JPH11512810A - 吸収対冷凍システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 液体冷媒の源（４６）；液体冷媒より低い温度で液体の冷媒を蒸気の冷媒に変換しそれにより冷却効果をもたらすための蒸発器（４８）；蒸気の冷媒が吸収剤に吸収される、蒸発器と連絡している吸収剤（５２）；吸収剤を感知できるほど加熱することなく吸収剤から冷媒を脱離するための電磁波発生器（６２）；並びに吸収剤から脱離した蒸気の冷媒を凝縮するための吸収剤と連絡している凝縮器（５６）を含む吸収対冷凍システム。

Description

【発明の詳細な説明】 吸収対冷凍システム 技術分野 本発明は、冷媒が電磁波エネルギー特にマイクロ波エネルギーを使用して冷媒 及び化学吸収剤を含む錯体化合物から脱離（ｄｅｓｏｒｂ）される吸収対冷凍シ ステムに関する。 背景技術 現存の吸収対冷凍システムは、ときに一般に吸収剤（ｓｏｒｂｅｎｔ）と呼ば れる、化学吸収剤（ａｂｓｏｒｂｅｎｔ）上に交互に吸収されそして脱着される 気体状の冷媒を利用する。冷媒及び吸収剤は、吸収対と呼ばれ、そして錯体化合 物は、吸収剤上への冷媒の吸収により形成される。代表的なシステムでは、蒸発 器中で蒸発した低圧極性気体を含む冷媒は、吸収剤上に吸収される。一度冷媒が 十分に吸収されると、冷媒及び吸収剤を含む錯体化合物は加熱されて冷媒を追い 払う、即ち脱離する。得られる高圧冷媒気体は次に凝縮器に向けられ、そこでそ れは液相に転換してもどされる。高圧液体冷媒は、次に蒸発器に向けられ、そこ で冷媒は蒸発しそして熱は大気から冷媒により吸収されて所望の冷却効果をもた らす。 これらの従来のシステムでは、電気又は気体により動力を供給する加熱器が使 用されて冷媒を追い払うために錯体化合物を加熱する。熱は、主として伝導によ り錯体化合物に移され、そして吸収剤を含みそして吸収及び脱離の反応が生ずる キャニスターは、熱の移動を助けるために、金属から概して構成される。キャニ スター、吸収剤及び加熱器の組合せは、普通、ソーバー（ｓｏｒｂｅｒ）と呼ば れる。キャニスターには、通常、キャニスター及び吸収剤の壁の間の熱拡散の路 長をそれにより短くするために吸収剤を分ける、内部の金属フィン又は他の同様 な伝導手段を設けて、錯体化合物への熱の移動をさらに助ける。 脱離反応中、ソーバーは実質的な量の感知できる熱を吸収し、それは次に吸収 剤が冷媒を再吸収できるほど十分に冷却されるように、吸収反応前に退けられね ばならない。この感知できる熱は、冷媒システムのＣＯＰを低下させ、そして脱 離及び吸収の反応の間のサイクル時間を増加させ、それにより吸収対の冷却容量 を減少させる。その上、従来のシステムは、しばしば、ソーバークールダウンサ イクルと呼ばれる、脱離及び吸収の反応の間のサイクル中ソーバーを冷却する余 分な冷却手段を使用する。これらの手段は、キャニスターの外部に装着した冷却 フィンの使用を含み、さらにソーバーの芯を通る配管を通って冷媒を流すことを 含む。これらの手段の両者は、ソーバーデザインに複雑さ及びコストを付加する 。 発明の開示 それ故、脱離反応が錯体化合物の加熱に依存せずしかもソーバークールダウン サイクル時間が最低であるか又は排除される吸収対冷凍システムを提供すること が本発明の目的である。 