JPH0134085B2 - - Google Patents
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- JPH0134085B2 JPH0134085B2 JP56216160A JP21616081A JPH0134085B2 JP H0134085 B2 JPH0134085 B2 JP H0134085B2 JP 56216160 A JP56216160 A JP 56216160A JP 21616081 A JP21616081 A JP 21616081A JP H0134085 B2 JPH0134085 B2 JP H0134085B2
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Description
本発明は蒸留を実施するための新規な装置およ
び方法に関し、さらに詳しくは新規な蒸気脱脂装
置および新規な蒸気脱脂法に関する。さらに、本
発明は還流条件下に化学反応を実施するのに有用
な装置および方法に関する。 閉じた冷却系の凝縮器および蒸発器コイルを使
用して流体を加熱し、別の流体を蒸気を凝縮させ
ることは知られている。この型の先行技術の例は
次のとおりである:米国特許第1466670号
(Monti)、同第3070463号(Barday)、同第
3091098号(Bowers)、同第3234109号(Lust−
enader、同第39299649号(McGrath et al)、同
第3460990号(Barday)、同第3461460号
(McGrath)、同第3486985号(McGrath)、同第
3492205号(Webber)、同第3699006号(Hass−
lacher)、同第3869351号(Schwartzman)、同第
4003798号(McCord)、同第401475号
(McCord)、同第4209364号(Rothschild)、同第
4210461号(Moree et al)(第2欄第66行〜第3
潤第11行)および同第3308839号明細書(Ba−
rday)。 また、温度感知手段を使用して、冷却コイル中
の冷却流体の流れを調整する流れ制御弁を作動さ
せることによつて、脱脂装置内の蒸気レベルを制
御することも知られている。この型の先行技術の
例は米国特許第4078974号明細書(McCord)で
ある。この米国特許は加熱要素が冷却系中の凝縮
コイルであつてもよいことを開示している(第3
欄第43〜45行)。 上に挙げた米国特許第3869351号明細書(Sc−
hwartzman)はコイル25を使用して追加の冷
却効果を得、そして海水を加熱した後それを槽の
中へ入れることを開示している。コイル25はそ
の冷却系の蒸発器コイル24より上に位置する。 上に挙げた米国特許第3308839号および同第
3460990号明細書(Barday)は水冷熱吸収要素5
6を使用して熱平衡を維持することを示してい
る。しかしながら、これらの米国特許(Barday)
の装置は凝縮器からその冷却系の蒸発器コイルへ
通る作動流体中の顕熱の一部分を補助熱吸収要素
58により不必要に抜き出させている。 この先行技術およびわれわれが知る他の先行技
術は圧縮熱を液体の気化に利用し、その液体の蒸
気からの熱抽出の調整により装置に熱バランスを
維持できる液体を気化し、その蒸気を凝縮する、
エネルギー効率の高い装置および方法を提供して
いない。さらに、この先行技術は蒸留速度を増加
し、凝縮速度を増加し、閉じた冷却系の凝縮器へ
の熱の供給を増加し、そして性能係数を増加する
前述の型の、エネルギー効率の高い装置および方
法を提供していない。 したがつて、本発明の1つの目的は圧縮熱を液
体の気化に利用し、その蒸気からの熱抽出を調整
することにより液体の気化およびその蒸気の凝縮
に使用する閉じた冷却系に熱バランスを維持す
る、新規な装置および方法を提供することであ
る。 本発明のほかの目的は、蒸留速度を増加し、凝
縮速度を増加し、閉じた冷却系の凝縮器への熱の
供給を増加し、そして性能係数を増加する、この
型の装置および方法を提供することである。 本発明の追加の目的、利点および新規な特徴は
以下に記載され、その一部は以下のことを試験す
るとき当業者に明らかとなり、あるいは本発明を
実施することによつて分かるであろう。本発明の
目的および利点は特許請求の範囲に記載される手
段および組み合わせにより実現されかつ達成され
る。 前記目的を達成するためにかつ本発明の目的に
従い、ここに具体的にかつ広く説明するように、
本発明は液体を気化させ、その蒸気を凝縮する、
エネルギー効率の高い装置に関する。この装置は
蒸留器、閉じた冷却系、少なくとも1つの補助凝
縮コイル、および補助凝縮コイルにより熱抽出を
制御する手段を含む。 閉じた冷却系は、蒸留器内に配置されかつ液体
と熱伝達関係にある凝縮器、蒸発器コイル、圧縮
器、および凝縮器を蒸発器コイルに接続している
顕熱運搬ラインを含む。運転時に、閉じた冷却系
は作動流体を含有し;圧縮器は作動流体を高圧に
上げ、そして圧縮熱をその作動流体に加え;凝縮
器はその圧縮熱を含む熱を作動流体から前記液体
に伝達し、その結果として液体は気化され、生じ
た作動流体は顕熱を含有し;そして顕熱運搬ライ
ンは生じた作動流体を凝縮器から蒸発器コイルに
進め、これによつて蒸発器コイルへ入る作動流体
は顕熱を含有する。 補助コイルは液体の気化により生ずる蒸気と接
触し、そして装置に熱バランスを維持するために
必要な量より過剰の熱が前記蒸気から抽出する。
補助コイルは閉じた冷却系から分離されており、
そして凝縮器と蒸発器コイルとの間に位置し、こ
れによつて過剰の熱を蒸気が蒸発器コイルと接触
しかつその上に凝縮する前に抜き出す。補助コイ
ルは熱抽出制御手段を有する。この制御手段は補
