JPH02230067A - 固体―気体間反応による冷却および／または加熱装置 - Google Patents

固体―気体間反応による冷却および／または加熱装置

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JPH02230067A
JPH02230067A JP2004403A JP440390A JPH02230067A JP H02230067 A JPH02230067 A JP H02230067A JP 2004403 A JP2004403 A JP 2004403A JP 440390 A JP440390 A JP 440390A JP H02230067 A JPH02230067 A JP H02230067A
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は固体一気体間反応による冷却および／または加
熱を与える装置に関する。
（先行技術） 本発明の提供する装置はいわゆる「熱化学ポンブ」系の
使用にもとずくものであり下記の主要なる特徴を有する
： 一熱エネルギーが系自身の操作に用いられる；任意には
熱伝達媒体の循環にのみ電気エネルギーが用いられる、 一型式： ？ く固体Ｂ〉 く固体Ａ＞＋　（Ｇ）■ の固体と気体との間の可逆反応を「化学機関」として用
いる。
反応の方向１は発熱反応であって熱を供給する方向を示
し、方向２は吸熱反応であって冷却を与える方向を示す
。
Ｉｔ この系はエネルギーを肩学的形態で貯えることかでき各
種分野に利用可能である。
またこの系は温度Ｔｓの熱源から Ｔｕ＜Ｔｓ にあるような温度Ｔｕの熱を与える。
この場合、この系を「化学熱ボンブ」と呼ぶ。
さらにこの系は温度Ｔ’　　ｓの熱源から〉 Ｔ’ｕ／Ｔ’ｓ にあるような温度Ｔ’　　ｕの熱を与える。
この場合、この系を「化学熱変換器」と呼ぶ。
この系により、熱源から冷凍エネルギーを与え、および
同時に温度Ｔ’　ｓの熱源から温度Ｔ’　ｕの熱（Ｔ’
　ｕ＜Ｔ″Ｓ）および冷凍エネルギーを与える。
場合に応じ、得られた熱または冷却の利用は同時に高温
（Ｔｓ，Ｔ’　　ｓ，Ｔ’　ｓ）のエネルギー消費また
はその時間的おくれ（貯蔵効果）をともない行われる。
佛特許出願第８７／　０７．２１０号は冷却および／ま
たは加熱を連続的に与える装置を開示しており、これは
同じ固体化合物を含有する２個の反応器、凝縮器および
蒸発器からなるものである。
この装置は利点はあるものの、効率が制限されるもので
ある。
（発明の目的） 本発明の目的は、効率が向上した冷却および／または加
熱を与える装置を提供することである。
（発明の概要） 本発明の第１の態様として、本発明は、固体一気体間反
応により冷却および／または加熱を与える装置であって
、第１および第２反応器からなり、それぞれ塩を含有し
、この塩は発熱反応をともなって気体を吸収でき、第１
８作段階では、第１反応器は気体を保持するための密閉
容器と接続し、第２反応器は、第１操作段階において気
体を放出するための密閉容器と接続しており、それぞれ
の反応器が異なる塩を含有することを特徴とする装置を
提供するものである。
本発明の利点および操作は添付図面を参照する下記の実
施態様の説明からさらに明らかになろうが、これらの態
様は説明のためのものであってこれに限定するものでは
ない。
本発明の装置の操作は塩と気体との間の反応にもとづく
ものである。真の化学反応が含まれているため、１変系
平衡つまり温度と圧力の自由度１の関係、すなわちｌｏ
ｇＰ−Ａ−Ｂ／Ｔの形［式中、Ｐは圧力、Ｔは温度（Ｋ
）、およびＡとＢは使用する塩／気体の対に特有の定数
を示す］にある。
下記の記述において、第１図に示すような、クＩベイロ
