JP2009536705A - Method and apparatus - Google Patents
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Abstract
エネルギー転送システムは、転送媒体のための密閉回路(20)を包含し、凝縮器/吸収器(22)、液体ポンプ(24)、蒸発器(26)、過熱器(28)及びエネルギー消費装置(30)を含む。回路は低圧側(32)及び高圧側(34)を有し、媒体は、高圧側(34)で液相から気相に変換され、低圧側(32)で戻る。凝縮器/吸収器(22)は、例えば石炭粉末やナノチューブのような固形材料の吸収性物質を含み、モジュールユニットを形成するために蒸発器(26)と結合してもよい。The energy transfer system includes a closed circuit (20) for the transfer medium and includes a condenser / absorber (22), a liquid pump (24), an evaporator (26), a superheater (28) and an energy consuming device ( 30). The circuit has a low pressure side (32) and a high pressure side (34), and the medium is converted from the liquid phase to the gas phase on the high pressure side (34) and returns on the low pressure side (32). The condenser / absorber (22) contains solid material absorbent material, such as coal powder or nanotubes, and may be coupled to the evaporator (26) to form a module unit.
Description
本発明は、エネルギーを転送するための方法及び装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for transferring energy.
エネルギー転送サイクルは、蒸発装置に供給された熱によって液体が気化されることが知られており、こうして生成された蒸気は、特にタービンのような蒸気エンジンを駆動するために、エネルギーを出力するのに使用され、タービンからの蒸気出力は、復水装置内で凝縮され、そして、こうして生成された液体は、蒸発装置へポンプで送り戻される。そのようなシステムは、例えばBE−A−895,148;DE−A−3,445,785;GB−A−9160/1899;及びGB−A−1535154に開示されている。 Energy transfer cycles are known to cause liquids to be vaporized by the heat supplied to the evaporator, and the steam thus generated outputs energy, particularly for driving steam engines such as turbines. The steam output from the turbine is condensed in the condensing unit, and the liquid thus produced is pumped back to the evaporator unit. Such systems are disclosed, for example, in BE-A-895,148; DE-A-3,445,785; GB-A-9160 / 1899; and GB-A-1535154.
循環媒体を低揮発性液体と高揮発性液体との混合物の形態とし、後者の液体を凝縮器/吸収器で凝縮し、ここで後者の液体を低揮発性液体へ吸収し戻すことが知られている。そのようなシステムは、EP−A−181,275;EP−A−328,103;GB−A−294,882;JP−A−56−083,504;JP−A−56−132,410;JP−A−05−059,908;及びUS−A−5,007,240に開示されている。 It is known to make the circulating medium in the form of a mixture of low and high volatility liquids, condensing the latter liquid with a condenser / absorber, where the latter liquid is absorbed back into the low volatility liquid. ing. Such systems are EP-A-181,275; EP-A-328,103; GB-A-294,882; JP-A-56-083,504; JP-A-56-132,410; JP-A-05-059,908; and US-A-5,007,240.
本発明の1つの様相によれば、回路を通して流体物質を流れさせ、そして順次、前記物質が比較的高圧の下では、源からエネルギーを入力することにより前記物質を液相から気相へ変換し、前記物質が比較的低圧の下では、エネルギーを出力することにより前記物質を前記気相から前記液相へ変換する、エネルギーを転送する方法が提供されている。 According to one aspect of the present invention, a fluid material is flowed through a circuit, and sequentially converts the material from a liquid phase to a gas phase by inputting energy from a source under relatively high pressure. A method of transferring energy is provided in which the material is converted from the gas phase to the liquid phase by outputting energy when the material is at a relatively low pressure.
本発明の他の様相によれば、回路と、流体物質を前記回路の中で変位させるようにする変位装置と、源からエネルギーを入力することにより前記物質を液相から気相へ変換させるようにする前記回路内の蒸発装置と、エネルギーを出力することにより前記物質を前記気相から前記液相へ変換させるようにする前記回路内の凝縮装置とを包含しており、前記変位装置が、前記液相に直接作用するポンプを含み、前記ポンプが前記凝縮装置の下流且つ前記蒸発装置の上流にある、エネルギーを転送するための装置が提供されている。 According to another aspect of the present invention, a circuit, a displacement device for displacing a fluid substance in the circuit, and converting the substance from a liquid phase to a gas phase by inputting energy from a source. An evaporation device in the circuit, and a condensing device in the circuit for converting the substance from the gas phase to the liquid phase by outputting energy, the displacement device comprising: An apparatus for transferring energy is provided that includes a pump that acts directly on the liquid phase, wherein the pump is downstream of the condenser and upstream of the evaporator.
