JP2019516056A - 水和塩を利用するヒートポンプ及び発電 - Google Patents

Abstract

昇温及び発電用の熱力学サイクルが吸収、吸着、及び脱着プロセスと組み合わされて、ヒートポンプの高効率と、低温の再生エネルギー生産を約束する。吸着体の再生は、電解質溶液からの電解質結晶の溶解及び分離と置き換えられて、再生熱消費量を節減する。

Description

１．ＰＣＴ／ＧＲ２０１３／００００１２号、ＳＴＹＬＩＡＲＡＳ Ｖａｓｉｌｅｉｏｓ
２．ＰＣＴ／ＧＲ２０１６／００００３８号、ＳＴＹＬＩＡＲＡＳ Ｖａｓｉｌｅｉｏｓ
３．Ｗｉｋｉｐｅｄｉａ、吸収ヒートポンプ
４．国際定数表、電解質の溶解度
５．１９６９年１１月１８日付の米国特許第３，４７８，５３０号、Ｄ．ＡＲＯＮＳＯＮ
６．１９８２年１２月２８日付の米国特許第４，３６５，４７５号
７．Ｅｎｅｒｇｙ Ｐｒｏｃｅｄｉａ３０（２０１２）２９４〜３０４

本発明は、中間温度熱源からの吸収及び吸着ヒートポンプ及び発電に基づく、溶液の熱圧縮と熱伝達への適用のための方法及び装置に関する。

低温から高温への熱伝達、違う言い方をすれば昇温の最も一般的な方法は、蒸気圧縮サイクルに基づく。圧縮が機械圧縮機で実行されるとき、この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、溶液は低温で蒸気を吸収（凝縮）し、高温で気化した吸収熱を吸収（凝縮）する。熱は圧縮のために消費され、このサイクルは熱圧縮又は吸収サイクルと称される。（冷却）成績係数（ＣＯＰ）はほぼｎ＝０．７である。溶液は、蒸発器と吸収器では同一の濃度を有する。これらの２つの装置間の圧力比は、２つの温度差に依存する。

別の用途も提案されており（参考文献１）、飽和溶液は高温の吸収器から低温へ冷却される。これは電解質溶液であってもよい。溶解度、したがって濃度は低下する。電解質の結晶などの別の相が生成され、溶液から分離される。結果として生じる低濃度溶液は気化されて、蒸気が圧縮され、吸収器に移動させられ、そこで残りの溶液も移動させられる。もしくは、低濃度溶液は圧縮されて、吸収器の温度まで加熱される。低濃度溶液は部分的に気化され、蒸気が冷却又は発電サイクルを実行した後、吸収器に吸収される。残りの溶液は吸収器に戻り、そこで分離された電解質は移動させられて最初の溶液を形成する。吸収熱は蒸発によって回収される。

別の発明（参考文献２）は、同一の溶剤を有する２つの異なる溶液を組み合わせる。第２の溶液の活量は第１の溶液には直接依存せず、第１の溶液よりもずっと低くなることがあり、温度上昇をもたらす。蒸気は低温で第１の溶液の蒸発によって生成され、第２の溶液の吸収器に吸収される。次に、第２の溶液が圧縮され、第１の溶液の吸収器の温度まで加熱される。第２の溶液はそこで気化されて、蒸気が第１の溶液に戻る一方、溶液の残りは第２の溶液の吸収器に戻る。冷却と加熱は溶液蒸発と蒸気吸収によって実行される。追加の蒸発器や凝縮器は不要である。温度の異なる数個の蒸発器が第１の溶液用に使用され、各蒸発器は第２の溶液の吸収器と組み合わされて、一方の吸収器からの廃熱は蒸発器によって吸収され、吸収器−蒸発器対を形成する。吸収が同一の蒸発圧力で行われれば、温度上昇が達成される一方、吸収が同一温度で行われれば、タービンなどの蒸気膨張機を介した発電に利用される膨張比が生成される。高及び低（気体）極性物質の溶液を利用することもできる。

溶液の蒸気圧力は、溶液の温度だけでなく、溶液の性質と濃度にも左右される。低（電解質）濃度溶液の蒸気圧力は、同一温度では高濃度溶液の蒸気圧力よりも高い。圧力勾配は２つの溶液間で定まるが、両者は同一温度である。同様に、２つの溶液は、同じ圧力だが、異なる温度で気化することもできる。溶液の蒸気圧力はＰ＝ａＰ^０＝γｍＰ^０である、ただし、Ｐ^０は純溶剤の圧力、ａは活量、γは溶剤及び溶質と溶液濃度の関数である活量係数、ｍはモル濃度である。

もう１つの種類のヒートポンプは、蒸気（気体）が吸着体によって吸着される吸着ヒートポンプである。高温での動作を実現することができるが、効率はユニットよりも低い。純物質の蒸発の場合と同様、蒸気が吸収体によって吸収されるとき、圧力−温度の関係が生じる。同一の電解質では、水和度が異なると、吸着圧力−温度関係が異なる。たとえば（参考文献６）、ｐ＝０．１３２ａｔｍで、ＣａＣｌ_２＊８ＮＨ_３→ＣａＣｌ_２＊４ＮＨ_３、ｔ＝０℃、ＣａＣｌ_２＊ＮＨ_３→ＣａＣｌ_２＋ＮＨ_３、ｔ＝１６０℃、ＺｎＣｌ_２＊ＮＨ_３→ＺｎＣｌ_２＋ＮＨ_３、ｔ＝４００℃となる。気体（蒸気）が放出されると、熱が吸収される。このプロセスは脱着と脱着器と称される。反応は逆方向でもよく、熱が放出される。このプロセスは吸着及び吸着器と称される。気体が放出された後に残る塩（結晶）は、蒸気を再び吸収し、熱を放出する準備ができているため再生材料と称される。様々な種類の脱着器がある。通常、吸着体（蒸気を吸収しようとする塩）は熱伝達材上で安定化する。その代わりに、小型結晶をチャンバ内に供給することができる。他の場合、結晶化が行われるにつれ、電解質の薄膜が熱交換器を覆うことができる。この膜は蒸気を吸収することができ、その後、高温溶液が通過して結晶を溶解させる、あるいは、高温溶液を加熱して蒸気を放出させることができる。これらのどの場合も、結晶が含まれる空間は、結晶の入力および出力、蒸気出力、及び圧力バルブを設けた閉鎖媒体（チャンバ）である。このチャンバが加熱され、蒸気が生成されて圧力を上昇させる。圧力が所定レベルに達すると、バルブが開放されて蒸気を供給する。真空ポンプ及び空気圧縮機は、結晶の入力および出力中の圧力制御を支援するのに使用することができる。加熱媒体が結晶と接触していないとき、薄い伝熱シートが、結晶とこの媒体（蒸気を加熱媒体として使用する場合のように）とを分離する。他の種類の脱着器も存在する（参考文献７）。同様の装置が吸着器として使用される。