助コイルによる熱の抽出を制御し、これによつて
過剰の熱は補助コイルにより蒸気から抜き出され
る。 とくに有用な実施態様において、この装置は凝
縮した蒸気を集めるトラフ手段をさらに含む。こ
のトラフ手段は蒸留器内に配置されかつ凝縮器と
補助コイルとの間に位置され、その結果として凝
縮した蒸気は蒸留器内に集められ、そこから抜き
出される。 本発明によればまた、液体を気化させ、その蒸
気を凝縮するエネルギー効率の高い方法が提供さ
れる。この方法は、気体状態の作動流体を蒸発器
コイルから圧縮器に通し、蒸発器コイルおよび圧
縮器は閉じた冷却系中に存在し、閉じた冷却系は
(1)気化させるべき液体を含有する蒸留器内に配置
されかつ液体と熱伝達関係にある凝縮器と、(2)凝
縮器を蒸発器コイルに接続している顕熱運搬ライ
ンを含む;気体の作動流体を高圧に圧縮し、その
作動流体に圧縮熱を加え;圧縮熱を含有するその
高圧気体状流体を凝縮器へ通して圧縮熱を含む熱
をその高圧気体状流体から前記液体へ伝達し、そ
の結果として液体を気化させかつ生じた作動流体
に顕熱を含有させ;生じた作動流体を顕熱運搬ラ
インにより蒸発器コイルへ通して蒸発器コイルに
入る作動流体に顕熱を含有させ;そして液体の気
化によつて生ずる蒸気から、装置に熱バランスを
維持するために必要な量より過剰量の熱を抜き出
す工程を含む。過剰の熱の抜き出しは蒸気と少な
くとも1つの補助凝縮コイルとの間の熱伝達接触
により行われる。補助凝縮コイルは前記閉じた冷
却系から分離されており、かつ凝縮器と蒸発器コ
イルとの間に位置され、これによつて過剰の熱は
蒸気が前記蒸発器コイルと接触しかつその上に凝
縮する前に抜き出される。 ことに有用な実施態様において、この方法は凝
縮した蒸気をトラフ手段中に集める工程をさらに
含む。このトラフ手段は蒸留器内に配置され、か
つ凝縮器と補助コイルとの間に位置され、そし
て、それらの両方は蒸留器内に同様に配置されて
いる。 前述のように、本発明によれば、液体を気化さ
せ、その蒸気を凝縮するための、新規でエネルギ
ー効率の高い装置および方法が提供される。この
装置および方法は、後に詳しく説明するように、
圧縮熱を液体の気化に利用し、しかして沸とう速
度を増加させるものである。 後述することに有用な実施態様において、凝縮
蒸気は、気化が起こる蒸留器内に配置される、そ
の凝縮物を蒸留器から抜き出すためのトラフに集
められる。この実施態様において、本発明の装置
は蒸気脱脂器として特に有利に使用される。しか
しながら、本発明の化学反応を還流条件下に実施
するために使用するとき、凝縮蒸気は蒸留器の底
へもどされ、従つて反復した気化と凝縮が起こ
る。本発明の他の実施態様において、凝縮蒸気
は、蒸留器自体の内部ではなく、その外部に位置
するポツトまたはフラスコの中に集められる。こ
うして、本発明は蒸気の蒸留器の外部に集める蒸
留を実施するためにも、また化学反応を還流下に
実施するためにも、そして蒸気脱脂の目的にも有
用である。有用な蒸留は、真水を塩水からつくる
ことを包含する。 本発明を、図示されるとくに有用な実施態様を
参照しながら説明する。この実施態様において、
本発明による装置は、蒸留器、閉じた冷却系、補
助凝縮コイル、補助凝縮コイルにより熱抽出を制
御する手段、および凝縮蒸気を集めるトラフを含
む。 閉じた冷却系は、蒸留塔内に配置されかつ気化
されるべき液体と熱伝達関係にある凝縮器を含
む。この冷却系は更に同様に蒸留器内に配置され
る蒸留器コイル、圧縮器、および凝縮器を蒸発器
コイルに接続しているラインを含む。運転の際
に、閉じた冷却系は作動流体を含有し;圧縮器は
作動流体を高圧に上げ、そして圧縮熱をその作動
流体に加え;凝縮器は圧縮熱を含む熱をその作動
流体から前記液体へ伝達し、その結果として液体
を気化させ、そして生じた作動流体は顕熱を含有
し;そして顕熱運搬ラインを生じた作動流体を凝
縮器から蒸発器コイルに通し、これによつて蒸発
器コイルへ入る作動流体は顕熱を含有する。 補助凝縮コイルは冷却系から分離されており、
そして凝縮器と蒸発器コイルとの間に位置されて
いる。この位置において、補助コイルは蒸気と接
触し、次いで蒸気は蒸発器コイルと接触し、その
上に凝縮する。この補助コイルの位置により、こ
のコイルは装置の熱バランスを維持するのに必要
な量より過剰の熱を蒸気から抜き出すことができ
る。この過剰な熱が抜き出されないとすれば、そ
れが蒸発器コイル上へ蒸気が凝縮するとき冷却系
へ入つてしまつて装置は熱バランスを失い、機能
停止してしまつていたことであろう。図面はただ
1つの補助コイルを示すが、追加の補助コイルを
図示する補助コイルと組み合わせて使用できる。 補助コイルによる熱抽出は、補助コイルによる
蒸気から抜き出される熱の量が装置に熱バランス
を維持するのに必要な量よりも過剰となるように
制御される。制御は、たとえば、冷却流体たとえ
ば水を補助コイルへ供給するライン中にニードル
弁を設けることにより達成される。この弁は冷却
流体の補助コイル中への流れをコントロールする
ように調整される。 好ましくは、制御は自動的に調整される。自動
調整は調整装置、たとえば熱電対を蒸留器におけ
る通常の蒸気ラインに配置することによつて達成
するのが適当である。調整装置は補助コイルを通
る冷却媒体の流れを調整することにより蒸留器内
の蒸気により形成されたラインの位置に応答す
る。この蒸気ラインは通常の蒸気ラインへ上昇す
るにつれて調整装置が動作して補助コイルを通る
冷却流体の流れを増加させる。この結果、蒸気ラ
インは低下し、次いで調整装置が動作して冷却流
体の流れを減少させる。 一次弁として作用するニードル弁をもつ主供給
ラインを設けるのが便利である。この弁は、冷却
流体の流れが負荷条件下で圧縮熱を完全に吸収す
るのには不十分であるように調整する。さらに、
一次ニードル弁を有する主ラインの一部分をバイ
