JPS61105056A - 低等級熱利用収着システム - 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】 本発明は、分子篩ゼオライトの収着能力が、温度変化と
共に大幅に変化することを利用することによって、太陽
エネルギーや発電所の廃熱の如き低等級の熱を利用する
ためのシステムに関する。

特に本発明のシステムは、絶対温度の小さな変化を比較
的大きなガス圧力変化に変換するシステムに関し、この
ガス圧力変化は機械的または電気的エネルギーまたは冷
蔵における冷却作用を生ずるために利用される。

太陽エネルギーを熱および冷却目的に利用するのを妨げ
る主な困難事の７つは、地球上の太陽エネルギーの密度
が低い（平方メートル当＃）Ａタキロワットよシ小）こ
とである。太陽エネルギーコレクタで得られる温度差は
小さく、また日光集中装置を用いた場合でも２００−３
００℃よシ高温を得るためには複雑な太陽追従技法を必
要とする。

かようＫ、小さな温度差例えば３０−１００℃の温度差
にてエネルギーを効果的に変換する方法を開発する必要
がある。ここに、ゼオライトの特異な収着特性が、特に
家庭での冷却および空気調整の必要性を満足させるため
の、斯くの如きシステムの設計を可能とすることが見出
された。その様なシステムの出力は、太陽負荷が増すに
つれて増゛加し、従って自動冷却の高度の必要性は、そ
の様なシステムのよシ一層高い出力によって満たされる
。本発明の主目的は太陽エネルギーによる冷却および建
物の空気調整のための代替的な方法を提供することであ
るが、そのシステムはまた、発電所や他の熱汚染源から
の廃熱を操作し斯くして汚染を減少させそして廃熱を有
用なエネルギーに変換し得る大規模システムを開発する
ためにも利用できる。

太陽エネルギーによシ得られ得る小さな温度差のために
５通常のガス膨張を利用するシステムのカルノー効率が
必然的に非常に低いことは、当業者が理解していること
である。この理由のため、殆どの太陽エネルギー冷蔵シ
ステムは、液体へのガスの溶解度が温度と共に変化する
ことに基づく旧式で充分に試用された吸収冷蔵サイクル
に集中している。このプロセスは熱的に賦活され（−ｂ
ａるから、小さな絶対温度変化に対して大きなガス圧力
変化を可能とする様な温度依存性は指数的である。この
プロセスは、初期のガス冷蔵器に用いられたアンモニア
−水板外のシステムの工業的使用によって新しい勢いを
得た。例えばニューヨーク市のケネディーエアポートで
は、作動流体として臭化リチウムと水を用いた空気調整
システムが備えられている。

固体収着剤を用いる収着冷却系としては、例えば実公昭
３３−７７７７．２号に、シリカグル等の吸着剤を充填
した一対の吸着筒を電熱装置によシ交互に加熱する装置
が開示されている。その他の従来作動させることに成功
した固体収着式冷凍系では、熱源は通常ガス炎またはス
チームによシ供給される。これらすべての系において熱
源は約３００’Ｆ（約／よ０℃）であった。これに対し
、平板式コレクタからの太陽熱は、殆んど／り０７（了
♂℃）を超えることはなく、そして該コレクタの熱捕集
効率は／、２０ないしｉｔ、ｔｏアＣｊＯないし乙Ｏ℃
）という比較的低い温度での方がずっと高い。この比較
的低い温度範囲のため、および特に熱源として太陽エネ
ルギーから得られる熱が少ないために、商業的に有望な
冷却系は未だ生まれてｈない。例えば臭化リチウム系を
太陽エネルギー用に変形したものは、♂Ｏ”ＦＣ２７℃
）の水冷式凝結器を必要とする極めて小容量且低効率の
ものに終っている。凝縮器温度が／２０”？（３０℃）
に上昇−これは空冷式凝縮器では必然である−した場合
、平板式コレクタから無理なく得られる／４ＡＯないし
／乙０７Ｃ６０ないし７０℃）の駆動温度では該系を作
動させるには不充分である。

また、後に詳述するように、シリカゲル、活性アルミナ
、活性炭といった収着剤の収着挙動は温度に依存する他
に圧力に強く依存し、その吸着等温線は直線的でしかも
互に平行でない。このような吸着剤では加熱脱着時に温
度と圧力が相拮抗して作用するのでより多くの加熱を必
要とする等の理由から、得られる温度差及び熱量の小さ
い太陽エネルギーのような低等級熱を利用する場合には
実質的な効率を有する冷却系は得られない。従って、こ
のような系は、いずれも商業的重要性を獲得していない
。

太陽エネルギーを従来の収着系に適用することの主要な
困難性は、包含される物理的プロセスが溶解または表面
収着てあシ、単純なアレニウス式に従って指数的に熱的
に賦活されることであると考えられる。その結果、その
小さな温度差から得られる圧力差は実用不可能な程小さ
く、殆んどの用途に役立たない。

