JPH04227440A - 冷凍サイクル及び電解質膜を湿潤させるプロセス - Google Patents
冷凍サイクル及び電解質膜を湿潤させるプロセスInfo
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- JPH04227440A JPH04227440A JP3181733A JP18173391A JPH04227440A JP H04227440 A JPH04227440 A JP H04227440A JP 3181733 A JP3181733 A JP 3181733A JP 18173391 A JP18173391 A JP 18173391A JP H04227440 A JPH04227440 A JP H04227440A
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Links
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/02—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using Joule-Thompson effect; using vortex effect
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
- F25B41/10—Fluid-circulation arrangements using electro-osmosis
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
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- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Saccharide Compounds (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、冷凍サイクルに係り、
特に、固体ポリマー電解質を有する電気化学圧縮機を採
用しているジュール・トムソン冷凍サイクルに関する。
特に、固体ポリマー電解質を有する電気化学圧縮機を採
用しているジュール・トムソン冷凍サイクルに関する。
【０００２】
【従来の技術】ジュール・トムソン冷凍サイクルは、技
術的に良く知られており、最近２，３年多くの検討がな
されてきた。ジュール・トムソン冷凍サイクルの基本原
理は、高圧のガス状作動流体（例えば、水素）を、一連
の熱交換器及びジュール・トムソン（Ｊ−Ｔ）弁を介し
てポンプで送り出すことにある。Ｊ−Ｔ弁におけるガス
の膨張によって、流体温度を液化点にまたはその近くに
あるレベルまで下げる純冷却効果がもたらされる。
術的に良く知られており、最近２，３年多くの検討がな
されてきた。ジュール・トムソン冷凍サイクルの基本原
理は、高圧のガス状作動流体（例えば、水素）を、一連
の熱交換器及びジュール・トムソン（Ｊ−Ｔ）弁を介し
てポンプで送り出すことにある。Ｊ−Ｔ弁におけるガス
の膨張によって、流体温度を液化点にまたはその近くに
あるレベルまで下げる純冷却効果がもたらされる。
【０００３】ジュール・トムソン冷凍サイクルを駆動さ
せるために、電気化学圧縮機を使用することは、従来か
ら提案されていた。例えば、ブルームフィールド（Ｂｌ
ｏｏｍｆｉｅｌｄ）の米国特許第４，５９３，５３４号
を参照されたい。理想的には、この型の圧縮機は、可動
部品を有しないことが好ましい。従って、そのシステム
は、耐振動性があり、長寿命かつ高信頼性を有する。
せるために、電気化学圧縮機を使用することは、従来か
ら提案されていた。例えば、ブルームフィールド（Ｂｌ
ｏｏｍｆｉｅｌｄ）の米国特許第４，５９３，５３４号
を参照されたい。理想的には、この型の圧縮機は、可動
部品を有しないことが好ましい。従って、そのシステム
は、耐振動性があり、長寿命かつ高信頼性を有する。
【０００４】典型的な電気化学圧縮機は、一般には水素
である電気化学的に活性な成分を有する作動流体を酸化
させる第１電極と、電気化学的に活性な成分を減少させ
る第２電極と、イオン種を導く作用をする電解質とから
構成されている。電解質は、ＮＡＦＩＯＮすなわち独国
のウィルミントンにあるＥ．Ｉ．Ｄｕ Ｐｏｎｔ
ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ＆ Ｃｏ．Ｉｎｃ．によ
って製造された固体ポリマー電解質などの固体イオン交
換膜である。
である電気化学的に活性な成分を有する作動流体を酸化
させる第１電極と、電気化学的に活性な成分を減少させ
る第２電極と、イオン種を導く作用をする電解質とから
構成されている。電解質は、ＮＡＦＩＯＮすなわち独国
のウィルミントンにあるＥ．Ｉ．Ｄｕ Ｐｏｎｔ
ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ＆ Ｃｏ．Ｉｎｃ．によ
って製造された固体ポリマー電解質などの固体イオン交
換膜である。
【０００５】次に、電気化学圧縮機の動作について説明
する。圧縮機入口の低圧水素は、第１電極において電子
を取り除くことによってイオン化される。その後、水素
イオンすなわち陽子は、電解質膜にかかる電位によって
