KR100689374B1 - 화학 열 펌프 - Google Patents

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Abstract

화학 열 펌프에서는, 열 펌프가 의도되는 온도 범위 내에서 고상 및 용액상 간의 전이를 갖는 물질이 사용된다. 이 물질은, 태양 에너지 구동 화학 열 펌프에서는, 염화 마그네슘 육수화물을 함유할 수 있다. 이 열 펌프의 어큐뮬레이터 부에는, 열 교환기(21)가 네트(23)에 의해 둘러싸여 있다. 상기 고상은, 주로, 열 교환기와 접촉해 있는 네트의 내부에 배치되는 반면에, 상기 용액상은 상기 네트에서 유출되어, 열 교환기의 아래의 스페이스(24') 내에 수집된다. 이 스페이스로부터, 상기 용액상은 펌프되어, 상기 열 교환기에 걸쳐 스프레이 바(25)로부터 스프레이된다. 이에 의해, 상기 용액상과 고상 간에는 항상 평행이 유지된다. 이에 의해, 온도 단계(△T)가 일정하고, 고체 물질의 에너지 함유량이 비교적 크다는 것을 포함하는 이점이 액체 물질의 고 일률과 결합된다. 이와 같은 화학 열 펌프는 특히 태양 에너지와 같은 저품위 열 에너지를 냉각 상태로 변환하기에 적당하고, 어떤 경우에는 열을 동시에 생성시키기에 적당하다.
화학 열 펌프, 활성 물질, 분리 수단, 분포 수단, 열 교환기, 금속염

Description

화학 열 펌프{A CHEMICAL HEAT PUMP}
본 발명은 화학 열 펌프에 관한 것이다.
화학 열 펌프의 동작 원리에 대해서는 공지되어 있고, 예컨대, 미국 특허 제5,440,889호, 제5,056,591호, 제4,993,239호, 제4,754,805호 및 국제 공개 특허 출원 제WO 94/21973호가 참조된다. 화학 열 펌프에서, 열 펌프의 프로세스를 실행하여, 통상은 쌍극성 액체로서, 대부분의 경우에는 물인 휘발성 매체, 즉 피흡수질(absorbate) 또는 소르베이트(sorbate)와 함께 동작하는 활성 물질(active substance)인 흡수제(absorbent)가 사용된다. 공지된 기술에 따르면, 동작하는 활성 물질로서, 고체 물질 또는 액체 물질이 사용될 수 있다. 고체 물질은, 냉각 온도가 일정하면서 축열량이 비교적 큰 경우에, 전 배출(discharging) 프로세스 중에 증기압이 일정하게 유지되는 이점을 갖는다. 소르베이트로서 물을 가진 고체 물질의 통상적인 축열량의 값은, 냉각 에너지로서 카운트되며, 약 0.3 kWh/l이다. 고체 물질과 관련된 다른 이점은, 시스템 내에 이동 가능 구성 요소가 필요치 않다는 것이다. 열은, 고체 물질과 균일한 접촉 상태에 있는 층상(lamellar) 열 교환기 또는 판 열 교환기를 통해 고체 물질로 전달되거나 고체 물질로부터 전도된다. 고체 물질과 관련된 결점은, 고체 물질의 열악한 열 전도성으로 인해, 일률(power)이 제한될 수 있다는 것이다. 시스템의 충진(charging) 시간이 예컨대 태양 에너지를 이용하여 주간에 6 시간의 충진 시간에 상당하고, 시스템의 배출 시간이 예컨대 빌딩을 냉각시키는 12 시간의 주기에 상당하는 시스템에 대해서는 큰 문제를 제공하지 않는다. 그러나, 결점은, 낮밤에 태양 에너지에 기초하여 연속 냉각을 위해, 서로 병행하여 동작하는 2개의 설비가 필요하다는 것이다.
액체 물질은, 이런 물질이 충진 및 배출 시에 열 교환기에 뿌려져, 효율적으로 냉각되거나 가열될 수 있기 때문에 일률이 높은 이점이 있다. 액체 물질의 결점은, 냉각 용량이 소르베이트의 희석 함수로서 감소한다는 것이다. 이것은, 액체 물질을 사용할 수 있는 동작 구간을 실제로 매우 제한하여, 상술한 바와 같이 물질 리터 당 냉각 에너지로서 카운트되는 축열량을 감소시킨다. 화학 열 펌프에서 사용되는 대부분의 액체 물질 또는 흡수제는, 물이 휘발성 액체, 즉 소르베이트로서 사용되는 강 흡습성 무기염의, 바람직하게는 물 내의 용액으로 이루어진다. 이때, 용해 물질이 결정화될 수 없다는 사실로 다른 제한이 수반된다. 결정화는 스프레이 노즐 및 펌프에 문제를 발생시킨다. 따라서, 액체 물질의 사용은, 어떤 열의 축적을 하지 않고 열 에너지를 냉각 상태로 변환시키는 것으로 제한되고, 그에 대한 시스템은 일반적으로 알려져 있는 바와 같이 이용된다. 이와 같은 프로세스에서는, 가열되면, 증발되어 희석 용액에서 더욱 농축된 용액으로 변화하는, 예컨대 리튬 브로마이드 용액을 이용할 수 있다. 이것은, 화학 열 펌프 내에서, 기류(air flows)를 이용하여 저압 또는 대기압에서 행해질 수 있다. 동작 물질의 량은, "충진된" 농축 용액의 축적은 행해지지 않으므로, 비교적 작다. 그 후, 열 농축 용액은 냉각되어, 다시 열 교환기에서 증발되는 소르베이트를 흡수하게 되고, 열 교환기의 열은 예컨대 냉각되는 룸(room)에서 취해진다. 이런 공지된 시스템의 결점은, 열 농축 용액이 연속적으로 냉각될 필요가 있고, 이러한 것은 사실상 에너지 손실을 초래하고, 열을 공급하지 않을 시간 주기 동안에 냉각이 이루어지지 않을 수 있다는 것이다. 따라서, 이와 같은 시스템은 야간에 공조(air-conditioning)를 수행할 수 없다.
William W. Seay에 의한 미국 특허 제925,039호에는 냉동 프로세스가 개시되어 있다. 암모니아는, 흡수기/생성기 탱크 내에서, 고체염, 암모늄 또는 알카리 금속의 티오시안산염에 의해 흡수되어 용액을 형성하며, 이 탱크는 열 교환기를 통과하는 냉각수에 의해 냉각된다. 흡수 시에, 암모니아의 용해는 에너지를 필요로 하거나 소비하는 흡열 프로세스로서, 여기에는 암모니아 가스의 증발/응축의 모든 잠열(latent heat)이 이용된다. 이것은, 흡수 프로세스에서 필요로 되는 외부 냉각력을, 용해가 대신에 에너지를 방출(liberate)하는 프로세스에 비해 저하시키며, 후자의 케이스는, 프로세스가 또한 열 발생을 위해 의도될 시에 유리하다. 그 후, 이 용액은 열 교환기를 통해 온수를 통과시킴으로써 가열된다. 암모니아는 이 용액에서 방출되어, 이에 의해 냉각되도록 다른 열 교환기를 통과시켜 수용 탱크 내에 응축시킨다. 암모니아의 대부분이 응축된 후에, 밸브를 개방하여 암모니아를 팽창시켜, 암모니아 가스가 팽창할 시에 암모니아 가스에 의해 열이 발생되는 제 3 열 교환기 또는 냉동기 소자를 통과한다. 그 후, 팽창된 가스는 새로운 사이클을 개시하도록 흡수기/ 생성기로 통과한다.
본 발명의 목적은, 태양 에너지에 의해 구동될 수 있는 화학 열 펌프를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 고체 물질계와 관련된 이점이 액체 물질계의 이점과 결합되는 화학 열 펌프를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 액상과 열 교환기 간에 효율적인 열 교환을 달성하는 화학 열 펌프를 제공하기 위한 것이다.
흡수 후에도, 휘발성 액체가 고체로 유지하는 고체 물질을 사용하는 계에서는, 고체 물질이 휘발성 액체의 증기를 흡수할 시에, 고체 물질의 일정한 온도에 대해 휘발성 액체의 일정한 반응 압력이 유지된다. 이 반응 압력은, 고체 물질이 모두 제 1 고상(solid phase)에서 제 2 고상으로 전이될 때까지 일정하게 유지된다. 인용 미국 특허에서 제시된 바와 같이, 배출 프로세스에서 증기가 어떤 물질에 의해 흡수될 때, 제 1 상(phase)은 고체이고, 제 2 상이 액체, 즉 용액상이도록 선택된 물질을 가진 계의 경우는, 마찬가지로, 소르베이트의 일정한 반응 압력이 일정한 반응 온도에 대해 유지된다. 그 후, 이런 물질은, 고체 상태에서 액체 상태로 연속적으로 변화된다. 이 프로세스는, 일정한 반응 압력에서는, 이 물질이 모두 액체 상태로 전이될 때까지 계속한다. 동일한 방식으로, 배출 프로세스의 최종 부분에서의 반응 압력은, 이 물질이 액체 상태에서 고체 상태로 변화되고, 용액으로부터 증기가 방출될 때, 일정한 온도에 대해서는 일정하다. 배출 프로세스의 제 1 부분에서는, 용액상만이 가열되고, 증기는 방출되지 않는다. 따라서, 고체 상태와 액체 상태 간의 상 전이를 이용하는 그런 열 펌프에 대해, 고체 물질계의 이점은 액체 물질계의 이점과 결합될 수 있다.
