JPS61165561A - エジエクターを備えたサイクルにおいて、流体の非共沸混合物を用いて冷熱および／または温熱を製造する方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、エジェクター（エジェクション手段）を備え
たサイクルにおいて、新規な作動流体を用いて熱源から
冷熱および／または温熱を製造する方法に関する。

この方法は、局部的な暖房または冷却の分野において用
いることができる。

従来技術 従来技術において既知のエジェクターを備えるサイクル
の原理は、次のように簡単に要約される。

蒸留器に由来する高温、高圧の移送流体が、まずエジェ
クターの第１区分内で減圧される。

この減圧は、蒸発器から出た第２流体を同伴しうるよう
な速さに流体を加速させる。２つの流体は、混合されて
エジェクターの第２区分に入り、速さと運動エネルギー
を減じて圧力を増し、凝縮器内の圧力に達する。熱源は
、熱を蒸留器における高い温度（Ｔ８）にし、周囲の媒
質であってもよい第２の熱源が、熱を蒸発器における低
い温度（ＴＥ）にする。最後にこれら２つの熱の総計は
、凝縮器における中間の温度（ＴＣ）で回収される。凝
縮器から出た流体は、一部域圧されて温度ＴＥで再び蒸
発し、ポンプを介して一部圧力が上げられた後、蒸留器
において温度ＴＢで気化される。

本発明は、蒸発することができて、本方法の条件下にお
いて結晶化しない、化学的に不活性な少なくとも２つの
流体の非共沸混合物から成る作動流体（この明細書にお
いて（Ｆ）と呼ぶ）の、エジェクションサイクルにおけ
る使用を提案するものである。

発明の構成 この発明による冷熱および／または温熱の製造方法は次
のことを特徴とする。

すなわち、 ａ）気体状態の作動流体（Ｆ）を、この流体（Ｆ）の凝
縮熱を外部流体に伝達しつつ、加圧（ＰＣ）下の凝縮工
程に付すこと；ただし作動流体（Ｆ）は、モル分率５〜
９５％の第１成分と、この第１成分と液相で混和しうる
モル分率９５〜５％の第２成分との非共沸混合物を含み
、この混合物の各成分は、化学的に別個のものであり、
また蒸発することができ、しかも本方法の条件下におい
て結晶化しないこと、 ｂ）生じた凝縮物を圧力低下に付し、この低下した圧力
（ＰＥ）下で凝縮物に熱を与えてこれを一部蒸発させる
ようにし、気化したフラクション（Ｆ１）を、液相のま
まのフラクション（Ｆ２）から分離すること、 Ｃ）液相のままのフラクション（Ｆ２）の圧力を、工程
（ａ）の圧力（ＰＣ）より高い圧力（Ｐ８）まで上昇さ
せ、これに熱を与えて蒸気相のフラクション（Ｆ２）を
得るようにすること、 および ｄ）工程（ｃ）から出た蒸気相のフラクション（Ｆ２）
を、エジェクション手段内で減圧に付し、この減圧によ
って工程（ｂ）から出た蒸気相のフラクション（Ｆ１）
を同伴してこれら２つのフラクションを混合させて、工
程（ａ）の圧力（ＰＣ）において気体状態の流体（Ｆ）
を再構成すること、を特徴とする。

ここにおいて、２つの成分の標準沸騰温度の差は、例え
ば１０〜１５０℃である。

フラクション（Ｆ１）およびフラクション（Ｆ２）は、
それぞれ、混合物（Ｆ）の５〜９５モル％および９５〜
５モル％、好ましくは２０〜８０モル％および８０〜２
０モル％を占める。

成分の１つは水である（８０〜９５モル％）のが好まし
く、もう１つの成分（５〜２０モル％）は、例えばアル
コール、ケトン、アンモニア、アミン、アミドまたは一
５０〜１００℃の標準沸点を有する、水に可溶なその他
の化合物であるのが好ましい。