ここに、固体収着剤として分子篩ゼオライトを使用する
ことによシ、太陽エネルギーのような低等級熱源を利用
して実質的な高効率のシステムを得ることができること
が見出された。

分子篩ゼオライトは、温度および圧力に関しコル≠乗の
指数で表わされる独特の非直線的収着特性を有する一群
の合成または天然鉱物材料である。

ゼオライトは、小さな温度変化を、実際に冷却サイクル
に利用または機械的エネルギーに変換し得る。非常に大
きな圧力変化に変換することを特異的に可能とする。ゼ
オライトは、固体材料を使用しそして固体材料内の拡散
を利用することによって、可動部品を用いず従って長い
寿命と信頼性を可能とする高変換効率の太陽利用冷蔵シ
ステムを供給するような独特な設計のために役立つ。

後に詳述するように１分子篩ゼオライトの収着挙動は、
前記シリカゲル等の収着剤と著しく一異なって圧力にあ
まシ依存せず１強く温度依存性である。即ち分子篩ゼオ
ライトは非常に低い圧力で早くも飽和する。その後は圧
力が増加しても吸着量はあｔｐ変化せず、従って吸着等
温線は傾斜が小さく殆んど水平であり、そして互に平行
である。

このため分子篩ゼオライトは低い圧力範囲における収着
能力がシリカゲル等の他の収着剤に比べてかなシ大きく
、そしてその加熱脱着は圧力により殆んど影響を受けな
い。これは低等級熱源から得られる小さな温度変化を実
際に冷却サイクルに利用または機械的エネルギーに変換
し得る大きな圧力変化に変換することを可能とする。

ゼオライトは後述するような特異な収着挙動の故に室温
で大量（４ＬＯ重量％まで）の極性ガス、即ち双極子ま
たは四極子モーメントを有するガス例えばＮ２０、ＮＨ
３、Ｈ２Ｓ、Ｎ２、Ｃｏ□等並びにフルオロ−、クロロ
−およびハイドロカーデン、を収着する。その収着特性
の高度な非直線性の故に、ゼオライトは平板式太陽コレ
クタによシ容易に到達する温度に加熱された時、大量の
該極性ガスを脱着する。例えば、ガスを収着したゼオラ
イトを充満した容器を室温から、２００下（７３℃）以
下に加熱した場合、ｊＯ対／ないし１０００対／の圧力
差が得られる。

灸際に、室温で平衡化し、０．　Ｏｊ’　ｐａｉａの分
圧を有する水蒸気が、／２０下（５０℃）では乙よｐｓ
ｌｍの圧力を有するであろう。更に、この温度は、若干
の水蒸気を脱着させて／２θ下に保たれた凝縮器中でａ
ｍさせるに充分である。ゼオライトの温度を／弘Ｏ？（
乙θ℃）に上昇させることにより、１０″ｉＬｉ％まで
の水蒸気をゼオライトから脱着させ得る。

また、室温で／気圧（／夕ｐｓ１ｍ　）で窒素ガスと平
衡化し之ゼオライトを／乙Ｏ下（７０℃）に加熱した時
、窒素ガスを脱着して容器内圧力は／ｊ０００ｐｓｉａ
に増大し、該圧力で多量の窒素ガスを脱着し得る。Ｎ）
Ｉ３．　Ｃｏ□、フルオロ−およびクロロカーボンの場
合も、ゼオライトを室温から２００下（９Ｉ３℃）Ｋ加
熱した時、容器内の圧力はよＯないし７０００倍に増加
し、そしてその高圧下で、平均して１０ｉｉ％のガスを
脱着する。

これに対し、シリカダル、活性アルミナおよび活性炭の
ような他の固体収着剤の場合、同一条件下で該ガスの収
着量はぜオライドの場合よシかなり少なく、そして／乙
Ｑないし、、ＺＯＯ”ＦＣ７０ないし２３℃）の範囲に
加熱した時の脱着量も小さい。従って得られる圧力も比
較的小さく、また高圧下でのガス脱着量も無視しつる程
に少ない。上記のような低温および高圧では、液体−ガ
ス吸収系もこれらの固体収着剤の場合と同様の欠点を有
し、たとえ作動するとしても効率的には作動しないこと
が見出されている。これは、１００ないし／、２０”Ｆ
Ｃ３ｇないしょ０℃）の空冷凝縮器で／≠Ｏないし／乙
（１）？（乙Ｏないし７０℃）で駆動させた時に確かめ
られている。

分子篩ゼオライトに収着されるガス量は次式％式％ （式中ａはガスの収着眼界値であり、θユ＝ｅｘｐＣ（
ＲＴ　１ｎ（Ｐ　ａ／Ｐ　）／Ｅｎ　：Ｉｎであシ、ｎ
はλ−ヨの整数である） で示される。ここでＲは普遍的ガス定数であシ、Ｐ８は
限界飽和圧力であシ、Ｐは実際の圧力であシ、Ｅｎは活
性化エネルギーで６９、これはモル当シ数キロカロリー
程度である。この点に関してはＭ。

