KR20100084163A - Storing/transporting energy - Google Patents
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Abstract
Description
관련 출원Related application
본 출원은 2007년 11월 29일자로 출원된 스웨덴 특허 출원 제 0702649-5호로부터의 우선권 및 이익을 주장하며, 그의 전반적인 개시 내용은 이에 참증으로서 결부된다. 또한, 본 출원은 공개된 국제 특허 출원 제 WO 2007/139476 호와 공통된 내용을 갖는다.This application claims priority and benefit from Swedish Patent Application No. 0702649-5, filed November 29, 2007, the overall disclosure of which is hereby incorporated by reference. In addition, the present application has the contents in common with the published international patent application WO 2007/139476.
본 발명은 휘발성 액체의 정제와 동시에 에너지를 저장 및/또는 전송하기 위한 설비 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to equipment and methods for storing and / or transferring energy simultaneously with the purification of volatile liquids.
온실 가스의 배출량 증가를 고려하면, 가능한 한 많이, 모든 에너지 생산을 전반적으로 변화시켜, CO2의 배출을 초래하지 않도록 하는 것이 중요하다. 상기 배출물을 감소시키기 위한 분명한 방법은 주요 산업, 특히 장치 산업 및 유사 활동으로부터의 폐열을 이용하는 것이다. 스웨덴에서, 이러한 에너지의 총사용은 낭비될 수도 있는 에너지로부터 실내 및 건물에 열기 또는 냉기를 공급함으로써 배출물을 반 이상 감소시킬 수 있었다. Considering the increased emissions of greenhouse gases, it is important to change all energy production as much as possible, so as not to cause CO 2 emissions. An obvious way to reduce these emissions is to use waste heat from major industries, in particular the device industry and similar activities. In Sweden, this total use of energy has been able to reduce emissions by more than half by supplying hot or cold air to rooms and buildings from energy that may be wasted.
그러나, 예를 들면, 산업 공정 중 생산된 대량의 리젝트 열(reject heat)을 수집함에 있어서 기술적 및 경제적 도전들이 존재한다는 것은 일반적으로 알려진 사실이다. 기술적으로, 이러한 에너지를 수집하기 위한 장치는 고온 취급성 및 에너지 공급 가변성을 요한다. However, it is generally known that technical and economic challenges exist, for example, in collecting large amounts of reject heat produced during industrial processes. Technically, devices for collecting this energy require high temperature handling and energy supply variability.
또한, 경제적으로 수용가능한 방식으로 이러한 에너지를 사용하기 위해서는 저장 매체의 중량 단위당 그리고 부피 단위당 모두 충분히 큰 에너지 밀도로 저장이 가능하게 상기 에너지를 상기 저장 매체로 전환할 수 있어야 한다. 예를 들면, 공개된 국제 특허 출원 제 WO 00/37864 호 및 제 WO 2005/054757 호에는, 어떤 의미에서는 충전된 상태(charged state)에서 에너지가 저장된다고 말할 수 있고, 방출 상태(discharging state)에서 에너지가 열기 또는 냉기로 전달된다고 말할 수 있는 어큐뮬레이터(accumulators)에 있어서 열펌프가 기재되어 있다. In addition, the use of such energy in an economically acceptable manner requires the conversion of the energy to the storage medium to enable storage at sufficiently large energy densities, both per weight unit and volume unit of storage medium. For example, published international patent applications WO 00/37864 and WO 2005/054757 can in some sense say store energy in a charged state, and in a discharging state Heat pumps are described in accumulators that can be said to transfer energy to hot or cold.
상기 화학적 열펌프의 작동 원리는 주지되어 있고, 예를 들면, 미국 특허 공보 제 5,440,889 호, 제 5,056,591 호, 제 4,993,239 호 제 4,754,805 호 및 공개된 국제 특허 출원 제 WO 94/21973 호, 제 WO 00/31206 호, 제 WO 00/37864 호 및 제 WO 2005/0054757 호를 참조한다. 화학적 열펌프에서, 활성 물질은 열펌프의 공정을 수행하며 휘발성 매체, 일반적으로 2극성 액체이며, 대부분의 경우 물인 흡수제와 함께 작용하는 것으로 제공된다. 상기 작동 활성 물질로서는, 종래 기술에 의하면, 고체 물질, 액체 물질 또는 “하이브리드 물질”이 사용가능하다. “고체” 활성 물질은 상기 물질이 전체 공정 동안 그리고 모든 사이클 동안 항상, 즉, 내부에 흡수된 휘발성 매체가 있든 없든 모든 경우에 고체 상태로 계속됨을 의미한다. “액체” 활성 물질은 상기 물질이 전체 공정 동안 그리고 모든 사이클 동안 항상, 즉, 내부에 흡수된 휘발성 매체가 있든 없든 모든 경우에 액체 상태로 계속됨을 의미한다. “하이브리드” 물질은 상기 활성 물질이 상기 열펌프의 공정 동안 고체 상태와 액체 상태 사이에 교대로 됨을 의미한다. The principle of operation of such chemical heat pumps is well known and described, for example, in U.S. Pat. See 31206, WO 00/37864 and WO 2005/0054757. In chemical heat pumps, the active material performs the process of a heat pump and is provided as a volatile medium, usually a bipolar liquid, and in most cases acts with an absorbent which is water. As the operatively active substance, according to the prior art, a solid substance, a liquid substance or a "hybrid substance" can be used. By “solid” active material is meant that the material continues in the solid state all the time during the whole process and for every cycle, ie with or without the absorbed volatile media therein. By “liquid” active material is meant that the material continues in the liquid state all the time during the whole process and during every cycle, ie with or without the volatile medium absorbed therein. By "hybrid" material it is meant that the active material is alternated between the solid state and the liquid state during the processing of the heat pump.
고체 활성 물질의 경우, 상기 열펌프가 결합된 시스템에서의 냉각 온도는 전체 방출 공정 동안 일정하게 지속되고 비교적 큰 저장 용량을 얻을 수 있다는 장점이 있다. 흡수제로서 물을 이용하는 고체 물질의 대표적인 저장 용량의 값은, 냉각 에너지로서 취해진 바, 약 0.3kWh/l 물질이다. 고체 물질의 사용에 관련한 또 다른 장점은 상기 시스템 내에 아무런 이동 부품도 필요하지 않다는 것이다. 열은 상기 물질과 균일하게 접촉되는 라멜라 열교환기 또는 판형 열교환기를 통하여 상기 물질에로 공급되거나 또는 상기 물질로부터 얻어진다. 여기에서, 인용된 특허 출원 제 WO 00/31206 호에 기재된 화학절 열펌프에서는, 공정측에 아무런 이동 부품이 제공되지 않는다. 고체 물질과 관련한 단점은 일반적으로 낮은 고체 물질의 열전도율로 인하여 얻을 수 있는 파워가 제한적이라는 것이다. 상기 동일 특허 출원에는, 특히, 고체 물질의 열악한 열전도율과 관련한 문제점 및 그로 인한 낮은 파워/효율성을 해결하기 위한 방법이 기재되어 있다. 상기 방법은 열교환기 주위 또는 내부로 용이하게 충진 가능한 농도를 갖는 슬러리를 형성하기 위하여 소르베이트(sorbate)에 고체 물질이 침전되는 것(silted)을 포함한다. 상기 슬러리 내의 소르베이트 양은 후에 상기 열펌프의 방출 상태에 존재하게 되는 소르베이트의 농도를 초과하지 않아야 한다. 이 후, 상기 물질이 충전될 때 이는 최종의 소결 형상, 소위 매트릭스를 얻게 되는데, 이는 상기 열펌프의 작동 중 소르베이트의 정상적인 흡수에 용해되지 않는다. In the case of solid active materials, the cooling temperature in the system in which the heat pump is coupled has the advantage that it can be kept constant during the whole discharge process and a relatively large storage capacity can be obtained. Representative storage capacity values for solid materials using water as absorbents are about 0.3 kWh / l material, taken as cooling energy. Another advantage associated with the use of solid materials is that no moving parts are needed in the system. Heat is supplied to or obtained from the material through a lamellar heat exchanger or a plate heat exchanger in uniform contact with the material. Here, in the chemical heat pump described in the cited patent application WO 00/31206, no moving parts are provided on the process side. A disadvantage with solid materials is that the power available is usually limited due to the low thermal conductivity of the solid material. The same patent application describes, in particular, a method for solving the problems with poor thermal conductivity of solid materials and the resulting low power / efficiency. The method involves the precipitation of a solid material in sorbate to form a slurry having a concentration that is easily fillable around or into the heat exchanger. The amount of sorbate in the slurry should not exceed the concentration of sorbate which will later be in the discharged state of the heat pump. Thereafter, when the material is filled, it obtains the final sintered shape, the so-called matrix, which does not dissolve in the normal absorption of sorbate during operation of the heat pump.
액체 물질을 사용하는 경우, 상기 물질이 충전 및 방출 공정 모두에서 상기 열교환기에 분사될 수 있고 이에 냉각 및 가열이 각각 효율적으로 될 수 있으므로 높은 파워를 얻게 된다는 장점이 있다. 고체 물질과 관련한 단점은 상기 흡수제의 희석 작용으로 냉각 용량이 감소된다는 것이다. 실제로, 이는 상기 물질이 사용가능한 작동 간격을 크게 제한하며, 이는 이어서, 상술한 바에서와 같이 물질 리터당 냉각 에너지로서 취해진 바, 축적 용량을 감소시킨다. 화학적 열펌프에 사용하기 위한 대부분의 액체 물질은 바람직하기로는 물 내에서 강한 흡습성을 갖는 무기 염류의 용액이며 마찬가지로 물은 흡수제로서 사용된다. 이는 상기 용해된 물질의 결정화가 허용될 수 없다는 사실로 인하여 또 다른 제한을 유발한다. 결정화는 분사 노즐 및 펌프에 문제점을 유발한다. In the case of using a liquid material, there is an advantage that the material can be injected into the heat exchanger in both the filling and discharging processes, and thus high power is obtained because cooling and heating can be efficient respectively. A disadvantage with solid materials is that the cooling capacity is reduced due to the dilution of the absorbent. Indeed, this greatly limits the operating intervals at which the material can be used, which, in turn, is taken as cooling energy per liter of material, as described above, thus reducing the accumulation capacity. Most liquid materials for use in chemical heat pumps are preferably solutions of inorganic salts with strong hygroscopicity in water and likewise water is used as absorbent. This raises another limitation due to the fact that the crystallization of the dissolved material cannot be tolerated. Crystallization causes problems with spray nozzles and pumps.
소위 하이브리드 물질을 사용함에 따라, 고체 및 액체 시스템과 관련한 여러 장점들이 결합될 있고, 이는 위에 인용한 국제 특허 출원 제 WO 00/37864 호를 참조한다. 상기 특허 출원에 개시된 화학적 열펌프는 하이브리드 원리, 하이브리드 방법 또는 하이브리드 공정으로 칭할 수 있는 특별한 공정에 의하여 작동한다. 이러한 공정에서, 상기 물질은 공정 동안 고체 및 액체 상태 모두로 존재하며, 고체상(solid phase)은 고체 시스템에서와 같이 큰 에너지 밀도로 에너지를 저장하는 데에 사용되며, 반면에 상기 물질로부터 및 상기 물질에로의 열교환은 일반적인 액체 시스템에서와 같이 큰 효율로 상기 물질의 액체상(liquid phase)에서만 수행된다. 상기 액체상만이 주위에 대한 열교환에 사용된다. 그 조건은 상기 고체상 및 액체상이 공정 동안 분리되어 유지될 수 있어야 한다는 것이다. 네트 또는 필터와 같은 적당한 분리 수단을 사용함으로써 또는 기타의 방법에 의한 여과에 의하여 분리를 수행할 수 있다. 종종 “용액(solution)”으로 불리우는 상기 액체상은 펌핑되어 열교환기에 분사된다. 용액만을 사용하는, 즉, 항상 액체인 물질을 사용하는 시스템의 경우에서와 같이, 하이브리드 시스템의 펌프, 밸브 및 분사 노즐이 순환 경로에서 결정에 의하여 막히지 않는 것이 중요하다.With the use of so-called hybrid materials, several advantages with regard to solid and liquid systems can be combined, which are referred to above in international patent application WO 00/37864. The chemical heat pump disclosed in this patent application operates by a special process, which may be referred to as hybrid principle, hybrid method or hybrid process. In this process, the material is present in both solid and liquid states during the process, and the solid phase is used to store energy at a high energy density as in solid systems, while from the material and the material The heat exchange of the erosion is carried out only in the liquid phase of the material with a great efficiency as in a conventional liquid system. Only the liquid phase is used for heat exchange to the surroundings. The condition is that the solid and liquid phases must be able to remain separated during the process. Separation may be effected by using suitable separation means such as nets or filters or by filtration by other methods. The liquid phase, often called "solution", is pumped and injected into the heat exchanger. As in the case of systems using only solution, ie, always liquid material, it is important that the pumps, valves and spray nozzles of the hybrid system are not blocked by crystals in the circulation path.
따라서, 일반적으로, 상기 고체 시스템은 펌프, 밸브 및 분사 노즐을 요하지 않으므로 이러한 점에서 명백한 장점을 갖는다. Thus, in general, the solid system does not require a pump, a valve and an injection nozzle and therefore has a clear advantage in this respect.
