JP2017522530A - 高効率出力生成のための多段蒸気圧縮およびヒートポンプ - Google Patents

Abstract

当該方法によると、同じ溶媒を有する異なる電解質溶液が結合される。溶液は様々な温度で連続的に圧縮され気化して、蒸気が高温で高い負の偏差を呈する第２の溶液によって連続的に吸収される。各吸収器の吸収熱は次の蒸発器によって回収される。使用される蒸発器−吸収器の対が多いほど、温度上昇または生成される圧力比が高くなる。最後に、蒸気は高温で第１の溶液に戻る。電解質が溶解され、各溶液から除去されて、総合的な熱回収およびサイクルの超高効率を達成する。気体吸収が溶媒蒸気の代わりに提案される。

Description

本発明は、吸収ヒートポンプおよび中間温度熱源からの出力生成のための、溶液の熱圧縮方法と、該方法の熱伝達への適用に関する。

低温から高温への熱伝達の最も一般的な方法、その他の場合の熱アップグレーディング方法は蒸気圧縮サイクルに基づく。このサイクルでは、液体が所望の冷却温度で気化する。蒸気は圧縮され、凝結されて熱を除去し、膨張され、再度気化する。圧縮が機械的圧縮器を通じて実行されるとき、サイクルは機械圧縮冷却サイクルと称される。その代わりに、蒸気は蒸気物質溶液によって吸収（凝結）させることができる。溶液は機械的に圧縮され、蒸発器に至り気化する。熱は圧縮のために消費され、このサイクルは熱圧縮または吸収サイクルと称される。物質の蒸発熱は、純粋物質からよりも溶液から蒸発するときの方が高い。この結果、吸収ヒートポンプの場合、伝達係数はおおよそｎ＝０．７となる。溶液は蒸発器と吸収器で同一の濃度を有する。これらの２つの機器間の圧力比は温度差に依存する。

別の用途も示唆され、飽和溶液が高温の吸収器から冷却されて、温度を低下させる。これは電解質溶液であってもよい。溶解度、ひいては濃度が減少する。電解質結晶のような別の相も形成されて、溶液から分離される。その結果生じる低濃度溶液が気化して、蒸気が圧縮されて吸収器に至る。残りの溶液も吸収器に至り、最初の溶液が改質される。もしくは、低濃度溶液が圧縮されて、吸収器温度まで加熱される。低濃度溶液は部分的に気化されて、蒸気が冷却または電力サイクルを実行して、その後、吸収器において吸収される。残りの溶液は吸収器に戻り、そこで分離された電解質が最初の溶液を形成する。吸収熱は蒸発器によって回収される。

溶液の蒸気圧は温度だけではなく、溶質および濃度の性質に依存する。低濃度溶液の蒸気圧は、同一の温度では高濃度溶液の蒸気圧よりも高い。圧力勾配が２つの溶液間で確定されるが、どちらも同一の温度である。同様に、２つの溶液は同一の圧力だが、異なる温度で気化する。溶液の蒸気圧はＰ＝ａＰ^０＝γｍＰ^０である。ただし、Ｐ^０は純粋溶媒の圧力であり、ａは活量であり、γは溶媒および溶質の性質と溶液濃度の関数である活量係数であり、ｍはモル濃度である。

本発明は、同一の溶媒を有する２つの異なる溶液を結合する。第２の溶液活量は第１の溶液には直接依存せず、第１の溶液活量よりもずっと低く、高温上昇を導く。蒸気が低温で第１の溶液の蒸発によって生成されて、第２の溶液吸収器によって吸収される。冷却、加熱、膨張比は溶液の蒸発と吸収によって直接生成される。追加の蒸発器と凝縮器は必要ではない。第２の溶液が圧縮されて、第１の溶液吸収器温度まで加熱される。第２の溶液が気化し、蒸気が第１の溶液に戻る一方、残りの溶液は第２の溶液吸収器に戻る。第１の溶液のために異なる温度で数個の蒸発器が使用され、各蒸発器が第２の溶液の吸収器と組み合わされて、１つの吸収器から除去された熱が蒸発器によって回収されて吸収器−蒸発器対を形成する。吸収が同一の蒸発圧力で発生する場合、温度上昇が達成される一方、吸収が同一の蒸発温度膨張比で発生する場合、作業成果が達成される。各対が温度または圧力上昇に寄与する。高出力生成が蒸気質量毎に達成される。要約すると、勾配は使用される対に比例する。温度上昇または膨張比はさらに増大させることができ、この用途を商業的に利用可能とする。また、中間溶液濃度でサイクルが変更される、あるいは、中間蒸発器−吸収器が追加されて、システム拡張の複雑さなしに勾配を高める。また、気体−溶液の使用が提示されて、電解質分離から発生する可能性のある実際的な課題を克服する。各対の圧力比の増大は、溶液からの気体溶解−解放によって達成される。第１の溶液の濃度を大幅に変更して、第２の溶液の代わりに同時に使用することができる。

図１は単段用途を示す。（Ａ）は吸収器であり、そこから第１の溶液は高濃度から低濃度へ冷却が開始され、熱交換器（ＨＥ１）を通過する。（Ｅ１）は第１の低濃度溶液部分蒸発器であり、（Ｅ）は第２の溶液蒸発器であり、（Ａ１）および（Ａ０）は第２の溶液部分吸収器であり、（ＨＥ２．１）および（ＨＥ２．２）は第２の溶液熱交換器であり、（ＡＡ）は中間吸収器であり、（ＥＥ）は中間蒸発器であり、（ＨＥ３）は中間溶液熱交換器である。（Ｋ１）、（Ｋ２）、（Ｋ３）は分離相（通常は電解質結晶）貯蔵場所である。（Ｔ）は蒸気膨張タービンである。液体ポンプと膨張バルブも設けられる。

