JPH08233477A - 制御された温度における２相熱交換器 - Google Patents
制御された温度における２相熱交換器Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 容器（１４）との間で熱エネルギーを交換す
るための、制御された温度における２相熱交換器を提供
する。 【解決手段】 交換器は、気体を収着する媒体を入れた
容器と熱接触するチャンバ（１２、１３４、１４１）を
含み、このチャンバは気体の蒸発または凝縮の座に選択
的に接続することができる。
るための、制御された温度における２相熱交換器を提供
する。 【解決手段】 交換器は、気体を収着する媒体を入れた
容器と熱接触するチャンバ（１２、１３４、１４１）を
含み、このチャンバは気体の蒸発または凝縮の座に選択
的に接続することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、制御された温度に
おける２相熱交換器に関し、より詳細には、固体収着の
座、たとえば固体上への気体の吸着または気体と固体の
化学反応の座との間での熱伝達のためのかかる交換器に
関する。
おける２相熱交換器に関し、より詳細には、固体収着の
座、たとえば固体上への気体の吸着または気体と固体の
化学反応の座との間での熱伝達のためのかかる交換器に
関する。
【０００２】熱交換器にはいくつかのタイプのものがあ
り、そのうち最も普及しているのは、導管からなりその
中を熱伝達流体が通るものである。この導管は一般に、
加熱または冷却すべき容器内に配置され、熱伝達流体が
容器中を通過するとき、容器との間で熱エネルギーを交
換する。しかし、容器内で起こる熱エネルギーの交換を
念頭に置くと、流体が容器に入る際の温度は出口での温
度と等しくない。従って、容器内で温度勾配が生じるこ
とは避けられない。
り、そのうち最も普及しているのは、導管からなりその
中を熱伝達流体が通るものである。この導管は一般に、
加熱または冷却すべき容器内に配置され、熱伝達流体が
容器中を通過するとき、容器との間で熱エネルギーを交
換する。しかし、容器内で起こる熱エネルギーの交換を
念頭に置くと、流体が容器に入る際の温度は出口での温
度と等しくない。従って、容器内で温度勾配が生じるこ
とは避けられない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ある種の応用分野で
は、容器内を通して一定の温度で容器との熱交換を達成
することが望ましい。そのために、熱パイプを使用する
ことが知られている。これは、一変性（monovariant ）
の蒸発または凝縮の座であり、その結果、交換時に表面
の温度が均一である。熱パイプ内では、所与の交換条件
のとき、一端における凝縮温度は他端における蒸発温度
のみの関数であり、この蒸発温度は熱入力温度に依存す
る。両方の端部は断熱領域で分離されている。
は、容器内を通して一定の温度で容器との熱交換を達成
することが望ましい。そのために、熱パイプを使用する
ことが知られている。これは、一変性（monovariant ）
の蒸発または凝縮の座であり、その結果、交換時に表面
の温度が均一である。熱パイプ内では、所与の交換条件
のとき、一端における凝縮温度は他端における蒸発温度
のみの関数であり、この蒸発温度は熱入力温度に依存す
る。両方の端部は断熱領域で分離されている。
【０００４】熱交換器の温度を変更したい場合、熱伝達
流体であるにせよ、熱パイプであるにせよ流体入口温度
または熱パイプに入る熱の温度を変更する必要がある。
一般に使用される熱源は、一定温度を保つのに適してい
るが、温度を正確に変化できるようにするのは難しい。
流体であるにせよ、熱パイプであるにせよ流体入口温度
または熱パイプに入る熱の温度を変更する必要がある。
一般に使用される熱源は、一定温度を保つのに適してい
るが、温度を正確に変化できるようにするのは難しい。
【０００５】従って、本発明の主題は、容器との間で一
定温度で交換ができ、その上、可変温度の熱源に頼らず
とも交換温度を選択的に変化させることのできる熱交換
器である。
定温度で交換ができ、その上、可変温度の熱源に頼らず
とも交換温度を選択的に変化させることのできる熱交換
器である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そのために、本発明で
は、容器との間で熱エネルギーを交換するための熱交換
器であって、気体を収着し容器と熱接触する媒体を入れ
たチャンバを含み、前記チャンバが気体の蒸発または凝
縮の座に選択的に接触可能である熱交換器を提案する。
は、容器との間で熱エネルギーを交換するための熱交換
器であって、気体を収着し容器と熱接触する媒体を入れ
たチャンバを含み、前記チャンバが気体の蒸発または凝
縮の座に選択的に接触可能である熱交換器を提案する。
【０００７】収着媒体は、固体の吸着剤または液体の吸
収剤を含むことができる。
収剤を含むことができる。
【０００８】本発明は、特に、固体と気体の間での収着
に基づく熱化学システムの分野に適用される。固体と気
体の反応に基づくこのタイプの固体収着では、例えば、
塩と気体、典型的にはアンモニアとの間で可逆反応が起
こり、この反応は一方向では発熱性、他方向では吸熱性
である。この塩は、多孔性支持体のブロック中に配置さ
れる。この支持体は良い熱伝導体であり、再圧縮し膨脹
させたグラファイト（recompressed expanded graphite
）を含むことができる。熱交換器をこの反応物のブロ
ックの近傍に置いて、化学反応の諸段階中にそれに熱エ
