JPH06105141B2 - 低品位の熱源によつて作動されるヒ−トポンプ - Google Patents

低品位の熱源によつて作動されるヒ−トポンプ

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JPH06105141B2
JPH06105141B2 JP60501938A JP50193885A JPH06105141B2 JP H06105141 B2 JPH06105141 B2 JP H06105141B2 JP 60501938 A JP60501938 A JP 60501938A JP 50193885 A JP50193885 A JP 50193885A JP H06105141 B2 JPH06105141 B2 JP H06105141B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、ガス、油の燃焼、排気ガス、地熱流体、廃ガ
スおよび太陽熱エネルギーによつて加熱された空気によ
つて提供されるような低品位のエネルギー源を用いる新
規なヒートポンプシステムに関するものである。かかる
ヒートポンプシステムは空間の加熱および冷却の両方の
要求に用いることができる。
40年以上の間、住宅用および小型の商業用ビルデイング
は、電気的に駆動される圧縮機を具える空調ユニツトに
よつてほとんど独占的に冷房されてきている。この第１
の理由として、（１）装置のイニシヤルコストが相対的
に低いこと、（２）性能係数が高く、普通２〜３であ
り、この性能係数は、信頼性および長い装置寿命とによ
つて運転コストを低くしていること、（３）空冷凝縮器
および蒸発器の使用によりシステムの複雑さおよびコス
トを低減していることが挙げられる。性能係数（COP）
は冷凍効果（Ｑ）を正味作業入力（Ｗ）によつて割つた
ものに等しい。この関係をCOP＝778Q/Wで表わすことが
でき、ここに、Ｑは冷媒/lb当りユニツトによつて吸収
される熱（BTU）であり、Ｗは圧縮機によつてユニツト
に供給される仕事ft-lbである。
既存のガス燃焼冷房システムは、一般に、一方におい
て、（１）性能係数が低く、普通、0.7より低く、した
がつて、運転コストが相対的に高い、（２）凝縮器を作
動させるために冷却塔を必要とし、システムのイニシヤ
ルコストおよび運転コストが高くなる、（３）アンモニ
アまたは臭化リチウム溶液のような腐食性物質を用いる
ことを通常必要とし、装置の寿命を減じ、維持および運
転コストを増大するという問題を有する。
この結果、ガスに対する住宅用マーケツトが冬期および
加熱が要求される際に相当量にのぼるが、冷房シーズン
においては余り多くない。これがため、ガスおよび液体
燃料工業の分配および貯蔵能力の利用ならびに電気的設
備の利用が少ない。
性能係数が３〜４で、加熱および冷却の両方を行ない得
る電気駆動ヒートポンプの導入によつて、ガスおよび液
体燃料の製造者から需要者への効率の良い分配がさらに
低下している。電気駆動ヒートポンプの導入がなかつた
場合には、相対的に小型のビルデイングに対し従来既存
の空調システムに現実的に比肩し得るガス駆動冷房シス
テムが設けられたはずである。このようなガス駆動冷房
システムを比肩し得るものとする場合には、電気駆動ヒ
ートポンプの性能係数と合理的に比肩し得る性能係数を
有することが必要であり、それ以外では、同じ低イニシ
ヤル装置コスト、長い装置寿命および便宜的暖房および
冷房システムの信頼性を有するか、または、これらの点
でさらに優れていることによつて比肩し得ることが必要
である。
ガス燃焼冷房システムの性能係数は、２段吸収システム
での燃焼熱を利用することによつて増大させることがで
きる。不幸にも、冷却塔を必要とするこの種システムの
複雑さのために、最初の投資および運転ならびに維持費
が実際上の問題として住宅用および小型のビルデイング
の暖房および冷房ニーズに比肩し得るものでない。
エネルギー集中システムの効率の改善は、エネルギー再
循環方法を採用することによつてしばしば有利に行なう
ことができる。エネルギー再循環の原理は古く、少なく
とも1920年頃から実際に応用されている。この目的に用
いられる装置は、再生器と通常呼ばれており、大型の発
電所においてガスタービンと組合せて広く用いられてい
る。再生器は、熱ガスおよび冷ガスを通す円筒形熱伝達
パツキングを有するローターで構成することができる。
このようなパツキングに熱ガスから一時的に蓄えられた
熱は、熱エネルギーを一時的に貯蔵している円筒体をゆ
つくり回転することによつて冷ガス流に伝達される。固
定の２個のベツドを有する形式の再生器システムもまた
既知である。この固定２ベツド型システムは、熱貯蔵材
料で造つた２個の容器を具え、固定ベツド型システム内
でガス流を可逆的に流すことによつて熱の貯蔵および回
収を行なうものである。熱ガスおよび冷ガスを制御する
弁の開閉によつて冷ガスおよび熱ガスをパツキングに流
し始めることができる。２ベツド型再生器システムを用
いることによつて、一方のベツドを、任意の瞬間におい
て、冷ガスの予熱に用い、この間に、他方のベツドを熱
ガスの冷却に用いる。再生器はガラス製造炉において普
通に用いられており、この炉では、再生器は1600℃程度
の流入ガス温度に耐え得ることが必要である。エネルギ
ーの再循環に用いられる既存の市販装置についての技術
の状態は、マツクグローヒルのヘミススフアー、パブリ
ツシング・コーポレーシヨンによつて1981年に出版され
たシユミツトおよびウイルモント共著の「サーマル・エ
ナージー・ストレージ・アンド・リジエネレーシヨン」
に見出すことができる。また、ジエー・ブービン等の19
80年１月15日発行の米国特許第4,183,227号に注意が換
起される。
発明の概要 本発明は、好ましくはガス燃焼式の吸着方式熱ポンプで
あり、冷却性能係数が少なくとも１で、でき得れば２程
度の高さを有し、また加熱性能係数が、特定の冷房およ
び加熱の要求および得られるエネルギーの種類に依存し
て２以上であり、システムのカルノー効率に近い係数
が、性能係数として、３〜４である。この性能係数の値
は、１段吸着または吸着システムによつて現在得られる
値の２〜３倍高く、より高い電力費によつて作動される
電気駆動ヒートポンプの効率に近いものである。
本発明による吸着方式ヒートポンプは、さらに、構造が
簡単で、イニシヤルコストが相対的に低く、維持費が殆
んどないか全くなしで、長い寿命を有する。
当然のこととして、２段吸着システムとすることによつ
て性能係数を既知のシステムより高めることができる。
しかし、システムは相当複雑となり、冷却塔の必要性を
なくすことができなくなる。したがつて、イニシヤルコ
ストおよび運転ならびに維持コストが相当増すために、
２段システムは相対的に小型のビルデイング等に対して
は一般的に適していない。
ゼオライトを吸着剤として利用するという発明者による
先行概念は、1977年７月12日発行の米国特許第4,034,56
9号、1979年２月13日発行の米国特許第4,138,850号およ
び1979年２月12日出願の米国特許願第11,689号に開示さ
れている。これらの開示事項は本明細書中に参照して記
載されている。
発明者の先行概念と同様に、本発明では、ゼオライトを
冷媒ガスの吸着剤として利用しているが、先行技術の重
点は冷却に関するものであり、これに反し、本発明の概
念は、加熱および冷却の両方を行ない得るヒートポンプ
で、２個のエネルギー変換ユニツトを用いるのに特に指
向している。一方のユニツトは、他方のユニツトが吸着
している間に、放出を行なうことができ、吸着用ゼオラ
イトからの熱エネルギーの一部を用いて放出用ゼオライ
トを加熱している。さらに、本発明は、金属−ゼオライ
ト熱効果器を経て伝播する温度前線の進展を利用してい
る。温度前線を発生させることによつて吸着プロセス中
に得られる熱エネルギーの90％程度の再利用を可能とし
ている。ゼオライトを吸着剤として用い、２個のエネル
ギーコンバーターを熱交換器とともに用い、また、熱交
換器で伝播する温度前線を用いることによつて装置およ
びプロセスによつて得られる性能係数を３〜４の理論的
カルノー効率に近づけることが可能となつた。言い換え
れば、本発明によるガス燃焼ゼオライトヒートポンプは
電気的ヒートポンプと実質的に同じ効率を有し、しか
も、運転コストを著しく低減し得るという他の利点を有
する。
高温の燃焼ガスを発生する天然ガスまたは油あるいは任
意のガス状または液体燃料をシステムに使用することが
できるが、内燃機関によつて発生される廃熱または250゜
F〜400゜F（120℃〜205℃）の範囲内の温度を発生する任
意の他の熱ガス源または液体を用いることもできる。例
えば、600゜F（315℃）までの温度を発生し得る種々の形
式の太陽熱捕集器がある。また、種々の製造および処理
プラントにおいて廃熱を放散させる必要があり、この廃
熱を本発明の熱エネルギー源として用いることもでき
る。一般的命題として、要求される温度よりも高い温度
の流体源を低温の他の流体によつて多数の機構を経て熱
的に稀釈することができ、これを流体の混合によつて、
または混合することなしに行なうことができる。天然ガ
スまたは油を用いることによつて、最終温度は、実際
上、外気と燃焼ガスとの直接的混合によつて低下され、
所望の流体温度を得ることができる。したがつて、最終
熱源は他の流体との混合によつて「低品位」でないかも
しれないが、低品位熱源と等しいものに変換される。本
願の目的のため、低品位熱源は有効熱差を与え得るシス
テムと合理的に比肩し得る任意の熱源を考えることがで
き、所要の最大熱差は大体200℃または360゜Fより小さ
い。
好ましい吸着材としては、天然または人工ゼオライトで
あり、特に、天然ゼオライトが好ましい。使用し得る天
然ゼオライトとしては、斜方沸石、クレイノプチロライ
ト、モルデナイト、エチオナイト等がある。使用し得る
合成ゼオライトとしては、ユニオンカーバイド社によつ
て製造されているリンデ分子ふるい型/3Xとして知られ
ているものがある。種々の分子ふるいゼオライトを記載
