JPH02500384A - 固体―気体反応による低温発生方法および装置 - Google Patents
固体―気体反応による低温発生方法および装置Info
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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】
固体−気体反応による低温発生方法および装置本発明は固体−気体反応による低
温発生方法に関する。
また本発明はこの反応を実施する装置に関する。
現在、低温発生設備は、はとんど例外なく圧縮サイクル(圧縮機−凝縮器一膨張
弁一蒸発器)を使用する。
この設備の利点は・主として、極めて周知であって試験ずみの技術を使用し、良
好な性能(空気調節において約2)、約0℃で1.5、極めて低温で1未満)を
得ることができることである。。
この設備の欠点は、保守の問題を有する圧縮機があることと、自明のように(一
般に電力の形で)機械エネルギーを使用する必要があることである。
吸収サイクルは、1つの流体が他の流体に対して有する親和性にもとづく。この
型のサイクルは蒸発器、吸収器、分離器ボイラー、凝縮器および膨張弁を含む。
低温の場合に一般に採用される方式はアンモニア/水溶液である。吸収サイクル
の利点は熱エネルギー(廃熱、気体、希薄な気体など)のみを必要とし、かつ実
質的な機械的部材を使用しないことである。
このサイクルの欠点は、相対的に性能が低いこと(0,5〜0.8未満)、およ
び大量な溶液の循環を必要とすることである。
低温発生の他の周知の装置は、゛気体膨張(飛行機の空気調節)、ペルチェ効果
および固体吸収系であり、これは後に記載する。
固体−気体系は吸収または反応の現象を使用する。これは主として次の系を含む
ニ
ーゼオライト水(Z−水)系、0℃より高い温度に限定。
−活性炭−メタノール(AC−メタノール)系、−水素化物系、
一塩/アンモニアまたはアンモニア誘導体の系上記最初の3つの系の開発は次の
困難に遭遇した。
−低いエネルギー密度(Z−水、AC−メタノール)、−希少な生成物および水
素(水素化物)の存在。
−極めて低圧力下の系(Z−水)、
−二変化系(d 1var 1ant) (Z−水、AC−メタノール)の場合
の管理の困難。
塩/アンモニアまたはその誘導体の系の開発は、得られる出力が低いので、長ら
く停滞していた。物質および熱の伝達、ならびに運動−伝達の結合について行わ
れた研究は、改良すべきこれらの伝達を可能にする結合剤の研究に導いた。
この研究を行って、特定の条件の下で、数kW/塩kgの出力を発生する反応混
合物を製造することができた。この出力レベルは、現在使用されている従来の圧
縮系と同等な性能を有する系の設計を可能にする。
次に固体−気体反応による低温発生系の基礎に戻る。所定の温度・圧力の条件下
で、特定の固体は特定の気体と反応することができる:この反応の結果、規定さ
れた、一般に固体である化合物を生成し、このとき熱の放出を伴なう。こうして
生成した化合物に他の温度・圧力の条件下で、熱を導入すると、気体の放出およ
び最初の固体の生成が観察される。
それ故、この系の操作は時間のずれた2工程で行われる。
これらの工程を第1図に示し、次に説明する:第1工程は「蒸発−合成工程」と
して知られ、ここにおいて、冷却材流体の蒸発、およびこうして生成した気体と
固体との反応が同時に起きる:
〔G〕液体→(G)気体
<S> +(G)→<S−G> (1)流体F、は蒸発器Eに熱Δ)I Lを供
給する。液体〔G〕が蒸発し、生成した気体は反応器R内で固体<S>に固定さ
れて、化合物(S−G>を生成する。反応器R内の反応は熱ΔHRの放出を伴な
い、これは流体F2によって除去される。
それ故低温源は蒸発器Eであり、その低温は流体F1とともに工程の開始に直接
または間接に使用される。
第2工程は、「分解−凝縮工程」と呼ばれ、反応器R内で固体<S−G>の分解
か、r気体(G)の放出と、凝縮器C内で(G)の凝縮とが同時に起きる:<S
−G> → <S)+ (G)
(G)気体→〔G〕液体
流体F、(またはさきに使用した流体F2)が熱ΔHRを反応器R内に含まれる
固体<S−G>に与える。この熱の影響によって気体(G)が放出され、C内で
凝縮し、この凝縮は熱△HLの放出を伴ない、これは流体F4によって除去され
る。
使用する系の熱力学的特性は次のとおりである:固体と気体との間に真の化学反
応が存在するので、平衡において1つの一変化系(monovar 1ant)
が生ずる。すなわち次の温度−圧力の明確な関係が存在する:Log P =A
−B/ T
式中、Pは圧力、Tは(Kで表わす)温度、AおよびBは使用する対の固体/気
体の特性常数である。
操作の2つの工程は、第2図に示す圧力/温度図で表すことができる。