本発明により、供給された全エネルギーにおける利用可能な割合を増加させること、換言すると、システムに供給された全エネルギーにおける、変換の達成で失われる割合を減少させることが可能となる。 The present invention makes it possible to increase the percentage of available energy in the total energy supplied, in other words to reduce the percentage lost in achieving conversion in the total energy supplied to the system.
有益的には、凝縮装置は、固形材料の吸収剤を有する凝縮器/吸収器の形態である。これは、媒体混合物を使用するシステムに比べ、混合物を蒸気と液体へ分離するために熱を与える必要が回避される利点がある。 Beneficially, the condensing device is in the form of a condenser / absorber with a solid material absorbent. This has the advantage that the need to apply heat to separate the mixture into vapor and liquid is avoided compared to systems that use media mixtures.
さらに、本発明システムは、凝縮装置を蒸発装置と組み合わせて、単一の組立体、好適にはモジュールユニットとすることにより、比較的簡素化することができる。 Furthermore, the system according to the invention can be relatively simplified by combining the condensing device with an evaporation device into a single assembly, preferably a modular unit.
本発明を明確且つ完全に開示するために、以下本発明の実施例について添付図面を参照して詳述する。 In order to clearly and completely disclose the present invention, embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
図1に関し、システムは、圧縮機4、凝縮器6、膨張弁8及び蒸発器10を直列に含む密閉回路2を包含する。回路2は、例えば物質R22(単一のハイドロクロロフルオロカーボン)のような冷媒へ熱エネルギーを入力する蒸発器10を含んでいる低圧側12と、冷媒から熱エネルギーを放出させる凝縮器6を含んでいる高圧側14とを有する。このシステムの欠点は、かなりのパワー入力を必要とし且つ嵩張って高価である気相圧縮機4が必要となることである。この先行技術のシステムでは、圧縮機4は気相冷媒の圧力を増加させ、その後、気相冷媒が凝縮器6で液相に変換され、この凝縮器から熱エネルギーが放出され、冷媒は膨張弁8に達し、この膨張弁は、圧力降下に起因する物質への冷却効果を有していて、部分的に気相及び部分的に液相への物質の変換を生じさせる。蒸発器10では、冷たい液体物質が外部から熱エネルギーを受け取り、物質はその気相で圧縮機4に供給される。こうして、物質は、低圧の下ではその液相からその気相へ変換され、高圧の下ではその気相からその液相へ変換される。
With reference to FIG. 1, the system includes a closed circuit 2 that includes a compressor 4, a condenser 6, an expansion valve 8, and an
図2に関し、このシステムも密閉回路20を含んでいるが、このシステムは、凝縮器/吸収器組合せ22、液体ポンプ24、蒸発器26、過熱器28及びエネルギー消費装置30を含んでおり、エネルギー消費装置はタービン、プロペラ、ピストン−シリンダ駆動装置あるいはガス機関であってよい。また、回路20は低圧側32及び高圧側34を有するが、物質は、高圧側34ではその液相からその気相へ、そして低圧側32ではその気相からその液相へ変換される。損失を無視すると、周囲環境から気相の物質が熱エネルギーを受け取り得る過熱器28への熱入力は、エネルギー消費装置30で消費される。回路20内の物質は、過熱器28に熱エネルギーを供給する周囲の源の温度よりも低い少なくとも30℃である大気圧の蒸発温度レベルを有するすべての適宜の物質であってよい。周囲の源は、地面付近の空気、あるいは海、湖又は河川の水であってよい。好適には、蒸発温度レベルは、源の温度よりもかなり低く、例えば、水では少なくとも5℃低く、空気では少なくとも10℃低い。そのような物質の例はR22,二酸化炭素及び窒素である。
With respect to FIG. 2, this system also includes a closed
