JP2556222B2 - Chemical refrigeration equipment - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本願発明は、化学反応に伴う吸熱
作用を利用して冷凍機能を実現した化学式冷凍装置に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a chemical refrigerating apparatus which realizes a refrigerating function by utilizing an endothermic action associated with a chemical reaction.
【0002】[0002]
【従来の技術】昨今の、特に夏季における人々の冷房へ
の要求は年々増大する一方であり、それに伴う電力消費
量も需要に供給が追いつかない状況になりつつある。2. Description of the Related Art In recent years, particularly in summer, people's demands for cooling have been increasing year by year, and as a result, the amount of power consumption has become unable to keep up with the demand.
【0003】そこで、最近では、このような事態に対処
するための冷凍、冷房システムとして、物質の化学変化
に伴う吸熱・発熱作用を利用した化学式冷凍システム
(いわゆるケミカルヒートポンプシステム)の研究が盛ん
になってきている。Therefore, recently, as a refrigeration / cooling system for coping with such a situation, a chemical refrigeration system utilizing the endothermic / exothermic action associated with the chemical change of a substance.
Research on (so-called chemical heat pump systems) is becoming popular.
【0004】化学式冷凍システムには、広い意味では既
に実用化されている吸収式冷凍装置や水素吸蔵式冷凍装
置なども含まれるが狭義には一般的化学反応によるヒー
トポンプ原理を採用したものが中心となる。そして、こ
のような一般的化学反応を中心とする化学式冷凍装置
は、未だ研究段階のものが殆んどであり、例えば現在ま
でに既に検討されてきた候補物質とその反応例を掲記す
ると次の表1のようなものが知られている。In the broad sense, the chemical refrigeration system includes an absorption refrigeration system and a hydrogen storage refrigeration system which have already been put to practical use, but in a narrow sense, it mainly uses a heat pump principle by a general chemical reaction. Become. And most of the chemical refrigeration systems mainly for such general chemical reactions are still in the research stage. For example, the candidate substances which have been studied up to now and their reaction examples are listed below. Table 1 is known.
【0005】(表1:候補物質と反応例)(Table 1: Candidate substances and reaction examples)
【0006】[0006]
【表1】 [Table 1]
【0007】今、例えば上記表中の無機系物質「消石灰
Ca(OH2)」の場合を例にとって現在利用されている化
学吸・発熱反応システムの構成を示すと、例えば図4の
ようになる。図中符号11は第1の反応容器、同12は
第2の反応容器であり、これら各第1、第2の反応容器
11,12はバルブ13を介して相互に接続されてい
る。FIG. 4 shows the structure of a chemical absorption / exothermic reaction system currently used, taking the case of the inorganic substance "slaked lime Ca (OH 2 )" in the above table as an example. . In the figure, reference numeral 11 is a first reaction vessel, 12 is a second reaction vessel, and these first and second reaction vessels 11 and 12 are connected to each other via a valve 13.
【0008】そして、第1の反応容器11には生石灰C
aOを入れ、又第2の反応容器12には水H2Oを入れ
る。[0008] Then, quick lime C is contained in the first reaction vessel 11.
aO is charged, and water H 2 O is charged in the second reaction vessel 12.