移送される。第２電極において、陽子がそれらの電子と
再結合され、水素が形成される。各電極において触媒と
して与えられるプラチナは、酸化還元反応を容易にする
。水素は、電流に正比例して、膜を介して移送される。
する。圧縮機入口の低圧水素は、第１電極において電子
を取り除くことによってイオン化される。その後、水素
イオンすなわち陽子は、電解質膜にかかる電位によって
移送される。第２電極において、陽子がそれらの電子と
再結合され、水素が形成される。各電極において触媒と
して与えられるプラチナは、酸化還元反応を容易にする
。水素は、電流に正比例して、膜を介して移送される。
【０００６】電気化学圧縮機を動作させる場合には、固
体ポリマー膜が水和されなければならない。しかし、悪
いことには、ガスが電解質膜を通過する際に、その膜か
ら連続的に除去される。水などの汚染物は、ジュール・
トムソン冷凍サイクルでは許容され得ないので、その後
、そのガスはソルベント（ｓｏｒｂｅｎｔ）床を通過す
る。運ばれた湿気は、凝縮され、冷凍され、または吸収
される。
体ポリマー膜が水和されなければならない。しかし、悪
いことには、ガスが電解質膜を通過する際に、その膜か
ら連続的に除去される。水などの汚染物は、ジュール・
トムソン冷凍サイクルでは許容され得ないので、その後
、そのガスはソルベント（ｓｏｒｂｅｎｔ）床を通過す
る。運ばれた湿気は、凝縮され、冷凍され、または吸収
される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】出願人は、膜が連続的
に湿潤され、すなわち水和される場合には、セルの効率
及び有効寿命が長くなるということを見い出した。従っ
て、作動流体によって運ばれる水によって、固体ポリマ
ー電解質膜を連続的に水和させることが、非常に好まし
い。
に湿潤され、すなわち水和される場合には、セルの効率
及び有効寿命が長くなるということを見い出した。従っ
て、作動流体によって運ばれる水によって、固体ポリマ
ー電解質膜を連続的に水和させることが、非常に好まし
い。
【０００８】従って、本発明の主たる目的は、作動流体
内の凝縮可能な成分によってポリマー部材のこの定常湿
潤が得られる改善されたジュール・トムソン冷凍サイク
ルを提供することにある。
内の凝縮可能な成分によってポリマー部材のこの定常湿
潤が得られる改善されたジュール・トムソン冷凍サイク
ルを提供することにある。
【０００９】本発明の特定の目的は、電気化学圧縮機の
上流及び下流に、高圧作動流体から水を取り除き、水を
低圧作動流体に置き換えるための再生可能なソルベント
手段を採用する冷凍サイクルを提供することにある。
上流及び下流に、高圧作動流体から水を取り除き、水を
低圧作動流体に置き換えるための再生可能なソルベント
手段を採用する冷凍サイクルを提供することにある。
【００１０】本発明の他の目的は、圧縮機を通るガス流
が、冷凍サイクルで選択的に逆転されるように、電気化
学圧縮機が逆転極性電源によって駆動されるところの冷
凍サイクルを提供することにある。
が、冷凍サイクルで選択的に逆転されるように、電気化
学圧縮機が逆転極性電源によって駆動されるところの冷
凍サイクルを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上述の如く、本発明は、
固体ポリマー電解質を有する電気化学圧縮機を用いるジ
ュール・トムソン冷凍サイクルに係り、特に、膜を水和
された状態に維持するために、電気化学圧縮機を逆方向
に選択的に駆動させるため、逆転極性電源を採用してい
るジュール・トムソンサイクルに関するものである。
固体ポリマー電解質を有する電気化学圧縮機を用いるジ
ュール・トムソン冷凍サイクルに係り、特に、膜を水和
された状態に維持するために、電気化学圧縮機を逆方向
に選択的に駆動させるため、逆転極性電源を採用してい
るジュール・トムソンサイクルに関するものである。
【００１２】本発明によれば、冷凍サイクルは、低圧側
及び高圧側を有する電気化学圧縮機、及びその圧縮機の
低圧側と高圧側との間に置かれた電解質膜から構成され
る。電気化学圧縮機によって駆動される作動流体は、酸
素、水素、及び周期表のグループＶＩＩＡから選ばれた
元素から成るグループから選択される電気化学的に活性
な成分と、例えば、好適な実施例においては水であると
ころの凝縮可能な成分から構成される。逆転極性電源は
、低圧側で作動流体を受け、その作動流体を圧縮し、そ
して、圧縮された作動流体を圧縮機の高圧側に送るため
の電気化学圧縮機を駆動するために設けられている。 その電源の極性は、冷凍サイクルを通してその作動流体
を反対方向に駆動するために、逆転され得る。
及び高圧側を有する電気化学圧縮機、及びその圧縮機の
低圧側と高圧側との間に置かれた電解質膜から構成され
る。電気化学圧縮機によって駆動される作動流体は、酸
素、水素、及び周期表のグループＶＩＩＡから選ばれた
元素から成るグループから選択される電気化学的に活性
な成分と、例えば、好適な実施例においては水であると
ころの凝縮可能な成分から構成される。逆転極性電源は
、低圧側で作動流体を受け、その作動流体を圧縮し、そ
して、圧縮された作動流体を圧縮機の高圧側に送るため
の電気化学圧縮機を駆動するために設けられている。 その電源の極性は、冷凍サイクルを通してその作動流体
を反対方向に駆動するために、逆転され得る。
【００１３】好適な実施例においては、圧縮機からの流