吸収及び吸着サイクルの成績係数（ＣＯＰ）はユニットよりも低い。上述の新たなサイクルは高ＣＯＰを有するが、温度上昇は多段圧縮の場合でも本発明よりも相当低い。電解質の水和の欠点は、利点へと変わる。広範な結晶化及び分離は不要である。本願は、単段圧縮を適用して１００℃超の温度上昇を達成することができる。ほんの数モルの電解質の溶解で用途には十分である。結晶は周期的に、溶液中に溶解し、及び溶液から分離され、化学（吸着）ヒートポンプに現れる高動作サイクルの欠点を回避する。吸収された蒸気は、脱着される代わりに溶液中に溶解して、脱着熱の消費を節減し、効率を高める。最後に、本発明は、これまでのどの方法よりも簡易で経済的な方法で高温度上昇、高蒸気圧縮、及び高効率を達成する。

（参考文献２）に提示されているような方法で、多段蒸気圧縮も適用される。水和化結晶は、いくつかのセグメントに分割され、各セグメントが様々な圧力−温度条件で機能する。蒸気は、蒸発器と脱着器によって様々な圧力レベルで生成され、この圧力だが高温で吸収又は吸着される。吸収−脱着熱が回収される。また、最高温度で生成される蒸気は、吸着される前に発電用に膨張させることができる。本方法によると、蒸気が低温での吸着および溶液気化によって生成され、高温で吸着される。吸着体再生の代わりに、溶解と結晶分離が適用され、吸着熱の消費を回避する。

分子間力で溶剤と結合される電解質結晶は以下、溶剤が水かその他の溶剤かにかかわらず、水和物と称する。形成される結晶の種類は、特定の電解質と温度に依存する。複数の帯電イオンから成る電解質は通常、（主に水とアンモニアを用いた）高水和度の結晶を形成する。水やアンモニアのような小分子量の極性溶剤は、複合体を容易に形成する。たとえば、水中のピロ亜硫酸塩Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_５の溶解度は、１００℃では５Ｍ（モル／ｋｇの水）であり、純結晶として結晶化する。１０℃では、溶解度は３Ｍであり、再び純結晶として結晶化する。０℃の温度では、溶解度は２．５Ｍであり、結晶は６個の水分子と水和する（Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_５＊６Ｈ_２Ｏ）。ＣｕＳＯ_４の溶解度は０℃で０．９Ｍであり、５モルのＨ_２Ｏと結晶化し、うち４モルは［Ｃｕ（Ｈ_２Ｏ）_４］^２＋の形状で強い結合を成し、うち１モルは弱い結合を成す。溶解度は５０℃で２．５＊Ｈ_２Ｏ、１１０℃で４．８＊３Ｈ_２Ｏ、１３０℃で５＊３Ｈ_２Ｏである。Ｎａ_２ＳＯ_４の溶解度は０℃で１＊１０、４０℃で純結晶として３．４Ｍである。他にも多数Ｎａ_２ＨＰＯ_４、Ｎａ_２ＣＯ_３、ＦｅＳＯ_４のような例がある。アンモニアＮＨ_３は、塩とも複合体を形成する。ＭｇＣｌ_２、ＺｎＣｌ_２、ＣｏＣｌ_２、ＬｉＢｒは最も一般的なアンモニア化合物である。水、アンモニア、及びメタノールが溶剤として提案され、上述したような低溶解度の電解質が共通電解質として好ましい。蒸発、気体放出、及び脱着という文言は、蒸気又は気相において最も揮発性の高い溶剤の部分の生成を意味する。該方法のどの場合も、加熱される溶液、蒸気、及び結晶の流が、冷却される溶液からの熱を回収する。以下、使用される装置は、吸収器（Ａ１）又は単に（Ａ１）のようにフルネーム又は符号だけで言及する場合がある。

図１（図１）は、溶液を冷却する結晶溶解装置（Δ１）、低水和度と高水和度のそれぞれ分離された結晶を保管する装置（Ｋ１）及び（Ｋ１．１）、蒸気発生器（Ｅ１）、脱着器（Ｅ２）、及び２つの吸着体（Ａ２）を示す。 図２は、２つの溶液の組み合わせを示す。（Δ２）は第２の溶液の結晶溶解装置であり、（Ｋ２）は第２の溶液の結晶貯蔵装置である。（Ａ１）は第２の溶液の２つの吸収器である。 図３では、（Ｅ１）は溶液の蒸気発生器であり、（Ａ１）は（Ｅ１）からの蒸気の吸収器である。（ＥＡ１）、（ＡＥ１）はそれぞれ蒸気発生器と吸収器であり、（Ｈ１．１）、（Ｈ１．２）、（Ｈ１．３）は溶液、気体、及び結晶を通じて吸収器（ＡＥ１）から熱を回収するのに使用される熱交換器であり、（Δ１）及び（Δ２）は溶解装置である。

