JPS5853264B2 - 冷却方法及び冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は冷却システムに係り、特に冷却システムを作動
させる物質として吸熱作用を有する溶液を利用すること
を基本原理とし、しかも最も簡単な形状をとった場合に
はポンプやその他の作動部材を必要としない冷却システ
ムに関する。

熱を利用する冷凍に関しては多くの発明がなされており
、一般に１吸収冷凍システム」といわれるこの種のシス
テムに関しては特に多くの発明がなされているが、これ
らのシステムでは普通アンモニアが使用されている。

これらのシステムにおいては、アンモニア水溶液がボイ
ラーに収納されており、加熱すると溶液が沸騰して水蒸
気と混合されていたアンモニアが追い出され冷却チュー
ブ「こ送られ、水蒸気の一部分はボイラーに戻るが残部
の水は特殊な水分離器によって分離され、アンモニア・
ガスから水が除却され該ガスはコンデンサーに送られ、
そこでアンモニア・ガスを凝縮させて重力によって低温
ラジェータｔこ流下させ、前記ラジェータで蒸気潜熱を
うばって所望の冷凍を行なう。

この種のシステムではポンプや機械的な還流装置は不要
である。

本発明の主題であるシステムは、熱効果に依存するもの
であり、冷却するために熱を利用するものであり、溶液
の吸熱を利用し例えば水和した硝酸アンモニウム又はチ
オシアン酸アンモニウムのような吸熱物質と溶媒を利用
するものである。

然し乍ら、その他の物質と他の溶媒の組み合わせを利用
することができ、又、種々の物質と溶媒との組合せを利
用することが本発明の意図するところである。

本発明の原理は、吸熱性物質を水和した状態にすること
により、冷却を行なうことである。

本発明の機構はカラムの使用を含むものであり、含有さ
れている結晶によってカラムの下部において起こる溶液
の位置変化による溶液上昇に加えてカラムの基部におけ
る溶媒による溶液上昇を利用するものである。

吸熱性物質はカラムが加熱されていて溶媒が蒸発してい
る上部において結晶化し、結晶はカラム内の溶液を通っ
て沈み飽和溶液の位置を変化させ、カラムの基部におい
て再び溶解してより多くの熱を吸収する。

システムは内部における蒸発を助けるために比較的減圧
度が高い閉鎖回路内で作動させられており、゛蒸気はコ
ン子゛ンサーに送られてそこで液化し、液は次いでコン
デンサーから好ましくはカラム下部と熱交換を行なって
カラム基部内の溶液に添加されて再び結晶を溶解し、シ
ステム内で要求される温度勾配及び流れを保持する。

カラム内の対流を防止して、カラｌ−頂部で激しく沸騰
している熱溶液とカラムの底部ｔこある冷たい溶液及び
結晶とが混合しないようにする必要がある。

本発明は対流効果を最少限度に保つ構造に関するもので
もある。

従って、本発明装置は、好ましくは、溶液を上昇させ且
つ結晶を冷却区域に戻す一連の邪摩板及び管を有する。

従って、本発明は基本的には、熱交換器を備えた閉鎖カ
ラムの基部に結晶型の吸熱性媒体を入れ、カラム内を真
空に保持し、カラム内の吸熱性物質に溶媒を加えること
により、結晶を溶媒に溶解させて吸熱溶解によって熱交
換器位置の温度を低下させ、その結果得られる溶液をカ
ラム内部で上昇させ、加熱器を用いてカラム上部の飽和
溶液に熱を与えて溶媒を蒸発させ、蒸気をコンデンサー
に取り出すことにより前記の吸熱性媒体を再結晶させて
結晶をカラム基部に沈降させ、コンデンサーによって凝
縮した溶媒を再びカラム基部に還流させることをこより
吸熱反応を継続させ、熱交換器において生じた温度降下
を利用して媒体を冷却し、充分な量の吸熱性物質を含有
する室の下部には溶液に最大限の熱が加えられている状
況下においても分離された結晶が収納されていることを
特徴とする。

カラムの基部と結晶化区域との間の熱勾配を保持するこ
と、並びに結晶化が冷却作用区域より高いところ好まし
くは冷却区域の軸方向上部で行なわれ、従って結晶化区
域からの熱溶液が下方に向かってカラム基部に移動する
ことができず同様にカラム基部の溶液は低温であるため
に結晶化区域に上昇することがなく、飽和溶液が結晶及
び該結晶とカラム底部において吸熱水和する溶媒によっ
てその位置を変化せしめられるまではカラム基部に残留
することによって本発明は作動せしめられる。

