JPH06508425A - 冷媒リサイクルシステム - Google Patents

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】 冷媒リサイクルシステム 発明の背景 冷蔵システムから排出されるガス状の冷媒の捕集または捕獲は、適切で入手可能 な商業用装置または便利な方法かないＴこめに、多くの場合実施されない。フル オロカーホンまたはＣＦＣ冷媒は、水素、窒素を含む他のガス状の冷媒またはア ンモニア、水、メタノール、メチルアミン、二酸化硫黄等のような分極されたガ ス状の冷媒を利用しても大気および環境汚染か起こるので、徐々に利用されなく なってきているが、そのような物質を大気中に放つのは環境的にも経済的にも望 ましくなく、かつ法律により禁じられることもある。同様に、化学システムから 有毒ガスを一時的に排出もしくは除去して大気汚染を回避し、または貴重で高価 なガスの損失を防ぐことは実質的に興味の対象であるか、そのような利用に当た っての実際的なシステムは現在のところ利用可能ではない。

発明の概要 この発明のシステムは冷蔵または化学システムに永久的また選択的に取付けられ 、それによりガスがシステムから排出されかつ固体吸着物質に吸着され、ならび に所望されるなら後に脱着されてシステムに戻丁ための装置に関する。

ある実施例では、この発明はその中にガスを吸着するための圧力保持容器か組み 込まれたポータプルシステムを含み、かつ冷蔵または化学システムに戻すために ガスを選択的に脱着するための手段を含む。別の実施例では、この発明は選択的 にガスを捕獲しかつ所望されるならそれを元のシステムに戻すためのシステムに 永久的に取付けられることかできるガス吸着および脱着能力を有する容器を含む 。

この発明によるシステムおよび装置の利点は、たとえば漏れか検出されるときま たはその間にガスの除去か所望されるシステムの修理または変更の間に、冷蔵ま たは化学システムからガスを排出するための手段を与えることである。

そのような排出は適当な監視およびバルブ係合手段を用いて自動的に始められる か、または手動で達成されることができる。この発明の他の特徴および利点と同 様に、これらは以下の詳細な記述から明らかとなるだろう。

図面の簡単な説明 図１は、その構成要素および特徴を示すこの発明の装置の内部概略図である。

図２は、導管との熱交換関係において配置された、固体吸着剤付装置で用いられ る熱交換導管の例を示す部分図である。

発明の詳細な説明 この発明は、ガス状の冷媒、特定的には分極されたガス、より特定的にはアンモ ニアを冷蔵システムから捕獲することについて主として述へられるが、以下で述 べられるようにより広い適用範囲で利用されることもあるということが理解され るへきである。図１を参照すると、この発明による装置の構成要素および特徴の 該略図か示される。容器１０は加圧されたガスを維持てきる内部のチャンバ１１ を規定する。内部チャンバ内には、容器の外に延び熱交換流体、典型的には水の 源に接続される複数の導管またはバイブ２４がある。容器のサイズに依存してい かなる数の内部バイブが用いられてもよく、後者はシステムが利用されるときに 受取られかつ吸着される冷媒ガスの量に依存する数およびサイズになる。複数の 熱交換パイプ２４は容器の壁１０の内部または外部にあるかもしれない共通の入 口ヘッダまたはマニホルド２５に固定される。ヘッダ２５に固定されるのは熱交 換流体の源に取付けられるための入口バイブ２０およびバルブ２２である。入口 ライン上にバルブ２２を含ませることは任意てあり、その代わりに、その源には 通常バルブが付けられる熱いまたは冷たい水の源に入口バイブを簡単に固定する ための結合または接続手段は、さらに適切なものである。熱交換パイプの各々も 容器の壁の内側または外側にある出口ヘッダまたはマニホルド３５に接続される 。マニホルドは外パイプまたは出口ライン３０に接続され、それはさらにバルブ ３２を備えることかある。

