core representing another embodiment of gas distribution means. Referring to FIG. 6, a reactor plate 12 is installed in order to install breathable materials such as refractory bricks, pumice, slabs or sheets of permeable ceramic, permeable cement, open cell plastic foam, and the like. Multiple elongated slots 18 are formed. Referring to FIG. 7, the fin material 22 is provided with the breathable material spaced apart in the layer 20 of the adsorbent salt. In the above two embodiments, the gas distribution through the mass of the salt or complex is enhanced, and the reaction rate is improved as the material diffusion path length, in particular the average material distribution path length, is reduced or optimized, as described in detail below.

제8도에 도시된 반응기 코어 디자인은 필 플레이트(42) 사이에 흡착제 염의 층(44)을 내장하는 내부 코어를 포함한다. 반응기 코어 중심부는 통기성 재료(내화벽돌 등)로 된 부재(46)를 함유하는데, 이는 모두 반경방향으로 연장된 다수개의 외부 열교환 핀(50)이 구비된 반응기 벽(48) 내에 내포된다. 이와 같은 반응기 디자인은 공랭식 반응기 시스템에 특히 적합하다. 뾰족한(tapered) 또는 나선형(spiral) 핀 등과 같은 다른 열전달 핀 플레이트 디자인 및 형상도 또한 반응기 코어 구성에 사용될 수가 있다.The reactor core design shown in FIG. 8 includes an inner core that houses a layer 44 of adsorbent salt between the fill plates 42. The reactor core center contains a member 46 of breathable material (such as refractory brick), all contained within the reactor wall 48 with a plurality of radial heat exchange fins 50 extending radially. This reactor design is particularly suitable for air cooled reactor systems. Other heat transfer fin plate designs and shapes, such as tapered or spiral fins, can also be used in reactor core construction.

이상 설명한 바와 같이, 열 확산경로 길이가 매우 중요한 인자이기는 하지만, 물질 확산경로 길이, 즉 흡착인자 또는 분자로의 또는 그로부터의 냉매 분자의 경로 길이 또한 본 발명에 따라 부피 팽창을 제한함으로써 반응 생성물 매스의 밀도가 제어되는 반응기 또는 반응기 챔버에서는 극히 중요하다.As explained above, although the length of the thermal diffusion path is a very important factor, the length of the material diffusion path, ie the path length of the refrigerant molecules to or from the adsorption factors or molecules, also depends on the volume expansion of the reaction product mass by limiting volume expansion in accordance with the present invention. This is extremely important in reactors or reactor chambers where the density is controlled.

본 발명에 따라 높은 반응속도를 얻기 위하여, 반응기 또는 반응장치는 비교적 짧은 시간주기 내에 흡착제 매스 안에서 상당한 양의 냉매를 이동시킬 수 있도록 디자인되어야 한다. 따라서, 반응기의 물질 확산경로 길이는 가장 중요하다. 물질 확산경로 길이는 흡착제 매스(반응 챔버 또는 모듈)로 기체를 도입하는 점 또는 면으로부터 챔버의 반대쪽 단부 또는 벽까지 사이의 거리를 측정하여 결정되는데, 이것은 흡착 및 탈착 사이클 중에 착화합물의 분자 또는 입자로 그리고 그로부터 기체가 반드시 이동하여야 하는 최대 거리를 나타낸다.In order to achieve high reaction rates in accordance with the present invention, the reactor or reactor must be designed to be able to move a significant amount of refrigerant in the adsorbent mass within a relatively short time period. Therefore, the material diffusion path length of the reactor is most important. The material diffusion path length is determined by measuring the distance between the point or face of gas introduction into the adsorbent mass (reaction chamber or module) from the opposite end or wall of the chamber to the molecules or particles of the complex during the adsorption and desorption cycle. And the maximum distance from which the gas must travel.

예를 들어, 2차원 반응기가 단순화되어 도시되어 있는 제2도를 참조하면, 기체가 반응챔버로 유출 및 유입하는 통기성벽(16)이 열교환 핀의 외측 모서리 주위로 연장되어 있다. 통기성벽으로부터 도관(10)을 따라 반응챔버의 반대쪽 내측면까지 이르는 거리는 치수 “B”이며, 이것은 용이하게 측정 및 결정될 수 있다. 또한, 제3도를 참조하면, 최대 물질 확산경로 길이 치수는 반응기 핀의 각각의 외측 모서리와 도관(30)을 따라 연장된 내부 핀 모서리 사이의 거리가 될 것이다. 그리고, 상기 치수는 어떠한 반응기 챔버 크기 및 형상에 대하여도 용이하게 결정된다. 그러나, 기대되는 바람직한 또는 최적의 물질 확산경로 길이를 결정하는 데 있어서 중요한 고려사항으로 기체가 반응챔버 안의 흡착제 매스로 그리고 그로부터 이송되는 기체 분배수단, 즉 포트(port), 벤트(vent) 등에 대한 흡착제 입자의 전체 매스를 반드시 감안하여야 한다.For example, referring to FIG. 2, which is a simplified illustration of a two-dimensional reactor, a breathable wall 16 through which gas flows into and out of the reaction chamber extends around the outer edge of the heat exchange fins. The distance from the breathable wall along the conduit 10 to the opposite inner side of the reaction chamber is dimension “B”, which can be easily measured and determined. Also, referring to FIG. 3, the maximum material diffusion path length dimension will be the distance between each outer edge of the reactor fin and the inner fin edge extending along the conduit 30. And the dimensions are easily determined for any reactor chamber size and shape. However, an important consideration in determining the expected desired or optimal material diffusion path length is that the gas is transferred to and from the adsorbent mass in the reaction chamber, ie the adsorbent for the gas distribution means, ie ports, vents, etc. The total mass of the particles must be taken into account.

흡착위치로의 그리고 그로부터의 수착제 매스를 통한 냉매의 흐름은 단순히 다공성 매체를 통한 기체 통기성 또는 침투(penetration)에만 의존하는 것이 아니며, 제한된 부피에 함유된 밀도 높은 생성물 매스를 통한 기체침투에만 의존하는 것도 아니다. 그 대신, 본 화학수착 반응공정에서, 착화합물 흡착제는 기체분자를 배위하고 흡착함에 따라 공정에 걸쳐 그 성질이 변화한다. 배위는 보통 하나 이상의 배위권에서 착화합물에 흡착된 극성 기체이기 때문에, 수착속도는 배위 위치 덮임률에 의하여 그리고 흡착 중에 유입되는 극성기체 분자를 향한 배위된 극성기체 분자의 축적으로 인한 차폐(shielding)에 의하여 영향을 받는다. 따라서, 물질흐름경로 길이 또는 평균 물질 확산경로는 본 발명에 따른 높은 반응 속도 그리고 전력 밀도를 얻기 위하여 극히 중요하고 결정적인 것이 된다. 그러므로, 어떠한 반응기에서건 흡착제 입자로의 최대 물질전달 거리 외에도, 매스의 모든 입자들로 그리고 그로부터 이동하여야 하는 기체의 평균(average) 또는 평균(mean) 거리도 반드시 고려되어야 한다.The flow of refrigerant through and from the sorbent mass to and from the adsorption site is not merely dependent on gas permeability or penetration through the porous medium, but only gas permeation through the dense product mass contained in the limited volume. Nor is it. Instead, in the chemical sorption reaction process, the complex adsorbent changes its properties over the process by coordinating and adsorbing gas molecules. Since the coordination is usually a polar gas adsorbed to the complex in one or more coordination zones, the sorption rate is dependent on the shielding position due to the coordination site coverage and the accumulation of coordinated polar gas molecules towards the polar gas molecules introduced during the adsorption. Are affected. Thus, the material flow path length or average material diffusion path is extremely important and crucial for obtaining high reaction rates and power densities according to the present invention. Therefore, in addition to the maximum mass transfer distance to the adsorbent particles in any reactor, the average or mean distance of the gas that must travel to and from all particles of the mass must also be considered.

본 명세서에 있어서, 물질 확산경로 길이 또는 거리라는 용어는, 모든 입자로부터 화합물과 접하는 (bodering) 통기성면, 기체 분배 유입부, 유출부 또는 다른 기체분배 수단까지의 최단 거리의 전체 입자에 대한 대수 평균으로 정의된다.In this specification, the term material diffusion path length or distance is an algebraic mean for all particles of the shortest distance from all particles to a breathing surface, gas distribution inlet, outlet or other gas distribution means, contacting the compound. Is defined.

상기 식에서 di는 i번째 입자로부터 통기성 면까지의 최단거리 그리고 n은 입자의 개수이다.Where d i is the shortest distance from the i th particle to the breathable plane and n is the number of particles.

본 발명에 따르면, 각각의 흡착 및 탈착 사이클에 대하여 약 30분 미만, 바람직하게는 20분 미만에 이론적으로 얻을 수 있는 상당한 양의 냉매 배위권을 수착하는 급속한 흡착 및 탈착반응에 있어서, 평균 물질 확산경로 길이는 15mm 미만, 바람직하게는 약 13mm 미만, 더욱 바람직하게는 8mm 미만이다. 이와 같은 임계적 요구를 충족시키기 위하여, 흡착제가 존재하는 장치의 반응기 또는 반응 챔버 및, 기체 분배 구성성분, 즉 튜브, 반응기벽, 통로(channel), 유입부, 포트, 벤트 등은 이와 같은 반응기에서 위에 정의한 바와 같이 평균 물질 확산경로가 15mm 이하가 되도록 설계되는 것이 바람직하다. 본 명세서에 개시된 바람직한 염의 그룹에 대하여, 가장 바람직한 평균 물질 확산경로 길이는 3 내지 7mm이다. 몇몇 특정한 염에 대한 특정한 바람직한 평균 물질 확산경로 길이 범위가 하기 표 1에 제시되어 있다.According to the present invention, the average mass diffusion in rapid adsorption and desorption reactions that sorb a significant amount of refrigerant coordination theoretically obtainable in less than about 30 minutes, preferably less than 20 minutes, for each adsorption and desorption cycle. The path length is less than 15 mm, preferably less than about 13 mm, more preferably less than 8 mm. In order to meet this critical requirement, the reactor or reaction chamber of the device in which the adsorbent is present and the gas distribution components, such as tubes, reactor walls, channels, inlets, ports, vents, etc., are employed in such reactors. As defined above, the average material diffusion path is preferably designed to be 15 mm or less. For the preferred group of salts disclosed herein, the most preferred average material diffusion path length is 3-7 mm. Specific preferred average material diffusion path length ranges for some specific salts are shown in Table 1 below.

이상으로부터, 바람직한 핀 깊이와 반응챔버 높이의 치수으로 된 반응챔버(모듈)를 구비하는 반응기의 선택 또는 디자인에 의하여 열 및 물질 확산경로 길이가 변경 또는 변화될 수 있음이 명백할 것이다. 핀 카운트, 또는 반응기 단위 길이 당 핀의 개수가 증가하면 시스템의 열전도도를 증가시키고 열경로 길이를 감소시킬 것이다.From the above, it will be apparent that the heat and material diffusion path lengths can be altered or varied by the choice or design of reactors having reaction chambers (modules) with dimensions of the desired fin depth and reaction chamber height. Increasing the pin count, or the number of fins per reactor unit length, will increase the thermal conductivity of the system and reduce the length of the thermal path.

이와 유사하게, 물질 확산경로 길이도, 교대되는 흡착 및 탈착반응 단계 중에 기체 반응물이 통과하는 통기성 수단과 반응챔버의 반대쪽 내측 단부 사이의 거리를 더 크게 하거나 더 작게 한 반응기를 선택 또는 디자인함에 의하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 추가의 슬롯, 기체 배관(tubing) 또는 내화벽돌, 다공성 시멘트, 소결 금속 또는 세라믹 등과 같은 통기성 재료가 물질 확산경로 길이를 감소시키기 위하여 기체 유입부 및 유출부 노출을 증가시키기 위한 반응기 어셈블리 디자인에 사용될 수도 있다.Similarly, the material diffusion path length is also chosen by selecting or designing a reactor with a greater or smaller distance between the breathable means through which the gaseous reactants pass and the opposite inner end of the reaction chamber during the alternate adsorption and desorption reaction steps. Can be. For example, additional slots, gas tubing or breathable materials such as refractory bricks, porous cements, sintered metals or ceramics, etc. may be used to increase gas inlet and outlet exposure to reduce material diffusion path lengths. May be used in design.

반응기 또는 반응챔버 형상의 디자인 또는 선택에 있어서, 위의 두 가지 변수가 최적 또는 바람직한 반응속도를 부여하는 바람직한 열확산 및 물질확산 경로 길이로 된 반응챔버를 구비하는 반응기를 제공하기 위하여 고려되고 선택될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라, 바람직한 반응속도 그리고 전력 밀도를 얻을 수 있는 최적의 반응기는 이상 제시된 바와 같은 열적(열) 및 물질확산 경로 길이를 모두 가질 것이다.In the design or selection of the reactor or reaction chamber shape, the above two parameters can be considered and selected to provide a reactor having a reaction chamber with a desired thermal diffusion and mass diffusion path length that confers an optimum or desired reaction rate. have. Thus, in accordance with the present invention, an optimal reactor capable of obtaining the desired reaction rate and power density will have both thermal (thermal) and mass diffusion path lengths as set forth above.

본 발명에 따라 반응기 모듈 또는 반응챔버 치수를 최적화하기 위한 반응기 코어의 디자인에 있어서, 반응속도의 견지에서는 비교적 짧은 기체 확산경로가 바람직하지만, 흡착제에 대한 열 교환기 장치의 중량비는 금지될 수도 있다. 위와 같은 특징의 균형을 맞추기 위하여 아래와 같은 원칙이 적용될 수가 있다.In the design of reactor cores for optimizing reactor module or reaction chamber dimensions in accordance with the present invention, a relatively short gas diffusion path is preferred in terms of reaction rate, but the weight ratio of the heat exchanger device to the adsorbent may be prohibited. To balance the above characteristics, the following principles can be applied.

열전달 표면 연장부는 착화합물에 있어서의 경우보다 작은 기체흐름 저항성을 가지는 열전도성 및 통기성 재료로 제작될 수 있다. 이와 같은 이점을 얻기 위해, 반응기 코어 핀 플레이트 자체는 기체를 핀 또는 플레이트 면을 통해 핀 플레이트의 각각의 측면에 또는 그와 접촉하는 흡착제의 층에 직접 전도하도록 설계될 수 있다.The heat transfer surface extensions can be made of heat conductive and breathable materials with less gas flow resistance than in the case of complex compounds. To achieve this advantage, the reactor core fin plate itself can be designed to conduct gas directly through the fin or plate face to the layer of adsorbent on or in contact with each side of the fin plate.

적절한 핀 플레이트 재료의 예로는 소결 및 분말소결 금속, 금속 발포체, 또는 고전도성 비금속 세라믹 또는 다른 다공성재료가 포함될 수 있다. 열전달 및 기체분배 모두에 대해 이러한 핀 플레이트를 사용하면, 물질분배 면을 포함하는 핀 또는 플레이트(12, 14)에 관하여는 치수 “A”가 열 및 물질전달 경로 거리 양자로서 고려되기 때문에, 예를 들어, 특히 제2도의 거리 “B”에 대하여 상기 물질전달 거리는 더 이상 적용되지 않는다.Examples of suitable pin plate materials may include sintered and powder sintered metals, metal foams, or highly conductive nonmetal ceramics or other porous materials. Using such a fin plate for both heat transfer and gas distribution, since the dimension “A” is considered as both heat and mass transfer path distance with respect to the fins or plates 12, 14 including the mass distribution face, For example, the mass transfer distance no longer applies, especially with respect to distance “B” in FIG. 2.

둘째, 열 및 물질수송 양자에 대해 통기성 반응기 핀 플레이트를 사용하는 것이 바람직하지 않은 경우에는, 제7도에 도시되어 있는 바와 같이, 반응기 핀 플레이트 사이에 이격 구비된 통기성 디스크가 사용될 수 있다. 이러한 고체 반응물 및 기체 냉매에 적합한 통기성 디스크 재료는 낮은 기체 저항성을 제공하며, 고체 흡착제를 통한 기체분배를 증강시키고 그에 기여한다.Second, if it is not desirable to use a breathable reactor pin plate for both heat and mass transport, as shown in FIG. 7, a breathable disc with spaces between the reactor pin plates can be used. Breathable disc materials suitable for these solid reactants and gaseous refrigerants provide low gas resistance and enhance and contribute to gas distribution through the solid adsorbent.

