JPH05180522A - ガスクラスレート冷凍機 - Google Patents

ガスクラスレート冷凍機

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JPH05180522A
JPH05180522A JP35946691A JP35946691A JPH05180522A JP H05180522 A JPH05180522 A JP H05180522A JP 35946691 A JP35946691 A JP 35946691A JP 35946691 A JP35946691 A JP 35946691A JP H05180522 A JPH05180522 A JP H05180522A
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JP
Japan
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gas
clathrate
gas clathrate
compound
gaseous substance
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP35946691A
Other languages
English (en)
Inventor
Takafumi Nakahara
崇文 中原
Masaru Ota
優 太田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP35946691A priority Critical patent/JPH05180522A/ja
Publication of JPH05180522A publication Critical patent/JPH05180522A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2315/00Sorption refrigeration cycles or details thereof
    • F25B2315/003Hydrates for sorption cycles

Landscapes

  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 オゾン層破壊等の公害を生じないガスを用い
たガスクラスレートの生成分解を従来の冷凍サイクルの
温度に近い所で行う経済的なガスクラスレート冷凍機を
提供する。 【構成】 ガス状の物質と非ガス状の物質より成り、ガ
ス状の物質をゲスト分子とし、非ガス状の物質をホスト
分子としてクラスレート化合物を形成するガスクラスレ
ート化合物を作動媒体として用い、高圧側でクラスレー
ト化合物を生成する生成器1と、低圧側でクラスレート
化合物を分解する分解器2を備えて成り、クラスレート
化合物の生成熱を加熱源とし、クラスレート化合物の分
解熱を冷却源とすることを特徴とするガスクラスレート
冷凍機。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスクラスレート化合
物を作動媒体として用いるガスクラスレート冷凍機に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の冷凍機は冷媒としてフロンガスR
12,R22などを用いて形成され、図3はその冷凍回
路を示し、図4はそのエンタルピー−圧力特性を示す。
図3において、圧縮器31で冷媒ガスを圧縮し、図4の
状態図において状態aから状態bに移行する。圧縮され
たガスは凝縮器32で冷却されて液化し、状態bから状
態cに変化する。液化した冷媒は絞り装置33により減
圧され、状態cから状態dに移行し、液とガスの2相状
態となる。2相となった冷媒は蒸発器34で蒸発し、状
態dから状態aになり、このとき系外の空気又は水など
から熱を吸収し、冷凍作用を行う。
【0003】ところで、特開昭57−157005号に
は包接化合物を用いるエネルギ変換方法が開示されてお
り、その図5圧力−温度線図において実線A−Bは包接
化合物(以下クラスレート化合物という)の平衡曲線
で、この線から左側では液体とガスはガスクラスレート
として存在し、右側ではガスと液体に分解した状態で存
在する。ガスクラスレートを形成する液体とガスは、低
圧側の点Aで混合されて気体クラスレートを生成する。
生成したガスクラスレートを高圧側の点Bの状態まで加
熱し、分解器で液体とガスに分解し、高圧のガスが得ら
れる。この高圧ガスを点Cまで断熱膨張させることによ
り、動力を発生し、これを利用する。点Cのガスは低温
であり、これを直接又は系外の物質の冷熱源として用い
冷凍作用を行わせた後、点Aに戻りガスクラスレートを
生成する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の冷凍装置に利用
されているフロン系冷媒R12,R22などは、オゾン