パスする平行な供給ラインを設ける。このバイパ
スラインは二次弁としてはたらくニードル弁と、
この二次弁から上流に位置するソレノイド弁とを
有する。ソレノイド弁は調整装置により開閉され
る。ソレノイド弁が開いた位置にあるとき、追加
の冷却流体は補助コイルを流れ、他方ソレノイド
弁が閉じた位置にあるとき、冷却流体は一次ニー
ドル弁によつてのみ決定される。 自動調整はまた、冷却回路中の温度または圧力
の変化を感知し、それに応答して冷却流体の流れ
を調整することによつて達成される。センサーを
配置して、圧縮器ヘツドの圧力を監視することが
便利である。蒸発器コイルから下流に熱電対のよ
うな調整装置を配置して、蒸発器コイル排出を監
視するのが便利である。この調整装置は前記調整
装置の代わりに、前節に記載した型の系を作動さ
せるのが適当である。 トルフは蒸留器内に配置されかつ凝縮器と補助
コイルとの間に位置される。上に示したように、
補助コイルと蒸発器コイルをも蒸留器内に配置さ
せる。この結果、凝縮蒸気は蒸留器内に集めら
れ、そこから抜き出される。 本発明の他の実施態様において、補助コイルお
よび蒸発器コイルは蒸留器の外部に位置し、そし
て凝縮蒸気は蒸留器の外部に位置するポツトまた
はフラスコに集められる。かくして、トラフは不
要となる。この実施態様において、本発明による
装置は蒸留を実施するために使用される。トラフ
はまた、装置を本発明に従い還流条件下での化学
反応の実施に使用するときも不要である。 前述のとくに有用な装置を用いて液体を気化し
かつその蒸気を凝縮するためのエネルギー効率の
高い方法をここで説明する。この方法の第一の必
須工程において、本発明に従い、気体状態の作動
流体を蒸発器コイルから圧縮器に通す。本発明に
よれば、次の工程において、気体の作動流体は高
圧に圧縮され、そして圧縮熱がその作動流体に加
えられる。第3の必須工程において、圧縮熱を含
有する高圧の気体状流体は凝縮器に通され、これ
により圧縮熱を含む熱は高圧の気体状流体から凝
縮器と熱伝達関係にある液体へ伝達される。この
結果、液体は気化され、生じた作動流体は顕熱を
含有するようになる。 本発明によれば、第4の必須工程において、生
成作動流体は蒸発器コイルへ顕熱運搬ラインによ
り通され、これによつて蒸発器コイルに入る作動
流体は顕熱を含有するようになる。この次の必須
工程において、装置の熱バランスを維持するのに
必要な量より過剰の熱が蒸気と補助コイルとの間
の熱伝達接触により、液体の気化により生じた蒸
気から抜き出される。この過剰の熱は、蒸気が蒸
発器コイルと接触しかつその上に凝縮する前に、
前述の方法で抜き出される。本発明によれば、次
の工程において、凝縮蒸気はトラフに集められ、
蒸留器からその凝縮物が抜き出される。上に簡単
に説明した他の実施態様において、凝縮器はトラ
フの中に集められず蒸留器の外部に集められる
か、あるいは蒸留器の底へもどされる。 上に詳述したとくに有用な実施態様において、
本発明の装置は蒸気脱脂器として非常に有用であ
る。この場合において、液体は脱脂溶剤である。
蒸気脱脂器において、蒸留器の底において脱脂溶
剤と高い沸点の汚染物たとえば潤滑剤とが一緒に
存在する。適当な脱脂溶剤は約21〜49℃の範囲の
沸点を有するものである。典型的な溶剤はトリク
ロロトリフルオロエタン(R−113)、R−113と
イソプロパノールとの共沸混合物、R−113とエ
タノールとイソプロパノールとニトロメタンとの
共沸混合物、R−113と塩化メチレンとの共沸混
合物、およびトリクロロフルオロメタン(R−
11)である。高沸点溶剤を有用である。その例
は、1,1,1−トリクロロエタン(沸点73.9
℃、トリクロロエチレン(沸点86.7℃)およびパ
ークロロエチレン(沸点121.1℃)である。こう
して、溶剤は約121.1℃までの沸点を有すること
ができる。 作動流体は任意の適当な冷却流体であり、R−
12が本発明における使用にとくに適する。 蒸気脱脂器において、補助コイルにより抽出さ
れる熱を自動調整することが好ましい。なぜな
ら、蒸留器に導入される仕事の負荷はその温度が
蒸気の温度まで上昇するにつれて蒸気から熱を抽
出し、そして蒸留器の底中の液状材料の沸点は、
脱脂溶剤が気化され、凝縮され、そして蒸留器か
ら抜き出されるにつれて上昇するからである。自
動調整は蒸留を実施するときにも好ましい。 本発明による蒸気脱脂器を例示する図面につい
て説明する。この図面において、蒸留器10は脱
脂溶剤と汚染物質を含有する。閉じた冷却系12
は凝縮器14、膨張弁16、蒸発コイル18、ア
キユムレーター20、および圧縮器22を含む。
蒸留器10内に圧縮器14と蒸発器コイル18が
配置されている。また、蒸留器10内に補助凝縮
器24が配置されている。ライン26は補助コイ
ル24に水等の冷却流体を供給する。ライン26
はニードル弁28を有する。バイパスライン30
はニードル弁32とこの弁32の上流ソレノイド
弁34を有する。冷却流体は補助コイル24をラ
イン36により出る。蒸留器10内の通常の蒸気
ラインに、図中にYとして示す熱電対が存在す
る。図面は仮想線で、蒸発器コイルの排出流中の
温度変化を監視するセンサーSを示す。このセン
サーはサーモスタツトである。 運転の際、残留熱を含有する高圧の液体冷媒は
凝縮器14からライン40を経て膨張弁16に送
られる。冷媒は弁16を経て蒸発器コイル18に
入つて膨張し、ここで低圧で蒸発する。蒸発熱は
蒸気から吸収され、これにより蒸気は凝縮する。
冷媒ガスはライン42を経てコイル18から去
る。この冷媒ガスは顕熱と気化熱を含有する。ガ
スはアキユムレーター20に入り、これは残留溶
媒の液体をトラツプする。液体を含まない冷媒ガ
スは圧縮器22からの吸引によりライン44を経
て引かれる。圧縮器22は冷媒ガスを高圧に上