화학적 열펌프를 개략적으로 도시하는 도 1a에서, 상기 열펌프는 상기 인용된 국제 특허 출원 제 WO 00/37864 호에 기재된 바의 상기 하이브리드 공정에 의하여 냉각 또는 가열을 제공하며 작동하도록 고안된 것이다. 상기 열펌프는 소르베이트를 발열적으로 흡수(absorb)하거나 흡열적으로 탈착(desorb)할 수 있는 다소 용해된 물질(2)을 포함하는 제 1 컨테이너(1) 또는 어큐뮬레이터를 포함한다. 상기 제 1 컨테이너(1)는 파이프(4)를 통하여 응축기/증발기로도 불리우는 제 2 컨테이너(3)에 접속된다. 상기 제 2 컨테이너(3)는 상기 제 1 컨테이너(1) 내에서 상기 물질(2)이 흡열적으로 탈착되는 동안 액체 소르베이트(5)를 형성하기 위하여 기체 소르베이트(6)를 응축시키기 위한 응축기로서 작동하며, 또한 상기 제 1 컨테이너(1) 내에서 상기 물질(2) 내의 소르베이트를 발열적으로 흡수하는 동안 기체 소르베이트(6)를 형성하기 위하여 액체 소르베이트(5)의 증발기로서 작동한다. 상기 어큐뮬레이터(1) 내 물질(2)은 그 내부에 위치되는 제 1 열교환기(7)에 열전도 접촉되며, 상기 제 1 열교환기(7)는 액체 흐름(8)을 통하여 주위로부터 열을 공급받거나 또는 주위에 열을 전달할 수 있다. 상기 증발기/응축기부(3) 내의 액체(5) 또한 마찬가지로 그 내부에 위치되는 제 2 열교환기(9)에 열전도 접촉되며, 상기 제 2 열교환기(9)는 열 흐름(10)을 통하여 각각 주위로부터 열을 공급받거나 또는 주위에 열을 전달할 수 있다. 하이브리드 원리에 의하여 열펌프가 작동하도록 하기 위하여, 상기 제 1 열교환기(7)는 고체 상태의 물질(2)과 함께 미세-그물로 된 네트 또는 필터(11) 내에 넣어진다. 상기 물질의 액체 상태인 용액은 상기 어큐뮬레이터(1)의 하부 내에 존재하며 상기 제 1 열교환기(7) 아래에 위치되는 자유 공간(12) 내에 수집된다. 이 공간으로부터 용액은 도관(13) 및 펌프(14)를 통하여 상기 제 1 열교환기(7)에 분사된다. In FIG. 1A, which schematically shows a chemical heat pump, the heat pump is designed to operate by providing cooling or heating by the hybrid process as described in the above-cited international patent application WO 00/37864. The heat pump comprises a
요약하자면, 다음 내용이 사실이다:In summary, the following is true:
- 고체 물질로 작동하는 시스템에 있어서, 물질의 2가지 상 상태 사이에서 반응이 일어나므로 일정한 냉각 온도가 얻어진다. 이들 2가지 상 상태 모두는 고체이며, 상기 상태들 중 한가지로부터 나머지 상태로의 변환에 있어서 흡수제의 일정한 반응 압력을 유지한다. 상기 반응 압력은 상기 물질이 제 1 상태로부터 제 2 상태로 모두 변환될 때까지 일정하게 유지된다. 상기 시스템의 단점은 매우 낮은 열전도율 및 그로부터 기인하는 낮은 파워이다. 그의 장점으로는 상기 시스템이 아무런 이동 부품도 없이 작동한다는 것과, 높은 축적 용량 및 일정한 반응 압력을 갖는다는 것을 포함한다. In systems operating with solid materials, a reaction occurs between the two phase states of the material, thus obtaining a constant cooling temperature. Both of these two phase states are solid and maintain a constant reaction pressure of the absorbent in the conversion from one of these states to the other. The reaction pressure is kept constant until the material is all converted from the first state to the second state. Disadvantages of the system are very low thermal conductivity and low power resulting therefrom. Its advantages include that the system operates without any moving parts and has a high accumulation capacity and constant reaction pressure.
- 하이브리드 물질로 작동하는 시스템에서, 상기 흡수제가 상기 물질에 의하여 흡수될 때, 즉, 방출 공정에서, 제 1 상은 고체인 반면 제 2 상은 액체이고, 위에 설명한 바와 동일한 방식으로, 흡수제의 일정 반응 압력이 유지된다. 그러면, 상기 물질은 일정한 냉각 온도가 유지되는 것과 동시에 고체로부터 액체 상태로 연속적으로 지속적으로 변화될 것이다. 상기 공정은 상기 물질이 모두 그의 고체 상태로부터 액체 상태로 변화될 때까지 일정한 반응 압력으로 지속된다. 동일한 방식으로 상기 반응 압력은 상기 물질이 액체로부터 고체 상태로 변화될 때의 충전 공정에서 일정하다. 상기 축적 용량 및 상기 반응 압력은 고체 물질에 대한 그것들에 상응한다. 높은 파워를 얻기 위하여 하이브리드 물질로 작동하는 시스템에 이용되는 방법은 액체 물질로 작동하는 시스템에서와 동일한 방식으로 용액으로 작동하는 것이다. 액체는 결정들을 분리하기 위한 시스템을 통하여 상기 물질 컨테이너로부터 분사 시스템에로 펌프되며, 상기 분사 시스템에 의하여 상기 용액은 리액터(reactor) 내에 분리 유니트를 형성하는 열교환기에 분사된다. In a system operating with a hybrid material, when the absorbent is absorbed by the material, ie in the release process, the first phase is a solid while the second phase is a liquid and in the same manner as described above, the constant reaction pressure of the absorbent Is maintained. The material will then continuously and continuously change from solid to liquid at the same time a constant cooling temperature is maintained. The process continues at a constant reaction pressure until all of the material has changed from its solid state to the liquid state. In the same way the reaction pressure is constant in the filling process when the material is changed from liquid to solid state. The accumulation capacity and the reaction pressure correspond to those for the solid material. The method used for systems operating with hybrid materials to obtain high power is to operate with solutions in the same way as for systems operating with liquid materials. Liquid is pumped from the material container to the injection system through a system for separating crystals, by which the solution is injected into a heat exchanger forming a separation unit in a reactor.
공개 번호 제103 95 583호인 독일 특허 출원에서는, 예를 들면, 실리카겔과 같은 열화학 유니트에 열 에너지를 저장하는 것을 제안한다. 공개 번호 제441 457호를 갖는 스웨덴 특허 출원에서는, 내부에서 수화 염류, 암모니아 화합물 또는 제올라이트와 같은 건조제가 섬유 캐리어 물질에 고정되며 에너지의 제어된 수신, 저장 및 구제에 사용되는 축열기(heat accumulator)가 개시된다.The German patent application,
본 발명의 목적은 에너지의 효율적인 저장 및/또는 전송을 위한 설비 또는 시스템을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide an installation or system for the efficient storage and / or transmission of energy.
본 발명의 또 다른 목적은 청정한 또는 순수한 형태의 휘발성 액체를 생산함과 동시에 에너지를 효율적으로 저장 및/또는 전송하는 방법을 제공하는 것이다. It is a further object of the present invention to provide a method for efficiently storing and / or transmitting energy while producing volatile liquids in clean or pure form.
예를 들면 공개된 국제 특허 출원 제 WO 00/37864 호 및 제 WO 2005/054757 호에는 화학적 열펌프가 개시된다. 이들은 후에 가열 또는 냉각을 위하여 저장된 에너지를 사용하기 위하여 화학적으로 에너지를 저장하는 데에 사용가능하다. 화학적 물질을 단독으로 저장하는 것만으로 400kWh/ton의 에너지 밀도를 얻을 수 있는 것으로 나타나며, 이는 기타의 에너지 저장/전송 방법, 예를 들면, 약 40kWh/ton을 제공하는 원격 가열 방법에 비교된다. 일반적으로, 화학적 열펌프를 이용하여, 예를 들면 산업 공정에서 소실되는 대량의 폐열을 사용하는 것이 가능하며, 예를 들면 경제적인 방식으로 상기 에너지가 사용가치를 갖는 곳으로 이를 전송하는 것이 가능하다. For example, published international patent applications WO 00/37864 and WO 2005/054757 disclose chemical heat pumps. They can then be used to store energy chemically to use the stored energy for heating or cooling. It has been shown that energy storage alone of 400 kWh / ton can be achieved by storing chemicals alone, compared to other energy storage / transmission methods, for example remote heating methods providing about 40 kWh / ton. In general, it is possible to use a large amount of waste heat which is lost in an industrial process, for example by means of a chemical heat pump, for example in an economical way to transfer it to where the energy has value. .
상술한 바와 같이, 고체 물질로 작동하는 화학적 열펌프는 매우 낮은 열전도율 및 이로 인한 낮은 파워 또는 낮은 효율성과 관련한 단점을 가지며, 어떠한 이동 부분도 없이 작동이 가능함, 높은 축적 용량 및 일정한 반응 압력의 장점을 갖는다. 하이브리드 물질로 작동하는 화학적 열펌프는 더욱 높은 열전도율로 인하여 그리고 이들 또한 어떠한 이동 부분도 없이 작동가능하다는 사실 및 이들이 높은 축적 용량 및 일정한 반응 압력을 갖는다는 사실로 인하여 높은 파워 또는 효율성의 장점을 갖는다.As mentioned above, chemical heat pumps operating on solid materials have the disadvantages associated with very low thermal conductivity and therefore low power or low efficiency, and can be operated without any moving parts, and have the advantage of high accumulation capacity and constant reaction pressure. Have Chemical heat pumps operating with hybrid materials have the advantage of high power or efficiency due to the higher thermal conductivity and the fact that they can also be operated without any moving parts and the fact that they have high accumulation capacity and constant reaction pressure.
하이브리드 물질로 작동하는 화학적 열펌프에서, 활성 물질의 용액이 상기 어큐뮬레이터에서 활성 물질과 열교환기 사이의 열전도율을 증가시키는 데에 이용되는 경우, 이는, 예를 들면, 상기 화학적 열펌프 내 전체 공정 동안 상기 활성 물질이 어떠한 변위도 따르지 않는다는 사실에 의하여 성취될 수 있는 것으로서, 즉, 상기 활성 물질이 항상 고정적이거나 또는 고정적인 방식으로 위치되므로, 소위 "고체" 하이브리드 물질을 갖는 화학적 열펌프를 얻을 수 있다. 이를 성취하기 위하여, 상기 활성 물질의 용액은 여기에서는 매트릭스 또는 캐리어로 불리우는 수동적인 물질 내에 흡입 및/또는 결합 가능하며, 상기 매트릭스 또는 캐리어는 일반적으로 상기 어큐뮬레이터 내 열교환기와 양호한 열전도 접촉이 되어야 하며 차례로 서로 밀접하게 일체화될 수 있는 하나 이상의 몸체로서 배열가능하다. 상기 물질이 수동적인 수단이라는 것은 상기 물질이 상기 활성 물질에 의한 휘발성 매체의 흡수 및 배출(releasing)에 공조하지 않음을 의미한다. 따라서, 상기 매트릭스의 기능은 그의 위치에서 상기 활성 물질의 용액을 유지시키는 것이며, 그럼으로써 상기 활성 물질이 충전 공정에서 액체 상태로부터 고체 상태로 변화될 때 그리고 상기 방출 공정 동안 그의 고체 상태에서 액체 상태로 변화될 때 상기 열교환기와 상기 활성 물질 사이의 열전도율을 증가시키는 것이다. 따라서, 상기 용액이 종종 상기 고체 물질보다 더욱 높은 열전도 용량을 갖는다는 사실을 이용할 수 있다. 상기 매트릭스는 열펌프 내에서 상기 공정에 불활성인 물질로부터 형성되며, 일반적으로 상기 활성 물질의 용액상을 그 자신에 결합시키는 능력을 가질 수 있고, 동시에 상기 활성 물질을 상기 휘발성 매체와 상호작용하도록 할 수 있다. 특히, 상기 매트릭스를 형성하는 몸체 또는 몸체들이 모세관 방식으로 상기 활성 물질의 용액상을 효율적으로 흡수 및/또는 결합할 수 있는 것이 바람직할 수도 있다. 상기 매트릭스는, 예를 들면 입자 크기 및 형태를 변화시킨 입자를 갖는 분말과 같이 다소의 분리 입자들을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 직경 및 길이를 변화시킨 섬유, 및/또는, 예를 들면, 고정적일 필요가 없고 형성된 매트릭스 몸체 내에서 변화가능한 적당한 다공성을 갖는 소결 질량체를 포함할 수 있다. 상기 입자의 크기 및 형태, 즉 구체적인 경우에 있어서 입자 크기, 직경 및 다공성, 및 고체 매트릭스의 경우 다공성, 그리고 상기 매트릭스 몸체 내 물질의 선택은 각각의 경우에 있어서 완성된 어큐뮬레이터의 축적 용량 및 파워 및 효율성에 영향을 미친다. 상기 매트릭스가 1개의 층으로서 상기 열교환기의 표면에 적용되는 경우, 상기 층의 두께 또한 상기 어큐뮬레이터의 파워 또는 효율성에 영향을 미칠 수 있다. In a chemical heat pump operating with a hybrid material, if a solution of the active material is used to increase the thermal conductivity between the active material and the heat exchanger in the accumulator, this is, for example, the entire process in the chemical heat pump. As achievable by the fact that the active material does not follow any displacement, ie the active material is always positioned in a fixed or fixed manner, a chemical heat pump with a so-called "solid" hybrid material can be obtained. To achieve this, the solution of the active substance can be inhaled and / or combined in a passive substance, here called a matrix or carrier, which generally has good thermal conduction contact with the heat exchanger in the accumulator and in turn with each other. Arrangeable as one or more bodies that can be tightly integrated. The fact that the substance is a passive means means that the substance does not cooperate with the absorption and release of volatile media by the active substance. Thus, the function of the matrix is to maintain a solution of the active substance in its position, thereby when the active substance changes from the liquid state to the solid state in the filling process and from its solid state to the liquid state during the release process. To change the thermal conductivity between the heat exchanger and the active material. Thus, it is possible to take advantage of the fact that the solution often has a higher thermal conductivity capacity than the solid material. The matrix is formed from a material that is inert to the process in a heat pump and generally has the ability to bind the solution phase of the active material to itself, while simultaneously allowing the active material to interact with the volatile medium. Can be. In particular, it may be desirable for the body or bodies forming the matrix to be able to efficiently absorb and / or bind the solution phase of the active material in a capillary manner. The matrix may comprise some discrete particles, for example a powder having particles of varying particle size and shape, for example fibers of varying diameters and lengths, and / or It may include a sintered mass that does not need to be fixed and has a suitable porosity that is variable within the formed matrix body. The size and shape of the particles, i.e. particle size, diameter and porosity in specific cases, and porosity in the case of a solid matrix, and the choice of materials in the matrix body, in each case are the accumulator capacity and power and efficiency of the completed accumulator. Affects. If the matrix is applied to the surface of the heat exchanger as one layer, the thickness of the layer can also affect the power or efficiency of the accumulator.
그러므로, 열펌프 내의 공정은 상기 몸체 또는 섬유 심지 또는 분말에 흡수된 상기 활성 물질로써 수행된다고 말할 수 있으며, 이는 높은 파워 또는 효율성으로 귀결된다. 상기 파워 또는 효율성은 상기 몸체 또는 심지 내에서 열전도율과는 거의 관계가 없으며, 액체상에서의 반응, 즉, 특히, 미세하게 분할된 상태의 활성 물질이 미세하게 분할될 고체 물질보다 열전도가 더욱 좋은 용액으로 변화된다는 사실에 좌우된다. Therefore, it can be said that the process in the heat pump is performed with the active material absorbed in the body or fiber wick or powder, which results in high power or efficiency. The power or efficiency has little to do with the thermal conductivity in the body or wick, and the reaction in the liquid phase, i.e., in a solution with better thermal conductivity than the solid material to which the active material in the finely divided state is to be finely divided It depends on the fact that it changes.
물질을 흡입 또는 흡수한다고 말할 수 있는 상기 매트릭스는 다수의 상이한 물질 중에서 선택가능하다. 예를 들면, 매트릭스로서 이산화규소(silicon dioxide) 섬유를 사용하여 그리고 상이한 분류(分溜)로 모래 및 유리 분말을 포함하는 매트릭스를 사용하여 성공적인 테스트를 수행하였다. 열펌프는 상기 매트릭스의 구조가 상기 휘발성 매체의 증기상의 전달을 허용하도록 충분히 투과성인 동시에 상기 액체상에 열이 전도된다는 사실에 의하여 작동한다. 또한 더욱 고체인 구조를 형성하기 위하여 분말이나 섬유를 소결함으로써 매트릭스를 제조하는 것 또한 가능하다.The matrix, which can be said to inhale or absorb a substance, is selectable from a number of different substances. For example, successful tests have been performed using silicon dioxide fibers as the matrix and using matrices containing sand and glass powders in different fractions. The heat pump works by the fact that the structure of the matrix is sufficiently permeable to allow the vapor phase transfer of the volatile medium and at the same time heat is conducted to the liquid phase. It is also possible to produce a matrix by sintering powders or fibers to form a more solid structure.
