JP2001272130A - 超臨界二酸化炭素供給装置および冷凍装置 - Google Patents
超臨界二酸化炭素供給装置および冷凍装置Info
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
- F25B9/008—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/06—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
- F25B2309/061—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide with cycle highest pressure above the supercritical pressure
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- Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 超高圧型のコンプレッサを用いることなく超
臨界二酸化炭素を発生させ、機器やシステムに供給す
る。 【解決手段】 活性炭４，５に、超臨界二酸化炭素シス
テム７と、タンク６と、熱源２および冷却水供給源３と
を接続する。タンク６には二酸化炭素が充填され、タン
ク６から活性炭４，５の一方に二酸化炭素が供給され
る。二酸化炭素が供給された側の活性炭４，５を熱源２
と接続して加熱し、残りの活性炭４，５を冷却水供給源
３と接続して冷却する。
臨界二酸化炭素を発生させ、機器やシステムに供給す
る。 【解決手段】 活性炭４，５に、超臨界二酸化炭素シス
テム７と、タンク６と、熱源２および冷却水供給源３と
を接続する。タンク６には二酸化炭素が充填され、タン
ク６から活性炭４，５の一方に二酸化炭素が供給され
る。二酸化炭素が供給された側の活性炭４，５を熱源２
と接続して加熱し、残りの活性炭４，５を冷却水供給源
３と接続して冷却する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超臨界二酸化炭素
を機器等に供給するための超臨界二酸化炭素供給装置お
よび当該装置を利用した冷凍装置に関する。
を機器等に供給するための超臨界二酸化炭素供給装置お
よび当該装置を利用した冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】超臨界流体は、気体でも液体でもなく、
優れた溶解特性をはじめ特異な性質を有する。この溶解
特性を利用して、コーヒーの脱カフェインやホップの抽
出など抽出技術として実用化され、さらに各種化学反応
の溶媒としての利用が広がろうとしている。
優れた溶解特性をはじめ特異な性質を有する。この溶解
特性を利用して、コーヒーの脱カフェインやホップの抽
出など抽出技術として実用化され、さらに各種化学反応
の溶媒としての利用が広がろうとしている。
【０００３】かかる超臨界流体について以下に説明す
る。温度を一定に保ちながら気体を圧縮した場合、一定
以上の圧力になると気体が凝縮して液化するが、一定以
上の高い温度では圧力をどんなに高くしても気体の凝縮
が起こらなくなる。気体の凝縮が起こる最大の温度を臨
界温度、最小の圧力を臨界圧力と呼ぶ。それ以上の温
度、圧力の範囲では、物質は気体とも液体ともつかない
状態、あるいは液体に近い密度を持った気体の状態とな
る。この状態の流体が、超臨界流体と呼ばれる。
る。温度を一定に保ちながら気体を圧縮した場合、一定
以上の圧力になると気体が凝縮して液化するが、一定以
上の高い温度では圧力をどんなに高くしても気体の凝縮
が起こらなくなる。気体の凝縮が起こる最大の温度を臨
界温度、最小の圧力を臨界圧力と呼ぶ。それ以上の温
度、圧力の範囲では、物質は気体とも液体ともつかない
状態、あるいは液体に近い密度を持った気体の状態とな
る。この状態の流体が、超臨界流体と呼ばれる。
【０００４】超臨界流体として利用される代表的な媒体
として二酸化炭素や水が知られている。二酸化炭素は、
臨界温度が３１．１℃と低いため、熱に敏感な物質を変
質させることがなく、取扱い物質中に残留せず、また化
学的に不活性で引火や火災の危険がなく、さらに安価で
入手しやすいことから、最も一般的に使用されている。
として二酸化炭素や水が知られている。二酸化炭素は、
臨界温度が３１．１℃と低いため、熱に敏感な物質を変
質させることがなく、取扱い物質中に残留せず、また化
学的に不活性で引火や火災の危険がなく、さらに安価で
入手しやすいことから、最も一般的に使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、二酸化
炭素の臨界圧力は７．３ＭＰａであるので、超臨界二酸
化炭素を種々の機器に充填するには、超高圧型のコンプ
レッサが必要となるという問題が生じていた。
炭素の臨界圧力は７．３ＭＰａであるので、超臨界二酸
化炭素を種々の機器に充填するには、超高圧型のコンプ
レッサが必要となるという問題が生じていた。
【０００６】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたものである。本発明の目的は、超高圧型の
コンプレッサを用いることなく二酸化炭素を超臨界状態
とし、種々の機器やシステムおいて超臨界二酸化炭素を
利用可能とすることにある。
めになされたものである。本発明の目的は、超高圧型の
コンプレッサを用いることなく二酸化炭素を超臨界状態