還流を惹き起こし結晶化区域とカラム基部の冷却区域と
の効果的な熱分離を妨げる可能性のある対流及び拡散を
防止するために、結晶化区域と容器の基部とを好ましく
は管又は格子を介して連通させる。

本発明の特徴の完全な理解に資するべく、以下に添付の
図面を参照しつつ本発明の実施例について説明する。

然し乍ら、以下の実施例は、本発明の詳細な説明する目
的で示すものであり・、本発明は実施例に示した詳細に
限定されるものではない。

第１図（こおいて、カラム１は上部拡張結晶化区域２と
下部冷気製造区域３とから戒り、結晶化区域２には適当
な手段によって加熱されている流体を流入させるための
入口５と流出させるための出口６とを有する好ましくは
鉛直前型熱交換器である加熱器４がある。

カラム１の冷気製造区域３には、該区域３において生じ
た冷気を例えば冷却ユニットのような所定の装置に伝え
ることができる適当な流体を入口８から出口９に還流さ
せる熱交換器７があり、カラム１の上部はライン１０に
よってコンデンサー１１に接続されていて、このコンデ
ンサー内で結晶化区域からの蒸気が凝縮する。

凝縮物は、ライン１４を介して、流量調節弁１７を通り
ライン１６に接続されている凝縮物貯蔵タンク１５に流
れ、ライン１６は熱交換器７とカラム１の結晶化区域２
との間に配設された熱交換器１８につながり、凝縮物は
ライン１９を介してカラム１の冷気製造区域３に戻る。

作動時においては、カラム１の基部には溶解時（こ溶解
区域の温度を降下させる吸熱性物質が充填されており、
通常は結晶型である吸熱性物質の量は、加熱量が最大限
になった期間にカラム１の基部にある結晶に前記カラム
内で生成した溶媒を加えると溶液が形成されて、動的状
態において加熱器４の頂部と少なくとも等しい高さまで
に溶液が上昇するだけの量であれば充分である。

従って、休止状態にある場合には、カラム１にはカラム
を部分的に満たして加熱器４の高さになる飽和溶液があ
り、一方吸熱性物質を形成する結晶はカラム１の基部の
熱交換器７を取り囲む区域に保持されている。

カラム１の冷気製造区域３と結晶化区域２の加熱器４と
の中間部には、鉛直チューブ又はハニカム構造体であっ
てカラム内の飽和溶液が熱区域と冷区域との間で撹乱さ
れるのを制約する目的で設けられた格子２２があり、一
方カラム１から吸熱性物質が失なわれるのを防止するた
めにカラム１内の飽和溶液用空間とコンデンサーとの中
間部にはスプレー・エントレーナ２４が配設されている
。

この型の装置は作動中例えばカラム１内部を単ｆこ真空
に引くことにより或いはカラム内部で溶媒を沸騰させて
空気を追い出した後に容器を密閉することにより真空に
保持され、この容器の基部には結晶型の吸熱性媒体があ
り、この媒体が前記容器を実質的に満たしている溶媒と
接触しカラム１の基部の冷気製造区域３【こおいて結晶
の溶媒和が起こり、格子２２を通って結晶化区域２に延
びるカラム１の内部で溶液が飽和され、該結晶化区域に
は加熱器４ｔこよって熱が与えられているからカラム１
の真空度に比して飽和溶液の温度が充分な程度にまで上
昇して飽和溶液が沸騰する結果、生じた蒸気はライン１
０を介してコンデンサー１１に送られ、結晶化区域にお
ける溶媒含有率が低下して過飽和溶液となり、その結果
吸熱性物質が結晶化し、結晶は溶液よりも重いので格子
２２を介してカラム１の基部の冷気製造区域３に落下す
る。

カラム１内の結晶化区域の活動度はかなりの程度Ｅこな
るから、スプレー・エントレーナ２４によって確実に溶
媒蒸気のみがコンデンサー１１に送られるようにする。

凝縮物はコンデンサー１１から凝縮物貯蔵タンク１５及
びライン１６を介してカラム１の底部に流れ、図示した
形式の場合には凝縮物は熱交換器１８を通って流れてい
るけれども、熱交換器を通って流すことは必須の条件で
はなく流れを直接にコンデンサーからカラム１の基部に
送ることもでき、そこで溶媒を再び結晶に作用させて結
晶を再溶解させ吸熱効果により冷気をつくり出す。