各図において、太線は第１の溶液の循環であり、細線は第２の溶液の循環であり、破線は蒸気の循環であり、２点鎖線は分離相（電解質）の循環である。

図２は、（Ｅ）からの蒸気が直接（Ａ）に至るときの図１に示すサイクルの温度−圧力（Ｔ対ＩｎＰ）図である。斜線は（Ｅ１）、（Ｅ）、（Ａ）、（Ａ１）の一定濃度線である。蒸発器（Ｅ１）と吸収器（Ａ１）は同一の圧力であり、（ＡＡ）と（ＥＥ）が使用されないときＰＥ１＝ＰＡ１およびＰＡ＝ＰＥである。

図３は多段用途を示す。（Ｅ１）、（Ｅ２）、（Ｅ３）は第１の溶液の部分蒸発器である。（Ａ１）、（Ａ２）、（Ａ３）は第２の溶液の部分吸収器である。第１の蒸発器は第１の吸収器と第１の対を形成し、以下同様である。（Ａ０）は、使用または省略することができる第２の溶液の部分吸収器である。（ＥＥ／ＡＡ）は同一の機器において示される中間蒸発器／吸収器であり、（ＫＰ）は電解質結晶分離用の機器であり、（Δ３）は電解質溶解用の機器である。

図４は、気体が液体溶媒に溶解するケースを示す。第１の溶液は第２の溶液の役割も果たす。蒸発器（Ｅ２）と吸収器（Ａ１）および蒸発器（Ｅ３）と吸収器（Ａ２）は同一の機器内に示す。（Δ１）、（Δ２）、（Δ３）は電解質溶解用の機器である。（ＥＡ）は、気体が高気体濃度溶液から解放されて、その後、低気体濃度溶液に吸収される熱交換器である。

図５は、第１の溶液が熱交換器−吸収器（ＥＡ）を通って吸収器（Ａ）に至るケースを示す。これは、「塩析」効果電解質が蒸発器の前で追加されて、溶液から排除されて、最終の蒸発器を出るケースである。同様のケースは、「塩析」電解質が第２の溶液蒸発器（Ｅ）で使用されて、（Ａ３）を出る溶液を飽和させるときである。（Ｋｓｏｕｔ）は電解質の貯蔵場所である。

図６は、（Ｅ）からの蒸気が吸収器（ＡＸ）によって低温で吸収され、（ＡＸ）温度で動作する蒸発器（ＥＸ）から解放される気体−溶液のケースを示す。別の熱交換器−吸収器−蒸発器（ＥＡＸ）が使用される。

本方法に関連するすべての溶液は、融点の異なる溶質が溶解している液体溶媒を含む。最も一般的で便利な溶質が電解質である。実質上、溶液は過飽和しているが、溶質を分離させなければならないとき、電解質は既知の方法によって飽和濃度で結晶化させられる。溶解度が低減し、異なる相が形成されると、この相は電解質を用いる場合に電解質結晶となる。この文言は本明細書では簡潔化のためにも使用する。溶液から解放される気体を使用するケースは、蒸気が気相であるとき、蒸気として特徴付けられる。

第１の溶液は低温および低濃度で気化し始め、次に、高温となり、溶質が溶解して、可能な低圧で蒸気を吸収することができる。第２の溶液は高濃度で蒸気を吸収し、その後、電解質を排除して高圧で気化することができる。

図１は、簡易化のために単段圧縮が適用されるときの方法を示す。第１の好ましい電解質溶液は高温および高濃度で吸収器（Ａ）から冷却されて、温度（１−２）を低下させる。溶解度が低下し、別の相が形成される。固体電解質溶液を使用する場合、この相は電解質結晶である。結晶形成は任意の既知の技法によって促進される。簡潔化のため、分離された相は以下、結晶と称する。結晶は溶液（２）から分離され、保管タンク（Ｋ１）に収集される。残りの低濃度溶液は適切な圧力まで膨張させられて、第１の部分蒸発器（Ｅ１）から所望の冷却温度で気化する。蒸発のためにより多くの結晶が生成される場合、それらの結晶はタンクに収集される。残りの溶液（３）が圧縮されて、吸収器（Ａ）に戻る（４）。分離された結晶も吸収器（Ａ）に至る。結晶溶解は好ましくは、吸収器に入る前に行われる。吸収器に向かって移動する流は熱を回収して、熱交換器（ＨＥ１）を経て吸収器を出る。蒸気もここを通って加熱される。

（Ｅ１）から生成される蒸気は吸収器（Ａ１）に至る（点３−６）。そこで、蒸気は第２の溶液によって吸収される。この溶液は第１の溶液と同じ溶媒を有するが、電解質濃度は異なる。吸収温度が蒸発温度よりもずっと高い場合、第２の溶液は異なる電解質を有する、あるいは高濃度で同一の電解質を有する。最後に、第２の溶液は第１の溶液よりもずっと低い活量を有するように選択されるため、同一の圧力では吸収温度が蒸発温度よりも高い、あるいは同一の温度では吸収圧力が蒸発圧力よりも低い。１例として、低濃度水溶液（４Ｍ）の蒸気圧は３０ｍｂａｒ（４５℃）であり、高濃度溶液（８０％ＮａＯＨ）の圧力は０．１ｍｂａｒである。

