KR20030063125A - 화학적 열펌프 장치 및 그 운전 방법 - Google Patents

화학적 열펌프 장치 및 그 운전 방법 Download PDF

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오타히데유키
사토히로시
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Abstract

본 발명의 과제는, 운전 제어가 용이하고, 화학 반응 물질의 화학 반응에 따른 발열에 의해 화학 반응에 필요한 기체를 발생시켜 반응열 운전 공정에서 열공급 수단을 필요로 하지 않는 화학적 열펌프 장치를 제공하는 것이다.
기체와의 화학 반응에 의해 발열하는 화학 반응 물질(10)을 밀폐된 반응 용기(12)에 수용하고, 그 반응 용기(12)에 화학 반응 물질(10)을 가열하는 열공급 수단(30)과 화학 반응 물질(10)의 열로 가열되는 가열관(32)을 마련하며, 기체 및 그 액체(18)를 저장 용기(20)에 저장하고, 그 저장 용기(20)에는 액체(18)의 열을 외부로 추출하는 열회수 수단(36)과 액체(18)에 방열하는 방열관(34)을 마련하며, 상기 반응 용기(12)와 저장 용기(20)를 제1 개폐 밸브(38)를 매개로 연통시키고, 상기 가열관(32)과 방열관(34)을 제2 개폐 밸브(42)를 매개로 순환 루프를 형성하도록 연통시키며, 순환 루프를 형성하는 연통관 내로 열수송 매체를 봉입하여 구성한다. 축열 운전 공정과 방열 운전 공정과 반응열 운전 공정으로 제어한다.

Description

화학적 열펌프 장치 및 그 운전 방법 {ASSEMBLY OF CHEMICAL HEAT-PUMP AND ITS OPERATING METHOD}
본 발명은 화학 반응에 따른 발열에 의해 화학 반응에 필요한 기체를 발생시키는 화학적 열펌프 장치 및 그 운전 방법에 관한 것이다.
도 5는 종래의 화학적 열펌프 장치의 구조의 일례를 도시한 도면이다. 도 5에 있어서, 종래의 화학적 열펌프 장치는 기체와의 화학 반응에 의해 발열하는 화학 반응 물질(10)이 밀폐된 반응 용기(12) 내에 수용된다. 화학 반응 물질(10)의 일례로서, 산화마그네슘인 분상체(紛狀體)가 위쪽이 개방된 용기에 충전되어 반응용기(12) 내에 수용된다. 그리고, 반응 용기(12) 내에는 화학 반응 물질(10)을 가열하는 제1 열공급 수단(14)과 화학 반응 물질(10)의 열을 외부로 추출하는 제1 열회수 수단(16)이 마련된다. 또한, 기체를 발생하는 액체(18)가 저장 용기(20) 내에 저장되고, 이 저장 용기(20) 내에는 액체(18)를 가열하는 제2 열공급 수단(22)과 액체(18)의 열을 외부로 추출하는 제2 열회수 수단(24)이 마련된다. 액체(18)의 일례는 물이며, 기체는 수증기이다. 그리고, 반응 용기(12)와 저장 용기(20)의 각 상단부는 개폐 밸브(26)를 매개로 한 연통관(28)에 의해 연통된다.
이러한 구성에 있어서, 제2 열공급 수단(22)에 의해 액체(18)를 가열하여 기체를 발생시키고, 개폐 밸브(26)를 개방하여 연통시킴으로써 기체가 반응 용기(12) 내로 유도되어 화학 반응 물질(10)과 화학 반응하여 발열한다. 이 화학 반응 물질(10)의 발열을 제1 열회수 수단(16)에 의해 외부로 추출하여 적절히 이용한다. 또한, 제1 열공급 수단(14)에 의해 화학 반응 물질(10)을 가열하면 화학 반응 물질(10)로부터 기체가 발생하고, 이 기체가 저장 용기(20)로 유도되어 액체(18)로 액화되는 응축열로 저장 용기(20) 내의 액체(18)가 가열된다. 이 액체(18)의 열을 제2 열회수 수단(24)에 의해 외부로 추출하여 적절히 이용한다. 따라서, 종래의 화학적 열펌프 장치에 있어서는, 화학 반응 물질(10)과 기체를 화학 반응시켜 발열시킨 열을 이용하는 반응열 운전 공정과, 화학 반응 물질(10)로부터 기체를 발생시켜 그 기체가 액체(18)로 액화되는 응축열을 이용하는 축열 운전 공정이 교대로 반복된다.