とし、種々の機器やシステムおいて超臨界二酸化炭素を
利用可能とすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る超臨界二酸
化炭素供給装置は、超臨界二酸化炭素を機器等に供給す
るためのものであり、１つの局面では、活性炭に二酸化
炭素を吸着させ、当該活性炭を加熱することにより活性
炭に吸着された二酸化炭素を超臨界二酸化炭素とし、機
器等に供給することを特徴とする。
化炭素供給装置は、超臨界二酸化炭素を機器等に供給す
るためのものであり、１つの局面では、活性炭に二酸化
炭素を吸着させ、当該活性炭を加熱することにより活性
炭に吸着された二酸化炭素を超臨界二酸化炭素とし、機
器等に供給することを特徴とする。
【０００８】本願の発明者等は、二酸化炭素を超臨界状
態とすべく臨界温度以上の温度で加圧できる手法につい
て鋭意検討を重ね、吸着材に二酸化炭素を吸着させた状
態で吸着材を加熱することにより、二酸化炭素を臨界温
度以上の温度に加熱しながら二酸化炭素を加圧すること
を着想した。次に、吸着材として使用可能な材質の絞り
こみを行ない、活性炭が最適であることを見出した。そ
して、実際に二酸化炭素を吸着させた状態で活性炭を所
定温度以上に加熱したところ、超臨界二酸化炭素が得ら
れることを知得した。それにより、超高圧型のコンプレ
ッサを用いることなく超臨界二酸化炭素を機器等に供給
することができる。
態とすべく臨界温度以上の温度で加圧できる手法につい
て鋭意検討を重ね、吸着材に二酸化炭素を吸着させた状
態で吸着材を加熱することにより、二酸化炭素を臨界温
度以上の温度に加熱しながら二酸化炭素を加圧すること
を着想した。次に、吸着材として使用可能な材質の絞り
こみを行ない、活性炭が最適であることを見出した。そ
して、実際に二酸化炭素を吸着させた状態で活性炭を所
定温度以上に加熱したところ、超臨界二酸化炭素が得ら
れることを知得した。それにより、超高圧型のコンプレ
ッサを用いることなく超臨界二酸化炭素を機器等に供給
することができる。
【０００９】本発明に係る超臨界二酸化炭素供給装置
は、他の局面では、二酸化炭素を吸着する第１および第
２活性炭と、第１および第２活性炭に二酸化炭素を供給
するための二酸化炭素供給源と、第１および第２活性炭
と二酸化炭素供給源とを切換接続するための第１切換手
段と、第１および第２活性炭の一方を加熱しながら他方
を冷却するための加熱／冷却手段と、加熱／冷却手段に
よる第１および第２活性炭の加熱／冷却を切換える第２
切換手段とを備える。
は、他の局面では、二酸化炭素を吸着する第１および第
２活性炭と、第１および第２活性炭に二酸化炭素を供給
するための二酸化炭素供給源と、第１および第２活性炭
と二酸化炭素供給源とを切換接続するための第１切換手
段と、第１および第２活性炭の一方を加熱しながら他方
を冷却するための加熱／冷却手段と、加熱／冷却手段に
よる第１および第２活性炭の加熱／冷却を切換える第２
切換手段とを備える。
【００１０】上記の加熱／冷却手段により、たとえば第
１活性炭を加熱する一方で第２活性炭を冷却することが
できる。それにより、第１活性炭に吸着された二酸化炭
素を臨界温度以上の温度で加圧して超臨界状態とするこ
とができ、超臨界二酸化炭素を機器等に供給することが
できる。このとき、第２活性炭と二酸化炭素供給源とが
接続されており、当該第２活性炭は冷却される。そのた
め、二酸化炭素供給源からの二酸化炭素は第２活性炭に
効率的に吸着される。第１活性炭からの超臨界二酸化炭
素の放出が終了した後、第１切換手段を切換操作して第
１活性炭と二酸化炭素供給源とを接続するとともに第２
活性炭を機器等と接続し、第２切換手段を切換操作して
第１活性炭を冷却しながら第２活性炭を加熱する。第２
活性炭を加熱することにより、第２活性炭に吸着された
二酸化炭素を超臨界状態とすることができ、超臨界二酸
化炭素を機器等に供給することができる。他方、第１活
性炭は冷却されるので二酸化炭素供給源からの二酸化炭
素を第１活性炭に効率的に吸着することができる。以上
の動作が繰り返されることとなる。したがって、第１お
よび第２活性炭から、連続的に超臨界二酸化炭素を機器
等に供給することができる。
１活性炭を加熱する一方で第２活性炭を冷却することが
できる。それにより、第１活性炭に吸着された二酸化炭
素を臨界温度以上の温度で加圧して超臨界状態とするこ
とができ、超臨界二酸化炭素を機器等に供給することが
できる。このとき、第２活性炭と二酸化炭素供給源とが
接続されており、当該第２活性炭は冷却される。そのた
め、二酸化炭素供給源からの二酸化炭素は第２活性炭に
効率的に吸着される。第１活性炭からの超臨界二酸化炭
素の放出が終了した後、第１切換手段を切換操作して第
１活性炭と二酸化炭素供給源とを接続するとともに第２
活性炭を機器等と接続し、第２切換手段を切換操作して
第１活性炭を冷却しながら第２活性炭を加熱する。第２
活性炭を加熱することにより、第２活性炭に吸着された
二酸化炭素を超臨界状態とすることができ、超臨界二酸
化炭素を機器等に供給することができる。他方、第１活
性炭は冷却されるので二酸化炭素供給源からの二酸化炭
素を第１活性炭に効率的に吸着することができる。以上
の動作が繰り返されることとなる。したがって、第１お
よび第２活性炭から、連続的に超臨界二酸化炭素を機器
等に供給することができる。
【００１１】上記の加熱／冷却手段は、６０℃〜８０℃
の温度の流体を第１と第２活性炭の一方に導いて当該一
方を加熱するための加熱手段と、２０℃〜３０℃の流体