分離された結晶は通常、湿っている。溶媒は結晶上で移送される。結晶が適当な圧力に達して、この溶媒を気化させて、吸収器に至らせることができる。

そこから、溶液が冷却されて、補助吸収器（Ａ０）に入る（１１）。分離された結晶がタンク（Ｋ２）に収集される一方、溶液は圧縮されて（８）、蒸発器（Ｅ）に至り（９）、そこで部分的に気化する。溶液（１０）の残りは膨張して、吸収器（Ａ１）に戻される。熱交換器（ＨＥ２．１）と（ＨＥ２．２）を通って冷却される溶液および加熱される溶液間で熱交換が行われる。（Ｅ）からの蒸気（８）は吸収器（Ａ）に至り、そこで吸収される（別のオプションを図１に示す）。（Ａ）と（Ｅ）の圧力と温度は、各機器で同じになるように調節される。吸収熱が蒸発器から回収される。吸収温度が上昇すると、第１の溶液の溶解度が上昇し、活量が低下する一方、（Ｅ）の第２の溶液の濃度は、低温溶液では濃度は一定であるために温度に依存しない。このように、（Ａ）と（Ｅ）は同一の圧力および温度に達することができる。

１例として、（Ａ）の温度ＴＡ＝１７０℃であり、この温度での濃度Ｍ＝４０モルであると仮定する。溶液（第１の溶液）は２℃まで冷却され、その場合の濃度は５Ｍであり、蒸気圧Ｐ＝１０ｍｂａｒ＝ＰＥ１である。ＺｎＣｌ_２水溶液が第２の溶液として使用される。次に、Ａ１の圧力はＰＡ１＝ＰＥ１＝１０ｍｂａｒである。Ｐ−Ｔ−Ｍ（結晶線）図によると、この溶液溶解度は、ＴＡ１＝１００℃で４５Ｍである。この溶液は２０℃まで冷却され、その場合の濃度は３０Ｍである。これは（Ｅ）の濃度でもある。（Ｅ）の気化温度ＴＥ＝１７０およびＭ＝３０の結果、ＰＥ＝１．５ｂａｒ＝ＰＡとなる。

電解質の除去は、溶解した電解質と共通イオンを有する別の電解質を追加することによって達成することができる。溶解度が低減し、電解質の一部が除去される。新たな溶液が冷却され、添加物が除去される。１例として、Ｚｎ（ＣｌＯ_３）_２が主電解質であり、ＫＣｌＯ_３が高温で追加される場合、Ｚｎ（ＣｌＯ_３）の一部が除去される。溶液を冷却すると、０℃での溶解度が０．３Ｍであり、１４０℃での溶解度が９Ｍであるため、ＫＣｌＯ_３も除去される。

低温での第１の溶液と第２の溶液間の活量差が高いほど、吸収器（Ａ）の温度が高くなる。（Ａ）の温度を低下させるため、さらなる蒸気圧縮が適用される。（Ｅ）からの蒸気（８）が、同一の圧力で中間吸収器（ＡＡ）によって吸収されて、濃縮溶液を含む。溶液は冷却されて電解質を除去し、タンク（Ｋ３）に収集され、その後、圧縮されて蒸発器（ＥＥ）に至り、そこで部分的に気化する。残りの溶液が膨張して吸収器（ＡＡ）に戻る一方、蒸気は吸収器（Ａ）によって吸収される。吸収器（ＡＡ）と蒸発器（ＥＥ）は同一の温度で動作するが、必ずしも（Ａ）と同一の温度で動作する必要はない。（ＥＥ）と（Ａ）および（ＡＡ）と（Ｅ）は同一の圧力レベルで動作する。熱交換器（ＨＥ３）も使用される。（Ａ）を出る溶液には中間吸収器−蒸発器も使用することができる。このケースは図３に示され、（Ａ）を出る溶液が冷却され、（ＡＡ）に入り（１１）、（Ｅ）あるいは上述の蒸発器（ＥＥ）からの蒸気を吸収する（１４）。その結果生じる溶液が冷却されて電解質を除去し、圧縮されて（ＥＥ）に入り、そこで部分的に気化する。蒸気は（Ａ）に入り（１３）、溶液は（Ｅ１）に至る（３）。

（Ｅ１）での第１の溶液の気化から生成される蒸気は、タービン（Ｔ）を通って膨張され、吸収器（Ａ０）で吸収される（図１、５−７）。吸収器Ａ０と蒸発器Ｅ１は同一の温度で動作することができ、吸収熱が蒸発器から回収される。（Ａ０）は第１の吸収器とすることができ、そこで第２の溶液が循環し始めて、溶液が（Ａ１）に入る。

多段蒸発−吸収プロセスを適用することができる。第１の溶液が異なる温度で連続的に気化され、（Ａ）に入る前に圧縮される。各蒸発器からの蒸気は対応する吸収器によって吸収される。各吸収器から除去された熱は次の蒸発器によって戻される。

本実施形態を図３で説明する。（Ｅ）を出ると、低濃度の第２の溶液が最終の吸収器（Ａ３）に至り、そこから膨張して、第１の吸収器（Ａ０）を出るまでに次の吸収器へ入る。電解質は（Ａ３）の前で溶解し、次の吸収器の前で除去されるため、溶液は各吸収器で飽和する。溶媒が各吸収器に入る際、溶液は電解質を除去せずに飽和させることができる。（Ａ１）を出ると、溶液はさらに冷却されて、より低い可能な濃度を達成し、（Ｅ）に移動する。第１の溶液は第１の蒸発器（Ｅ１）から気化し始め、（Ｅ２）に入り、再び圧縮されて（Ｅ３）に入り、そこから再び圧縮されて（Ａ）に入る。（Ｅ１）からの蒸気は（Ａ１）に入り、（Ｅ２）からの蒸気は（Ａ２）に入り、（Ｅ３）からの蒸気は（Ａ３）に入る。