該方法の第１の用途では、飽和電解質溶液は溶解装置（Δ１）から冷却される。溶解度は低下し、電解質結晶などの他の相が形成され、溶液から分離され、貯蔵タンク（Ｋ１．１）に回収される。これらの結晶は、この温度と圧力で水和化されている。この溶液は、溶剤に溶ける電解質を多く含み、理想的な溶液から大きく逸脱するが、濃度は溶解度によって決まる濃度よりも低いため、電解質が分離しない。分離された電解質は塩基性電解質と称され、他の溶解した電解質と区別される。残りの溶液は加熱され、膨張し、吸収器（Ａ１）に入った後、連続的に圧縮されて、他方の吸収器（Ａ１）へ移動させられる。（Ｋ１．１）からの結晶は脱着器（Ｅ２）に移動させられ、加熱されて所定の圧力で蒸気を放出し、蒸気は吸収器（Ａ１）に送られて吸収される。数個の脱着器（Ｅ２）を使用して各吸収器（Ａ１）に蒸気を供給するのが好ましく、（Ｅ２）からの蒸気が枯渇すると、次の（Ｅ２）からの蒸気が供給されて連続蒸気流を確保する。また、蒸気を様々な圧力レベルで生成できるようにより多くの（Ｅ２）が使用される。同一の圧力で機能する各セットの（Ｅ２）が、吸収器（Ａ１）と組み合わされる。（Ｋ１．１）からの結晶はまず（Ｅ２）に送られて、そこで物理的に結合された水分が最初に気化される。吸収器（Ａ１）を離れる溶液の圧力は調節され、加熱され（又は、吸収及び溶解温度に応じて冷却され）、溶解装置（Δ１）に移動されて、（Ｅ２）の低水和度の残りの結晶も溶解されるように送られて最初の溶液を形成する。（Ｅ２）の圧力は利用可能な熱源の温度に応じて選択される。最高温度で生成される蒸気は、発電のために膨張させることができる。溶液は所要の温度−圧力条件に応じて、結晶分離前に膨張させることができる。この場合、（Ｅ２）からの結晶は、（Δ１）に入る前に圧縮される。溶液冷却と結晶分離は２つ以上の段で実行し、溶解は同一段で（Ａ１）後に（Δ１）に戻る溶液で実行することができる。

水、アンモニア、メタノールなどのアルコールといった低沸点及び小分子量の極性物質が溶剤に好ましい。様々な沸点の物質の混合物（溶液）も使用することができる。この場合、揮発性が高い方の物質は気体と称される。この例は水／アンモニア溶液である。この場合、圧力、冷却される溶液の圧力、温度、及び塩基性電解質は、より揮発性の高い物質と水和化される結晶の形成が促進されるように選択される。この物質の脱着が促進されるように、（Ｅ２）の圧力も調節される。低温で高水和度で現れる複数の電荷イオンから成る電解質も提案される。この電解質は、所望の温度上昇に応じて、塩化カルシウムＣａＣｌ_２、銅塩、硫酸マグネシウムＭｇＳＯ_４などであってもよい。吸着が結晶の水分にのみ基づく場合、ＫＣＬＯ_４、水酸化ナトリウムＮａＯＨ、水酸化カリウムＫＯＨ、塩化リチウム、及び硝酸リチウムＬｉＮＯ_３のような水和されない、又はほとんど水和されない単独の電荷イオンの電解質が提案される。熱交換器は、冷却されている溶液から、冷却後に加熱される溶液へ熱を移送する。結晶溶解の温度は水和数に対応する。硫酸銅溶液が、（ＣｕＳＯ_４＊３Ｈ_２Ｏ）として結晶化する温度から環境温度まで冷却されると仮定する。形成される水和物はＣｕＳＯ_４＊５Ｈ_２Ｏである。水和物は分離され、昇温されるべき熱源から熱を吸収し、ＣｕＳＯ_４＊３Ｈ_２Ｏに変化し、溶液に溶解する一方、溶液の圧力が調節され、溶液は（Ａ１）に入り蒸気を吸収する。溶液の温度と圧力が再び調節され、（Δ１）に入る。２モルの水（５−３）を蒸発させるための吸熱は約２０Ｋｃａｌ（冷却効果）であり、廃熱（熱効果）も同じである一方、結晶化に必要な熱は約６Ｋｃａｌである。

図１に示す第２の用途では、溶液は、（Δ１）から塩基性電解質が最低水和度で、好ましくは純結晶として形成される低温へ冷却される。形成された結晶は貯蔵タンク（Ｋ１）に回収される。溶液は再び冷却され、高水和度の結晶が（Ｋ１．１）に回収される。（Ｋ１）からの結晶は乾燥され、吸着器（Ａ２）に移動させられる。最後の分離後の残りの溶液は、膨張して蒸気発生器（Ｅ１）に入り、そこで溶剤の一部が気化する。蒸気は吸着器（Ａ２）のうちの１つ内の結晶によって吸着される。（Ｋ１．１）からの結晶は（Ｅ２）に送られ、生成された蒸気は、他の吸着器（Ａ２）によって吸着されるように移動させられる。残りの溶液と（Ａ２）及び（Ｅ２）からの結晶は、（Δ１）に送られて最初の溶液を改質する。Ｅ２及びＡ２からの結晶は、水和度に応じて様々な溶解装置（Δ１）で溶解されることが好ましい。１つの（Δ１）からの溶液は、次の（Δ１）に入る。加熱される溶液、結晶、及び蒸気の流は、冷却される溶液から熱を回収する。加熱は（Ｋ１）の結晶の最も有効な乾燥方法である。結果として生じる蒸気は、溶液によって吸収される、又は凝縮することができる。凝縮の場合、（Ｋ１）からの結晶は脱着器（Ｅ２．２）に送られ、乾燥プロセスからの結果として生じる蒸気は数度加熱され、凝縮温度が結晶からの蒸発温度よりも高くなるように圧縮される。次に、蒸気は、（Ｅ２．２）の熱供給部分に送られて、次の量の結晶を乾燥させる。凝縮した蒸気は液相では溶剤であり、蒸発させるため蒸気発生器（Ｅ１）に送られる。（Δ１）内の溶液は、第２の電解質で飽和させることができ、電解質は第１の冷却段階中に分離されて、（Ｋ１）に回収されている。これらの結晶は乾燥されて、（Ａ２）に送られる。第２の電解質は、同一条件下で蒸気吸着温度が塩基性電解質温度よりも高くなるように選択されている。（Ｅ２）の圧力は、塩基性電解質結晶からの溶剤のみが気化するように選択されている。１例は、塩基として塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）、第２の電解質として塩化亜鉛（ＺｎＣｌ_２）、溶剤としてアンモニアの使用である。

