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KR20080031165A - Heat pump device - Google Patents

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KR20080031165A
KR20080031165A KR1020077026834A KR20077026834A KR20080031165A KR 20080031165 A KR20080031165 A KR 20080031165A KR 1020077026834 A KR1020077026834 A KR 1020077026834A KR 20077026834 A KR20077026834 A KR 20077026834A KR 20080031165 A KR20080031165 A KR 20080031165A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat pump
working fluid
heat
fluid
pump apparatus
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020077026834A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
리챠드 포웰
데렉 윌리암 에드워드
엔드류 윌슨
프레드릭 토마스 머피
폴 데이비드 버나드 부작
Original Assignee
써멀 에너지 시스템즈 리미티드
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 써멀 에너지 시스템즈 리미티드 filed Critical 써멀 에너지 시스템즈 리미티드
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Abstract

히트펌프장치는 온도차가 열교환기들 사이에 위치시킨 다공성 고체를 통과하는 작동 유체증기 또는 가스에 주기적으로 팽창 및 압축 맥동을 일으키므로 두 개의 열교환기 사이에서 발생 되는 구성으로 된다.The heat pump device is a configuration that occurs between the two heat exchangers because the temperature difference periodically causes expansion and compression pulsation in the working fluid vapor or gas passing through the porous solid positioned between the heat exchangers.

Description

히트펌프장치{HEAT PUMP DEVICE}Heat Pump Unit {HEAT PUMP DEVICE}

본 발명은 특별히 에어 컨디셔닝 냉동 및 히트펌프시스템들을 위한 히트펌프장치에 관한 것이다. 이 히트펌프장치는 특히 성층권의 오존층에 나쁜 영향을 미치고 이산화탄소에 대하여 높은 지구온난화 잠재성을 갖는 것으로 알려진 유체를 갖지 않는 시스템에 관한 것이다. 이 히트펌프장치는 현재 기계적인 증기 재압축, 또는 냉장/흡수 용매 냉각, 히트펌프시스템을 이용하는 어떤 장치들을 즉각 대체할 수 있다. The present invention relates in particular to heat pump apparatus for air conditioning refrigeration and heat pump systems. This heat pump apparatus is particularly concerned with systems that do not have a fluid which is known to have a bad effect on the ozone layer in the stratosphere and have a high global warming potential for carbon dioxide. This heat pump device can immediately replace any device currently using mechanical steam recompression, or refrigeration / absorption solvent cooling, heat pump systems.

명세서에서, 용어 '히트펌프'는 전원으로부터 열적 성분에 대하여 그 에너지를 처리하는 싱크(sink)까지 열을 이동시키는 동력수수 되는 장치를 칭한다. 냉동기는 저온이 소정응용에 요구되는 특별한 유형의 히트펌프이다. 용어 '히트펌프'는 전원으로부터 비교적 높은 온도가 요구되는 열적 성분에 대하여 그 에너지를 처리하는 싱크까지 열을 이동시키는 동력수수 되는 장치를 기술하고 있는 이 명세서에서보다 더욱 제한된 의미로 사용될 수 있다. 냉동기와 협소한 의미로 정의되는 히트펌프 사이에 차이는 작동원리가 아닌 단 하나의 의도된 목적이다. 실제로 많은 에어 컨디셔닝 시스템들은 특정시간에 사용자 요구에 따라 가온하거나 냉각하도록 설계된다. In the specification, the term 'heat pump' refers to a hydrophilic device that transfers heat from a power source to a sink that processes its energy for thermal components. Refrigerators are a special type of heat pump where low temperatures are required for certain applications. The term 'heat pump' may be used in a more limited sense than in this specification, which describes a hydrophilic device that transfers heat from a power source to a sink that processes its energy for thermal components requiring a relatively high temperature. The difference between the freezer and the heat pump, which is defined in a narrow sense, is the only intended purpose, not the principle of operation. Indeed, many air conditioning systems are designed to warm or cool according to user requirements at specific times.

클로로플루오르카본(Chlorofluorocarbons: CFCs 즉, CFC 11, CFC 12를 의미하나 이후 CFCs라 통칭함)과 하이드로클로로플루오르카본(Hydrochlorofluoro carbons: HCFCs 즉, HCFC 22, HCFC 123을 의미하나 이후 HCFCs로 통칭함)들은 인정되어 있고, 독성이 적고 인화성이 낮아 냉동 및 에어 컨디셔닝 시스템에 사용될 때 작업환경의 위험성이 낮다. 이들이 대기중에 방출될 경우 성층권에 침투하여 환경을 자외선에 의한 피해로부터 보호하는 오존층을 공격한다. 몬트리올의정서(세계 160개국 이상에 의하여 서명된 국제환경계약서)는 동의 된 시간표에 따라 CFCs와 HCFCs를 단계적으로 생산중지를 명령하고 있다.Chlorofluorocarbons (CFCs, meaning CFC 11, CFC 12, later referred to as CFCs) and Hydrochlorofluorocarbons (HCFCs, HCFC 22, HCFC 123, later referred to as HCFCs) It is recognized, low toxicity and low flammability, and therefore low risk of working environment when used in refrigeration and air conditioning systems. When released into the atmosphere, they penetrate the stratosphere and attack the ozone layer, which protects the environment from damage from ultraviolet rays. The Montreal Protocol (International Environmental Contracts signed by more than 160 countries) orders that the CFCs and HCFCs be phased out in accordance with the agreed timetable.

CFCs와 HCFCs들은 새로운 에어 컨디셔닝, 냉동과 히트펌프장비에서 순수한 유체거나 혼합물로 되는 하이드로플루오르카본(Hydrofluorocarbons:HFCs 즉, HFC 134a, HFC 125, HFC 32)으로 대체되어 왔다. CFC와 HCFC의 폐기를 가속화하기 위하여, 현존하는 장치들은 또한 적절한 HFC 혼합물들을 포함하도록 개량되어 왔다. HFCs들이 성층권 오존을 감소시키지 않는다 할지라도, HFCs 들은 지구 온난화를 부추기는 것으로 알려져 있다. 교또 의정서의 규정들에 따르면 모든 정부들은 이들 화합물의 제조와 방출을 제한하거나 중지시키도록 의무가 지워져 있다. 몇몇 국가들은 이미 HFCs의 폐기가 다음 십 년 중 언젠가 시작되어야 하는 것으로 결정하고 활발히 할로겐을 포함하지 않는 유체의 개발을 진척시키고 있다. CFCs and HCFCs have been replaced by hydrofluorocarbons (HFCs ie HFC 134a, HFC 125, HFC 32) in pure fluids or mixtures in new air conditioning, refrigeration and heat pump equipment. In order to accelerate the disposal of CFCs and HCFCs, existing devices have also been retrofitted to include appropriate HFC mixtures. Although HFCs do not reduce stratospheric ozone, HFCs are known to encourage global warming. According to the provisions of the Kyoto Protocol, all governments are obliged to limit or suspend the manufacture and release of these compounds. Some countries have already decided that the disposal of HFCs should begin sometime in the next decade, and are actively moving forward with the development of fluids that do not contain halogen.

HFC-내장 장치를 대체하도록 의도된 장치에서의 유체는 매우 적어야 하며, 바람직한 바로는 지구온난화의 잠재성을 전혀 갖지 않아야 한다. 바람직하기에는 이러한 유체는 자연에서 발견되는 조성물이어야 하고, 그의 속성은 인간으로 인한 방출로부터 자연에 대한 손상이 피해 져야 하는 것으로 이해된다. 더구나, 이러한 장치들은 그들을 대체하고자 하는 HFC 내장장치들 정도의 에너지 효율을 가져 화석연료 동력발생장소에서의 방출로 인한 지구온난화에 대한 그들의 손상이 심하지 않아야 함을 보장하도록 하여 대체된다. 바람직하기에는 이러한 장치들은 더 나은 에너지 효율을 가져야 한다. The fluid in the device intended to replace the HFC-embedded device should be very small and preferably have no potential for global warming. Preferably, such a fluid should be a composition found in nature and its properties are understood to be such that damage to nature from emissions from humans should be avoided. Moreover, these devices are replaced with HFC embedded devices that are intended to replace them, ensuring that their damage to global warming due to emissions from fossil fuel power stations is not severe. Preferably such devices should have better energy efficiency.

본 발명에 따른 히트펌프장치는;Heat pump device according to the present invention;

적어도 하나의 열교환기,At least one heat exchanger,

다공성 흡수재질로 되고 유입구와 출구가 형성되고 열교환기와 열 접촉되게 배열되는 동체, Fuselage body made of porous absorbent material and formed with inlet and outlet and arranged in thermal contact with the heat exchanger,

작동 유체가 상기 동체를 통과되게 하는 수단과,Means for allowing a working fluid to pass through the body,

작동 유체 내에 주기적인 압축과 팽창을 일으켜 작동 유체가 유입구로부터 출구로 유동하므로 동체 내에 유입구와 출구 사이에서 온도구배를 형성시키는 수단들로 구성된다. It consists of means for creating a temperature gradient between the inlet and the outlet in the fuselage because the working fluid flows from the inlet to the outlet by causing periodic compression and expansion in the working fluid.

본 발명은 하나 그 이상의 열교환기에 설치한 흡수체 다공성 고체를 통과한 작동유체 증기 또는 가스에 주기적으로 팽창 및 압축 맥동을 일으키므로 온도차가 발생되게 하는 히트펌프장치를 제공한다. The present invention provides a heat pump apparatus in which a temperature difference is generated by periodically causing expansion and compression pulsation in working fluid vapor or gas passing through an absorbent porous solid installed in one or more heat exchangers.

이 히트펌프장치는 열교환기의 제1 위치 또는 단부에서 상승한 온도로 열이 방출되고 열교환기의 제2위치 또는 단부에서 비교적 낮은 온도로 열이 흡수되도록 배열된다. The heat pump apparatus is arranged to dissipate heat at an elevated temperature at a first position or end of the heat exchanger and to absorb heat at a relatively low temperature at a second position or end of the heat exchanger.

이 히트펌프장치의 사용시, 작동 유체는 상승압력하에서 제1 단부에서 흡수체고체 내로 유입되고 제2 단부에서 비교적 낮은 압력이거나 흡인에 의하여 제거된다. In the use of this heat pump apparatus, the working fluid flows into the absorber solid at the first end under the elevated pressure and is removed by suction or at a relatively low pressure at the second end.

이 히트펌프장치는 또한 열전달 유체를 포함한다. This heat pump apparatus also includes a heat transfer fluid.

구체적인 실시예에서, 이 히트펌프장치는 열전달 유체와 열교환기와 열적 접촉하는 열전달 유체를 통과시키는 수단들로 이루어지고, 이 수단은 열전달 유체의 유통이 열교환기로부터 열을 제거하거나 추가하도록 배열된다. In a specific embodiment, the heat pump apparatus consists of means for passing heat transfer fluid and heat transfer fluid in thermal contact with the heat exchanger, the means being arranged such that the flow of heat transfer fluid removes or adds heat from the heat exchanger.

바람직하기에는 열전달 유체의 유동방향은 작동 유체의 압축과 팽창맥동에 따라 변경된다. Preferably the flow direction of the heat transfer fluid is changed in accordance with the compression and expansion pulsation of the working fluid.

더욱 바람직한 것은 열전달 유체의 유동방향은 작동 유체의 압축과 팽창 맥동에 준하여 반대로 된다. More preferably, the flow direction of the heat transfer fluid is reversed based on the compression and expansion pulsations of the working fluid.

바람직한 구체적 실시예에서, 열전달 유체의 유동 역방향은 상기 맥동들과 동기화된다. In a preferred specific embodiment, the flow reverse of the heat transfer fluid is synchronized with the pulsations.

작동 유체의 주기적인 운동주파수는 열전달 유체의 주기적인 운동주파수와 동일하다. The periodic kinematic frequency of the working fluid is equal to the periodic kinematic frequency of the heat transfer fluid.

작동 유체는 증기, 가스 또는 유체, 바람직하기에는 증기 또는 가스이다. 주기의 제1부분에서, 열전달 유체는 사용시 열교환기의 낮은 온도의 단부로부터 비교적 높은 온도의 단부를 향하여 이동하도록 하여 열교환기의 고온 단부로부터 열을 제거하여 이 열을 적당한 히트 싱크 내로 유도하여 방출한다. 주기의 제2부분에서, 열전달 유체는 열교환기의 비교적 높은 온도의 단부로부터 냉동된 용적부 내로 들어가기 전에 냉각되는 지점으로 되는 비교적 낮은 온도의 단부를 향하여 이동한다. 이러한 주기적인 작동을 달성하기 위하여 열전달 유체는 맥동하는 작동 유체의 주기적인 압축과 팽창과 같은 동일 주파수로써 열교환기를 따라 전부로 진동하도록 된다. 작동 유체가 압축상태 하에서 다공성 고체 내로 유입된 때, 열전달 유체는 작동유체에 반대방향으로 이동한다. 작동 유체가 흡인상태하에서 다공성 고체로부터 배출될 때 열전달 유체는 작동 유체와 동일한 방향으로 이동한다. The working fluid is steam, gas or fluid, preferably steam or gas. In the first part of the cycle, the heat transfer fluid moves in use from the low temperature end of the heat exchanger toward the relatively high temperature end to remove heat from the hot end of the heat exchanger to direct this heat into a suitable heat sink and release it. . In the second part of the cycle, the heat transfer fluid moves from the relatively high temperature end of the heat exchanger towards the relatively low temperature end, which is the point where it cools before entering the frozen volume. To achieve this periodic operation, the heat transfer fluid is caused to vibrate all along the heat exchanger at the same frequency as the periodic compression and expansion of the pulsating working fluid. When the working fluid is introduced into the porous solid under compression, the heat transfer fluid moves in the opposite direction to the working fluid. When the working fluid is withdrawn from the porous solid under suction, the heat transfer fluid moves in the same direction as the working fluid.

작동 유체에서 펄스를 발생시키는 수단은 용적형 압축기 알 수 있다. Means for generating pulses in the working fluid can be seen in volumetric compressors.

또 다른 방식으로 작동 유체 내에 펄스를 발생시키는 수단은 밸브스위칭 시스템과 압축기들로 이루어진다. 바람직한 것으로 밸브스위칭 시스템은 다른 방식으로 흡수재질의 동체를 작동 유체의 고 및 저압저장고에 연결된다. In another way the means for generating a pulse in the working fluid consists of a valve switching system and compressors. Preferably the valve switching system alternatively connects the body of absorbent material to the high and low pressure reservoirs of the working fluid.

선택적이나 바람직한 것으로 히트펌프장치는 흡수체와 접촉하기 전 작동 유체 증기 또는 가스로부터 압축열을 제거하도록 적용된 열교환기를 더 구비한다. Optionally but preferably the heat pump apparatus further comprises a heat exchanger adapted to remove compressed heat from the working fluid vapor or gas prior to contacting the absorbent body.

기 발생 된 고온과 냉각 온도는 본 발명의 실시예들이 사용되게 한 특정의 응용기기, 특히 냉동 또는 에어 컨디셔닝이 요구되는지에 따라 좌우된다. 본 명세서에서 에어 컨디셔닝은 실내 냉 온방을 하는 것으로 이해된다. 사용자의 요구조건에 따른 냉온방을 제공할 수 있는 히트펌프장치는 종종 가역 에어컨디셔너라 호칭된다. Pre-generated high temperatures and cooling temperatures depend on the particular application in which embodiments of the invention are used, in particular refrigeration or air conditioning. Air conditioning is understood herein as indoor cooling and warming. Heat pump devices that can provide cooling and heating according to the user's requirements are often referred to as reversible air conditioners.

바람직한 것으로 온도구배는 유입구에서는 비교적 높은 온도를 출구에서는 비교적 낮은 온도로 분포된다. Preferably, the temperature gradient is distributed at a relatively high temperature at the inlet and at a relatively low temperature at the outlet.

