JP2016118383A - Lgwp冷媒を用いる吸収冷凍サイクル - Google Patents
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Abstract
Description
この出願は2010年4月1日に出願された米国仮出願一連番号61/320,305に関し、およびその優先権の利益を主張し、その内容を本明細書に援用する。
の系の性能を向上すると考えられることである。また、吸収冷凍は、それは典型的にはこれらの系への負荷を増大させる同じエネルギーの源、すなわち太陽エネルギーを用いて必要な冷却を提供する能力を持つため、そのような環境において利点を有し得る。
それに限定されない)も優秀な冷凍能力およびそれらを環境に優しいものにする非常に短い大気での寿命を有することが分かっており、本発明に従う使用、好ましくは吸収剤としての使用に好ましい。これらの冷媒は、銅およびアルミニウムと併用可能であるという追加の利益も有する。銅およびアルミニウムの使用は両方とも、向上した熱伝達により効率を増大させ、全体の費用を減少させる。
別の観点において、本発明は以下を含む吸収冷凍系を提供する:
(a)1種類以上のフッ素化有機化合物からなるグループから選択される冷媒;(b)その冷媒の沸点よりも少なくとも40℃高い沸点を有する1から8個までの炭素原子(C1〜C8)を有する1種類以上のフッ素化有機化合物を含む吸収剤;(c)前記の冷媒を蒸発させるのに適した蒸発装置;(d)前記の冷媒を前記の吸収剤と混合するのに適したミキサー、ここで前記のミキサーは前記の蒸発装置に流体的に接続されている;(e)前記の冷媒の少なくとも一部を前記の吸収剤中に溶解させて溶液を生成するのに適した吸収装置、ここで前記の吸収装置は前記のミキサーに流体的に接続されている;(f)前記の吸収装置に流体的に接続されたポンプ;(g)前記のポンプに流体的に接続された熱交換器;(h)前記の溶液を蒸気冷媒構成要素および液体吸収剤構成要素に熱力学的に分離するのに適した分離装置、ここで前記の分離装置は前記の熱交換器に流体的に接続されている;(i)前記の分離装置および前記のミキサーに流体的に接続された戻り油ライン、ならびに(j)前記の蒸気冷媒構成要素を凝縮するのに適した凝縮装置、ここで前記の凝縮装置は前記の分離装置および前記の蒸発装置に流体的に接続されている。
特定の態様において、本方法および系は少なくとも部分的に太陽エネルギーにより動かされて、最も負荷が大きい時に冷却を提供する。その吸収冷媒は地球温暖化性が低く、安全に使用でき、エネルギー効率がよい。
ルエーテルに基づく油および鉱油である。そのような油は、本明細書で論じるように、単独または本明細書で論じるフッ素化吸着剤の1種類以上との組み合わせのどちらかで、吸収能力においても作用することができる。この目的のため、冷媒および溶媒の混合に関する本明細書における論考は、その冷媒、フッ素化吸着剤および溶媒が含まれる溶液に等しく適用可能である。
その冷媒のその溶媒中での溶解は、少なくとも大部分まで、吸収装置中で起こってよい。その吸収装置は、冷媒ガスを油に基づく溶媒中に溶解させるのに適したあらゆるタイプのものであることができる。吸収装置の例には、それを通して、またはその周囲で冷却媒体が循環する熱交換器が含まれる。
媒を含む気相は凝縮装置に移され、そこでその冷媒の少なくとも一部または実質的に全部がそれの気相から液相に変換される。
い。下記で説明するように、LCCP分析を用いて技術開発における選択を評価することができる。作動流体は低い全体的な流体GWPを有するべきであるだけでなく、それらはエネルギー独立および技術開発に向けた低減されたエネルギー消費による優れた社会への見返りも有していなければならない。この出願に関する冷媒の選択の環境への影響を決定するため、地球温暖化への直接的および間接的寄与の両方の分析が実施された。直接的な寄与は冷媒の放出に由来し、間接的な寄与はその設備により消費される力を供給するための化石燃料の燃焼による。
直接的 = 冷媒充填×(年間喪失率×寿命+寿命の終了による喪失)×GWP
間接的 = 年間電力消費×寿命×0.65
この情報を用いてライフサイクル気候性能(LCCP)分析を実施し、それを本明細書の図5および6において示す。これらの結果から、その間接的な寄与因子は冷媒の放出からのあらゆる寄与を圧倒することは非常に明確である。400レベル未満のあらゆる低減は全体に対して有意な影響を有しない。
トランス−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン(1234ze(E))のFord Motor craft油(Ford仕様書番号WSH−M1C231−Bを満たすPAG冷媒圧縮機油)中における溶解度を、微量天秤を用いて測定した。非ランダム2液体(Non−Random Two Liquid)(“NRTL”)活性係数モデル(Renon H., Prausnitz J. M., “液体混合物に関する過剰熱力学関数における局所組成” AIChE J., 14(1), S.135-144, 1968))を用いてそのデータの相関と共に測定されたその溶