【0009】ここで消石灰Ca(OH2)の反応は、Here, the reaction of slaked lime Ca (OH 2 ) is
【0010】[0010]
【数1】 [Equation 1]
【0011】であり、該反応は温度と圧力の両条件によ
り一方向に進行する。すなわち、各々の反応は、等温条
件なら異なった圧力で、等圧条件なら異なった温度で進
行する。従って、図示のように第1の反応容器11に生
石灰CaOを入れ、第2の反応容器12に水H2Oを入れ
ると、各容器の物質の圧力Pと温度Tとの平衡状態を模
式的に図5のように描くとき、この系が同一温度Toで
あるとすると、2つの容器11,12間にΔPの圧力差
が生じることになる。そこで、この状態でバルブ13を
開くと、上記圧力の高い第2の反応容器12の圧力が下
がるために水が沸騰し、生じた水蒸気は管を通って第1
の反応容器11に移り、生石灰CaOと反応する。その
結果、第1の反応容器11では反応熱が放出され、第2
の反応容器12では水の蒸発により温度が低下する。こ
の基本原理をもとに反応条件を任意に制御して吸熱や発
熱を利用したり、生成物を蓄熱材として利用することに
より、冷暖房システムが構成されている(例えば日刊工
業新聞社発行「空調用ヒートポンプ」P52〜P53参
照)。The reaction proceeds in one direction under both temperature and pressure conditions. That is, the respective reactions proceed at different pressures under isothermal conditions and at different temperatures under isobaric conditions. Therefore, when quicklime CaO is put in the first reaction vessel 11 and water H 2 O is put in the second reaction vessel 12 as shown in the figure, the equilibrium state between the pressure P and the temperature T of the substance in each vessel is schematically shown. As shown in FIG. 5, assuming that this system has the same temperature To, a pressure difference of ΔP occurs between the two containers 11 and 12. Therefore, when the valve 13 is opened in this state, the pressure of the second reaction container 12 having a high pressure is lowered, so that the water is boiled and the generated water vapor passes through the tube to the first position.
It moves to the reaction container 11 of and reacts with quicklime CaO. As a result, the reaction heat is released in the first reaction vessel 11,
The temperature of the reaction container 12 decreases due to the evaporation of water. Based on this basic principle, the reaction conditions can be arbitrarily controlled to utilize heat absorption or heat generation, or by using the product as a heat storage material, an air conditioning system is constructed (for example, published by Nikkan Kogyo Shimbun Co., Ltd. Heat pump "P52-P53).
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】上記のようなCa(O
H)2/H2O/CaO系の反応システムによると、例えば
673K程度の高温排熱と常温水の冷熱源により800
K以上の温度の熱を発生させることができる旨の報告も
なされており、暖房システムとして実用化の研究がなさ
れている。[Problems to be Solved by the Invention]
According to the (H) 2 / H 2 O / CaO reaction system, for example, a high temperature exhaust heat of about 673 K and a cold heat source of normal temperature water produce 800
It has also been reported that heat having a temperature of K or higher can be generated, and research into practical application as a heating system has been made.
【0013】しかし、該システムを含めて上述した各種
の候補物質の何れの反応系にあっても冷房システムとし
て検討した場合には、平衡温度が常温よりも高く、又副
反応が起り易く効率が悪い、装置が複雑化するなどの点
で課題があり、冷房システムとしての効果的な報告はな
されていないのが現状である。However, when any of the reaction systems of the above-mentioned various candidate substances including the system is examined as a cooling system, the equilibrium temperature is higher than room temperature, and side reactions easily occur and the efficiency is high. There is a problem in that it is bad and the device becomes complicated, and there is no effective report as an air conditioning system at present.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】本願の請求項1および2
記載の発明は、それぞれ上記従来の課題を解決すること
を目的としてなされたものであって、各々次のように構
成されている。Claims 1 and 2 of the present application
The inventions described have been made for the purpose of solving the above conventional problems, and are configured as follows.
【0015】(1) 請求項1記載の発明の構成 請求項1記載の発明の化学式冷凍装置は、例えば図1に
示されるように、第3ブチルアルコール水溶液を加熱し
てイソブチレンを含む蒸気を発生させるセパレータ1
と、該セパレータ1から供給されるイソブチレンを含む
蒸気中からアルコールと水とを凝縮分離して飽和蒸気圧
の高いイソブチレンガスのみを取り出すコンデンサ2
と、該コンデンサ2から供給されるイソブチレンガスを
低温冷却して液化ガスとして貯留するレシーバ3と、該
レシーバ3に貯留されている液化イソブチレンガスを導
入減圧して蒸発させる冷却用エバポレータ5と、該エバ
ポレータ5で蒸発気化せしめられたイソブチレンガスを
吸収して水和反応を生じ第3ブチルアルコールを生成す
るアブソーバ6と、該アブソーバ6で生成した第3ブチ
ルアルコールを上記セパレータ1に供給する供給手段7
とを備えて構成されている。(1) Structure of the Invention According to Claim 1 In the chemical refrigeration apparatus of the invention according to claim 1, for example, as shown in FIG. 1, a tertiary butyl alcohol aqueous solution is heated to generate vapor containing isobutylene. Separator 1
And a condenser 2 for extracting only isobutylene gas having a high saturated vapor pressure by condensing and separating alcohol and water from the vapor containing isobutylene supplied from the separator 1.