している多数の特許が発行されており、これらは米国特
許第2,882,243号，第2,882,244号，第3,012,853号、第
3,130,007号，第3,181,231号，第3,329,629号，第3,72
0,756号，第3,808,326号，第3,941,871号，第3,969,276
号，第3,972,983号，第3,976,598号，第3,979,335号，
第4,016,245号，第4,034,065号および4,046,859号を含
む。
ペラガモン、プレス発行のエル・ビー・サンドおよびエ
フ・エー・ムンプトンによる「ナチユラル・ゼオライト
・オカーレンス・プロパテイ・ユース」は、種種の形式
の天然ゼオライトについての多くの情報を提供してい
る。ゼオライトは分子ふるいであり、脱水状態におい
て、分子大きさの多数の規則正しく離間した通路と組み
合わされた多数の結晶を有する。これらの規則正しい通
路または孔の網目は結晶における全体積のほぼ50％を占
める。このような分子ふるいの空孔は水の分子を捕捉す
る強い傾向を有する。ガス分子の二極または４分極モー
メントとゼオライトの結晶構造に発生した不規則な電界
との組合せは強力であり、非直線的である。
本明細書に開示する発明的概念は、少なくとも２個のエ
ネルギーコンバーターを含み、これらのコンバーターが
それぞれ別個の封鎖された容器内に設けられ、ヒートポ
ンプが附勢される際に、エネルギーコンバーターまたは
容器の一方が常にサイクルの放出役割をする。２個の別
個のゼオライト容器を用いることによつて、サイクルの
吸着役割をしている冷却中の容器からの熱エネルギーを
サイクルの放出役割をしている加熱中の容器に熱交換す
ることができる。この結果、極めて高い性能係数を与え
得るシステムが得られる。エネルギーの約30％だけが交
換される場合には、サイクルの加熱係数は約0.7から１
以上に増加し、加熱性能係数は２以上に増加される。エ
ネルギーの65％が再循環される場合には、冷却性能係数
は２に増加し、加熱性能係数は約３に増加する。
重要視すべきこととして、システムは周期的に作動し、
最大効率はエネルギーコンバーターの連続的再循環によ
つて得られるから、連続作動の利点によつてさらに大き
な効率を２個以上のエネルギーコンバーターを利用して
典型的加熱システムにおいて得ることができ、これによ
りシステムの周期的完全停止が避けられる。これがた
め、本明細書に記載されているシステムはエネルギーコ
ンバーターを２個だけ有するが、当業者によつて理解さ
れるように、さらに多くのコンバーターを種々の構成配
置でシステムに加えることができる。
本発明の主たる目的は、加熱および冷却モードの両方に
おいて、性能係数が著しく増加し、これにより電気駆動
ヒートポンプに経済的に比肩し得るガス吸着ヒートポン
プを提供しようとするものである。
本発明の他の目的、適応性および能力は図面を参照して
の説明とともに明らかになるであろう。
図面の簡単な説明 第１図は種々の温度においてゼオライト分子ふるいによ
つて吸着される水分の量と水銀柱mmで測定された水蒸気
の絶対圧力との関係を示すグラフ、 第２図は種々の温度において臭化リチウムによつて吸収
される水分の量と水銀柱mmで測定された絶対水蒸気圧と
の関係を示す第１図と同様のグラフ、 第３図は本発明によるゼオライトサイクルの概念を示す
略図、 第４図は本発明における水蒸気の放出および吸着のサイ
クルを明示する活性化ゼオライト分子ふるい、型式リン
デ13Xの100lb当り吸着された水分lbに関する水の平衡ロ
ーデイングを示すグラフ、 第５図は従来のゼオライト熱交換器の温度と時間との関
係を示すグラフ、 第６図は本発明によるゼオライト熱交換器温度と時間と
の関係を示すグラフ、 第７図は第６図に示す曲線を得るための種々の厚さのゼ
オライトに対する熱フロー方程式によつて得られる時間
を示すグラフ、 第８図はビルデイングの暖房および冷房システムに取付
けられた本発明によるエネルギーコンバーターの略図、 第９図は２個のエネルギーコンバーターが１個の圧力容
器内に設けられた実施例の部分縦断面図、 第10図は第９図に示す容器およびエネルギーコンバータ
ーの横断面図、 第11図は第９図および10図に示す容器およびエネルギー
コンバーターに用いられるガスバーナーの略図、 第12図は第９図に示す燃焼および冷却用ガスの流体通路
によつて受取られるゼオライトを含むパケツトまたはタ
イルの底面図、 第13図は第12図に示すパケツトの平面図、 第14図は暖房モードのための本発明の他の実施例による
ゼオライトサイクルを示す第３図と同様の略図、 第15図は種々の長さの熱交換器の熱交換器実際出力温度
と時間との関係を示すグラフ、 第16図は70％のエネルギーが２個の容器間で循環される
場合の実際の性能を示す第５および６図と同様のグラ
フ、 第17図は種々の厚みのゼオライトの水蒸気放出時に測定
されたゼオライトの性能を示すグラフ、 第18図は第17図に示したデーターを得るために用いられ
た銅箔容器内に入れられたゼオライト煉瓦またはタイル
を示す部分断面斜視図、 第19図は第18図に示した銅箔容器を並列に配置した場合
の容器の周りのガス−流体の流れを示す斜視図、 第20図はゼオライト容器がガス−流体の流れに対して直
列に配置された例を示す第19図と同様の略図、 第21図は特に液体流体のために構成されたガス−流体の
流れシステムの他の変形例を示す斜視図、 第22図はゼオライトを加熱および冷却するために液体を
使用するシステムを示す略図的斜視図、 第23図は第22図に示すシステムの熱交換器の円筒形壁の
部分断面図、 第24図は第23図に示す熱交換器円筒形壁の変形例を示す
部分断面図、 第25図は凝縮物戻りループにおける第22図に示す形式の
コンバーターを示す略図、 第26図は第22図に示すシステムに用いられる他のコンバ
ーターを一部を破断除去して内部の熱交換器シリンダー
および細流蒸発用リングマニホルドを示す略図的斜視
図、 第27図は凝縮物戻りループを交差させた一対のコンバー
ターを示す略図的斜視図、 第28図は第21〜27図に示すシステムに用いられる外部水
ループを示す第３および14図と同様の略図である。
好適実施態様の説明 上述したように、ゼオライトは新規な、開放した、かご
状の結晶構造を有する材料の一族を形成する。ゼオライ
トは、多数の通路またはトンネルによつて互に連結され
た多数の空洞が原子的スケールで形成されているような
原子構造を有する。空洞の寸法が３〜10オングストロー
ム以上の範囲にあつて種々の寸法の通路を空洞が連結し
ているゼオライトは30種類以上存在している。
この開口した多孔質の構造のために、水蒸気、アンモニ
アおよび二酸化炭素から種々のフルオルカーボン、クロ
ロカーボンおよび炭化水素にわたる範囲の種々の冷媒ガ
スを室温近くで多量に吸着することができる。ガス分子
のポーラーモーメントとの相互作用でゼオライト構造に
原子レベルで生じる強い不規則な内部電界の結果とし
て、吸着エネルギーを発生する。上述の相互作用は極端
に非線形であり、圧力依存性の飽和挙動を示す。第１図
は水蒸気およびゼオライトの吸着等温曲線を示してい
る。第２図は比肩し得る臭化リチウム−水系の吸着等温
曲線を示している。ゼオライトの非線形性および飽和挙
動は自明であり、水銀柱100mmより高い絶対圧力におい
ては、吸着量は圧力にほとんど無関係であり、温度に完
全に依存している。
水中のアンモニアの溶解度、臭化リチウム中の水蒸気の
溶解度およびシリカゲル、活性化アルミナおよび活性化
炭素のような表面吸着剤上への冷媒ガスの吸着はΔH/RT
に指数的に依存し、ここに、ΔＨは吸着の溶液のエネル
ギー、Ｔは絶対温度、Ｒはガス定数である。言い換えれ
ば、上述の溶解度および吸着量はアルレニアス方程式に
従う。これに反し、ゼオライトにおける吸着はダビニン
（エム・エム・ダビニンおよびブイ・エー・アスタコフ
「モレキユラーシーブゼオライト…II」アメリカンケミ
カルソサイテイ，ワシントン，デイー・シー、1971,69
〜85頁）によつてΔH/RTの少なくとも２乗から５乗の大
きさで指数的に依存することが示されている。この極端
に非線形の温度活性はサイクルの作動係数に対する凝縮
圧力および温度の影響を低減することによつてヒートポ
ンプへのゼオライトの応用を好適にしている。
本発明によるゼオライトサイクルの概念を第３図に略図
で示している。ゼオライトは120および121で全体を示す
エネルギーコンバーターの２個の分離した気密空間また
は容器内に分割されている。各空間にそれ自身の凝縮器
122およびそれ自身の蒸発器124が設けられており、実際
には後述するように単一構造とすることができる。
第３図において、コンバーター120は発生器モードであ
り、これに反してコンバーター121は吸着器モードであ
る。両コンバーター120および121は垂直方向に貫通する
複数個の熱交換流体導管125を有する（第９および10図
参照）。これらの導管は後述する方法でゼオライト吸着
剤によつて包囲されている。熱交換流体が流入する際、
この流体は導管125（第９図）によつて受け取られ、コ
ンバーター121の前の発生器モードの際に与えられたコ
ンバーター121のゼオライトおよび構体の熱によつて予
熱される。コンバーター121内のゼオライトおよび関連
構体は徐々に冷却し、ゼオライトが冷却するにしたが
い、ゼオライトは冷媒蒸気をコンバーターの蒸発器124
から吸収する。蒸発器における冷媒の蒸発によつて冷却
作用が生じ、この冷却作用を用いてビルデイングを冷却
することができ、あるいは、冷却作用を大気中に放出す
ることができる。吸着の発生熱とコンバーター121内の
ゼオライトおよび関連構体の比熱との合計が導管125を
通過する熱交換流体の温度を所定の温度に上昇し、この
上昇した温度は時間とともに低下するが、しかし、約10
0゜F（38℃）より高温を持続する。このようにして、熱
交換流体は入口導管126から入り、導管125を経て流れ、
下端導管127を経てコンバーター121から流出する。熱交
換流体は、下端導管127から加熱場所130（第３図）に通