解度を、図1において示す。これらのデータから、Ford Motor Craft油はほとんど無視できる蒸気圧を有することおよびNRTLモデルはそのデータを正確に表すことができることが分かる。
実施例1からのデータを用いて、単一効用吸収サイクルを開発した。この発明の単一効用吸収系の代表的な概略図を図2において図説する。
その油から分離することができる温度まで上昇させる。その加熱された混合物をライン8を通してその熱交換器から移動させて分離装置28に導入し、それによりその冷媒は、実質的に液体状態のままであるその油から実質的に蒸気状態で分離する。次いでその油をライン9を通して、および油弁30を通して戻し、そこでそれの圧力をライン4中の圧力と調和するように減少させる。弁30からその油をライン10を通してミキサー20に戻し、そこでそれは再度その冷媒と混合され、そのプロセスを繰り返す。
1)蒸発装置28:2℃
2)凝縮装置32:40℃
3)3000kJ/hrをボイラー26に供給する
4)飽和した液体が吸収装置22を出る
5)その蒸発装置36をライン4を通って出る過熱:3℃
6)流れ8の組成は、90重量%の油および10重量%の冷媒である。
実施例3:
二重効用吸収の代表的な概略図を図3において図説する。
15を通して第2ミキサー48に送る。ライン16は油を第1油弁62を通して送り、そこでその圧力をライン4中の圧力と調和するように減少させる。次いでその油をライン17を通してミキサー40に送り、そこでそれは再度その冷媒と混合され、そのプロセスを繰り返す。
1)蒸発装置68:2℃
2)凝縮装置64 40℃
3)ポンプ44を出る圧力は
4)1500kJ/hrをボイラー46に供給する
5)飽和した液体が吸収装置42および吸収装置50の両方を出る
6)その蒸発装置68を出る過熱:3℃
7)T字管58はその流れを、30%を流れ14に、および70%を流れ16に分ける。
これらのパラメーターを用いて、1234ze(Z)およびFord motor craft油を用いる計算されたCOPは5.04である。
なる液体を用いる吸収冷凍サイクルの他の変形を開示しているが、それらの変形の多くは別のやり方でこの発明の実施において用いることができる。
1.抗酸化剤、例えばフェノールに基づくもの、例えばBHT
2.極圧添加剤−塩素化された物質、リンに基づく物質−リン酸トリクレジル、硫黄に基づく物質
3.消泡添加剤(例えばシリコン類)
4.油性添加剤(例えば有機酸およびエステル)
5.酸捕捉剤(例えば)エポキシド類。
上記で提供した図に特に関連して、その吸収サイクルの効率はQcooling/(Qin+WP)として計算される。例えQinが廃熱であると考えられ、エネルギーの“無料の”源であるとしても、これは可能性のある冷媒ペアを比較するための最高の方法である。典型的なNH3−水吸収サイクルは、5℃の蒸発装置温度および40℃の周囲温度においてCOP=約0.5〜0.6で作動する。本発明に従う1つの吸収冷凍ペアは、HFO−1234yfおよびPAG油である。この特定の吸収ペアは、そのPAG油は無視できる蒸気圧を有し、従ってその発生装置における分離が非常に単純になるという事実から利益を得ている。2℃の蒸発装置温度および40℃の周囲温度において作動させた場合、このサイクルのCOPは約0.6であり、それは理想的なNH3−水系のCOPとほとんど同じである。
2 ライン
4 ライン
5 ライン
6 ライン
7 ライン
8 ライン
9 ライン
10 ライン
12 ライン
13 ライン
14 ライン
15 ライン
16 ライン
17 ライン
20 ミキサー
22 吸収装置
24 ポンプ
26 熱交換器/ボイラー
28 分離装置
30 油弁
32 凝縮装置
34 膨張弁
36 蒸発装置
40 ミキサー
42 第1吸収装置
44 第1ポンプ
46 第1熱交換器/ボイラー
48 第2ミキサー
50 第2吸収装置
52 第2ポンプ
54 第2ボイラー
56 分離装置
58 T字管
60 第2油弁
62 第1油弁
64 凝縮装置
66 膨張弁
68 蒸発装置
Claims (10)
- 以下:
a.1から8個までの炭素原子を有する1種類以上のフッ素化有機化合物を含む第1液相冷媒流を蒸発させて低圧気相冷媒流を生成し、ここで前記の蒸発が系から熱を伝達して冷却させ;
b.前記の低圧気相冷媒流を、その冷媒中の炭素/酸素原子の総数よりも少なくとも2大きい炭素/酸素原子の総数を有する1種類以上の有機化合物を含む第1液相溶媒流と、その気相冷媒流の冷媒の実質的に全部をその第1液相溶媒流の溶媒中に溶解させるのに有効な条件下で接触させて、冷媒−溶媒溶液流を生成し;