A receiver 3 that cools the isobutylene gas supplied from the condenser 2 at a low temperature and stores it as a liquefied gas; a cooling evaporator 5 that introduces and decompresses the liquefied isobutylene gas stored in the receiver 3 to evaporate the liquefied isobutylene gas; An absorber 6 that absorbs the isobutylene gas that has been vaporized by the evaporator 5 to cause a hydration reaction to generate tertiary butyl alcohol, and a supply means 7 that supplies the tertiary butyl alcohol generated by the absorber 6 to the separator 1.
It is comprised including.
【0016】(2) 請求項2記載の発明の構成 請求項2記載の発明の化学式冷凍装置は、同じく図1に
例示されるように、第3ブチルアルコール水溶液を70
℃〜90℃の温度に加熱してイソブチレンを含む蒸気を
発生させるセパレータ1と、該セパレータ1から供給さ
れるイソブチレンを含む蒸気中からアルコールと水とを
凝縮分離して2気圧〜4気圧の飽和蒸気圧の高いイソブ
チレンガスのみを取り出すコンデンサ2と、該コンデン
サ2から供給されるイソブチレンガスを20℃〜30℃
の低温で冷却し液化ガスとして貯留するレシーバ3と、
該レシーバ3に貯留されている液化イソブチレンガスを
導入し、1.5気圧〜2気圧に減圧して蒸発させる冷却用
エバポレータ5と、該エバポレータ5で蒸発気化せしめ
られた5℃〜10℃の低温イソブチレンガスを吸収して
水和反応を生じ第3ブチルアルコールを生成するアブソ
ーバ6と、該アブソーバ6で生成した第3ブチルアルコ
ールを上記セパレータ1に供給する供給手段7とを備え
て構成されている。(2) Structure of the Invention According to Claim 2 The chemical refrigeration apparatus of the invention according to Claim 2 is such that, as illustrated in FIG.
A separator 1 which generates steam containing isobutylene by heating to a temperature of ℃ to 90 ℃, and alcohol and water are condensed and separated from the steam containing isobutylene supplied from the separator 1 and saturated at 2 to 4 atmospheres. The condenser 2 for extracting only isobutylene gas having a high vapor pressure and the isobutylene gas supplied from the condenser 2 are heated at 20 ° C to 30 ° C.
A receiver 3 that cools at a low temperature and stores as liquefied gas,
A liquefied isobutylene gas stored in the receiver 3 is introduced, and a cooling evaporator 5 for reducing the pressure to 1.5 atm to 2 atm to evaporate, and a low temperature isobutylene gas of 5 ° C. to 10 ° C. evaporated and vaporized by the evaporator 5. It is configured to include an absorber 6 that absorbs hydrogen and causes a hydration reaction to generate tertiary butyl alcohol, and a supply unit 7 that supplies the tertiary butyl alcohol generated by the absorber 6 to the separator 1.
【0017】[0017]
【作用】本願の請求項1および2記載の発明の化学式冷
凍装置は、それぞれ上記のように構成されている結果、
当該各構成に対応して各々次のような作用を奏する。The chemical refrigerating apparatus of the inventions according to claims 1 and 2 of the present invention are configured as described above, respectively.
The following operations are performed corresponding to the respective configurations.