또 다른 실시예에서, 작동 유체는 비교적 강하게 흡수된 유체와 비교적 약하게 흡수된 유체의 혼합물이다. 이 유체들은 서로에 대하여 강하게 반응하지 않는다. 비교적 약하게 흡수된 유체는 강하게 흡수된 유체를 흡인중에 흡수체로부터 제거하도록 작용하고, 압축중에는 흡수체에 강하게 흡수된 유체를 운반한다. 이러한 조성물의 몇 가지 실례들로 흡수제로써 활동성 다공질 탄소와 결합한 이산화탄소/질소와 이산화탄소/알곤 이다. 혼합물의 구체적 실시예는 비교적 강력히 흡수되는 가스, 특히 암모니아 또는 이산화탄소를 가벼운 가스의 암모니아 또는 헬륨들 중 어느 하나 또는 모두와 혼합한 조성물이다. 이 가벼운 가스들은 비교적 무거운 작동 유체 가스 또는 증기와 비교하여 높은 열 전도도를 가지며 비교적 무거운 작동 유체의 흡수 및 배출 중에 흡수체에 열 전달하거나 그로부터 받을 수 있는 열전달을 개선한다. 헬륨과 이산화탄소의 조성물은 특히 혼합물이 비 가연성이므로 특히 바람직하다. In another embodiment, the working fluid is a mixture of relatively strongly absorbed fluid and relatively weakly absorbed fluid. These fluids do not react strongly to each other. The relatively weakly absorbed fluid acts to remove the strongly absorbed fluid from the absorber during aspiration and carries the strongly absorbed fluid to the absorber during compression. Some examples of such compositions are carbon dioxide / nitrogen and carbon dioxide / argon combined with active porous carbon as absorbents. Specific examples of mixtures are compositions in which a relatively strongly absorbed gas, in particular ammonia or carbon dioxide, is mixed with either or both of a light gas of ammonia or helium. These light gases have high thermal conductivity compared to relatively heavy working fluid gases or vapors and improve the heat transfer that can be transferred to or received from the absorber during absorption and discharge of the relatively heavy working fluid. Compositions of helium and carbon dioxide are particularly preferred because the mixture is nonflammable.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 두 개 이상의 작동 유체의 혼합물은 한 유체가 다른 유체보다 더 강하게 흡수하도록 선택된다. 히트펌프장치가 비교적 가벼운 부하하에서 작동될 때, 비교적 강하게 흡수되는 유체는 최초에 장치 내로 유입되는 혼합물에 자체 농도보다 순한 유체에서 더 높은 농도로 된다. 반대로, 흡수체에 담아 있는 혼합물에 더욱 강하게 흡수되는 성분의 농도는 최초 혼합농도보다 더 크다. 히트펌프장치가 무거운 하중(높은 압력)하에서 작동될 때, 순환 유체의 농도는 상당 부분이 강하게 흡수되는 유체를 포함하게 되고, 순환 유체의 조성물은 장전된 혼합물의 성분에 접근한다. 이러한 속성을 갖는 혼합물을 사용하므로, 히트펌프장치는 그의 작동이 변화하는 하중에 적응되고, 그에 따라 자체의 에너지 효율을 최대로 한다. 이러한 혼합물의 실예는 다공성 탄소흡수체와 함께 사용된 프로판과 이산화탄소의 조성물이다. In another embodiment of the present invention, the mixture of two or more working fluids is selected such that one fluid absorbs more strongly than the other. When the heat pump apparatus is operated under relatively light loads, the relatively strongly absorbed fluid is initially at a higher concentration in the fluid than its own concentration in the mixture entering the apparatus. In contrast, the concentration of the component that is more strongly absorbed in the mixture contained in the absorber is greater than the initial mixing concentration. When the heat pump apparatus is operated under heavy loads (high pressures), the concentration of the circulating fluid will include a fluid that is absorbed to a large extent strongly, and the composition of the circulating fluid approaches the components of the loaded mixture. By using a mixture having these properties, the heat pump apparatus is adapted to the changing load of its operation, thus maximizing its energy efficiency. An example of such a mixture is a composition of propane and carbon dioxide used with a porous carbon absorber.

하나의 실내 에어 컨디셔닝을 위한 열전달 유체는 일반적으로 공기이다. 냉각 모드에서, 냉각온도는 통상 섭씨 5 내지 15도이고 반면에 고온으로는 약 섭씨 35도 내지 60도이다. 냉각 전원소비는 통상 3kW 내지 100kW 범위 내에 있게 된다. 난방 모드에서, 실내에 대한 출력온도는 통상 약 섭씨 20도 내지 30도이다. 난방 전원은 통상 4kW내지 150kW정도이다. 몇몇 장치들은 간단히 난방만을 하도록 설계되고, 명세서에서 사용되는 용도보다 더욱 제한된 용도로 사용되면서 히트펌프장치로 기술되고 있다. The heat transfer fluid for one indoor air conditioning is generally air. In the cooling mode, the cooling temperature is typically between 5 and 15 degrees Celsius, while at high temperatures it is between about 35 and 60 degrees Celsius. Cooling power consumption is typically in the range of 3 kW to 100 kW. In the heating mode, the output temperature for the room is typically about 20 to 30 degrees Celsius. Heating power is typically about 4 kW to 150 kW. Some devices have been described as heat pump devices, which are designed for simple heating only and are used in more limited applications than those used in the specification.

호텔과 사무실 블록들과 같이 다수의 방들로 되는 대형 건물의 에어 컨디셔닝 위한 열전달 유체는 공기가 냉각수 파이프 위로 송풍 되어 소정의 냉각을 제공하도록 각각의 방을 파이프로 설치하여 통과시킨 것이 물(水)일 수 있다. 이 시스템은 종래의 냉각설비들과 유사하다. 이 시스템에 공급되는 물의 온도는 통상 섭씨 5도 내지 -10도이고, 이 장치에서 순환하는 물은 통상 약 섭씨 0도 내지 15도이다. 난방모드에서 이 장치를 떠나는 물의 온도는 약 섭씨 25도 내지 40도이고, 반면에 순환물은 통상 섭씨 15도 내지 30도이다. 냉각 소비 전원은 통상 50kW 내지 10MW이고, 이 냉각기들은 또한 공정산업, 실예를 들면 증류장치 내에 냉각응축수에서 사용될 수 있다. Heat transfer fluids for air conditioning in large buildings with multiple rooms, such as hotels and office blocks, are water pipes that pass through each room so that air is blown over the coolant pipes to provide some cooling. Can be. This system is similar to conventional cooling installations. The temperature of the water supplied to this system is typically between 5 degrees and -10 degrees Celsius, and the water circulating in this apparatus is typically between about 0 and 15 degrees Celsius. The temperature of the water leaving this device in the heating mode is about 25 degrees to 40 degrees Celsius, while the circulating water is typically 15 degrees to 30 degrees Celsius. Cooling power consumption is usually between 50 kW and 10 MW, and these coolers can also be used in cooling condensate in process industries, for example in distillation units.

본 발명의 일 실시예에서, 히트펌프는 통상 약 섭씨 -30도 이하의 온도의 냉동을 제공할 수 있다. 이 응용에서, 비교적 낮은 냉동점의 열전달 유체를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 다른 실시예에서, 장비성능은 히트 펌핑 과정을 두 번 이상의 단계들로 수행하므로 최적화된다. 이 방법은 특히 약 섭씨 -20도 이하의 온도에 유리하다. 이산화탄소가 약 섭씨 0(영)도 이하의 응축기 온도들에 의한 랭킨 사이클(Rankin cycle)의 히트펌프에 양호한 냉매이나, 임계온도가 섭씨 31도이고 임계압력이 72바(bar)이다. 이러한 이유 때문에 가온 출력온도가 섭씨 0도 이상인 히트펌프에서 사용하는 데에는 흥미를 끌지 못하고 있다. In one embodiment of the present invention, the heat pump can provide refrigeration at temperatures typically of about -30 degrees Celsius or less. In this application, it is desirable to use a relatively low freezing point heat transfer fluid. In another embodiment of the present invention, the equipment performance is optimized since the heat pumping process is performed in two or more steps. This method is particularly advantageous for temperatures below about -20 degrees Celsius. While carbon dioxide is a good refrigerant in a Lankin cycle heat pump with condenser temperatures below about zero degrees Celsius, the critical temperature is 31 degrees Celsius and the critical pressure is 72 bar. For this reason, it is not interesting to use it in heat pumps with a heating output temperature of more than 0 degrees Celsius.

특별한 구체적 실시예는 종래의 랭킨 사이클의 가온 단계를 포함하며, 여기서 이산화탄소가 작동 유체이고 약 섭씨 -55도 내지 -10도 범위에서의 온도로부터 회수하여 일반적으로 약 섭씨 20도 내지 0도 범위의 온도에서 이 열을 본 발명을 이용하는 제2단계 장치의 낮은 온도 측에 유입되게 한다. 본 발명에 따라 축조된 제2단계 장치는 약 섭씨 35도 내지 70도의 온도에서 열을 제거하고 동시에 전형적인 현재의 HFC기반의 냉동설비의 약 10 내지 30바에서 최대압력에서 작동한다. A particular specific embodiment includes a warming step of a conventional Rankine cycle, wherein carbon dioxide is the working fluid and is recovered from a temperature in the range of about -55 to -10 degrees Celsius and generally at a temperature in the range of about 20 degrees to 0 degrees Celsius. This heat is allowed to enter the low temperature side of the second stage device using the present invention. The second stage device constructed in accordance with the present invention removes heat at a temperature of about 35 to 70 degrees Celsius and simultaneously operates at maximum pressure at about 10 to 30 bar of a typical current HFC based refrigeration plant.

작동 유체는 적당한 다공성 고체상에 반대로 흡수되거나 그로부터 배출될 수 있는 화학적으로 안정한 유체로부터 선택될 수 있다. 바람직한 유체들은 이산화 탄소, 공기와 질소이다. The working fluid can be selected from chemically stable fluids that can be reversely absorbed or withdrawn from a suitable porous solid phase. Preferred fluids are carbon dioxide, air and nitrogen.

작동 유체는 플루오르카본 또는 섭씨 -140도와 40도 사이 바람직하기에는 섭씨 90도와 영도 사이, 더욱 바람직하기에는 섭씨 -90도와 -20도 사이에서 비등하는 플루오르카본의 혼합물이다. CFCs, HCFCs와 HFCs들은 그들 사용이 허용된 국가에서 받아들여질 수 있으나 그들의 환경에 대한 나쁜 영향 때문에 바람직하지 않다. 하이드로카본과 하이드로겐은 응용기기에서 사용될 수 있고 가연성은 문제가 되지 않는다. The working fluid is a fluorocarbon or a mixture of fluorocarbons boiling between -140 degrees Celsius and 40 degrees, preferably between 90 degrees Celsius and more preferably between -90 degrees and -20 degrees Celsius. CFCs, HCFCs and HFCs may be acceptable in countries where their use is permitted but are undesirable because of their adverse impact on the environment. Hydrocarbons and hydrogens can be used in applications and flammability is not a problem.

암모니아는 응용기기에 수용될 수 있고, 인간과 동물에 대한 노출은 방지된다. 플루오르 처리된 유체가 바람직하게 사용될 수 있는 응용기기를 위하여 HFCs(2 내지 6탄소 원자를 함유한 플루오르-요드화물과 비 포화 플루오르조성물)들은 바람직하기에는 150, 더 바람직하기에는 100 이하와 더욱 바람직하기에는 10 이하로 이산화탄소(CO2)에 대하여 낮은 지구온난화 잠재성을 갖고 사용될 수 있다. 바람직한 조성물은 플루오르 올레핀들이다. 더욱 바람직한 조성물은 트리 플루오르비닐 단을 포함한 플로오르 올레핀들이다. 더더욱 바람직한 조성물은 적어도 하나 이상의 수소 원자를 포함한 플루오르 올레핀들이다. 특별히 바람직한 조성물은 플루오르프로판과 그들의 혼합물이다. 플루오르 처리된 조성물이 수용될 수 없는 경우 특히 바람직한 작동유체는 낮은 독성과 낮은 가연성으로 환경영향을 낮춘 이산화탄소와 질소이다. Ammonia can be accommodated in applications and exposure to humans and animals is prevented. For applications where fluorinated fluids may be preferably used, HFCs (fluoride-iodide and unsaturated fluorine compositions containing 2 to 6 carbon atoms) are preferably 150, more preferably 100 or less and more preferably 10 or less. Furnace can be used with low global warming potential for carbon dioxide (CO 2 ). Preferred compositions are fluorine olefins. More preferred compositions are fluoro olefins including trifluorovinyl groups. Even more preferred compositions are fluoro olefins comprising at least one hydrogen atom. Particularly preferred compositions are fluoropropane and mixtures thereof. Particularly preferred working fluids where the fluorinated composition is unacceptable are carbon dioxide and nitrogen which have low environmental impact with low toxicity and low flammability.

문어적으로 용어 '다공성 고체'는 넓은 범위의 속성을 가진 재질로써 사용된다. 다수의 고체들은 금속표면에서 발견되는 보호산화층을 포함하는 매우 제한된 다공성을 가진다. 본 명세서에서, 용어 '다공성 고체'는 특정의 결합특성을 가진 재료를 기술하도록 사용된다. The term 'porous solid' is used literally as a material with a wide range of properties. Many solids have a very limited porosity, including a protective oxide layer found on the metal surface. In this specification, the term 'porous solid' is used to describe a material having a particular binding property.

첫째, 바람직한 다공성고체의 내부표면적은 약 10m2g-1보다 더 크고, 더 바람직하기에는 약 100m2g-1보다 더 크고, 더욱 바람직하기에는 약 1000m2g-1보다 더 크다First, the inner surface area of the preferred porous solid is greater than about 10 m 2 g −1 , more preferably greater than about 100 m 2 g −1 , and more preferably greater than about 1000 m 2 g −1

두 번째로, 바람직한 다공성 고체에서 빈공간은 대(macro-), 중(meso-)와 소(micro-) 구멍들의 조합들로 분포되어 있다. 다공성 고체는 약 2㎜이하의 직경을 가진 미세구멍의 형태로 되는 빈 용적의 적어도 10%와 약 50㎚보다 작은 직경을 가진 중 구멍의 형태로 되는 빈 용적의 적어도 5%들로 이루어진다. Secondly, the voids in a preferred porous solid are distributed in combinations of macro-, meso- and micro-pores. The porous solid consists of at least 10% of the empty volume in the form of micropores with a diameter of about 2 mm or less and at least 5% of the empty volume in the form of heavy pores having a diameter of less than about 50 nm.

세 번째로, 바람직한 다공성 고체는 그와 접촉하는 작동 유체 증기 또는 가스의 압력을 감소시킬 수 있으며, 작동 유체를 흡수한다. Third, the preferred porous solid can reduce the pressure of the working fluid vapor or gas in contact with it and absorb the working fluid.

네 번째로, 흡수공정은 가역적이어야 하고 압력을 감소시키거나 다공성 고체의 온도를 상승시키므로 작동 유체를 배출하는 것이 가능해야 한다. Fourth, the absorption process must be reversible and it must be possible to drain the working fluid because it reduces the pressure or raises the temperature of the porous solid.

다섯 번째로, 바람직한 다공성 고체는 임계온도 이상에서 작동 유체가스를 흡수할 수 있어야 한다. Fifth, the preferred porous solid should be able to absorb the working fluid gas above the critical temperature.

넓은 범위의 다공성 재료들이 사용될 수 있다. 실리카, 실예를 들면 암모니아가스로 검게 그을린 실리카 또는 과립상의 실리카 또는 에어로겔 실리카들이 과립상, 모놀리스와 유연성 블랭키트 에어로겔을 포함하여 사용될 수 있다.A wide range of porous materials can be used. Silica, for example tanned silica or granular silica or aerogel silicas with ammonia gas, can be used including granular, monolithic and flexible blank kit aerogels.

자연적 또는 인공 유리들, 세라믹들 또는 분자 시브(sieve)들이 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 탄소들은 과립상, 모놀리스, 직물, 에어로겔과 멤브레인들로 이루어진다. Natural or artificial glasses, ceramics or molecular sieves can be used. Carbons that can be used consist of granular, monolithic, textile, aerogels and membranes.

본 발명에 적합한 대표적인 다공성 탄소들은 PCT/GBO 1/0422에 기재되어 있으며 본 명세서에 참고로 병기된다. 다양한 유기재료는 에조르시놀-포름알데히드 포옴 또는 에어로 겔, 폴리우레탄, 폴리스틸렌 또는 포옴 형태의 다른 중합체와 에어로 겔들을 포함한다. 테일러 형의 미세구멍크기들이 구속된 기하학적 배열들을 가진 적당한 전구 분자체(미립자)의 3차원적 연결로 형성되는 고유의 다공성의 중합체들 또한 본 발명에 적합하다. 일정범위의 조성물들은 실리카-카본 조성물을 포함하여 수용될 수 있다.Representative porous carbons suitable for the present invention are described in PCT / GBO 1/0422 and are incorporated by reference herein. Various organic materials include ezorcinol-formaldehyde foams or aerogels, other polymers in the form of polyurethane, polystyrene or foams. Inherently porous polymers in which the Taylor type micropore sizes are formed by three-dimensional linkages of suitable precursor molecular sieves (particulates) with constrained geometries are also suitable for the present invention. A range of compositions can be included, including silica-carbon compositions.

