JPS62266367A - 冷暖熱発生装置 - 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 本発明は冷暖房空調、排熱回収等行なうヒートポンプシ
ステムに関するものである。

従来の技術 従来ヒートポンプシステムについては、様々な方法が提
案されているが、フロンを用いた蒸気圧縮式、リチウム
ブロマイドと水を用いた吸収式が、主として実用されて
いるにすぎない。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら前者については、効率は良いのであるが、
その作動圧力が高いために、騒音、振動も高く、また配
管等も耐圧を要するために堅牢かつ精密な造りにする必
要があり、高価な製品にならざるを得なかった０さらに
、フロンについてはオゾン層の破壊の懸念が持たれ、そ
の使用については、量を削減しようという全世界的な動
きもあリ、少なからず問題を内在していた。また、後者
についても、効率がそれほど高くなく（入力に対する出
力が１ｏｏ％前後である。、空冷化が困難真空系に近い
ために配管類が大型化し装置全体の小型化が困難の問題
があった。

問題点を解決するだめの手段 本発明は前記問題点を解決するために、熱交換機能を有
する低圧の第一反応器および高圧の第二反応器と、両反
応器を連結する気体輸送路、液体輸送路、液体返送路と
、その気体輸送路には気体圧送機を、液体輸送路には液
体圧送機を、液体返送路には圧力開放器をそれぞれ設け
、第一反応器では液体からの気体の脱離に伴う吸熱反応
を、第二反応器では、液体への気体の吸収に伴う発熱反
応を行なわせしめ、第一反応器からは冷熱を、第二反応
器から暖熱を取り出せるよう構成するとともに、前記第
一、第二反応器内の液体の流れ方向と、外界にまたは外
界から熱を運ぶ媒体の流れ方向とは向流であり、かつ両
者の間で壁面等分して來又換するよう構成した化学反応
を利用したヒートポンプシステムを提供するものである
。

作　　　用 上記構成における作用について以下に述べる。

一般に可逆的化学反応系においては、高温で吸熱、低温
で発熱反応が進行するのであるが、系の圧力を変化させ
ることによって逆の反応を起こさせることも可能である
。つまり、ある系において、高温高圧で発熱反応、低温
低圧で吸熱反応を進行させられる。本発明はこのような
系を利用して新方式ヒートポンプシステムを形成するも
のであり、特に反応系として、 気体＋液体＃液体＋反応熱（発熱） となるものを選んで構成している。右向きが発熱反応で
ちり、左向きが吸熱反応となる。よって、低圧の第一反
応器で左向き、高圧の第二反応器で右向きの反応を進行
させ、それぞれの反応器から熱交換によって冷暖熱を目
的に応じて取り出すことが可能となる。この時、反応器
内の液体と熱媒体との間で向流熱交換させるのであるが
、その詳細な作用効果については実施例のところで述べ
る。

そして気体圧送機、液体圧送機、圧力開放器は、反応を
進行させるだめの高圧低圧条件を作るために用いるので
あるが、反応物質である気体、液体それぞれおよび組み
合わせ、濃度圧力等は、利用する熱の温度レベルに応じ
て適切に選ばれる。また熱回収器９は液体圧送路５側へ
冷熱を回収するために用い、熱回収器１０はその反応側
へ暖熱を回収するために用いる。

実施例 本発明による冷暖熱発生装置の概念図を第１図に示す。

１は第一反応器であり、２が第二反応器であり、両反応
器は、空気、水等の媒体を介して外界との熱交換が可能
であるとともに、途中に気体圧送＠６を設けた気体輸送
路３、液体圧送機７を設けた液体輸送路４、圧力開放機
８を設けた液体反応路５でそれぞれ結ばれる。このとき
両反応器中での吸収および脱離反応を速やかに行なわせ
るために、気液の接触面積を増加させるような充填物あ
るいは触媒などを充填したシ、流れを攪乱させるような
操作、構造にするなどの配慮が必要である。９．１０は
気体輸送路３と液体輸送路４の両方と、液体返送路６と
の間で熱交換を行なう熱回収器であるが、必要に応じて
液体輸送路４と液体返送路６との間だけで熱交換するよ
うにしてもよい。り中の矢印は反応物あるいは反応生成
物の流れ方向を示す。

次に第２図に第二反応器２の断面図を示す。１０が反応
部であり、反応物質である気体と液体が反応物質入口１
１から導入され吸収発熱反応をしだ後に反応物質出口１
２から出て圧力開放器８を通り第一反応器１に戻される
。１３は気液の接、触面積を増加させるための充填物で
あるが、吸収速度を増加させるだめの触媒を設置するこ
ともある。

１４は熱媒体流路であり、熱媒体人口１５から入り熱媒
体出口１６から出るまでの間に、熱交換壁面１７を介し
て反応部１０内の液体と熱交換を行なう。本実施例では
熱媒体として水を用いているが、目的、温度レベル等に
応じて他の流体をも用いることができる。図中実線矢印
は熱媒体の流れ方向を示し、破線矢印は液体反応物質の
流れ万同を示しているが、熱交換壁面１７内外の液体は
いわゆる向流熱交換の状態にある。また図示はしないが
、同様にして第一反応器１に於いても向流熱交換が行な
われている。しかし、このときの気体反応物質の流れ方
向は、液体物質のそれに対して向流併流どちらの方向に
しても構わない。

