JPH06510595A - 二重温度熱ポンプ装置およびシステム - 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】 二重温度熱ポンプ装置およびシステム 発明の背景 気体分子の固体吸着剤への吸着によって形成される固体−蒸気組成物を含む錯化 合物技術を利用するシステムが知られている。錯化合物を備える反応器を組込む 熱ポンプシステムは、他の収着媒体と比較して固体−蒸気媒体によってもたらさ れる温度の上昇が大きいため、住宅および商業空間の空調、工業用の給熱および 冷凍のための他の従来の熱ポンプシステムよりも、かなりの利点を与える。錯化 合物に基づ（システムは、冷却塔、リフトステージングの必要性をなくし、移動 部品を全く、あるいはほとんど必要としない。このようなシステムはまた、問題 となっているＣＦＣの使用を避ける。

熱ポンプに適切な固体−蒸気化一合物は、極性を有する冷媒気体の分子を吸着し て、配位結合を形成する材料を含む錯化合物を含み、その際、気体反応物は電子 の変位によって、通常は固体金属無機塩である固体吸着剤と配位結合する。吸着 ／脱着プロセスは、吸着中にかなりの熱を放出し、脱着段階においてはエネルギ を吸着する。数々の存用な錯化合物およびシステムは、米国特許第４．８２２． ３９１号および第４，８４８．９４４号に開示される。上述の特許に記載される このような化合物ならびにそれらの用途およびシステムは、ここに引用によって 援用される。

主に温水または水蒸気の形で熱を生成することと冷凍とを同時に行なう能力を有 する錯化合物熱ポンプシステムが必要とされている。たとえば、食品加工産業に おいては、洗浄および清浄動作に、温水、熱伝達流体または水蒸気が用いられ、 一方、同じプラントで同時に行なわれる他の動作か冷却および／または冷凍を必 要とする。この発明が向けられるのは、このような高温の流体を生成することと 冷却および／または冷凍とを同時に行なうことのできる装置およびシステムであ る。

発明の概要 錯化合物熱ポンプ技術を用いるこの発明の装置およびシステムは、温水の生成と 冷凍とを同時に行なうためのシステムを提供する。この発明は、相変化の実施例 において、好ましくはアンモニアまたは水である気体冷媒を組入れる、単一段階 のサイクルを用いる１対の反応器を存する装置を組入れる。交互に起こる、アン モニアの錯化合物との吸着および脱着は、一方の反応器が吸着段階にある間、他 方の反応器が脱着段階にあるようなサイクルにされる。アンモニア冷媒のための 凝縮器に加えて、好ましい装置の実施例は、この装置によって加熱されるべき、 たとえば産業用の工場用水等の熱伝達流体と脱着される冷媒気体との間での熱伝 達を利用するための他の熱交換手段を含む。この発明のシステムは、以下にさら に説明するように、二重温度熱蓄積（ｄｕａｌ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｔｈ ｅｒｍａｌ　ｓｔｏｒａｇｅ）のために有利に用いることかできる。

図面の簡単な説明 図１および図２は、この発明の装置で使用されるタイプの、１段階錯化合物熱ポ ンプサイクルを示し、さらに図３は、この発明の好ましい熱ポンプ装置を概略的 に示し、 図４は、この発明の別の実施例の概略図であり、さらに図５は、タービン装置を 備えたこの発明の装置の使用を図１において、冷媒蒸気を扱うための蒸発器およ び凝縮器と組合わされる、２つの反応器ＡおよびＢの概略図が示される。反応器 ＡおよびＢの両方で用いられる単一の錯化合物およびアンモニアに関する温度− 圧力の図もまた示される。冷媒気体、アンモニアが、反応器内に位置づけられる 錯化合物から交互に吸着および脱着される化学吸着反応において、反応サイクル は以下のとおりである。

状態点１と２との間の段階１−２において、反応器Ａ内の錯化合物は、主要なエ ネルギまたは高温の廃熱のいずれかで、温度Ｔ、に加熱され、その結果、冷媒蒸 気圧は送り出し温度Ｔ２での冷媒の圧力よりも高くなる。錯体Ａは吸熱脱着反応 を行ない、アンモニアを放出して、これが送り出し温度Ｔ２で凝縮されて、エネ ルギを放出する。

段階２−３において、アンモニアは点２で凝縮されて、典型的にはより低い圧力 に抑えられ、温度Ｔ、（点３）で蒸発する。Ｔ、で吸収されるエネルギは、その 応用にしたがって、廃熱回収または有用な冷凍を行なう。

段階３−４で、反応器Ａ内の錯化合物は熱送り出し温度にあるか、またはそれよ り僅かに高く、それにより、錯化合物の蒸気圧は、冷凍または熱回収温度での冷 媒の蒸気圧よりも低く、そのため冷媒がＴ１で蒸発することとなり、これがＴ、 で反応器Ｂ内の塩に吸着される。吸着は発熱反応であり、工業上のプロセスのた めの熱を放出する。

段階４−１において、錯化合物は主要な熱源によって温度Ｔ、に加熱される。こ の熱の一部は、相変化される第２のサブシステム、または温度Ｔ２に冷却される べき同じサブシステムの反応器へから与えられ得る。