第2図において、(I)は(G)→〔G〕の平衡であり、(J)は<S> +
(G)→<S −G>の平衡である。
平衡直線(1)は2つの領域を規定し、ここでは化合物(G)の凝縮または蒸発
が起きる。平衡直線(S)は2つの領域を規定し、ここでは<S>および<C>
からの化合物<S−G>の合成、または(G)の放出を伴なう固体〈S・G〉の
分解から起きる。
蒸発−合成工程中1こ、〔G〕は温度Ttで蒸発し、温度TAの固体<S>と反
応する。この温度TAは、固体の反応点(P)が合成領域にある温度/圧力であ
る。この工程は圧力pHで起きる。
分解−凝縮工程中に、化合物(S−G>は温度T、にあって、固体の反応点(Q
)が分解領域にある。放出された化合物(G)は温度TCで凝縮する。この工程
はP、より高い圧力P、において起きる。
固体−気体反応であって、包囲体の外部の最高温度が+30℃のときに、−40
℃までの低温を発生することかでこれらの低温を得ることができる反応があれば
、深冷凍または低温保持を要する食品のような物品を輸送する車輌内で低温を発
生する産業°用装置の製造に特!只適切なものであろう。
本発明の目的は、まさにこの目標を達成することである。
本発明の反応は、発熱反応によって気体と反応することができる固体化合物を含
む反応器を有する装置によって、低温を発生することができるものであって、こ
の反応器が、冷却すべき包囲体と熱交換関係にある蒸発器、気体捕集器、および
凝縮器に連結されており、かつ反応器の内部が外部熱源と熱交換関係にある。
本発明によれば、この反応の特徴は、次の同時反応が反応器内で行われる:
<X−mNtla> +n(NHs)−一→ <X’ <m+n)Ntla >
n [NHs ] −一→n (NH3)次に、<X・(m+n)Nlla >
<X−rnNHs> + n(NH3)n(NHa) n [NHs )
XはZnC1z、Cu5On、CuCl、LiBr、LiC1,ZnSO4,5
rCI2. MnCl2゜PeC12,MgCl2. CaCl2およびN1C
hから選択し、mおよびnは次に示す数である:
X=ZnSO,のとき、 m=3.n=2X=CuC1,のとき、 m=4.n
=2X=CuC1,5rCI□のとき、 m=o、n=1・X=L+CI、 C
aCl2のとき、 m=l、n=IX=ZnCI2. CllSO4のとき、
m=2.n=2X=CuC1のとき、 m=1.n=0.5X = LiBr、
ZnSO4のとき、 m=2.n=IX =Mr+C12,FeCl2. N
iCl2のとき、 m=2.n=4X = MgC12のとき、 m=4.n=
2上記符号<>、[]、()は化合物が固体、液体または気体の状態であること
を示す。
こうして、本発明によって冷却すべき包囲体内で一40℃の低温を発生しようと
する場合は、包囲体の外部の最高温度が30℃未満であり、第2図の点Qと平衡
直線Jとの距離が20℃であり、凝縮温度が35℃であり、かつ次に示す温度T
、より高い温度の外部熱源を使用する。
X=ZnC12(m=2. n =2)のとき、 T、 = 139℃X=[:
uso<(m=4. n =1)のとき、 Th= 145℃X=CuC1(m
=1. n =0.5)のとき、 Th= 151℃X =LiBr (m=2
. n =1)のとき、 Th= 155℃X =LiC1(m=1. n =
1)のとき、 Th= 167℃X = Zn5O,(m = 3. n =
1)のとき、 Th= 173℃X=SrC12(m=o、 n =1)のとき
、 Th= 173℃X = MnCl12(= 2. n = 4)のとき、
Th= 174℃X =LiC1(m=o、 n =1>のとき、 Th=
203℃X =Fe[:l□(m=2. n =4)のとき、 Th= 208
℃X = MgC12(m = 4. n = 2)のとき、 Th= 217
℃X =’CLISO4(m = 2. n = 2)のとき、 T、 = 2
30℃X =ZnSO,(m=2. n =1)のとき、 Th= 247℃X
=CaC12(m=1. n =1)のとき、 Th=265℃X =NiC
12(m =2. n =4)のとき、 Th=282℃さらに、本発明によっ
て、冷却すべき包囲体内で+10℃の低温を発生しようとする場合は、包囲体の
外部の最高温度が+80℃未満であり、第2図の点Qと平衡直線Jとの距離が2
0℃であり、凝縮温度が85℃であり、かつ次に示す温度Thより高い温度の外
部熱源を使用する。
X=ZnC12(m=2. n =2)のとき、 Th= 162℃X=CuS
O4(m=4. n =1)のとき、 Th=170℃X=CuC1(m=1.
n =0.5)のとき、 Th= 180℃X =LiBr (m=2. n
=1)のとき、 Th= 196℃X = ZnS[]4 (m = 3.
