JP2009536705A

JP2009536705A - 方法及び装置

Info

Publication number: JP2009536705A
Application number: JP2009508487A
Authority: JP
Inventors: ルネミットゥン
Original assignee: Rm Energy AS
Current assignee: Rm Energy AS
Priority date: 2006-05-11
Filing date: 2007-05-10
Publication date: 2009-10-15
Also published as: WO2007132183A2; CN101529056B; AU2007251367A1; NO20085152L; EP2069612A2; RU2008149082A; CN101529056A; US20090293516A1; GB0609349D0; WO2007132183A3

Abstract

エネルギー転送システムは、転送媒体のための密閉回路（２０）を包含し、凝縮器／吸収器（２２）、液体ポンプ（２４）、蒸発器（２６）、過熱器（２８）及びエネルギー消費装置（３０）を含む。回路は低圧側（３２）及び高圧側（３４）を有し、媒体は、高圧側（３４）で液相から気相に変換され、低圧側（３２）で戻る。凝縮器／吸収器（２２）は、例えば石炭粉末やナノチューブのような固形材料の吸収性物質を含み、モジュールユニットを形成するために蒸発器（２６）と結合してもよい。

Description

本発明は、エネルギーを転送するための方法及び装置に関する。

エネルギー転送サイクルは、蒸発装置に供給された熱によって液体が気化されることが知られており、こうして生成された蒸気は、特にタービンのような蒸気エンジンを駆動するために、エネルギーを出力するのに使用され、タービンからの蒸気出力は、復水装置内で凝縮され、そして、こうして生成された液体は、蒸発装置へポンプで送り戻される。そのようなシステムは、例えばＢＥ−Ａ−８９５,１４８；ＤＥ−Ａ−３,４４５,７８５；ＧＢ−Ａ−９１６０／１８９９；及びＧＢ−Ａ−１５３５１５４に開示されている。

循環媒体を低揮発性液体と高揮発性液体との混合物の形態とし、後者の液体を凝縮器／吸収器で凝縮し、ここで後者の液体を低揮発性液体へ吸収し戻すことが知られている。そのようなシステムは、ＥＰ−Ａ−１８１,２７５；ＥＰ−Ａ−３２８,１０３；ＧＢ−Ａ−２９４,８８２；ＪＰ−Ａ−５６−０８３,５０４；ＪＰ−Ａ−５６−１３２,４１０；ＪＰ−Ａ−０５−０５９,９０８；及びＵＳ−Ａ−５,００７,２４０に開示されている。

本発明の１つの様相によれば、回路を通して流体物質を流れさせ、そして順次、前記物質が比較的高圧の下では、源からエネルギーを入力することにより前記物質を液相から気相へ変換し、前記物質が比較的低圧の下では、エネルギーを出力することにより前記物質を前記気相から前記液相へ変換する、エネルギーを転送する方法が提供されている。

本発明の他の様相によれば、回路と、流体物質を前記回路の中で変位させるようにする変位装置と、源からエネルギーを入力することにより前記物質を液相から気相へ変換させるようにする前記回路内の蒸発装置と、エネルギーを出力することにより前記物質を前記気相から前記液相へ変換させるようにする前記回路内の凝縮装置とを包含しており、前記変位装置が、前記液相に直接作用するポンプを含み、前記ポンプが前記凝縮装置の下流且つ前記蒸発装置の上流にある、エネルギーを転送するための装置が提供されている。

本発明により、供給された全エネルギーにおける利用可能な割合を増加させること、換言すると、システムに供給された全エネルギーにおける、変換の達成で失われる割合を減少させることが可能となる。

有益的には、凝縮装置は、固形材料の吸収剤を有する凝縮器／吸収器の形態である。これは、媒体混合物を使用するシステムに比べ、混合物を蒸気と液体へ分離するために熱を与える必要が回避される利点がある。

さらに、本発明システムは、凝縮装置を蒸発装置と組み合わせて、単一の組立体、好適にはモジュールユニットとすることにより、比較的簡素化することができる。

図１は、先行技術の冷凍システムを示す概略図である。図２は、本発明によるシステムの実施例の概略図である。図３は、図２のシステムの様々な適用を示す概略図である。図４は、図２の実施例の一形式を詳細に示す概略図である。図５は、図２の実施例の他の形式を詳細に示す概略図である。