さらにバルブ１４および／または、入口バイブを冷蔵システムラインまたは導管 に固定するための結合手段を存してもよい冷媒ガス入口バイブ１２は、容器ｌＯ の外に延び、装置へおよび装置からガス状の冷媒を導入しかつ放出するための通 路を与える。冷媒ガス入口バイブ１２は、バルブまたは接続手段か冷蔵システム のガスラインに接続されるときに冷媒ガスか直接容器に導入されてもよいように 、容器ｌＯの内部のチャンバＩＩと連絡する。さらに入口バイブ１２から延びる 付属導管またはニップル１５が示され、それはポンプまたは圧縮器からの圧力ラ インを固定するためのバルブまたは他の閉塞手段を備えることかある。付属圧縮 器またはポンプ、または容器を加圧する他の源が装置の構成要素として取付けら れることもてきるか、装置が接続されるそれに対する冷蔵システムか十分な圧縮 型容量を有する力１または十分に高温の熱か容器に与えられ、温度を上昇させる ときには圧力または吸引の助けを借りなくてもよいので、それは任意的な特徴で ある。

バイブ２４の各々との熱交換連絡において固定されるのは、ガス状の冷媒を交互 に吸着しかつ脱着することかできる固体吸着剤１８である。固体吸着剤は、引用 により援用される同時係属中の１９８９年３月８日に出願された出願ｊｌ！続番 号０７／３２０　、６５２号の記述中で開示される熱交換バイブの周りにおよび それと接触して好ましくは固定されるか、または配置される。好ましくは、パイ プはパイプを流れる熱交換流体と吸着物質との間の熱交換を改良するための熱交 換パイプの各々から延びかつ好ましくはその長さに沿って取付けられるプレート 、フィン、トレー等の形態をとる熱移送突起を含む。固体吸着剤の外まわりに延 びるのは、バイブの周りのおよび熱交換プレートまたは表面と接触する適所で固 体吸着剤の粒子またはかたよりを保つためのバリア１６である。このバリア物質 か、吸着剤へおよび吸着剤からガス状の冷媒を通過させられるよう多孔性である ことは重要である。この目的のため、バリア物質はワイヤメツシュ、多孔性の泡 または耐火剤、不活性布等であってもよい。装置内部の熱交換パイプの一例は図 ２に示され、フィンの間に位置しさらにメツシュまたはガス浸透性布１６により 囲まれる固体吸着剤１８の周りに複数のフィン２６を延ばす熱交換パイプを示す 。示される実施例はそのような構造のほんの一例であり、装置内部の範囲内て熱 交換パイプの形態を設計するための、および容器に導入されるガス状の冷媒が直 ちに吸着剤に対し露出されるような態様でパイプとの熱交換連絡と固体吸着剤と を位置づけるための他の方法および手段は、所望される目的および結果を達成す るため、この発明の範囲内において利用されるかもしれない。

装置内で用いられる特定的な固体吸着剤または吸着剤は受取られかつ吸着される へきガスの性質に依存する。アンモニア、水、二酸化硫黄、低級アルカノール、 アルキルアミン、ポリアミン、またはホスフィンのような極性ガスが受取られる とき、好ましい固体吸着剤は、冷媒について配位結合を形成できる金属の酸化物 、ハロゲン化物、炭酸塩、硝酸塩、亜硝酸塩、硫酸塩、蓚酸塩、または硫化物を 含む。

そのような固体吸着剤に特に適するのは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属 、遷移金属、アルミニウム、亜鉛、カドミウムまたは錫からなる群から選択され る塩の金属のようなものである。好ましい吸着剤は、約−３０°Ｃと約６０″Ｃ との間でガス状の冷媒を吸着てき、かつ化合物の重量の少なくとも約２５％に対 応する量の冷媒を吸着てきる。

特定的に興味を持たれているものは、アンモニア冷媒システムで用いる錯化合物 を生成するための固体吸着剤である。その目的のために、引用により援用される 米国特許第４　、８４８　、９４４号の記述中に開示される固体吸着剤としての 塩および錯化合物は、特定的には望ましいものである。