n = 1)のとき、 Th= 200℃X=LiC1(m=1. n =1)
のとき、 Th= 208℃X = MnC1□(m = 2. n = 4)
のとき、 Th= 212℃X = SSrC12(= O,n = 1)のと
き、 Th= 217℃X=LiC1(m=0. n =1>のとき、 Th
= 249℃X=FeC1,(m=2. n =4)のとき、 Th= 256
℃X = MgCl12(= 4. n = 2)のとき、 ’rh = 25
6℃X =CuSO4(m=2. n =2)のとき、 Th= 265℃X
= ZnSO04(= 2. n = 1)のとき、 Th= 282℃X=C
aC]2(m=1. n =1)のとき、 Th= 311℃X =NiCI2
(m=2. n =4)のとき、 Th= 338℃また本発明は、本発明の方
法を実施して温度−40℃〜+10℃の低温を発生する装置に関する。
本発明の他の目的は連続的に低温を発生することができる装置を創造することで
ある。
本発明によれば、この装置は、同一の固体化合物を含む2つの反応器、これらの
反応器、蒸発器、凝縮器および気体捕集器の間の連通回路を有し、これら2つの
反応器内で固体−気体反応を順次誘発し、かつ所定の順序で多様な連通回路を開
放または閉止させる手段を設け、低温を連続的に発生する。
本発明の好ましい態様によれば、上記手段は次の操作の工程を順次行うのに適し
ている:
A>1つの反応器と蒸発器との間の回路、および蒸発器と気体捕集器との間の回
路を開放し、
B)蒸発器内の気体圧力が第1の反応器内の気体圧力より高くなると、直ちに蒸
発器と第1の反応器との間の回路を開放し、
C)第2の反応器と蒸発器との間の回路、およびこの蒸発器と気体捕集器との間
の回路を開放し、D)蒸発器内の気体圧力が第2の反応器内の気体圧力より高く
なると、直ちに蒸発器と第2の反応器との間の回路を開放し、
E)第1の反応器内に含まれる固体を加熱するために、第1の反応器と外部熱源
との間の回路を開放し、F)第1の反応器内の圧力が凝縮器内の圧力より高くな
ると、直ちに第1の反応器と凝縮器との間の回路を開放し、G)第1の反応器と
熱源との間の回路を閉止し、第2の反応器と熱源との間の回路を開放し、
H)i2の反応器内の圧力の効果の下で、第2の反応器と蒸発器との間に含まれ
る回路を閉止し、第2の反応器と凝縮器との間の回路を開放し、
■)第1の反応器内の圧力低下の後に、第1の反応器と凝縮器との間の回路を閉
止し、第1の反応器と蒸発器との間の回路を開放する。
本発明の有利な変形によれば、この装置は、気体と反応することができる前記固
体化合物を含み、かつ外部の熱源に接続する第3の反応器、凝縮器、捕集器およ
び蒸発器を有し、かつ第3の反応器が、熱伝達流体の循環に必要なエネルギーの
他にエネルギーの入力なしに、エネルギーを貯蔵できるように、3つの反応器内
で固体−気体反応を順次開始する手段を設けである。
本発明のこの他の特殊な特徴および利点は次の記載から明かになるであろう。
本発明を限定する意図ではない例示のために添付した図面において:
第3図は単1の反応器を有する低温発生装置の略図であり、第4図は第3図の装
置の操作の第1工程を示す、第3図と同様な略図であり、
第5図は第3図の装置の操作の第2工程を示し、第6図は第3図の装置の操作の
第3工程を示し、第7図は2つの反応器を有する低温発生装置の略図であり、第
8図は第7図の装置の操作の第1工程を示し、第9図は第7図の装置の操作の第
2工程を示し、第10図は第7図の装置の操作の第3工程を示し、第11図は第
7図の装置の操作の第4工程を示し、第12図は3つの反応器を有する低温発生
装置の略図であり、
第13図は第12図の装置の操作の第1工程を示し、第14図は第12図の装置
の操作の第2工程を示し、第15図は第12図の装置の操作の第3工程を示し、
第16図は第12図の装置の操作の第4工程を示す。
第3図の実施態様は、次に示すように塩化マンガンをアンモニアと反応させる、
物理化学的現象から不連続的な低温発生を行う装置を示す:
< MnCIz・2NII3> +4 (NH3) →(MnCl2・6NH3
)この装置は、固体の反応媒体< MnCl2・2NH3>を含み、かつ凝縮器
Cに連結された反応器R1およびこの凝縮器Cと蒸発器Eの間にある液化気体G
の捕集器C0を有する。
この装置は、さらに反応器Rを凝縮器Cに連結する回路中の逆流防止弁C1、蒸
発器Eを反応器Eに連結する回路中の逆流防止弁C2、反応器Rを蒸発器Eに連
結する回路中の等温膨張弁DT、制御された圧力弁VPC1反応器Rを残りの回
路から分離する電磁弁EV、、蒸発器Eを反応器Rから分離する電磁弁EV2.
2つの霜落し用電磁弁EV、およびEV4、および熱伝達流体F4を、反応器E
に含まれる熱交換器ECに配給することができ、かつポンプPによって外部熱源
に連結された電磁弁EV、を有する。
この装置の操作の多様な工程を、第4〜6図および次の第1表によって説明する
。
*0=開放;C=閉止
最初の状態:工程0
反応器Rは最高の低温ポテンシャルを有する、すなわち内部の固体は気体(G)
と反応することができる塩<S>からなる。
すべての電磁弁は閉止しており、捕集器C8は冷却流体CG]が充満している。
開始するために、電磁弁EV、を間第1工程(第4図)
電磁弁E V 2が開放し、流体Gは捕集器Cから蒸発器Eに向かって流れる。
蒸発器内で流体Gは蒸発する。蒸発熱は流体Fまたとえば空気によって与えられ
、この流体は発生した低温を運ぶのに利用する。流体F2は、冷却すべき包囲体