ネルギーを導入しあるいはそこから熱エネルギーを取り
出せるようにする。
に基づく熱化学システムの分野に適用される。固体と気
体の反応に基づくこのタイプの固体収着では、例えば、
塩と気体、典型的にはアンモニアとの間で可逆反応が起
こり、この反応は一方向では発熱性、他方向では吸熱性
である。この塩は、多孔性支持体のブロック中に配置さ
れる。この支持体は良い熱伝導体であり、再圧縮し膨脹
させたグラファイト（recompressed expanded graphite
）を含むことができる。熱交換器をこの反応物のブロ
ックの近傍に置いて、化学反応の諸段階中にそれに熱エ
ネルギーを導入しあるいはそこから熱エネルギーを取り
出せるようにする。
【０００９】このような熱化学システムでは、固体−気
体収着の速度は塩と熱交換器の温度差の関数である。熱
伝達流体がその中を通り、反応物への入口温度が出口温
度より高い交換器を使用すると、流体入口付近の反応物
の方が流体出口付近の反応物よりも反応速度が速くなる
ことになる。従って、反応物中を通過する際の熱伝達流
体の温度が低下することを念頭に置くと、反応物を貫通
して化学反応の緩慢な前進前端（gradual front of adv
ance）が生じ、これは熱伝達流体の流れの方向になる。
体収着の速度は塩と熱交換器の温度差の関数である。熱
伝達流体がその中を通り、反応物への入口温度が出口温
度より高い交換器を使用すると、流体入口付近の反応物
の方が流体出口付近の反応物よりも反応速度が速くなる
ことになる。従って、反応物中を通過する際の熱伝達流
体の温度が低下することを念頭に置くと、反応物を貫通
して化学反応の緩慢な前進前端（gradual front of adv
ance）が生じ、これは熱伝達流体の流れの方向になる。
【００１０】反応物中に配置した熱パイプを使用する
と、流体の相変化領域に沿って温度が一定なので、これ
らの欠点を克服することができる。ただし、前述のよう
に、反応物中に配置した熱パイプ末端の凝縮温度を変化
可能にするために、液体の蒸発温度を変化させる必要が
ある。
と、流体の相変化領域に沿って温度が一定なので、これ
らの欠点を克服することができる。ただし、前述のよう
に、反応物中に配置した熱パイプ末端の凝縮温度を変化
可能にするために、液体の蒸発温度を変化させる必要が
ある。
【００１１】熱パイプによる発熱段階での反応物ブロッ
クからの熱除去でも同じ問題が生じ、熱パイプは、反応
物と接触した蒸発及び熱パイプ上部での凝縮によって熱
を取り出す。
クからの熱除去でも同じ問題が生じ、熱パイプは、反応
物と接触した蒸発及び熱パイプ上部での凝縮によって熱
を取り出す。
【００１２】本発明による熱交換器は、反応物中を通し
て一定であるが、例えば反応の進行状況を考慮に入れる
ために、選択的にかつ容易に変更できる温度で、反応物
のブロックに熱エネルギーを供給し、あるいはこのブロ
ックから熱エネルギーを除去することができるという利
点を有する。従って、このような交換器の使用により、
反応器中で緩慢な反応前端が形成されるという問題を回
避することが可能となる。
て一定であるが、例えば反応の進行状況を考慮に入れる
ために、選択的にかつ容易に変更できる温度で、反応物
のブロックに熱エネルギーを供給し、あるいはこのブロ
ックから熱エネルギーを除去することができるという利
点を有する。従って、このような交換器の使用により、
反応器中で緩慢な反応前端が形成されるという問題を回
避することが可能となる。
【００１３】本発明のその他の特徴及び利点は、添付の
図面に関して以下に限定的ではなく例示的なものとして
示す説明を読めば明らかになるであろう。
図面に関して以下に限定的ではなく例示的なものとして
示す説明を読めば明らかになるであろう。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１に示すように、熱交換器１０
は、容器１４との間で熱エネルギーの交換が可能なよう
に容器１４内に配置された導管１２を含む。この交換器
はさらに、導管１２の上端に配置された、液体吸収剤用
の第１の貯蔵容器１６と、導管１２の下端に配置された
液体吸収剤用の第２の貯蔵容器１８とを含む。蒸発器／
凝縮器２０を弁２２によって導管１２に選択的に連通さ
せることができる。
は、容器１４との間で熱エネルギーの交換が可能なよう
に容器１４内に配置された導管１２を含む。この交換器
はさらに、導管１２の上端に配置された、液体吸収剤用
の第１の貯蔵容器１６と、導管１２の下端に配置された
液体吸収剤用の第２の貯蔵容器１８とを含む。蒸発器／
凝縮器２０を弁２２によって導管１２に選択的に連通さ
せることができる。
【００１５】次に、容器中を通じて交換温度を一定に保
ちながら、容器との交換の温度を最初は高くし、その後
低くすることの必要な応用例を例にとって、本発明の主
題である交換器の動作について説明する。
ちながら、容器との交換の温度を最初は高くし、その後
低くすることの必要な応用例を例にとって、本発明の主
題である交換器の動作について説明する。
【００１６】この例では、第１の貯蔵容器１には、ＮＨ
3 含有量の低いＨ2 Ｏ−ＮＨ3 （ＮＨ4 ＯＨ）の溶液Ｓ
1 を入れる。この溶液は、導管１２に沿って第２の貯蔵
容器１８に向かって流れる。従って、導管１２は気体を
収着する媒体を入れるチャンバを形成する。蒸発器２０
には、液体アンモニアを入れる。弁２２を開くと、アン
モニアが蒸発して導管１２に向かって流れ、そこでＨ2
Ｏ−ＮＨ3 の溶液に吸収される。この吸収は発熱性であ
るが、二変性（divariant ）である。すなわち低下する
温度で起こる。従って、吸収が継続する場合、導管１２
