SE534764C2 - Kemisk värmepump - Google Patents

Description

534 754 2 En lösning på problemet med falling-film-processen enligt ovan anvisas i svenskt patent 515688, enligt vilket ett nät används för att hålla kvar den aktiva substansen i sin fasta fas, så att klumpar av fast aktiv substans i pumparna därigenom kan undvikas. Eftersom bildande av fast aktiv substans därmed kan tillåtas är det möjligt att lagra mer energi.

En utveckling av den kemiska värmepumpen enligt det svenska patentet 515688 visas i svenskt patent 530959. I detta senare patent beskrivs en kemisk värmepump, vilken utnyttjar samma grundläggande process men i vilken nätet är utbytt mot ett lageri form av en matris. Mat- risen håller kvar den aktiva substansen både i dess flytande och fasta fas och är utspridd som en våt matta över det värmeledande materialet. Matrisen är inert och perrneabel fór den flytande fa- sen. En fördel med en sådan kemisk värmepump är att en stor mängd aktiv substans i fast eller flytande tillstånd kan hållas bunden i matrisen, så att den kemiska vännepumpen kan innehålla ett stort energilager. Matrisen har egenskapen att den suger åt sig vätskan respektive den flytande fa- sen av den aktiva substansen. Med matriskonstruktionen erfordras inte de elektriskt drivna pum- parna som tidigare användes i falling-film-processen.

En nackdel med den kemiska värmepumpen innefattande en matris kan i vissa fall vara, att matrisen ligger an mot det värmeledande materialet, så att det värmeledande materialet blir täckt av och skyms av matrisen. Evaporering av den flyktiga vätskan respektive kondensering av den flykti ga vätskans ångfas tar därigenom längre tid än om ytan vore ”synlig”, dvs direkt exponerad, fór den flyktiga vätskan respektive fór ångfasen av den flyktiga vätskan. Ångtransporten till och från det värmeledande materialet och mellan reaktordelen och kondensor-/evaporatordelen fór- svåras härigenom. Matrisen åstadkommer dessutom ett tryckfall när ånga ska passera genom mat- risen.

Med hänvisning till ovanstående är det en önskan att kunna kombinera fördelen hos en exponerad yta hos det värmeledande materialet såsom i falling-film-processen med fördelen hos en matris för lagring av aktiv substans i fast och flytande fas enligt det nämnda svenska patentet 530959.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Det är ett ändamål med uppfinningen att anvisa en effektiv kemisk värmepump.

I en kemisk värmepump som arbetar enligt hybridprincipen kan i endera av eller i både re- aktordelen och kondensor-/evaporatordelen uppsamlingsområden, här benärnnda lager, finnas, som verkar sugande på den aktiva substansen i dess upplösta, flytande tillstånd respektive på den flyktiga vätskan i dess flytande tillstånd, så att lagret kan uppta mer eller mindre av den aktiva substansen i dess upplösta, flytande tillstånd respektive mer eller mindre av den flyktiga vätskan i dess flytande tillstånd. Sugverkan kan erhållas på lämpligt sätt såsom med hjälp av kapillärsu- gande och/eller vätande krafter. Dessa lager är anordnade som avgränsade kroppar med endast 534 764 3 sådan begränsad anliggning mot den inre väggytan i reaktordel respektive och konden- sor-/evaporatordel, att det mellan anliggningsytoma finns fria områden av den inre väggytan.

Dessa fria områden har också en kapillärsugande och/eller vätande förmåga, som är på lämpligt sätt anpassad till den uppsugande såsom kapillärsugande respektive vätande förmågan hos lagren och utgör alltså ytområden, som kan ha värmeutbyte med ett yttre medium tvärs genom endast den vägg, vilken kan vara relativt tunn och på vilkens yta de fria områdena är belägna. Ett sådant nästan direkt värmeutbyte är effektivt och fórsiggår relativt snabbt.

Lagren kan exempelvis utföras som kroppar av matrismaterial utfonnade enligt det ovan nämnda svenska patentet 530959. I ett annat fall kan lagren innefatta andra lärnpliga kroppar med kapillärsugande och/eller vätande inre ytor, exempelvis två skivor av keramiskt material, såsom glasskivor, vilkas motstående väggytor är kapillärsugande och/eller vätande för den aktiva sub- stansen i dess flytande tillstånd resp. for den flyktiga vätskan och mellan vilka respektive vätska kan sugas in.

Med en sådan kemisk värmepump innefattande en exponerad yta hos en värmeledande vägg kombinerat med ett lager för exempelvis lagring av aktiv substans i dess flytande fas är det möjligt att uppnå samma effekt per ytenhet som vid falling-film-processen utan att använda me- kaniska, ofia elektriskt drivna, pumpar. Vid användning av matrismaterial i lagerkroppama är det möjligt att bibehålla matrisens stora lagringstönnåga.

