KR20140040114A - 열 에너지 저장을 위한 방법 및 구성 요소 - Google Patents

열 에너지 저장을 위한 방법 및 구성 요소 Download PDF

Info

Publication number
KR20140040114A
KR20140040114A KR1020137022394A KR20137022394A KR20140040114A KR 20140040114 A KR20140040114 A KR 20140040114A KR 1020137022394 A KR1020137022394 A KR 1020137022394A KR 20137022394 A KR20137022394 A KR 20137022394A KR 20140040114 A KR20140040114 A KR 20140040114A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat
phosphate
reaction
energy
inorganic
Prior art date
Application number
KR1020137022394A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101885825B1 (ko
Inventor
보우터 두체이네
크리스티안 스티븐스
Original Assignee
테크놀로지 포 리뉴어블 에너지 시스템즈 (티에프알이에스) 비브이비에이
유니버시테이트 젠트
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 테크놀로지 포 리뉴어블 에너지 시스템즈 (티에프알이에스) 비브이비에이, 유니버시테이트 젠트 filed Critical 테크놀로지 포 리뉴어블 에너지 시스템즈 (티에프알이에스) 비브이비에이
Publication of KR20140040114A publication Critical patent/KR20140040114A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101885825B1 publication Critical patent/KR101885825B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/16—Materials undergoing chemical reactions when used
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D5/00—Devices using endothermic chemical reactions, e.g. using frigorific mixtures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/16—Materials undergoing chemical reactions when used
    • C09K5/18—Non-reversible chemical reactions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/003—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using thermochemical reactions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/06—Heat pumps characterised by the source of low potential heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D2020/0004—Particular heat storage apparatus
    • F28D2020/0026—Particular heat storage apparatus the heat storage material being enclosed in mobile containers for transporting thermal energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
  • Heterocyclic Carbon Compounds Containing A Hetero Ring Having Nitrogen And Oxygen As The Only Ring Hetero Atoms (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
  • Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (AREA)

Abstract

본 발명은 일반적으로 가역 화학 반응을 이용한 열 에너지 저장 또는 열 펌프의 방법에 관한 것이다. 가역 사이클 내에서, 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염, 질소, 황 또는 인의 산소산 또는 그에 상응하는 염은 가수 분해되고, 축합 또는 중합되어 열을 방출하고, 포획한다. 따라서, 본 발명의 첫 번째 측면은 열 에너지 저장의 방법에서 무기 에스테르의 용도를 제공하고, 특히 무기 인산 및/또는 그 염의 용도를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명은 열 에너지를 저장하는 방법을 제공하고, 상기 방법은 외부 열원을 이용한 무기 산소산의 중합을 포함한다. 또 다른 측면에서, 본 발명은 무기 산소산 및/또는 그 염의 발열 가수 분해 단계를 포함하는 상기 열 저장으로부터 열 에너지를 방출하는 방법을 제공한다. 만일 중합 및 가수 분해 단계 사이에 어떠한 냉각도 발생하지 않는다면, 열 펌프를 만들 수 있다. 이러한 열 펌프는 산업으로부터의 폐열을 높은 더 가치 있는 수준까지 향상시키는데에 매우 유용할 수 있다. 본 발명의 방법 및 구성 요소를 사용한다면, 주변 환경에서 수송 매체에 열 에너지를 저장할 수 있다. 결과적으로, 연속적인 열 생성 과정을 불연속적이고 심지어 무작위의 소모로 변환할 수 있다.