【0018】 (1) 請求項1記載の発明の化学式冷凍装置の作用 請求項1記載の発明の化学式冷凍装置では、上述の説明
から明らかなように、その反応系として、先ずイソブチ
レン/水/第3ブチルアルコール反応系を新に見出して
使用している。(1) Action of the chemical refrigeration system of the invention described in claim 1 In the chemical refrigeration system of the invention described in claim 1, as is clear from the above description, the reaction system is first isobutylene / water / second. We have newly found and used the 3-butyl alcohol reaction system.
【0019】本発明装置のような化学式冷凍装置では、
上述した平衡温度が常温に近いこと、また副反応が起こ
りにくく可逆反応が可能であることなどが本質的に要求
される。In a chemical refrigeration system such as the device of the present invention,
It is essentially required that the above-mentioned equilibrium temperature is close to room temperature and that side reactions are less likely to occur and reversible reactions are possible.
【0020】[0020]
【数2】 [Equation 2]
【0021】上式(2)で示される本発明装置の反応系
は、例えば平衡温度が56.0℃程度で、触媒の存在下では
副反応を伴わずに可逆的に反応する。また高温部につい
ては既に研究されている結果から、上記イソブチレンは
飽和蒸気圧が20℃で2.6atmと他の2成分と比べてかな
り高いため分離が容易であることから、冷熱発生用の冷
媒として用いるのに適当である。The reaction system of the apparatus of the present invention represented by the above formula (2), for example, has an equilibrium temperature of about 56.0 ° C. and reacts reversibly without side reaction in the presence of a catalyst. In addition, from the results that have already been researched on the high temperature part, the isobutylene has a saturated vapor pressure of 2.6 atm at 20 ° C, which is considerably higher than the other two components, so that it is easy to separate, so that it can be used as a refrigerant for cold heat generation. Suitable to use.
【0022】そこで、本発明装置では、先ずセパレータ
1に導入される第3ブチルアルコール水溶液を、所定の
温度に加熱してイソブチレンガスを含む蒸気を発生さ
せ、次にコンデンサ(凝縮器)2にてイソブチレンガスと
アルコール、水とを分離する。その後、該分離された高
圧のイソブチレンガスを所定の温度で冷却し、貯蔵容器
である低温のレシーバ3に液化ガスとしてためる。Therefore, in the apparatus of the present invention, first, the tert-butyl alcohol aqueous solution introduced into the separator 1 is heated to a predetermined temperature to generate vapor containing isobutylene gas, and then in the condenser (condenser) 2. Isobutylene gas is separated from alcohol and water. Then, the separated high-pressure isobutylene gas is cooled at a predetermined temperature and stored as liquefied gas in the low-temperature receiver 3 which is a storage container.
【0023】このようにして液化したイソブチレンガス
を次にエバポレータ5で減圧することにより蒸発させて
反応容器であるアブソーバ6に送ると水和反応が起こ
り、第3ブチルアルコールが生成し、さらにイソブチレ
ンガスを吸収する。この時上記貯蔵容器であるエバポレ
ータ5内のイソブチレンは冷熱冷媒として適切な低温に
なり、この冷熱を熱交換器を用いて回収することにより
冷凍用の冷熱が得られる。The isobutylene gas liquefied in this way is then evaporated by depressurizing it in the evaporator 5 and sent to the absorber 6 which is a reaction vessel, whereby a hydration reaction occurs and tertiary butyl alcohol is produced, and further isobutylene gas is produced. Absorbs. At this time, the isobutylene in the evaporator 5, which is the storage container, has a suitable low temperature as a cold refrigerant, and the cold heat for freezing is obtained by recovering this cold heat using a heat exchanger.
【0024】 (2) 請求項2記載の発明の化学式冷凍装置の作用 請求項2記載の発明の化学式冷凍装置では、上述の説明
から明らかなように、上記請求項1記載の発明と同様そ
の反応系として、先ずイソブチレン/水/第3ブチルア
ルコール反応系を新に見出して使用している。(2) Action of the chemical refrigeration system of the invention described in claim 2 In the chemical refrigeration system of the invention described in claim 2, as is clear from the above description, the reaction is the same as in the invention described in claim 1. As a system, first, an isobutylene / water / tertiary butyl alcohol reaction system is newly found and used.