第３の用途（図２）では、第１の溶液が、同一の溶剤及び同一の塩基性電解質を有する第２の溶液と組み合わされる。追加の可溶性電解質は第２の溶液に溶解されて、強い負のずれを生じる。塩基性電解質のみが第１の溶液に溶解しており、電解質は様々な水和度で分離され（Ｋ１）及び（Ｋ１．１）に保管される。塩基性電解質はわずかに可溶性であることが好ましく、第１の冷却段階では純結晶として結晶化する。冷却プロセス後の残りの溶液は蒸気発生器（Ｅ１）に入り、そこで溶剤の一部が気化する。（Ｋ１．１）からの結晶は（Ｅ２）に送られ、そこで蒸気も生成される。（Ｋ１）からの結晶は、第２の溶液（Δ２）の溶解装置に送られる。そこから、第２の溶液が冷却されて、電解質は（Ｋ１）中よりも高い水和度で分離されて、貯蔵タンク（Ｋ２）に保管される。残りの溶液は加熱されて、吸収器（Ａ１）に入り、そこから（Δ２）に入る。（Ｅ１）からの蒸気は一方の吸収器（Ａ１）によって吸収され、（Ｅ２）からの蒸気は他方の吸収器（Ａ１）によって吸収される。第２の溶液は、各吸収器の後で適切な圧力で圧縮される。（Ｋ２）からの結晶は（Δ１）に送られて溶解される。（Ｅ２）からの結晶は（Δ１）に溶解される。（Ｋ１）から第２の溶液に移送される結晶量は、（Ｋ２）から第１の溶液に移送される結晶量に等しい。（Ｅ１）及び（Ｅ２）から第２の溶液に移送される溶剤は、（Ｋ２）の水和化結晶を介して第１の溶液に戻る。水（溶剤として使用される）中の高可溶性電解質は、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＬｉＯＨ、ＺｎＣｌ_２、ＬｉＢｒ、及びそれらの組み合わせである。アンモニアが溶剤として使用される場合、ＮａＳＣＮ、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＮＯ_３を可溶性電解質として使用することができる。

共通電解質としてＮａ_２Ｓ_２Ｏ_５、溶剤として１ｋｇの水を使用する用途について検討する。第１の溶液は、（Δ１）で１００℃の温度で飽和する。そこから、１０℃まで冷却され、溶解度は３Ｍである。よって、２モルの塩が分離され、純結晶として（Ｋ１）に回収される。溶液は再び０℃に冷却され、溶解度は２．５Ｍであり、０．５モルのＮａ_２Ｓ_２Ｏ_５＊６Ｈ_２Ｏが（Ｋ１．１）に分離される。残りの溶液は気化し、１２モルの水蒸気が生成されて、第２の溶液（Ａ１）によって吸収される。第２の溶液は濃度が４．５Ｍである（Δ２）から０℃（２．５Ｍ）まで冷却を開始し、（４．５−２．５）２モルのＮａ_２Ｓ_２Ｏ_５＊６Ｈ_２Ｏ（Ｋ２）を排出する。脱着器（Ｅ２）は使用されない。（Ｋ１．１）からの結晶は（Δ１）に溶解する。（Ｋ１）からの２モルの純塩は（Δ２）に溶解し、（Ｋ２）からの２モルのＮａ_２Ｓ_２Ｏ_５＊６Ｈ_２Ｏは（Δ１）に溶解する。最後に、２モルの塩は第１の溶液から第２の溶液、及びその逆に移送される。１２モルの水は蒸気として第１の溶液から第２の溶液に移送されて、塩（２モルの塩＊６Ｈ_２Ｏ）を介して第１の溶液に戻る。ＫＯＨ、ＺｎＣｌ_２、ＬｉＢｒなどの可溶性電解質も第２の溶液に溶解するため、（Ａ１）内の水の活量は（Ｅ１）内よりもずっと低い。

本願は、液体溶剤に溶解される揮発性物質を溶剤として使用することでより適切に機能する。揮発性物質が（Ｅ１）で気化する一方、液体溶剤は塩との水和物を形成しない。このような混合溶剤は、高沸点アミンとＰＧなどの長鎖分子の有機極性液体に溶解したアンモニアであってもよい。冷却中の圧力は、揮発性物質のみの水和物を形成するように調節される。

第４の用途（図３）では、（Δ１）からの溶液が冷却され、膨張し、吸収器（Ａ１）に入り、蒸気発生器（Ｅ１）から発生する蒸気を吸収し、（Δ１）の圧力まで圧縮され、吸収器（ＡＥ１）を介して冷却されて後述の蒸気発生器（ＥＡ１）から発生する蒸気を吸収し、冷却を継続しつつ、貯蔵タンク（Ｋ１．１）に保管される電解質を排除する。溶液は膨張し、蒸気発生器（Ｅ１）に入り、そこで蒸気の一部が放出されて、上述したように（Ａ１）によって吸収される。その後、溶液は圧縮され、加熱され、別の溶解装置（Δ２）に入り、そこで別の電解質が溶解し、次に溶液が上述の蒸気発生器（ＥＡ１）に入る。蒸気がそこで放出された後、溶液は冷却されて、この電解質を分離し、その後、加熱されて（Δ１）に入る。