この発明の装置は、２つの錯化合物反応器を組入れ、２つの主なシーケンス時間 期間で動作し、すべてのサイクルは各シーケンスまたは時間期間内に起こる。一 方の反応器が吸熱反応で冷媒を脱着し、他方の反応器か発熱反応で冷媒を吸着す る。加熱された熱伝達流体および低温の冷媒、たとえばそれぞれ水およびアンモ ニアを同時に供給する基本的な装置において、第１の反応器から脱着された冷媒 は凝縮器に送られ、そこで冷却されて、冷却または冷凍のために回収される。典 型的には、凝縮された冷媒は既存の冷凍システムの蒸発器に送られて、冷却をほ どこし、気体冷媒は吸着反応器に戻される。同時に、加熱されるべき水は、凝縮 器および吸着反応器での発熱反応に向けられる。水を加熱するために凝縮器およ び吸着反応器にシーケンシャルに晒すことは、これらの構成要素の相対的な動作 温度に依存し、まず、より低い温度の構成要素にさらす。サイクルの終わりに、 各反応器の機能を逆転させる、すなわち交換する。

図３を参照すると、反応物、好ましくは錯化合物を備えた１対の反応器１２およ び１４が設けられる。以下の説明では、塩または錯化合物に交互に吸着および脱 着される気体冷媒はアンモニアであると仮定する。反応物または錯化合物を形成 するのに用いられる、他の有用な気体冷媒および金属塩の範囲は、以下にさらに 説明する。反応器に、およびそれから送られ、かつ加熱された流体として回収さ れる熱伝達流体を、以下水と称することもあるが、たとえば水蒸気、水−グリコ ール混合物、油、アルコール、およびアンモニア等の冷媒の何らかの適切な熱伝 達流体が用いられてもよいことを理解されたい。２つの反応器１２および１４に 加えて、必要な構成要素は、たとえば比較的低温の産業用の工場用水で冷却する ことによって脱着された気体冷媒を処理するための凝縮器１６を含み、工場用水 自体も熱交換で加熱される。凝縮されたアンモニアは、冷却および冷凍をほとこ すのに有用であり、一方、加熱された水はプラント処理動作に有用である。

図示される好ましい装置の実施例では、アンモニア液体サブクーラ１８および／ または過熱低減器２０と称するアンモニア蒸気熱交換器が設けられる。さらに、 好ましい装置は、水／水熱交換器２２、吸着中に反応器を冷却するために補給水 を加えるための膨張タンク１９、アンモニア吸込トラップＩＬ蒸気トラップ１３ 、およびフロート弁１５（アンモニア蒸気トラップ）を含む。特定の装置の実施 例に図示される水／水熱交換器２２は、発熱吸着反応から熱を回収するために用 いられる。このような熱交換器はオプションであり、水の代わりに、またはプロ セスにおいて加熱されるへき他の熱交換流体が、吸着反応器を介して送られて、 この反応から熱を直接得てもよい。しかしながら、飲用水の回収か重要な場合に は、このように熱交換器の使用が存利であろう。

図３の好ましい実施例、の熱ポンプの動作は以下のとおりである。第１の段階に おいて、反応器Ｉ２内の錯化合物は、弁３４および４４を開いて、Ｈｌ、でライ ンＨにプラントから温水または水蒸気または他の熱伝達流体を与えることによっ て脱着される。反応器１２の熱交換の設計によって、温水および／または水蒸気 からの熱が反応器内の錯化合物を加熱して、配位子蒸気圧を増し、錯化合物が吸 熱脱着反応を行なうこととなり、アンモニア蒸気を放出する。同時に、たとえば ８０°Ｆの比較的低温の、または周囲の温度の工場用水か、ＰｌａでバイブＰへ と送られる。反応器１２から放出される脱着されたアンモニアは、開いた弁３８ を介して導管Ａを通り、反応器から順に、過熱低減器２０、凝縮器１６、および 液体サブクーラ１８に送られる。この構成要素の各々は熱交換器として作用し、 かつ、サブクーラ１８、熱交換器２２、凝縮器１６、および過熱低減器２０を連 続して通る工場用水と脱着されたアンモニアとを熱的にやり取りさせる熱交換手 段を備える。この態様で、反応器１２から脱着された高温のアンモニア蒸気は、 工場用水と熱エネルギを連続して交換するにつれて冷却され、工場用水は上述の 構成要素において加熱される。

比較的低温の工場用水は、まず液体サブクーラ１８において凝縮されたアンモニ アと熱的に接触し、それによってアンモニアをさらに冷却し、工場用水は最初に 加熱される。

工場用水は次に、水／水熱交換器２２に送られ、ここで吸着反応器からの加熱さ れた水との熱のやり取りによってさらに加熱される。その後、工場用水は、熱交 換器２２から凝縮器１６に送られ、アンモニアの凝縮からさらに熱を得て、次に 過熱低減器２０に送られて、脱着反応器１２から届く比較的高温のアンモニア蒸 気と熱をやり取りする。結果としてできる、たとえば１３０°Ｆの加熱された水 は、バイブＰに沿ってＰ　ａｗｌに送られ、ここで所望のように、または必要に 応じてプラントで使用されるために送られる。