内を通って負の熱量を運ぶ。図示の例において、空気はファンV、によってこの
包囲体に吹き込む。
等温膨張弁(VPC)は蒸発器E内の圧力を制御し、これによって蒸発器E内で
沸騰する液体Gの温度を制御する。蒸発器E内の圧力が反応器R内の圧力より高
くなると、弁C2が開放し、気体(G)が反応器R内の固体<S>と反応し、反
応熱は、F3が循環する熱交換器によって除去される。流体F3は、モータ駆動
のファンV、によって送られる空気であって、発熱反応熱を外部に除去する。
第2工程(第5図)
反応器R内で合成反応が終了すると、弁EV、が開放し、反応器R内に存在する
固体<S −G>は流体F4によって加熱される、これはたとえば加熱用オイル
のような流体である。
反応器R内の圧力が濃縮器Cまたは捕集器C0内の圧力より高くなると、弁C1
が開放し、反応器R内の圧力が蒸発器E内の圧力より高くなると、直ちに弁C2
が閉止する。
反応器Rから発生した気体は凝縮器C内で凝縮し、次に捕集器C0に流入する。
凝縮熱は流体F1によって除去される。
この流体が空気であれば、従来の圧縮設備のようにファンV2によって送風する
。
この第2工程中、低温は発生しない。なぜならば流体〔G〕は蒸発器内を循環す
ることができないためである。従って低温の発生は不連続である。
第3工程(第6図)
この工程がサイクルの一部分を形成するときは霜落しに相当する。これは蒸発器
E自身内で蒸発器を凝縮器として使用して行われる。
霜落し操作の開始は第2工程中に行わねばならない、すなわち反応器R内で固体
が生成する反応中である。
この操作のために、弁EV2は閉止し、同時に、弁EV。
は開放する。
反応器R内で分解反応から発生した気体(G)は優先的に蒸発器E内で凝縮し、
こうして霜落しが行われる。弁EV。
が開放するので、凝縮した流体〔G〕が捕集器C0に流入する。
この装置において、低温の発生が不連続的に行なわれるが、冷却すべき包囲体の
外部の最高温度が30℃未満の条件下で、この包囲体内に一40℃までの低温を
発生することができる。
このためには次のことが必要である=
1)反応器R内で次の反応を同時に起こすために、<x−mNHs> + n
<NL > →<×・(m+n)NHs >n CNHs ] −n(NHs)
次に、<X ・(m+n)N)Is > −<x+ mNHs> +n(N)I
a)n(NL)→n [NH3]
XはZnCl2. CLISO4,CLI[:1. L+Br、 L+CI、
ZnSO4,SrCl2; MnCl2゜FeCl2. tJgc12. Ca
C1□およびNICI2から選択し、mおよびnは次に示す数である:
X=ZnSO,のとき、 m=3.n=1X=CuS04のとき、 m=4.n
=1X=LiC1,5rC1□のとき、 m=o、n=1X = 1jcI、
CaCl2のとき、 m=l、n=1X = ZnC]□、 Cu5Onのとき
、 m=2.n=2X=CuC1のとき、 m=l、n=o、5X=LiBr、
ZnSO4のとき、 m=2.n=1X =MnC12,Pe[12,NiC
l2のとき、 m=2.n=4X = MgC12のとき、 m=4.n=22
)外部熱源Sは、次に示す(IA彰りより高い温度Thである:
X =ZnCI2(m=2. n =2)のとき、 Th = 139℃X =
Cu5On (m = 4. n = 1)のとき、 Th= 145℃X=
CuC1(m=1.n=0.5)のとき、 T、 = 151℃X−LiBr
(m=2. n =1)のとき、 Th= 155℃X=LiC1(m=1.n
=1)のとき、 Th=167℃X =ZnSO,(m=3. n =1)のと
き、 Th= 173℃X = 5rC1□(m = O,n = 1)のとき
、 Th= 173℃X =MnC]□(m=2. n =4)のとき、 Th
= 174℃X=LiC1(m=0. n =1)のとき、 Th= 203℃
X =FeC]z(m=2. n =4)のとき、 Th−208℃X =Mg
C1z(m=4. n =2)のとき、 Th=217℃X=仁usO4(m
= 2. n = 2)のとき、 Th= 230℃X =ZnSO4(m=2
. n =1)のとき、 Th= 247℃X=CaCI+(m=1. n =
1)のとき、 Tニ=265℃X=N+[:L(m=2. n =4)のとき、
Th= 282℃もし冷却すべき包囲体の外部の最高温度が+80℃未満であ
って、これと同一の固体−気体反応によって、包囲体内を+10℃まで冷却しよ
うとするときは、熱源の温度Thは次に示す値より高くする必要がある。
X =ZnCIz(m=2. n =2)のとき、 Th=162℃X = C
CuS04(= 4. n = 1)のとき、 Th= 170℃X=CuC1
(m=1. n =0.5)のとき、 Th= 180℃X=LiBr (m=
2. n =1)のとき、 Th= 196℃X=ZnSO,(m=3. n
=1)のとき、 Th=200℃X=Li(1’l (m=1.n=1)のとき
、 Th= 208℃X =MnC12(m=2. n =4)のとき、 Th
= 212℃X = 5rC1□(m = O,n = 1>のとき、 Th
= 217℃X=LiC1(m=o、n=1)のとき、 Th= 249℃X
=FeCI2(m=2. n =4)のとき、 ’rh= 256℃χ= Mg
C12(m = 4. n = 2)のとき、 Th= 256℃X =CuS
O=(m=2. n =2)のとき、 Th= 265℃X=ZnSO=(m=
2. n =1)のとき、 Th= 282℃X = CCaC12(= 1.