도 5에 도시한 종래의 화학적 열펌프 장치에 있어서는, 반응열 운전 공정에서는 반응 용기(12)의 제1 열회수 수단(16)으로부터 열이 추출되고, 또한 축열 운전 공정에서는 저장 용기(20)의 제2 열회수 수단(24)으로부터 열이 추출되며, 더구나 제1 및 제2 열회수 수단(16, 24)에 의해 얻어지는 열량이 서로 다르다. 따라서, 열을 이용하는 쪽으로 원하는 온도 조건 범위의 열을 출력하도록 운전 제어하기가 어렵다. 또한, 축열 운전 공정 및 반응열 운전 공정 중 어느 경우에도 열공급 수단이 필요했다.
본 발명의 목적은, 운전 제어가 용이하고, 화학 반응 물질의 화학 반응에 따른 발열에 의해 화학 반응에 필요한 기체를 발생시켜 반응열 운전 공정에서 열공급 수단을 필요로 하지 않는 화학적 열펌프 장치 및 그 운전 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 화학적 열펌프 장치의 제1 실시예의 축열 운전 공정을 도시한 구조도.
도 2는 방열 운전 공정을 도시한 구조도.
도 3은 반응열 운전 공정을 도시한 구조도.
도 4는 본 발명의 화학적 열펌프 장치의 제2 실시예의 구조도.
도 5는 종래의 화학적 열펌프 장치의 구조의 일례를 도시한 도면.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 화학 반응 물질
12 : 반응 용기
18 : 액체
20 : 저장 용기
30 : 열공급 수단
32 : 가열관
34 : 방열관
36 : 열회수 수단
38 : 제1 개폐 밸브
40, 44, 46 : 연통관
42 : 제2 개폐 밸브
48 : 열이용 설비
50 : 순환 펌프
52 : 제1 온도 검출 수단
54 : 제2 온도 검출 수단
56 : 제3 온도 검출 수단
58 : 제어 수단
60 : 제3 개폐 밸브
62 : 진공 발생 수단
이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 화학적 열펌프 장치는 기체와의 화학 반응에 의해 발열하는 화학 반응 물질을 밀폐된 반응 용기에 수용하고, 그 반응 용기에 상기 화학 반응 물질을 가열하는 열공급 수단과 상기 화학 반응 물질의 열로 가열되는 가열관을 마련하며, 상기 기체 및 그 액체를 저장 용기에 저장하고, 상기 저장 용기에 상기 액체의 열을 외부로 추출하는 열회수 수단과 상기 액체에 방열하는 방열관을 마련하며, 상기 반응 용기와 저장 용기를 제1 개폐 밸브를 매개로 연통시키고, 상기 가열관과 방열관을 제2 개폐 밸브를 매개로 순환 루프를 형성하도록 연통시키며, 상기 순환 루프를 형성하는 연통관 내에 열수송 매체를 봉입하여 구성되어 있다.
그리고, 상기 저장 용기가 제3 개폐 밸브를 매개로 진공 발생 수단에 연통되도록 구성하여도 좋다.
또한, 상기 화학 반응 물질의 온도를 검출하는 제1 온도 검출 수단과, 상기 순환 루프에서 상기 가열관으로부터 상기 방열관으로 흐르는 상기 열수송 매체의 온도를 검출하는 제2 온도 검출 수단을 마련하여, 이들 제1 및 제2 온도 검출 수단의 검출 온도에 따라 상기 제1 및 제2 개폐 밸브를 제어 수단으로 개폐 제어하도록 구성하여도 좋다.
그리고, 상기 화학 반응 물질의 온도를 검출하는 제1 온도 검출 수단과, 상기 열회수 수단에 봉입된 제2 열수송 매체의 온도를 검출하는 제3 온도 검출 수단을 마련하여, 이들 제1 및 제3 온도 검출 수단의 검출 온도에 따라 상기 제1 및 제2 개폐 밸브를 제어 수단으로 개폐 제어하도록 구성하여도 좋다.
또한, 본 발명의 화학적 열펌프 장치의 운전 방법은, 기체와의 화학 반응에 의해 발열하는 화학 반응 물질을 밀폐된 반응 용기에 수용하고, 상기 화학 반응 물질을 열공급 수단으로 가열하며, 발생하는 상기 기체를 저장 용기 내로 유도하여 상기 기체가 그 액체로 액화되는 응축열로 상기 저장 용기 내에 저장되는 상기 액체를 가열하고, 상기 액체로부터 열회수 수단으로 열을 추출하는 축열 운전 공정과, 상기 화학 반응 물질의 열로 가열되는 가열관과 상기 액체에 방열하는 방열관을 연통관으로 연통시키는 순환 루프에 봉입된 열수송 매체에 의해 상기 화학 반응 물질의 열로 상기 액체를 가열하여, 상기 액체로부터 상기 열회수 수단으로 열을 추출하는 방열 운전 공정과, 상기 저장 용기 내에서 발생하는 상기 기체를 상기 반응 용기 내로 유도하여 상기 화학 반응 물질을 화학 반응시켜 발열시키는 동시에, 상기 열수송 매체에 의해 상기 화학 반응 물질의 열로 상기 액체를 가열하여, 상기 액체로부터 상기 열회수 수단으로 열을 추출하는 반응열 운전 공정으로 제어한다.