中を流れる溶液の温度は溶液がＮＨ3 に乏しいときのＴ
ｐからＮＨ3 に富んでいるときのＴｒへと低下する。こ
の状況を図２に示す。この図は、溶液の平衡をその濃度
の関数として表した直線と、アンモニアの気相と液相の
平衡を表す直線を含むクラペイロン図である。温度低下
の継続時間は、蒸発器からのアンモニアの流量、従って
そこから取り出される熱の流れの関数として変化する。
弁２２を閉じて、蒸発器と導管１２内の溶液との連絡を
断つことにより、この温度低下を中間の温度Ｔｘで止め
ることができる。
3 含有量の低いＨ2 Ｏ−ＮＨ3 （ＮＨ4 ＯＨ）の溶液Ｓ
1 を入れる。この溶液は、導管１２に沿って第２の貯蔵
容器１８に向かって流れる。従って、導管１２は気体を
収着する媒体を入れるチャンバを形成する。蒸発器２０
には、液体アンモニアを入れる。弁２２を開くと、アン
モニアが蒸発して導管１２に向かって流れ、そこでＨ2
Ｏ−ＮＨ3 の溶液に吸収される。この吸収は発熱性であ
るが、二変性（divariant ）である。すなわち低下する
温度で起こる。従って、吸収が継続する場合、導管１２
中を流れる溶液の温度は溶液がＮＨ3 に乏しいときのＴ
ｐからＮＨ3 に富んでいるときのＴｒへと低下する。こ
の状況を図２に示す。この図は、溶液の平衡をその濃度
の関数として表した直線と、アンモニアの気相と液相の
平衡を表す直線を含むクラペイロン図である。温度低下
の継続時間は、蒸発器からのアンモニアの流量、従って
そこから取り出される熱の流れの関数として変化する。
弁２２を閉じて、蒸発器と導管１２内の溶液との連絡を
断つことにより、この温度低下を中間の温度Ｔｘで止め
ることができる。
【００１７】気体は溶液中に均一に吸収されるので、導
管１２の壁面全体に沿って温度は一定である。とはい
え、導管１２内での溶液の流速を交換に合わせなければ
ならない。その上、導管１２の一点で容器１４に送られ
る熱の局所流れは、溶液中への気体の吸収によって生じ
る熱の局所流れと同じまたは非常に近くなければならな
い。
管１２の壁面全体に沿って温度は一定である。とはい
え、導管１２内での溶液の流速を交換に合わせなければ
ならない。その上、導管１２の一点で容器１４に送られ
る熱の局所流れは、溶液中への気体の吸収によって生じ
る熱の局所流れと同じまたは非常に近くなければならな
い。
【００１８】次に、容器、例えば、発熱反応の座から熱
エネルギーを除去しようとする逆の例について検討す
る。この応用例に適した交換器を図３に示す。アンモニ
ア含有量の高いＨ2 Ｏ−ＮＨ3 の溶液Ｓ2 が、導管１２
に沿って第２の貯蔵容器１８から第１の貯蔵容器１６に
向かって流れる。この導管内を流れる間に、溶液はＮＨ
3 に乏しくなっていき、弁２２が開くと、この気体アン
モニアが凝縮器２４中で凝縮する。溶液によるアンモニ
アの脱着は吸熱反応である。交換器の温度も、アンモニ
ア脱着に応じて上昇する。この状況を図４に示す。この
図は、図２と類似のクラペイロン図である。ＴｒからＴ
ｐに温度が上昇する時間は、凝縮器２４に向かうアンモ
ニアの流量の関数である。図１の例の場合と同様に、弁
２２を閉じて導管１２を凝縮器２４から遮蔽することに
より、温度の上昇を中間の温度Ｔｘで止めることができ
る。
エネルギーを除去しようとする逆の例について検討す
る。この応用例に適した交換器を図３に示す。アンモニ
ア含有量の高いＨ2 Ｏ−ＮＨ3 の溶液Ｓ2 が、導管１２
に沿って第２の貯蔵容器１８から第１の貯蔵容器１６に
向かって流れる。この導管内を流れる間に、溶液はＮＨ
3 に乏しくなっていき、弁２２が開くと、この気体アン
モニアが凝縮器２４中で凝縮する。溶液によるアンモニ
アの脱着は吸熱反応である。交換器の温度も、アンモニ
ア脱着に応じて上昇する。この状況を図４に示す。この
図は、図２と類似のクラペイロン図である。ＴｒからＴ
ｐに温度が上昇する時間は、凝縮器２４に向かうアンモ
ニアの流量の関数である。図１の例の場合と同様に、弁
２２を閉じて導管１２を凝縮器２４から遮蔽することに
より、温度の上昇を中間の温度Ｔｘで止めることができ
る。
【００１９】従って、この２つの例では、交換器の導管
１２の壁面温度の制御は、導管内でのＨ2 Ｏ−ＮＨ3 溶
液または水性アンモニアの流量を変え、弁２２を開きま
たは閉じることによって容易に行える。
１２の壁面温度の制御は、導管内でのＨ2 Ｏ−ＮＨ3 溶
液または水性アンモニアの流量を変え、弁２２を開きま
たは閉じることによって容易に行える。
【００２０】本発明による交換器はまた、気体による塩
の合成であれ分解であれ、言い換えれば発熱反応であれ
吸熱反応であれ、単一反応を伴う熱化学システムに適用
することができる。このシステムを図５に示す。反応物
は、ＭｎＣｌ2 ・２ＮＨ3 を形成する分解の一段階にお
けるＭｎＣｌ2 ・６ＮＨ3 である。
の合成であれ分解であれ、言い換えれば発熱反応であれ
吸熱反応であれ、単一反応を伴う熱化学システムに適用
することができる。このシステムを図５に示す。反応物
は、ＭｎＣｌ2 ・２ＮＨ3 を形成する分解の一段階にお
けるＭｎＣｌ2 ・６ＮＨ3 である。
【００２１】このシステムは図１のシステムに類似して
いる。導管１２を通って貯蔵容器１６から貯蔵容器１８
に向かって流れる溶媒Ｓ1 は、蒸発器２０からくるアン
モニアに富んでいく。容器１４内の反応物Ｒの分解によ
って放出されたアンモニアは、導管２６を通って凝縮器
２８へと流れる。貯蔵容器１６と１８の寸法及び導管の
口径を定めることにより、弁２２は不要になり、システ
ムは自己調節型になる。
いる。導管１２を通って貯蔵容器１６から貯蔵容器１８
に向かって流れる溶媒Ｓ1 は、蒸発器２０からくるアン