それらの群の中では、好ましい錯化合物は塩化物、臭化物、アルカリ金属および アルカリ土類金属、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、カドミウム、 タンタル、およびレニウムまたは金属の塩化物である複塩からなる群から選択さ れる金属の硫酸塩および金属の塩素酸塩を含む。好ましいアンモニア／塩錯化合 物は、ｌバールの圧力でアンモニア平衡温度よりも少なくとも２０°Ｃ高いか、 約１６０°Ｃよりも大きくはない平衡温度を有する。この発明の装置で用いられ る最も好ましいアンモニア錯化合物は、ＣａＣβ２　−４−８　（ＮＨ２）、Ｓ ｒＣβ２　・Ｉ　８　（ＮＨｚ　）、ＣａＢｒｚ　・２−６　（ＮＨ，）　、５ ｒＢｒ２−０−８　（ＮＨ３）、およびＬｉＣｊ？・０−３　（ＮＨ２）からな る群から選択されるものである。これらの化合物の混合物も用いられてもよい。

固体吸着剤組成はさらに錯化合物の混合物および、軽石、アルミナシリカ、多孔 金属粒状化物等のような固体不活性物質、特定的には多孔性で高い熱伝導性を持 つ物質を含む。

無極性ガスか吸着されるとき、沸石または活性炭素か用いられてもよい。金属水 素化物は、技術において知られるある冷蔵および化学システムで利用される水素 を吸着するのに役立つ。

冷媒か除去される冷蔵システムからガス状の冷媒を受取るためのこの発明による 装置を利用する方法の動作の際には、たとえば、冷蔵システムまたはその備品で ある圧縮器、ポンプ、ライン等を修理する必要があるとき、入口バイブ１２およ び接続手段１４はいかなる適当な点においても冷媒ループシステムに接続され、 熱交換流体入口バイブ２０は冷却熱交換流体、たとえば水の源に接続され、出口 バイブ３０は熱交換流体放出受取手段またはドレンに接続される。冷却熱交換流 体か所望される温度に固体吸着剤を冷却するのに十分な時間で熱交換パイプを通 過した後、ガス入口ライン１２に冷蔵システムラインを連絡させるためのバルブ １４または他の手段は開かれている。固体吸着剤についてのガス状の冷媒の吸１ 着反応は発熱性かあるので、ガス状の反応物が導入されかつ吸着される間、固体 吸着剤の温度をほぼ一定に保つことが必要、または好ましい。例としては、アン モニアが固体吸着剤たとえば５ｒ（１！２に吸着されるとき、気圧において約０ °Ｃないし約２５°Ｃの冷却流体温度範囲か用いられる。吸着剤容器内の圧力は 、排出される冷媒システムの圧縮器を用いるか、前に述へられた付属圧縮器を用 いるか、または両方を用いることにより、所望通りに調整される。吸着か行なわ れる間、より高い圧力はガス状の冷媒を吸着するのに必要な時間を減じる二とが 理解されるだろう。冷媒システムでの圧力は典型的に約０２ないし約２０バール の間であり、しばしば約３バールである。吸着か行なわれる間、二のシステムの 冷媒の圧力は吸着か生しるにつれて減じらｎる。

冷媒か有効に排出された後、冷蔵システムとこの発明の装置との間にあるバルブ 手段は閉じられ、装置への熱交換流体の流動か終了し、かつもし所望されるなら ば装置は接続を絶たれてもよい。その後、除去されたところからシステムへ再充 填を行なうか、または別のシステムに充填することか所望されるまでは、装置に は固体吸着剤に吸着される冷媒ガスか蓄えられてもよい。

冷媒システムの再充電か所望されると、装置のガス冷媒入口ライン１２か所望さ れたところで冷媒システムラインに固定され、−万態交換流体は装置の熱交換パ イプに導入される。装置を用いたこの段階の間に、吸着された冷媒は固体吸着剤 を加熱することにより固体吸着剤から脱着さね、それにより吸着されたガス状の 冷媒の蒸気圧を増す。所望されるならば、吸熱の脱着反にの速度は容器のチャン Ｉ＼の圧力を減する二とにより、たとえは付属圧縮器の真空側面を用いてガスバ イブ１２の吸引することにより増加させられるかもしれない、および／またはガ ス状の冷媒が導入される冷媒システムの圧縮器から吸引か行なわれるかもしれな い。再び、ガス状の冷媒を脱着するための加熱流体か一定温度である二とが好ま しい。Ｓ　ｒ　ＣＩ！　２に吸着されるアンモニアを用いる例では、約５°Ｃな いし約１５０°Ｃの間かつ好ましくは約３０°Ｃないし約１２５°Ｃの間の熱交 換流体および固体吸着剤の脱着温度か適当である。脱着の間にこのシステムの圧 力か低くなればなるほど、脱着の速度は速くなることか理解されるべきであるが 、冷媒ループにガスをフィードバックする間に、ラインにおいて吸引を行なうた めの圧縮器の利用は要求されないかもしれない。