本発明によれば、これら及び他の目的及び利点は、加圧下の液体冷媒を含む受 器又は貯槽、冷媒を蒸発させしかも所望の冷却効果をもたらす受槽の下流の蒸発 器、その中に気体状の冷媒が吸収させそれにより錯体化合物を形成する化学吸収 剤を含む蒸発器の下流のキャニスター、錯体化合物から冷媒を脱離するための電 磁波発生手段例えばマイクロ波発生器、加圧液体冷媒に得られる加圧蒸気冷媒を 凝縮するための受器の上流でしかもキャニスターの下流の凝縮器を含む吸収対冷 凍システムを提供することにより達成される。従って、本発明は、吸収剤から冷 媒を脱離するのにマイクロ波照射を使用する。その結果、錯体化合物を加熱する 伝導、放射及び輻射のモードは必要とされない。冷媒を脱離するためのこれら又 はそれ以外の確率過程的な加熱方法を使用する代わりに、マイクロ波エネルギー が、例えば冷媒分子中に双極子回転を誘導することにより、吸収剤分子及び冷媒 の間の化学結合を破壊するように働くように転換される。それ故、本発明は、冷 媒／吸収剤の結合へのエネルギーの直接的な移動を可能にし、それは、ソーバー により吸収される感知可能な熱を排除し、それによりシステムのＣＯＰ及び冷却 容量を大きく改善する。 本発明のこれら及び他の目的及び利点は、図とともに、以下の詳細な記述から 明らかになるだろう。 図面の簡単な説明 図１は、従来の吸収対冷凍システムの概略図である。 図２は、本発明による吸収対冷凍システムの一つの態様の概略図である。 図３は、本発明による吸収対冷凍システムの他の態様の概略図である。 図４は、図３に画かれた本発明の一部の透視図である。 発明を実施するための最良の形態 従来の技術の簡単な検討は、本発明を理解するのに助けになるだろう。図１に 関し、参照番号１０により一般に示される従来技術の吸収対冷凍システムは、適 切な冷媒を満たした受器１２、配管１８を経て受器１２の出口に接続された蒸発 器１６、配管２２を経て蒸発器１６の放出端と連絡するソーバー２０、及び配管 ２６を経てソーバー２０の出口に接続する凝縮器２４を含むものとして示される 。ソーバー２０は、キャニスター２８、キャニスター２８内に含まれる化学吸収 剤（図示せず）及び加熱器３０を含む。 冷凍システム１０の操業中、加圧液体冷媒１４は、熱膨張弁即ちＴＥＶ３２の 操作により蒸発器１６中にコントロールされて放出される。冷媒の圧力は急速に 低下するため、冷媒の温度は下降し、そして当業者により周知のように、冷媒は 液体から蒸気の相に変化する。蒸発器１６は、概して冷却室に位置するか又はそ れに隣接し、周囲の熱は蒸気の冷媒によって吸収されて、それにより冷却室を冷 却する。蒸気の冷媒は、次に配管２２を経てソーバー２０に進み、そしてキャニ スター２８に含まれる化学吸収剤に吸収される。吸収剤と蒸気の冷媒との間の親 和性のために、吸収反応中、蒸気の冷媒は、配管２２を経て引き出されてそれに より蒸発器１６中に比較的低い圧力を維持する。十分な量の蒸気の冷媒が化学吸 収剤に吸収された後、その量は蒸発器１６の温度に基づいてＴＥＶ３２によりコ ントロールされるが、加熱器３０が作動して脱離反応を開始し、その間錯体化合 物が加熱されてそれにより吸収剤から蒸気の冷媒を追い払う。熱は、冷媒及び吸 収剤の間の化学結合を破壊するのに十分な程度に冷媒の分子にエネルギーを与え る。Ｂｏｌｔｚｍａｎ分布の尾状部により冷媒／吸収剤の結合を熱的に破壊する ために確率的過程の加熱に依存するこのことは、吸収剤及び冷媒を含む全ソーバ ー２０の温度を顕著に上昇させる多大な熱エネルギーを必要とする。得られる加 熱され且つ加圧された蒸気の冷媒は、配管２６を経て凝縮器２４に進まされ、そ こで蒸気の冷媒の熱は大気中に排出されそして冷媒はその結果蒸気から液体の相 に変化し、それは冷媒の圧力をやや低下させそしてさらなる蒸気の冷媒をソーバ ー２０から凝縮器２４中に引き込ませる。