물질을 배출할 시에, 즉 이 물질이 휘발성 액체를 흡수할 시에, 이 물질은, 고상 및 액상을 둘러싸고 있는 휘발성 액체의 증기 상태 내에 존재하는 이와 같은 휘발성 액체 내의 물질의 약간 희석된 용액으로 더욱더 용해되게 된다. 따라서, 생성된 용액은 잔여 고체 물질을 통해 트리클(trickle)하게 되어, 고체 물질에서 분리되도록 필터 또는 네트(net)를 통과하게 된다. 그 후, 포화 상태로 되어 있는 용액은, 증기를 응축할 시와, 물질 내의 증기를 용해할 시에 생성된 열을, 예컨대 외기(outdoor air)에 의해 냉각되는 열 교환기로 방출한다. 이것은, 용액이 열 교환기를 통과되게 하는 펌프를 가짐으로써 달성될 수 있다. 그 후, 이 용액은, 다시 증기의 흡수에 관여하도록 하기 위해 어떤 표면 확대 수단에 의해 확산되거나 분포된다. 이런 표면 확대 수단은 어떤 적당한 재료에서 만들어지는 볼(ball), 로드(rod), 네트, 섬유로 이루어질 수 있다. 열 교환기 및 표면 확대 수단은 하나의 장치에 조합될 수 있다.
따라서, 이 프로세스에서는, 증기, 고체의 활성 물질 및 이 활성 물질의 포화 용액이 동시에 존재하는 3-상 계가 이용된다. 배출 단계에서는, 이들 3개의 성분은 항상 존재한다. 이에 의해, 일정한 온도에 대해서는 일정한 증기압이 유지된다. 따라서, 이 프로세스를 개시할 시에, 활성 물질의 주요 부분은 고체 상태로 존재한다. 어떤 작은 부분은 활성 물질의 포화 용액 내에 존재한다. 배출 프로세스에서는, 고체 물질의 양과 용액의 양 간의 비율은, 이 프로세스의 종점에서 고체 물질의 주요 부분이 포화 용액 내에 존재하도록 변화된다. 고체 물질의 단결정이 반응기 내에 남아 있는 한, 3-상 규칙(rule)은 충족되며, 이에 의해, 증기압은 일정한 온도에 대해서는 일정하다. 더욱이, 펌프를 통과하기 전과, 열 교환 단계를 통과하기 전에, 고체 물질 및 포화 용액을 서로 분리하도록 설비가 설계된다. 따라서, 열 교환은 액상 내에서 완전히 수행되어, 열 교환이 효율적일 수 있다. 고체 물질의 융해는 이용되지 않는다. 이 프로세스의 효율은, 열 교환기의 용량 및 포화 용액과 증기 간의 반응에 의해 결정되며, 이 반응은 포화 용액의 노출 면적의 사이즈 및 계에서의 압력 강하에 의존한다.
충진 프로세스에서는, 대응하는 방식으로, 3-상 계가 고찰되어야 한다. 증기, 고체 물질 및 포화 용액은 동시에 존재할 수 있다. 이 충진은, 고체 물질 및 포화 용액의 비율을 고체 물질이 많게 변화시킨다는 것을 수반한다. 3개의 성분 또는 상이 모두 동시에 존재할 때, 배출 시와 동일한 방식으로, 증기압은 온도가 일정할 경우에 일정하다. 포화 용액과 고체 물질의 입자는, 네트 또는 필터에 의해 서로 분리되고, 용액 상에서 열 교환이 행해진다. 이 용액은 휘발성 액체의 증기를 방출하기 위해 큰 면적에 걸쳐 분포된다.
따라서, 충진 프로세스는 완전히 가역적이고, 배출 시에서와 동일한 기본 설정을 이용한다. 그러나, 충진 프로세스에서는, 고온으로 인해, 충진 시초에는 거의 완전히 용액 상으로 존재하는 고체 물질은, 이 물질의 용해도가 온도에 따라 증가하므로 충진 프로세스의 일부 중에 용액에 남아 있어, 계가 2개의 상만을 가지는 것으로 관측된다. 충진 프로세스의 어떤 시간에, 용액의 부분은 고체 물질로 변화되기 시작하여, 계가 다시 3-상을 갖는다. 상이한 온도에서 용해도가 상이하다는 것은, 어떤 의미로는 온도 눈금의 작은 상승이 행해진다는 것을 의미하며, 이것은 명백히, 증기압이 응축기에서보다 더 높도록 증기 압력을 상승시킬 필요가 있다.
포화 용액을 점차 결정화시켜, 이에 의해 주어진 온도에 대해 일정한 증기압을 획득함으로써, 충진 프로세스를 용이하게 되는데, 그 이유는 결정화가 개시된 후에 반응 온도를 더 이상 상승시킬 필요가 없기 때문이다. 대신에, 이 물질이, 정상 흡수 냉동 프로세스에서와 같이, 액체 상태로 남아있을 경우에, 최종 충진 온도는 통상적인 염/물 시스템에서는 130℃ 이상으로 높게 되지만, 본 발명에서 사용되는 최종 충진 온도는 100℃ 미만, 종종 70℃ 내지 85℃의 범위 내에 유지될 수 있다.
예컨대, LiBr의 용액을 이용하는 종래의 흡수 냉동 시스템에서는, 결정화가 프로세스의 기술적 이유로 회피되어야 한다. 이와 같은 프로세스에서는, 온도가 100℃ 이상으로 높게 상승하는 경우에만, 용액 내의 휘발성 액체, 즉 물을 방출시킬 수 있다. 이것은, 흡수 프로세스을 이용하여 태양 에너지 구동 냉각 설비로부터 냉동을 달성할 시에 생기는 기본적인 문제이다. 이런 문제에 대한 해결책은, 온도를 상승시키는 단계 중에, 수증기를 자유롭게 방출시켜, 이것에 의해 나중에 고체 물질의 결정, 즉 수화물(hydrate)을 남기게 하는 것이다. 이런 것이 생기면, 즉, 결정이 형성되기 시작하면, 3-상 상태로 된다. 온도는, 이때, 일정하게 되고, 비결정화 용액(액체 물질계)을 이용하여 대응하는 흡수 냉동 프로세스보다 상당히 낮은 값으로 된다. 이런 상당한 저온에서는, 태양 에너지를 이용하여 충진하는 것이 더욱 바람직하고, 고가의 집중 진공 태양 패널(concentrating vacuum solar panel)을 이용하지 않고 달성될 수 있다. 게다가, 축열에 이용될 수 있는 완충제를 구성하는 고체 물질, 즉 수화염에 의한 이점이 획득된다.
마찬가지로, 충진이 행해짐과 동시에, 흡수 냉동 프로세스 중에 계에 존재하는 포화 용액을 사용하는 것이 가능하다. 즉, 냉동은, 태양이 비치지 않을 시에 미래의 필요를 위해 고체 물질을 축적하여 충진을 행하면서, 주간에 실행될 수 있다.
일반적으로, 활성 물질은 다음과 같은 성질을 가져야 한다: 즉, 활성 물질은, 보다 낮은 제 1 온도에서는, 활성 물질이 휘발성 액체, 대부분의 경우에 그의 증기상을 흡수할 시에, 일부 직접 액상 또는 용액상으로 되는 고체 상태를 가지고, 보다 높은 제 2 온도에서는, 활성 물질은 액체 상태를 가지거나, 또는 휘발성 액체를 방출하여, 증기로 전이할 시에, 활성 물질이 일부 직접 고체 상태로 되는 용액상 내에 존재해야 한다. 통상적으로 수증기와 함께 동작하는 바람직한 활성 물질은 고체 상태에서는 결정수를 함유한 각종 금속염을 포함한다. 이들 중에서는, 바람직하게는 염화 마그네슘이 언급될 수 있지만, 브롬 마그네슘 및 염화 리튬과 어떤 다른 염도 취급할 수 있다.
휘발성 액체의 증기압은, 바람직하게는, 상당히 낮은 냉각 온도가 획득될 정도로 낮아야 한다(이는 아래에 정의된 양 △T이 상당히 큰 상태와 동등함). 더욱이, 증기와 고체 물질의 반응 시의 에너지 함유량은, 의도된 응용에서 중요할 만큼 상당히 많아야 한다. 즉 고체 물질은 용액의 최종 용량마다 충분한 양의 물을 흡수해야 한다.
염의 혼합물인 고체 물질도, 그것이 상술한 요건을 충족할 경우에 사용될 수 있다. 이와 같은 혼합물의 일례는, 소량의, 예컨대 약 10%(중량)의 염화 리튬과 혼합된 염화 칼슘의 이수화물이다.
열 펌프의 연속 동작을 달성하기 위하여, 각종 프로세스 단계를 개별 스페이스에서 행할 수 있다. 따라서, 물질만을 충진하여, 즉 물질의 용액상을 가열하여 고체 물질 및/또는 포화 용액을 생성하기 위해서는 제 1 스페이스를 사용할 수 있고, 증기만을 응축하기 위해서는 제 2 스페이스를 사용할 수 있으며, 배출만을 위해, 즉 포화 용액 및 고체 물질이 증기를 흡수시키기 위해서는 제 3 스페이스를 사용할 수 있고, 증발만을 위해서는 제 4 스페이스를 사용할 수 있다. 증기가 제 1 및 2 스페이스 사이와 제 3 및 4 스페이스 사이에서 자유롭게 이동할 수 있도록 가스 도관이 배치된다. 용액 및 휘발성 액체를 제각기 제 1 및 2 스페이스 사이와 제 3 및 4 스페이스 사이로 이동하기 위해 도관 및 펌프가 제공된다.