本発明を明確且つ完全に開示するために、以下本発明の実施例について添付図面を参照して詳述する。

図１に関し、システムは、圧縮機４、凝縮器６、膨張弁８及び蒸発器１０を直列に含む密閉回路２を包含する。回路２は、例えば物質Ｒ２２（単一のハイドロクロロフルオロカーボン）のような冷媒へ熱エネルギーを入力する蒸発器１０を含んでいる低圧側１２と、冷媒から熱エネルギーを放出させる凝縮器６を含んでいる高圧側１４とを有する。このシステムの欠点は、かなりのパワー入力を必要とし且つ嵩張って高価である気相圧縮機４が必要となることである。この先行技術のシステムでは、圧縮機４は気相冷媒の圧力を増加させ、その後、気相冷媒が凝縮器６で液相に変換され、この凝縮器から熱エネルギーが放出され、冷媒は膨張弁８に達し、この膨張弁は、圧力降下に起因する物質への冷却効果を有していて、部分的に気相及び部分的に液相への物質の変換を生じさせる。蒸発器１０では、冷たい液体物質が外部から熱エネルギーを受け取り、物質はその気相で圧縮機４に供給される。こうして、物質は、低圧の下ではその液相からその気相へ変換され、高圧の下ではその気相からその液相へ変換される。

図２に関し、このシステムも密閉回路２０を含んでいるが、このシステムは、凝縮器／吸収器組合せ２２、液体ポンプ２４、蒸発器２６、過熱器２８及びエネルギー消費装置３０を含んでおり、エネルギー消費装置はタービン、プロペラ、ピストン−シリンダ駆動装置あるいはガス機関であってよい。また、回路２０は低圧側３２及び高圧側３４を有するが、物質は、高圧側３４ではその液相からその気相へ、そして低圧側３２ではその気相からその液相へ変換される。損失を無視すると、周囲環境から気相の物質が熱エネルギーを受け取り得る過熱器２８への熱入力は、エネルギー消費装置３０で消費される。回路２０内の物質は、過熱器２８に熱エネルギーを供給する周囲の源の温度よりも低い少なくとも３０℃である大気圧の蒸発温度レベルを有するすべての適宜の物質であってよい。周囲の源は、地面付近の空気、あるいは海、湖又は河川の水であってよい。好適には、蒸発温度レベルは、源の温度よりもかなり低く、例えば、水では少なくとも５℃低く、空気では少なくとも１０℃低い。そのような物質の例はＲ２２，二酸化炭素及び窒素である。

このシステムの利点は、圧縮機４に相応する液体ポンプ２４が、回路を回って物質を駆動するための原動力を供給し、圧縮機４よりはるかに少ない所要電力を有し、さらに、よりコンパクトで安価である。

図３に関し、これは、過熱器２８への熱エネルギー入力が、外気から、あるいは、河川又は海からのような周囲の水からであってよいことを示している。特に、過熱器２８は、建物、特にホテルのような大きな建物の空気調和装置の冷水器に代えることができる。また、図は、エネルギー消費装置３０が発電機３８、船舶用プロペラ４０を駆動してもよく、あるいは、車両４２のエンジンに代えてもよいことを示している。発電機３８は、ホテル３６、家屋４４及び／又はポンプ２４に供給するのに使用されてよい。

図４に関し、凝縮器／吸収器２２は、例えば木炭又石炭の粉末あるいはナノチューブのような毛細管性質の固形材料の吸収性物質４８を入れたシェル４６を含む。シェル４６及び吸収性物質４８を通って、コイル５０の形状をなす蒸発器２６が延びている。従って、凝縮器／吸収器２２及び蒸発器２６は、４つの入口及び出口だけを備えた組立体を構成する。コイル５０に接している吸収性物質４８の作用は、吸収性物質に入る物質の飽和蒸気圧を低減することである。コイル５０の内部では、吸収性物質４８内で存在するよりも高圧力の下で気相が生起される。