過し、この加熱場所はバーナー151のような熱源を有
し、このバーナーからのガス火焔によつて熱交換流体を
加熱する。熱交換流体はコンバーター120の他の下端導
管131を経てコンバーター120の流体導管125内に流入
し、この流体導管125において、加熱された熱交換流体
はゼオライトを加熱し、このゼオライトから冷媒を放出
させる。所要に応じ、既知の装置によつてガス燃焼を制
御し、コンバーター120の導管125に入る前に、導管131
内の熱交換流体を加熱し、サイクルの上述の部分に対
し、約400゜F（205℃）に維持する。これにより、前のサ
イクル中に約95゜F（35℃）に冷却されたゼオライトは約
400゜F（205℃）の温度に加熱される。ゼオライトは、加
熱されるにしたがい、冷媒ガスを放出し、コンバーター
120内の圧力は上昇し、したがつて、放出された蒸気は
相対的に高い温度（約100゜F（38℃））で凝縮され得
る。コンバーター120の凝縮器122内で行なわれる凝縮の
熱は外気または熱シンクに放出され、あるいは、冷房シ
ーズン中の加熱用水のような熱の需要のために熱の一部
が使用される。しかし、暖房シーズン中は、上述の熱は
加熱負荷の一部または全部を提供するために用いられ
る。
熱交換流体は、コンバーター120内で行なわれた熱交換
によつて著しく冷却された出口導管132を経てコンバー
ター120から出る。暖房シーズン中は、第14図に示すよ
うに、余分の熱交換装置172によつて熱交換流体は約100
゜F（38℃）にまでさらに冷却されることもある。
上述したサイクル部分が完了した後、熱交換流体の流れ
を逆にする。これにより、出口導管127および132は入口
導管となり、他方、入口導管126および131は出口導管と
なり、加熱場所130における流れの方向が逆になる。コ
ンバーター120は冷媒ガスの吸着器となり、コンバータ
ー121は冷媒ガスの発生器となる。サイクルの残りの部
分は上述したサイクルを繰返し、コンバーター121にお
ける凝縮器122は加熱作用を行ない、コンバーター120に
おける蒸発器124は冷却作用を行なう。このようにし
て、絶えず、一方の吸着器が熱を供給し、他方の吸着器
が冷を供給し、熱交換流体の流れを逆転することによつ
て作業が交互に行なわれる。
第４図はゼオライトと水蒸気の典型的吸着平衡線を示
す。平衡線は、ゼオライトの温度と冷媒ガスの露点との
関数としてゼオライト内への冷媒ガス（水蒸気）の一定
ローデインの線である。点Ａで示された100゜F（38℃）
ゼオライト温度と47゜F（８℃）冷媒温度において、ゼオ
ライトはその重量の約23％の水蒸気を吸着する。吸着作
用は水蒸気の圧力が水銀柱で約9mmまたはこれより下が
ると開始する。蒸気が100゜F（38℃）の凝縮器温度で凝
縮され始める前に、ゼオライトは、次に、160゜F（71
℃）に加熱される。これを点Ｂによつて示す。システム
内のガス圧力は、凝縮し始める前に、ガスの加熱によつ
て水銀柱で約50mmまたはこれより高い圧力に上昇され
る。温度が160゜Fから400゜F（71℃から205℃）に、点Ｃ
で示すように上昇する際、ゼオライトは100゜F（38℃）
で凝縮された冷媒蒸気の重量で23％から８％に、または
全量で15％を放出する。次に、ゼオライトは400゜Fから3
05゜Fに（205℃から151℃に）点Ｄで示すように冷却す
る。これによりコンバーター内の冷媒ガスの圧力を水銀
柱で約9mm以下に低下し、また、305゜F（151℃）から点
Ａで示される100゜F（38℃）にさらに冷却する際、冷媒
ガスは蒸発器124から47゜F（８℃）で蒸発され、コンバ
ーター内のゼオライトは冷媒ガスの重量で15％を吸着
し、この際、水蒸気の重量％は８％から23％に増大す
る。かようにして、サイクルは完了する。このグラフか
ら理解されるように、コンバーター間の熱交換は、一方
は発生器モードで、他方は吸着器モードで、最小で160゜
Fから305゜F（71℃から151℃）の範囲内で行なわれる。
ポンド゜F当りBTUで与えられるゼオライトの比熱は、放
出される蒸気量に依存して0.3〜0.1の範囲で変化する。
吸着熱は1200〜1500BTU（1.3×106〜1.4×106ジユー
ル）/1bの範囲で変化し、放出割合は約0.0625％／゜Fで
ある。これにより比熱と吸着とにより温度変化は１゜Fに
対し約1BTU/lbでほぼ一定を維持する。したがつて、一
定割合の熱入力において、100゜Fから160゜F（38℃から71
℃）に、放出なしに、時間とともに温度が上昇する速さ
は、放出が160゜Fから400゜F（71℃から205℃）で行なわ
れる場合に比べて３倍以上早い。同様に、サイクルの冷
却部分中は、吸着が305゜Fから100゜F（151℃から38℃）
で生ずる場合に比べて、吸着が生じない場合には、冷却
速度が500゜Fから305゜F（260℃から151℃）に５倍の早さ
で一定の熱損失を生じる。
第５図は、ゼオライト容器のゼオライトの理論的温度−
時間曲線を示す。容器内の全てのゼオライトが同じ温度
であつて、第４図の温度の線に従つて同時に変化すると
仮定すれば、２本の温度曲線が約240゜F（115℃）で交差
する前に、吸着エネルギーの37.5％が吸着器モードのコ
ンバーターから発生器モードのコンバーターに移され
る。熱交換において20％の不可避的損失を許容するとす
れば、30％以上の正味エネルギー伝達が可能である。エ
ネルギーの伝達なしでの冷却時のサイクルの作動係数が
約0.7である限り、入力要求の30％の低減は冷却作動係
数を１に増大し、また、加熱作動係数を２に増大する。
熱入力と実際のゼオライト容器内の温度の平衡との間に
時間および温度ラグが存在するため、作動係数の増大
は、実際上、さらに高くなる。さらにまた、熱の前線が
コンバーターのゼオライトを通じて拡がるように熱伝達
導管を構成することによつて、著しく改善される。この
ような熱前線を用いるシステムの理論的温度を第６図に
示す。しかしながら、実際の達成される温度は第16図に
示す温度−時間曲線にさらにほとんど一致する。
第９〜13図に示すように、コンバーター120および121を
１個の円筒形容器134内に設置することができ、この容
器は適当に絶縁され、また、熱絶縁分割壁135を有す
る。熱伝達流体を通すための流体導管125は低熱伝導率
の薄い金属で意図的に形成されている。各導管125上に
銅箔のような高熱伝導材料によつて包まれたゼオライト
の薄層を有するタイルまたはパツク（パケツト）136が
設けられている。各パツク（パケツト）136は数ミリの
厚さの扁平な円環形状を有し、その底には複数の外方に
延びる突起137または凹みが設けられ、第13図に示すよ
うに、上側には、複数の開口140が設けられている。突
起137または凹みの目的は、個々のパケツト136間に空間
を設けるとともに弾力性を付与するためである。パケツ
ト136の孔141の寸法を適切に選定して導管125に緊密に
嵌合して導管125とゼオライトの薄層を含むパケツト136
の銅部分との間の熱伝導を最小にしており、これにより
導管125内に流れる熱伝達流体によつて生じる熱を周り
の銅箔を経てパケツト136内のゼオライトに迅速に伝導
させるようにしている。例えば、導管125の温度を低下
させた後に、パケツト136を導管125上に取付けて膨張に
際して緊密に嵌合させるようにすることができる。所要
に応じ、導管125にねじを形成して外周に交互に浅い条
溝と深い条溝とを設け、対応する条溝によつて孔141を
有するパケツト136の内周に緊密に挿入することができ
る。
上述した構造とする目的は、各導管125に沿つてゼオラ
イト内に伝播温度前線を生ぜしめることである。これが
ため、各コンバーター120および121内の導管125を具え
る熱交換器は上端から下端にかけて複数の休止および接
触パケツト136を有し、その熱伝達流体からゼオライト
への熱伝達係数は、熱伝達流体の通路に沿う熱伝達率に
比べて大きく、導管125に沿う熱伝達率は比較的低い。
また、熱伝達流体の比熱は放出によつて増大されたゼオ
ライトの熱容量に比べ相対的に低い。結果として、温度
前線をゼオライト層内に生じる。この温度前線は導管12
5の長さに沿つてゆつくり移動し、これによつて、発生
用コンバーター内において、先づ、底のゼオライトパケ
ツトが放出され、すでに放出されているパケツトの対応
する層が熱流の方向に上方に移動する。同様に、吸着用
コンバーター内において、吸着用パケツト136内の前線
が熱伝達流体の流れの方向に、下方に再び移動する。こ
のように熱交換が行なわれることによつて、発生器モー
ドおよび吸着器モードの期間中のコンバーターの出力温
度曲線を第６図に示す。この方法で、吸着器からの熱エ
ネルギーの60％より多くの熱エネルギーを交換すること
ができ、システムの性能係数は理論的カーノ効率のもの
に近づく。
金属−ゼオライト内面に対する熱拡散方程式に対する解
は、以後、ゼオライトにおいて、次式で表わされる。
上式において、係数ｋは、ゼオライトの熱伝導率、ゼオ
ライトの比熱および150゜F（65℃）以上での冷媒ガスの
放出熱のような多くの物理定数を表わす。種種のゼオラ
イトの厚み、ｘ＝0.1〜1mmに対する時間に関するゼオラ
イトの温度の変化を表わす第７図から明らかなように、
ゼオライト層の厚みには上限が存在する。ゼオライト層
の厚みは約３〜約17mmの範囲内とし、好ましくは、約6m
mより薄くすることができる。導管125に、例えば、銅90
％，ニツケル10％の合金のような低導伝性金属を用い、
導管の肉厚を５ミルより薄くすることによつて、上述し
た温度前線の発生および伝播に対する必要条件が存在す
る。この温度前線は、実際上、直線または平面でないこ
と勿論であるが、しかし、むしろ数個のゼオライトパケ
ツトの厚さを含む。さらに望ましいまたははつきりした
温度前線が、熱伝導流体をガスではなく液体とする際に
得られる。
ゼオライトの吸着等温線が直線でないために、従来利用
されている既知の吸着または吸着システムよりもユニツ
トの容量を低減させることなしに、所要に応じ、凝縮器
の温度を上げることができ、実際上、容量の低減は少な