Ｄｕｂ　ｉ　ｎとＶ、　Ａｓｔａｋｈｏｖ　、　−Ｄ＠
５ｅｒｌｐｔｉｏｎ　ｏｆＡｄｓｏｒｐｔｌｏｎ　Ｅｑ
ｕｌｌｉｂｒｉａ　ｏｆ　Ｙａｐｏｒｇ　ｏｎ　Ｚｅｏ
口ｔｅｓＯｖｅｒ　Ｗｉｄｅ　Ｒａｎｇｅｓ　　ｏｆ　
Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　　ａｎｄＰｒｓｓｓｕｒｅ”
、５ｅｃｏｎｄ　　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　　Ｃ
ｏｎｆｅｒｅｎｃ＠　ｏｎ　　Ｍｏ１ｅｃｕｌａｒＳ１
ｅｖｅ　Ｚｅｏｌｉｔｅｓ、５ｅｐｔ、−／／、／　Ｆ
２Ｏ，ＷｏｒｃｅｓｔｅｒＰｏｌｙｔｅｃｈｎｌｃ　　
Ｉｎ５ｔｉｔｕｔｅ　ＩＩ　Ｗｏｒｅｅｓｔａｒ　ＩＩ
　Ｍａｓｓａ−ｃｈｕ＋５ｅｔｔｓ、　　ｐｐ、／ｊｊ
−／６乙を参照されたい。

前記から、分子篩ゼオライトにおけるガス収着の温度依
存性は少なくとも温度の平方について指数的であシそし
て温度の５乗に対して指数的である程に高まることもあ
る。（例えばアセチレンとゼオライトＮａＡ　）。

本発明の目的は、分子篩ゼオライトを利用して小さな温
度差で合理的に大きな圧力差を生ずることによって、太
陽エネルギーまたは他の、低い出力濃度を有し従って比
較的小さな加熱効果を生ずる様な種類のエネルギーを用
いることである。このことは、分子篩ゼオライト内に存
在する如き或種の材料へのガス収着および脱着が、極め
て強く温度に依存する（前記の如く温度のよ乗まで指数
的）ので達成され得る。大きな圧力差は、その様な材料
を用いた太陽エネルギー冷却システムの建造に用いられ
る。λつの異なる方法がここに開示され、七の１つは分
子篩に一定の温度を用いる方法であシ、他の７つは温度
勾配を発生させる方法である。

極めて強い温度依存性に起因して１．ｚｔ−ｉｏ。

℃の温度変化は一定圧力にて２Ｚ９％よ）多くのガスを
脱着し得る。代シＫ、一定容積において、同じ温度変化
は≠オーダーの大きさの圧力増加をもたらす。

太陽エネルギーを用いる２つの方法がここに開示され、
その第１は収着剤材料製の／ぐネルで建物の屋根を建造
しそして周囲温度にてパネルに作動ガスを飽和させる方
法である。ノ４ネルが太陽の熱によって加熱される時に
、パネルはガスを脱着し。

圧力が増加し次いで起こるガス膨張によって所望冷却効
果が生ずる。ガスは次に好ましくは収着材料を備えた別
個の容器に集められ、そして夜間に屋根パネルが放熱に
よって冷却される時に、パネルは作動ガスを再充填され
飽和されることができて、次の日中の新しいサイクルの
用意ができる。

工業用ゼオライトの収着能力は、材料１００ポンド当シ
ガス約、２０−弘θポンド程度である。そル当シ弘−１
０キロカロリーの活性化エネルギーの既存値を用いると
、収着材料１０Ｏポンド当シの理論冷却能力は１０．０
００−２０．０００８ＴＵである。

かように代表的な家の既存屋根面積かほど良く効果的な
冷却システムのために充分であることが認識されるであ
ろう。

屋根パネルは１分子篩ゼオライト材料を押圧し焼結して
適切な形にし、そして耐圧容器内にそれを密封すること
によって製造できる。本明細書にはλつのタイプの容器
が開示される。その７つは、好ましくは太陽エネルギー
の吸収を増すために例えばカーボンブラックで一方の表
面を暗色化された分子篩ゼオライトパネルによって太陽
エネルギーが直接吸収される様なガラスカバー付のもの
であシ、池の容器は、暗色化金属だけで建造されそして
、分子篩の全ての側を取囲む周知のはちの巣構造に類似
した構造によって、吸収エネルギーが内部の収着剤材料
に伝えられる様なものである。

この後者の構造は分子篩材料の間接的な加熱を利用する
ものであるが、この構造におりてはより一層高い作動圧
力が可能であシ、従ってよシ一層高い操作効率が可能で
ある。

前記のことから、本発明の主な目的は、分子篩ゼオライ
トの収着能力の大きな変化を利用することによって、太
陽熱または発電所等の廃熱の如き低等級の熱を利用する
ためのシステムを供給し、これによって、温度変化を用
いてこのシステムが小さな絶対温度変化を大きなガス圧
力変化に変換して、冷蔵または他のエネルギー使用のた
めに次いで利用し得る様にすることである。