Description

열 에너지 저장을 위한 방법 및 구성 요소{METHODS AND COMPONENTS FOR THERMAL ENERGY STORAGE}
본 발명은 일반적으로 가역적인 화학 반응을 이용한 열 에너지 저장 방법 또는 열 펌프(heat pump), 즉 외부 열원으로부터 열 에너지의 증가 방법에 관한 것이다. 가역 사이클 내에서, 질산염-, 황산염-, 인산염- 및 술폰산염- 에스테르와 같은 무기 산소산(oxoacid) 화합물 및/또는 그 염, 및 물을 포함하는 혼합물은 열을 방출하고 포획하기 위해 발열 가수 분해(hydrolysation) 반응에 의해 탈중합되고, 흡열 축합 반응에 의해 중합된다. 따라서, 본 발명의 첫 번째 측면은 하기에 열 펌프로도 나타내는, 외부 열원으로부터 열 에너지의 증가 방법 및/또는 열 에너지 저장 방법에서 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염, 및 물의 용도, 특히, 폴리인산(polyphosphoric acid)과 같은 무기 인 산소산 화합물 및/또는 그 염의 용도를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 외부 열원을 이용하여 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염, 및 물을 포함하는 반응 혼합물의 축합 반응을 포함하는 열 에너지를 저장하는 방법을 제공한다. 본 발명의 또 다른 측면은, 무기 산소산 화합물 또는 그 염의 발열 가수 분해 단계를 포함하는 상기 열 저장으로부터 열 에너지를 방출하는 방법을 제공한다.
본 발명의 방법 및 구성 요소를 이용하여, 주변 환경에서 수송 매체에 열 에너지를 저장할 수 있다. 그 결과로써, 연속적인 열 생성 과정을 불연속적이고 심지어 무작위의 소모로 변환할 수 있다. 또한, 주변 열 또는 저온 열원, 예로 80-200℃로부터, 더 높은 온도 수준까지 낮은 특정 전기 소모로 열을 펌프할 수 있고, 즉 다시 말하면, 열 펌프로서 본 발명의 방법을 이용하는 것이다.
열 에너지 저장은 산업 공정, 재생 에너지 또는 다른 원천으로부터의 폐열(waste heat)의 사용과 연관된 많은 응용에서 매우 중요하다. 또한 열 회복은 화석 연료에 대한 수요를 감소시키는 수단 및 교토 가스의 배출을 줄이는 수단으로 광범위한 주목을 받고 있다.
몇몇의 열 포획 시스템은 이미 존재한다. 열은 태양 광 또는 열 싱크, 또는 태양, 지열, 잔여 열 또는 다른 열원을 포함하는 다른 원천에서 생성될 수 있다.
열 포획 시스템의 예는 일반적으로 3개의 범주로 구분될 수 있다.
I. 현열(sensible heat) <500 MJ/m3:
Figure pct00001
물 시스템
Figure pct00002
열 오일
II. 물질의 상 변화에 의한 잠열(latent heat) <1 MJ/m3:
Figure pct00003
열을 저장 또는 방출하기 위한 수단으로 상 변화를 이용하는 물질. 예는 Na-아세테이트 결정화의 사용이다. (이론적 열 밀도 300-800 GJ/m3)
Figure pct00004
실리카 겔에 물의 흡수 열의 사용.
III. 가역적 화학 반응에 의한 반응 열 <3 GJ/m3:
Figure pct00005
황산과 물의 혼합 열의 사용.
Figure pct00006
마그네슘과 같은 금속과 수소의 반응 열의 사용. (이론적 열 밀도 3 GJ/m3)
Figure pct00007
염 수화물
대부분의 제안된 대체 에너지는 에너지원으로 태양 또는 바람을 사용하는 것이다. 본 발명의 공정(화학 사이클)에 기인하여, 또 하나의 다른 열원이 요즘 더 쉽게 사용될 수 있다: 폐열. 대부분의 폐열(또는 잔여 열이라고도 불리는)은 산업에서 생성되고, 이의 낮은 엑서지(exergy) 상태 때문에 추가 에너지 활용, 좀 더 구체적으로는 전기 생성을 위해 사용될 수 없으므로 환경에 방출된다. 그러나 잔여 열을 난방 주택이나 아파트에 대한 주거 지역 및 열 공정 흐름(stream) 산업 분야에 사용하는 것은 의미가 있다. 예로, 천연 가스 또는 다른 것의 다른 가연성 물질과 같은 높은 엑서지를 가진 통상적인 에너지원을 사용하는 대신에, 낮은 엑서젝틱(exergetic)한 잔여 열을 사용할 수 있다. 그것은 저 칼로리 응용을 위한 고 칼로리의 에너지원을 사용하는 것을 금지한다. 상기 목적을 위해 잔여 열을 사용하기 위한 중요 장애물 중의 하나는 산업에서의 잔여 열은 연속적으로 사용되는데 반해, 주거 열의 사용은 불연속적이라는 사실에 있고, 또한, 열 생성 산업이 주거 지역으로부터 꽤 멀리 떨어져 있다는 사실에 있다. 에너지 완충 용량, 수송의 용이성 및 하기 청구된 열 펌프로서 화학적 사이클을 사용하기 위한 가능성은 잔여 열을 사용하기 위한 돌파구를 강요하였고, 교토 가스를 줄이기 위한 새로운 방법을 열었다. 예로, 보트 및 파이프라인에 의한 대량 또는 컨테이너 수송과 같은 저렴하고 낮은 CO2 생성 수송의 사용은 강렬한 CO2 생성 도로 트럭의 대안을 형성한다.
본원에서 더욱 개시된 방법에 있어서, 열을 사용하여 무기 분자 또는 무기 서브 분자를 함유하는 분자와 폴리 산소산 화합물 또는 그 염의 (폴리) 축합 반응에 의해 무기 산소산 화합물 또는 그 염의 중합체를 형성한다. 양성자 농도, 촉매, 멤브레인 등은 합성 (축합 반응) 및 가수 분해 반응을 촉진하는데 사용된다. 예를 들어, 일 인산(mono phosphoric acid) 및 폴리인산(poly phosphoric acid)은 열을 가하고, 물을 제거함으로써 더욱 중합된다 (축합). 또한, 물을 다시 첨가함으로써 가수 분해 반응은 발열 탈중합 열을 생성한다.
또한, 상기 방법 및 구성 요소는 일반적으로 1-10%의 매우 낮은 전기 소모를 가진, 잔여 열로부터 냉각을 생성하거나 열원의 열 에너지를 증가하는 것을 가능하게 하는 가역적인 열 펌프로서 사용될 수 있다. 따라서, 기존의 열 펌프 시스템과는 다음과 같이 명확히 다르다:
A. 유기 랭킨 사이크루스(Organic Rankine Cyclus, ORC)은 낮은 온도 원천으로부터 더 높은 온도 수준까지 열을 증대하거나, 잔여 열에서 전기를 생성하기 위해 ORC를 사용하는 단계. 일반적으로 자신의 현실적인 열 효율 또는 COP는 약 3-5의 전력 비율까지의 열이다.
B. 진공 조건 하에서 물에서 Li-Br의 용해로 인한 열을 흡수하여 냉각을 생성하는 열 펌프로서 리튬브로미드(lithiumbromid) 또는 물/NH3 및 잔여 열을 사용하는 단계. US 6,177,025 B1, 및 JP 01161082에서, 이 과정은 결정화 억제 첨가제에 의해 더욱 최적화되어 향상된 효율을 나타낸다.
C. CN101168481A에 개시된 실시예와 같은 효소 시스템, 전체 문서 및 WPI 초록 acc. no 2008-H14900[46] 및 CAS 초록 acc.no. 2008:538691을 참조. 이 문서에서 ATP는 저장 및 높은 에너지의 방출을 실현하는데 사용된다. 이것은 분비 선(secretory gland)을 사용하여 수행되고, 결과적으로 본 발명의 가역적 가수 분해 반응과 다르다.
D. 고체 또는 고체 결정 형태를 형성하는 상 전이를 가진 열을 방출하는 결정화 과정.
○ JP 58060198A; 마츠시타 전기 공사; 노무라 카즈오; 열 축적 물질. 이 특허에서 나트륨 인산염(sodium phosphate); Na2HP04는 특정 핵 물질(nucleus agent)에 의해, 결정화 또는 상 전이에 의해 열을 저장하는데 사용된다.
○ GB 1396292 A; 랜달; 1971년 2월 10일; 열 저장 단위와 관련되거나 개선. 이 특허에서 인산염의 결정화 열의 사용은 열을 저장하는데 사용된다.
E. 하기 2개의 특허에서 개시된 것 처럼, 물과 접촉하는 황 산화물 및 황산을 가진 후에 또는 공기와 접촉하는 황(S)을 가져다가 열을 연소한 후에 용해 열을 사용하는 단계.
○ US 4,421,734; 노먼 1983년 12월 20일, 황산-황 열 저장 사이클. 이 특허에서 용매로 작용하는, 물에서 이산화황 또는 고농도 황산의 용해열은 저 농도 황산을 형성하고, 산소와 황의 연소는 열을 생성하는데 이용된다. 열 저장을 실현하기 위해 고농도의 황산과 황이 저장될 필요가 있다. 이러한 저장은 오랜 기간 동안 태양으로부터 열 균등화를 가능하게 한다.
○ US 4,532,778; 클락 등 1985년 8월 6일; 화학적 열 펌프 및 화학적 에너지 저장 시스템. 이 미국 특허에서 황산의 용해열은 열을 저장하거나 폐열의 온도 수준을 향상(또는 열 에너지를 증가)시키기 위한 열 펌프를 실현하는데 사용된다.
F. 또한, 용해열을 이용하는 시스템은 물에 염의 혼합 열을 이용하기 위해, MgC12, Mg(OH)2, Ca(OH)2, 탄산나트륨(sodium carbonate) 및 물과 같은 염 수화물의 응용을 기초로 한다.
○ 공학에 대한 최근의 특허, 2008, 2, 208-216. 화학적 열 펌프에 대한 최근 특허의 검토. 쳉 왕, 펭 장 및 루쥬 왕. 화학적 열 펌프에서 열의 잠재적인 변화 가역 반응은 주로 액체-기체 흡수, 고체-기체 반응 및 고체 흡착을 포함한다.
○ 유키타가 카토에 의한 화학적 열 펌프 기술의 가능성, 2011년 1월 31일, 고밀도 열 에너지 저장 워크삽, 알링턴, 버지니아, 미국. 당해 기술 분야의 화학적 열 펌프의 상태에 대한 설명은 금속 산화물 및 염화물 반응이 화학적 열 펌프에 대한 최적의 실용 가능한 기술까지 있다는 연구 결과를 기초로 한다.
G. 고 에너지 밀도를 가진 분자로서 ATP를 이용하는 다른 시스템은 단지 이 화합물을 전지 또는 모터 성능에 대한 증강제로서 이용할 수 있다;
○ US20070218345 A; 사카이 등; 연료 전지, 전자 장치, 움직일 수 있는 몸체, 발전 시스템, 폐열 발전(congeneration) 시스템.
○ US20020083710A1; 슈나이더, 토마스; 과제를 생성하기 위해 실린더를 회전시키기 위한 ATP, 액틴(actin) 및 미오신(myosin)을 이용하는 분자 모터.
○ EP 1089372A1; 카무스 등. 1999년 9월 28일; 독립적이고 자체-지속가능한 발전(power generation) 및 저장 시스템. 특히, 문단 0006 및 0056 및 도 7에서 ATP가 사용되었다. 이 특허에서, 전기 저장을 위한 방법은 전지 성능을 향상시키기 위해 ATP가 이용되는 것을 개시하고 있다.
그러나 현재의 경우와 같이 가역적인 가수 분해 반응에 의존하지 않는다. 대신 ATP의 합성은 효소적으로(상기 CN101168481A 참조) 또는 광합성에 의해 구동될 것이다. 예로, Nature materials, 2005, Vol4(3); 루오 등 pp 220-224; 광 유도된 양성자 구배 및 실리카 매트릭스에서 캡슐화된 소낭에 의해 생성된 ATP 생합성.
이미 본원에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염 및 물이 열원의 열 에너지를 저장 및/또는 증가시키기 위해 가역적인 가수 분해 반응에 이용될 수 있다는 연구 결과를 기반으로 한다.
열 에너지를 저장하기 위해서, 열은 반응 매질로부터 물 (탈가수분해)의 제거에 의한 축합 반응에 의해 분자 반응 열로 변환될 수 있고, 본 발명의 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염에 고-에너지 공유결합 에스테르 경계를 형성한다.
열 에너지를 방출하기 위하여, 열원의 열 에너지를 증가시키기 위한 방법에서처럼, 고-에너지 공유 결합 에스테르의 경계로부터, 본 발명의 무기 산소산 화합물은 상기 산소산 화합물 또는 그 염을 포함하는 반응 매질에 물을 첨가하여 가수 분해 반응을 수행한다.
따라서, 본 발명의 하나의 측면은 열원으로부터 열 에너지를 저장 및/또는 증가시키는 방법에서 무기 산소산 화합물 및 그 염 및 물의 용도를 제공한다.
상기 사용에서, 열원의 열 에너지는 반응 용액으로부터 물의 제거 및 폴리 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염의 형성과 함께 축합 반응에 의해 저장된다.
상기 사용에서, 열원의 열 에너지는 반응 용액에 물의 첨가를 통한, 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염의 가수 분해 반응에 의해 증가된다.
다시 말하면, 본 발명은 열원으로부터 열 에너지를 저장 및/또는 증가시키기 위한 방법에서 하기와 같이 특징된 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염 및 물의 용도를 제공한다;
- 열원의 열 에너지는 반응 용액으로부터 물의 제거 및 폴리 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염의 형성과 함께 축합 반응에 의해 저장된다; 및
- 열원의 열 에너지는 상기 무기 에스테르를 포함하는 반응 용액에 물의 첨가를 통한, 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염의 가수 분해 반응에 의해 증가된다.
본 발명의 방법에서 사용되거나, 앞서 언급된 사용에서 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염은 질소, 황 또는 인의 산소산 또는 그에 상응하는 염이다.
본 발명의 하나의 측면에서, 사용된 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염은 일반식 (I)로 표시된다.
R-Op-((OnX(OQ)m-0)y)-R' (I)
여기에서,
Z는 -(On X(OQ)m-0)y-R''을 나타내고;
R은 수소, 탄화수소 또는 Z을 나타내고;
R' 및 R''는 각각 독립적으로 수소, 탄화수소 또는 금속 양이온이고, 특히 1가의 금속 양이온, 더욱 특히 K 또는 Na 이고;
X는 황(S), 질소(N), 또는 인(P)을 나타내고;
특히 X는 P을 나타내고;
n = 1 또는 2; m = 0 또는 1; p = 0 또는 1이고;