Vidare kan med den kemiska värmepumpen högre effekt per ytenhet uppnås. Detta skulle exempelvis kunna utnyttjas, så att en mindre mängd material kan användas vid tillverkning av den kemiska värmepumpen och så att dess storlek därigenom skulle kunna minskas. Detta skulle kunna leda till minskade tillverkningskostnader för värmepumpen. En kemisk värmepump, i vil- ken en högre effekt kan uppnås per ytenhet, skulle även kunna leda till nya applikationsmöjlig- heter. Exempelvis skulle en sådan värmepump kurma användas för snabba processer, vid vilka laddning och urladdning är tänkt att ske under minuter i stället fór timmar som med kända ke- miska värmepumpar. För att uppnå detta är det viktigt att ytan hos det värmeledande materialet är så väl exponerad som möjligt och inte är täckt av en matris.

Den kemiska värmepumpen har alltså fria exponerade aktiva ytområden av värmeledande väggar och ett lager fór vätskefas, varvid både den aktiva ytan och lagret har förmåga att dra till sig respektive vätskefas såsom kapillärsugande och/eller vätande förmåga. Nackdelen med en skymmande matris kan härigenom elimineras samtidigt som fördelen med ett stort lager kan bi- behållas.

Den har beskrivna kemiska värmepumpen är sålunda allmänt av typen med aktiv substans och flyktig vätska, varvid vätskan kan absorberas av substansen vid en första temperatur och de- sorberas av substansen vid en andra högre temperatur. Den aktiva substansen har vid den första 534 784 4 ternperaturen ett fast tillstånd, från vilket den vid upptagande av den flykti ga vätskan och dennas ångfas omedelbart övergår partiellt i flytande tillstånd eller lösningsfas och vid den andra tempe- raturen har ett flytande tillstånd eller föreligger i lösningsfas, från vilket den vid avgivande av den flyktiga vätskan, särskilt dennas ångfas, omedelbart övergår partiellt i fast tillstånd. Den kemiska värmepumpen innefattar allmänt följande delar: - en reaktordel, som innehåller den aktiva substansen och som är utförd att uppvärmas och kylas av ett yttre medium med hjälp av värrneledning genom en eller flera avgränsande, värmeledande väggar, - en kondensor-/evaporatordel, som innehåller den del av den flyktiga vätskan, som föreligger i kondenserad form, och som är utförd att uppvärmas och kylas av ett yttre medium med hjälp av värmeledning genom en eller flera avgränsande, värmeledande väggar, och - en passage för den flyktiga vätskans ångfas, som förbinder reaktordelen och kondensor-/evapo- ratordelen med varandra.

Reaktordelen kan då enligt ovan innehålla ett lager för den aktiva substansen, som i ett ut- förande kan innefatta en matris i form av ett poröst material, så att den aktiva substansen åtmins- tone i sitt flytande tillstånd eller i sin lösningsfas kan kvarhållas i och/eller bindas till matrisen.

Alternativt eller i kombination därmed kan kondensor-/evaporatordelen innehålla ett lager för den flyktiga vätskan, vilket kan innefatta en matris i form av ett poröst, för den flyktiga vätskans ång- fas genomsläppligt material, så att den flyktiga vätskan i sitt flytande tillstånd kan kvarhållas i och/eller bindas till matrisen.

Matrisen kan i endera delen eller i båda delama vara anordnad i form av kroppar, vilka kan vara utformade som skivor eller plattor och har begränsade anliggningsytor mot den inre ytan av en eller flera av de värmeledande väggarna. Fria områden av ytorna av de värmeledande väggar- na finns då mellan anliggriingsytorna. Dessa fria områden av ytorna av de värmeledande väggar- na har kapillärsugande och/eller vätande egenskaper för den aktiva substansen i dess lösningsfas respektive för den flyktiga vätskan i dess vätskefas, som är anpassade till den kapillärsugande förmågan hos matrisen med avseende på den aktiva substansen i dess lösningsfas respektive för den flyktiga vätskan i dess vätskefas, särskilt så att de fria områdena av ytoma av de värmeledan- de väggarna har kapillärsugande eller vätande egenskaper fór den aktiva substansen i dess lös- ningsfas respektive för den flykti ga vätskan i dess vätskefas, som är större än den kapillärsugande förmågan hos matrisen med avseende på den aktiva substansen i dess lösningsfas respektive för den flyktiga vätskan i dess vätskefas, dvs så att den aktiva substansen i dess lösningsfas respekti- ve för den flyktiga vätskan i dess vätskefas lättare sugs in och/eller fördelas och sprids över de fria områdena av ytoma av de värmeledande väggama än in i matrisen.

De begränsade anliggningsytorna kan allmänt ha minimal eller relativt liten utsträckning, så 534 754 att de utgör en relativt liten del av ytan av respektive värmeledande vägg. De kan tex fór en vär- meledande vägg tillsammans utgöra högst 10 % eller till och med högst 5 % av ytan av den vär- meledande väggen.

Ytterligare ändamål och fördelar hos uppfinningen kommer att anges i den följande be- skrivningen och delvis vara uppenbara från beskrivningen eller kan erfaras genom utövande av uppfinningen. Ändamålen och fördelama med uppfinningen kan inses och erhållas medelst de förfaranden, processer, organ och kombinationer, som speciellt anges i de vidhängande patentkra- ven.