그리고, 상기 저장 용기에 진공 발생 수단을 연통시키고, 상기 축열 운전 공정에 앞서 상기 진공 발생 수단을 운전하여 상기 저장 용기 내의 압력을 대기압 이하로 하여도 좋다.
또한, 상기 축열 운전 공정 후에, 상기 방열 운전 공정과 상기 반응열 운전 공정을 교대로 반복하여 제어하여도 좋다.
그리고, 상기 축열 운전 공정에 있어서, 상기 화학 반응 물질의 온도를 제1 온도 검출 수단으로 검출하고, 그 검출 온도가 제1 설정치로 상승하면 상기 열공급 수단에 의한 가열을 정지하며, 상기 반응 용기와 저장 용기의 연통을 차단하는 동시에 상기 가열관과 방열관의 순환 루프를 연통시켜 상기 축열 운전 공정으로부터 상기 방열 운전 공정으로 전환하고, 상기 방열 운전 공정에 있어서, 상기 순환 루프에 봉입된 상기 열수송 매체의 온도를 제2 온도 검출 수단으로 검출하고, 그 검출 온도가 하한 설정치까지 저하되면 상기 반응 용기와 저장 용기를 연통시켜 상기 방열 운전 공정으로부터 상기 반응열 운전으로 전환하며, 상기 반응열 운전 공정에 있어서, 상기 제2 온도 검출 수단의 검출 온도가 상한 설정치까지 상승하면 상기 반응열 운전 공정으로부터 상기 방열 운전 공정으로 전환하도록 제어하여도 좋다.
또한, 상기 축열 운전 공정에 있어서, 상기 화학 반응 물질의 온도를 제1 온도 검출 수단으로 검출하고, 그 검출 온도가 제1 설정치로 상승하면 상기 열공급수단에 의한 가열을 정지하며, 상기 반응 용기와 저장 용기의 연통을 차단하는 동시에 상기 가열관과 방열관의 순환 루프를 연통시켜 상기 축열 운전 공정으로부터 상기 방열 운전 공정으로 전환하고, 상기 방열 운전 공정에 있어서, 상기 열회수 수단에 봉입되는 제2 열수송 매체의 온도를 제3 온도 검출 수단으로 검출하고, 그 검출 온도가 제2 하한 설정치까지 저하되면 상기 반응 용기와 저장 용기를 연통시켜 상기 방열 운전 공정으로부터 상기 반응열 운전으로 전환하며, 상기 반응열 운전 공정에 있어서, 상기 제3 온도 검출 수단의 검출 온도가 제2 상한 설정치까지 상승하면 상기 반응열 운전 공정으로부터 상기 방열 운전 공정으로 전환하도록 제어하여도 좋다.
이하, 본 발명의 제1 실시예를 도 1 내지 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 발명의 화학적 열펌프 장치의 제1 실시예의 축열 운전 공정을 도시한 구조도이다. 도 2는 방열 운전 공정을 도시한 구조도이다. 도 3은 반응열 운전 공정을 도시한 구조도이다. 도 1 내지 도 3에 있어서, 도 5에 도시한 부재와 동일하거나 균등한 부재에는 동일한 부호를 붙이고 중복 설명을 생략한다.
도 1에 있어서, 반응 용기(12) 내에 수용된 화학 반응 물질(10)을 가열하는, 도 5의 제1 열공급 수단(14)과 동일한 열공급 수단(30)이 마련되고, 또한 도 5의 제1 열회수 수단(16) 대신에 화학 반응 물질(10)의 열로 가열되는 가열관(32)이 마련된다. 또한, 저장 용기(20) 내에 저장된 액체(18)에 방열하여 이것을 가열하는 도 5의 제2 열공급 수단(22) 대신에 방열관(34)이 마련되고, 또한 도 5의 제2 열회수 수단(24)과 동일한 열회수 수단(36)이 마련된다.
그리고, 반응 용기(12)와 저장 용기(20)의 각 상단부가, 도 5와 마찬가지로 제1 개폐 밸브(38)를 매개로 하는 연통관(40)으로 연통된다. 또한, 가열관(32)의 상단과 방열관(34)의 상단이 제2 개폐 밸브(42)를 매개로 하는 연통관(44)으로 연통되는 동시에, 가열관(32)의 하단과 방열관(34)의 하단이 연통관(46)으로 연통되고, 가열관(32)과 방열관(34)을 포함하여 연통관(44, 46)으로 순환 루프가 형성된다. 또한, 가열관(32)과 방열관(36)과 연통관(44, 46) 내에는 물과 수증기 등의 제1 열수송 매체가 봉입된다.