体を受け、圧縮されたガス流から作動流体の凝縮可能な
成分を取り除くため、第１の再生可能なソルベント床が
、高圧側の下流に設けられる。流体が圧縮機に供給され
る前に、凝縮可能な成分を作動流体に置き換えるため、
圧縮機低圧側の上流に第２の再生可能なソルベント床が
配置される。電源の極性を逆転させることによって、作
動流体の凝縮可能な成分が、電気化学圧縮機の電解質膜
を連続的に湿潤させる。
体を受け、圧縮されたガス流から作動流体の凝縮可能な
成分を取り除くため、第１の再生可能なソルベント床が
、高圧側の下流に設けられる。流体が圧縮機に供給され
る前に、凝縮可能な成分を作動流体に置き換えるため、
圧縮機低圧側の上流に第２の再生可能なソルベント床が
配置される。電源の極性を逆転させることによって、作
動流体の凝縮可能な成分が、電気化学圧縮機の電解質膜
を連続的に湿潤させる。
【００１４】さらに、熱交換器すなわちヒートシンクが
、第１及び第２の再生可能なソルベント床間に置かれる
。また、第１及び第２の再生可能なソルベント床間に置
かれる。また、第１及び第２ジュール・トムソン膨張弁
が、比較的一定温度にある熱負荷の上流及び下流に設け
られる。逆流熱交換器がそれらのソルベント床とそれら
のＪ−Ｔ弁との間に設けられる。
、第１及び第２の再生可能なソルベント床間に置かれる
。また、第１及び第２の再生可能なソルベント床間に置
かれる。また、第１及び第２ジュール・トムソン膨張弁
が、比較的一定温度にある熱負荷の上流及び下流に設け
られる。逆流熱交換器がそれらのソルベント床とそれら
のＪ−Ｔ弁との間に設けられる。
【００１５】ここに開示された冷凍サイクルは、連続運
転が可能であり、一方、単に電気化学圧縮機の極性を逆
転させることによって、固体ポリマー電解質膜が水で連
続的に湿潤させられることを確実なものとする。
転が可能であり、一方、単に電気化学圧縮機の極性を逆
転させることによって、固体ポリマー電解質膜が水で連
続的に湿潤させられることを確実なものとする。
【００１６】
【作用】冷凍サイクルの運転中、水蒸気が固体ポリマー
電解質膜から除去され、ソルベント床によって捕獲され
る。本発明によれば、固体ポリマー電解質膜を湿潤状態
に維持するために、電気化学圧縮機の極性が電源によっ
て反転され、水素を反対方向にポンプ送りさせるように
している。
電解質膜から除去され、ソルベント床によって捕獲され
る。本発明によれば、固体ポリマー電解質膜を湿潤状態
に維持するために、電気化学圧縮機の極性が電源によっ
て反転され、水素を反対方向にポンプ送りさせるように
している。
【００１７】
【実施例】本発明に従って構成されたジュール・トムソ
ン冷凍サイクル１０が、図１に示されている。冷凍サイ
クル１０は、基本的に、逆転極性電源１４によって駆動
される電気化学圧縮機１２と、その圧縮機１２の上流及
び下流に配置された一対の再生可能なソルベント床１６
，１８と、それらのソルベント床１６，１８及びヒート
シンク２４の間に置かれた再生式熱交換器２０と、ヒー
トシンク２４及び再生式熱交換器２０の間で、ヒートシ
ンクの上流及び下流に配置された一対のジュール・トム
ソン膨張装置２６，２８とから構成される。
ン冷凍サイクル１０が、図１に示されている。冷凍サイ
クル１０は、基本的に、逆転極性電源１４によって駆動
される電気化学圧縮機１２と、その圧縮機１２の上流及
び下流に配置された一対の再生可能なソルベント床１６
，１８と、それらのソルベント床１６，１８及びヒート
シンク２４の間に置かれた再生式熱交換器２０と、ヒー
トシンク２４及び再生式熱交換器２０の間で、ヒートシ
ンクの上流及び下流に配置された一対のジュール・トム
ソン膨張装置２６，２８とから構成される。
【００１８】好適な電気化学圧縮機１２は、プラチナ触
媒を備えた第１の多孔電極３０、及び同じくプラチナ触
媒を備えた第２の多孔電極３２から構成される。これら
の電極３０，３２は、電源リード線３４，３６によって
逆転極性電源１４に接続されている。また、固体ポリマ
ー電解質膜３８が、それらの電極間に設けられている。 好適な固体ポリマー電解質膜３８は、デュポンによって
製造され、ＮＡＦＩＯＮの商標で販売されているポリマ
ー材料、すなわち、スルホン化過フッ化炭化水素ポリマ
ーから作られる。
媒を備えた第１の多孔電極３０、及び同じくプラチナ触
媒を備えた第２の多孔電極３２から構成される。これら
の電極３０，３２は、電源リード線３４，３６によって
逆転極性電源１４に接続されている。また、固体ポリマ
ー電解質膜３８が、それらの電極間に設けられている。 好適な固体ポリマー電解質膜３８は、デュポンによって
製造され、ＮＡＦＩＯＮの商標で販売されているポリマ
ー材料、すなわち、スルホン化過フッ化炭化水素ポリマ
ーから作られる。
【００１９】サイクル１０の作動流体は、酸素、水素、
及び周期表のグループＶＩＩＡ元素から成るグループか
ら選択された電気化学的に活性な成分である。水素が、
好適な作動流体である。
及び周期表のグループＶＩＩＡ元素から成るグループか
ら選択された電気化学的に活性な成分である。水素が、
好適な作動流体である。
【００２０】作動流体は、凝縮可能な成分を含む。しか
し、これは、圧縮機端においてのみである。Ｊ−Ｔ膨張
装置端では、湿分のトレースのみを持つ活性成分（例え
ば、水素または酸素）のみである。サイクル運転につい
て、水素及び水から成る作動流体を基準として、以下に