KORT FIGURBESKRIVNING Medan de nya särdragen hos uppfinningen anges särskilt i de vidhängande patentkraven, kan en fullständig förståelse av uppfinningen, både vad gäller organisation och innehåll, och av ovan angivna och andra särdrag hos denna vinnas ur och uppfinningen bättre inses genom be- traktande av följ ande detaljerade beskrivning av ej begränsande utföringsfonner som nedan fram- läggs med hänvisning till de bifogade ritningama, i vilka: - fig. la är en schematisk bild av en förut känd kemisk värmepump, som arbetar enligt hybrid- principen och med matris, - fig. lb är en schematisk bild liknande fig. la, i vilken matrisen är anordnad på armat sätt i för- hållande till de inre ytoma i reaktor- och kondensor-/evaporatordel i den kemiska värmepumpen, - fig. 2 åskådliggör hur flytande fas av aktiv substans i reaktor eller flyktig vätska i konden- sor/evaporator i en kemisk värmepump transporteras från ett lager ut över en aktiv yta eller hur flytande fas aktiv substans eller flyktig vätska transporteras från en aktiv yta till ett lager, och - fig. 3 är en delsektionsvy av en värmeväxlare med parallella kanaler, av vilka vissa kanaler tjänstgör som reaktor eller kondensor/evaporator i en kemisk värmepump och andra kanaler för cirkulation av ett yttre värmebärande medium.

DETALJERAD BESKRIVNING I den i fig. la schematiskt visade kemiska värmepumpen finns två behållare. En första be- hållare utgör en reaktordel 1, som innehåller en aktiv substans, vilken kan exotermiskt absorbera och endotenniskt desorbera ång- eller gasfasen av en flyktig vätska. Reaktordelen l är via ett rör eller en kanal 2 kopplad till en andra behållare, som utgör en kondensor-/evaporatordel 3. Den andra behållaren 3 fungerar som kondensor för kondensering av ånga av den flyktiga vätskan till dess vätskefonn och som evaporator av den flyktiska vätskan i dess vätskeform till ånga. Den ak- tiva substansen i reaktordelen l är på något sätt i värmeutbytande kontakt med ett yttre vännebä- rande medium 4, vilket symboliskt anges av pilarna 5, för tillförsel eller borttransport av värme.

Vätskan i kondensor-/evaporatordelen 3 är likaledes i värmeutbytande kontakt med ett andra yttre värmebärande medium 6, vilket symboliskt anges med pilarna 7, för tillförsel eller borttransport 534 ?B¿l av värme.

Enligt hybridprincipen växlar den aktiva substansen mellan fast och upplöst tillstånd. För att den kemiska värmepumpen skall kunna fungera enligt hybridprincipen måste den aktiva sub- stansen alltid kvarstanna i reaktordelen l. Ett sätt att uppnå detta är att med hjälp av ett nät be- gränsa rörligheten hos substansen i dess fasta form. Ett annat sätt är att använda en matris 8, som också kan fungera som energilager. En sådan matris håller kvar den aktiva substansen både i dess flytande och fasta fas och är inert fór den använda aktiva substansen och den flyktiga vätskan i deras olika faser. Vidare är matrisen perrneabel för den flyktiga vätskan i dess gastillstånd och kan vara anordnad inuti reaktordelen 1 i form av skikt 8 på en inre yta av en eller flera väggar 9.

Väggamas 9 yttre yta är i kontakt med det första yttre värmebärande mediet 4. På de inre ytorna av väggar ll i kondensor-/evaporatordelen 3 kan likadana skikt av matris 10 finnas, som då en- dast används fór att fasthålla och binda den flyktiga vätskan i dess vätsketillstånd.

I en sådan kemisk värmepump kan en relativt stor mängd aktiv substans hållas bunden i matrisen 8. Den kemiska värmepumpen kan då innehålla ett stort energilager. Matrisen är av ett material, som har egenskapen att det på sin yta väts av och därmed kan binda både den flyktiga vätskan i dess vätskefas och den flytande fasen av den aktiva substansen.

Matrisen 8, 10 ligger direkt an mot det värmeledande materialet i väggarna 9, ll. Väggar- nas inre yta är härigenom inte direkt exponerad fór ångan av den flyktiga vätskan och ångan står därför inte i direkt värmeledande utbyte med väggmaterialet och kan således exempelvis inte ky- las helt effektivt eller inte med full hastighet. På samma sätt är inte heller den aktiva substansen i dess lösta form eller vätskefas i direkt värmeledande utbyte med väggmaterialet, vilket ger en inte helt effektiv eller åtminstone inte helt snabb värmeöverfóring, exempelvis för förångriing av väts- kan i den aktiva substansen i dess upplösta form. Motsvarande gäller för kondensor-/evaporator- delen. Den inte helt snabba värmeöverföringen kan sägas bl a motsvaras av att matrisen åstad- kommer ett tryckfall när ånga ska passera genom matrisen.