또한, 열회수 수단(36)에는 열이용 설비(48)와 순환 펌프(50)가 연통관으로 연통되어 적절히 열이용 순환 루프가 형성된다. 이 열이용 순환 루프를 형성하는 열회수 수단(36)과 열이용 설비(48) 및 이들을 연통시키는 연통관 내에는 물이나 수증기 등의 제2 열수송 매체가 봉입된다.
그리고, 반응 용기(12)에 수용되는 화학 반응 물질(10)의 온도를 검출하는 제1 온도 검출 수단(52)이 마련된다. 또한, 가열관(32)으로부터 방열관(34)으로 대류에 의해 유입시키고자 하는 제1 열수송 매체의 온도를 검출하는 제2 온도 검출 수단(54)이 마련된다. 또한, 열회수 수단(36) 내에 봉입되는 제2 열수송 매체의 온도를 검출하는 제3 온도 검출 수단(56)이 마련된다. 그리고, 제1 내지 제3 온도 검출 수단(52, 54, 56)의 검출 온도가 각각 제어 수단(58)에 부여된다. 이 제어 수단(58)에 의해 제1 및 제2 개폐 밸브(38, 42)의 개폐 제어가 행해지는 동시에 열공급 수단(30)의 제어가 행해진다.
이러한 구성의 제1 실시예에 있어서, 제1 운전 방법을 설명한다. 우선, 반응 용기(12) 내의 화학 반응 물질(10)이 기체와 완전히 화학 반응한 상태에 있는 것으로 한다. 화학 반응 물질(10)이 산화마그네슘(MgO)이라면, 기체로서의 수증기 (H2O)와 화학 반응이 이루어진 수산화마그네슘[Mg(OH)2]으로 전화된 상태이다. 제어 수단(58)은, 도 1과 같이 제1 개폐 밸브(38)를 개방하여 반응 용기(12)와 저장 용기(20)를 연통시키고, 제2 개폐 밸브(42)를 폐쇄하여 순환 루프를 차단시키며, 또한 열공급 수단(30)에 의해 화학 반응 물질(10)을 가열한다. 그렇게 하면, 화학 반응 물질(10)로부터 기체가 발생하고, 이 기체가 압력이 낮은 저장 용기(20) 내로 유도되고, 더욱 응축하여 액체(18)로 액화되지만, 이 때의 응축열에 의해 액체(18)가 가열된다. 그리고, 온도 상승한 액체(18)에 의해 열회수 수단(36)에 봉입된 제2 열수송 매체가 가열되고, 이 가열된 제2 열수송 매체가 순환 펌프(50)로 순환되고 외부로 열이 추출되어 열이용 설비(48)에 부여되어 축열 운전 공정이 행해진다. 그리고, 화학 반응 물질(10)이 산화마그네슘의 경우라면, 그 온도가 제1 설정치, 예컨대 약 400℃가 된 것을 제1 온도 검출 수단(52)으로 검출하면, 화학 반응 물질(10)로부터 기체가 거의 다 발생한 상태의 산화마그네슘으로 전화되어 있으며, 열공급 수단(30)에 의한 가열을 정지하고 축열 운전 공정을 종료한다.
계속해서, 제어 수단(58)은 도 2와 같이 제1 개폐 밸브(38)를 폐쇄하여 차단하는 동시에, 제2 개폐 밸브(42)를 개방하여 순환 루프를 연통시킨다. 그렇게 하면, 축열 운전 공정에서 고온으로 된 화학 반응 물질(10)의 열에 의해 가열관(32) 내에 봉입되는 제1 열수송 매체가 가열되고, 이것이 대류에 의해 방열관(34)으로순환되어 저장 용기(20) 내의 액체(18)를 가열한다. 따라서, 이 액체(18)의 열을 열회수 수단(36)에 의해 외부로 추출하여 열이용 설비(48)로 이용하는 방열 운전 공정이 행해진다. 그리고, 제1 열수송 매체의 온도가, 예컨대 120℃의 하한 설정치까지 저하되면 방열 운전 공정을 종료한다.
그리고, 제어 수단(58)은 도 3과 같이 제2 개폐 밸브(42)는 개방한 채로 제1 개폐 밸브(38)도 개방시킨다. 제1 개폐 밸브(38)가 개방되어 저장 용기(20)와 반응 용기(12)가 연통되면, 저장 용기(20) 내에서 발생한 기체가 반응 용기(12)로 유도되며, 화학 반응 물질(10)과 화학 반응하여 발열한다. 이 화학 반응에 따른 열로 화학 반응 물질(10)은 다시 온도가 상승하고, 순환 루프 내의 제1 열수송 매체가 가열되며, 이에 따라 저장 용기(20) 내의 액체(18)가 가열되고, 열회수 수단(36)에 의해 열이 외부로 추출되는 반응열 운전 공정이 행해진다. 그리고, 제1 열수송 매체의 온도가, 예컨대 150℃의 상한 설정치까지 상승하면, 제어 수단(58)은 다시 제1 개폐 밸브(38)를 차단하고, 반응열 운전 공정을 종료하여 다시 도 2의 방열 운전 공정으로 전환한다.