이하, 본 발명은 첨부한 도면을 참조로 비제한 실시예에 의해 기술된다.
도 1은 화학 열 펌프의 개략도이다.
도 2는 화학 열 펌프의 흡수측의 개략적인 입면도이다.
도 3은 LiCl 포화 수용액의 온도 함수로서의 특징적인 온도차의 다이어그램이다.
도 4는 도 3에서와 동일한 용액의 온도 함수로서 증기압을 하부 곡선으로 도시하고, 온도 함수로서 물의 증기압을 상부 곡선으로 도시한 대수 다이어그램이다.
도 5는 LiCl, LiCl의 일수화물 및 물을 포함하는 반응계의 온도 함수로서 특징적인 온도차를 도시한 반응 다이어그램이다.
도 6은 화학 열 펌프의 흡수측의 다른 실시예의 개략적인 입면도이다.
도 7은 열-화학 어큐뮬레이터(accumulator)를 포함한 설비를 설명한 개략적인 다이어그램이다.
도 8은 도 7의 열-화학 어큐뮬레이터의 개략적인 입면도이다.
도 1에서, 냉각 또는 가열을 발생시키기 위한 화학 열 펌프가 개략적으로 도시된다. 도시된 화학 열 펌프는, 흡수기/생성기라 부르는 제 1 용기(1) 또는 어큐뮬레이터를 가지며, 제 1 용기(1)는, 소르베이트, 보통 물을 발열적으로 흡수하여, 흡열적으로 탈착(desorb)할 수 있는 흡수제인 물질(2)을 포함한다. 제 1 용기(1)는, 파이프의 형상을 가지는 고정 가스 연결부(4)를 통해, 응축기/증발기라 부르는 제 2 용기(3)에 연결되는데, 상기 연결부(4)는 그의 단부에서 상기 용기의 상부측에 연결된다. 제 2 용기(3)는, 제 1 용기(1) 내의 물질(2)이 기체 소르베이트(6)를 흡열적으로 탈착할 시에는 기체 소르베이트(6)를 액체 소르베이트(5)로 응축하는 응축기로서 작용하고, 제 1 용기(1) 내의 물질(2)이 소르베이트를 발열적으로 흡수할 시에는 액체 소르베이트(5)를 기체 소르베이트(6)로 증발하는 증발기로서 작용한다.
시스템, 즉 서로 유체 연결 관계에 있는 제 1 및 2 용기(1,3)의 내부 스페이스 및 가스 도관(4)은 완전히 기밀(gas-tight)하고, 가스(16)를 제외한 모든 가스로부터 진공 상태로 되며, 이 가스(16)는 화학 프로세스에 관여하고, 보통은 수증기이다. 어큐뮬레이터(1) 내의 물질(2)은 이런 어큐뮬레이터 내에서 제 1 열 교환기(7)와 직접 접촉한다. 제 1 열 교환기는 액체류(8)를 통해 환경으로부터 열을 수취하거나 열을 이 환경으로 공급할 수 있다. 증발기/응축기 부(3)내의 액체(5)도, 마찬가지로, 증발기/응축기 내에서 제 2 열 교환기(9)와 직접 접촉한다. 액체류(10)를 통해 제 2 열 교환기에서 환경으로 또는 환경에서 제 2 열 교환기로 열을 공급할 수 있다.
시스템의 상이한 구성 요소는, 이점으로, 용기(1 및 3)가 이 용기를 분할 벽(partitioning wall)에 의해 분리함으로써 형성되도록, De Beijer 등에 의한 상기 인용한 미국 특허 제5,440,899호에서 설명된 바와 같은 단일 외부 용기내에 배치될 수 있다.
여기서, 열 펌프 내의 물질(2)은, 열 펌프가 의도되는 온도에서 이 물질이 고체 상태 및 액체 상태 간의 전이에 의해 동작할 수 있도록 선택된다. 따라서, 어큐뮬레이터(1)내의 반응은 물질(2)의 고상 상태와 액상 상태 간에 일어난다. 소르베이트가 물질에 의해 흡수될 시의 배출 프로세스에서, 제 1 상은 고체이고, 제 2 상은 액체이며, 이때 소르베이트의 일정한 반응 압력은 일정한 온도로 유지된다. 그 후, 이 물질은 고체 상태에서 액체 상태로 연속적으로 변화한다. 이 프로세스는, 모든 물질이 고체 상태에서 액체 상태로 변화할 때까지 일정한 온도에 대한 일정한 반응 압력에서 계속한다. 동일한 방식으로, 물질이 액체 상태에서 고체 상태로 변화할 때, 반응 압력은 충진 프로세스의 부분에서 일정하다.
도 2에서, 고체 상태 및 액체 상태 간에 전이를 갖는 그런 물질(2)에 적당한 어큐뮬레이터(1)가 도시된다. 이 물질은, 고체 형태(21)로, 도 1의 열 교환기(7)에 상당하는 열 교환기(22)의 한 표면에 배치된다. 열 교환기(22)는 판(plate)으로서 설계되며, 이 판은, 고체 물질(21)이 배치되는 그의 전면(front side)에, 예컨대, 표면 확대용 수직 플랜지를 갖는다. 열 교환기(22)의 배면(rear side)은 열을 공급하거나 열을 멀리 보내는 외부 매체와 접촉한다. 더욱이, 열 교환기(22)는, 물질의 고체 형태(21)와 함께, 매우 작은 입자만이 통과할 수 있고, 액체 및 기체는 자유롭게 통과할 수 있는 밀집-메쉬 네트(close-meshed net)(23)에 의해 모든 방향에서 완전히 둘러싸인다. 물질의 액체 상태를 형성하는 용액(24)은 어큐뮬레이터 용기(1)의 바닥에 배치되어, 열 교환기(22) 바로 밑의 자유 스페이스(24') 내에 모인다. 이 스페이스는 펌프(26)와 연결 관계에 있는 출구(24")를 갖는다. 액체 분포 시스템(25)은 네트(23)의 내측에서 열 교환기(22)의 상방에 배치되어, 펌프(26)가 용액을 열 교환기(22)에 걸쳐 분포시킬 수 있도록, 도관(25')을 통해 펌프(26)에 연결된다. 액체 분포 시스템은 스프레이 바(spray bar)로서 구성될 수 있지만, 그것은 고압을 필요로 하고, 그 내의 작은 구멍은 형성된 결정에 의해 쉽게 막힐 수 있다. 대신에, 큰 구멍을 가진 회전관이 이점으로 사용될 수 있다.
이제, 일례로서 고체 물질에 대한 염 MgCl2.6H2O을 가진 어큐뮬레이터부(1)에서의 프로세스에 대해 기술되며, "충진" 단계에서, 예컨대 태양 에너지가 사용될 수 있다. 물질(2)은 초기에 "충진"되어, "배출"되는 것으로 추정된다. 이때, 이 물질은 고상으로서 존재하고, (21)에서 열 교환기(22)와 접촉하여 배치된다. 이 물질의 고체 형태(21)는 미세 결정으로서 존재하거나, 다소 고체 케이크(cake)로 소결될 수 있고, 어느 경우에는 네트(23)를 통과할 수 없다. 이때, 열 교환기(22)는, 예컨대 주변 온도, 예컨대 약 30℃와 같은 실외 온도를 가지고, 또한, 응축기(3)내의 응축액(5)은 동일한 온도를 가질 수 있다. 수증기가 물질의 고체 형태(21)에 의해 흡수되면, 어큐뮬레이터(1) 내에서 에너지가 발생되어, 그의 온도는 상승될 수 있지만, 보통 열은 이동되고, 즉 이 물질은 열 교환기(22) 내에 흐르는 매체에 의해 냉각된다. 에너지는 증발기/응축기(3) 내에서의 증발을 위해 소비되고, 그의 온도는 낮아져, 열 교환기(22)를 통해 예컨대 하우스내의 실내를 냉각시키기 위해 사용될 수 있다. 이때, 이 물질의 고체 형태(21)는, 부분적으로 용액(24)으로 변환되고, 이 용액은 열 교환기(22)에서 흘러, 둘러싼 네트의 바스켓 밖으로 흐른다. 용액(24)은, 열 교환기(2)의 아래의 자유 스페이스(24') 내에 수집되고, 이 스페이스에서 출구(24")를 통한 펌프(26)에 의해 용액이 열 교환기의 표면에 걸쳐 확산하는 열 교환기(22)의 상측에 있는 분포 시스템(25)으로 이동된다. 그 후, 용액(24)은 물질의 고체 형태(21)를 통해 트리클(trickle)하여, 용액이 어큐뮬레이터의 바닥에 도달하여, 분포 바(25)에 의해 열 교환기(22)의 상부에 걸쳐 분포될 때에는 항상 포화된다. 열 교환기(22)의 상부에는 바로 고체 물질(21)이 없게 되고, 그 후에 양호한 열 이동과, 이것에 의한 고 효율의 흡수 프로세스를 달성할 수 있다. 이것은 실질적으로 모든 고체 형태(21)가 용액(24)으로 변화될 때까지 계속한다.