モニアに富んでいく。容器１４内の反応物Ｒの分解によ
って放出されたアンモニアは、導管２６を通って凝縮器
２８へと流れる。貯蔵容器１６と１８の寸法及び導管の
口径を定めることにより、弁２２は不要になり、システ
ムは自己調節型になる。
【００２２】このシステムの動作を図６のクラペイロン
図に示す。ＭｎＣｌ2 ・６ＮＨ3 がＭｎＣｌ2 ・２ＮＨ
3 に分解する際、アンモニアの凝縮は３５℃、圧力１５
バールで起こる。実際の凝縮温度は凝縮器における温度
差△Ｔ５℃を考慮に入れて４０℃となる。この圧力での
ＭｎＣｌ2 の平衡温度は、図に点Ｇで示す１６０℃であ
る。ＭｎＣｌ2 の分解を確保するため、９０℃でアンモ
ニアを蒸発させることによって熱を供給する。アンモニ
アは導管１２内を流れる溶液Ｓ1 に吸収される。蒸発器
における△Ｔが５℃であることを念頭に置くと、ＮＨ3
の平衡温度は圧力５４バールのとき８５℃である。溶液
が最初にＮＨ3 を全く含まない（図の０％）場合、最初
の吸収は２６０℃（図の点Ｒ）で起こる。１６０℃でＮ
Ｈ3 の４０％が分解する（図の点Ｕ）まで吸収は継続す
る。従って反応器は平衡Ｅ−Ｇから外れる。
図に示す。ＭｎＣｌ2 ・６ＮＨ3 がＭｎＣｌ2 ・２ＮＨ
3 に分解する際、アンモニアの凝縮は３５℃、圧力１５
バールで起こる。実際の凝縮温度は凝縮器における温度
差△Ｔ５℃を考慮に入れて４０℃となる。この圧力での
ＭｎＣｌ2 の平衡温度は、図に点Ｇで示す１６０℃であ
る。ＭｎＣｌ2 の分解を確保するため、９０℃でアンモ
ニアを蒸発させることによって熱を供給する。アンモニ
アは導管１２内を流れる溶液Ｓ1 に吸収される。蒸発器
における△Ｔが５℃であることを念頭に置くと、ＮＨ3
の平衡温度は圧力５４バールのとき８５℃である。溶液
が最初にＮＨ3 を全く含まない（図の０％）場合、最初
の吸収は２６０℃（図の点Ｒ）で起こる。１６０℃でＮ
Ｈ3 の４０％が分解する（図の点Ｕ）まで吸収は継続す
る。従って反応器は平衡Ｅ−Ｇから外れる。
【００２３】図５のシステムは、ＭｎＣｌ2 ・２ＮＨ3
からＭｎＣｌ2 ・６ＮＨ3 へと反応物を合成する際には
逆に動作する。このタイプの動作を、図７のクラペイロ
ン図に示す。△Ｔが５°で蒸発温度が−３℃、圧力が
３．５バールであることを念頭に置くと、このシステム
は２℃で冷熱を発生する。この塩の平衡温度であるＣ点
すなわち１１０℃で４５°のレベルで発生した熱は導管
１２内を流れる溶液に伝達され、点Ｐで溶液Ｎの分解を
引き起こす。この溶液は９０％（図の点Ｎ）から４０％
（図の点Ｐ）へとＮＨ3 が乏しくなっている。
からＭｎＣｌ2 ・６ＮＨ3 へと反応物を合成する際には
逆に動作する。このタイプの動作を、図７のクラペイロ
ン図に示す。△Ｔが５°で蒸発温度が−３℃、圧力が
３．５バールであることを念頭に置くと、このシステム
は２℃で冷熱を発生する。この塩の平衡温度であるＣ点
すなわち１１０℃で４５°のレベルで発生した熱は導管
１２内を流れる溶液に伝達され、点Ｐで溶液Ｎの分解を
引き起こす。この溶液は９０％（図の点Ｎ）から４０％
（図の点Ｐ）へとＮＨ3 が乏しくなっている。
【００２４】図８に示した中間段階で、反応器はＧＥか
らＮＣに冷却され、導管１２内を流れる溶液に接続され
ている蒸発器は点Ｒから点Ｍに変化する。このために
は、この蒸発器を３５℃の周囲空気と接触させて冷却す
るだけで十分である。同時に、溶液は４０％（図の点
Ｕ）から９０％（点Ｎ）へとアンモニアに富むようにな
る。反応器は周囲空気中で冷却されて点Ｇから点Ｃへ、
次いで点Ｎ’に変化する。反応器を開いて蒸発器２８に
通じると再度点Ｍに移って圧力平衡が生じ、このとき蒸
発器は点Ａにあり、続いて点Ｎ’で反応器から熱が放出
され、その結果導管１２内を流れる溶液は点Ｎから点
Ｃ’に変化してＮＨ3 に乏しくなる。
らＮＣに冷却され、導管１２内を流れる溶液に接続され
ている蒸発器は点Ｒから点Ｍに変化する。このために
は、この蒸発器を３５℃の周囲空気と接触させて冷却す
るだけで十分である。同時に、溶液は４０％（図の点
Ｕ）から９０％（点Ｎ）へとアンモニアに富むようにな
る。反応器は周囲空気中で冷却されて点Ｇから点Ｃへ、
次いで点Ｎ’に変化する。反応器を開いて蒸発器２８に
通じると再度点Ｍに移って圧力平衡が生じ、このとき蒸
発器は点Ａにあり、続いて点Ｎ’で反応器から熱が放出
され、その結果導管１２内を流れる溶液は点Ｎから点
Ｃ’に変化してＮＨ3 に乏しくなる。
【００２５】もう一方の中間反応段は対称形で生じる。
凝縮器は加熱によって点Ｍから点Ｒに変化し、その結果
溶液は点Ｃ’から点Ｓに変化してＮＨ3 に乏しくなる。
凝縮器は加熱によって点Ｍから点Ｒに変化し、その結果
溶液は点Ｃ’から点Ｓに変化してＮＨ3 に乏しくなる。
【００２６】システムの効率を改善するため、点Ｇから
点Ｃへと熱を回収することができる。この熱を使って、
蒸発器を点Ｍから点Ｒに移して蒸発器とその液体内容を
加熱する。同じ目的で、点Ｕから点Ｎへと吸収熱を回収
することができ、それによってＲにおける後続の蒸発を
確保し、Ｓから溶液の点ＵまでＳから熱を発生すること
ができる。
点Ｃへと熱を回収することができる。この熱を使って、
蒸発器を点Ｍから点Ｒに移して蒸発器とその液体内容を
加熱する。同じ目的で、点Ｕから点Ｎへと吸収熱を回収
することができ、それによってＲにおける後続の蒸発を
確保し、Ｓから溶液の点ＵまでＳから熱を発生すること
ができる。
【００２７】本発明による熱交換器の熱交換効率は、他
のタイプの交換器に比べて有利である。
のタイプの交換器に比べて有利である。
【００２８】交換器内を乱流として流れる熱伝達流体