이 방열 운전 공정과 반응열 운전 공정이 교대로 반복되고, 반응열 운전 공정에서 제1 열수송 매체의 온도가 소정의 상한 설정치로까지 상승하지 않게 되면 일련의 공정을 종료한다. 이 반응열 운전 공정에서, 제1 열수송 매체의 온도가 상한 설정치까지 상승하지 않게 되는 상태에서는, 화학 반응 물질(10)은 기체와 거의 완전히 화학 반응한 상태로서, 예컨대 수산화마그네슘으로 전화되어 있다.
상기 구성의 제1 실시예에서는, 축열 운전 공정과 방열 운전 공정 및 반응열운전 공정 중 어느 경우라도 저장 용기(20)에 마련된 열회수 수단(36)으로부터 외부로 열이 추출된다. 또한, 방열 운전 공정과 반응열 운전 공정을 교대로 전환함으로써 외부로 추출하는 열을 용이하게 제어할 수 있다. 그리고, 반응열 운전 공정에 있어서, 기체를 발생시키기 위한 액체(18)의 가열을 화학 반응 물질(10)의 화학 반응에 따른 발열을 이용하므로, 액체(18)를 가열하기 위한 열공급 수단이 불필요하다. 또, 이 반응열 운전 공정에 있어서, 예컨대 40℃의 1몰의 물(H2O)을 증발시켜 수증기가 되게 하는 열에너지보다, 1몰의 산화마그네슘(MgO)이 1몰의 수증기(H2O)와 화학 반응하여 발열하는 열에너지가 크다. 따라서, 이 열에너지의 차에 의해 액체(18)가 온도 상승되어 외부로 열의 추출이 이루어질 수 있다.
다음으로, 제1 실시예의 구조에 있어서의 제2 운전 방법을 설명한다. 우선, 축열 운전 공정은 상기 제1 운전 방법과 동일하다. 그러나, 방열 운전 공정과 반응열 운전 공정의 전환 제어가 다르다. 즉, 화학 반응 물질(10)이 소정의 제1 설정치까지 상승하여 축열 운전 공정으로부터 방열 운전 공정으로 전환된 후에, 열회수 수단(36) 내에 봉입된 제2 열수송 매체의 온도가, 예컨대 50℃의 제2 하한 설정치까지 저하하면 방열 운전 공정으로부터 반응열 운전 공정으로 전환된다. 그리고, 다시 제2 열수송 매체의 온도가, 예컨대 60℃의 제2 상한 설정치까지 상승하면 다시 방열 운전 공정으로 전환된다. 그리고, 제2 열수송 매체가 제2 상한 설정치까지 상승하지 않게 될 때까지, 방열 운전 공정과 반응열 운전 공정이 교대로 반복된다.
이 제2 운전 방법에 있어서는, 열이용 설비(48)로 열을 추출하는 제2 열수송 매체의 온도에 따라 방열 운전 공정과 반응열 운전 공정을 교대로 전환하기 때문에, 열이용 설비(48)로 원하는 온도 범위에서 용이하게 열을 추출할 수 있다.
상기 제1 및 제2 운전 방법에 있어서, 축열 운전 공정 후 직후에 열이용 설비(48)에서 열을 필요로 하지 않으면, 제1 및 제2 개폐 밸브(38, 42)를 함께 차단하는 동시에, 반응 용기(12)와 저장 용기(20)의 열이 방사되지 않도록 적절히 구성하면 좋다. 그리고, 열이용 설비(48)에서 열수요가 발생한 시점에서, 제1 및 제2 개폐 밸브(38, 42)를 적절히 제어하여 방열 운전 공정과 반응열 운전 공정을 반복하여 행하게 하면 좋다. 그리고, 심야 전력을 이용하여 축열 운전 공정을 행하고, 열수요가 있는 낮 동안에 방열 운전 공정과 반응열 운전 공정을 반복하여 열을 추출하도록 할 수도 있다.
이하, 본 발명의 제2 실시예를 도 4를 참조하면서 설명한다. 도 4는 본 발명의 화학적 열펌프 장치의 제2 실시예의 구조도이다. 도 4에서, 도 1과 동일하거나 균등한 부재에는 동일한 부호를 붙여 중복 설명을 생략한다.