通常、熱力学サイクルでは、凝縮器圧力は蒸発器圧力よりも高いが、図４に示されるシステムでは、吸収性物質４８を使用しているために、凝縮器圧力は蒸発器圧力よりも低い。吸収性物質４８内での蒸気の凝縮の間に放出される熱エネルギーは、蒸発器２６のための熱要求を平均させる。コイル５０の内面面積は、過熱器２８への蒸気の質量流量を決定する大きな要因である。回路内のガス状物質の温度が周囲温度よりも低いので、過熱器２８は、外気又は水から回路内の物質へ熱エネルギーを転送する。過熱された蒸気は、圧力調整ソレノイド弁５２を介してタービン３０に入る。タービン３０からの低圧の出力蒸気は、凝縮器／吸収器２２に入って凝縮され、従って熱エネルギーを放出する。タービン３０は、発電機３８を駆動するのに使用され、この発電機は、タービン３０による電力発生よりもはるかに少ない電力消費、例えばタービンで発生された電力の１０％〜１５％の電力消費をもつ圧縮機５４を駆動する。圧縮機５４は、液体リザーバ５６に、回路２０内の最低圧力を生起する。シェル４６の底部には、液体の凝縮液のためのリザーバ５６への流れ接続部５７がある。凝縮液が吸収性物質４８を通り過ぎると、液体の一部は直ちに蒸発し、質量流量の約１０%である「フラッシュ」蒸気を生じる。圧縮機５４は、リザーバ５６からこの「フラッシュ」蒸気を抜き出し、そして、補助凝縮器５８及び膨張弁６０を経て、これらアイテムの援助で、「フラッシュ」蒸気を液体の凝縮液に変換し、これをリザーバ５６に送出する。液体ポンプ６２は、リザーバ５６内の凝縮液を逆止弁６４を介してコイル５０へ送る。ポンプ６２はギヤ又は遠心ポンプであってよい。圧縮機５４は、装置３０から機械的に、あるいは、スイッチ６８及び７０を経て発電機３８又は外部電源６６から電気的に駆動されてよい。圧力逃し弁７２はタービン３０及びソレノイド弁５２をバイパスする。

図５に示される形式は、多くの点で図４のものとは異なる。第１に、特にシステムの始動位相中に稼動する補助回路６１は、リザーバ５６を含む代わりに、リザーバ５６の内部に主過冷却器を形成する蒸発器７４を含み、その結果、回路６１は回路２０から完全に独立するとともに、「フラッシュ」蒸気はリザーバ５６自体の内部で凝縮される。さらに、液体は、リザーバ５６内の補助過冷却器７６を介し、ポンプ６２によりコイル５０へ送られ、これにより、ポンプ６２による液体の加熱が中和される。その上、装置３０は出力歯車箱及び動力軸７８を有する。さらに、装置３０からの低圧蒸気出力は、配管を介する代わりに、シェル４６の頂部へ直接入る。

Claims

回路を通して流体物質を流れさせ、そして順次、前記物質が比較的高圧の下では、源からエネルギーを入力することにより前記物質を液相から気相へ変換し、前記物質が比較的低圧の下では、エネルギーを出力することにより前記物質を前記気相から前記液相へ変換する、エネルギーを転送する方法。
前記気相から前記液相への前記物質の前記変換が、前記気相の飽和蒸気圧を低減させることからなり、前記気相から前記液相への前記物質の前記変換が、固形の吸収剤を利用して前記気相を吸着する、請求項１記載の方法。
前記物質が、周囲の水である前記源の温度よりも少なくとも５℃低い、前記液相と大気圧の前記気相との間の遷移温度レベルを有する、請求項１又は２記載の方法。
前記物質が、外気である前記源の温度よりも少なくとも１０℃低い、前記液相と大気圧の前記気相との間の遷移温度レベルを有する、請求項１又は２記載の方法。
回路と、流体物質を前記回路の中で変位させるようにする変位装置と、源からエネルギーを入力することにより前記物質を液相から気相へ変換させるようにする前記回路内の蒸発装置と、エネルギーを出力することにより前記物質を前記気相から前記液相へ変換させるようにする前記回路内の凝縮装置とを包含しており、前記変位装置が、前記液相に直接作用するポンプを含み、前記ポンプが前記凝縮装置の下流且つ前記蒸発装置の上流にある、エネルギーを転送するための装置。
前記凝縮装置が、前記気相の飽和蒸気圧を低減し、前記気相のための固形の吸収剤を含む、請求項５記載の装置。
前記凝縮装置が前記蒸発装置に接している、請求項６記載の装置。
前記吸収剤が前記蒸発装置に接している、請求項７記載の装置。
前記回路内に、前記蒸発装置の下流で前記気相のための過熱装置と、前記過熱装置の下流でエネルギー消費装置とをさらに包含し、前記凝縮装置が前記エネルギー消費装置の下流にある、請求項５ないし８のいずれか１項に記載の装置。
前記エネルギー消費装置が駆動装置を含む、請求項９記載の装置。
気相−液相変換装置を含み、前記凝縮装置から流れる前記気相を前記液相へ変換する補助回路をさらに包含する、請求項１０記載の装置。
前記補助回路が、最初に記載の回路と流体連通する、請求項１１記載の装置。
前記補助回路が、最初に記載の回路と流体連通していない、請求項１１記載の装置。
前記ポンプの下流に過冷却器をさらに包含する、請求項５ないし１３のいずれか１項に記載の装置。