여기에서 소위 리액터 또는 리액터부로도 불리우고 매트릭스를 포함하는 이러한 어큐뮬레이터는 상술한 바에 의하여, 예를 들어 에너지를 저장 및/또는 전송하는데 유용하게 사용될 수 있다. 상술한 바와 같이 매트릭스로 이루어지는 어큐뮬레이터는 대량의 에너지를 수신하는 것 및 비교가능한 물질들에 비하여 이렇게 수신된 에너지를 높은 밀도로 저장하는 것을 허용할 수 있고, 이후 저장된 에너지를 포함하는 상기 어큐뮬레이터가 혼합 운동, 진동 및 압력과 같은 기계적인 응력에 가해질 수 있게 하는 수송을 허용할 수도 있다. 상기 어큐뮬레이터, 즉 에너지가 저장된 상기 리액터부는, 그러므로 열펌프 내에서 응축기 및 증발기로부터 분리되어 각각 저장 및 전송될 수 있고, 이들 유니트는 충전소(charging station) 또는 방출소(discharging station)에 각각 고정적으로 배열가능하다. Such accumulators, also referred to herein as reactors or reactor sections and comprising a matrix, can be usefully used for storing and / or transmitting energy, for example, as described above. An accumulator consisting of a matrix as described above may allow receiving a large amount of energy and storing this received energy at a higher density compared to comparable materials, after which the accumulator comprising stored energy is mixed in motion. It may also allow transport to be subjected to mechanical stresses such as vibration, pressure and pressure. The accumulator, i.e. the reactor portion, in which energy is stored, can therefore be stored and transmitted separately from the condenser and the evaporator, respectively, in a heat pump, and these units are fixedly arranged in a charging station or a discharging station respectively. It is possible.
액체를 내부에 흡입하여 상기 액체가 열운반 매체를 형성하게 하는 매트릭스의 능력 및 상기 매트릭스를 통하여 기체 전송을 허용하는 능력은 화학적 열펌프 내에서 상기 응축기/증발기 유니트에도 동일하게 적용가능하다. 상기 화학적 열펌프를 충전할 때, 기체는 상기 열교환기의 표면에서 응축될 상기 매트릭스를 통하여 전송되어 상기 매트릭스에 의하여 흡수되고, 그 후 상기 흡수된 액체는 상기 매트릭스의 열전도율을 증가시키므로, 더욱 많은 기체가 냉각, 응축 및 흡수가능하게 된다. 상기 화학적 열펌프를 방출할 때, 상기 매트릭스는 수증기를 배출하며, 이는 흡수된 휘발성 액체를 냉각시킨다. 상기 흡수된 휘발성 액체는 그의 양호한 열전도율로 인하여 증발열을 상기 열교환기의 표면으로부터 상기 액체를 통하여 증발 영역으로 전송한다. The ability of the matrix to inhale liquid into the liquid to form a heat carrier medium and to allow gas transfer through the matrix is equally applicable to the condenser / evaporator unit in a chemical heat pump. When filling the chemical heat pump, gas is transferred through the matrix to be condensed at the surface of the heat exchanger and absorbed by the matrix, after which the absorbed liquid increases the thermal conductivity of the matrix, thus allowing more gas. Is cooled, condensed and absorbable. Upon releasing the chemical heat pump, the matrix releases water vapor, which cools the absorbed volatile liquid. The absorbed volatile liquid transfers heat of evaporation through the liquid from the surface of the heat exchanger to the evaporation zone due to its good thermal conductivity.
일반적으로, 에너지의 저장 및/또는 전송을 위한 시설은 충전소, 방출소 및 저장부를 포함할 수 있다. 상기 충전소 및 저장부는 상기 저장부가 상기 충전소에 결합될 때 그들 내부에 존재하는 내부 공간이 서로 연통될 수 있도록 적절히 고안된 결합 장치를 갖는다. 마찬가지로 상기 방출소 및 저장부는 상기 저장부가 상기 방출소에 결합될 때 그들 내부에 존재하는 내부 공간이 서로 연통될 수 있도록 하는 결합 장치를 갖는다. 상기 저장부는 흡수 및 탈착에 의하여 휘발성 액체와 상호 작용하기 위한 활성 물질을 내부 공간에 포함한다. In general, facilities for the storage and / or transmission of energy may include charging stations, discharge stations and storage. The charging station and the reservoir have a coupling device suitably designed such that when the storage unit is coupled to the charging station, the internal spaces present therein can communicate with each other. Similarly, the discharge station and the reservoir have a coupling device that allows the internal spaces present therein to communicate with each other when the reservoir is coupled to the discharge station. The reservoir includes an active material in the internal space for interacting with the volatile liquid by absorption and desorption.
바람직하게, 상기 저장부는 하이브리드 물질 및 상술한 바에 의한 매트릭스로 작동하는 화학적 열펌프의 리액터부로서 설계될 수 있다. 이는 상기 휘발성 액체가 제 1 온도에서 상기 활성 물질에 의하여 흡수가능하고 더욱 높은 제 2 온도에서 상기 활성 물질에 의하여 탈착될 수 있도록 상기 리액터부 내의 활성 물질 및 상기 휘발성 액체가 선택됨을 의미한다. 상기 활성 물질은 제 1 온도에서 고체 상태를 가지므로, 이 상태로부터 상기 활성 물질은 상기 휘발성 액체 및 그의 증기 상을 흡수할 때 즉각적으로 액체 상태 또는 용액 상태로 부분적으로 변화된다. 상기 활성 물질은 제 2 온도에서 액체 상태를 갖거나 또는 용액 상태로 존재하므로, 이 상태로부터 상기 활성 물질은 상기 휘발성 액체, 특히 그의 기체상을 배출할 때 즉각적으로 고체 상태로 부분적으로 변화된다. 또한, 상기 리액터부는 상기 활성 물질을 위한 매트릭스를 포함하여, 상기 활성 물질이 그의 고체 상태 및 그의 액체 상태 또는 용액 상태 모두에서 상기 매트릭스에 지지 및/또는 결합된다.Preferably, the reservoir can be designed as a reactor portion of a hybrid material and a chemical heat pump operating as a matrix as described above. This means that the active material and the volatile liquid in the reactor portion are selected such that the volatile liquid is absorbable by the active material at a first temperature and desorbable by the active material at a higher second temperature. Since the active substance has a solid state at a first temperature, from this state the active substance is partially changed into the liquid state or solution state immediately upon absorption of the volatile liquid and its vapor phase. Since the active substance has a liquid state or is in a solution state at a second temperature, from this state the active substance is partially changed to an instant solid state upon exiting the volatile liquid, in particular its gaseous phase. In addition, the reactor portion includes a matrix for the active material such that the active material is supported and / or bonded to the matrix in both its solid state and its liquid state or solution state.
상기 충전소는 응축기 또는 적당한 펌프, 특히 진공 펌프 유형의 펌프와 같은 유사 장치로 이루어진다. 상기 저장부가 상기 충전소에 결합되고 상기 리액터부의 내부 공간이 상기 응축기 또는 유사 장치의 내부 공간에 연통될 때, 상기 충전소는 상기 리액터부로부터 상기 휘발성 기체의 기체상을 수신 및/또는 제거할 수 있다. 따라서, 상기 휘발성 액체의 탈착에 의하여 “충전된” 상태로 전환되는 상기 활성 물질에 의하여 상기 리액터부는 화학적 열펌프 내에서와 동일한 방식으로 “충전”된다. The filling station consists of a similar device, such as a condenser or a suitable pump, in particular a pump of the vacuum pump type. When the reservoir is coupled to the filling station and the inner space of the reactor portion communicates with the inner space of the condenser or similar device, the filling station can receive and / or remove the gas phase of the volatile gas from the reactor portion. Thus, the reactor portion is "charged" in the same manner as in a chemical heat pump by the active material which is converted to a "charged" state by the desorption of the volatile liquid.
상기 방출소는 내부 공간에 응축된 상태의 휘발성 액체 다량을 포함하는 증발기로 이루어진다. 상기 저장부가 상기 방출소에 결합되고 상기 리액터부의 내부 공간이 상기 증발기 내의 내부 공간에 연통될 때, 상기 방출소는 상기 리액터부로 상기 휘발성 기체의 기체상을 전송할 수 있으므로, 상기 휘발성 액체의 흡수에 의하여 “방출된” 상태로 전환되는 상기 활성 물질에 의하여 상기 리액터부는 화학적 열펌프 내에서와 동일한 방식으로 “방출”된다. The release station consists of an evaporator containing a large amount of volatile liquid condensed in the interior space. When the storage unit is coupled to the discharge station and the internal space of the reactor portion communicates with the internal space in the evaporator, the discharge station can transfer the gas phase of the volatile gas to the reactor portion, thereby absorbing the volatile liquid. The reactor portion is “released” in the same way as in a chemical heat pump by the active material being converted to the “released” state.
상술된 바에 의하면, 에너지는 저장되어 전송가능하다. 이러한 에너지 저장은, 저장부에 상기 에너지를 전송함에 있어서 물이 상기 휘발성 액체로 사용되는 경우 순수한 증류수를 전송 작업의 부산물로서 동시에 얻을 수 있음을 의미한다. 상응하는 방식으로, 상기 저장된 에너지를 사용하는 장소에서는 물을 다시 채우는 것이 필요하다. As described above, energy is stored and transmitable. This energy storage means that pure water can be obtained simultaneously as a by-product of the transfer operation when water is used as the volatile liquid in transferring the energy to the storage. In a corresponding manner, it is necessary to refill the water at the place using the stored energy.
따라서, 순수(pure water)의 제조는 “방출” 전에, 즉, 방출소에서의 에너지 사용 이전에 순수하거나 순수하지 않을 수도 있는 물, 즉, 소금물 또는 오염된 물로 상기 증발기를 채우는 방식으로 이루어질 수 있다. 이러한 물은, 상기 저장된 에너지를 사용할 때, 상기 수증기가 응축되고 상기 리액터부의 활성 물질에 결합됨에 따라, 상기 증발기로부터 수증기로서 배출/증발된다. 이후에, 충전소에서 상기 리액터부가 “충전”될 때, 물은 상기 리액터부로부터 증발되고 상기 응축기 또는 유사 장치에서 순수(pure water)로서 응축된다. 이러한 순수 또는 청정수는 상기 방출소에서 추출가능하며 물에 대하여 생각할 수 있는 모든 목적, 예를 들면, 산업용수 또는 음용수로서 사용가능하다. 상술한 바에 의한 에너지 전송과 관련한 장점은, 상기 방출소에서와 같이, 즉, 상기 에너지가 사용되는 장소에서 소금물 및 기타 오염된 물과 같이 깨끗하지 않은 물을 사용할 수 있다는 것이며, 이는 다시 충전소에서 “충전” 작업 중 청정한 증류수로서 회복된다. Thus, the preparation of pure water can be done by filling the evaporator with water, i.e. brine or contaminated water, which may or may not be pure before "release", ie prior to the use of energy at the release station. . This water is discharged / evaporated from the evaporator as water vapor as the water vapor condenses and binds to the active material of the reactor portion when using the stored energy. Then, when the reactor portion is "filled" in the filling station, water is evaporated from the reactor portion and condensed as pure water in the condenser or similar device. Such pure or clean water is extractable from the discharger and can be used for all purposes conceivable for water, for example as industrial or drinking water. An advantage with regard to energy transfer as described above is that it is possible to use unclean water, such as brine and other contaminated water, at the location where the energy is used, which in turn is “ "Recharged" as clean distilled water.
순수하지 않은 물, 예를 들면, 소금물을 정제함으로써 청정한 물을 제조하는 것은 하이브리드 물질 및 매트릭스가 사용되지 않는 경우에도 역시 명백하게 달성가능하다. 상기 물의 정제는 에너지의 추가 공급없이 그리고 상기 작동에 대한 추가 비용없이 수행가능하다. 순수가 공급이 부족한 더욱 더 중요한 상품이 됨에 따라, 이러한 물의 제조 가능성은 환경의 관점에서, 건강의 관점에서 그리고 경제의 관점에서 중요한 장점이 될 수 있다. 지리적으로 서로 상이한 곳에 위치된 충전소로부터 방출소로 전송되는 에너지 대신, 상술한 바에 의한 에너지 전송이 고정적인 방식으로 사용되며, 이후 동일한 장소에서 필요할 때 사용되도록 에너지 저장에만 사용되는 경우, 순수는 소금물 및 오염된 물과 같이 청정하지 않은 물로부터 얻을 수 있다. 개인 주거 공간의 사용자는 매일의 일사(radiation)로부터 수신한 바 일사열 수신기(thermal solar radiation receiver)로부터의 에너지를 저장부에 열에너지로서 저장하는 과정에 의하여, 예를 들면, 가열 및 공조 냉각 목적의 모든 열 에너지를 얻을 수 있다. 상기 저장부를 충전함에 있어서, 에너지의 저장 및 에너지의 전달을 포함하는 각각의 사이클에서, 사용자 청정수는 소금물 또는 기타 방식의 오염수로부터 제조가능하다. 상기 저장부의 용량은 사용자의 에너지 요구에 비례하여 조정될 수 있고, 따라서 동시에 청정수에 대한 사용자의 요구에 대하여 제공될 수 있다. 그러므로, 예를 들면, 개인 주거 공간의 사용자는 가열 및 냉각용 에너지로서 한 해당 약 25,000kWh를 요구할 수 있고, 이는 충분한 크기를 갖는 일사 수집기에 상기 충전소를 연결함으로써 조정가능하다. 이러한 시설에 있어서, 청정수에 대한 사용자의 전반적인 요구를 보다 만족스럽게 보장하면서, 약 42㎥의 소금물 또는 기타 방식의 오염수를 매년 정제할 수 있다. The production of pure water by purifying non-pure water, for example brine, is also clearly achievable even when hybrid materials and matrices are not used. Purification of the water can be performed without additional supply of energy and without additional costs for the operation. As pure water becomes an increasingly important commodity that is in short supply, this feasibility of water can be an important advantage from an environmental point of view, from a health point of view and from an economic point of view. Instead of energy transferred from charging stations located at geographically different locations to the emitters, pure water is used in a fixed manner, and then pure water is used only for energy storage to be used when needed at the same location. Can be obtained from unclean water, such as purified water. The user of the personal living space receives energy from a thermal solar radiation receiver as received from daily radiation and stores it as thermal energy in a storage unit, for example, for heating and air conditioning cooling purposes. All heat energy can be obtained. In filling the reservoir, in each cycle involving the storage of energy and the transfer of energy, the user clean water can be prepared from brine or other contaminated water. The capacity of the reservoir can be adjusted in proportion to the user's energy needs, and thus can be provided for the user's demand for clean water at the same time. Thus, for example, a user of a personal living space may require about 25,000 kWh of energy as heating and cooling energy, which is adjustable by connecting the charging station to a solar collector of sufficient size. In such a facility, about 42
본 발명의 또 다른 목적 및 장점은 후술되는 상세한 설명에 개시되며, 부분적으로는 상기 상세한 설명에서 명백해지고, 또는 본 발명의 실행에 의하여 개시될 수 있다. 본 발명의 목적 및 장점은 첨부된 특허 청구의 범위에서 특별히 지시된 바의 방법, 공정, 수단 및 조합의 수단에 의하여 실현되고 얻어질 수 있다. Still other objects and advantages of the invention will be set forth in the description which follows, and in part will be obvious from the description, or may be disclosed by practice of the invention. The objects and advantages of the invention may be realized and attained by means of the methods, processes, means and combinations particularly pointed out in the appended claims.