물질(2)을 "충진"할 시에, 이 물질은 초기 상태에서는 용액(24)으로서 존재하는 것으로 추정될 수 있다. 어큐뮬레이터(1) 내의 열 교환기(22)는, 아래에 기술되는 바와 같이, 예컨대 태양 에너지에 의해 적당한 온도, 예컨대 적어도 50℃로 가열되지만, 증발기/응축기는 주변 온도, 예컨대 실내 또는 실외 온도, 즉 많아야 약 30℃로 유지된다. 용액(24)은, 이때부터 주변으로 펌프되어, 지금 자유로운 열 교환기(22)에 걸쳐 확산한다. 용액(24)이 열 교환기와 접촉한 상태로 가열될 시에, 소르베이트는 응축기(3)로 방출되어, 용액(24)은 농축된다. 그러나, 물질(2)의 용해성은 저온에서보다 고온에서 상당히 더 높아, 고농도의 용액상으로의 충진을 행할 수 있다.
이때, 결정화, 즉 물질을 고체 상태로의 변환은 용액(24)에서 자연스럽게 일어나, 미세 결정이 형성되고, 이 결정은 더 이상 네트(23)를 통과할 수 없을 때까지 성장하여, 그 후, 열 교환기(22)의 바닥부에 수집된다. 원하는 최고 농도에는, 이와 같이 계가 다시 배출되어 냉각에 이용될 준비가 되어 있을 시에, 펌프(26)는 정지되어 역전됨으로써, 스페이스(24') 내의 잔여 용액(24)이 열 교환기(22)의 주변 스페이스에 압입된다. 동시에, 열 교환기(22)는, 예컨대, 약 30℃의 주변 온도, 예컨대, 실외 또는 실내 온도까지 냉각되어, 액체 형태(24)의 모든 잔여 물질(2)은 결정화한다. 이런 계는, 배출 단계에서 증발기/응축기(3) 내의 열 교환기(9)가 하우스 또는 아파트내의 실내에 배치될 경우에 실내를 냉각시키는데 사용될 수 있다.
열 교환기(22)의 벽은, 이점으로, 결정이 벽 상에 높은 정도까지 형성되고, 대신에, 형성된 결정이 네트(23)의 내측에 실질적으로 자유롭게 이동할 수 있도록 되는 것을 방지하기 위해, 예컨대 Teflon에 의해 처리될 수 있다. 물질의 고체 형태(21)가 모두 용액상으로 변환되었을 시에, 열 교환기(22) 내의 용액(24)의 레벨은, 높아도 열 교환기의 높이의 약 2/3인 것으로 추정된다.
따라서, 화학 열 펌프에 대해 기술된 화학 반응기는, 도 2에 도시되지 않았지만, 동일한 용기 내에 배치되어 있는 응축기/증발기부와 조합되어 있는 것으로 추정된다. 그것은 원형 또는 평평한 형상의 판 열 교환기를 포함하도록 설계되어, 그것에는, 예컨대, 스프레이에 의해 분포시켜, 이것에 의해 증발 프로세스에서 열 교환기의 표면을 적시기 위해, 열 교환기 표면의 적어도 일부 상의 모세관 흡입(capillary sucking) 재료, 또는 분포 시스템 및 펌프가 장비된다.
상술한 타입의 설비는, 액상에서 물질의 오버플로우 및 스플래시(splash)가 응축기/증발기 측으로 쉽게 이동되지 않도록 하기 위해, 설비의 하부에 반응기가 배치되고, 상부에는 응축기/증발기가 배치되도록 설계되는 것이 바람직하다. 그러나, 이런 이동은, 가스류(gas flow)가 강력하기 때문에 여전히 일어날 수 있어, 증발기/응축기 부내의 물이 시간적으로 너무 고농도의 물질을 획득할 수 있는 위험이 존재한다. 이것을 방지하기 위하여, 소량의 물만이 증발기 내에 남아 있을 시의 각 배출 프로세스 후에, 도시되어 있지 않지만, 증발기의 하부 내의 밸브를 개방하여, 이를 통해 최종 잔여 물을 반응기에 자유롭게 흐르게 한다. 이런 식으로, 응축기/증발기 부내의 물질의 축적이 회피된다. 기계적으로 방출된 이런 물은, 이점으로, 반응기 펌프를 통과하여 이를 세척시킬 수 있다. 동일한 방식으로, 배출 프로세스 후에, 순수한 물이 동일한 밸브를 경유하여 펌프를 통해 후방으로 역류되어, 농축된 용액을 반응기/어큐뮬레이터의 최종 냉각 전에 제거할 수 있다.
약간 상이한 설계의 반응기 또는 흡수기/생성기(1)는 도 6에 도시되어 있다. 충진 단계에서, 온수는 적절히 설정된 밸브(63) 및 도관(61)을 통해 도시되지 않은 태양 패널에서 재킷(64)으로 흐르는데, 이 재킷(64)은, 펌프(66) 및, 이 펌프를 외부 열 교환기(67)의 한 측에 연결한 도관(66')을 둘러싼다. 이 온수는 외부 열 교환기(67)의 다른 측에 들어가, 그로부터 도관(68)을 통해 태양 패널로 계속 들어간다. 포화 용액은, 펌프 모터(65)에 의해 구동되는 펌프(66)에 의해, 외부 열 교환기(67)의 상기 한 측을 통해 추진(propel)되어 분포 파이프(69)로 흐르고, 이 분포 파이프로부터 상기 용액은 반응기 내의 스페이스의 상부 부분 내에 배치된 표면 확대 수단(70)에 걸쳐 확산되어, 표면 확대 수단의 바로 아래에 배치되지만, 작은 수직 확장부만을 가져, 이 단계에서는 적극적으로 가열 또는 냉각되지 않는 내부 열 교환기(71)에 걸쳐 아래로 더 확산된다. 반응기의 상부에는, 가스 필터(72)가 배치되고, 그를 통해 포화 용액에서 방출된 증기는 도 6에 도시되지 않은 응축기에 연결된 가스 도관(73)으로 통과한다. 증발 시에 결정이 형성되고, 이들 결정은 잔여용액과 함께 내부 열 교환기(71)에서와 그를 지나 하방으로 필터 또는 네트 바스켓(74)의 바닥까지 통과하며, 여기서, 이들 결정은 이 바스켓의 내부에 수집된다. 포화 용액은 반응기의 하부에서, 네트(74)의 바닥의 아래의 스페이스에 수집된다.
표면 확대 수단은 10 cm의 직경을 가진 Teflon 볼을 포함할 수 있으며, 이 볼은 상부 필터(72)의 아래에서 반응기의 스페이스의 상부에 있는 네트 구조 내에 배치된다. 도시된 실시예에서, 주로, 펌프 및 펌프로부터의 도관의 주변에 온수가 흐르기 때문에, 결정이 충진 프로세스 시에 원하지 않는 장소에 형성되는 위험이 근본적으로 감소된다. 그렇지 않으면, 결정이 이들 장치 내에서 생성되어, 결과적으로 포화 용액의 흐름을 정지시킬 수 있다. 또한, 가열할 시에 밀폐된 외부 열 교환기(67)를 이용함으로써, 용액의 증기가 형성될 수 없고, 결정이 열 교환기 내에 존재하는 위험이 회피된다.
배출 단계에서, 입구 밸브(63)는, 외기에 의해 냉각된 물과 같은 어떤 히트 싱크(heat sink)로부터의 냉수의 흐름이, 이제 파이프(62)만을 통해 내부 열 교환기(71)로 직접 통과하여, 외부 교환기를 바이패스시켜 출구 파이프(68)를 통해 되돌아가도록 설정되며, 외부 열 교환기(67)는 배출 프로세스 시에 능동적으로 가열 또는 냉각되지 않는다. 포화 용액은 불활성 외부 열 교환기(67) 또는 도시되지 않은 개별 바이패스(by-pass) 도관을 통해 분포 파이프(69)로 펌프되고, 및 그 분포 파이프(69)로부터 표면 확대 수단(70)으로 펌프 다운된다. 이때, 용액은 열을 발생시키는 증기를 흡수한다. 이 열은 내부 열 교환기(71) 내로 이동되고, 그 후, 이 용액은 네트 바스켓(74)의 하부로 통과시켜 잔여 결정과 접촉하여 다시 포화되도록 한다. 그 후, 이 용액은 이 바스켓을 통과하여, 다시 상부로 펌프된다. 배출 단계에서는, 용액 및 결정이 물을 흡수하기 때문에, 결정이 무심코 형성되는 위험이 작다.