本発明のもう１つの目的は、前記のシステムを提供して
、収着材料のサイクル加熱を生せしめ。

斯くして相対的圧力下に高温収着剤から低温収着剤へガ
スを流して所望エネルギーを生ずる様にすることである
。

本発明のもう７つの目的は、圧力差を生ずる温度勾配を
収着材料に生ぜしめ、ガスが外側集成装置を経て収着材
料の高温側から低温側へ流れ、この外側集成装置内でエ
ネルギーか使われ、そしてガスは低温側から高温側へ材
料内を流れ、斯くしである圧力差圧で連続的ガス流を生
ぜしめ、従って相対的に一方の側だけが加熱される収着
剤材料中の圧送効果によシ生ずるエネルギーを連続的に
生ずる様にすることである。

他の目的、適応性および可能性は、添付図参照下に次の
記載から明らかであろう。

第１−≠図について説明するが、金属または他の伝熱性
材料で構成される容器１０ははちの巣構造を有すること
が好ましく、このはちの巣構造はゼオライト／／または
他の適切な収着剤材料で満たされる。容器１０の表面／
２は黒ずませられて。

実際的な程に多い太陽エネルギーを吸収できる様にされ
る。容器１０にはガス出口／≠とガス人口／ｊが備えら
れていることがわかるであろう。家の屋根または太陽に
よって照らされる他の表面の上に設置され得る、第１図
に示される如き多数のパネルの代表的なものの断面図が
第１図に示されることか理解されるべきである。個々の
パネル１０は組合わされてモジュール／乙区なシ、モジ
ュール／乙にはガス出口／ＩＡが一緒に連結されてモジ
ュールの出口／≠ａとなシ、同様にガス人口１５が一緒
に連結されてモジュールのガス入口／ｊａを形成する。

各モジュール／乙は逆止め弁／７と接続され、弁／７は
圧力制御されてモジニール／乙内の圧力が、選択された
値に増した時に開くようＫされる。出口／４４ａは適切
なマニホルドを経て第１導管またはライン２Ｑに通じ、
この第１導管、２０は、ファン２コによシ冷却される凝
縮器２／の取入口に連通ずる。第２導管または線路２≠
は、凝縮器２／の出口からガスエキスパンダークーラ一
部材２ｊの入口と連通し、このエキス・やンダークーラ
一部材、２夕は膨張弁２乙を中に有する。クーラ一部材
２夕を建物の空気調整装置に接続してこれに冷却作用を
与え得ることは当業者によって理解されるであろう。ク
ーラ一部材２夕から第３ラインまたは導管２７が出てお
シ、この第３ラインは、逆止め弁３０を経て幽閉空間に
流体を運ぶ作用をする。この幽閉空間はコールドモジュ
ール／乙であってよく、これは第３図では／乙ａで示さ
れる。その代シに、貯蔵容器／乙ａは空のガス容器であ
ってよく、そして所望ならばゼオライト材料が充填され
、款くしてその他の点で必要な容積を最小にする様にさ
れてよい。

モジュール／乙が加熱された時に、ゼオライト材料／／
中のガスは脱着されて容器１０中の圧力が増す。逆止め
弁／７ｔｌＣよって設定された上限値を越えた時に、弁
／７が開きそしてガスは第１ライン、２０の出口／４４
ａを経て凝縮器、２／に流れていく。この凝縮器２／は
図示の如くにファ７２２で冷却されてよく水冷されても
よい。作動ガスは凝縮器２／内で冷却され、ここでガス
は液体流体に変換され次に第２ライン２≠を経てクーラ
一部材２夕に運ばれ得る。ここでガスは膨張しくまたは
液体流体が蒸発してガスとなり）、一方向時にクーラ一
部材２ｊを冷却する。前記の如く、冷却効果はこの地点
で慣用方法によって空気調整または冷凍等のために好ま
しく用いられる。次にガス＃′ｉ第３ライン、２７と逆
止め弁３Ｑを通過して貯蔵空間／乙ａに入る。前記の如
く、貯蔵帯域／乙ａは、特定時期に太陽の直接光線にさ
らされないことの他はモジュール／乙と等しいモジュー
ルであ夛得る。

モジュール／６中のゼオライトが貯蔵空間／乙１中のガ
スまたはぜオライドよシも温かい限シ、ガスがモジュー
ル／２から凝縮器２／とクーラ一部材２ｊを経て貯蔵帯
域／乙ａに流れることは理解されるであろう。モジュー
ル／乙が例えば家の陰になった側にあシ、または他の何
らかの手段によって陰におおわれまたは太陽が沈んで夜
になった時などく、モジュール／６がもはや熱せられな
くなった時に次の操作サイクルが起こる。その様な場合
にはモジュール／乙はその後に放熱によって冷却され、
容器１０の内部に低圧を生ぜしめる。