n = 1)のとき、 Th= 311℃X =NiC12(m=2. n
=4)のとき、 Th= 338℃従って、同一の単一反応を上記の反応から選
択して使用し、熱源Sの温度が適切な値であれば、−40℃〜+10℃の間の低
温を発生させることができる。
次に記載する低温発生装置は、さらに、低温を連続的に発生させることができ、
これは特に産業上の要望、なかでも輸送用車輌に適する。
第7図に示す装置は、主として次の要素からなるニー2つの同一の反応器(R,
およびR2)、これらは固体反応媒体を含む、
一凝縮器C1
一液化気体Gの捕集器C8、
一蒸発器E1
−2つの逆流防止弁(C+およびC2)、これらは反応器R1およびR2を凝縮
器Cに連結する回路中にある、−2つの逆流防止弁(C3およびC,)、これら
は蒸発器Eを反応器R,およびR2に連結する回路中にある、−等温膨張弁(D
T) 、これは蒸発器Eと捕集器C0との間にある、
一制御された圧力弁(VPC) 、これは反応器R,およびR2と蒸発器Eとの
間にある。
−2つの電磁弁(EV+およびEV2)、これらは反応器R1およびR2を残り
の回路から分離する、−電磁弁(EVS)、これは蒸発器Eを反応器R1および
R2から分離する、
−2つの電磁弁(EV、およびE V t)、霜落し用、=2つの電磁弁(EV
3およびEV、)、これらは反応器R3およびR2冊に含まれる熱交換器EC,
およびEC2に、流体F4を配給することができる。
この装置の操作の多様な工程を第8〜11図および次の2表によって説明する。
*第3工程中に霜落しを行う場合
最初の状態:工程0
反応器R6およびR2は最高の低温ポテンシャルを有する、すなわち内部に含ま
れる固体は気体(G)と反応できる塩<S>からなる。すべての電磁弁は閉止し
ており、捕集器C8は冷却材流体で充満している。
第1工程= (第8図)
電磁弁EV、およびEV、が開放する。流体Gは捕集器C8から蒸発器Eに向か
って流れる。蒸発器内で流体Gが蒸発する。この熱は低温発生に使用される流体
F2によって与えられる。
流体F2が空気であるので、空気が冷却すべき包囲体内に負の熱量を運ぶ。
等温膨張弁(DT)は流体Gが蒸発器Eの後に液体の状態で移動することを防ぐ
。弁VPCは蒸発圧力を制御し、これによって蒸発温度を制御する。蒸発器E内
の圧力が反応器R。
内の圧力より高くなると、弁C8が開放して気体(G)は反応器R1内の固体<
S>と反応する、反応熱は流体F3が循環する熱交換器によって除去する。流体
F3は空気であって、モータ駆動のファンV3によって送られ、発熱反応熱を外
部に除去する。
第2工程(第9図)
反応器R1内で合成反応が終了すると、弁E V 2が開放する。蒸発器E内の
圧力が反応器R2内の圧力より高くなると、弁C4が開放し、流体Gは蒸発器E
内で蒸発して反応器R2内に存在する固体<S>と反応する。
蒸発熱は流体F2によって蒸発器内に導入され、反応器R2内で放出された反応
熱は流体F3によって除去される。
弁EV2の開放と同時に弁EV、の開放がおきる。反応器R,内に存在する固体
<S−C>は流体F、によって加熱される。反応器R1内の圧力が凝縮器C(ま
たは捕集器C,)内の圧力より高くなると、弁C1が開放し、反応器R8内の圧
力が蒸発器E内の圧力より高くなると、直ちに弁C3が閉止する。
反応器R1から発生した気体(G)は凝縮器C6内で凝縮し、凝縮熱は流体F、
によって除去され、捕集器C8に流入反応器R1およびR2内の反応が終了する
と、弁EV3が閉止し、弁EV、が開放する。反応器R2内に存在する固体<S
−C>は流体F4によって加熱される。反応器R2内の圧力が上昇し、順次弁C
1が閉止し、弁C2が開放する。反応器R2から発生した気体(G)はE内で凝
縮し、凝縮熱は流体F1によって除去され、捕集器C8に流入する。
流体F3は反応器R1の熱交換器E内を循環する。反応器R,が冷却して圧力が
低下し、順次弁CIが閉止し、弁C3が開放する。E内で流体(G)が蒸発し、
反応器R5内で固体<S>と反応する。蒸発熱は前と同様に流体F2(空気)に
よって与えられ、冷却された空気は冷却すべき包囲体内に低温を配給するために
使用する。
第4工程(第11図)
この工程は第2または第3工程中に挿入することができ、霜落し操作と呼ばれる
。これは蒸発器E自身内で起き、蒸発器Eを凝縮器として使用する。
霜落しが開始するとき、弁EV、が閉止し、弁EV6が開放する。
分解反応から発生した気体(G)は、優先的に蒸発器E内で凝縮する。
放出された凝縮熱が霜落しを行う。弁EV、が開放するので、凝縮した流体Gが
捕集器C8に流入する。
第5工程
この工程は霜落し操作の後に通常のサイクルに戻る操作に対応する。弁EV6お
よびEV、が閉止し、EV、が開放する。
気体(G)は、流体F4によって加熱され、反応器R1から凝縮器Cおよび捕集
器C8に向かって移動する。
気体(G)はE内で蒸発し、流体F3によって冷却された反応器内の固体<S>
と反応する。第2または3工程で記載したように、このサイクルは通常第2また
は3工程に代って再び開始する。
第6エ程
この工程は通常の操作サイクルに対応しないが、装置にその全冷却ポテンシャル
を回復させることができる(工程0)。