は、高流量のポンプを必要とし、熱伝達流体の性質、粘
性、温度及び表面の粗面度に応じて２００〜１０００Ｗ
／ｍ2 Ｋ程度の熱交換率をもつ。
は、高流量のポンプを必要とし、熱伝達流体の性質、粘
性、温度及び表面の粗面度に応じて２００〜１０００Ｗ
／ｍ2 Ｋ程度の熱交換率をもつ。
【００２９】熱パイプは、相変化のため、１５００〜５
０００Ｗ／ｍ2 Ｋ程度の熱交換率を達成することができ
る。
０００Ｗ／ｍ2 Ｋ程度の熱交換率を達成することができ
る。
【００３０】本発明はまた、いわゆる「熱前端（heat f
ront）」熱化学システムにも適用される。
ront）」熱化学システムにも適用される。
【００３１】吸着または反応熱前端システムは、許容で
きる熱前端を保証するために固体から交換器流体に伝達
できる転送ユニットの数ＮＴＵに制限がある。例えば反
応の場合、ＮＴＵはＨf Ｓf 、ｈswＳsw及びλrad に比
例する。λrad は径方向の伝導率であるが、ｍ’f （Ｃ
ｐ）f に反比例する。上式で、 ｈf ＝熱伝達流体の交換係数 Ｓf ＝熱伝達流体側の交換面積 ｈsw ＝塩壁面の交換係数 Ｓsw ＝塩壁面の交換面積 λrad ＝固体の径方向伝導率 ｍ’f ＝熱伝達流体の流量 （Ｃｐ）f ＝熱伝達流体の熱容量 このようなシステムがうまく動作するには、ｈf 、
ｈsw、λが高く、ｍ’f 、Ｃｐf が低いことが望まし
い。
きる熱前端を保証するために固体から交換器流体に伝達
できる転送ユニットの数ＮＴＵに制限がある。例えば反
応の場合、ＮＴＵはＨf Ｓf 、ｈswＳsw及びλrad に比
例する。λrad は径方向の伝導率であるが、ｍ’f （Ｃ
ｐ）f に反比例する。上式で、 ｈf ＝熱伝達流体の交換係数 Ｓf ＝熱伝達流体側の交換面積 ｈsw ＝塩壁面の交換係数 Ｓsw ＝塩壁面の交換面積 λrad ＝固体の径方向伝導率 ｍ’f ＝熱伝達流体の流量 （Ｃｐ）f ＝熱伝達流体の熱容量 このようなシステムがうまく動作するには、ｈf 、
ｈsw、λが高く、ｍ’f 、Ｃｐf が低いことが望まし
い。
【００３２】再圧縮し膨脹させたグラファイトからなる
支持体を備え反応物を含む従来型の種類の熱交換器を使
用すると、λrad とｈswの限度のない高い値が得られ
る。ｈf の高い値を得るということは、ｍ’f の値が高
くなることを意味し、これはＮＴＵが小さいままなので
システムが良好に動作するには不都合である。
支持体を備え反応物を含む従来型の種類の熱交換器を使
用すると、λrad とｈswの限度のない高い値が得られ
る。ｈf の高い値を得るということは、ｍ’f の値が高
くなることを意味し、これはＮＴＵが小さいままなので
システムが良好に動作するには不都合である。
【００３３】この関係における従来の熱交換器の限界
は、５０Ｗ／ｋｇ程度という非常に低い出力値しか得ら
れないことである。これは、吸着または反応熱前端シス
テムが必要とする熱伝達流体の流量が低いためである。
は、５０Ｗ／ｋｇ程度という非常に低い出力値しか得ら
れないことである。これは、吸着または反応熱前端シス
テムが必要とする熱伝達流体の流量が低いためである。
【００３４】本発明による交換器はまた、少なくとも２
台の反応器ユニットを含み、各ユニットが関連する異な
る塩を含む反応物の塊を備える、熱化学システムにも適
用される。
台の反応器ユニットを含み、各ユニットが関連する異な
る塩を含む反応物の塊を備える、熱化学システムにも適
用される。
【００３５】図９に、２台の反応器ユニット１０２と１
０４からなる熱化学システム１００を示す。第１ユニッ
ト１０２は横に並べた３個の反応器１１２、１１４、１
１６を含み、この３個の反応器は、相互間の熱伝導が良
くなるように配列されている。熱伝達回路１２０が反応
器１１２、１１４、１１６の内部に配列され、それらの
反応器を、３個の反応器１２２、１２４、１２６からな
る同様の第２ユニット１０４に接続している。熱伝達回
路１２０は本発明による２個の構成要素１３４と１４１
を含み、さらにヒータ１６２とクーラ１６４を備えてい
る。このシステムはさらに、凝縮器１４２と蒸発器１４
４を含み、これらはユニット１０２と１０４のどちらか
に選択的に接続されるようになっている。
０４からなる熱化学システム１００を示す。第１ユニッ
ト１０２は横に並べた３個の反応器１１２、１１４、１
１６を含み、この３個の反応器は、相互間の熱伝導が良
くなるように配列されている。熱伝達回路１２０が反応
器１１２、１１４、１１６の内部に配列され、それらの
反応器を、３個の反応器１２２、１２４、１２６からな
る同様の第２ユニット１０４に接続している。熱伝達回
路１２０は本発明による２個の構成要素１３４と１４１
を含み、さらにヒータ１６２とクーラ１６４を備えてい
る。このシステムはさらに、凝縮器１４２と蒸発器１４
４を含み、これらはユニット１０２と１０４のどちらか
に選択的に接続されるようになっている。
【００３６】図の例では、反応器１１２、１２６にはＣ
ａＣｌ2 ・８／４ＮＨ3 を入れ、反応器１１４、１２４
にはＭｎＣｌ2 ・６／２ＮＨ3 を入れ、反応器１１６、
１２２にはＮｉＣｌ2 ・６／２ＮＨ3 を入れてある。
ａＣｌ2 ・８／４ＮＨ3 を入れ、反応器１１４、１２４
にはＭｎＣｌ2 ・６／２ＮＨ3 を入れ、反応器１１６、
１２２にはＮｉＣｌ2 ・６／２ＮＨ3 を入れてある。
【００３７】次に、この熱化学システムの動作を図１０
のクラペイロン図に関して検討する。
のクラペイロン図に関して検討する。
【００３８】動作サイクルの第１段階では、ユニット１
０４は合成段階にある。蒸発器１４４は圧力３バール、
温度−３℃である。交換器と蒸発器の温度差が５℃ある
