JP2019504276A - ハイブリッド蒸気圧縮−吸着サイクルを有する装置およびその実施方法 - Google Patents
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Abstract
Description
吸着手段において吸着および/または脱着可能な第1の作動流体と、
前記吸着手段は2つ以上の吸着/脱着ベッドを含み、
前記吸着/脱着ベッドは、1つ以上の専用の方向変更手段を介して蒸発手段および凝縮手段に接続され、交互に作動可能で、
MVC冷媒、すなわち第2の作動流体を圧縮するための蒸気圧縮ユニットであって、前記2つ以上の吸着/脱着ベッドに接続され、機械式蒸気圧縮ユニットの凝縮器および蒸発器として代替的に機能し、凝縮器が吸着領域の脱着ベッドに再生熱をもたらし、蒸発器が吸着領域の吸着ベッドに冷却をもたらす蒸気圧縮ユニットと、を含んでなり、
ヒートポンプサイクルは、吸着サイクルのために、吸着熱および/または脱着熱を含む熱を内部に再循環させ、
ヒートポンプサイクルは、吸着サイクルのために、吸着熱および/または脱着熱を含む熱を内部に再循環させる。
吸着手段において吸着および/または脱着可能な第1の作動流体と、
前記吸着手段は2つ以上の吸着/脱着ベッドを含み、
前記吸着/脱着ベッドは、1つ以上の専用の方向変更手段を介して蒸発手段および凝縮手段に接続され、交互に作動可能で、
MVC冷媒、すなわち第2の作動流体を圧縮するための機械式蒸気圧縮ユニットであって、前記2つ以上の吸着/脱着ベッドに接続され、機械式蒸気圧縮ユニットの凝縮器および蒸発器として代替的に機能し、凝縮器が吸着領域の脱着ベッドに再生熱をもたらし、蒸発器が吸着領域の吸着ベッドに冷却をもたらす機械式蒸気圧縮ユニットと、を含んでなり、
ヒートポンプサイクルは、吸着サイクルのために有用な熱効果(脱着プロセスのために吸着熱をポンピングする)を提供し、
当該方法は、蒸気圧縮手段を使用して、プロセス中の熱を収着プロセスに送り込み、その中の吸着剤を再生し、これによって強化された効果/出力をもたらす。
(1)サイクルは、外部の熱源に頼ることなく完全に携帯可能で、
(2)機械式蒸気圧縮サイクルがよりシンプルで効率的な切り替え機構を設けるので、最低限の水バルブおよびポンプ使用によって複雑さが低減され、
(3)システムの規模(the scalability)が、0.5Rトンのような小容量からメガワットの規模までで、さらに
(4)機械式蒸気圧縮サイクルおよび吸着サイクルの両方の冷媒が、水または他のグリーン冷媒のような天然の冷媒からのものであり得るために、環境親和性に優れる。
[1] Tulapurkar C, Khandelwal R, Centre T. Transient Lumped Parameter Modeling For Vapour Compression Cycle Based * Corresponding Author. Refrig Air Cond 2010:1-8.
[2] Lepore R, Remy M, Dumont E, Frere M. Dynamic lumped-parameter model of a heat pump designed for performance optimization. Build Simul 2012;5:233-42. doi:10.1007/s12273-012-0080-9.
[3] He X-D, Liu S, Asada HH. Modeling of Vapor Compression Cycles for Multivariable Feedback Control of HVAC Systems. J Dyn Syst Meas Control 1997;119:183. doi:10.1115/1.2801231.
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[5] Chua HT, Toh HK, Ng KC. Thermodynamic modeling of an ammonia-water absorption chiller. Int J Refrig 2002;25:896-906. doi:10.1016/S0140-7007(01)00101-3.
[6] Thu K, Ng KC, Saha BB, Chakraborty A, Koyama S. Adsorption desalination: Theory & Experiments. Thesis. National University of Singapore, 2009. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2008.10.012.
[7] Saha BB, El-Sharkawy II, Shahzad MW, Thu K, Ang L, Ng KC. Fundamental and application aspects of adsorption cooling and desalination. Appl Therm Eng 2015;97:68-76. doi:10.1016/j.applthermaleng.2015.09.113.