第３図は、これら一連のサイクルをＰ−Ｔ線図上に示し
たものである。縦軸は気体反応物質の分圧（それだけの
場合は全圧）を対数表示したものであシ、横軸は温度を
示している。ｘｌ、ｘ２は、液体反応物質に対する気体
反応物質の濃度を示し、二本の線はそのときの温度に対
する反応平衡分圧をしめしている。但しｘｌ＜　Ｘ２で
ある。線分へＢが圧力Ｐ１における第一反応器での脱離
反応過程を示し、線分ＣＤが圧力Ｐ２における第二反応
器での吸収反応過程を示している。Ｐｌ〈Ｐ２であり、
Ｔ１くＴ２くＴ３〈Ｔ４である。このとき線分ＣＤに注
目してみると、上述のように液体反応物質は熱媒体と向
流熱交換するだめに、反応の進行と共に温度はＴ４から
Ｔ３へと徐々に降下していき（一般に吸収反応は低温で
有利であるから）さらに反応が進行し易くなり速度が大
きくなる。また、線分ＡＢに於いては逆に温度はＴ　か
らＴ２に上昇しなから吸熱脱離反応が進行するので、や
はりその速度は大きくなる。そして熱媒体は第一反応器
の出口ではＴ１の温度に近い状態となり、外界に冷熱を
供給することが可能となり、第二反応器の出口ではＴ４
の温度に近い状態となり、外界に暖熱を供給することが
可能となる。このようにサイクルは全体として矢印で示
すようにＡＢＣＤと循環することになる。

次にヒートポンプシステムとして機能させるためてどの
ような反応系を選ぶかについて簡単に記す。

基本的には目的とする得たい温度レベルに応じて、反応
系を選ぶべきであり、また反応圧力も設定するべきもの
であるが、可能な系として次のようなものがある。

たとえば、炭酸ガス、硫化水素等の酸性ガスと、アルカ
ノールアミン類あるいはアルカリ塩類のどちらかまたは
両者の混合であるアルカリ性水溶液から成る反応系、ま
たはその後者が、スルフオラン、ポリニチレングリコー
ルジメチルエーテル、プロピレンカーボネイト、メタノ
ール等の有機剤であるか、有機剤を混入した反応系、ア
ンモニアと水から成る反応系、比較的低い蒸気圧のハロ
ゲン化炭化水素かハロゲン化アルコールと有機剤から成
る反応系などである。これらのうちから具体的に反応物
を選んで、ヒートポンプとして作動したときの成績例に
ついて以下に示す。

（実施例１） 炭酸ガスとジェタノールアミン３モル／リッター水溶液
から成る系において、低温低圧側：５℃、０．０７ａｔ
ａ、高温高圧側：６０’Ｃ１４，０ａｔａ、なる条件に
おいて、気体および液体用圧送機の総入力に対する冷房
出力で約３００％を得た。

（実施例２） 硫化水素とモノエタノールアミン２モル／リッター水溶
液から成る系において、低温低圧側＝８０℃、２０Ｔｏ
ｒｒ、高温高圧１ｌｌＩＩＩ：１２０°Ｃ，１２００Ｔ
ｏｒｒ。

なる条件において、入力に対する昇温の出力で約ＳＯＯ
％を得た。

発明の効果 以上のように本発明によれば次のような効果が得られる
。

ａ　作動圧力が大気圧に近いために、圧送機、配管、シ
ール等の部材を樹脂などの安価な材料、簡単な構成で済
ますことができ、全体としてコストが安くなる。

ｂ　システムが非作動中においても系内外の圧力差が小
さいため、ａと同様の効果がある。

Ｃ適当な反応系を選ぶことによって様々な使用目的、温
度レベルに対応できる。

ｄ　全て流体から成る反応系であり、成分の晶出もない
ため、水冷、空冷等の熱交換の形態に自由度が太きい。

ｅ　小型装置から大型装置まで対応できる。

ｆ　フロンレスのヒートポンプシステムモ可能であり、
その場合にはオゾン層云々の心配がなくなる。

ｑ　動力源が電気だけでよいため取り扱いが簡単である
。

ｈ　反応速度の増大により反応器がコンパクトとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例の冷暖熱発生装置の概念
図であり、第２図は第１図における第二反応器の断面図
、第３図はＰ　−Ｔ線図上でのサイクル図である。 １・・・・・・第一反応器、２・・・・・・第二反応器
、３・・・・・・気体輸送路、４・・・・・・液体輸送
路、５・・・・・・液体返送路、６・・・・・・気体圧
送機、７・・・・・・液体圧送機、８・・・・・・圧力
開放器。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第　
１　図 ８圧力開放器 第２図 第３図 万　　　　　　万　万　　　　Ｔ４ □　　温　度　（Ｔ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）外界との熱交換機能を有する低圧の第一反応器お
   よび高圧の第二反応器と、両反応器を連結する気体輸送
   路、液体輸送路、液体返送路と、前記気体輸送路には気
   体圧送機を、前記液体輸送路には液体圧送機を、前記液
   体返送路には圧力開放器をそれぞれ設け、前記第一反応
   器では液体からの気体の脱離に伴う吸熱反応を、前記第
   二反応器では、液体への気体の吸収に伴う発熱反応を行
   なわせしめ、前記第一反応器からは冷熱を、前記第二反
   応器からは暖熱を取り出せるよう構成するとともに、前
   記第一、第二反応器内の液体の流れ方向と、外界にまた
   は外界から熱を運び媒体の流れ方向とは向流であり、か
   つ両者の間で壁面等介して熱交換するよう構成した冷暖
   熱発生装置。
2. （２）第一、第二反応器をそれぞれに近い場所に於いて
   、前記気体輸送路と前記液体輸送路の両方あるいは前記
   液体輸送路と、前記液体返送路との間で熱交換させる熱
   回収器を設けた特許請求の範囲第１項記載の冷暖熱発生
   装置。