SE533461C2

SE533461C2 - Emission-free cooling system

Info

Publication number: SE533461C2
Application number: SE0801406A
Authority: SE
Inventors: Goeran Bolin
Original assignee: Climatewell Ab
Priority date: 2008-06-16
Filing date: 2008-06-16
Publication date: 2010-10-05
Also published as: WO2009154537A1; ZA201007951B; BRPI0915042A2; SE0801406L; CN102084195A; IL209990A0; EP2315988A1

Description

20 25 30 533 4E'l 2 tidigare hölls varm. En sådan enhetscell är lämpad att användas exempelvis med uppvärmning av solljus, genom att dess andra ände t ex är placerad i en solfångare, för att leverera kyla under dygnets mörka timmar. 20 25 30 533 4E'l 2 previously kept warm. Such a unit cell is suitable for use, for example, with heating of sunlight, in that its other end is, for example, placed in a solar collector, in order to supply cooling during the dark hours of the day.

Ett av flera möjliga utföranden av en enhetscell visas i den publicerade internationella patentansökningen WO 2007/139476. Enhetscellen enligt denna internationella patentansökan innefattar i det typiska fallet en långsträckt inresluten kammare, som vanligen är utrymmet inuti ett tillslutet rör. l den långsträckta kammaren ﬁnns både reaktor och kondensor/evaporator. I re- aktorn, som är belägen vid en andra ände av kammaren, finns aktiv substans, som bärs av en matris anbragt vid kammarens vägg vid demia ände. Vid den motsatta, första änden av kamma- ren är kondensorn/evaporatom belägen och den kan vara avskild från den andra änden av en mellanvägg. Mellanvåggen kan vara utformad som ett inre rör och då går en gaskanal i det inre röret till kammarens andra ände. Kondensorn/evaporatorn utgörs då av utrymmet mellan gaska- nalen och väggytoma i kammarens första ände och ånga kan kondenseras och uppsarnlas i och evaporera från detta utrymme. Enhetsröret kan vara tillverkat helt hermetiskt av glas eller emal- jerat stål.One of several possible embodiments of a unit cell is disclosed in the published international patent application WO 2007/139476. The unit cell of this international patent application typically comprises an elongate enclosed chamber, which is usually the space inside a closed tube. Both the reactor and the condenser / evaporator are located in the elongated chamber. In the reactor, which is located at a second end of the chamber, there is active substance, which is carried by a matrix arranged on the wall of the chamber at the other end. At the opposite, first end of the chamber, the condenser / evaporator is located and it may be separated from the other end by a partition. The partition wall can be designed as an inner tube and then a gas channel in the inner tube goes to the other end of the chamber. The condenser / evaporator then consists of the space between the gas duct and the wall surfaces at the first end of the chamber and steam can be condensed and collected in and evaporate from this space. The unit tube can be made completely hermetically of glass or enamelled steel.

I ﬁg. 1 - 3 visas ett system för uppvärmning och/eller kylning av ett objekt såsom ett hus H, allmänt benärrmd en användare. Systemet innefattar en övre behållare B och en undre behålla- re Kvf. Dessa innehåller en lämplig vätska Ll, L2 såsom vatten. Vätska kan automatiskt fås att förﬂytta sig uppåt till den övre behållaren när sådan funktion önskas och vätska kan automatiskt förﬂyttas nedåt från den övre behållaren när sådan funktion önskas. Detta regleras och drivs utan rörliga delar, utan något styrsystem såsom i vanligen förekommande uppvärmnings-/kylsystern och utan att någon elektrisk energi behöver förbrukas. All energi för att driva systemet tas från en yttre värmekålla, exempelvis från solens värme, och ur den icke önskade värmen i huset H.I ﬁ g. 1 - 3 shows a system for heating and / or cooling of an object such as a housing H, generally referred to as a user. The system comprises an upper container B and a lower container Kvf. These contain a suitable liquid L1, L2 such as water. Liquid can be automatically made to move upwards to the upper container when such a function is desired and liquid can be automatically moved downwards from the upper container when such a function is desired. This is regulated and operated without moving parts, without any control system as in the commonly used heating / cooling system and without the need to consume any electrical energy. All energy to operate the system is taken from an external heat source, for example from the heat of the sun, and from the unwanted heat in the house H.