圧力および温度状態に依存して固体吸着物としての５ｒＣ１２によるアンモニア 吸着および脱着のためのこの発明の装置を用いて、各吸着および脱着段階は約１ ５分ないし約２時間の間に完了され得ることかわかった。なお、吸着の間のより 低い冷却温度および脱着の間のより高い加熱温度は反応を加速させ、より速やか てより顯著なプルダウン、またはより速やがてより高い圧力でのアンモニアリサ イクルをそれぞれ与える。もちろん、二の装置の固体吸着剤床の加熱および冷却 はその位置で利用できる熱交換流体の温度に依存するだろう。

さらに、この発明の範囲内において所望されるかまたはさもなけれは必要とされ るときに接続されて冷蔵または化学ループを排出するため異なる冷蔵装置または 化学的位置に移されるのに便利なように、装置は持ち運びかできる。

たとえば、冷媒を１．０００　Ｉｂｓ、まて吸着てきる反応器を合体させるポー タプルシステムは特に役立つかもしれない。他の位置、特定的には非常に大きな ガス含有システムが取付けられるところでは、排出および再充電（リサイクル） のためのそのような装置を永久的に位置付けることが好ましいかもしれず、その ためこの発明による装置は実質的にいかなる程度にも持ち運び可能であるかまた は移動可能である必要はない。さらに、漏れを示す冷蔵システムに隣接する大気 を監視することにより、およびそのような漏れか検出される場合のガスの除去に より、吸着がトリガされてもよいように、システムとガス検出器を合体させるこ とが望ましいかもしれない。そのような装置は、前に述へたように、装置の熱交 換導管に冷たい水が供給され始めるために、およびバルブを開いてガスを引出し 始めるために、検出されたガスの漏れに応答して自動的に作動するバルブを含む かもしれない。人間に害を与えるかまたは製品または材料に高額の損害を与える 二とからガスの漏れかかなり明らかとなるという結果か生し得る場合に、そのよ うな装置は特定的に役に立つかもしれない。この発明の構成要素の他の修正と利 点およびその利用と同様に、これらは当業者に対し明らかである。

ＦＩＧ、１

Claims (31)