본 발명에 의하면, 에너지의 효율적인 저장 및/또는 전송을 위한 설비 또는 시스템이 제공된다. According to the present invention, an installation or system for the efficient storage and / or transmission of energy is provided.
또한 본 발명에 의하면, 청정한 또는 순수한 형태의 휘발성 액체를 생산함과 동시에 에너지를 효율적으로 저장 및/또는 전송하는 방법이 제공된다. According to the present invention, there is also provided a method for efficiently storing and / or transmitting energy while producing a volatile liquid in clean or pure form.
본 발명의 신규한 특징은 첨부된 특허 청구의 범위에 특히 개시되나, 구성 및 내용 모두에 대한 본 발명의 완전한 이해 및 상술된 바 및 기타의 특징에 대한 완전한 이해는 이하에 첨부 도면을 참조하여 나타낸 제한적이지 않은 실시예의 상세한 설명으로부터 얻을 수 있고, 본 발명은 그로부터 더욱 명백해진다. 도면 중:
도 1a는 하이브리드 원리에 의하여 작동하는 종래 기술에 의한 화학적 열펌프의 개략도이다,
도 1b는 화학적 열펌프의 원리를 일반적으로 도시하는 개략도이다,
도 1c는 도 1b와 유사한 도면으로서, 화학적 열에서 리액터의 충전 방식을 개략적으로 나타내는 도면이다,
도 1d는 도 1b와 유사한 도면으로서, 화학적 열에서 리액터의 방출 방식을 개략적으로 나타내는 도면이다,
도 2a는 도 1a와 유사한 도면으로서, 캐리어에 활성 물질이 흡수되는 화학적 열펌프를 개략적으로 나타내는 도면이다,
도 2b는 도 2a와 유사한 도면으로서, 화학적 열펌프의 양자택일적인 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다,
도 3은 도 2에 의한 화학적 열펌프에서 활성 물질로서 LiCl을 사용하는 충전 과정을 나타내는 도면이다,
도 4는 도 3과 유사한 도면으로서, 상기 방출 과정을 나타내는 도면이다,
도 5는 도 2에 나타낸 화학적 열펌프용 어큐뮬레이터 탱크의 개략도이다,
도 6a, 도 6b, 및 도 6c는 열교환기 표면에 위치되는 매트릭스 물질을 상세히 나타내는 단면도이다,
도 6d는 플랜지가 돌출되는 열교환기 표면에 위치되는 매트릭스 물질을 상세히 나타내는 단면도이다,
도 7은 화학적 열펌프용 리액터부가 포함되는 컨테이너의 개략도이다,
도 8은 내부에 리액터부가 포함되는 컨테이너가 충전소에 연결되는 방식을 나타내는 개략도이다,
도 9a는 도 8과 유사한 도면으로서, 내부에 리액터부가 포함되는 컨테이너가 열 전달을 위하여 방출소에 연결되는 방식을 나타내는 개략도이다,
도 9b는 도 9a와 유사한 도면으로서, 냉기 전달을 위하여 연결되는 컨테이너를 나타내는 개략도이다,
도 10은 에너지 전송 및 순수의 동시 제조를 위한 설비의 개략도이다,
도 11a는 에너지가 전송될 장소에서 도 10의 설비 내의 부품을 나타내는 개략도이다,
도 11b는 도 11a와 유사한 도면으로서, 순수가 제조되는 장소에서의 부품을 나타내는 개략도이다, 그리고
도 12는 도 11a 및 도 11b와 유사한 도면으로서, 에너지 저장 및 순수의 동시 제조를 위한 설비 내 부품을 나타내는 개략도이다.While the novel features of the invention are particularly disclosed in the appended claims, a full understanding of the invention, both in terms of construction and content, and of the foregoing and other features, is set forth in conjunction with the accompanying drawings below. It is possible to obtain from the detailed description of the non-limiting examples, and the present invention becomes more apparent therefrom. During drawing:
1A is a schematic representation of a chemical heat pump according to the prior art operating on a hybrid principle,
1b is a schematic diagram generally illustrating the principle of a chemical heat pump,
FIG. 1C is a view similar to FIG. 1B, schematically illustrating how the reactor is charged in chemical heat. FIG.
FIG. 1D is a view similar to FIG. 1B, which schematically illustrates the manner in which the reactor is released in chemical heat. FIG.
FIG. 2A is a view similar to FIG. 1A, schematically illustrating a chemical heat pump in which an active substance is absorbed in a carrier. FIG.
FIG. 2B is a view similar to FIG. 2A, schematically illustrating an alternative embodiment of a chemical heat pump, FIG.
3 is a view showing a charging process using LiCl as the active material in the chemical heat pump according to FIG.
FIG. 4 is a view similar to FIG. 3, illustrating the discharge process.
5 is a schematic diagram of an accumulator tank for a chemical heat pump shown in FIG. 2,
6A, 6B, and 6C are cross-sectional views showing in detail a matrix material located on the heat exchanger surface;
6d is a cross-sectional view detailing the matrix material located on the surface of the heat exchanger from which the flange protrudes;
7 is a schematic view of a container including a reactor portion for a chemical heat pump,
8 is a schematic diagram illustrating a method in which a container including a reactor part therein is connected to a charging station.
FIG. 9A is a view similar to FIG. 8, in which a container having a reactor portion therein is connected to an outlet for heat transfer; FIG.
FIG. 9B is a view similar to FIG. 9A, schematically illustrating a container connected for cold air delivery; FIG.
10 is a schematic diagram of a facility for the simultaneous production of energy transfer and pure water,
FIG. 11A is a schematic diagram showing components in the installation of FIG. 10 at a place where energy will be transferred, FIG.
FIG. 11B is a view similar to FIG. 11A, illustrating a component at the location where pure water is produced, and
FIG. 12 is a view similar to FIGS. 11A and 11B, showing a schematic representation of components in a plant for simultaneous production of energy storage and pure water.
이제 에너지 저장 및/또는 전송 시스템을 상세히 설명한다, 여기서 "활성" 물질을 포함하는 화학적 열펌프 부분은 각각 저장 또는 전송된다. 도 1b에 개략적으로 나타낸 화학적 열펌프에는 2개의 베슬 또는 컨테이너가 제공된다. 리액터(1)는 기체 소르베이트를 발열적으로 흡수하고 흡열적으로 탈착할 수 있는 활성 물질을 포함한다. 상기 리액터(1)는 파이프 또는 채널(4)을 통하여 응축기/증발기(3)에 접속된다. 제 2 베슬(3)은 기체 소르베이트를 액체 소르베이트로부터 응축하기 위하여 응축기로서 작동하고, 기체 소르베이트를 형성하기 위하여 액체 소르베이트의 증발기로서 작동한다. 어큐뮬레이터(1) 내의 활성 물질은 열의 공급 또는 제거를 위하여 화살표(31)로 상징적으로 표시되는 한 가지 이상의 외부 매체와 어떤 방식으로든 열교환 접촉된다. 마찬가지로, 상기 증발기/응축기(3) 내의 액체는 열의 공급 또는 제거를 위하여 화살표(32)로 상징적으로 표시되는 한 가지 이상의 외부 매체와 어떤 방식으로든 열교환 접촉된다. The energy storage and / or transmission system will now be described in detail, wherein the chemical heat pump portion comprising the "active" material is stored or transmitted, respectively. The chemical heat pump schematically shown in FIG. 1B is provided with two vessels or containers. The
하이브리드 원리에 의하면, 상기 활성 물질은 고체 상태와 용해 상태 사이에서 번갈아 변화된다. 상기 하이브리드 원리에 의하여 상기 화학적 열펌프가 작동하도록 하기 위해서는, 상기 활성 물질이 항상 상기 리액터(1) 내에 잔류되어야 한다. 이를 성취하기 위한 한 가지 방법은 도 1a에 나타낸 바와 같이 네트(11)를 사용하여 상기 고체 상태의 물질의 이동성을 제한하는 것이다. 또 다른 한 가지 방법은 아래에 설명되는 바와 같다. 항상 고체 상태에 있는 활성 물질로써 작동하는 화학적 열펌프에서 이는 문제가 되지 않는다. According to the hybrid principle, the active substance alternates between the solid state and the dissolved state. In order for the chemical heat pump to operate on the basis of the hybrid principle, the active substance must always remain in the
에너지 전송에 있어서, 상기 리액터(1)는 상기 활성 물질이 적절한 활성 상태에 있는 동안 물리적으로 전송된다. 전송 동안, 상기 리액터(1)는 도시 생략된 차단 밸브(4)와 같은 것에 의하여 상기 가스 채널(4)로부터 물리적으로 그리고 진공 밀봉 방식으로 분리된다. 도 1c에서, 화살표(31‘)로 나타낸 바와 같이, 증발기/응축기 유니트(3')는, 예를 들면, 장치 산업으로부터의 폐열을 이용하여, 상기 리액터(1)를 “충전”하기, 즉, 그 내부에 위치된 활성 물질을 “충전” 또는 “활성화” 상태로 전환하기를 선택하는 장소에 적절히 제공된다. 상기 증발기/응축기 유니트는 응축기로서만 작동해야하며 매우 단순한 구조를 가질 수 있다. 상기 리액터와 상기 응축기 사이에는 물리적 결합 장치가 배열되며, 이는 부호(33)로 표시된다. 또 하나의 증발기/응축기 유니트는 마을, 도시 또는 다수의 건물에 대한 에너지 공급을 위하여, 상기 리액터 내의 활성 물질에 저장된 에너지를, 화살표(31“)로 나타낸 바와 같이, 난방을 위하여, 또는, 냉각을 위하여, 즉, 화살표(32’)로 나타낸 바와 같이, 상기 리액터를 “방출” 또는 상기 물질을 “방출된” 상태로 전환하기 위하여, 사용하고자 하는 장소에 제공되고, 그러면 상기 유니트는 도 1d에 도시된 바와 같이 증발기(3")로서만 작동한다. 상기 리액터(1)는 이러한 유니트들(3'), (3")이 위치된 장소들 사이에서 전송되며, 충전 또는 방출 각각을 위하여 인터페이스(33)에서 이들에 연결된다. In energy transfer, the
에너지 저장에 있어서, 상기 리액터(1)는 마찬가지로 상기 가스 채널(4)로부터 물리적으로 그리고 진공 밀봉 방식으로 차단될 수 있고, 적절한 장소에 저장될 수 있으며, 상기 활성 물질은 충전된 상태이다. 저장된 에너지를 사용하고자 할 때, 상기 리액터(1)는 상기 리액터와 상기 증발기/응축기(3) 사이에서 기체 소르베이트의 자유로운 흐름을 위하여 상기 가스 채널에 결합된다. 그러므로, 이 경우, 상기 증발기(3") 및 상기 응축기(3')는 동일한 유니트로 될 수 있다. In energy storage, the
일부 경우, 하나 또는 다수의 리액터 유니트(1)를 일종의 화물 컨테이너와 같은 외부 지지 구조 내에 배열하는 것이 적당할 수도 있다. 그러면, 상기 개별적인 리액터 유니트는 장방형 형상으로 될 수 있고, 예를 들면 서로 평행하게 위치되는 튜브로서 설계될 수 있다. 이러한 평행 튜브에 대한 열교환은 예를 들면 상기 튜브들의 벽을 통하여 수행될 수 있으므로 도 1a에 나타낸 바와 같이 내부 열교환 코일은 전혀 필요하지 않다. In some cases, it may be appropriate to arrange one or
이제 도 2a를 참조하여 변형된 화학적 열펌프를 설명한다. 그의 리액터 또는 어큐뮬레이터는 상술된 바에 의한 에너지 저장 및/또는 전송에 적합할 수 있고, 이는 상기 활성 물질의 지지 및/또는 운반을 위한 매트릭스와 함께 하이브리드 공정을 이용한다. A modified chemical heat pump will now be described with reference to FIG. 2A. Its reactor or accumulator may be suitable for energy storage and / or transfer as described above, which utilizes a hybrid process with a matrix for supporting and / or transporting the active material.