溶剤は、上述したように水又はアンモニアなどの純極性溶剤である。（ＥＡ１）を介して気化されると、溶液中の溶剤の量が低減し、その結果、（Ａ１）に入る溶液は高電解質濃度と低溶剤蒸気圧力を有する。（ＡＥ１）に入る溶液は、溶剤が（Ａ１）に吸収されるため、（ＥＡ１）を出る溶液よりも溶剤濃度が高い。（ＥＡ１）と（ＡＥ１）間の溶剤活量を均等化するため、（Δ２）で溶解される電解質は、気化される溶液に追加され、多数の溶剤分子を担持するように選択され、つまり、高水和電解質であることを意味する。対照的に、（Δ１）で溶解される電解質は、水和されず負の偏差を呈するように選択される。該方法は、電解質のうちの１つのみを溶解させることによっても適用可能である。また、該方法は、気体が溶剤に溶解されており、気体溶解度を増減させる電解質がそれぞれ（ＥＡ１）と（ＡＥ１）に溶解されている場合にも適用可能である。溶剤の溶解度の変更は、第１の（ＥＡ１）を出る溶液が第２の（ＥＡ１）に入り、電解質を排除して、第１の（ＡＥ１）の後に第２の（ＡＥ１）に入るように、第２の対（ＥＡ１／ＡＥ１）を適用することによって反復させることができる。同一の構成を繰り返すことができ、第１の構成の（Ｅ１）からの蒸気が第２の構成の吸収器（Ａ１）によって吸収され、第２の構成の（Ｅ１）からの蒸気が第１の構成の吸収器（Ａ１）によって吸収されるように、第１の装置と第２の装置が協働する。

一段−一構成装置の１例は、水溶性（純Ｈ_２Ｏ溶剤）ＬｉＢｒ／ＺｎＢｒ_２／ＣａＢｒ_２（１：２、１：０．３）溶液（参考文献５からのデータ）の使用である。溶液は温度ｔ＝８０Ｆ、塩濃度７５％ｗで（Ｅ１）で気化する。これらの条件では、結果として生じる圧力は１０ｍｍＨｇである。溶液は５００ｍｍＨｇで圧縮され、２８０Ｆに加熱され、（ＥＡ１）に入る。ｔ＝５００Ｆで気化され、塩濃度は９４％である。冷却され、ｐ＝１０ｍｍＨｇまで膨張し、（Ａ１）に入り、（Ｅ１）からの蒸気を吸収する。吸収温度は２６０Ｆである。８０Ｆの熱は２６０Ｆに移送される。４モルの硫酸亜鉛（ＺｎＳＯ_４）＊７Ｈ_２Ｏが（Δ１）に追加され、（ＥＡ１）の後で分離される。つまり、（ＥＡ１）内の溶液は、蒸発中に（４＊７）２８モル（２８＊１８＝５０４ｇｒ）の水が追加される。５０４ｇｒの水が（Ａ１）を介して吸収されれば、濃度は（ＥＡ１）と（ＡＥ１）で同一となり、蒸気は同一の温度及び圧力で吸収されるため、吸収熱は完全に回収される。

該方法を発電に利用するときは、この機械の出口の吸収器が、結晶器ユニット（Ｋ１）の液体出口に接続される。

第５の用途では、２つの溶液が組み合わされる。溶解装置（Δ１）からの第１の溶液は吸収器（Ａ）に入り、冷却を開始し、電解質結晶が分離されて（Δ１）に送られる一方、溶液は加熱されて、膨張し、蒸気発生器（Ｅ１）に入り、圧縮され、加熱され、（Δ１）に入る。溶解装置（Δ２）からの第２の溶液は、蒸気発生器（Ｅ）に入り、冷却され、残りの溶液は加熱され、膨張し、（Ｅ１）からの蒸気を吸収する吸収器（Ａ１）に入り、圧縮され、加熱され、（Δ２）に入り、そこで分離された結晶も入る。混合溶剤（液体−気体）が好ましく、（Δ２）で溶解した電解質は気体圧力を増大させる（気体溶解度を低減させる）。（Δ１）で溶解した電解質は気体溶解度を上昇させる。該方法は、（Δ２）での溶解のみを適用するように作用することができる。電解質の両方又は一方を使用して、（Ｅ）の気体圧力と（Ａ）の気体圧力を均等化させることで、これらの装置が同一の圧力及び温度で機能する。第２の溶液（Ａ１）中の気体濃度は第１の溶液（Ｅ１）中の気体濃度よりも低い。

冷却プロセスの最終で結晶が形成されて、熱が溶液から結晶によって吸収される。つまり、残りの溶液は、結晶形成の直前、溶液の温度よりも低い温度から加熱され始める。冷却される溶液から完全に熱を回収することができる。さもなければ、冷却された溶液は、再び加熱され始めるまで、周囲空気又は他の外部熱源によってさらに冷却される。熱回収は熱交換器（Ｈ１．１）、（Ｈ１．２）、（Ｈ１．３）を介して実行される。

該方法を実行するため、業界で広く使用されている装置を利用することができる。蒸気発生器（蒸発器）、吸収器、熱交換器、液体ポンプなどが、各方法に記載される配列で接続される。

熱交換器は、蒸気発生器からの吸収熱の回収にも使用することができる。蒸気発生器が吸収器に含まれることが好ましい。気化された溶液は管の内部を通る。生成された蒸気は残りの溶液から分離され、蒸気発生器管を囲む吸収器ケース内へ送られる。蒸気を吸収しようとする液体も同一空間に送られる。イオン液体は、電解質が溶解されないときに使用する、又は結晶化し低温で分離するときに電解質として使用することができる。蒸発中、気体選択的透過膜を使用することができる。あるいは結晶は一方及び他方の熱伝達面への蒸着によって分離し、他方の側から流れる加熱溶液によって溶解させることができる。