【特許請求の範囲】
1. １．冷媒または化学物質を含むシステムに取外し可能に接続され、それぞれ前記 システムからおよび前記システムにガス状態で前記冷媒または化学物質を選択的 に排出しかつ充填するための装置であって、 その中に加圧されたガスを維持できるチャンバと、前記チャンバにおよび前記チ ャンバからガス伏の冷媒またはガス状の化学物質を送るためのガス入口手段と、 前記ガス入口を前記化学物質の前記冷媒を含む冷蔵または化学システムに接続す るための接続手段とを有する容器と、前記ガス状の冷媒または前記ガス状の化学 物質を交互に吸着および脱着でき、かつ実質的にすべての複数の熱交換導管との 熱交換連絡において固定される固体吸着剤と、それを通じて熱交換流体を送るた めに前記チャンバ内に露出された複数の熱交換導管と、前記吸着の間に実質的に すべての前記導管におよび前記導管から前記熱交換流体を送るために、また前記 脱着の間に実質的にすべての前記導管におよび前記導管から第２の温度を有する 熱交換流体を送るために前記容器の外部と連絡する流体入口および出口手段とを 含む、装置。
2. ２．前記熱交換導管が前記チャンバの前記導管の外部から延びる熱交換表面を含 む、請求項１に記載の装置。
3. ３．前記熱交換表面がフィンを含む、請求項２に記載の装置。
4. ４．前記固体吸着剤が、前記熱交換表面と接触する前記導管の外部に隣接して固 定される、請求項２に記載の装置。
5. ５．極性ガス状の冷媒を受取りかつ分配するための装置であって、前記固体吸着 剤は前記極性冷媒と前記ガス状の冷媒を交互に吸着および脱着できる金属の塩と の錯化合物であり、前記塩は、 金属のハロゲン化物、酸化物、硫酸塩、亜硫酸塩、硝酸塩、亜硝酸塩または蓚酸 塩を含み、その金属はアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、アルミニウ ム、または亜鉛であり、さらに、 ２つの金属がストロンチウム、ナトリウム、アルミニウム、銀、金、カルシウム 、マグネシウムおよびコバルトから選択される金属の複塩、または １つの金属がアルカリ金属またはアルカリ土類金属である金属の複塩を含む、請 求項１に記載の装置。
6. ６．前記固体吸着剤が約−３０℃ないし約６０℃の間の温度で前記ガス伏の冷媒 を吸着できる、請求項５に記載の装置。
7. ７．前記ガス状の冷媒がアンモニアでありかつ前記固体吸着剤がＣａＣｌ２、Ｓ ｒＣｌ２、ＬｉＣｌ４、ＣａＢｒ２またはＳｒＢｒ２およびその混合物を含む、 請求項１に記載の装置。
8. ８．前記ガス状の冷媒がアンモニアであり、前記固体吸着剤が、１バールの圧力 でアンモニア平衡温度よりも少なくとも２０℃高いが、約１６０℃よりも大きく はない平衡温度を有する、アンモニアと金属の塩との錯化合物である、請求項１ に記載の装置。
9. ９．前記固体吸着剤と混合される、多孔性の不活性固体物質を含む、請求項１に 記載の装置。
10. １０．前記ガスは無極性ガスを含み、かつ前記固体吸着剤は沸石または活性炭素 を含む、請求項１に記載の装置。
11. １１．前記ガスが水素を含み、かつ前記固体吸着剤が金属水素化物を含む、請求 項１に記載の装置。
12. １２．熱交換流体が吸着のためには第１の温度にあり、かつ脱着のためには第２ の温度にある、請求項１に記載の装置。
13. １３．前記アンモニアを含む系からのアンモニアを受取りかつ分配するための装 置であって、 圧力密閉チャンバと前記アンモニアを含む前記系に接続されるためのガス入口手 段とを有する容器と、前記アンモニアと配位錯化合物を形成できる固体吸着剤の 塩とを備え、その化合物は前記化合物の少なくとも２５重量％のアンモニアを吸 着でき、かつ前記塩は複数の熱交換導管の各々の外側との熱交換連絡において固 定され、さらに、 複数の熱交換導管を含みかつ流体入口および流体出口を有し、前記密閉チャンバ 内に露出される熱交換手段とを備え、前記流体入口は、前記アンモニアを吸着す るために実質的にすべての前記導管を通じて熱交換流体を送り、かつ前記アンモ ニアを脱着するために実質的にすべての前記導管を通じて熱交換流体を送るため に流体供給源に接続されるための手段を含む、装置。
14. １４．前記塩は、金属のハロゲン化物、酸化物、硫酸塩、亜硫酸塩、硝酸塩、亜 硝酸塩または蓚酸塩を含み、その金属はアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移 金属、アルミニウム、または亜鉛であり、さらに、 ２つの金属がストロンチウム、ナトリウム、アルミニウム、銀、金、カルシウム 、マグネシウムおよびコバルトから選択される金属の複塩と、 塩化アンモニウムと、 １つの金属がアルカリ金属またはアルカリ土類金属である金属の複塩とを含む、 請求項１３に記載の装置。