使用しうるもう１つの混合物は、２つの異なるハロゲン
化炭化水素、または炭化水素とハロゲン化炭化水素から
なる。

実　　施　　例 実施例１ 第１図を参照しながら本発明の実施例１について説明す
る。

水と水に可溶な物質との非共沸混合物から成る作動流体
（Ｆ）が、液体状態で凝縮器（ｃ）から導管（１）を経
て出る。このときの温度はＴＣであり、圧力はＰＣであ
る。

この流体（Ｆ）は、導管（１）を経て、減圧器（ロ）へ
送られる。この減圧器（０）は、流体（Ｆ）の圧力をＰ
Ｅに下げる。気化は、場合によっては導管（３）で始め
られてもよい。

流体（Ｆ）は、外部流体の熱供給によって、蒸発器（ｍ
内で一部気化される。この外部流体は、導管（１０）か
ら入って、導管（１１）から出て行く。

サイクルのエネルギー効率を増すためには、内部流体（
Ｆ）と外部流体とが向流循環することが好ましい。しか
しながら作動流体（Ｆ）の蒸発は、その他の型の蒸発器
、例えば十字流方式の空気蒸発器内で実施されてもよい
。

導管（４）から出た流体（Ｆ）は、受液器（Ｒ）におい
て蒸気フラクション（Ｆ１）と液体フラクション（Ｆ２
）に分別される。これらのフラクション（Ｆ１）（Ｆ２
）はそれぞれ導管（５）および導管（Ｔ）から排出され
る。

エジェクターの既知の作動原理によれば、導管（５）か
ら導入された気体流体（Ｆ１）は、導管（９）の高圧気
体流体（Ｆ２）に吸入されて同流体（Ｆ２）に混合され
、導管（９）および導管（５）における各圧力の中間の
圧力で導管（６）に再び出てくる。

導管（５）から導入される流体（Ｆ１）には圧縮効果が
ある。なぜなら圧縮操作は、導管（９）から導入される
流体（Ｆ２）の減圧に由来するからである。

生じた混合物（導管（６））は、ＰＥより高い圧力ＰＣ
を有している。

導管（６）において、質量で表わす流量および全体の組
成が凝縮器（ｃ）から出た流体（Ｆ）のものと同じであ
る流体（Ｆ）は、蒸気相である。導管（１２）および導
管（１３）の間を流通する外部流体との熱交換によって
、蒸発器（ＥＶ）および蒸留器（８）において装置内に
導入される熱が、作動流体（Ｆ）の凝縮および冷却によ
り、外部流体に与えられる。この作動流体（Ｆ）は非共
沸混合物からなるので、凝縮は恒温ではない。また作動
流体（Ｆ）と外部流体との熱交換は向流循環が好ましい
。

受液器（Ｒ）から出た液体のフラクション（Ｆ２）は、
導管（Ｔ）、ポンプ（Ｐ）および導管（８）内を流れ、
これによってサイクルは完成する。この液体状態の流体
（Ｆ２）は、ＰＣより高い圧力（Ｐ８）で、かつ流体（
Ｆ２）を気相（これは導管（９）によりエジェクターに
送られる）に変換しつる高温（Ｔ８）で蒸留器（８）内
へ運ばれる。

受液器（Ｒ）に集められだ液相の温度および圧力は、熱
力学の法則に従って、蒸発器（［Ｖ）の出口における温
度および圧力と均衡状態にある。

このことは特に、同液相が、作動流体を成す非共沸混合
物の揮発性の最も低い成分に富んでいるということを意
味している。移送流体（Ｆ２）の気化に必要な蒸留器（
８）の温度は、受液器（Ｒ）に集められだ液相の温度よ
りも高いので、装置の熱力学収率を増加させることが可
能になる。

実施例２ 第２図に示される本発明の実施例２は、蒸発器（ＥＶ）
の出口に受液器（Ｒ）（液相と蒸気相の分離を確実に行
なう）を設けること、および凝縮器（ｃ）から出た熱い
液体と受液器（Ｒ）から出た冷たい蒸気とを熱交換させ
るために、導管（１）に熱交換器（Ｅ１）を設けること
を特徴とする。