い。加熱用モードにおいて、吸着器モードでのコンバー
ターにおいて160゜F（71℃）以下の温度で相当量のエネ
ルギーが得られる限りにおいて、コンデンサーを約100゜
F（38℃）に保持し、これを用いて充填流体を予熱し、
吸着器モードにあるコンバーターからの熱によつて約16
0゜F（71℃）に温度をさらに上昇させるのが有利であ
る。冷却時、コンデンサーは外気によつて、あるいは、
ヒートシンクその他同様手段で間接的に冷却され、空気
温度による容量の変化は小さい。
前述したように、本発明の特定実施例をシステムに課せ
られる加熱および冷却の需要に応じて変化させることが
できる。第９図に示す実施例においては、コンバーター
を単一ユニツトで構成しており、このユニツトは既存の
ビルデイングに設置して既設の暖房機または空調装置の
代りに既存のシステムに接続して用いることができる。
ユニツト120および121の容器134は、本質的に絶縁タン
クで構成され、このタンクは、作動に際して冷媒として
水を用い、水銀柱で5mm以下の高い内部真空に対して構
造的容量を有する。
容器134内には２個のエネルギーコンバーター120および
121が設けられ、各エネルギーコンバーターは、例え
ば、流体導管125、凝縮器（装置）122および蒸発器（装
置）124を具える３個の熱交換装置を有する。各熱交換
装置は１個の通路を有するように図示しているが、２個
以上の通路を有するものと考えることができる。また、
熱交換器は直線チユーブを有するように図示している
が、実際には、螺旋状に巻回したチユーブを利用するこ
ともでき、あるいはまた、図示の熱交換器の代りにプレ
ート型熱交換器を用いることもできる。さらに、本出願
人の1981年５月26日出願の米国特許願第267,074号に開
示されているように、凝縮器および蒸発器の両方に対し
て同じ熱交換器を利用することもできる。実際上、２個
の通路を有する熱交換器は凝縮器および蒸発器にとつて
有利であり、その理由は、熱交換器を片側だけで容器13
4に接続することができるからである。さらに、分割壁1
35によつて容器134を２個の異なる気密空間133に分割し
てこれらの空間内に冷媒を入れているが、１個の分割壁
を用いて任意の数の平面図がパイ形状の空間を設けるこ
ともできる。これがため、１個の容器134を３個のコン
バーター、４個のコンバーターまたは、構造上の制限内
で、任意の所望の数のコンバーターに対して用いること
ができる。
単一通路ユニツトを用いる場合には、第８図の部分の説
明で示すように、単一通路ユニツトを容器134内で傾斜
させ、これにより、凝縮器および蒸発器に流れる冷却水
および加熱水をポンプ作動によつて強制循環させること
ができない場合に、システムの自然循環によつていつで
も作動し得るようにすることができる。このようにしな
いと、蒸発器内で氷が形成し、あるいは、凝縮器内で蒸
気が発生するかもしれない。
空気および燃焼ガスのための煙道および底導管126,127,
131および132をそれぞれの内側導管125に室142を経てそ
れぞれ接続する（第９図）。このような煙道および底導
管ならびに室は流体導管125と一緒に容器134内の空間13
3から気密に封鎖され、容器内にはゼオライトパケツト1
36および冷媒が含まれており、冷媒として好適実施例で
は水蒸気が用いられている。障壁144を各コンバーター1
20および121内に設けてゼオライトおよび導管125を凝縮
器122および蒸発器124から分離している。このような障
壁144にはその両側にポケツトを形成して凝縮水を受け
取るようにし、ポケツトは蒸発器124の冷却水チユーブ1
46を囲んでいる。各凝縮器および蒸発器にはこのような
熱交換チユーブ146を設け、これらのチユーブは他の室1
45の内側に接続し、室の外側には接続金具147を設けて
加熱用または冷却用熱伝達流体を受取り、所要に応じ、
加熱または冷却を行なうようにしている。
容器134から加熱ステーシヨン130を分離して設け、この
ステーシヨンは、好ましくは、絶縁した箱状の燃焼室15
0で構成され、この室内にガスバーナー151を具える加熱
装置が挿入されている。前述したように、ガスバーナー
151は、所要に応じ、燃料油バーナー、エンジン排気出
口または、例えば、太陽熱加熱ユニツトまたは地熱水源
からの熱交換器形式とすることができる。ステーシヨン
130は、例えば、第３図に示すように、底導管131および
127のそれぞれに接続するための２個の出口131aおよび1
27aを有する。
バーナー151には、パイロツトランプおよび所定のガス
圧がなくてパイロツトランプが点灯されない場合に作動
するソレノイド遮断弁を含む適宜の安全装置が設けられ
ていること勿論である。さらにまた、バーナー151を利
用して、出口131aおよび127aに向けてガスを指向させ、
空気が熱伝達流体である場合に、空気および燃焼ガスに
空気流を吹込むことができる。しかしながら、好ましく
は、空気流の方向は、導管132および126にそれぞれ連結
された２個の電気的に駆動される送風機の一方を作動さ
せることによつて決定される。このような手段によつ
て、空気は流体通路に引き込まれ、空気および燃焼ガス
の導管のいづれかに漏れが生じた場合でも、空気は導管
に流入し、システムが位置する区域から漏れをなくすこ
とができる。２個の送風機152の代りに、導管132および
126のいづれか一方に、１個の可逆送風機を設けて用い
ることができる。これから理解すべき点は、１個の送風
機または２個の送風機によつて発生される空気流は、ガ
スバーナー151からの燃料を燃焼させるために必要とさ
れる空気流の好ましくは約30倍である。これにより、上
述のシステムが取付けられているビルデイング内にいる
者に危険をもたらすような燃焼状態が発生することは実
際上なくなる。
再び第８図を参照して上述した作動によつて加熱および
冷却を行なうための簡単な装置を示す。循環用ポンプ15
4および155が水導管回路156および157のそれぞれに用い
られている。
回路156は１個以上の加熱素子160を含み、回路157は１
個以上の冷却素子161を含んでいる。熱放散素子162が導
管回路164に含まれており、この回路は回路156または回
路157のいづれかに選択的に接続することができ、これ
により加熱素子160または冷却素子161に対して予定され
た循環水の一部または全部を外部またはヒートシンクに
放出することができる。
回路156および157内の接続金具147の直後の弁165をソレ
ノイド弁または圧力作動弁とすることができ、これらの
弁は導管126,127,131および132に設けられた温度センサ
ーまたはコンバーター120および121の内側に設けられた
圧力センサーによつて制御される。送風機152はバーナ
ー151の制御装置によつて制御され、サイクルの予定の
部分において作動すべき特定の送風機は出口126,127,13
1および132に位置する温度センサーによつて、または、
コンバーター120および121内に設けられた内部温度セン
サーまたは圧力センサーによつて制御される。
バーナー151は、素子160および161を含む、またはこれ
らの素子に応答し得るルームサーモスタツトによつて簡
単に制御される。また、バーナーを出口126,127,131お
よび132におけるセンサーに接続し、これによつて、サ
ーモスタツトが開放した状態で、第６図に示すように吸
着器出口温度が発生器出口温度と交差するまでサイクル
を継続することができる。
また、上述したようなセンサーを用いてシステムが始動
される時期を指令することもでき、コンバーターが最高
温度に達したことを検出することによつて送風機が先ず
最初に始動する。
作動中、コンバーター120が加熱される際、コンバータ
ー内のゼオライトから冷媒ガスが放出され、凝縮器122
によつて凝縮され、これによつて回路156内をポンプ154
によつて循環される水を加熱する。導管132の送風機152
は空気を通路125内に引き入れ、この空気はステーシヨ
ン130においてバーナー151によつて予熱される。温暖前
線がゼオライトパケツト136内で発生し、この温暖前線
は、導管125の周りに取付けられている順次のパケツト
において底から始まり、上端に向けて移動し、温暖前線
がその最高点に達してコンバーター120内のゼオライト
が全部吸着し終つて水の重量で８％となつた際、導管13
2内の温度は400゜F（205℃）にまで迅速に上昇し、これ
によつて、回路132内の送風機152の作動を停止させ、回
路126内の送風機152を始動して空気をコンバーター120
内の導管125を経て導管132内に引き込み始め、また、コ
ンバーター120から導管131を経て燃焼室150内に引き込
む。空気流はバーナー151から火焔によつて加熱され、
加熱された空気流は導管127を経てコンバーター121の通
路125内に流入し、導管126から流出する。空気流は送風
機152を通過した後、大気中に排出される。次いで、コ
ンバーター120につき前述したサイクルの一部がコンバ
ーター121内で行なわれ、コンバーター120を経て引き込
まれた空気はコンバーター内のゼオライトを上向きに移
動する寒冷前線によつて冷却する。凝縮器122によつて
水に凝縮された蒸気は沸騰し始め、蒸発器124内で空間1
33内に蒸発し、この理由は、ゼオライトの温度が低下さ
れるにしたがつて、ゼオライトは水蒸気を吸着し始める
からであり、また、コンバーター120内の圧力が低下さ
れるからである。この蒸発器124内での低温での蒸発は
約８℃または47゜Fで行なわれる。しかし、水蒸気がゼオ
ライトに吸着されることによつて吸着熱によりゼオライ
トを加熱する。
この吸着熱は、ゼオライトの高温度によつて与えられる
熱源および他の内部構体の保有熱とによつて導管125内
に通過する空気を加熱し、これと同時に、ゼオライトお
よび他の内部構体を冷却する。温度前線は、前述したよ
うに、ゼオライトを通じて下降し、加熱空気は導管131
を経て燃焼室150に移送され、これがため、コンバータ
ー120内の他の素子の比熱による熱と同様に吸着熱を予
熱および保持する。この結果として、他の方法で得られ
るよりも遥かに高い性能係数が得られる。このサイクル
部分中、冷却用水はポンプ155によつて回路157に循環さ
れ、このようにして冷却した水は冷房シーズンでの冷房
の目的に、あるいは、他の冷却目的（例えば、食品貯蔵
室の冷却）に利用され、あるいはまた、所定に応じ、放
散される。暖房シーズン中には蒸発器124内の温度は凍
結温度より低温になることもあるため、水が凍結しない
ように水に凍結防止剤等を加えることもできる。
第14図は第３図と同様の略図であり、しかし、加熱モー
ドでのゼオライトガス−燃焼ポンプをさらに詳細に示し
ている。さらに、加熱作動中に生じる典型的温度を第14
図には示している。燃焼空気は外部から導管126内に所
定温度で入り、この温度は、暖房シーズンでは、典型的
に、17゜F〜47゜F（−８℃〜８℃）の範囲にある。この空
気は煙道−熱交換器170によつて約95゜F（35℃）に予熱
される。このような熱交換器は当業者において既知であ
り、したがつて詳細に記載しない。１例として、米国、
ニユージヤージー州，ニユーアーク所在のステーカー・
コーポレーシヨンによつて製造されているドーリン ヒ
ート リクレイマーが知られている。上述したような低
温の外部からの空気は他の熱交換器172に通過する。こ
の熱交換器は図示のサイクルの部分に対して作用しない
ものである。燃焼空気は、引き続き、コンバーター121
に流れ、導管125内に通過する。発生器121は吸着モード
にあり、前の発生器モードでの400゜F（205℃）から冷却
される。コンバーター121は徐々に冷却し、冷媒蒸気を
その蒸発器125から所定温度で連続的に吸着し、この温
度は、典型的に、前述したと同様に、17゜F〜47゜F（−８
℃〜８℃）の範囲にある。吸着により発生した熱とゼオ
ライトおよび他の容器構体の比熱との和によつて導管12
5内に流れる外部燃焼空気（熱伝達流体）を100゜F（38
℃）〜400゜F（205℃）の温度に加熱する。導管125上に
取付けられた複数のパケツト136を具えるゼオライト熱
交換器と外部燃焼空気は熱交換することによつて、導管
125から出る空気および燃焼ガスの出口温度はサイクル
のほぼ全吸着部分に対し約400゜F（205℃）に維持され
る。
静熱力学その他の適当な既知の制御によつて、導管127
を経てコンバーター121から出る燃焼空気は加熱ステー
シヨン130において約400゜Fに加熱される。次に、このよ
うに加熱された空気は導管131によつてコンバーター120
に送られ、このコンバーターにおいて、ゼオライトの温
度は約95゜F（35℃）であり、この温度は前の吸着器モー
ドにおいて到達した温度である。次に、コンバーター12
0の発生器モードとなり、ゼオライトの温度は伝播温度
前線を経て約400゜F（205℃）に上昇する。
コンバーター120内のゼオライトのいくらかが約160゜F
（71℃）より高温に加熱されるやいなや、冷媒ガスが放
出され、ガスを100゜F（38℃）で凝縮させるに十分な圧
力に圧力が上昇し、コンバーターの凝縮器122内での凝
縮熱によつて加熱負荷を与える。燃焼ガスは、発生サイ
クルの始めに、コンバーター120から約160゜F（71℃）で
流出するが、燃焼ガスの温度は約400゜F（205℃）に急速
に上昇し、この温度にサイクルの終りまで維持される。
暖房シーズン中は、これらのガスは熱交換器171内で約1
00゜F（38℃）に冷却される。熱交換器172を凝縮器122と
ともに加熱負荷のために、または、高温水の予熱器とし
て、また、他の加熱の目的に利用することができる。当
然のこととして理解されるように、ビルデイングの全加
熱負荷を、コンバーター120が発生器モードにある際
に、コンデンサー122および熱交換器171によつてまかな
うこともできる。同様の方法で、コンバーター121をそ
の凝縮器122および熱交換器172と一緒に用いて、発生器
モードにある際に、ビルデイングの全加熱負荷のための
熱を提供することができる。これがため、全体の加熱負
荷の目的で、加熱される熱交換器171および172に循環さ
れる流体を凝縮器122および蒸発器124に対して行なつた
と同様の方法で熱交換器間に交互に切換えられる。最後
に、熱交換器171および172から出るガスは煙道−熱交換
器170内でさらに冷却され、典型的に、22゜F〜52゜F（−
６℃〜11℃）の範囲の所定の温度範囲で大気中に排出さ
れる。蒸発器124から運び出される熱は典型的に素子162
内で放散される。しかし、大型のビルデイングでは、太
陽の位置その他の因子のために、暖房と空気調整との両
方を同時に要求することが普通である。これがため、本
発明によつて適当なポンプ構成を用いて加熱と冷却とを
同時に行なうことが可能である。
サイクルの上述した部分が完了した後、プロセスを逆に
して行ない、また、加熱ステーシヨン130を通る空気流
の方向をも逆にする。また、凝縮器および蒸発器を切換
えて、上述したサイクルを繰返す。
第14図につき上述したヒートポンプの性能係数は、160゜
F（71℃）の負荷に対して、蒸発器の温度が17゜F（−８
℃）で、凝縮器の温度が100゜F（38℃）の加熱モードに
対して理論的に約３である。実際には、性能係数が小さ
くなること勿論である。しかし、適当に設計することに
よつて、理論値の約80％以内、すなわち、約2.4にする
ことができる。
各サイクルの時間はユニツトの寸法によつて左右され
る。適正に設計することによつて、理論的に２分半短縮
することもできる。しかし、材料、特に、導管125が充
分に強力で耐久性があるようにするためには、実際上の
問題として、サイクル時間は15〜30分となる。ゼオライ
トの温度範囲を100゜F〜400゜F（38℃〜205℃）とするこ
とによつて、１サイクル中に0.15lbの水が凝縮および蒸
発される場合に、重量で15％の水蒸気を放出し、ゼオラ
イト/lb当り約150BTU（1.6×105ジユール）の冷却を行
なう。これがため、15分のサイクルでは、１時間当り60
0BTU（6.3×106ジユール）の冷却をゼオライト1lb当り
行なう。１トンの空調を行なうためには、すなわち、１
時間当り12000BTU（1.3×107ジユール）の空調を行なう
ためには、20lbのゼオライトが必要となる。
パケツト136内のゼオライトを数ミリの厚さの天然の沈
積ゼオライトの薄切片で構成するのが有利である。次
に、各ゼオライトの薄切片を薄い銅箔で造つた対応する
パケツト136内に挿入する。次いで、周りのパケツト136
を排気する際、銅箔はゼオライト薄切片に密着し、これ
により接着剤を用いる必要なしに、熱サイクルに対し良
好な熱伝導を得ることができる。
コンバーター120および121が燃焼室150およびガスバー
ナー151と一緒に取付けられた容器134によつて本質的に
構成された最終製品が吸着ヒートポンプであり、このヒ
ートポンプは１〜２の冷却性能係数と２〜３の加熱性能
係数を有する。ユニツトの重量は冷却１トン当り80ポン
ドより幾分軽く、価格は冷却１トン当り既存の電気駆動
ヒートポンプの価格以下である。殆んどの区域に対し、
運転コストは著しく低い。さらにまた、ユニツトのイニ
シヤルコストおよび運転ならびにメンテナンスコストの
両方は電気的空調およびガス炉の組合せに比べて相当低
い。この利点は、ガス価格が上昇するにもかかわらずビ
ルデイングの暖房および冷房コストが低減される程度に
ガスの価格が上昇する場合でさえも持続することが予想
される。本発明によるシステムは、アメリカ合衆国の中
央部および北東部に特に適しており、これらの地方での
1000ドルを越える年間暖房コストは既設のシステムを、
税金の支払猶予期間を考慮することなしに、約２年の支
払期間で適正に交換するに十分である。
留意されるように、便宜的ガス炉の場合にしばしば行な
われているように内部の空気を燃焼のため利用すること
を本発明のシステムでは行なわない。空気の循環は生じ
るかもしれず、または内部の空気を外部にまた外部の空
気を内部に拡散および意図的循環を含む他の手段によつ
て行なわれるかもしれないが、便宜的炉からの結果とし
て空気の強制的注入による不可避的損失は、これがた
め、本発明によつてなくなる。
第15図においては、種々の長さの熱交換器を比較して、
熱交換器の種々の有効長さに対して生ずる温度上昇を時
間に関して示している。これから留意されるように、熱
交換器が短かくなるにしたがい、温度上昇が急速に生じ
る。第15図と第16図とは２個の容器間で再循環されるエ
ネルギーの実際の効率を示す目的で重要である。これが
ため、第16図の一方の容器で温度が低下し、他方の容器
内で温度が上昇することを示している。第16図は第15図
とによつて、２個の容器間で70％のエネルギーの再循環
を示している。これらの図に示したデーターを得る際に
おける標準ガス温度は、ガス状流体では100゜F、400゜F
（33℃〜205℃）、液体流体では25℃であつた。
第17図は100℃の温度差を有する十分攪拌した液体浴中
に最初に浸漬した際のゼオライトの種々の厚さの測定性
能を示す。3mm〜16.5mmの厚さの範囲をテストした。こ
の結果、１時間当り３〜４回のサイクル時間は実行可能
であるばかりでなく、1/4インチまたは約6mmまでの厚さ
のゼオライト試料で実施することができることを示して
いる。しかし、重要なこととして、ゼオライト内外の熱
の流れが容器の両側から生じ、したがつて、有効熱通路
は著しく減縮される。
ゼオライト熱交換器ユニツト183の好適例を第18図に示
す。図示のユニツトは第９図に示すパケツト136および
導管125の代りに冷媒が流れる気密封鎖空間133に流体連
通する通路182および184を設けている。この形式の容器
を用いてテストした結果を第17図に示す。ゼオライト煉
瓦180を銅箔容器181内に包み、この容器の複数のフイン
182を設け、これらのフインによつても銅箔に波状通路
を形成している。ゼオライト180にも複数個の通路184を
設け、これらの通路182および184を経て水蒸気その他の
流体は半径方向に流れる。煙道ガスは箔181の周りに流
れる。箔181の端縁185の周りで封鎖し、この封鎖によつ
て他のフインを形成し、その内側に他の通路186を形成
する。
このようにして、ゼオライト熱交換装置120および121を
多数のユニツト183を第19図に示すように並列に配置
し、または第20図に示すように直列に配置して構成する
ことができる。最終形状は冷却ユニツトの寸法および容
量によつて決定される。典型的には、20ポンドのゼオラ
イトを有する１トンの冷却容量のユニツトを100゜Fおよ
び400゜F（38℃〜205℃）間で１時間当り４回のサイクル
で作動させ、3mmの厚さのゼオライトれんが180を薄い銅
容器内に包んで熱交換ユニツト183を構成した。最大熱
交換効率に対して、このユニツトは熱交換器１平方フイ
ート当り約0.5ポンドのゼオライトの熱交換器120の充填
密度を生じる。したがつて、熱交換器の全面積は40平方
フイートであり、これを２個の容器120間で分割するこ
とができる。ガス状熱伝達流体の空気流速度は毎秒10フ
イートであり、これにより銅容器に対する熱伝達係数は
3BTU/ft2/hr゜Fとなる。この係数を増加させるため、図
示のように、銅箔に波状通路182を設け、これらの波状
通路はフインとして作用して熱交換の表面積を増大させ
ると同時に水蒸気を流す通路として機能する。
第18図に示すように、ゼオライトれんが180に蒸気が流
れるための通路184が設けられている。しかし、これは
ゼオライトと銅との間の接触面積を減少し、したがつ
て、熱流を或る程度減少する。
ゼオライトれんが180は２つの別個の方法で準備され
た。第１の方法は天然ゼオライト岩をカーバイド鋸歯で
スライスすることによつて準備する。第２の方法は粉末
ゼオライトを型内に圧縮して準備する。圧縮に際し、ゼ
オライトを水で僅かに濡らし、次に、約140kg/cm2以下
の圧力で所要の形状に圧縮してれんが状とし、乾燥され
る。乾燥したれんが状ゼオライトの密度は約0.8gr/cm3
である。これらの手段はゼオライトに高熱伝導性と熱流
を生ぜしめるため要求され、したがつて優れたシステム
を得るために重要である。ゼオライトれんが180は厚み
が約10mmより厚くないことが好ましい。
油の層状流では、ビオツト数がいづれのガス流のものよ
り小さい。さらに、計算の結果からさらにシヤープな温
度前線が予想され、したがつて、結局的にガス流対液体
流によるさらに高いシステム効率が予想される。これら
の計算は温度前線伝播の実験的観察から確められた。
ゼオライト／凝縮器／蒸発器熱交換流体として油を用い
る実施例においては、仕事媒質、すなわち、冷媒として
水がアンモニア、アルコールおよびフレオンのような他
の冷媒に優先して保持されている。水は使用可能な種々
の冷媒のうちで気化熱が最も高く、さらにまた、ゼオラ
イト内で400゜F（205℃）において安定である。ゼオライ
トと凝縮器温度との関数としてCOPが示されているが、
蒸発器温度は凝縮器温度よりCOPに遥かに影響を及ぼす
ものである。非直線性のために、ゼオライトは、性能に
余り損失を生じることなしに、空冷凝縮器とシステム内
で作動する。特に、低温度（200゜F〜350゜F（92℃〜175
℃））において天然ゼオライトは合成ゼオライトに比べ
て優れていることが確められている。しかし、その優秀
性は400゜F（205℃）において相当低下する。
上述したように、ゼオライトに相対的にシヤープな温度
前線を設けることによつてシステムの効率を上昇するこ
とができ、理論および実験の両方に基づいて、ガス状流
体よりもむしろ液体がよりシヤープな温度前線をゼオラ
イト内に生ぜしめる。実験および理論上から認められる
ように、温度前線が一方向に移動した後、他方向に戻る
動きを交互に行なうようにすることによつて、熱交換器
のコスト的に有利な有効長さは、COPにおける増加がこ
の長さの後に減小し始める限りにおいて、約36フイート
（11m）である。この長さに近いが、しかし幾分長い43
フイート（13m）の長さを以下に述べる実施例における
ゼオライトを有する熱交換器に対して選択した。理論的
に予想し得る温度前線の幅は35フイート（10.7m）の熱
交換器長に対し全長の約60％である。熱交換器の長さが
40フイート（12.2m）である場合には、前線の幅は59％
であり、熱交換器の長さが45フイート（13.7m）の場合
には、前線の幅は58％である。36フイート（11m）の熱
交換器では、エネルギーの約75％が再循環されてサイク
ルCOPを2.0に増加させることができる。最大COPだけを
考える場合には、当然のこととして熱交換器の長さを長
くするほど良い。しかし、同じ構造では、熱交換器の単
位長さ当りのコストおよび関連設備のコストもまた増加
し、このため、約35フイート（10.6m）〜約60フイート
（18.3m）が液体／ゼオライト熱交換器の長さとして理
想的なものと考えられる。
液体流体を用いる熱交換器は、アリゾナ州ホウイーから
産出する天然のゼオライトを用いる。このゼオライトは
重量で15％の水蒸気を放出することができ、蒸発器内で
凝縮される際、12000BTU（1.3×107ジユール）の冷を発
生する。熱交換の目的で薄い銅材料を用いた約1/4″、
実際には、6mmの厚さのかかるゼオライトは3.5分の一定
時間で吸着を行ない、その95％以上の水蒸気を10分以内
で放出する。ゼオライトの一体性の理由から1/4″（6m
m）が望ましいが、吸着のための一定時間を減少させる
ことを希望する場合には、さらに薄いゼオライトを用い
ることができる。厚さが1/4″（6mm）の１平方フイート
のゼオライトタイルは水を吸着した状態で約1.3ポンド
の重さがある。真空中にあるゼオライトタイルに対して
銅箔の一側に大気圧がかかる場合に、扁平なタイル形状
はゼオライトにとつて好ましいものであり、銅とゼオラ
イトとの温度膨張係数の差および温度の一定周期での変
化にかかわらず、良好な熱接触と流体からゼオライトへ
の良好な熱伝達を確保することができる。
製造コストが低いことと製造が容易であることによつ
て、第21図に示す構造が選ばれた。図示の銅箔製ダクト
194は、0.2〜0.5mmを好適範囲とする約0.35mmの厚さの
銅箔を２つに折り曲げ、端縁を一緒に溶接して幅が約１
フイート（30.5cm）で長さが約45フイート（13.7m）以
内の扁平な管またはダクト194に形成されたものであ
る。ダクト194には１フイート毎に180°の曲折部195を
形成して蛇曲構造とし、蛇曲のターン間に交互の側から
厚さが1/4インチの12″×12″（6mm×30.5cm×30.5cm）
のゼオライトタイルを取付けてゼオライトの積重ね体19
6を形成し、この積重ね体は、ダクト194の厚さが約1/
8″（3mm）であるから、大ざつぱに云つて幅が13″で、
深さが12″、高さが16″（33cm×30.5cm×40.6cm）の寸
法を有する。
この実施例では、ダクト194の長さが大体43フイート（1
3m）であり、１層以上がある場合、ゼオライトタイル19
0とダクトの蛇曲形状におけるターンを計算に入れる必
要がある。水蒸気を吸着および放出するゼオライトタイ
ルの容量を減少させることなしにダクト194を減少させ
るためには、好ましくは、ダクトの長さ方向に対して垂
直方向のダクトおよびゼオライトタイルの深さを増大さ
せることが必要であり、これに対応して幅を減少するこ
とができる。充分に増大させる場合には、積重ね体196
の加熱および冷却容量が増大される。
好ましくは、銅管製造工業において一般に用いられてい
る方法と同様の方法で、ダクト194の銅箔の端縁192を電
子ビーム溶接によつてシールすることができる。他の方
法として超音波溶接法および半田付け法（銀半田付け
法）のような既知の方法を用い得ること勿論である。
ゼオライトタイル190をゼオライト粉末から適当な結合
剤および潤滑剤を用いて圧粉成形することもできる。天
然岩ゼオライトをスライスして作動可能のゼオライトタ
イルを製造することも既知である。各層に対し１個のタ
イルだけを設けるとは限らない。例えば、４個の６″×
６″（15cm×15cm）タイルを１個の１フイート角（929c
m2）タイルの代りに用いることもできる。さらに小さな
タイルは水蒸気を吸着および放出する余分の表面および
通路を与えるという利点がある。崩壊するのを防止する
ためゼオライトタイルに銅製枠を設けることができ、あ
るいは、銅製ハニカム型コア内に押圧することもでき
る。さらに、ダクト194内の銅は、ゼオライトタイルに
真空を作用させる際に、接触する表面形状にそれ自体一
致し、ゼオライトタイルは適当に成形され、各レベルに
おいて相互に相対的に配置されるから、銅箔内のゼオラ
イトタイルに加えられる真空によつて多数の条溝が形成
され、ダクトの強度を高めるとともに箔とゼオライトと
の有効表面接触を増大する。この効果は、ゼオライトタ
イル190がプレスされる際にゼオライトタイルに多数の
通路が生ずることによつて、あるいは、天然岩ゼオライ
トの表面に多数の条溝を設けることによつてさらに増大
される。このような通路または条溝は、それらが十分な
深さを有する場合には、隣接する接触銅箔の強度を高
め、蒸気がタイルからまたタイルに移送される機能を高
める効果を有する。さらにまた、形成された条溝は銅箔
の横方向に平坦な部分にのみ存在するから、曲折部分19
5を有する部に悪い影響を与えることがない。180°の曲
折部分195を形成する際、その曲折部分を圧潰させるこ
となく形成するため、ダクトの曲折部分195に158゜F（70
℃）で融解するセロベンド合金を折曲げ加工前に充填し
ておく。これにより無垢の金属板と同様に折曲げること
ができ、合金は後に融解して回収し、次の製造作業に再
び使用することができる。他の方法として、折曲げ加工
前に、ダクト内に砂を充填することもでき、あるいは、
水圧下で折曲げることもでき、これらの問題は銅管の壁
を圧潰することなく銅管を折曲るために利用されている
方法と余りかわらない。
ダクト198の銅箔の上下間の間隔を1/8″（3mm）とする
ことによつて各熱交換器または積重ね体196の体積は約
３ガロンとなる。この目的に使用される最高温油の高粘
度のため、箔間の間隔を1/8″（3mm）より小さくするこ
とによつて各積重ね体の前後における圧力降下が相当に
増大する。しかし、箔間の間隔を1/8″（3mm）とするこ
とにより、５〜10センチストークの最大粘度を有する高
温油を用いる場合の積重ね体の前後での圧力降下は約5p
si（３×104パスカル）を超えない。熱交換流体として
実用し得る高温油は当業者間で既知である。その１例は
サーミノル60であり、これは100゜F（38℃）で５センチ
ストーク（cm2/sec）、200゜F（92℃）および600゜F（315
℃）以下の作動温度において２センチストークの粘度を
有する。
積重ね体196は気密容器200内に収められる。前述の実施
例と同様に、また、第22図に示すように、２個の容器20
0が設けられ、各容器はダクト194の上方通路および下方
通路のそれぞれに通じる封鎖流通路として導管201およ
び202を有する。各容器200は全体として円筒形状で、そ
の寸法および形状を適切に選定して積重ね体196を垂直
方向に制限し、これにより空気が容器200内から排気さ
れる際に、積重ね体が膨張しないようにし、また、水蒸
気を低い大気圧力で入れるよう構成している。
導管201には可逆ポンプ204が設けられ、このポンプは、
好ましくは、ギヤポンプとし、導管201、ダクト194、導
管202、およびボイラー205を経て流される高温度油の粘
度がほぼマグニチユードのオーダーで変化する場合で
も、流量を一定に維持し得るようにする。また、当然の
こととして、油の流れを各サイクルで最小の複雑さで逆
転させることが必要である。用いられるギヤポンプは少
なくとも200゜F（92℃）の作動温度を有し、1/8または1/
4（93または186ジユール/sec）馬力容量の可変速可逆モ
ーターに連結される。組合せによつて20lb/in2の圧力で
２ガロン／分（1.379×105パスカルで7.5×10-3m3／
分）以下の流量で送ることが可能であり、また、システ
ムを約118,000BTU/hr（1.25×108ジユール／時）の入力
で作動することが可能である。
本例では、各容器は円筒形の垂直壁を交互に冷却および
加熱することによつて凝縮器と蒸発器として２役する。
好適実施例を第23図に示しており、図示の容器壁（銅
製）は波形に形成され、連続した螺旋条溝206を有し、
この条溝内に銅製チユーブ207が取付けられている。容
器壁を波形に形成することによつて容器200の強度を増
大している。
第24図は他の変形例を示す。本例で示す容器200aもまた
銅で造られており、容器壁には溝206aの模様がエンボス
されており、対応する外側胴201にもまた内側溝206bが
エンボスされている。容器200aに外側胴210が溶接され
てエンボスした溝206aおよび206bによつて螺旋流通路を
画成し、この通路を用いて熱交換媒質を通すように構成
している。他の点では容器200aは容器200と同じ構造を
有する。
ボイラー206の目的は、これを通る油の温度を400゜Fに上
昇させるためである。好ましくは、ボイラー206はガス
を燃焼し、この目的のため任意の多数のボイラーを構成
することができる。この目的のため、エンジンの排気、
地熱源および太陽熱エネルギーを含む既知のエネルギー
によつて加熱してシステムを作動するために必要な熱エ
ネルギーの一部または全てを供給することができる。
この実施例においては、３個の気密に封鎖した連続空間
を設け、これらの空間を互に絶縁する。最も内側の空間
はダクト196、連続導管201および202ならびにポンプ204
およびボイラー205を通る流通路の内部空間によつて構
成される。この最内側空間には高温度油が完全に充填さ
れている。第２の封鎖空間（実際には２個の分れた空
間）は各容器200内部であつてゼオライトに露出されて
おり、このゼオライトが第４図につき前述したように大
気圧以下、すなわち、水銀柱で９〜50mmの圧力で容器内
の蒸気を吸着し、また放出する。
第３の連続空間は、銅チユーブ207、または容器200a内
の通路206および207および加熱ならびに冷却ループを形
成する導管によつて限定される通路により画成される。
この空間は常時水で充満されている。
第28図から明らかなように、外部の水のループは各容器
200の凝縮／蒸発コイルチユーブ207の上下端にそれぞれ
連結された下側導管214および上側導管215を含む両上側
導管215は二重通路２方弁212に連結し、同様の弁212は
下側導管214に連結する。弁212はソレノイド（図示せ
ず）によつて制御されて、凝縮器としてチユーブ207を
経て作用する室200の一方、蒸発器として作用する際に
チユーブ207を経て加熱器216および他方の室200、また
は冷却器217に接続する。加熱器216および冷却217内に
は導管214および215から受取つた水を送るコイルが設け
られ、これらの導管に送風機200から空気流を当ててビ
ルデイングの空間が暖房されているか、または冷房され
ているかによつて、空気を大気中に放出しまたはビルデ
イング内に循環させる。ビルデイング内の空間を個々に
制御して、いくつかの空間を暖房し、他方、他の空間を
冷房することができ、当然のこととして、凝縮物が除去
された冷却空気の温度を上昇させるため、また、内部の
水を加熱するため加熱素子が冷却器217とともに使用さ
れる。第28図において加熱器ダクトに接続している導管
を221で示しており、冷却器217の冷却器ループの導管を
222で示す。
ポンプ211は５ガロン（1.879×10-2in3）／分の容量を
有し、約63ワツトの電力を使用する。所要に応じ、サイ
クルの逆転とともにポンプを逆転可能とすることもでき
る。第28図は略図であつて、当然のこととして、加熱器
216および冷却器217の両方はシステムによつて暖房およ
び冷房されるビルデイングに対して相対的に種々に設け
られ得る複数の加熱器および冷却器を示す。
作動に際し、加熱した油をボイラー205から400゜F（205
℃）で容器200の一方に引き入れる。この加熱油はダク
ト194の底に入り、このダクト194内に流れるにしたがつ
て隣接するゼオライトタイル190を加熱する。これらの
タイルは、加熱されることによつて、水蒸気を放出し、
これにより容器200内の圧力を上昇する。この水蒸気は
チユーブ207（または通路206b）内に循環する水による
冷却作用によつて連続的に凝縮され、凝縮に際し、その
熱エネルギーを導管215および221を経て加熱器216に循
環されるチユーブ（または通路）内の水に熱エネルギー
を伝達し、このようにして熱エネルギーが除去され、水
はポンプ211によつて戻り、循環水の加熱とともに凝縮
工程を連続して行なう。ゼオライトタイル190間の蛇曲
通路に流れる際に油のリボンに存在する温暖前線のた
め、タイルは底から加熱され、サイクルの期間中、水蒸
気はゼオライトタイルから絶えず放出され、チユーブ20
7（または通路206b）内に流れる水によつて凝縮され、
この水によつて熱エネルギーを加熱器216に伝達する。
同時に、ポンプ204は油（前の半サイクルで冷却され
た）を他方の容器200およびこの容器内の積重ね体196の
頂部、特に、ダクト194の頂部に送る。この際、ゼオラ
イトタイルは既に加熱され活性化されていて容器200内
の蒸気を吸着し得る状態にある。所要に応じ、ダクト20
1を加熱器216のような熱交換器を経て選択的に転換する
ことができる。ゼオライトタイル190が冷却するにした
がつて、容器200内の圧力は低下し、蒸気はゼオライト
に吸着され、したがつて既に凝縮されている水は周りの
チユーブ207（または通路206b）内に流れる水から熱エ
ネルギーをうばつて蒸発し始め、この水は導管214,21
5、弁212および導管22を経てクーラー217に通過し、こ
こで水は温められて容器200の周りのチユーブ207（また
は通路206b）に再循環されて戻る。ゼオライトの冷却が
下方に連続して行なわれる際、その冷却作用も連続して
生じる。吸着熱はゼオライトタイル190から油への熱交
換のために大部保持されること勿論である。所要に応
じ、熱交換機能を良くするため容器200の底における導
管215の部分を螺旋形状とすることもできる。あるいは
また、これに関連して、戻りの凝縮ラインを第25図およ
び第26図に示すように各容器200bの底から設けてタイル
190における蒸発および吸着を強めることもできる。こ
の場合、容器200b内の凝縮物は水だめ230内に重力作用
により入れられる。このような凝縮物は、蒸発期間中、
蠕動ポンプ231によつて容器200bの壁を貫通する管路227
を経て送られ、円形または部分円形環状マニホルド232
に入り、容器200bの内壁上の滝状フイルムとして分配さ
れて迅速に蒸発される。
第27図は、容器200bに本質的に同じ容器200c間の構成を
示す。このシステムでは、一方の容器内で凝縮物が吸着
され、これがため、他方の容器内の圧力を低減し、この
他方の容器から交差管路234または235を経て流れる。所
要に応じ、フロート弁236または237を各水だめ230内に
取付けて凝縮物だけを圧力差によつて送り、容器200c内
の圧力均等化が生じないようにすることもできる。これ
により、管路234および235の相対的高さを上げることに
よつて高められる管路234および235内の水頭によつて正
常作動状態を確保することができる。最大効率を得るた
めには、各容器200からの油出口温度を相対的に低い温
度（200°〜300゜F（92°〜149℃））に保持し、他方、
容量を増大させるためには、油を逆流させる前の最大許
容温度を上昇（300°〜400゜F（149°〜205℃））させ
る。ポンプ204および211ならびに弁212の制御はボイラ
ー205と同様に恒温的に制御される。
本発明の好適実施例につき上述したが、請求の範囲に記
載の発明の範囲内で他の適応および変更を加えることが
できると理解されるべきである。
例えば、熱伝達流体として加熱空気を直接に使用する代
りに、シリコンオイル、グリコールその他のような多種
類の液体を熱伝達流体として用いることもできる。第15
図に示すように、液体はよりシヤープな温度前線を生ぜ
しめるからより高いCOPが得られる。
さらにまた、液体を循環させるためのエネルギーは、同
量の伝達されるBTUに対して、ガスを循環させるために
必要とされるものより少ない。

Claims (36)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】気密に封鎖した空間を画成する容器を具
    え、この容器内に、熱交換装置と、冷媒と、前記熱交換
    装置の温度変化に応じて前記冷媒を吸着および放出（脱
    着）するよう前記熱交換装置と熱伝導関係にある吸着材
    と、前記冷媒を凝縮させる凝縮装置と、前記冷媒を蒸発
    させる蒸発装置とが設けられ、 前記熱交換装置が前記容器を貫通して前記空間から気密
    に分離された通路を内部に画成する導管装置を具え、 また、前記導管装置に流体を選択的に流すよう前記熱交
    換装置に作動的に関連された循環装置を具え、前記冷媒
    が前記吸着材から放出されるとともに前記空間内の前記
    冷媒の蒸気圧を増大させるに十分な高温を前記流体が有
    し、前記凝縮装置によって受け取られた前記蒸気が凝縮
    されて液体になり、かつ、前記蒸発装置に捕集され、さ
    らに、前記導管装置内の流体の流れを選択的かつ順次に
    逆転し、この逆流流体が前記吸着材を冷却するに十分な
    低温であり、これにより冷媒が前記吸着材によって前記
    蒸発装置から再吸着され、前記空間内の前記蒸気の圧力
    が低下され、また、 前記凝縮装置および前記蒸発装置からエネルギーを取り
    出す装置を具える熱利用のための効率に優れた方式。
  2. 【請求項２】前記吸着材がゼオライトである請求の範囲
    １による方式。
  3. 【請求項３】前記冷媒が水である請求の範囲２による方
    式。
  4. 【請求項４】前記第１流体が前記導管装置を通過してそ
    の温度を上昇した後、前記逆流流体として利用され、他
    の同様の容器内の他の同様の熱交換装置に流される前に
    低品位熱源によって加熱される請求の範囲２による方
    式。
  5. 【請求項５】前記低品位熱源が空気と燃焼生成物との混
    合物である請求の範囲４による方式。
  6. 【請求項６】前記低品位熱源が廃熱である請求の範囲４
    による方式。
  7. 【請求項７】前記低品位熱源が太陽熱エネルギーである
    請求の範囲４による方式。
  8. 【請求項８】前記流体が実質的に空気である請求の範囲
    ４による方式。
  9. 【請求項９】前記導管が閉止再循環空間を具え、この空
    間が前記他の同様の容器に延長している請求の範囲４に
    よる方式。
  10. 【請求項１０】前記流体が高温の油である請求の範囲９
    による方式。
  11. 【請求項１１】各前記容器内の前記導管が蛇曲してお
    り、ターン間に相対的に扁平な空間を有し、前記吸着材
    が前記扁平空間の間に前記導管と表面を互に接触させて
    入れられている請求の範囲10による方式。
  12. 【請求項１２】前記導管が銅製である請求の範囲11によ
    る方式。
  13. 【請求項１３】前記導管および前記吸着材を包囲する容
    器の内部が部分真空にされる際に前記導管による不当な
    垂直方向の膨脹を防止するよう前記導管が前記容器内に
    設けられている請求の範囲11による方式。
  14. 【請求項１４】各前記容器内の前記導管が約35〜60ft
    （10.6〜18.3m）の長さである請求の範囲11による方
    式。
  15. 【請求項１５】各前記容器内の前記導管が約36ft（10.9
    m）の長さである請求の範囲14による方式。
  16. 【請求項１６】前記導管の扁平空間の高さが約1/2in（1
    2mm）で、水平方向の幅が少なくとも6in（15.2cm）であ
    り、前記扁平空間の間の前記吸着材の厚みが約1/4″（6
    mm）である請求の範囲15による方式。
  17. 【請求項１７】前記導管が選択的に逆転可能のポンプ装
    置を含む請求の範囲10による方式。
  18. 【請求項１８】前記吸着材が前記導管装置と直熱伝導関
    係で設けられ、これにより前記流体が流れる際の流動方
    向に前記吸着材に温度前線を伝播させるようにする請求
    の範囲２による方式。
  19. 【請求項１９】前記容器が実質的に筒状の側壁を有し、
    前記凝縮装置および前記蒸発装置を具え、前記凝縮装置
    を冷却するため液体を循環させるとともに前記側壁に取
    付けられている前記蒸発装置を加熱する他の導管装置が
    設けられている請求の範囲１による方式。
  20. 【請求項２０】低品位熱源からエネルギーを受け取って
    ビルディングの内部の暖房および冷房を行なう可逆吸着
    ヒートポンプサイクルで作動し得る装置で、この装置
    が、 Ｉ、 ２個の気密に封鎖した空間を具え、各空間内に、 （ａ）、 吸着材および冷媒が設けられ、前記吸着材が
    熱伝達流体と熱伝導関係にあって、これにより、放出
    （脱着）モードにおいて、前記流体が前記吸着材に熱を
    与えて吸着材から前記冷媒を放出させ、また、吸着モー
    ドにおいて、前記流体が前記吸着材から熱を除去して前
    記冷媒を吸着するよう構成され、 （ｂ）、 前記ビルディングの内部と熱交換してビルデ
    ィング内部を選択的に暖房または冷房するよう熱交換装
    置と熱伝導関係にある冷媒の凝縮および蒸発装置が設け
    られ、 II、 低品位熱源によってさらに加熱すべき一方の前記
    空間内での吸着モードにおいて加熱され、かつ他方の前
    記空間によって受取られて吸着材を放出モードにおいて
    加熱して放出モードにおいて前記空間のそれぞれの凝縮
    装置から前記ビルディング内部に熱を供給し、または、
    吸着モードにおいて前記空間のそれぞれの蒸発装置から
    前記ビルディング内部に冷を供給する前記熱伝達流体を
    移送する導管装置と、 III、 一方の空間内での吸着モードおよび他方の空間
    内での放出モードの実質的完了に際して前記熱伝達流体
    の流れを逆にする制御装置とを具える冷暖房装置。
  21. 【請求項２１】前記吸着材がゼオライトである請求の範
    囲20による装置。
  22. 【請求項２２】前記冷媒が水である請求の範囲21による
    装置。
  23. 【請求項２３】前記低品位熱源がガス炎である請求の範
    囲21による装置。
  24. 【請求項２４】前記吸着材と前記熱交換流体との間の熱
    伝導が相対的に低い長さ方向熱伝導率と充分高い吸着材
    との熱伝導を特徴とする熱交換装置によって行なわれて
    前記第１熱交換流体が送られる際に相対的にシャープな
    温度前線が前記熱交換装置に伝播するよう構成されてい
    る請求の範囲21による装置。
  25. 【請求項２５】前記熱交換装置が１℃の温度差で１cm2
    の面積を横切る厚さ1cmの板に毎秒伝達されるカロリー
    で表わされる熱量での熱伝導率が約0.10以下である合金
    で造られている請求の範囲24による装置。
  26. 【請求項２６】前記熱交換装置が約1mm以下の厚みのチ
    ューブを具える請求の範囲25による装置。
  27. 【請求項２７】前記吸着材が10mm以下の厚さの薄切天然
    ゼオライトである請求の範囲26による装置。
  28. 【請求項２８】前記熱伝達流体が高温油である請求の範
    囲20による装置。
  29. 【請求項２９】前記導管装置が閉止した再循環通路を具
    え、この通路もまた選択的に逆転可能のポンプ装置を含
    む請求の範囲28による装置。
  30. 【請求項３０】Ｉ、 第１および第２圧力密容器を設
    け、各容器内に仕事冷媒と、吸着材と、凝縮および蒸発
    装置とを設け、各容器に貫通して設けた導管と前記吸着
    材を熱伝導関係とし、前記吸着材が前記冷媒を吸着する
    際に発熱し得るものとする工程と、 II、 低品位熱源と各前記容器に対し前記導管と熱伝導
    関係にする工程と、 III、 第１の前記容器内の前記冷媒の蒸気圧を上昇さ
    せ、前記低品位熱源を用いて前記吸着材から冷媒を放出
    させる工程と、 IV、 前記第１容器内の冷媒蒸気を第１容器内の凝縮器
    によって受け取らせ、冷媒蒸気を凝縮させ、凝縮による
    冷媒の熱を前記内部空間または大気中に伝達する工程
    と、 Ｖ、 第２の前記容器内の前記冷媒の蒸気圧を前記吸着
    材による冷媒の吸着によって低下させ、前記導管による
    前記低品位熱源からの熱との組合せで前記第１容器に吸
    着により発生した吸着熱を伝達させる工程と、 VI、 吸着および放出サイクルの実質的完了に際して工
    程III、IVおよびＶを前記容器内で交互に繰返す工程と
    を具える低品位熱源を用いて内部空間を暖房および冷房
    する方法。
  31. 【請求項３１】前記吸着材がゼオライトである請求の範
    囲30による方法。
  32. 【請求項３２】前記仕事冷媒が水である請求の範囲31に
    よる方法。
  33. 【請求項３３】前記低品位熱源がガス炎である請求の範
    囲31による方法。
  34. 【請求項３４】工程IIIにおける前記蒸気圧力が水銀柱
    絶対圧力で約50mmに上昇される請求の範囲33による方
    法。
  35. 【請求項３５】工程IVにおける前記冷媒蒸気が凝縮器に
    よって約100゜F（38℃）の温度で凝縮される請求の範囲3
    3による方法。
  36. 【請求項３６】工程Ｖにおける前記蒸気圧が少なくとも
    10mm水銀柱圧力に低減される請求の範囲35による方法。
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