착화합물을 통한 기체 확산을 증가시키기 위한 3번째 수단은, 혼합물과 함께 염에 첨가된 후 반응기 코어 안으로 유입되는 통기성 또는 다공성 재료를 사용하는 것이다. 특히 흥미 있는 것은 흡착제 염과 혼합될 수 있으며 염 및 착화합물 매스를 통한 기체의 방향성 흐름을 제공하는 형상(geometries)을 가지는 재료이다. 이러한 재료는 본 명세서에서는 기체 방향성 흐름 혼합물(admixture) 성분 또는 기체분배 혼합물 조성물(compositions)이라고 칭한다.A third means for increasing gas diffusion through the complex is to use a breathable or porous material that is added to the salt with the mixture and then flows into the reactor core. Of particular interest are materials that can be mixed with adsorbent salts and have geometries that provide a directional flow of gas through the salts and complex masses. Such materials are referred to herein as gas directional flow mixture components or gas distribution mixture compositions.

이러한 재료는, 착화합물 또는 착화합물을 함유하는 혼합물의 수착 위치로 또는 그로부터의 전체 기체 또는 냉매 전달을 증대시키기 위하여 사용될 수 있고, 흡착 그리고/또는 탈착 중에, 통기성이고 착화합물 흡착제보다 낮은 기체 수송 저항성을 가지는 마이크로-튜브(micro-tubes) 또는 다른 적절한 형상으로 된 재료와 같은 세장형 또는 확장된 미세다공성면을 구비하는 성분을 포함한다. 이러한 재료의 예로는 오픈 셀 금속, 플라스틱 또는 세라믹 발포체, 다공성 시멘트, 세라믹, 소결금속과 분말소결금속(철 또는 비철), 천공(perforated) 금속 또는 튜빙, 와이어 우븐(wire woven) 튜빙 등이 포함되며, 이들은 모두 통기성이다.Such materials can be used to enhance the total gas or refrigerant delivery to or from the sorption sites of complexes or mixtures containing complexes and are breathable and adsorption and / or lower gas transport resistance than complex adsorbents during adsorption and / or desorption. A component having an elongated or expanded microporous surface, such as micro-tubes or other suitable shaped material. Examples of such materials include open cell metals, plastic or ceramic foams, porous cements, ceramics, sintered and sintered metals (ferrous or nonferrous), perforated metals or tubing, wire woven tubing, and the like. These are all breathable.

소결 및 분말소결금속 그리고 천공 튜빙의 대표적인 공급업자는 Pacific Sintered Metals and Perforated Tubes, Inc. 이다. 보강튜빙의 공급업자는 Tylinter이다. Zircar Fibrous Ceramics는 지르코니아, 알루미나, 알루미나-실리카, Y2O3, Ta2O5, HfO2및 CeO2와 같은 세라믹의 제조업자이다.Representative suppliers of sintered and sintered metals and perforated tubing are Pacific Sintered Metals and Perforated Tubes, Inc. to be. The supplier of reinforcement tubing is Tylinter. Zircar Fibrous Ceramics is a manufacturer of ceramics such as zirconia, alumina, alumina-silica, Y 2 O 3 , Ta 2 O 5 , HfO 2 and CeO 2 .

분말소결 및 소결부재는 강, 스텐레스강 및 니켈, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐 등과 같은 여러 합금의 형태로 입수할 수 있으며, 천공 금속 튜빙은 알루미늄, 강, 스텐레스강, 모넬(monel) 및 여러 다른 합금의 형태로 입수할 수 있다. 튜빙 또는 다공성 스틱(sticks)을 포함하는 와이어 보강 재료는 거의 대부분의 금속, 플라스틱, 세라믹 등의 형태로 입수할 수 있다. 분말소결, 소결 또는 보강 마이크로-튜브를 위하여 선택된 특정 금속 또는 조성물 재료는 공정 조건하에서 기체 및 흡착제와 병용될 수 있는 한 특별히 결정적으로 중요한 것은 아니다. 몇몇 경우에 있어서, 이러한 성분이 열전도를 또한 증대시키고자 하는 것이라면 열전도도가 높은 재료가 바람직하다.Powder sintered and sintered members are available in the form of steels, stainless steels and other alloys such as nickel, chromium, molybdenum, tungsten, etc. Perforated metal tubing is available in aluminum, steel, stainless steel, monel and many other alloys. Available in form. Wire reinforcement materials, including tubing or porous sticks, are available in almost all forms of metals, plastics, ceramics, and the like. The particular metal or composition material selected for powder sintering, sintering or reinforcing micro-tubes is not particularly critical as long as it can be combined with gases and adsorbents under process conditions. In some cases, materials with high thermal conductivity are preferred if such components are also intended to increase thermal conductivity.

기체 방향성 흐름 혼합물 성분에 사용되는 특정 재료가 결정적으로 중요한 것은 아니지만, 어떠한 재료에 있어서는 그 형상, 예를 들어 튜브, 디스크, 와이어, 플레이트 또는 시트에 무관하게 홀(hole) 또는 포어(pore)의 크기가 중요한 요건이다. 흡착제의 입자 크기로 인해 그리고 기체 분배 포어로의 고체이동이 방지되어야 하기 때문에, 바람직한 기체 분배 포어 또는 개구부는 100 마이크론 미만이고, 50마이크론 미만인 것이 더욱 바람직하며, 얇은 면커버가 상기 고체이동에 대한 기체 분배 성분의 벌크(bulk)를 보호하지 않는 한 어떠한 경우에도 상기의 고체 이동 그리고 포어의 폐색(occlusion) 또는 막힘(plugging)을 방지하기 위한 것보다 커서는 안 된다.Although the particular material used for the gas directional flow mixture component is not critically important, for some materials the size of the hole or pore irrespective of its shape, e.g. tube, disk, wire, plate or sheet. Is an important requirement. Because of the particle size of the adsorbent and the migration of solids into the gas distribution pores, the preferred gas distribution pores or openings are less than 100 microns, more preferably less than 50 microns, and a thin face cover is preferred for the gas for solids migration. In no case should it be larger than to prevent the solid migration and occlusion or plugging of the pore unless the bulk of the dispensing component is protected.

전술한 디스크, 튜브 그리고 와이어 성분에 대한 통상적인 치수는 최소 지름 또는 약 0.1mm이고 바람직하게는 이보다 큰 디스크 두께이다. 기계적인 이유 때문에 디스크 두께는 적어도 상기한 정도는 되어야 한다. 최대 두께 한계는 기술적으로 제한되어야 할 필요는 없으나 실제적인 이유로 인하여 튜브 및 와이어에 대해서는 4mm, 디스크 및 시트에 대하여는 5mm, 플레이트에 대하여는 10mm 보다 큰 두께는 종종 전혀 이점이 없다.Typical dimensions for the aforementioned disk, tube and wire components are a minimum diameter or about 0.1 mm and preferably a greater disk thickness. For mechanical reasons the disk thickness should be at least as above. The maximum thickness limit need not be technically limited, but for practical reasons thicknesses greater than 4 mm for tubes and wires, 5 mm for disks and sheets, and 10 mm for plates are often of no benefit.

이러한 기체 방향성 흐름 혼합물 성분은 예를 들어 미소한 퍼센트까지 그리고 약 30%까지의 유효한 양으로 흡착제 염 조성물로 유입되어 혼합될 수 있으며, 반응기 코어내의 가장 바람직한 그리고 가장 먼 흡착제 입자로 기체를 효율적으로 전달하기 위한 방향을 가질 수 있다. 기체분배 혼합물 성분에 기체가 도달하기 이전에 착화합물을 통한 과잉 전달을 방지하기 위하여 반응기체(냉매) 분위기와 접촉하거나 또는 적어도 비교적 근접한 위치에 이러한 성분을 위치시킴으로써 기체분배 또는 물질확산계면(interface)이 실제적으로 기체분배 혼합물 성분과 착화합물의 계면 또는 경계가 되도록 하는 것도 바람직하다.Such gas directional flow mixture components can be introduced into and mixed with the adsorbent salt composition, for example in effective amounts of up to a minor percentage and up to about 30%, efficiently delivering gas to the most preferred and farthest adsorbent particles in the reactor core. It may have a direction to. By placing these components in contact with or at least relatively close to the atmosphere of the reactor (refrigerant) atmosphere to prevent overdelivery through the complex before gas reaches the gas distribution mixture components, the gas distribution or mass diffusion interface can be In practice, it is also desirable to provide an interface or boundary between the gas distribution mixture component and the complex compound.

“최적”의 반응기 모듈 또는 반응 챔버 치수 그리고 핀 높이 및/또는 카운트 또는 수착제 밀도는 장치가 사용되어야 하는 공정 변수로 인해 변화하게 될 것임을 이해하고 인식하여야 한다. 예를 들어, 장치가 열 펌프에 사용되어야 하는 경우에는, 핀 카운트, 핀 높이 등을 포함하는 최적 반응 챔버 치수 및/또는 형상은 열 에너지 저장 또는 저온의 냉동기 환경에서 사용되는 반응챔버와는 매우 다를 수 있다.It is to be understood and appreciated that the “optimal” reactor module or reaction chamber dimensions and the fin height and / or count or sorbent density will vary due to the process variables in which the device should be used. For example, where the device is to be used in a heat pump, the optimum reaction chamber dimensions and / or shapes, including pin count, fin height, etc., are very different from those used in thermal energy storage or low temperature freezer environments. Can be.

열 펌프에 있어서 반응 사이클 시간이 비교적 짧고, △P가 통상적으로 약 1바 이상이고, 근접온도 △T가 통상적으로 약 10°와 30°K 이상의 사이인 경우에는, 열 및 물질 전달의 양자의 최적화가 매우 중요하다. 한편, △P가 종종 1바 보다 작고, 통상적으로 약 0.15와 약 0.6바 사이이며, △T는 종종 4°와 8°K 사이인 열 에너지 저장 시스템에 대하여는, 물질확산경로길이(물질전달)의 기준이 열전달보다 현저히 큰 중요성을 가진다.For heat pumps, when the reaction cycle time is relatively short, ΔP is typically about 1 bar or more, and the near temperature ΔT is typically between about 10 ° and 30 ° K or more, optimization of both heat and mass transfer Is very important. On the other hand, for thermal energy storage systems where ΔP is often less than 1 bar, typically between about 0.15 and about 0.6 bar, and ΔT is often between 4 ° and 8 ° K, the material diffusion path length (mass transfer) The criterion is of significantly greater importance than heat transfer.

이와 유사하게, 저온 냉동기 장치에 적용함에 있어서 영하 70℉ 범위의 냉각온도를 얻기 위하여, 압력접근(△P)은 통상적으로 약 0.1 bar로 매우 낮으며, 장치의 열전달 특성에 비하여 물질확산경로길이가 훨씬 중요하다.Similarly, to achieve a cooling temperature in the sub-70 ° F. range in a low temperature freezer device, the pressure approach (ΔP) is typically very low, about 0.1 bar, and the material diffusion path length compared to the heat transfer characteristics of the device. Much more important.

그러므로, 이러한 시스템에서는 물질전달 또는 물질확산 경로를 최적화하기 위하여 비교적 짧은 물질전달경로 및/또는 낮은 화합물 밀도를 가진 장치를 설계하는 것이 필요하거나 바람직하다. 따라서, 당해 분야의 전문가에게는 반응기 모듈 또는 반응챔버의 최적화는 전술한 변수를 감안하여 장비의 사용목적을 고려하여야 함이 자명할 것이다.Therefore, in such systems it is necessary or desirable to design devices with relatively short mass transfer pathways and / or low compound densities to optimize mass transfer or mass diffusion pathways. Thus, it will be apparent to those skilled in the art that the optimization of the reactor module or reaction chamber should take into account the purpose of use of the equipment in view of the aforementioned variables.

결정되어야 할 또 다른 변수는, 반응챔버공동 단위 부피당의 염의 매스, 또는 반응기로 유입되는 고체 입자성 금속염의 적재(loading) 밀도 및 착화합물로 그리고 그로부터 기체 반응물을 흡착 및 탈착시키기 위한 최적 또는 바람직한 반응속도를 얻기 위한 종국적인 착화합물 반응생성물의 최적밀도이다.Another variable to be determined is the mass of salts per unit volume of the reaction chamber cavity, or the loading density and complex of solid particulate metal salts entering the reactor, and the optimum or desired reaction rate for adsorbing and desorbing gaseous reactants therefrom. The optimum density of the final complex reaction product to obtain.

부피가 고정된 반응기에서 착화합물의 바람직한 또는 최적의 밀도를 얻기 위하여, 반응 챔버 안으로 유입되는 비반응 염의 양 또는 부피는, 수착 공정 반응 중에 착화합물 반응물질 구조가 생성될 때 바람직한 밀도를 갖는 새롭게 형성된 착화합물 구조 조성물로 채워진 각 반응 챔버 또는 모듈에서 부피팽창이 일어날 수 있을 만큼 충분하여야 한다.In order to obtain the desired or optimal density of the complex in a fixed volume reactor, the amount or volume of unreacted salt flowing into the reaction chamber is such that the newly formed complex structure has a desired density when the complex reactant structure is produced during the sorption process reaction. It should be sufficient to cause volume expansion in each reaction chamber or module filled with the composition.

일반적으로 생성된 착화합물의 밀도는 초기 반응 이전의 염의 밀도보다 낮게 될 것인데, 완전히 흡착된 착화합물의 밀도는 종종 높다. 또한, 착화합물의 밀도는 운전조건, 즉 압력 및 부피에 따라 변화할 것이다. 각각의 염과 착화합물은 다른 온도와 압력에서는 다소 다르게 반응할 것이다. 그러므로, 착화합물의 평형 압력 그리고 접근 압력과 더불어 이러한 운전조건을 반드시 감안하여야 한다. 따라서, 이러한 운전조건 하에서의 각각의 착화합물에 대한 최적 밀도도 독립적으로 결정되어야 한다.In general, the density of the resulting complex will be lower than that of the salt prior to the initial reaction, with the density of the fully adsorbed complex often being high. In addition, the density of the complex will vary depending on the operating conditions, ie pressure and volume. Each salt and complex will react somewhat differently at different temperatures and pressures. Therefore, these operating conditions must be taken into account together with the equilibrium pressure and the approach pressure of the complex. Therefore, the optimum density for each complex under these operating conditions must also be determined independently.

본 발명에 따라, 열교환 공동에서 암모니아와 반응하는 흡착제 염의 적재 밀도는 0.2와 1.0g/cc 사이인 것이 바람직하고, 0.3과 0.8g/cc 사이인 것이 더욱 바람직하나, 높은 벌크 및 주입 밀도를 가지는 염에 대하여는, 적재밀도가 분자량)이 비교적 높은 흡착제에 대하여는 특히 1g/cc를 초과할 수가 있다.According to the invention, the loading density of the adsorbent salt reacting with ammonia in the heat exchange cavity is preferably between 0.2 and 1.0 g / cc, more preferably between 0.3 and 0.8 g / cc, but with a high bulk and injection density With respect to the adsorbent having a relatively high molecular weight), the adsorbent may exceed 1 g / cc.

그러나, 본 발명에 따르면, 이러한 밀도 범위도 또한 위에 개시된 열 및 물질전달변수들을 고려하여야 한다. 그러므로, 전술한 한계 내에 있는 염 밀도의 선택은, 본 명세서에 제시되고 설명된 열 확산경로 길이 및/또는 물질확산경로길이를 가지는 반응기 또는 반응챔버에 사용되어야 한다.However, according to the present invention, this density range should also take into account the heat and mass transfer variables disclosed above. Therefore, selection of salt densities that fall within the aforementioned limits should be used for reactors or reaction chambers having a thermal diffusion path length and / or a material diffusion path length presented and described herein.

암모니아 냉매 시스템에 사용된 몇몇 특정한 흡착제 염에 대한 바람직한 적재밀도 범위가 또한 하기 표 1에 제시되어 있다. 그리고, 상기 밀도는, 전술한 변수의 범주 외의 열 그리고/또는 물질확산경로길이를 가지는 반응기에 사용하는데 있어 절대적이거나 또는 독립적이도록 의도된 것은 아니라는 것임이 이해되어야 한다.Preferred load density ranges for some specific adsorbent salts used in the ammonia refrigerant system are also shown in Table 1 below. And it should be understood that the density is not intended to be absolute or independent for use in reactors having heat and / or material diffusion path lengths outside the scope of the aforementioned parameters.