Tillståndet vid laddning visas i ﬁg. 1. Systemets funktion under dagen, dvs under dygnets ljusa delar, är såsom följer: En kylanordning i form av en värmepumpsenhet såsom ett enhetsrör R av ovan beskrivet slag har sin forsta del Tl placerad i vätskan L] i den övre behållaren B, väsentligen i den övre delen av utrymmet i behållaren. Den övre behållaren är åtminstone delvis värmeisolerad med hjälp av isolering antydd vid Il. Den fria, andra delen T2 av enhetsröret är anbragt så att den tid- vis blir uppvärmd, såsom att den i fallet med solvärme kan bli solbelyst under dagtid. Värmen i den andra delen av enhetsröret R sprider sig därvid till den första delen T1 av enhetsröret, som är belägen inuti i den vätskefyllda övre behållaren B. Enhetsröret R laddas därvid såsom genom att flyktig vätska övergår ﬁån dess ackurnulatordel till kondensor-/evaporatordelen. För att detta skall fungera och enhetsröret skall kunna ta tillvara och kunna omvandla värmen till ett energila- 10 15 _20 25 30 533 431 3 ger, måste enhetsrörets första del T1 hållas väsentligt kallare än den andra delen T2. Denna nöd- vändiga kylning åstadkoms automatiskt genom att vätskan Ll i den övre behållaren B särskilt närmast enhetsröret R blir uppvärmt. Då stiger den uppvärmda vätskan, såsom visas av pilen 1, på grund av tyngdskillnad, genom att densiteten hos den uppvärmda vätskemängden är lägre än densiteten hos den vätskans kallare delar, upp mot en källa fór kyla, såsom en kylﬂäns Kf an- bragt vid den oísolerade delen av den övre behållaren B. Vid kylﬂånsen Kf kyls det uppåtstigan- de vattnet, genom att kylﬂänsen förmedlar den väsentligt lägre temperaturen hos den omgivande kallare luften till det uppåtstigande vattnet, varigenom detta blir tyngre och härefter rör sig nedåt, såsom visas av pilen 3, och kyler enhetsrörets R första del Tl.The state when charging is shown in ﬁ g. The function of the system during the day, i.e. during the bright parts of the day, is as follows: A cooling device in the form of a heat pump unit such as a unit pipe R of the type described above has its first part T1 placed in the liquid L] in the upper container B, substantially in the upper part of the space in the container. The upper container is at least partially thermally insulated by means of insulation indicated at II. The free, second part T2 of the unit tube is arranged so that it is heated from time to time, such that in the case of solar heat it can be sunlit during the day. The heat in the second part of the unit tube R then spreads to the first part T1 of the unit tube, which is located inside the liquid-filled upper container B. The unit tube R is then charged as by transferring volatile liquid from its accumulator part to the condenser / evaporator part. In order for this to work and for the unit tube to be able to utilize and be able to convert the heat into an energy source, the first part T1 of the unit tube must be kept substantially colder than the second part T2. This necessary cooling is achieved automatically by heating the liquid L1 in the upper container B, especially closest to the unit tube R. Then the heated liquid, as shown by the arrow 1, rises due to weight difference, in that the density of the heated amount of liquid is lower than the density of the colder parts of that liquid, up to a source for cooling, such as a cooling ﬂ and Kf placed at the uninsulated part of the upper container B. At the cooling K ridge Kf, the rising water is cooled, by the cooling ﬂ ridge transmitting the significantly lower temperature of the surrounding colder air to the rising water, whereby this becomes heavier and then moves downwards, as shown by the arrow 3, and cools the first part T1 of the unit tube R.

Den övre behållaren B bör vara placerad, så att skiktningar i vätsketemperattir i vertikalled verkligen erhålls, och en förutsättning för' att detta skall fungera, kan vara att den hela tiden är i ett vilotillstånd, utan någon påtvingad omrörning, och exempelvis inte utsätts för alltför stora vibrationer.The upper container B should be positioned so that layers of liquid temperature in the vertical direction are actually obtained, and a precondition for this to work may be that it is at all times in a dormant state, without any forced stirring, and for example is not subjected to excessive large vibrations.