För att åstadkomma att ångan skall kunna kommai direkt kontakt med de inre ytorna av de vänneledande väggarna 9, ll kan stora delar av dessa inre ytor lämnas fiia från matris medan matrisen är anordnad som ett uppsamlingsområde eller lager utformat som en eller flera kroppar 12, 13, vilka endast har relativt begränsad kontaktyta mot väggamas inre ytor, se fig. lb. Det kan vara önskvärt att den flyktiga vätskans ångfas skall kunna passera in i dessa kroppar och dessa kan då vara utförda som skikt med relativt liten tjocklek. Sådana skikt av matris kan exempelvis, såsom antyds i figuren, vara utförda som parallella relativt tunna plattor med ett eller flera hål så- som ett centralt beläget hål för att medge passage av ångan mellan respektive behållares 1, 3 olika delar.

Vätska, som har kondenserats eller bildats på ytan av de fria områdena 14, 15 av de värme- 534 754 7 ledande väggarna 9, ll, skall kunna bindas i respektive lager, dvs i kropparna 12, 13. Detta kan åstadkommas genom att materialet i kropparna av matris har en uppsugande såsom kapillärsugan- de effekt för vätskefasen av den aktiva substansen respektive fór den flyktiga vätskan, som är på lämpligt sätt avpassad till eller anpassad i förhållande till den adhesion eller vätning, som vätske- fasen av den aktiva substansen respektive den flyktiga vätskan har till ytan hos de fria områdena 14, 15 av väggamas innersida, eller omvänt genom att den adhesion eller vätning, som vätskefa- sen av den aktiva substansen respektive den flyktiga vätskan har till ytan hos de fria områdena av väggarnas innersida, är på lämpligt sätt avpassad till eller anpassad i förhållande till den uppsu- gande effekt, som materialet i kropparna har för vätskefasen av den aktiva substansen respektive för den flyktiga vätskan.

När det sålunda finns gott om vätskefasen av den aktiva substansen respektive av kondense- rad vätska i de fi-ia områdena 14, 15, sugs vätskan in i respektive lager, dvs matrisen i kroppama 12, 13, och binds där temporärt. När det i motsatt fall i lagren, dvs i kropparna 12, 13, finns rela- tivt gott om, dvs en relativt stor mängd eller andel, av vätskefasen av den aktiva substansen re- spektive av den flyktiga vätskan, sprids vätskefasen av den aktiva substansen respektive den flyk- tiga vätskan som ett skikt på ytan eller i ytskiktet av de fria områden 14, 15, där den lätt och snabbt kan förångas genom det nästan direkta värmeutbyte, som åstadkoms genom värmeledning i materialet i väggama 9, ll.

Den nämnda adhesionen eller vätningen, som vätskefasen av den aktiva substansen respek- tive den flyktiga vätskan har till ytan eller ytskiktet hos de fria områdena 14, 15 av de yttre vär- meledande väggamas 9, ll innersida och som orsakar att vätskefasen av den aktiva substansen respektive av den flyktiga vätskan kan spridas över dessa områden, kan åstadkommas, om så är nödvändigt, genom att dessa ytor behandlas för att fä de önskade aktiva egenskaperna. Detta kan t ex uppnås genom att belägga ytan hos det vänneledande väggmaterialet i väggarna 9, 11, genom vilket ledning av värme för värmeväxling med ett yttre medium sker, med ett lämpligt kapillärsu- gande material eller med ett material med lämplig vätning eller eventuellt genom att ytan hos det värmeledande väggmaterialet för värmevåxling behandlas, såsom mekaniskt, elektriskt eller ke- miskt.

I det fall att ytan hos de fiia områdena är belagd med ett kapillärsugande material kan den nämnda adhesionen eller vätningen, som vätskefasen av den aktiva substansen respektive den flyktiga vätskan har till ytan hos de fria områdena 14, 15 av de yttre värmeledande väggarnas 9, ll innersida, sägas vara ekvivalent med att ytan har en kapillärsugande fönnåga för vätskefasen av den aktiva substansen respektive den flyktiga vätskan. Sådana skikt med kapillärsugande ma- terial kan ha en tjocklek av storleksordningen 10 pm - l mm.

Om den vätande eller adhesiva förmågan eller den kapillärsugande förmågan hos eller i den 534 76-11 8 aktiva ytan är avpassad på lämpligt sätt, kan den i hög grad bidra till att flytande fas effektivt kan spridas ut över ytan av de fiia områdena 14, 15 av det värmeledande väggmaterialet i ytterväg- gama 9, ll för värmeväxling vid laddning respektive urladdning och den kemiska värmepumpen kan då drivas med hög effekt.

Den aktiva ytan kan exempelvis innefatta det kapillärsugande materialet A120; Det kapillärsugande materialet kan vara bundet tillsammans med exempelvis SiOz men det finns även andra alternativ till hur det kapillärsugande materialet kan vidhäftas till det värmeledande vägg- materialet. Den aktiva ytan bör vara inert, dvs ytan bör inte delta kemiskt i den kemiska värme- pumpsprocessen. Enligt ovan anpassas egenskaperna hos den aktiva ytan, så att den aktiva ytan erhåller förmåga att ge önskade kapillära eller vätande krafler på just vätskefasen av den aktiva substans respektive av den flyktiga vätska, som används i den kemiska värmepumpen.