y = 적어도 1; 특히 1 내지 100; 더욱 특히 1 내지 10; 더 더욱 특히 1 내지 4이고; 대안적으로 y 는 1 내지 3이고; 각각의 Q는 수소, 탄화수소 또는 금속 양이온, 특히 1가의 금속 양이온, 더욱 특히 K 또는 Na를 독립적으로 나타낸다.
본 발명의 또 하나의 측면에서, 사용된 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염은 폴리인산이다. 따라서, 본 발명의 목적은 열원으로부터 열 에너지를 저장 및/또는 증가시키기 위한 방법에서 폴리인산의 용도를 제공하는 것이다.
특히, 열원으로부터 열 에너지를 저장 및/또는 증가시키기 위한 방법에서 폴리인산의 사용은, 하기와 같이 특징지워진다;
- 열원의 열 에너지는 인산(모노 및 폴리인산을 포함하는)의 탈가수분해 반응(축합 반응)에 의해 저장된다; 및
- 열원의 열 에너지는 상기 폴리인산을 포함하는 반응 용액에 물의 첨가를 통한, 폴리인산의 가수 분해 반응에 의해 증가된다.
본 발명의 또 하나의 측면에서, 사용된 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염은 일반식 (Ia)로 표시된 폴리인산 및/또는 그 염이다.
R-O-(( OP ( OQ ) m -0) y - R' ( Ia )
여기에서,
R은 수소, 탄화수소 또는 금속 양이온, 특히 1가의 금속 양이온, 더욱 특히 K 또는 Na 이고;
R'는 수소, 탄화수소 또는 금속 양이온, 특히 1가의 금속 양이온, 더욱 특히 K 또는 Na 이고;
m = 0 또는 1;
y = 적어도 1; 특히 1 내지 100; 더욱 특히 1 내지 10; 더 더욱 특히 1 내지 4이고; 대안적으로 y 는 1 내지 3이고; 각각의 Q는 수소, 탄화수소 또는 금속 양이온, 특히 1가의 금속 양이온, 더욱 특히 K 또는 Na를 나타낸다.
본 발명의 더욱 하나의 측면에서, 사용된 폴리인산 및/또는 그 염은;
다음 식으로 표시된 순수한 무기 선형 폴리인산 및/또는 그 염;
M n +2 P n O (3n+1) ( Ib ) 여기서 n 은 적어도 2; 특히 1 내지 10E6; 더욱 특히 2 내지 5이고; M은 H+ 또는 금속 양이온, 특히 1가의 금속 양이온, 더욱 특히 K 또는 Na를 나타내고;
다음 식으로 표시된 순수한 무기 고리형 폴리인산 및/또는 그 염;
M n P n O 3n ( Ic ) 여기서 n = 적어도 3; 특히 1 내지 12; 더욱 특히 3, 4, 5 또는 6이고; M은 H+ 또는 금속 양이온, 특히 1가의 금속 양이온, 더욱 특히 K 또는 Na를 나타내고;
순수한 무기 가지형 폴리인산 및/또는 그 염, 특히 1가의 금속 양이온, 더욱 특히 K 또는 Na; 또는 이들의 조합을 나타낸다.
본 발명의 특히 하나의 측면에서, 사용된 폴리인산 및/또는 그 염은 포스포에놀피루베이트, 글리세라텔, 3 비 포스페이트, 포르밀 포스페이트, 아세틸 포스페이트, 프로피오닐 포스페이트, 부티릴 포스페이트 또는 다른 카르복실 포스페이트, 포스포-크레아틴, 포스포-아르기닌, 글루코오스 포스페이트 (1 또는 6-포스페이트), 프럭토오스 포스페이트, 글리세롤-3-포스페이트, 니코틴 아미드 아데닌 디뉴클레오티드 포스페이트 (NADP), 디히드록시아세톤포스페이트, 글리세르알데히드포스페이트, 자일로오스포스페이트, 리보오스포스페이트, 세도헵툴로오스포스페이트, 에리트로오스포스페이트, 리불로오스포스페이트 포스포-세린, 아스파르틸포스페이트 및 아데노신포스페이트로 이루어진 군으로부터 선택된다.
상기 사항들을 기초로, 또한 본 발명은 흡열 축합 반응에 의한 반응 혼합물의 에너지 함량을 저장 또는 증가시키는 방법을 제공하고, 상기 반응 혼합물은 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염 및 물을 포함하고, 상기 반응은 상기 반응 혼합물로부터 구별되는 열원으로부터 열 입력에 의해 가능하게 된다.
또한, 본 발명은 상기 반응 혼합물로부터 구별되는 열원이 산업 공정들로부터의 잔여 열, 또는 태양 또는 풍력 에너지와 같은 천연 자원으로부터 유도된 열인 방법을 제공한다. 즉, 본 발명의 방법 또는 사용 중 어느 하나에 있어서 열원의 제한은 없다. 원칙적으로, 태양 에너지, 지열 에너지, 풍력 에너지, 전기, 산업 등으로부터의 잔여 열로부터 포획되거나 얻은 열을 포함하는 어떤 열원이라도 사용될 수 있다.
또한 본 발명은 물 및/또는 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염이 반응 혼합물로부터 제거되는 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 반응 혼합물의 반응 생성물의 발열 가수 분해를 통해 차후의 공정 단계에서 반응 혼합물의 저장 또는 증가된 에너지 함량을 방출하는 단계를 더 포함하는 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염이 질소, 황 또는 인의 산소산, 또는 그에 상응하는 염인 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염이 일반식 (I)로 표시되는 방법을 제공한다.
R-Op-((OnX(OQ)m-0)y)-R' (I)
여기에서,
R은 수소, 탄화수소 또는 Z(하기에 설명된 것처럼)을 나타내고;
X는 황(S), 질소(N), 또는 인(P)을 나타내고;
Z는 -(On X(OQ)m-0)y-R''을 나타내고;
R' 및 R''는 각각 독립적으로 수소, 탄화수소 또는 금속 양이온을 나타내고;
n = 1 또는 2; m = 0 또는 1; p = 0 또는 1이고;
y = 적어도 1이고; 및
Q는 각각 수소, 탄화수소 또는 금속 양이온을 독립적으로 나타낸다.
또한 본 발명은 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염이, 특히 일반식 (Ia)로 표시되는 폴리인산 및/또는 그 염인 방법을 제공한다.
R-O-(( OP ( OQ ) m -0) y - R' ( Ia )
여기에서,
R 및 R'는 각각 독립적으로 수소, 탄화수소 또는 금속 양이온을 나타내고;
m = 0 또는 1; y = 적어도 1; 및
각각의 Q는 수소, 탄화수소 또는 금속 양이온을 나타낸다.
또한 본 발명의 폴리인산 및/또는 그 염이;
a. 다음 식으로 표시된 순수한 무기 선형 폴리인산 또는 그 염;
M n +2 P n O (3n+1) ( Ib ) 여기서 n 은 적어도 2; M은 H+ 또는 금속 양이온이고;
b. 다음 식으로 표시된 순수한 무기 고리형 폴리인산 또는 그 염;
M n P n O 3n ( Ic ) 여기서 n = 적어도 3; M은 H+ 또는 금속 양이온이고;
c. 가지형; 또는
d. 이들의 조합인 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 금속 양이온이 1가 금속 양이온, 더욱 특히 K 또는 Na인 방법을 제공하다.
또한 본 발명은 y가 1 내지 100의 범위 내이고; 더욱 특히 1 내지 10의 범위 내이고; 여전히 더욱 특히 1 내지 3의 범위 내인 방법을 제공하다.
또한 본 발명은 폴리인산의 염이 포스포에놀피루베이트, 글리세라텔, 3 비 포스페이트, 포르밀 포스페이트, 아세틸 포스페이트, 프로피오닐 포스페이트, 부티릴 포스페이트 또는 다른 카르복실 포스페이트, 포스포-크레아틴, 포스포-아르기닌, 글루코오스 포스페이트 (1 또는 6-포스페이트), 프럭토오스 포스페이트, 글리세롤-3-포스페이트, 니코틴 아미드 아데닌 디뉴클레오티드 포스페이트 (NADP), 디히드록시아세톤포스페이트, 글리세르알데히드포스페이트, 자일로오스포스페이트, 리보오스포스페이트, 세도헵툴로오스포스페이트, 에리트로오스포스페이트, 리불로오스포스페이트 포스포-세린, 아스파르틸포스페이트 및 아데노신포스페이트를 포함하는 군으로부터 선택되는 방법을 제공하다.
또한 본 발명은 흡열 축합 반응이 다음의 식으로 표시되는 방법을 제공하다;
HOXOn(OH)mOR' + R-Op-((XOn(OH)m-O)y-1)-H ->
R-Op-((XOn(OH)m-O)y)-R' + H2O
또한 본 발명은
- 에너지를 포획하기 위한 포획 수단;
- 포획 및 저장 수단이 적어도 부분적으로 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염 및 물을 포함하는 반응 혼합물로 채워진 적어도 하나의 용기를 포함하고, 상기 반응 혼합물에서 수행되는 흡열 축합 반응을 갖는데 적합하고, 상기 용기로 열 전달에 있어서 발열체(heating element)를 포함하는 포획된 에너지를 저장하기 위한 저장 수단을 포함하는, 에너지를 포획 또는 저장하기 위한 시스템을 제공한다.
또한 본 발명은 차후의 발열 가수분해 단계에서 포획 및 저장된 에너지를 방출하기 위한 방출 수단을 포함하는 것을 더욱 특징으로 하는 시스템을 제공한다.
또한 본 발명은 반응 혼합물이 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염을 포함하는 것을 더욱 특징으로 하는 시스템을 제공한다.
본원에서 더욱 자세히 제공된 것처럼, 반응 용액은 축합 반응/가수 분해 반응을 촉진하기 위한 촉매와 같은, 에스테르화/가수 분해 반응을 위한 반응 조건을 최적화하기 위한 조건 구성 요소들을 포함한다.
본 발명은 질산염-, 황산염-, 인산염- 및 술폰산염-에스테르와 같은 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염이 각각 발열- 및 흡열인 가역적인 화학 가수 분해 및 축합 반응에 사용됨으로써, 열 에너지 저장의 방법으로 사용될 수 있다는 연구 결과를 기반으로 한다.
따라서, 본 발명의 첫 번째 목적은 열 에너지 저장의 방법에서 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염의 용도를 제공하는 것이다.
본원에서 사용된 대로 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염은 질소, 황 또는 인의 산소산, 또는 그에 상응하는 염을 가진 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염으로 이루어진 군으로부터 선택되고; 특히 무기 산소산 또는 그 염은 인산화 탄화수소 및 무기 (폴리)인산 및 그 염과 같은 인의 산소산 및/또는 그 염으로 나타낸다.
일반적으로 당해 분야에서 알려진 바와 같이, 중합은 산소 연결자(linker)를 통해서 인(P), 질소(N), 또는 황(S)에 유기 군(에스테르화 반응)의 결합을 나타내고, 또는 상기 유기 군의 알콜 전구체 또는 상기 무기 산소산의 히드록실기를 사용한 흡열 축합 반응의 수단으로, H2O 또는 물의 생성과 함께 질소, 황 또는 인의 무기 산소산 화합물 또는 그 염의 중합을 나타낸다. 상기 에스테르화 반응의 일반적인 표현은 도 1의 단계 (2)로 제공된다.
본 발명의 방법에서 사용된 것처럼 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염은 일반식 (I)로 표시된다:
R- O p -(( O n X ( OQ ) m -0) y )- R' (I)
여기에서,
Z는 -(On X(OQ)m-0)y-R''을 나타내고;
R은 수소, 탄화수소 또는 Z을 나타내고;
R' 및 R''는 각각 독립적으로 수소, 탄화수소 또는 금속 양이온이고, 특히 1가의 금속 양이온, 더욱 특히 K 또는 Na 이고;
X는 황(S), 질소(N), 또는 인(P)을 나타내고;
특히 X는 P을 나타내고;
n = 1 또는 2; m = 0 또는 1; p = 0 또는 1이고;
y = 적어도 1; 특히 1 내지 100; 더욱 특히 1 내지 10; 더 더욱 특히 1 내지 4이고; 및
각각의 Q는 수소, 탄화수소 또는 금속 양이온, 특히 1가의 금속 양이온, 더욱 특히 K 또는 Na를 독립적으로 나타낸다.
본 발명의 특정 실시예에서, 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염은 일반식 (Ia)로 표시되는 폴리인산 및/또는 그 염이다.
R-O-(( OP ( OQ ) m -0) y - R' ( Ia )
여기에서,
R은 수소, 탄화수소 또는 금속 양이온, 특히 1가의 금속 양이온, 더욱 특히 K 또는 Na 이고;
R'는 수소, 탄화수소 또는 금속 양이온, 특히 1가의 금속 양이온, 더욱 특히 K 또는 Na 이고;
m = 0 또는 1;
y = 적어도 1; 특히 1 내지 100; 더욱 특히 1 내지 10; 더 더욱 특히 1 내지 4이고; 및
각각의 Q는 수소, 탄화수소 또는 금속 양이온, 특히 1가의 금속 양이온, 더욱 특히 K 또는 Na를 나타낸다.
앞서 언급한 식 중 어느 하나의, 탄화수소 부분은 알콜, 카르복실 산, 에스테르 등과 같은 히드록실기를 포함하는 임의의 유기 화합물일 수 있고, 또는 뉴클레오티드 및 핵산을 형성하는 임의의 당(sugar) 및 염기 또는 히드록실기로 끝나는 임의의 유기 분자일 수 있다; 여기서 상기 히드록실기는 인산염, 폴리인산염, 질산염, 황산염 또는 술폰산과 함께, 특히 인산염 또는 폴리 인산염과 함께 무기 에스테르를 형성할 수 있다.
뉴클레오티드는 당해 분야에서 잘 알려진 의미를 가지고, 다른 질소성 염기 및 다른 당(펜토오스)의 임의의 조합으로 구성되며, 인산화기(phosphoryl group)로 모노, 디 및 트리 인산염(들)을 가질 수 있다.
Figure pct00008
- 염기로서, 퓨린, 피리미딘, 아데닌, 구아닌, 티민, 시토신, 우라실, 하이포잔틴, 5-메틸시토신, N6-메틸아데닌, 디히드로우라실, 1-메틸구아닌, 리보티미딘, 슈도우리딘, 또는 1-메틸리오신을 가질 수 있다.
- 당(펜토오스)으로서, 프럭토오스, 리보오스, D-리보퓨라노오스, 또는 2-데옥시-D-리보퓨라노오스를 가질 수 있다.
핵산은 당해 분야에서 잘 알려진 의미를 가지고, 다른 뉴클레오티드의 임의의 조합으로 구성될 수 있다. 뉴클레오티드는 에스테르 결합에 의해 연결된 당 및 인산염 기로 구성된 골격(backbone)을 통해서 폴리뉴클레오티드 또는 핵산으로 연결된다.
Figure pct00009