표에 나타나 있는 수치는 NH3배위 단계(coordination steps)의 주어진 범위에 걸쳐 암모니아 착화합물에 대한 착화되지 않은 염의 흡착제 밀도이다. 주어진 압력은, 시스템 증발기에 의해 통상 사용되거나 조우되는 것이거나, 또는 다른 시스템 반응기에 대한 또는 응축기 또는 다른 흡착 반응기에 대한 탈착반응기의 압력에 해당된다. 밀도 값은 gram/cc로 주어져 있으며, 평균 물질확산경로길이와 열경로 길이 값은 밀리미터 단위로 주어진다.The values shown in the table are the adsorbent densities of uncomplexed salts for the ammonia complex over a given range of NH 3 coordination steps. The pressure given is the one normally used or encountered by the system evaporator, or corresponds to the pressure of the desorption reactor for another system reactor or for a condenser or other adsorption reactor. Density values are given in grams / cc and mean mass diffusion length and thermal path length values are given in millimeters.

만일, 염 적재밀도가 완전한 기체 흡입(uptake)에 대해 불충분한 부피로 되는 값을 초과하는 경우에는 실제적인 기체 흡입은 배위단계보다 작을 수도 있다.If the salt loading density exceeds a value that results in insufficient volume for complete gas uptake, the actual gas uptake may be less than the coordination step.

Cr, Cu, Zn, Sn, Al, Na, K, Sr, Ca, Co, Fe, Ba, Mn, Mg, Li, Ni 중의 적어도 하나의 금속을 가진 다중 금속 염화물 염과 CuCl, CuCl2, SnCl2, AlCl3NaCl, KCl, FeCl2의 암모니아 착화합물:Multimetal chloride salts with at least one metal of Cr, Cu, Zn, Sn, Al, Na, K, Sr, Ca, Co, Fe, Ba, Mn, Mg, Li, Ni and CuCl, CuCl 2 , SnCl 2 , AlCl 3 NaCl, KCl, FeCl 2 , Ammonia Complex:

Cr, Cu, Sn, Zn, Al, Na, K, Fe의 브롬화물, 요오드화물, 황산염, 질산염, 과염소산염과, Cr, Cu, Zn, Sn, Al, Na, K, Sr, Ca, Co, Fe, Ba, Mn, Mg, Li, Ni 중의 적어도 하나의 금속을 가진 다중 금속 흡착제와, 다중 음이온염:Bromine, Iodide, Sulfate, Nitrate, Perchlorate of Cr, Cu, Sn, Zn, Al, Na, K, Fe, Cr, Cu, Zn, Sn, Al, Na, K, Sr, Ca, Co, A multimetal adsorbent having at least one metal of Fe, Ba, Mn, Mg, Li, Ni, and polyanionic salts:

주어진 압력과 온도에서, 낮은 분자량을 가진 염은 낮은 적재밀도에서, 그리고 높은 분자량을 가진 염은 높은 적재밀도에서 최적화 되는 경향이 있음을 발견하였다.At a given pressure and temperature, it was found that salts with low molecular weight tend to be optimized at low loading densities and salts with high molecular weight.

또한, 약 200 이상의 분자량 그리고 더욱 중요하게는 리터 당 약 1 킬로그램보다 큰 주입 밀도를 가지는 몇몇 염, 예를 들어 몇몇 브롬화물, 요오드화물, 옥살산염, 황산염에 대하여 시스템이 2.75∼3.0 bar(40∼45 psia)보다 큰 범위에서 운전되어야 하는 경우에, 상기 염은 제한된 팽창부피에서 계속 팽창되기에 충분할 정도로 조밀하기 때문에 약 1.0 g/cc 이상 1.8∼1.9 g/cc까지의 적절한 적재밀도가 사용될 수 있다.In addition, for some salts having a molecular weight of greater than about 200 and more importantly greater than about 1 kilogram per liter, for example some bromide, iodide, oxalate, sulfate, the system is 2.75 to 3.0 bar (40 to If the salt must be operated in a range larger than 45 psia), an appropriate loading density of from about 1.0 g / cc to 1.8 to 1.9 g / cc may be used since the salt is dense enough to continue to expand at limited expansion volumes. .

또한, 상기 염에 대해 그리고 상기 높은 압력에서의 사용에 대해, 물질확산 경로길이는 2 또는 3mm 만큼 증가될 수도 있다. 더욱이, 물, 알코올(메탄올, 에탄올, 프로판올) 그리고 아민(메탈아민, 에틸아민, 디아민)과 같은 저압 냉매인 경우, 최적 밀도 및/또는 확산경로는 통상적으로 암모니아에 비하여 낮다.In addition, for the salt and for use at the high pressure, the mass diffusion path length may be increased by 2 or 3 mm. Moreover, in the case of low pressure refrigerants such as water, alcohols (methanol, ethanol, propanol) and amines (metalamines, ethylamines, diamines), the optimum density and / or diffusion paths are typically lower than for ammonia.

선택된 염 및 극성 기체에 따라 생성될 착화합물의 팽창 특성, 사용될 동작조건 및 반응챔버 또는 챔버들의 독립적인 기체 확산경로와 열확산경로 치수의 측정 및 결정을 숙지하고 있는 당해 분야의 전문가는, 본 발명에 따라 밀도를 결정하는 반응챔버 안으로 도입되어야 할 개시, 미반응 입자형 금속염의 양도 결정할 수 있을 것이다.Those skilled in the art who are familiar with the measurement and determination of the expansion properties of the complexes to be produced, the operating conditions to be used and the independent gas diffusion and thermal diffusion path dimensions of the reaction chamber or chambers, depending on the selected salt and polar gas, The amount of initiating, unreacted particulate metal salt to be introduced into the reaction chamber to determine the density may also be determined.

결합된 물질확산 및 열전달 공정의 착화성질로 인해, 그리고 바람직한 시스템 특성을 얻기 위해 전술한 다른 변수들을 감안하면, 시스템의 최적화는 일반적으로 반응의 절대온도, 화합물 밀도 그리고 반응기 모듈의 형상 뿐만 아니라 접근 온도 및/또는 압력을 변화시키고, 그리고 대응 수착 속도 및 그 정도를 측정함으로써 실험적으로 수행된다.Due to the complex nature of the combined mass diffusion and heat transfer processes, and given the other variables described above to achieve desirable system properties, the optimization of the system is generally approach temperature as well as the absolute temperature of the reaction, the compound density and the shape of the reactor module. And / or by varying the pressure and measuring the corresponding sorption rate and extent.

열확산 및 물질확산 경로길이와 착화합물 밀도의 최적화에 의한 반응속도의 특별한 개선으로 인하여 실질적인 개선이 이루어지며 반응기의 경제성이 증가한다. 상기와 같은 개선은 착화합물의 효율과 동시에 주어진 반응 사이클 주기 동안에 시스템 또는 장치에 의하여 제공될 수 있는 에너지의 양에 대해 실질적으로 영향을 미친다.Substantial improvement is achieved due to the special improvement of the reaction rate by the optimization of thermal diffusion and material diffusion path length and complex density, which increases the economics of the reactor. Such an improvement substantially affects the efficiency of the complex and the amount of energy that can be provided by the system or apparatus during a given reaction cycle period.

예를 들어, 몇몇 장비에 적용하는데 있어서, 대략 10∼15 moles/mol-hr의 반응속도는 약 10 내지 12분의 반 사이클 주기, 즉 착화합물로부터 기체 리간드의 소망한 양을 흡착 및 탈착하는데 필요한 10분의 시간을 의미한다. 이에 비하여, 25 내지 30 moles/mol-hr의 반응속도는 약 5 내지 7분의 반 사이클 주기를 의미하는데, 이로 인하여 주어진 운전시간 주기동안 상기 시스템으로부터 얻을 수 있는 에너지를 대략 2배로 할 수 있다.For example, in some applications, a reaction rate of approximately 10 to 15 moles / mol-hr may result in a half cycle cycle of about 10 to 12 minutes, i.e., 10 to absorb and desorb the desired amount of gaseous ligand from the complex. Mean time in minutes. In comparison, a reaction rate of 25 to 30 moles / mol-hr means a half cycle period of about 5 to 7 minutes, thereby approximately doubling the energy available from the system for a given operating time period.

전술한 바와 같이 최적화 된 반응기를 사용하여 얻어진 높은 반응속도는, 짧은 사이클 주기 동안만이 아니라 20분 이상까지의 주기를 넘어 유지되어질 수 있다. 그러므로 약 6 moles/mol-hr 이상, 통상적으로 10∼20 moles/mol-hr의 반응속도는 적어도 6분, 통상적으로 12∼15분까지 그리고 몇몇 반응에 대하여는 최대 20∼30분 동안 유지될 수 있다.The high reaction rates obtained using the optimized reactor as described above can be maintained beyond a period of up to 20 minutes, as well as for short cycle periods. Therefore, a reaction rate of about 6 moles / mol-hr or more, typically 10-20 moles / mol-hr, may be maintained for at least 6 minutes, typically 12-15 minutes, and for some reactions up to 20-30 minutes. .

전술한 반응속도의 수치는 평균인데, 반응이 완료 또는 다른 경우로 종료되는 시간까지의 반응속도의 평균에 기초한 것이다. 상기 개선은 임의의 주어진 크기의 반응기 시스템에 대해 직접적으로 상당히 증가된 냉각 및/또는 가열 또는 전력 용량이 된다. 그러므로, 반응속도의 증가에 따른 사이클 시간의 감소에 의하여, 시스템 또는 장치에 사용된 착화합물의 주어진 양 또는 매스에 대한 냉각 용량의 톤 수가 상응하게 증가된다.The numerical values of the reaction rates described above are average, based on the average of the reaction rates up to the time when the reaction is completed or otherwise terminated. The improvement is a directly increased cooling and / or heating or power capacity for any given size reactor system. Therefore, by decreasing the cycle time with increasing reaction rate, the tonnage of cooling capacity for a given amount or mass of complex used in the system or apparatus is correspondingly increased.

상기와 같은 개선으로 인하여 열펌프 또는 상기 개선을 이용하는 유사한 냉동 또는 전력 장치에 더욱 큰 냉각 및/또는 가열 또는 전력 용량을 가능하게 하거나 또는 주어진 양의 냉각 및/또는 가열 용량을 발생시키는 데 실질적으로 더욱 작고 가벼운 열펌프 또는 다른 장치들을 가능하게 한다.Such an improvement allows substantially greater cooling and / or heating or power capacity of the heat pump or similar refrigeration or power device utilizing the improvement or substantially more in generating a given amount of cooling and / or heating capacity. Enables small and light heat pumps or other devices.

본 발명에 따르면, 수착 반응 공정은 반응 생성물의 부피 팽창을 제한하며 비반응 염과는 다른 물리적 매스를 가지는 착화합물 고체를 생성할 수 있는 조건하에서 수행된다. 비반응 염은 통상적으로 분말 입자형 또는 과립형 재료인데, 일반적으로 건조상태 그리고 배위되지 않은 형태로 주입가능하고 자유롭게 유동(flowing)하며, 이것은 도입되는 반응챔버의 내부 형상에 용이하게 적응한다.According to the invention, the sorption reaction process is carried out under conditions that limit the volume expansion of the reaction product and can produce complexed solids having a different physical mass than the unreacted salt. Unreacted salts are typically powdered granular or granular materials, generally injectable and freely flowing in dry and uncoordinated form, which easily adapts to the internal shape of the reaction chamber being introduced.

본 발명에 따라 부피 팽창을 반응 생성물의 밀도가 제한함으로써 제어되고 최적화 되는 수착 반응 조건하에서 착화합물이 생성되는 경우, 착화합물 반응 생성물은 종종 적어도 부분적으로는 고정(immobilized)되고 자체지지성인 실질적으로 상이한 구조 및 물리적 성질을 가진다.When complexes are produced under sorption reaction conditions that are controlled and optimized by limiting the volume expansion of the reaction product according to the present invention, the complex reaction product is often at least partially immobilized and self-supporting with substantially different structures and Have physical properties

여러 염에 대해서, 부피 팽창이 제어된 단일 흡착 사이클을 따르면, 실질적으로 전체 착화합물 반응 생성물은, 심지어 기체 반응물이 실질적으로 완전히 탈착된 이후에도 그리고 그 후 부피가 제한된 반응 챔버에서 흡착/탈착 사이클이 반복되는 경우에도 그 형상을 유지하는 강화성(stiffened), 정합성, 접착성, 자체지지성 매스이다.For several salts, following a single adsorption cycle with controlled volume expansion, substantially the entire complex reaction product is repeated after the adsorption / desorption cycle is repeated, even after the gaseous reactants are substantially completely desorbed, and then in the volume-limited reaction chamber. It is also a stiffened, cohesive, adhesive, self-supporting mass that retains its shape.

다른 착화합물에 대하여는 반응 생성물의 일부가 전술한 성질을 가진다. 더욱이, 착화합물 반응 생성물 매스는, 실질적인 물리적 오용 또는 열화를 당하지 않는 한, 수착 공정에 걸쳐 제한된 부피로 유지된다면 붕괴되거나 분말이 되지 않고 새로운 구조를 유지할 것이다.For other complexes, some of the reaction products have the properties described above. Moreover, the complex reaction product mass will retain the new structure without collapse or powder if maintained at a limited volume throughout the sorption process, unless subjected to substantial physical misuse or degradation.

특히, SrCl2, SrBr2, CaCl2, CaBr2, CaI2, CoCl2, CoBr2, BaBr2, MgCl2, MgBr2, FeCl2, FeBr2, NiCl2, ZnCl2, MnCl2, MnBr2, CrCl2, SnCl2, SnBr2및 LiCl의 암모니아 착화합물은 본 발명에 따라 부피가 제한된 조건하에서 반응하는 경우 견고(stiff)하고 구조적, 물리적으로 매우 자체지지성인 균일한 매스의 형태로 안정화 또는 고정되는 것을 발견하였다.In particular, SrCl 2 , SrBr 2 , CaCl 2 , CaBr 2 , CaI 2 , CoCl 2 , CoBr 2 , BaBr 2 , MgCl 2 , MgBr 2 , FeCl 2 , FeBr 2 , NiCl 2 , ZnCl 2 , MnCl 2 , MnBr 2 , The ammonia complexes of CrCl 2 , SnCl 2 , SnBr 2 and LiCl are stabilized or fixed in the form of a stiff, structurally and physically very self-supporting uniform mass when reacted under volume-limited conditions in accordance with the present invention. Found.

적재밀도에 따라, CaBr2·2∼6(NH3)의 암모니아 착화합물의 구조는 항상 전체로 또는 완전히 고정화, 접착성 또는 균일화되지는 않을 수도 있는 착화합물의 일예이다.Depending on the loading density, the structure of the CaBr 2 .2-6 (NH 3 ) ammonia complex is one example of a complex that may not always be fully or completely immobilized, adhesive or uniform.

본 발명에 따라 형성된 개선된 착화합물의 높은 반응속도는 상이한 반응생성물의 특정한 물리적 특성에 의존하지 않는다. 그러므로, 개선된 반응속도는, 최종 생성물이 매우 정합성이고, 자체지지성이며 물리적으로 균일한지, 또는 단지 부분적으로만 정합성이고 자체지지성인지에 무관하게, 적절한 열 및 물질확산경로를 가진 수착 공정 중에 부피팽창이 적절히 제어되고 제한됨으로써 생성된 반응생성물에 본질적이다.The high reaction rates of the improved complexes formed according to the invention do not depend on the specific physical properties of the different reaction products. Thus, the improved kinetics can be achieved in volume during the sorption process with the proper heat and mass diffusion pathways, regardless of whether the final product is highly coherent, self-supporting and physically uniform, or only partially coherent and self-supporting. Expansion is inherently essential in the reaction product produced by control and limitation.

또한, 전술한 수착 반응 중에 형성된 반응 생성물은 일반적으로 반응챔버 표면에 대하여 팽창하기 때문에, 반응생성물은 반응기의 열전달 표면과의 물리적 접촉정도로 인해 개선된 열전달을 제공한다.In addition, because the reaction product formed during the sorption reaction described above generally expands with respect to the reaction chamber surface, the reaction product provides improved heat transfer due to the degree of physical contact with the heat transfer surface of the reactor.

전술한 착화합물은 다른 결합제, 첨가제, 기계적 소결, 베이킹(baking)등을 이용하지 아니하고 얻어지지만, 통상적으로 수착 이전에 수착챔버로부터 공기가 제거된 밀도 유지 조건과 적당한 부피팽창 제한 하에서 초기 흡착반응을 수행하여 실질적, 배타적으로 달성된다.The complexes mentioned above are obtained without the use of other binders, additives, mechanical sintering, baking, etc., but typically undergo an initial adsorption reaction under density retention conditions and appropriate volume expansion restrictions, with air removed from the sorption chamber prior to sorption. Is achieved substantially and exclusively.