げ、これによつて圧縮熱は蒸発器コイル18中の
ガスにより抽出された熱に加えられる。この高圧
の冷媒ガスは、脱脂器の溶剤および汚染物質中に
沈められた凝縮器14にライン46により進めら
れる。熱は、圧縮熱を含めて、冷媒から蒸留器の
底における液状材料に送られ、これによりこの液
状材料は沸とうしかつ気化する。この冷媒は高圧
で凝縮して液体となる。補助コイル24はまず蒸
気と接触し、そして装置に熱バランスを維持する
ために必要な量よりも過剰の量の熱を蒸気から抜
き取る。次いで、蒸気は蒸発器コイル18と接触
する。トラフ41は凝縮物を集めて凝縮物を蒸留
器10から抜き出す。 Yとして示す熱電対は、次の方法で蒸留器10
内の蒸気ラインの位置に応答する。蒸気ラインが
通常の蒸気ラインに上昇するとき、熱電対はソレ
ノイド弁34を開いて冷却流体の補助コイル24
への流れを増加する。その結果、蒸気ラインは低
下し、次いで熱電対はソレノイド弁34を閉じる
ように作動するので、ライン26から補助コイル
24への冷却流体の流れは弁28によつてのみ決
定されることになる。 以下の実施例により、本発明を例証する。 実施例 1 上に詳述した図面に示される、下表に記載する
条件下で運転する装置を用いると、3739BTU/
時(1095W)の圧縮器入力(圧縮器負荷)は
13833BTU/時(4051W)の対凝縮器熱入力(凝
縮熱)、0.0276Kg/秒の蒸留速度(BUR、すなわ
ち沸とう速度)、および3.7の性能係数COP)をも
たらすことが見い出された。冷媒はR−12であつ
た。性能係数は凝縮器へ放出される熱を圧縮器負
荷で割ることによつて計算される。下表において
“蒸発熱”は蒸発器コイルにより蒸気から抽出さ
れた熱であり、そして“凝縮速度”は凝縮物の凝
縮速度である。 比較例 実施例1に記載するものと同一の装置および手
順を用いるが、ただし熱交換器をライン46中に
圧縮器22と凝縮器14との間に配置し、他方補
助コイル24を作動させないと、10641BTU/時
(3116W)の対凝縮器熱入力、0.0213Kg/秒の蒸
留速度および2.84の性能係数が得られた。比較す
ると、実施例1はエネルギーの消費量を増加しな
いで性能係数を30%増加することがわかる。 実施例 2〜5 上に詳述した図面に示される装置を使用し、そ
して下表に記載する条件を用い、他の4種類の脱
脂溶剤を用いて実験を実施した。結果を下表に示
す。これらの結果が示すように、R−11は試験し
た脱脂溶剤のうちで最高のエネルギー効率を有す
る。 比較例が示すように、本発明による装置は、冷
却流体が凝縮器に到達する前に冷却系から過剰の
熱を抜き出す装置と比べると、沸とう速度を増加
させ、そして回収凝縮物のKg/秒を増加させる。
さらに、前述のように、性能係数を増加させる。
これらの改良は、エネルギーの消費量を増加しな
いで達成される。
び方法に関し、さらに詳しくは新規な蒸気脱脂装
置および新規な蒸気脱脂法に関する。さらに、本
発明は還流条件下に化学反応を実施するのに有用
な装置および方法に関する。 閉じた冷却系の凝縮器および蒸発器コイルを使
用して流体を加熱し、別の流体を蒸気を凝縮させ
ることは知られている。この型の先行技術の例は
次のとおりである:米国特許第1466670号
(Monti)、同第3070463号(Barday)、同第
3091098号(Bowers)、同第3234109号(Lust−
enader、同第39299649号(McGrath et al)、同
第3460990号(Barday)、同第3461460号
(McGrath)、同第3486985号(McGrath)、同第
3492205号(Webber)、同第3699006号(Hass−
lacher)、同第3869351号(Schwartzman)、同第
4003798号(McCord)、同第401475号
(McCord)、同第4209364号(Rothschild)、同第
4210461号(Moree et al)(第2欄第66行〜第3
潤第11行)および同第3308839号明細書(Ba−
rday)。 また、温度感知手段を使用して、冷却コイル中
の冷却流体の流れを調整する流れ制御弁を作動さ
せることによつて、脱脂装置内の蒸気レベルを制
御することも知られている。この型の先行技術の
例は米国特許第4078974号明細書(McCord)で
ある。この米国特許は加熱要素が冷却系中の凝縮
コイルであつてもよいことを開示している(第3
欄第43〜45行)。 上に挙げた米国特許第3869351号明細書(Sc−
hwartzman)はコイル25を使用して追加の冷
却効果を得、そして海水を加熱した後それを槽の
中へ入れることを開示している。コイル25はそ
の冷却系の蒸発器コイル24より上に位置する。 上に挙げた米国特許第3308839号および同第
3460990号明細書(Barday)は水冷熱吸収要素5
6を使用して熱平衡を維持することを示してい
る。しかしながら、これらの米国特許(Barday)
の装置は凝縮器からその冷却系の蒸発器コイルへ
通る作動流体中の顕熱の一部分を補助熱吸収要素
58により不必要に抜き出させている。 この先行技術およびわれわれが知る他の先行技
術は圧縮熱を液体の気化に利用し、その液体の蒸
気からの熱抽出の調整により装置に熱バランスを
維持できる液体を気化し、その蒸気を凝縮する、
エネルギー効率の高い装置および方法を提供して
いない。さらに、この先行技術は蒸留速度を増加
し、凝縮速度を増加し、閉じた冷却系の凝縮器へ
の熱の供給を増加し、そして性能係数を増加する
前述の型の、エネルギー効率の高い装置および方
法を提供していない。 したがつて、本発明の1つの目的は圧縮熱を液
体の気化に利用し、その蒸気からの熱抽出を調整
することにより液体の気化およびその蒸気の凝縮
に使用する閉じた冷却系に熱バランスを維持す