본 발명의 일 실시예에서, 무기 에스테르는 '폴리인산염'을 포함하거나 구성된다. 폴리인산염은 히드록실기 및 수소 원자 사이에 연결된 음이온성 인산염 중합체이다. 발생하는 중합은 축합 반응으로 알려져 있다. 인산염의 화학 결합은 일반적으로 고-에너지 공유 결합이고, 이것은 에너지가 자발적으로 또는 효소 촉매 반응에 의해 이러한 결합을 절단하는데 이용될 수 있다는 것을 의미한다. 상기 실시예에서, 무기 인산염 에스테르의 특정 기는 포스포에놀피루베이트, 글리세라텔, 3 비 포스페이트, 포르밀 포스페이트, 아세틸 포스페이트, 프로피오닐 포스페이트, 부티릴 포스페이트 또는 다른 카르복실 포스페이트, 포스포-크레아틴, 포스포-아르기닌, 글루코오스 포스페이트 (1 또는 6-포스페이트), 프럭토오스 포스페이트, 글리세롤-3-포스페이트, 니코틴 아미드 아데닌 디뉴클레오티드 포스페이트 (NADP), 디히드록시아세톤포스페이트, 글리세르알데히드포스페이트, 자일로오스포스페이트, 리보오스포스페이트, 세도헵툴로오스포스페이트, 에리트로오스포스페이트, 리불로오스포스페이트 포스포-세린, 아스파르틸포스페이트 및 아데노신포스페이트를 포함 할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 분자들의 주요 장점들 중 하나는 그들이 이미 자연에서 이용될 수 있고, 환경에 미치는 영향이 이미 알려졌다는 사실이다. 지구상에 생명이 존재한 이후로, 이러한 분자 형태는 모든 살아있는 세포의 에너지 저장/공급을 보장하는 가장 중요한 구조들 중의 하나이다. 이러한 구성 요소들이 살아있는 세포에 사용된다는 사실은 그들이 온화한 온도, 압력 및 pH에 적합하다는 것을 보장한다.
이러한 특성은, 본 발명의 다른 실시예에서 제공된 것처럼, 상기 분자들을 주변 환경에서 열 공정에 적합하게 만든다.
본 발명의 또 하나의 특정 실시예에서, 선형 폴리인산 및/또는 그 염은 다음의 식으로 표시된다:
M n +2 P n O (3n+1) ( Ib )
여기서, n 은 적어도 2; 특히 1 내지 10E6; 더욱 특히 2 내지 5이고;
M은 H+ 또는 금속 양이온, 특히 1가의 금속 양이온, 더욱 특히 K 또는 Na이다.
본 발명의 또 하나의 특정 실시예에서, 고리형 폴리인산 및/또는 그 염은 다음의 식으로 표시된다:
M n P n O 3n ( Ic )
여기서, n은 적어도 3; 특히 1 내지 12; 더욱 특히 3, 4, 5 또는 6이고,
M은 H+ 또는 금속 양이온, 특히 1가의 금속 양이온, 더욱 특히 K 또는 Na이다.
본 발명의 방법에 있어서, 반응 생성물은 상기 개시된 생성물의 임의의 조합을 포함하는 혼합물일 수 있다.
열 에너지 저장의 방법에 있어서, 각각 발열- 및 흡열인 가역적인 화학 가수 분해 및 축합 반응은 열 포획/저장, 열 수송 및 열 생성 과정과 결합하여 상기 언급된 분자들의 에너지 저장/공급 능력을 이용한다.
따라서, 추가 실시예에서, 본 발명은 열 에너지를 저장하는 방법을 제공하고, 상기 방법은 도 1의 단계 (2)에 나타난 것처럼 축합 반응을 포함하고, 이후 외부 열원을 이용한 무기 산소산 및/또는 그 염의 중합으로도 나타낸다.
임의의 이용가능한 열원은 본 발명의 방법에서 사용될 수 있다. 일반적인 열원은 태양 방사선으로부터 포획된 열, 및 산업으로부터의 잔여 열을 포함한다. 식 (I), (Ia), (Ib) 및 (Ic)의 무기 산소산 및/또는 그 염에서 확인된 것처럼, 무기 산소산 및/또는 그 염의 중합 반응을 통해서, 열원의 열 에너지는 분자 반응열, 즉, 고-에너지 공유 결합으로 변환되고; 또한, '중합된 화합물'로 나타낸다.
고-에너지 공유 무기-산소-무기 연결된 결합 및 특히 고-에너지 인-산소-인 결합은 약 400kJ/kg의 에너지 밀도를 가진 분자 형태로 열 에너지의 저장을 제공한다 - 표 1 참조. 표 1에서, 용액 열은 포함되지 않았고, 무기 산소산 또는 폴리인산이 사용되는 경우에, 용액 열은 상기 반응 열에 관여한다. 예를 들어, 폴리인산의 경우, 에너지 밀도는 중합 및 온도 수준의 정도에 따라 > 1GJ/m3일 수 있다.
상기 고-에너지 분자 형태에서, 이전의 연속된 열 흐름은 주변 환경에서 저장/수송될 수 있다. 따라서, 불연속적인 또는 무작위의(dislocated) 소모에 연속적인 열 생성 과정을 완충시키는 방법을 부여한다. 이것은 전기 저항을 가진 폭풍우 치는 밤의 풍력 에너지를 포획된 열로 저장하고, 응용 7 & 9에서 묘사된 것처럼 흐름 또는 ORC를 생성하여 아침 피크에 열을 방출하는 것을 실행할 수 있다.
N kJ/kg kcal/kg kcal/mol gr/mol
ATP 71 16.83 8.4 499.12
ADP 84 19.99 8.4 420.15
AMP 103 24.62 8.4 341.18
DP 190 45.16 7.9 174.95
Volledige 가수분해 ATP 258 61.44 30.7 499.12
아세틸 포스페이트 308 73.37 11.3 154.01
N-포스포에놀피루베이트 1 377 89.69 14.8 165.02
N-포스포에놀피루베이트 10 412 98.09 85.9 875.75
열 에너지 저장의 상기 언급된 방법에 있어서, '중합된 화합물'은 수용성 반응 용액으로부터 선택적으로 제거되고 저장된다. 본 발명의 방법에서 사용된 수용성 반응 용액은 다른 것들 중에서 변환을 촉진시키기 위해 사용된 구성 요소의 성질에 의해 결정되고, 이하 능숙한 숙련자에게 알려진 바와 같이 변형 구성 요소 또는 조건 구성 요소로도 나타낸다. 예를 들어, 효소를 사용하여 변환을 촉진시킬 경우, 수용성 반응 용액은 대장균에서 추출된 5mg/l 탈포스포릴라제 (dephosphorylase)를 갖는 용액의 사용과 같은 적절한 완충 용액일 것이고; 살아 있는 세포를 사용하여 변환을 촉진시킬 경우, 적합한 세포 배양 배지가 대신 사용될 것이다. 변환을 촉진시키기 위하여 사용된 살아 있는 세포는, 일반적으로 무기 인산염의 탈가수분해에 의해 열을 흡수하고 인산화된(phosphorilised) 화합물이 되는 것으로 알려진 박테리아, 예를 들어 살모넬라 균, 레지오넬라 균 또는 대장균과 같은 미생물로 이루어진다.
용매 농도에서의 변화, 즉 수용액의 경우 물 농도의 변화, 또는 용매 안에 존재하는 구성 요소의 농도 변화, 예로, 금속 이온에 제한되지않으나, 반응 구성 요소의 최대 농도의 변화를 사용할 수 있다. 예를 들어, 반응을 영향, 유도, 촉진 또는 억제하기 위해, 첫 번째로 용매를 물과 함께 증발시키고, 두 번째로 축합시키고, 세 번째 단계에서 중력 액체에 의해 용매로부터 액체 상 분리로 분리되는 방법으로, 수용액의 경우 증발 또는 유기 용매와 함께 물을 추출하게 된다.
대안적으로, 양성자 농도의 변화는 상기 언급된 고-에너지 공유 결합으로 열 에너지의 변환을 촉진시키는데 사용될 수도 있다. 양성자 농도는 특별히 고안된 산 및/또는 염기, 입체적인 산-염기 기능을 포함하는 화합물과 같은 화학 물질에 의해 또는 반투과막의 사용에 의해 영향받을 수 있다.
전형적인 예는 양성자 농도를 증가시기키 위한 화학 물질(예로, 물에서 상업적으로 이용가능한 30-40 무게%)로서 HCl을 포함한다.
양성자 막으로서, Nafion®; Solopor®, 토요타 PEM, 3M PEM 등 중 하나를 포함하나, 이에 한정되지 않는 수소 연료 전지에서 사용되는, 상업적으로 이용가능한 PEM 또는 "양성자 교환막"을 취할 수 있다.
반응 용액의 중합된 화합물의 제거는 분자의 크기에 따른 막분리 단계를 포함하는 다른 과정 단계에서 수행될 수 있다. 상기 실시예에서, 변환 구성 요소는 중합된 화합물보다 훨씬 더 큰것이 바람직하고, 쉽게 서로간에 분리될 수 있다. 예를 들어, 효소를 사용하여 변환을 촉진시키는 경우, 각각 약 10-100nm 및 1-10nm의 메시 크기를 갖는 한외 여과막 또는 나노 여과막이 사용된다. 매우 큰 복잡한 구조의 경우, 마이크로 여과기가 또한 사용될 수 있다(> 100 nm). 막의 메시 크기는 효소의 구조 및/또는 분자량에 의존한다. 사용된 생성물 또는 반응 환경에 따라, 다른 형태의 상업적 이용가능한 막들이 선택될 수 있다. 다른 가능한 예들은 표 2를 참조하라.
상기 나노-, 한외- 및 마이크로- 여과로 개시된 것처럼, 막 여과 분리 기술과는 별도로, 반응 용액으로부터 중합된 화합물을 분리하기 위한 다른 수단이 당해 기술 분야의 숙련된 기술자에게 알려져 있으며, 예를 들면 전기적/자기적 분야에서 분리를 위한 큰 (효소) 복합체의 전기적 또는 자기적 특성에 기초한 분리 기술, 원심력 또는 침전에 의한 밀도에 따른 분리 기술, 침강에 따른 분리 기술, 액체 고체 분리를 따르는 액체로부터 고체로의 상 전이에 기초하거나, 젤에 생성물을 부착하거나, 반응 용액으로부터 물을 증발시키는 등의 방법을 포함한다.
2 제조 업체로부터의(원료 www.sterlitech.com) 나노-, 한외- 및 마이크로여과를 위한 상업적으로 이용가능한 막들.
Figure pct00010
따라서, 본 발명의 추가 목적은 주변 온도에서 열 에너지를 저장/수송하기 위해 '중합된 화합물'의 용도를 제공하는 것이다. 또한, 불연속적인 소모에 지속적인 열 생성 과정을 완충하는 방법에서 '중합된 화합물'의 용도를 제공하는 것이다.
연속적인 열 생성 과정을 불연속적인 열 방출 시스템으로 변환하기 위한, 대안적인 에너지원을 제공하기 위한 목적으로서, 본 발명은 또한 중합된 화합물로부터 열을 방출하기 위한 방법을 제공하고, 상기 방법은 도 1의 단계 (1)에 나타난 바와 같이 가수 분해 반응을 포함하며, 이하 무기 산소산 및/또는 그 염의 가수 분해 반응으로도 나타내고, 열원으로서 상기 발열 반응에 의해 방출된 열 에너지를 사용한다.
상기와 같이, 중합 반응에 대한 것처럼, 가수 분해 반응에 대한 반응 조건은 다른 것들 중에서 변환을 촉진시키기 위해 사용된 구성 요소(변환 구성 요소)의 성질에 의해 결정되며, 능숙한 숙련자에게 알려져 있고, 본원의 실시예로부터 명백한 것처럼, 가수 분해 반응에 대한 반응 조건을 최적화하기 위해 공극 흐름(feed stream)(21)을 조정하는 것이다. 예를 들어, 효소를 사용하여 변환을 촉진시키는 경우, 대장균에서 추출된 5mg/l 포스포릴라제 (phosphorylase)를 갖는 용액의 사용과 같은 적절한 완충 용액이 사용될 것이고; 살아 있는 세포를 사용하여 변환을 촉진시키는 경우, 적합한 세포 배양 배지가 대신 사용될 것이다. 변환을 촉진시키기 위하여 사용된 살아 있는 세포는, 일반적으로 박테리아, 예를 들어 살모넬라 균, 레지오넬라 균 또는 대장균과 같은 미생물로 이루어진다. 세포는 인산화된 화합물의 가수 분해에 의해 열을 생성한다.
용매 농도에서의 변화, 즉 수용액의 경우 물 농도의 변화, 또는 용매 안에 존재하는 구성 성분의 농도의 변화, 예로, 금속 이온, 세포, 효소 등에 제한되지 않으나, 반응 구성 요소의 최대 농도의 변화를 사용할 수 있다. 예를 들어, 반응을 영향, 유도, 촉진 또는 억제하기 위해, 첫 번째로 용매를 물과 함께 증발시키고, 두 번째로 축합시키고, 세 번째 단계에서 중력 액체에 의해 용매로부터 액체 상 분리로 분리되는 방법으로, 수용액의 경우 증발 또는 유기 용매와 함께 물을 추출하게 된다.
대안적으로, 화학 물질 및 양성자 교환 막은 상기 언급된 고-에너지 공유 결합으로 열 에너지의 변환을 촉진시키는데 사용될 수도 있다. 양성자 농도는 화학 물질 또는 반투과막의 사용에 의해 영향받을 수 있다.
전형적인 예는 양성자 농도를 감소시기키 위한 화학 물질(예로, 물에서 상업적으로 이용가능한 50 무게%)로서 NaOH을 포함한다.
양성자 막으로서, Nafion®; Solopor®, 토요타 PEM, 3M PEM 등 중 하나를 포함하나, 이에 한정되지 않는 수소 연료 전지에서 사용되는, 상업적으로 이용가능한 PEM 또는 "양성자 교환막"을 취할 수 있다.
또한, 상기 중합된 화합물에 대해 제공된 것처럼, 가수 분해된 화합물은 당해 기술 분야의 잘 알려진 과정을 이용하여 반응 매질로부터 선택적으로 제거될 수 있다. 상기 형태로부터, 가수 분해된 화합물; 즉, 질소, 황 또는 인의 무기 폴리 산소산 화합물 또는 그 염을 형성하는 것이 가능한 히드록실기를 포함하는 화합물은 탈가수 분해 반응에서의 원료 물질(source material)로서 사용될 수 있다 (상기).
명백하게, 본원에 설명된 것처럼 켐에너지(CHEMENERGY) 사이클을 사용하는 시스템은(설치) 또한 본 출원의 범위 내에 있다. 첫 번째 측면에서, 이러한 시스템은 본원(하기 응용에서 A로 표시된)에 개시된 것처럼 중합(축합) 반응을 사용한 열원으로부터 에너지를 포획하기 위한 포획 수단; 및 상기 축합 반응의 반응 생성물의 형태로 포획된 에너지를 저장하기 위한 저장 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지를 포획 또는 저장하기 위한 시스템일 수 있다. 열을 포획하기 위한 상기 수단은 본원에 개시된 것처럼 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염 및 물을 포함하는 반응 혼합물, 상기 반응 혼합물에서 수행되는 흡열 축합 반응을 갖는데 적합한 적어도 하나의 반응 용기를 포함하고, 상기 용기와 함께 열 전달에 있어서 발열체(heating element)를 포함한다.
두 번째 측면에서, 이러한 시스템은 본 발명에 따른 축합 반응의 반응 생성물 안에 저장된 열 에너지를 방출하기 위한 시스템일 수 있고, 본 발명에 따른 발열 가수 분해 단계(하기 응용에서 C로 표시된)에 의해 축합 반응의 반응 생성물 안에 포획되고 저장된 에너지를 방출하기 위한 방출 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. 에너지를 방출하기 위한 상기 수단은 본원에 개시된 것처럼 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염을 포함하는 반응 혼합물, 상기 반응 혼합물에서 수행되는 발열 가수 분해 반응을 갖는데 적합한 적어도 하나의 반응 용기를 포함하고, 상기 용기와 함계 열 전달에 있어서 발열체를 포함한다.