その様な場合には、いくつかの変化が起こり得る。

例えば日中が暑く夜間が冷たいさばくの天候においては
、貯蔵空間／乙ａは埋められまたは他の王台に断熱され
てよく、そして第３図に示される如くに逆止め弁３２を
有する導管またはライン３／を経て入口／ｊａとモジュ
ール／６に直接接続され得る。しかし夕方も温かい場合
には、夜間に空気！Ｊ整することが望まれることがあシ
、この場合には第弘図に示される配列がより一層望まし
い。

かように第４図はガス貯蔵空間／乙ａから今や冷却され
たモジュール／乙へ戻るサイクルを示すことは認識され
るであろう。

貯蔵空間ｌＡ＆は、弁／７と同様の逆止め圧力調整弁３
１Ａを含む第４ラインまたは導管３ｊに通じ、この弁３
≠は予め定められた圧力差にてガスを貯蔵空間ｌ乙ａか
ら通す様に設定される。導管３ｊは、凝縮器、２／と同
一のまたは異なるものであってよい凝縮器２／息に連通
する。凝縮器Ｕ／ａからの出口は第！ラインまたは導管
３乙となシ。

この第ｊライン３乙はクーラ一部材、！ｊａの膨張弁λ
乙ａに通ずる。このクーラ一部材、２ｊ＆はクーラ一部
材、２Ｊ″と同一であることができ、この場合には当業
者により考えられる様に、モジュール／乙と貯蔵空間／
乙ａ内の圧力との間の相対圧力によって制御される、モ
ジニール／乙に通ずる第λ導管を有する逆止め弁３０を
備えるべきである。

これに関連して第６ラインまたは導管３７がクーラ一部
材、２乙ａの出口とモジュール／６の入口／夕とを接続
することがわかるであろう。、ライン３７には逆止め弁
弘Ｏが備えられる。図示される如く、凝縮器２／ａとク
ーラ一部材、！よａが各々凝縮器２／とクーラ一部材、
２よと同じである場合に好ましく制御される単一弁内に
弁弘Ｏと弁３０を組込み得る。凝縮器、２／ａは凝縮器
２／と同様に、ファン、冷却水、または他の適切な手段
によって冷却され得る。

モジュール／乙が冷却されそしてその中のガス状流体が
貯蔵空間／乙ａよシも低い圧力にあるサイクルにおいて
は、適切な圧力差が増して弁３１１−が開き、ガス状流
体が凝縮器、２／ａ内に流れその中で冷却される。次に
作動流体はガスまたは液体としてクーラ一部材コ！ａ内
に流れ、ここで膨張弁２乙ａによって膨張せしめられ、
そして冷却して、建物の空気調整または冷却システムの
ためにまたは冷蔵等のために用いられ得る様になる。最
後にモジュール／乙には次のサイクルのために作動ガス
が再充填される。

７つのサイクルは日中に起こり他のサイクルは夕方に起
こシ、またはモジュールが建物の異なる側に置かれる場
合には７つのサイクルは朝に起こりそして次のサイクル
は午後と夕方に起こシ得ることは理解されるであろう。

後者の場合には、ガスが建物または屋根の東側の高温モ
ジュール／６から建物または屋根の西側の低温モジュー
ル／乙へ流れ１次に後者の低温モジュールが加熱された
時に流れが貯蔵空間へ向かい、そして最後に夕方または
夜には、建物の屋根の東側の第１モジユールにもどる様
な王台に、サイクルを配列し得る。

代りに、モジュール／乙のための熱は、太陽による加熱
によらずに動力装置、焼却器または他の熱汚染源の廃熱
から熱交換器を経て供給され得る。

膨張ガスのエネルギーはまた、往復機関またはタービン
や発電機を用いた慣用的手段によって該エネルギーを機
械的または電気的エネルギーに交換するために使用され
得る。その様な場合には、モジュールｌ乙と貯蔵空間／
乙ａのサイクル加熱冷却の発明は、源からゼオライト材
料のための熱交換器への廃熱を適切に弁調節することに
よって達成され得る。

前記の方法は、圧縮機または他の可動部品を用いずに圧
送効果を達成し得るという、日中−夜間の太陽エネルギ
ーのサイクル特性を利用したものである。分子篩ゼオラ
イトは、弁を含めてあらゆる可動部分を全く用いずに、
太陽エネルギー以外のエネルギー源を必要とすることな
く、吸着冷凍システムを実際に満足に作動させ得る唯一
の固体吸着剤である。これは分子篩ゼオライトの低い圧
力範囲における異常に大きな収着能力による。即ち、分
子篩ゼオライトは例えば０．０！；ｐｓｉという低い圧
力（この圧力における水の沸点は約−７℃）において約
２０重量％の水蒸気を吸着し得る。他の固体吸着剤では
≠重量−未満である。日中ゼオライトパネルが太陽エネ
ルギーによシ加熱された時、ゼオライトの脱着くよシシ
ステム内圧力は０、ｊｐｓｉまたはそれ以上に上昇し、
脱着された水蒸気は♂０°〜１０２下の凝縮器温度で凝
縮され得る。他の固体吸着剤では脱着される水蒸気も非
常に少ない。夜間に前記パネル内のゼオライトが再び吸
着して圧力が下ると、他方の容器（ゼオライトを含まな
い）に貯留された凝縮水は、０．０７ｐｓｉで２７下で
一部が蒸発し始め、残部は蒸発熱のために、結氷するに
至ることは理解されるであろう（水の蒸発熱は約１００
０ＢＴＵ／ポンドであり、一方水の融解熱は僅か約／　
４’　ｊ　ＢＴＵ／ボンドである）。