이미 언급한 바와 같이, 초기 흡착반응 또는 일련의 수착 반응은, 시스템 내에서 사용되는 반응기 또는 반응기 모듈 또는 다른 반응기에서 부피 팽창을 제한하면서 수행될 수 있다. 그러므로, 수착 반응은 우선 바람직한 물리적 자체지지성, 접착성 및 정합성인 매스를 얻기 위해 적절한 염의 장입 및 부피 팽창 방지 또는 제한 조건하에서 별도의 용기에서 수행될 수 있다. 그런 후, 얻어진 매스는 초기 반응기 용기로부터 제거되어 부피팽창 제한수단을 구비한 최종 반응기에 놓여진다.As already mentioned, the initial adsorption reaction or series of sorption reactions can be carried out with limited volume expansion in the reactor or reactor module or other reactors used in the system. Therefore, the sorption reaction can first be carried out in a separate vessel under conditions of preventing or limiting the loading and volume expansion of the appropriate salts in order to obtain a mass that is desirable physical self-supporting, adhesive and consistent. The mass obtained is then removed from the initial reactor vessel and placed in the final reactor with volume expansion limiting means.

이와 같이 예비 형성된(preformed) 착화합물 반응 생성물은 본 발명에 따른 반응조건하에서 형성되어진 것이기 때문에, 착화합물 반응 물질은 서로 다른 반응기에서 초기에 상기 반응기에서 형성되고 동일한 개선된 전력밀도 성능결과를 산출하는 것처럼 작용할 것이다.Since these preformed complex reaction products are formed under the reaction conditions according to the invention, the complex reactants may act as if they were initially formed in different reactors and yielded the same improved power density performance results. will be.

본 발명에 따라 개선된 반응속도가 얻어지는 착화합물은, 염과의 공유배위결합을 형성할 수 있는 극성 기체 반응물이 흡착되는 고체의 입자형 반응물의 형태로 된 금속염의 화학수착 반응 생성물을 포함한다.Complexes in which improved reaction rates are obtained according to the present invention include chemical sorption reaction products of metal salts in the form of solid particulate reactants to which polar gas reactants are adsorbed which can form coordinating bonds with salts.

반응의 바람직한 표현은 “흡착”이지만, 때때로 상기 반응은 또한 흡수 또는 화학흡착반응 또는 생성물로도 언급된다. 바람직한 착화합물은 미국특허 제4,848,994호에 개시되어 있다. 바람직한 극성 기체 반응물은 암모니아, 물, 이산화황, 저가 알칸올(C1-C5), 알킬아민, 폴리아민 그리고 포스핀이다. 바람직한 금속염에는 아연, 카드늄, 주석 및 알루미늄뿐만 아니라 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이금속 특히 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 탄탈륨 및 레늄과 같은 금속류의 질산염, 아질산염, 과염소산염, 옥살산염, 황산염, 아황산염 및 할로겐화물, 특히 염화물, 브롬화물 및 요오드화물이 포함된다. 금속 중 적어도 하나가 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속, 알루미늄, 크롬, 구리, 아연, 주석, 망간, 철, 니켈 또는 코발트인 이중금속 염화물 염도 또한 유용하다. 특히 흥미 있는 다른 염은 암모니아 NaBF4·0.5-2.5(NH3)와 착화합물을 형성하는 NaBF4이다. 다른 착화합물은 미국출원 제5,186,020호 및 미국특허 제5,263,330호에 개시되어 있다.The preferred expression of the reaction is “adsorption,” but sometimes the reaction is also referred to as absorption or chemisorption reaction or product. Preferred complexes are disclosed in US Pat. No. 4,848,994. The preferred polar gaseous reactants are ammonia, water, sulfur dioxide, low alkanols (C1-C 5), alkylamines, polyamines and phosphine. Preferred metal salts include nitrates, nitrites, perchlorates, oxalates, as well as zinc, cadmium, tin and aluminum, as well as alkali metals, alkaline earth metals, transition metals, especially metals such as chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, tantalum and rhenium, Sulfates, sulfites and halides, especially chlorides, bromide and iodide. Also useful are bimetal chloride salts wherein at least one of the metals is an alkali or alkaline earth metal, aluminum, chromium, copper, zinc, tin, manganese, iron, nickel or cobalt. In particular, other salts which interest is NaBF 4 to form a complex compound with ammonia NaBF 4 · 0.5-2.5 (NH 3) . Other complexes are disclosed in US 5,186,020 and US 5,263,330.

본 발명의 반응에 사용된 바람직한 착화합물은 아래에 제시되어 있는 것이거나 또는 그 성분으로써 아래에 제시되어 있는 것 중의 적어도 하나를 포함하는 흡착/탈착 조성물을 포함한다.Preferred complexes used in the reaction of the present invention include adsorption / desorption compositions comprising at least one of those set forth below or as components thereof.

앞서 지적한 바와 같이, 실제 흡착 및/또는 탈착 반응주기 또는 반-사이클주기는 폭발형 장치에 대해서 대략 2분 정도 또는 한층 더 짧고, 소정 부분의 부하 조건 또는 특별한 설계 과정 조건하에서는 20~25분까지 확장될 것이다. 그러나, 본 발명의 상술한 이점 즉, 반응속도는 만일 반-사이클이 약 35분이 지나도록 계속될 경우에는 급속히 감소된다.As pointed out above, the actual adsorption and / or desorption reaction cycle or semi-cycle cycle is approximately 2 minutes or even shorter for explosive devices and extends to 20-25 minutes under certain load conditions or special design process conditions. Will be. However, the above-described advantages of the present invention, that is, the reaction rate, is rapidly reduced if the half-cycle continues for about 35 minutes.

임의의 특정한 흡착 또는 탈착반응과정 동안, 본 발명의 전술한 조건하에서 향상된 열 및 물질전달 가스확산 경로길이 및 바람직한 열 경로길이가 갖추어진 반응기를 사용하면, 수착은 수분, 전형적으로 최소한 약 6∼12분, 가끔은 15∼20분 동안 비교적 빠른 속도로 상당한 반응완결의 진전 또는 반응 완결도를 보이는 반응이 진행되도록 한다.During any particular adsorption or desorption reaction, using a reactor equipped with an improved heat and mass transfer gas diffusion path length and a preferred heat path length under the above-described conditions of the invention, the sorption is moisture, typically at least about 6-12. Minutes, sometimes 15-20 minutes, allow for a relatively rapid rate of progression of the reaction or a reaction showing a complete reaction.

상기에 나타낸 바와 같은 임의의 주어진 착화합물에 대한 수착 공정의 이론적 완결은 특별한 처리온도 및 압력조건하에서 유효한 실제 배위범위에 따라 달라진다는 것을 인지하여야 하며, 이것은 종종 각각의 착화합물의 이론치 보다 적다(표 2). 더욱이, 본 발명에 따른 반응기의 설계는 반응완결 보다는 높은 반응속도 및/또는 밀접한 접근압력 및 온도를 지향하고 있다는 것을 인지하여야 한다.It should be noted that the theoretical completion of the sorption process for any given complex as indicated above depends on the actual coordination range available under particular treatment temperature and pressure conditions, which is often less than the theoretical value of each complex (Table 2). . Moreover, it should be recognized that the design of the reactor according to the present invention is directed to higher reaction rates and / or close access pressures and temperatures rather than completion of the reaction.

그러나, 전술한 열 및 물질확산 경로길이 및 염 적재밀도를 갖춘 반응기 내에서 본 발명에 따른 부피 팽창 제한 하에서 수행되는 수착처리에 있어서, 염 또는 착화합물 상의 냉매의 반응은 공정 온도 및 압력조건 하에서 15분 이하의 시간 내에 실제 유효 배위권 수착 용량의 적어도 50%까지 진행 가능하다.However, in the sorption treatment performed under the volume expansion limitation according to the present invention in a reactor having the above-described heat and mass diffusion path length and salt loading density, the reaction of the refrigerant on the salt or complex is 15 minutes under the process temperature and pressure conditions. It is possible to proceed to at least 50% of the actual effective coordination sorption capacity within the following time.

몇몇의 염 및 착화합물, 예를 들어, CaCl2·4-8(NH3) 및 SrCl2·1-8(NH3)은 건염(dry salt) 물질 냉매의 40% 매스 이상을 보유할 수 있고, 적어도 15분 이내에 건염 중량의 20% 이상을 흡착할 수 있다. 또한, 다른 염들, 예를 들어, CaBr2·2-6(NH3) 및 MgBr2·2-6(NH3)은 25% 내지 40%의 건 물질을 보유할 수 있고, 12분 이내에 적어도 15%의 건염 물질을 흡착할 수 있다. 그 밖의 염들, 예를 들어, FeBr2·2-6(NH3)은 10분 이내의 수착공정 동안 최소한 약 10%의 건염 중량에 상당하는 암모니아를 흡착할 수 있다.Some salts and complexes, such as CaCl 2 · 4-8 (NH 3 ) and SrCl 2 · 1-8 (NH 3 ), may have at least 40% mass of dry salt material refrigerant, At least 20% of the dry salt weight can be adsorbed within at least 15 minutes. In addition, other salts, such as CaBr 2 .2-6 (NH 3 ) and MgBr 2 .2-6 (NH 3 ), may have 25% to 40% of the dry matter, and at least 15 within 12 minutes. % Of dry salt can be adsorbed. Other salts, such as FeBr 2 .2-6 (NH 3 ), can adsorb ammonia equivalent to at least about 10% dry salt weight during a sorption process within 10 minutes.

흡착 처리 반응이 진행되는 동안 착화합물의 부피 팽창이 제한되는 본 발명의 반응기는 30분 이하의 반응시간 동안 1분 동안 1cc의 팽창된 흡착제당 최소한 20밀리그램의 NH3을 흡수 즉, 흡착 및 탈착할 수 있다. 더욱이, 반응시간이 30분 또는 그 이하로 제한되는 경우, 이러한 반응기는 1분당 및 총 반응기 내부 체적 1cc당 10 밀리그램의 NH3을 흡/탈착할 수 있다. 즉, 가압된 반응기 내부의 전체 체적 내에서 30분 이내에 포화상태가 달성되면 수착의 조기완료가 가능해지므로 이러한 진행이 제한될 수 있다.The reactor of the present invention in which the volume expansion of the complex is restricted during the adsorption treatment reaction can absorb, i.e. adsorb and desorb, at least 20 milligrams of NH 3 per 1 cc of expanded adsorbent for 1 minute for up to 30 minutes of reaction time. have. Moreover, when the reaction time is limited to 30 minutes or less, this reactor can adsorb / desorption of 10 milligrams of NH 3 per minute and 1 cc of total reactor internal volume. In other words, if saturation is achieved within 30 minutes in the entire volume inside the pressurized reactor, the early completion of the sorption is possible, so this progress can be limited.

반응속도는 통상 반응 완결도에 따라 달라진다. 아래의 상태 방정식은 시간의 경과(over time)에 따른 반응의 진행을 설명하는데 사용된다.The rate of reaction usually depends on the degree of completeness of the reaction. The state equation below is used to describe the progress of the reaction over time.

△N = △Nmax(1-e-kt)ΔN = ΔN max (1-e -kt )

여기서, △N = 반응 정도(moles/mole)Where ΔN = reaction degree (moles / mole)

△Nmax= 최대 반응 정도(moles/mole)ΔN max = maximum response (moles / mole)

t = 시간(sec)t = time (sec)

k = 반응 운동값(sec-1)k = response kinetic value (sec -1 )

(여기서 k는 반응 상수이다)Where k is the reaction constant

상기 방정식은 본 발명의 착화합물 수착 반응에 대해 유용한 항(terminology) 및 단위(unit)로 주어져 있다. 반응상수 k는 임의의 시간에 있어서 반응 진행의 시간 의존성을 나타낸다. 반응속도는 k와 시간을 포함한 식으로 표현함으로써 얻어진다:The equations are given in terms and units useful for the complex sorption reactions of the present invention. The reaction constant k represents the time dependence of the reaction progression at any time. The reaction rate is obtained by expressing the equation including k and time:

여기에 나타낸 바와 같이 수착반응에 대한 또다른 편리한 단위를 포함한다. 이러한 방정식을 사용한 일례로서, SrCl2·NH3은 1 내지 8단계 내에서 7moles까지의 암모니아를 착화할 수 있으므로, △Nmax는 7이다. 6분(360초) 및 0.004 sec-1의 k값에 대해서, △N은 1 mole의 염당 5.3 mole의 암모니아이다. 6분 이후의 반응진행은 6분 동안에 평균 53 moles/mole-hr의 반응속도를 필요로 한다. 0.0004의 반응상수는 6분 이내에 0.94의 △N 또는 9.4 moles/mole-hr의 평균 반응속도를 산출시킨다. 임의의 염을 가진 임의의 흡착제 구성 형태에 대한 반응 상수(k)가 주어지면, 임의의 시간에서의 반응 완결 및 반응속도의 정도를 쉽게 산출할 수 있다. 흡착된 냉매의 실제량 및 속도는 수착단계의 크기 △Nmax에 의존한다. 본 발명에 의하여 성취 가능한 수착률은 반응상수에 대하여 아래의 최소값을 이끌어 낸다.As shown herein, another convenient unit for the sorption reaction is included. As an example using this equation, SrCl 2 NH 3 can complex up to 7 moles of ammonia in steps 1 to 8, so that ΔN max is 7. For a k value of 6 minutes (360 seconds) and 0.004 sec −1 , ΔΝ is 5.3 moles of ammonia per mole of salt. Reactions after 6 minutes require an average rate of 53 moles / mole-hr for 6 minutes. A reaction constant of 0.0004 yields an average reaction rate of ΔΝ or 9.4 moles / mole-hr of 0.94 within 6 minutes. Given the reaction constant (k) for any adsorbent constituent with any salt, the degree of reaction completion and rate of reaction at any time can be readily calculated. The actual amount and speed of the adsorbed refrigerant depends on the size ΔN max of the sorption step. The sorption rate achievable by the present invention leads to the following minimum values for the reaction constants.

이러한 반응 결과는 30분 이하의 흡착 및/또는 탈착 기간에 대해 유용하다.These reaction results are useful for adsorption and / or desorption periods of up to 30 minutes.

이하의 예들은 상기의 공식을 사용한 본 발명에 따른 반응기 시스템 최적화에 사용된 개선점 및 매개변수들을 설명하기 위해 제공된 것이다. 여기서 △Nmax는 흡착될 수 있는 최대 냉매량이고, △N은 시간 t동안에 흡착된 양이다. 아래의 예에 있어서 k값은, 분으로 된 시간 t 및 염 1 mole당 냉매의 mole로 주어진 △N에 대한 것이다.The following examples are provided to illustrate the improvements and parameters used to optimize the reactor system according to the present invention using the above formula. Where ΔN max is the maximum amount of refrigerant that can be adsorbed, and ΔN is the amount adsorbed during time t. In the examples below, the k value is for ΔΝ given as time t in minutes and mole of refrigerant per mole of salt.

[핀 수][Number of pins]

108℃로 유지된 염 및 3.93 bar의 암모니아 압력 하에서 CaBr2·2-6NH3에 대한 흡착률 실험을 수행하였다. 열 교환기는 높이 18mm(0.7 inch)의 핀을 갖추고, 염은 열교환기 상의 염 보유 체적 cm3당 0.7g의 비 암모니아화 된 염이 장입되었다. 25mm(1 inch) 당 7개, 12개 및 14개의 핀 수에 대하여 다음의 결과가 얻어졌다.Adsorption rate experiments for CaBr 2 · 2-6NH 3 were performed under salt maintained at 108 ° C. and ammonia pressure of 3.93 bar. The heat exchanger was equipped with 18 mm (0.7 inch) high fins, and the salt was loaded with 0.7 g of non-ammonia salted salt per cm 3 of salt retention volume on the heat exchanger. For the number of 7, 12 and 14 pins per 25 mm (1 inch) the following results were obtained.

다른 열 교환기 매개 변수가 동일한 상태에서, 12개의 핀은 이러한 온도 및 압력조건에서 최대 수착률을 제공한다.With the same heat exchanger parameters, the 12 fins provide the maximum sorption rate at these temperature and pressure conditions.

[핀 높이][Pin height]

35℃로 유지된 염 및 암모니아에 0.272 bar의 압력과 57℃(-70℉) 증기온도가 가해진 상태에서 CaBr2·2-6 NH3에 대한 흡착률 실험을 수행하였다. 모든 열교환기는 25mm(1 inch)당 5개의 핀을 갖추었고, 염은 cc당 0.6 그램의 비암모니아화 염의 밀도로 하였다. 핀 높이 8.8MM(0.35″), 9.5mm(0.375″) 및 10mm(0.40″)을 실험하였다.Adsorption rate experiments for CaBr 2 · 2-6 NH 3 were carried out with a salt and ammonia maintained at 35 ° C. at a pressure of 0.272 bar and a temperature of 57 ° C. (−70 ° F.). All heat exchangers were equipped with five fins per 25 mm (1 inch) and the salts had a density of 0.6 grams of non-ammonia salts per cc. Pin height 8.8 mm (0.35 ″), 9.5 mm (0.375 ″) and 10 mm (0.40 ″) were tested.