c.その冷媒−溶媒溶液流の圧力および温度を増大させ;
d.前記の冷媒−溶媒溶液流を熱力学的に分離して高圧気相冷媒流および第2液相溶媒流にし;
e.前記の第2液相溶媒流を工程(b)に再循環させて前記の第1液相溶媒流を生成し;
f.前記の高圧気相冷媒流を凝縮して第2液相冷媒流を生成し;そして
g.前記の第2液相冷媒流を工程(a)に再循環させて前記の第1液相冷媒流を生成する
を含む、冷凍を提供するための方法。 - 前記の第1液相溶媒流中の前記の1種類以上の有機化合物が、前記の第1液相冷媒流中の1種類以上の有機化合物の沸点よりも少なくとも40℃高い沸点を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記の第1液相冷媒流中の1種類以上の有機化合物がHFC類、HFO類、HFCO類、CO2、およびそれらの組み合わせからなるグループから選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記の第1液相冷媒流中の前記の1種類以上の有機化合物が、1,1,1,2−テトラフルオロプロペン、ジフルオロメタン、トランス−1,1,1,3−テトラフルオロプロペン、シス−1,1,1,3−テトラフルオロプロペン、3,3,3−トリフルオロプロペン、およびそれらの組み合わせの内の1種類以上から選択される、請求項3に記載の方法。
- 前記の第1液相溶媒流中の前記の1種類以上の有機化合物が、フルオロエーテル類、フルオロケトン類、HFC、HFO類、HFCO類、およびそれらの組み合わせからなるグループから選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記の第1液相溶媒流中の有機化合物が、ノナフルオロブチルエーテル、ペルフルオロ(2−メチル−3−ペンタノン)、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン、1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン、およびそれらの組み合わせからなるグループから選択される、請求項5に記載の方法。
- 前記の第1液相冷媒流中の前記の1種類以上の有機化合物が1,1,1,2−テトラフルオロプロペン、ジフルオロメタン、トランス−1,1,1,3−テトラフルオロプロペン、シス−1,1,1,3−テトラフルオロプロペン、3,3,3−トリフルオロプロペン、およびそれらの組み合わせの内の1種類以上から選択され、前記の第1液相溶媒流中の前記の有機化合物がノナフルオロブチルエーテル、ペルフルオロ(2−メチル−3−ペンタノン)、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン、1−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン、およびそれらの組み合わせからなるグループから選択される、請求
項1に記載の方法。 - 前記の第1液相冷媒流中の前記の1種類以上の有機化合物が式CwHxFyClzを有する少なくとも1種類の化合物を含み、ここでwは3から5までの整数であり、xは1から3までの整数であり、zは0から1までの整数であり、そしてy = 2w−x−zである、請求項1に記載の方法。
- 前記の溶媒がポリエチレングリコール油、ポリオールエステル油、ポリプロピレングリコールジメチルエーテルに基づく油および鉱油からなるグループから選択される、請求項1に記載の方法。
- 以下:
a.1種類以上のフッ素化有機化合物からなるグループから選択される冷媒;
b.その冷媒の沸点よりも少なくとも40℃高い沸点を有する1から8個までの炭素原子(C1〜C8)を有する1種類以上のフッ素化有機化合物を含む吸収剤;
c.前記の冷媒を蒸発させるのに適した蒸発装置;
d.前記の冷媒を前記の吸収剤と混合するのに適したミキサー、ここで前記のミキサーは前記の蒸発装置に流体的に接続されている;
e.前記の冷媒の少なくとも一部を前記の吸収剤中に溶解させて溶液を生成するのに適した吸収装置、ここで前記の吸収装置は前記のミキサーに流体的に接続されている;
f.前記の吸収装置に流体的に接続されたポンプ;
g.前記のポンプに流体的に接続された熱交換器;
h.前記の溶液を蒸気冷媒構成要素および液体吸収剤構成要素に熱力学的に分離するのに適した分離装置、ここで前記の分離装置は前記の熱交換器に流体的に接続されている;
i.前記の分離装置および前記のミキサーに流体的に接続された戻り油ライン、ならびに
j.前記の蒸気冷媒構成要素を凝縮するのに適した凝縮装置、ここで前記の凝縮装置は前記の分離装置および前記の蒸発装置に流体的に接続されている
を含む、吸収冷凍系。
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