先に述べたように、水を加熱する構成要素のシーケンスは、その相対的な動作温 度に依存し、水は段々に高温になる構成要素に送られる。図示される例では、凝 縮器は吸着反応器よりも高い温度で動作して、水熱交換は、凝縮器での加熱に先 立って、吸着反応器の熱で熱交換器２２において行なわれる。しかしながら、他 のシステムでは、吸着反応の温度が凝縮器の温度よりも高いかもしれず、その場 合にはシーケンスは変更されるであろう。トリムヒータと呼ぶ付加的な熱交換器 （図示せず）が、オプションとして、水をさらに加熱するために過熱低減器２０ の下流に設けられてもよい。このような装置にもたらされる熱は、水蒸気または 高温のアンモニア蒸気ラインからであってもよい。液体サブクーラ１８からのア ンモニア凝縮物は、パイプＨを通って高い側のフロート弁１５を介し、Ａを介し てプラントの高圧力レシーバに送られ、ここでプラントの冷却または冷凍動作の ために用いられる。たとえば、凝縮されたまたは低温の冷媒は、既存の冷凍シス テムの一部であり得る蒸発器、または他の蒸発器または熱交換器レシーブ手段に 送られる。

反応器１２内でのアンモニアの脱着と同時に、アンモニアか反応器１４内で吸着 され、アンモニアは、ＡＨ，から、導管へを通って、吸込トラップ１１、開いた 弁３５を介して反応器１４へと供給される。この段階において、弁３６および３ ７ならびに弁３９は、閉じている。温水人口弁３２および出口弁４３もまた閉じ ており、一方、Ｃ１からパイプＣを通り、膨張タンク１９を介した熱伝達水は、 水ポンプ１７によって、開いた弁４１を介して反応器１４に送られる。反応器１ ２への水入口４２もまた閉じている。反応器１４内の錯化合物と熱交換のやり取 りを行なって反応器を介して送られる水は、このようにパイプＣを介して循環し 、反応器１４から出口弁３１を介して熱交換器２２に送られる。反応器１４内で 起こる吸着反応は熱を発生するので、熱伝達水は熱交換に晒されることによって 反応器から熱を抽出し、したがって熱交換器２２に送られる工場用水の温度に応 じて温められる。この有利な熱交換のやり取りによって、工場用水は加熱され、 その冷却熱伝達水は、幾分冷却される。

一旦、反応器１２内の錯化合物か実質的に脱着され、すなわち実質的にアンモニ アがなくなってしまい、かつ反応器１４内の錯化合物が実質的にアンモニアで飽 和されると、反応器は逆転し、これによって反応器１４が脱着反応器となり、反 応器１２か吸着反応器となる。逆のサイクルを始める前に、弁３９を開いて反応 器−１２内の水蒸気を膨張させて、反応器１４から残っている熱伝達水を押しや ることで、遷移期間、すなわち休止期間が設けられる。このようなサイクル間の 休止期間は、反応器内のキャビテーションを避けるために非常に望ましい。さら に、脱着反応器は吸着反応器と比べて、比較的高温であるので、比較的高温の熱 伝達流体を脱着反応器から、もう脱着反応器となっており反応を推進するために 熱を必要とする吸着反応器に送ることか有利であろう。その後、弁３９は閉じら れ、上述の開いた弁か閉じられ、閉じられていた弁が開かれ、それによつて、導 管Ｈを介して高温の水および／または水蒸気が反応器１４に、およびそれを介し て送られる。反応器１４内の加熱された錯化合物は、アンモニアを脱着し、次に アンモニアは順次、開いた弁３７を介して熱交換器２０、凝縮器１６および液体 サブクーラ１８を介して送られ、凝縮されたアンモニアがＡ。、、で回収される 。同時に、パイプＰを介した工場用水か、第１のサイクルで先に述べたように、 連続的に加熱され、Ｐ　ｏ＋＋１を介して回収される。

図３に示される装置の幾つかの構成要素は好ましいが、液体サブクーラおよび過 熱低減器はオプションであり、アンモニア吸込トラップ、水蒸気トラップ、膨張 タンクおよび水／水熱交換器も同様である。しかしながら、これらの構成要素は 、システムの効率の向上、および導入される水と回収される水との間の温度の開 きを実質的により大きくするのに寄与している。図示される弁の代わりに、アン モニアだけでなく、加熱する水と冷却する水をも反応器に、かつ反応器から送る ための制御および切換手段と協働する４方向弁を用いてもよい。さらに、アンモ ニア流量制御弁３５．３６．３７および３８は、１方向逆止弁であってもよい。

上述のサイクル間の遷移期間の間に反応器間で熱伝達流体を循環して、適当な熱 を回収するための手段を設けてもよく、そうすれば全体のプロセスの効率がさら に向上する。

温水および凝縮されたアンモニアの実質的に連続した発生および回収は、それぞ れレシーブ手段に送られて、所望のようにかつ必要に応じて用いられてもよい。

アンモニアは、冷凍システム、高圧のレシーバに送られて、必要な、所望される 何らかの冷却または冷凍処理のための冷凍をほどこすために用いられてもよい。

この発明のシステムおよび装置において有用な錯化合物を形成するのに用いられ る特定の金属塩は、金属酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩、亜硝酸塩、硝酸塩、シ ュウ酸塩、硫化物および硫酸塩、ならびに複塩等の化学化合物、ならびに塩およ び化合物の組合せ、ならびにそれらの共晶および包晶混合物を含む。適切な複塩 化合物は、米国特許第４゜８４８．９９４号に開示され、ここに引用によって援 用される。好ましい金属は、アルカリ金属およびアルカリ土類金属、遷移金属、 アルミニウム、亜鉛、カドミウムならびにスズから選択される。

