JPS63500260A - 太陽エネルギ−再生における改良 - 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】 発明の分野 本発明は、太陽の放射熱を収集する方法ならびに装置の改良に係り、特に吸熱反 応によって解離し発熱反応によって再結合する流体を使用した装置に係る。

発明の背景 地表面の広い面積にわたって太陽エネルギーを収集し集積する従来の方法は、次 の各々がある。：ｌ）太陽エネルギーを熱吸収板によって収集し熱に変換する。

この熱によって液体を沸騰させるか、或いは流体の温度を上昇せしめ、この加熱 流体から放熱させて生じたエネルギーを共通の熱再生プラントに移行せしめる方 法。

２）太陽エネルギーは放物面鏡または放物面類似の鏡で収集され、これを焦点吸 収器内で熱に変換せしめて、流体の温度を上昇せしめるか、或いは液体を沸騰さ せる。何れの場合でも前記ｌ）の場合の如く、加熱流体から放熱させる方法。

３）太陽エネルギーは平面鏡あるいは略平面の鏡で収集され、放射エネルギーの 進行方向を変えて、通常直立した普通の焦点吸収器に入射させる。熱エネルギー は、流体の熱交換作用によって前記焦点吸収器から再生される。

オーストラリア特許明細書第４９５３９５号に開示された太陽エネルギー収集装 置においては、流動性媒体が吸熱反応によって解離し、次いで発熱反応によって 再結合して非解離状態の流体にもどるものであり、この装置は下記の各々より成 る： ａ）在る一定の昇温状態において、未解離状態の流体を吸収反応管内に流入せし める手段、 ｂ）太陽放射熱を前記吸収反応管の外面に集中させる手段、 Ｃ）主制御装置によって作動し、前記太陽放射熱集中手段の方向を制御する手段 、 ｄ）前記吸収反応管から来る流体を、冷却する第１の還流熱交換器に流通させる 手段、 ｅ）前記流体を反応室に導入させ、該反応室内において、解離生成物を部分的に 再結合させて熱エネルギーを放出させる手段、 ｆ）非解離流体と解離した流体とを分離する分離装置、 ｇ）解離した流体を前記反応室へ返送する手段、ｈ）未解離の流体を前記第１の 熱交換器へ返送して、前記吸収反応管に流入される流体を事前に加熱する手ｊ） 前記反応室から熱エネルギーを再生させる手段、前記の説明中において、解離す る流体とは、解離によって、より単純な成分になると共に、全体としては流動性 を失わないような流体である。解離によって生じた単純な成分は次に再び結合さ れ、初めの流体と同一の成分を有する非解離の流体に復帰する性質を有する。

下記に列挙した論文は、ごく最近において、オーストラリア、キャンベラ市の国 立大学の研究者によって発表されたもので、何れも熱化学的エネルギー変換の開 発に関する論文である。

カートン、Ｐ、Ｏ，著（１９８１）、エナージ・コンバージョン争テクニカルＱ レボ−）−Ｎｏ、２３．デパートメント慟オブーエンジニアリングフイジックス 、オーストラリアン・ナショナルユニヴアーシティー、キャンベラ、オーストラ リア。

カートン、Ｐ、０．アンド　ウィリアムス、００Ｍ。

著（１９７８）、インターナショナル−ジャーナル・オブｏｘナージ・リサーチ （Ｉ　ｎｔ　、Ｊ　、　Ｅｎｅ　ｒｇｙ　。

Ｒｅ　ｓ　ｅ　ａ　ｒ　ｃ　ｈ）　２　、３８９−４０６゜ウィリアムス、Ｏ， Ｍ、著（１９７８）、ソーラーエナージ（Ｓｏｌａｒ　Ｅｎｅｒｇｙ）２０，３ ３３−３４２゜ ウィリアムス、Ｏ，Ｍ、著（１９８１）、ソーラ・エナージ（Ｓｏｌａｒ　Ｅｎ ｅｒｇｙ）２７，２０５−２１４゜ ウィリアムス、００Ｍ、アンド　カートン、Ｐ、０゜著（１９７９）、インター ナショナル・ジャーナル・オブ・エナージ・リサーチ（Ｉｎｔ、Ｊ、Ｅｎｅｒｇ ｙ。