前記第１−弘図の方法は長い無保全寿命の可能性を有す
る。しかし　この方法は、丸−日できるだけ多くの統合
日光負荷を得て従って殆どの時間のあいだその最大能力
にて作動する様に設計されなげればならず、また熱が最
大である日に代替的冷却法によって強化されるべきであ
る。

全システムのサイズとコストを減する結果を生ずる様な
、最大能力を得る問題を解決する第２の方法を次に記載
する。この方法は、７つの収着剤材料に熱勾配を適用し
た時にその結果として実質的に圧送作用が得られるとい
う情況に基づく。このことは、熱的に賦活される拡散係
数を有する材料について知られているが、分子篩材料の
場合には事情は実質的に異なる。

分子篩ゼオライトは、大きなまたは小さな分割された窓
によって結合された（分子という意味での）大きなキャ
ビティの形の結晶内細孔のある結晶構造を有する。この
理由から、ガス分子の動きは、キャビティの内側と、第
２エネルギー遮断壁へ、熱的に賦活されて「粘着」して
キャビティ間の窓を通して拡散することからなる。この
第２のプロセスは、分子篩の篩分は作用を果たし、これ
によって窓のサイズよりも小さい分子寸法を有するガス
が篩を通過し、−万態よりも大きな分子サイズを有する
ガスが通過しない様になる。さらに、大きな電気双極子
モーメントを有する分子は通常キャビティに「粘着」シ
（例えば水）、これと対照的にその様なモーメントを有
しない原子や分子（例えば賃ガス）はキャビティに粘着
せずその動きは窓のサイズに対する相対的サイズによっ
て制御されるだけである。この理由から、分子篩を通る
ガスの動きはわずかに拡散に似ているだけであシそして
かなシ複雑である。

ゼオライト、リンデ（Ｌｌｎｄｅ　）タイプ≠Ａを用い
た試みにおいては、カオリン（Ｋａｏｌｌｎ　）結合剤
と共にノ４ネルが焼結された。このようなパネルの片方
の側を約１００℃に加熱すると、種々の異なる作動ガス
を用いて圧送作用が観察された。その様なガスとしては
ＣＯ□、フレオン−／　／　（ＣＣ１３Ｆ　）、フレオ
ン−／　２　（ＣＣＩ。Ｆ２）、フレオン−，２／（Ｃ
ＨＣＩ□Ｆ）、フレオン−，２，２（ＣＨＣｌＦ２）　
、水蒸気、ＮＨ３、Ｓ０２、Ｎ　および０□が挙げられ
る。

本発明の具体例においては、ガラスで覆われた容器≠／
が用いられ、そして容器を別個の圧力容器に分離するた
めの、第１の方法に匹敵する様なデバイダとしてパネル
≠矢が用いられ、ここにおいてゼオライトは圧力遮壁を
形成せず、そしてかように容器１０の入口および出口部
分は実際には常時はぼ同じ圧力にあるようにされる。

第ｊ−７図において、透明カバー４Ａ２を有する金属容
器４Ｌ／が焼結ゼオライトデバイダ４ＬＩＩ−を含むこ
とに注意すべきである。ゼオライト≠弘の、太陽に面す
る側≠ｊは適切な手段によシ例えばカー＆ンブラックで
暗色にされる。容器≠／は２等分され後方の半分≠乙は
低圧低温ガスを含み、前方のケーシングｔＡ７は高圧高
温の作動ガスを含む。

太陽または他の源からの熱によってゼオライト４ｔ／の
側ｌＡ！が加熱される時に、この熱によって温度勾配Δ
Ｔが生せしめられ、この温度勾配は第６図の参照番号ｊ
Ｏで示される。前記のゼオライト遮壁４ＬＩｌ−の内側
分子圧送作用は、容器≠／の後方の半分４Ｌ乙と前方ケ
ーシング≠７との間に圧力差を生せしめる。この圧力差
は次にこのシステムの所望エネルギー消費を生ずるため
に用いられる。

第！図に示されるモジュール！／において、個個の・ぐ
ネル弘／は、第！図の上部に示される如くに直列に接続
された出口６２と入口ｊ≠を有し、これによってよシ一
層高い圧力を得るようにされ、または第５図の下方に示
される如くにこの出口と入口は並列に接続されてよシ一
層大の流速を得るようにされ、または直列並列接続が組
合わせて用いられる。