固体に吸着されて錯化合物を形成する、この発明に特に有用な、極性を存する気 体冷媒または反応物は、アンモニア、水、メチルアミン、およびメタノールであ る。アンモニアは、安定していて高いエネルギー錯体を形成するので、特に好ま しい。しかしなから、二酸化硫黄、他の低級アルカノール、ピリジン、アルキル アミンおよびホスフィンが用いられてもよい。二酸化炭素もまた、金属酸化物と 反応して、金属炭酸塩を形成し得る。

特に好ましいシステムは、以下の錯化合物を採り入れる、すなわち（ａ）ＣａＣ Ｉ＝　・４　８　（ＮＨｉ　）（ｂ）ＣａＣ１ｔ　”２−４　（ＮＨｓ）、（ｃ ）ＳｒＣ１，・　１−８（ＮＨｉ　）、（ｄ）ＳｒＢｒｔ　”　Ｏ−８（ＮＨｉ 　）、（ｅ）ＣａＢｒ２　・２　６　（ＮＨｉ　）　、　（ｆ）ＣＯＣｌ２　・ ２−６（ＮＨｉ）、（ｇ）ＮｉＣ１ｔ　・２−６　（ＮＨｉ　）。

（ｈ）ＦｅＣ１２−２−６（ＮＨｓ　）、および（ｉ）ＮａＢＦ、・０．５−２ ．５　（ＮＨｆｆ　）である。

上述の錯化合物では、塩１モルについてのアンモニアのモル数値が与えられるか 、錯体の中には、このモル範囲が幾つかの配位結合ステップを含むものもある。

したがって、たとえばＮ　ａ　Ｂ　Ｆ　４の場合、所与の数値範囲内で幾つかの 異なる隣接反応ステップが起こる。しかしながら、典型的には、実際を考慮して 使用可能なのは示された配位結合範囲の一部のみであり、したがってこの範囲は 、当業者には理解されるであろうか、あくまでもおおよその範囲である。

同時に二重温度の結果を与える、この発明のシステムおよび装置の別の実施例は 、１対の反応器を含み、その各々が異なる錯化合物を有し、水またはアンモニア 等の極性を存する冷媒が２つの反応器間で循環されて、交互に吸着および脱着し 、同時に加熱および冷却する。このような実施例においては、先の実施例で述べ たように冷媒を相変化構成要素、すなわち凝縮器に送るのではなく、吸着および 脱着反応中に反応器自体において熱交換によって加熱および冷却が達成される。

図４において、その各々が異なるアンモニア−塩錯体、または他の適切な極性を 存する冷媒−塩錯体ならびに金属炭酸塩反応物を形成する金属酸化物と二酸化炭 素との反応を有する反応器５０および６０を含む。この実施例において、それぞ れの反応器内の異なる錯化合物または反応物が実質的に異なる平衡温度、好まし くは約２０°Ｃないし約１５０°Ｃの差を有することもまた重要である。「平衡 温度の差」という表現は、同じまたは実質的に同じ動作圧力、典型的には約０． １ないし約５０バールでの何らかの２つの異なる錯化合物の平衡温度の差を意味 する。このような平衡温度の差は、十分実用的な温度上昇を与え、しかも、発熱 するアンモニア吸着作用が行なわれている間の排熱に対しても実用的かつ安全な 範囲内にある。

一方の反応器内に、以下に群へと称する、上述の好ましい錯化合物か存在し、他 方の反応器内では、群Ｂと称する、異なる好ましい錯化合物は、Ｂ　ａ　Ｃ１ｚ 　・０−８（ＮＨｉ　）、ＣａＣ１＊　”４　８　（ＮＨｉ　）、ＣａＣ１ｔ　 ”２−４　（ＮＨｉ　）、５ｒＣ１，−１−８（ＮＨｓ　）およびＮａＢＦ４　 ・０．５−２．５　（ＮＨｓ　）である。上述の群Ａ反応物と群Ｂ反応物との好 ましい組合せは、以下のとおりである。