を第１と第２活性炭の他方に導いて当該他方を冷却する
ための冷却手段とを含む。
の温度の流体を第１と第２活性炭の一方に導いて当該一
方を加熱するための加熱手段と、２０℃〜３０℃の流体
を第１と第２活性炭の他方に導いて当該他方を冷却する
ための冷却手段とを含む。
【００１２】本願発明者等は、本発明に係る超臨界二酸
化炭素供給装置を熱駆動するための具体的温度について
も検討を行ない、図５に示すように活性炭を６０℃以上
に加熱することで活性炭に吸着された二酸化炭素の圧力
を臨界圧以上に昇圧することができ、また２０℃〜３０
℃程度に活性炭を冷却することで活性炭への二酸化炭素
の吸着を効率的に行なえることを知得した。そこで、６
０℃〜８０℃程度の流体を用いて一方の活性炭の加熱を
行ない、２０℃〜３０℃程度の流体を用いて他方の活性
炭の冷却を行なうこととした。それにより、第１および
第２活性炭から、連続的かつ効率的に超臨界二酸化炭素
を機器等に供給することができる。また、８０℃以下の
流体を用いることにより、工場等における廃熱を有効利
用することができ、コスト削減を期待できる。
化炭素供給装置を熱駆動するための具体的温度について
も検討を行ない、図５に示すように活性炭を６０℃以上
に加熱することで活性炭に吸着された二酸化炭素の圧力
を臨界圧以上に昇圧することができ、また２０℃〜３０
℃程度に活性炭を冷却することで活性炭への二酸化炭素
の吸着を効率的に行なえることを知得した。そこで、６
０℃〜８０℃程度の流体を用いて一方の活性炭の加熱を
行ない、２０℃〜３０℃程度の流体を用いて他方の活性
炭の冷却を行なうこととした。それにより、第１および
第２活性炭から、連続的かつ効率的に超臨界二酸化炭素
を機器等に供給することができる。また、８０℃以下の
流体を用いることにより、工場等における廃熱を有効利
用することができ、コスト削減を期待できる。
【００１３】本発明に係る冷凍装置は、冷媒として二酸
化炭素を用い、二酸化炭素を吸着する第１および第２活
性炭と、第１および第２活性炭の一方を加熱して当該一
方に吸着された二酸化炭素を超臨界二酸化炭素としなが
ら、第１および第２活性炭の他方を冷却して当該他方に
二酸化炭素を吸着させるための加熱／冷却手段と、加熱
／冷却手段による第１および第２活性炭の加熱／冷却を
切換える第１切換手段と、第１および第２活性炭の一方
で発生した超臨界二酸化炭素を凝縮させるための凝縮器
と、凝縮した二酸化炭素を膨張させる膨張弁と、膨張後
の二酸化炭素を蒸発させ、第１および第２活性炭の他方
と接続される蒸発器と、凝縮器および蒸発器と第１およ
び第２活性炭とを切換接続する第２切換手段とを備え
る。
化炭素を用い、二酸化炭素を吸着する第１および第２活
性炭と、第１および第２活性炭の一方を加熱して当該一
方に吸着された二酸化炭素を超臨界二酸化炭素としなが
ら、第１および第２活性炭の他方を冷却して当該他方に
二酸化炭素を吸着させるための加熱／冷却手段と、加熱
／冷却手段による第１および第２活性炭の加熱／冷却を
切換える第１切換手段と、第１および第２活性炭の一方
で発生した超臨界二酸化炭素を凝縮させるための凝縮器
と、凝縮した二酸化炭素を膨張させる膨張弁と、膨張後
の二酸化炭素を蒸発させ、第１および第２活性炭の他方
と接続される蒸発器と、凝縮器および蒸発器と第１およ
び第２活性炭とを切換接続する第２切換手段とを備え
る。
【００１４】上記の構成において、第１活性炭に二酸化
炭素が吸着されており、加熱／冷却手段で第１活性炭を
加熱し、第２活性炭を冷却するものとする。第１活性炭
を加熱することにより、第１活性炭から超臨界二酸化炭
素を放出させることができる。このとき、第１活性炭が
凝縮器に接続されているので、第１活性炭から放出され
る超臨界二酸化炭素は、凝縮器に移動して凝縮し、膨張
弁で膨張した後、蒸発器で蒸発する。この蒸発の際に周
囲から熱を奪って周囲を冷却する。他方、第２活性炭
は、蒸発器に接続されかつ冷却されるので、蒸発後の二
酸化炭素が第２活性炭に効率的に吸着される。第１活性
炭からの超臨界二酸化炭素の放出が終了すると、第２切
換手段を切換操作して第１活性炭を蒸発器と接続し、第
２活性炭を凝縮器と接続し、さらに第１切換手段を切換
操作して第１活性炭を冷却し、第２活性炭を加熱する。
それにより、第２活性炭から超臨界二酸化炭素を凝縮器
に送り込むことができ、第１活性炭に二酸化炭素を効率
的に吸着させることができる。以上の動作を繰り返すこ
とにより、周囲を冷却することができる。
炭素が吸着されており、加熱／冷却手段で第１活性炭を
加熱し、第２活性炭を冷却するものとする。第１活性炭
を加熱することにより、第１活性炭から超臨界二酸化炭
素を放出させることができる。このとき、第１活性炭が
凝縮器に接続されているので、第１活性炭から放出され
る超臨界二酸化炭素は、凝縮器に移動して凝縮し、膨張
弁で膨張した後、蒸発器で蒸発する。この蒸発の際に周
囲から熱を奪って周囲を冷却する。他方、第２活性炭
は、蒸発器に接続されかつ冷却されるので、蒸発後の二
酸化炭素が第２活性炭に効率的に吸着される。第１活性
炭からの超臨界二酸化炭素の放出が終了すると、第２切
換手段を切換操作して第１活性炭を蒸発器と接続し、第
２活性炭を凝縮器と接続し、さらに第１切換手段を切換
操作して第１活性炭を冷却し、第２活性炭を加熱する。
それにより、第２活性炭から超臨界二酸化炭素を凝縮器
に送り込むことができ、第１活性炭に二酸化炭素を効率
的に吸着させることができる。以上の動作を繰り返すこ
とにより、周囲を冷却することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図１〜図５を用いて、本発