ン図により操作段階は示され、これは使用する塩に対し
直線関係の平衡からなるものである。
（実施例１） 第２Ａ図は本発明の実施例１の固体一気体間反応により
冷却を与える装置を示す。この装置は第１および第２化
学反応器１０．１２　、凝縮器１４ならびに蒸発器１８
からなる。各化学反応器ｌＯおよびｌ２は例えば金属の
密閉容器からつくられその中に所定量の塩を含有する。
本実施列においては、反応器ＩＯはＮｉＣρ２を含有し
、これははじめアンモニアとの錯体の形であり、反応器
■２はＣａＣΩ２を含む。凝縮器１４および蒸発器１６
は従来の構造のものであって、その周囲の系と熱交換す
るようにつくられている。
第２Ａ図に示すように、第１操作段階では例えば反応器
内に備えられた熱交換器（図示されていない）に過熱蒸
気を循環させ第１化学反応器１０を温度２８０℃まで加
熱する。はじめアンモニア高含量であった塩はこのアン
モニアを放出し、これは導管１８を凝縮器１４に向って
流れる。アンモニアは凝縮し温度４０℃で熱を放出し、
これは凝縮器に導入される、本実施例では３０ないし３
５℃である周囲温度の水により回収される。次に液状ア
ンモニアは導管２０を蒸発器１６に向って流れここで蒸
発して熱を吸収し温度−２５℃の冷凍をつくる。最後に
導管２２を第２反応器１２に向ってアンモニア蒸気は流
れここで５２℃未満の温度でＣ　ａ　Ｃ　ｆｌ　２塩に
より吸収される。
本発明の態様では第２Ｂ図の概略図に示すように２個の
反応器１０および１２が熱伝達装置２４により連結され
る。この装置は熱交換器または熱伝達系からなりその中
を熱伝達媒体が循環する。しかしながら、熱伝達装置２
４は例えば佛特許出願第８８／０４，　１８５号に記述
の熱パイプ２４からなるものであってもよい。
第２操作段階においては、第２Ｂ図に示すように、反応
器ｌＯは導管２６により蒸発器１６に連結され、反応器
１２は導管２８により凝縮器１４に連結される。
同時に２個の反応器ＩＯおよび１２の間の熱伝達系２４
は操作しはじめる。アンモニア低含量の反応器ＩＯの塩
はアンモニアを吸収し温度１０８℃未満まで熱くなる。
Ｎ　ｉＣ　ＩＩ　２の吸収熱は熱伝達系２４により反応
器ｌ２のＣ　ａ　Ｃ　ｆｌ　２に伝達され、第１操作段
階の終わりにアンモニア高含量になるＣａＣΩ２の脱着
の熱源として役立つ。
反応器ｌ２の塩はアンモニアを脱着し、第１操作段階に
おけるように、これはまず凝縮器１４に流れ次に蒸発器
１６に流れる。本発明により、反応器１０およびｌ２に
使用する塩を選択しこれらの反応器間の熱伝達装置２４
を使用すれば、実施例のように連続的に温度−２５℃の
冷凍をつくることができる。
つまり、第２段階の終わりに第２Ａ図の回路のように反
応器１０および１２を再連結する。
連続的に装置を操作できるようにさせた完全回路を第３
図に示す。導管１８．２２．２６および２８ならびに熱
バイブ２４のおのおのに対応するバルブ３０を付設し第
１段階から第２段階への、およびその逆の転移を行う。
本発明の他の態様では、反応器１０の塩の吸収温度と反
応器１２の塩の脱着温度の間に差がある塩を使用するこ
とである。第１図に示すように、１８０℃と１８０℃と
の間にあるＮ　ｉ　Ｃ　，ｌ！　２の吸収温度および１
０８℃と１２８℃との間にあるＣ　ａ　Ｃ　Ｎ　２の脱
着温度の間には差ΔＴがある。したがって差ΔＴは最小
３２℃であり、この値が熱伝達系２４を経由して有効に
熱を伝達する。知られているように、熱交換器が２点間
に有効に熱を伝達するためには、これらの間に少なくと
も５℃の温度差がなければならない。
固体一気体間反応により冷却および／または加熱を与え
る装置の成績は動作係数すなわちＣＯＰの経済的概念を
用いて評価できる。
第３図に示されるような冷却を与えるための装置の場合
、ＣＯＰは関係式： ＨＲ＋ρＣｐΔＴ ［式中、ΔＨｅは気体の放出の熱、ΔＨＲは塩からの気