第２の溶液は、（Ａ１）から逆方向に移動することができる。蒸発器（Ｅ１）を出る蒸気（５）は、同一の圧力だが高温（６）で吸収器（Ａ１）によって吸収される。残りの第１の溶液は圧縮されて、（Ａ１）の温度で蒸発器（Ｅ２）によって部分的に気化する。第２の溶液は圧縮されて、吸収器（Ａ２）に入り、（Ｅ２）からの蒸気を吸収する。残りの第１の溶液が圧縮されて、（Ｅ３）に入り、そこで部分的に気化し、蒸気が（Ａ３）によって吸収される。同一の温度で動作する（Ｅ２）／（Ａ１）、（Ｅ３）／（Ａ２）の対は同一の機器であってもよい。ユニットは熱伝達用に使用されると仮定する。熱は選択された冷却温度ＴＥ１で第１の吸収器によって吸収され、（Ａ３）によって除去される。ＴＥｉ、ＴＡｉがそれぞれ蒸発器と吸収器の温度である場合、ＴＥ１からＴＡ１へ、ＴＡ１からＴＡ２へ、ＴＡ２からＴＡ３への温度上昇があり、熱が除去される。各吸収器の温度は、濃度と蒸発器圧力によって決定される。蒸発器圧力は、熱が回収される吸収器の温度と濃度とによって決定される。

第２の溶液が第１の吸収器から最終の吸収器に移動するにつれ、その温度と溶解度が上昇する。電解質は各吸収器の前で溶解して、溶液を飽和させ（最大濃度）、蒸気圧を低下させる。最終の吸収器の後、溶液が冷却され、電解質の一部が除去されてタンクに保管される。次に、溶液は蒸発器（Ｅ）に至り、部分的に気化して、第２の溶液吸収器すべてによって吸収された蒸気を解放する。上述したように、この蒸気は第１の溶液吸収器（Ａ）によって吸収される。

吸収器（Ａ１）からの第１の溶液は低温に冷却される。溶解度が低下し、分離相が形成される。溶液から除去され、タンク（Ｋ１）に収集されるのは電解質結晶である。残りの溶液が（Ｅ１）に入る。

図３では、（Ｅ）の圧力を低下させる別の実施形態を示す。溶液がやや低い温度で冷却され、膨張して中間吸収器（ＡＡ）に入り（１１）、（Ｅ）からの蒸気を吸収する。次いで（１２）、溶液は吸収器を出て、冷却されて（２）電解質を除去し、圧縮されて蒸発器（ＥＥ）に入り（１４）、気化する。蒸気が（Ａ）に至る一方、溶液は冷却されて（Ｅ１）に入る（３）。

第１および第２の溶液は多くの流れに分割させることができ、各流れは個別の機器に至る。１例として、第１の溶液は３つの流れに分割され、各流れは１つの蒸発器に至る。すべての流れは吸収器（Ａ）に合流する。

本発明の別の実施形態では、第１の溶液が第２の溶液に転換する。最終の部分蒸発器（Ｅ３）を出る第１の溶液は最終の吸収器（Ａ３）の温度まで加熱されて、電解質が溶解し溶液を飽和させる。この溶液は吸収器（Ａ３）に入り、第２の溶液としての役割を果たす。部分吸収器を出ると、電解質が除去され、低濃度溶液が蒸発器（Ｅ１）に入る。

もしくは、各蒸発器の蒸気がタービンを介して膨張し、蒸発器温度で吸収される。吸収熱は蒸発のために使用される。その代わりに、蒸発器−吸収器対が熱アップグレーディングのために使用され、最終の蒸発器の蒸気が膨張して、第１の吸収器によって吸収される。高膨張比を達成するため、吸収は最低温度で実行される。環境温度または任意のその他の温度で動作可能な別の吸収器（Ａ０）が使用される。その吸収器の除去熱は第１の蒸発器（Ｅ１）によって回収することができる。現在は（Ａ０）が第１の吸収器である。最終の吸収器から除去された熱は一部、加熱のために使用され、一部は最終の蒸発器の蒸気生成のために使用され、その蒸気が出力生成用に膨張されて、（Ａ０）で吸収される。明らかに、蒸気は過熱し、吸収前に再加熱してもよい。

第２の溶液は、電解質分離後に部分的に低温で気化させることができる。蒸気は蒸発器（Ｅ１）の前で第１の溶液によって吸収される、あるいは凝結されて、第１の溶液として使用される。電解質分離は、純粋溶媒であるときは第１の溶媒において適用されない。電解質分離は、低温熱が利用可能なときに適用することができる。

理想溶液からの高い負の偏差と、温度と共に上昇する溶解度とを呈する電解質溶液が好ましい。無水溶液も好ましい。いくつか例を挙げると、（Ｌｉ、Ｒｂ、Ｂａ）と（Ｂｒ_２、Ｉ_２、Ｃｌ_２、ＳＣＮ、ＣｌＯ_４）、ＮａＯＨ、ＲｂＯＨ、ＫＯＨ、同量のＮａＯＨ／ＫＯＨ混合物、ＺｎＣｌ_２、ＣｏＩ_２、ＳｂＣｌ_２、ＬｉＬＯ_３、（Ｒｂ、Ｃｓ）ＮＯ_３、Ｈ_２ＢＯ_３である。これらの混合物も使用することができる。Ｈ_２Ｏ、メチルアミン、メタノール、ホルムアミド、ＤＭＦ、ＤＭＳＯ、ＦＡ、ＡＮ、ＮＨ_３などの極性溶媒が示唆される一方、イオン液体も簡便である。

本発明の別の実施形態では、気体−溶液が使用される。電解質が追加され、溶液から分離されて、気体の溶解度あるいは気溶体の圧力または温度を変更する。

気体の溶解度は、気体と溶媒の性質、温度、圧力に依存する。温度が上昇するとともに溶解度が低下し、圧力が上昇すると共に溶解度が上昇する。溶解度における電解質の影響は、「塩溶」および「塩析」効果として知られる。溶解度が上昇するか等価である前者の場合、圧力を低下させることができ、溶解度は一定である。「塩析」の場合、溶解度は低減する、あるいは圧力が上昇して溶解度を一定に保つ。大きな極性イオン（通常、陰イオン）は「塩溶」効果を有する。小さな多価イオンは「塩析効果」を有する。