明の実施の形態について説明する。
明の実施の形態について説明する。
【００１６】本発明に係る超臨界二酸化炭素供給装置１
は、吸着材としての活性炭４，５に二酸化炭素を交互に
吸着させ、二酸化炭素を吸着した側の活性炭４，５を加
熱することにより、活性炭４，５に吸着された二酸化炭
素を臨界温度以上の温度下で加圧して超臨界二酸化炭素
とし、この超臨界二酸化炭素を機器（システム）に供給
するものである。
は、吸着材としての活性炭４，５に二酸化炭素を交互に
吸着させ、二酸化炭素を吸着した側の活性炭４，５を加
熱することにより、活性炭４，５に吸着された二酸化炭
素を臨界温度以上の温度下で加圧して超臨界二酸化炭素
とし、この超臨界二酸化炭素を機器（システム）に供給
するものである。
【００１７】本願の発明者等は、従来のコンプレッサを
使用することなく二酸化炭素を超臨界状態とする手法に
ついて鋭意検討を重ね、吸着材に二酸化炭素を吸着させ
た状態で加熱して二酸化炭素を臨界温度以上の温度で加
圧し、超臨界二酸化炭素を得るという着想を得た。
使用することなく二酸化炭素を超臨界状態とする手法に
ついて鋭意検討を重ね、吸着材に二酸化炭素を吸着させ
た状態で加熱して二酸化炭素を臨界温度以上の温度で加
圧し、超臨界二酸化炭素を得るという着想を得た。
【００１８】そして、まず二酸化炭素を吸着可能と思わ
れる種々の吸着材を抽出し、これらの中から特に多くの
二酸化炭素の吸着を期待できる材質を選択し、それらに
ついて二酸化炭素の吸着量を比較した。具体的には、吸
着材の候補として最終的に活性炭とシリカゲルを選択
し、それらについて二酸化炭素の吸着量を測定した。
れる種々の吸着材を抽出し、これらの中から特に多くの
二酸化炭素の吸着を期待できる材質を選択し、それらに
ついて二酸化炭素の吸着量を比較した。具体的には、吸
着材の候補として最終的に活性炭とシリカゲルを選択
し、それらについて二酸化炭素の吸着量を測定した。
【００１９】その結果を図４に示す。図４に示すよう
に、活性炭１，２の方がシリカゲルよりも吸着量が多い
ことが判明した。つまり、本発明の吸着材として活性炭
が最適であることが判明した。
に、活性炭１，２の方がシリカゲルよりも吸着量が多い
ことが判明した。つまり、本発明の吸着材として活性炭
が最適であることが判明した。
【００２０】また、活性炭の中でも、二酸化炭素の吸着
量の大小があり、活性炭における有効表面積等が大きい
方が、二酸化炭素の吸着量が多くなることがわかった。
具体的には、有効表面積が２０００（ｍ2／ｇ）以上
で、細孔容積が１．４（ｍｌ／ｇ）以上である活性炭１
が、本発明で要求される二酸化炭素の吸着量を充分に満
足し、本発明に特に有用であることがわかった。
量の大小があり、活性炭における有効表面積等が大きい
方が、二酸化炭素の吸着量が多くなることがわかった。
具体的には、有効表面積が２０００（ｍ2／ｇ）以上
で、細孔容積が１．４（ｍｌ／ｇ）以上である活性炭１
が、本発明で要求される二酸化炭素の吸着量を充分に満
足し、本発明に特に有用であることがわかった。
【００２１】以上のような過程を経て、本願の発明者等
は、吸着材として活性炭（より好ましくは有効表面積等
が大きい活性炭）を選択した。
は、吸着材として活性炭（より好ましくは有効表面積等
が大きい活性炭）を選択した。
【００２２】次に、本願発明者等は、次のような活性炭
への二酸化炭素の吸着実験を行なった。すなわち、タン
クに活性炭粉末を充填して恒温水槽に付け、活性炭温度
を一定に保ち、二酸化炭素の加圧実験を行なった。その
実験の結果を図５に示す。
への二酸化炭素の吸着実験を行なった。すなわち、タン
クに活性炭粉末を充填して恒温水槽に付け、活性炭温度
を一定に保ち、二酸化炭素の加圧実験を行なった。その
実験の結果を図５に示す。
【００２３】図５に示すように、活性炭の温度を６０℃
以上とすることにより、吸着された二酸化炭素の圧力を
臨界圧（７．３ＭＰａ）以上に昇圧できることを確認し
た。したがって、活性炭の温度を６０℃以上とすること
により、超臨界二酸化炭素を得ることができる。この超
臨界二酸化炭素は、自然に活性炭から離脱するので、活
性炭から超臨界二酸化炭素を抽出することができる。そ
れにより、超高圧型のコンプレッサを用いることなく超
臨界二酸化炭素を機器等に供給することができる。
以上とすることにより、吸着された二酸化炭素の圧力を
臨界圧（７．３ＭＰａ）以上に昇圧できることを確認し
た。したがって、活性炭の温度を６０℃以上とすること
により、超臨界二酸化炭素を得ることができる。この超
臨界二酸化炭素は、自然に活性炭から離脱するので、活
性炭から超臨界二酸化炭素を抽出することができる。そ
れにより、超高圧型のコンプレッサを用いることなく超
臨界二酸化炭素を機器等に供給することができる。
【００２４】以下、本発明に係る超臨界二酸化炭素供給
装置１の具体的構成例について図１および図２を用いて
説明する。図１および図２は、本発明の１つの実施の形
態における超臨界二酸化炭素供給装置１の概略構成図で
ある。
装置１の具体的構成例について図１および図２を用いて
説明する。図１および図２は、本発明の１つの実施の形
態における超臨界二酸化炭素供給装置１の概略構成図で
ある。
【００２５】図１および図２に示すように、本発明の超
臨界二酸化炭素供給装置１は、熱源２と、冷却水供給源
３と、吸着材としての１組の活性炭４，５と、活性炭
４，５に二酸化炭素を供給するためのタンク（二酸化炭
素供給源）６とを備える。