体の脱着反応熱、およびρＣ　ΔＴは、吸ｐ 収反応および脱着反応に対応する２温度水準間の反応器
および塩に洪給されるべき顕熱を示す］により規定され
る。
第４図ないし第７図は２種の異なる塩を用いおよび所定
の温度の冷却または加熱を与えるための装置のクラペイ
ロン図を示す。それぞれ使用するプラントおよびその操
作は第３図の装置のそれらに対応ずる。ただＬ＝　１％
　１′［ｆａ　ＩＹ　Ｌ’ｉよび塩は異なる。
（実施例２）−（第４図冫 本実施例のプラントはビルの空調用に５℃の冷却空気を
与えるためのものである。反応器１０はＦｅＣｊｌ　　
を含有し、反応器ｌ２はＣ　ａ　Ｃ　（１　２を含有す
る。プラントは２１０℃の熱源が必要であり周囲空気に
熱を放出するが、これは３０ないし３５℃の温度を有す
る。温度１２５ないし１４５℃の反応器１０のＦ　ｅ　
Ｃ　，Ｑ　２の吸収熱は熱伝達装置２４を経由して流れ
温度９５ないし１１５℃の反応器１２のＣ　ａ　Ｃ　Ｄ
　２の脱着熱として使用される。このプラントのＣＯＰ
は、 １＋０．０５ （実施例３） （第５図） 本実施例のプラントは冷凍用に−２５℃の冷却をあたえ
るためのものである。反応器１０はＭ　ｇ　Ｃρ２を含
有し反応器ｌ２はＣ　ａ　Ｃ　ＩＩ　２を含有する。プ
ラントは２１０℃の熱源を必要とし、温度Ｉ５ないし２
０℃を有する周囲空気または水に熱を放出する。
このプラントのＣＯＰは、 １＋０．０５ （実施例４）−（第６図） 実施例２のように、本実施例のプラントは、ビルの空調
用に５℃の冷却空気を与えるためのものである。反応器
ｌＯはＦ　ｅ　Ｃ　１）　２を含有し反応器ｌ２はＣ　
ａ　Ｃ　ＩＩ　２を含有する。プラントは１９０℃の熱
源を使用しｌ５ないし２０℃の温度を有する周囲空気ま
たは水に熱を放出する。
このプラントのＣＯＰは、 ０．５　　＋０．５ １＋０．０５ （実施例５）一（第７図） 本実施例のプラントもまた冷却空気をあたえるためのも
のであるが温度は０℃である。さらにこのプラントは温
度９０℃の熱を与え、したがって空調および加熱に使用
できる。プラントは２８０℃の熱源を必要とし、温度ｌ
５ないし２０℃の凝縮器中で循環する水に熱を放出する
。反応器ｌＯはＮ　ｉＣ　，ＩＩ’　２を含有し反応器
ｌ２はＭ　ｎ　Ｃ　ｆｌ　２を含有する。
このプラントの２８類の動作係数は計算でき、それらは １＋０．０５ 加熱ＣＯＰ−　　　　　　ユ０，９５ １＋０．０５ である。
本実施例において注目すべき点は、９０℃の熱は完全サ
イクル時間の半分の間にのみ与えられることである。対
照的に０℃の冷却は連続的に与えられる。
（実施例６） 第８図および第９図は３種の異なる塩を含む４個の反応
器からなる本発明の他の実施例のプラントを示す。
第８Ａ図に示される装置は固体一気体間反応により５℃
の冷却空気をつくるためのものであり、第２図の構成と
同様に４個の反応器３２．３４．３６および３８からな
るものであるが、凝縮器または蒸発器はなんら使用しな
い。本実施例においては反応器３２および３６はＢ　ａ
　Ｃ　，Ｑ　２を含有し、反応器３４はＮ　Ｌ　Ｃ　ｊ
！　２を含有し、および反応器３８はＣ　ａ　Ｃ　，Ｑ
　２を含有する。反応器３４および３６の塩はｑノ はじめアモニアと錯体の形である。
第１操作段階において、反応器３４は温度２７０℃に加
熱される。はじめアンモニア高含量であったこの塩はこ
のアンモニアを放出し、これが導管４０を通って反応器
３２に向って流れ、そこでＢ　ａ　Ｃ　！）　２により
吸収され温度４０℃で熱を放出するが、これは周囲空気
により回収される。また第１操作段階において、反応器
３Ｂに含有されるアンモニアは脱着されて、導管４２を
通って反応器３８に向って流れ、そこでＣ　ａ　Ｃ　Ｉ
Ｉ　２により吸収される。