이러한 온도 및 압력조건에서, 비록 최소 시스템 비용(-57℃(-70℉)에서 얻어진 단위 냉각용량당 비용)이 열교환기 및 용기의 비용 감소에 따라 핀 높이 10mm(0.40 inch)에서 얻어짐에도 불구하고, 핀 높이 9.5mm(0.375″)에서 최적 반응률이 도출된다.Under these temperature and pressure conditions, although the minimum system cost (cost per unit cooling capacity obtained at -57 ° C (-70 ° F)) is obtained at a fin height of 10 mm (0.40 inch) as the cost of heat exchangers and vessels decreases. The optimum response rate is derived from a pin height of 9.5 mm (0.375 ″).

[염 적재밀도][Salt Load Density]

108℃로 유지된 염과 더불어 3.93 bar에서 CaBr2·2-6 NH3에 대한 흡착률 실험을 수행하였다. 모든 열 교환기는 25mm(1 inch)당 7개의 핀을 구비하고, 상기 핀의 높이는 10mm(0.40 inch)이다. 열 교환기 상의 염 보유 체적 cm3당 0.5그램, 0.6그램 및 0.7그램 염으로 된 적재밀도가 수행되었다.Adsorption rate experiments for CaBr 2 .2-6 NH 3 at 3.93 bar with salts maintained at 108 ° C. were performed. All heat exchangers have seven fins per 25 mm (1 inch) and the fins are 10 mm (0.40 inch) high. A loading density of 0.5 grams, 0.6 grams and 0.7 grams salt per cm 3 of salt retention volume on the heat exchanger was performed.

최대 속도(최대 k)는 적재밀도 0.6g/cc에서 얻어진다. 최소 시스템 비용은 주어진 열 교환기 및 용기 체적에서 더 많은 염이 포함되기 때문에 적재밀도 0.7에서 얻어진다.The maximum speed (max k) is obtained at a load density of 0.6 g / cc. The minimum system cost is obtained at a loading density of 0.7 because more salt is included in a given heat exchanger and vessel volume.

염의 반응도는 염에 투하된 약간의 기체 리간드를 초기에 흡착함으로써 한층더 증대될 수 있으며, 이러한 첨가적 리간드는 착화합물에 사용될 가스 반응물과는 다른 것이다. 전술한 극성 기체 반응물 중의 어떤 것도 사용가능하며, 특별히 물, 암모니아, 저 지방족 알코올, 아민 또는 포스핀을 사용하는 것이 바람직하다. 첨가제의 양은 가능하면 염 중량당 약 0.05% 내지 약 10%사이로 하는 것이 좋다. 염 상에 흡착된 소량이지만 효과적인 양의 물을 포함하는 수화염을 사용하면 이러한 목적을 충족할 수 있다.The reactivity of the salt can be further enhanced by initially adsorbing some gaseous ligands dropped into the salt, which is different from the gaseous reactants to be used in the complex. Any of the foregoing polar gas reactants can be used, with preference being given to water, ammonia, low aliphatic alcohols, amines or phosphines. The amount of additives should preferably be between about 0.05% and about 10% per salt weight. The use of hydrated salts which contain a small but effective amount of water adsorbed onto the salt can fulfill this purpose.

다소의 흡착/탈착 사이클 시스템에 대하여, 상술한 일변형(monovariant) 착화합물과 함께, 극성 냉매의 흡착기간 동안 본질적으로 팽창되지 않는 이변형(bivariant) 흡착제의 혼합물을 사용하는 것이 유리하다. 특히, 극성 냉매의 흡착에 있어서 부피적으로 크게 팽창하지 않는 물질인 제올라이트, 활성탄소, 활성알루미나 또는 실리카 젤을 흡착제로서 사용하는 이변계(bivariant system)에 있어서, 이러한 착화합물을 극성 기체를 흡착 반응하는 동안 착화합물을 생성하는 금속염과 화합시킴으로써 반응 생성물 매스가 상당히 향상될 수 있다.For some adsorption / desorption cycle systems, it is advantageous to use a mixture of bivariant adsorbents, which, together with the aforementioned monoovarant complexes, are essentially not expanded during the adsorption period of the polar refrigerant. In particular, in a bivariant system using zeolite, activated carbon, activated alumina, or silica gel as an adsorbent, which is a material that does not greatly expand in volume in the adsorption of polar refrigerant, the complex compound is used to adsorb the polar gas. The reaction product mass can be significantly improved by compounding with metal salts which produce complexes during the process.

이 실시예는 물 또는 암모니아 냉매 시스템에 대하여 특별히 유용한 것이다. 금속염과 이변형 흡착제를 혼합하는 것의 이점은, 최종 흡착제 매스가 상술한 착화합물 매스의 매우 바람직한 특성 즉, 통제된 밀도와 바람직한 열 및 바람직한 물질 확산, 열 교환 표면과의 좋은 접촉성뿐만 아니라 증가된 열 전도도 그리고 종종 상술한 향상된 반응률을 갖는 부착성, 점착성, 자체지지성 구조의 물리적 매스를 나타낸다는 점이다.This embodiment is particularly useful for water or ammonia refrigerant systems. The advantage of mixing metal salts and bimodal adsorbents is that the final adsorbent mass is highly desirable properties of the complex masses described above, namely controlled density and desirable heat and desirable material diffusion, good contact with the heat exchange surface, as well as increased heat. Conductivity and often a physical mass of an adherent, tacky, self-supporting structure with the improved reaction rates described above.

비록 상술한 특정의 착화합물로 귀착하는 염이 바람직하더라도, 상술한 염중 어떤 것도 이변형 물질과 혼합하는데 사용 가능하다. 혼합물에 사용되는 염의 양은, 작동조건에 모두 의존하는 반응기 설계 물질 확산 경로 길이, 온도 또는 열확산 경로 길이, 그리고 적재밀도 등을 포함하는 상기의 변수뿐만 아니라 특정한 염에 의존하여 중량비로 어떠한 비율이어도 되나 약 5% 내지 약 25% 사이로 하는 것이 바람직하다. 이변형과 일변형 흡착제의 혼합물을 사용하는 바람직한 향상된 결과를 얻기 위하여, 극성 기체와 초기 흡착 반응을 하는 동안 충분히 팽창하는 일변형 흡착제는 상술한 바와 같은 수착 반응공정 동안 화합된 흡착제 혼합물의 부피팽창을 제한하여 흡착제 매스의 밀도를 통제할 필요가 있다는 것이 이해되어야 한다.Although salts that result in the specific complexes described above are preferred, any of the salts described above may be used to mix with the bimodal material. The amount of salt used in the mixture may be in any proportion by weight depending on the particular salt as well as the above variables, including reactor design material diffusion path length, temperature or thermal diffusion path length, and loading density, all depending on the operating conditions. Preferably between 5% and about 25%. In order to obtain the desired improved results of using a mixture of bimodal and monomodal adsorbents, the monomodal adsorbents which expand sufficiently during the initial adsorption reaction with polar gases may undergo volume expansion of the combined adsorbent mixture during the sorption reaction process as described above. It should be understood that it is necessary to limit the density of the adsorbent mass.

이변형 및 일변형 흡착제의 혼합물은 또한 비극성 기체 냉매 시스템에서 유리하게 사용된다. 이러한 비극성 냉매 군은, C1-C6의 천연 기체 저급 알칸 즉, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄 및 헥산, 한제 냉매인 헬륨, 아르곤 및 수소, 대기 기체인 산소, 질소, 수소, NOx, CO2및 CO, 그리고 CFC, HCFC 및 HFC의 탄화불소 냉매를 포함한다.Mixtures of bimodal and unimodal adsorbents are also advantageously used in nonpolar gas refrigerant systems. Such non-polar refrigerant groups are C 1 -C 6 natural gas lower alkanes, that is, methane, ethane, propane, butane, pentane and hexane, helium, argon and hydrogen, which are cold refrigerants, and oxygen, nitrogen, hydrogen, NO x , which are atmospheric gases. , CO 2 and CO, and fluorocarbon refrigerants of CFCs, HCFCs and HFCs.

예를 들어, 메탄이 제올라이트에 흡착되는 시스템에 있어서, 상기 금속염은 제올라이트와 혼합되고, 극성 기체는 일변형 염을 포함하여 착화합물을 형성하도록 흡착되는 고체 혼합물에 충전됨으로써, 상기 향상된 특성을 갖는 반응 생성물 매스를 획득하게 된다. 이러한 응용에 사용되는 염의 양은 주된 양 이하의 몇 퍼센트의 매스와 같이 낮다.For example, in a system in which methane is adsorbed on zeolite, the metal salt is mixed with zeolite and the polar gas is charged to a solid mixture adsorbed to form a complex, including a univariate salt, thereby reacting the product with the improved properties. You gain mass. The amount of salt used in these applications is as low as several percent of the mass below the main amount.

초기 흡착에 계속하여, 극성 기체로부터 탈착되고 또한 반응기로부터 축출된다. 그러면, 시스템은 비극성 기체로 충전되고, 바람직한 흡착 및 탈착반응이 수행된다. 만약, 고체 일변형 및 이변형 흡착제 혼합물이 바람직한 물리적 향상을 가진 착화합물을 포함하는 혼합물을 생성하기 위하여 극성 기체 반응물로 먼저 충전되면, 이러한 이점은 바람직한 비극성 기체 또는 냉매 시스템과 함께 임의의 상기 이변형 흡착제에 대해 사용될 수 있다.Following the initial adsorption, desorbed from the polar gas and is withdrawn from the reactor. The system is then charged with a nonpolar gas and the desired adsorption and desorption reactions are carried out. If the solid univariate and bimodal adsorbent mixtures are first filled with polar gas reactants to produce a mixture comprising complexes with the desired physical enhancements, this advantage is that any of the bimodal adsorbents in combination with the desired nonpolar gas or refrigerant system Can be used for.

마찬가지로, 전술한 향상은, 상기 금속염과 금속 수화물을 혼합하고, 착화합물을 생성하도록 그 혼합물에 암모니아 또는 다른 극성기체를 충전하고, 반응기로 부터 착화합물을 탈착하여 암모니아 또는 다른 극성기체를 축출하고, 그 이후에 금속 수화물에 수소 흡착 및 탈착을 수행하기 위하여 수소를 시스템에 충전함에 의하여 금속 수화물 흡착 시스템에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 비팽창 고체흡착 반응물 및 그에 교대로 흡착 및 탈착되는 극성 또는 비극성 기체를 사용하는 시스템 및 처리공정을 향상시키는 데 폭 넓게 사용된다.Likewise, the above-described improvement involves mixing the metal salt with the metal hydrate, filling the mixture with ammonia or other polar gas to form a complex, desorbing the complex compound from the reactor to expel the ammonia or other polar gas, and then Can be used in metal hydrate adsorption systems by charging hydrogen into the system to effect hydrogen adsorption and desorption on the metal hydrates. Accordingly, the present invention is widely used to improve systems and processes using non-expandable solid adsorption reactants and alternately polar or nonpolar gases that are adsorbed and desorbed.

본 발명에 따르면, 이러한 비팽창 흡착제와, 기체 반응물을 흡착하여 부피적으로 팽창하고 이러한 팽창에 대한 제한 및 제어가 전술한 향상된 물리적 및/또는 수학 특성을 갖는 흡착반응 생성물로 귀착하는 적당한 양의 고체 반응물을 혼합함으로써, 향상된 시스템 반응 속도가 달성될 수 있다.According to the present invention, an appropriate amount of solids which adsorbs these unexpanded adsorbents and gaseous reactants to expand and volumetrically, and the limitations and controls for this expansion result in adsorption reaction products having the above-described improved physical and / or mathematical properties. By mixing the reactants, improved system reaction rates can be achieved.

전술한 착화합물에 의하여 제공되는 반응속도의 큰 향상 때문에, 전술한 염중 하나를 임의의 다른 흡착 반응물질 즉, 전술한 염 및 착화합물의 범주 외에 있거나, 또는 여기에 설명된 것과 같은 향상된 반응 속도를 달성하지 않는 것과 혼합하는 것이 유리하다.Because of the large improvement in the reaction rate provided by the aforementioned complex compounds, one of the salts mentioned above is outside the scope of any other adsorption reactants, ie the salts and complex compounds described above, or does not achieve an improved reaction rate as described herein. It is advantageous to mix with what is not.

또한, 전술한 금속염의 둘 또는 그 이상의 혼합물, 예를 들어, 비교적 높은 체적 팽창 착화합물을 산출하는 하나의 염 및 낮은 체적 팽창 착화합물을 갖는 또다른 염의 혼합물을 사용하는 것이 유리하다. 예를 들어, 염화 스트론튬과 염화캄슘 또는 염화 마그네슘, 또는 브롬화 캄슘과 염화 캄슘과 같은 염들의 혼합물 또는 화합물을 사용함으로써, 생성된 착화합물은 단독으로 사용될 때의 두 염 중 하나로부터 발생되는 향상된 반응 속도를 가질 것이다.It is also advantageous to use mixtures of two or more of the foregoing metal salts, for example one salt which yields a relatively high volumetric expansion complex and another salt with a low volumetric expansion complex. For example, by using a mixture or compound of salts such as strontium chloride and calcium chloride or magnesium chloride, or calcium bromide and calcium chloride, the resulting complex can provide improved reaction rates resulting from one of the two salts when used alone. Will have

본 발명의 또다른 실시예에 따라, 밀도와, 열 전달 및 물질 전달 경로 길이의 독립 변수를 최적화하여 성취되는 전술한 반응 속도 향상은, 미국특허 제5,298,231호에 일반적으로 개시된 바와 같이, 흡착 중 부피 팽창하지 않는 기체 흡착 반응 생성물에 적용될 수도 있다.According to another embodiment of the present invention, the aforementioned reaction rate improvement achieved by optimizing the density and independent variables of the heat transfer and mass transfer path lengths, as generally disclosed in US Pat. No. 5,298,231, is the volume during adsorption. It may be applied to a gas adsorption reaction product that does not expand.

그러므로, 금속 수화물뿐만 아니라 제올라이트, 활성탄소, 활성 알루미나 및 실리카 젤 상에 흡착된 전술한 기체 반응물 내에서 형성된 반응 생성물의 반응 속도는, 전술한 사용될 반응 공정 변수 및 반응조건을 결정하고, 사용될 특정 고체 및 기체를 선택하고, 시스템이 사용되는 바람직한 흡착 반응 속도를 결정하고, 바람직한 반응 속도를 산출할 열 및 물질 확산 경로 길이를 각각 결정하고, 바람직한 반응기 공동 치수를 갖는 반응기를 제공하고, 바람직한 적재밀도로 반응기에 고체 반응물질을 장입하고, 그리고 반응 공정 전체에 걸쳐 바람직한 밀도를 유지하는 전술한 방법에 따라 향상될 수 있는 것이다. 이것은, 반응기에 바람직한 밀도로 고체를 장입하고, 필요한 압축을 사용함으로써 고정체적 반응기 내에서 또는 흡착반응 동안 반응물에 대하여 필요한 압축상태를 유지하기 위한 하나 또는 그 이상의 이동성 표면을 갖는 반응기 내에서 달성 가능하다.Therefore, the reaction rate of the reaction product formed in the aforementioned gaseous reactants adsorbed on the zeolite, activated carbon, activated alumina and silica gel as well as the metal hydrate determines the reaction process parameters and reaction conditions to be used as described above, and the specific solid to be used. And selecting a gas, determining the desired adsorption reaction rate at which the system is used, determining the heat and material diffusion path lengths that will yield the desired reaction rate, respectively, and providing a reactor with the desired reactor cavity dimensions, This can be improved by charging the solid reactants into the reactor and following the previously described method of maintaining the desired density throughout the reaction process. This is achievable in a fixed volume reactor or in a reactor with one or more mobile surfaces to maintain the required compaction for the reactants during the adsorption reaction by loading the solids at the desired density into the reactor and using the necessary compression. .