臨界二酸化炭素供給装置１は、熱源２と、冷却水供給源
３と、吸着材としての１組の活性炭４，５と、活性炭
４，５に二酸化炭素を供給するためのタンク（二酸化炭
素供給源）６とを備える。
【００２６】熱源２から６０℃以上の流体が活性炭４，
５の一方に供給され、活性炭４，５の一方が加熱され
る。熱源２は、配管１９，２０およびバイパス配管２１
〜２４を介して活性炭４，５の双方と選択的に接続され
る。
５の一方に供給され、活性炭４，５の一方が加熱され
る。熱源２は、配管１９，２０およびバイパス配管２１
〜２４を介して活性炭４，５の双方と選択的に接続され
る。
【００２７】配管１９には、ポンプ８、切換弁１０，１
１が設置される。ポンプ８により熱源２から熱を奪った
６０℃以上の流体が強制的に送られ、切換弁１０，１３
を切換操作することにより、活性炭４，５の一方に上記
流体が供給される。この流体の温度は、６０℃以上８０
℃以下であることが好ましい。それにより、工場等にお
ける廃熱を有効利用することができコスト削減を期待で
きる。
１が設置される。ポンプ８により熱源２から熱を奪った
６０℃以上の流体が強制的に送られ、切換弁１０，１３
を切換操作することにより、活性炭４，５の一方に上記
流体が供給される。この流体の温度は、６０℃以上８０
℃以下であることが好ましい。それにより、工場等にお
ける廃熱を有効利用することができコスト削減を期待で
きる。
【００２８】冷却水供給源３は、活性炭４，５の他方に
冷却水を供給し、活性炭４，５の一方を冷却する。この
冷却水供給源３も、配管１９，２０およびバイパス配管
２１〜２４を介して活性炭４，５の双方と選択的に接続
される。
冷却水を供給し、活性炭４，５の一方を冷却する。この
冷却水供給源３も、配管１９，２０およびバイパス配管
２１〜２４を介して活性炭４，５の双方と選択的に接続
される。
【００２９】配管２０には、ポンプ９、切換弁１１，１
２が設置される。ポンプ９により冷却水供給源３からの
冷却水が強制的に送られ、切換弁１２，１３を切換操作
することにより、活性炭４，５の一方に上記冷却水が供
給される。この冷却水の温度は、２０℃以上３０℃以下
であることが好ましい。それにより、活性炭４，５の一
方を冷却して所望量の二酸化炭素を吸着させることがで
きる。
２が設置される。ポンプ９により冷却水供給源３からの
冷却水が強制的に送られ、切換弁１２，１３を切換操作
することにより、活性炭４，５の一方に上記冷却水が供
給される。この冷却水の温度は、２０℃以上３０℃以下
であることが好ましい。それにより、活性炭４，５の一
方を冷却して所望量の二酸化炭素を吸着させることがで
きる。
【００３０】なお、活性炭４，５の一方を加熱するため
の加熱手段の一例として熱源２等を挙げたが、上記以外
の手法で活性炭４，５の一方を加熱してもよい。また、
活性炭４，５の他方を冷却するための冷却手段の一例と
して冷却水供給源３等を挙げたが、上記以外の手法で活
性炭４，５の他方を冷却してもよい。
の加熱手段の一例として熱源２等を挙げたが、上記以外
の手法で活性炭４，５の一方を加熱してもよい。また、
活性炭４，５の他方を冷却するための冷却手段の一例と
して冷却水供給源３等を挙げたが、上記以外の手法で活
性炭４，５の他方を冷却してもよい。
【００３１】活性炭４，５は、好ましくは、有効表面積
が２０００（ｍ2／ｇ）以上で、細孔容積が１．４（ｍ
ｌ／ｇ）以上の活性炭である。それにより、６０℃以上
の温度に加熱することで超臨界二酸化炭素を発生させる
ことができ、２０℃〜３０℃程度の温度に冷却すること
で所望量の二酸化炭素を効率的に吸着させることができ
る。
が２０００（ｍ2／ｇ）以上で、細孔容積が１．４（ｍ
ｌ／ｇ）以上の活性炭である。それにより、６０℃以上
の温度に加熱することで超臨界二酸化炭素を発生させる
ことができ、２０℃〜３０℃程度の温度に冷却すること
で所望量の二酸化炭素を効率的に吸着させることができ
る。
【００３２】タンク６には、たとえば４ＭＰａ程度の圧
力の二酸化炭素が充填され、タンク６は、配管２５，２
７，２８を介して活性炭４，５と接続される。配管２５
と配管２７，２８間には４方切換弁１４が設けられる。
この４方切換弁１４を操作することにより、配管２５と
配管２７，２８とが選択的に接続される。すなわち、タ
ンク６と、活性炭４，５とが選択的に接続される。
力の二酸化炭素が充填され、タンク６は、配管２５，２
７，２８を介して活性炭４，５と接続される。配管２５
と配管２７，２８間には４方切換弁１４が設けられる。
この４方切換弁１４を操作することにより、配管２５と
配管２７，２８とが選択的に接続される。すなわち、タ
ンク６と、活性炭４，５とが選択的に接続される。
【００３３】また、活性炭４，５は、配管２６〜２８を
介して超臨界二酸化炭素システム７と接続され、４方切
換弁１４を操作することにより、活性炭４，５が選択的
に超臨界二酸化炭素システム７と接続される。それによ
り、活性炭４，５の一方で発生した超臨界二酸化炭素
を、順次超臨界二酸化炭素システム７に供給することが
できる。つまり、超臨界二酸化炭素を連続的に供給する
ことができる。
介して超臨界二酸化炭素システム７と接続され、４方切
換弁１４を操作することにより、活性炭４，５が選択的
に超臨界二酸化炭素システム７と接続される。それによ
り、活性炭４，５の一方で発生した超臨界二酸化炭素
を、順次超臨界二酸化炭素システム７に供給することが
できる。つまり、超臨界二酸化炭素を連続的に供給する
ことができる。
【００３４】次に、図１および図２を用いて、本発明に