상기 변형된 화학적 열펌프는 종래와 마찬가지로 제 1 컨테이너(1)를 포함하고, 이는 어큐뮬레이터 또는 리액터로도 불리우며, 여기에서는 단순히 “물질”로 칭하는 활성 물질(2)을 포함한다. 상기 물질은 소르베이트를 발열적으로 흡수하고 흡열적으로 탈착할 수 있고, 상기 소르베이트는 흡수제로도 불리우며, 그의 액체 형태는 여기에서 “휘발성 액체”로 불리우고 일반적으로 물로 될 수 있다. 여기에서 “휘발성 액체” 및 “물”이라는 용어는 상기 소르베이트의 액체 형태를 지칭는 데에 사용되며, 단지 물만이 언급되더라도 기타 액체 역시 사용될 수 있는 것으로 이해해야 한다. 상기 물질(2)은 여기에서 매트릭스 또는 캐리어(13)에 의하여 지지되거나 운반되거나 또는 흡입되는 것으로 설명되며, 상기 매트릭스 또는 캐리어(13)는 일반적으로 개방된 기공을 가지며 적당한 불활성 물질로 형성되는 적어도 하나의 다공성 몸체를 형성하거나 또는 상기 다공성 몸체로 된다. The modified chemical heat pump comprises a
상기 매트릭스는 일반적으로 적당한 두께를 갖는 1개의 층, 예를 들면, 5-10mm의 두께를 갖는 1개의 층과 같이 비교적 얇은 층에 적용되는, 예를 들면, 산화 알루미늄이 미세하게 분할된 분말로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서, 상기 제 1 컨테이너(2) 내의 매트릭스는 상기 제 1 컨테이너의 수직 내부 표면에서만 특히 도시된 바와 같이 제 1 열교환기(7)에 위치되는 이러한 컨테이너의 내부 표면에만 적용된다. 단부가 상기 컨테이너(1),(3)의 상측에 접속되는 파이프 형상으로 된 고정된 또는 고정형 가스 접속부(4)를 통하여 상기 제 1 컨테이너(1)는 소위 응축기/증발기로도 불리우는 또 다른 컨테이너(3)에 접속된다. 상기 제 2 컨테이너는 상기 제 1 컨테이너(1) 내 물질(2)의 흡열적 탈착에 있어서 액체 소르베이트(5)를 형성하기 위하여 기체 소르베이트(6)를 응축하는 응축기로서 작동하며, 상기 제 1 컨테이너 내 물질에서 소르베이트의 발열적 흡수에 있어서 기체 소르베이트(6)를 형성하기 위하여 액체 소르베이트(5)의 증발기로서 작동한다. 여기에서 상기 제 2 컨테이너(3)는 제 2 열교환기(9)와 접촉되고 모세관 방식으로 흡입되는 물질(14)로 커버되는 절반 부분과 자유로운 절반 부분을 갖는 내부 표면을 갖는 것으로 도시된다. 도면에 의한 본 실시예에서, 이는 상기 제 2 컨테이너(3)의 내부 수직 표면의 절반은 모세관 흡입 기능을 갖는 물질로 커버되며 반면에 상기 내부 표면의 나머지 부분은 자유롭다는 것을 의미한다. 기체 소르베이트(6)의 응축은 상기 제 2 컨테이너(3) 내의 열교환기(9)의 자유 표면에서 발생되며, 증발은 상기 제 2 컨테이너의 내부 표면 상에서 모세관 흡수 물질(14)로부터 발생된다. The matrix generally consists of a finely divided powder, for example aluminum oxide, which is applied to a relatively thin layer, such as one layer having a suitable thickness, for example one layer having a thickness of 5-10 mm. Can be. In this embodiment, the matrix in the
소위 시스템으로 불리우는 화학적 열펌프의 다양한 구성 요소, 즉, 서로 유체 접속되는 상기 제 1 및 제 2 컨테이너(1),(3) 및 가스 도관(4)의 내부 공간은 전체적으로 기밀하며, 통상 수증기인 휘발성 매질 또는 흡수제로도 불리우며 화학적 공정에 참여하는 기체(6)가 아닌 모든 기타 기체가 제거된다. 본 실시예에서 상기 어큐뮬레이터(1)를 수용하는 수직 내부 표면에 위치되고 따라서 상기 어큐뮬레이터를 수용한다고도 말할 수 있으며 제 1 액체 흐름(8)을 통하여 주위로부터의 열을 공급 및/또는 주위에 열을 전달할 수 있는 상기 제 1 열교환기(7)의 표면에 상기 어큐뮬레이터(1) 내의 상기 활성 물질(2)이 직접적으로 열전도 접촉된다. 마찬가지로, 본 실시예에서 상기 증발기/응축기부의 수직 내부 표면에 위치되고 또한 상기 증발기/응축기부를 수용한다고도 말할 수 있으며 각각 제 2 액체 흐름(11)을 통하여 주위로부터의 열을 공급 및/또는 주위에 열을 전달할 수 있는 제 2 열교환기(9)의 표면에 상기 증발기/응축기부(3) 내의 액체(5)가 직접적으로 열전도 접촉된다. The various components of the chemical heat pump, so-called systems, ie the internal spaces of the first and
상기 화학적 열펌프 내의 활성 물질(2)은 열펌프가 의도된 온도에서 작동가능하여 열펌프의 방출 및 충전 공정에서 고체 상태와 액체 상태 사이에서 변화하도록 선택된다. 따라서, 상기 어큐뮬레이터(1) 내의 반응은 상기 활성 물질의 2가지 상, 고체상 상태 및 액체상 상태 사이에 발생한다. 방출 공정에서, 상기 흡수제가 상기 물질에 의하여 흡수될 때, 상기 제 1 상은 고체인 반면 상기 제 2 상은 액체이고, 따라서 상기 흡수제에 대하여 일정한 반응 압력이 유지된다. 그러면, 일정한 냉각 온도가 유지되는 동시에 상기 물질은 고체 상태로부터 액체 상태로 연속적으로 변화된다. 상기 공정은 상기 활성 물질이 실질적으로 모두 그의 고체 상태로부터 액체 상태로 변화될 때까지 일정한 반응 압력으로 지속된다. 마찬가지 방식으로 상기 물질이 그의 액체 상태에서 고체 상태로 변화되는 동안 상기 충전 공정에서의 반응 압력은 일정하다. The
통상의 하이브리드 물질은, 상술된 바의 특허 출원 제 WO 00/37864 호를 참조하면, 상기 소르베이트의 용액 내에서 바람직한 농도로 희석되고 그 후 불활성 분말, 즉, 상기 화학적 열펌프의 작동 동안 어떠한 실질적인 범위로도 변화되지 않는 물질의 분말로 이루어지는 매트릭스 내에 흡입되는 데에 유익하게 사용될 수 있다. 그러므로, 상기 물질은 열펌프 내의 변화하는 조건 동안 고체 상태를 가져야 하며, 열펌프 작동 동안 그들의 집합 상태를 변화시키는 어떠한 물질 또는 매체와도 화학적으로 상호작용하지 않아야 한다, 즉, 상기 물질 또는 매체에 화학적으로 영향을 미치거나 또는 이들에 의하여 영향을 받지 않아야 한다. 수행된 테스트에서, 이들 분말은, 예를 들면, 산화 알루미늄을 포함했고 상기 활성 물질은 LiCl을 포함했다. 기타 가능한 활성 물질은 SrBr2 등으로 될 수 있다, 상술된 바의 국제 특허 출원 제 WO 00/37864 호 참조. 여기에서 상기 분말의 입자 크기는 중요하며 모세관 방식의 흡입 또는 흡수가능성 역시 중요하다. 매트릭스의 적당한 몸체를 형성하기 위해서, 이러한 분말은 우선, 예를 들면, 5 내지 10mm의 두께로 적당한 두께를 갖는 1개의 층으로서 상기 열교환기의 1개 이상의 표면에 적용될 수 있다. 대부분의 경우, 상기 분말로부터 몸체를 형성하기 위하여, 각각의 층을 지지하기 위하여 도시하지는 않았으나 일종의 네트-구조를 상기 열교환기에 적용되어야 한다. 예를 들면, 파이프의 외부, 파이프 내부 및 상기 컨테이너의 바닥에 적용되는 10mm 두께의 층을 이용하여 테스트를 수행하였다. 상기 용액, 즉, 휘발성 매체에 의하여 희석되는, 액체 상태의 소르베이트로도 불리우는 활성 물질은 상기 층들에서 상기 분말에 흡입되고, 나머지 용액 모두가 상기 층들의 분말에 모세관 방식으로 결합될 때까지 소모될 수 있다. 그 후, 상기 리액터는 고체 물질에 대한 리액터가 사용되는 바와 동일한 방식으로 사용될 수 있다, 예를 들면, 상술된 바의 국제 특허 출원 제 WO 00/31206 호 참조.Conventional hybrid materials, with reference to patent application WO 00/37864 as described above, are diluted to the desired concentration in a solution of the sorbate and then inert powder, i.e. any substantial during operation of the chemical heat pump. It can advantageously be used for inhalation into a matrix consisting of a powder of material that does not change in range. Therefore, the materials must have a solid state during the changing conditions in the heat pump and must not chemically interact with any material or medium that changes their aggregate state during the heat pump operation, ie chemically with the material or medium. It should not be influenced by or influenced by them. In the tests performed, these powders included, for example, aluminum oxide and the active material included LiCl. Other possible active substances may be SrBr 2 and the like, see international patent application WO 00/37864, supra. The particle size of the powder is important here and the capillary suction or absorption is also important. In order to form a suitable body of the matrix, such powder may first be applied to one or more surfaces of the heat exchanger, for example as one layer having a suitable thickness, for example 5 to 10 mm thick. In most cases, in order to form a body from the powder, a net-structure of some kind, not shown to support each layer, must be applied to the heat exchanger. For example, the test was performed using a 10 mm thick layer applied to the outside of the pipe, inside the pipe and to the bottom of the container. The solution, ie the active substance, also called liquid sorbate, diluted by volatile media, is sucked into the powder in the layers and consumed until all the remaining solution is capillaryly bonded to the powder of the layers. Can be. The reactor can then be used in the same way as reactors for solid materials are used, see for example International Patent Application WO 00/31206 as described above.
이 경우 내부에 지지되는 상기 물질과 함께 상기 매트릭스는 고체 몸체가 아니지만 열펌프의 방출 상태에서 젖은 모래와 유사하게 느슨한 질량체이다. 그러나, 상기 열펌프의 충전 상태에서 상기 매트릭스는 단단하다. 상기 활성 물질의 용액은 고체 상태의 물질보다 열전도 용량이 훨씬 더 좋다. 상기 제 1 열교환기(7)로부터의 열은 상기 활성 물질에 효과적으로 전달되거나 또는 상기 활성 물질로부터 효과적으로 제거될 수 있다. 예를 들어, 산화 알루미늄으로 이루어지는 매트릭스가 3몰의 LiCl 용액으로 채워지면, 매우 급속하고 효과적인 시스템의 충전이 약 1몰의 용액까지 수행된다. 그 후, 상기 활성 물질이 어떠한 용액도 더 이상 포함하지 않으므로, 즉, 액체상 또는 용액상으로 일부도 존재하지 않으므로, 파워가 감소된다. 그러나, 상기 공정을 0몰의 농도로 구동하는 데에는 문제가 없다. 방출 공정에서, 상기 공정은 상기 용액이 지연 후 2.7 2.8몰인 상태까지 매우 잘 수행되며 그 이후 지연된다. 이는 3몰의 농도에 이를 때 상기 매트릭스가 더 이상 기체에 대하여 투과성을 갖지 않기 때문이다. 이러한 상태에서 상기 매트릭스는 채워진다, 즉, 상기 매트릭스는 실질적으로 가능한 한 많은 용액을 흡수하였다.In this case the matrix together with the material supported therein is not a solid body but a loose mass, similar to wet sand in the discharge state of the heat pump. However, the matrix is hard in the state of charge of the heat pump. The solution of the active substance has a much better thermal conductivity than the substance in the solid state. Heat from the
매트릭스에 흡입되는 용액을 이용하는 하이브리드 시스템의 기능 및 파워는 고체 시스템의 그것보다 대체로 훨씬 더 우수하다. 그러나, 하이브리드 물질 및 자유로운 용액만을 이용하는 시스템들에 필요한 것보다 더욱 큰 열교환기 표면이 요구된다. 테스트는 자유로운 용액만을 이용하는 하이브리드 시스템에서와 같은 파워에 도달하는 데에 “결합된” 용액상을 이용하는 하이브리드 시스템에서는 2배 더욱 큰 열교환기 영역이 요구됨을 보여준다. 그러나, 상기 열교환기 표면의 증가된 효율적인 영역을 갖는 시스템에 있어서 상기 표면에서의 파워 밀도는 너무 작으므로 상기 열교환기가 필연적으로 직접적으로 작동해야 하는 것은 아니며 유익하게 확대될 수 있다. 직접적으로 작동하는 열교환기 또는 열교환기와 활성 물질/용액 사이에서 직접적으로 작용하는 열교환이라는 용어는, 상기 열교환기 내의 열 운반/냉각 매체 또는 유체가 동일한 벽의 내부 표면에서 순환되는 동안, 즉, 상기 물질/용액이 상기 열교환기 내의 비교적 얇고 편평한 벽을 통해서만 상기 열교환기 매체와 실질적으로 접촉하는 동안, 상기 물질/용액이 상기 열교환기의 완만하고 단순한 벽의 외부 표면에 존재함을 의미한다. 열교환기 또는 확대된 표면을 갖는 열교환이라는 용어는, 예를 들면, 주름 및/또는 플랜지와 같이 임의의 적당한 종류의 돌출부를 제공함으로써 확대된 효과적인 열교환 영역을 갖게 되는 열교환기의 표면에 상기 물질/유체가 존재함을 의미한다. 매트릭스에 흡수되는 용액을 이용하는 하이브리드 시스템에 있어서, 이는 상기 매트릭스 또한 이러한 상기 열교환기의 표면에 위치됨을 의미한다. The function and power of a hybrid system using a solution aspirated into the matrix is generally much better than that of a solid system. However, larger heat exchanger surfaces are needed than are needed for systems using only hybrid materials and free solutions. The test shows that a hybrid system using a "bonded" solution phase requires twice as much heat exchanger area to reach the same power as a hybrid system using only free solution. However, in systems with increased efficient area of the heat exchanger surface, the power density at the surface is so small that the heat exchanger does not necessarily have to operate directly and can be beneficially enlarged. The term heat exchanger acting directly or heat exchanger acting directly between the heat exchanger and the active substance / solution refers to the heat transfer / cooling medium or fluid in the heat exchanger while being circulated on the inner surface of the same wall, ie the material / Means that the substance / solution is present on the outer surface of the gentle and simple wall of the heat exchanger while the solution is in substantial contact with the heat exchanger medium only through relatively thin and flat walls in the heat exchanger. The term heat exchanger or heat exchanger with an enlarged surface refers to the material / fluid on the surface of the heat exchanger, which will have an enlarged effective heat exchange area by providing any suitable kind of protrusion, such as, for example, corrugations and / or flanges. Means that it exists. In a hybrid system using a solution absorbed in a matrix, this means that the matrix is also located on the surface of this heat exchanger.