Detta kretslopp i den övre behållaren B pågår, så länge som den andra änden uppvärrns, dvs i det speciella fallet när solen skiner på enhetsröret R, och samtidigt kylﬂänsen Kf har lägre temperatur än vätskan Ll intill enhetsrörets övre ände. Under hela denna tiden laddas också värmepumpen i enhetsröret R.This cycle in the upper container B lasts as long as the other end is warmed up, ie in the special case when the sun shines on the unit tube R, and at the same time the cooling kf has a lower temperature than the liquid L1 near the upper end of the unit tube. During all this time, the heat pump is also charged in the unit tube R.

Kylleverans visas i ﬁg. 2. 'Systemets funktion under natten, dvs under dygnets mörka del, är såsom följer: När uppvärmningen har upphört, dvs i det speciella fallet efter det att solen har gått ned och den omgivande luftens temperatur minskar, kommer enhetsrörets R temperatur att minska i den andra delen T2 av röret som ligger utanför den övre behållaren B, i det speciella fallet både på grund av att den omgivande luftens ternperatur minskar och på grund av att värmeenergi strå- lar bort från enhetsrörets ytteryta upp mot himmelen. Detta innebär, att enhetsrörets R temperatur i den första delen Tl , som år införd i den övre behållaren B, kommer att minska ännu mer, efter- » som den laddning som har skett under den föregående dagen leder till ett jåmviktsförhållande, vid vilket enhetsrörets inre, i vätskan Ll införda del vid den första änden Tl strävar efter att vara betydligt kallare än den utanför den övre behållaren B belägna andra delen av röret vid dess ände T2, såsom ca 30° C kallare i ett typiskt utförande av enhetsröret enligt ovan nämnda internatio- nella patentansökan.Cooling delivery is shown in ﬁ g. 2. The function of the system during the night, ie during the dark part of the day, is as follows: When the heating has ceased, ie in the special case after the sun has set and the ambient air temperature decreases, the temperature of the unit tube R will decrease in it. the second part T2 of the tube which lies outside the upper container B, in the special case both because the ambient air temperature decreases and because heat energy radiates away from the outer surface of the unit tube up to the sky. This means that the temperature of the unit tube R in the first part T1, which is introduced into the upper container B, will decrease even more, since the charge which has taken place during the previous day leads to an equilibrium ratio at which the interior of the unit tube , the part introduced into the liquid L1 at the first end T1 tends to be considerably colder than the second part of the tube located outside the upper container B at its end T2, such as about 30 ° C colder in a typical embodiment of the unit tube according to the above-mentioned internatio nella patent application.

När då enhetsrörets R i vätskan Ll införda första del T1 blir nedkyld på grund av urladd- ningen vid enhetsrörets värmepurnpftirilction, kommer vätskan i den övre behållaren B att kylas runt omkring enhetsröret R och därmed på grund av tyngdskillnaden förflyttas nedåt till den undre, med vätskan L2 fyllda behållare Kvf i pilens 5 riktning genom en eller ﬂera första rörled- 10 15 20 25 30 533 451 4 ningar 7 mellan den övre och undre behållaren. Den undre behållaren kan vara värmeisolerad med hjälp av ett värmeisolerande, omslutande hölje I2. Samtidigt kommer den undre behållarens Kvf varmare vätska genom en eller ﬂera andra rörledningar 8 för retur av vätska att stiga upp till den övre behållaren B såsom visas av pilen 9. Ett kretslopp har startat och kommer i det speciella fallet att fortgå hela natten, till dess solen igen belyser enhetsröret R vid dess utanför den övre behållaren B belägna andra del T2. Under detta fortskridande kretslopp kommer temperaturen i vätskan Ll i den övre behållaren att stiga och temperaturen i vätskan L2 i den undre behållaren Kvf att minska och den undre behållaren Kvf kommer att lagra en tillräcklig mängd kallvatten för att kunna kyla till exempel huset l-I eller kontoret under den följ ande dagen. , Även den undre behållaren Kvf bör vara placerad, så att skiktningar i vätsketernperattir i vertikalled verldigen erhålls på samma sätt som för den övre behållaren.When the first part T1 of the unit tube R introduced into the liquid L1 is cooled due to the discharge during the heat pump operation of the unit tube, the liquid in the upper container B will be cooled around the unit tube R and thus due to the difference in weight is moved downwards to the lower L2 filled containers Kvf in the direction of the arrow 5 through one or första your first pipelines 7 between the upper and lower container. The lower container can be heat-insulated by means of a heat-insulating, enclosing housing I2. At the same time, the warmer liquid of the lower container Kvf through one or two other liquids 8 for returning liquid will rise up to the upper container B as shown by the arrow 9. A cycle has started and in this particular case will continue all night, until the sun again illuminates the unit tube R at its second part T2 located outside the upper container B. During this progressive cycle, the temperature of the liquid L1 in the upper container will rise and the temperature of the liquid L2 in the lower container Kvf will decrease and the lower container Kvf will store a sufficient amount of cold water to cool, for example, the housing 11 or the office below the following day. , The lower container Kvf should also be placed, so that layers in the liquid periphery in the vertical direction are always obtained in the same way as for the upper container.