群Ｂ　群Ａ ＢａＣＩｔ　＠　Ｏ−８（ＮＨｉ）　（ａ）−（ｉ）ＣａＣ１ｉ　・４　８　（ ＮＨｚ　）　（ｄ）　（ｔ）ＣａＣＩｚ　・２　４　（ＮＨｓ　）　（ｄ）　（ ｔ）ＳｒＣ１ｔ　・Ｉ　８　（ＮＨｓ　）　（ｅ）　（ｔ）ＮａＢＦ４　・０． ５　２．５（ＮＨｓ）　（ａ）　（ｈ）反応器の各々には、熱交換手段が設けら れ、それを介して作用かつ実用的な熱交換流体、すなわち水、グリコール水等が 反応中に送られる。図示される装置の実施例においては、反応器５０は加熱され て高温で冷媒を脱着し、中位の温度で吸着する高温反応器であり、一方、反応器 ６０は、中位の温度で吸着し、低温で脱着して、冷却または冷凍をほどこす、よ り温度の低い反応器である。同時にまたは連続して加熱および冷却するためには 、対になったこれらの２つの塩反応器を用いて、それぞれ反対のまたは逆転した サイクルで動作させる。反応器５０が吸着していれば、典型的には約３５°Ｆな いし約２５０°Ｆの温度で入口導管５Ｉを介して反応器に導入される水は、発熱 吸着反応のプロセスとの熱交換に晒されることによって加熱され、出口バイブ５ ５を介して回収される。同時に、それぞれの反応器内の錯化合物間で平衡圧力に 差があるので、反応器６０内の錯化合物は、アンモニアを脱着し、これがバイブ ５４を介して吸着反応器５０に吸引される。バイブ５６を介して脱着反応器６０ に供給される熱伝達流体は熱を放出し、吸熱脱着反応との熱交換に晒されること によって冷却され、バイブ５７を介して回収され得る。このような流体はプラン ト処理に直接使用されてもよく、または、たとえばブラントにおいて冷却をほど こすための熱交換器において、プラントの冷凍システムと間接的に熱を伝達する ために用いられてもよい。やはり、このような流体は、水、水グリコール混合物 、アルコール、またはアンモニア、または他の適切な流体もしくは冷媒であって もよい。

反応器５０内の錯化合物がアンモニア、または他の極性を存する冷媒で実質的に 飽和され、反応器６０内の錯化合物が実質的に冷媒がなくなるサイクルの終わり に、サイクルが逆転され、反応器５０が脱着反応器となり、反応器６０が吸着反 応器となる。主要なエネルギが、たとえば水蒸気でバイブ５１を介して反応器５ ０に供給されて、錯化合物を高温にしてアンモニアを脱着し、このアンモニアは 吸着反応器６０にライン５４を介して送られる。このサイクルからのエネルギ回 収は、主に反応器６０内の熱伝達流体への吸着反応の熱伝達から行なわれる。望 まれるならば、導管６１を介して脱着反応器５０からの高温のアンモニアとの熱 交換によって、熱伝達流体を過熱低減器５２においてさらに加熱してもよく、ア ンモニアは次にライン５４ではなく、導管６２を介して反応器６０に送られる。

加熱された流体は、使用するために出口ライン７１を介して回収されてもよい。

反応器への冷媒供給導管６３および６５が設けられてもよい。反応器にはまた、 脱着中に錯化合物を加熱するために、たとえば電気抵抗式ヒータ、他の何らかの 適切な、または利用可能な源からの排気ガス、水蒸気または熱等の補助的な加熱 手段か設けられてもよい。交互の段階で動作する２つの異なる塩反応器を複数対 組合わせて、より効率的に連続して加熱および冷却をほとこすことか好ましいか もしれない。このような反応器システムはまた有利に、反応器から回収される異 なるアンモニア（または他の冷媒）および熱伝達流体の温度を利用し、かつ、性 能および効率を向上させるために適切なまたは有利な場合には、脱着のための反 応器に加熱をほどこす、付加的な熱交換手段を組入れてもよい。

図５は、ガスタービンを備えたシステムにおけるこの発明の装置の使用例を示す 。入口空気温度が低温であれば、ガスタービンの効率は実質的に向上することが 認められるだろう。たとえば約６０°Ｆないし約−’４０Ｆの温度範囲で低温の 空気をガスタービンに導入して、ガスタービンの容量、効率、および電力の出力 を実質的に増大して、電力を生成することが非常に有利である。低い気体入口温 度を与える熱交換手段は、たとえば空気がそれを通る熱交換器内でグリコール水 熱交換溶液を利用する。空気は、冷却されるにつれて、水蒸気で飽和されるが、 これはタービンにおいては望ましくない。したかって、冷却された空気を僅かに 温めて、その相対湿度を約１００％から、たとえば約９０％未満に減じることが 必要である。上述のように、同時に加熱および冷却をはとこすこの発明の装置は 、ガスタービンの入口空気に冷却をほとこし、かつ同時にその相対湿度を減じる ために入口空気を僅かに加熱するための熱を与えるのにかなり有利に使用できる 。

図５の概略のシステムは、導管８４を介してガスタービン７４のための空気入口 冷却器７６に低温の冷媒（図３）、または低温の熱交換流体（図４）を与えるた めの、この発明の二重温度装置７０の使用を示す。冷却器７６を介して循環され る熱交換流体または冷媒は、ライン８２を介して反応器システムに戻される。同 時に、装置７０からの温水または熱伝達流体は、バイブ７３を介して、それがタ ービンに入る直前に熱交換器７８において空気を加熱するために送られ得る。さ らに、ガスタービン７４からの高温の排気ガスは、有利に用いられ、熱交換器７ １に導管７７を介して送られて、装置７０で脱着反応器を駆動するための熱を与 えることができる。反応器システムと熱交換器７１との間の流体ループもまた、 バイブ７７および７９を介して与えられる。反応器システムによって生成される 過剰の熱は、それを排熱手段７２、たとえば冷却塔、空気コイルまたは蒸発冷却 器にライン８３を介して送ることによって処理され、ライン８３はまた、上述の ように熱交換器７８に熱を与えるためにライン７３に結合されてもよい。排熱装 置７２と反応器アセンブリとの間の戻りライン８５も図示されており、戻りライ ン７５に接続される。熱交換器７６および７８のタイプは、液体から空気に直接 接触するタイプであっても、たとえばフィンおよびチューブの間接タイプであっ てもよい。グリコール−水混合物、または熱交換液体を含む類似した低温の水が 、直接接触型空気冷却熱交換器で用いられれば、反応器アセンブリからの排熱は 有利に、液体中の水の濃度を低減するために用いられ得る。反応器の排熱は、間 接タイプの空気冷却器を除霜するために用いられてもよい。熱交換液体から水を 除くために、および／または空気冷却器を除霜するために、タービンの排気ガス の熱が用いられてもよい。