【0025】そして、本発明装置のような化学式冷凍装
置では、上述したように平衡温度が常温に近いこと、ま
た副反応が起こりにくく可逆反応が可能であることなど
が本質的に要求される。In the chemical refrigerating apparatus such as the apparatus of the present invention, it is essentially required that the equilibrium temperature is close to room temperature as described above and that side reactions are less likely to occur and reversible reactions are possible.
【0026】[0026]
【数2】 [Equation 2]
【0027】上式(2)で示される本発明装置の反応系
は、例えば平衡温度が56.0℃で、触媒の存在下では副反
応を伴わずに可逆的に反応する。また高温部については
既に研究されている結果から、上記イソブチレンは飽和
蒸気圧が20℃で2.6atmと他の2成分と比べてかなり高
いため分離が容易であることから、冷熱発生用の冷媒と
して用いるのに適当である。The reaction system of the apparatus of the present invention represented by the above formula (2), for example, has an equilibrium temperature of 56.0 ° C. and reacts reversibly in the presence of a catalyst without side reactions. In addition, from the results that have already been researched on the high temperature part, the isobutylene has a saturated vapor pressure of 2.6 atm at 20 ° C, which is considerably higher than the other two components, so that it is easy to separate, so that it can be used as a refrigerant for cold heat generation. Suitable to use.
【0028】そこで、本発明装置では、先ずセパレータ
1に導入される第3ブチルアルコール水溶液を70℃〜
90℃に加熱してイソブチレンガスを含む蒸気を発生さ
せ、次にコンデンサ(凝縮器)2にてイソブチレンガスと
アルコール、水とを分離する。その後、該分離された高
圧(2〜4気圧)のイソブチレンガスを20〜30℃で冷
却し、貯蔵容器であるレシーバ3に液化ガスとしてため
る。Therefore, in the apparatus of the present invention, first, the tert-butyl alcohol aqueous solution introduced into the separator 1 is heated to 70 ° C.
It is heated to 90 ° C. to generate a vapor containing isobutylene gas, and then a condenser (condenser) 2 separates the isobutylene gas from alcohol and water. Thereafter, the separated high-pressure (2-4 atm) isobutylene gas is cooled at 20-30 ° C. and stored in the receiver 3 as a storage container as a liquefied gas.
【0029】このようにして液化されたイソブチレンガ
スを次にエバポレータ5で1.5〜2気圧に減圧蒸発させ
て反応容器であるアブソーバ6に送ると水和反応が起こ
り、第3ブチルアルコールが生成し、さらにイソブチレ
ンガスを吸収する。この時上記イソブチレン貯蔵容器で
あるエバポレータ5内のイソブチレンは冷熱冷媒として
適切な5〜10℃程度の低温になり、この冷熱を熱交換
器を用いて回収することにより冷凍用の冷熱が得られ
る。The isobutylene gas liquefied in this way is then evaporated under reduced pressure to 1.5 to 2 atm by the evaporator 5 and sent to the absorber 6 which is a reaction vessel to cause a hydration reaction to produce tert-butyl alcohol. Further, it absorbs isobutylene gas. At this time, the isobutylene in the evaporator 5 serving as the isobutylene storage container has a low temperature of about 5 to 10 ° C., which is suitable as a cold refrigerant, and the cold heat for freezing can be obtained by recovering this cold heat using a heat exchanger.
【0030】[0030]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本願発
明の化学式冷凍装置によると、その構成上の特徴により
次のような顕著な効果を得ることができる。As is apparent from the above description, the chemical refrigerating apparatus of the present invention can obtain the following remarkable effects due to its structural characteristics.
【0031】(1) 吸熱反応温度が70〜90℃と比較
的低いので、低質な排熱を容易に利用できる。(1) Since the endothermic reaction temperature is as low as 70 to 90 ° C., low quality exhaust heat can be easily utilized.
【0032】(2) 冷却温度として、環境温度(20〜
30℃)をそのまま利用できる。(2) As the cooling temperature, the ambient temperature (20 to
30 ° C) can be used as it is.