또한, 본 발명의 또다른 실시예에 있어서, 제3도 및 제4도에 나타낸 바와 같이, 도시된 반응기는 다중 열 전달 유체 통로를 구비하고 있다. 특히, 제3도에 있어서, 4개의 열 전달 도관(22, 24, 26, 28)이 확장하여 통과하는 반응기 핀 또는 플레이트(25)의 상부를 나타내었다. 이런 상이한 튜브들은, 반응 사이클 동안 상이한 시간에 열 교환 유체를 안내하거나, 또는 상이한 열 교환 유체에 대하여 상이한 통로를 제공하거나 하나 또는 그 이상의 유체에 대하여 시간과 온도의 상이한 사용을 제공하기 위하여 사용된다.Further, in another embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 3 and 4, the illustrated reactor is equipped with multiple heat transfer fluid passages. In particular, in FIG. 3, four heat transfer conduits 22, 24, 26, 28 show the top of the reactor fin or plate 25 passing through. These different tubes are used to guide the heat exchange fluid at different times during the reaction cycle, to provide different passages for different heat exchange fluids, or to provide different uses of time and temperature for one or more fluids.

예를 들어, 탈착 동안에, 두 개의 통로는 가열유체의 통로로서 사용되고, 반면에 다른 두 통로는 탈착 중에 사용되지 않는다. 흡착 동안에, 두 개의 다른 통로가 냉각 유체의 통과를 위해 사용되는 반면에 가열 유체 통로는 사용되지 않는다. 상이한 통로가, 열 전달 중에 기상 및 액상 사이에서 변화하는 상 변화 열 교환 유체를 위해 사용되거나, 또는 반응 사이클 동안 상이한 시간에 상이한 열 교환 유체를 상이한 통로로 지향하기 위하여 사용된다. 상이한 튜브가 연결된 반응기의 단부 또는 그렇지 않으면 반응기의 외부에는 분기 헤더(branching header) 또는 다기관(manifold)이 사용된다.For example, during desorption, two passages are used as passages of the heating fluid, while the other two passages are not used during desorption. During adsorption, two different passages are used for the passage of the cooling fluid, while no heating fluid passage is used. Different passages are used for phase change heat exchange fluids that change between gas phase and liquid phase during heat transfer, or to direct different heat exchange fluids to different passages at different times during the reaction cycle. Branching headers or manifolds are used at the end of the reactor to which different tubes are connected or else outside of the reactor.

상이한 유체 경로를 제공하는 다른 수단이 제4도에 나타난 반응기 구조에 도시되어 있다. 여기서 분할기(34)는 상이한 유체 유동경로(32)(33)를 갖는 도관(30)을 따라서 확장한다. 다시 말하지만, 상술한 실시예와 같이, 이러한 장치는 동일한 또는 상이한 상의 상이한 열 교환 유체를 위한 이중 경로를 제공한다.Another means of providing a different fluid path is shown in the reactor structure shown in FIG. The divider 34 here extends along the conduit 30 with different fluid flow paths 32 and 33. Again, as with the embodiments described above, such devices provide dual paths for different heat exchange fluids of the same or different phases.

여기에 설명된 향상된 반응 생성물을 이용하는 시스템을 설계하는데 있어서, 수착 속도를 최대화하기 위하여 물질 확산 경로 길이, 열 확산 경로 길이 및 적재 밀도를 최적화 하는 기술적 매개변수의 결정은, 비록 중요하지만, 실제적인 변수들도 고려해야 한다는 것을 인지하여야 한다.In designing a system using the improved reaction products described herein, the determination of technical parameters to optimize material diffusion path length, thermal diffusion path length and loading density to maximize sorption rate, although important, is a practical parameter. It should be recognized that they should also be considered.

전술한 바와 같이, 최적화는 장치에 대한 특별한 작동요구와 응용의 목적에 부응하기 위하여 수행된다. 실제적인 매개변수는, 시스템의 열교환 요구량뿐만 아니라, 장치의 부피, 사용된 흡착제의 양을 포함한다. 따라서, 비교적 소량의 흡착제를 사용하는 시스템의 최저 장치 부피, 크기 및 중량을 성취하기 위한 열 교환 성분의 크기는 궁극적인 설비 및 시스템 설계에 도달하는 데 중요한 고려대상인 것이다.As mentioned above, optimization is performed to meet the specific operating requirements and application objectives for the device. Practical parameters include not only the heat exchange requirements of the system, but also the volume of the device and the amount of adsorbent used. Therefore, the size of the heat exchange component to achieve the lowest device volume, size and weight of a system using relatively small amounts of adsorbent is an important consideration in reaching the ultimate plant and system design.

또다른 예로서, 핀 개수 및 핀 두께가 염 장입 중에 쉽게 변형될 수 있을 정도로 얇게 되지 않도록, 또는 시스템에 초과 반응기 매스 및 비용이 불필요하고 비실용적이게 가해지도록 너무 두껍거나 너무 많지 않도록 하는 실용성도 또한 고려되어야 한다. 최저 시스템 비용이 가정용 열 펌프 소버(sorber)에 대하여는 중요한 반면에, 최소 시스템 매스는 다른 시스템 예를 들어, 우주 프로그램에 사용되도록 궤도에 위치되는 장치를 위하여 필요하다.As another example, also consider the practicality that the pin count and pin thickness are not so thin that they can be easily deformed during salt loading, or that the excess reactor mass and cost are not too thick or too large to be added unnecessarily and impractically to the system. Should be. While the lowest system cost is important for domestic heat pump sobers, the minimum system mass is needed for devices placed in orbit for use in other systems, for example space programs.

또한, 어떤 소비재와 같은 다른 시스템에 있어서는, 비교적 작은 소버 체적이 요구된다. 상기한 열 및 물질 전달 경로 치수를 갖는 반응기를 생산하는데 있어서의 제조 공차도 또한 고려되어야 한다. 가끔 높은 전력 성능 제품이 엄격한 표준의 고수를 요구함에 반하여 다른 제품에서는 ± 5 내지 ± 7% 정도의 공차가 허용된다. 이러한 요소는 본 발명에 따라서 독립적으로 결정된 최적의 기술적 매개변수를 적합하게 하고 또는 조정하는 데 고려되어야 한다.In addition, in other systems, such as some consumer goods, relatively small absorber volumes are required. Manufacturing tolerances in producing reactors with the above mentioned heat and mass transfer path dimensions should also be considered. While high power performance products often require adherence to strict standards, tolerances of ± 5 to ± 7% are allowed in other products. These factors should be considered in adapting or adjusting the optimum technical parameters independently determined in accordance with the invention.

본 발명의 방법 및 장치는 향상된 또는 최적화 핀 흡착 및 탈착 속도를 요구하거나 지시하는 장치 또는 시스템 설계에서 유용하다. 예를 들어, 이러한 반응기는, 본 발명에 따라 성취된 향상된 전력 밀도가 매우 바람직한 급속 수착 냉각 또는 냉동에 대한 응용장치를 포함하는 미국특허 제5,161,389호에 개시된 것과 같은 시스템에 특히 유용하다. 높은 전력 밀도를 성취하는 본 시스템 설계 및 방법은 미국특허 제5,271,239호에 개시된 냉각 시스템 및 장치에 특히 유용하다. 본 발명의 향상점은 미국특허 제5,186,020호에 개시된 바와 같은 공기 냉각 반응기에서 고도의 바람직한 반응기 성능을 성취하도록 사용될 수 있다. 전술한 시스템 및 반응기에 부가하여, 본 발명의 방법은 미국특허 제5,025,635호 및 제5,079,928호에 개시된 바와 같은 단계적 반응 시스템에서 향상되고 최적화 된 반응 속도를 성취하기 위하여 사용될 수 있다.The methods and apparatus of the present invention are useful in designing devices or systems that require or direct improved or optimized fin adsorption and desorption rates. For example, such reactors are particularly useful in systems such as those disclosed in US Pat. No. 5,161,389, which includes applications for rapid sorption cooling or freezing where the improved power density achieved according to the invention is highly desirable. The present system design and method of achieving high power density is particularly useful for the cooling systems and devices disclosed in US Pat. No. 5,271,239. Enhancements of the present invention can be used to achieve highly desirable reactor performance in air cooled reactors as disclosed in US Pat. No. 5,186,020. In addition to the systems and reactors described above, the process of the present invention can be used to achieve improved and optimized reaction rates in staged reaction systems as disclosed in US Pat. Nos. 5,025,635 and 5,079,928.

특히, 미국특허 제5,025,635호에는, 상이한 증발 압력을 갖는 각각의 착화합물을 내장한 반응기 내에 다수의 상이한 착화합물이 놓여 있고 실질적으로 기체 반응물의 농도에 독립되는 고체-증기 화학수착 반응의 연속 등압 단계가 개시되어 있다. 착화합물은 증기압 순서로 연속하여 각각의 반응기에 배열되어 있고, 열 전달 유체는 연속적으로 배열된 착화합물과 연속 열교환 하도록 각각의 반응기를 통과한다. 따라서, 흡착제는 상기한 밀도를 사용하는 각각의 반응기에 도입되고, 상기 반응기는 여기에 개시된 열 및 물질 확산 경로 길이를 가지며, 상기에서 극성 냉매의 금속염으로의 수착 반응공정 중에 형성된 착화합물의 부피 팽창은 본 발명에 따라서 제한된다.In particular, US Pat. No. 5,025,635 discloses a continuous isostatic step of a solid-steam chemisorption reaction in which a number of different complexes are placed in a reactor containing respective complexes having different evaporation pressures and are substantially independent of the concentration of the gaseous reactants. It is. The complexes are arranged in each reactor in succession in vapor pressure order, and the heat transfer fluid passes through each reactor for continuous heat exchange with the continuously arranged complexes. Thus, the adsorbent is introduced into each reactor using the above density, which has the heat and material diffusion path lengths disclosed herein, wherein the volume expansion of the complex formed during the sorption reaction process of the polar refrigerant with the metal salt It is limited according to the invention.

마찬가지로, 본 발명의 반응기 및 방법이 사용된 시스템은 미국특허 제5,079,928호에 개시된 장치들을 포함하며, 상기에서는 둘 이상 다수의 반응기가 사용되며, 각각의 반응기는 기체 반응물의 농도에 사실상 독립적인 증기압력을 갖는 상이한 착화합물을 포함하고 있다. 반응은 단계적으로 되어 있어서, 반응물을 가열 및 냉각하도록 사용된 열 전달 유체가 발열 흡착반응으로부터 열을 흡열 탈착반응으로 지향하여 흡열 탈착반응을 구동한다. 여기서, 셋 이상 다수의 상이한 화합물이 상이한 반응기에 사용되고, 반응기는 착화합물의 증기압 순서로 연속하여 배치되며, 전술한 발명에 나타낸 바와 같이 착화합물 증기압 순서로 연속적으로 배열된 반응기를 통과하도록 열전달 유체를 연속적으로 지향시킴으로써 반응이 단계적으로 수행된다.Likewise, systems in which the reactors and methods of the present invention have been used include the devices disclosed in US Pat. No. 5,079,928, wherein at least two reactors are used, each reactor having a vapor pressure that is substantially independent of the concentration of the gaseous reactants. It contains different complex compounds with The reaction is staged so that the heat transfer fluid used to heat and cool the reactant directs heat from the exothermic adsorption reaction to the endothermic desorption reaction to drive the endothermic desorption reaction. Here, at least three different compounds are used in different reactors, the reactors are arranged in succession in the order of the vapor pressures of the complexes, and the heat transfer fluid is continuously passed through the reactors continuously arranged in the order of the complex vapor pressures, as indicated above. By directing the reaction is carried out in stages.

여기에 개시된 열 및 물질 확산 경로 길이는 불활성 물질의 첨가를 피하기 위하여, 어떠한 첨가제 없이 사용되기 위한 것이다. 그러나, 만일 적당한 열 전도성 향상 또는 물질 확산성/다공성 향상 첨가제가 사용되면, 열 및 물질 확산 경로는 약 10% 내지 약 30%까지 확장될 수 있다. 첨가제로서는 비교적 높은 열 전도성을 갖는 금속 기타 물질이나 경우에 따라 최소한 선택 방향에서 알맞은 열 전도를 나타내는 탄소와 같은 이변형 흡착제가 바람직하다.The heat and material diffusion path lengths disclosed herein are intended to be used without any additives, to avoid the addition of inert materials. However, if suitable thermal conductivity enhancement or material diffusion / porosity enhancement additives are used, the heat and material diffusion paths may extend from about 10% to about 30%. Preferred as additives are metal or other materials having relatively high thermal conductivity or, in some cases, bimodal adsorbents such as carbon which exhibit suitable thermal conductivity in at least the selected direction.

그밖에 첨가제로는 당업자에게 잘 알려진 금속 울(wool), 고 전도성 세라믹 소결 금속, 카바이드 등을 포함한다. 그러나, 20% 내지 30% 또는 그 이상의 높은 첨가제 질량비는 물질 및 부피 필요조건과 전체 전력 밀도에 미치는 부정적 효과 때문에 신중하게 선택될 필요가 있다. 본 발명의 방법은 실질적 개수의 유용한 상품 및 장치의 설계 또는 생산에 있어서 유리하게 사용될 수 있다. 장치 및 설비의 특별한 유형 및 예들에 대한 품목은 :Other additives include metal wool, highly conductive ceramic sintered metal, carbides, and the like, which are well known to those skilled in the art. However, high additive mass ratios of 20% to 30% or more need to be chosen carefully because of the negative effects on material and volume requirements and overall power density. The method of the present invention can be advantageously used in the design or production of a substantial number of useful goods and devices. Items for special types and examples of devices and equipment are:

작거나 또는 휴대용의 또는 대인용 냉동기, 냉장고 또는 냉장고/냉동기의 조합장치, 레크리에이션용 차, 보트, 자동차 또는 트럭에 설치되는 냉장장치, 냉동기, 또는 조합장치 및 소형 바용 냉장고, 냉동기 또는 조합장치와 같은 소비자 여가 설비;Such as small or portable or personal freezers, refrigerators or refrigerator / freezer combinations, refrigerators, freezers or combinations and recreational units for recreational cars, boats, cars or trucks, such as refrigerators, freezers or combinations for small bars. Consumer leisure facilities;

급속 냉동기, 단독으로 쓰이거나 마이크로파가 조합된 그리고/또는 표준형 냉장고/냉동기 장치, 냉차/커피 제조기구, 각빙 제조기, 아이스크림 제조기, 냉동 건조장치 및 음료수 또는 물 냉각기와 같은 주방용 설비;Kitchen equipment such as quick freezers, used alone or in combination with microwaves and / or standard refrigerator / freezer units, cold / coffee makers, ice makers, ice cream makers, freeze dryers and beverage or water coolers;

냉각기, 냉동기 및 얼음 제조기와 같은 전시 및 자동판매기의 설비 및 장치;Equipment and apparatus for exhibition and vending machines such as chillers, freezers and ice makers;

급속 냉동 기능이 구비되거나 구비되어 있지 않은 가정용 냉장고 및 냉동기와 상업용 냉장고 및 냉동기, 제습기 및 의복 건조기와 같은 내구소비재;Durable consumer materials such as home refrigerators and freezers with or without quick freezing and commercial refrigerators and freezers, dehumidifiers and clothes dryers;

가정용 분리형 에어컨 및 열 펌프, 경 상업용 분리형 에어컨 및 열 펌프, 실내용 에어컨, 가정용 제습기와, 혼합 에어컨 및 냉장 사이클 장치를 포함하는 빌딩 에어컨 장치;Building air conditioning units including household split air conditioners and heat pumps, light commercial split air conditioners and heat pumps, indoor air conditioners, household dehumidifiers, mixed air conditioners and refrigeration cycle units;

차량용 AC 시스템, 차량용 열 저장장치 및 차량용 시트 또는 벤치 냉각 시스템을 포함하는, 자가용, 밴 또는 트럭용 에어컨 및 냉각장치, 또는 버스, 기차, 항공기, 또는 오락 또는 상용 보트 및 선박용 에어컨 및 냉각장치;Air conditioners and chillers for cars, vans or trucks, or air conditioners and chillers for buses, trains, aircraft, or recreational or commercial boats and ships, including vehicular AC systems, vehicular heat storage and vehicular seat or bench cooling systems;

전자제품 및 칩 냉각용 전자 냉각 장치 및 전자 시스템 박스용 에어컨;Air conditioners for electronic and electronic system boxes for electronics and chip cooling;

단일 HVAC 제품 및 20RT 초과용량 이내의 HVAC 제품과, 의료 및 실험 설비와, 환경 의복과, 전투용, 비행사용 및 우주비행사용 의복을 포함하는 군사 물품과, 산업용 및 상업용 열 펌프, 보일러, 열에너지 저장 설비, 가스터빈 에어컨과, 상업용 제습기와, 우주선 냉각 냉장 설비 등과 같은 기타의 기구 및 설비;Single HVAC products and HVAC products within 20RT overcapacity, medical and laboratory equipment, environmental and military supplies, including combat, flight and space use clothing, industrial and commercial heat pumps, boilers, heat energy storage Other appliances and equipment such as equipment, gas turbine air conditioners, commercial dehumidifiers, spacecraft cooling refrigeration equipment, and the like;

상기의 품목들은 본 발명을 특정시키려는 것은 아니고, 오히려 본 발명의 장치 및 방법을 포함하는 특정한 유형의 대표적인 예들을 제공하기 위한 것이다. 다른 시스템뿐만 아니라 이러한 것들은 본 발명의 이점과 구성요소를 포함하는 것이다.The above items are not intended to characterize the invention, but rather are intended to provide representative examples of a particular type that include the apparatus and method of the invention. These as well as other systems are intended to incorporate the advantages and components of the present invention.