Lagren, dvs kropparna 12, 13, skall allmänt ha sådana egenskaper att de kan suga till sig och binda en viss mängd av vätskefas av aktiv substans respektive flyktig vätska. Det är då inte helt nödvändigt att de är genomträngliga för ångan av den flyktiga vätskan. Lagren kan därför vara utformade som ytor med lämpligt avpassade vätningsegenskaper och/eller vara utformade med kapillärer, dvs kapillärsugande kanaler. Sålunda kan exempelvis materialet i en matris, om sådan används, innefatta porer eller kapillärer med så liten diameter, att de verkar kapillärsugande på respektive vätska.

I en kemisk värmepump enligt ovan används ingen pump för att sprida ut den flytande fa- sen av den aktiva substansen respektive vätskan över ytan av det värmeledande väggmaterialet vid laddning och urladdning. Den flytande fasen av den aktiva substansen respektive vätskan sprids i stället ut över ytan av det värmeledande väggmaterialet genom de kapillära krafierna i den aktiva ytan. Därmed kan den kemiska värmepumpen konstrueras med färre antal delar och utan mekaniska, ofta elektriskt drivna, pumpar, vilka pumpar annars kan minska den totala ener- giutvinningen. I den här beskrivna kemiska värmepumpen används i stället för elektrisk energi endast den rikligt förekommande värmeenergin för att åstadkomma "pumparbetet", som här ju är av kapillärt och/eller vätande slag. 1 fig. 2 visas på mycket principiellt sätt hur den flytande fasen av aktiv substans i reaktorde- len 1 eller flyktig vätska i kondensor-/evaporatordelen 3 pumpas från ett lager 16 såsom en matris utöver en aktiv yta l7 eller, alternativt, hur den flytande fasen av aktiv substans i reaktordelen 1 eller flyktig vätska i kondensor-/evaporatordelen 3 pumpas från den aktiva ytan 17 till lagret 16.

Till skillnad från den matris, som beskrivs i ovan närrmda svenska patent 530959, är matri- sen 12, 13 i den här beskrivna kemiska värmepumpen anordnad på ett sådant sätt, att den endast minimalt påverkar evaporering och kondensering, dvs matrisen är anordnad, så att den endast lig- ger an mot en minimal del av ytan hos det värmeledande väggmaterialet, genom vilket värmeväx- 534 754 9 lingen sker, se fig. lb och 2, eller till och med i vissa fall, så att energilagret inte ligger an alls mot denna yta. Till skillnad från konstruktionen enligt det nänmda svenska patentet 530959 är därmed väsentligen hela ytan hos det värmeledande materialet i väggama 9, 11 direkt åtkomlig för evaporering/kondensering, varvid detta åstadkoms utan något tryckfall för ångan, som rör sig mellan den kemiska värmepumpens olika delar. Eftersom väsentligen hela den inre ytan av de värmeledande väggarna kan hållas fri från matris, kan optimal ångtransport och därmed hög ef- fekt erhållas. Den mängd ånga, som kan transporteras till respektive från det värmeledande vägg- materialet i väggama 9, 10, är större än i den kända konstruktionen. Lagret 12, 13 fór vätskefas anbringas på så sätt, att vätskan antingen genom lämpliga krafter, såsom kapillära och/eller vätan- de krafter, pumpas ut från lagret eller i den kemiska värmepumpens andra processfas genom lämpliga, såsom kapillära och/eller vätande, krafier pumpas tillbaka till lagret. Lagret konstrue- ras, så att det är i stånd att med hjälp av lämpliga krafter hålla kvar den aktiva substansen i dess flytande tillstånd i reaktordelen l och i kondensor-/evaporatordelen 3 hålla kvar den flyktiga väts- kan. Krafterna som verkar i lagret 12, 13 på flytande fas eller vätska anpassas dock, så att dessa krafter inte är lika starka som krafterna hos eller i den aktiva ytan i de fria områdena 14, 15, vilka verkar på samma flytande fas eller vätska. Den flytande fasen eller den flyktiga vätskan kan där- med från lagret 12, 13 matas ut på den aktiva ytan i de fria områdena av ytterväggarnas 9, ll in- nersida. Vid exempelvis laddning av den kemiska värmepumpen matas sålunda den flytande fa- sen i reaktordelen 1 ut på den aktiva ytan såsom beskrivs nedan.

En ernpirisk formel för beräkning av den kapillära kraflen i den aktiva ytan, om demra är ut- förd som ett skikt av partiklar, kan vara: cos* 901- - i) W = kol das ds 0.8 där WN är kapillär medelpumphastighet i den aktiva ytan för penetrationssträckan L, dvs den sträcka som vätskefasen färdas i det kapillära systemet.

K är en konstant, a är ytspänningen hos vätskan, 9 är vätskans vätningsvinkeln mot den aktiva ytan, p är vätskans densitet, g är gravitationsaccelerationen, ,u är vätskans viskositet, 534 'FE-ll 1 0 L är penetrationssträckan du är partikeldiametern i den aktiva ytans kapillärsugande skikt, och d, är partikeldiametem i energilagret.