気体が電解質であるとき、気体と共通イオンを有する電解質を溶解させることによって同じ効果が生じる。溶解した電解質と共通イオンを有する別の電解質が追加されるとき、電解質の溶解度が低下する。それは「共通イオン」効果として知られる。１例として、ＨＣｌが気体として使用される場合、Ｈ_２ＢＯ_３を高温で溶解させることができる。Ｈ_２ＢＯ_３の溶解度は１００℃では６Ｍであり、０℃では０．５Ｍである。高温でＨ_２ＢＯ_３を溶解させると、ＨＣｌの溶解度が低下する、あるいは圧力を上昇させて濃度を一定に保つことができる。この添加物を除去すると、溶解度が上昇する（同一の圧力および温度でより多くの気体を溶解させることができる）。冷却溶液Ｈ_２ＢＯ_３がすべて除去される。わずかに可溶性または「不可溶性」の電解質がいずれの場合も添加物として好ましく、低温で除去される。「気体」という文言は、溶媒よりも揮発性がずっと高い物質を示すために使用される。

本実施形態では、気体−溶液が部分的に気化するため、気体の一部が解放された後、別の溶液によって吸収される。そのプロセスを図５に示す。部分蒸発器および吸収器は、図３と同一であるため本図では示さない。溶液は蒸発器（Ｅ１）で気化される。解放された気体は、吸収器（Ａ１）内の別の溶液によって吸収される。残りの液体は圧縮されて、蒸発器（Ｅ２）に入り、そこで再び気化される。解放された気体は、（Ａ２）内の第２の溶液などによって吸収される。上述の実施形態のような温度上昇または膨張比を達成するには、第２の溶液はより低い活量を有していなければならず、つまり、より低い気体濃度を有する、あるいは異なる溶媒を含む。

最終の部分吸収器を出る第２の溶液は蒸発器（Ｅ）に入り、そこで加熱および気化されるため、部分吸収器によって既に吸収されている気体が解放される。第１の溶液は最終の蒸発器を出た後、熱交換器（ＥＡ）を通じて加熱されて、気体を解放し、濃度を低減する。「塩溶」電解質が溶液に溶解され、蒸発器（Ｅ）の最高温度まで加熱され、吸収器（Ａ）に入り、（Ｅ）から発生する気体を吸収する。（Ａ）内の第１の溶液は、（Ｅ）内の第２の溶液の活量に近づくにつれて、濃度を大きく低下させる。（Ａ）と（Ｅ）は同一の温度および圧力で動作する。

吸収器（Ａ）を離れると、溶液は交換器（ＥＡ）を通過して、そこで解放された気体を吸収し、冷却されて電解質を除去する。電解質を除去すると、溶解度は低下するが、温度も低下する。次に、溶液が蒸発器（Ｅ１）に入る。熱の回収が（ＥＡ）において（Ａ）と（Ｅ）間で実行される。

気体吸収により第２の溶液の濃度上昇を回避するために、溶液は部分吸収器を出て、（Ｅ）に至り、気体を除去して、次の部分吸収器に戻る。

第１および第２の溶液の圧力差を増大するため、「塩析」、「塩溶」、「共通イオン」効果を適用することができる。適用の程度は効率−実装コスト式に依存する。

「塩析」電解質は第１の蒸発器の後で溶解し、最終の蒸発器（Ｅ３）の後で溶液冷却を通じて除去される。（ＥＡ）に入る前に溶液は膨張する（圧力が低下する）。このように、第１の溶液は、（Ａ）の圧力に影響を及ぼさずに、同一の気体溶解度でより高い圧力まで圧縮される。溶液は（ＥＡ）の後で冷却され、電解質を除去し、溶解度を高めた後、再度加熱して、（Ｅ）から、次に（ＥＡ）からの気体を吸収することができる。（Ａ）の「塩溶」電解質溶解は回避することができる。同様に、「塩溶」電解質は第２の吸収器の前で第２の溶液に溶解し、最終の吸収器の後で除去される。吸収圧力は、（Ｅ）の圧力に影響を及ぼさずに同一の気体溶解度で低下する。「塩析」または「共通イオン」電解質は、飽和していないときは（Ｅ）に入る前に第２の溶液に溶解して、第２の溶液を飽和させる。溶液が飽和すると、最終の吸収器（Ａ）を出た溶液は冷却され、「塩析」または「共通イオン」電解質が溶解して、低温で溶液を飽和させる。溶液は低温から加熱され、気体を除去し始める。蒸発器Ｅは低温で作用している。追加の電解質は、（Ｅ）の後、溶液冷却によって除去される。（Ａ１）を出る溶液が既に飽和している場合、電解質溶解前に圧縮させることができる。（Ｅ）の気化圧力はこのように上昇する。溶液圧力の調節は、（Ｅ）（上昇）の前および電解質抽出（膨張）の後に実行される。気体が電解質であるとき、気体と共通イオンを有する電解質を使用することによって、「塩析」効果を生じさせることができる。

該方法が出力生成に適用される場合、温度は（Ｅ１）から（Ａ２）に上昇する。（Ａ２）からの吸収熱を使用して、（Ｅ３）から気体を気化（解放）させる。（Ｅ３）からの気体は膨張し、（Ａ０）によって吸収される。蒸発器（Ｅ３）の圧力は（Ａ２）の圧力よりも高い。（Ａ２）を出る溶液は圧縮されて、「塩析」が追加されるため、気化を高圧で発生させることができる。「塩溶」が（ＥＡ）の後で第１の溶液に追加される。