この工程中、低温の発生は起きないで、2つの反応器R。
およびR2はそれらの最高の低温ポテンシャルに回復する。
弁EV3およびEV、が開放する。
反応器R1およびR2内に存在する固体<S −G>は流体F4によって加熱さ
れる。
<S−C>の分解中に生成した気体(G)はC内で凝縮し、捕集器C8に流入す
る。この操作は、反応器R1およびR2のそれぞれに固体<S>のみが残ったと
きに終了する。次に弁EV、〜EV、が閉止し、弁CIおよびC2は反応器R3
およびR2内の圧力低下の結果として閉止する、これは反応器の加熱が停止する
結果である。前述の固体−気体反応を行うとき、上記装置は連続的に低温を発生
できるのみならず、−40℃と+10℃との間の温度を得ることができ、これは
食品または他の物品を低温輸送するのに最適な温度である。
第12図は不連続な物理化学的現象から出発して連続的な低温の発生、および冷
却エネルギーの貯蔵を可能にする低温発生装置を示す。
この装置は主として次の要素からなるニー3つの同一の反応器(R+ 、R2、
R3)、これらは固体反応媒体を含む、
一凝縮器C1
一液化気体Gの捕集器C8、
一蒸発器E、
−3つの逆流防止弁(C+ 、C2、C3>、これらは反応器R,,R,,R,
を凝縮器Cに連結する回路中にある、=3つの逆流防止弁(C,、Cs 、C,
)、これらは蒸発器Eを反応器R,,R,,R,に連結する、−等温膨張弁(D
T) 、これは蒸発器Eと捕集器C8との間にある、
−3つの電磁弁(EV、、EV2.EV、)、これらは反応器R1、R2,R5
を残りの回路から分離する、−3つの電磁弁(EV、、EV5.EV、)、コレ
らは流体F4を反応器R3,R2、’R3に含まれる熱交換器(EC,。
EC2、EC3)に配給することができる。
この装置の多様な操作工程を、第13〜16図および次の第3表に示す。
有する、すなわちこれらのなかの固体は気体(G)と反応できる塩<S>からな
る。すべての電磁弁は閉止し、捕集器C8は冷却材流体〔G〕で充満している。
第1工程二開始(第13図)
電磁弁EV、が開放する。流体Gは捕集器C0から蒸発器Eに向かって流れる。
蒸発器E内で流体Gは蒸発する。この熱は、低温を分配するのに使用する流体F
2によって与えられる。等温膨張弁(DT)は流体[G]が蒸発器Eの後に流体
状態で循環することを防止する。蒸発器内の圧力がR,内の圧力より高くなると
、弁C4が開放し、気体Gは反応器R1内の固体<S>と反応する。反応熱は、
R3が循環する熱交換器によって除去される。
第2工程(サイクル1) (第14図)反応器R,内で合成反応が終了すると、
弁Ev2が開放する。蒸発器E内の圧力が反応器R2内の圧力より高くなると、
弁C9が開放し、E内で蒸発した流体〔G〕が、反応器R2内に存在する固体<
S>と反応する。
この蒸発熱は流体F2によって蒸発器Eに与えられ、R2内で放出された反応熱
は流体F3によって除去される。
弁EV、の開放と同時に、弁EV、が開放する:反応器R3内に存在する固体<
S −C>は流体F、によって加熱される。
反応器R1内の圧力が凝縮器C(または捕集器C,)内の圧力より高くなると、
弁CIが開放し、反応器R1内の圧力が蒸発器E内の圧力より高くなると、直ち
に弁C4が閉止する。
反応器R1から発生した気体(G)は流体F1によって凝縮器C内で凝縮し、捕
集器C6に流入する。
第3工程(サイクル2) (第15図)反応器R6およびR2内の反応が終了す
ると、弁EV、が閉止し、弁E■5が開放する。反応器R2内の固体<S −C
>は流体F4によって加熱される。反応器R2内の圧力が上昇し、順次弁C3が
閉止し、弁C2が開放する。反応器R2から発生した気体(G)は凝縮器C内で
凝縮し、この凝縮熱は流体F、によって除去されて、捕集器C8に流入する。流
体F3は反応器R1の蒸発器Eの熱交換器内を循環する。反応器R1が冷却され
ると、圧力が低下し、順次弁C1が閉止し、弁C4が開放する。蒸発器E内で蒸
発した流体(G)は、反応器R1内で固体<S>と反応する。この蒸発熱は、前
と同様に流体F7によって与えられ、この流体が冷却されて低温の発生に使用さ
れる。
サイクル1および2の交代は、この系の通常の操作を形成する。
第4工程 貯蔵操作(第16図)
流体F4は加熱されず、反応器R2内をもはや循環しない。
(G)がR2から凝縮器Cに向かう循環は、弁EV、の閉止によって停止する。
流体F、は反応器R3内をもはや循環しない。(G)が蒸発器から反応器R1に
向かう循環は、弁EV、の閉止によって停止する。
電磁弁EV、が開放し、流体F、は反応器R3内に位置する熱交換器EC,内を
循環する。蒸発器E内の圧力がR3内の圧力より高くな乞と、弁C6が開放し、
E内で蒸発した流体(G)はR3内の固体<S>と反応する。この反応熱はR3
によって除去され、低温は蒸発器E内で冷却された流体F2によって運ばれる。
第5工程 サイクル(2)の再開始
貯蔵の操作が停止すると、通常のサイクルが工程3(サイクル2)において再開
される。弁EV、が閉止し、弁EV。
およびEV、が再び開放する。流体F4が加熱され、再び反応器R2内を循環す
る。次に操作は第3工程に記載した操作この工程はサイクルの停止、および全系