液体の冷媒は、次に配管３４を経て受 器１２中に流出される。配管２２の逆止め弁３６は、加圧された蒸気が蒸発器１ ６に戻るのを防止する。配管２２中の加圧された蒸気の冷媒は、その代わり、逆 止め弁３８、配管４０を経て凝縮器２４中に押し入る。ソーバークールダウンサ イクル中、それは脱離反応後そして吸収反応前に生ずるが、受器１２からの液体 の冷媒は、吸収剤の冷却を助けるために、ＴＥＶ４２の操作を経てソーバー２０ の芯にコントロール可能に進むことができる。 図２に関し、本発明による吸収対冷凍システムが記述されている。一般に参照 番号４４により示されている本発明の冷凍システムは、適切な冷媒を満たした貯 槽又は受器４６、適切な配管５０を経て受器４６の出口に接続した蒸発器４８、 配管５４を経て蒸発器４８の放出端と連絡するソーバー５２、及び配管５８を経 てソーバー５２に接続する凝縮器５６を含むものとして示される。本発明によれ ば、ソーバー５２は、キャニスター６０、キャニスター６０内に含まれる化学吸 収剤、及び錯体化合物から冷媒を脱離するための電磁波発生手段６２を含む。 電磁波発生器６２は、好ましくは、熱電子又はソリッドステートマイクロ波発 生装置、例えばマグネトロン、クライストロン又は進行波管の何れかである。発 生器６２により生成されるマイクロ波は、好ましくは、標準のＩＳＭバンド：９ １５ＮＨｚ（英国における８９６ＭＨｚ）、２．４５ＧＨｚ（Ｓバンド）又は５ ．８ＧＨｚ（Ｊバンド）である。さらに、マイクロ波は、任意の好適なマイクロ 波伝導手段（図示せず）、例えば導波管、同軸線路、電極又はマイクロストリッ プ線路によって、キャニスター６０又はその中にキャニスター６０が置かれるマ イクロ波空洞に伝達される。フェライトサーキュレーター、ミキシング回路又は 他の好適な装置が、好ましくは、負荷に発生器６２をカップリングするのに使用 される。発生器６２への入力は、また、負荷にラジオ周波数出力を合わせるため に変調できる。 冷凍システム４４の操業では、貯槽４６からの液体の冷媒が、好ましくは、Ｔ ＥＶ６４又は同様な手段により蒸発器４８中にコントロール可能に放出される。 液体の冷媒は、蒸発器４８で蒸発して所望の冷却効果をもたらす。得られる蒸気 の冷媒は、次にソーバー５２中に引き込まれ、そこで蒸気の冷媒は吸収剤に吸収 されて錯体化合物を形成する。一度吸収反応が完了すると、発生器６２は作動し て脱離反応を開始する。発生器６２が作動する点まで、冷凍システム４４の操業 は、上記の従来技術の冷凍システム１０の操業と同様である。発生器６２が作動 するとき、マイクロ波は、冷媒−吸収剤の結合が破壊されそして冷媒の分子が吸 収剤の分子から分離するまで、それぞれの結合中に電気エネルギーを選択的に供 給することにより、吸収剤から冷媒を脱離する。マイクロ波は冷媒分子に双極子 回転を誘導し、十分な動力学的エネルギーを与えてそれらがそれらを吸収剤分子 に結合している電気ポテンシャルエネルギーから逃れることを可能にする。その ため、錯体化合物を確率的過程的に加熱しそして冷媒の脱離に熱エネルギーを使 用する代わりに、マイクロ波エネルギーは冷媒分子とそれらの結合した吸収剤分 子との間の化学結合を破壊するように働く仕事に転換される。得られる加圧蒸気 冷媒は、凝縮器５６中に膨張し、そこでそれは液相に凝縮される。液体の蒸気は 、次に配管６６を経て貯槽４６に戻される。