別の実施形態では、同一の溶媒が第２の溶液のために使用される。交換器（ＥＡ）を出る第１の溶液の気体濃度は低い。第１の溶液は第２の溶液として使用される。第１の溶液は吸収器に至り、その後、「塩溶」電解質がこれに溶解され、溶液は交換器（ＥＡ）に移動して、そこに解放された気体を吸収する。次いで、溶液は圧縮され、冷却されて電解質を除去し、蒸発器（Ｅ１）に入る。「塩溶」や「塩析」効果に関係するその他すべての代替策を適用することができる。

（Ｅ）の圧力を低く維持するため、そこから解放された気体は（ＥＡ）を出た第１の溶液によって低温で吸収される。該方法は図６に示す。溶液は冷却され、（Ｅ）の圧力まで膨張し、吸収器（ＡＸ）に入って（Ｅ）からの気体を吸収する。次に、溶液は（Ｅ３）の圧力まで圧縮され、「塩溶」電解質が溶解し、加熱され、熱交換器（ＥＡＸ）に入って冷却されて、そこで解放される気体を吸収する。次に、気体が蒸発器（ＥＸ）で解放され、残りの溶液が冷却されて電解質を除去し、（ＥＡＸ）に至り加熱されて、より多くの気体（（ＥＡＸ）に既に吸収されている気体）を除去する。（ＥＸ）から解放される気体は（Ａ）に溶解する。吸収器（ＡＸ）は（ＥＸ）と同一の温度で動作し、吸収器（Ａ）は（Ｅ）と同一の温度で動作するため、熱が回収される。「塩析」効果も適用することができ、電解質が（ＡＸ）の前で除去される。冷却された溶液から除去された熱は常に、加熱される溶液によって回収される。１例として、（Ｅ３）を出る溶液の濃度は０．６であり、（ＥＡ）を出る溶液の濃度は０．４であり、１モルが（Ｅ）から生じ、（ＥＡＸ）に入る溶液の濃度は０．５である。２モルが（ＥＡＸ）で吸収され、溶液が濃度０．７で（ＥＸ）に入る。１モルが解放されて（Ａ）に至る。溶液は濃度０．６で（ＥＡＸ）に入り、０．４の濃度で出て、（Ａ）に入り、０．５の濃度で出て、（ＥＡ）に入り、０．７の濃度で出て、（Ｅ１）に入り、部分吸収器で部分的に気化して、濃度０．６で（Ｅ３）を出る。

多くの気体−溶液に関するデータがある。この用途にとって便利ないくつかの溶媒は、１エチル−３−メチル−ホスホリン−１酸化物、ＤＭＥ−ＴＥＧ、ＤＭＥ−ＴＥＧ／テトラメチル尿素（７５／２５）とフレオン３０、フレオン２１、２２、およびＤＭＡ、ＤＭＦ、ＤＥＦとフレオン２１、１１、２２などである。テトラエチレングリコールジメチルエーテル（ＤＭＦ−ＴＥＧ）を溶媒として、フレオン２２を気体として適用すると仮定する。部分吸収器の圧力は０．３（一定）に選択される。単純なケースを検討するために電解質は含まない。

Ｅ１内の第１の溶液はｘ＝０．７５（モル分率）の濃度を有する。蒸発温度は圧力７０ｐｓｉａで２８℃（８３Ｆ）である。第１の溶液は部分的に気化し、濃度が低下する。解放された気体（フレオン）は、濃度ｘ＝０．３、圧力７０ｐｓｉａ、温度８８℃（１９０Ｆ）で第２の溶液吸収器Ａ１によって吸収される。残りの第１の溶液は、８８℃、ｘ＝０．７、圧力２６０ｐｓｉａでＥ２において圧縮され気化する。気体はｘ＝０．３、ｐ＝２６０ｐｓｉａ、ｔ＝１６０℃（３２０Ｆ）でＡ２によって吸収される。残りの第１の溶液はｘ＝０．６５、ｔ＝１６０℃、ｐ＝４５０ｐｓｉａでＥ３によって気化される。気体は、ｘ＝０．３、ｐ＝４５０ｐｓｉａ、ｔ＝１８０℃（３６０Ｆ）でＡ３によって吸収される。これは、熱が除去される（アップグレードされる）温度である。

（Ｅ３）の蒸気を膨張させて、ｔ＝ＴＥ＝２８℃で吸収器（Ａ０）によって吸収することができる

溶媒が気化する最初の場合、吸収器（Ａ１）からの溶液が圧縮され、加熱されて、蒸発器（Ｅ）に入り、そこで気化する。蒸気は高温で吸収器（Ａ）に入る。結果として生じる溶液は、冷却されて電解質を除去し、再び加熱されて、（Ａ）の温度で蒸発器（Ｅ１）に入るため、吸収熱が蒸発によって回収される。溶液は（Ｅ１）から出て、分離された電解質が溶解して、膨張し、吸収器（Ａ）に入る。蒸気は蒸発器（Ｅ）の温度で凝結して、気化用の熱を提供し、冷却されて、冷蔵温度で膨張し、吸収器（Ａ１）に入る。

参考文献
１．ＳＴＹＬＩＡＲＡＳ Ｖａｓｉｌｅｉｏｓ ＰＣＴ／ＧＲ２０１３／００００１２
２．Ｂ．Ｊ．Ｅｉｓｅｍａｎ，Ｊｒ．ＡＳＨＲＡＥ ＪＯＵＲＮＡＬ，１，４５，Ｎｏ．１２，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ １９５９：“Ａ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ Ｆｌｕｏｒｏａｌｋａｎｅ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｓ”

Claims (13)