다공성 재료들은 중합체 포옴들과 다공성 세라믹, 실리카 또는 다른 광물의 에어로 겔 또는 유기 에어로겔의 제조를 위한 솔-겔 공정에 의하여 제조된다. 실예를 들면 코코넛과 석탄과 같은 유기재료들은 열 분해되고 그 다음 실예를 들면 스팀으로 처리하여 가공되므로 활성 탄소를 발생시킨다. 중합체 에어로겔들은 카본 에어로겔을 발생시키도록 분해된다. 하이드로카본들은 카본 멤브레인을 제조하도록 열 분해된다. 단분자 시브(sieve)와 카본블랙 또는 씨텍 엘티디(CTech Ltd)에 의하여 개발된 APNEP(Atmospheric Pressure Non-Equilibrium Plasma: 대기압 비평형 플라즈마) 시스템과 같은 플라스마공정에 의하여 생물자원물체 실예를 들면 코코넛껍질로부터 유도된 활성 탄소와 같은 탄소 기반물질들은 그들이 실질적인 자원으로부터 획득되기 때문에 특히 바람직하고 그의 제조에 최소한의 에너지입력과 히트펌프장치 내에서 탄소와 같은 효과적으로 분리되는 대기 이산화탄소를 필요로 한다. 이 장치의 작동수명이 끝날 즈음에, 탄소흡수체들은 제거, 회수, 연소 되어 생물자원이 형성될 때 초기에 만들어진 자체에너지용량을 회복하여 이산화탄소를 대기로 회귀 되게 한다. 가스가 생물자원으로부터 유래 되기 때문에 연소물은 중성의 이산화탄소이다. 바람직하게도 탄소흡수체는 쓰레기매립지, 지각판의 경계 또는 지하 변부판에 매립되거나 신장비로 재생됨에 따라 탄소가 대기로부터 영구적으로 제거되게 함을 보장한다.Porous materials are prepared by a sol-gel process for the production of aerogels or organic aerogels of polymeric foams and porous ceramics, silica or other minerals. For example, organic materials such as coconut and coal are thermally decomposed and then processed, for example by steam, to generate activated carbon. Polymer airgels decompose to generate carbon aerogels. Hydrocarbons are thermally decomposed to produce a carbon membrane. For example, coconut shells may be produced by plasma processes such as monomolecular sieves and carbon black or APNEP (Atmospheric Pressure Non-Equilibrium Plasma) systems developed by CTech Ltd. Carbon based materials, such as activated carbon derived from, are particularly desirable because they are obtained from substantial resources and require minimal energy input and their efficient separation of atmospheric carbon dioxide, such as carbon, in heat pump equipment for their manufacture. By the end of the operating life of the device, the carbon absorbers are removed, recovered and burned, restoring their own energy capacity initially produced when biomass is formed, returning carbon dioxide to the atmosphere. The combusted product is neutral carbon dioxide because the gas is derived from biological sources. Preferably, the carbon absorber ensures that carbon is permanently removed from the atmosphere as it is buried in landfills, tectonic plate boundaries or subterranean debris, or regenerated at an extension ratio.

무기질, 다공성 재질은 실예를 들면 산소-수소불꽃을 이용하는 실리콘 테트라클로라이드(염화물)로부터 암모니아 처리된 실리카 제품들은 열분해거나 플라즈마 공정으로 얻어진다. 유무기질 전구체들은 단 분자 시브들을 생산하도록 열분해처리될 수 있다. 자연광물의 수화물은 실예를 들면 질석과 펄라이트들로써 열분해 될 수 있다. Inorganic, porous materials, for example, ammonia-treated silica products from silicon tetrachloride (chloride) using oxygen-hydrogen flames are obtained by pyrolysis or plasma processes. Organic-based precursors can be pyrolyzed to produce short molecular sieves. Hydrates of natural minerals can be pyrolyzed, for example, from vermiculite and pearlite.

본 발명의 일 실시예로서, 히트펌프장치는 흡수체 튜브 베드들의 고온 및 저온단부들 사이에서 변화되는 속성을 가진 흡수체 다공성 혼합물을 구비한다. In one embodiment of the invention, the heat pump apparatus includes an absorbent porous mixture having properties that vary between the hot and cold ends of the absorber tube beds.

본 발명의 다른 실시예에서 다공성 고체는 튜브를 따라서 발생하는 가스 유동에 의한 그에 대한 가스의 자체 침투성이 압축 및 흡인 중에 튜브를 따라 압력 구배가 형성되도록 충분히 낮다. 흡수체의 침투성은 여러 가지 방법으로 억제될 수 있다. 실예를 들면, 일정범위의 입자크기들이 소정의 압력구배를 형성하도록 튜브의 길이 및 단면적과 유체유동속도에 따라 선택될 수 있다. 선택적으로 다공성 고체 입자들은 소정의 압력 구배를 제공하도록 적당한 접착제로써 모놀리스로 압축된다. In another embodiment of the present invention, the porous solid is low enough that the self permeability of the gas to it by the gas flow occurring along the tube is such that a pressure gradient is formed along the tube during compression and aspiration. The permeability of the absorber can be suppressed in various ways. For example, a range of particle sizes can be selected depending on the length and cross-sectional area of the tube and the fluid flow rate to form a predetermined pressure gradient. Optionally, the porous solid particles are compressed into monoliths with a suitable adhesive to provide the desired pressure gradient.

가스 또는 증기 작동 유체는 바람직한 다공성 고체들과 어울리게 되면, 실예를 들면 탄소(실예를 들면 흑연, 활성카본, 숯, 에어로겔), 실리카(암모니아처리된 에어로 겔, 알킬기 에어로 겔), 알루미나, 알루미노-실리케이트(단분자 시브)와 유기물 중합체(실예를 들면 폴리스틸렌, 폴리우레탄, 폴리아크릴, 폴리메타아크릴, 폴리아민, 폴리아미드, 셀루로즈), 금속스폰지(실예를 들면 니켈, 티타늄, 철)과 금속 또는 유기물 중합체 상에서 지지 되는 금속합성물 또는 카본들이 있다. Gas or vapor working fluids can be combined with the desired porous solids, for example carbon (e.g. graphite, activated carbon, charcoal, aerogels), silica (ammonia treated aerogels, alkyl group aerogels), alumina, alumino- Silicates (monomeric sieves) and organic polymers (e.g. polystyrene, polyurethane, polyacryl, polymethacryl, polyamines, polyamides, cellulose), metal sponges (e.g. nickel, titanium, iron) and metals or organics There is a metal composite or carbon supported on the polymer.

이 이용가능한 다공성 고체들과 함께 모든 가스들과 그들의 조성물들은 적합하지 않을 수도 있다. CFCs와 HCFCs들이 개발국가에서 계속하여 제조되고 사용되고 있지만, 이미 몬트리올 의정서 하에서는 폐기되도록 되어 있다. 이들 염화물 유체의 계속된 사용이 적법한 때 여러 대륙에서 염화물 유체는 활성 탄소, 실리카, 알루미나 또는 유기질 중합체, 특히 산소와 질소 또는 "산" 수소 원자와 같은 "기본"원자를 가진 물질과 함께 사용될 수 있다. HFCs의 폐기가 현재까지 강구되지 않은 대륙들에서, 본 발명에서 염화물의 사용은 수용될 수 있으나, 그들의 지구온난화 잠재력이 위에 기재된 다른 가스들의 잠재력보다 더욱 크기 때문에 바람직하지 않다. SO2는 독성 때문에 바람직하지 않다. All gases and their compositions may not be suitable with these available porous solids. Although CFCs and HCFCs continue to be manufactured and used in developing countries, they are already to be disposed of under the Montreal Protocol. On many continents, chloride fluids can be used with activated carbon, silica, alumina or organic polymers, especially materials with "base" atoms such as oxygen and nitrogen or "acid" hydrogen atoms, when continued use of these chloride fluids is legitimate. . On continents where the disposal of HFCs has not been taken to date, the use of chlorides in the present invention may be acceptable, but is undesirable because their global warming potential is greater than that of the other gases described above. SO 2 is undesirable because of toxicity.

하이드로카본은 카본, 알킬 실리카 또는 유기질중합체, 특히 폴리스티렌과 같은 하이드로카본 중합체와 결합 된다. 할로겐 유체와 SO2보다 더 바람직한 하이드로카본들은 그 사용이 그들의 상당한 가연성 위험에 대하여 적절한 경고가 취해질 수 있는 응용기기, 실예를 들면 대형의 산업응용부분 또는 가정냉장고와 같은 낮은 재고의 기밀하게 밀폐된 시스템에서 제한된다. 더하여, 단점은 하이드로카본의 흡수/배출과 연관된 엔탈피 변화는 이온가스들, 주목할만한 것으로 CO2, SO2와 NH3들의 것보다 작다. 몇몇 대륙에서, 하이드로카본들은 대기로 노출되고 햇빛에 대한 노출로 "광화학 스모그"를 일으키므로 선호되지 못한다. Hydrocarbons are combined with carbon, alkyl silicas or organic polymers, especially hydrocarbon polymers such as polystyrene. Hydrocarbons more preferred than halogen fluids and SO 2 are low inventory, hermetically sealed systems such as applications where their use can be adequately warned of their considerable flammability risks, eg large industrial applications or home refrigerators. Are limited. In addition, the disadvantage is that the enthalpy change associated with the absorption / emission of hydrocarbons is smaller than that of ionic gases, CO 2 , SO 2 and NH 3 . On some continents, hydrocarbons are not preferred because they are exposed to the atmosphere and cause "photochemical smog" from exposure to sunlight.

수소는 여러 금속합금들, 주목되는 것으로 니켈함유 합금으로부터 용이하게 흡수되고 배출된다. 수소는 하이드로카본이 상기에 기재된 흡수체와 상호 작용하는 것보다 금속과 더욱 강하게 상호작용한다. 수소카본과 달리 수소는 자연에서 방출되는 수소 카본은 물론 HFCs와 같은 인공의 오염물을 제거하는데 주된 역할을 하는 대기하이드록실기와 반응한다. 따라서 점증하는 수소방출은 지구온난화를 높인다. Hydrogen is easily absorbed and released from various metal alloys, notably nickel containing alloys. Hydrogen interacts more strongly with metals than with hydrocarbons interacting with the absorbents described above. Unlike hydrogen carbon, hydrogen reacts with atmospheric hydroxyl groups, which play a major role in removing natural pollutants such as HFCs, as well as hydrogen carbon, which is released from nature. Increasing hydrogen emissions thus increase global warming.

암모니아는 카본 또는 실리카거나 유기질 중합체와 사용될 수 있다. 이는 독성과 가연성이 통제될 수 있는 대형의 상업 및 산업응용부분 또는 낮은 재고의 기밀 밀폐되는 가정응용 기들에 사용될 수 있다. Ammonia can be used with carbon or silica or with organic polymers. It can be used in large commercial and industrial applications where low toxicity and flammability can be controlled or in airtight, hermetically sealed home applications.

가장 바람직한 작동 유체는 이산화탄소이다. 화석연료로부터 얻어지는 이산화탄소가 지구온난화에 단일품목으로 가장 큰 기여를 하나, 본 발명에서 요구되는 양은 매우 적다. 본 발명의 히트펌프장치로부터 방출되는 가스는 지구온난화에 전혀 영향을 주지 않는다. 이산화탄소는 독성이 낮고 비 가연성이고 다양한 종류의 다공성 고체들, 실예를 들면 카본, 실리카와 유기질 중합체, 특히 산호와 특히 질소와 같은 기본원자를 가진 유기질 중합체들에 의하여 용이하게 흡수된다. CO2를 흡수하는 다공성 고체의 능력은 이들 고체들에 유체와 반응할 수 있는 기(단)를 포함한 조합물들을 주입하므로 증가 될 수 있다. 아민과 아미드알코올, 에스테르와 케톤들이 선호된다. 더욱 바람직한 것은 아민, 아미드와 높은 비등점, 바람직하기로는 섭씨 100도 이상의 비등점을 가진 우레탄들이다. 특히, 바람직한 것은 N원자당 분자질량이 200 이하, 바람직하기로 100 이하, 더욱 바람직하기로 60 이하인 물질이다. 특히 바람직한 물질은 폴리에칠렌이멘(Polyethyleneimine)이다. The most preferred working fluid is carbon dioxide. Although carbon dioxide obtained from fossil fuels makes the largest contribution to global warming as a single item, the amount required in the present invention is very small. The gas emitted from the heat pump apparatus of the present invention does not affect global warming at all. Carbon dioxide is easily absorbed by low toxicity, non-flammable and various kinds of porous solids, for example carbon, silica and organic polymers, especially organic polymers having basic atoms such as coral and especially nitrogen. The ability of porous solids to absorb CO 2 can be increased by injecting these solids into combinations containing groups (stages) that can react with the fluid. Amine and amide alcohols, esters and ketones are preferred. More preferred are urethanes having a high boiling point, preferably at least 100 degrees Celsius, with amines, amides. Particularly preferred are substances having a molecular mass of N or less, preferably 100 or less and more preferably 60 or less. Particularly preferred material is polyethyleneimine.

섭씨 -55도 이하의 온도와 관련된 매우 낮은 온도의 냉동을 위하여, 이산화탄소는 그의 3중 결합은 섭씨 -56.7도이다. 섭씨 -55도 이하의 온도를 위하여 질소는 활성카본과 같은 흡수체와 함께 작동 유체로써 바람직하다. 바람직한 열전달 유체는 냉동 밀봉부 내에서의 가스이며, 이 가스는 많은 케이스 내에서 공기가 사용된다. 이 설계는 섭씨 -130도 내지 -40도 범위의 냉동을 제공하고 섭씨 -55도 내지 -25도 범위에서 비교적 높은 온도단계까지 열을 제거한다. For very low temperature freezing associated with temperatures below -55 degrees Celsius, carbon dioxide has a triple bond of -56.7 degrees Celsius. For temperatures below -55 degrees Celsius, nitrogen is preferred as the working fluid with absorbers such as activated carbon. Preferred heat transfer fluids are gases in refrigeration seals, which use air in many cases. This design provides refrigeration in the range of -130 degrees to -40 degrees Celsius and removes heat to a relatively high temperature level in the range of -55 degrees to -25 degrees Celsius.

본 발명의 다른 실시예에서 가스 또는 증기의 혼합물은 화학반응을 하지 않는 경우 사용될 수 있다. 따라서 프로판 같은 수소카본은 이산화탄소와 혼합될 수 있다. In another embodiment of the present invention, a mixture of gases or vapors may be used if no chemical reactions occur. Thus, hydrogen carbon such as propane can be mixed with carbon dioxide.

바람직하기에는 이 유체가 역으로 흡수하고 배출할 때 발생 되는 온도변화가 섭씨 5도보다 커야 하며 더욱 바람직하기에는 약 섭씨 10도 이상 커야 한다. Preferably, the temperature change generated when this fluid is absorbed and discharged back should be greater than 5 degrees Celsius, and more preferably greater than about 10 degrees Celsius.

일곱 가지 중요한 변수들이 온도변화와 관련된다. Seven important variables are associated with temperature changes.

(a) 흡수체가 작동하는 중에 가장 높고 낮은 압력 사이에 측정된 통합열흡수(IHA)(a) Integrated Heat Absorption (IHA) measured between the highest and lowest pressures while the absorber is in operation

(b) 열흡수능력(HCA)(b) heat absorption capacity (HCA)

(c) 흡수체밀도(DA)(c) absorber density (DA)

(d) 흡수체의 내측표면적(SAA)(d) Inside surface area (SAA) of absorber

(e) 최대작동압력(MP)(e) Maximum working pressure (MP)

(f) 흡수/배출속도와(f) absorption / discharge rate and

(g) 흡수체의 열전도도(g) thermal conductivity of absorber

통합열흡수(IHA)는 유체가 다공성 고체와 상호 작용하는 함수이며, 자체압력이 저압에서 고압으로 상승함에 따라 유체가 고체상에 흡수될 때 발생 되는 전체 열로써 정의된다. IHA가 높아질수록 유체의 고체와 상호반응이 더욱 강해진다. 바람직하 기로는 IHA는 적어도 50KJ/kg이고 더욱 바람직하기는 100KJ/kg이상이다. 가장 바람직한 IHA는 KJ/mol로 표현하며 현존 냉동제의 응축 잠열과 비교될 수 있다. Integrated heat absorption (IHA) is a function of the fluid's interaction with a porous solid and is defined as the total heat generated when the fluid is absorbed by the solid phase as its pressure rises from low to high pressure. The higher the IHA, the stronger the interaction with the solids in the fluid. Preferably the IHA is at least 50 KJ / kg and more preferably at least 100 KJ / kg. The most preferred IHA is expressed in KJ / mol and can be compared with the latent heat of condensation of existing refrigerants.