詳細に説明する。電気化学圧縮機セル１２が対称である
とき、電源１４によってセル１２の電極極性を逆転する
ことによって、ガス状水素のポンプ送り出し方向が逆転
される。電源１４の極性３２がアノードを形成し、電極
３０がカソードを形成するようなものであると仮定する
と、４０は、圧縮機１２の低圧側であり、４２は高圧側
である。電気化学圧縮機１２がこのように動作すると、
作動流体が導管４４を介して圧縮機の低圧側に入る。作
動流体は、今はアノードとし作用している電極３２と接
触し、例えば水素などの作動流体の電気化学種が、電子
を除去され、電極３２で水素イオンになる。その後、水
素イオンは、固体ポリマー電解質膜３８にかかる電位に
よって移送される。作動流体の凝縮可能な成分、すなわ
ち水は、水素イオンを包囲している。電解質膜に入り、
それにより水和シースを形成する。電子がアノード３２
からカソード３８へ通過すると、電解質内の水素イオン
が、水和水とともに、アノードからカソードへ通過する
。水和膜を通過した水素ガスは、所定の飽和温度での水
の蒸気圧にほぼ等しい濃度の水蒸気を含む。湿分（水）
は、水素流に依存数速度で、その膜から除去される。そ
の結果、圧縮機の高圧側を出る水素ガスは、必然的に水
蒸気で飽和される。ジュール・トムソンオリフィス／膨
張装置は、水などの汚染物を許容できないので、飽和ガ
スは、導管４６を介して第１の再生可能なソルベント床
１６に通過されられる。そこで、逆流熱交換器２０及び
ジュール・トムソン膨張弁２６を通り、最終的にはヒー
トシンク２４に行く作動流体ストリームを通過する前に
、水がその作動流体ストリームから取り除かれる。ジュ
ール・トムソン膨張弁２６における流体の膨張によって
影響される圧力低下は、ヒートシンク２４に向かう水素
温度を下げる純冷却効果をもたらす。ヒートシンク２４
を出る作動流体は、その後、逆流熱交換器２０、再生可
能なソルベント床１８及び導管４４を介して電気化学圧
縮機１２に戻される。
し、これは、圧縮機端においてのみである。Ｊ−Ｔ膨張
装置端では、湿分のトレースのみを持つ活性成分（例え
ば、水素または酸素）のみである。サイクル運転につい
て、水素及び水から成る作動流体を基準として、以下に
詳細に説明する。電気化学圧縮機セル１２が対称である
とき、電源１４によってセル１２の電極極性を逆転する
ことによって、ガス状水素のポンプ送り出し方向が逆転
される。電源１４の極性３２がアノードを形成し、電極
３０がカソードを形成するようなものであると仮定する
と、４０は、圧縮機１２の低圧側であり、４２は高圧側
である。電気化学圧縮機１２がこのように動作すると、
作動流体が導管４４を介して圧縮機の低圧側に入る。作
動流体は、今はアノードとし作用している電極３２と接
触し、例えば水素などの作動流体の電気化学種が、電子
を除去され、電極３２で水素イオンになる。その後、水
素イオンは、固体ポリマー電解質膜３８にかかる電位に
よって移送される。作動流体の凝縮可能な成分、すなわ
ち水は、水素イオンを包囲している。電解質膜に入り、
それにより水和シースを形成する。電子がアノード３２
からカソード３８へ通過すると、電解質内の水素イオン
が、水和水とともに、アノードからカソードへ通過する
。水和膜を通過した水素ガスは、所定の飽和温度での水
の蒸気圧にほぼ等しい濃度の水蒸気を含む。湿分（水）
は、水素流に依存数速度で、その膜から除去される。そ
の結果、圧縮機の高圧側を出る水素ガスは、必然的に水
蒸気で飽和される。ジュール・トムソンオリフィス／膨
張装置は、水などの汚染物を許容できないので、飽和ガ
スは、導管４６を介して第１の再生可能なソルベント床
１６に通過されられる。そこで、逆流熱交換器２０及び
ジュール・トムソン膨張弁２６を通り、最終的にはヒー
トシンク２４に行く作動流体ストリームを通過する前に
、水がその作動流体ストリームから取り除かれる。ジュ
ール・トムソン膨張弁２６における流体の膨張によって
影響される圧力低下は、ヒートシンク２４に向かう水素
温度を下げる純冷却効果をもたらす。ヒートシンク２４
を出る作動流体は、その後、逆流熱交換器２０、再生可
能なソルベント床１８及び導管４４を介して電気化学圧
縮機１２に戻される。
【００２１】上述の事項から明らかな如く、冷凍サイク
ルの運転中、水蒸気が固体ポリマー電解質膜３８から除
去され、ソルベント床１６によって捕獲される。本発明
によれば、固体ポリマー電解質膜を湿潤状態に維持する
ために、電気化学圧縮機１３の極性が電源１４によって
反転され、水素を反対方向にポンプ送りさせる。極性の
反転によって、４２が圧縮機１２の低圧側になり、４０
が圧縮機１２の高圧側になる。この動作において、圧縮
機の高圧側で前に湿分を採取していたソルベント床１６
が、今はヒートシンク２４からセルに戻る低圧側乾燥ガ
スと接触する。この低圧側乾燥ガスは、効果的に吸収物
質を元に戻し、床１６を再生する。また、湿気が、導管
４６を介して電気化学圧縮機１２の低圧側４２に運ばれ
た作動流体ストリーム中に吸収される。これは、水蒸気
を圧縮機１２に戻し、電解質膜３８を湿潤させる。従っ
て、電源の極性を選択的に反転させることによって、圧
縮機が反対方向に駆動され、それによって、固体ポリマ
ー膜３８が作動流体の凝縮可能な成分で連続的に湿潤さ
せる。また、ソルベント床が周期的に再生される。
ルの運転中、水蒸気が固体ポリマー電解質膜３８から除