알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이금속, 아연, 카드뮴, 주석 알루미늄의 할로겐화물, 질산염, 아질산염, 옥살산염, 과염소산염, 황산염 또는 아황산염, 나트륨 보로플루오라이드(sodium borofluoride) 또는 이중 금속 염화물로 이루어지는 금속염에 극성기체를 흡착시켜 형성된 착화합물에 극성기체가 교대로 반복해서 흡착 및 탈착되는 화학수착 반응 공정에 있어서, 높은 반응속도를 얻기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.Polarity to metal salts consisting of halides, nitrates, nitrites, oxalates, perchlorates, sulfates or sulfites, sodium borofluoride or double metal chlorides of alkali metals, alkaline earth metals, transition metals, zinc, cadmium and tin aluminum In the chemical sorption reaction process in which polar gas is alternately repeatedly adsorbed and desorbed on a complex formed by adsorbing gas, the present invention relates to a method and apparatus for obtaining a high reaction rate.

Claims (51)

부분적이라도 물리적인 간섭성 및 응집성의 자체지지성 물질을 형성하기 위하여, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이금속, 아연, 카드뮴, 주석, 알루미늄의 할로겐화물, 질산염, 아질산염, 옥살산염, 과염소산염, 황산염 또는 아황산염, 나트륨 보로플루오라이드 또는 이중 금속 염화물로 이루어지는 금속염에 극성기체를 흡착시켜 형성된 착화합물에 극성기체를 교대로 반복해서 흡착 및 탈착시키는 단계와, 15mm보다 작은 최대 평균물질확산경로길이를 가지는 하나 이상의 반응챔버를 구비한 반응기에서 반응공정을 수행하는 단계와, 화학수착 반응 중에 상기 착화합물의 부피 팽창을 제한하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 개선된 화학수착 반응공정.Halides, nitrates, nitrites, oxalates, perchlorates, sulfates of alkali metals, alkaline earth metals, transition metals, zinc, cadmium, tin, aluminum, to form physically coherent and cohesive, even partially Alternately adsorbing and desorbing polar gases to complex compounds formed by adsorbing polar gases to metal salts consisting of sulfite, sodium borofluoride or double metal chlorides, and one or more reactions having a maximum average material diffusion path length of less than 15 mm. And performing a reaction process in a reactor having a chamber, and limiting the volume expansion of said complex compound during a chemical sorption reaction. 제1항에 있어서, 상기 염의 물질의 60% 이상이 반응기 내의 기체 분배 수단의 25mm 이내에 있도록 반응기에 상기 금속염이 투입되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 개선된 화학수착 반응공정.The process of claim 1 further comprising the step of introducing said metal salt into said reactor such that at least 60% of said salt material is within 25 mm of the gas distribution means in said reactor. 제1항에 있어서, 1.5mm보다 작은 최대 열 확산경로길이를 가지는 반응기에서 상기 반응공정을 수행되는 것을 특징으로 하는 개선된 화학수착 반응공정.2. The improved chemisorption reaction process of Claim 1, wherein said reaction process is performed in a reactor having a maximum heat diffusion path length of less than 1.5 mm. 제1항에 있어서, 상기 화학수착 반응공정이 수행되어야 하는 화학수착 공정 변수와 반응조건을 결정하는 단계와, 상기 화학수착 반응공정에 사용되어야 할 금속염과 극성 기체를 선택하는 단계와, 상기 금속염 및 극성 기체에 대한 소정의 화학수착 반응속도를 결정하는 단계와, 상기 소정의 화학수착 반응속도가 얻어질 상기 극성 기체에 대한 제1 반응기 치수으로 이루어지는 물질확산경로길이와 제2 반응기 치수으로 이루어지는 열 확산 경로길이를 결정하는 단계와, 상기 제1 및 제2 치수를 가지는 상기 하나 이상의 반응챔버를 구비한 반응기를 제공하는 단계와, 제2 밀도를 가지며 부피 팽창을 제어하지 않고 형성된 착화합물에 비하여 화학수착 반응속도가 증가될 수 있는 반응 생성물을 생성시키기 위하여 초기 수착반응 중에는 상기 착화합물의 부피 팽창을 제어하면서 상기 반응기에서 상기 화학수착반응을 수행하고, 상기 증가된 반응속도로 상기 제2 밀도를 가지는 상기 착화합물을 사용하여 상기 반응공정을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 개선된 화학수착 반응공정.The method of claim 1, further comprising: determining a chemical sorption process variable and a reaction condition to which the chemical sorption reaction process is to be performed, selecting a metal salt and a polar gas to be used in the chemical sorption reaction process, Determining a predetermined chemical sorption reaction rate for the polar gas, and a thermal diffusion comprising a material diffusion path length consisting of a first reactor dimension for the polar gas from which the predetermined chemical sorption reaction rate is to be obtained and a second reactor dimension. Determining a path length, providing a reactor with the one or more reaction chambers having the first and second dimensions, and a chemisorption reaction relative to a complex having a second density and formed without controlling volume expansion. During the initial sorption reaction to produce a reaction product that can be increased in speed. Performing the chemical sorption reaction in the reactor while controlling the swelling, and performing the reaction process using the complex compound having the second density at the increased reaction rate. Chemical sorption reaction process. 제1항에 있어서, 상기 제올라이트, 활성탄소, 활성 알루미나 또는 실리카 젤을, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이금속, 아연, 카드뮴, 주석, 알루미늄의 할로겐화물, 질산염, 아질산염, 옥살산염, 과염소산염, 황산염 또는 아황산염, 나트륨 보로플루오라이드 또는 이중 금속 염화물로 이루어지는 금속염과 혼합하는 단계와, 상기 제올라이트, 활성탄소, 활성알루미나 또는 실리카 젤과 상기 금속염의 화합물을 반응챔버에 투입하는 단계와, 착화합물이 부피 팽창을 제어하지 않고 형성된 혼합물에 비하여 화학수착 반응속도가 증가될 수 있는 반응생성물을 생성시키기 위하여 반응공정 중에 반응생성물의 부피 팽창을 제한하면서 상기 극성 기체를 상기 혼합물에 흡착시키고, 상기 증가된 반응속도로 상기 반응생성물을 함유하는 상기 혼합물을 사용하여 상기 반응공정을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 개선된 화학수착 반응공정.The method of claim 1, wherein the zeolite, activated carbon, activated alumina or silica gel, alkali metal, alkaline earth metal, transition metal, zinc, cadmium, tin, halides, nitrates, nitrites, oxalates, perchlorates, sulfates of aluminum Or mixing with a metal salt consisting of sulfite, sodium borofluoride or double metal chloride, injecting a compound of said zeolite, activated carbon, activated alumina or silica gel and said metal salt into a reaction chamber, and the complex compound The polar gas is adsorbed to the mixture while limiting the volume expansion of the reaction product during the reaction process to produce a reaction product which can increase the chemisorption reaction rate compared to the mixture formed without control, and at the increased reaction rate Using the mixture containing the reaction product An improved chemical sorption reaction process further comprising the step of performing the reaction process. 제1항에 있어서, 상기 제올라이트, 활성탄소, 활성 알루미나, 실리카 젤 또는 금속 염화물을, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이금속, 아연, 카드뮴, 주석, 알루미늄의 할로겐화물, 질산염, 아질산염, 옥살산염, 황산염 또는 아황산염, 나트륨 보로플루오라이드(sodium borofluoride) 또는 이중 금속 염화물로 이루어지는 금속염과 혼합하는 단계와, 상기 혼합물을 반응챔버에 장입하고, 부피 팽창을 제한하지 않고 형성된 착화합물에 비하여 반응속도가 증가될 수 있는 반응생성물을 생성시키기 위하여 반응공정 중에 착화합물의 부피 팽창을 제한하면서 극성 기체를 상기 혼합물에 흡착 및 탈착시키고 상기 극성기체와 상기 금속염의 착화합물을 형성시키는 단계와, 상기 극성 기체를 상기 착화합물로부터 탈착시키고 상기 극성 기체를 상기 반응챔버로부터 제거(purging)하는 단계와, 상기 비극성 기체를 상기 반응챔버에 장입하고 상기 비극성 기체를 사용하여 수착반응을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 개선된 화학수착 반응공정.The method of claim 1, wherein the zeolite, activated carbon, activated alumina, silica gel or metal chloride is used in the alkali metal, alkaline earth metal, transition metal, zinc, cadmium, tin, aluminum halide, nitrate, nitrite, oxalate, sulfate Or mixing with a metal salt consisting of sulfite, sodium borofluoride or double metal chloride, charging the mixture into the reaction chamber and increasing the reaction rate compared to the complex formed without limiting volume expansion. Adsorbing and desorbing a polar gas to the mixture and forming a complex of the polar gas and the metal salt while limiting the volume expansion of the complex during the reaction process to produce a reaction product, desorbing the polar gas from the complex and Remove polar gas from the reaction chamber; (Purging); and an improved chemical sorption reaction processes charged to the non-polar gas into said reaction chamber and further comprising the step of performing the sorption reactions using said non-polar gas. 제1항에 있어서, 4.5mm 보다 작은 최대 열확산경로길이를 가지는 하나 이상의 반응챔버를 구비한 반응기에서 상기 공정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.The chemical sorption reaction process of claim 1, comprising performing the process in a reactor having one or more reaction chambers having a maximum thermal diffusion path length of less than 4.5 mm. 제7항에 있어서, 상기 금속염이 반응챔버 부피의 약 0.2 내지 1.0g/cc 사이의 밀도로 상기 하나 이상의 반응챔버로 장입되는 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.8. The process of claim 7, wherein said metal salt is charged to said at least one reaction chamber at a density between about 0.2 and 1.0 g / cc of reaction chamber volume. 제8항에 있어서, 상기 착화합물은 SrCl2·1-8(NH3)이고, 상기 밀도는 0.4 내지 0.8g/cc이고, 상기 평균 물질확산경로길이는 2.5 내지 7mm사이이며, 상기 열경로길이는 0.6 내지 2.5mm인 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.The method of claim 8, wherein the complex is SrCl 2 -1-8 (NH 3 ), the density is 0.4 to 0.8g / cc, the average material diffusion path length is between 2.5 and 7mm, the thermal path length is Chemical sorption reaction process, characterized in that 0.6 to 2.5mm. 제8항에 있어서, 상기 착화합물은 CaBr2·2-6(NH3)이고, 상기 밀도는 0.4 내지 0.8g/cc이고, 상기 평균 물질확산경로길이는 3 내지 6mm 이며, 상기 열경로길이는 0.6 내지 3.0mm인 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.The method of claim 8, wherein the complex is CaBr 2 -2-6 (NH 3 ), the density is 0.4 to 0.8g / cc, the average material diffusion path length is 3 to 6mm, the thermal path length is 0.6 Chemical sorption reaction process, characterized in that from 3.0 to 3.0mm. 제8항에 있어서, 상기 착화합물은 CaCl2·2-4, 4-8(NH3)이고, 상기 밀도는 0.2 내지 0.6g/cc이고, 상기 평균 물질확산경로길이는 2.5 내지 6mm이며, 상기 열경로길이는 0.6 내지 3mm인 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.The method of claim 8, wherein the complex is CaCl 2 · 2-4, 4-8 (NH 3 ), the density is 0.2 to 0.6g / cc, the average material diffusion path length is 2.5 to 6mm, the heat Chemical sorption reaction process characterized in that the path length is 0.6 to 3mm. 제8항에 있어서, 상기 착화합물은 CaCl2· 0-1, 1-2(NH3)이고, 상기 밀도는 0.2 내지 0.7g/cc이고, 상기 평균 물질확산경로길이는 3 내지 6mm이며, 상기 열경로길이는 0.6 내지 3mm인 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.The method of claim 8, wherein the complex is CaCl 2 · 0-1, 1-2 (NH 3 ), the density is 0.2 to 0.7g / cc, the average material diffusion path length is 3 to 6mm, the heat Chemical sorption reaction process characterized in that the path length is 0.6 to 3mm. 제8항에 있어서, 상기 착화합물은 CoCl2· 2-6(NH3)이고, 상기 밀도는 0.2 내지 0.8g/cc이고, 상기 평균 물질확산경로길이는 2.5 내지 6mm이며, 상기 열 경로길이는 0.6 내지 3mm인 것을 특징으로 하는 공정.The method of claim 8, wherein the complex is CoCl 2 · 2-6 (NH 3 ), the density is 0.2 to 0.8g / cc, the average material diffusion path length is 2.5 to 6mm, the thermal path length is 0.6 To 3 mm. 제8항에 있어서, 상기 착화합물은 NiCl2· 2-6(NH3)이고, 상기 밀도는 0.2 내지 0,7g/cc이고, 상기 평균 물질확산경로길이는 3 내지 6mm이며, 상기 열경로길이는 0.6 내지 3mm인 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.The method of claim 8, wherein the complex is NiCl 2 · 2-6 (NH 3 ), the density is 0.2 to 0,7g / cc, the average material diffusion path length is 3 to 6mm, the thermal path length is Chemical sorption reaction process, characterized in that 0.6 to 3mm. 제8항에 있어서, 상기 착화합물은 BaCl2·0-8(NH3)이고, 상기 밀도는 0.4 내지 0.9g/cc이고, 상기 평균 물질확산경로 길이는 3 내지 6mm이며, 상기 열경로길이는 0.6 내지 3mm인 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.The method of claim 8, wherein the complex is BaCl 2 0-8 (NH 3 ), the density is 0.4 to 0.9g / cc, the average material diffusion path length is 3 to 6mm, the thermal path length is 0.6 Chemical sorption reaction process characterized in that from 3mm. 제8항에 있어서, 상기 착화합물은 CoCl2· 0-1, 1-2(NH3)이고, 상기 밀도는 0.3 내지 0.8g/cc이고, 상기 평균 물질확산경로길이는 2.5 내지 6mm이며, 상기 열경로길이는 0.6 내지 3mm인 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.The method of claim 8, wherein the complex is CoCl 2 · 0-1, 1-2 (NH 3 ), the density is 0.3 to 0.8g / cc, the average material diffusion path length is 2.5 to 6mm, the heat Chemical sorption reaction process characterized in that the path length is 0.6 to 3mm. 제8항에 있어서, 상기 착화합물은 LiCl·0-3(NH3)이고, 상기 밀도는 0.2 내지 0.5g/cc이고, 상기 평균 물질확산경로길이는 2.5 내지 6mm이며, 상기 열경로길이는 0.6 내지 3mn인 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.The method of claim 8, wherein the complex is LiCl. 0-3 (NH 3 ), the density is 0.2 to 0.5g / cc, the average material diffusion path length is 2.5 to 6mm, the thermal path length is 0.6 to Chemical sorption reaction process, characterized in that 3mn. 제8항에 있어서, 상기 착화합물은 SrBr2·2-8(NH3)이고, 상기 밀도는 0.4 내지 0.8g/cc이고, 상기 평균 물질확산경로길이는 2.5 내지 6mm 사이이며, 상기 열경로길이는 0.6 내지 3mm인 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.The method of claim 8, wherein the complex is SrBr 2 · 2-8 (NH 3 ), the density is 0.4 to 0.8g / cc, the average material diffusion path length is between 2.5 and 6mm, the thermal path length is Chemical sorption reaction process, characterized in that 0.6 to 3mm. 제8항에 있어서, 상기 착화합물은 MnCl2·2-6(NH3)이고, 상기 밀도는 0.3 내지 0.8g/cc이고, 상기 평균 물질확산경로길이는 2.5 내지 6mm사이이며, 상기 열경로길이는 0.6 내지 3mm인 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.The method of claim 8, wherein the complex is MnCl 2 · 2-6 (NH 3 ), the density is 0.3 to 0.8g / cc, the average material diffusion path length is 2.5 to 6mm, the thermal path length is Chemical sorption reaction process, characterized in that 0.6 to 3mm. 제8항에 있어서, 상기 착화합물은 CaI2·2-6(NH3)이고, 상기 밀도는 0.3 내지 0.9g/cc이고, 상기 평균 물질확산경로길이는 3 내지 6mm이며, 상기 열경로길이는 0.6 내지 3mm인 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.The method of claim 8, wherein the complex is CaI 2 · 2-6 (NH 3 ), the density is 0.3 to 0.9 g / cc, the average material diffusion path length is 3 to 6mm, the thermal path length is 0.6 Chemical sorption reaction process characterized in that from 3mm. 