逆止め弁６８は、配管５４に典型的 に設けられて加圧蒸気冷媒が脱離反応中蒸発器４８に戻るのを防止する。さらに 、逆止め弁７０は、配管５８に設けられて、脱離反応中加圧冷媒がソーバー５２ に戻るのを防止する。 種々の冷媒及び化学吸収剤が本発明に関連して使用できるが、本発明の好まし い態様は、極性の冷媒、例えばアンモニア、メタン又はアルコール、並びに不活 性の金属ハライド塩、例えばＳｒＢｒ₂の吸収剤としての使用を含んでいる。金 属ハライド塩は低い比誘電率を有し、それは、適用されるマイクロ波照射により かなり加熱されることなく、吸収剤が脱離反応を経験することを可能にする。そ の結果、吸収剤は、脱離反応後クールダウンサイクルを必要とせず、そして直ち に容易に吸収反応を開始する。さらに、脱離相の持続時間は、十分なマイクロ波 発生器及び熱排除容量をもたらすことにより任意に短くすることができる。 さらに、吸収反応は発熱反応であり、そして反応速度は温度の上昇とともに低 下する。従って、本発明の他の態様では（図示せず）、空気又は液体の冷却され た熱の吸い込みが使用されて、吸収反応中吸収剤を冷却できる。 図３及び図４に関して、本発明の他の態様が示され、そこでは、同じ参照番号 が使用されて図２に関して記述されたのと同様な要素を示す。この態様では、凝 縮器５６及びソーバー５２が冷却エンジン７２にともに組み合わされる。操業で は、液体の冷媒は、受器４６から蒸発器４８に導かれる。蒸発器４８からの蒸気 の冷媒は、次に冷却エンジン７２に引き込まれ、それは、吸収剤７４への蒸気の 冷媒の吸収による圧力の吸い込みをもたらす。吸収剤７４は、好ましくは、多孔 性の物質７６、例えば多孔性のポリマー（ポリマーＰＴＦＥ）により正しい位置 に保持され、それは蒸気の冷媒を吸収剤との有効な混合を通らせる。多孔性の物 質７６は、また好ましくは、吸収反応中の吸収剤の膨張により生ずる圧力の増加 に応じて、圧縮するが、永久的に変形されない。冷却されるべき装入物が所望の 温度に冷却された後、マイクロ波発生器６２からのマイクロ波照射は、冷却エン ジン７２中の錯体化合物に導かれて既述したように吸収剤から冷媒分子を脱離す る。得られる加圧冷媒気体は、冷却エンジン７２の凝縮器セクション５６を膨張 させる。冷媒は、次に凝縮しそして受器４６に集められる。工程は次に上述に従 って繰り返される。 図４は、冷却エンジン７２がマイクロ波発生器６２に接続された導波管に挿入 されたときの冷却エンジン７２を画いている。別のやり方では、エンジン７２は 、マイクロ波の空洞の一構成部分として構築できる。冷却エンジン７２の冷却フ ィン７８は、冷媒を凝縮するのを助けることに働き、そして吸収剤から吸収熱を 取り出す。フィン７８は、好ましくは、マイクロ波発生器６２のコンポーネント を冷却するのに使用される同じファンによって冷却される。 冷凍システム４４の操業の例として、２５０ｍＬの体積が、冷却エンジン７２ 用の９００Ｗマイクロ波オーブンキャビネット内に利用できると仮定する。４分 間で、冷却エンジン７２は、約４００Ｗの冷却をもたらし、その後約３分間を再 充填又は脱離に要するだろう。再充填期間後、冷凍システム４４は、次の４分間 の冷却が直ちに可能である。もし連続的な冷却が望まれるならば、吸収剤は、二 つの別なセクションに分割され、それらはマイクロ波発生器６２により交互に励 起される。要するに、発生器６２は、連続的に一つの体積又は他の体積をサイク ルするだろう。そうすることによって、発生器６２の稼働率は増加し、それによ り冷却エンジン７２の冷却力のレベルを上昇させる。 