실험실 규모로 수행되었으며 전체 규모로 재계산된 테스트는 도 3 및 도 4의 다이어그램에 나타낸 충전 및 방출 각각에 대한 데이터를 제공하였다. 이들 테스트는 직경 100mm 및 높이 130mm의 1리터의 원통형 베슬 형상을 갖는 어큐뮬레이터(1)를 사용하여 수행하였으며, 여기에서 내부에 물질을 함유하는 10mm의 두께를 갖는 불활성 물질층(13)은 상기 베슬의 원통형 내부 표면에, 즉, 그의 봉투 표면의 내측에 위치된다. 본 실시예에서 상기 매트릭스 물질 및 상기 물질은 면직물(16) 또는 미세 그물로 된 네트와 같이 더욱 미세하게 그물로 된 구조의 외부 커버링을 갖는 네트(15)를 포함하는 네트 구조에 의하여 제 위치에 지지된다, 도 5 참조. 테스트를 수행하는 동안 불활성 캐리어 및 상기 물질을 포함하는 층의 구조 또는 기능에 있어서는 어떠한 변화도 발견되지 않았다. Tests performed at the laboratory scale and recalculated at full scale provided data for each of the charge and discharge shown in the diagrams of FIGS. 3 and 4. These tests were carried out using an
상기 매트릭스의 일반적인 구조는 도 6a에 개략적으로 도시된다. 다공성 매트릭스 물질의 층 또는 몸체(13)는 열교환기 벽(23)의 일측에 적용되며 기공(24)을 갖는다. 상기 기공은 대체로 상기 기체 소르베이트의 이송 및 흡수를 허용하는 단면을 갖는다. 상기 매트릭스는 열펌프 작동의 일부 단계에서 존재가능한 잔류 채널(25) 내 기체 소르베이트와 상호작용이 가능한 기공 내에서 상기 벽 상의 활성 물질(2)을 운반한다. 상기 기공은 또한 (26)에 도시한 바와 같이 용액 또는 응축물 각각으로 완전히 채워질 수 있다. 상기 시스템에서 물이 상기 유체로서 사용되면, 상기 매트릭스 물질은 그의 표면에서 활성 물질/용액/응축물을 결합할 수 있도록 그리고 이에 따라 적절히 친수성으로 될 수 있거나 또는 적어도 친수성 표면을 가질 수 있도록 선택된다. 그러나, 친수성 표면을 갖지 않거나 또는 용액상의 활성 물질에 의하여 젖게 되는 표면이 대체로 없거나 또는 표면에 용액상의 활성 물질이 그다지 결합되지 않는 물질을 사용하는 것 또한 가능하다. 이러한 매트릭스를 갖는 화학적 열펌프가 종종 상기 열펌프 작동의 일부 사이클 동안에만 만족스럽게 작동하더라도, 상기 열교환기 벽에 적용되기 이전에, 함께 혼합 또는 교반됨으로써 상기 활성 물질은 상기 매트릭스 내에 도입된다. 상기 기공의 크기는, 예를 들면, 상기 응축기/증발기 내에 위치되는 매트릭스에 특히 적당할 수 있도록, 흡수할 액체상이 모세관 흡입되도록 선택될 수 있다. 상기 기공(24)의 대표적인 단면 치수는 10-60㎛의 범위로 될 수 있다. 상기 휘발성 매체와 상기 활성 물질의 전체 부분 사이의 상호 작용을 더욱 어렵게 할 수 있으므로 너무 작은 기공을 갖는 것은 바람직하지 않을 수도 있다. 상기 기공의 부피는, 예를 들면, 상기 매트릭스 몸체의 벌크 부피(bulk volume)의 적어도 20%, 그리고 바람직하기로는 적어도 40%, 심지어는 적어도 50%로 될 수 있다. 상기 매트릭스는 상술한 바와 같이 양자택일적으로 소결된 물질 또는 이에 상응하는 물질로 될 수 있다, 즉, 실질적으로 고체인, 연결된 몸체를 형성할 수 있다. 상기 매트릭스는 또한 도 6b에 나타낸 바와 같이 대략 구형 입자와 같이 상이한 형상의 입자로부터 또는 연장된 입자로부터, 또는, 도 6c에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 1:2 내지 1:10의 범위로 길이/두께 비율을 갖는 비교적 짧게 될 수 있는, 예를 들면, 섬유편으로부터 형성될 수 있다. 상기 열교환기 벽(23)에는 도 6d에 나타낸 바와 같이 플랜지(27)가 마련될 수 있다. The general structure of the matrix is shown schematically in FIG. 6A. The layer or
매트릭스 물질의 예 1Example of
매트릭스 물질로서 적당한 물질은 Al2O3 분말로부터 제조된다. 상기 분말 입자의 밀도는 2.8kg/㎤이며 직경은 2-4㎛이다. 상기 분말은 상술한 바와 같이 활성 물질 용액이 내부에 함유된 층 내에 적용되고, 상기 층들 내의 건조한 매트릭스 물질은 약 0.46kg/㎤의 부피 밀도를 갖는데, 이는 0.45의 평균 채움율 또는 완성된 매트릭스 물질 정도를 부여한다. 즉, 상기 분말 입자가 상기 부피의 거의 절반을 차지한다. 제조된 층들 내에서 상기 분말 입자간의 채널은 60㎛의 순서 크기의 직경을 갖는다. Suitable materials as matrix materials are made from Al 2 O 3 powders. The powder particles have a density of 2.8 kg /
매트릭스 물질의 예 2Example 2 of matrix material
매트릭스 물질로서 적당한 물질은 포틀랜드 시멘트 1(중량)부와 예 1에서와 같은 Al2O3 분말 5(중량)부의 혼합물을 성형함으로써 제조된다. 이 물질은 대체로 “소결된” 것으로 간주할 수 있다. Materials suitable as matrix materials are prepared by molding a mixture of 1 part by weight of Portland cement and 5 parts by weight of Al 2 O 3 powder as in Example 1. This material can generally be considered "sintered".
매트릭스 물질의 예 3 Example 3 of matrix material
매트릭스 물질로서 적당한 섬유 물질은 SiO2 54%와 Al2O3 47%로 이루어지며 약 1700℃의 융점을 갖는 섬유로부터 제조된다. 상기 섬유의 밀도는 2.56kg/㎤이며 그의 직경은 2-4㎛이다. 상기 섬유는 그의 포장 밀도를 증가시키기 위하여 젖은 상태로 압축된다. 상기 압축된 물질의 건조 이후 부피 밀도는 약 0.46kg/㎤이며, 이는 완성된 매트릭스 물질의 0.17의 평균 채움율을 부여한다. 상기 압축된 물질 내에서 상기 섬유간의 채널은 약 5㎛와 10㎛ 사이의 직경을 갖는다. Suitable fiber materials as matrix materials are made from fibers with 54% SiO 2 and 47% Al 2 O 3 and having a melting point of about 1700 ° C. The fiber has a density of 2.56 kg /
상술된 바의 실시예에서 상기 매트릭스 층(13)은 열교환기의 실질적으로 완만한 내부 표면에 가능한 가장 단순한 방식으로 적용된다. 상술한 바의 특허 출원 제 WO 00/31206 호에 비하면, 열 구조 및 이에 적용된 매트릭스 층에 대해 다양한 형태를 고려할 수 있다. 이하, 상술된 바의 매트릭스 기술이 이용되는 설비에 적합할 수 있는 매트릭스 및 열교환기의 가능한 구조에 대하여 여러 상이한 예가 추가된다. 그러므로, 통상의 고정적인 설비에서, 예를 들면, 열교환 매체 또는 열 운반 매체가 순환하는 하나 이상의 파이프 외측에 상기 매트릭스가 적용될 수 있다. 예를 들어, 10mm의 두께를 갖는 매트릭스 층이 둘레에 적용된 22mm의 직경을 갖는 파이프에 대하여 테스트를 수행하였다. In the embodiment described above the
상기 응축기 내의 모든 유체, 즉, 대표적으로 모든 물이 모세관 방식으로 흡입가능하며 따라서 상기 화학적 열펌프 내에서 자유로운 액체로서 완전히 제거될 수 있다는 것 또한 가능하다, 도 2b의 설비 참조. 여기에서 상부 내부 표면을 제외한 상기 증발기/응축기(3)의 모든 내부 표면에는 모세관 흡입하는 매트릭스 물질이 제공되었다. 그러면 열교환 매체 또한 이 컨테이너의 바닥에서 순환되어야 한다. It is also possible that all fluid in the condenser, ie typically all water, is inhalable in a capillary manner and thus can be completely removed as a free liquid in the chemical heat pump, see the installation of FIG. 2b. Herein all inner surfaces of the evaporator /
상술한 바와 같이, 다수개의 리액터 베슬(1)은 서로의 측부에 위치될 수 있고 저장부를 형성하기 위하여 서로 연결될 수 있다. 여기에서 상기 저장부는 또한 리액터부 또는 리액터 패키지로도 불리우며, 이는 특히 에너지의 저장 및 전송에 특히 적합할 수 있다. 상기 저장부는, 도 7에서와 같이, 외부 베슬, 컨테이너(41)를 포함할 수 있고, 그 내부에 이러한 리액터 패키지가 수용된다. 상기 리액터 베슬은 예를 들면 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바의 종류 될 수 있다. As mentioned above, the plurality of
국제적인 상품 수송을 위한 통상의 화물 컨테이너와 유사한 적당한 강철 베슬(1)로 이루어질 수 있는 이러한 컨테이너(41)는, 다수의 실질적으로 동일한 튜브형 또는 판-형상의 유니트들로 될 수 있으며 서로 평행하게 위치될 수 있는 상기 리액터 베슬(1)을 포함한다. 개별적인 상기 리액터 베슬은 상기 가스 채널(4)의 연장으로 볼 수 있는 수집기 튜브(42)에 의하여 서로 연결되고, 상기 리액터 베슬로부터 외부 결합부(43)까지 연장된다. 이러한 결합부에서 차단 밸브(44)가 연결된다. 상기 리액터의 충전 및 방출 시, 상술한 바에서와 같이, 상기 가스 채널이 상기 결합부(43)에 결합될 때, 수증기와 같은 기체 소르베이트는 상기 수집기 튜브 내로 그리고 도면에는 생략된 상기 가스 채널(4)을 통하여 지나갈 수 있다. 상기 리액터 베슬(1)은 상기 컨테이너(41) 내부 및 상기 개별적인 리액터 베슬 주위를 순환하는 외부 매체와 열교환 하도록 설계되며, 차단 밸브(47),(48)가 접속되는 2개의 결합 파이프(45),(46)를 통하여 공급 및 제거된다. 상기 리액터 유니트 주위에 배열되어 상기 리액터 유니트 주위에서 상기 컨테이너 내부 공간을 순환하는 외부 매체와 상기 리액터 유니트 및 상기 컨테이너(41)와의 사이에 충분한 열교환이 발생된다는 것을 고려하여 상기 리액터 유니트는 가능한 한 치밀하게 상기 컨테이너(41) 내에 적절히 위치된다. Such a
컨테이너(41) 내의 리액터 유니트(1)은 예를 들면 서로 평행하게 배열되는 길이가 긴 강철 튜브로 될 수 있고, 에나멜 처리 될 수 있으며, 상술한 바에 의한 매트릭스에 결합될 수 있는 활성 물질을 포함할 수 있다. 상기 제어기 튜브에 대한 연결은 상기 강철 튜브의 일단에 적절히 위치된다. The
컨테이너(41) 내에서 상기 리액터 유니트(1)를 충전할 때, 상기 컨테이너는 예를 들면 산업 단지가 위치된 예를 들면 특별한 구조의 충전소에 연결가능하다. 컨테이너는 3개의 결합부(43), (45) 및 (46)에 의하여 충전소에 결합된다. 그러면, 상기 수집기 튜브(42)의 결합부(43)는 상술한 바에 의한 응축기에 결합될 필요는 없으나 그 대신에 진공 펌프로서의 보다 단순한 장치에 결합될 수 있다. 상기 밸브(44), (47) 및 (48)는 개방되고, 예를 들면 뜨거운 물의 형태로 장치 산업과 같은 설비로부터의 잉여열은 상기 리액터 유니트(1) 주위에 전도되며, 이는 상기 활성 물질로 하여금 “충전된” 상태로 되게 한다, 즉, 특히 상술한 바의 열적 열펌프에서 매트릭스 내의 소금이 “건조”된다. 이렇게 형성된 수증기는 상기 수집기 튜브(42) 및 상기 증기 채널(4)을 통과하여 상기 리액터 유니트로부터 펌핑된다. 상기 수증기는 결국 상기 설비에서 수행되는 일부 공정에서 예를 들면 냉각 매체로서 작용가능하다. 상기 수증기가 응축될 때 얻어지는 물은 증류된 액체이며, 따라서 소금 및 오염물의 함량이 전혀 없이 순수하다. 이는 예를 들면 증류수가 요구되는 민감한 공정에서 또는 음용수를 생산하는 데에 적당하게 사용될 수 있다. 상기 충전이 완료되고 상기 리액터 유니트(1) 내의 진공이 확인된 이후에, 상기 컨테이너(41) 내부에서 상기 리액터 유니트 주위의 외부 열교환 매체는 펌핑될 수 있고, 상기 밸브(44), (47) 및 (48)는 폐쇄되며, 상기 컨테이너(41)는 저장을 위한 곳으로 또는 방출소로 전송될 수 있다. When filling the
상기 방출 공정에 있어서, 상기 컨테이너(41)는 예를 들면 특별히 설계되고 상기 컨테이너로부터 열 또는 냉기를 취하게 되는 방출소에 마찬가지 방식으로 결합가능하다. 상기 컨테이너는 상기 3개의 결합부(43), (45) 및 (46)에 의하여 결합된다. 냉각을 위하여 에너지를 사용하고자 하는 경우, 상기 기체 결합부(43)는 진공 하에 증발기(3")에 결합되며, 이는 어느 정도의 액체 소르베이트를 포함하며 또한 냉각시키고자 하는 시스템과 열교환 관계에 있다. 상기 리액터 유니트(1) 주위의 상기 컨테이너(41) 공간은 냉각 매체로서 작용하는 어떤 대상, 예를 들면, 지역 수류에 결합된다. 그 대신으로, 가열을 위하여 에너지를 사용하고자 하는 경우, 상기 리액터 유니트 주위의 상기 공간 내 액체는 가열하고자 하는 대상에 결합되고, 상기 증발기는 여기에서도, 예를 들면, 지역 수류 또는 수조(water pool)가 될 수 있는 어떤 열 매체 형태에 열교환을 위하여 접속된다. In the discharging process, the
상기 방출이 완료된 후, 상기 밸브(44), (47) 및 (48)는 폐쇄되며, 상기 컨테이너(41)는 충전소로 다시 전송될 수 있다. After the discharge is completed, the
상기 방출소에서 상기 증발기(3")는 매트릭스를 포함할 필요는 없으나, 내부에 응축된 소르베이트를 포함하는 진공 기밀 베슬, 종래와 같은 열교환기 및 상기 열교환기에 물을 분사하는 펌프만으로 이루어질 수 있다. 이러한 상태에서 공정이 단일 방향으로만 진행되므로, 즉, 소르베이트가 증기로서 상기 증발기로부터 상기 리액터(1)에로 전송되므로, 상기 증발기는 도 1a 및 도 2a와 도 2b의 실시예에서와 동일하게 부식에 대하여 잘 보호될 필요는 없고, 그러므로 예를 들면 일반적인 알루미늄 열교환기를 사용할 수 있다. 같은 이유로, 응축된 소르베이트, 즉, 통상의 물은 동일한 간격으로 상기 증발기 내에 채워져야 하며, 이에 상기 증발기 또한 진공으로 펌핑되어야 한다. The
그러므로, 상술한 바에 의한 1개 이상의 리액터 베슬(1)에 의하여 형성되며 충전소 및 방출소에 적합한 상기 저장부와 같은 에너지 저장 장치를 사용함으로써 에너지를 전송할 때 부산물로서 청정수를 얻을 수 있다. 그러면, 방출 이전에, 즉 에너지 전달 이전에, 상기 방출소 내의 증발기(3)에 소금물 또는 기타 오염수와 같은 청정하지 않은 물을 채움으로써 물의 제조가 수행될 수 있다. 상기 에너지 전달 동안 상기 증발기로부터 이러한 물이 순수 수증기로서 배출/증발되고, 이에 따라 상기 증기는 응축되어 상기 리액터(1)의 활성 물질에 결합된다. 이후, 상기 리액터가 방출소에서 충전될 때, 물은 상기 리액터로부터 수증기로서 배출되고 상기 응축기(3)에서 청정수로서 응축된다. 이러한 청정수는 추출이 가능하며 물에 대하여 생각할 수 있는 모든 목적, 예를 들면, 산업용수 또는 음용수로서 사용가능하다. 특히, 이러한 물은 2가지 방식으로 제조 가능한데, 에너지 저장부를 이용하여 에너지를 한 장소에 저장하여 또 다른 한 장소에서 사용하기 위한, 즉, 에너지 전송을 위한 방식으로, 또는, 에너지를 한 장소에 저장하여 이후에 같은 장소에서 사용하기 위한 방식 중 어느 방식으로든 제조 가능하다:Therefore, clean water can be obtained as a by-product when transferring energy by using an energy storage device such as the above-described storage unit formed by one or
1. 에너지는 한 장소에서 상기 에너지 저장 장치에 저장되어 또 다른 한 장소로 전송되어 이 곳에서 사용된다. 청정수는 소망에 따라 에너지 저장이 수행되는 장소로 전달 가능하다, 즉, 에너지 제조자는 에너지를 공급하고 청정수를 얻는다. 나머지 장소의 에너지 수신기는 청정할 필요 없이 소금물이나 오염수로도 될 수 있는 물을 상기 시스템에 제공하고 이로써 상기 시스템을 채운다. 1. Energy is stored in the energy storage device in one place and transferred to another place for use. Clean water can be delivered to the place where energy storage is performed as desired, ie the energy manufacturer supplies energy and obtains clean water. The energy receiver in the rest of the site provides the system with water, which can also be brine or contaminated water, without having to be cleaned, thereby filling the system.