제8항에 있어서, 상기 착화합물은 MgCl2·2-6(NH3)이고, 상기 밀도는 0.3 내지 0.8g/cc이고, 상기 평균 물질확산경로길이는 2.5 내지 6mm이며, 상기 열경로길이는 0.6 내지 3mm인 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.The method of claim 8, wherein the complex is MgCl 2 · 2-6 (NH 3 ), the density is 0.3 to 0.8 g / cc, the average material diffusion path length is 2.5 to 6mm, the thermal path length is 0.6 Chemical sorption reaction process characterized in that from 3mm. 제8항에 있어서, 상기 착화합물은 FeBr2·2-6(NH3)이고, 상기 밀도는 0.4 내지 0.8g/cc이고, 상기 평균 물질확산경로길이는 3 내지 6mm이며, 상기 열경로길이는 0.6 내지 3mm인 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.The method of claim 8, wherein the complex compound is FeBr 2 · 2-6 (NH 3 ), the density is 0.4 to 0.8g / cc, the average material diffusion path length is 3 to 6mm, the thermal path length is 0.6 Chemical sorption reaction process characterized in that from 3mm. 제7항에 있어서, 상기 착화합물은 SrBr2·2-8(NH3)이고, 상기 공정중의 반응기 안의 압력은 45psia(310 Knm-2) 이상이고, 상기 밀도는 0.5 내지 1.8g/cc이고, 상기 평균 물질확산경로길이는 2.5 내지 6mm이며, 상기 열경로길이는 0.6 내지 3mm인 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.The method of claim 7, wherein the complex is SrBr 2 -2-8 (NH 3 ), the pressure in the reactor during the process is at least 45psia (310 Knm -2 ), the density is 0.5 to 1.8g / cc, The average material diffusion path length is 2.5 to 6mm, the thermal path length is chemical sorption reaction process, characterized in that 0.6 to 3mm. 제1항에 있어서, 상기 반응은 3mm 보다 작은 최대 열확산 경로길이를 가지는 반응기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.The chemical sorption reaction process of claim 1, wherein the reaction is performed in a reactor having a maximum thermal diffusion path length of less than 3 mm. 제1항에 있어서, 상기 극성 기체는 암모니아인 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.The chemical sorption reaction process of claim 1, wherein the polar gas is ammonia. 제1항에 있어서, 상기 금속염은 상기 금속염의 둘 이상의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.The chemical sorption reaction process of claim 1, wherein the metal salt is a mixture of two or more of the metal salts. 제1항에 있어서, 상기 극성 기체는 암모니아이고, 상기 반응공정은 0.6 내지 3mm 사이의 최대 열확산경로길이와 2.5 내지 7mm 사이의 최대 물질확산경로길이를 가지는 하나 이상의 반응챔버를 구비한 반응기에서 수행되며, 상기 염은 반응챔버 부피의 0.2 내지 0.8g/cc 사이의 투입밀도로 상기 반응챔버에 장입되는 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.The process of claim 1 wherein the polar gas is ammonia and the reaction process is carried out in a reactor having at least one reaction chamber having a maximum thermal diffusion path length between 0.6 and 3 mm and a maximum material diffusion path length between 2.5 and 7 mm. And the salt is charged into the reaction chamber at an input density of between 0.2 and 0.8 g / cc of the reaction chamber volume. 제27항에 있어서, 상기 각각의 흡착 및 탈착 사이클의 반응시간은 각각 3 내지 20분 사이인 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.28. The chemical sorption reaction process of claim 27, wherein the reaction time of each adsorption and desorption cycle is between 3 and 20 minutes each. 제1항에 있어서, 상기 반응공정은 적어도 6분 동안 6 mole/mol-hr 보다 높은 평균 반응속도로 수행되는 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.The chemical sorption reaction process of claim 1, wherein the reaction process is performed at an average reaction rate higher than 6 mole / mol-hr for at least 6 minutes. 제1항에 있어서, 상기 극성 기체는 암모니아이고, 상기 금속염은 SrCl2, SrBr2, CaCl2, CaBr2, CaI2, CoCl2, CoBr2, BaCl2, BaBr2, MgCl2, MgBr2, FeCl2, FeBr2, NiCl2, ZnCl2, SnCl2, SnBr2, MnCl2, MnBr2, CrCl2, LiCl 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.The method of claim 1, wherein the polar gas is ammonia, and the metal salt is SrCl 2 , SrBr 2 , CaCl 2 , CaBr 2 , CaI 2 , CoCl 2 , CoBr 2 , BaCl 2 , BaBr 2 , MgCl 2 , MgBr 2 , FeCl 2 , FeBr 2 , NiCl 2 , ZnCl 2 , SnCl 2 , SnBr 2 , MnCl 2 , MnBr 2 , CrCl 2 , LiCl, or a mixture thereof. 제1항에 있어서, 상기 극성 기체는 암모니아이고, 상기 착화합물은 흡착 또는 탈착 사이클 동안에 20 mg/cc/minute 이상의 암모니아를 각각 흡착 및/또는 탈착하는 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.The process of claim 1 wherein said polar gas is ammonia and said complex compound adsorbs and / or desorbs at least 20 mg / cc / minute of ammonia during the adsorption or desorption cycle, respectively. 제1항에 있어서, 상기 극성 기체는 암모니아이고, 상기 착화합물은 전체 반응챔버 부피 당 10mg/cc/minute 이상의 암모니아를 흡착 및/또는 탈착하는 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.The chemical sorption reaction process according to claim 1, wherein the polar gas is ammonia and the complex compound adsorbs and / or desorbs at least 10 mg / cc / minute of ammonia per total reaction chamber volume. 제1항에 있어서, 상기 극성 기체는 암모니아이고, 반응속도는 하기의 식:The method of claim 1, wherein the polar gas is ammonia, the reaction rate is the following formula: △N = △Nmax(1-e-kt)ΔN = ΔN max (1-e -kt ) {상기 식에서, △N = 반응정도(moles/mole) △Nmax= 최대 반응정도(moles/mole) t = 시간(sec) k = 반응 운동에너지(kinetics)값(sec-1)}에 의하여 결정되고, 상기 반응은 4.5 moles/mole까지의 반응정도까지로 수행되며, 상기 k의 최소 값은 0.0004인 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.{In the above formula, ΔN = reaction (moles / mole) ΔN max = maximum reaction (moles / mole) t = time (sec) k = reaction kinetics (kinetics) value (sec -1 )} The reaction is carried out to the reaction degree up to 4.5 moles / mole, the minimum value of k is 0.0004 characterized in that the chemical sorption reaction process. 제1항에 있어서, 상기 극성 기체는 암모니아이고, 반응속도는 하기의 식:The method of claim 1, wherein the polar gas is ammonia, the reaction rate is the following formula: △N = △Nmax(1-e-kt)ΔN = ΔN max (1-e -kt ) {상기 식에서, △N = 반응정도(moles/mole) △Nmax= 최대 반응정도(moles/mole) t = 시간(sec) k = 반응 운동에너지(kinetics)값(sec-1)}에 의하여 결정되고, 상기 반응은 4.5 내지 6 moles/mole사이의 반응정도까지로 수행되며, 상기 k의 최소 값은 0.0003인 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.{In the above formula, ΔN = reaction (moles / mole) ΔN max = maximum reaction (moles / mole) t = time (sec) k = reaction kinetics (kinetics) value (sec -1 )} The reaction is carried out to the reaction degree between 4.5 and 6 moles / mole, the minimum value of k is 0.0003, characterized in that the chemical sorption reaction process. 제1항에 있어서, 상기 극성 기체는 암모니아이고, 반응속도는 하기의 식:The method of claim 1, wherein the polar gas is ammonia, the reaction rate is the following formula: △N = △Nmax(1-e-kt)ΔN = ΔN max (1-e -kt ) {상기 식에서, △N = 반응정도(moles/mole) △Nmax= 최대 반응정도(moles/mole) t = 시간(sec) k = 반응 운동에너지(kinetics)값(sec-1)}에 의하여 결정되고, 상기 반응은 6 moles/mole보다 높은 반응정도까지로 수행되며, 상기 k의 최소 값은 0.0002인 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.{In the above formula, ΔN = reaction (moles / mole) ΔN max = maximum reaction (moles / mole) t = time (sec) k = reaction kinetics (kinetics) value (sec -1 )} Wherein, the reaction is carried out to a reaction degree higher than 6 moles / mole, the minimum value of k is 0.0002. 제1항에 있어서, 하나 이상의 통기성 열교환 면을 구비하며 상기 열교환 면의 일부분을 따라 상기 극성 기체를 분배하는 반응기에서 상기 공정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.The process of claim 1 comprising performing the process in a reactor having at least one breathable heat exchange face and distributing the polar gas along a portion of the heat exchange face. 제1항에 있어서, 상기 염 및 상기 착화합물과 접촉하고 있는 하나 이상의 통기성 열교환 면을 구비하며, 상기 통기성 면의 일부분을 따라 상기 극성 기체를 상기 염 및 상기 착화합물에 분배하는 반응기에서 상기 공정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.The process of claim 1 having at least one breathable heat exchange face in contact with said salt and said complex, said process being carried out in a reactor for distributing said polar gas to said salt and said complex along a portion of said breathable face. Chemical sorption reaction process comprising the step. 제1항에 있어서, 상기 금속염과 미세 다공성 면을 구비한 통기성 혼합물 조성물을 혼합하는 단계와, 상기 혼합물을 사용하여 상기 흡착 및 탈착반응을 수행하여 상기 통기성 혼합물 조성물이 상기 극성기체를 상기 착화합물 물질에 분배하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.The method of claim 1, further comprising mixing the metal salt and the breathable mixture composition having a microporous surface, and performing the adsorption and desorption reaction using the mixture, thereby allowing the breathable mixture composition to pass the polar gas to the complex material. Chemical sorption reaction process comprising the step of dispensing. 제6항에 있어서, 상기 비극성 기체는 수소를 포함하고, 상기 흡착제는 금속 수소화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.7. The chemical sorption reaction process of claim 6, wherein the nonpolar gas comprises hydrogen and the adsorbent comprises a metal hydride. 제6항에 있어서, 상기 비극성 기체는 C1내지 C6의 저가 알칸 또는 이들의 혼합물, 헬륨, 아르곤, 수소, 산소, 이산화탄소, 일산화탄소, NOx또는 플루오르카본 냉매를 포함하고, 상기 흡착제는 제올라이트, 활성탄소, 활성알루미나 또는 실리카 젤을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학수착 반응공정.The nonpolar gas of claim 6, wherein the nonpolar gas comprises a C 1 to C 6 low cost alkane or mixture thereof, helium, argon, hydrogen, oxygen, carbon dioxide, carbon monoxide, NO x or fluorocarbon refrigerant, and the adsorbent is zeolite, Chemical sorption reaction process comprising activated carbon, activated alumina or silica gel. 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이금속, 아연, 카드뮴, 주석, 알루미늄의 할로겐화물, 질산염, 아질산염, 옥살산염, 과염소산염, 황산염 또는 아황산염, 나트륨 보로플루오라이드 또는 이중 금속 염화물로 이루어지는 금속염에 극성기체를 흡착시켜 형성된 착화합물에 극성기체를 교대로 흡착 및 탈착시키고, 15 mm보다 작은 최대 평균 물질확산경로길이를 가지는 하나 이상의 반응챔버를 포함하며, 내부에 상기 금속염과 상기 착화합물을 함유하며, 상기 반응챔버는 상기 착화합물의 부피 팽창을 제한하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기.Adsorption of polar gas to metal salts consisting of alkali metals, alkaline earth metals, transition metals, zinc, cadmium, tin, aluminum halides, nitrates, nitrites, oxalates, perchlorates, sulfates or sulfites, sodium borofluoride or double metal chlorides And at least one reaction chamber having alternating adsorption and desorption of the polar gas to the complex formed by the compound, and having at least a maximum average material diffusion path length of less than 15 mm. And a means for limiting the volume expansion of the complex. 제41항에 있어서, 상기 반응챔버는 0.6 내지 3mm 사이의 최대 열확산경로길이와 2.5 내지 7mm 사이의 최대 평균 물질확산경로길이를 가지며, 상기 염 또는 상기 착화합물은 반응 챔버 부피에 대해 0.2 내지 0.8g/cc 사이의 밀도를 가지는 것을 특징으로 하는 반응기.42. The method of claim 41, wherein the reaction chamber has a maximum thermal diffusion path length between 0.6 and 3 mm and a maximum average material diffusion path length between 2.5 and 7 mm, wherein the salt or complex is 0.2 to 0.8 g / Reactor having a density between cc. 제41항에 있어서, 상기 반응기를 따라 연장되고 상기 금속염과 열전달 관계에 있는 다수개의 열교환 핀을 포함하며, 상기 핀 사이의 거리는 2.8mm 이하인 것을 특징으로 하는 반응기.42. The reactor of Claim 41 comprising a plurality of heat exchange fins extending along said reactor and in heat transfer relationship with said metal salt, wherein the distance between said fins is no greater than 2.8 mm. 제41항에 있어서, 상기 반응챔버는 4.5mm 보다 작은 최대 열확산경로길이를 가지는 것을 특징으로 하는 반응기.42. The reactor of claim 41 wherein the reaction chamber has a maximum thermal diffusion path length of less than 4.5 mm. 제41항에 있어서, 상기 착화합물 또는 상기 금속염은 상기 반응기 내에서 반응챔버 부피에 대해 0.2 내지 1.0g/cc 사이의 밀도를 가지는 것을 특징으로 하는 반응기.42. The reactor of claim 41 wherein the complex compound or the metal salt has a density between 0.2 and 1.0 g / cc relative to the reaction chamber volume in the reactor. 제41항에 있어서, 상기 하나 이상의 반응챔버 안의 상기 금속염 또는 상기 착화합물로 그리고 그로부터 극성기체를 이송시키는 기체분배수단을 포함하되, 상기 금속염 또는 상기 착화합물의 중량으로 60% 이상은 기체분배수단의 25mm 이하 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 반응기.42. The method of claim 41, comprising gas distribution means for transferring polar gas to and from the metal salt or complex in the one or more reaction chambers, wherein at least 60% by weight of the metal salt or complex is less than 25 mm of the gas distribution means. Reactor characterized in that the range. 제41항에 있어서, 상기 금속염 및 상기 착화합물과 열접촉하고 있으며 통기성 재료로 이루어지는 하나 이상의 열교환 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기.42. The reactor of Claim 41 comprising at least one heat exchange surface in thermal contact with said metal salt and said complex compound and comprising a breathable material. 제41항에 있어서, 하나 이상의 통기성 면을 포함하며, 상기 통기성 면은 상기 통기성 면의 적어도 일부분을 따라 상기 금속염 및 상기 착화합물과 접촉하고 있는 상기 반응챔버안으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 반응기.42. The reactor of claim 41, comprising at least one breathable face, wherein the breathable face extends into the reaction chamber in contact with the metal salt and the complex along at least a portion of the breathable face. 제41항에 있어서, 상기 금속염과 상기 착화합물은 그것들의 혼합물 및 각각 상기 혼합물 내로 상기 극성기체를 분배하는 미세다공성 면을 가지는 통기성 혼합물 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기.42. The reactor of Claim 41 wherein said metal salt and said complex compound comprise a mixture of them and a breathable mixture composition having a microporous surface that each dispenses said polar gas into said mixture. 제41항에 있어서, 상기 반응챔버는 1.5mm 보다 작은 최대 열확산경로길이를 가지는 것을 특징으로 하는 반응기.42. The reactor of claim 41 wherein the reaction chamber has a maximum thermal diffusion path length of less than 1.5 mm. 제1항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응공정은 각각 30분 이하의 흡착 및 탈착반응 사이클 주기로 수행되는 것을 특징으로 하는 개선된 화학수착 반응공정.41. The improved chemisorption reaction process according to any one of claims 1 to 40, wherein the reaction process is carried out with a cycle of adsorption and desorption reactions of up to 30 minutes each.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4637218A (en) * 1974-11-04 1987-01-20 Tchernev Dimiter I Heat pump energized by low-grade heat source
WO1990010491A1 (en) * 1989-03-08 1990-09-20 Uwe Rockenfeller Method and apparatus for achieving high reaction rates in solid-gas reactor systems

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