Claims (10)

1. 高温への熱伝達及び発電方法であって、電解質溶液が使用され、飽和溶液が溶解装置（Δ１）からの高温から冷却され、溶解度が低下し、溶液とは異なる相の電解質の溶液が形成され、貯蔵タンク（Ｋ１．１）に分離及び保管され、分離後に残る結晶が、蒸気発生器（Ｅ１）を介して連続的な高圧で気化されて溶剤の蒸気を生成し、各蒸気発生器の蒸気が同一圧力だが高温で低溶剤活量の溶液によって吸収され（Ａ１）、前記温度は次の蒸発の温度であるため、吸収熱が蒸発に使用され、他の温度よりも高い温度で機能する前記蒸気発生器が流調節バルブを介して蒸気膨張機に接続され、蒸気の一部を膨張のため、残りの蒸気を吸収のために導くことができ、前記蒸気膨張機が、低温で機能し、他の吸収器に接続される吸収器に接続され、前記蒸発プロセスの残りの溶液と前記分離された結晶（Ｋ１．１）が前記溶解装置（Δ１）に戻って前記最初の溶液を形成する一方、加熱された前記溶液、前記蒸気、及び前記結晶の流が、冷却される前記溶液から熱を回収し、
   前記最初の溶液が、以下、塩基性電解質と称する電解質に飽和し、低冷却温度で水和する一方、前記溶液から分離しないような濃度の他の可溶性電解質も含まれ、
   蒸気が、前記貯蔵タンク（Ｋ１．１）から水和化結晶を供給される脱着器（Ｅ２）からの溶解プロセスによって生成され、
   結晶分離後の残りの溶液は気化しないため、前記蒸気発生器（Ｅ１）は使用されず、この溶液が加熱され、膨張し、一連の吸収器（Ａ１）を通過し、脱着器（Ｅ２）から生じる蒸気を吸収し、これらの各吸収器の後で連続的に圧縮され、最後に前記溶液は溶解装置（Δ１）に入り、そこで脱着器（Ｅ２）に残る結晶も入って最初の溶液を形成し、
   前記各脱着器（Ｅ２）には、圧力が前記所定値に達すると、開放して蒸気を前記接続された吸収器（Ａ１）に供給する圧力バルブが設けられ、
   前記吸収器（Ａ１）はそれぞれ同一の圧力で動作する数個の脱着器（Ｅ２）と接続されるため、前記脱着器のうちの１つから生じる蒸気が枯渇すると、次の脱着器からの蒸気が前記吸収器（Ａ１）に供給され、
   蒸気吸収熱が前記蒸気溶解プロセスによって回収され、
   溶液冷却と結晶分離は２段以上で行うことができ、前記溶解も行うことができ、
   高沸点物質において水、アンモニア、低沸点アミン、アルコール、及びそれらの混合物などの低沸点の極性物質を溶剤として使用することができ、混合物のケースでは、脱着圧力は、最も揮発性の高い物質が脱着されるように調節され、
   塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）や塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ_２）のような高水和物を形成する複数の電荷イオンから成る電解質が好ましいが、蒸気が主に前記結晶の水分によって生成されるとき、単イオン電解質を使用することができる、高温への熱伝達及び発電方法。
2. 前記塩基性電解質の水和度は、結晶化温度が低下するにつれて上昇し、前記溶液は最初に、前記電解質が最低水和度で好ましくは純電解質として形成され、分離され、貯蔵タンク（Ｋ１）に保管される温度で冷却され、そこから吸着器（Ａ２）に送られ、
   前記溶液は低温で冷却された状態を保ち、高水和度の結晶が分離され、（Ｋ１．１）に保管され、そこから脱着器（Ｅ２）に送られ、そこで蒸気のために加熱され、低水和度を保ち、
   前記最後の結晶分離後の残りの溶液が膨張し、前記溶液が連続的な高圧で蒸気発生器（Ｅ１）に入り、そこで前記溶剤の一部が気化し、次いで、前記溶液が圧縮され、加熱され、前記溶解装置（Δ１）に入り、
   前記脱着器（Ｅ２）及び蒸気発生器（Ｅ１）からの蒸気が、吸着器（Ａ２）を介して吸収され、
   各吸着プロセス、ひいては脱着及び蒸発プロセスは様々な圧力で実行することができ、
   前記貯蔵タンク（Ｋ１）からの結晶は、脱着器（Ａ２）に送られる前に脱着器（Ｅ２．２）での加熱によって乾燥させられ、気化した水分はさらに加熱され、圧縮され、加熱手段として前記脱着器（Ｅ２．２）に戻り貯蔵タンク（Ｋ１）からの次の結晶を乾燥させる一方、凝縮した蒸気は蒸発器（Ｅ１）に送られ、
   前記溶解装置（Δ１）内の溶液は第２の電解質で飽和させることができ、蒸気吸着温度は前記塩基性電解質の温度よりも相当高く、前記溶液は前記貯蔵タンク（Ｋ１）の温度よりも低い温度で前記塩基性電解質で飽和され、
   他の可溶性電解質は前記溶液に溶解しないことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 第１及び第２の電解質溶液が組み合わされ、
   前記２つの溶液が、電解質と共通の溶剤とを有し、
   前記第１の溶液が、前記共通電解質と溶剤のみから成り、
   前記第１の溶液は数ステップで冷却され、第１のステップでは、前記分離された結晶は低水和であり、好ましくは、純電解質は貯蔵タンク（Ｋ１）に保管され、前記最後のステップから分離された結晶は貯蔵タンク（Ｋ１．１）に保管され、
   前記結果として生じる液体溶液は膨張し、蒸気発生器（Ｅ１）に送られ、連続的に圧縮されて、そこで気化し、
   前記第２の溶液は可溶性の多くの電解質を含んで、分離しないような濃度で、理想からの負の偏差を生じ、