또 다른 측면에서, 상기 시스템은 본원에 개시된 것처럼 중합(축합) 반응을 사용한 열원으로부터 에너지를 포획하기 위한 수단(하기 응용에서 A로 표시된); 및 발열 가수 분해 단계(하기 응용에서 C로 표시된)에 의해 본 발명에 따른 축합 반응의 반응 생성물 안에 포획되고 저장된 에너지를 방출하기 위한 수단을 포함한다. 수단 (A) 및 (C)를 갖는 이러한 시스템은 본 발명의 켐에너지 사이클을 이용하는 열-펌프를 확립하는데 있어서, 흡열 축합 반응(A)을 유도하는데 사용된 낮은 엑서지 상태를 갖는 열이 발열 가수 분해 반응(C)에서 더 높은 엑서지 상태로 증가되는 것을 허용한다.
특정 실시예에 있어서, 본 발명의 축합 반응의 반응 생성물로부터 열 에너지를 방출하기 위한 시스템은 열-교환기(하기 응용에서 B로 표시된)를 더 포함할 수 있다. 상기 열-교환기는 발열 가수 분해 반응(C)에서 사용된 반응 혼합물에 공급된 축합 반응의 반응 생성물의 온도를 증가시키는데 사용될 것이다. 이에 한정되지는 않지만, 온도는 약 60-500℃, 일반적으로 약 120-500℃, 및 더욱 특히 약 150-300℃의 범위에서 사용된다.
본 발명은 하기의 실험의 상세한 설명을 참조하여 더 잘 이해될 것이지만, 당해 기술 분야의 숙련자는 하기의 청구항에서 더욱 자세히 설명된 것처럼 본 발명의 예시에 불과하다는 것을 쉽게 인식할 것이다. 또한, 본 출원 전체에 걸쳐, 다양한 간행물들이 인용된다. 이러한 간행물의 개시는 본 발명이 속하는 당해 기술 분야의 상태를 더욱 자세히 설명하기 위해 참조로 본원에 포함된다.
도 1: a. 일반적인 반응식
b. 블록 도표 켐에너지(CHEMENERGY) 사이클.
도 2: 무기 인산염/폴리인산 에스테르와 함께 켐에너지 사이클.
도 3 - 11: 열원의 열 에너지를 증가시키기는 켐에너지 사이클를 위한 다른 가능한 응용들. 각각의 응용에 대한 흐름도(flow diagram)에서 요소에 대한 상세한 설명은 표 3에서 볼 수 있다.
도 12: 켐에너지 사이클의 실용적인 활용에 있어서 재발생 요소에 대한 일반적인 흐름도. 저장 탱크, 열 저장 탱크(들)과 구성 요소 저장 탱크(들) 모두 선택 사항이다.
실시예
실시예 1 - 인산염 / 폴리인산염 에스테르
에너지 밀도
인 화합물의 가수 분해는 반응 조건에 따라 약 150 ~ 500 kJ/kg의 반응 에너지를 가지고 있다. 일반적으로 제안된 구성 요소는 400-1000MJ/m3의 에너지 밀도를 가진다. 예로, 태양과 같은 더 높은 온도원이 사용될 때, 건조된 P2O5가 될 때까지 인산을 축합(탈가수분해) 할 수 있고, 약 3000MJ/m3 에너지 밀도를 가진다.
다른 열 저장 물질과 비교할 때, 본원에서 청구된 중합된 구성 요소들의 열 용량은 실질적으로 더 높다. 예를 들면, 파라핀(paraffin)의 상 변화 반응은 반응 조건에 따라 20-90 kJ/kg를 제공한다(저작권@2002 John Wiley & Sons, Ltd.). 물에 황산을 용해하는 것은 반응 조건에 따라 300~400 kJ/kg의 반응 열을 제공한다(화학 및 공학 열역학 스탠리 I. 샌들러 저작권@1989 John Wiley & Sons, Ltd.) 유일한 예외는 400MJ/m3를 운반하는 Na-아세테이트의 결정화지만, 열 변환 동안 상 전이를 필요로 한다.
사용된 생성물
본원에서 개시된 사이클은 화학 에너지로부터 파생된 자신의 에너지를 갖는다: 켐에너지(CHEMENERGY). 그것은 질소, 황의 인산화된, 니트로소화된(nitrolised) 또는 술폰화된(sulfonised) 또는 탄화수소(PHs) 또는 무기 (폴리)인산염(IPs), 폴리인산, 또는 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염일 수 있는 분자를 사용한다.
1, 뉴클레오티드: 다른 질소성 염기 및 다른 당(펜토오스)의 임의의 조합으로 구성되며, 인산화 기로 모노, 디 및 트리 인산염(들)을 가질 수 있다.
염기로서: 퓨린, 피리미딘, 아데닌, 구아닌, 티민, 시토신, 우라실, 하이포잔틴, 5-메틸시토신, N6-메틸아데닌, 디히드로우라실, 1-메틸구아닌, 리보티미딘, 슈도우리딘, 1-메틸리오신 등을 가질 수 있다.
- 당(펜토오스)으로서, 프럭토오스, 리보오스, D-리보퓨라노오스, 2-데옥시-D-리보퓨라노오스 등을 가질 수 있다.
2. 핵산: 이들은 다른 뉴클레오티드의 임의의 조합으로 구성될 수 있다. 뉴클레오티드는 핵산에 있는 2 염기들 사이의 인산염 연결에 의해 연결된다.
3. 대부분의 모든 살아 있는 세포에서 발견되는 에너지 분자:
포스포에놀피루베이트, 글리세라텔, 3 비 포스페이트, 포르밀 포스페이트, 아세틸 포스페이트, 프로피오닐 포스페이트, 부티릴 포스페이트 또는 다른 카르복실 포스페이트, 포스포-크레아틴, 포스포-아르기닌, 글루코오스 포스페이트 (1 또는 6-포스페이트), 프럭토오스 포스페이트, 글리세롤-3-포스페이트, 니코틴 아미드 아데닌 디뉴클레오티드 포스페이트 (NADP), 디히드록시아세톤포스페이트, 글리세르알데히드포스페이트, 자일로오스포스페이트, 리보오스포스페이트, 세도헵툴로오스포스페이트, 에리트로오스포스페이트, 리불로오스포스페이트 포스포-세린, 아스파르틸포스페이트, 아데노신포스페이트
4. 무기 폴리인산 및 그 염.
5. 셀룰로오스와 같은 무기 (폴리)질산염.
6. 무기 (폴리)황산염 및 술폰산염.
그것은 보통 말하는 살아 있는 세포에서의 인산화 과정 또는 축합 또는 중합 과정 또는 에스테르화 과정이 아니라 축합, 특히 "켐에너지 사이클(Chemenergy cycle)"로 불리는 산업적 응용에서 열 저장, 열 펌프, 수송 및 생성 과정과 결합한 인산 및/또는 폴리인산 및/또는 그 염의 축합의 과정이다.
모든 실시예는 대규모 또는 매우 작은 규모에서 사용될 수 있다.
□ 대규모의 예는 파이프 라인 및 벌크 수송에 의해 수송되는 켐에너지 사이클로 완충된 산업적 폐열로부터 열을 얻는 동일한 열 시스템에 연결된 아파트 또는 지역 (도시)의 큰 산업 또는 주거 네트워크일 수 있다.
□ 작은 규모의 예는 태양광 시스템/퇴비/오수 구덩이, 및 열 성능을 향상시킬 수 있는 작은 켐에너지 스키드(skid)와 같은 작은 열 생성 용량을 가진 집/농장 내에서 사용될 수 있다.
일반적인 "켐에너지(CHEMENERGY)" 과정 (도 1)
열 저장
1. 가수 분해된 구성 요소의 저장 1.1
2. 조건 부분 1: 효소, 이온, 세포, 신선한 물질의 추가.
3. 조건 생생물의 저장 1.2
4. 반응 부분 1: 예로, 이에 한정되는 것은 아니나, 용액으로부터 물을 제거, 추출 또는 증발 등에 의해 구성 요소를 중합하기 위한 열의 사용.
5. 분리 부분 1: 조건 생성물, 폐기물, 효소, 효소 분리제 및 용매(또는 특히 물)로부터 중합된 구성 요소를 분리하기 위한 다른 분리 기술 및 단계의 사용.
6. 중합된 구성 요소의 저장 1.3.
열 방출
1. 중합된 구성 요소의 저장 2.1.
2. 조건 부분 2: 효소, 이온, 세포, 신선한 물질, 물의 추가.
3. 조건 생성물의 저장 2.2.
4. 반응 부분 2: 예로, 이에 한정되는 것은 아니나, 액체 또는 기체 상에서 작은 양의 조건 용액(예로, 1-10%의 물)을 첨가함으로써 구성 요소를 가수 분해하기 위한 열 흡수원(열 수요)의 사용.
5. 분리 부분 2: 조건 생성물, 폐기물, 효소, 효소 분리제 및 용매(또는 특히 물)로부터 중합된 구성 요소를 분리하기 위한 다른 분리 기술 및 단계의 사용.
6. 가수 분해된 구성 요소의 저장 2.3.
인산화된 화합물을 가진 "켐에너지" 과정 (도 2)
열 포획 루프
1. 공급 흐름의 저장.
2. 완충 저장으로부터 추가함에 의한 공급 흐름의 조건. 반응에 영향을 미치는 중요한 인자는 pH, 이온 농도(Ca2+, Mg2+, K , Na, C1-, Pi, 산, 등), 효소, 세포, 물, 용매, 온도 및 많은 다른 것들 중에 있다.
3. 반응: 이에 한정되는 것은 아니나, 예로 물의 추출, 제거 및/또는 증발과 같은 물 농도를 감소시킴으로써 열을 흡수하여 폴리인산 또는 그 염을 형성하는 축합 반응.
4. 구성 요소의 분리: 분리는 다른 과정 단계에서 행해질 수 있다. 특별한 분리 기술은 분자의 크기 및/또는 극성에 근거한 막 분리이다. 예로, 더 큰 구성 요소는 막을 통과할 수 없고, 더 작은 구성 요소는 통과할 수 있다.
● 막 분리 1a: 한외 여과, ATPase (또는 ATPase의 부분) 및 AT(D)P 분리제가 나머지 부분으로부터 분리된다. (표 2, MWCO < 2000, pH < 7)
● 막 분리 1b: 한외 여과, ATPase 또는 이 효소의 부분으로부터 ATP 분리제의 분리. (표 2, MWCO < 100,000, pH < 7)
● 막 분리 2: 나노여과, 물의 분리 (표 2, MWCO < 100, pH < 7)
● 막 분리 3: 이온 교환 막, 이온의 분리 (표 2, MWCO < 500,000, pH < 7)
5. 주변 환경 하에 저장 및 수송
일부 응용에 있어서, 상기 개시된 루프의 단계 2 및 3은 두 열을 이용하여 최대 농도 및 열 흡수 반응 상을 동시적으로 수행하여 각각 용매를 증발시키고 가수 분해된 구성 요소를 중합시킬 수 있다.
또한, 일부 응용에 있어서, 물이 용액으로부터 분리될 때, 단계 3 및 4는 중합된 구성 요소쪽으로 반응을 유도하기 위해 결합된다. 분리 기술은, 이에 한정되는 것은 아니나, 물을; 또는 작은 분량의 물과 함께 유기 용매를 증발시킨 후에 중량 액체에 의해 용매로부터 액체 추출을 분리하여 축합될 수 있다.
열 방출 과정 루프
1. 공급 흐름의 저장.
2. 완충 저장으로부터 추가함에 의한 공급 흐름의 조건. 반응에 영향을 미치는 중요한 인자는 pH, 이온 농도(Ca2+, Mg2+, K , Na, C1-, Pi, 등), 효소, 세포, 물, 용매, 온도 및 많은 다른 것들 중에 있다.
3. 반응: 액체 또는 기체 상에서, 물 또는 다른 가수 분해제를 첨가하여 열을 방출하는 가수 분해.
4. 구성 요소의 분리: 분리는 다른 과정 단계에서 행해질 수 있다. 특별한 분리 기술은 분자의 크기 및/또는 극성에 근거한 막 분리이다. 예로, 더 큰 구성 요소는 막을 통과할 수 없고, 더 작은 구성 요소는 통과할 수 있다.
● 막 분리 4a: 한외 여과, ATP 가수분해효소 (또는 ATP 가수분해효소의 부분) 및 AD(T)P 분리제가 나머지 부분으로부터 분리된다. (표 2, MWCO < 2000, pH < 7).
● 막 분리 4b: 한외 여과, A(D)TP 분리제로부터 분리된 ATP 가수분해효소 (또는 ATP 가수분해효소의 부분) (표 2, MWCO < 100,000, pH > 7).
● 막 분리 5: 나노여과, 물의 분리 (표 2, MWCO < 100, pH > 7)
● 막 분리 6: 이온 교환 막, 이온의 분리 (표 2, MWCO < 500,000, pH > 7)
● 동일한 효과를 가진 다른 분리 단계 순서가 만들어질 수 있다.
5. 주변 환경 하에 저장 및 수송.
일부 응용에 있어서, 상기 개시된 루프의 단계 2 및 3은 동시적으로 수행될 수 있고, 예로, pH의 조정은 반응 진행을 유지하기 위해 필요로 될 수 있다. 두 번째 가수 분해 요소가 물인 경우에는, 구성 요소의 분리는 필요하지 않을 것이다.
특히 도 2에 대한 더 상세한 설명이 있을 수 있다.
1. 다음의 온도 사이클에서 작동되었다 :
1.1. 온도 반응 1 생성물: 20℃ (주변 저장).
1.2. 온도 반응 1 열 입력 > 50℃, 바람직하게는 > 70℃: 특히 > 80℃ - 100℃; 보다 특히 > 140℃: 이용 가능한 산업 폐열로부터 유래.
1.3. 온도 반응 2 생성물: 적어도 20℃ (상온 저장하거나 더 높은 온도).
1.4. 온도 반응 2 열 출력 > 40℃: 중앙 난방 시스템 제공.
2. 반응 1 농도 pH < 또는 > 7에서 +80℃의 물에 있는 이온 및 물 농도, 예로, < 30%, 바람직하게는 < 10%; 특히 < 15%, 보다 특히 < 5-10% 또는 더 낮은.
3. 반응 2 농도 pH > 또는 < 7에서 +90℃의 물에 있는 이온 및 물 농도, 예로, > 30% AMP, 피로포스페이트, 이온 등과 같은 모든 하위 구성 요소는 본원에 나타나지 않는다.
4. ATP 및 ADP로서 본 발명에서 개시된 구성 요소의 모든 다른 종류의 인산염 또는 폴리인산염이 또한 이용될 수 있다: 특히 인산화 탄화수소, 인의 무기 산소산 또는 더욱 특히 폴리인산 및/또는 그 염.
5. 모든 상호 연결 흐름이 표시되는 것은 아니지만, 주요 표시된 연결은 숙련된 자에게 기능을 보여주기에 충분하다.
6. 펌프, 밸브, 배관 및 다른 표준 가공 장비의 사양은 표시되지 않았다.
7. 압력은 막에 대한 압력 강하에 따르고, 배관 압력은 떨어진다. 크기 및 구조에 따라 설계될 수 있다.
8. 장비 물질은 매질 환경(주로 pH 구동)에 대해 주의 깊게 선택되어야한다. 하스텔로이(hastelloy) 또는 이중(duplex) 장비 및 배관 물질은 본원의 응용을 위해 적합하다. 매질 환경에 저항하는 다른 물질(탄소 강철, 스테인리스 강 또는 다른 합금)이 물질 가격 및 원하는 수명을 위해 취해질 수도 있다.
공급 저장품 및 원료 물질
상기 과정을 위한 원료 물질은 다른 방법들로 생산될 수 있다. 하나는 바이오매스로부터 또는 이용 가능한 화학 물질 및 이용 가능한 화학 반응 경로로부터 구성 요소를 추출할 수 있다.
□ 사용되는 물질의 대부분은 ATP 또는 다른 뉴클레오티드에 대해 체외에서 의약품을 시험하기 위해 PHs을 사용하는 제약 회사에 의해 제출되는 경로를 가진다. 이러한 과정은 주로 작은 규모의 생산을 위한 것이고, 예로, 단위 정도(unit wise)의 열 사이클 응용을 위한 것이다.
□ 아세틸포스페이트를 생산하기 위해 아세트산 및 폴리인산과 같은 상업적으로 이용가능한 화학 물질을 결합하여 생성될 수 있는 물질도 있다. 이러한 공급 저장품은 대규모 열 사이클에 대해 이용될 수 있다.
□ 상업적으로 이용가능한 (폴리)인산, 바람직하게는 화학적으로 순수한 품질, 일반적으로 70%-85% H3PO4.
상기 사이클을 위한 특이성은 인산화 탄화수소 또는 무기 (폴리)인산 및/또는 그 염의 사용이다.
pH 조절