물과 함께 동작하는 활성 물질로서, 수화물이 사용될 수 있다. 이 활성 물질은 프로세스 시에 존재하는 모든 온도를 초과하는 융해점을 갖는다. 휘발성 액체, 바람직하게는 그의 증기를 흡수할 시에, 이 활성 물질은, 증기압이 휘발성 액체 자체의 증기압 보다 상당히 낮은 포화 용액으로 변환되어야 한다. 이 증기압은, 사용되는 충진 온도 및 원하는 냉각 온도가 설비의 특정 사용을 위한 요건을 충족하도록 상당히 낮아야 한다. 상이한 사용에서는 상이한 물질을 필요로 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 예컨대 MgCl2.6H2O, 염화 마그네슘 육수화물일 수 있는, 프로세스 시에 사용된 물질은, 부분적으로 액체 상태로 변환되는 소르베이트(물)를 흡수할 시에, 바로 고체 상태로 되어야 한다. 염화 마그네슘 육수화물은, 100℃ 이상의 융해점을 갖지만, 많은 물이 흡수될 때, 용액, 즉 액체 형태로 바로 변환된다. 포화 용액에 대한 반응 육수화물의 평행 압력은 20℃의 온도에서 약 4.6 mm Hg이며, 이것은 20℃의 △T에 상당한다. 여기서, △T는, 평행 압력에서 3 상, 즉 고체 물질, 포화 용액 및 증기와, 응축기/증발기내의 휘발성 액체 사이에 존재하는 온도차이다. 소르베이트로서 물/ 수증기를 포함하는 태양 에너지 구동 시스템에 대해 적당한 △T는 20℃ 내지 40℃의 범위내에 있다. 따라서, 반응은, 배출 프로세스 시에 증발기내의 소르베이트를 고체 물질의 현재 온도 미만의 약 20℃까지 냉각시킬 수 있다. 예컨대, 이 물질이 배출 프로세스 시에 30℃의 실외 온도까지 냉각된 상태로 유지될 경우, 실내를 위한 냉각수는 공기 조화 시스템에 매우 적절한 10℃의 온도로 생성될 수 있다. 동일한 방식으로, 충진 프로세스 시에, 응축기가 30℃의 실외 온도로 유지된다면, 물질은 단지 (30 + 20)℃ = 50℃를 초과하는 온도로 가열되어야 한다.
물질 1 리터당 kWh의 냉각 에너지에서의 저장 용량은, 주로, 소르베이트의 물질의 용해도에 의존한다. 1 몰(mole)의 염화 마그네슘 육수화물은 30℃에서 3.5 몰의 물을 흡수하여 용액으로 되며, 이것은 최종 용액 1 리터당 약 0.25 kWh의 냉각 에너지에 상당한다. 에너지 함유량 및 온도차 △T는 상이한 물질 간에서는 상당히 변화한다. LiCl.H2O, 즉, 염화 리튬의 일수화물의 대응하는 계산은 32℃의 온도차 △T 에 대해서는 0.3 이상의 kWh/l을 부여한다. 사용 가능한 물질의 수는 제한된다. 적당한 물질은, LiCl, LiBr, LiI, MgCl2, MgBr2, MgI2, CaCl2, CaBr2, CaI2, SrI2, KOH, NaOH, ZnCl2, ZnBr2, ZnI2, AlCl3, AlBr3 및 AlI3로 이루어지고, 이들 중에서, MgCl2, MgBr2, LiCl, CaCl2, CaBr2, ZnCl2 및 NaOH이 특히 적절한 것으로 고려될 수 있다.
또한, 염의 혼합물도 사용될 수 있다. 따라서, 염화 칼슘 CaCl2는 4종의 수화물, 일-, 이-, 사- 및 육수화물을 형성한다. 육수화물은, 그것이 수증기로 노출될 시에 직접 용액으로 변환된다. 그러나, 에너지 차 △T는 너무 작고, 에너지 함유량도 작다. 이 육수화물은 약 30℃에서 이미 녹아, 너무 낮은 용융점으로 인해 부적당한데, 그 이유는 배출 프로세스 시에 온도가 종종 30℃ 이상으로 높아지기 때문이다. 이 물질은 보통 외기에 의해 냉각된다. 사수화물은 수증기를 흡수하여, 온도가 30℃ 이상이고, 육수화물의 결정이 형성될 수 없을 경우에는, 포화 용액으로 직접 변환된다. 사수화물의 용융점은 약 45℃이다. 그러나, 온도차 △T 및 에너지 함유량은 너무 작다.
그러나, 예컨대, 약 10%(중량)의 LiCl을 이수화물과 혼합하면, 이 수화물 모두의 용융점은 낮아진다. 육수화물 및 사수화물은 양자 모두 본 발명에서 고려되는 배출 온도보다 낮은 융용점을 갖는다. 그 후, 이 프로세스는 개시 고체 물질로서 (LiCl로 도핑된) 이수화물을 이용하여 작동시킬 수 있다. 이때, 이수화물은, 포화 용액으로 통과하는 수증기를 흡수한다. 30℃의 물질 온도에 대해 26℃와 동일한 에너지 차 △T가 획득된다. 냉각 에너지로서 카운트되는 에너지 함유량은 최종 용액 1 리터당 0,3 이상의 kWh이다.
타입 (고체 물질) →(고체 물질 + 증기)의 3-상 반응 시에, 이 프로세스는 일정한 온도에서 일어날 경우에 일정한 반응 증기압을 유지한다. 더욱이, △T는 상이한 온도에 대해 상당히 일정하다. 이것은, 상이한 온도에서의 반응의 증기압이, 실질적으로, 휘발성 액체, 즉 바람직한 경우에는 물의 증기압 곡선의 기울기에 따른다는 것으로 의미한다. △T는 곡선 간의 차를 나타낸다. 즉, 반응 혼합물에 걸친 압력과 동일한 물 표면에 걸친 압력에 대해서는, 물의 온도와 반응 혼합물의 온도의 차는 △T이어야 한다. 이 조건은 물 및 물질의 온도 레벨과 무관하게 일정하다.
본 발명에서 고려되는 타입 (고체 물질) →(포화 용액 + 증기)의 3-상 반응의 조건은 조금 더 복잡하게 된다. 상(phase) 성분의 포화 용액은 가변 파라미터이다. 상이한 온도에서 포화된 용액은 용해된 물질의 상이한 농도를 포함한다. 이것은, 결과적으로, 제 1 일정한 온도에서 충진할 시의 △T가 제 2 일정한 온도에서 배출할 시의 △T와 다르게 한다. 반응 LiCl.H2O →(LiCl.H2O + LiCl의 포화 용액 + 수증기)의 상이한 온도에 대한 △T의 변화에 대해서는 도 3의 다이어그램에서 설명된다. 대응하는 증기압은 도 4의 대수 다이어그램에 도시되어 있는데, 여기서, 하부 곡선은 상기 반응에 대해 나타내고, 상부 곡선은 H2O에 대해 나타낸다. 따라서, 물질이 30℃로 냉각될 시에, 배출에 대한 △T는 32℃이다. 80℃에서의 충진에 대해서는 △T가 45℃ 이상이다. 결과적으로, 예컨대 32℃와 동일한 일정한 △T에 의해, 30℃의 응축 온도에 대해, 62℃보다 약간 위에서 행해지는 충진의 경우, 이제는 75℃ 미만에서 행해질 수 없다. 그러나, 실외 온도가 높을지라도, 보다 저 냉동 온도를 이용할 수 있다.
그러나, 대충 계산에서는, △T는 많은 경우에 일정한 것으로 고려될 수 있다. 충진 및 배출 시에 물질의 상이한 상 상태를 물질 온도 및 △T의 함수로서 설명하기 위해, 도 5에 도시된 반응 다이어그램이 도움이 될 수 있다. 이 다이어그램은 LiCl에 관계하고, 수평축에 LiCl 1 몰당 H2O 몰을 나타내고, 수직축에 △T를 나타내고 있다. H2O 0 몰에 대해서는, 이 다이어그램의 좌측 축에, 건조(dry) LiCl의 상태가 도시된다. H2O 0 몰과 1 몰 간의 범위에서는, 일수화물과 혼합된 건조 LiCl가 도시되는데, 여기서, △T = 60℃이다. 본 발명에서 기술된 바와 같은 열 펌프의 동작 범위는 H2O 1 몰/몰 LiCl의 수직선의 우측이다. 반응은, 고체 일수화물을 30℃의 온도에서 배출시킴으로써 개시한다. 이 반응은 화살표 방향의 우측으로의 하위 수평선에 따른다. 이때, 상술한 바와 같이, △T는 약 32℃이다. 반응은, 3 상 모두가 동시에 존재하는 한 이 선에서 일어난다. 이 선의 끝에서, 일수화물이 소비되고, 물질은 모두 포화 용액 내에 존재한다. 따라서, 이 계는 더 이상 3-상 반응에서는 없고, 충진이 개시될 시에는 그렇게 남아 있다. 그 후, 좌측에 상향 사선 "포화 용액"이 후속된다. 포화 용액이 가열될 시에, LiCl의 용해도는 증대한다. 즉 이 용해도는 온도와 함께 증대한다. 동시에, 용액의 △T는, 수증기가 용액에서 방출될 시에 증대한다. 주어진 몰 농도(molarity)에서, 용액은 과포화 상태로 되고, 일수화물의 결정은 생성되기 시작한다. 이때, 계는, 다시 3-상 반응으로서 동작하고, 이 예에서, △T는 80℃의 물질 온도에 대해 46℃와 동일하게 도시된다. 따라서, 계가 3-상 반응으로 복귀함으로써, 충진 온도는 비교적 저 레벨로 제한된다. 포화 용액이 모두 일수화물로 변환된 후, 물질은 30℃까지 냉각될 수 있어, 사이클은 반복된다. 일수화물과 포화 용액 간의 영역은, 배출 시에 최종 포화 용액 1 리터당 약 0,3 kWh의 상당한 냉각 능력을 나타낸다.