   前記第２の溶液が溶解装置（Δ２）から冷却され、前記共通電解質の結晶が形成され、高度に水和化されるように適用可能な低温で貯蔵タンク（Ｋ２）に分離され、前記残りの溶液の圧力が調節され、前記溶液が前記吸収器（Ａ１）に送られて蒸気発生器（Ｅ１）から生じる蒸気を吸収し、圧縮され、加熱され、溶解装置（Δ２）に入り、
   貯蔵タンク（Ｋ１）から分離された低水和結晶が前記溶解装置（Δ２）に送られて溶解する一方、貯蔵タンク（Ｋ１．１）からの結晶だけでなく貯蔵タンク（Ｋ２）内の前記第２の溶液から分離された結晶も前記溶解装置（Δ１）に溶解し、
   前記貯蔵タンク（Ｋ１．１）からの結晶は最初に脱着器（Ｅ２）に送られ、そこで蒸気が生成され、吸収器（Ａ１）に吸収されたのち、前記溶解装置（Δ１）に送られ、
   前記第１の溶液溶解装置（Δ１）に溶解する前記水和化結晶の量は、随伴する溶剤が蒸気発生器（Ｅ１）を介して吸収器（Ａ１）に移送される蒸気として前記溶剤に等しく、該移送される電解質の量が、前記第１の溶液の貯蔵タンク（Ｋ１）から前記第２の溶液に移送される電解質の量と等しくなることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記溶解装置（Δ１）からの前記溶液が膨張し、前記吸収器（Ａ１）に入り、前記蒸気発生器（Ｅ１）からの蒸気を吸収し、前記溶解装置（Δ１）の圧力に圧縮され、吸収器（ＡＥ１）に入り、そこで上述の蒸気発生器（ＥＡ１）から生じる蒸気を吸収し、冷却を維持し、溶解装置（Δ１）に溶解した前記電解質は分離され、前記残りの溶液は溶解装置（Δ２）に入り、そこで別の電解質が溶解し、次の溶液が膨張し、蒸気発生器（Ｅ１）に入り、次に加熱され、圧縮され、蒸気発生器（ＥＡ１）に入り、そこで気化して、蒸気を生成し、蒸気は吸収器（ＡＥ１）によって吸収され、冷却されて前記溶解装置（Δ２）に溶解した電解質が分離され、前記溶液が加熱され、溶解装置（Δ１）に入り、
   前記溶剤は純物質であり、溶解装置（Δ２）に溶解した前記電解質が低溶解度及び高水和である一方、溶解装置（Δ１）に溶解した前記電解質はその逆であり、
   前記方法は、液体に溶解した気体から成る混合溶剤と共に使用されるときも利用可能であり、この場合、前記溶解装置（Δ２）に溶解した前記電解質は気体溶解度が低下し、溶解装置（Δ１）に溶解した前記電解質は気体溶解度が上昇し、
   前記方法が単独の電解質溶解及び分離プロセスの適用にも機能することができ、
   第２の対の蒸気発生器／吸収器（ＥＡ１／ＡＥ１）は、前記第１の蒸気発生器（ＥＡ１）を出る溶液が前記第２の蒸気発生器（ＥＡ１）に入り、前記第１の吸収器（ＡＥ１）を出る溶液が第２の吸収器（ＡＥ１）に入るように導入することができ、
   第２の類似の装置が、前記第１の装置の蒸気発生器（Ｅ１）からの蒸気が前記第２の装置の吸収器（Ａ１）に入り、前記第２の装置の蒸気発生器（Ｅ１）からの蒸気が前記第１の装置の吸収器（Ａ１）に入るように、前記第１の装置と協働することができ．
   前記膨張機の前記出口が、使用時に貯蔵タンク（Ｋ１）の前記液体出口で吸収されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 前記２つの溶液が組み合わされ、前記第１の溶液において、前記溶解装置（Δ１）からの溶液が最初に吸収器（Ａ）に送られ、次に冷却されて前記電解質を分離し、溶解装置（Δ１）に送られ、
   前記結晶分離後に残る溶液は吸収器（Ａ１）の代わりに蒸気発生器（Ｅ１）に送られ、その後、溶解装置（Δ１）に戻る一方、生成された蒸気は前記第２の溶液に吸収され、
   溶解装置（Δ２）からの前記第２の溶液は最初に蒸気発生器（Ｅ）に送られ、次に冷却されて前記電解質を分離し、溶解装置（Δ２）に直接送られ、
   前記第２の溶液の吸収器（Ａ１）が、前記第１の溶液によって生成される蒸気を吸収し、
   すべての吸収器（Ａ１）によって吸収される量の蒸気は前記蒸気発生器（Ｅ）から生成され、吸収器（Ａ）を介して前記第１の溶液によって吸収され、
   前記溶剤は好ましくは、気体が溶解する混合溶剤であり、気体は気化し、前記溶解した第２の溶液電解質は気体溶解度が低下するが、純溶剤の場合、電解質は高度に水和化され、第１の電解質とは対照的に、電解質およびその結果、分離および溶解プロセスは使用できないことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
6. 高温への熱伝達及び発電用装置であって、
   溶解装置（Δ１）と、結晶器、結晶分離装置、及び液体入口、液体出口、結晶出口接続を備えた結晶貯蔵タンクから成る結晶器ユニットと、結晶入口及び出口と蒸気出口を備えた脱着器（Ｅ２）と、吸収器（Ａ１）と、熱交換器と、圧力膨張バルブと、低圧液体ポンプと、以下のように前記装置を接続する配管網と、を備え、
   前記溶解装置（Δ１）の前記出口が熱交換器を介して前記結晶器ユニットの前記液体入口と接続され、前記ユニットの前記結晶出口が前記脱着器（Ｅ２）を備えた結晶搬送手段と接続され、前記液体出口が前記圧力膨張バルブを介して吸収器（Ａ１）と接続され、
   前記吸収器が液体ポンプを介して次の吸収器（Ａ１）と接続され、前記吸収器の前記出口が前記熱交換器及び前記液体ポンプを介して前記溶解装置（Δ１）と接続され、