去され、ソルベント床１６によって捕獲される。本発明
によれば、固体ポリマー電解質膜を湿潤状態に維持する
ために、電気化学圧縮機１３の極性が電源１４によって
反転され、水素を反対方向にポンプ送りさせる。極性の
反転によって、４２が圧縮機１２の低圧側になり、４０
が圧縮機１２の高圧側になる。この動作において、圧縮
機の高圧側で前に湿分を採取していたソルベント床１６
が、今はヒートシンク２４からセルに戻る低圧側乾燥ガ
スと接触する。この低圧側乾燥ガスは、効果的に吸収物
質を元に戻し、床１６を再生する。また、湿気が、導管
４６を介して電気化学圧縮機１２の低圧側４２に運ばれ
た作動流体ストリーム中に吸収される。これは、水蒸気
を圧縮機１２に戻し、電解質膜３８を湿潤させる。従っ
て、電源の極性を選択的に反転させることによって、圧
縮機が反対方向に駆動され、それによって、固体ポリマ
ー膜３８が作動流体の凝縮可能な成分で連続的に湿潤さ
せる。また、ソルベント床が周期的に再生される。
【００２２】本発明によれば、標準の二重膨張弁２６，
２８（例えば、オリフィスまたは毛細管）が冷凍サイク
ルにおいて採用される。そのような二重熱膨張手段を用
いることで、ジュール・トムソン膨張温度降下が連続ス
テップで生じ、熱ソルベント１８に比較的一定温度で熱
負荷を受け入れさせる。これは、流量反転によって大き
な温度変化を生ずる単一ジュール・トムソン膨張弁に対
して好適である。
２８（例えば、オリフィスまたは毛細管）が冷凍サイク
ルにおいて採用される。そのような二重熱膨張手段を用
いることで、ジュール・トムソン膨張温度降下が連続ス
テップで生じ、熱ソルベント１８に比較的一定温度で熱
負荷を受け入れさせる。これは、流量反転によって大き
な温度変化を生ずる単一ジュール・トムソン膨張弁に対
して好適である。
【００２３】上述の如く、膜から除去された湿分は、水
素ポンプ送りガス流速に依存している。一度、流速が確
立されると、極性が反転されるとき、固体ポリマー電解
質膜が作動流体の凝縮可能な成分で常に十分に湿潤され
ることを確保することが容易に確立される。
素ポンプ送りガス流速に依存している。一度、流速が確
立されると、極性が反転されるとき、固体ポリマー電解
質膜が作動流体の凝縮可能な成分で常に十分に湿潤され
ることを確保することが容易に確立される。
【００２４】前述のことから理解されるように、本発明
の冷凍サイクルは、固体ポリマー電解質膜を有する電気
化学圧縮機を採用するジュールトムソン冷凍サイクルを
行うための簡単でかつ経済的な機構を与える。
の冷凍サイクルは、固体ポリマー電解質膜を有する電気
化学圧縮機を採用するジュールトムソン冷凍サイクルを
行うための簡単でかつ経済的な機構を与える。
【００２５】本発明において、再生逆流熱交換器は、ソ
ルベント床１６，１８及びヒートシンク２４と取り換え
られ得る。
ルベント床１６，１８及びヒートシンク２４と取り換え
られ得る。
【００２６】
【発明の効果】本発明の冷凍サイクルは、連続運転が可
能であり、一方、単に電気化学圧縮機の極性を逆転させ
ているので、固体ポリマー電解質膜が水で連続的に湿潤
させられる。
能であり、一方、単に電気化学圧縮機の極性を逆転させ
ているので、固体ポリマー電解質膜が水で連続的に湿潤
させられる。
【図１】本発明に係る冷凍サイクルの概略構成図である
。
。
１０ ジュール・トムソン冷凍サイクル１２ 圧縮
機 １４ 逆転極性電源 １６，１８ ソルベント床 ２０ 熱交換器 ２４ ヒートシンク ２６，２８ 膨張装置 ３０，３２ 電極 ３４，３６ リード線 ３８ 電解質膜 ４０ 低圧側 ４２ 高圧側
機 １４ 逆転極性電源 １６，１８ ソルベント床 ２０ 熱交換器 ２４ ヒートシンク ２６，２８ 膨張装置 ３０，３２ 電極 ３４，３６ リード線 ３８ 電解質膜 ４０ 低圧側 ４２ 高圧側
Claims (13)
- 【請求項１】 低圧側、高圧側、及び低圧側と高圧側
との間の電解質膜を有する電気化学圧縮機と、電気化学
的に活性な成分及び凝縮可能な成分を有する作動流体と
、低圧側で作動流体を受け、その作動流体を圧縮し、そ
して圧縮された作動流体を高圧側に送るための電気化学
圧縮機を駆動するための逆転極性電源と、高圧側の下流
にあって、圧縮機から圧縮された作動流体を受け、それ
から凝縮可能な成分を吸収するための第１の再生可能な
ソルベントと、低圧側の上流にあって、作動流体が圧縮
機の低圧側に供給される前に、凝縮可能な成分を作動流
体に取り換えるための第２の再生可能なソルベントと、
上記第１及び第２の再生可能なソルベント床の間に配置
された熱交換器と、上記第１の再生可能なソルベント床
及び上記熱交換器の間に設けられた第１の熱膨張手段と
、上記第２の再生可能なソルベント床及び上記熱交換器
の間に設けられた第２の熱膨張手段と、上記電源の極性
、及び対応的に冷凍サイクルを通る作動流体の流れを逆
転させ、それによって、電解質膜が凝縮可能な成分によ
って常に湿潤されていることを確保するための手段とか
ら構成されることを特徴とする冷凍サイクル。 - 【請求項２】 請求項１の冷凍サイクルにおいて、上
記凝縮可能な成分が水であることを特徴とする冷凍サイ
クル。 - 【請求項３】 請求項２の冷凍サイクルにおいて、上
記電気化学的に活性な成分が、水素、酸素及び周期表の
ＶＩＩＡグループから選択された元素から成るグループ
から選択されることを特徴とする冷凍サイクル。 - 【請求項４】 請求項１の冷凍サイクルにおいて、上