켐에너지 사이클에서, 열 저장 및 열 방출 부분의 모두에 대한 공급 흐름의 조건은 pH 조절을 포함한다. 공급 흐름에서 pH를 조절하는 임의의 알려진 방법이 사용될 수 있고, 예로, 상업적으로 이용가능한 Nafion®, Solopor®, 토요타 PEM 또는 3M PEM과 같은 "양성자 교환 막" (PEM)의 응용을 포함한다. 상기 막들은 단방향이고, 선택적으로 양성자를 막의 캐소드(음측)에 수송한다. 대안적으로, pH는 pH 조절제로서 특정 산/염기 복합체 또는 화학 물질을 이용하여 조절되고, 예로, HCl 또는 NaOH의 응용을 포함한다.
실시예 2 - 다른 시작 조건에서 켐에너지 과정의 실험실 시험
2.1. 상온에서 열 방출 과정 루프의 시작
1. 20℃ 및 주위 압력에서 물 및 폴리인산을 혼합한다. 하기 개시된 열 균형에 따라, 온도를 약 95℃까지 올리고, 혼합물을 교반한다.
2. 상기 따뜻한 혼합물 위에 진공을 만들고, 전기 저항을 가지고 혼합물을 따뜻하게 유지하고, 공기 응축기로 증발된 물을 제거한다. 이 증발(분리) 단계의 지속은 제거되는 물의 양에 따라 의존하지만, 약 1 시간 동안 지속될 수 있다.
3. 폴리인산염 혼합물을 주변 공기로 25℃까지 냉각한 후, 단계 1로 되돌아가서 루프를 폐쇄한다.
온도 변화의 계산 (델타 T):
혼합물의 질량%가 10% 물과 혼합된 90% 폴리인산인 경우, 300kJ/kg의 반응 열 및 1.5 kJ/kgK의 전체 평균 혼합물 열용량(Cp), 델타 T는 하기와 같은 단순한 열 균형으로부터 계산될 수 있다:
반응열 = (질량) × (Cp) × (델타 T).
따라서, 델타 T = (반응열) / [(CP) × (질량)]
앞서 언급한 반응 열을 사용하여, Cp와 질량, 온도/kg의 변화는 75℃일 것이다. 즉, 혼합물은 25℃로부터 100℃ 이하의 어떤 온도까지 상승할 것이다.
2.1.1. 주위 온도에서 시작할 때, 켐에너지 과정에 대한 결론
이 경우 반응 루프가 닫혀 있다는 사실에도 불구하고, 열역학적으로, 단계 1에서 생성된 열이 단계 2에서 혼합물로부터 물을 증발하기 위해 요구되는 에너지에 의해 상쇄된다는 사실로 인해 이해되지 않는다. 상기 이유로 인해, 그리고 본원에서 설명된 것처럼, 본 발명의 켐에너지 과정은 산업 공정으로부터의 폐열과 같은 외부 열원과의 결합에서 특히 유용하다. 상기 환경 하에 및 하기의 2.3.에서 설명된 것처럼, 열 방출 과정 루프는 산업의 잔여 열 수준, 예로 50℃ - 200℃ 사이, 더 구체적으로는 80℃ - 150℃ 사이에서 시작할 수 있으나, 만일 원하는 경우, 300℃와 같은 더 높은 온도로부터 시작할 수 있다.
2.2 산업의 잔여 열 온도에서 열 방출 과정 루프의 시작
이 실험에서는, 더 높은 수준까지 한 온도 수준의 열을 펌프하는 것이 목적이었다. 시험 1에서 단계 1의 온도 수준은 90℃였고, 이것은 산업 폐열이라고 불리는, 즉 60-120℃ 사이의 평균 온도 수준이다. 예로, 디젤 모터의 오일 냉각 수준은 약 90℃이다. 단계 1-4는 주기성 및/또는 가역성을 증명하기 위해 서로 10번 시험되었다.
1. 6 bar의 압력 하에 90℃에서 물 및 폴리인산염을 혼합한다. 상기 2.1과 유사하게 75℃의 델타 T가 예측될 수 있고, 혼합물을 계속해서 교반하는 동안, 온도는 약 165℃까지 상승하였다.
2. 혼합물을 약 90℃까지 주변 온도로 냉각하였다. 이것은 과정을 향한 방출과 비교된다.
3. 물이 증발할 때까지 따뜻한 혼합물 위로 압력이 가해졌고, 90℃의 물로 혼합물을 따뜻하게 유지하고, 공기 응축기로 증발된 물을 제거한다. 상기 증발(분리) 단계의 지속은 제거되는 물의 양에 따라 의존하지만, 약 1 시간 동안 지속된다.
4. 혼합물을 6 bar까지 가압하였고, 증발된 물은 단계 1에서 재사용되었고, 켐에너지 과정의 루프를 폐쇄하였다. 온도 상승은 약 30-50℃였다.
2.2.1. 잔여 열 온도에서 시작할 때, 켐에너지 과정에 대한 결론
두 번째 경우에서, 잔여 열이 증발 단계를 위해 사용된 이후, 오직 제한된 양의 첨가 에너지가 혼합물에 압력을 가하기 위해 필요하다. 결과적으로 낮은 엑서지 상태 (90℃)를 가진 잔여 열의 부분은 약 165℃의 더 높은 엑서지 상태까지 증대되었다. 상기 실험실 설정에서, 실험은 오직 90℃의 따뜻한 물을 165℃의 뜨거운 공기 속으로 올리기 위해 수행되었다. 그러나, 만일 다른 유체 및/또는 열원을 사용하는 경우, 본 사이클이 열 펌프를 생성하게 하여, 잔여 열을 유용한 에너지 및/또는 열로 만들거나 안정화시키는 것을 상상할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 켐에너지 과정은 1-2 bar의 잔여 증기를 사용하는 대신에, 6-10 bar의 고온 증기에 의해 유도된, 120-130℃에서 화학 공장에서 화학 반응을 유도하는데 사용될 수 있다.
따라서, 그것은 200℃ 이상의 훨씬 더 높은 온도 상승까지 올릴 수 있는 열/에너지원과 함께, 무기 산소산 및/또는 그 염, 특히 무기 폴리인산 및/또는 그 염의 가수 분해 반응에 의한 온도 상승의 조합이고, 그 결과 전체적인 열 에너지가 상승한다. 다른 환경에서 켐에너지 사이클의 다음 예시적인 응용으로부터 명백해질 것이고, 열원은 가수 분해 반응(C)의 반응 생성물(14)로부터 물(20)을 제거하기 위해 이용되는 하나의 방편으로, 즉 다시 말하면, 중합(축합) 반응 (A)을 유도하기 위해서; 및 반면에 가수 분해 반응(C)에서 사용된 축합된(중합된) 구성 요소(10)의 열 에너지를 증가시키기 위함이다.
하기 가능한 응용의 목록에서, 액체 인산(14)은 열/에너지원의 영향 하에 물(20)의 제거를 통해, 상기 일반식 Ib 및 Ic의 폴리인산(10)의 액체 혼합물을 향해 중합되기 위한(축합 반응 (A)) 단량체로서 사용되었다(중합체 길이는 일반적으로 >1이고, 전형적으로 약 2-7이다). 결국 조건 구성 요소(21)를 가지고 조절한 후에, 상기 중합(축합 반응)으로부터 얻어진 물은 역 반응, 즉 가수 분해 반응에서 재(사용)될 수 있거나, 대기 중으로 날린다. 에너지원에 따라, 중합 반응은 진공, 진공에 가까운 또는 작은 초과압력 하에서 실행된다. 약 140℃에서 시작하는 열원의 경우, 일반적으로 0.1-0.5 barg인 작은 초과압력이 바람직하나, 때때로 특정 가동 수요의 기능에서 더 높다. 압력 하에 약 80℃까지 올릴 수 있는 열원의 경우, 전형적으로 > 0.025 bar 또는 더 낮은 압력이 바람직하다. 약 80℃ 내지 140℃ 사이의 열원의 경우, 압력은 약간의 압력 ± 0.025 bar로부터 다소 1기압까지 변한다. 명백하게, 상기한 바와 같이, 켐에너지 사이클의 부분으로서, 중합 반응은 약 80-200℃, 특히 90-120℃ 범위의 더 낮은 온도에서 수행된다.
역 반응, 즉 가수 분해 반응(C)에서, 상기 폴리인산(10)의 액체 혼합물은 더 높은 에너지 수준까지 초기 잔여 열을 올리기 위해 열을 방출하는 발열 반응에서 폴리인산(14) 및 일부 폴리인산의 잔여를 향한 압력 하에 가수 분해된(물의 첨가) 중합체로서 사용된다. 다시, 폴리인산은 상기 언급된 축합 반응(A)에서 공급 흐름으로서 (재)사용될 수 있고, 따라서 본 발명에 따라 켐에너지 사이클을 폐쇄한다. 가수 분해 반응에서, 물은 액체 또는 기체 형태로, 따뜻한 물로 첨가될 수 있다. 기체 상태일 때, 이것은 폴리인산을 기체와 혼합할 때의 여분의 추가된 축합 열로 인해 가수 분해 반응에 여분의 향상을 제공한다. 원칙적으로, 가수 분해 반응은 상온에서 수행될 수 있으나, 원료(source)의 열에너지를 증가하기 위한 온도 상승(열 펌프)으로 사용될 때, 이에 한정되는 것은 아니나, 예로 60-500℃, 특히 120-500℃, 및 더욱 특히 150-300℃와 같은 더 높은 온도에서 수행된다. 상기 예에서, 및 이미 본원에 설명된 것 같이, 열/에너지원은 가수 분해 반응(C)에서 사용된 축합(중합) 구성 요소(10)의 열 에너지를 증가시키기 위해서도 사용될 것이다.
명백하게, 앞서 언급한 켐에너지 과정의 핵심은 폴리인산 대 인산의 가수 분해 반응의 가역성이다. 따라서, 원칙적으로 인산은 폐쇄된 사이클에서 사용될 수 있으나, 일부 비가역적 부 반응이 발생할 수 있기 때문에, 약간의 유출물(폐기물) 및 인산의 새로운 공급이 최적의 성능을 유지하기 위해 필요할 수 있다. 결과적으로, 인산 농도는 약 80-90%; 특히 가수 분해 후에 약 84-94% 및 약 90-100%; 특히 가수 분해 전에 약 94-100% 범위의 농도를 가지고 사이클 전체에 걸쳐 꽤 안정하다.
응용에 따라, 사이클은 또한 연속적이고(반응 (A) 및 (C) 사이의 공급 흐름의 연속적인 흐름), 예로;
-응용 1(도 3): 또 다른 공정, 환경, 태양, 바람 등으로부터 잔여 열을 사용하여 공정, 창고, 주거 지역, 슈퍼마켓 등을 가열/냉각하는 잔여 열을 유기하는 열 펌프,
-응용 2(도 4): 증기, 물, 열 오일 등과 같은 하나의 열 액체 온도/압력 수준으로부터 증기, 물, 열 오일 등과 같은 열 액체의 더 높은 온도/압력 수준까지 열 에너지를 증가시키기 위한 열 네트워크 사이의 열 펌프,
-응용 5(도 5): 공정, 환경, 태양, 바람, 열 병합 전력, 이웃 또는 다른 사람으로부터의 잔여 열을 가지고 산업 공정, 창고, 슈퍼마켓, 냉장고, 주택, 주거 지역 등을 냉각하기 위한 높은 주변 온도를 가진 냉각을 생성하기 위한 열 펌프 기술의 사용,
-응용 6(도 6): 전기 생성에서 터빈에 증기를 확장하기 위하여 증기 발생을 위한 열 펌프를 통한 공정, 태양, 바람, 열병합 전력 등으로부터 잔여 열의 변환,
-응용 7(도7): 공정, 태양, 바람, 열병합 전력 등으로부터 잔여 열을 증대시키고, 전기를 위한 '유기 랭킹 사이클' (ORC) 터빈으로 변환,
-응용 8(도8): 응용 7에 대한 것처럼, 다소 동일한 방식을 이용한 전기를 위한 태양 열의 변환, 오직 열원으로서 태양 열이 대신 사용된다는 점이 다르다. 이 특별한 응용에서, 중합(축합) 반응에서 액체 인산(14)의 일부(14b) 또는 전부를 완전히 탈가수분해 하기 위해 태양 열이 사용될 수 있고, 순수한 (고체) 또는 거의 순수한 (슬러리) P2O5을 제공한다. 이 경우에, 매우 높은 에너지 밀도에 도달하고(최대 3GJ/m3), 시스템은 상기 물질을 조절하기 위해 설계되어야 한다. 이것은 직접 또는 간접적으로 햇빛에 의해 지속적으로 가열된 용기(절연 용기)안에 흐르지 않는 인산을 가열하여 수행될 수 있고, 수증기는 오직 고체 P2O5의 건조 분말 또는 슬러리가 남을 때까지 인산으로부터 누출된다.
-응용 9(도 9): 풍력에 의한 전기 완충. 이 응용에서 열은 전기 저항에 의해 생성되고, 상기 열은 터빈에 증기를 확장하기 위해 증기 생성을 위한 열 펌프를 통해 사용되고, 전기를 발생한다. 그것은 전기 네트워크에서 딥(dip) 동안 바람에 의해 발생한 전기를 완충하기 위해 이용될 수 있고, 전기 네트워크에서 피크(peak) 동안 나중을 위해 보관한다;
불연속적이고 예로,
-응용 3 (도 10): 열 저장 탱크로 열 또는 에너지(잔여 열, 태양 열, 풍력 에너지, 증기, 등)의 완충, 이 응용에서 공정, 태양, 바람 및 다른 것들에 의한 잔여 열이 열을 증대 및 저장하기 위해 사용된다. 이것은 불연속적인 열 생산자를 연속적인 열 소비자에 연결하기 위해 사용될 수 있고, 반대로 또는 불연속적인 열 생산을 불연속적인 열 소모에 연결하기 위해 사용될 수 있다;
-응용 4(도 11): 열 수송에서, 그것은 잔여 열이 실제로 전송할 수 있는 형태로 변환되고 포획된다는 점에서 다르고, 한편으로는 벌크 선박, 컨테이너, 트럭, 파이프라인에 의해 강, 부두, 운하, 도시, 산업 또는 주거 지역 등의 또 다른 지역의 열 소모자(들) 또는 그 네트워크에 '잔여 열'의 수송을 가능하게 하고, 다른 한편으로는, 자동차, 버스, 배, 트럭, 등의 모터 열과 같은 수송 매체의 엔진의 잔여 열의 변환을 가능하게 하고, 가정, 직장 등과 같은 특정 위치에 전송되고, 안정화된다; 또는
이들의 조합(응용 10)이다.
여기에서 앞서 말한 켐에너지 사이클의 연속 또는 불연속적 작동이 완충 탱크의 부재 또는 존재에 의존한다는 인상을 만들 수 있고, 앞서 말한 응용에 있어서, 그것은 오직 연속적인 또는 불연속적인 에너지 변환을 나타낸다. 탱크가 반응 용액을 완충하기 위해 사용되는지에 상관없이, 모든 과정 1-9는 연속 또는 불연속적으로 작동될 수 있다. 결과적으로, 상기 각 응용에서 재발생 흐름을 나타내는 일반적인 흐름 도표(도 12)에서, 저장 탱크는 선택 사항이다.
상기 각 응용에 대한 흐름 도표에서 요소에 대한 상세한 설명은 하기 표 3에서 확인될 수 있다.
Figure pct00011
응용에 따라, 사이클은 하기와 같이 만들어질 수 있다.
Figure pct00012
소규모의 국내 응용으로부터 큰 산업 규모까지.
Figure pct00013
밑바닥에서(on skid), 작은 규모 큰 규모.
Figure pct00014
콘테이너 또는 다른 이동식 플랫폼에서.
각 가능한 응용에서, 사이클은 간단한 온도, 압력, 유량 또는 다른 센서 조절 밸브 및 시스템으로 조절될 수 있고, 또는 간단한 전기 및 장치 설계 및/또는 매우 정교한 전기 및 장치 설계 사이에 있는 어떤 것으로부터 설계되고, 인터넷, 휴대폰 또는 다른 것들에 연결된 최적화기로 완전히 자동화된 설치를 가지며, 하루에 24시간 최대 경제적인 출력으로 운영된다. 최적화기는 요구, 주변 온도, 바람 또는 설치의 성능 또는 경제학을 결정하는 다른 환경에서 실행될 수 있다.
예로, HAZOP와 같은 산업 표준화된 안전성 검토를 근거로, 설치는 본질적인 안전 설계(예로, 진공 및 최대 작동 압력 +10%), 압력 밸브, 또는 자동화된 안전 무결성 기능(SIF 또는 SIL) 시스템 또는 이러한 설계 기준의 조합을 포함하는 높은 안전 표준에 따라 설계된다. 설치는 안전 작동 범위에서 설치를 유지하기 위해 알람(alarm) 및 트립(trip)으로 조절된다. 장비의 기본 설계는 공정 설계에 의존하나, 상세한 장비 설계는 PED, ASME 또는 다른 지역적인 설계 코드 또는 첨단 기술의 현지 상황을 충족하기 위해 달라질 수 있다.