係る超臨界二酸化炭素供給装置１の動作について説明す
る。
係る超臨界二酸化炭素供給装置１の動作について説明す
る。
【００３５】まず、活性炭４から超臨界二酸化炭素シス
テム７への超臨界二酸化炭素の供給が終了し、活性炭５
への二酸化炭素の吸着が完了したものとする。この場
合、図１に示すように、まず切換弁１０，１３を操作し
て熱源２から熱を奪った加熱流体を活性炭５に導く。そ
れにより、活性炭５を加熱し、活性炭５に吸着された二
酸化炭素を臨界温度以上の温度で加圧して超臨界状態と
する。この超臨界二酸化炭素は、配管２７，２６を介し
て超臨界二酸化炭素システム７に供給される。
テム７への超臨界二酸化炭素の供給が終了し、活性炭５
への二酸化炭素の吸着が完了したものとする。この場
合、図１に示すように、まず切換弁１０，１３を操作し
て熱源２から熱を奪った加熱流体を活性炭５に導く。そ
れにより、活性炭５を加熱し、活性炭５に吸着された二
酸化炭素を臨界温度以上の温度で加圧して超臨界状態と
する。この超臨界二酸化炭素は、配管２７，２６を介し
て超臨界二酸化炭素システム７に供給される。
【００３６】他方、切換弁１１，１２を操作して冷却水
供給源３からの冷却水を活性炭４に導く。それにより、
活性炭４を冷却し、タンク６からの二酸化炭素を活性炭
４に吸着させる。このとき、活性炭４は冷却されている
ので、タンク６からの二酸化炭素は活性炭４に効率的に
吸着される。
供給源３からの冷却水を活性炭４に導く。それにより、
活性炭４を冷却し、タンク６からの二酸化炭素を活性炭
４に吸着させる。このとき、活性炭４は冷却されている
ので、タンク６からの二酸化炭素は活性炭４に効率的に
吸着される。
【００３７】活性炭５からの超臨界二酸化炭素の放出が
終了した後、図２に示すように、４方切換弁１４を切換
操作して活性炭５とタンク６とを接続するとともに、切
換弁１０〜１３を切換操作して活性炭５を冷却し、活性
炭４を加熱する。
終了した後、図２に示すように、４方切換弁１４を切換
操作して活性炭５とタンク６とを接続するとともに、切
換弁１０〜１３を切換操作して活性炭５を冷却し、活性
炭４を加熱する。
【００３８】それにより、活性炭４に吸着された二酸化
炭素を超臨界状態とすることができ、超臨界二酸化炭素
を超臨界二酸化炭素システム７に供給することができ
る。他方、活性炭５は冷却されるのでタンク６からの二
酸化炭素を活性炭５に効率的に吸着することができる。
炭素を超臨界状態とすることができ、超臨界二酸化炭素
を超臨界二酸化炭素システム７に供給することができ
る。他方、活性炭５は冷却されるのでタンク６からの二
酸化炭素を活性炭５に効率的に吸着することができる。
【００３９】以上の動作が繰り返されることとなる。し
たがって、活性炭４，５から、連続的に超臨界二酸化炭
素を超臨界二酸化炭素システム７に供給することができ
る。
たがって、活性炭４，５から、連続的に超臨界二酸化炭
素を超臨界二酸化炭素システム７に供給することができ
る。
【００４０】次に、本発明の超臨界二酸化炭素供給装置
を利用した冷凍装置について図３を用いて説明する。図
３は、本発明に係る冷凍装置１５の概略構成図である。
を利用した冷凍装置について図３を用いて説明する。図
３は、本発明に係る冷凍装置１５の概略構成図である。
【００４１】本発明に係る冷凍装置１５は、冷媒として
二酸化炭素を用いるものであり、図３に示すように、図
１等に示す超臨界二酸化炭素供給装置１と同様の構成の
圧縮機相当部と、凝縮器１６と、膨張弁１７と、蒸発器
１８とを備える。なお、図１等に示す場合と同一構成に
は同一番号を付し重複説明は省略する。
二酸化炭素を用いるものであり、図３に示すように、図
１等に示す超臨界二酸化炭素供給装置１と同様の構成の
圧縮機相当部と、凝縮器１６と、膨張弁１７と、蒸発器
１８とを備える。なお、図１等に示す場合と同一構成に
は同一番号を付し重複説明は省略する。
【００４２】凝縮器１６は、配管２６〜２８を介して活
性炭４，５と選択的に接続され、活性炭４，５の一方で
発生した超臨界二酸化炭素を凝縮させる。膨張弁１７
は、凝縮器１６および蒸発器１８と接続され、凝縮器１
６で凝縮した二酸化炭素を絞り膨張させる。
性炭４，５と選択的に接続され、活性炭４，５の一方で
発生した超臨界二酸化炭素を凝縮させる。膨張弁１７
は、凝縮器１６および蒸発器１８と接続され、凝縮器１
６で凝縮した二酸化炭素を絞り膨張させる。
【００４３】蒸発器１８は、絞り膨張後の二酸化炭素を
蒸発させ、その際に周囲から熱を奪って周囲を冷却す
る。この蒸発器１８は、配管２５，２７，２８を介して
活性炭４，５と選択的に接続される。凝縮器１６および
蒸発器１８と、活性炭４，５とは、４方切換弁１４を操
作することにより、切換接続される。
蒸発させ、その際に周囲から熱を奪って周囲を冷却す
る。この蒸発器１８は、配管２５，２７，２８を介して
活性炭４，５と選択的に接続される。凝縮器１６および
蒸発器１８と、活性炭４，５とは、４方切換弁１４を操
作することにより、切換接続される。
【００４４】次に、上記の冷凍装置１５の動作について
説明する。ここで、活性炭５からの超臨界二酸化炭素の
放出が終了し、活性炭４への二酸化炭素の吸着が完了し
たものとする。この場合、切換弁１０〜１３を操作して
加熱流体を活性炭４に導いて活性炭４を加熱し、冷却水
供給源３からの冷却水を活性炭５に導いて活性炭５を冷
却する。
説明する。ここで、活性炭５からの超臨界二酸化炭素の
放出が終了し、活性炭４への二酸化炭素の吸着が完了し
たものとする。この場合、切換弁１０〜１３を操作して