【0033】(3) イソブチレンガスの生成に際して生
じる、その高い飽和蒸気圧を圧力源として利用するため
に圧縮機を必要としない。(3) No compressor is required to utilize the high saturated vapor pressure generated during the production of isobutylene gas as a pressure source.
【0034】(4) 以上の各点より、システム構成がシ
ンプルで経済的なケミカルヒートポンプの提供が可能と
なる。(4) From the above points, it is possible to provide an economical chemical heat pump having a simple system configuration.
【0035】[0035]
【実施例】図1は、本願発明の実施例に係る化学式冷凍
装置の吸・発熱システムの構成を示している。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows the structure of an absorption / heating system of a chemical refrigeration system according to an embodiment of the present invention.
【0036】先ず該化学式冷凍装置は、セパレータ1、
コンデンサ2、レシーバ3よりなる吸熱反応操作システ
ムとエバポレータ5と、アブソーバ6よりなる発熱反応
操作システムとを図示のように各々エンドレスに冷媒配
管で接続して冷凍サイクルが構成されている。First, the chemical refrigerating apparatus comprises a separator 1,
The endothermic reaction operation system consisting of the condenser 2 and the receiver 3, the evaporator 5, and the exothermic reaction operation system consisting of the absorber 6 are connected endlessly by a refrigerant pipe as shown in the figure to form a refrigeration cycle.
【0037】そして、本実施例の化学式冷凍装置では、
その反応系として、特にイソブチレン/水/第3ブチル
アルコール反応系を見出して使用している。In the chemical refrigeration system of this embodiment,
As the reaction system, an isobutylene / water / tertiary butyl alcohol reaction system has been found and used.
【0038】先にも述べたように本発明装置のような化
学式冷凍装置では、平衡温度が常温に近いこと、また副
反応が起こりにくく可逆反応が可能であることなどが本
質的に要求される。先ず上記本実施例の反応系は、例え
ば次式(2)で表わされる。As described above, in the chemical refrigeration apparatus such as the apparatus of the present invention, it is essentially required that the equilibrium temperature is close to room temperature and that a side reaction hardly occurs and a reversible reaction is possible. . First, the reaction system of the present embodiment is represented by, for example, the following formula (2).
【0039】[0039]
【数2】 [Equation 2]
【0040】上式(2)で示される本発明装置の反応系は
平衡温度が56.0℃で、触媒の存在下で副反応を伴わずに
可逆的に反応する。また高温部については既に研究され
ている結果から、イソブチレンは、飽和蒸気圧が20℃
で2.6atmと他の2成分(アルコール、水)と比べてかなり
高いため圧力源が不要となり、また非常に分離が容易で
あることから、冷熱発生用の冷媒として用いるのに適当
である。The reaction system of the apparatus of the present invention represented by the above formula (2) has an equilibrium temperature of 56.0 ° C. and reversibly reacts in the presence of a catalyst without side reactions. Also, from the results that have already been studied for high temperature parts, isobutylene has a saturated vapor pressure of 20 ° C.
Since 2.6 atm is considerably higher than the other two components (alcohol and water), a pressure source is unnecessary and it is very easy to separate, so it is suitable for use as a refrigerant for cold heat generation.
【0041】先ず、上記セパレータ1は例えばポンプ7
を介してアブソーバ6側から供給されるアルコール濃度
の高い液冷媒(第3ブチルアルコール水溶液)を例えば外
部ヒータを備えた熱交換器9により例えばTs=70℃
〜90℃の温度に加熱した後に導入してアルコール分解
反応(吸熱反応)を生ぜしめ、それによって水、アルコー
ル、イソブチレンの各々3成分を各々蒸発気化させる。First, the separator 1 is, for example, a pump 7
The liquid refrigerant (tertiary butyl alcohol aqueous solution) having a high alcohol concentration supplied from the absorber 6 side via, for example, Ts = 70 ° C. by a heat exchanger 9 equipped with an external heater.