Claims (16)

  1. 흡열 축합 반응에 의한 반응 혼합물의 에너지 함량을 저장 또는 증가하는 방법으로서, 상기 반응 혼합물은 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염 및 물을 포함하고, 상기 반응은 상기 반응 혼합물로부터 구별되는 열원으로부터 열 입력에 의해 가능하게 되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 반응 혼합물로부터 구별되는 열원은 산업 공정들로부터의 잔여 열, 또는 태양 또는 풍력 에너지와 같은 천연 자원으로부터 유도된 열인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 물 및/또는 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염은 반응 혼합물로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응 혼합물의 반응 생성물의 발열 가수 분해를 통해 차후의 공정 단계에서 저장 또는 증가된 반응 혼합물의 에너지 함량을 방출하는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염은 질소, 황 또는 인의 산소산, 또는 그에 상응하는 염인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염은 일반식 (I)로 표시되는 것을 특징으로 하는 방법:
    R- O p -(( O n X ( OQ ) m -0) y )- R' (I)
    여기에서;
    R은 수소, 탄화수소 또는 Z(하기에 설명된 것처럼)을 나타내고;
    X는 황, 질소, 또는 인을 나타내고;
    Z는 -(On X(OQ)m-0)y-R''을 나타내고;
    R' 및 R''는 각각 수소, 탄화수소 또는 금속 양이온을 독립적으로 나타내고;
    n = 1 또는 2; m = 0 또는 1; p = 0 또는 1이고;
    y = 적어도 1이고; 및
    Q는 각각 수소, 탄화수소 또는 금속 양이온을 독립적으로 나타낸다.
  7. 제 6항에 있어서, 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염은 일반식 (Ia)로 표시되는 폴리인산 및/또는 그 염인 것을 특징으로 하는 방법:
    R-O-(( OP ( OQ ) m -0) y - R' ( Ia )
    여기에서,
    R 및 R'는 각각 수소, 탄화수소 또는 금속 양이온을 독립적으로 나타내고;
    m = 0 또는 1; y = 적어도 1; 및
    각각의 Q는 수소, 탄화수소 또는 금속 양이온을 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 폴리인산 및/또는 그 염은;
    a. 다음 식으로 표시된 순수한 무기 선형 폴리인산 또는 그 염;
    M n +2 P n O (3n+1) ( Ib ) 여기서 n 은 적어도 2; M은 H+ 또는 금속 양이온이고;
    b. 다음 식으로 표시된 순수한 무기 고리형 폴리인산 또는 그 염;
    M n P n O 3n ( Ic ) 여기서 n = 적어도 3; M은 H+ 또는 금속 양이온이고;
    c. 가지형; 또는
    d. 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 6항, 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 금속 양이온은 1가 금속 양이온이고, 더욱 특히 K 또는 Na인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 6항 또는 제 7항에 있어서, y는 1 내지 100의 범위 내이고; 더욱 특히 1 내지 10의 범위 내이고; 여전히 더욱 특히 1 내지 3의 범위 내인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 7항에 있어서, 인산염은 포스포에놀피루베이트, 글리세라텔, 3 비 포스페이트, 포르밀 포스페이트, 아세틸 포스페이트, 프로피오닐 포스페이트, 부티릴 포스페이트 또는 다른 카르복실 포스페이트, 포스포-크레아틴, 포스포-아르기닌, 글루코오스 포스페이트 (1 또는 6-포스페이트), 프럭토오스 포스페이트, 글리세롤-3-포스페이트, 니코틴 아미드 아데닌 디뉴클레오티드 포스페이트 (NADP), 디히드록시아세톤포스페이트, 글리세르알데히드포스페이트, 자일로오스포스페이트, 리보오스포스페이트, 세도헵툴로오스포스페이트, 에리트로오스포스페이트, 리불로오스포스페이트 포스포-세린, 아스파르틸포스페이트 및 아데노신포스페이트를 포함하는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 흡열 축합 반응은 다음의 식에 의해 표시되는 것을 특징으로 하는 방법:
    HOXOn(OH)mOR' + R-Op-((XOn(OH)m-O)y-1)-H ->
    R-Op-((XOn(OH)m-O)y)-R' + H2O
  13. 제 12항에 있어서, X는 인을 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. - 에너지를 포획하기 위한 포획 수단;
    - 포획 및 저장 수단이 적어도 부분적으로 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염 및 물을 포함하는 반응 혼합물로 채워진 적어도 하나의 용기를 포함하고, 상기 반응 혼합물에서 수행되는 흡열 축합 반응을 갖는데 적합하고, 상기 용기로 열 전달에 있어서 발열체(heating element)를 포함하는 포획된 에너지를 저장하기 위한 저장 수단을 포함하는, 에너지를 포획 또는 저장하기 위한 시스템.
  15. 제 14항에 있어서, 차후의 발열 가수분해 단계에서 포획 및 저장된 에너지를 방출하기 위한 방출 수단을 포함하는 것을 더욱 특징으로 하는 시스템.
  16. 제 14항에 있어서, 반응 혼합물이 제 2항 내지 제 11항 중 어느 한 항의 무기 산소산 화합물 및/또는 그 염을 포함하는 것을 더욱 특징으로 하는 시스템.
KR1020137022394A 2011-01-26 2012-01-24 열 에너지 저장을 위한 방법 및 구성 요소 KR101885825B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1101337.2 2011-01-26
GBGB1101337.2A GB201101337D0 (en) 2011-01-26 2011-01-26 Methods and components for thermal energy storage
PCT/EP2012/051025 WO2012101110A1 (en) 2011-01-26 2012-01-24 Methods and components for thermal energy storage