る、新規な装置および方法を提供することであ
る。 本発明のほかの目的は、蒸留速度を増加し、凝
縮速度を増加し、閉じた冷却系の凝縮器への熱の
供給を増加し、そして性能係数を増加する、この
型の装置および方法を提供することである。 本発明の追加の目的、利点および新規な特徴は
以下に記載され、その一部は以下のことを試験す
るとき当業者に明らかとなり、あるいは本発明を
実施することによつて分かるであろう。本発明の
目的および利点は特許請求の範囲に記載される手
段および組み合わせにより実現されかつ達成され
る。 前記目的を達成するためにかつ本発明の目的に
従い、ここに具体的にかつ広く説明するように、
本発明は液体を気化させ、その蒸気を凝縮する、
エネルギー効率の高い装置に関する。この装置は
蒸留器、閉じた冷却系、少なくとも1つの補助凝
縮コイル、および補助凝縮コイルにより熱抽出を
制御する手段を含む。 閉じた冷却系は、蒸留器内に配置されかつ液体
と熱伝達関係にある凝縮器、蒸発器コイル、圧縮
器、および凝縮器を蒸発器コイルに接続している
顕熱運搬ラインを含む。運転時に、閉じた冷却系
は作動流体を含有し;圧縮器は作動流体を高圧に
上げ、そして圧縮熱をその作動流体に加え;凝縮
器はその圧縮熱を含む熱を作動流体から前記液体
に伝達し、その結果として液体は気化され、生じ
た作動流体は顕熱を含有し;そして顕熱運搬ライ
ンは生じた作動流体を凝縮器から蒸発器コイルに
進め、これによつて蒸発器コイルへ入る作動流体
は顕熱を含有する。 補助コイルは液体の気化により生ずる蒸気と接
触し、そして装置に熱バランスを維持するために
必要な量より過剰の熱が前記蒸気から抽出する。
補助コイルは閉じた冷却系から分離されており、
そして凝縮器と蒸発器コイルとの間に位置し、こ
れによつて過剰の熱を蒸気が蒸発器コイルと接触
しかつその上に凝縮する前に抜き出す。補助コイ
ルは熱抽出制御手段を有する。この制御手段は補
助コイルによる熱の抽出を制御し、これによつて
過剰の熱は補助コイルにより蒸気から抜き出され
る。 とくに有用な実施態様において、この装置は凝
縮した蒸気を集めるトラフ手段をさらに含む。こ
のトラフ手段は蒸留器内に配置されかつ凝縮器と
補助コイルとの間に位置され、その結果として凝
縮した蒸気は蒸留器内に集められ、そこから抜き
出される。 本発明によればまた、液体を気化させ、その蒸
気を凝縮するエネルギー効率の高い方法が提供さ
れる。この方法は、気体状態の作動流体を蒸発器
コイルから圧縮器に通し、蒸発器コイルおよび圧
縮器は閉じた冷却系中に存在し、閉じた冷却系は
(1)気化させるべき液体を含有する蒸留器内に配置
されかつ液体と熱伝達関係にある凝縮器と、(2)凝
縮器を蒸発器コイルに接続している顕熱運搬ライ
ンを含む;気体の作動流体を高圧に圧縮し、その
作動流体に圧縮熱を加え;圧縮熱を含有するその
高圧気体状流体を凝縮器へ通して圧縮熱を含む熱
をその高圧気体状流体から前記液体へ伝達し、そ
の結果として液体を気化させかつ生じた作動流体
に顕熱を含有させ;生じた作動流体を顕熱運搬ラ
インにより蒸発器コイルへ通して蒸発器コイルに
入る作動流体に顕熱を含有させ;そして液体の気
化によつて生ずる蒸気から、装置に熱バランスを
維持するために必要な量より過剰量の熱を抜き出
す工程を含む。過剰の熱の抜き出しは蒸気と少な
くとも1つの補助凝縮コイルとの間の熱伝達接触
により行われる。補助凝縮コイルは前記閉じた冷
却系から分離されており、かつ凝縮器と蒸発器コ
イルとの間に位置され、これによつて過剰の熱は
蒸気が前記蒸発器コイルと接触しかつその上に凝
縮する前に抜き出される。 ことに有用な実施態様において、この方法は凝
縮した蒸気をトラフ手段中に集める工程をさらに
含む。このトラフ手段は蒸留器内に配置され、か
つ凝縮器と補助コイルとの間に位置され、そし
て、それらの両方は蒸留器内に同様に配置されて
いる。 前述のように、本発明によれば、液体を気化さ
せ、その蒸気を凝縮するための、新規でエネルギ
ー効率の高い装置および方法が提供される。この
装置および方法は、後に詳しく説明するように、
圧縮熱を液体の気化に利用し、しかして沸とう速
度を増加させるものである。 後述することに有用な実施態様において、凝縮
蒸気は、気化が起こる蒸留器内に配置される、そ
の凝縮物を蒸留器から抜き出すためのトラフに集
められる。この実施態様において、本発明の装置
は蒸気脱脂器として特に有利に使用される。しか
しながら、本発明の化学反応を還流条件下に実施
するために使用するとき、凝縮蒸気は蒸留器の底
へもどされ、従つて反復した気化と凝縮が起こ
る。本発明の他の実施態様において、凝縮蒸気
は、蒸留器自体の内部ではなく、その外部に位置
するポツトまたはフラスコの中に集められる。こ
うして、本発明は蒸気の蒸留器の外部に集める蒸
留を実施するためにも、また化学反応を還流下に
実施するためにも、そして蒸気脱脂の目的にも有
用である。有用な蒸留は、真水を塩水からつくる
ことを包含する。 本発明を、図示されるとくに有用な実施態様を
参照しながら説明する。この実施態様において、
本発明による装置は、蒸留器、閉じた冷却系、補
助凝縮コイル、補助凝縮コイルにより熱抽出を制
御する手段、および凝縮蒸気を集めるトラフを含
む。 閉じた冷却系は、蒸留塔内に配置されかつ気化
されるべき液体と熱伝達関係にある凝縮器を含
む。この冷却系は更に同様に蒸留器内に配置され
る蒸留器コイル、圧縮器、および凝縮器を蒸発器
コイルに接続しているラインを含む。運転の際
に、閉じた冷却系は作動流体を含有し;圧縮器は
作動流体を高圧に上げ、そして圧縮熱をその作動
流体に加え;凝縮器は圧縮熱を含む熱をその作動
流体から前記液体へ伝達し、その結果として液体
を気化させ、そして生じた作動流体は顕熱を含有
し;そして顕熱運搬ラインを生じた作動流体を凝
縮器から蒸発器コイルに通し、これによつて蒸発