Kylleverans till användaren i form av huset H visas i ﬁg. 3. Systemets ﬁmktion när kyla skall distribueras är såsom följer: När kyla önskas, öppnas en ventil V1 i en första rörledning ll från den undre behållarens Kvf botten. Då kommer det kalla vattnet i den undre behållaren Kvf att, såsom visas av pilen 13, strömma genom demia rörledning och ventilen V1 ned i husets H system för distribution av kyla, ej visat. På grund av tyngdlagen kommer varmare vatten âtervåndai en andra rörledning 12 för retur av vätska, såsom visas av pilen 15, från husets distributionssystem, varigenom huset kyls genom det kretslopp som uppstår endast på grund av gravitationen och densitetsskillnaderna mellan varm och kall vätska. Kyla kan här levereras med en typisk temperatur av mellan till ex- empel 5 och 10° C vid användning av enhetsceller enligt den ovan nämnda internationella pa- tentansökningen.Cooling delivery to the user in the form of the housing H is shown in ﬁ g. 3. The system's function when cooling is to be distributed is as follows: When cooling is desired, a valve V1 is opened in a first pipeline ll from the bottom of the lower container Kvf. Then the cold water in the lower container Kvf will, as shown by the arrow 13, flow through the pipeline and the valve V1 down into the housing H system for distribution of cooling, not shown. Due to the law of gravity, warmer water returns a second fluid 12 pipeline 12, as shown by arrow 15, from the housing distribution system, whereby the housing is cooled by the cycle which occurs only due to gravity and the density differences between hot and cold liquid. Cooling can here be delivered with a typical temperature of between, for example, 5 and 10 ° C when using unit cells according to the above-mentioned international patent application.