このシステムの利点は、圧縮機4に相応する液体ポンプ24が、回路を回って物質を駆動するための原動力を供給し、圧縮機4よりはるかに少ない所要電力を有し、さらに、よりコンパクトで安価である。
The advantage of this system is that the
図3に関し、これは、過熱器28への熱エネルギー入力が、外気から、あるいは、河川又は海からのような周囲の水からであってよいことを示している。特に、過熱器28は、建物、特にホテルのような大きな建物の空気調和装置の冷水器に代えることができる。また、図は、エネルギー消費装置30が発電機38、船舶用プロペラ40を駆動してもよく、あるいは、車両42のエンジンに代えてもよいことを示している。発電機38は、ホテル36、家屋44及び/又はポンプ24に供給するのに使用されてよい。
With respect to FIG. 3, this indicates that the thermal energy input to the
図4に関し、凝縮器/吸収器22は、例えば木炭又石炭の粉末あるいはナノチューブのような毛細管性質の固形材料の吸収性物質48を入れたシェル46を含む。シェル46及び吸収性物質48を通って、コイル50の形状をなす蒸発器26が延びている。従って、凝縮器/吸収器22及び蒸発器26は、4つの入口及び出口だけを備えた組立体を構成する。コイル50に接している吸収性物質48の作用は、吸収性物質に入る物質の飽和蒸気圧を低減することである。コイル50の内部では、吸収性物質48内で存在するよりも高圧力の下で気相が生起される。
Referring to FIG. 4, the condenser /
通常、熱力学サイクルでは、凝縮器圧力は蒸発器圧力よりも高いが、図4に示されるシステムでは、吸収性物質48を使用しているために、凝縮器圧力は蒸発器圧力よりも低い。吸収性物質48内での蒸気の凝縮の間に放出される熱エネルギーは、蒸発器26のための熱要求を平均させる。コイル50の内面面積は、過熱器28への蒸気の質量流量を決定する大きな要因である。回路内のガス状物質の温度が周囲温度よりも低いので、過熱器28は、外気又は水から回路内の物質へ熱エネルギーを転送する。過熱された蒸気は、圧力調整ソレノイド弁52を介してタービン30に入る。タービン30からの低圧の出力蒸気は、凝縮器/吸収器22に入って凝縮され、従って熱エネルギーを放出する。タービン30は、発電機38を駆動するのに使用され、この発電機は、タービン30による電力発生よりもはるかに少ない電力消費、例えばタービンで発生された電力の10%〜15%の電力消費をもつ圧縮機54を駆動する。圧縮機54は、液体リザーバ56に、回路20内の最低圧力を生起する。シェル46の底部には、液体の凝縮液のためのリザーバ56への流れ接続部57がある。凝縮液が吸収性物質48を通り過ぎると、液体の一部は直ちに蒸発し、質量流量の約10%である「フラッシュ」蒸気を生じる。圧縮機54は、リザーバ56からこの「フラッシュ」蒸気を抜き出し、そして、補助凝縮器58及び膨張弁60を経て、これらアイテムの援助で、「フラッシュ」蒸気を液体の凝縮液に変換し、これをリザーバ56に送出する。液体ポンプ62は、リザーバ56内の凝縮液を逆止弁64を介してコイル50へ送る。ポンプ62はギヤ又は遠心ポンプであってよい。圧縮機54は、装置30から機械的に、あるいは、スイッチ68及び70を経て発電機38又は外部電源66から電気的に駆動されてよい。圧力逃し弁72はタービン30及びソレノイド弁52をバイパスする。
Normally, in the thermodynamic cycle, the condenser pressure is higher than the evaporator pressure, but in the system shown in FIG. 4, the condenser pressure is lower than the evaporator pressure because of the use of the
図5に示される形式は、多くの点で図4のものとは異なる。第1に、特にシステムの始動位相中に稼動する補助回路61は、リザーバ56を含む代わりに、リザーバ56の内部に主過冷却器を形成する蒸発器74を含み、その結果、回路61は回路20から完全に独立するとともに、「フラッシュ」蒸気はリザーバ56自体の内部で凝縮される。さらに、液体は、リザーバ56内の補助過冷却器76を介し、ポンプ62によりコイル50へ送られ、これにより、ポンプ62による液体の加熱が中和される。その上、装置30は出力歯車箱及び動力軸78を有する。さらに、装置30からの低圧蒸気出力は、配管を介する代わりに、シェル46の頂部へ直接入る。
The format shown in FIG. 5 differs from that of FIG. 4 in many respects. First, the
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