상기 설명에 따른 완전한 화학 열 펌프는, 주지된 바와 같이, 태양 에너지를 공조를 위한 냉각으로 변환시키는데 사용될 수 있다. 냉각의 필요가 주간에만 충족될 경우에, 간헐적으로 구동되는 비교적 작은 2개의 설비가 조합된다. 이와 같은 모든 설비가 제공하는 일률에 의해, 순환 시간은 매우 짧게 될 수 있다. 적당한 순환 시간은 약 1 시간일 수 있다. 이른 아침에는, 설비 중 하나가 1 시간 동안 충진된 후에, 이 설비를 배출 상으로 절환하여, 공조를 개시할 수 있다. 이 설비가 배출되는 시간 중, 다른 설비는 충진된다. 그 후, 이 과정은 하루 동안에 간헐적으로 반복된다. 2 kW의 냉각 전력을 가진 계획된 완전한 이중 설비에는, 반응기 내에 10 및 20 리터 간의 물질만이 필요로 되고, 응축기/증발기 부에는 약 10 리터 물의 스페이스가 필요로 된다.
또한, 밤에도 공조를 달성하기 위하여서는, 수개의 기술적인 해결책을 궁리할 수 있다. 예컨대, 낮밤에 공조를 달성하는 가능성은, 상술한 종류의 작은 열 펌프 설비를, 밤에 냉각을 위한 저장 요건에 대처하는 동일한 종류의 큰 설비와 조합시킬 수 있다. 다른 가능성은, 밤에 냉각을 위한 에너지를 저장하는 상술한 종류의 단일의 큰 설비만을 사용하지만, 충진 프로세스와 동시에, 포화 용액의 흐름을 전환하고, 전환된 용액을 개별적으로 냉각시켜, 이 용액이 유사한 별개의 증발기로부터의 수증기를 흡수하도록 할 수 있다. 이 경우에, 태양 패널은, 냉각을 위한 에너지가 낮에 획득되므로, 보다 고 일률에 대처하도록 크기가 정해져야 한다. 이 에너지는 또한 도래하는 밤 동안에 냉각을 위한 큰 설비를 충진하기에 충분하다.
따라서, 도 6에 따른 열-화학 어큐뮬레이터를 포함하고, 도 7의 개략도에서 설명된 바와 같은 설비는, 년간 종일 냉각, 가열 및 뜨거운 수돗물을 제공할 수 있다. 이와 같은 설비에서, 주 장치(91)는 하나 이상의 종속 장치(92)와 조합되어, 전기 어큐뮬레이터와 유사한 특성을 제공한다. 태양 패널로부터의 과도한 충진열이 저장되는 주 장치(91)는 도 1, 2 또는 6을 참조하여 기술된 종류의 큰 설비를 포함한다. 저장 용량은, 날씨가 맑지 않은 낮 시간 중, 하우스의 충분한 냉방, 뜨거운 수돗물 또는 가열을 위한 에너지 소비에 적합하다. 종속 장치(92)는 주 장치(81)보다 작고, 더운 계절 동안에 냉방을 연속적으로 하여, 추운 계절 동안에 열을 생성시킬 수 있다.
단일 종속 장치를 가진 그와 같은 설비의 기능은 다음과 같다: 낮에는, 태양 패널(93)로부터의 열이, 먼저 수돗물 히터(95)를 통과하여 그 수돗물을 가열하고 나서, 주 장치의 반응기(97)의 열 교환기(96)로 통과하도록, 펌프(94)에 의해 폐 루프에서 추진되는 가열된 물에 의해 운반된다. 응축은 주 장치의 증발기/응축기(98)내에서 행해지고, 그의 열 교환기(99)는 펌프(101)에 의해 구동되는 냉각수를 이용하여 실외 냉각기(100)에 의해 냉각된다. 동시에, 독립적으로, 종속 장치(92)의 반응기(102)가 배출되며, 이 반응기도 실외 냉각기(100)에서 종속 반응기의 열 교환기(102')로 순환하는 열 교환기의 물에 의해 냉각된다. 종속 장치(92)의 증발기(103)는 종속 반응기(102)에 수증기를 분출시켜, 열 교환기(104) 및 실내 냉각기(105)를 통해 충분한 냉각을 전달한다. 주 반응기(95) 및 주 응축기/증발기(98)가 미래의 저장의 필요를 위해 물질 및 물의 주요 부분을 축적하므로, 종속 장치(92)는 소량의 물질로 동작한다. 따라서, 물은, 주 증발기(98)로부터 종속 증발기(103)로 간헐적으로 입력되어, 배출된 용액은 종속 반응기(92)에서 주 반응기(95)에 제공되고, 그 충진 후에, 뜨거운 포화 용액은 다시 냉각되는 종속 반응기(92)에 제공되며, 여기서 결정이 형성되고, 결정 및 포화 용액은 양자 모두 종속 증발기로부터 증기를 흡수한다. 그의 반복 주기는 약 10 분 내지 2 시간일 수 있다.
따라서, 도 7의 시스템에서, 물질의 동작 범위는 도 2와 관련하여 기술된 프로세스에 비해 약간 확장된다. 또한, 포화 용액은 사용되는 적어도 일부의 물질에 대해 증기를 흡수할 수 있다. 이것은, 포화 용액이 흡수 프로세스에서 어떤 효율을 획득하기 위해 상당한 저 증기압을 갖는다는 것을 전제로 한다. ZnCl2와 같은 어떤 물질은 고체-액체 반응 시에 너무 큰 △T를 가져, 용액상에서만 사용되는 것이 바람직할 수 있다. 저장 능력은 더욱 낮아, △T는 변화하는 레벨에 있지만, 이들은 여기에 기술된 바와 같이 열-화학 반응기에서 우수하게 동작할 수 있다.
냉각 또는 뜨거운 수돗물을 생성시킬 시에 소비되지 않는 에너지는 주 장치(91) 내에 저장된다. 태양 에너지가 더 이상 이용할 수 없을 시에, 종속 장치(92)는 종전대로 계속 동작하여, 저장 에너지를 소비한다. 이제, 더 이상 자동적으로 충진되지 않는 주 반응기(95)는, 계의 평행 상태를 통과한 후에 배출 상태로 진행한다. 이것은 여름에 약 60℃에서 일어난다. 따라서, 이제 뜨거운 수돗물을 위한 가열은 주 반응기(96)에 의해 생성되고, 열 교환 물의 흐름은 이제 수돗물 히터(95)만을 통과하고, 이에 대응하여 밸브(106)를 설정함으로써 태양 패널(93)을 통과시키지 않으면서, 종속 반응기(92)는 냉각을 생성시킨다.
소량의 충진 물질 및 물을 종속 장치(92)로 전환하는 방법은, 결과적으로, 필요로 되는 냉각이 종속 장치에 의해 제공되므로, 주 반응기(95)가 충분한 냉각을 생성시키는 단계로 진행하도록 변환, 즉 냉각되지 않아야 한다. 대신에, 주 반응기(95)가 배출 상태(평행 상태)에서 뜨거운 상태로 유지된다는 사실은, 결정이 반응기의 의도되지 않은 장소에 형성되는 위험을 더욱더 감소시킨다. 주 응축기/증발기(98)는 실외 냉각기에 의해 계속 냉각된다. 일반적으로, 이 설비는 흐름을 절환하기 위한 최소의 밸브를 필요로 한다.
종속 장치(92)는 한 방향만으로, 즉 배출 상태로 동작하며, 이것은 원하지 않는 결정 형성에 관하여 가장 유리한 것이다. 겨울에는, 주 장치(91)가 기술된 방식으로 동작하여, 밤에는 평행 상태에 있는데, 이 경우에 평행 온도는 약 35℃ 내지 40℃이다. 이것에 의해, 밤에는 수돗물이 예열되는데, 이 경우에 수돗물은 도시되지 않은 전기 저항 히터에 의해 보다 고온으로 가열된다. 추운 계절에는, 종속 장치의 열 교환기(102' 및 104)는 도 7에 도시된 것과 반대의 연결부를 갖는데, 이 연결부는 도시되지 않는다. 따라서, 실외 냉각기(100)는, 이때, 종속 증발기 및, 이제 종속 반응기로 가열하기 위해 이용되는 실내 냉각기(105)에 연결된다. 종속 장치는, 이때, 실내 냉각기(105)를 이용하여 실내를 가열하기 위해 35℃ 내지 40℃의 온도를 가진 물을 생성시킨다.
도 7의 전체 열-화학적 열 어큐뮬레이터에서, 상이한 타입의 열 교환기를 사용할 수 있지만, 도 6의 외부판 열 교환기(67) 및 내부 관 열 교환기(70)를 비교하였다. 판 열 교환기는, 열 운반 매체가 반응기 내에서 충진할 시와 증발기 내에서 배출할 시와 같은 물을 순환시킬 때에, 모든 열을 교환하기 위해 사용된다. 이때, 용액/물만이, 그 방식으로, 용기의 하부에서 상부까지 가열된다. 대신에, 배출 프로세스에서는, 긴 수평관과 지그재그 식으로 배치된 관을 가진 관 열 교환기가 반응기 내에서 사용된다. 종속 반응기(102)는 배출 시에만 동작하여, 관 열 교환기인 내부 열 교환기만을 필요로 한다. 반응기내의 충진 단계에서는, 용액은 그때 증기를 방출할 수 없는 밀폐 스페이스 내에서 가열된다. 용해도가 증대하지만, 이것은 결정의 형성을 회피시키는 것이다. 용액이 분포 파이프를 남겨두고 표면 확대 수단을 통해 흐를 시에만, 증기가 방출되어, 결정이 형성될 수 있다. 내부 열 교환기 내에서 행해진 대응하는 프로세스는, 열 교환기의 뜨거운 표면상에 염의 결정이 축적하는 위험을 내포하고 있다. 반응기 내에서의 배출 시에, 열 교환기는 냉각되지만, 이것은 밀폐된 판 열 교환기 내에 결정이 형성되는 명백한 위험을 부여하는 것이다. 반응기 내의 개방관 열 교환기에서는, 용액이 냉각되어, 동일한 타입으로 수증기에 노출된다. 이에 의해, 냉각에도 불구하고 결정이 쉽게 형성될 수 없도록, 물의 흡수 및 냉각이 동시에 행해진다.