도 4에 도시한 제2 실시예의 구조와 도 1에 도시한 제1 실시예의 구조의 차이점은, 저장 용기(20)가 제3 개폐 밸브(60)를 매개로 진공 발생 수단(62)에 연통되고, 이 제3 개폐 밸브(60)와 진공 발생 수단(62)이 제어 수단(58)에 의해 제어된다는 점이다. 이 제2 실시예의 구조에 있어서의 운전 방법은, 축열 운전 공정에 앞서 제3 개폐 밸브(60)를 개방하는 동시에 진공 발생 수단(62)을 구동시켜, 저장 용기(20) 내부를 대기압 이하로 감압한다. 그 후, 제3 개폐 밸브(60)를 차단하는동시에 진공 발생 수단(62)을 정지시키고, 제1 실시예의 운전 방법과 마찬가지로 축열 운전 공정을 시작하여 일련의 공정을 행하면 좋다.
저장 용기(20) 내부가 감압됨으로써 액체(18)가 기화되는 데에 필요한 열에너지를 작게 할 수 있고, 반응열 운전 공정에서 적은 열에너지로 기체를 발생시킬 수 있으므로, 그만큼 화학 반응에 따른 발열로 액체(18)의 온도를 효율적으로 상승시킬 수 있다.
그런데, 상기 실시예에서는 산화마그네슘을 화학 반응 물질(10)의 일례로 하고 수증기를 이것과 반응하는 기체로 하여 설명하였지만, 화학 반응 물질(10) 및 이것에 대한 기체는 상기 실시예에 한정되지 않으며, 다른 물질의 조합이어도 좋다. 예컨대, 알칼리토류 금속 산화물에 대하여 수증기 또는 저급 알콜의 증기, 알칼리토류 금속 염화물에 대하여 수증기 또는 암모니아 또는 유기계 증기, 금속 암모니아 착염에 대하여 암모니아, 제올라이트 또는 활성탄에 대하여 수증기 또는 암모니아 등의 조합도 가능하다.
또, 상기 제1 및 제2 실시예에서는 모두 제2 및 제3 온도 검출 수단(54, 56)이 마련되어 있지만, 전술한 제1 운전 방법에서는 제3 온도 검출 수단(56)의 검출 온도가 운전 제어에 이용되지 않고, 제3 온도 검출 수단(56)이 마련되지 않아도 좋은 것은 물론이다. 또한, 제2 운전 방법에서는 제2 온도 검출 수단(54)의 검출 온도가 운전 제어에 이용되지 않고, 제2 온도 검출 수단(58)이 마련되지 않아도 좋은 것은 물론이다.
그리고, 축열 운전 공정에서 화학 반응 물질(10)의 가열을 정지시키는 제1설정치는 화학 반응 물질(10)에 따라 적절히 설정하는 것은 물론이다. 또한, 제1 열수송 매체의 상한 설정치와 하한 설정치, 그리고 제2 열수송 매체의 제2 상한 설정치와 제2 하한 설정치는 매체나 열이용 설비(48)에 따라 적절히 설정하는 것은 물론이다.
또한, 상기 실시예에서는, 가열관(32)과 방열관(34)을 포함하는 순환 루프 내에 봉입된 제1 열수송 매체는 대류에 의해 순환하도록 구성하였지만, 펌프에 의해 강제적으로 순환시켜도 좋다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 화학적 열펌프 장치는 구성되고, 또한 그 운전 방법이 제어되기 때문에, 다음과 같은 각별한 작용 효과를 발휘한다.
청구항 1에 기재된 화학적 열펌프 장치에 의하면, 화학 반응 물질이 화학 반응한 발열에 의해 액체를 가열하여 화학 반응에 필요한 기체를 발생시킬 수 있다. 그리고, 하나의 열회수 수단에 의해 열을 외부로 추출할 수 있다.
청구항 2에 기재된 화학적 열펌프 장치에 의하면, 저장 용기 내부를 진공 발생 수단으로 감압시킬 수 있고, 보다 적은 열에너지로 액체로부터 기체를 발생시킬 수 있어, 효율적인 열의 추출이 이루어질 수 있다.
청구항 3에 기재된 화학적 열펌프 장치에 의하면, 화학 반응 물질의 온도를 검출하는 제1 온도 검출 수단과, 가열관과 방열관을 포함하는 순환 루프 내에 봉입된 제1 열수송 매체의 온도를 검출하는 제2 온도 검출 수단을 마련하였기 때문에, 화학 반응 물질의 온도에 따라 열공급 수단에 의한 가열을 정지할 수 있고, 또한제1 열수송 매체의 온도에 따라 방열 운전 공정과 반응열 운전 공정을 적절히 전환할 수 있다.
청구항 4에 기재된 화학적 열펌프 장치에 의하면, 화학 반응 물질의 온도를 검출하는 제1 온도 검출 수단과, 열회수 수단에 봉입된 제2 열수송 매체의 온도를 검출하는 제3 온도 검출 수단을 마련하였기 때문에, 화학 반응 물질의 온도에 따라 열공급 수단에 의한 가열을 정지할 수 있고, 또한 열이용 설비의 원하는 온도범위가 되도록 방열 운전 공정과 반응열 운전 공정을 전환할 수 있다.