の最初の状態への回復に対応する。
弁EV、、EV2およびEV3が開放する、弁EV4゜E V sおよびEV6
は開放しているので、流体F4は3つの反応器R,,R2およびR3内を循環す
る。これらの反応器内の固体は加熱される:R,,R2およびR3内の圧力が凝
縮器内の圧力より高くなると、弁C,,C2およびC3が開放し、<S −C>
の分解から生成した気体(G)は凝縮器内で凝縮し、捕集器C8に向かって流れ
る。凝縮熱は流体F。
によって除去される。
この操作は、反応器が固体<S>のみを含むまで、すなわち工程0(最初の状態
)となるまで継続する。
さきに2つの反応器を有する装置について記載したように、温度制御(VPC)
および霜落しに使用される技術は、この3つの反応器を有する装置に応用するこ
とができる。
前述の記載から明かなように、第3の反応器R3は、熱伝達流体F4の循環に必
要なエネルギーの他に、入力エネルギーを必要とすることなく、エネルギーを貯
蔵することができる。
勿論、本発明は前記実施態様の例に限定されるものではなく、また本発明の範囲
から逸脱することなく、その態様に多くの変化を加えることができる。
こうして、反応器R,R,,R2,R,の加熱に使用する熱源Sは、所要の温度
Thを得ることができるものであれば、熱または電力を源とする他のいかなる熱
源を使用することができる。
流体F、は、オイルの他に、いかなる熱伝達流体であってあってもよい。
勿論、本発明の方法および装置は、建物、特に住居の空気調節にも使用すること
ができる。
国際調査報告
−一−^−両−mNs、p(τ/F’R88100255
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.発熱反応によって気体と反応することができる固体化合物を含む反応器(R ,R1,R2,R3)を有し、この反応器が、冷却すべき包囲体と熱交換関係に ある蒸発器(E)と、気体捕集器(C0)と、凝集器(C)とに連結しており、 かつ反応器の内部が外部熱源(S)と熱交換関係にある装置によって低温を発生 する方法であって、反応器(R,R1,R2,R3)内で次の反応が同時に行わ れる方法。 〈X・mNH3〉=n(NH3)→〈X・(m+n)NH3〉n〔NH3〕→n (NH3) 次に、〈X(m+n)NH3→〈X・mNH3〉+n(NH3)n(NH3)→ n〔NH3〕 式中、記号〈〉,〔〕および()は固体、液体および気体の状態をそれぞれ表わ し、 XはZnCl2,CuSO4,CuCl,LiBr,LiCl,ZnSO4,S rCl2,MnCl2,FeCl2,MgCl2,CaCl2およびNiCl2 から選択し、mおよびnは次に示す数である: X=ZnSO4のとき、m=3,n=1X=CuSO4のとき、m=4,n=1 X=LiCl,SrCl2のとき、m=0,n=1X=LiCl,CaCl2の とき、m=1,n=1X=ZnCl2,CuSO4のとき、m=2,n=2X= CuClのとき、m=1,n=0.5X=LiBr,ZnSO4のとき、m=2 ,n=1X=MnCl2,FeCl2,NiCl2のとき、m=2,n=4X= MgCl2のとき、m=4,n=22.請求項1に記載の方法であって、冷却す べき包囲体内で−40℃までの低温を発生する目的に対して、包囲体の外部の最 高温度が30℃未満であり、かつ次に示す温度Thより高い温度を有する外部熱 源(S)を使用する方法。 X=ZnCl2(m=2,n=2)のとき、 Th=139℃X=CuSO4 (m=4,n=1)のとき、 Th=145℃X=CuCl(m=1,n=0 .5)のとき、 Th=151℃X=LiBr(m=2,n=1)のとき、 Th=155℃X=LiCl(m=1,n=1)のとき、 Th=167 ℃X=ZnSO4(m=3,n=1)のとき、 Th=173℃X=SrCl 2(m=0,n=1)のとき、 Th=173℃X=MnCl2(m=2,n =4)のとき、 Th=174℃X=LiCl(m=0,n=1)のとき、 Th=203℃X=FeCl2(m=2,n=4)のとき、 Th=20 8℃X=M8Cl2(m=4,n=2)のとき、 Th=217℃X=CuS O4(m=2,n=2)のとき、 Th=230℃X=ZnSO4(m=2, n=1)のとき、 Th=247℃X=CaCl2(m=1,n=1)のとき 、 Th=265℃X=NiCl2(m=2,n=4)のとき、 Th=2 82℃3.請求項1に記載の方法であって、冷却すべき包囲体内で+10℃まで の低温を発生する目的に対して、包囲体の外部の最高温度が+80℃未満であり 、かつ次に示す温度Thより高い温度を有する外部熱源(S)を使用する方法。 X=ZnCl2(m=2,n=2)のとき、 Th=162℃X=CuSO4 (m=4,n=1)のとき、 Th=170℃X=CuCl(m=1,n=0 .5)のとき、 Th=180℃X=LiBr(m=2,n=1)のとき、 Th=196℃X=ZnSO4(m=3,n=1)のとき、 Th=200 ℃X=LiCl(m=1,n=1)のとき、 Th=208℃X=MnCl 2(m=2,n=4)のとき、 Th=212℃X=SrCl2(m=0,n =1)のとき、 Th=217℃X=LiCl(m=0,n=1)のとき、 Th=249℃X=FeCl2(m=2,n=4)のとき、 Th=25 6℃X=MgCl2(m=4,n=2)のとき、 Th=256℃X=CuS 04(m=2,n=2)のとき、 Th=265℃X=ZnSO4(m=2, n=1)のとき、 Th=282℃X=CaCl2(m=1,n=1)のとき 、 Th=311℃X=NiCl2(m=2,n=4)のとき、 Th=3 38℃4.