지중해 지역에서, 경량 콘크리트(light-weight concrete)로부터 건축되고, 200 m2의 면적을 가진 일가족용의 가옥을 위한 도 7에 따른 설비에는, 25 m2의 태양 패널 면적, 50 kWh의 냉각 또는 65 kWh의 가열의 저장 용량이 필요로 될 수 있다. 최대 충진 전력은 15 kW이고, 최대 냉각 전력은 6 kW이다. 주 장치 및 종속 장치를 포함하는 열-화학 어큐뮬레이터는, 열 분리를 포함하는 약 800 mm의 직경 및 1800 mm의 높이를 가질 수 있다.
도 8에는, 도 7에 따른 주 장치(91) 및 종속 장치(92)를 포함하는 열-화학 어큐뮬레이터가 더욱 상세히 도시되는데, 주 장치는 실질적으로 도 6에 도시된 바와 같이 구축된 반응기(95)를 갖는다. 펌프(66)의 주변 및, 주 반응기(95) 내의 펌프로부터의 도관(64')의 주변의 가열 재킷(64)과, 외부 열 교환기(67) 및 내부 열 교환기(71)가 관측된다. 배출 시에, 주 장치(91)가 내부 열 교환기(71)를 통해 수돗물 히터에만 가열을 하므로, 이 열 교환기는 작게 할 수 있고, 반응기(95)의 상부에 배치될 수 있으며, 이 반응기는, 통상적으로 어떤 지그재그 패턴으로 직렬 및/또는 병렬로 연결된 실질적으로 수평인 다수의 파이프를 포함한다. 통상적으로, 수 kW만이 필요로 된다. 주 전력은 충진 시에 외부 열 교환기(67) 내로 이동되는데, 여기서 전력은 통상적으로 15 kW 정도이다. 종속 증발기(103)는 주 응축기/증발기(98)와 유사하게 구성되고, 펌프(107), 분포 파이프(108) 및 표면 확대 수단(109)을 포함하는데, 이 표면 확대 수단은 분포 파이프의 바로 아래의 내부 스페이스의 상부에 배치된다. 종속 증발기의 열 교환기(104)는, 냉각 전력이 6 kW로 정해진 외부 판 열 교환기이며, 이 열 교환기는 펌프(107)에 의해 증발기의 하부에서 분포 바(bar)로 펌프되는 응축 소르베이트만을 냉각시킨다. 배출 시에만 동작하는 종속 반응기(102)는 약 8 kW의 용량을 가져, 종속 반응기 내에 배치되는 큰 지그재그형 관 열 교환기(102')를 갖는다. 이 열 교환기는, 표면 확대 수단이 펌프(111)에 의해 종속 반응기의 하부로부터 펌프될 시와 같이 분포관(110)으로부터 용액을 수용하는 것과 동일하게 작용을 한다. 2-웨이 밸브(112)는 펌프와 분포관 사이의 도관내에 연결되어, 정상 상태 동안, 배출 시에, 용액을 하부로부터 분포 바로만 통과하도록 설정된다. 밸브의 다른 출구는 도관을 통해 주 반응기의 펌프(66)의 입구에 연결됨으로써, 밸브는, 그의 설정을 변경하면, 소비된 용액이 주 반응기(95)로 펌프되도록 한다. 주 반응기의 하부로부터의 뜨거운 포화 용액의 입구는 온/오프 밸브(114)를 가진 도관(113)을 통해 형성되고, 이 밸브는 양자 모두 입구 밸브(63)로부터의 뜨거운 물이 통과하는 재킷(115)을 갖는다. 종속 증발기(103)에서는 물만이 소비된다. 새로운 물은 주 응축기/증발기로부터 도관(116)을 통해 공급되고, 이 주 응축기/증발기는 펌프(119)에서 주 응축기/증발기(98)의 열 교환기(99)로의 도관 내에 연결된 2-웨이 밸브(117)에서 끝난다. 도관(117')은 주 응축기/증발기의 하부 스페이스를 온/오프 밸브(118)를 통해 주 반응기(95)의 상부측에 연결하는데, 주 응축기/증발기는 주 반응기(95)의 위에 배치된다. 밸브(117)의 적당한 설정을 위해, 종속 증발기의 펌프(107)는 물질에 의해 아마 "오염된" 물을 펌프하여 주 응축기/증발기로 되돌려 보낼 수 있다. 개방 밸브(118)의 경우, 이와 같은 "오염된" 잔류물은 주 응축기/증발기로부터 주 반응기로 탭(tap)될 수 있으며, 이 경우에 이 밸브는 보통 폐쇄된다.
오염물은, 충진 시에 가스 필터를 지나 가스의 흐름을 수반하여, 물에 모여지는 잔여 활성 염을 포함한다. 이것이 많은 사이클(cycles) 동안에 계속할 경우, 물의 증기압은 저하되고, 냉각 온도는 상승하여, 뜨거운 수돗물의 온도는 낮아진다. 따라서, 응축된 물을 탭하는 것은, 계가 배출되어, 주 응축기/증발기(98) 내에 소량의 물을 포함할 때에, 예컨대, 10 사이클마다 행해진다.
주 응축기/증발기(98)는, 종속 증발기의 열 교환기(104)와 유사하지만, 대용량을 가진 외부 열 교환기(99)에 의해 가열된 도관을 통해, 물을 응축기/증발기 내부의 스페이스의 하부로부터 그 상부에 있는 분포관(120)으로 펌프하는 펌프(119)를 가지며, 상기 분포관으로부터 물은, 또한 상부에 있는 표면 확대 수단(121)을 통해, 충진 단계에서 기화되기 위해 응축기/증발기의 하부로 하향 흐른다. 주 반응기(95)의 가스 연결부(73)는 응축기/증발기의 상부 부분에 연결되지만, 이것은 도 8에 도시되어 있지 않다. 유사한 가스 도관 또는 연결부(122)는 종속 반응기(102) 및 종속 증발기(103)를 서로 연결한다.
4개의 2-웨이 밸브(123, 124, 125, 126)의 세트는 실외 냉각기 및 실내 냉각기/히터를 종속 반응기 및 종속 증발기에 연결하는 도관내에 연결된다. 여름에 냉방을 위해 이 밸브를 적당히 설정하기 위하여, 실외 냉각기는 종속 반응기의 열 교환기(102')에 연결되고, 실내 냉각기/히터는 종속 증발기의 열 교환기(104)에 연결된다. 추운 계절에 열을 전달하기 위하여, 이들 밸브는, 대신에, 실외 냉각기가 종속 증발기의 열 교환기에 연결되고, 실내 냉각기/히터는 종속 반응기의 열 교환기에 연결되도록 설정된다.
일반적으로, 상술한 바에 따른 고상-액상 전이 시에 고체 물질에 의해서만 동작하는 큰 설비 및, 동일한 타입의 상 전이가 이용되는 물질에 기초하여 작은 설비의 양방을 포함하는 다수의 조합 가능성이 존재하는 것으로 관측될 수 있다. 시스템의 사이즈, 기능 및 비용을 고려하여 공조의 필요를 가장 잘 해결하는 타입의 시스템을 선택하는 것은 사용자에게 달려 있다. 해당 온도 범위에서, 고체 상태와 액체 상태 간의 상 전이를 갖는 물질이 사용되는 상술한 프로세스는, 공조 목적을 위해 태양 에너지를 상업적으로 이용하는 가능성에 상당히 기여한다.
본 명세서에 기술된 바와 같은 화학 열 펌프는 태양 에너지의 이용에 제한되는 것이 아니라, 어떤 열원, 특히 열을 너무 높지 않은 온도로 제공하는 저품위(low-grade) 열원도 이용할 수 있다. 또한, 화학 열 펌프에 의해 생성되는 냉각 또는 가열은 가옥의 냉각 또는 가열로 제한되는 것이 아니라. 예컨대 냉각 박스 또는 백 및 냉동기(refrigerators) 및, 엔진에서 방산되는 열을 이용하여 공조하는 자동차에서와 같은 냉동의 필요가 있는 곳에 사용될 수 있다.
상술한 바와 같은 열-화학 어큐뮬레이터는, 사실상, 년중 내내 가옥에 뜨거운 수돗물, 쾌적한 냉방 및 온방의 필요를 실현할 수 있는 완전한 화학 열 펌프인 정교한 태양 에너지 구동식 냉각용 열 펌프이다. 이 펌프는, 단일의 장치에서, 열의 축적 및, 대부분 저품위의 열을 가열 및 냉각으로의 변환을 함께 제공한다. 이 장치는 모든 밸브 및 순환 펌프와, 가옥에서의 설비를 위한 제어 프로세서를 수용하지만, 가옥의 마루 면적의 작은 부분을 점유한다.