上述の実施例は、回収された、凝縮された冷媒、および加熱された伝達流体の回 収および即時の使用（第１の実施例）、または熱伝達流体の二重温度回収（図４ の実施例）に主に向けられたが、これらの装置は熱蓄積をほどこすために用いら れてもよい。したがって、凝縮されたまたは吸着されたアンモニアまたは他の冷 媒をプラントの冷却または冷凍動作に即時に用いるのではなく、適切な液体アン モニア蓄積容器または錯化合物反応器に蓄積して、たとえば電気の需要およびコ ストが比較的高い、日中のエネルギー使用ピーク時間に冷凍をほどこすために用 いられてもよく、加熱された水は後の処理に用いるために適切な温水タンクに蓄 積されてもよい。さらに、図４に示される三重塩反応器システムは、高温の反応 器（反応器５０）を加熱して冷媒を脱着し、冷媒がより低温の反応器（反応器６ ０）に送られて、ここで塩に吸着されることによって、後の使用のために熱エネ ルギを蓄積するように作動させられてもよい。

それから、このシステムは、脱着反応器６０から冷却を与えるために、および／ またはここでは吸着反応器５０から加熱を与えるために、上述のようにサイクル を逆転することによって蓄積されたエネルギが後に使用されるまで、この状態に 保持される。ここでは、「レシーブ手段」は、上述のいかなる代替例をも包含す ると意図される。

この発明のシステムおよび装置が、２つの反応器、または複数対の反応器を用い て説明されたが、この発明はこのような数の反応器に限定されると理解されるべ きではない。

したかって、この発明のシステムは、複数のサブシステムを含み、その各々が、 たとえば時間でシフトされるモードまたはサイクルの段階で動作して、円滑かつ 連続的な冷却および加熱を行なう複数の反応器を含む。冷却のための冷媒および 加熱のために回収される熱伝達流体の温度範囲は、主に、使用する反応物、反応 器の大きさまたは容量、ならびに装置に導入される冷媒および流体の初期温度に 依存する。たとえば、約４０°Ｆおよび約８０°Ｆの温度の熱伝達流体が水の形 で導入されれば、加熱された水は、約１２５°Ｆないし約２００°Ｆで回収され ると予想される。逆に、たとえば１００°Ｆ〜２００°Ｆに予熱された水が導入 されれば、水蒸気か回収されるかもしれない。さらに、二重温度システムは、産 業上の目的に限定されるわけではなく、このような結果か有利であるいかなる環 境においても作用であろう。これらの実施例、およびこの発明の範囲内の他の実 施例、ならびにその使用および利点は、当業者には明らかになるであろう。

ぐ＝Ｔ 補正書の写しく翻訳力提出書（特許法第１８４条の８）平成　６年　３月、夛− 石

Claims (36)