請求項1〜4の1つに記載の方法を実施する、−40℃と+10℃と の間の温度の低温を発生する装置。 5.請求項4に記載の装置であって、同一の固体化合物を含む2つの反応器(R 1,R2)、これらの反応器、蒸発器(E)、凝縮器(C)および気体捕集器( C0)の間の連通回路を有し、2つの反応器内で固体−気体反応を順次開始させ て所定の順序で連続的に低温を発生するように、多様な連通回路を開放または閉 止する手段を設けてある装置。 6.請求項5に記載の装置であって、次の工程を順次行う手段を有する装置、 A)1つの反応器(R1)と蒸発器(E)との間の回路、および蒸発器(E)と 気体捕集器(C0)との間の回路を開放し、B)蒸発器(E)内の気体圧力が第 1の反応器(R1)内の気体圧力より高くなると、直ちに蒸発器(E)と第1の 反応器(R1)との間の回路を開放し、 C)第2の反応器(R2)と蒸発器(E)との間の回路、およびこの蒸発器(E )と気体捕集器(C0)との間の回路を開放し、 D)蒸発器(E)内の気体圧力が第2の反応器(R2)内の気体圧力より高くな ると、直ちに蒸発器(E)と第2の反応器(R2)との間の回路を開放し、 E)第1の反応器(R1)内に含まれる固体を加熱するために、第1の反応器( R1)と外部熱源(S)との間の回路を開放し、 F)第1の反応器(R1)内の圧力が凝縮器(C)内の圧力より高くなると、直 ちに第1の反応器(R1)と凝縮器(C)との間の回路を開放し、 G)第1の反応器(R1)と熱源(S)との間の回路を閉止し、第2の反応器( R2)と熱源(S)との間の回路を開放し、H)第2の反応器(R2)内の圧力 の効果の下で、第2の反応器(R2)と蒸発器(E)との間に含まれる回路を閉 止し、第2の反応器(R2)と凝縮器(C)との間の回路を開放し、I)第1の 反応器(R1)内の圧力低下の後に、第1の反応器(R1)と凝縮器(C)との 間の回路を閉止し、第1の反応器(R1)と蒸発器(E)との間の回路を開放す る。 7.請求項6に記載の装置であって、霜落しを誘発する手段を有し、この手段が 次の操作を行うのに適する手段である装置、 2つの反応器(R1)と(R2)との間の回路を閉止し、蒸発器(E)と凝縮器 (C)との間の回路を開放し、蒸発器(E)と気体捕集器(C0)との間の回路 を開放する操作。 8.請求項7に記載の装置であって、霜落しの後に次の操作を行う手段を有する 装置、 蒸発器(E)と凝縮器(C)との間の回路、および蒸発器(E)と気体捕集器( C0)との間の回路を閉止する操作。 9.請求項5〜8の1つに記載の装置であって、前記手段が電磁制御弁および逆 流防止弁を含む装置。 10.請求項5〜9の1つに記載の装置であって、前記手段が、気体蒸発の温度 および圧力を制御するために、2つの反応器(R1,R2)を蒸発器(E)に連 結する回路中に、制御された圧力弁(VPC)を有する装置。 11.請求項5〜10の1つに記載された装置であって、前記手段が凝縮器(C )内で凝縮した流体が、蒸発器(E)の後で、液体状態で循環することを防止す るために、蒸発器(E)を捕集器(C0)に連結する回路中に、等温膨張弁(D T)を有する装置。 12.請求項5〜10の1つに記載の装置であって、気体と反応することができ る前記固体化合物を含み、かつ熱源(S)、凝縮器(C)、捕集器(C0)およ び蒸発器(E)と連結された第3の反応器(R3)を有し、第3の反応器(R3 )が、熱伝達流体(F4)の循環に必要なエネルギーの他にエネルギーの入力な しに、エネルギーを貯蔵することができるように、3つの反応器(R1,R2, R3,R4)内で、固体−気体反応を順次開始させる手段を有する装置。 13.請求項12に記載の装置であって、前記手段が、次の操作の工程を順次行 うのに適している装置、A)第1の反応器(R1)と蒸発器(E)との間の回路 、および蒸発器(E)と捕集器(C0)との間の回路を開放し、B)第1の反応 器(R1)と凝縮器(C)との間の回路、第2の反応器(R2)と蒸発器(E) との間の回路、および捕集器(C0)と凝縮器(C)との間の回路を開放し、C )第1の反応器(R1)と蒸発器(E)との間の回路、第2の反応器(R2)と 凝縮器(C)との間の回路、および凝縮器(C)と捕集器(C0)との間の回路 を開放し、D)第3の反応器(R3)と蒸発器(E)との間の回路、および蒸発 器(E)と捕集器(C0)との間の回路を開放する。 14.請求項5〜13の1つに記載の装置であって、反応器と外部熱源との間を 循環する熱伝達流体(F4)がオイルである装置。 15.請求項5〜14の1つに記載の装置であって、固体−気体反応中に放出さ れた熱を除去し、かつ凝縮熱を除去する手段が、周囲の空気と熱交換する手段を 含む装置。
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