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140040114A true KR20140040114A (ko) 2014-04-02
KR101885825B1 KR101885825B1 (ko) 2018-08-06

Family

ID=43769640

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020137022394A KR101885825B1 (ko) 2011-01-26 2012-01-24 열 에너지 저장을 위한 방법 및 구성 요소

Country Status (23)

Country Link
US (1) US9163868B2 (ko)
EP (2) EP2668459B1 (ko)
JP (1) JP5925810B2 (ko)
KR (1) KR101885825B1 (ko)
CN (1) CN103384809B (ko)
AU (1) AU2012210610B2 (ko)
BR (1) BR112013019055B1 (ko)
CA (1) CA2825467C (ko)
CY (1) CY1117256T1 (ko)
DK (1) DK2668459T3 (ko)
EA (1) EA026677B9 (ko)
ES (1) ES2559019T3 (ko)
GB (1) GB201101337D0 (ko)
HR (1) HRP20160021T1 (ko)
HU (1) HUE026609T2 (ko)
MY (1) MY164107A (ko)
PL (1) PL2668459T3 (ko)
PT (1) PT2668459E (ko)
RS (1) RS54534B1 (ko)
SI (1) SI2668459T1 (ko)
SM (1) SMT201600030B (ko)
WO (1) WO2012101110A1 (ko)
ZA (1) ZA201305627B (ko)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10752526B2 (en) * 2012-02-12 2020-08-25 Bluflow Technologies, Inc. Method for destruction of reducible contaminants in waste or ground water
US20130220933A1 (en) * 2012-02-12 2013-08-29 William A. Farone Apparatus for the use of nanoparticles in removing chemicals from aqueous solutions with subsequent water purification
GB201213266D0 (en) 2012-07-26 2012-09-05 Univ Gent Membranes, azeotropic & catalytic components
ITMI20121866A1 (it) * 2012-10-31 2014-05-01 Versalis Spa "metodo e sistema per il recupero energetico in un impianto"
CN103352814B (zh) * 2013-07-25 2015-06-24 中国科学院工程热物理研究所 抛物槽式太阳能集热与化学热泵结合的复合发电系统
DE102014223402A1 (de) * 2014-11-17 2016-05-19 Hic Hamburg Institut Consulting Gmbh Verfahren und System zur Nutzung von in einer Anlage anfallender Wärme
US10596880B2 (en) 2015-05-29 2020-03-24 Thermo King Corporation Method and system for controlling the release of heat by a temperature control unit
WO2017065683A1 (en) 2015-10-16 2017-04-20 Climeon Ab Methods to store and recover electrical energy
US9920658B2 (en) 2015-12-08 2018-03-20 Applied Research Associates, Inc. Dry cooling system using thermally induced vapor polymerization
US10752821B2 (en) 2015-12-08 2020-08-25 Applied Research Associates, Inc. Dry cooling systems using thermally induced polymerization
US10066142B2 (en) 2015-12-08 2018-09-04 Applied Research Associates, Inc. Dry cooling system using thermally induced vapor polymerization
US10487694B2 (en) 2015-12-08 2019-11-26 Applied Research Associates, Inc. Dry cooling system using thermally induced vapor polymerization
US9702596B2 (en) * 2015-12-08 2017-07-11 Applied Research Associates, Inc. Dry cooling system using thermally induced vapor polymerization
EP3187563B1 (en) * 2016-01-04 2020-03-04 Nebuma GmbH Thermal storage with phosphorus compounds
DE102016205283A1 (de) * 2016-03-31 2017-10-05 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren
CN109026223B (zh) * 2018-08-29 2023-06-16 华电电力科学研究院有限公司 基于燃气内燃机和燃料电池联供的冷热电综合能源集成系统及工作方法
GB2602832A (en) * 2021-01-18 2022-07-20 Caloritum Sorption cooling system for contaminated heat sources
WO2023002235A1 (en) 2021-07-22 2023-01-26 Hamon & Cie (International) Air cooling system associated to a co2 direct gas capture system
US11970652B1 (en) 2023-02-16 2024-04-30 Microera Power Inc. Thermal energy storage with actively tunable phase change materials

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0347889A (ja) * 1989-02-17 1991-02-28 Nok Corp 潜熱蓄熱材
KR20070056915A (ko) * 2005-11-30 2007-06-04 인더스트리얼 테크놀로지 리서치 인스티튜트 헤테로 원자 함유 카본 나노캡슐이 들어 있는 열전달유체
JP2007309561A (ja) * 2006-05-17 2007-11-29 Tokyo Institute Of Technology ケミカルヒートポンプ
JP2009262748A (ja) * 2008-04-24 2009-11-12 Toyota Central R&D Labs Inc 車両用化学蓄熱システム

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1396292A (en) 1971-02-10 1975-06-04 Randell J E Heat storage units
US4161210A (en) * 1975-01-10 1979-07-17 Halff Albert H Temperature increase system
US4532778A (en) 1979-11-16 1985-08-06 Rocket Research Company Chemical heat pump and chemical energy storage system
JPS56155388A (en) * 1980-04-14 1981-12-01 Toshiba Corp Heat exchanging method and apparatus therefor
DE3025817A1 (de) * 1980-07-08 1982-02-04 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Chemische waermespeicherung
JPS5860198A (ja) 1981-10-03 1983-04-09 Matsushita Electric Works Ltd 蓄熱材
US4421734A (en) 1982-05-11 1983-12-20 Ga Technologies Inc. Sulfuric acid-sulfur heat storage cycle
JPH01161082A (ja) 1987-12-17 1989-06-23 Technol Res Assoc Super Heat Pump Energ Accum Syst 蓄熱媒体組成物
US6177025B1 (en) 1998-11-17 2001-01-23 University Of Utah Absorption heat pumps having improved efficiency using a crystallization-inhibiting additive
AU6616600A (en) 1999-08-03 2001-02-19 Government of The United States of America, as represented by The Secretary Department of Health & Human Services, The National Institutes of Health, The Molecular motor
EP1089372A1 (en) 1999-09-28 2001-04-04 Nelson E. Camus Independent and self-sustainable power generation and storage system
JP5044900B2 (ja) * 2004-06-07 2012-10-10 ソニー株式会社 燃料電池、電子機器、移動体、発電システム及びコージェネレーションシステム
CN101168481A (zh) 2006-10-27 2008-04-30 上海市上海中学 仿生学在建筑储能上的应用
JP5076554B2 (ja) * 2007-03-02 2012-11-21 Ｊｆｅエンジニアリング株式会社 包接水和物を生成する性質を有する水溶液、包接水和物及びそのスラリー、包接水和物スラリーの製造方法並びに潜熱蓄熱剤
CN101855508B (zh) * 2007-11-13 2012-05-30 松下电器产业株式会社 化学储热装置
CN101592455A (zh) * 2009-06-26 2009-12-02 吴耀琪 太阳能高温相变储热器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0347889A (ja) * 1989-02-17 1991-02-28 Nok Corp 潜熱蓄熱材
KR20070056915A (ko) * 2005-11-30 2007-06-04 인더스트리얼 테크놀로지 리서치 인스티튜트 헤테로 원자 함유 카본 나노캡슐이 들어 있는 열전달유체
JP2007309561A (ja) * 2006-05-17 2007-11-29 Tokyo Institute Of Technology ケミカルヒートポンプ
JP2009262748A (ja) * 2008-04-24 2009-11-12 Toyota Central R&D Labs Inc 車両用化学蓄熱システム

Also Published As

Publication number Publication date
EP2995895A1 (en) 2016-03-16
CA2825467C (en) 2016-10-11
BR112013019055A2 (pt) 2016-10-04
EP2668459A1 (en) 2013-12-04
HRP20160021T1 (hr) 2016-03-11
SMT201600030B (it) 2016-02-25
JP5925810B2 (ja) 2016-05-25
EA201370167A1 (ru) 2014-01-30
EP2668459B1 (en) 2015-10-28
EA026677B1 (ru) 2017-05-31
CA2825467A1 (en) 2012-08-02
EA026677B9 (ru) 2017-08-31
US9163868B2 (en) 2015-10-20
MY164107A (en) 2017-11-30
KR101885825B1 (ko) 2018-08-06
PL2668459T3 (pl) 2016-04-29
JP2014503786A (ja) 2014-02-13
ES2559019T3 (es) 2016-02-10
CN103384809A (zh) 2013-11-06
SI2668459T1 (sl) 2016-04-29
RS54534B1 (en) 2016-06-30
CN103384809B (zh) 2016-01-20
BR112013019055B1 (pt) 2020-07-21
NZ613505A (en) 2015-02-27
ZA201305627B (en) 2014-04-30
US20130306268A1 (en) 2013-11-21
DK2668459T3 (en) 2016-01-25
WO2012101110A1 (en) 2012-08-02
AU2012210610B2 (en) 2016-10-27
PT2668459E (pt) 2016-02-17
HUE026609T2 (hu) 2016-06-28
CY1117256T1 (el) 2017-04-26
GB201101337D0 (en) 2011-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101885825B1 (ko) 열 에너지 저장을 위한 방법 및 구성 요소
AU2012210610A1 (en) Methods and components for thermal energy storage
Luqman et al. Thermodynamic analysis of an oxy-hydrogen combustor supported solar and wind energy-based sustainable polygeneration system for remote locations
Sezer et al. Development and performance assessment of a new integrated solar, wind, and osmotic power system for multigeneration, based on thermodynamic principles
CN102795693B (zh) 基于lng冷能利用的太阳能和风能联合驱动的海水淡化系统
CN101506596A (zh) 高效吸收式热泵及使用方法
WO2017065683A1 (en) Methods to store and recover electrical energy
NZ551788A (en) Apparatus for producing hydrogen using geothermal energy to superheat water before electrolysis
KR101338187B1 (ko) 태양에너지를 이용한 해수담수화 및 이원사이클발전시스템
Mansouri et al. Optimal integration of organic Rankine cycle and desalination systems with industrial processes: Energy-water-environment nexus
US20210293221A1 (en) Energy storage with hydrogen
Tong et al. Thermodynamic analysis of a solar thermal facilitated membrane seawater desalination process
Gnaifaid et al. Multi-objective optimization of a concentrated solar energy driven trigeneration plant with thermal energy storage: A case study for Turkey
Hassan et al. Performance and economic analysis of hybrid solar collectors‐powered integrated adsorption/reverse osmosis multigeneration system
Demir et al. Development and assessment of a solar driven trigeneration system with storage for electricity, ammonia and fresh water production
KR20110075384A (ko) 산업공정에서의 해수의 효율적 이용방법
Sorgulu et al. A solar energy driven thermochemical cycle based integrated system for hydrogen production
US20040237526A1 (en) L &amp; N cycle for hydrogen, electricity, &amp; desalinated seawater
NZ613505B2 (en) Methods and components for thermal energy storage
US11478743B2 (en) High temperature thermochemical energy storage system
Motieshirazi et al. Application of membranes in district energy systems
Kim et al. Performance of single‐and double‐effect operable mechanical vapor recompression desalination system adaptable to variable wind energy
Campbell et al. A new water and power combination: Vacuum vapor compression seawater distillation and natural gas fuel cells
Hai et al. Proposal and ANN-assisted optimization of a hybrid solar-and biomass-based energy system for electricity, freshwater, and hydrogen production
KR20130123966A (ko) 태양열을 이용한 해양 온도차 발전 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant