JPH01262376A - 沸騰可能な液体の搬送方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、特に吸収装置（吸収式冷凍機、吸収式熱ポン
プまたは吸収式熱転換器、再吸収式冷凍機、再吸収式熱
ポンプ、または再吸収式熱転換器）において、沸騰可能
な液体を搬送するための方法と装置に係わり、更に詳し
くは、外部からの熱供給により、低い出発点から所望の
圧力上昇分だけ高くなった沸騰圧力へ、沸騰可能な液体
の沸騰圧力を交互に変化させることによ°す、必要な搬
送圧力が発生し、続いて外部に熱を放出しながら圧力を
低い沸騰圧力まで降下させることによって、出発状態が
再び得られ、この場合、沸騰可能な液体が湿り蒸気域内
で作業を行う循環プロセスにさらされ、この循環プロセ
スが、熱放出による圧力低下、低い温度レバルへの熱放
出時の圧縮、熱供給による圧力上昇、および高温レベル
への熱供給による膨張を含む、沸騰可能な液体の搬送方
法および装置に関する。

〔従来の技術］ 吸収装置の溶液ポンプは、この成分のための出力コスト
が比較的に少ない場合でも、構造的な大きな難点を有す
る。架橋すべき圧力差は、冷媒と溶媒からなる対をなす
使用物質に依存する。しばしば使用される対の物質はＮ
Ｈ３／Ｈ，Ｏである。この場合に発生する圧力差は２０
バ一ル以上である。

その際発生する、多くの異なる物質対の場合の類似の問
題は、効率が悪いことと、キャビテーションの問題と、
しばしば環境にとって有害または有毒な冷媒の漏れであ
る。更に、この部品のコストは、特に大きな冷却出力ま
たは熱出力の場合には、装置全体のコストで比較して比
較的に高い。

東独国特許第２１９０６０号明細書によって、吸収式熱
ポンプを運転する方法が知られている。この場合、電子
エネルギーを節約するために、ダイヤフラムポンプとし
て形成された、熱的駆動部分を備えた溶液ポンプが使用
される。この駆動部分はアンモニアと水からなる二成分
混合物を充填した閉鎖容器からなっている。この閉鎖容
器には、蒸発器からの冷却蒸気と、熱ポンプ回路からの
温かい媒体で運転される周期的な温度交換器が設けられ
ている。

この種の装置の場合には、二つの熱交換器を周期的に加
熱および冷却する必要がある。作動態様は緩慢で不経済
的である。なぜなら、その都度、温かい熱交換器系全体
と冷たい熱交換器系全体を加熱または冷却しなければな
らないからである。

更に、運転のときに常に応力がかかる必須のダイヤフラ
ムによって、摩耗部分が存在する。この摩耗部分は寿命
を制限し、その修理は装置全体の分解を必要とする。

〔発明の概要〕

従って、本発明の根底をなす課題は、強い応力を受ける
摩耗部分、特にダイヤフラムを必要とせず、かつこの種
の従来の装置よりも迅速で経済的な運転を達成可能であ
る上記種の方法と装置を提供することである。

本発明では、冒頭の述べた種類の方法において、搬送す
べき沸騰可能な液体が流過する容器内で、搬送すべき沸
騰可能な液体の部分量が、湿り蒸気域内の作業を行う循
環プロセスを直接的に受ける。

更に、本発明では、沸騰可能な液体を搬送するための装
置、特に上記方法を実施するための装置は、容器が閉鎖
可能な流入部と流出部を備え、容器の下側の範囲が上側
の範囲よりも低い温度を有し１．液体と蒸気の境界層を
温度の異なる領域に移動させるための手段が設けられて
いる。

〔実施例〕

好ましい他の実施形が特許請求の範囲および以下の記載
に詳しく説明されている。

装置は容器１を含んでいる。この容器は作業室２を取り
囲んでいる。この作業室内には、押しのけ体３が次のよ
うに挿入されている。すなわち、容器１の壁と押しのけ
体３の間に狭い円筒状の隙間４が形成されるように挿入
されている。押しのけ体３は作業室２内で駆動装置５を
介して振動搬送運動を受ける。容器の壁６、底７および
蓋８は適当な態様で、例えば二重壁状に形成され、分割
され、そして適当な温度の媒体が流過する場合に、別々
の熱交換機能を受は持つように形成されている。その際
、容器１の壁温度は頭部に向かって軸方向の方へ上昇す
る。そのために、壁は例えば多重分割され、異なる温度
の流体が流過する。従って、容器１の下側部分には、“
温度の低い領域”が形成され、容器１の頭部には“温度
の高い領域”が形成されている。蓋８と底７の間の壁部
分９は一方では、適切な方法で蓄熱式熱交換器として形
成され、円筒軸線方向に温度勾配が生じる。他方では作
業サイクルが完全に終了した後、後続の熱交換のために
、高圧で運ばれて来た液体が壁部分９の中空室を流過す
る。容器１の下側部分には、（図示していない）吸収（
収着）装置の低圧部分に通じる入口１０と、吸収装置の
高圧部分に通じる出口１１が設けられている。この場合
、両開口はそれぞれ逆止弁１２または１３を備えている
。

容器１の壁と押しのけ体３の間の円筒状隙間４内には、
押しのけ体３の位置に依存して、液面が形成される。こ
の液面は上側にある蒸気室とその下にある液体室の間の
相境界と見なすことができる。なぜなら、後述のように
、液体相と蒸気相の残余量が系内に常に存在するからで
ある。容器壁の温度層形成により、容器１と押しのけ体
３の間の狭い円筒状隙間４における液体レベルの変動に
つれて、熱供給または排出、ひいては相分離層の温度変
化が生じるからである。理想的な場合には常−に相バラ
ンスが生じるこの分離層の温度は、容器１全体の圧力を
定める。この場合、近似的には、不連続の水位に、所定
の容器圧力が相当する。すなわち、押しのけ体３の運動
によって、相境界の水位が移動すると、同様に容器圧力
が変わる。

次に説明する方法は二成分混合物だけにしか適用できな
いが、便宜上、対の物ｉｔ　Ｎ　ｕ　ｓ　／　ｕ　ｔ　
ｏを有する吸収式熱ポンプを例示して、搬送工程を説明
する。この場合、吸収式熱ポンプの運転方法は充分知ら
れていると仮定する。

装置は、吸収器から出て冷媒を多く含む、低い吸収圧力
（例えば４バール）の溶液を、高圧（例えば２０バール
）のジェネレータに搬送するという役目を有する。その
際、エネルギーコストをできるだけ少なくするために、
液体の温度ではなく圧力を高めるべきである。低圧溶液
の流入を可能にするために、系内にある低温領域の蒸気
と液体の混合物は、この溶液の流入温度と比較して過冷
却される。この過冷却は、例えば吸収器の手前で分岐さ
れ、従って当該の溶液よりも温度が低い冷却水を、容器
底７に流過させ、吸収器よりも低い圧力（例えば３．８
バール）を容器１内に発生させることによって行われる
。それによって、入口１０内の逆止弁１２が開放する。

高圧で搬送される液体を容器１から押し出すことができ
るようにするために、容器ｌ内には、ジェネレータより
も高い圧力（例えば２０．２バール）を生じさせ、出口
１１内の逆止弁１３を開放しなければならない、これは
、次のような液体を、容器の高温の蓋８を流過させるこ
とによって装置内部の熱交換を行うことによって達成さ
れる。この液体は、この圧力の場合、その温度が冷媒、
例えばジェネレータ出口の後の脱気された溶液のバラン
ス温度よりも高い。次に、当該の系のための循環プロセ
スの状態変化を第１図乃至第４図に基づいて説明する。

状態（１）に相当する第１図では、押しのけ体３が下死
点にある。容器１の頭部の蒸気容積は制御容積である。

この制御容積は次に循環プロセスを行う。相分離面は高
温領域にある。従って、蓋８がプロセス内部の適当な温
度の液体によって加熱される容器１内において、吸収装
置のジェネレータよりも高い圧力が発生する。従って、
出口通路１１内の逆止弁１３が開放する。今、押しのけ
体３が上方へ移動すると、作業室内の液体と所属の蒸気
相の間の相分離層は、低い温度の方へ移動する。状態が
（１）から（２）へ移動するときに両逆止弁１１，１２
が閉じているので、この状態変化は等容度化である。状
態（１）では蒸気状である制御容積の部分は、この状態
変化の際に、液化され、その際容器壁に熱量ｑ＋ｚを与
える。この熱量はこの容器壁に貯蔵される。

液面が、溶液入口温度よりも低い温度の冷却水によって
冷却される低温の領域に達すると（第２図の状態（２）
Ｌ容器圧力は吸収圧力以下に下がる。それによって、入
口１０内の逆止弁１２が開放し、液面の一層の降下、ひ
いては容器圧力の低下が阻止される。押しのけ体３が更
に上方へ移動すると、容器１は低圧溶液で充填される。

その際、液面の位置は変わらない（等圧、等温圧ｌ１ｉ
ｉｉ＞。

押しのけ体３は、第３図の上死点（３）まで更に上方へ
移動する。その際、制御容積から押しのけられる蒸気は
液化される。この場合、熱量Ｑｚｉは容器底７を流過す
る冷却水に導出される。

今、状態（１）からの制御容積はほぼ全体が液化される
。押しのけ体３が続いて下降すると、入口１０内の逆止
弁１２が閉じる。なぜなら、相分離層が高温領域に押し
のけられ、容器圧力が上昇するからである。最大圧力に
達するまで（第４図に対応する状態（４））、この状態
変化は等容度化で行われる。この場合、円筒状隙間４内
で上昇する液体が熱ｑ１４を受容するので、液化された
制御容積の一部は再び蒸発可能である。熱１９３４は量
的には、容器壁によって貯蔵された熱量ｑ１．゛よりも
はるかに少ない。従って、ここでは蓄熱式熱交換を行う
ことができる。ジェネレータ圧力と比較して少しだけ圧
力が高いと、出口１１内の逆止弁１３が開放する。そし
て溶液は押しのけ体３を更に下降させることによって高
圧を維持しながら容器１の下側部分からジェネレータ内
へ押しのけられる。その際、高温の蓋８内には、高温の
頭部を流過する溶液から熱ｑ０を供給しなければならな
い。それによって、制御容積からの他の凝縮液が再び蒸
発可能である。

押しのけ体３が下死点に達すると、溶液全体は、高圧を
維持するために必要な、円筒隙間４内にある死容量を除
いて、ジェネレータに押しのけられる。従って、再び出
発状態（１）となる。搬送された量またはその部分流は
、高圧部分への押しのけのときに、容器壁内の中空室を
通って案内され、その際残留熱ｑＩｘ−ｑｚａを受容す
る。

理想的なプロセスで上記装置を運転するためのエネルギ
ーコストは、比熱量（１４１の供給と、比較的に少ない
容積変更作業Ｐｔ’ｌとからなる。容器１に流入する制
御容積の液体がこの容積変更作業を行う。プロセスは押
しのけられた液体の容積変更作業Ｐ　４１、吸収熱ポン
プの本実施例の場合に有効熱として消費側の熱媒体に与
えられる熱ｑｚｓ、および熱流ｑＩｚ−ｑ：１４の差を
供給する。熱ポンプのジェネレータ内で一層エネルギー
で付加的に発生する高温熱の超過支出は次の式で表され
る。

Ｑ＊ｕ＝ｑａ＋　　（ｌ　ｑ＋ｚｌ　　ｌ　ｑｉ４１）
このコストによって、容積変更作業Ｐ　ｆｌａｔｓが発
生する。更に、熱ｑ０は有効温度レベルで生じる。

理想的な場合押しのけ体３を移動させるために、エネル
ギーコストを必要としない。なぜなら、この部分は作業
を行わないからである。しかし、実際には、摩擦力と慣
性力に打ち勝つ必要がある。

その大きさは駆動装置５と上記装置の技術的な実施に依
存する。この駆動装置はしかし、同様に装置内部で操作
することができる。なぜなら、低圧の吸収器に入る前に
絞り部で損失熱に変換される、高圧の豊富な溶液のポテ
ンシャルエネルギーを、その代わりに有効利用すること
ができるからである。

第１図と第２図に図示した駆動装置５の構造は単に、一
実施例である。第３図に示すように、押しのけ体３を動
かすために液圧式押しのけ体ユニット２０を使用するこ
とができる。このユニットは液状搬送媒体または溶媒の
圧力エネルギーを利用する。

第４図には、押しのけ体３を周期的に昇降するための電
磁駆動装置３０が示しである。この駆動装置は押しのけ
体３内に設けることができる。それによって、作業室２
を完全に閉鎖し、不所望な液体流出を確実に防止するこ
とができるので非常に有利である。

本発明は、作動の信頼性が高いという利点を有する。な
ぜなら、大きな応力を受ける摩耗部品、特にダイヤフラ
ムを必要としないからである。更に、本発明による装置
は作動が非常に迅速で経済的であるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明を実施するための装置の、四
つの異なる運転状態を示している。 １・・・容器、　３・・・押しのけ体、　５゜３０・・
・駆動装置、　６・・・壁、　　１０・・・流入部、　
１１・・・流出部、　１２．１３・・・逆止弁 代理人　弁理士　江　崎　光　好 代理人　弁理士　江　崎　光　史

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、外部からの熱供給により、低い出発点から所望の圧
   力上昇分だけ高くなった沸騰圧力へ、沸騰可能な液体の
   沸騰圧力を交互に変化させることにより、必要な搬送圧
   力が発生し、続いて外部に熱を放出しながら圧力を低い
   沸騰圧力まで降下させることによって、出発状態が再び
   得られ、この場合、沸騰可能な液体が湿り蒸気域内で作
   業を行う循環プロセスにさらされ、この循環プロセスが
   、熱放出による圧力低下、低い温度レバルへの熱放出時
   の圧縮、熱供給による圧力上昇、および高温レベルへの
   熱供給による膨張を含む、沸騰可能な液体の搬送方法に
   おいて、搬送すべき沸騰可能な液体が流過する容器内で
   、搬送すべき沸騰可能な液体の部分量が、湿り蒸気域内
   の作業を行う循環プロセスを直接的に受けることを特徴
   とする沸騰可能な液体の搬送方法。 ２、容器が閉鎖可能な流入部と流出部を備え、容器の下
   側の範囲が上側の範囲よりも低い温度を有し、液体と蒸
   気の境界層を温度の異なる領域に移動させるための手段
   が設けられていることを特徴とする、請求項１記載の方
   法を実施するための装置。 ３、容器内で周期的に昇降可能な押しのけ体が設けられ
   ていることを特徴とする、請求項２記載の装置。 ４、容器の流入部と流出部に、単路逆止弁が設けられて
   いることを特徴とする、請求項２または請求項３記載の
   装置。 ５、容器の外壁が温度上昇領域に分割されていることを
   特徴とする、請求項２から請求項４までのいずれか一つ
   に記載の装置。 ６、容器壁の温度上昇領域が熱交換器として形成され、
   熱の供給または排出がプロセス熱または排熱の利用によ
   って行われ得ることを特徴とする、請求項５記載の装置
   。 ７、容器壁の領域が最も低い領域と最も上方の領域の間
   で蓄熱領域として形成されていることを特徴とする、請
   求項５または請求項６記載の装置。 ８、装置が溶媒および／または搬送媒体を吸収装置に搬
   送するために組み込まれていることを特徴とする、請求
   項２から請求項７までのいずれか一つに記載の装置。 ９、液状搬送媒体または溶媒の圧力エネルギーによって
   押しのけ体を動かすための液圧式押しのけユニットが設
   けられていることを特徴とする、請求項８記載の装置。 １０、押しのけ体を周期的に昇降させるための電磁的な
   駆動装置が設けられていることを特徴とする、請求項３
   から請求項８までのいずれか一つに記載の装置。