記電解質膜が固体ポリマー膜であることを特徴とする冷
凍サイクル。 - 【請求項５】 請求項４の冷凍サイクルにおいて、上
記電解質膜が、スルホン化過フッ化炭化水素ポリマーで
あることを特徴とする冷凍サイクル。 - 【請求項６】 請求項２の冷凍サイクルにおいて、上
記活性成分が水素であることを特徴とする冷凍サイクル
。 - 【請求項７】 請求項１の冷凍サイクルにおいて、さ
らに、上記ソルベント床の一方からの作動流体を受け、
作動流体を上記ソルベント床の他方に与えるために、上
記第１及び第２ソルベント床の間に配置された逆流熱交
換器を備えていることを特徴とする冷凍サイクル。 - 【請求項８】 請求項１の冷凍サイクルにおいて、上
記熱膨張手段が毛細管であることを特徴とする冷凍サイ
クル。 - 【請求項９】 請求項１の冷凍サイクルにおいて、上
記熱膨張手段がオリフィスであることを特徴とする冷凍
サイクル。 - 【請求項１０】 固体ポリマー電解質膜を有する電気
化学圧縮機を用いたジュール・トムソン冷凍サイクルに
おいて、固体ポリマー電解質膜を連続的に湿潤させるプ
ロセスであって、電気化学的に活性な成分及び凝縮可能
な成分を有する作動流体を与える段階と、上記作動流体
を電気化学圧縮機を介して第１の方向にポンプによって
送り出し、それによって、上記作動流体を圧縮する段階
と、ソルベント床において、凝縮可能な成分を圧縮され
た作動流体から吸収する段階と、その後、ポンプで送り
出される流体の方向を逆転させる段階とから成り、上記
作動流体が電気化学圧縮機を介してポンプで流される際
に、上記固体ポリマー電解質膜を湿潤させるために、凝
縮可能な成分が上記ソルベント床から作動流体中に送ら
れることを特徴とする電解質膜の湿潤プロセス。 - 【請求項１１】 請求項１０のプロセスにおいて、上
記電解質膜が、スルホン化過フッ化炭化水素ポリマーで
あることを特徴とする電解質の膜湿潤プロセス。 - 【請求項１２】 請求項１０のプロセスにおいて、上
記凝縮可能な成分が水であることを特徴とする電解質膜
の湿潤プロセス。 - 【請求項１３】 請求項１０のプロセスにおいて、上
記活性成分が水素であることを特徴とする電解質膜の湿
潤プロセス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/544,551 US5024060A (en) | 1990-06-27 | 1990-06-27 | Joule-Thomson refrigeration cycle employing a reversible drive electrochemical compressor |
| US544,551 | 1990-06-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04227440A true JPH04227440A (ja) | 1992-08-17 |
Family
ID=24172636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3181733A Pending JPH04227440A (ja) | 1990-06-27 | 1991-06-25 | 冷凍サイクル及び電解質膜を湿潤させるプロセス |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5024060A (ja) |
| EP (1) | EP0463985B1 (ja) |
| JP (1) | JPH04227440A (ja) |
| AT (1) | ATE96898T1 (ja) |
| DE (1) | DE69100584T2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014115555A1 (ja) * | 2013-01-24 | 2014-07-31 | パナソニック株式会社 | ヒートポンプ装置 |
| CN108662719A (zh) * | 2018-05-18 | 2018-10-16 | 青岛海尔空调器有限总公司 | 一种应用电化学压缩机的空调的安全检测方法及空调 |
Families Citing this family (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09196504A (ja) * | 1995-07-24 | 1997-07-31 | Mitsubishi Electric Corp | 電解反応による水蒸発式冷却方法およびその冷却装置 |
| US5768906A (en) * | 1996-01-16 | 1998-06-23 | Borst, Inc. | Electrochemical heat exchanger |
| AU2001257038A1 (en) | 2000-04-13 | 2001-10-30 | Sun Microsystems, Inc. | Electro-desorption compressor |
| US6553771B2 (en) | 2000-12-01 | 2003-04-29 | Borst Inc. | Electrochemical heat pump system |