実施例３ 第３図に示される本発明の実施例３は、蒸発器（ｍの出
口に受液器（Ｒ）を設けること、および凝縮器（ｃ）か
ら出た液体と、受液器（Ｒ）から出てポンプ（Ｐ）によ
って高圧にされた冷たい液相との間の熱交換を可能にす
る熱交換器（Ｅ１）を設けることを特徴とする。

実施例４ 第４図に示される本発明の実施例４は、蒸発器（ＥＶ）
の出口に第１受液器（Ｒ１）を設けること、凝縮・器（
ｃ）の出口に第２受液器（Ｒ２）を設けること、および
凝縮器（ｃ）を出た凝縮物を過冷却するための熱交換器
（Ｅ１）を設けることを特徴とする。

ここにおいて、２つの受液器（Ｒ１）（Ｒ２）における
液相と気相の組成は、内部の温度、圧力および容積の条
件に密接な関係があり、また最初に装置内に導入された
成分の質量を重視するかどうかに関わっている。

発明の効果 この発明は、上記のように構成されているので、つぎの
ような顕茗な効果を奏する。

（ア）　上記混合物の成分の１つが水である場合、作動
流体は、蒸発器内の一５〜０℃の温度範囲およびボイラ
ー内の１５・０〜１８０℃の温度範囲内で化学的および
熱的に安定な混合物として存在できる。

（イ）　作動流体として水だけを使用する装置に比較し
て、蒸発器における圧力を増加できる。

蒸発器内の低ＩＩ（約０℃）において、水の飽和蒸気圧
は非常に低い（６００パスカル付近）ので、水を単独で
用いる場合には、異なる成分間のすべての仕込物損失を
避けるため、装置の容積を大きくする必要がある。

この発明によれば操業圧力を増加することができるため
、装置の容積を減少することが可能になり、したがって
投資費用が少なくてすむ。

（つ）　非共沸混合物、例えば水・アンモニア、水・ア
ルコールまたは水・ケトン溶液を選ぶことにより、容れ
る流体によっては、炭素鋼または銅のような通常の材料
を使用することができる。

したがって、ステンレス鋼や腐蝕防止剤のような高価な
材料によって装置を被覆する必要がなくなる。

（１）　混合物の成分の１つが水の場合に、もし水が主
成分であれば、水に近い熱力学特性を有する作動流体を
結晶化の恐れなく使用することができる。

ヒートポンプにおける作動の場合、−５℃以下の結晶点
、すなわち周囲空気の温度が０℃に近いとき蒸発器にお
いて普通みられる程度の結晶点を有する混合物が好まし
い。

このことは、作動流体が純粋の水である（これは、蒸発
器の作動温度の下限を０℃に制限する）ところの水・リ
チウムブロマイドの組合わせを用いる吸収装置に対して
、決定的な利点である。

（オ）　機械的に単純なエジェクターを使用するだけで
すみ、従来のヒートポンプにおける圧縮機を用いる必要
がなくなる。

一般に、圧縮機はしばしば装置全体の信頼度を少し欠く
原因となり、また作動流体の均衡を乱すおそれのある給
油を必要とするが、本発明によれば、エジェクターを用
いるだけで、圧縮機を要することなく、作動流体を圧縮
することが可能になる。

（力）　この発明において提案された種類の作動流体は
、圧力が実質的に一定のとき、温度変化にともなって液
体状態から蒸気状態へ変化する（またはこの反対）とい
う特殊性を示すので、流体間で温度差を限定すれば、こ
れらの流体間において、向流で熱交換を実施することが
できる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例を示す系統図である。 すなわち、第１図は実施例１を、第２図は実施例２を、
第３図は実施例３を、そして第４図は実施例４をそれぞ
れ示す系統図である。 （１）〜（１４）・・・導管、（８）・・・蒸留器、（
ｃ）・・・凝縮器、（Ｄ）・・・減圧鼎、（Ｅ）・・・
エジェクター、（Ｅ１）・・・熱交換器、（ｍ・・・蒸
発器、（Ｆ）・・・作動流体、（Ｆ１）・・・気相フラ
クション、（Ｆ２）・・・液相フラクションまたは気相
フラクション、（Ｐ）・・・ポンプ、（Ｒ）（旧）（Ｒ
２）・・・受液器。 以上 特許出願人　アンスティテユ・７ランセ・デュ・ベトロ
ール