Denna formel är baserad på tester med en aktiv yta och ett lager 12, 13 bestående av korn med olika komstorlekar. Formeln är giltig för penetrationssträckor L ß 5 - 40 mm. Såsom kan ut- läsas av formeln får pumphastigheten i den aktiva ytan ett meningsfullt värde endast när villkoret llda, > l/d, är uppfyllt. De experimentella mätningama har visat, att det optimala förhållandet mellan da, och d, är omkring 1:3.

Då den kemiska värmepumpen laddas, kan reaktordelen 1 upphettas till lämplig temperatur med hjälp av en värmekälla, exempelvis solen, som uppvärmer det första yttre mediet 4 eller di- rekt den yttre ytan hos de värmeledande väggama 9. Vid laddning anordnas annars allmänt på något lämpligt sätt så att reaktordelen l på grund av yttre inverkan får en högre temperatur än kondensor-/evaporatordelen. Den aktiva substansen föreligger vid början av laddningen i sin fly- tande fas och är bunden i sin vätskefas i lagret 12 i reaktordelen.

Eftersom materialet i lagret 12 och den aktiva ytan 14 är utförda, så att de kapillära krafter- na i lagret inte är lika starka som de kapillära eller vätande kraftema i det värmeledande materia- lets aktiva yta, kan den flytande fasen efterhand kapillärt pumpas ut och spridas över den aktiva ytan, dvs den inre fria ytan av det värmeledande väggmaterialet. Tack vare egenskapema hos den aktiva ytan hos det värmeledande materialet pumpas den aktiva substansen i sin lösningsfas ut till och fördelas över det värmeledande väggmaterialets yta. Slutligen mättas det kapillära systemet i den aktiva ytan av den aktiva substansens flytande fas, varvid ytterligare utpumpad vätska i den aktiva substansens flytande fas kan förångas från den aktiva ytan och övergå till kondensor-/eva- poratordelen 3. Härvid bildas mer eller mindre fast, aktiv substans på och i den aktiva ytan. I takt med att vätskan förångas från den aktiva substansen, kan ny flytande lösningsfas kapillärt pumpas ut från lagret till den aktiva ytan och ut över det värmeledande väggmaterialet. En kontinuerlig matning av flytande fas till ytan av det värmeledande väggmaterialet sker härigenom.

I kondensor-/evaporatordelen 3 kondenseras samtidigt den förångade vätskan, när den kommer i kontakt med ytan av de fria områdena 15 av det värmeledande väggmaterialet hos väg- garna 1 1, som här kyls av det andra yttre mediet 6. Vätskan pumpas kapillärt in i matrisen 13 och mer ånga kan därmed hela tiden kondenseras och processen kan fortgå. Den kondenserade väts- kan kan pumpas upp i matrisen trots att de kapillära krafiema i matrisen inte är lika starka som de kapillära eller vätande krafiema i den aktiva ytan eftersom det kapillära systemet i den aktiva ytan slutligen blir mättat och inte kan hälla kvar mer vätska, varvid vätska ansarnlas på den aktiva ytan och kan pumpas upp av matrisens kapillära system.

Vid början av urladdningen av den här beskrivna kemiska värmepumpen föreligger den ak- 534 754 1 1 tiva substansen i huvudsakligen sin fasta fas på den aktiva ytan 14 i reaktordelen 1 och vätskan är ansamlad i matrisen 13 i kondensor-/evaporatordelen 3. Den yttre uppvärmningen och/eller yttre kylningen av reaktordel respektive kondensor-/evaporatordel upphör och kan om så erfordras el- ler är lämpligt med hänsyn till tillämpningsfallet ersättas med yttre kylning och/eller med yttre uppvärmning i respektive fall. Vätska pumpas kapillärt ut från matrisen 13 i kondensor-/evapora- tordelen och ut över de fria områdena 15 av det värmeledande materialets yta genom att dessa områden har en yta, som är aktiv enligt beskrivningen ovan. Vätskan på den aktiva ytan förångas och övergår till reaktordelen 1. Denna process sker kontinuerligt, eftersom ny vätska kan pumpas ut på det värmeledande materialets yta i takt med att den föregående vätskan förångas. Då ångfa- sen av vätskan när reaktordelen 1, kondenseras den, när den kommer i kontakt med den inre ytan av de värmeledande väggarna 9. Den aktiva substansen på den inre ytan 14 absorberar vätskan och övergår till sin flytande fas, varvid den flytande fasen kapillärt fördelas ut över ytan av de fria områdena av de värmeledande väggamas inre sida och slutligen också kapillärt pumpas upp i lag- ret 12, så fort det finns ett sådant överskott av den flytande fasen att också de kapillära lcrafiernai lagret kan verka. Mer ånga härrörande från kondensor-/evaporatordelen 3 kan härvid kontinuer- ligt kondenseras och absorberas av den aktiva substansen.