2. 청정수를 얻기 위한 또 하나의 공정은 에너지의 저장 및 에너지의 사용이 동일한 장소에서, 즉, 고정적으로, 예를 들면, 저장 및 사용 모두를 필요로 하는 가정 또는 상가에서 수행됨을 포함할 수 있다. 전형적인 이러한 시설은 일사 수집기로부터 에너지를 취할 수 있고, 상기 에너지는 이를 사용해야 할 때까지 저장된다. 상기 전형적인 이러한 시설은 또한 바다 또는 어떤 약간 오염된 수원으로부터 정제할 물을 취한다. 물의 제조를 수행하기 위하여, 가열 또는 냉각 모두를 위하여 상기 에너지 저장부로부터 열 에너지를 전달하기 이전에, 상기 목적을 위하여 증발기 내를 예를 들면 오염수로 채운다. 그러면, 상기 응축기 및 증발기는 상기 저장부에 결합된 별개의 장치들이므로, 예를 들면 도 1b에 의한 공통의 응축기/증발기(3)가 상기 채워진 물에 의하여 오염되지 않도록 하기 위하여, 상기 응축기는 상기 충전소에 사용되고 상기 증발기는 상기 방출소에 사용된다. 에너지가 상기 에너지 저장부로부터 전달될 때, 상기 오염수는 증발되고 형성된 수증기는 상기 리액터(1)에 전송되며, 여기에서 이는 순수 증류수로서 흡수된다. 에너지 전달 이후, 상기 에너지 저장부는 다시 충전되며, 상기 리액터에 결합된 청정수는 수증기로서 배출되는데, 이는 이제 별개로 배열된 응축기 내에서 응축된다. 상기 충전 공정이 완료된 이후, 상기 응축기 내에 수집된 물은, 예를 들면, 음용수로서 인출 및 사용될 수 있다.2. Another process for obtaining clean water may include that the storage of energy and the use of energy are carried out at the same place, ie fixedly, for example in a house or a store requiring both storage and use. . A typical such facility may take energy from a solar collector, which is stored until it needs to be used. This typical such facility also takes water to be purified from the sea or some slightly contaminated water source. In order to carry out the preparation of water, the evaporator is filled with e.g. contaminated water for this purpose before transferring heat energy from the energy storage for both heating or cooling. The condenser and evaporator are then separate devices coupled to the reservoir, so that, for example, the condenser /
이제 하나 이상의 리액터 유니트를 포함하는 컨테이너(105)를 충전하는 과정을 도 8을 참조하여 설명한다.The process of filling the
충전소(50)에서, 상기 컨테이너(41)는 차단 밸브(54), (55)를 포함하는 결합 장치(52), (53)에 결합된 밸브(47), (48)을 포함하는 결합 파이프(45), (46)로써 산업 유니트 또는 공장(51)에 접속된다. 상기 컨테이너는 또한 차단 밸브(58)를 포함하는 결합 장치(57)에 결합된 밸브(44)을 포함하는 가스 결합 파이프(43)를 갖는 응축기(3') 또는 그 유사 장치에 인터페이스(33)에서 접속된다. 상기 산업 유니트 또는 공장(51)은 에너지를, 화살표(59)로 나타낸 바와 같이, 폐열과 같은 열로서, 상기 컨테이너(41) 내의 리액터 유니트(1)에 공급한다. 상기 열 에너지는 유압 시스템 내에서, 예를 들면 물을 이용하여, 또는 공압 시스템에서, 예를 들면 공기, 여기에서는 에너지 캐리어로 불리우기도 하는 열교환 매체 또는 열운반 매체를 이용하여 전송된다. 보다 낮은 온도를 갖는 에너지 캐리어는 폐열로서의 에너지를 수집하기 위하여, 화살표(60)로 표시한 바와 같이, 상기 산업 유니트 또는 공장으로 피드백된다. 동시에, 화살표(61), (62)로 표시한 바와 같이, 상기 응축기(3')는 (63)으로 표시한 소스에 의하여 냉각될 수 있고, 상기 소스(63)는 에너지가 상기 산업 유니트 또는 공장(51)을 떠날 때의 온도보다 낮은 일정한 온도를 갖는다. 여기에서 상기 응축기는 또한 가장 단순한 경우 진공 펌프로 될 수 있다.In the filling
상술한 바의 공개된 특허 출원 제 WO 00/37864 호에 설명된 정의로서, 상기 리액터 유니트(1) 내의 물질과 상기 응축기(3') 사이에 존재하는 (ΔT)로 인하여, 이들 사이에는 압력 차이가 형성되고, 상기 압력 차이는 상기 리액터 내의 활성 물질에 흡수된 물이 화살표(64)로 나타낸 바와 같이 증발되어 수증기가 응축되는 응축기로 빨리 이동되게 한다.As defined in the published patent application WO 00/37864 as described above, the pressure difference between them due to the (ΔT) present between the material in the
충전 공정이 종료된 이후, 즉, 충분한 양의 물이 상기 응축기(3')에 도입된 이후, 상기 컨테이너 내 상기 리액터 유니트(1) 주위의 공간은 에너지 캐리어로부터 비워질 수 있고, 모든 밸브는 폐쇄되며, 상기 컨테이너(41)는 물리적인 인터페이스(33), (65) 및 (66)에서 상기 충전소(50)으로부터의 연결이 해제된다. 그 후, 이는 또 다른 장소에 저장 또는 운반될 수 있다.After the filling process is finished, i.e. after a sufficient amount of water has been introduced into the condenser 3 ', the space around the
이제 도 9a 및 도 9b를 참조하여 하나 이상의 충전된 리액터 유니트(1)를 포함하는 컨테이너(41)를 방출하는 과정을 설명한다.Referring now to FIGS. 9A and 9B, the process of discharging a
상기 컨테이너(41)는 그의 충전된 리액터 유니트와 함께 방출소에 연결되며, 이는 에너지 저장과 같은 특별한 경우에 상기 충전소(50)과 동일하게 될 수도 있으나, 기타의 경우 그와는 별개로 되어 예를 들면 상기 충전소로부터 지리적으로 먼 거리에 위치될 수 있다. 상기 컨테이너는 상기 3개의 물리적인 인터페이스(33), (65) 및 (66)에 결합된다. 밸브(47), (48)를 포함하는 상기 결합 파이프(45), (46)는 상기 방출소에서 차단 밸브(73), (74)를 포함하는 결합 장치(71), (72)에 결합된다. 상기 컨테이너는 또한 차단 밸브(76)를 포함하는 결합 장치(75)에 결합된 밸브(44)를 포함하는 가스 결합 파이프(43)로써 증발기(3")에 연결된다. 모든 결합 장치가 연결된 이후, 이들 모든 밸브(47), (48), (73), (74), (44), (76)는 상기 방출 공정을 개시하기 위하여 개방된다. The
상기 리액터 유니트(1)의 내부 공간과 상기 증발기(3") 사이에 존재하는 (ΔT)로 인하여, 이들 사이에는 압력 차이가 형성되고, 상기 압력 차이는 상기 증발기 내의 물이 끓기 시작하게 하여, 형성된 수증기가 화살표(77)로 표시된 바와 같이 상기 컨테이너(41) 내의 리액터 유니트에로 빨리 이동되며, 여기에서 상기 물은 상기 리액터 유니트의 소금에 응축된다. Due to the (ΔT) present between the inner space of the
상기 리액터 내에 저장된 에너지를 열로서, 예를 들면, 마을이나 도시에서 사용하고자 하는 경우, 상기 리액터 유니트(1) 주위의 상기 컨테이너(41) 내 공간은 밸브(79), (80)를 개방하고 밸브(81), (82)를 폐쇄함으로써, 도 9a에서 저장소(78)로 표시된, 상기 마을이나 도시의 구역 가열 시스템에 연결된다. 동시에, 정확한 온도를 수신하기 위하여, 상기 증발기(3")는 밸브(84), (85)를 개방하고 밸브(86), (87)를 폐쇄함으로써 그의 열교환 표면이 부호(83)로 표시된 열원에 결합되고, 상기 열원은 얻고자 하는 온도보다 훨씬 낮은 일정한 온도를 갖는다. 따라서, 상기 컨테이너(41)의 에너지 캐리어는, 화살표 (88), (89)로 표시된 바와 같이, 상기 리액터 유니트(1) 주위의 공간과 상기 마을이나 도시의 구역 가열 시스템(78) 사이에서 순환하도록 펌핑된다, 여기에서 상기 리액터 유니트(1) 주위의 공간은 상기 리액터 유니트(1)에 저장된 에너지에 의하여 가열되고, 상기 마을이나 도시는 가열의 필요가 존재하는 곳이다. 상기 증발기(3")의 에너지 캐리어는, 화살표(90), (91)로 표시된 바와 같이, 냉각되는 상기 증발기의 열교환 표면과 상기 열원(83) 사이에 펌핑된다. If the energy stored in the reactor is to be used as heat, for example in a town or a city, the space in the
그 대신에, 상기 컨테이너(41) 내의 상기 리액터 유니트(1)에 저장된 에너지를 냉각 목적으로 사용하고자 하는 경우, 상기 증발기(3")의 열교환 표면은, 밸브(93), (94)를 개방하고 동시에 밸브(95), (96)를 폐쇄함으로써, 도 9b에서 저장소(92)로 표시된 바의 상기 마을이나 도시의 냉각 시스템에 연결된다. 동시에, 정확한 온도를 수신하기 위하여, 상기 리액터 유니트의 열교환 표면은 밸브(98), (99)를 개방하고 밸브(100), (101)를 폐쇄함으로써 부호(97)로 표시된 냉열원에 매체를 통하여 연결되고, 상기 냉열원은 얻고자 하는 온도보다 훨씬 높은 일정한 온도를 갖는다. 따라서, 상기 증발기(3")의 에너지 캐리어는, 화살표 (102), (103)로 표시된 바와 같이, 냉각될 상기 증발기와 냉각이 요구되는 상기 마을이나 도시의 냉각 시스템(92) 사이에 펌핑된다. 상기 리액터 유니트의 에너지 캐리어는, 화살표(104), (105)로 표시된 바와 같이, 가열될 상기 리액터 유니트 주위의 상기 컨테이너(41) 내 공간과 상기 냉열 위치(97) 사이에 펌핑된다. Instead, when it is desired to use the energy stored in the
저장된 에너지 모두가 상기 컨테이너(41) 내 리액터 유니트(1)로부터 수집된 이후, 상기 인터페이스(33), (65) 및 (66) 주위의 밸브는 폐쇄된다. 이에 따라, 상기 방출된 리액터는 충전소(50)에 운반되어 이에 연결가능하다. After all of the stored energy has been collected from the
도 10은 에너지 전송 및 청정수 제조가 동시에 수행될 수 있는 방법을 개략적으로 나타낸다. 에너지 전송의 경우, 충전된 리액터부(1)는 장소(B)로부터 장소(A)로 이동된다. 청정수 전송의 경우, 방출된 리액터부는 장소(A)로부터 장소(B)로 이동된다. 10 schematically shows how energy transfer and clean water production can be performed simultaneously. In the case of energy transfer, the charged
도 11a에 나타낸 바와 같이, 장소(A)에서 예를 들면 대략적으로 여과된 물은 밸브(113)을 개방함으로써 채움 베슬(111)로부터 상기 고정적인 증발기(3")에 채워진다. 상기 채움 밸브는 폐쇄되고 상기 증발기는 진공을 실현하기 위하여 진공 펌프(115)에 의하여 펌핑된다. 내부가 진공인 충전된 리액터부(1)(도 10에서 G)는 장소(A)에 전송되며, 여기에서 이는 상기 고정적인 증발기(3")에 결합된다. 부호 (117)로 표시되고 도 9a 및 도 9b에서 밸브(44), (76)에 해당하는 상기 리액터부와 상기 증발기 사이의 밸브는 개방된다. 상기 증발기(3") 및 상기 리액터부(1)가 상호연결된 이후, 상기 방출 공정이 개시된다. 상기 방출 공정 동안, 상기 증발기 내의 물은 증발되며 증기로서 상기 리액터부로 이동된다. 이러한 공정이 완료된 후, 상기 리액터부(1)와 상기 증발기(3") 사이의 밸브(117)는 폐쇄되고 이제 상기 방출된 리액터부는 상기 증발기로부터 연결 해제된다. 그 후, 필요에 따라, 물이 상기 증발기에 다시 채워질 수 있고 새롭게 충전된 리액터부가 상기 증발기에 연결될 수 있으며, 그러면 장소(A)에서 충전이 다시 시작된다. 물로 채워진 상기 증발기(3")의 챔버는 정기적으로 세정되어야 하므로, 소금 또는 오염물의 축적이 전혀 없다. As shown in Figure 11A, approximately filtered water at location A, for example, is filled in the fixed
이에 따라, 방출된 리액터부(1)(도 10에서 H)는 장소(B)에 도달할 수 있고 거기에서 내부가 진공인 고정적인 응축기(3')에 결합될 수 있다. 부호(119)로 표시되며 도 9a 및 도 9b에서의 밸브(44), (76)에 해당하는 상기 리액터부와 상기 응축기 사이의 밸브는 개방되고, 그 후 상기 충전 공정이 개시되며, 상기 분응로부 내의 물은 증발되어 증기로서 상기 고정적 응축기로 이동되고, 여기에서 수증기가 응축된다. 상기 응축 공정에서 얻어지는 물은 상기 응축기(3')의 챔버 내에 수집된다. 상기 충전 공정이 완료된 후, 상기 리액터부(1)와 상기 응축기 사이의 밸브(119)는 폐쇄되고, 이에 따라 상기 리액터부는 상기 응축기로부터 연결 해제된다. 그 후, 상기 응축기로부터 물을 인출하기 위한 밸브(121)가 개방되고, 워터 펌프(123)를 이용함으로써 청정하고 음용가능한 물을 인출할 수 있다. 물이 인출된 이후, 상기 인출 밸브는 폐쇄되며 진공 펌프(125)를 이용함으로써 진공이 상기 응축기(3')에 펌핑된다. 이제 새로운 방출된 리액터부(1)가 장소(B)에 도달가능하며 상기 응축기에 연결될 수 있다. 상기 리액터부(1)와 상기 응축기(3') 사이의 밸브(119)가 개방된 이후, 새로운 충전 공정이 시작된다. Thus, the discharged reactor portion 1 (H in FIG. 10) can reach place B and can be coupled therein to a fixed
도 12는 이동하는 리액터부 없이 고정적인 공정에서 에너지의 저장 및 청정수의 동시 제조 방법을 나타낸다. 도 10, 도 11a 및 도 11b를 특히 참조하여 위에서 설명한 바와 동일한 기본 공정이 이용되나, 여기에서는 최소한 2개의 고정적인 리액터 또는 리액터부(1.1), (1.2)가 사용되며, 이는 상기 응축기(3') 및 증발기(3")로써 상기 리액터부의 결합부 각각에 연결되는 밸브(117.1), (117.2), (119.1), (119.2)를 각각 개방 및 폐쇄함으로써, 상기 증발기 및 응축기에 교대로 결합가능하다. 더러운 물과 깨끗한 물이 섞이는 것을 방지하기 위하여, 상기 증발기 및 응축기는 별개로 된다, 즉, 이들은 분리된 유니트이다. 상기 증발기(3")는 상술한 바와 같이 채움 장치로 이루어지며, 청정수는 상기 밸브(121)를 개방함으로써 상기 응축기로부터 취출 가능하므로, 필요에 따라, 예를 들면 피스톤 펌프로 될 수 있는 펌프(123)를 사용하여 청정수를 펌핑할 수 있다. 상기 리액터부의 결합 밸브는 3방 밸브로 설계가능하다. 그러므로, 2개의 리액터부가 사용되는 경우, 도면에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 상기 증발기(3")에 대한 결합 밸브(117.1) 및 (117.2)는 도시 생략한 3방 밸브로 대체가능하고, 상기 응축기(3')에 대한 결합 밸브(119.1) 및 (119.2)는 도시 생략한 또 하나의 3방 밸브로 대체가능하다. 12 shows a method for the simultaneous production of clean water and storage of energy in a stationary process without a moving reactor portion. The same basic process as described above with particular reference to FIGS. 10, 11A and 11B is used, but at least two fixed reactors or reactor parts 1.1, 1.2 are used, which are said
여기에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 도시 및 설명하였으나, 많은 기타의 실시예들을 예상할 수 있으며, 본 발명의 기본 요지 및 범위를 벗어나지 않는 한 당업자는 추가의 많은 장점, 수정 및 변화를 용이하게 수행할 것이다. 그러므로, 광의의 특징에 있어서 본 발명은 상기 구체적인 세부 사항, 묘사된 장치 및 도시 및 설명된 예들에 한정되지 않는다. 따라서, 첨부된 특허 청구의 범위 및 그의 등가물에 의하여 정의된 바 본 발명의 전반적인 발명 개념의 요지 및 범위로부터 벗어나지 않는 한 다양한 수정이 이루어질 수 있다. 그러므로, 첨부된 특허 청구의 범위는 본 발명의 진정한 기본 요지 및 범위 내에서 이러한 모든 수정 및 변화를 커버한다. 본 발명의 기본 요지 및 범위로부터 벗어나지 않는 한 기타 많은 실시예를 생각할 수 있다. While specific embodiments of the invention have been shown and described, many other embodiments can be envisioned, and those skilled in the art can readily make many further advantages, modifications, and changes without departing from the basic spirit and scope of the invention. something to do. Therefore, the invention in its broadest aspects is not limited to the above specific details, depicted apparatus and illustrations and examples described. Accordingly, various modifications may be made without departing from the spirit and scope of the general inventive concept as defined by the appended claims and their equivalents. Therefore, the appended claims cover all such modifications and variations within the true spirit and scope of the invention. Many other embodiments are conceivable without departing from the basic spirit and scope of the invention.