【特許請求の範囲】
1. １．加熱と、冷却または冷凍とを同時に供給するための装置であって、 第１および第２の反応器を備え、その各々が、金属塩の錯化合物と、金属酸化物 、ハロゲン化物、硝酸塩、亜硝酸塩、硫酸塩、シュウ酸塩および硫化物ならびに その化合物および混合物からなる群から選択されるものとを含む反応物を収容し 、前記金属は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、アルミニウム、亜 鉛、カドミウムおよびスズからなる群から選択され、さらに、アンモニア、水、 二酸化硫黄、低級アルカノール、アルカノールアミン、ポリアミンおよびホスフ ィンからなる群から選択され、前記反応物に吸着される気体冷媒とを収容し、ま たは前記金属酸化物と二酸化炭素の気体冷媒との反応生成物を含む金属炭酸塩を 収容し、さらに 前記気体冷媒を凝縮するための凝縮器と、前記気体冷媒を交互に前記第１および 第２の反応器にそれぞれ送るための第１の冷媒導管手段と、それぞれ前記第１お よび第２の反応器から前記凝縮器に交互に気体冷媒を送るための第２の冷媒導管 手段と、凝縮された気体冷媒を前記凝縮器から冷媒凝縮物レシーブ手段に送るた めの第３の冷媒導管手段と、 前記凝縮器と、および選択的に前記反応器の各々と熱交換のやり取りをして熱伝 達流体を送るための第１の流体導管手段とを備え、それによって前記熱伝達流体 が加熱され、さらに前記加熱された熱伝達流体をそのレシーブ手段に送るための 第２の流体導管手段と、 前記錯化合物または前記金属炭酸塩を交互にそれぞれ前記第１および第２の反応 器で加熱するための加熱手段と、それぞれ前記第１および第２の反応器で交互に 前記錯化合物から熱を抽出するための熱抽出手段とを備える、装置。
2. ２．前記第３の冷媒導管手段と協働する液体サブクーラを含み、前記第３の冷媒 導管手段は、前記凝縮器から前記サブクーラに、および前記サブクーラから前記 冷媒凝縮物レシーブ手段に、凝縮された気体冷媒を送る、請求項１に記載の装置 。
3. ３．前記第２の冷媒導管手段と前記第２の流体導管手段との間で熱交換のやり取 りを与えるための第１の熱交換器を含む、請求項１に記載の装置。
4. ４．前記第２の冷媒導管手段と前記第２の流体導管手段との間で熱交換のやり取 りを与えるための第１の熱交換器を含み、前記第１および第２の流体導管手段は 協働して、前記熱交換伝達流体を連続的に、前記サブクーラ、前記凝縮器、およ び前記第１の熱交換器に送り、前記熱伝達流体をだんだんと加熱する、請求項２ に記載の装置。
5. ５．前記第２の冷媒導管手段と前記第２の流体導管手段との間で熱交換のやり取 りを与えるための第１の熱交換器を含み、前記第２および第３の冷媒導管手段は 、協働して前記気体冷媒を連続的に、前記第１の熱交換器、前記凝縮器および前 記サブクーラに送って、前記冷媒をだんだんと冷却する、請求項２に記載の装置 。
6. ６．前記加熱手段および前記熱抽出手段と協働して、前記第１または第２の反応 器の一方の前記反応物を加熱すると同時に、前記第１または第２の反応器の他方 の前記反応物から熱を抽出させる制御手段を含む、請求項１に記載の装置。
7. ７．前記加熱手段が、前記第１および第２の反応器へ、かつ前記第１および第２ の反応器から熱伝達流体を送るための手段を含み、前記熱抽出手段が、前記第１ および第２の反応器へ、かつ前記第１および第２の反応器から熱伝達流体を送る ための手段を含む、請求項６に記載の装置。
8. ８．前記第１の流体導管手段と前記熱抽出手段との間で熱交換のやり取りを与え るための第２の熱交換器を含む、請求項７に記載の装置。
9. ９．前記反応物が、ＣａＣｌ２・２−４（ＮＨ３）またはＣａＣｌ２・４−８（ ＮＨ３）を含む、請求項１に記載の装置。
10. １０．前記反応物が、ＳｒＣｌ２・１−８（ＮＨ３）またはＳｒＢｒ２・Ｏ−８ （ＮＨ３）を含む、請求項１に記載の装置。
11. １１．前記反応物が、ＣａＢｒ２・２−６（ＮＨ３）を含む、請求項１に記載の 装置。
12. １２．前記反応物が、ＣｏＣｌ２・２−６（ＮＨ３）を含む、請求項１に記載の 装置。
13. １３．前記反応物が、ＮｉＣｌ２・２−６（ＮＨ３）を含む、請求項１に記載の 装置。
14. １４．前記反応物が、ＦｅＣｌ２・２−６（ＮＨ３）を含む、請求項１に記載の 装置。
15. １５．前記反応物が、ＮａＢＦ４・０．５−２−５（ＮＨ３）を含む、請求項１ に記載の装置。
16. １６．前記冷媒がアンモニアである、請求項１に記載の装置。
17. １７．前記熱伝達流体が水である、請求項１に記載の装置。
18. １８．液体冷媒を受け、かつ保持するための液体冷媒蓄積手段および請求項１の 装置を含む、熱エネルギ蓄積システム。
19. １９．加熱された熱伝達流体を受け、かつ保持するための熱伝達流体蓄積手段を 含む、請求項１８に記載のシステム。
20. ２０．加熱および冷却を同時に供給するための装置であって、 第１および第２の反応器を備え、その各々が、金属酸化物、ハロゲン化物、硝酸 塩、亜硝酸塩、硫酸塩、シュウ酸塩、および硫化物、ならびにその混合物および 化合物からなる群から選択される金属塩の錯化合物を含む異なる反応物を収容し 、前記金属は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、アルミニウム、亜 鉛、カドミウムおよびスズからなる群から選択され、さらに、アンモニア、水、 二酸化硫黄、低級アルカノール、アルカノールアミン、ポリアミンおよびホスフ ィンからなる群から選択され、前記反応物に吸着される極性を有する気体冷媒と を収容し、または前記金属酸化物と二酸化炭素の気体冷媒との反応生成物を含む 金属炭酸塩を収容し、前記第１の反応器内の反応物の平衡温度は、前記第２の反 応器内の反応物の平衡温度と、同じ動作圧力で、約２０℃ないし約１５０℃の間 の温度だけ異なる、装置。