IHA가 커질수록 유체의 압력은 흡수체 이상으로 더 낮아진다. 열 배출온도 약 2 바 이하에서 최대작동압력은 압력조절이 되는 압력 이하에서 히트펌프장치 내에 압력을 어느 지점에서 유지되게 하는데 유리하다. 이는 장치를 더욱 값싸게 제조되도록 한다. 이는 원심분리압축기와 같은 대용적효율압축기의 사용을 필요로 하며, 특히 공공빌딩의 에어 컨디셔닝을 위하여 사용되는 대용량의 수 냉각기에 적합하다. 2 바 이하에서 흡수체의 압력이상으로 유체압력을 감소시키는 IHA는 주목되는 바의 압출기와 같은 장치의 크기를 크게 하여 경제적인 잇점도 없게 한다. The larger the IHA, the lower the pressure of the fluid above the absorber. The maximum operating pressure below the heat release temperature of about 2 bar is advantageous to maintain the pressure at some point in the heat pump apparatus below the pressure controlled pressure. This makes the device cheaper to manufacture. This necessitates the use of large capacity compressors, such as centrifugal compressors, and is particularly suitable for large capacity water chillers used for air conditioning in public buildings. The IHA, which reduces the fluid pressure above the absorber pressure below 2 bar, increases the size of devices such as extruders as noted, without the economic benefits.

약 2 바 이상의 최대작동압력으로 작동하는 히트펌프에서, IHA는 가급적 이 장치의 최저작동압력에서 흡수체의 압력이 약 1 바 이하가 되어 다공성 고체에 의하여 거의 흡수되지 않는 대기가스의 유입을 방지하도록 선택된다. 바람직하게는 IHA는 소정의 응용기기에서 가장 낮은 작동압력이 1.5 바 이하가 되지 않도록 선택된다. In heat pumps operating at a maximum operating pressure of approximately 2 bar or more, the IHA is selected to prevent the ingress of atmospheric gases, where the pressure of the absorber is less than about 1 bar at the lowest operating pressure of the device, preferably with little absorption by porous solids. do. Preferably the IHA is chosen such that the lowest operating pressure in a given application is not less than 1.5 bar.

본 발명의 특별한 장점은 흡수체 튜브들의 단부들간에 소정의 실질적인 온도차이들, 실예를 들면 에어 컨디셔닝 응용기기에 통상 요구되는 섭씨 10도 내지 45도의 냉,온 공기온도를 발생시키도록 하는데 필요한 온도차 섭씨 35도를 발생시키도록 유체흡수 및 배출에 의하여 섭씨 5도 이하의 비교적 적은 온도변화를 유도되도록 한다는 것이다. 이러한 장점에도, 비교적 온도변화는 베드와 외부열전달 유체 사이에 열교환을 용이하게 한다. 바람직하기는 흡수 및 배출에 대한 변화들은 섭씨 5 도씨 이상이고 더욱 바람직하기에는 섭씨 10도 이상이다. IHA가 높을수록 더 큰 온도변화를 얻을 수 있다. 낮은 흡수체 열능력(HCA)은 또한 높은 온도변화를 제공한다. 바람직하기에는 HCA는 2.00KJ/khK이하이고, 더욱 바람직하기에는 1KJ/kgK이하이며, 가장 바람직하기로는 0.8KJ/kgK이하이다. 특별히 바람직한 것은 다공성 카본재료와 0.75KJ/kgK 이하의 HCAs를 가진 할로겐용 금속흡수체이다.A particular advantage of the present invention is that the temperature difference between the ends of the absorber tubes is required to produce a certain substantial temperature difference, e.g., a cold and hot air temperature of 10 degrees to 45 degrees Celsius which is usually required for air conditioning applications. By absorbing and discharging fluid to generate a relatively small temperature change of less than 5 degrees Celsius is to be induced. Despite these advantages, relatively temperature changes facilitate heat exchange between the bed and the external heat transfer fluid. Preferably the changes to absorption and emission are at least 5 degrees Celsius and more preferably at least 10 degrees Celsius. The higher the IHA, the greater the temperature change. Low absorber thermal capacity (HCA) also provides high temperature changes. Preferably the HCA is 2.00 KJ / khK or less, more preferably 1 KJ / kgK or less, and most preferably 0.8 KJ / kgK or less. Particularly preferred are metal absorbers for halogens having a porous carbon material and HCAs of 0.75 KJ / kgK or less.

흡수체의 기(단)가 유사한 IHA를 가지지만, 그들의 작동 유체에 대한 흡수 능력은 단위질량당 이용할 수 있는 활성사이트(site)들의 수에 따라 좌우될 수 있다. 활성사이트의 수는 유체분자결정에 접근할 수 있는 다공성 고체의 내부 면적(ISA)에 관련되는 경향이 있다. ISA가 높으면 높을수록 소정압력에서 유체를 흡수하는 단위 질량당 고체의 능력, 적어도 1000㎣/g의 ISA는 가장 바람직하다. Although the groups of the absorbers have similar IHAs, their ability to absorb for their working fluid may depend on the number of active sites available per unit mass. The number of active sites tends to be related to the internal area (ISA) of the porous solids that can access the fluid molecule crystals. The higher the ISA, the more desirable is the ability of a solid per unit mass to absorb fluid at a given pressure, an ISA of at least 1000 mW / g.

특정유체와 함께 일련의 흡수체를 위한 IHAs, SHAs와 ISAs들이 유사한 경우 온도변화는 본질적으로 그들의 밀도(DA)와는 별개로 된다. 그러나 온도변화는 또는 흡수체 튜브를 제조하는 재질의 열 능력에 따른다. 이들 재질의 양은 위에서 논의된 고밀도를 가진 다른 흡수체의 물리적 속성에 영향을 미치지 않는 경우 고밀도를 가진 다공성 고체를 선택하므로 최소로 된다. 더구나, 열을 흡수체 튜브로부터 빼앗거나 그에 더하는 열전달 유체의 양은 또한 온도변화량을 결정할 수 있다. 열교환유체의 낮은 저장성이 바람직하다. When IHAs, SHAs and ISAs for a series of absorbents with a particular fluid are similar, the temperature change is essentially independent of their density (DA). However, the temperature change also depends on the thermal capacity of the material from which the absorber tube is made. The amount of these materials is minimized since a porous solid with a high density is selected if it does not affect the physical properties of the other absorbents with high density discussed above. Moreover, the amount of heat transfer fluid that deprives or adds heat from the absorber tube can also determine the amount of temperature change. Low storage of heat exchange fluid is desirable.

높은 최대의 흡수압력은 작동유체를 위하여 흡수체의 능력을 극대화한다. 그러나, 압력이 증가함에 따라 흡수체의 등분된 능력은 감소하고 동시에 파이프의 압력에 견디도록 요구되는 파이프의 크기는 열교환기의 질량과 여기서 열 능력에서의 필연적인 증가와 함께 증가 된다. 후자(압력의 증가)는 흡수배출시에 얻어지는 온도변화의 크기를 감소시킨다. 최적의 압력은 다공성 고체의 압력/흡수 속성에 따라 좌우된다. CO2와 활성카본의 조성물을 위한 최적의 작동압력은 통상 대략 20바이다. High maximum absorption pressure maximizes the capacity of the absorber for the working fluid. However, as the pressure increases, the equal capacity of the absorber decreases and at the same time the size of the pipe required to withstand the pressure of the pipe increases with the inevitable increase in the mass of the heat exchanger and here the thermal capacity. The latter (increase in pressure) reduces the magnitude of the temperature change obtained upon absorption discharge. The optimum pressure depends on the pressure / absorption properties of the porous solid. The optimum operating pressure for the composition of CO 2 and activated carbon is usually around 20 bar.

흡수체의 열적 전도도는 중요하다. 특히 입자 또는 과립형의 다공성 고체들은 낮은 열전도도를 가져, 그에 따라 흡수 및 배출 중에 열전도는 베드들의 주기 시간을 제한한다. 구체적 실시예에서 히트펌프는 그들의 폭 또는 직경과 비교하여 길고 일단부로부터 다른 단부까지 점진적인 열 제거 또는 추가를 하는데 적용된 하나 이상의 흡수체 튜브를 구비한다. 튜브길이와 직경의 비는 가급적 약 5:1 이상이고, 더 바람직하기에는 약 10:1 이상이며, 더욱 바람직하기에는 20:1이다.The thermal conductivity of the absorber is important. Particulate or granular porous solids in particular have low thermal conductivity, so that thermal conductivity during absorption and discharge limits the cycle time of the beds. In a specific embodiment the heat pumps have one or more absorber tubes which are long in comparison to their width or diameter and have been adapted for gradual heat removal or addition from one end to the other. The ratio of tube length to diameter is preferably about 5: 1 or more, more preferably about 10: 1 or more, and more preferably 20: 1.

흡수체의 열전도도를 개선하도록 흡수체들은 열전도 물질들과 부분적으로 또는 전체적으로 유리하게 결합될 수 있다. 열전도 물질은 바람직하게는 얇은 조각, 단 섬유 또는 거품같은 형태이고 더욱 바람직한 것은 금속망, 분말, 선 또는 단 섬유와 같은 흑연이고, 바람직하기에는 구리와 알루미늄 같은 높은 열 전도성 금속, 폴리 아닐린과 폴리 필로리틴과 같은 유기질 중합체들로 이루어진다. 또 이 열전도물질은 양호한 열적 전기적 전도도를 갖는다. The absorbers can be advantageously combined, in part or in whole, with the thermally conductive materials to improve the thermal conductivity of the absorber. The thermally conductive material is preferably in the form of flakes, short fibers or foams and more preferably graphite such as metal mesh, powder, wire or short fibers, preferably high thermally conductive metals such as copper and aluminum, polyaniline and polypylori Organic polymers such as tin. This thermally conductive material also has good thermal and electrical conductivity.

본 발명의 구체적 실시예에서, 기본적인 질소 원자들을 포함하고, 다공성 고체의 적어도 일부분을 구비하는 열전도 중합체들이 사용된다. 이러한 다공성 고체는 이산화탄소의 흡수에 기여한다. 다공성 고체를 모놀리스 가스로 압축하면 열전도도를 개선할 수 있다. 표1은 여러 흡수체 실예들과 그들의 열전도도를 나타낸다. 이 리스트는 열전도 첨가제를 추가하므로 흡수체의 열전도도를 좋게 함을 나타내고 있다. In a specific embodiment of the present invention, thermally conductive polymers are used that contain basic nitrogen atoms and have at least a portion of a porous solid. Such porous solids contribute to the absorption of carbon dioxide. Compressing the porous solid with monolithic gas can improve thermal conductivity. Table 1 shows various absorbent examples and their thermal conductivity. This list indicates that the thermal conductivity of the absorber is improved by adding a thermal conductive additive.

표1Table 1

흡수체  Absorber 열전도도 W/(m.k) Thermal Conductivity W / (m.k) 강화제올라이트 13X    Enhancer Zeolite 13X 0.58 0.58 강화제올라이트 + 팽창흑연    Enhancer Zeolite + Expanded Graphite 5-15 5-15 용융실리카    Fused silica 1.8 1.8 실리카겔 +20~30% 팽창된 흑연    Silica gel + 20 ~ 30% expanded graphite 10-20 10-20 모놀리스(단결정체) 카본    Monolithic Carbon 0.27-0.60 0.27-0.60 입상카본    Granular Carbon 0.1 0.1 모놀리스 카본 + 알루미늄 박판    Monolithic carbon + aluminum sheet 20 20

바람직한 흡수체는 열전도도가 약 0.5W/(m.k) 이상이고, 더욱 바람직하기에는 5W/(m.k)이상이며, 가장 바람직하기에는 50W/(m.k)이다.Preferred absorbers have a thermal conductivity of at least about 0.5 W / (m.k), more preferably at least 5 W / (m.k), most preferably 50 W / (m.k).

흡수체 열교환구조 또한 열이 다공성 고체에 전달되게 하고 그로부터 전달받게 하는 용이함에 영향을 미친다. 중요한 필요조건은 온도변화가 바람직한 값 섭씨 5도 이하로 떨어지지 않도록 열교환의 금속성분의 열적 능력을 증가시키지 않고도 열교환을 최대로 하는 것이다. The absorber heat exchange structure also affects the ease with which heat is transferred to and from the porous solid. An important requirement is to maximize heat exchange without increasing the thermal capacity of the metal components of the heat exchange so that the temperature change does not fall below the desired value of 5 degrees Celsius.

도 1은 열전달 유체를 수용한 외부 덕트를 구비한 흡수체를 수용한 열교환기 어셈블리를 설명하는 사시도;1 is a perspective view illustrating a heat exchanger assembly containing an absorbent body having an outer duct containing a heat transfer fluid;

도 2는 도 1에 도시된 열교환기 어셈블리의 단면도;2 is a cross-sectional view of the heat exchanger assembly shown in FIG. 1;

도 3은 원통형 열전달 유체 도관 내에 수용된 다중흡수체튜브들을 보이는 단면도;3 is a cross-sectional view showing multiple absorber tubes contained within a cylindrical heat transfer fluid conduit;

도 4는 6각형 열전달 유체 도관 내에 수용된 다중 흡수체 튜브들을 보이는 단면도;4 is a cross-sectional view showing multiple absorber tubes contained within a hexagonal heat transfer fluid conduit;

도 5a와 도 5b는 각기 종 방향의 열전달 핀과 나선형 열전달 핀을 나타내는 단일흡수체 튜브의 단면도들;5A and 5B are cross-sectional views of a single absorber tube showing a longitudinal heat transfer fin and a helical heat transfer fin, respectively;

도 6은 내부열전달 유체튜브를 구비하는 흡수체 파이프 열교환기 어셈블리를 예시한 단면도;6 is a cross-sectional view illustrating an absorber pipe heat exchanger assembly having an internal heat transfer fluid tube;

도 7은 도 6에 도시된 열교환 어셈블리의 단면도;7 is a cross-sectional view of the heat exchange assembly shown in FIG. 6;

도 8은 다중열전달 유체튜브를 수용한 흡수체 튜브를 나타내는 단면도;8 is a cross-sectional view showing an absorber tube containing a multiple heat transfer fluid tube;

도 9는 사선 권취된 열 흡수체 튜브를 나타내는 사시도;9 is a perspective view showing an obliquely wound heat absorber tube;

도 10은 나선튜브 내에 설치된 나선 권취 열교환기 튜브를 나타내는 단면도;10 is a sectional view showing a spiral wound heat exchanger tube installed in the spiral tube;

도 11은 본 발명에 따른 제1 히트펌프장치의 개략도;11 is a schematic view of a first heat pump apparatus according to the present invention;

도 12는 본 발명에 따른 제2 히트펌프장치의 개략도;12 is a schematic view of a second heat pump apparatus according to the present invention;

도 13a 내지 도 13f들은 본 발명에 따른 제3 히트펌프장치의 구성을 전체적으로 또는 특정부품을 부분적으로 도시한 개략도들;13A-13F are schematic views showing, in whole or in part, a specific part of a configuration of a third heat pump apparatus according to the present invention;

도 14는 본 발명에 따른 제4 히트펌프장치의 개략도이다.14 is a schematic view of a fourth heat pump apparatus according to the present invention.

본 발명을 첨부도면을 참고로 하여 실예로써 이에 제한하고자 하는 의도없이 상세히 설명하고자 한다. The present invention will be described in detail without reference to the accompanying drawings by way of example.

도1 및 도2는 본 발명의 제1실시예이다. 1 and 2 show a first embodiment of the present invention.