| US20060254286A1 (en) * | 2005-05-16 | 2006-11-16 | Johnson Lonnie G | Solid state cryocooler |
| US7254959B1 (en) * | 2006-04-19 | 2007-08-14 | Cogo Aire Llc | Joule-Thomson effect air conditioner using air as the refrigerant |
| US9599364B2 (en) | 2008-12-02 | 2017-03-21 | Xergy Ltd | Electrochemical compressor based heating element and hybrid hot water heater employing same |
| GB2478084B (en) * | 2008-12-02 | 2015-06-24 | Xergy Inc | Electrochemical compressor and refrigeration system |
| US9464822B2 (en) * | 2010-02-17 | 2016-10-11 | Xergy Ltd | Electrochemical heat transfer system |
| US8640492B2 (en) * | 2009-05-01 | 2014-02-04 | Xergy Inc | Tubular system for electrochemical compressor |
| GB2482629B (en) * | 2009-05-01 | 2015-04-08 | Xergy Inc | Self-contained electrochemical heat transfer system |
| US9151283B2 (en) | 2011-08-08 | 2015-10-06 | Xergy Ltd | Electrochemical motive device |
| US10024590B2 (en) | 2011-12-21 | 2018-07-17 | Xergy Inc. | Electrochemical compressor refrigeration appartus with integral leak detection system |
| IN2014DN06093A (ja) | 2011-12-21 | 2015-08-14 | Xergy Inc | |
| WO2013106718A1 (en) * | 2012-01-11 | 2013-07-18 | Xergy Incorporated | Electrochemical compression system |
| US9457324B2 (en) | 2012-07-16 | 2016-10-04 | Xergy Ltd | Active components and membranes for electrochemical compression |
| DE102012223740A1 (de) | 2012-12-19 | 2014-06-26 | BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH | Haushaltskältegerät mit einem elektrochemischen Verdichter |
| DE102012223741A1 (de) | 2012-12-19 | 2014-06-26 | BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH | Haushaltskältegerät mit einem elektrochemischen Verdichter |
| GB2525716B (en) * | 2014-02-25 | 2020-06-03 | Xergy Ltd | Electrochemical system with real time modification of composition and use of complex wave form in same |
| US9797635B2 (en) | 2015-01-05 | 2017-10-24 | Haier Us Appliance Solutions, Inc. | Electrochemical refrigeration systems and appliances |
| US9574796B2 (en) | 2015-01-05 | 2017-02-21 | Haier Us Appliance Solutions, Inc. | Electrochemical refrigeration systems and appliances |
| GB2547774B (en) * | 2016-01-11 | 2021-07-28 | Xergy Ltd | Advanced metal hydride heat transfer system utilizing an electrochemical hydrogen compressor |
| US11173456B2 (en) | 2016-03-03 | 2021-11-16 | Xergy Inc. | Anion exchange polymers and anion exchange membranes incorporating same |