1: 리액터
2: 활성 물질
3: 응축기/증발기
4: 채널
5: 액체 소르베이트
6: 기체 소르베이트
7, 9: 열교환기
8, 11: 액체 흐름1: reactor
2: active substance
3: condenser / evaporator
4: channel
5: liquid sorbate
6: gas sorbate
7, 9: heat exchanger
8, 11: liquid flow
Claims (22)
- 상기 충전소 및 상기 저장부는 내부에 존재하는 내부 공간을 서로 연결하기 위한 결합 장치를 갖고,
- 상기 방출소 및 상기 저장부는 내부에 존재하는 내부 공간을 서로 연결하기 위한 결합 장치를 갖고,
- 상기 저장부는 흡수 및 탈착(desorption)에 의하여 휘발성 액체와 상호 작용하기 위한 활성 물질을 내부 공간에 포함하는, 에너지 저장 및/또는 전송을 위한 설비로서,
- 상기 저장부는 화학적 열펌프의 리액터부로서 이루어지며, 상기 휘발성 액체가 제 1 온도에서 상기 활성 물질에 의하여 흡수가능하고 더욱 높은 제 2 온도에서 상기 활성 물질에 의하여 탈착 가능하며, 상기 활성 물질은 제 1 온도에서 고체 상태를 가지므로 이 상태로부터 상기 활성 물질이 상기 휘발성 액체 및 그 증기상을 흡수할 때 즉각적으로 또는 직접적으로 액체 상태 또는 용액 상으로 부분적으로 변화되고, 제 2 온도에서 액체 상태를 갖거나 또는 용액 상으로 존재하므로 이 상태로부터 상기 활성 물질이 상기 휘발성 액체, 특히 그 증기상을 배출할 때 직접적으로 고체 상태로 부분적으로 변화되도록 상기 리액터부 내의 활성 물질 및 상기 휘발성 액체가 선택되며, 상기 리액터부는 상기 활성 물질을 위한 매트릭스를 포함하여, 상기 활성 물질이 고체 상태 및 액체상 또는 용액상 모두에서 상기 매트릭스에 지지 및/또는 결합되도록 하고,
- 상기 충전소는, 상기 저장부가 상기 충전소에 접속되고 상기 리액터부의 내부 공간이 응축기 또는 그 유사 장치의 내부 공간에 연통될 때, 상기 리액터부로부터 상기 휘발성 액체의 기체상을 수신 및/또는 제거하기 위한 응축기 또는 그 유사 장치를 포함하여, 상기 리액터부가 화학적 열펌프에서와 동일한 방식으로 충전되고, 상기 활성 물질은 상기 휘발성 액체의 탈착에 의하여 충전된 상태로 전환되도록 하며,
- 상기 방출소는 다량의 상기 휘발성 액체를 응축된 상태로 내부 공간에 포함하는 증발기를 포함하여, 상기 저장부가 상기 방출소에 접속되고 상기 리액터부의 내부 공간이 상기 증발기 내의 내부 공간과 연통될 때, 상기 휘발성 액체의 기체상을 상기 리액터부에 전송함으로써, 상기 리액터부가 화학적 열펌프에서와 동일한 방식으로 방출되고, 상기 활성 물질은 상기 휘발성 액체의 흡수에 의하여 방출된 상태로 전환되도록 함을 특징으로 하는, 에너지의 저장 및/또는 전송을 위한 설비.It consists of a charging station, discharge station and storage unit,
The charging station and the storage section have a coupling device for interconnecting the internal spaces present therein,
The discharge station and the reservoir have a coupling device for interconnecting the internal spaces present therein,
The storage part comprises facilities for energy storage and / or transfer, comprising in the internal space an active substance for interacting with the volatile liquid by absorption and desorption,
The storage part is made as a reactor part of a chemical heat pump, the volatile liquid is absorbable by the active material at a first temperature and desorbable by the active material at a higher second temperature, the active material being It has a solid state at one temperature and from this state the active substance is partially or immediately changed into the liquid or solution phase immediately or directly when absorbing the volatile liquid and its vapor phase, and has a liquid state at the second temperature. Or the volatile liquid in the reactor portion is selected so that the active substance from this state changes in part directly to a solid state upon exiting the volatile liquid, in particular its vapor phase. Reactor portion comprises a matrix for the active material, the active material In both the solid state and liquid state or in solution, and to be supported and / or bonded to the matrix,
The filling station is for receiving and / or removing the gas phase of the volatile liquid from the reactor portion when the reservoir is connected to the filling station and the inner space of the reactor portion communicates with the inner space of a condenser or similar device. Including a condenser or similar device, the reactor portion is charged in the same manner as in a chemical heat pump, and the active substance is converted into the charged state by desorption of the volatile liquid,
The discharge station comprises an evaporator comprising a large amount of the volatile liquid in the condensed state in the internal space, when the reservoir is connected to the discharge station and the internal space of the reactor portion is in communication with the internal space in the evaporator, By transferring the gaseous phase of the volatile liquid to the reactor portion, the reactor portion is released in the same manner as in a chemical heat pump, and the active substance is converted into a state released by absorption of the volatile liquid. , Facilities for the storage and / or transmission of energy.
- 상기 충전소 및 상기 저장부는 내부에 존재하는 내부 공간을 서로 연결하기 위한 결합 장치를 가지며,
- 상기 방출소 및 상기 저장부는 내부에 존재하는 내부 공간을 서로 연결하기 위한 결합 장치를 갖고,
- 상기 저장부는 흡수 및 탈착에 의하여 휘발성 액체와 상호 작용하기 위한 활성 물질을 내부 공간에 포함하는, 에너지의 저장 및/또는 전송과 다량의 청정한 휘발성 액체, 특히 물을 제조하기 위한 설비로서,
- 상기 방출소는 다량의 상기 휘발성 액체를 응축된 상태로 내부 공간에 포함하는 증발기를 포함하여, 상기 저장부가 상기 방출소에 접속되고 상기 리액터부의 내부 공간이 상기 증발기 내의 내부 공간과 연통될 때, 상기 휘발성 액체의 기체상을 상기 리액터부에 전송함으로써, 상기 리액터부가 화학적 열펌프에서와 동일한 방식으로 방출되고, 상기 활성 물질은 상기 휘발성 액체의 흡수에 의하여 방출된 상태로 전환되도록 하며,
- 상기 충전소는, 상기 저장부가 상기 충전소에 접속되고 상기 리액터부의 내부 공간이 응축기의 내부 공간에 연통될 때, 상기 리액터부로부터 상기 휘발성 액체의 기체상을 수신하기 위한 응축기를 포함하여, 상기 리액터부가 화학적 열펌프에서와 동일한 방식으로 충전되고, 상기 활성 물질은 상기 휘발성 액체의 탈착에 의하여 충전된 상태로 전환되도록 하며,
- 상기 응축기의 내부 공간은 상기 증발기의 내부 공간으로부터 분리되고,
- 상기 증발기의 내부 공간은, 상기 방출소가 상기 저장부와 접속되기 전에, 액체상의 다량의 상기 휘발성 액체, 특히 깨끗하지 못한 형태의 다량의 상기 휘발성 액체를 수신하도록 배열되며,
- 상기 다량의 액체를 취출하기 위한 태핑 장치는, 상기 다량의 액체를 사용 또는 취급하기 위하여, 상기 충전소가 상기 활성 물질의 충전을 위하여 상기 저장부에 접속된 후에, 상기 응축기 내 내부 공간에 존재하는 액체상인 것을 특징으로 하는, 에너지의 저장 및/또는 전송과 다량의 청정한 휘발성 액체, 특히 물을 제조하기 위한 설비.-Consisting of charging station, discharge station and storage unit,
The charging station and the storage section have a coupling device for interconnecting the internal spaces present therein,
The discharge station and the reservoir have a coupling device for interconnecting the internal spaces present therein,
The storage part comprises an active material in the internal space for interacting with the volatile liquid by absorption and desorption, the apparatus for the storage and / or transfer of energy and for the production of large quantities of clean volatile liquid, in particular water,
The discharge station comprises an evaporator comprising a large amount of the volatile liquid in the condensed state in the internal space, when the reservoir is connected to the discharge station and the internal space of the reactor portion is in communication with the internal space in the evaporator, By transferring the gaseous phase of the volatile liquid to the reactor portion, the reactor portion is released in the same manner as in a chemical heat pump, and the active substance is converted into a state released by absorption of the volatile liquid,
The filling station comprises a condenser for receiving a gaseous phase of the volatile liquid from the reactor portion when the reservoir is connected to the filling station and the inner space of the reactor portion communicates with the inner space of the condenser. Charged in the same manner as in a chemical heat pump, the active material being brought into the charged state by desorption of the volatile liquid,
The internal space of the condenser is separated from the internal space of the evaporator,
The internal space of the evaporator is arranged to receive a large amount of the volatile liquid in liquid phase, in particular a large amount of the volatile liquid in an unclean form, before the discharge station is connected with the reservoir,
A tapping device for withdrawing the large amount of liquid is present in the internal space within the condenser after the filling station is connected to the reservoir for the filling of the active substance for use or handling of the large amount of liquid. A facility for the storage and / or transfer of energy and for producing large quantities of clean volatile liquids, in particular water, characterized in that it is in the liquid phase.
그 다음 상기 저장부는, 상기 저장된 에너지를 이용하기 위하여 흡수된 휘발성 액체를 포함하는 방출된 상태로 상기 활성 물질을 전환하기 위해 방출되는 것으로 구성되는, 에너지의 저장 및/또는 전송과 다량의 청정한 휘발성 액체, 특히 물을 제조하기 위한 방법으로서,
상기 활성 물질을 흡수된 휘발성 액체가 없는 상기 충전된 상태로 전환함에 있어서, 상기 흡수된 휘발성 액체는 기체상으로 전환되며, 이는 응축 후 다량의 청정한 휘발성 액체를 제공함을 특징으로 하는, 에너지의 저장 및/또는 전송과 다량의 청정한 휘발성 액체, 특히 물의 제조를 위한 방법.Supplying a storage portion containing an active material in the internal space for interacting with the volatile liquid by absorption and desorption, for converting the active material into a charged state free of absorbed volatile liquid,
The storage section then stores and / or transfers energy and a large amount of the clean volatile liquid, which is configured to be released to convert the active material into a released state that includes the absorbed volatile liquid to utilize the stored energy. , Especially as a method for producing water,
In converting the active substance into the filled state free of absorbed volatile liquid, the absorbed volatile liquid is converted into the gaseous phase, which provides a large amount of clean volatile liquid after condensation. And / or for the production of transport and large quantities of clean volatile liquids, especially water.
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