第２図に示す本発明の実施形においては、一連のカラム
２５，２６及び２７があり、各区域は夫夫符号２８，２
９及び３０で示す加熱器を有し、一連のカラムのうち第
一カラム２５の加熱器２８は図示した通り該加熱器２８
内で必要になる熱を供給する太陽光線集光パネル３２に
接続されており、カラム２６の加熱器２９はカラム２５
のコンデンサーであり、カラム２７の加熱器３０はカラ
ム２６のコンデンサーであり、カラム２７にはコンデン
サー３４が組み合かせられている。

従って、各カラムは独立に密閉さ札第−実施例のカラム
１と同様に作動しているが、これらのカラムは熱伝達の
点からみるとカスケード形に配置されていて、システム
全体としてはより効率的な熱利用がなされるから効果が
増大する。

吸熱効果を持つ適当な物質は実際には多数ある。

然し乍ら、我々の調査研究によれば、伝熱性が極めて悪
いためにカラム１の基部とカラムの拡散結晶化区域２と
の間の正常な温度勾配の形成を助ける好ましい溶媒であ
る水に溶解する硝酸アンモニウム、チオシアン酸アンモ
ニウム、硝酸カリウム及びチオシアン酸カリウムが好ま
しい物質であることがわかった。

勿論、上記以外の溶媒及び物質を用いることもできる。

貯蔵タンク１５と流量調節弁１７とを用いることにより
、凝縮物がコンデンサー１１からカラム１の基部Ｉこ戻
るのを調節することができ、従ってカラム１の冷気製造
区域３内の吸熱性物質溶液の流量調節を助けることがで
きる。

参照符号３７はカラム１内の液体の上面水位を概略的に
示すものであり、この点における液体は結晶化区域への
熱の付与によって起こる沸騰又は蒸発によって撹乱され
ている。

本発明【こよれば、冷気製造区域内に保持され熱交換器
７と熱交換を行なう結晶は該区域において溶媒和し、得
られた飽和溶液はカラム１の上部に上昇し、カラム１の
上部において例えば水のような溶媒を飛散させるために
飽和溶液は加熱されて水はコンデンサー１１に受容され
、結晶化区域においては飽和溶液が結晶を再形成する状
態（こ達し、前述の如く結晶は比較的重いので重力（こ
よってカラム１に落下して再びカラム１の基部の冷気製
造区域に入り、該区域では再び溶媒和が起こって、加熱
器位置で与えられる熱とカラム１の基部内の熱交換器か
ら取り出される冷気との間で正常な熱収支が保たれる限
り、上記の工程が引き続き行なわれる。

本発明の好ましい実施例を列挙的に記載すると、下記の
とおりである。

（１）％許請求の範囲第１項記載の冷却方法において、
コンデンサーから還流される凝縮物をカラム基部内の前
記熱交換器と前記加熱器との中間点において吸熱性溶液
と熱交換させることを特徴とする冷却方法。

（２、特許請求の範囲第１項記載の冷却方法において、
前記カラム内の加熱区域と冷却区域との間における液体
の撹乱及び移行を制限するために、前記加熱器とカラム
の前記基部との中間に配設した前記カラム内にある格子
を介して前記カラムの基部に沈降して戻る結晶を沈下さ
せることを特徴とする冷却方法。

（３）特許請求の範囲第１項記載の冷却方法ｔこおいて
、吸熱性媒体が前記コンデンサーに送られるのを防止す
るために前記カラムの頭部に設けたスプレー・エントレ
ーナを通って前記蒸気が送られることを特徴とする冷却
方法。

（４）特許請求の範囲第１項記載の冷却方法において、
前記コンデンサーからの凝縮物が貯蔵タンクをこ入り、
前記貯蔵タンクから前記カラムに流入し、弁（こよって
制御され、その結果前記カラムへの溶媒量が制御される
ことを特徴とする冷却方法。

（５）特許請求の範囲第１項記載の冷却力法（こおいて
、夫々が砂山こ収納物を密閉している一連の前記カラム
から成り、一連のカラムのうちの第一カラムのコンデン
サーが次に続くカラムと熱交換を行なって第二カラムへ
の加熱器となり、一連のカラムの最終カラム以外につい
ては同様の構成となっていることを特徴とする冷却方法
。

（６）＠記第５項記載の冷却方法において、前記の各コ
ンデンサーからの凝縮物が貯蔵タンクに送られ、前記貯
蔵タンクから前記カラム（こ流入し、弁によって制御さ
れて前記の各カラムに入る溶媒量の制御が行なわれるこ
とを特徴とする冷却方法。

（７）％許請求の範囲第１項記載の冷却方法において、
加熱器が太陽光集光パネルと結合した熱交換器であるこ
とを特徴とする冷却方法。

（８）！ｖｆ許請求の範囲第２項記載の冷却装置（こお
いて、コンデンサーから抜き取った凝縮物をカラム基部
の前記熱交換器と前記加熱器との中間点で熱交換させる
ように構成したことを特徴とする冷却装置。

