DE317597T1 - REFRIGERATION PROCESS BY MEANS OF A REACTION BETWEEN A SOLID BODY AND A GAS AND RELATED DEVICE. - Google Patents

REFRIGERATION PROCESS BY MEANS OF A REACTION BETWEEN A SOLID BODY AND A GAS AND RELATED DEVICE.

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DE317597T1 DE1988904564 DE88904564T DE317597T1 DE 317597 T1 DE317597 T1 DE 317597T1 DE 1988904564 DE1988904564 DE 1988904564 DE 88904564 T DE88904564 T DE 88904564T DE 317597 T1 DE317597 T1 DE 317597T1
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PRINZ, LEISER, BUNKE & PARTNER Patentanwälte ■ European Patent AttorneysPRINZ, LEISER, BUNKE & PARTNER Patent Attorneys ■ European Patent Attorneys &Pgr; Q 1 7 &kgr; Q Manzingerweg 7 ■ 8000 München 60 u &ogr; &igr; / &ogr; &ogr; / &Pgr; Q 1 7 &kgr; Q Manzingerweg 7 ■ 8000 Munich 60 u &ogr;&igr; / &ogr;&ogr; / 29. August 198929 August 1989 EP 88904564.7 (0 317 597)EP 88904564.7 (0 317 597) FAIVELEY ENTREPRISES und SOCIETE NATIONALE ELF AQUITAINEFAIVELEY ENTREPRISES and SOCIETE NATIONALE ELF AQUITAINE Unser Zeichen: F 1091 DEOur reference: F 1091 DE PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS 1. Verfahren zur Erzeugung von Kälte mittels einer Vorrichtung mit einem Reaktor (R, R1, R2, R3), der eine feste Substanz enthält, die mit einem Gas gemäß einer exothermischen Reaktion reaktionsfähig ist, wobei dieser Reaktor mit einem Verflüssiger (C), einem Gasfang (Co) und einem Verdampfer (E) verbunden ist, der in einer Wärmeaustausch-Beziehung mit einem abzukühlenden Raum steht, wobei das Innere des Reaktors in Wärmeaustausch-Beziehung mit einer äußeren Wärmequelle (S) ist, dadurch gekennzeichnet, daß man in dem Reaktor (R, R1, R2, R3) die folgenden Simultanreaktionen durchführt :1. Process for producing cold by means of a device comprising a reactor (R, R1, R2, R3) containing a solid substance capable of reacting with a gas according to an exothermic reaction, this reactor being connected to a condenser (C), a gas trap (Co) and an evaporator (E) in heat exchange relation with a space to be cooled, the interior of the reactor being in heat exchange relation with an external heat source (S), characterized in that the following simultaneous reactions are carried out in the reactor (R, R1, R2, R3): <X, ITiNH3 > = n(NH3) > X, (m+n)NH3<X, ITiNH 3 > = n(NH 3 ) > X, (m+n)NH3 &eegr; [NH3 ] > &eegr; (NH3)&eegr; [NH 3 ] >&eegr; ( NH3 ) danach < X(m+n)NH3 =s-< X,mNH3 > + n(NH3)then < X(m+n)NH 3 =s-< X,mNH 3 > + n(NH 3 ) &eegr;(NH3 ) £» &eegr; [NH3 ]&eegr;(NH 3 ) £» &eegr; [ NH3 ] wobei die Symbole < ■>; [ ]; ( ) je den festen, den flüssigen und den gasförmigen Zustand bezeichnen,where the symbols < ■>; [ ]; ( ) denote the solid, liquid and gaseous states respectively, wobei X unter den ZnCl2/ dem CuSO «&diams;, dem CuCl, dem LiBr, dem LiCl, dem ZnSO4, dem SrCl2, dem MnCl2, dem FeCl2, dem MgCl2, dem CaCl2 und dem NiCl2 gewählt werden und m und &eegr; Zahlen sind wie :where X is chosen from ZnCl 2 / CuSO «&diams;, CuCl, LiBr, LiCl, ZnSO 4 , SrCl 2 , MnCl 2 , FeCl 2 , MgCl 2 , CaCl 2 and NiCl 2 and m and η are numbers such as : 03175370317537 m=3, &eegr;=1 wenn X = ZnSo*m=3, &eegr;=1 if X = ZnSo* m=4, n=1 wenn X = CuSo &igr;,m=4, n=1 if X = CuSo &igr;, m=0, n=1 wenn X = LiCl, SrCl2 m=0, n=1 if X = LiCl, SrCl 2 m=1 , n=1 wenn X = LiCl, CaCl2 m=1 , n=1 if X = LiCl, CaCl 2 m=2, n=2 wenn X = ZnCI2, CuSOhm=2, n=2 if X = ZnCI 2 , CuSOh m=1, n=0,5 wenn X = CuClm=1, n=0.5 if X = CuCl m=2, n=1 wenn X = LiBr, ZnSo &eegr;m=2, n=1 if X = LiBr, ZnSo &eegr; m=2, n=4 wenn X = MnCl2, FeCl2, NiCl2 m=2, n=4 if X = MnCl 2 , FeCl 2 , NiCl 2 m=4, n=2 wenn X = MgCl2 m=4, n=2 if X = MgCl 2 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ziel, Kälte bis -4O0C in dem.abzukühlenden Raum zu erzeugen, wobei die Höchsttemperatur außerhalb diesem höchstens gleich 3O0C ist, man eine äußere Wärmequelle (S) verwendet, deren Temperatur höher als ein Wert Th ist, wie:2. Process according to claim 1, characterized in that, in order to produce cold down to -4O 0 C in the room to be cooled, the maximum temperature outside this being at most equal to 3O 0 C, an external heat source (S) is used, the temperature of which is higher than a value Th, such as: wenn X = ZnCl2 (m=2, n=2) wenn X = CuSo4 (m=4, n=1) wenn X = CuCl (m=1, n=0,5) Th = wenn X = LiBr (m=2, n=1)
wenn X = LiCl (m=1, n=1)
wenn X = ZnSo4 (m=3, n=1) wenn X = SrCl2 (m=0, n=1) wenn X ■ = MnCl2 (m=2, n=4) wenn X = LiCl (m=0, n=1)
wenn X = FeCl2 (m=2, n=4) wenn X = MgCl2 (m=4, n=2) wenn X = CuSo* (m=2, n=2) wenn X = ZnSo* (m=2, n=1) wenn X = CaCl2 (m=1, n=1) wenn X = NiCl2 (m=2, n=4)if X = ZnCl 2 (m=2, n=2) if X = CuSo 4 (m=4, n=1) if X = CuCl (m=1, n=0.5) Th = if X = LiBr (m=2, n=1)
if X = LiCl (m=1, n=1)
if X = ZnSo 4 (m=3, n=1) if X = SrCl 2 (m=0, n=1) if X ■ = MnCl 2 (m=2, n=4) if X = LiCl (m=0, n=1)
if X = FeCl 2 (m=2, n=4) if X = MgCl 2 (m=4, n=2) if X = CuSo* (m=2, n=2) if X = ZnSo* (m=2, n=1) if X = CaCl 2 (m=1, n=1) if X = NiCl 2 (m=2, n=4) 3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ziel, Kälte bis +100C in dem abzukühlenden Raum zu erzeugen, wobei die Höchsttemperatur außerhalb3. Method according to claim 1, characterized in that with the aim of generating cold up to +10 0 C in the room to be cooled, the maximum temperature outside Th =Th = 139139 0C 0C Th =Th = 145145 0C 0C Th =Th = 151151 0C 0C Th =Th = 155155 0C 0C Th- =Th- = 167167 0C 0C Th =Th = 173173 0C 0C Th .=Th .= 173173 °C°C Th =Th = 174174 0C 0C Th =Th = 203203 °C°C Th =Th = 208208 0C 0C Th =Th = 217217 0C 0C Th =Th = 230230 0C 0C Th =Th = 247247 °C°C Th =Th = 265265 0C 0C Th =Th = 282282 0C 0C
diesem höchstens gleich +800C ist, man eine äußere Wärmequelle (S) verwendet, deren Temperatur höher als ein Wert Th ist, wie:this is equal to at most +80 0 C, an external heat source (S) is used whose temperature is higher than a value Th, such as: wenn X = ZnCl2 (m=2, n=2) wenn X = CuSoH (m=4, n=1) wenn X = CuCl (m=1, n=0,5) Th wenn X = LiBr (m=2, n=1)
wenn X = ZnSo &eegr; (m=3, n=1 ) wenn X = LiCl (m=1, n=1)
wenn X = McCl2 (m=2, n=4) wenn X = SrCl2 (m=0, n=1 ) wenn X = LiCl (m=0, n=1)
wenn X = FeCl2 (m=2, n=4) wenn X = MgCl2 (m=4, n=2) wenn X = CuSoH (m=2, n=2) wenn X = ZnSoH (m=2, n=1 ) wenn X = CaCl2 (m=1, n=1 ) wenn X = NiCl2 (m=2, n=4)if X = ZnCl 2 (m=2, n=2) if X = CuSo H (m=4, n=1) if X = CuCl (m=1, n=0.5) Th if X = LiBr (m=2, n=1)
if X = ZnSo η (m=3, n=1 ) if X = LiCl (m=1, n=1)
if X = McCl 2 (m=2, n=4) if X = SrCl 2 (m=0, n=1 ) if X = LiCl (m=0, n=1)
if X = FeCl 2 (m=2, n=4) if X = MgCl 2 (m=4, n=2) if X = CuSo H (m=2, n=2) if X = ZnSo H (m=2, n=1 ) if X = CaCl 2 (m=1, n=1 ) if X = NiCl 2 (m=2, n=4) 4. Vorrichtung zur Erzeugung von Kälte bei einer zwischen -400C und +100C begriffenen Temperatur, in man das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 anwendet.4. Device for generating cold at a temperature between -40 0 C and +10 0 C, in which the method according to one of claims 1 to 3 is applied. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zwei Reaktoren (R1, R2) umfaßt, welche dieselbe feste Substanz enthalten, Verbindungskreisläufe zwischen diesen Reaktoren, dem Verdampfer (E), dem Verflüssiger (C) und dem Gasfang (Co), und daß Mittel vorgesehen sind, um hintereinander die Reaktionen Festsubstanz-Gas in den beiden Reaktoren auszulösen und um die Öffnungen und Verschlüsse der verschiedenen Verbindungskreisläufe in einer vorgegebenen Reihenfolge zu steuern, um eine kontinuierliche Kälteerzeugung zu erzielen.5. Device according to claim 4, characterized in that the device comprises two reactors (R1, R2) containing the same solid substance, connecting circuits between these reactors, the evaporator (E), the condenser (C) and the gas trap (Co), and in that means are provided for initiating the solid substance-gas reactions in the two reactors one after the other and for controlling the openings and closings of the various connecting circuits in a predetermined order in order to achieve continuous cold production. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel umfaßt, um die folgenden aufeinanderfolgenden Stufen zu steuern:6. Device according to claim 5, characterized in that it comprises means for controlling the following successive stages: ThTh = 162= 162 0C 0C ThTh = 170= 170 0C 0C ThTh = 180= 180 0C 0C ThTh = 196= 196 0C 0C ThTh = 200= 200 0C 0C ThTh = 208= 208 0C 0C ThTh = 212= 212 0C 0C ThTh = 217= 217 0C 0C ThTh = 249= 249 0C 0C ThTh = 256= 256 0C 0C ThTh = 256= 256 0C 0C ThTh = 265= 265 0C 0C ThTh = 282= 282 0C 0C ThTh = 311= 311 0C 0C ThTh = 338= 338 0C 0C
A) Öffnen des Kreislaufs zwischen dem einen (R1) der Reaktoren und dem Verdampfer (E) und zwischen letzterem und dem Gasfang (Co),A) Opening the circuit between one (R1) of the reactors and the evaporator (E) and between the latter and the gas collector (Co), B) Öffnen des Kreislaufs zwischen dem Verdampfer (E) und dem Reaktor (R1) sobald der Gasdruck im Verdampfer (E) höher als derjenige im Reaktor (R1) ist,B) Opening the circuit between the evaporator (E) and the reactor (R1) as soon as the gas pressure in the evaporator (E) is higher than that in the reactor (R1), C) Öffnen des Kreislaufs zwischem dem anderen Reaktor (R2) und dem Verdampfer (E) und zwischen letzterem und dem Gasfang (Co),C) Opening the circuit between the other reactor (R2) and the evaporator (E) and between the latter and the gas trap (Co), D) Öffnen des Kreislaufs zwischen dem Verdampfer (E) und dem Reaktor (R2), sobald der Gasdruck im Verdampfer (E) höher als derjenige im Reaktor (R2) ist,D) Opening the circuit between the evaporator (E) and the reactor (R2) as soon as the gas pressure in the evaporator (E) is higher than that in the reactor (R2), E) Öffnen des Kreislaufs zwischen dem Reaktor (R1) und der äußeren Wärmequelle (S), um die in diesem Reaktor enthaltend feste Substanz zu erhitzen,E) opening the circuit between the reactor (R1) and the external heat source (S) to heat the solid substance contained in this reactor, F) Öffnen des Kreislaufs zwischen dem Reaktor (R1) und dem Verflüssiger (C), sobald der Druck im Reaktor höher als derjenige im Verflüssiger ist,F) opening the circuit between the reactor (R1) and the condenser (C) as soon as the pressure in the reactor is higher than that in the condenser, G) Schließen des Kreislaufs zwischen dem Reaktor (R1) und der Wärmequelle (S) und Öffnen des Kreislaufs zwischen dem Reaktor (R2) und der Wärmequelle (S),G) closing the circuit between the reactor (R1) and the heat source (S) and opening the circuit between the