1. 活量が異なるが同一の溶媒を含む２以上の溶液を結合し、一方の溶液から他方の溶液へ蒸気として熱が伝達される、熱伝達および出力生成用の熱圧縮方法であって、
   前記溶液は好ましくは理想溶液から高い負の偏差を呈し、前記溶質は好ましくは可溶性の固体電解質であり、前記第１の溶液の方が高い溶媒活量を有するように前記溶液が異なる電解質から成り、
   前記第１の溶液が圧縮され、連続的に高くなる温度レベルで部分的に気化され（Ｅ１）、（Ｅ２）、（Ｅ３）、
   各蒸発から生成される蒸気は、前記第２の溶液からそれぞれ対応する部分吸収器（Ａ１）、（Ａ２）、（Ａ３）に吸収され、各吸収器の後で徐々に圧縮され、
   各蒸発器は対応する吸収器に接続されるため、吸収は蒸発圧力および高温で実行され、その温度で次の蒸発が発生して吸収熱を回収し、
   各蒸発器は作業生成蒸気膨張タービンを介して対応する吸収器に接続され、膨張圧力は前記第１の溶液蒸発温度に等しい吸収温度に対応し、
   前記最終の部分吸収器の熱は、一部は加熱用に使用され、一部は前記第１の溶液の気化用に使用されるため、蒸気が生成されて、タービン（Ｔ）を介して膨張し、低温または第１の蒸発器（Ｅ１）温度で第２の溶液吸収器（Ａ０）によって吸収され、
   前記第２の溶液電解質が各吸収器の前で溶解して、前記溶液を前記吸収温度で飽和させ、
   前記最終の吸収器を出た前記第２の溶液が冷却されて、電解質結晶が形成され、前記溶液から分離される一方、前記残りの溶液は圧縮されて、適当な温度まで加熱され、蒸発器（Ｅ）に入り、そこで部分的に気化して、既に前記部分吸収器から吸収されている蒸気を解放し、
   最終の部分蒸発器を出た前記第１の溶液が圧縮され、前記第２の溶液蒸発器（Ｅ）の同一の圧力および温度まで加熱される一方、第１の溶液電解質は既に溶解して前記溶液を飽和させており、
   前記第１の溶液が吸収器（Ａ）に入り、蒸発器（Ｅ）から生じる蒸気を吸収し、
   （Ａ）の吸収熱が前記蒸発器（Ｅ）によって回収される一方、前記吸収温度は、前記電解質の溶解度が前記気化した第２の溶液と等しい溶液活量を提供するように選択されており、
   前記吸収器（Ａ）中に形成される前記第１の溶液が冷却されて、前記溶解した電解質を除去し、前記残りの溶液の圧力が調節され、前記第１の部分蒸発器（Ｅ１）に至り、
   加熱された溶液、蒸気、分離された電解質が前記冷却された溶液から熱を回収し、
   （Ｌｉ、Ｒｂ、Ｂａ）と（Ｂｒ_２、Ｉ_２、Ｃｌ_２、ＳＣＮ、ＣｌＯ_４）、ＮａＯＨ、ＲｂＯＨ、ＫＯＨ、同量のＮａＯＨ／ＫＯＨ混合物、ＺｎＣｌ_２、ＣｏＩ_２、ＳｂＣｌ_２、ＬｉＩＯ_３、（Ｒｂ、Ｃｓ）ＮＯ_３、Ｈ_２ＢＯ_３、またはこれらの混合物などの電解質を使用することができるが、Ｈ_２Ｏ、メチルアミン、メタノール、ホルムアミド、ＤＭＦ、ＤＭＳＯ、ＦＡ、ＡＮ、ＮＨ_３、イオン液体などの極性溶媒も使用することができる、方法。
2. 前記第２の溶液の蒸発器（Ｅ）から解放された蒸気が、中間吸収器（ＡＡ）の濃縮溶液によって吸収され、
   この溶液は冷却されて電解質を除去し、その後、圧縮され、加熱されて、前記冷却された溶液から熱を回収し、中間蒸発器（ＥＥ）に入って、部分的に気化し、
   前記溶液が膨張して前記吸収器（ＡＡ）に戻る一方、前記蒸気が第１の溶液蒸発器（Ａ）に入る、請求項１の熱伝達および出力生成用の熱圧縮方法。
3. 前記第１の溶液が選択された温度まで冷却され、（ＡＡ）が第２の溶液蒸発器（Ｅ）からの蒸気を吸収し、
   結果として生じる溶液がさらに冷却されて、請求項１のように電解質を除去し、
   圧縮されて、加熱されて冷却溶液から熱を回収し、中間蒸発器（ＥＥ）に入って、部分的に気化し、
   前記残りの溶液が膨張して第１の部分蒸発器（Ｅ１）に入る一方、蒸気は前記吸収器（Ａ）によって吸収される、請求項１の熱伝達および出力生成用の熱圧縮方法。
4. 最終の部分蒸発器（Ｅ３）を出る第１の溶液が、前記第１の吸収器の温度に達し、
   より多くの電解質が溶解して、前記溶液を飽和させ、
   結果として生じる溶液が第１の吸収器に入り、前記第２の溶液の役割を果たし、最終の吸収器を出て、電解質を除去し、部分蒸発器（Ｅ１）に入る、請求項１の熱伝達および出力生成用の熱圧縮方法。
5. 電解質除去後の前記第２の溶液が加熱され、選択された温度で気化し、
   前記蒸気が凝結し、第１の蒸発器に入り、前記第１の溶液から成り、吸収器Ａおよび蒸発器Ａが省略される、請求項１の熱伝達および出力生成用の熱圧縮方法。
6. 第１の吸収器（Ａ１）からの溶液が圧縮され、加熱され、蒸発器（Ｅ）に入り、そこで部分的に気化され、
   残りの溶液が冷却され、膨張されて、吸収器（Ａ１）に入り、
   前記蒸気が吸収器（Ａ）に入り、そこで（Ｅ）の温度よりも高い選択温度で吸収され、