Vid ett speciellt utförande kan reaktordelen och/eller kondensor-/evaporatordelen anordnas i en konventionell plattvärmeväxlare, t ex av tvärströmstyp, se fig. 3. I en sådan plattvärmeväxla- re finns på speciellt sätt korrugerade värmeledande väggar 21, som är anbragta intill varandra med olika ytor i tät anliggning mot varandra. Mellan de vänneledande väggarna 21 finns första parallella kanaler 22, i vilka det yttre mediet 4, 6 kan finnas och törflyttas. Mellan de värmele- dande väggarna 21 finns även andra parallella kanaler 23. Dessa andra kanaler 23, vilka såsom visas kan gå väsentligen vinkelrätt mot de forsta kanalerna, utgör utrymmen för reaktor respekti- ve kondensor/evaporator i en kemisk värmepump. I varje sådan andra kanal 23, som bildar ett ut- rymme för reaktom eller kondensorn/evaporatom i en kemisk värmepump enligt ovan, kan en remsa eller skiva 24 av matrismaterial finnas anbragt. Remsan eller skivan är placerad, så att den i sidled sträcker sig mellan motstående väggytor i kanalen, exempelvis centralt i denna.

De andra kanalerna 23 i en värmeväxlarenhet av den i fig. 3 visade typen kan vara på lämpligt sätt anslutna till de andra kanalema i en liknande värmeväxlarenhet, så att de andra ka- nalerna i den forsta värmeväxlarenheten bildar utrymmen för reaktordelen i en kemisk värme- pump och de andra kanalema i den andra värmeväxlarenheten bildar utrymmen för kondensor-/ evaporatordelen.

De första kanalema 22 kan exempelvis vara mer eller mindre utformade som vanliga rör- ledningar medan de andra kanalema 23 såsom visas kan ha ett linsformat tvärsnitt. Om väggarna 21 är placerade i huvudsak horisontellt har då alltså de andra kanalemas tvärsnitt en nedåt krökt 534 754 12 botten och en uppåt krökt överdel. Remsan eller skivan 24 av matrismaterial kan då såsom visas sträcka sig i sidled mellan den krökta bottenytan och den krökta inre takytan i kanalen.

Härvid kan alltså de värmeledande väggarna hos både reaktordelen 1 och kondensor-/eva- poratordelen ha krökt form. En sådan krökt form vid de andra kanalemas 23 nederdel kan med- verka vid transporten av vätskefas över väggamas 21 yta, så att när överskott av vätska finns an- samlas denna vid kanalemas botten för att sugas upp i matrisskiktet 24, såsom antyds vid 25.

Användningsområden för en kemisk värmepump innefattande en aktiv yta och ett lager så- som ovan beskrivits innefattar alla processer, vid vilka vänneenergi firms att tillgå kontinuerligt.

Särskilt kan den kemiska värmepumpen i sådana fall, när energi inte behöver kunna lagras under lång tid, men där stor effekt behöver kunna tas om hand respektive levereras. Exempel på ett så- dant användningsområde är effektivisering av en vanlig olje-, ved- eller gaseldad värmeparma.

Värrneparman kan kontinuerligt tillföra värmeenergi till den kemiska värmepumpen och det är endast önskvärt att kunna lagra energi i ca 20 - 30 minuter. Om den här beskrivna kemiska vär- mepumpen används tillsammans med en befintlig sådan värmepanna, kan dubbelt så mycket energi genereras från värmeparman, varav omkring 3/4 är värmeenergí och omkring 1A är kylener- gi.

Ett armat exempel är luftkonditionering av fordon, där kontinuerlig överskottsvärme från fordonets förbränningsmotor kan omvandlas till kylenergi. Detta skulle exempelvis kunna minska bränsleförbrukningen med mellan 5 % och upp till ca 25 % för bussar. Ytterligare exempel är när elektricitet genereras från en förbränningsmotor, eftersom det värmeöverskott, som kyls bort, ut- gör ca 70 % av den totala bränsleförbrukningen, liksom för alla förbränningsmotorer. Genom att använda den här beskrivna kemiska värmepumpen innefattande aktiv yta och lager kan mer än hälñen av denna energi omvandlas till kyla eller värme.

Medan specifika utföringsformer av uppfinningen här har åskådliggjorts och beskrivits, in- ses det, att en mångfald andra utföringsforrner kan förutses och att ytterligare fördelar, modifika- tioner och ändringar lätt framgår för fackmärmen utan att man avlägsnar sig från uppfinningens idé och omfång. Därför är uppfinningen i sina vidare aspekter inte begränsad till de specifika de- taljer, representativa anordningar och exempel, som här visas och beskrivs. I enlighet därmed kan olika modifikationer göras utan att man avlägsnar sig från idén eller ramen hos det allmärma upp- finningsbegrepp, som definieras av de vidhängande patentkraven och dessas ekvivalenter. Det skall därför förstås, att de vidhängande patentkraven är avsedda att täcka alla sådana modifikatio- ner och ändringar, som faller inom uppfinningens verkliga idé och sarma ram.