reactor (R2) and the heat source (S), H) Schließen, das unter der Wirkung des im Reaktor (R2) herrschenden Drucks des zwischen ersterem und dem Verdampfer (E) gelegenen Kreislaufs erfolgt, und Öffnen des Kreislaufs zwischen dem Reaktor (R2) und dem Verflüssiger (C),H) closing, under the effect of the pressure prevailing in the reactor (R2), the circuit between the former and the evaporator (E) and opening the circuit between the reactor (R2) and the condenser (C), I) Schließen, nach Druckabfall im Reaktor (R1), des Kreislaufs zwischen diesem und dem Verflüssiger (C), und Öffnen des Kreislaufs zwischen diesem Reaktor (R1) und dem Verdampfer (E).I) After the pressure in the reactor (R1) has dropped, close the circuit between the reactor and the condenser (C) and open the circuit between the reactor (R1) and the evaporator (E). 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel enthält, um das Abtauen auszulösen, wobei diese Mittel angepaßt sind, die folgenden Vorgänge durchzuführen :7. Device according to claim 6, characterized in that it comprises means for initiating defrosting, these means being adapted to carry out the following operations: Schließen des Kreislaufs zwischen den beiden Reaktoren (R1 ) und (R2), Öffnen des Kreislaufs zwischen dem Verdampfer (E) und dem Verflüssiger (C) und Öffnen des Kreislaufs zwischen dem Verdampfer (E) und dem Gasfang (Co) .Closing the circuit between the two reactors (R1) and (R2), opening the circuit between the evaporator (E) and the condenser (C) and opening the circuit between the evaporator (E) and the gas trap (Co). 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß er Mittel umfaßt, um nach dem Abtauen die folgenden Vorgänge durchzuführen:8. Device according to claim 7, characterized in that it comprises means for carrying out the following operations after defrosting: Schließen der Kreisläufe zwischen dem Verdampfer (E) und dem Verflüssiger (C) und zwischen dem Verdampfer (E) und dem Gasfang (Co).Closing the circuits between the evaporator (E) and the condenser (C) and between the evaporator (E) and the gas trap (Co). 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese Mittel elektromagnetisch betätigte Schieber sowie Rückschlagventile umfassen.9. Device according to one of claims 5 to 8, characterized in that these means comprise electromagnetically operated slide valves and check valves. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß diese Mittel einen druckregulierten Schieber (VPC) auf dem die beiden Reaktoren (R1, R2) mit dem Verdampfer (E) verbindenden Kreislauf umfassen, um den Druck und die Verdampfungstemperatur des Gases zu kontrollieren.10. Device according to one of claims 5 to 9, characterized in that these means comprise a pressure-regulated valve (VPC) on the circuit connecting the two reactors (R1, R2) to the evaporator (E) in order to control the pressure and the evaporation temperature of the gas. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß diese Mittel ein thermostatisches Expansionsventil (DT) auf dem den Verdampfer (E) mit mit dem Gasfang (Co) verbindenden Kreislauf umfassen, um zu verhindern, daß das im Verflüssiger (C) kondensierte Kältemittel im flüssigen Zustand über den Verdampfer (E) hinaus umläuft.11. Device according to one of claims 5 to 10, characterized in that these means comprise a thermostatic expansion valve (DT) on the circuit connecting the evaporator (E) to the gas trap (Co) in order to prevent the refrigerant condensed in the condenser (C) from circulating in the liquid state beyond the evaporator (E). 