Systemet visas också i sitt laddningstillstånd, under dagtid, i ﬁg. 4 och vid urladdning, dvs nattetid, i ﬁg. 5. Enhetscellen R, som kan vara ett paket av med varandra parallellt anordnade en- hetsrör, visas här ha sin yttre ände T2 placerad i en solfångare 17 på taket av huset H. Enhets- cellens inre, första ände Tl är såsom i tig. l - 3 belägen i den övre delen av den övre behållaren B och kylﬂänsen Kf är via rörledriingar 19 också kopplad till den övre behållarens övre del. Så- som visas bör den första rörledning 7, som förbinder den övre behållaren med den undre behålla- ren Kvf och är avsedd för att vid urladdning transportera kall vätska från den övre behållaren till den undre behållaren, utgå från den övre behållarens B botten och mynna någonstans i det inre av den undre behållaren, t ex ungefär vid dess mittornråde taget i vertikalled. På samma sätt bör den andra rörledning 8, som också förbinder den övre behållaren med den undre behållaren Kvf men är avsedd för att vid urladdning transportera relativt sett varm vätska ﬁån den undre behålla- ren till den övre behållaren, utgå från den undre behållarens övre vägg, dvs från dess översta del, 533 451 5 och mynna någonstans i det inre av den övre behållaren, också här exempelvis i dennas mittom- råde taget i vertikalled. Motsvarande gäller for de rörledningar, som förbinder den undre behålla- ren Kvf med husets H distributionssystern, så att särskilt den första rörledningen ll utgår från den undre behållarens botten och den andra rörledningen 12 mynnar någonstans centralt i 5 mittområdet av den undre behållaren.The system is also displayed in its state of charge, during the day, in ﬁ g. 4 and in case of discharge, ie at night, in ﬁ g. 5. The unit cell R, which may be a package of unit tubes arranged in parallel with each other, is shown here having its outer end T2 placed in a solar collector 17 on the roof of the housing H. The inner, first end T1 of the unit cell is as in fig. 1 - 3 located in the upper part of the upper container B and the cooling kf Kf is also connected to the upper part of the upper container via pipelines 19. As shown, the first pipeline 7, which connects the upper container to the lower container Kvf and is intended for transporting cold liquid from the upper container to the lower container when discharged, should start from the bottom of the upper container B and open somewhere in the interior of the lower container, for example approximately at its central tower area taken vertically. In the same way, the second pipeline 8, which also connects the upper container to the lower container Kvf but is intended to transport relatively hot liquid from the lower container to the upper container when discharged, should start from the upper wall of the lower container. , ie from its upper part, 533 451 5 and open somewhere in the interior of the upper container, also here for example in its central area taken vertically. The same applies to the pipelines which connect the lower container Kvf to the distribution system of the housing H, so that in particular the first pipeline 11 starts from the bottom of the lower container and the second pipeline 12 opens somewhere centrally in the central area of the lower container.

Claims

533 451 b PATENT REQUIREMENTS

System for delivering cooling in the form of cooled liquid to a user (H), characterized by -an upper container (B) and a lower container (Kvt), which contain liquid (L1; L2) and are interconnected by pipelines (7; 8) with constant free flow through these pipes, a cooling device (R) was used to cool the liquid which accumulates at the top of the upper container (B), and pipes (1 l; 12) from the the lower container (Kvt) for delivering cooled liquid to and receiving return of liquid from the user (H), the cooling device (R) comprising at least one elongate heat pump series having a first end (T1) containing the evaporator / condenser part of the heat pump which is located inside the upper container (B), so that the first end is located substantially in the upper part of the upper container, and further the heat pump unit has a second end (T2), which contains the accumulator part of the heat pump unit and which is placed to periodically heated or to warm up sleeve for a period of time, after which cooling is to be delivered from the system.

System according to claim 1, characterized in that the other end (T2) is arranged to be illuminated by sunlight.

System according to any one of claims 1 - 2, characterized in that the heat pump unit (R) comprises an elongate inner closed chamber, wherein in the other end (T2) of the heat pump series with the accumulator part ﬁ mis an active substance carried by a matrix.

System according to claim 3, characterized in that the elongate inner closed chamber of the heat pump unit (R) is the space inside a closed pipe.

System according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the pipelines (7; 8) which connect the upper container (B) and the lower container (Kvt) to one another comprise a first pipe (7) for delivery of cooled liquid having an upper mouth at the bottom of the upper container (B) and a lower mouth at an intermediate portion of the lower container (Kvf).

System according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the pipelines (7; 8) which connect the upper container (B) and the lower container (Kvf) to one another comprise a second pipe (8) for returning liquid having an upper mouth at an intermediate portion of the upper container (B) and a lower mouth at the upper part of the lower container (Kvt).

System according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the pipe lines (1 1; 12) which run from the lower container (Kvt) to the user (H) comprise a first pipe (11) for delivery of cooled liquid, which has an upper mouth at the bottom of the lower container (Kvt).

System according to claim 7, characterized in that the first pipe (1 1) comprises an on / off valve (V 1). 533 451 7

System according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the pipelines (11; 12) which run from the lower container (Kvr) to the user (H) comprise a second pipe (12) for returning liquid, which has an upper mouth at an intermediate portion of the lower container (Kvf).