極低温の冷却に特に適用できる本発明の他の態様では、寒剤例えばメタンが、 冷却エンジン７２に関連して冷媒として使用できる。このやり方で、超伝導磁石 、電子コンポーネントなどの閉鎖回路極低温冷却が達成できる。 本発明のさらなる態様では、冷凍システム４４は、従来のマイクロ波オーブン と組み合わされて、加熱及び冷却の両方が可能な設備をもたらす。この態様では 、マイクロ波オーブンのマイクロ波発生器は吸収剤から冷媒を脱離するのに使用 される。従って、単一のマイクロ波発生器が加熱及び冷却の両方を行うのに使用 される。この態様では、好適な導波管及びシャッター手段が設けられて、マイク ロ波を、加熱が望まれるときにはマイクロ波空洞中、又は冷却が望まれるときに はソーバー中に導く。 用語吸収は、冷媒が吸収剤と組み合わされる反応を記述するのに本明細書では 使用されてきたが、その反応は、吸収剤の化学組成を変化するかどうかに応じて 、吸着と分類できるだろう。本発明の教示は、吸着反応システムにも等しく適用 可能である。 本発明はその好ましい態様に関連して記述されてきたが、当業者は、本発明の 原理が離れることなく、構造上の詳細の広い変化を開発できることは認識されね ばならない。それ故、請求の範囲は、本発明の真の範囲及び趣旨内に入る全ての 均等なものをカバーするように考えられるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ワリナー，テッド ダブリュー アメリカ合衆国アーカンサス州 72032 コンウェイ ドレーク ドライブ 819

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．液体冷媒の源； 液体冷媒より低い温度で液体の冷媒を蒸気の冷媒に変換しそれにより冷却効果 をもたらすための蒸発器； 蒸気の冷媒が化学吸収剤に吸収される、蒸発器と連絡している或る量の化学吸 収剤； 化学吸収剤から冷媒を脱離するための電磁波発生器；並びに 化学吸収剤から脱離した蒸気の冷媒を凝縮するための化学吸収剤と連絡してい る凝縮器を含む吸収対冷凍システムにおいて、化学吸収剤が化学吸収剤から冷媒 を熱的に脱離するのに十分な程度に電磁波発生手段により加熱されないシステム 。 ２．化学吸収剤が金属ハライド塩である請求項１のシステム。 ３．化学吸収剤が臭化ストロンチウムであり冷媒がアンモニアである請求項２の システム。 ４．冷媒； 冷却効果をもたらすために冷媒を蒸発させるための手段； 吸収剤及び蒸発手段からの冷媒が吸収反応において組み合わされる、蒸発手段 と連絡している吸収剤； 電磁波発生手段からの電磁エネルギーが吸収剤から冷媒を分離するように働く 仕事に転換される、吸収剤から冷媒を脱離するための電磁波発生手段；及び 吸収剤から脱離された冷媒を凝縮するための吸収剤と連絡している手段 を含む冷凍システム。 ５．化学吸収剤が金属ハライド塩である請求項４のシステム。 ６．化学吸収剤が臭化ストロンチウムであり冷媒がアンモニアである請求項５の システム。 ７．冷媒を提供する工程； 吸収剤を提供する工程； 吸収反応を行うために冷媒と吸収剤とを組み合わせる工程； 吸収剤から冷媒を脱離するための冷媒／吸収剤の組み合わせに電磁エネルギー を適用する工程 を含む冷却効果を生ずる方法において、 電磁エネルギーは吸収剤から冷媒を分離するために働く仕事に転換される工程 ； 冷却効果を達成するために吸収剤から脱離した冷媒を蒸発する工程 を含む方法。