層を破壊する物質としてその使用が規制されつつあるの
で、目下、フロン系冷媒を使わない冷凍システムの開発
が要望されている。しかしながら、ガスクラスレート化
合物を使用するエネルギ変換方法は、低温の熱を利用で
きることを特徴とし、図5に示したように、点Cから点
Aまでの間で冷凍作用を行うことができるが、点Aの状
態でのガスクラスレートの生成が発熱反応であることか
ら、外部からの冷却を必要とし、低温レベル域での冷却
は別の冷熱源を必要とし、系全体での冷凍作用は余り期
待できない。
【0005】本発明はこのような事情に鑑みて提案され
たもので、オゾン層破壊等の公害を生じないガスを用い
たガスクラスレートの生成分解を従来の冷凍サイクルの
温度に近い所で行う経済的なガスクラスレート冷凍機を
提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】弗化化合物以外でガスク
ラスレートを形成する系としては、水とアルゴン,クリ
プトン,クセノン等の稀ガス,メタン,エチレン,プロ
パン,アセチレン等の脂肪族炭化水素,塩化メチル,塩
化メチレン,クロロホルム,塩化エタン,沃化メチル,
臭化メチル等のハロゲン化炭化水素,ホスフィン,水素
化砒素,水素化アンチモン,水素化セレン等の水素化
物,塩素ガス,炭酸ガス,硫化水素ガス,亜硫酸窒素ガ
ス,亜酸化窒素ガス,亜酸化塩素ガス,メチルメルカプ
クン等との系が知られている。
【0007】ガスクラスレート化合物の特徴は、化合物
の化学平衡圧が温度により急激に変化し、ゲスト化合物
の断熱膨張線より急勾配であることである。従って、小
さな温度変化により、大きな圧力差を得ることが可能に
なり、低レベルにおける温度の昇降によりガスクラスレ
ートの分解,形成を繰り返す系を得ることができる。
【0008】ガスクラスレート化合物には、上記のよう
に種々の系が知られているが、本発明の実施例である図
2において、このガスと水などの液体を生成器1に導入
し、ガスクラスレートを生成させる。その際発熱するの
で、生成器1は空気,水などの系外の物質で冷却する。
この冷却に用いた空気又は水などは暖房又は給湯に用い
る。次に、生成したガスクラスレートを熱交換器4を介
して系内の冷却された液体を用いて冷却し、分解器2に
導入し、低圧側でガスクラスレートを液体とガスに分解
する。その際吸熱するため、分解器2は系外の空気又は
水などを冷却することができる。得られた液体とガスを
分離し、得られたガスは圧縮機3により断熱圧縮し、熱
交換器5を介して系外の物質にて冷却した後、生成器1
に導入する。一方分離され、冷却された液体はポンプ6
により加圧し、熱交換器4を介してガスクラスレートを
冷却した後、生成器1に導入される。このガスと液は高
圧側の生成器1で再びガスクラスレートを生成し、冷凍
サイクルを行う。
【0009】
【作用】本発明では、ガスクラスレートの分解器2にお
いて、低圧側でガスクラスレートをガスと液体に分解す
る際に吸熱するので、系外の空気又は水などの物質と熱
交換させることにより、系外の空気,水などを冷却する
ことができるから、実用的ガスクラスレート冷凍機を提
供することができる。一方、高圧側で生成器1において
ガスと液体からガスクラスレートを生成させる場合に発
熱するので、系外の空気又は水などの物質と熱交換する
ことにより、暖房,給湯などに利用することができる。
【0010】
【実施例】本発明の一実施例を図面について説明する
と、図1はガスクラスレートの温度−圧力特性図、図2
は本発明ガスクラスレート冷凍機の全体系統図を示す。
【0011】ガスクラスレート生成器1において、図1
に示すように、ガスと液とをT3 ,P2 の状態で、混合
してガスクラスレートを生成する。ガスクラスレート生
成反応は発熱反応であるから、その際の発熱を系外の空
気又は水などで冷却し、図2に示すように、生成したガ
スクラスレートはガスクラスレート液熱交換器4におい
てガスクラスレートの分解により得られた冷却された液
により更に冷却され、減圧されてP1 ,T1 状態とな
り、ガスクラスレート分解器2に入り、ガスと液に分解
される。ガスクラスレートの分解は吸熱反応であるか
ら、分解器において系外の空気又は水から熱吸収する。
分解されたガスクラスレートはガスと液に分離され、得
られたガスは圧縮機3にて断熱圧縮されてT2 ,P2
状態になり、更に熱交換器5により冷却されて、T3
2 の状態で生成器1に入る。
【0012】熱交換器5は系外の空気又は水などによ
り、ガスを冷却するものである。他方、ガスから分離さ
れた液体はポンプ6でP2 まで昇圧され、ガスクラスレ
ート液熱交換器4により加熱されて温度T3 となり、生
成器1に入る。図2における実線矢印はガスクラスレー
トの流れを、破線矢印はガスの流れを、一点鎖線矢印は
液体の流れをそれぞれ示す。
【0013】一例として、ゲストガス化合物としてキセ
ノンを用い、ホスト化合物として水を用いた場合は、T
1 =283°K,T3 =313°Kとすれば、P1