이 실시예에서, 열교환유체는 도 1 및 도 2에 도시와 같이 흡수체 튜브에 동심원상에 있는 외부 도관 내에서 유동하도록 수용된 액체이다. 열교환 유체 도관 1.1은 흡수체 튜브를 수용한다. 이 흡수체 튜브를 통하여 작동 유체의 유동은 밸브 1.2와 1.3에 의하여 조정된다. 이 흡수체 튜브가 흡인상태일 때 밸브 1.6은 개방 되고 밸브 1.7은 폐쇄된다. 작동 유체는 도면에 도시와 같이 밸브 1.6에서 외부로 유동한다. 동시에 열교환유체는 밸브 1.4에서 도관 내로 유동하고 밸브 1.5에서 외부로 유동한다. 히트펌프장치가 일정한 압력 하에 있을 때, 밸브 1.6은 밀폐되는 밸브 1.7은 개방된다. 열전달유체는 역방향, 예를 들면 밸브 1.5에서 유입되고, 밸브 1.4에서 외부로 배출되는 식으로 유동한다. 도 2에서 흡수체 2.1을 수용한 튜브 2.4, 열전달 유체 2.2와 열전달 유체 도관 2.3이 도시된다. 대형장치를 위하여 다중의 흡수체 도관이 도 3 및 4에 도시와 같이 단일의 유체 도관 내에 설치될 수 있다. 도 3과 4에 흡수체 3.1과 4.1, 열전달 유체 3.2와 4.2, 열전달 도관 3.3과 4.3과 열흡수체 튜브 3.4와 4.4들이 도시되어 있다. 도관은 원형, 정사각형, 육각형 또는 특정의 응용기기에 적합한 다른 단면을 가질 수 있다. 흡수체 튜브들의 외부표면들에는 핀들 또는 다른 돌기들이 형성되어 도5에 도시와 같이 열전달을 증가시킬 수 있다. 종 방향이거나 나선 핀들이 바람직하다. 도 5에서 부품 5.1과 5.4들은 흡수체이고, 5.2와 5.5는 각각 종 방향핀 및 나선 핀들이며, 5.3과 5.6은 흡수체 튜브들이다. 흡수체로부터 흡수체의 내측벽부까지 열전달은 천공된 금속판, 디스크 또는 흡수체 베드 내에 튜브 측에 수직으로 배열된 금속망이거나 단 섬유로 만들어진 다른 부재를 결합시키므로 유리하게 촉진된다. 최적의 열전달을 위하여 열전달 유체들은 내측벽들과 밀착되어야 한다. In this embodiment, the heat exchange fluid is a liquid received to flow in an outer conduit concentric with the absorber tube as shown in FIGS. 1 and 2. The heat exchange fluid conduit 1.1 houses an absorber tube. The flow of working fluid through this absorber tube is regulated by valves 1.2 and 1.3. When this absorber tube is aspirated, valve 1.6 is opened and valve 1.7 is closed. The working fluid flows outward from valve 1.6 as shown in the figure. At the same time, the heat exchange fluid flows into the conduit at valve 1.4 and outward at valve 1.5. When the heat pump apparatus is under constant pressure, valve 1.7 is closed which valve 1.6 is closed. The heat transfer fluid flows in the reverse direction, for example in valve 1.5 and outward in valve 1.4. In FIG. 2 a tube 2.4 containing an absorber 2.1, a heat transfer fluid 2.2 and a heat transfer fluid conduit 2.3 is shown. For large apparatus, multiple absorber conduits may be installed in a single fluid conduit as shown in FIGS. 3 and 4. 3 and 4 show absorbers 3.1 and 4.1, heat transfer fluids 3.2 and 4.2, heat transfer conduits 3.3 and 4.3 and heat absorber tubes 3.4 and 4.4. The conduits may have a circular, square, hexagonal or other cross section suitable for a particular application. Fins or other protrusions may be formed on the outer surfaces of the absorber tubes to increase heat transfer as shown in FIG. Longitudinal or spiral pins are preferred. In Figure 5, parts 5.1 and 5.4 are absorbers, 5.2 and 5.5 are longitudinal and spiral fins, respectively, and 5.3 and 5.6 are absorber tubes. Heat transfer from the absorber to the inner wall of the absorber is advantageously facilitated by joining the perforated metal plate, disk or other member made of short fibers or a metal mesh arranged perpendicular to the tube side in the absorbent bed. For optimal heat transfer, the heat transfer fluids should be in close contact with the inner walls.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 열전달 유체는 도6 및 7에 도시된 바와 같이 흡수튜브 내에 튜브를 통하여 유동한다. 부품 6.1은 흡수체 내장튜브이다. 흡수체가 도 6에 도시와 같이 흡인하에 있는 때, 밸브 6.2는 개방되고 밸브 6.3은 폐쇄되어 배출되는 작동 유체가 밸브 6.6에서 배출된다. 열전달 유체는 밸브 6.4에서 중심튜브 내로 유동하고 밸브 6.5에서 배출된다. 흡수체가 압축하에 있게 되면, 밸브 6.2는 폐쇄되고 밸브 6.3은 개방된다. 동시에, 열전달 유체는 밸브 6.5에서 튜브 내로 유동 되고 밸브 6.4에서 출력된다. 도7은 열전달 유체 7.2를 수납한 열튜브 7.3 둘레를 감싸고 있는 흡수체 7.1을 나타내고 있다. 흡수체와 유체 튜브간에 열전달은 튜브의 축에 수직이거나 유체튜브를 따라 나선으로 배열된 열전달 핀에 의하여 증가 될 수 있다. 바람직하기에는 이 핀들은 밀착하여 유체튜브의 외부표면상에 끼워지거나 고정되고 흡수체 튜브의 내부표면과 접촉되지 않는다. 도 7에 부분적으로 절단하여 도시한 바와 같이 밸브 7.3은 열 전달된 7.5와 접촉되고, 밸브 7.5는 천공되어 그를 통하여 작동유체가 통과하도록 한다. 흡수체는 튜브 7.4 내에 수납된다. 열전달 유체튜브는 단면이 원형일 수 있고, 유리한것은 타원형 단면으로 압축되어 표면적을 유지시키나 감소한 내부용적을 갖게 할 수 있다. 이 기하학적 형상은 열전달 유체의 소정의 용적 유동을 위하여 비교적 높은 선형속도를 제공하므로 금속/유체열전달 계수를 개선하는 결과로 되게 한다. In another embodiment of the invention, the heat transfer fluid flows through the tube in the absorber tube as shown in FIGS. 6 and 7. Part 6.1 is an absorber embedded tube. When the absorbent body is under suction as shown in FIG. 6, valve 6.2 is opened and valve 6.3 is closed so that the discharged working fluid is discharged from valve 6.6. The heat transfer fluid flows into the center tube at valve 6.4 and exits at valve 6.5. When the absorbent body is under compression, valve 6.2 is closed and valve 6.3 is open. At the same time, the heat transfer fluid flows into the tube at valve 6.5 and is output at valve 6.4. Fig. 7 shows an absorber 7.1 wrapped around a heat tube 7.3 containing a heat transfer fluid 7.2. Heat transfer between the absorber and the fluid tube can be increased by heat transfer fins perpendicular to the axis of the tube or arranged spirally along the fluid tube. Preferably these pins are tightly fitted or fixed on the outer surface of the fluid tube and are not in contact with the inner surface of the absorber tube. As shown partially cut away in FIG. 7, valve 7.3 is in contact with the heat-transferred 7.5 and valve 7.5 is perforated to allow the working fluid to pass through it. The absorbent body is contained in tube 7.4. The heat transfer fluid tube may be circular in cross section and advantageously may be compressed into an elliptical cross section to maintain the surface area but have a reduced internal volume. This geometry provides a relatively high linear velocity for the desired volumetric flow of heat transfer fluid, resulting in an improvement of the metal / fluid heat transfer coefficient.

본 발명에 의한 실시예에서, 가스 유동은 흡수체 튜브를 따라 압력구배를 발생시키도록 억제된다. 이는 단독으로 또는 여러 가지 방법 또는 여러 가지 조합 방법으로 달성될 수 있다. 실예를 들면, 한가지 방법은 흡수체의 축에 수직으로 설치된 천공되지 않은 디스크 형태의 고체 열교환기와 그들의 변부들과 작동 유체가 통과하도록 내장된 흡수체 튜브의 내부 벽 사이에 작은 간격을 형성한 유체튜브들의 사용과 관계된다. 두 번째 방법으로, 핀과 내부벽 사이에 간격은 중합체 가스켓으로 밀봉되나, 핀들은 가스 유동을 제한하는 작은 구멍으로 천공된다. 사용된 핀들의 수, 변부와/또는 직경들 사이에 간격의 크기와 천공구멍의 수들을 변경하므로, 소정압력의 구배가 달성될 수 있다. In an embodiment according to the invention, the gas flow is suppressed to generate a pressure gradient along the absorber tube. This can be accomplished alone or in various ways or in various combinations. For example, one method is the use of an unperforated disc-shaped solid heat exchanger mounted perpendicular to the axis of the absorber and the use of fluid tubes with small gaps between their edges and the inner wall of the absorber tube embedded for the working fluid to pass through. Is related to. In the second method, the gap between the fin and the inner wall is sealed with a polymer gasket, but the fins are perforated with small holes that limit the gas flow. By varying the number of pins used, the size of the gap between the edges and / or diameters and the number of perforations, a gradient of a predetermined pressure can be achieved.

다른 실시예에서, 흡수체 튜브의 내부벽에는 낮은 열적 도전성 라이너가 설치된다. 이 구조는 흡수체로부터 흡수체 튜브의 벽으로 열 유동을 막는다. 이 구조가 장점으로 하는 바가 흡수체의 열적 주기 중에 흡수체 수용튜브의 열적 능력은 온도 변화의 크기를 많이 감소시키지 않는다. 이 라이너는 또한 흡수체용 용기와 열전달 유체튜브로써 작용하도록 그들의 흡수체 튜브 내에 삽입되기 전에 조립된다. 이 구조의 다른 장점은 열전달에 요구되지 않는 흡수체 튜브가 구리 또는 알루 미늄보다 강도가 강한 속성을 가진 스테인리스 강철과 같은 재료들로 만들어질 수 있으며, 이 금속들은 일반적으로 높은 열전도도를 만족할 때 선호된다. 또한 가격과 무게와는 별개로 높은 압력에 저항하도록 선택된 튜브 벽 두께에 대한 제한은 없다. 특히 다수의 열전달 유체 파이프들이 도 8에 도시와 같이 사용될 때 유리하다. 흡수체 8.1은 튜브 8,4 내에 내장되고, 그로부터 절연재 8.6에 의하여 분리되어 있다. 8.2는 튜브 8.3 내에 봉입 된 열전달 유체이다. 부분적으로 절단되어 도시된 열전달핀 8.5는 흡수체로부터 열전달 유체튜브까지의 열전달을 증가시킨다. 라이너는 가급적 낮은 열전도 유기질 중합체로 조립되는 것이 좋다. 더욱 바람직하기에는 폴리우레탄포옴같은 개방셀 유기질 포옴이며, 특히 바람직한 것은 기계적 강도를 제공하도록 고체중합체튜브 또는 표면층으로 외부가 보강된 유기질 포옴이다. 본 발명의 일 실시예에서, 베드용 수납튜브는 폴리에테르-에테르-케톤과 같은 엔지니어링 중합체로 조립되고, 바람직하게는 흑연섬유 같은 재질로써 보강된다. 이러한 유형의 강한 조성물은 항공산업 분야에서 잘 알려져 있으며, 경량 축조가 유리한 것으로 선호되고 있다. In another embodiment, a low thermally conductive liner is installed on the inner wall of the absorber tube. This structure prevents heat flow from the absorber to the wall of the absorber tube. The advantage of this structure is that the thermal capacity of the absorber receiving tube during the thermal cycle of the absorber does not significantly reduce the magnitude of the temperature change. These liners are also assembled before being inserted into their absorber tubes to act as containers for the absorbers and heat transfer fluid tubes. Another advantage of this structure is that the absorber tube, which is not required for heat transfer, can be made of materials such as stainless steel, which have stronger properties than copper or aluminum, and these metals are generally preferred when they meet high thermal conductivity. . There is also no limit to the tube wall thickness chosen to resist high pressures, independent of price and weight. It is particularly advantageous when multiple heat transfer fluid pipes are used as shown in FIG. 8. The absorber 8.1 is embedded in the tubes 8, 4 and separated from it by the insulating material 8.6. 8.2 is the heat transfer fluid enclosed in tube 8.3. The heat transfer pin 8.5, shown partially cut, increases heat transfer from the absorber to the heat transfer fluid tube. The liner is preferably assembled from a low thermal conductivity organic polymer. More preferred are open cell organic foams, such as polyurethane foams, and particularly preferred are organic foams that are externally reinforced with a solid polymer tube or surface layer to provide mechanical strength. In one embodiment of the invention, the bed receiving tube is assembled from an engineering polymer such as polyether-ether-ketone and preferably reinforced with a material such as graphite fiber. Strong compositions of this type are well known in the aviation industry and light weight construction is preferred.

본 발명에서, 이러한 물질들은 작은 무게가 요구되는 차량 에어 컨디셔닝 장치에서 선호된다. 열전달매체를 이송하는 튜브는 가급적 열전달을 용이하게 하도록 금속으로 조립된다. 바람직하게도 튜브는 구리 또는 알루미늄 같은 열 전도성 금속제로 만들어진다. 이러한 구조의 다른 장점은 튜브가 내부압력에서보다 오히려 가스의 외부압력에 노출된다는 것이다. 이 모드에서 구리와 알루미늄들은 기계적으로 강철보다 강하지 않아도 수용될 수 있다. In the present invention, these materials are preferred in vehicle air conditioning apparatus where small weight is required. The tube carrying the heat transfer medium is assembled from metal to facilitate heat transfer wherever possible. Preferably the tube is made of a thermally conductive metal such as copper or aluminum. Another advantage of this structure is that the tube is exposed to the external pressure of the gas rather than at the internal pressure. In this mode, copper and aluminum can be accommodated even if they are not mechanically stronger than steel.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 흡수체 튜브는 나선형태로 조립되고, 도9와 10에 도시와 같이 유체 도관을 형성하는 환형의 두개 동심튜브 내에 수용된다. 흡수체 9.2는 흡수체 튜브 9.1 내에 수용된다. 이 설계는 흡수체 베드의 길이가 긴 효과적인 길이부가 상당히 짧은 실제 길이부 내에 수용되게 한 구조보다 특별한 장점을 가진다. 일 실시예에서 도관벽들은 도 10에 도시와 같이 흡수체 튜브 9.1에 밀착하여 고정된다. 흡수체 10.1에는 내부 도관 10.2의 벽 둘레로 감겨 지고 외부 도관 10.4의 벽에 의하여 밀봉된 튜브 10.3 내에 수용된다. 열전달 유체는 흡수체 튜브와 외부 및 내부 도관들 사이에 형성된 나선통로를 통하여 유동하도록 억제된다. 이 구조는 열교환기 내에 열전달 유체의 양을 최소로 하고 가능한 크게 온도 변화를 유지하는데 조력한다. 열 이득 또는 손실은 히트펌프장치의 중간부의 환경까지 감소시키도록 수 도관은 폴리스틸렌 또는 폴리우레탄 포옴 또는 유리섬유의 층 10.5으로 절연될 수 있는 것이 유리하다.In yet another embodiment of the present invention, the absorber tube is assembled in a helical shape and accommodated in an annular two concentric tubes forming a fluid conduit as shown in FIGS. 9 and 10. Absorbent 9.2 is contained in absorber tube 9.1. This design has particular advantages over the structure that allows the long effective length of the absorber bed to be accommodated in a substantially short actual length. In one embodiment the conduit walls are secured in close contact with the absorber tube 9.1 as shown in FIG. 10. The absorber 10.1 is wrapped in a tube 10.3 wound around the wall of the inner conduit 10.2 and sealed by the wall of the outer conduit 10.4. The heat transfer fluid is constrained to flow through the spiral passageway formed between the absorber tube and the outer and inner conduits. This structure helps to minimize the amount of heat transfer fluid in the heat exchanger and to maintain the temperature change as large as possible. It is advantageous that the water conduit can be insulated with a layer 10.5 of polystyrene or polyurethane foam or fiberglass so that the thermal gain or loss is reduced to the environment of the middle part of the heat pump apparatus.

본 발명의 다른 실시예에서, 열전달 유체는 가스이고 바람직하기에는 공기이다. 이는 흡수체 튜브의 외부표면을 따라 유동하도록 된다. 양호한 열전달을 제공하도록 튜브의 외부표면에는 종 방향 핀 또는 나선형의 핀들이 설치된다. 흡수체로부터 흡수체의 내부 벽까지 열전달은 천공된 금속판들 또는 금속그물의 디스크들 또는 섬유들로 되고 튜브에 가급적 수직으로 위치되게 하므로 유리하게 촉진된다. 최적의 열전달을 위하여 흡수체들은 내부 벽과 밀착된다. 디스크들 또한 흡수체 튜브를 따라 압력 구배를 형성하도록 작동 유체가스 유동을 억제하도록 작용한다. 실예를 들면 천공된 금속관들이 사용된 경우 금속판의 수, 직경, 천공 수들은 소정의 압력구배를 형성하도록 선택된다. In another embodiment of the invention, the heat transfer fluid is a gas and preferably air. This causes it to flow along the outer surface of the absorber tube. Longitudinal or helical fins are installed on the outer surface of the tube to provide good heat transfer. Heat transfer from the absorbent body to the inner wall of the absorbent material is advantageously facilitated by being made of perforated metal plates or disks or fibers of metal mesh and positioned as perpendicular to the tube as possible. The absorbers adhere to the inner wall for optimal heat transfer. The disks also act to suppress the working fluid gas flow to form a pressure gradient along the absorber tube. For example, when perforated metal tubes are used, the number, diameter and number of perforations of the metal plates are selected to form a predetermined pressure gradient.

흡수체와 열전달 유체간에 양호한 열전달은 최적성능을 위하여 분명히 바람직하다. 수소와 함께 사용될 수 있는 금속흡수체는 카본, 제올라이트와 실리카겔과 같은 비금속물질보다 더 높은 열전도도를 갖는 것이 유리하다. Good heat transfer between the absorber and the heat transfer fluid is clearly preferred for optimum performance. Metal absorbers that can be used with hydrogen advantageously have higher thermal conductivity than nonmetallic materials such as carbon, zeolite and silica gel.

유체/흡수체 조성물의 선택은 소정의 응용기기와 흡수체 열교환기들의 설계를 위한 최적의 성능을 제공하도록 선택된 값을 가진 다수의 요인에 따라 좌우된다. 흡수체는 상기와 같이 튜브들 내에서 억제된다. 흡수체는 병렬로 배열되는 여러 세트의 튜브 내에 억제되고, 각 튜브세트들은 압축 또는 흡입을 동시에 수행한다. The choice of fluid / absorber composition depends on a number of factors with values selected to provide optimal performance for the design of a given application and absorber heat exchangers. The absorbent body is restrained in the tubes as above. The absorbent body is restrained in several sets of tubes arranged in parallel, each tubeset performing compression or suction simultaneously.