加熱流体を活性炭４に導いて活性炭４を加熱し、冷却水
供給源３からの冷却水を活性炭５に導いて活性炭５を冷
却する。
【００４５】活性炭４を加熱することにより、活性炭４
に吸着された二酸化炭素をたとえば１０ＭＰａ程度にま
で昇圧でき、二酸化炭素を超臨界状態とすることができ
る。この超臨界二酸化炭素は、活性炭４から自然に脱着
して凝縮器１６に向かって移動し、凝縮器１６において
放熱して凝縮する。凝縮した二酸化炭素は、膨張弁１７
で絞り膨張した後、蒸発器１８で蒸発する。この蒸発の
際に周囲から熱を奪って周囲を冷却する。
に吸着された二酸化炭素をたとえば１０ＭＰａ程度にま
で昇圧でき、二酸化炭素を超臨界状態とすることができ
る。この超臨界二酸化炭素は、活性炭４から自然に脱着
して凝縮器１６に向かって移動し、凝縮器１６において
放熱して凝縮する。凝縮した二酸化炭素は、膨張弁１７
で絞り膨張した後、蒸発器１８で蒸発する。この蒸発の
際に周囲から熱を奪って周囲を冷却する。
【００４６】他方、活性炭５は、冷却されているので、
蒸発器１８を通過して蒸発した１ＭＰａ程度の圧力の二
酸化炭素を活性炭５に効率的に吸着させることができ
る。活性炭４からの超臨界二酸化炭素の放出が終了する
と、４方切換弁１４を操作して活性炭４を蒸発器１８と
接続し、活性炭５を凝縮器１６と接続し、さらに切換弁
１０〜１３を操作して活性炭４を冷却し、活性炭５を加
熱する。
蒸発器１８を通過して蒸発した１ＭＰａ程度の圧力の二
酸化炭素を活性炭５に効率的に吸着させることができ
る。活性炭４からの超臨界二酸化炭素の放出が終了する
と、４方切換弁１４を操作して活性炭４を蒸発器１８と
接続し、活性炭５を凝縮器１６と接続し、さらに切換弁
１０〜１３を操作して活性炭４を冷却し、活性炭５を加
熱する。
【００４７】それにより、活性炭５から超臨界二酸化炭
素を凝縮器１６に送り込むことができ、活性炭４に蒸発
器１８からの二酸化炭素を効率的に吸着させることがで
きる。以上の動作を繰り返すことにより、周囲を冷却す
ることができる。つまり、二酸化炭素を冷媒として用い
た熱駆動型の吸着式冷凍装置を構築することができる。
素を凝縮器１６に送り込むことができ、活性炭４に蒸発
器１８からの二酸化炭素を効率的に吸着させることがで
きる。以上の動作を繰り返すことにより、周囲を冷却す
ることができる。つまり、二酸化炭素を冷媒として用い
た熱駆動型の吸着式冷凍装置を構築することができる。
【００４８】上述のように本発明の実施の形態について
説明を行なったが、今回開示した実施の形態はすべての
点で例示であって制限的なものではないと考えられるべ
きである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示さ
れ、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべ
ての変更が含まれる。
説明を行なったが、今回開示した実施の形態はすべての
点で例示であって制限的なものではないと考えられるべ
きである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示さ
れ、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべ
ての変更が含まれる。
【００４９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の超臨界二
酸化炭素供給装置によれば、超高圧型のコンプレッサを
用いることなく超臨界二酸化炭素を機器等に供給するこ
とができる。また、８０℃以下の流体を用いて駆動する
ことができるので、工場等における廃熱を有効利用する
ことができ、コスト削減を期待できる。
酸化炭素供給装置によれば、超高圧型のコンプレッサを
用いることなく超臨界二酸化炭素を機器等に供給するこ
とができる。また、８０℃以下の流体を用いて駆動する
ことができるので、工場等における廃熱を有効利用する
ことができ、コスト削減を期待できる。
【００５０】本発明の冷凍装置によれば、冷媒として二
酸化炭素を用いているので、冷媒として水を用いる従来
の吸着式冷凍装置とは異なり腐食等に起因するメンテナ
ンスが不要となる。
酸化炭素を用いているので、冷媒として水を用いる従来
の吸着式冷凍装置とは異なり腐食等に起因するメンテナ
ンスが不要となる。
【図１】 本発明の１つの実施の形態における超臨界二
酸化炭素供給装置の第１の動作を示す概略構成図であ
る。
酸化炭素供給装置の第１の動作を示す概略構成図であ
る。
【図２】 本発明の１つの実施の形態における超臨界二
酸化炭素供給装置の第２の動作を示す概略構成図であ
る。
酸化炭素供給装置の第２の動作を示す概略構成図であ
る。
【図３】 本発明の１つの実施の形態における冷凍装置
の概略構成図である。
の概略構成図である。
【図４】 活性炭とシリカゲルにおける二酸化炭素吸着
量の比較結果を示す図である。
量の比較結果を示す図である。
【図５】 本発明で使用可能な活性炭における二酸化炭
素の吸着実験結果を示す図である。
素の吸着実験結果を示す図である。
１ 超臨界二酸化炭素供給装置、２熱源、３ 冷却水供
給源、４，５ 活性炭、６ タンク、７ 超臨界二酸化
炭素システム、８，９ ポンプ、１０〜１３切換弁、１
４ ４方切換弁、１５ 冷凍装置、１６ 凝縮器、１７
膨張弁、１８ 蒸発器、１９，２０，２５〜２８ 配
管、２１〜２４ バイパス配管。
給源、４，５ 活性炭、６ タンク、７ 超臨界二酸化
炭素システム、８，９ ポンプ、１０〜１３切換弁、１