0.45MPa,P2 =7.1MPa,T2 =856°
Kとなる。なお、上記においては、圧縮機3ではガスの
みを圧縮したが、ガスの吐出による温度低減のため、分
離器2で分離した液の一部を圧縮途中にインジェクショ
ンするか、圧縮機に冷凍機油を使用している場合には、
圧縮機内又は圧縮機から吐出された油を油分離器でガス
から分離し、液と熱交換させて冷却し、圧縮機3内にイ
ンジェクションすることも可能である。
【0014】
【発明の効果】本発明装置によれば、下記の効果が奏せ
られる。 (1)本発明はオゾン層を破壊しない化合物を用いて、
ガスクラスレートが分解するときに吸熱することを利用
して系外の空気又は水などを効率的に冷却することがで
き、これを用いて実用的なガスクラスレート冷凍機を得
ることができる。 (2)また、ガスクラスレート生成時には発熱するの
で、系外の空気又は水などを加熱するのに用いることが
できるから、暖房又は化合物に利用することができる。 (3)ガスクラスレートを作動流体として用いるので、
小なる温度差を用いて冷凍機を作動でき、極低温あるい
は極高温などを取り扱わないから、その装置は安価であ
る。 (4)また、生成器を大容量として夜間の余剰電力を利
用して、ガスクラスレートを生成して貯蔵しておき、昼
間の大容量の冷凍能力を必要とする時間帯に、ガスクラ
スレートを分解器に導き、冷凍作用を行わせることもで
きる。この場合、他の蓄冷システムのように、他の冷凍
装置で作った冷熱と熱交換させ氷などの蓄冷剤を作るの
ではなく、直接ガスクラスレートを分解して礼熱を生成
するので、高効率な蓄冷システムを作ることができる。
【0015】要するに請求項1の発明によれば、ガス状
の物質と非ガス状の物質より成り、上記ガス状の物質を
ゲスト分子とし、非ガス状の物質をホスト分子とする気
体包接化合物を作動媒体に用いるとともに、上記包接化
合物を高圧側で生成する生成器と、上記包接化合物を低
圧側で分解する分解器とを備えてなることにより、オゾ
ン層破壊等の公害を生じないガスを用いたガスクラスレ
ートの生成分解を従来の冷凍サイクルの温度に近い所で
行う経済的なガスクラスレート冷凍機を得るから、本発
明は産業上極めて有益なものである。
【0016】また請求項2の発明によれば、包接化合物
の生成熱を加熱源とし、上記包接化合物の分解熱を冷却
源とすることにより、オゾン層破壊等の公害を生じない
ガスを用いたガスクラスレートの生成分解を従来の冷凍
サイクルの温度に近い所で行う経済的なガスクラスレー
ト冷凍機を得るから、本発明は産業上極めて有益なもの
である。
【0017】更に請求項3の発明によれば、包接化合物
の状態変化を分解後低温状態にあるホスト物質を冷却媒
体とする熱交換器で行うことにより、オゾン層破壊等の
公害を生じないガスを用いたガスクラスレートの生成分
解を従来の冷凍サイクルの温度に近い所で行う経済的な
ガスクラスレート冷凍機を得るから、本発明は産業上極
めて有益なものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係るガスクラスレート冷凍機
の温度圧力特性図である。
【図2】本発明の一実施例のガスクラスレート冷凍機を
示す全体系統図である。
【図3】従来の冷凍サイクルを示す冷媒回路図である。
【図4】従来の冷凍サイクルのエンタルピー圧力特性図
である。
【図5】特開昭57−157005号に示された気体包
接化合物を使用するエネルギ発生サイクルの温度−圧力
特性図である。
【符号の説明】
1 ガスクラスレート生成器 2 ガスクラスレート分離器 3 圧縮機 4 ガスクラスレート液熱交換器 5 熱交換器 6 ポンプ 31 圧縮器 32 凝縮器 33 絞り装置 34 蒸発器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガス状の物質と非ガス状の物質より成
    り、上記ガス状の物質をゲスト分子とし、非ガス状の物
    質をホスト分子とする気体包接化合物を作動媒体に用い
    るとともに、上記包接化合物を高圧側で生成する生成器
    と、上記包接化合物を低圧側で分解する分解器とを備え
    てなることを特徴とするガスクラスレート冷凍機。
  2. 【請求項2】 包接化合物の生成熱を加熱源とし、上記
    包接化合物の分解熱を冷却源とすることを特徴とする請
    求項1のガスクラスレート冷凍機。
  3. 【請求項3】 包接化合物の状態変化を分解後低温状態
    にあるホスト物質を冷却媒体とする熱交換器で行うこと
    を特徴とする請求項1又は2のガスクラスレート冷凍
    機。
JP35946691A 1991-12-27 1991-12-27 ガスクラスレート冷凍機 Withdrawn JPH05180522A (ja)

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Effective date: 19990311