ことを念頭に置くと、生じる実際の温度は２℃（図１０
の点Ａ）である。反応器１２６内に存在するＣａＣｌ2
の平衡温度は５６℃（点Ｂ）である。反応物の合成によ
って供給される熱は、この反応器と接触する溶液を９０
％（点Ｎ）から８０％（点Ｏ）に乏しくするのに使用さ
れる。この溶液の減乏によって生じるアンモニアは、構
成要素１５４内で４０℃で凝縮し、３５℃（点Ｍ）、圧
力１５バールの周囲空気に熱を排出する。反応器１２４
内のＭｎＣｌ2 の平衡温度は１１０℃（点Ｃ）なので、
合成反応によって供給される熱によって、交換器中を流
れる溶液は引き続き８０％から３８％（点Ｐ）に乏しく
なる。反応器１２２内のＮｉＣｌ2 の平衡温度は２２０
℃（点Ｄ）であり、この塩の合成反応によって供給され
る熱は、溶液をアンモニア３８％から２％（点Ｑ）に減
乏させるのに使用される。
０４は合成段階にある。蒸発器１４４は圧力３バール、
温度−３℃である。交換器と蒸発器の温度差が５℃ある
ことを念頭に置くと、生じる実際の温度は２℃（図１０
の点Ａ）である。反応器１２６内に存在するＣａＣｌ2
の平衡温度は５６℃（点Ｂ）である。反応物の合成によ
って供給される熱は、この反応器と接触する溶液を９０
％（点Ｎ）から８０％（点Ｏ）に乏しくするのに使用さ
れる。この溶液の減乏によって生じるアンモニアは、構
成要素１５４内で４０℃で凝縮し、３５℃（点Ｍ）、圧
力１５バールの周囲空気に熱を排出する。反応器１２４
内のＭｎＣｌ2 の平衡温度は１１０℃（点Ｃ）なので、
合成反応によって供給される熱によって、交換器中を流
れる溶液は引き続き８０％から３８％（点Ｐ）に乏しく
なる。反応器１２２内のＮｉＣｌ2 の平衡温度は２２０
℃（点Ｄ）であり、この塩の合成反応によって供給され
る熱は、溶液をアンモニア３８％から２％（点Ｑ）に減
乏させるのに使用される。
【００３９】溶液は、ヒータ１６２内での加熱により、
等量相において、組成の変化なしに点Ｏから温度２８２
℃に対応する点Ｓに移る。
等量相において、組成の変化なしに点Ｏから温度２８２
℃に対応する点Ｓに移る。
【００４０】ユニット１０２内では、反応器１１２、１
１４、１１６中を流れる溶液は蒸発器１５２に接触する
が、蒸発器１５２は温度８５℃、圧力５４バールの点Ｒ
にある。このため反応器１１２内でＮｉＣｌ2 ・６ＮＨ
3 が分解し、次いで反応器１１４内のＮｉＣｌ2 ・６Ｎ
Ｈ3 が分解し、最後にＮｉＣｌ2 ・６ＮＨ3 が図の点Ｄ
から点Ｅに移った後に反応器１１６内でＣａＣｌ2 ・８
ＮＨ3 が分解する。
１４、１１６中を流れる溶液は蒸発器１５２に接触する
が、蒸発器１５２は温度８５℃、圧力５４バールの点Ｒ
にある。このため反応器１１２内でＮｉＣｌ2 ・６ＮＨ
3 が分解し、次いで反応器１１４内のＮｉＣｌ2 ・６Ｎ
Ｈ3 が分解し、最後にＮｉＣｌ2 ・６ＮＨ3 が図の点Ｄ
から点Ｅに移った後に反応器１１６内でＣａＣｌ2 ・８
ＮＨ3 が分解する。
【００４１】１５バールのＮｉＣｌ2 の平衡温度は２５
０℃（点Ｆ）である。平衡からの偏差△Ｔは３２℃であ
る。したがって、交換器内を流れる溶液は点Ｓから点Ｔ
（８％）に変化する。サイクルの残り部分では、溶液は
点Ｔから点Ｕ（４０％）に移り、したがって反応器１１
４内でのＭｎＣｌ2 の分解が可能になり、次いで点Ｕか
ら点Ｗ（８８％）に移り、反応器１１２内でＣａＣｌ2
が分解する。
０℃（点Ｆ）である。平衡からの偏差△Ｔは３２℃であ
る。したがって、交換器内を流れる溶液は点Ｓから点Ｔ
（８％）に変化する。サイクルの残り部分では、溶液は
点Ｔから点Ｕ（４０％）に移り、したがって反応器１１
４内でのＭｎＣｌ2 の分解が可能になり、次いで点Ｕか
ら点Ｗ（８８％）に移り、反応器１１２内でＣａＣｌ2
が分解する。
【００４２】クーラ１６４による溶液の冷却により溶液
は点Ｗから点Ｎに移る。この点Ｎは濃度９０％に相当す
る。
は点Ｗから点Ｎに移る。この点Ｎは濃度９０％に相当す
る。
【００４３】交換器１３４及び１４１にそれぞれ関連す
る貯蔵容器１３０、１３６、１４０、１４４により、必
要ならば溶液の流量を変更することができる。
る貯蔵容器１３０、１３６、１４０、１４４により、必
要ならば溶液の流量を変更することができる。
【００４４】溶液の流れる方向を逆にすると、ユニット
１０４を脱着段階に置き、次いで凝縮器に接続し、ユニ
ット１０２を合成段階に置き、次いで蒸発器１４４も接
続することが可能となる。
１０４を脱着段階に置き、次いで凝縮器に接続し、ユニ
ット１０２を合成段階に置き、次いで蒸発器１４４も接
続することが可能となる。
【００４５】この連続操作を不連続操作で置き換えるこ
ともできる。その場合、１０２などの単一ユニットと１
４２などの構成要素を使用する。第１段階ではユニット
１０２は合成中で、構成要素１４２は凝縮器である。構
成要素１４２を加熱することによって得られる点Ｍから
点Ｒまで中間段階で、溶液は点Ｏから点Ｓに移る。この
第２段階は、ユニット１０２が分解段階にあり、構成要
素１４２は蒸発器であることを意味する。構成要素１４
２を点Ｒから点Ｍに冷却すると、溶液は点Ｗから点Ｎに
移る。この点Ｎは、濃度９０％に相当する。反応器のか
なりの熱を回収してサイクルの第１段階で利用すること
ができる。溶液１２０の流れる方向を逆にすると、ユニ
ット１０２は合成段階に置かれ（次いで蒸発１４４と結
合され）、構成要素１０４は分解段階に置かれ（次いで
凝縮器１４２と結合される）、例えば構成要素１４２内
での冷熱の連続発生が実施できるようになる。
ともできる。その場合、１０２などの単一ユニットと１
４２などの構成要素を使用する。第１段階ではユニット
１０２は合成中で、構成要素１４２は凝縮器である。構