또한, 흡수체는 파이프들에 의하여 직렬로 연결되는 여러 세트의 튜브 내에 억제된다. 단일튜브 양단에서 압력강하가 작을 때, 실질 압력구배는 연결파이프 내에 가스 유동에 대하여 제한하므로 직렬배열된 튜브 양단에 형성된다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 흡수체는 그들의 변부들이 밀봉되고 그의 양단부에 입구와 출구를 형성한 한 쌍의 플레이트들 내에 수용된다. 열전달 유체는 플레이트들의 외부표면 위로 유동하므로 열을 빼앗거나 추가한다. 이 모드의 구조는 흡수플레이트 열교환기를 구비하게 한 것이다. 여러 세트의 플레이트 열교환기들은 병렬로 배열하여 한 모듈로 조립할 수 있어 열교환유체가 각 쌍을 이룬 열교환기들 사이에서 유동하도록 한다. In addition, the absorbent material is restrained in several sets of tubes connected in series by pipes. When the pressure drop across the single tube is small, the actual pressure gradient is formed across the tube in series because it limits the gas flow in the connecting pipe. In another embodiment of the invention, the absorbent body is housed in a pair of plates whose edges are sealed and at both ends of which form an inlet and an outlet. The heat transfer fluid flows over the outer surfaces of the plates and thus deprives or adds heat. The structure of this mode is to have an absorption plate heat exchanger. Several sets of plate heat exchangers can be arranged in parallel and assembled into one module, allowing the heat exchange fluid to flow between each pair of heat exchangers.

본 발명의 구체적 실시예에서, 히트펌프장치는 작동 유체, 기계적 동력원으로 구동되는 용적압축기와 압축된 작동 유체의 펄스들이 통과되도록 하는 다공성 흡수고체들로 구성된다. 냉각은 다공성 고체의 일 단부와 접촉된 가스의 압력을 감소시키므로 다공성 고체로부터 작동 유체를 흡수하므로 발생되고, 반면에 타측 단부에서 다공성 고체에 의하여 작동 유체에 의하여 유도된 압력이 열을 발생시킨다. 바람직한 작동 유체/흡수고체 조성물들은 흡수 및 배출열들이 압축열보다 실질적으로 크도록 선택된다. 더욱 바람직한 것은 흡수 및 배출열들은 교체하도록 의도된 종래의 랭킨 사이클 기반 장치들을 위하여 현재 사용되는 CFC, HCFC, HFC, 수소카본과 암모니아의 증발 잠열과 비교될 수 있다. In a specific embodiment of the present invention, the heat pump apparatus consists of a working fluid, a volumetric compressor driven by a mechanical power source, and a porous absorbent solids for passing pulses of the compressed working fluid. Cooling occurs because it reduces the pressure of the gas in contact with one end of the porous solid and thus absorbs the working fluid from the porous solid, while the pressure induced by the working fluid by the porous solid at the other end generates heat. Preferred working fluid / absorbent solid compositions are selected such that the absorption and discharge heats are substantially greater than the heat of compression. More preferably, the absorption and exhaust heats can be compared to the latent heat of evaporation of CFCs, HCFCs, HFCs, hydrogencarbons and ammonia currently used for conventional Rankine cycle based devices intended to be replaced.

히트펌프장치의 한가지 구조가 도 11에 도시된다. 압축기는 피스톤 11.1을 구비하며, 이 피스톤 11.1은 실린더 11.2 내에서 이동하고 피스톤 11.3에 의하여 구동되며, 크랭크축 11.4에 고정되어 있으며, 크랭크축 11.4는 도시되지 않은 전기모터 또는 다른 원동 장치에 의하여 동력수수 된다. 압축기는 두 개의 밸브 11.5와 11.6들을 구비한다. 인입 또는 흡인밸브 11.5는 피스톤과 실린더 헤드 사이에 스웨프트(Swept: 좁혀진) 용적부가 열교환기 11.7 내의 압력 이하일 때 개방된다. 이는 피스톤이 하부중심을 향하여 이동할 때 발생한다. 반대로, 출구 또는 배출밸브 11.6은 피스톤과 실린더 헤드 사이에 스웨프트 용적부가 열교환기 11.9 내의 압력 이상일 때 개방된다. 이는 피스톤이 상사점을 향하여 이동할 때 일어난다. 열교환기 11.8은 압축열을 대기에 빼앗긴다. 흡수체 다공성 고체 11.10은 작동 유체와 반응하여 그의 압력을 이 장치가 설계되고 자체 유동에 저항을 제공할 정도의 레벨까지 압력을 감소시키므로, 압력차가 열교환기 11.7 및 11.9 간에 유지되도록 한다. 이 장치는 충분히 작동 유체로 장전되어 열 펌핑 능력을 최대로 하나, 이 설계의 압력제한을 두지 않는다. 이 장치는 30 바 이상의 최대작동압력에 견딜 수 있게 된다. 낮은 비용의 장치를 원한다면 작동압력은 가급적 20 바를 초과하지 않는 것이 좋다. One structure of the heat pump apparatus is shown in FIG. The compressor has a piston 11.1, which moves in the cylinder 11.2 and is driven by the piston 11.3, fixed to the crankshaft 11.4, the crankshaft 11.4 is driven by an electric motor or other prime mover, not shown. do. The compressor has two valves 11.5 and 11.6. Inlet or suction valve 11.5 is opened when the swept volume between the piston and the cylinder head is below the pressure in the heat exchanger 11.7. This occurs when the piston moves towards the bottom center. Conversely, the outlet or outlet valve 11.6 is opened when the swarf volume between the piston and the cylinder head is above the pressure in the heat exchanger 11.9. This happens when the piston moves towards top dead center. Heat exchanger 11.8 loses compressed heat to the atmosphere. The absorbent porous solid 11.10 reacts with the working fluid and reduces its pressure to a level such that the device is designed and provides resistance to its own flow, so that the pressure difference is maintained between the heat exchangers 11.7 and 11.9. The device is fully loaded with working fluid to maximize heat pumping capacity, but does not put pressure limits on this design. The device can withstand a maximum working pressure of more than 30 bar. If a low cost device is desired, the working pressure should not exceed 20 bar if possible.

히트펌프장치는 왕복압축기의 흡인스트로크가 완료되는 상태부터 시작하는 다음단계들로 기술되는 주기로 작동한다. The heat pump device operates in a cycle described by the following steps starting from the state where the suction stroke of the reciprocating compressor is completed.

압축스트로크가 실예를 들면 하사점에서 시작하려 한다. The compression stroke is intended to start at bottom dead center, for example.

(a) 피스톤은 실린더 내에서 구동하여 배출밸브 11.6가 개방되고 압축가스가 열교환기 11.8 내로 배출될 때까지 가스 작동 유체의 온도와 압력을 동시에 상승시킨다. (a) The piston is driven in a cylinder to simultaneously raise the temperature and pressure of the gas working fluid until the discharge valve 11.6 is opened and the compressed gas is discharged into the heat exchanger 11.8.

(b) 열교환기 11.8은 공기 또는 수 스트림(stream) 또는 다른 적당한 싱크에 압축열을 빼앗긴다(방출한다).(b) Heat exchanger 11.8 loses (discharges) the heat of compression to an air or water stream or other suitable sink.

(c) 냉각된 압축가스는 그가 흡수되는 고온의 다공성 고체수용 열교환기 11.9에 유입되고, 흡수된 열은 공기 스트림에 빼앗긴 흡수열에 의하여 가열된다. (c) The cooled compressed gas enters the hot porous water exchanger 11.9 for which it is absorbed, and the absorbed heat is heated by the heat of absorption taken away by the air stream.

(d) 작동 유체는 다공성 고체를 통과하여 압축기에 의하여 고체양단에 설정된 압력 구배의 영향하에 저온 열교환기 11.7을 향하여 이동한다. (d) The working fluid passes through the porous solid and moves towards the low temperature heat exchanger 11.7 under the influence of the pressure gradient set across the solid by the compressor.

(e) 피스톤의 작동방향은 반대로 되고 그에 따라 흡인밸브 11.5가 개방되도록 실린더 내에 압력을 감소시키므로 작동 유체가 저온 열교환기 11.7에 다공성 고체로부터 열을 방출한다. 이 방출에 의한 열은 외부 공기 스트림에 의하여 공급되어 냉각된다. (e) The working fluid dissipates heat from the porous solid in the low temperature heat exchanger 11.7, as the operating direction of the piston is reversed, thereby reducing the pressure in the cylinder to open the suction valve 11.5. The heat from this release is supplied and cooled by an external air stream.

(f) 피스톤의 방향은 다시 반대로 되어 가스를 압축하고 흡인밸브를 밀폐시 켜 주기를 완료한다. (f) The direction of the piston is reversed again, to compress the gas and to close the suction valve.

이 장치가 상기된 모드에서 성공적으로 작동하기 위하여, 다공성 고체 연결부 11.7 및 11.9의 어느 지점에서든 가스압력이 중간밸브 둘레에서 진동하므로 작동 유체를 압축기에 의하여 일련의 흡인과 배출을 일으켜 고체를 통과 이동시키는 것이 중요하다. 이 과정은 다공성 고체 연결부 11.7 및 11.9에서 엔탈피 변화에 대하여 중요한 원인을 제공하게 될 것이다. 이 장치의 성능을 최적화하기 위하여 외부의 공기 스트림은 또한 도11에 열교환기를 따라 진동한다. 이러한 진동은 베드로부터 흡인에 의하여 이산화탄소(CO2)의 배출중에 공기가 이산화탄소와 같은 동일 방향으로 유동하도록 단계적으로 발생된다. 반대로 이산화탄소의 흡인 중에 공기 유동은 이산화탄소 유동과 반대 흐름이다.In order for the device to operate successfully in the mode described above, at any point of the porous solid connections 11.7 and 11.9, the gas pressure vibrates around the intermediate valve, which causes the working fluid to be passed through the solid by a series of suctions and discharges by the compressor. It is important. This process will provide an important cause for enthalpy changes at porous solid junctions 11.7 and 11.9. The external air stream also vibrates along the heat exchanger in FIG. 11 to optimize the performance of this device. This vibration is generated step by step so that air flows in the same direction as carbon dioxide during the discharge of carbon dioxide (CO 2 ) by suction from the bed. In contrast, the air flow during the aspiration of carbon dioxide is the opposite of the flow of carbon dioxide.

도 11에 도시된 왕복압축기는 로타리, 슬라이딩 베인 또는 다이아프램 형의 어느 용적압축기로써 대체될 수 있다. 변위용적 내에 활주 표면을 가진 압축기는 유체에 의하여 윤활재는 미세물방울로 되는 오일이 베드를 오염시키는 것을 방지하도록 압축기와 흡인 베드 사이에 오일분리기를 필요로 한다. 그러므로 오일 없는 압축기, 실예를 들면 작동 유체와 접촉하는 이동표면이 유체 윤활제에 의하여 변위용적에서 윤활 되지 않는 압축기가 바람직하다. 특히 바람직한 것은 등에 트로피라리 보다 등온변화에 더 가까웁게 작동하는 다이아프램 압축기이며, 그 이유는 다이아프램과 다이아프램을 구동시키는 순환수압의 오일냉각에 의한 몇몇 장치에서 증가되게 한 압축기 헤드들의 상당한 표면적을 통한 작동유체의 효과적인 냉각 때문 이다. 다이아프램 압축기 에너지효율은 왕복압축기 효율보다 우수하다. 유체 누설율은 다이아프램과 압축기 케이스 사이에 우수한 밀봉이 이루어지므로 상당히 낮으며, 반면에 오일 없는 왕복압축기는 종래 왕복장치의 오일 막의 우수한 밀봉속성을 갖지 못하고 있다. 비교적 낮은 듀티 싸이클의 응용기기들, 실예를 들면 가정용 냉동기, 실내에서 에어 컨디셔닝 장치, 다이아프램 압축기들은 외부전기모터와 우수한 가스 밀봉부의 결합을 제공하는 데 있어 종래의 오일 충진형 밀폐 왕복 및 회전장치에 비하여 장점을 가진다. 오일 충진형 밀폐 왕복 및 회전압축기에 의하여 발생 된 열은 냉각핀에 의하여 분산된다. 종래의 밀폐형 시스템에서 모터냉각은 부분적으로 오일에 의하여 이루어지는데, 오일은 열을 케이스에 전달하고, 냉매는 열을 응축기에 전달한다. 전기모터의 내부냉각을 위한 요구조건을 제거하므로 싸이클의 에너지 효율은 개선될 수 있다. The reciprocating compressor shown in FIG. 11 may be replaced by any volume compressor of the rotary, sliding vane or diaphragm type. Compressors with a sliding surface in the displacement volume require an oil separator between the compressor and the suction bed to prevent oil from being lubricated by the fluid into the droplets of the bed. Therefore, oil-free compressors are preferred, for example compressors in which the moving surface in contact with the working fluid is not lubricated in the displacement volume by the fluid lubricant. Particularly preferred are diaphragm compressors that operate closer to isothermal changes than the tropics on the back, because of the considerable surface area of the compressor heads that have been increased in some units by diaphragm and oil-cooled circulating hydraulic pressure driving the diaphragm. This is due to the effective cooling of the working fluid. Diaphragm compressor energy efficiency is superior to reciprocating compressor efficiency. The fluid leakage rate is considerably low because of good sealing between the diaphragm and the compressor case, while oil-free reciprocating compressors do not have good sealing properties of the oil film of conventional reciprocating devices. Applications of relatively low duty cycles, such as domestic refrigerators, indoor air conditioning units, and diaphragm compressors, have been incorporated into conventional oil-filled hermetic reciprocating and rotating units in order to provide an excellent combination of external electric motors and gas seals. Compared with the advantages. Heat generated by the oil-filled sealed reciprocating and rotary compressors is distributed by the cooling fins. In a conventional hermetic system, motor cooling is partly by oil, where oil transfers heat to the case and refrigerant transfers heat to the condenser. The energy efficiency of the cycle can be improved by eliminating the requirement for internal cooling of the electric motor.

다양한 압축기 설계들은 흡인 베드의 고온 단부에서 압축가스의 맥동을 발생시키고 냉각 단부에서 팽창가스의 맥동을 제거하도록 축조되는 경우 사용될 수 있다. 도 11은 높은 열전도도와 그들의 용적으로부터 외부가스 스트림까지 양호한 열전달을 가진 흡수체들에 특별히 적합한 소정설계를 달성하는 한가지 방법을 예시한다. 수소/다공성 금속흡수체 결합체들은 특히 이 목적에 적합하다. 이 결합체의 성능은 흡수 베드에서 주기적으로 열전달 중지(thermal break)들을 포함시키므로, 실예를 들면 베드를 따라 주기적으로 다공성 중합체 플러그를 배열하므로 증가 될 수 있다. Various compressor designs can be used when constructed to generate pulsation of compressed gas at the hot end of the suction bed and to eliminate pulsation of the inflation gas at the cold end. 11 illustrates one way of achieving a desired design that is particularly suitable for absorbers with high thermal conductivity and good heat transfer from their volume to the external gas stream. Hydrogen / porous metal absorber conjugates are particularly suitable for this purpose. The performance of this binder can be increased by periodically including thermal breaks in the absorbent bed, for example by arranging the porous polymer plug periodically along the bed.

도 12는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다. 압력차이는 저압력과 고압력의 두 개의 용기 12.1 및 12.2 사이에서 소정 압력비를 달성시킬 수 있는 유형의 압축기 12.3에 의하여 유지된다. 이는 맥동식 용적형과 연속송출 터보 원심형 모두를 포함하며 필요하다면 다단으로 된다. 압축작동 유체가스 또는 증기의 맥동은 동력수수되는 밸브 12.6을 주기적으로 밀폐/개방시키므로 흡수체 베드 12.5의 고온/높은 압력의 열교환기 12.4에 송출된다. 팽창 작동 유체의 맥동은 주기적으로 동력 수수되는 밸브 12.8을 개방/밀폐하므로 저온의 낮은 압력의 열교환기 12.7로부터 없게 한다. 도 11에 설계에 비하여 도12에 도시된 설계의 장점은 압축 및 흡인 맥동들의 독립적인 운동을 하고 연속 송출압축기를 사용할 수 있는 능력을 가진다는 것이다. 열교환기 12.9는 압축열을 대기에 빼앗긴다. 도12에 도시된 구조는 베드에 인가된 압축/흡인맥동의 주기시간을 이 시스템에 동력을 인가하도록 사용된 용적압축기의 싸이클 시간보다 충분히 더 길게 한다. 이 설계는 특히 다공성 금속보다 낮은 열전도도를 가진 흡수체를 사용할 때 바람직하다.12 shows another embodiment of the present invention. The pressure difference is maintained by a compressor 12.3 of the type which can achieve a predetermined pressure ratio between the two vessels 12.1 and 12.2 of low and high pressure. This includes both pulsating volumetrics and continuous delivery turbo centrifugal types and is multistage if necessary. The pulsation of the compressed working fluid gas or vapor periodically closes / opens the hydraulically handed valve 12.6 and is therefore sent to the hot / high pressure heat exchanger 12.4 of the absorber bed 12.5. The pulsation of the expansion working fluid opens / closes the periodically-powered valve 12.8 and thus eliminates it from the low temperature, low pressure heat exchanger 12.7. An advantage of the design shown in FIG. 12 over the design in FIG. 11 is the ability to perform independent movement of compression and suction pulsations and to use a continuous delivery compressor. Heat exchanger 12.9 loses compressed heat to the atmosphere. The structure shown in FIG. 12 makes the cycle time of the compression / suction pulsation applied to the bed sufficiently longer than the cycle time of the volume compressor used to power this system. This design is particularly desirable when using absorbers with lower thermal conductivity than porous metals.