15. １５．前記塩がＣａＣｌ２、ＳｒＣｌ２、ＬｉＣｌ、ＣａＢｒ２またはＳｒＢｒ ２、およびその混合物を含む、請求項１３に記載の装置。
16. １６．前記容器がある位置から別の位置に運ばれることができ、かつ前記密閉チ ャンバが約１，０００　１ｂｓ．までのアンモニアを保持できる、請求項１３に 記載の装置。
17. １７．前記塩がＳｒＣｌ２を含み、前記配位錯化合物がＳｒＣｌ２・Ｘ　ＮＨ３ を含み、Ｘは１ないし８である、請求項１４に記載の装置。
18. １８．前記熱交換導管がフィン付導管を含む、請求項１３に記載の装置。
19. １９．前記熱交換手段が、前記水入口から前記熱交換導管に水を分配するための 入口マニホルド手段と、前記熱交換導管から前記出口に水を送るための出口マニ ホルド手段とを含む、請求項１３に記載の装置。
20. ２０．前記固体吸着剤と混合される多孔性の不活性固体物質を含む、請求項１３ に記載の装置。
21. ２１．前記密閉チャンバヘおよび前記密閉チャンバから選択的にアンモニアを送 るために前記ガス入口手段と協働するバルブ手段を含む、請求項１３に記載の装 置。
22. ２２．アンモニアを吸着するための前記熱交換流体が比較的低い温度を有し、か つアンモニアを脱着するための前記熱交換流体が比較的高い温度を有する、請求 項１３に記載の装置。
23. ２３．ガスで加圧される冷蔵または化学システムから前記ガスを除去する方法で あって、 請求項１に記載の装置のバルブ付きガス入口手段を前記システムのガスラインに 接続することと、請求項１に記載の前記装置の流体入口手段を均−３０℃ないし 約６０℃の温度の冷却流体源に接続することと、実質的にすべての前記熱交換導 管を通じて前記冷却流体を送ると同時に前記ガスを前記チャンバ内に導入するこ とと、 前記熱交換導管を通じて冷却流体を送り続けながら発熱性の吸着反応において固 体吸着剤に前記ガスを吸着することを含む、方法。
24. ２４．バルブ付きガス入口手段を閉じて前記冷蔵または化学システムから前記チ ャンバ内への前記ガスのさらなる導入を終了させることと、前記熱交換導管に冷 却流体を流し込むのを終了させることと、その後に前記ガスで冷蔵システムを選 択的に充填することとを含み、それは前記固体吸着剤から前記ガスを脱着させる のに十分な温度を有する加熱流体源に前記装置の流体入口手段を接続することと 、バルブ付きガス入口手段を開くことと、実質的にすべての前記熱交換導管を通 じて加熱流体を送り続けながら吸熱反応において前記固体吸着剤から前記ガスを 脱着することとを備える、請求項２３に記載の方法。
25. ２５．冷蔵システムからアンモニア冷媒を除去する方法であって、 前記冷蔵システムから請求項１に記載の装置の密閉チャンバにアンモニアを供給 するのと同時に、約−３０℃ないし約６０℃の温度で前記装置の実質的にすべて の熱交換導管を通じて冷却流体を供給し、それにより前記アンモニアが発熱反応 において前記塩に吸着されることと、アンモニアを前記圧力密閉チャンバ内に供 給しながら冷却流体を前記熱交換導管を通じて供給し続けることと、前記密閉チ ャンバと前記冷蔵システムとの間の連絡を断ち、かつ前記装置の前記熱交換導管 を通じた冷却流体の供給を終了させることにより、前記アンモニア除去を選択的 に終了させることとを含む、方法。
26. ２６．前記塩がＳｒＣｌ２を含み、かつ前記アンモニアが約０．２ないし約２０ の気圧で前記密閉チャンバ内に供給され、水は前記吸着の間に約０℃ないし約２ ５℃の温度で前記熱交換導管に供給される、請求項２５に記載の方法。
27. ２７．冷蔵システムに極性冷媒を供給する方法であって、前記塩に吸着される極 性冷媒を有しかつそこから脱着可能な、請求項５に記載の装置を与えることと、 前記装置の前記ガス入口手段を前記冷蔵システムと接続し、極性冷媒を塩から脱 着し、前記脱着された極性冷媒を前記冷蔵システムに供給することとを備える、 方法。
28. ２８．前記アンモニアが圧縮器吸引を用いて前記塩から脱着される、請求項２７ に記載の方法。
29. ２９．前記脱着の間に約５℃ないし約１５０℃の温度で前記熱交換導管を通じて 加熱流体を供給することによりアンモニアが前記塩から脱着される、請求項２７ に記載の方法。
30. ３０．前記装置における前記塩がＳｒＣｌ２を含み、かつ約５℃ないし約１５０ ℃の温度で前記熱変換導管を通じて水または蒸気を供給することにより、前記ア ンモニアが脱著される、請求項２９に記載の方法。
31. ３１．吸着のための熱交換流体が第１の温度にありかつ脱着のためのものは第２ の温度にある、請求項３０に記載の装置。