   前記溶液が冷却されて電解質を除去し、圧縮されて、前記吸収器（Ａ）の温度まで加熱されて、前記吸収器（Ａ）の温度である（Ｅ１）で部分的に気化し、
   前記残りの溶液が蒸発器（Ｅ１）を出て、前記除去された電解質が溶解し、
   前記溶液が膨張し、吸収器（Ａ）に入り、
   （Ａ）からの吸収熱が（Ｅ１）での蒸発用に使用され、蒸気が前記蒸発器（Ｅ）の温度で凝結するように、（Ｅ１）の温度および圧力が選択され、
   蒸気が前記蒸発器（Ｅ）の温度で凝結し、蒸発用の熱を提供し、冷却されて、前記所望の冷却温度に対応する圧力まで膨張し、
   前記液体が気化し、吸収器（Ａ１）に入り、
   加熱された溶液が前記冷却溶液から熱を回収し、（Ａ１）の溶液は必ずしも飽和されていない、請求項１の熱伝達および出力生成用の熱圧縮方法。
7. 気体が前記溶液に溶解しているため、この気体が前記溶媒蒸気の代わりに蒸気として解放され、前記溶媒を溶液毎に異ならせることができ、電解質の溶解および除去が気体の溶解度を達成するために適用され、
   気化圧力が高くなるように、前記第１の溶液が前記第２の溶液よりも高い気体濃度および活量を有し、
   前記最終の蒸発器（Ｅ３）を出る溶液が熱交換器（ＥＡ）を介してさらに加熱されて、気体濃度を低下させ、
   塩溶効果電解質が溶解し、
   前記溶液が加熱されて吸収器（Ａ）に入り、（Ｅ）から解放される気体を吸収し、
   前記溶液が熱交換器（ＥＡ）を通過して、解放されている気体を吸収し、冷却されて前記電解質を除去し、
   前記溶液圧力が調節されて、前記溶液が蒸発器（Ｅ１）に入り、
   前記第２の溶液電解質が使用される場合、「塩溶」電解質であり、
   前記一連の吸収器の最終吸収器から生じ、溶解されている塩溶電解質を除去する前記第２の溶液が圧力を調節され、加熱されて蒸発器（Ｅ）に入り、そこで部分的に気化される、請求項１の熱伝達および出力生成用の熱圧縮方法。
8. 塩析または共通イオン電解質が第２の部分蒸発器（Ｅ２）の前で溶解し、前記最終の蒸発器の後で除去され、
   塩析または共通イオン電解質が、前記溶液が飽和していないときは、蒸発器（Ｅ）の前で前記第２の溶液に溶解し、前記溶液が飽和しているときは、最初に圧縮される、あるいは（Ｅ）の前で冷却され、前記電解質が低温で溶解して溶液を飽和溶液に変える、請求項７の熱伝達および出力生成用の熱圧縮方法。
9. 前記塩析または共通イオン電解質が溶解された前記第２の溶液が、前記熱交換器（ＥＡ）を出た後、冷却されて前記電解質を除去し、
   前記溶液が加熱されて、吸収器（Ａ）に至る、請求項８の熱伝達および出力生成用の熱圧縮方法。
10. 前記第１の溶液が熱交換器（ＥＡ）の後で冷却され、膨張し、吸収器Ａ１に入り、電解質を溶解して前記第２の溶液の役割を果たし、
    前記溶液が前記最終の吸収器（Ａ３）の後で、前記熱交換器（ＥＡ）圧力に達し、ここを通過して、解放された気体を吸収し、冷却されて電解質を除去し、圧縮されて蒸発器（Ｅ１）に入る、請求項７の熱伝達および出力生成用の熱圧縮方法。
11. 熱交換器（ＥＡ）の後で前記第１の溶液が冷却され、前記蒸発器（Ｅ）の圧力まで膨張し、
    補助吸収器（ＡＸ）に入り、（Ｅ）から生じる気体を吸収し、圧縮され、加熱され、塩溶効果電解質を溶解し（Δ）、吸収器・熱交換器（ＥＡＸ）に入り、補助蒸発器（ＥＸ）に至り、そこで部分的に気化し、
    残りの溶液が冷却されて電解質（Ｋ）を除去し、前記吸収器・熱交換器（ＥＡＸ）を通過する除去された気体を吸収し、吸収器（Ａ）に入り、
    蒸発器（ＥＸ）に解放される気体が前記吸収器（Ａ）によって吸収され、
    吸収器（ＡＸ）と蒸発器（ＥＸ）が同一の温度で動作して、前記吸収熱が蒸発から回収され、
    （ＥＡＸ）から除去された吸収熱は、そこで解放される気体によって回収され、
    すべての加熱流は、冷却される溶液から熱を回収する、請求項７の熱伝達および出力生成用の熱圧縮方法。
12. 前記第２の溶液が各吸収器の後で前記蒸発器（Ｅ）に至り、吸収された気体を解放して、次の吸収器に戻る、請求項７の熱伝達および出力生成用の熱圧縮方法。
13. 前記蒸発器から解放される気体が、同一の圧力で前記吸収器によって吸収され、前記最終の蒸発器から解放された気体が低温で吸収器（Ａ０）によって部分的に吸収され、
    （Ａ０）の吸収が前記環境温度または前記第１の蒸発器（Ｅ１）の温度である任意の温度で行われ、
    前記第２の溶液が圧縮され、塩析または共通イオン電解質が蒸発器（Ｅ）の前で溶解し、
    塩溶電解質が（ＥＡ）の後で前記第１の溶液に溶解する、請求項７の熱伝達および出力生成用の熱圧縮方法。

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