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2、3 吸着反応器、吸着熱交換器、ベッド、チャンバ
4 吸着材
5 凝縮器
6、7、8、9 蒸気バルブ
11 圧縮機
12、14 膨張装置
13 4方向弁
16 過冷却熱交換器
19 3方向弁
Claims (43)
- 機械式蒸気圧縮サイクルと吸着サイクルとの組み合わせを含む冷凍またはヒートポンプサイクルを備えた装置であって、
吸着手段において吸着および/または脱着可能な第1の作動流体と、
前記吸着手段は2つ以上の吸着/脱着ベッドを含み、
前記吸着/脱着ベッドは、1つ以上の専用の方向変更手段を介して蒸発手段および凝縮手段に接続され、交互に作動可能で、
MVC冷媒、すなわち第2の作動流体を圧縮するための機械式蒸気圧縮ユニットであって、前記2つ以上の吸着/脱着ベッドに接続され、前記機械式蒸気圧縮ユニットの凝縮器および蒸発器として代替的に機能し、前記凝縮器が吸着領域の脱着ベッドに再生熱をもたらし、前記蒸発器が吸着領域の吸着ベッドに冷却をもたらす機械式蒸気圧縮ユニットと、を含んでなり、
前記ヒートポンプサイクルが、前記吸着サイクルのための脱着および/または冷却のための有用な熱をもたらすことを特徴とする装置。 - 吸着熱および/または脱着熱を含む熱を部分的にまたは完全にポンピングする機械的手段が設けられていることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 全部または一部の熱リサイクルモードで脱着熱を吸着床に送り込むための機械的手段が設けられていることを特徴とする、請求項2に記載の装置。
- 前記装置が、吸着器と脱着用の凝縮手段との両方から熱をポンピングするための手段が設けられていることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 前記機械式蒸気圧縮サイクルの冷媒が、部分的な熱ポンピング構成の吸着熱を伝達し、全熱再循環モードでの凝縮が、脱着プロセスにポンピングされることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の装置。
- 前記吸着サイクルのための吸着ペアが、シリカゲル+水、活性炭+エタノール、活性炭+メタノール、および活性炭+複数のHFCからなるグループから選択され、動作圧力が真空から高圧までの範囲であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の装置。
- 前記吸着サイクルにおいて熱をリサイクルするために使用される機械式ポンプが、遠心圧縮機、スクリュー圧縮機、往復圧縮機およびスクロール圧縮機からなるグループから選択されることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の装置。
- MVC内の冷媒が、任意の従来の冷媒または従来の冷媒の混合物を含むことを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の装置。
- MVC冷媒の流れを変更して吸着ベッドと脱着ベッドとの間の方向転換を可能にする専用の方向変更手段が、好ましくは4方向弁であることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載の装置。
- 必要に応じて、熱交換器を介した水のような外部冷却機構を冷媒過冷却用に設けることができることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の装置。
- 必要に応じて、吸着サイクルと蒸気圧縮サイクルとの間の熱交換を可能にするために、伝熱回路またはエネルギー蓄積手段が設けられることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一項に記載の装置。
- 冷/熱タンクを含むエネルギー貯蔵手段が設けられていることを特徴とする、請求項1〜12のいずれか一項に記載の装置。
- 前記機械式蒸気圧縮サイクル内の冷媒流動方向を調節することによって収着プロセスの制御を可能にする手段が設けられていることを特徴とする、請求項1〜12のいずれか一項に記載の装置。
- 吸着ベッドと脱着ベッドと凝縮手段と蒸発手段とを接続する冷媒フロー制御手段の制御によって吸着器と脱着器の作動を制御する手段が設けられていることを特徴とする、請求項1〜13のいずれか一項に記載の装置。
- 前記吸着サイクルが、2つ以上の吸着ベッドを含むことを特徴とする、請求項1〜14のいずれか一項に記載の装置。
- 前記吸着ベッドに冷却および加熱のための冷媒を分配し、それによって吸着および脱着プロセスを実現する手段が設けられていることを特徴とする、請求項15に記載の装置。
- 前記吸着サイクルからの凝縮熱は、冷却水によって外部へ排除されることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 前記吸着サイクルからの凝縮熱は、空気によって外部へ排除されることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記装置が、チラー装置、スプリット空調装置、冷凍装置などから選択されることを特徴とする、請求項1〜18のいずれか一項に記載の装置。
- 機械蒸気圧縮サイクルと吸着サイクルとの組み合わせを含む冷凍サイクルまたはヒートポンプサイクルを有する装置におけるヒートポンプ動作のための方法であって、前記装置は、