21. ２１．前記反応器の各々に、そこからの前記気体冷媒の脱着のためにその中の前 記反応物を加熱するための手段と、前記反応器内での吸着および脱着反応中に、 前記反応物と熱伝達のやり取りをして熱伝達流体を送り、前記金属塩からの前記 気体冷媒の吸着中に前記熱伝達流体を加熱し、かつ前記第２の反応器内の前記金 属塩からの前記気体冷媒の脱着反応中に前記熱伝達流体を冷却するための、熱伝 達流体入口および出口手段と、前記反応器間で気体冷媒を送るための手段とが設 けられる、請求項２２に記載の装置。
22. ２２．前記第１の反応器内の前記反応物が、ＣａＣｌ２・２−４（ＮＨ３）， ＣａＣｌ２・４−８（ＮＨ３）， ＳｒＣｌ２・１−８（ＮＨ３）， ＳｒＢｒ２・０−８（ＮＨ３）， ＣａＢｒ２・２−６（ＮＨ３）， ＣｏＣｌ２・２−６（ＮＨ３）， ＮｉＣｌ２・２−６（ＮＨ３）， ＦｅＣｌ２・２−６（ＮＨ３）， ＮａＢＦ４・０．５−２．５（ＮＨ３）からなる群から選択され、 前記第２の反応器内の前記反応物がＢａＣｌ２・０−８（ＮＨ３）である、請求 項２０に記載の装置。
23. ２３．前記第１の反応器内の前記反応物が、ＳｒＢｒ２０−８（ＮＨ３），Ｃａ Ｂｒ２・２−６（ＮＨ３），ＣｏＣｌ２・２−６（ＮＨ３），ＮｉＣｌ２・２− ６（ＮＨ２），ＦｅＣｌ２、２−６（ＮＨ３），およびＮａＢＦ４０．５−２． ５（ＮＨ３）からなる群から選択され、前記第２の反応器内の前記反応物が、Ｃ ａＣｌ２・４−８（ＮＨ３）である、請求項２０に記載の装置。
24. ２４．前記第１の反応器内の前記反応物が、ＳｒＢｒ２０−８（ＮＨ３），Ｃａ Ｂｒ２・２−６（ＮＨ３），ＣｏＣｌ２・２−６（ＮＨ３），ＮｉＣｌ２・２− ６（ＮＨ３），ＦｅＣｌ２・２−６（ＮＨ３），およびＮａＢＦ４０．５−２． ５（ＮＨ３）からなる群から選択され、前記第２の反応器内の前記反応物が、Ｃ ａＣｌ２・２−４（ＮＨ２）である、請求項２０に記載の装置。
25. ２５．前記第１の反応器内の前記反応物が、ＳｒＢｒ２０．８（ＮＨ３），Ｃａ Ｂｒ２・２−６（ＮＨ３），ＣｏＣｌ２・２−６（ＮＨ３），ＮｉＣｌ２・２− ６（ＮＨ３），ＦｅＣｌ２・２−６（ＮＨ２），およびＮａＢＦ４０．５−２． ５（ＮＨ３）からなる群から選択され、前記第２の反応器内の前記反応物が、Ｓ ｒＣｌ２・１−８（ＮＨ３）である、請求項２０に記載の装置。
26. ２６．前記第１の反応器内の前記反応物が、ＣａＣｌ２４−８（ＮＨ３），Ｓｒ Ｃｌ２・１−８（ＮＨ３），ＳｒＢｒ２・０−８（ＮＨ３），ＣａＢｒ２・２− ６（ＮＨ２），ＣｏＣｌ２・２−６（ＮＨ３），ＮｉＣｌ２・２−６（ＮＨ３） ，ＦｅＣｌ２・２−６（ＮＨ３）からなる群から選択され、前記第２の反応器内 の前記反応物が、ＮａＢＦ４・０．５−２．５（ＮＨ３）である、請求項２０に 記載の装置。
27. ２７．ガスタービンエンジン、入口空気冷却手段、および前記冷媒凝縮物レシー ブ手段と協働して、前記入口空気冷却手段に冷却を与えるための手段を含むガス タービンアセンブリと請求項１の装置との組合せを含む、ガスタービン電力生成 システム。
28. ２８．２次的な入口空気熱交換器、および、前記熱伝達流体のための前記レシー ブ手段と協働して、前記２次的な入口空気熱交換器に熱を与えるための手段を含 む、請求項２７に記載のシステム。
29. ２９．前記ガスタービンの排気ガスから、前記反応物を加熱するための前記加熱 手段に熱を送る手段を含む、請求項２７に記載のシステム。
30. ３０．前記入口空気冷却手段が、直接接触液体−空気熱交換器を含み、そこから 水を除去するために、排熱を前記反応器から前記液体−空気熱交換器に送る手段 を含む、請求項２７に記載のシステム。
31. ３１．前記入口空気冷却手段が、前記間接熱交換器を除霜するために、間接熱交 換器を含み、排熱を前記反応器から送る手段を含む、請求項２７に記載のシステ ム。
32. ３２．ガスタービンエンジン、入口空気冷却手段、および前記熱伝達流体出口手 段と協働して、冷却された熱伝達流体を送って前記入口空気冷却手段に冷却をほ どこすための手段を含むガスタービンアセンブリと、請求項２１の装置とを組合 わせて含む、ガスタービン電力生成システム。
33. ３３．２次的な入口空気熱交換器と、前記熱伝達出口手段と協働して、熱を前記 ２次的な入口空気熱交換器に与えるための手段とを含む、請求項３２に記載のシ ステム。
34. ３４．前記ガスタービンの排気ガスから、前記反応物を加熱するための前記手段 に熱を送るための手段を含む、請求項３２に記載のシステム。
35. ３５．前記入口空気冷却手段が、直接接触液体−空気熱交換器を含み、そこから 水を除去するために、排熱を前記反応器から前記液体−空気熱交換器に送る手段 を含む、請求項３２に記載のシステム。
36. ３６．前記入口空気冷却手段が、前記間接熱交換器を除霜するために、間接熱交 換器を含み、排熱を前記反応器から送る手段を含む、請求項３２に記載のシステ ム。