器コイルへ入る作動流体は顕熱を含有する。 補助凝縮コイルは冷却系から分離されており、
そして凝縮器と蒸発器コイルとの間に位置されて
いる。この位置において、補助コイルは蒸気と接
触し、次いで蒸気は蒸発器コイルと接触し、その
上に凝縮する。この補助コイルの位置により、こ
のコイルは装置の熱バランスを維持するのに必要
な量より過剰の熱を蒸気から抜き出すことができ
る。この過剰な熱が抜き出されないとすれば、そ
れが蒸発器コイル上へ蒸気が凝縮するとき冷却系
へ入つてしまつて装置は熱バランスを失い、機能
停止してしまつていたことであろう。図面はただ
1つの補助コイルを示すが、追加の補助コイルを
図示する補助コイルと組み合わせて使用できる。 補助コイルによる熱抽出は、補助コイルによる
蒸気から抜き出される熱の量が装置に熱バランス
を維持するのに必要な量よりも過剰となるように
制御される。制御は、たとえば、冷却流体たとえ
ば水を補助コイルへ供給するライン中にニードル
弁を設けることにより達成される。この弁は冷却
流体の補助コイル中への流れをコントロールする
ように調整される。 好ましくは、制御は自動的に調整される。自動
調整は調整装置、たとえば熱電対を蒸留器におけ
る通常の蒸気ラインに配置することによつて達成
するのが適当である。調整装置は補助コイルを通
る冷却媒体の流れを調整することにより蒸留器内
の蒸気により形成されたラインの位置に応答す
る。この蒸気ラインは通常の蒸気ラインへ上昇す
るにつれて調整装置が動作して補助コイルを通る
冷却流体の流れを増加させる。この結果、蒸気ラ
インは低下し、次いで調整装置が動作して冷却流
体の流れを減少させる。 一次弁として作用するニードル弁をもつ主供給
ラインを設けるのが便利である。この弁は、冷却
流体の流れが負荷条件下で圧縮熱を完全に吸収す
るのには不十分であるように調整する。さらに、
一次ニードル弁を有する主ラインの一部分をバイ
パスする平行な供給ラインを設ける。このバイパ
スラインは二次弁としてはたらくニードル弁と、
この二次弁から上流に位置するソレノイド弁とを
有する。ソレノイド弁は調整装置により開閉され
る。ソレノイド弁が開いた位置にあるとき、追加
の冷却流体は補助コイルを流れ、他方ソレノイド
弁が閉じた位置にあるとき、冷却流体は一次ニー
ドル弁によつてのみ決定される。 自動調整はまた、冷却回路中の温度または圧力
の変化を感知し、それに応答して冷却流体の流れ
を調整することによつて達成される。センサーを
配置して、圧縮器ヘツドの圧力を監視することが
便利である。蒸発器コイルから下流に熱電対のよ
うな調整装置を配置して、蒸発器コイル排出を監
視するのが便利である。この調整装置は前記調整
装置の代わりに、前節に記載した型の系を作動さ
せるのが適当である。 トルフは蒸留器内に配置されかつ凝縮器と補助
コイルとの間に位置される。上に示したように、
補助コイルと蒸発器コイルをも蒸留器内に配置さ
せる。この結果、凝縮蒸気は蒸留器内に集めら
れ、そこから抜き出される。 本発明の他の実施態様において、補助コイルお
よび蒸発器コイルは蒸留器の外部に位置し、そし
て凝縮蒸気は蒸留器の外部に位置するポツトまた
はフラスコに集められる。かくして、トラフは不
要となる。この実施態様において、本発明による
装置は蒸留を実施するために使用される。トラフ
はまた、装置を本発明に従い還流条件下での化学
反応の実施に使用するときも不要である。 前述のとくに有用な装置を用いて液体を気化し
かつその蒸気を凝縮するためのエネルギー効率の
高い方法をここで説明する。この方法の第一の必
須工程において、本発明に従い、気体状態の作動
流体を蒸発器コイルから圧縮器に通す。本発明に
よれば、次の工程において、気体の作動流体は高
圧に圧縮され、そして圧縮熱がその作動流体に加
えられる。第3の必須工程において、圧縮熱を含
有する高圧の気体状流体は凝縮器に通され、これ
により圧縮熱を含む熱は高圧の気体状流体から凝
縮器と熱伝達関係にある液体へ伝達される。この
結果、液体は気化され、生じた作動流体は顕熱を
含有するようになる。 本発明によれば、第4の必須工程において、生
成作動流体は蒸発器コイルへ顕熱運搬ラインによ
り通され、これによつて蒸発器コイルに入る作動
流体は顕熱を含有するようになる。この次の必須
工程において、装置の熱バランスを維持するのに
必要な量より過剰の熱が蒸気と補助コイルとの間
の熱伝達接触により、液体の気化により生じた蒸
気から抜き出される。この過剰の熱は、蒸気が蒸
発器コイルと接触しかつその上に凝縮する前に、
前述の方法で抜き出される。本発明によれば、次
の工程において、凝縮蒸気はトラフに集められ、
蒸留器からその凝縮物が抜き出される。上に簡単
に説明した他の実施態様において、凝縮器はトラ
フの中に集められず蒸留器の外部に集められる
か、あるいは蒸留器の底へもどされる。 上に詳述したとくに有用な実施態様において、
本発明の装置は蒸気脱脂器として非常に有用であ
る。この場合において、液体は脱脂溶剤である。
蒸気脱脂器において、蒸留器の底において脱脂溶
剤と高い沸点の汚染物たとえば潤滑剤とが一緒に
存在する。適当な脱脂溶剤は約21〜49℃の範囲の
沸点を有するものである。典型的な溶剤はトリク
ロロトリフルオロエタン(R−113)、R−113と
イソプロパノールとの共沸混合物、R−113とエ
タノールとイソプロパノールとニトロメタンとの
共沸混合物、R−113と塩化メチレンとの共沸混
合物、およびトリクロロフルオロメタン(R−
11)である。高沸点溶剤を有用である。その例
は、1,1,1−トリクロロエタン(沸点73.9
℃、トリクロロエチレン(沸点86.7℃)およびパ
ークロロエチレン(沸点121.1℃)である。こう
して、溶剤は約121.1℃までの沸点を有すること
ができる。 作動流体は任意の適当な冷却流体であり、R−