활성카본과 같은 다공성 고체는 증기와 가스에 대하여 우수한 흡인능력을 가지나, 열이 흡인작동 중에 취해지고 압축작동 중에 제거되게 하도록 비교적 긴 싸이클시간, 실예를들면 1분을 필요로 하는 빈약한 열전도체이다. 히트펌프가 냉각을 위하여 사용될 때 이 방식으로 작동된다면 작동 사이클의 반 주기 중에 냉각을 제공하기만 하면 된다. 이러한 제한은 한 베드가 흡인/배출을 수행하는 동안 다른 베드가 압축/흡인을 수행하도록 180°위상의 두 베드로 구성되는 본 발명의 다른 구체적 실시예에서 극복된다. 한 쌍의 흡수체튜브를 사용하는 이 실시예는 도13a 내지 13f에 도시된다. 이 장치는 실내 또는 차량 실내와 같은 밀폐된 공간의 에어 컨 디셔닝을 하도록 의도된다. 이 밀폐공간에 유입되는 냉각공기는 통상 섭씨 10도 내지 15도이고, 외부환경에 배기 된 공기는 통상 섭씨 35 내지 65도가 된다. 두 개의 핀형 튜브 13.1 및 13.2 내에 수용된 흡수체들은 도 13b에 도시된 두 개의 공기 도관 13.12 및 13.13들 내에 봉입 된다 공기는 팬 13.5와 13.9 들에 의하여 도관을 통하여 이송된다. 팬 13.9는 에어 컨디셔닝된 실내로부터 배기공기를 흡인하고 동시에 팬 13.5는 외부공기를 유입한다. 두 개의 팬들에 의한 흐름은 도 13c에 도시된 가동밸브 베인 13.14 및 13.15 들을 작동시키므로 도관 13.12 및 13.13 들 사이에서 주기적으로 동시에 교체된다. 이러한 교체시에 베인들 팬 13.5로부터 외부 공기 흐름이 도관 13.13 내로 송풍 되고, 동시에 배기 된 실내공기가 도관 13.12를 통과하도록 지향된다. 점선은 베인의 또 다른 위치를 나타낸다. Porous solids, such as activated carbon, are poor heat conductors with good suction capacity for vapors and gases, but require a relatively long cycle time, e. . When the heat pump is operated in this way when used for cooling, it is only necessary to provide cooling during half of the operating cycle. This limitation is overcome in another specific embodiment of the present invention in which one bed consists of two beds of 180 ° phase so that the other bed performs compression / suction while the other bed performs suction / discharge. This embodiment using a pair of absorber tubes is shown in Figures 13A-13F. This device is intended for air conditioning of enclosed spaces, such as indoors or in a vehicle interior. Cooling air flowing into the enclosed space is usually 10 degrees Celsius to 15 degrees Celsius, and air exhausted to the outside environment is usually 35 to 65 degrees Celsius. Absorbents contained in the two finned tubes 13.1 and 13.2 are enclosed in the two air conduits 13.12 and 13.13 shown in FIG. 13B. Air is transported through the conduits by fans 13.5 and 13.9. Fan 13.9 draws exhaust air from the air-conditioned room while fan 13.5 draws outside air. The flow by the two fans actuates the actuating valve vanes 13.14 and 13.15 shown in FIG. 13C so that they are periodically replaced simultaneously between conduits 13.12 and 13.13. In this replacement, the outside air flow from the vane fan 13.5 is blown into the conduit 13.13, and at the same time the vented indoor air is directed through the conduit 13.12. The dotted line indicates another position of the vane.

작동 유체는 모터 13.16에 의하여 구동되는 압축기 13.6에 의하여 압축된다. 이 장치를 통과하는 작동 유체의 유동은 압력평형밸브 13.3과 하나가 흡인하에 있는 동안 다른 것이 압축하에 있게 하여 두 개의 핀형 튜브 13.1 및 13.2 들 사이에서 작동유체를 주기적으로 절환 하도록 작용하는 스위칭 밸브 13.7 및 13.8에 의하여 조절된다. 압축열은 공기가 팬 13.11에 의하여 송출되는 열교환기 13.16에 의하여 제거된다. 도 13d, 13e와 13f는 두 세트로 배열된 다수의 흡인체 튜브들을 구비한 설계를 나타내고 있으며, 실내 에어 컨디셔닝 장치에 적용되는 작동을 예시하고 있다. 작동 유체는 압축기 13.6에 의하여 회로둘레로 유동 된다. 열전달을 증가시키기 위하여 각 베드는 공기 스트림에 노출되는 표면적을 최대로 하도록 흡수체로 채워진 다수의 병렬 튜브들로 이루어진다. 작동사이클은 단지 실에를 들기 위한 것 이지 제한적 의미는 아니다. 이 작동은 실내 배기온도에서 도1 3d에 도시된 지점에서 시작하며, 최대 작동압력 실예를 들면, 섭씨 20도와 20 바에서 흡수된 작동 유체들이 채워진다. 핀형 튜브 13.2는 외부주위공기온도에 있게 되고 섭씨 30도와 1 바와 같은 시스템의 최소 압력에서 흡수된 작동 유체로 채워진다. The working fluid is compressed by compressor 13.6 which is driven by motor 13.16. The flow of working fluid through this device is such that pressure equalizing valve 13.3 and switching valve 13.7 acting to periodically switch the working fluid between the two finned tubes 13.1 and 13.2 while keeping the other under compression while one is under suction. Adjusted by 13.8. Compressed heat is removed by heat exchanger 13.16 where air is sent out by fan 13.11. 13D, 13E and 13F show a design with a plurality of suction tubes arranged in two sets, illustrating the operation applied to an indoor air conditioning apparatus. The working fluid flows around the circuit by the compressor 13.6. In order to increase heat transfer, each bed consists of a number of parallel tubes filled with absorbers to maximize the surface area exposed to the air stream. The operating cycle is for lifting purposes only and not for limiting purposes. This operation starts at the point shown in FIG. 1D at room exhaust temperature and is filled with working fluids absorbed at maximum operating pressure, for example, 20 degrees Celsius. Finned tube 13.2 is at ambient ambient air temperature and is filled with working fluid absorbed at the minimum pressure of the system, such as 30 degrees Celsius.

a. 어느 베드 위로도 공기 유동이 없고, 압축기가 스위치 오프 되며, 밸브 13.7 및 13.8들이 밀폐된 상태로 밸브 13.3이 개방되어 작동 유체를 핀형 튜브 13.1로부터 핀형 튜브 13.2로 유동 되게 한다. 또한 작동 유체는 응축기거나 또 다른 엔진을 통과시키도록 하여 압력을 평형화하도록 하는데, 그의 장점은 압축기 또는 엔진으로부터 유용한 작업이 이루어지게 한다. 최종의 단열공정에서, 핀 형 튜브 13.1의 온도는 배기온도 이하로 떨어트린다. 반대로 핀형 튜브 13.2의 온도는 유체가 흡수됨에 따라 외부주변온도 이상 상승한다.a. There is no air flow over either bed, the compressor is switched off and valve 13.3 is opened with the valves 13.7 and 13.8 closed, allowing the working fluid to flow from the finned tube 13.1 to the finned tube 13.2. The working fluid also allows the passage of a condenser or another engine to equalize the pressure, the advantage of which is that useful work is done from the compressor or engine. In the final adiabatic process, the temperature of the finned tube 13.1 drops below the exhaust temperature. Conversely, the temperature in finned tube 13.2 rises above the ambient ambient temperature as the fluid is absorbed.

b. 압력이 본래대로 평형을 이룰 때, 밸브 13.3은 밀폐된다. 밸브 13.7 및 13.8들은 개방되고 압축기 13.6은 스위칭 온도에 작동 유체가 핀 형 튜브 13.1(배출)부터 핀형 튜브 13.2(흡인)로 펌핑된다. 팬 13.5에 의하여 구동되어 핀 형 튜브 13.1 위로 유동하는 주변외부공기는 그에 따라 냉각되고 소정의 낮은 온도, 실예를 들면 섭씨 10도에서 실내로 유입된다. 반대로 동일용적의 배기실내공기는 팬 13.9에 의하여 실내로부터 제거되고 외부의 주변공기의 온도보다 높은 온도로 가열되어 핀형 튜브 13.2위로 유동하게 된 후 대기에 열을 빼앗기게 된다. b. When the pressure is in equilibrium, valve 13.3 is closed. Valves 13.7 and 13.8 are open and compressor 13.6 pumps working fluid from finned tube 13.1 (outlet) to finned tube 13.2 (suction) at the switching temperature. The ambient external air, driven by fan 13.5 and flowing over finned tube 13.1, is thus cooled and introduced into the room at a predetermined low temperature, for example 10 degrees Celsius. On the contrary, the same volume of exhaust air is removed from the room by the fan 13.9, heated to a temperature higher than the temperature of the surrounding ambient air, and flows over the fin tube 13.2, and the heat is lost to the atmosphere.

c. 왜냐하면 핀 형 튜브 13.1 및 13.2들이 그들의 직경 보다 실질적으로 더 큰길이를 갖도록 설계되었기 때문에 각각 흡수체를 수용하는 열교환기로부터 배출 되는 공기 스트림의 온도는 핀형 튜브 13.1이 그의 전장을 따라 주변공기온도까지 가열되고, 핀형 튜브 13.2가 배출공기의 온도까지 냉각되기까지 대략 일정하다. c. Because the finned tubes 13.1 and 13.2 are designed to have substantially greater lengths than their diameters, the temperature of the air stream exiting the heat exchanger containing the absorber, respectively, is such that the finned tubes 13.1 are heated up to the ambient air temperature along their length. It is approximately constant until the finned tube 13.2 cools to the temperature of the exhaust air.

d. 이러한 일정한 지점에 도착 될 때, 이 장치는 초기상태(a)와 유사한 상태로 되나, 핀형 튜브 13.1을 저 압력과 주변온도에 있게 하고 핀형 튜브 13.2를 고압과 배기온도에 있게 한다. 환언하면 핀형 튜브 13.1과 13.2들은 그들의 역할을 바꾼 것이다. d. Upon reaching this point, the device is in a state similar to the initial state (a), but with finned tube 13.1 at low pressure and ambient temperature and with finned tube 13.2 at high pressure and exhaust temperature. In other words, the finned tubes 13.1 and 13.2 changed their roles.

e. 사이클작동은 이 장치가 초기 상태로 복귀할 때까지 상기 (a) 내지 (c)에 기술된 바와 같이 계속된다. 이와 같이 최종단계를 달성하기 위하여, 베인 13.14 및 13.15 들은 스위칭 되어 도13f에 도시와 같이 도관 13.2 및 13.2 들을 통하여 공기유동을 반대로 바꾸어 버린다. 동시에 밸브 13.7 및 13.8 들은 다시 설정되어 압축기가 작동 유체를 핀 형 튜브 13.2로부터 핀형 튜브 13.1로 전달하게 한다. e. The cycle operation continues as described in (a) to (c) above until the device returns to the initial state. To achieve this final step, vanes 13.14 and 13.15 are switched to reverse air flow through conduits 13.2 and 13.2 as shown in FIG. 13F. At the same time valves 13.7 and 13.8 are reset to cause the compressor to transfer the working fluid from the finned tube 13.2 to the finned tube 13.1.

이 장치의 다른 구체적인 실시예에서, 하나 이상의 쌍을 이룬 흡수체 열교환기들이 사용되어 압력이 한 쌍의 열교환기간에 평형을 이룰 때 압축기가 제2의 쌍을 이룬 열교환기의 두 집단 간에 작동 유체를 계속하여 이동시키도록 한다. 이러한 배열은 효과적이고 연속적인 히트 펌핑을 제공하는 것을 장점으로 한다. In another specific embodiment of the apparatus, one or more paired absorber heat exchangers are used to keep the working fluid between two groups of second paired heat exchangers when the pressure is balanced in a pair of heat exchange periods. To move it. This arrangement has the advantage of providing effective and continuous heat pumping.

본 발명의 다른 실시예에서, 흡수체 베드들은 순환 유체에 의하여 냉각되고 가열된다. 도 14는 이 장치에 대한 가능한 설계를 예시하고 있다. In another embodiment of the invention, the absorber beds are cooled and heated by the circulating fluid. 14 illustrates a possible design for this device.

내부열전달튜브들을 수납한 흡수체 튜브들 14.1 및 14.2의 회로는 압축기 14.7, 압력평형밸브 14.11, 유동스위칭밸브 14.3 및 14.4와 압축열을 제거하는 열교환기 14.12 들과 연결되어 있다. 유체회로는 두 개의 브릿지 정류기 14.5 및 14.6들 내에 배열된 8개의 유체논리 다이오드들, 유동이 주기적으로 가역 될 수 있게 한 인입 및 배출 단을 가진 유체펌프 14.10과 두 개의 열교환기 14.8 및 14.9 및 14.9들을 동일방향으로 통과하도록 하고 동시에 유체가 흡수체 열교환기에서 진동되도록 한다. 열전달 유체회로는 도 14에 고딕 선으로 도시된다. 사용된 사이클 작동은 도 13d와 13e와 13f에 장치를 위하여 기술된 작동과 본질적으로 동일하다. 작동유체는 압축기 14.7의 작동으로 일 베드로부터 배출되어 압축되어 다른 베드로 이송된다. 점선은 작동 유체회로를 나타낸다. 본 발명의 일 실시예에서, 유체는 흡수체 베드 내에 하나 또는 그 이상의 튜브거나 파이프들을 통과한다. 또한, 유체는 흡수체 수용튜브에 외부에 도관을 통과하여 유동한다. 도 14에 도시된 장치는 냉동 엔클로저와 공기의 상당부분이 실내 또는 건물 내에서 재순환되는 수 냉각공기 에어 컨디셔닝 시스템에 적합하다. The circuit of absorber tubes 14.1 and 14.2 containing internal heat transfer tubes is connected to the compressor 14.7, the pressure balance valve 14.11, the flow switching valves 14.3 and 14.4 and the heat exchanger 14.12 to remove the heat of compression. The fluid circuit consists of eight fluid logic diodes arranged in two bridge rectifiers 14.5 and 14.6, a fluid pump 14.10 and two heat exchangers 14.8 and 14.9 and 14.9 with inlet and outlet stages allowing the flow to be reversibly periodically. Pass in the same direction and at the same time allow the fluid to vibrate in the absorber heat exchanger. The heat transfer fluid circuit is shown by the gothic line in FIG. 14. The cycle operation used is essentially the same as the operation described for the device in FIGS. 13D, 13E and 13F. The working fluid is discharged from one bed by the operation of compressor 14.7 and compressed and transferred to another bed. The dotted line represents the working fluid circuit. In one embodiment of the invention, the fluid passes through one or more tubes or pipes within the absorbent bed. The fluid also flows through conduits external to the absorber receiving tube. The apparatus shown in FIG. 14 is suitable for a water cooling air air conditioning system in which a substantial portion of the refrigeration enclosure and air are recycled indoors or in buildings.