４ ４方切換弁、１５ 冷凍装置、１６ 凝縮器、１７
膨張弁、１８ 蒸発器、１９，２０，２５〜２８ 配
管、２１〜２４ バイパス配管。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3L093 NN03 PP03 PP13 PP19 QQ05 4D012 CA20 CB16 CD04 CE01 CE03 CF04 CG01 CH10 CJ06 CK01 4G068 AA01 AB30 AC02 AC03 AD49 AF12
Claims (4)
- 【請求項１】 超臨界二酸化炭素を機器に供給するため
の超臨界二酸化炭素供給装置であって、 活性炭に二酸化炭素を吸着させ、当該活性炭を加熱する
ことにより前記活性炭に吸着された前記二酸化炭素を超
臨界二酸化炭素とし、前記機器に供給することを特徴と
する、超臨界二酸化炭素供給装置。 - 【請求項２】 超臨界二酸化炭素を機器に供給するため
の超臨界二酸化炭素供給装置であって、 二酸化炭素を吸着する第１および第２活性炭と、 前記第１および第２活性炭に前記二酸化炭素を供給する
ための二酸化炭素供給源と、 前記第１および第２活性炭と前記二酸化炭素供給源とを
切換接続するための第１切換手段と、 前記第１および第２活性炭の一方を加熱しながら他方を
冷却するための加熱／冷却手段と、 前記加熱／冷却手段による前記第１および第２活性炭の
加熱／冷却を切換える第２切換手段と、を備えた、超臨
界二酸化炭素供給装置。 - 【請求項３】 前記加熱／冷却手段は、６０℃〜８０℃
の温度の流体を前記第１と第２活性炭の一方に導いて当
該一方を加熱するための加熱手段と、２０℃〜３０℃の
流体を前記第１と第２活性炭の他方に導いて当該他方を
冷却するための冷却手段とを含む、請求項２に記載の超
臨界二酸化炭素供給装置。 - 【請求項４】 冷媒として二酸化炭素を用いる冷凍装置
であって、 前記二酸化炭素を吸着する第１および第２活性炭と、 前記第１および第２活性炭の一方を加熱して当該一方に
吸着された前記二酸化炭素を超臨界二酸化炭素としなが
ら、前記第１および第２活性炭の他方を冷却して当該他
方に前記二酸化炭素を吸着させるための加熱／冷却手段
と、 前記加熱／冷却手段による前記第１および第２活性炭の
加熱／冷却を切換える第１切換手段と、 前記第１および第２活性炭の一方で発生した前記超臨界
二酸化炭素を凝縮させるための凝縮器と、 凝縮した前記二酸化炭素を膨張させる膨張弁と、 膨張後の前記二酸化炭素を蒸発させ、前記第１および第
２活性炭の他方と接続される蒸発器と、 前記凝縮器および前記蒸発器と、前記第１および第２活
性炭とを切換接続する第２切換手段と、を備えた、冷凍
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000086094A JP2001272130A (ja) | 2000-03-27 | 2000-03-27 | 超臨界二酸化炭素供給装置および冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000086094A JP2001272130A (ja) | 2000-03-27 | 2000-03-27 | 超臨界二酸化炭素供給装置および冷凍装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001272130A true JP2001272130A (ja) | 2001-10-05 |
Family
ID=18602312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000086094A Withdrawn JP2001272130A (ja) | 2000-03-27 | 2000-03-27 | 超臨界二酸化炭素供給装置および冷凍装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001272130A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013524139A (ja) * | 2010-03-26 | 2013-06-17 | エクソンモービル リサーチ アンド エンジニアリング カンパニー | 未利用熱を使用して出力および冷却を発生させるシステムおよび方法 |
| JP2013524152A (ja) * | 2010-04-01 | 2013-06-17 | エクソンモービル リサーチ アンド エンジニアリング カンパニー | 繊維吸着剤システムを使用する廃熱の利用、およびその使用方法 |
-
2000
- 2000-03-27 JP JP2000086094A patent/JP2001272130A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013524139A (ja) * | 2010-03-26 | 2013-06-17 | エクソンモービル リサーチ アンド エンジニアリング カンパニー | 未利用熱を使用して出力および冷却を発生させるシステムおよび方法 |
| JP2013524152A (ja) * | 2010-04-01 | 2013-06-17 | エクソンモービル リサーチ アンド エンジニアリング カンパニー | 繊維吸着剤システムを使用する廃熱の利用、およびその使用方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070605 |