成要素１４２を加熱することによって得られる点Ｍから
点Ｒまで中間段階で、溶液は点Ｏから点Ｓに移る。この
第２段階は、ユニット１０２が分解段階にあり、構成要
素１４２は蒸発器であることを意味する。構成要素１４
２を点Ｒから点Ｍに冷却すると、溶液は点Ｗから点Ｎに
移る。この点Ｎは、濃度９０％に相当する。反応器のか
なりの熱を回収してサイクルの第１段階で利用すること
ができる。溶液１２０の流れる方向を逆にすると、ユニ
ット１０２は合成段階に置かれ（次いで蒸発１４４と結
合され）、構成要素１０４は分解段階に置かれ（次いで
凝縮器１４２と結合される）、例えば構成要素１４２内
での冷熱の連続発生が実施できるようになる。
【００４６】図１１に本発明の別の実施形態を示す。こ
の実施形態では、気体吸着媒体は液体の吸収剤を含むの
ではなく固体の吸着剤を含んでいる。この例では、チャ
ンバ１２’には固体吸着剤、例えばゼオライトを入れて
ある。この吸着剤は、質量及び混合熱の伝達を改善する
ために、膨張させ任意選択で再圧縮したグラファイトと
混合することが好ましい。気体、好ましくは水蒸気用の
蒸発器／凝縮器２０’は、選択的に弁２２’によってチ
ャンバ１２’と連通させて配置することができる。
の実施形態では、気体吸着媒体は液体の吸収剤を含むの
ではなく固体の吸着剤を含んでいる。この例では、チャ
ンバ１２’には固体吸着剤、例えばゼオライトを入れて
ある。この吸着剤は、質量及び混合熱の伝達を改善する
ために、膨張させ任意選択で再圧縮したグラファイトと
混合することが好ましい。気体、好ましくは水蒸気用の
蒸発器／凝縮器２０’は、選択的に弁２２’によってチ
ャンバ１２’と連通させて配置することができる。
【図１】本発明の第１の実施形態による２相熱交換器の
図である。
図である。
【図２】図１の交換器の動作を示すクラペイロン図であ
る。
る。
【図３】図１と類似の熱交換器の図である。
【図４】図２と類似のクラペイロン図である。
【図５】別の実施形態による交換器の図である。
【図６】図５の交換器の動作を示すクラペイロン図であ
る。
る。
【図７】図５の交換器の動作を示すクラペイロン図であ
る。
る。
【図８】図５の交換器の動作を示すクラペイロン図であ
る。
る。
【図９】本発明の別の実施形態による熱化学システムの
図である。
図である。
【図１０】図９のシステムの動作を示すクラペイロン図
である。
である。
【図１１】本発明の別の実施形態による熱交換器の図で
ある。
ある。
１０ 熱交換器 １２ 導管 １４ 容器 １６、１８ 貯蔵容器 ２０ 蒸発器／凝縮器 ２２ 弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ナタリ・マゼ フランス国、66200・コルネイラ・デル・ ベルコール、アブニユ・デユ・マレシヤ ル・ジヨフル・23
Claims (5)
- 【請求項１】 容器（１４）との間で熱エネルギーを交
換するための熱交換器であって、気体を収着する媒体が
入れられ、容器と熱接触するチャンバ（１２、１３４、
１４１）を含み、前記チャンバが、気体の蒸発または凝
縮の座への選択的接続が可能である熱交換器。 - 【請求項２】 収着媒体が固体吸着剤を含むことを特徴
とする請求項１に記載の交換器。 - 【請求項３】 収着媒体が液体吸収剤を含むことを特徴
とする請求項１に記載の交換器。 - 【請求項４】 チャンバ（１２）が、液体吸収剤を第１
貯蔵容器（１６）と第２貯蔵容器（１８）の間で流すた
めの導管（１２）を含むことを特徴とする請求項３に記
載の交換器。 - 【請求項５】 液体吸収剤がＮＨ4 ＯＨからなり、気体
がＮＨ3 であることを特徴とする請求項４に記載の交換
器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9501395A FR2730299B1 (fr) | 1995-02-07 | 1995-02-07 | Echangeur de chaleur diphasique a temperature controlee |
| FR9501395 | 1995-02-07 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08233477A true JPH08233477A (ja) | 1996-09-13 |
Family
ID=9475911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8021526A Pending JPH08233477A (ja) | 1995-02-07 | 1996-02-07 | 制御された温度における２相熱交換器 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0726432A2 (ja) |
| JP (1) | JPH08233477A (ja) |
| KR (1) | KR960031950A (ja) |
| CA (1) | CA2168944A1 (ja) |
| FR (1) | FR2730299B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113140836A (zh) * | 2021-04-13 | 2021-07-20 | 航天科工空间工程发展有限公司 | 一种热控结构以及包括该热控结构的蓄电池结构 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3004246A1 (fr) * | 2013-04-09 | 2014-10-10 | Commissariat Energie Atomique | Systeme de stockage par voie thermochimique a efficacite de stockage amelioree |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL18247C (ja) * | 1923-11-20 | |||