Claims (8)

10 15 20 25 30 534 754 13 PATENTKRAV

1. Kemisk värmepump innefattande en aktiv substans och en flyktig vätska, som kan absorberas av substansen vid en första temperatur och desorberas av substansen vid en andra högre temperatur, varvid den aktiva substansen vid den första temperaturen har ett fast tillstånd, från vilket den aktiva substansen vid upptagande av den flyktiga vätskan och dennas ångfas ome- delbart övergår partiellt i flytande tillstånd eller lösningsfas och vid den andra temperaturen har ett flytande tillstånd eller föreligger i lösningsfas, från vilket den aktiva substansen vid avgivande av den flyktiga vätskan, särskilt dennas ångfas, omedelbart övergår partiellt i fast tillstånd, varvid den kerniska värmepumpen innefattar: -en reaktordel (1) innehållande den aktiva substansen och utförd att uppvärmas och kylas av ett yttre medium (4) med hjälp av värmeledning genom avgränsande, värmeledande väggar (9,1 1), -en kondensor-/evaporatordel (3) innehållande den del av den flyktiga vätskan, som föreligger i kondenserad form, och utförd att uppvärmas och kylas av ett yttre medium (6) med hjälp av värmeledning genom avgränsande, vänneledande väggar (9,1 1) , och -en passage (2) för den flyktiga vätskans ångfas, som förbinder reaktordelen (1) och kondensor-/evaporatordelen (3) med varandra, varvid -reaktordelen (1) innehåller ett lager (12, 16) fór den aktiva substansen, så att den aktiva substansen åtminstone i sitt flytande tillstånd eller sin lösningsfas kan kvarhållas i och/eller bindas till eller i lagret (12, 16), och/eller -kondensor-/evaporatordelen (3) innehåller ett lager (13, 16) för den flyktiga vätskan, så att den flyktiga vätskan i sitt flytande tillstånd kan kvarhållas i och/eller bindas till eller i lagret (13, 16), kännetecknad av -att lagret (12, 13, 16) är anordnat i form av kroppar, särskilt som skivor eller plattor, med begränsade anliggningsytor mot ytan av en eller flera av de värmeledande väggama (9,1 1), så att fria områden (14, 15) av ytoma av de värmeledande väggarna (9,1 1) finns mellan anliggningsytoma och lagret (12, 13, 16) har en uppsugande förmåga med avseende på den aktiva substansen i dess lösningsfas respektive för den flyktiga vätskan i dess vätskefas, och -att de fria områdena (14, 15) av ytoma av de värmeledande väggama (9,1 1) har kapillärsugande eller vätande egenskaper för den aktiva substansen i dess lösningsfas respektive för den flyktiga vätskan i dess vätskefas, som är anpassade till den uppsugande förmågan hos lagret (12, 13, 16) med avseende på den aktiva substansen i dess lösningsfas respektive för den flyktiga vätskan i dess vätskefas. 10 15 20 25 534 ?84 H

2. Kemisk värmepump enligt krav 1, kännetecknad av att lagret (12, 13, 16) innefattar en matris i form av ett poröst, för den flyktiga vätskans ångfas genomsläppligt material.

3. Kemisk värmepump enligt krav l, kännetecknad av att lagret (12, 13, 16) innefattar ett material, som har avpassade kapillärsugande egenskaper för den aktiva substansen i dess lösningsfas respektive för den flykti ga vätskan i dess vätskefas.

4. Kemisk värmepump enligt krav 1, kännetecknad av att lagret (12, 13, 16) innefattar ytor, vilka har avpassade vätningsegenskaper med avseende på den aktiva substansen i dess lösningsfas respektive den flyktiga vätskan i dess vätskefas.

5. Kemisk värmepump enligt krav 1, kännetecknad av att de fria områdena (14, 15) av ytorna av de värmeledande väggarna (9,1 1) har kapillärsugande eller vätande egenskaper fór den aktiva substansen i dess lösningsfas respektive för den flyktiga vätskan i dess vätskefas, som är avpassade till den uppsugande förmågan hos lagret (12, 13, 16) med avseende på den aktiva substansen i dess lösningsfas respektive den flyktiga vätskani dess vätskefas, så att den aktiva substansen i dess lösningsfas respektive den flyktiga vätskan i dess vätskefas lättare sugs in och/eller fördelas och sprids över de fria områdena (14, 15) av ytoma av de värmeledande väggarna (9,1 1) än den uppsugs av lagret (12, 13, 16).

6. Kemisk värmepump enligt krav 1, kännetecknad av att de begränsade anliggningsytor- na har minimal eller relativt liten utsträckning, dvs utgör en relativt liten del av ytan av respektive värmeledande vägg, särskilt så att de för en värmeledande vägg tillsammans utgör högst 10% eller till och med högst 5% av ytan av den värmeledande väggen.

7. Kemisk vännepump enligt krav 1, kännetecknad av att kropparna av matris har formen av parallella plattor med ett genomgående hål och plattomas yttre kantytor anligger mot ytan av en värmeledande vägg.

8. Kemisk värmepump enligt krav 1, kännetecknad av att kropparna av matris är anordna- de som remsor eller plattor, vilka sträcker sig mellan motstående väggar i parallella kanaler (22) i en plattvärmeväxlare, varvid andra parallella kanaler (23) i plattvänneväxlaren innehåller ett värmebärande medium.