청구항 5에 기재된 화학적 열펌프 장치에 의하면, 산화마그네슘과 수증기를 화학 반응시키기 때문에, 안전하고 저렴한 화학 반응 물질로 화학적 열펌프 장치를 구성할 수 있다.
청구항 6에 기재된 화학적 열펌프 장치의 운전 방법에 있어서는, 축열 운전 공정과 방열 운전 공정 및 반응열 운전 공정으로 이루어지고, 종래예에서는 이용되지 않는 방열 운전 공정을 마련함으로써, 화학 반응 물질의 열로 액체를 가열하여 다음 반응열 운전 공정에 필요한 기체의 발생과 그 기체를 반응 용기에 확실하게 유도할 수 있다. 따라서, 안정적으로 열이 외부로 추출될 수 있다.
청구항 7에 기재된 화학적 열펌프 장치의 운전 방법에 의하면, 저장 용기 내부를 축열 운전 공정에 앞서 감압하기 때문에, 반응열 운전 공정에서의 기체 발생이 효율적이다.
청구항 8에 기재된 화학적 열펌프 장치의 운전 방법에 의하면, 방열 운전 공정과 반응열 운전 공정을 교대로 반복함으로써 작은 변동 범위의 온도로 열을 추출하는 것이 가능하다.
청구항 9에 기재된 화학적 열펌프 장치의 운전 방법에 의하면, 화학 반응이 과열되지 않게 축열 운전 공정을 종료할 수 있고, 또한 화학 반응 물질의 열로 가열되는 순환 루프 내의 열수송 매체의 온도에 따라 방열 운전 공정과 반응열 운전 공정을 교대로 전환하기 때문에, 화학 반응 물질의 화학 반응에 의한 열에 따라 제어가 행해진다.
청구항 10에 기재된 화학적 열펌프 장치의 운전 방법에 의하면, 열회수 수단에 의해 외부로 추출되는 열의 온도에 따라 방열 운전 공정과 반응열 운전 공정을 교대로 전환하기 때문에, 열이용 설비의 소망 범위 내에서 안정된 온도로 열을 추출할 수 있다.
청구항 11에 기재된 화학적 열펌프 장치의 운전 방법에 의하면, 화학 반응 물질을 산화마그네슘으로 하고 제1 설정치를 대략 400℃로 설정하였기 때문에, 제1 설정치까지 온도 상승한 상태에서 수산화마그네슘이 거의 완전히 산화마그네슘으로 전화된다. 그리고, 대략 400℃까지 가열하여 산화마그네슘으로 전화시킴으로써 수증기와의 발열 반응 활성이 높으므로, 그만큼 효율적으로 열을 외부로 추출할 수 있다.

Claims (12)

  1. 기체와의 화학 반응에 의해 발열하는 화학 반응 물질을 밀폐된 반응 용기에 수용하고, 그 반응 용기에 상기 화학 반응 물질을 가열하는 열공급 수단과 상기 화학 반응 물질의 열로 가열되는 가열관을 마련하며, 상기 기체 및 그 액체를 저장 용기에 저장하고, 그 저장 용기에 상기 액체의 열을 외부로 추출하는 열회수 수단과 상기 액체에 방열하는 방열관을 마련하며, 상기 반응 용기와 저장 용기를 제1 개폐 밸브를 매개로 연통시키고, 상기 가열관과 방열관을 제2 개폐 밸브를 매개로 순환 루프를 형성하도록 연통시키며, 상기 순환 루프를 형성하는 연통관 내로 열수송 매체를 봉입하여 구성한 것을 특징으로 하는 화학적 열펌프 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저장 용기를 제3 개폐 밸브를 매개로 진공 발생 수단에 연통시켜 구성한 것을 특징으로 하는 화학적 열펌프 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 화학 반응 물질의 온도를 검출하는 제1 온도 검출 수단과, 상기 순환 루프에서 상기 가열관으로부터 상기 방열관으로 흐르는 상기 열수송 매체의 온도를 검출하는 제2 온도 검출 수단을 마련하고, 이들 제1 및 제2 온도 검출 수단의 검출 온도에 따라 상기 제1 및 제2 개폐 밸브를 제어 수단으로 개폐 제어하도록 구성한 것을 특징으로 하는 화학적 열펌프 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 화학 반응 물질의 온도를 검출하는 제1 온도 검출 수단과, 상기 열회수 수단에 봉입된 제2 열수송 매체의 온도를 검출하는 제3 온도 검출 수단을 마련하고, 이들 제1 및 제3 온도 검출 수단의 검출 온도에 따라 상기 제1 및 제2 개폐 밸브를 제어 수단으로 개폐 제어하도록 구성한 것을 특징으로 하는 화학적 열펌프 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 화학 반응 물질은 산화마그네슘이고, 상기 기체는 수증기인 것을 특징으로 하는 화학적 열펌프 장치.