Ｒｅ５ｅａｒｃｈ）３．２９−４０゜ 発明の概要 同一出願人の有する過去の特許中に記載された装置においては、次記の如き欠点 があった。即ち、合成終了流線の外部にある各流線の動作には高い圧力を必要と し、不経済であった。即ち、圧力が高いために、配管系が設３１基準に適合する ことを強いられるため、技術的にも経済的にも多くの問題が発生した。例えば、 適切な材料はコスト高となり５管壁は厚くする必要があるので、配管の接合の問 題が発生する。圧力の増大によって管壁の厚みを増加する必要があるため、その 結果として熱交換が困難となるという問題が生じた。

更に、流体の解離に関する反応動力学が、高圧においては役立たないという問題 がある。（但し流体の合成は可能である。） 既存の装置においては、合成装置からの熱を、従来の熱機関、即ち蒸気機関の作 動流体中へ伝導させる必要があるため、効率が低いという欠点があった。

本発明の目的は、前記の諸欠点を除去するためのものである。

本願発明者は、有効な熱を伝導によって抽出する代りに、膨張タービンを使用し て生成された熱の流れから直接に仕事を得ることにより、前述した既存の装置を 改善することを発見した。

本発明は、一種の新しい概念に基づいてなされたものである。即ち複数個のター ビンを使用することによって、出力される仕事が熱化学的流体の流れから直接に 獲得されること、並びに、全体の発熱端末における変換は、等温圧縮器によって 消費される一種の熱機関と同じ作用をするものである。気体および蒸気を媒体と する従来のタービンと比較して、直接に仕事を再生するこの種のタービンにおい ては、作業流体が大気圧或いは準大気圧中に排出されるものではないために、極 めて濃厚な作業流体によって動作する。従って極めて小型になり、必要ならば高 速で動作させることも可能であり、更に小型化することが可能となる。

即ち本発明は、同一出願人に係る前記オーストラリア特許第４９５３９５号の発 明の改良乃至は変形に相当するもので、その開示内容は本発明の参考開示として 含まれるものとする。

図面の簡単な説明 本発明を更に詳細に説明するため、下記各々の図面を添付する。第１図に示す如 く、再圧縮は多段圧縮機によって行われる。第２図及び第３図は、前記流体の流 れと吸熱反応端末との、低圧における動作を考慮に入れた場合に、第１図の構成 を如何に改善すればよいかを示すもので、即ち本発明の実施例であり、且つ第１ 図の改良である。

図面の簡単な説明 第１図においては、中間段階の冷却器と後段冷却器とによって、圧縮過程が実際 に等温的になるように配慮されている。アンモニアを使用した装置の場合の如く 、２種の相が関係している場合には、前記各冷却器からの生成物には液体凝縮成 分が含まれている。これを除去するために、生成物は液体を凝結させるのに十分 な大きな管より成る分離器に挿入される。然る後凝結液体はポンプによって別個 に圧縮される。前記分離器から出た気体は１次の圧縮段へ供給される。かくして 、各圧縮段へ供給される気体の量は逐次減少するので、各圧縮段階はその直前の 段階より小規模なものとなる。実際上、重要な基準は、何れの圧縮段階において も凝縮が起らないようにすることにある。それは高速度の液滴による損傷が予想 されるからである。この基準と密接に係る流体の性質はΔＳｄ／ΔＰ、即ち露点 エントロピーの増加と、それに対応する圧力の増加との比で表される。但し、圧 縮段の入力側における飽和流体の状態を基準とする。ΔＳｄ／ΔＰが負または零 の場合には、凝縮液体の形成は不可能となる。必要な全区域にわたってΔＳｄ／ ΔＰは負であるから、これはアンモニアを使用した装置の場合である（−１Ｅ− ５Ｋｃａ　ｌ／に、Ａｔｍ、ｍｏ　１　ｅＮＨｃ７）オーダーである。） 第２図と第３図は、流体の流路と吸熱反応末端の低圧に於ける動作を考慮に入れ た場合、第１図の構成を如何に改善したらよいかを示すものである。これは取引 協定書の項に詳説したように種々の利点を有する。第２図の構成では２基の圧縮 器が平列に設けられ、一方は飽和蒸気用で、他方は、吸熱端末において完全に解 離して得られた乾燥気体用のものである。この構造では、ごく僅かのアンモニア が吸熱端末から未解離状態で返送されるだけなので、流体流路を最大限に活用す ることができる。