12が本発明における使用にとくに適する。 蒸気脱脂器において、補助コイルにより抽出さ
れる熱を自動調整することが好ましい。なぜな
ら、蒸留器に導入される仕事の負荷はその温度が
蒸気の温度まで上昇するにつれて蒸気から熱を抽
出し、そして蒸留器の底中の液状材料の沸点は、
脱脂溶剤が気化され、凝縮され、そして蒸留器か
ら抜き出されるにつれて上昇するからである。自
動調整は蒸留を実施するときにも好ましい。 本発明による蒸気脱脂器を例示する図面につい
て説明する。この図面において、蒸留器10は脱
脂溶剤と汚染物質を含有する。閉じた冷却系12
は凝縮器14、膨張弁16、蒸発コイル18、ア
キユムレーター20、および圧縮器22を含む。
蒸留器10内に圧縮器14と蒸発器コイル18が
配置されている。また、蒸留器10内に補助凝縮
器24が配置されている。ライン26は補助コイ
ル24に水等の冷却流体を供給する。ライン26
はニードル弁28を有する。バイパスライン30
はニードル弁32とこの弁32の上流ソレノイド
弁34を有する。冷却流体は補助コイル24をラ
イン36により出る。蒸留器10内の通常の蒸気
ラインに、図中にYとして示す熱電対が存在す
る。図面は仮想線で、蒸発器コイルの排出流中の
温度変化を監視するセンサーSを示す。このセン
サーはサーモスタツトである。 運転の際、残留熱を含有する高圧の液体冷媒は
凝縮器14からライン40を経て膨張弁16に送
られる。冷媒は弁16を経て蒸発器コイル18に
入つて膨張し、ここで低圧で蒸発する。蒸発熱は
蒸気から吸収され、これにより蒸気は凝縮する。
冷媒ガスはライン42を経てコイル18から去
る。この冷媒ガスは顕熱と気化熱を含有する。ガ
スはアキユムレーター20に入り、これは残留溶
媒の液体をトラツプする。液体を含まない冷媒ガ
スは圧縮器22からの吸引によりライン44を経
て引かれる。圧縮器22は冷媒ガスを高圧に上
げ、これによつて圧縮熱は蒸発器コイル18中の
ガスにより抽出された熱に加えられる。この高圧
の冷媒ガスは、脱脂器の溶剤および汚染物質中に
沈められた凝縮器14にライン46により進めら
れる。熱は、圧縮熱を含めて、冷媒から蒸留器の
底における液状材料に送られ、これによりこの液
状材料は沸とうしかつ気化する。この冷媒は高圧
で凝縮して液体となる。補助コイル24はまず蒸
気と接触し、そして装置に熱バランスを維持する
ために必要な量よりも過剰の量の熱を蒸気から抜
き取る。次いで、蒸気は蒸発器コイル18と接触
する。トラフ41は凝縮物を集めて凝縮物を蒸留
器10から抜き出す。 Yとして示す熱電対は、次の方法で蒸留器10
内の蒸気ラインの位置に応答する。蒸気ラインが
通常の蒸気ラインに上昇するとき、熱電対はソレ
ノイド弁34を開いて冷却流体の補助コイル24
への流れを増加する。その結果、蒸気ラインは低
下し、次いで熱電対はソレノイド弁34を閉じる
ように作動するので、ライン26から補助コイル
24への冷却流体の流れは弁28によつてのみ決
定されることになる。 以下の実施例により、本発明を例証する。 実施例 1 上に詳述した図面に示される、下表に記載する
条件下で運転する装置を用いると、3739BTU/
時(1095W)の圧縮器入力(圧縮器負荷)は
13833BTU/時(4051W)の対凝縮器熱入力(凝
縮熱)、0.0276Kg/秒の蒸留速度(BUR、すなわ
ち沸とう速度)、および3.7の性能係数COP)をも
たらすことが見い出された。冷媒はR−12であつ
た。性能係数は凝縮器へ放出される熱を圧縮器負
荷で割ることによつて計算される。下表において
“蒸発熱”は蒸発器コイルにより蒸気から抽出さ
れた熱であり、そして“凝縮速度”は凝縮物の凝
縮速度である。 比較例 実施例1に記載するものと同一の装置および手
順を用いるが、ただし熱交換器をライン46中に
圧縮器22と凝縮器14との間に配置し、他方補
助コイル24を作動させないと、10641BTU/時
(3116W)の対凝縮器熱入力、0.0213Kg/秒の蒸
留速度および2.84の性能係数が得られた。比較す
ると、実施例1はエネルギーの消費量を増加しな
いで性能係数を30%増加することがわかる。 実施例 2〜5 上に詳述した図面に示される装置を使用し、そ
して下表に記載する条件を用い、他の4種類の脱
脂溶剤を用いて実験を実施した。結果を下表に示
す。これらの結果が示すように、R−11は試験し
た脱脂溶剤のうちで最高のエネルギー効率を有す
る。 比較例が示すように、本発明による装置は、冷
却流体が凝縮器に到達する前に冷却系から過剰の
熱を抜き出す装置と比べると、沸とう速度を増加
させ、そして回収凝縮物のKg/秒を増加させる。
さらに、前述のように、性能係数を増加させる。
これらの改良は、エネルギーの消費量を増加しな
いで達成される。
【表】
【表】
使用した溶剤は次のとおりである;Aはトリク
ロロトリフルオロエタン(R−113)であり、B
はR−113とイソプロパノールとの共沸混合物で
あり、CはR−113とエタノールとイソプロパノ
ールとニトロメタンとの共沸混合物であり、Dは
R−113と塩化メチレンとの共沸混合物であり、
そしてEはトリクロロフルオロメタン(R−11)
である。 図示する脱脂装置は蒸気のみの脱脂器である。
本発明によれば多油溜め脱脂装置を構成すること
ができる。このタイプの脱脂器において、第1油
溜めにおける蒸発器コイルからの凝縮物は第2油
溜め等に供給される。 本発明の新規な装置および方法は、蒸気を蒸留
器の外側に集める蒸留を実施するのに有用であ
り、また還流条件下の化学反応の実施にも有用で
あり、そして蒸気脱脂の目的にも有用である。
ロロトリフルオロエタン(R−113)であり、B
はR−113とイソプロパノールとの共沸混合物で
あり、CはR−113とエタノールとイソプロパノ
ールとニトロメタンとの共沸混合物であり、Dは