第７図に示される如く、モジュール！／の出口ｊ２は逆
止め弁ｊＡを経て第１導管！ｊに接続され、この導管よ
！は、ファン乙０または他の適切な冷却手段によって冷
却され得る凝縮器！７に通ずる。作動ガスは凝縮器タフ
の出口から導管タタを通シ逆止め弁乙／を経てクーラ一
部材乙λに運ばれる。クーラ一部材乙２において、ガス
は膨張弁６弘によって膨張せしめられ、これによってガ
スは非常に低温となシそして空気調整、冷蔵等に用いら
れ得る様になる。生ずる流体は次に集められそして、帰
り導管乙！に含まれる逆止め弁乙乙を経てモジュールタ
／の低圧ガス入口よ≠に戻される。

かように、前記の第ｊ−７図の装置に・示される如く、
高圧ケーシング≠７からの作動ガスは高圧出口！、２か
ら逆止め弁！乙および導管！夕を経て凝縮器ｊ７に運ば
れ、ここでガスは７アン乙Ｏからの空気または冷却水ま
たは他の適切な手段によって冷却される。冷却されたガ
ス（液状であってよい）は凝縮器よ７からクーラ一部材
乙２に運ばれ、ここで膨張弁６弘による膨張によって冷
却または冷蔵作用を生ずるｇ生ずる低圧ガスは次に逆止
め弁乙乙を経て導管ｌ、ｊを通シ低圧ガス入口！≠を通
って容器≠／の低圧側の半分≠６に戻される。

各種のガスの場合に絶対圧力で示して次の圧力差が実施
可能であることが判明した。フレオン−この最後に記載
の具体例は、所定日数にわたって同一容積のガスを幾度
も再使用でき、そして太陽熱負荷に正比例する冷却出力
を有するという長所を有する。かように、太陽熱負荷が
大であればある程、生ずる冷却作用は大である。

両方の方法共が、収着プロセスのはるかに強い温度依存
性の故に潜在的によシ一層高い効率を有するという点で
、慣用的な収着冷却システム特よシ優れた長所を有する
。さらに、本発明のシステムは固体・臂ネル、圧力容器
および導管、および作動ガスだけからなる機械的可動部
品は必要なく、かように高い信頼性および長い操作寿命
を提供する。

以上、本発明の好ましい実施態様を述べたが、本発明の
精神および技術範囲内において種々の適用および変更が
可能であることは理解さ九るであろう。

第ど一７２図は一般に大気圧以下の圧力における水蒸気
を作動流体として用いた場合の、分子篩ゼオライトの特
異な収着挙動および他の固体収着剤との比較を示すもの
である。

前記のように、分子篩ゼオライトを使用することの大き
な利点は、それが、すべての微細孔買収着剤に共通の性
質である毛管凝縮の他に、静電的相互作用によって極性
分子を収着する能力を有することによる。水、二酸化炭
素のような双極子モーメントの大きい分子、または窒素
、酸素のような四極子モーメントの大きい分子は、ゼオ
ライトのアルミナ−シリカ網状構造の陽および陰イオン
との静電的相互作用によシ、ゼオライト微細骨格に結合
する。これは、極性分子ガスのゼオライトへの収着に特
徴的な、極めて非直線的な温度および圧力依存性を生む
。

第ｇ図において直線／は０−１００℃においてガスがい
かに膨張するかを示す（理想気体の式）。

曲線コは種々の圧力（ｍ１ｇ）における水の沸点を示す
。これを片対数グラフで表わすと第り図の線２のように
直線となる。第り図は、一定量の水を吸着した固体収着
剤上の水蒸気圧と温度の関係を示す。７２重量％の水を
有するシリカダルの線λ′も本質的に直線である。しか
し、２０重量％の水を有するゼオライトの線３は曲線で
あシ、そして約ＩＡ　ｍＨｇのところから線λ及びλ′
よシも急勾配になり始める。これはゼオライトが圧力に
影響される度合がかなシ小さくそして温度に影響される
度合がかなり大きく、従って（’Ａ　ｔｍＨｇ以上にお
ける）ゼオライトの小さな温度上昇は、シリカダルの同
じ温度上昇よシも、その“内部”分圧をかなシ大きく増
大させ、そして従ってゼオライトの脱着は、シリカダル
の場合に比べて該吸着剤の外のシステム内の圧力によっ
てあまシ抑制されないことを意味する。この点に関し、
ゼオライト以外のすべての吸着剤はシリカダルと同様に
反応する。

何故分子篩ゼオライトだけが低い圧力範囲において有効
に作動し得るかは第１０−１２図からも理解される。第
１Ｏ図はＡ型ゼオライトへの水蒸気の吸着等温線である
。水蒸気分圧！；　ｍＨｇ　（これは水の沸騰温度約Ｊ
、５”Ｆに相当する）において、このゼオライトは室□
温で２０重量−以上の水を収着する。他方ゼオライトを
２００’ＦＣ７３℃）に加熱すると、それは収着量が約
１７重量％に減少するまで、分圧に殆んど無関係に水蒸
気を脱着する。