   各脱着器（Ｅ２）の蒸気出口が前記吸収器（Ａ１）のうちの１つの蒸気入口と接続され、前記結晶出口が前記溶解装置（Δ１）と接続され、
   前記熱交換器の一方の方向が前記溶解装置（Δ１）出口と前記結晶器ユニット入口に接続され、他方の方向が前記結晶器ユニットの前記液体出口と前記溶解装置（Δ１）液体入口に接続され、この方向で各吸収器（Ａ１）の前後に出力と入力があり、
   熱伝達装置が吸収器（Ａ１）を前記脱着器（Ｅ２）と接続する、請求項１に記載の方法を具体化する高温への熱伝達及び発電用装置。
7. 結晶を蒸気と分離して加熱させる熱伝達面、乾燥空間内の結晶入口と蒸気及び結晶出口、及び熱供給空間内の蒸気入口と液体出口を含む結晶乾燥用の脱着器（Ｅ２．２）が含まれ、
   第１及び第２の結晶器ユニットがあり、前記第１の結晶器ユニットの液体出口が前記第２の結晶器ユニットの液体入口と接続され、
   前記吸収器（Ａ１）が蒸気発生器（Ｅ１）に置き換えられ、
   前記第１の結晶器（Ｋ１）ユニットの前記結晶出口が前記脱着器（Ｅ２．２）の前記結晶入口と接続され、前記結晶出口が結晶搬送手段を備える吸着器（Ａ２）と接続され、これらの結晶出口が結晶搬送手段を介して溶解装置（Δ１）と接続され、
   同じ圧力レベルで機能する脱着器（Ｅ２）及び蒸気発生器（Ｅ１）が同じ吸着器（Ａ２）に接続されるように、脱着器（Ｅ２）と蒸気発生器（Ｅ１）の蒸気出口が吸着器（Ａ２）の前記蒸気入口と接続され、
   前記脱着器（Ｅ２．２）の前記乾燥空間の前記蒸気出口が加熱手段と接続され、前記加熱手段の蒸気出口が蒸気圧縮器と接続され、前記出口が前記オーブンの加熱空間の蒸気入口と接続され、
   熱伝達装置が吸着器（Ａ２）を脱着器（Ｅ２）と蒸発器（Ｅ１）に接続する、請求項６に記載の高温への熱伝達及び発電装置。
8. 上記２つの装置が組み合わされ、前記第１の装置において、
   前記溶解装置（Δ１）の前記出口が第１の結晶器ユニットの前記液体入口と接続され、前記液体出口が第２のユニットの前記液体入口と接続され、吸収器（Ａ１）が蒸気発生器（Ｅ１）と置き換えられており、
   前記第２の装置では、前記脱着器Ｅ２が使用されず、
   前記第１の装置の前記第１の結晶器ユニットの前記結晶出口が、前記第２の装置の前記溶解装置の前記結晶入口に接続され、
   前記第２の装置の前記結晶器ユニットの前記結晶出口が、前記第１の装置の前記溶解装置の前記結晶入口に接続されることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
9. 前記溶解装置（Δ１）の前記出口が、熱交換器及び圧力膨張バルブを介して吸収器（Ａ１）の前記液体入口と接続され、この吸収器の前記出口が液体ポンプを介して別の吸収器（ＡＥ１）の前記液体入口と接続され、この吸収器の前記出口が熱交換器（Ｈ１．１）を介して前記結晶器ユニットと接続され、前記結晶出口が溶解装置（Δ１）と接続され、
   前記結晶器ユニットの前記液体出口が膨張バルブを介して蒸気発生器（Ｅ１）と接続され、前記出口が液体ポンプ及び前記前記熱交換器（Ｈ１．１）を介して別の溶解装置（Δ２）と接続され、前記液体出口が別の蒸気発生器（ＥＡ１）と接続され、
   前記蒸気発生器（ＥＡ１）の前記液体出口が別の熱交換器を介して別の結晶器ユニットと接続され、前記ユニットの前記液体出口が同じ熱交換器を介して前記第１の溶解装置（Δ１）と接続され、前記結晶出口が前記第２の溶解装置（Δ２）と接続され、
   前記蒸気発生器（Ｅ１）の前記蒸気出口が吸収器（Ａ１）の前記蒸気入口と接続され、
   前記蒸気発生器（ＥＡ１）の前記蒸気出口が吸収器（ＡＥ１）の前記蒸気出口と接続され、
   第１の装置の前記蒸気発生器（Ｅ１）の前記蒸気出口が第２の装置の前記吸収器（Ａ１）の前記蒸気入口と接続され、前記第１の装置の前記吸収器（Ａ１）が前記第２の装置の前記蒸気発生器（Ｅ）と接続されるように、第１の装置が第２の装置と協働することができ、
   前記膨張機の前記出口で前記吸収器が前記溶解装置（Ｋ１）の前記液体出口と接続されることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
10. 上記２つの装置が組み合わされ、前記第１の装置において、
    前記溶解装置（Δ１）の前記出口が吸収器（Ａ）の入口と接続され、前記出口が前記結晶器ユニットと接続され、
    脱着器（Ｅ２）が使用されず、
    前記吸収器（Ａ１）が蒸気発生器（Ｅ１）と置き換えられており、前記第２の装置において、
    前記溶解装置（Δ１）の前記出口が蒸気発生器（Ｅ）と接続され、前記出口が本装置の前記結晶器ユニットと接続され、
    脱着器（Ｅ２）が使用されず、
    前記第１の装置の前記蒸気発生器（Ｅ１）の前記蒸気出口が前記第２の装置の前記吸収器（Ａ１）の前記蒸気入口と接続され、前記第２の装置の前記蒸気発生器（Ｅ）の前記蒸気出口が前記第１の装置の前記吸収器（Ａ）の前記蒸気入口と接続されることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
    
    

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