  6. 기체와의 화학 반응에 의해 발열하는 화학 반응 물질을 밀폐된 반응 용기에 수용하고, 상기 화학 반응 물질을 열공급 수단으로 가열하며, 발생하는 상기 기체를 저장 용기 내로 유도하여 상기 기체가 그 액체로 액화되는 응축열로 상기 저장 용기 내에 저장되는 상기 액체를 가열하여, 상기 액체로부터 열회수 수단으로 열을 추출하는 축열 운전 공정과, 상기 화학 반응 물질의 열로 가열되는 가열관과 상기 액체에 방열하는 방열관을 연통관에 의해 연통시키는 순환 루프에 봉입된 열수송 매체에 의해 상기 화학 반응 물질의 열로 상기 액체를 가열하여, 상기 액체로부터 상기 열회수 수단으로 열을 추출하는 방열 운전 공정과, 상기 저장 용기 내에서 발생하는 상기 기체를 상기 반응 용기 내로 유도하여 상기 화학 반응 물질을 화학 반응시켜 발열시키는 동시에, 상기 열수송 매체에 의해 상기 화학 반응 물질의 열로 상기 액체를 가열하여, 상기 액체로부터 상기 열회수 수단으로 열을 추출하는 반응열 운전 공정으로 제어하는 것을 특징으로 하는 화학적 열펌프 운전 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 저장 용기에 진공 발생 수단을 연통시키고, 상기 축열 운전 공정에 앞서 상기 진공 발생 수단을 운전하여 상기 저장 용기 내의 압력을 대기압 이하로 하는 것을 특징으로 하는 화학적 열펌프 운전 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 축열 운전 공정 후에, 상기 방열 운전 공정과 상기 반응열 운전 공정을 교대로 반복하여 제어하는 것을 특징으로 하는 화학적 열펌프 운전 방법.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 축열 운전 공정에서, 상기 화학 반응 물질의 온도를 제1 온도 검출 수단으로 검출하고, 그 검출 온도가 제1 설정치로 상승하면 상기 열공급 수단에 의한 가열을 정지하며, 상기 반응 용기와 저장 용기의 연통을 차단하는 동시에 상기 가열관과 방열관의 순환 루프를 연통시켜 상기 축열 운전 공정으로부터 상기 방열 운전 공정으로 전환하고, 상기 방열 운전 공정에서, 상기 순환 루프에 봉입된 열수송 매체의 온도를 제2 온도 검출 수단으로 검출하고, 그 검출 온도가 하한 설정치까지 저하되면 상기 반응 용기와 저장 용기를 연통시켜 상기 방열 운전 공정으로부터 상기 반응열 운전으로 전환하며, 상기 반응열 운전 공정에서, 상기 제2 온도 검출 수단의 검출 온도가 상한 설정치까지 상승하면 상기 반응열 운전 공정으로부터 상기 방열 운전 공정으로 전환하여 제어하는 것을 특징으로 하는 화학적 열펌프 운전 방법.
  10. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 축열 운전 공정에서, 상기 화학 반응 물질의 온도를 제1 온도 검출 수단으로 검출하고, 그 검출 온도가 제1 설정치로 상승하면 상기 열공급 수단에 의한 가열을 정지하며, 상기 반응 용기와 저장 용기의 연통을 차단하는 동시에 상기 가열관과 방열관의 순환 루프를 연통시켜 상기 축열 운전 공정으로부터 상기 방열 운전 공정으로 전환하고, 상기 방열 운전 공정에서, 상기 열회수 수단에 봉입되는 제2 열수송 매체의 온도를 제3 온도 검출 수단으로 검출하여, 그 검출 온도가 제2 하한 설정치까지 저하되면 상기 반응 용기와 저장 용기를 연통시켜 상기 방열 운전 공정으로부터 상기 반응 열운전으로 전환하며, 상기 반응열 운전 공정에서, 상기 제3 온도 검출 수단의 검출 온도가 제2 상한 설정치까지 상승하면 상기 반응열 운전 공정으로부터 상기 방열 운전 공정으로 전환하여 제어하는 것을 특징으로 하는 화학적 열펌프 운전 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 화학 반응 물질은 산화마그네슘이고, 상기 기체는 수증기이며, 상기 제1 설정치를 대략 400℃로 설정하는 것을 특징으로 하는 화학적 열펌프 운전 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 화학 반응 물질은 산화마그네슘이고, 상기 기체는 수증기이며, 상기 제1 설정치를 대략 400℃로 설정하는 것을 특징으로 하는 화학적열펌프 운전 방법.
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