アンモニアの脱着は反応器３６に−１０℃の冷却をつく
り、およびＣ　ａ　Ｃ　Ｊ７　２によるアンモニアの吸
収は４０℃の熱を放出し、これは周囲空気により除去さ
れる。
第８Ｂ図に示される第２操作段階においては、反応器３
８は導管４２により反応器３６に連結され、反応器３２
は導管４０により反応器３４に連結される。同時に、反
応器３４および３８の間の熱伝達系４８が操作しはじめ
る。アンモニア低含量であった反応器３４の塩は、反応
器３２から発したアンモニアを吸収し、約１５０℃の温
度まで熱くなる。Ｎ　Ｉ　Ｃ　Ｉｔ　２の吸収熱は熱伝
達系４８により反応器３８のＣ　ａ　Ｃ　ＩＩ　２に伝
達され、第１操作段階の終わりにアンモニア高含量とな
ったＣ　ａ　Ｃ　１　２の脱着の熱源として役立つ。
反応器３８の塩はアンモニアを脱着し、これは導管４４
を通って反応器３６に向って流れ、そこでアンモニアは
Ｂ　ａ　Ｃ　ｊ！　２により吸収され、周囲空気に４０
℃の熱を放出する。反応器３２のＢ　ａ　Ｃ　ｆｌ　２
によるアンモニアの脱着はーｌＯ℃の冷却をつくる。
第９図は装置を連続的に操作するようにさせた完全回路
を示す。導管４０および４２ならびに熱伝達系４８はそ
れぞれ対応するバルブ５０が付設され第１から第２段階
へのおよびその逆の転移を可能とする。
第１０図に示される実施例６のＣＯＰは、１十０．１ （実施例７）−（第１１図） 第Ｉｆ図は３種の異なる塩を含む４個の反応器を用いる
第２の実施例を示す。プラントおよびその操作は第９図
の装置のそれらに対応する。本実施例におけるプラント
は、空調用にｌＯ℃の冷却空気をつくるためおよび５０
℃の加熱を与えるためのものである。反応器３２および
３６はＢ　ａ　Ｃ　１　２を含有し、反応器３４はＮ　
ｔ　Ｃ　，ｃｌ２，を含有し、および反応器３８はＭ　
ｎ　Ｃ　１）　２を含有する。プラントは２４０℃の熱
を使用しそして周囲空気に４０℃の熱を放出する。前実
施例のように、Ｎ　ｉＣ　！）　２の吸収熱は熱伝達系
を経由して流れ反応器３８のＭ　ｎ　Ｃ　ｆｌ　２の脱
着熱として使用される。
このプラントの２種類の動作係数は計算でき、↓ れらは、 である。
実施例５のように、５０℃でつくられる熱はサイクルの
半分の間のみ回収されるのに対し、冷却は連続的につく
られる。本実施例における熱伝達系４８を横断するＴは
１５℃の程度で比較的低いものである。しかしながら、
もしプラントが蓄熱装置からなる場合には、この種の装
置の利用は有益である。
本発明の装置用に使用する塩はさらに下記表から選択で
きる： Ｚ　ｎ　Ｓ　Ｏ　ｉ，　　　　　　Ｚ　ｎ　Ｃ　１　２
Ｃ　ａ　Ｃ　ｆｌ　２　　　　　　Ｎ　ａ　Ｃ　ＤＳｒ
Ｃｊ）２　　　　　ＮａＢｒ このようにして、プラントに対し、本発明により効率を
向上することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例１の装置のクラベイロン図であ
る。第２Ａ図および第２Ｂ図はそれぞれ実施例１のプラ
ントの概略図である。第３図は第２Ａ図および第２Ｂ図
に対する完全プラントの概略図である。第４図ないし第
７図はそれぞれ本発明の他の実施例のクラベイロン図で
ある。第８Ａ図および第８Ｂ図はそれぞれ４個の反応器
からなる本発明のプラントの概略図である。第９図は第
８Ａ図および第８Ｂ図に対する完全プラントの概略図で
ある。第ｌＯ図は第８Ａ図、ｉｇＢ図および第９図の装
置のクラベイロン図である。および第１１図は４個の反
応器からなる本発明の他の実施例のクラペイロン図であ
る。 １０．１２．３２．３４．３Ｂ．３Ｂ・・・・・・反応
器、１４・・・・・・凝縮器、１６・・・・・・蒸発器
、１ｇ，２０．２２．２Ｂ，２８．４０および４２・・
・・・・導管、２４および４８・・・・・・熱伝達装置
、３ｏおよび５ｏ・・・・・・バルブ。 ｛ｎ八弁埋士　船 山 武