R−113と塩化メチレンとの共沸混合物であり、
そしてEはトリクロロフルオロメタン(R−11)
である。 図示する脱脂装置は蒸気のみの脱脂器である。
本発明によれば多油溜め脱脂装置を構成すること
ができる。このタイプの脱脂器において、第1油
溜めにおける蒸発器コイルからの凝縮物は第2油
溜め等に供給される。 本発明の新規な装置および方法は、蒸気を蒸留
器の外側に集める蒸留を実施するのに有用であ
り、また還流条件下の化学反応の実施にも有用で
あり、そして蒸気脱脂の目的にも有用である。
この図面は、本発明による装置のとくに有用な
実施態様を示す。
実施態様を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 (a)気体状態の作動流体を蒸発器コイルから圧
縮器に通し、ここで前記蒸発器コイルおよび前
記圧縮器は閉じた冷却系の中に存在し、前記閉
じた冷却系は(1)気化されるべき液体を含有する
蒸留器内に配置されかつ前記液体と熱伝達関係
にある凝縮器と、(2)前記凝縮器を前記蒸発器コ
イルへ接続している顕熱運搬ラインとを含む; (b) 前記気体状作動流体を高圧に圧縮しかつその
作動流体に圧縮熱を加え; (c) 前記の圧縮熱を含有する高圧の気体状流体を
前記凝縮器に通して前記圧縮熱を含む熱を前記
の高圧の気体状流体から前記液体に伝達し、そ
の結果として前記液体を気化させかつ得られた
作動流体に顕熱を含有させ; (d) 前記の生成作動流体を前記顕熱運搬ラインに
より前記蒸発器コイルに通して前記蒸発器コイ
ルへ入る作動流体に前記顕熱を含有させ;そし
て (e) 前記液体の気化によつて生じた蒸気から装置
に熱バランスを維持するのに必要な量より過剰
量の熱を抜き出し、ここで前記抜き出しは前記
蒸気と少なくとも1つの補助凝縮コイルとの間
の熱伝達接触により行い、前記の少なくとも1
つの補助凝縮コイルは前記の閉じた冷却系から
分離されており、かつ前記凝縮器と前記蒸発器
コイルとの間に位置されて過剰の熱が前記蒸気
が前記蒸発器コイルと接触しかつその上に凝縮
する前に抜き出されるようになつている; ことを特徴とする、圧縮熱を液体の気化に利用す
ることからなる、液体を気化し、その蒸気を凝縮
するためのエネルギー効率の高い方法。 2 凝縮した蒸気をトラフ手段中に集める工程を
さらに含み、ここで前記トラフ手段は前記蒸留器
内に配置されかつ前記凝縮器と前記の少なくとも
1つの補助凝縮コイルとの間に位置され、その両
者は前記蒸留器内に同様に配置されている特許請
求の範囲第1項記載の方法。 3 前記の過剰の熱の抜き出しを前記蒸気により
形成されたラインの位置に応答するように前記蒸
留器内に位置される調整手段に応答して、前記の
少なくとも1つの補助凝縮コイルを通る冷却流体
の流れを調整することによつて達成する特許請求
の範囲第1項記載の方法。 4 前記過剰の熱の抜き出しを、前記蒸発器コイ
ルより下流に配置される調整手段に応答して、前
記の少なくとも1つの補助凝縮コイルを通る冷却
流体の流れを調整することにより達成し、ここで
前記調整手段は前記蒸発器コイルから出る作動流
体の温度に応答するようになつている特許請求の
範囲第1項記載の方法。 5 前記流体が脱脂溶剤である特許請求の範囲第
2項記載の方法。 6 前記脱脂溶剤がトリクロロトリフルオロエタ
ンおよびトリクロロフルオロメタンより成る群か
ら選ばれるフルオロカーボンからなる特許請求の
範囲第5項記載の方法。 7 気化すべき流体を入れるための蒸留器と作動
流体を入れるための閉じた冷却系とを備え、圧縮
熱を前記液体の気化に利用する、液体を気化さ
せ、その蒸気を凝縮させるための、エネルギー効
率の高い装置であつて、該装置は (a) 前記蒸留器に配置されかつ前記液体と熱伝達
関係にある凝縮器、蒸発器コイル、圧縮器およ
び前記凝縮器を前記蒸発器コイルに接続してい
る顕熱運搬ライン;および (b) 熱抽出制御手段を有する、前記液体の気化に
よつて生ずる蒸気と接触し、そして装置内に熱
バランスを維持するのに必要な量より過剰の熱
を前記蒸気から抽出するための、前記の閉じた
冷却系から分離されかつ前記凝縮器と前記蒸発
器コイルとの間に位置されている少なくとも1
つの補助凝縮コイル; を有し、ここで 前記圧縮器は前記作動流体を高圧に上げかつ
その作動流体に圧縮熱を加えるためのものであ
り; 前記凝縮器は前記の圧縮熱を含む熱を前記作
動流体から前記液体に伝達し、その結果として
前記液体を気化させ、そして得られた作動流体
に顕熱を含有させるためのものであり; 前記顕熱運搬ラインは得られた前記作動流体
を前記凝縮器から前記蒸留器コイルに通して前
記蒸発器コイルに入るその作動流体に前記顕熱
を含有させるためのものであり;そして (c) 前記熱抽出制御手段は前記の少なくとも1つ
の補助凝縮コイルにより熱の抽出を制御して前
記の過剰の熱を前記蒸気から前記の少なくとも
1つの補助凝縮コイルにより除去するためのも
のである; ことを特徴とする前記高エネルギー効率装置。 8 凝縮した蒸気を集めるトラフ手段をさらに含
み、前記トラフ手段は前記蒸留器内に配置されか
つ前記凝縮器と前記の少なくとも1つの補助凝縮
コイルとの間に位置されて前記凝縮蒸気が前記蒸
留器内に集められ、そこから抜き出されるように
なつている特許請求の範囲第7項記載の装置。 9 前記熱抽出制御手段が、(a)前記蒸留器内に位
置され、そして前記蒸留器内の前記蒸気により形
成されたラインの位置に応答するか、あるいは(b)
前記蒸発器コイルより下流に位置され、そして前
記蒸発器コイルから出る作動流体の温度に応答す
る調整手段によつて自動的に調整される特許請求
の範囲第7項記載の装置。 10 前記液体が脱脂溶剤である特許請求の範囲
第8項記載の装置。
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