적당한 열전달 유체는 소정응용기기에 의하여 결정되는 특성과의 조합을 필요로 한다. 에어 컨디셔닝을 위하여 공기는 매력적인 선택이 된다. 유체들이 사용될 때 유체들은 가급적 펌핑 에너지를 최소화하는 저점도를 가져야 한다. 바람직하기에는 유체들은 0.025파(Pars) 이하의 역학적 점도를 가지며, 더욱 바람직하기에는 0.01파 이하이고, 특히 바람직하기로는 0.001이하이다. 유체순환시스템이 적당히 가압되는 경우 일정 범위의 비등점을 가진 유체가 고려될 수 있다. 바람직하기로 작동의 편리를 위하여 유체는 흡수체에 의하여 도달되는 가장 높은 온도보다 더 큰 통상의 비등점을 가져야 한다. 유체는 이 장치 내에서 발생되는 최저온도 이하에서 동결되지 않아야 한다. 바람직하기에는 유체는 섭씨 100도 이상의 플래 시(flash)점을 가지며, 더욱 바람직한 것은 섭씨 130도 이상이며, 더더욱 바람직한 것은 섭씨 200도 이상인 것이다. 가장 바람직한 것으로는 유체가 비 가연성이어야 한다. 바람직한 유체는 제2 냉매로써 산업에 알려진 유체들을 포함한다. 이들 재료들로는 물, 염수, 글리콜, 알코올, 수소카본오일, 실리콘오일과 부분적으로 플루오르처리된 에테르를 포함한 할로겐화 조성물, 플루오르치환된 에테르와 염화처리 유체들로 이루어진다. 그들이 상호 호환될 수 있는 경우 이들 유체들은 혼합물로 사용된다.Suitable heat transfer fluids require a combination with properties determined by the desired application. Air is an attractive choice for air conditioning. When fluids are used the fluids should have a low viscosity to minimize pumping energy whenever possible. Preferably the fluids have a mechanical viscosity of 0.025 waves or less, more preferably 0.01 waves or less, and particularly preferably 0.001 or less. When the fluid circulation system is properly pressurized a fluid having a range of boiling points can be considered. Preferably for ease of operation the fluid should have a normal boiling point that is greater than the highest temperature reached by the absorbent body. The fluid should not freeze below the lowest temperatures generated in this device. Preferably the fluid has a flash point of at least 100 degrees Celsius, more preferably at least 130 degrees Celsius, and even more preferably at least 200 degrees Celsius. Most preferably the fluid should be nonflammable. Preferred fluids include those fluids known in the industry as the second refrigerant. These materials consist of water, saline, glycols, alcohols, hydrocarbon oils, halogenated compositions including silicon oils and partially fluorinated ethers, fluorinated ethers and chlorinated fluids. These fluids are used in mixtures if they are compatible with each other.

섭씨 -50도 이하의 낮은 냉동온도를 위하여 광범위한 유체범위에 속하는 조성물들이 사용되고 동시에 이 조성물들은 섭씨 100도 이상의 플래시 점과 가장 높은 온도보다 더 큰 통상의 비등점의 바람직한 특성을 가진다. 바람직한 물질은 에스테르와 아크릴(조성물) 또는 싸이크릭(조성물) 일 수 있는 3개 이상의 카본 원자들을 포함하는 에테르들로 이루어진다. 바람직한 물질은 이에 제한되지 않으나 글리콜-또는 폴리올-싸이클릭한 것은 프로필렌카보네이트, 에틸렌 카보네이트와 디메틸 이소솔바이드들이다. 에스테르, 에테르, 글리콜들은 서로 혼합하거나 물과 혼합하여 되는 혼합물이 사용될 수 있다. 유체들은 비교적 낮은 동결점, 비교적 높은 비등점, 비교적 낮은 점성도 또는 높은 플래시 점과 같은 하나 또는 그 이상의 바람직한 조성특성들을 높이는 첨가제를 선택적으로 포함한다. 이러한 첨가제가 단독으로 사용되는 경우 바람직하지 못하나 질량으로 50% 이하로 구성되는 혼합물로 사용될 때 수용될 수 있다.Compositions in a wide range of fluids are used for low freezing temperatures below -50 degrees Celsius and at the same time these compositions have the desirable properties of flash points above 100 degrees Celsius and typical boiling points greater than the highest temperature. Preferred materials consist of esters and ethers comprising three or more carbon atoms which may be acrylic (composition) or cyclic (composition). Preferred materials are not limited to this, but glycol- or polyol-cyclic ones are propylene carbonate, ethylene carbonate and dimethyl isosorbides. Esters, ethers, glycols may be used in which mixtures are mixed with one another or with water. Fluids optionally include additives that enhance one or more desired compositional properties such as relatively low freezing point, relatively high boiling point, relatively low viscosity or high flash point. Such additives are undesirable when used alone but may be acceptable when used in mixtures of up to 50% by mass.

플루오르 또는 염화물질을 함유하는 나쁜 환경영향을 피하기 위하여 이들 조 성물들은 가급적 낮은 증기압을 가지거나 대기권에서 반응물질(종)에 의하여 신속한 파괴를 용이하게 한 2중 또는 3중의 결합(band)과 같은 반응단(기:group)들과 결합되어야 한다. In order to avoid adverse environmental impacts containing fluorine or chlorides, these compositions have reactions such as double or triple bands, which have as low vapor pressure as possible or facilitate the rapid destruction by reactants (species) in the atmosphere. It must be combined with groups.

Claims (49)

히트펌프장치에 있어서,In the heat pump apparatus, 적어도 하나 이상의 열교환기;At least one heat exchanger; 유입구와 출구를 구비하고 다공성 흡수체 물질로 되어 열교환기와 열접촉되게 설치된 동체;A body having an inlet and an outlet and made of a porous absorber material and installed in thermal contact with the heat exchanger; 작동 유체가 동체를 통과하게 하는 수단과;Means for causing the working fluid to pass through the fuselage; 자동유체에서 주기적인 압축 및 팽창 맥동을 발생되게 하는 수단들로 구성되어, 작동 유체가 유입구로부터 출구로 유동되게 하므로 유입구와 출구 사이에서 동체에 온도 구배를 형성하게 한 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.And a means for generating periodic compression and expansion pulsations in the automatic fluid, thereby causing a working fluid to flow from the inlet to the outlet, thereby forming a temperature gradient in the fuselage between the inlet and the outlet. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 열전달 유체와 열교환기와 열접촉되어 열전달 유체를 통과시켜 열전달 유체의 유동이 열교환기로부터 열을 제거하거나 또는 추가하게 한 수단들을 더 구비한 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.And means for thermally contacting the heat transfer fluid and the heat exchanger to allow the flow of heat transfer fluid to remove or add heat from the heat exchanger. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 열전달 유체의 유동방향이 작동 유체의 압축과 팽창 맥동에 따라 변경되게 한 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.A heat pump apparatus characterized in that the flow direction of the heat transfer fluid is changed according to the compression and expansion pulsation of the working fluid. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 열전달 유체의 유동방향이 작동 유체의 압축과 팽창에 따라 동시에 반대로 되게 한 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.A heat pump apparatus characterized in that the flow direction of the heat transfer fluid is simultaneously reversed in accordance with the compression and expansion of the working fluid. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 열전달 유체의 유동방향의 역전은 상기 맥동과 동기 되게 한 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.Heat pump device, characterized in that the reverse of the flow direction of the heat transfer fluid is synchronized with the pulsation. 제3항 내지 제5항 중 어느 한가지 항에 있어서,The method according to any one of claims 3 to 5, 작동 유체의 주기적인 작동주파수가 열전달 유체의 주기적인 동작주파수와 동일하게 한 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.And a periodic operating frequency of the working fluid is equal to the periodic operating frequency of the heat transfer fluid. 어느 선행하는 항에 있어서,In any preceding claim, 작동 유체에서 맥동을 일으키는 수단이 용적 압축기인 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.And a means for causing pulsation in the working fluid is a volumetric compressor. 제1항 내지 제6항 중 어느 한가지 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 6, 작동 유체에서 맥동을 일으키는 수단이 밸브스위칭 시스템과 압축기로 이루어지게 한 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.And a means for causing pulsation in the working fluid comprising a valve switching system and a compressor. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 밸브스위칭 시스템이 교대로 흡수체 물질의 동체와 작동 유체의 저압저장고를 연결시키게 한 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.And a valve switching system alternately connects the fuselage of the absorber material and the low pressure reservoir of the working fluid. 어느 선행하는 항에 있어서,In any preceding claim, 흡수체 물질과 접촉하기 전에 작동 유체로부터 압축열을 제거하도록 적용된 다른 열교환기를 더 구비한 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.And another heat exchanger adapted to remove compressed heat from the working fluid prior to contacting the absorber material. 어느 선행하는 항에 있어서,In any preceding claim, 온도구배가 유입구에서 비교적 높은 온도이고 출구에서 비교적 낮은 온도가 되게 형성한 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.A heat pump apparatus, characterized in that the temperature gradient is formed at a relatively high temperature at the inlet and a relatively low temperature at the outlet. 어느 선행하는 항에 있어서,In any preceding claim, 작동 유체가 증기 또는 가스 또는 그들의 혼합물로 되는 단으로부터 선택되게 한 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.Wherein the working fluid is selected from a stage consisting of steam or gas or mixtures thereof. 어느 선행하는 항에 있어서,In any preceding claim, 다수의 열교환기로 구성되게 한 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.Heat pump device, characterized in that composed of a plurality of heat exchangers. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 13, 작동 유체가 섭씨 -140도와 40도 사이에서 비등하는 단일 플루오르카본이거나 플루오르카본의 혼합물로 되게 한 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.Heat pump device characterized in that the working fluid is a single fluorocarbon or a mixture of fluorocarbons boiling between -140 degrees Celsius and 40 degrees Celsius. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 작동 유체의 비등점이 섭씨 -90도와 0도 사이에 있게 한 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.A heat pump device characterized in that the boiling point of the working fluid is between -90 degrees Celsius and 0 degrees Celsius. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 작동 유체의 비등점이 섭씨 -90도와 -20도 사이에 있게 한 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.A heat pump device characterized in that the boiling point of the working fluid is between -90 degrees Celsius and -20 degrees Celsius. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 작동 유체가 메탄, 에탄, 프로판, 이소-부탄과 부탄들로 이루어진 단과 그들의 혼합물들로부터 선택되게 한 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.Wherein the working fluid is selected from a stage consisting of methane, ethane, propane, iso-butane and butanes and mixtures thereof. 제1항 내지 제1항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 1, 작동 유체가 질소인 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.Heat pump device, characterized in that the working fluid is nitrogen. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 13, 작동 유체가 카본 디옥사이드인 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.A heat pump apparatus, characterized in that the working fluid is carbon dioxide. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 13, 작동 유체가 수소인 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.A heat pump apparatus, characterized in that the working fluid is hydrogen. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 13, 작동 유체가 희 가스인 것을 특징으로 하는 히트펌프장치Heat pump apparatus characterized in that the working fluid is rare gas 어느 선행하는 항에 있어서,In any preceding claim, 다공성 고체가 직경이 2㎚이하로 되는 소형으로 적어도 10%의 빈용적을 갖게 한 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.A heat pump apparatus characterized in that the porous solid has a small volume of 2 nm or less in diameter and has a volume of at least 10%. 제22항에 있어서,The method of claim 22, 다공성 고체가 50㎚ 이하의 직경을 가진 중형의 구멍형태로 적어도 10%의 빈 용적을 갖게 한 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.A heat pump apparatus characterized in that the porous solid has a hollow volume of at least 10% in the form of a medium hole having a diameter of 50 nm or less. 제23항에 있어서,The method of claim 23, wherein 다공성 고체가 50㎚보다는 큰 직경을 가진 대형의 구멍의 형태로 20%의 빈 용적을 갖게 한 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.A heat pump apparatus characterized in that a porous solid has a void volume of 20% in the form of a large hole having a diameter larger than 50 nm. 어느 선행하는 항에 있어서,In any preceding claim, 흡수체 다공성 고체가 카본기반물질로 되게 한 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.A heat pump apparatus characterized in that the absorbent porous solid is made of carbon-based material. 제25항에 있어서,The method of claim 25, 흡수체 다공성 고체가 숯(charcoal) 재질인 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.Heat pump device, characterized in that the absorbent porous solid is a charcoal (charcoal) material. 제26항에 있어서,The method of claim 26, 흡수체 다공성 고체가 활성카본물질인 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.Heat pump device, characterized in that the absorbent porous solid is an active carbon material. 제25항에 있어서,The method of claim 25, 흡수체 다공성 고체가 유기질 중합체 기반물질인 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.Heat pump apparatus, characterized in that the absorbent porous solid is an organic polymer based material. 제25항에 있어서,The method of claim 25, 흡수체 다공성 고체가 물질적으로 비 유기질 물질인 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.Heat pump apparatus, characterized in that the absorbent porous solid is a materially non-organic material. 제29항에 있어서,The method of claim 29, 흡수체 다공성 고체가 금속 또는 비금속 산화물 또는 그들의 조성물로 되게 한 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.A heat pump apparatus characterized in that the absorbent porous solid is made of a metal or nonmetal oxide or a composition thereof. 제29항에 있어서,The method of claim 29, 흡수체 다공성 고체가 제올라이트인 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.Heat absorber device characterized in that the absorbent porous solid is zeolite. 제29항에 있어서,The method of claim 29, 흡수체 다공성고체가 시브인 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.Heat pump device, characterized in that the absorbent porous solid is a sieve. 제29항에 있어서,The method of claim 29, 흡수체 다공성 고체가 실리카, 알루미나, 티타니움 디옥사이드와 그들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되게 한 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.And an absorbent porous solid is selected from the group consisting of silica, alumina, titanium dioxide and mixtures thereof. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 21, 흡수체 다공성 고체가 에어로 겔인 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.Heat pump apparatus, characterized in that the absorbent porous solid is an aerogel. 어느 선행하는 항에 있어서,In any preceding claim, 흡수체 다공성 고체에는 낮은 점도의 솔벤트가 주입되게 한 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.Heat absorber device characterized in that the low viscosity solvent is injected into the absorbent porous solid. 어느 선행하는 항에 있어서,In any preceding claim, 흡수체 다공성 고체가 열전도도를 높이도록 첨가제를 포함하게 한 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.Heat absorber device characterized in that the absorbent porous solid comprises an additive to increase the thermal conductivity. 어느 선행하는 항에 있어서,In any preceding claim, 열교환기에서 흡수 및 배출의 엔탈피가 본질적으로 동일하게 한 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.A heat pump apparatus, characterized in that the enthalpy of absorption and discharge in the heat exchanger is essentially the same. 어느 선행하는 항에 있어서,In any preceding claim, 맥동들이 1초 내지 10초 범위의 기간을 갖게 한 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.Heat pump device, characterized in that the pulsations have a period ranging from 1 second to 10 seconds. 제36항에 있어서,The method of claim 36, 이 기간이 1초 내지 30초 범위에 있게 한 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.A heat pump apparatus, characterized in that this period is in the range of 1 to 30 seconds. 제39항에 있어서,The method of claim 39, 이 기간이 1초 내지 10초 범위에 있게 한 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.A heat pump apparatus characterized in that this period is in the range of 1 second to 10 seconds. 어느 선행하는 항에 있어서,In any preceding claim, 작동 유체의 압력 구배가 유입구와 출구 사이에 형성되게 한 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.And a pressure gradient of the working fluid is formed between the inlet and the outlet. 어느 선행하는 항에 있어서,In any preceding claim, 작동 유체가 혼합물인 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.A heat pump apparatus, characterized in that the working fluid is a mixture. 제42항에 있어서,The method of claim 42, wherein 작동 유체가 강하게 흡수되는 유체와 약하게 흡수되는 유체의 혼합물인 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.And wherein the working fluid is a mixture of a strongly absorbed fluid and a weakly absorbed fluid. 제42항 또는 제43항에 있어서,The method of claim 42 or 43, wherein 작동 유체가 이산화탄소와 질소의 혼합물인 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.And a working fluid is a mixture of carbon dioxide and nitrogen. 제42항 또는 제43항에 있어서,The method of claim 42 or 43, wherein 작동 유체가 이산화탄소와 알곤의 혼합물인 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.A heat pump apparatus, characterized in that the working fluid is a mixture of carbon dioxide and argon. 제42항 또는 제43항에 있어서,The method of claim 42 or 43, wherein 작동 유체가 이산화탄소 또는 암모니아와 수소의 혼합물, 헬륨 또는 그의 혼합물들인 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.And the working fluid is carbon dioxide or a mixture of ammonia and hydrogen, helium or mixtures thereof. 제42항 또는 제43항에 있어서,The method of claim 42 or 43, wherein 작동 유체가 이산화탄소와 프로판의 혼합물인 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.And the working fluid is a mixture of carbon dioxide and propane. 히트펌프장치에 있어서,In the heat pump apparatus, 온도차가 열교환기들 사이에 위치된 흡수체 다공성 고체를 통과한 작동 유체 증기 또는 가스에서 주기적인 팽창과 압축을 일으키므로 두 개의 열교환기들 사이에서 이루어지게 한 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.And a temperature difference between the two heat exchangers, as the temperature difference causes periodic expansion and compression in the working fluid vapor or gas passing through the absorbent porous solid located between the heat exchangers. 제39항에 있어서,The method of claim 39, 각 열교환기와 외부의 단상 열전달 유체 사이에 온도차가 본질적으로 일정하게 한 것을 특징으로 하는 히트펌프장치.A heat pump apparatus, characterized in that the temperature difference is essentially constant between each heat exchanger and an external single-phase heat transfer fluid.
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