Claims (20)

  1. 제 1 스페이스내에 배치된 활성 물질 및, 증기 상이 배출 단계에서는 제 1 온도에서 상기 활성 물질에 의해 흡수되고, 충진 단계에서는 보다 높은 제 2 온도에서 상기 활성 물질에 의해 탈착되는 휘발성 액체를 포함하는 화학 열 펌프로서, 상기 활성 물질은, 제 1 온도에서는, 상기 휘발성 액체의 증기 상을 직접 흡수할 시에, 상기 활성 물질이 부분적으로 액체 상태 또는 용액상으로 변화하는 고체 상태를 가지고, 제 2 온도에서는, 충진 단계에서 상기 휘발성 액체를 직접 탈착시킬 시에, 상기 활성 물질이 부분적으로 고체 상태로 변화하는 액체 상태를 가지거나 용액상으로 존재하며, 상기 휘발성 액체의 증기 상은, 충진 단계에서, 상기 활성 물질에 의해 탈착된 후에, 제 1 도관을 통해 상기 제 1 스페이스와의 유체 연결 관계에 있는 제 2 스페이스 내에서 액상으로 응축되고, 상기 휘발성 액체의 액상은, 배출 단계에서, 상기 증기 상으로 변환되고, 동시에 상기 활성 물질이 상기 증기 상을 흡수하며, 제 1 열 교환기는, 상기 제 1 스페이스 내에서, 배출 단계에서는, 상기 활성 물질이 상기 휘발성 액체를 흡수하면서 고체 상태에서 액체 상태로 연속적으로 변화할 시에, 활성 물질을 상기 제 1 온도에서 고체 상태 및 액체 상태로 유지하기 위한 표면을 가지는 화학 열 펌프에 있어서,
    상기 고체 상태의 활성 물질을 상기 액체 상태 또는 용액상의 활성 물질에서 분리하는 상기 제 1 스페이스 내의 분리 수단 및, 상기 액체 상태 또는 용액상의 분리된 활성 물질을 상기 제 1 열 교환기의 표면 및 상기 고체 상태의 활성 물질과 접촉한 상태로 통과시키는 분포 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 열 펌프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리 수단은 상기 제 1 열 교환기의 상기 표면의 적어도 부분을 둘러싸는 네트 또는 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 열 펌프.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 분리 수단은 상기 표면의 적어도 하부 부분을 둘러싸는 네트를 포함하고, 상기 액체 상태 또는 용액상의 활성 물질을 수용하기 위한 구획이 상기 네트의 하부 아래에 형성되는 것을 특징으로 하는 화학 열 펌프.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 네트는 상기 제 1 스페이스의 벽에 부착되는 것을 특징으로 하는 화학 열 펌프.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 분리 수단은 상기 표면의 상부 부분에 배치된 필터를 포함하는데, 상기 필터는, 상기 제 1 스페이스를, 상기 휘발성 액체의 증기를 상기 표면에 있는 영역과 도관 사이로 통과시키는 2개의 구획으로 분할하는 것을 특징으로 하는 화학 열 펌프.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분포 수단은 상기 표면의 상부에 배치되어, 상기 액체 상태 또는 용액상의 활성 물질을 상기 제 1 열 교환기의 상부 부분에 걸쳐 분포시키는 분포기에 결합된 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 열 펌프.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 분포기는 다수의 개구를 가진 관을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 열 펌프.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 열 교환기는 내부 부분 및 외부 부분을 포함하는데, 상기 내부 부분은 상기 표면을 가지고, 상기 외부 부분은 액체 상태 또는 용액상의 활성 물질과 상기 분포 수단을 통과하기 전에 열을 직접 교환하는 것을 특징으로 하는 화학 열 펌프.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 스페이스 내의 액상의 휘발성 액체를 제 2 열 교환기로 통과시키고 나서, 제 2 스페이스 내에 분포시키는 제 2 스페이스에 대한 제 2 열 교환기 및 분포 수단을 포함하는 하는 것을 특징으로 하는 화학 열 펌프.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 분포 수단은 상기 제 2 열 교환기의 상기 표면의 상부에 배치된 분포기에 결합된 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 열 펌프.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 분포기는 다수의 개구를 가진 관을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 열 펌프.
  12. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 스페이스는 제 1 스페이스의 위에 배치되고, 상기 제 2 스페이스의 하부는 밸브를 가진 제 3 도관을 통해 제 1 스페이스의 상부와 유체 연결 관계에 있는 것을 특징으로 하는 화학 열 펌프.
  13. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 스페이스의 하부는, 액상의 휘발성 액체를 제 1 스페이스로 이동하여 가능한 활성 물질을 제 2 상태에서 제거할 수 있는 제 3 도관을 통해 제 1 스페이스와 유체 연결 관계에 있는 것을 특징으로 하는 화학 열 펌프.
  14. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 도관을 통해 서로 유체 연결 관계에 있는 제 3 스페이스 및 제 4 스페이스를 더 포함하는데, 상기 제 3 스페이스는 제 1 스페이스로부터 액체 상태 또는 용액상의 활성 물질을 제 2 온도에서 간헐적으로 수용하여, 액체 상태 또는 용액상의 활성 물질을 제 1 스페이스로 복귀하도록 배치되고, 상기 제 4 스페이스는 제 2 스페이스로부터 액상의 휘발성 액체를 간헐적으로 수용하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 화학 열 펌프.
  15. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 활성 물질은 고체 상태에서 결정수를 포함하는 금속염을 포함하고, 상기 휘발성 액체는 물을 포함하는데, 상기 금속염은 수증기를 흡수할 시에 열을 방출하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 화학 열 펌프.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 금속염은 물로 용해되어 열을 방출하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 화학 열 펌프.
  17. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 활성 물질은 염화 칼슘, 브롬 칼슘, 염화 마그네슘, 브롬 마그네슘, 염화 리튬, 2염화 아연 및 수산화 나트륨 중에서 선택된 염을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 열 펌프.
  18. 활성 물질이, 배출 시에는, 제 1 온도에서, 휘발성 액체의 증기 상을 흡수하여, 액체 상태 또는 용액상으로 있는 배출된 활성 물질을 생성시켜, 충진 시에는, 보다 높은 제 2 온도에서, 휘발성 액체의 증기 상을 탈착하여, 고체 상태로 있는 충진된 활성 물질을 생성시키는데, 상기 증기 상은 개별적으로 응축되어, 응축된 액체를 생성시켜, 충진된 활성 물질에 의해 흡수되도록 하는 냉각 및/또는 가열 방법에 있어서,
    상기 충진된 활성 물질은 열 교환 표면 및 충진된 활성 물질에 걸쳐 분포되는 배출된 활성 물질에서 분리되는 것을 특징으로 하는 냉각 및/또는 가열 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 활성 물질에 의해 휘발성 액체를 흡수 또는 탈착할 시에, 액체 상태 또는 용액상으로 존재하는 활성 물질의 부분은 고체 상태로 존재하는 활성 물질의 부분과 접촉하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각 및/또는 가열 방법.
  20. 활성 물질 및, 증기 상이 배출 단계에서는 제 1 온도에서 상기 활성 물질에 의해 흡수되어, 배출된 활성 물질을 생성시키고, 충진 단계에서는 보다 높은 제 2 온도에서 상기 활성 물질에 의해 탈착되어, 충진된 활성 물질을 생성시키는 휘발성 액체를 포함하는 화학 열 펌프로서, 상기 활성 물질은 제 2 온도에서 액체 상태를 가지거나 용액 상으로 존재하며, 상기 휘발성 액체의 증기 상은, 충진 시에, 상기 활성 물질에 의해 탈착된 후에 액상으로 응축되고, 상기 휘발성 액체의 액상은, 배출 단계에서, 상기 증기 상으로 변환되고, 동시에 상기 활성 물질이 상기 증기 상을 흡수하는 화학 열 펌프에 있어서,
    제 1 도관을 통해 서로 유체 연결 관계에 있는 제 1 스페이스 및 제 2 스페이스 및, 제 2 도관을 통해 서로 유체 연결 관계에 있는 제 3 스페이스 및 제 4 스페이스를 포함하는데, 상기 제 1 스페이스는 상기 증기 상을 제 2 온도에서 탈착시켜, 충진된 활성 물질을 생성시키는 활성 물질을 포함하고, 상기 제 2 스페이스는 상기 증기 상으로부터 응축된 휘발성 액체를 포함하며, 상기 제 3 스페이스는 상기 제 1 스페이스로부터 제 2 온도를 가진 활성 물질을 간헐적으로 수용하도록 배치되어, 상기 활성 물질을 제 1 온도까지 냉각시키고, 상기 제 4 스페이스는 상기 제 2 스페이스로부터 상기 휘발성 액체를 액상 상태로 간헐적으로 수용하도록 배치되어, 액상으로의 수용된 휘발성 액체를 증발시켜, 상기 제 3 스페이스에서 충진된 활성 물질과 평행 상태의 증기를 생성시키며, 제 3 스페이스에서의 충진된 활성 물질은 상기 증기를 흡수하여 배출된 활성 물질을 생성시키고, 배출된 활성 물질은 상기 제 1 스페이스로 간헐적으로 이동되어 충진된 활성 물질로 되는 것을 특징으로 하는 화학 열 펌프.
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