| GB372339A (en) * | 1930-01-09 | 1932-05-02 | Siemens Ag | Utilizing absorption refrigerating machines for heat insulating purposes |
| FR1354790A (fr) * | 1962-07-16 | 1964-03-13 | Procédé et appareil de transmission de chaleur | |
| DE3016290A1 (de) * | 1979-04-30 | 1980-11-20 | Hans Ivar Wallsten | Stabile formlinge aus sorbens und verfahren zu ihrer herstellung |
| FR2511090A1 (fr) * | 1981-08-06 | 1983-02-11 | Centre Nat Rech Scient | Procede de stockage sous forme chimique d'une energie mecanique ou thermique et de recuperation sous forme mecanique d'une partie au moins de ladite energie stockee et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede |
| FR2615602B1 (fr) * | 1987-05-22 | 1989-08-04 | Faiveley Ets | Procede pour produire du froid par reaction solide-gaz et dispositif s'y rapportant |
| US5271239A (en) * | 1990-11-13 | 1993-12-21 | Rocky Research | Cooling apparatus for electronic and computer components |
| US5209071A (en) * | 1991-05-31 | 1993-05-11 | Cheng Chen Yen | Immediate heat upgrading air conditioning system and associated cool thermal storage |
| NL9102072A (nl) * | 1991-12-11 | 1993-07-01 | Beijer Raadgevend Tech Bureau | Warmteaccumulator, werkwijze voor de vervaardiging daarvan, alsmede energiesysteem voorzien van een dergelijke warmteaccumulator. |
| FR2704631B1 (fr) * | 1993-04-27 | 1995-07-13 | Elf Aquitaine | Dispositif de refrigeration et de chauffage utilisant un sorbant solide. |
-
1995
- 1995-02-07 FR FR9501395A patent/FR2730299B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-02-06 EP EP96400250A patent/EP0726432A2/fr not_active Withdrawn
- 1996-02-06 CA CA002168944A patent/CA2168944A1/fr not_active Abandoned
- 1996-02-07 KR KR1019960002910A patent/KR960031950A/ko not_active Application Discontinuation
- 1996-02-07 JP JP8021526A patent/JPH08233477A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113140836A (zh) * | 2021-04-13 | 2021-07-20 | 航天科工空间工程发展有限公司 | 一种热控结构以及包括该热控结构的蓄电池结构 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0726432A3 (ja) | 1996-08-21 |
| KR960031950A (ko) | 1996-09-17 |
| FR2730299A1 (fr) | 1996-08-09 |
| EP0726432A2 (fr) | 1996-08-14 |
| CA2168944A1 (fr) | 1996-08-08 |
| FR2730299B1 (fr) | 1997-04-04 |
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