第１／および第１２図は、二種の活性炭への水の室温収
着等簿線である。この温度における水の飽和永蒸気圧Ｐ
０は２　ｊ　ｔｐａｓＨｇである。従って、水の沸騰温
度３ｊ下において、Ｐ／Ｐ０はｊ／２　ｊ　＝　０．２
である。第りおよび７０図から、このような低い分圧に
おいては、有意な量の水は収着されず（収着量は２重量
％に達しない）、従って活性炭を用いるシステムはこの
ような圧力の水蒸気では作動しないであろうことが理解
されよう。そのような低圧の水蒸気を用いる実際的シス
テムにおいて、活性炭やシリカダルのような収着剤はゼ
ロまたは殆んどゼロの効率しか示さないが、ゼオライト
は３ｊないし≠Ｏチもの全効率を与え、これは更に向上
する可能性がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一群のｉ４ネルを示す透視図、 第２図は第１図のパネルの７つの断面図、第３図は日中
操作またはガス回路の高温側を示す系統図、 第４図は夜間操作またはシステムの低温側の系統図、 第５図は本発明の別の具体例の一群のｔ４ネルを示す図
、 第６図は第５図のパネルの１つの断面図、第７図は後者
の具体例による屋根パネルを用いた回路の系統図、 第ｒ図は大気圧以下の水の沸点を示すグラフ、第り図は
一定量の水を含む収着剤上の水蒸気圧と温度の関係を示
すグラフ、 第１Ｏ図はＡ型ゼオライトへの水の吸着等温図、第１／
図はＢＰＬ活性炭への水の室温での吸着等温図、 第７．２図はＡＳＣウエトレライト・カー＆７への水の
室温での吸着等温図である。 １０・・・容器、／／・・・ゼオライト、／４’・・・
ガス出口、／ｊ・・・ガス入口、／乙ａ・・・貯蔵帯域
、／６゜ｊ／・・・モジュール、／７．３０，３．２・
・・逆止め弁１．２／　、２／　ａ　、ｊ７−凝縮器１
．２．２．乙０　・・・ファン１．２ｊ’、、２ｊａ、
乙コ・・・クーラ一部材１．２乙。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガス状流体圧送装置において、該装置が、周囲圧
   力と異なる圧力下にガス状流体を含むためのケーシング
   であつて固体分子篩ゼオライト材料によつて実質的部分
   に画定される圧力ケーシング、該材料によつて収着され
   る様に適合せしめられる流体であつて該ケーシングの中
   と該ケーシングの外部の該材料の他方の側とに存在する
   ガス状流体、該ケーシング内に含まれる該分子篩材料と
   関連せしめられた熱適用手段を有し、該熱適用手段は該
   材料の厚さにわたつて温度勾配を生ずる機能を達成し、
   これによつて該ケーシングの内部を画定する該材料の温
   度が該ケーシングの外側の該材料の他方の側の該材料の
   温度よりも大であり、そして該ケーシング内の該ガス状
   流体の相対圧力が該ケーシングの外側の該材料の他方の
   側の該ガス状流体の相対圧力よりも実質的に高く、該ガ
   ス状流体が該ケーシングの外側の該材料に収着されそし
   て該材料によつて該ケーシングに追い出されることを特
   徴とする前記装置。
2. （２）該ケーシングが、該ケーシングの内部から材料に
   よつて離隔せしめられる容積を画定する容器内に含まれ
   、該低圧流体が該容積内に受取られる、特許請求の範囲
   第１項記載の装置。
3. （３）該材料が焼結ゼオライトを含む、特許請求の範囲
   第１項記載の装置。
4. （４）低等級熱利用システムにおいて、容器、該容器を
   ２つの空間に分割する分子篩ゼオライトからなる固体収
   着剤材料、該材料によつて収着されそして該材料への熱
   の適用によつて該空間の１つの中へ追い出される様に適
   合せしめられるガス状流体、該材料へ熱を適用するため
   の低等級加熱手段、および追い出される該ガス状物質を
   受ける、該容器空間からの出口、および該出口に接続さ
   れそして該追い出されたガスによつて付勢されるエネル
   ギー利用手段を有する前記システム。
5. （５）該加熱手段が太陽エネルギーを含む、特許請求の
   範囲第４項記載のシステム。
6. （６）該固体収着剤材料が、該容器を分割する圧力障壁
   を構成し、該加熱手段が該障壁の一方の側だけの材料に
   直接適用される、特許請求の範囲第４項記載のシステム
   。
7. （７）該エネルギー利用手段が往復機関を含む、特許請
   求の範囲第４項記載のシステム。
8. （８）該エネルギー利用手段がタービンを含む、特許請
   求の範囲第４項記載のシステム。