吸着手段において吸着および/または脱着可能な第1の作動流体と、
前記吸着手段は2つ以上の吸着/脱着ベッドを含み、
前記吸着/脱着ベッドは、1つ以上の専用の方向変更手段を介して蒸発手段および凝縮手段に接続され、交互に作動可能で、
MVC冷媒、すなわち第2の作動流体を圧縮するための機械式蒸気圧縮ユニットであって、前記2つ以上の吸着/脱着ベッドに接続され、前記機械式蒸気圧縮ユニットの凝縮器および蒸発器として代替的に機能し、前記凝縮器が吸着領域の脱着ベッドに再生熱をもたらし、前記蒸発器が吸着領域の吸着ベッドに冷却をもたらす機械式蒸気圧縮ユニットと、をされに含んでなり、
前記ヒートポンプサイクルが、吸着サイクルのために有用な熱効果(吸着熱および脱着熱)をもたらし、
当該方法は、蒸気圧縮手段を使用して、プロセス中の熱を収着プロセスに送り込み、その中の吸着剤を再生し、これによって強化された効果/出力をもたらすことを特徴とする方法。 - 前記熱の一部または全部が機械的手段によってポンピングされることを特徴とする、請求項20に記載の方法。
- 完全または部分的な熱リサイクルモードでの脱着のための吸着熱が機械的にポンピングされることを特徴とする、請求項20または21に記載の方法。
- 吸着器と凝縮手段との両方からの熱が脱着のためにポンピングされることを特徴とする、請求項20〜22のいずれか一項に記載の方法。
- 完全または部分的な吸着熱と、全熱再循環モードでの凝縮熱とは、冷媒を介して脱着プロセスにポンピングされることを特徴とする、請求項20〜23のいずれか一項に記載の方法。
- 吸着サイクルのための吸着ペアが、シリカゲル+水、活性炭+エタノール、活性炭+メタノール、および、活性炭+複数のHFCからなるグループから選択され、動作圧力が真空から高圧の範囲であることを特徴とする、請求項20〜24のいずれか一項に記載の方法。
- 前記吸着サイクルからの熱をリサイクルする機械式ポンプが、遠心圧縮機、スクリュー圧縮機、往復圧縮機およびスクロール圧縮機からなるグループから選択されることを特徴とする、請求項20〜25のいずれか一項に記載の方法。
- 冷媒が、R134a、R410a、CO2、HFO−1234ze(E)およびHFO−1234yfなどの従来の冷媒またはこれらの混合物を含むことを特徴とする、請求項20〜26のいずれか一項に記載の方法。
- 前記吸着ベッドと前記脱着ベッドとの間のヒートポンプ方向の変更が、冷媒のフローのための専用の方向変更手段を介して行われることを特徴とする、請求項20〜27のいずれか一項に記載の方法。
- 必要に応じて、冷媒が、熱交換器を介した水または空気などの外部冷却機構を介して過冷却されることを特徴とする、請求項20〜28のいずれか一項に記載の方法。
- 必要に応じて、吸着サイクルと機械式蒸気圧縮サイクルとの間の熱交換が、熱伝達回路、或いは、冷/温貯蔵タンクのようなエネルギー貯蔵機構を介して実行されることを特徴とする、請求項20〜29のいずれか一項に記載の方法。
- 冷媒フローおよび収着プロセスは、専用の制御手段によって制御可能であることを特徴とする、請求項20〜30のいずれか一項に記載の方法。
- エネルギー回収および圧縮機の保護のために、機械式蒸気圧縮(MVC)サイクルの高圧側と低圧側との間の圧力均等化を維持することを特徴とする、請求項20〜31のいずれか一項に記載の方法。
- 冷媒の過冷却が、吸着サイクルの蒸発器からの冷却エネルギーの一部を、過冷却熱交換器を横切る冷却水を介して利用することによって達成されることを特徴とする、請求項20〜32のいずれか一項に記載の方法。
- 冷媒の過冷却が、吸着サイクルの蒸発器内に浸漬された別個の熱交換器と、該熱交換器および過冷却熱交換器を横切る伝熱回路と、を有する吸着サイクルの蒸発器からの冷却エネルギーの一部を使用して達成されることを特徴とする、請求項20〜33のいずれか一項に記載の方法。
- 冷媒の過冷却が、MVCサイクルの冷媒の一部を膨張させることによって得られることを特徴とする、請求項20〜34のいずれか一項に記載の方法。
- 伝熱回路または冷/温タンクのようなエネルギー貯蔵機構などの中間媒体を利用して、吸着サイクルとMVCサイクルとの間で熱を交換することを特徴とする、請求項20〜35のいずれか一項に記載の方法。
- 収着プロセスの操作間隔/タイミングは、MVCサイクルの冷媒フロー方向の調整によって制御されることを特徴とする、請求項20〜36のいずれか一項に記載の方法。
- 吸着器および脱着器のプレコンディショニング間隔またはスケジュールは、収着熱交換器と吸着サイクルのそれぞれの蒸発器および凝縮器と連通する蒸気バルブの変更を介して制御されることを特徴とする、請求項20〜37のいずれか一項に記載の方法。
- 前記吸着サイクルが2つ以上の吸着ベッドを含むことを特徴とする、請求項20〜38のいずれか一項に記載の方法。
- 脱着及び吸着のそれぞれの効果のための加熱又は冷却用の冷媒が、それぞれの吸着ベッドに分配されていることを特徴とする、請求項39に記載の方法。
- 前記吸着サイクルからの凝縮熱が、冷却水によって外部へ排除されることを特徴とする、請求項20に記載の方法。
- 前記吸着サイクルからの凝縮熱が、空気によって外部へ排除されることを特徴とする、請求項20に記載の方法。
- 冷媒の過冷却が、空気を使用した過冷却熱交換器を介して達成されることを特徴とする、請求項20〜42のいずれか一項に記載の方法。
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