また、飽和蒸気と不飽和蒸気との混合による損失が回避されるので、高い効率が 得られる。

８３図の構成では、流体の解離は多少不完全である。

吸熱端末から返送される混合物質が、熱交換器の冷却側から発生する流量ｊに等 しいならば理想的である。これら２つの流れは混合され、混合損失のない方の圧 縮器で圧縮される。この構成における主要な利点は、不完全解離でも高い効率が 維持されるので、解離用の触媒の量が更に節減されることである。

第２図及び第３図の何れの構成に於いても、解離における反応の度合を示してい る数値は絶対的なものではない。

即ち、何れの構成においても解離反応の程度は可成り広い範囲が許容される。

図面に関する補足説明 第２図と＠３図は第１図の変形例であり（仕事量を直接に再生するようにした発 熱端末を備えた構成）、低圧流体の流通を可能としたものである。

図中には代表的な反応度合が記入されている。その他の量の記載は、アンモニア （液体並びに蒸気の状８）、窒素及び水素（両者の質量の合計量）、並びに前記 各成分の合計量（総和記号によって示す）に関して、相対的な質量の流通状態を 明示しである。

国際調査報告 ＩＡＩＩ、ｐ１□７□１゜、、、、、、、、、、、ＰＣＴ／Ａｌ＋　８６７００ １３０ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＨＥ　ＴＮＴＥＲＮＡｎＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲ ＥＰＯＲＴ　ＯＮ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．吸熱反応によって解離し、然る後、発熱反応によって再結合して非解離の流 体に復帰する流体を内蔵し、下記各々より成る太陽エネルギー収集装置：ａ）在 る一定の昇温状態において、未解離状態の流体を吸収反応管内に流入せしめる手 段、 ｂ）太陽放射熱を前記吸収反応管の外面に集中させる手段、 ｃ）主制御装置によって作動し、前記太陽放射熱集中手段の方向を制御する手段 、 ｄ）前記吸収反応管から来る流体を、冷却する第１の還流熱交換器に流通させる 手段、 ｅ）前記流体を反応室に導入させ、該反応室内において、解離生成物を部分的に 再結合させて熱エネルギーを放出させる手段、 ｆ）非解離流体と解離した流体とを分離する分離装置、 ｇ）解離した流体を前記反応室へ返送する手段、ｈ）未解離の流体を前記第１の 熱交換器へ返送して、前記吸収反応管に流入される流体を事前に加熱する手段、 ｉ）前記流体を大気圧以上の圧力に保持させる手段、ｊ）前記反応室から熱エネ ルギーを再生させる手段、
2. ２．吸熱反応によって解離し、然る後、発熱反応によって再結合して非解離の流 体に復帰する流体を内蔵する太陽エネルギー収集装置であり、 ａ）在る一定の昇温状態において、未解離状態の流体を吸収反応管内に流入せし める手段、 ｂ）太陽放射熱を前記吸収反応管の外面に集中させる手段、 ｃ）主制御装置によって作動し、前記太陽放射熱集中手段の方向を制御する手段 、 ｄ）前記吸収反応管から来る流体を、冷却する第１の還流熱交換器に流通させる 手段、 ｅ）前記流体を反応室に導入させ、該反応室内において、解離生成物を部分的に 再結合させて熱エネルギーを放出させる手段、 ｆ）非解離流体と解離した流体とを分離する分離装置、 ｇ）解離した流体を前記反応室へ返送する手段、ｈ）未解離の流体を前記第１の 熱交換器へ返送して、前記吸収反応管に流入される流体を事前に加熱する手段、 ｉ）前記流体を大気圧以上の圧力に保持させる手段ｊ）前記反応室から熱エネル ギーを再生させる手段、より成るものであって、更に、複数個のタービンを使用 することによって、出力される仕事が熱化学的流体の流れから直接に獲得される こと、並びに、全体の発熱端末における変換は、等温圧縮器によって消費される 一種の熱機関と同じ作用をするもの。
3. ３．前記請求の範囲第１項又は第２項に基き、且つ略前記詳細な説明及び図示に よる太陽エネルギー収集装置。
4. ４．前記において個別的或いは総合的に開示したすべての新規な実施形態。