| US10386084B2 (en) | 2016-03-30 | 2019-08-20 | Xergy Ltd | Heat pumps utilizing ionic liquid desiccant |
| US11826748B2 (en) | 2016-08-10 | 2023-11-28 | Ffi Ionix Ip, Inc. | Ion exchange polymers and ion exchange membranes incorporating same |
| DE102018216592A1 (de) | 2018-09-27 | 2020-04-02 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg | Vorrichtung und Verfahren zum Freisetzen von chemisch gebundenem Wasserstoff in Form von Wasserstoffgas unter Druck sowie Einrichtung und Wasserstofftankstelle mit einer derartigen Vorrichtung |
| US11454458B1 (en) | 2019-04-12 | 2022-09-27 | Xergy Inc. | Tube-in-tube ionic liquid heat exchanger employing a selectively permeable tube |
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|---|---|---|---|---|
| US4593534A (en) * | 1985-02-21 | 1986-06-10 | Analytic Power Corporation | Electrochemically driven heat pump |
| US4671080A (en) * | 1986-01-13 | 1987-06-09 | The Boeing Company | Closed cryogenic cooling system without moving parts |
| US4829785A (en) * | 1987-12-04 | 1989-05-16 | The Boeing Company | Cryogenic cooling system with precooling stage |
-
1990
- 1990-06-27 US US07/544,551 patent/US5024060A/en not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-06-14 AT AT91630038T patent/ATE96898T1/de active
- 1991-06-14 EP EP91630038A patent/EP0463985B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-06-14 DE DE91630038T patent/DE69100584T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-06-25 JP JP3181733A patent/JPH04227440A/ja active Pending
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| WO2014115555A1 (ja) * | 2013-01-24 | 2014-07-31 | パナソニック株式会社 | ヒートポンプ装置 |
| CN104169665B (zh) * | 2013-01-24 | 2016-10-12 | 松下知识产权经营株式会社 | 热泵装置 |
| US9810456B2 (en) | 2013-01-24 | 2017-11-07 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Heat pump apparatus |
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| CN108662719B (zh) * | 2018-05-18 | 2024-01-16 | 青岛海尔空调器有限总公司 | 一种应用电化学压缩机的空调的安全检测方法及空调 |
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|---|---|
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| EP0463985A3 (en) | 1992-04-08 |
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| EP0463985A2 (en) | 1992-01-02 |
| DE69100584D1 (de) | 1993-12-09 |
| DE69100584T2 (de) | 1994-03-31 |
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