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）固体−気体間反応による冷却および／加熱を与え
    る装置であって； 第１（１０；３４）および第２（１２；３８）反応器か
    らなり、それぞれ塩を含有し、この塩は吸収により気体
    と発熱反応を行うことができ、第１反応器（１０；３４
    ）は第１操作段階において気体を保持するための密閉容
    器（１４；３２）と接続しており、第２反応器は第１操
    作段階において気体を放出するための密閉容器（１６；
    ３６）と接続しており； それぞれの反応器が異なる塩を含有することを特徴とす
    る装置。
  2. （２）気体を保持するための密閉容器（１４）が凝縮器
    （１４）からなりおよび気体を放出するための密閉容器
    （１８）が蒸発器（１６）からなり、さらに凝縮器と蒸
    発器が接続されていることを特徴とする請求項１に記載
    の装置。
  3. （３）第２操作段階において、第１反応器（１０）は蒸
    発器（１６）と接続され、および第２反応器（１２）は
    凝縮器（１４）と接続されていることを特徴とする請求
    項２に記載の装置。
  4. （４）第２操作段階の間、該装置が第１および第２反応
    器（１０、１２）間の熱を伝達できる熱伝達装置（２４
    ）を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１
    項に記載の装置。
  5. （５）第１反応器（１０）がＮｉＣｌ＿２を含有し、第
    ２反応器（１２）がＭｎＣｌ＿２を含有し、気体がアン
    モニアであることを特徴とする請求項１から４のいずれ
    か１項に記載の装置。
  6. （６）第１反応器がＦｅＣｌ＿２、ＭｇＣｌ＿２または
    ＮｉＣｌ＿２を含有し、第２反応器がＣａＣｌ＿２を含
    有し、さらに気体がアンモニアであることを特徴とする
    請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
  7. （７）気体を保持するための密閉容器（３２）および気
    体を放出するための密閉容器（３６）がそれぞれ第３（
    ３２）および第４（３４）反応器からなり、それぞれが
    気体と反応できる塩を含有することを特徴とする請求項
    １に記載の装置。
  8. （８）第３（３２）および第４（３４）反応器が同一塩
    を含有することを特徴とする請求項７に記載の装置。
  9. （９）第３（３２）および第４（３４）反応器がＢａＣ
    ｌ＿２を含有することを特徴とする請求項８に記載の装
    置。
  10. （１０）該装置が第１および第２反応器間の熱を伝達す
    ることができる熱伝達装置（４８）を含むことを特徴と
    する請求項７から９のいずれか１項に記載の装置。
JP2004403A 1989-01-11 1990-01-11 固体―気体間反応による冷却および／または加熱装置 Expired - Lifetime JP2664506B2 (ja)

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FR8900268 1989-01-11

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AT (1) ATE103703T1 (ja)
CA (1) CA2007451C (ja)
DE (1) DE69007652T2 (ja)
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