（９）特許請求の範囲第２項記載の冷却装置において、
前記カラム内の加熱区域と冷却区域の中間部における前
記溶液の撹乱と移行とを抑制するために前記加熱器と前
記カラムの基部との間（こ格子を設け、前記加熱器とカ
ラムの前記基部との間に置かれた前記カラムが該カラム
内の液体の撹乱を制限する構成になっていることを特徴
とする冷却装置。

（１０） ＃！ｊ許請求の範囲第２項記載の冷却装置に
おいて、吸熱性媒体が前記コンデンサーに送られるのを
防止するために前記カラムの頭部にスプレー・エントレ
ーナを設けたことを特徴とする冷却装置。

０υ 特許請求の範囲第２項記載の冷却装置１こおいて
、前記コンデンサーからの凝縮物が貯蔵タンクに送入さ
れ、前記貯蔵タンクから前記カラムへの流れが弁によっ
て調節されて、前記カラム内への溶媒量が制御されるよ
う構成されていることを特徴とする冷却装置。

（１２、特許請求の範囲第２項記載の冷却装置をこおい
て、夫々が独自（こ収納物を密閉している一連の前記カ
ラムを配設し、第一カラムのコンデンサーが次のカラム
と熱交換を行なって前記の次のカラムの加熱器になり、
前記一連のカラムの最終カラム以外のカラムが次々と同
様の構成をとっていることを特徴とする冷却装置。

０３）％許請求の範囲第２項記載の冷却装置において、
前記の各コンデンサーからの凝縮物が貯蔵タンクに送入
され、前記貯蔵タンクから前記カラムに再び流入し、弁
によって調節されて前記カラム内の溶媒量の調節を行な
うよう構成されていることを特徴とする冷却装置。

（１４）特許請求の範囲第２項記載の冷却装置において
、加熱器が太陽光集光パネルと組み合わせられた熱交換
器であることを特徴とする冷却装置。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の概略横立断面図である。 第２図は、例えば太陽エネルギーによるカスケード・シ
ステムを利用する本発明のもう一つの実施例の説明図で
ある。 １・・・・・・カラム、４・・・・・・加熱器、７・・
・・・・熱交換器、１１・・・・・・コンデンサー １
４・・・・・・ライン、１５・・・・・・凝縮物貯蔵タ
ンク、１６・・・・・・ライン、１７・・・・・・流量
調節弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 吸熱プロセスを用いて熱交換器内において流動媒体
   を冷却する方法であって、 （ａ） 前記熱交換器を収納した閉鎖カラムの基部内
   （こ結晶型の吸熱性媒体を収納し、 （ｂ）＠記カラム内を真空に保ち、 （Ｃ） 前記カラム内の吸熱性物質に溶媒を加えるこ
   とにより前記結晶を前記溶媒に溶解して吸熱性溶液によ
   って熱交換器位置の温度を降下させ、得られる飽和溶液
   を前記カラム内で上昇させ、（ｄ） 加熱器を用いて
   前記カラムの上部において前記飽和溶液に熱を加えて前
   記溶媒を蒸発させ、（ｅ） 前記溶媒の蒸気をコンデ
   ンサーに吸引し除去することにより前記吸熱性媒体を再
   結晶化して結晶を前記カラムの基部に沈下させ、 （ｆ） 前記コンデンサーから前記カラムの基部に戻
   る溶媒凝縮物を還流させることにより吸熱溶解を継続さ
   せ、前記熱交換器位置で発生する低温を利用して媒体を
   冷却し、前記カラム内に充分な量の吸熱性物質を収納し
   て前記溶液に最高の熱を与えたときに前記カラムの基部
   に結晶を残留させることを特徴とする冷却方法。 ２ 吸熱性溶液を用いて熱交換器内の流体媒体を冷却す
   るため（ご用いる装置であって、基部に結晶型の吸熱性
   媒体を収納するとともに該結晶の溶媒をも収納するよう
   配置した閉鎖カラムと、前記カラムの基部に配設され外
   部手段に冷気を伝達できる熱交換器と、前記カラムの上
   部（こ熱を与えて前記カラムの上部において前記溶媒を
   蒸発させる手段と、前記カラムの頂部と連通し前記カラ
   ムから蒸発した溶媒を吸引するコンデンサーと、前記コ
   ンデンサーと前記カラム基部とを接続して凝縮物を前記
   カラムに戻す接続部とから成る冷却装置。