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）作動流体（Ｆ）を使用する冷熱および／または温
   熱の製造方法において、 ａ）気体状態の作動流体（Ｆ）を、この流体（Ｆ）の凝
   縮熱を外部流体に伝達しつつ、加圧（ＰＣ）下の凝縮工
   程に付すこと；ただし作動流体（Ｆ）は、モル分率５〜
   ９５％の第１成分と、この第１成分と液相で混和しうる
   モル分率９５〜５％の第２成分との非共沸混合物を含み
   、この混合物の各成分は、化学的に別個のものであり、
   また蒸発することができ、しかも本方法の条件下におい
   て結晶化しないこと、 ｂ）生じた凝縮物を圧力低下に付し、この低下した圧力
   （ＰＥ）下で凝縮物に熱を与えてこれを一部蒸発させる
   ようにし、気化したフラクション（Ｆ１）を、液相のま
   まのフラクション（Ｆ２）から分離すること、 ｃ）液相のままのフラクション（Ｆ２）の圧力を、工程
   （ａ）の圧力（ＰＣ）より高い圧力（Ｐ８）まで上昇さ
   せ、これに熱を与えて蒸気相のフラクション（Ｆ２）を
   得るようにすること、 および ｄ）工程（ｃ）から出た蒸気相のフラクション（Ｆ２）
   を、エジェクション手段内で減圧に付し、この減圧によ
   つて工程（ｂ）から出た蒸気相のフラクション（Ｆ１）
   を同伴してこれら２つのフラクションを混合させて、工
   程（ａ）の圧力（ＰＣ）において気体状態の流体（Ｆ）
   を再構成すること、を特徴とする方法。 （２）液相のフラクション（Ｆ２）を、圧力Ｐ８で工程
   （ｃ）の気化に付すに先立ち、流体（Ｆ）の凝縮液相と
   の間で、この液相の圧力低下前に熱交換接触させること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 （３）気化フラクション（Ｆ１）を、エジェクション手
   段へ送るに先立ち、流体（Ｆ）の凝縮液相との間で、こ
   の液相の圧力低下前に熱交換接触させることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１または２項記載の方法。 （４）流体（Ｆ）の凝縮液相の一部を貯蔵する手段を有
   することを特徴とする特許請求の範囲第１〜３項のうち
   いずれか１項記載の方法。 （５）作動流体（Ｆ）が、水８０〜９５％（モル分率）
   と、−５０℃〜１００℃の標準沸点を有し、かつ水に可
   溶な、少なくとも１つの化合物５〜２０％（モル分率）
   との非共沸混合物から成ることを特徴とする特許請求の
   範囲第１〜４項のうちいずれか１項記載の方法。 （６）作動流体（Ｆ）が、水と少なくとも１つのアルコ
   ールとの混合物から成ることを特徴とする特許請求の範
   囲第１〜５項のうちいずれか１項記載の方法。 （Ｔ）作動流体（Ｆ）が、水とアンモニアとの混合物か
   ら成ることを特徴とする特許請求の範囲第１〜５項のう
   ちいずれか１項記載の方法。 （８）作動流体（Ｆ）が、水と少なくとも１つのケトン
   との混合物から成ることを特徴とする特許請求の範囲第
   １〜５項のうちいずれか１項記載の方法。 （９）フラクション（Ｆ１）およびフラクション（Ｆ２
   ）が、混合物（Ｆ）のそれぞれ２０〜８０モル％および
   ８０〜２０モル％を占めることを特徴とする特許請求の
   範囲第１〜８項のうちいずれか１項記載の方法。