03175370317537 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen dritten Reaktor (R3) umfaßt, der diese mit dem Gas reaktionsfähige feste Substanz enthält und mit der äußeren Wärmequelle (S), dem Verflüssiger (C), dem Gasfang (Co) und dem Verdampfer (E) verbunden ist, wobei Mittel vorgesehen sind, um nacheinander die Reaktionen Festsubstanz-Gas in den drei Reaktoren (R1, R2, R3, R4) solchermaßen auszulösen, daß der dritte Reaktor (R3) Energie ohne anderes Energieangebot speichern kann, als die für den Umlauf des Wärmeträgers (F4) notwendige.12. Device according to one of claims 5 to 10, characterized in that it comprises a third reactor (R3) containing said solid substance reactive with the gas and connected to the external heat source (S), the condenser (C), the gas trap (Co) and the evaporator (E), means being provided for successively triggering the solid substance-gas reactions in the three reactors (R1, R2, R3, R4) in such a way that the third reactor (R3) can store energy without any other energy supply than that necessary for the circulation of the heat carrier (F4). 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß diese Mittel dazu angepaßt sind, um die folgenden aufeinanderfolgenden Funktionsstufen zu gestatten:13. Device according to claim 12, characterized in that these means are adapted to allow the following successive functional stages: A) Öffnen des Kreislaufs zwischen dem ersten Reaktor (R1) und dem Verdampfer (E) und zwischen letzterem und dem Gasfang (Co),A) Opening the circuit between the first reactor (R1) and the evaporator (E) and between the latter and the gas trap (Co), B) Öffnen des Kreislaufs zwischen diesem Reaktor (R1) und dem Verflüssiger (C), zwischen dem zweiten Reaktor (R2) und dem Verdampfer (E) und zwischen dem Gasfang (Co) und dem Verflüssiger (C),B) Opening the circuit between this reactor (R1) and the condenser (C), between the second reactor (R2) and the evaporator (E) and between the gas trap (Co) and the condenser (C), C) Öffnen des Kreislaufs zwischen dem ersten Reaktor (R1 ) und dem Verdampfer (E), zwischen dem zweiten Reaktor (R2) und dem Verflüssiger (C) und zwischen letzterem und dem Gasfang (Co),C) opening the circuit between the first reactor (R1) and the evaporator (E), between the second reactor (R2) and the condenser (C) and between the latter and the gas trap (Co), D) Öffnen des Kreislaufs zwischen dem dritten Reaktor (R3) und dem Verdampfer (E) und zwischen letzterem und dem Gasfang (Co).D) Opening the circuit between the third reactor (R3) and the evaporator (E) and between the latter and the gas trap (Co). 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den Reaktoren und der äußeren Wärmequelle umlaufende Wärmeträger (F4) Öl ist.14. Device according to one of claims 5 to 13, characterized in that the heat carrier (F4) circulating between the reactors and the external heat source is oil. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Ableitung der bei der Reaktion Festsubstanz-Gas freiwerdenden Wärme und zur Ableitung der Kondensationswärme Mittel zum Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft umfassen.15. Device according to one of claims 5 to 14, characterized in that the means for dissipating the heat released during the solid substance-gas reaction and for dissipating the heat of condensation comprise means for heat exchange with the ambient air.
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