After being heated to a temperature of .about.90.degree. C., it is introduced to cause an alcohol decomposition reaction (endothermic reaction), thereby evaporating and vaporizing each of the three components of water, alcohol and isobutylene.
【0042】該各々気化された水、アルコール、イソブ
チレンの3つの成分よりなる冷媒蒸気は、次にコンデン
サ2に供給されて例えば温度Tc=40℃程度の比較的
低温度で凝縮され、その中の特に飽和蒸気圧の高いイソ
ブチレンガスが水およびアルコールから容易に分離され
る。The vaporized refrigerant consisting of the three components of vaporized water, alcohol and isobutylene is then supplied to the condenser 2 and condensed at a relatively low temperature of, for example, temperature Tc = 40 ° C. Particularly, isobutylene gas having a high saturated vapor pressure is easily separated from water and alcohol.
【0043】そして、該分離されたイソブチレンガス
(気圧3.5atm)は、さらにレシーバ3に供給されてTr=
30℃程度の環境温度で冷却され、液化される(放熱量
Qc)。この時、該レシーバ3の温度Trの値によって高
圧側の圧力が決定される。The separated isobutylene gas
(Atmospheric pressure 3.5 atm) is further supplied to the receiver 3 and Tr =
It is cooled and liquefied at an ambient temperature of about 30 ° C. (heat radiation amount Qc). At this time, the pressure on the high pressure side is determined by the value of the temperature Tr of the receiver 3.
【0044】以上のようにして液化されたイソブチレン
は、バルブ4の開放により1.6気圧程度の低圧のエバポ
レータ5を通して減圧蒸発せしめられた後、水和反応容
器であるアブソーバ6に吸収される。一方、アブソーバ
6には上記セパレータ1側から上記イソブチレンが分離
されたアルコールおよび水がバルブ8を介して供給され
るようになっており、上記気化したイソブチレンガスと
アルコールおよび水とを水和反応させることによって第
3ブチルアルコールを生成し、さらにイソブチレンガス
を効果的に吸収するように作用する。このイソブチレン
ガス吸収時の発熱量Qaは外部に放熱される。The isobutylene liquefied as described above is evaporated under reduced pressure through the low pressure evaporator 5 of about 1.6 atm by opening the valve 4, and then absorbed by the absorber 6 which is a hydration reaction container. On the other hand, the absorber 6 is supplied with the alcohol and water from which the isobutylene has been separated from the separator 1 side via the valve 8, and causes the vaporized isobutylene gas and the alcohol and water to undergo a hydration reaction. As a result, tert-butyl alcohol is produced, and further acts to effectively absorb the isobutylene gas. The calorific value Qa when absorbing the isobutylene gas is radiated to the outside.
【0045】この結果、上記エバポレータ5内のイソブ
チレンは、上記蒸発吸収作用の進行によりTe=5℃〜
10℃程度の冷房用冷媒として最適な低温になり、該冷
熱を熱交換器を用いて回収することにより効果的に冷房
用の冷熱を得ることができるようになる。As a result, the isobutylene in the evaporator 5 is Te = 5 ° C. due to the progress of the evaporation and absorption action.
The temperature becomes an optimum low temperature as a cooling medium for cooling at about 10 ° C., and the cooling heat can be effectively obtained by recovering the cooling heat using a heat exchanger.
【0046】次に上記反応系の有効性を確かめるため、
イソブチレンの第3ブチルアルコール水溶液への吸収速
度を求める実験を行った。Next, in order to confirm the effectiveness of the above reaction system,
An experiment was conducted to determine the absorption rate of isobutylene in an aqueous tertiary butyl alcohol solution.
【0047】先ず、上記アブソーバ6内の第3ブチルア
ルコール水溶液濃度に対して例えば触媒を用いずにイソ
ブチレンガスの吸収速度を求めた実験の測定結果を図2
に示す。縦軸は第3ブチルアルコール水溶液中のイソブ
チレンのモル分率である。図中の曲線は次式(3)に示す
物質移動式によるものである。First, the measurement results of an experiment in which the absorption rate of isobutylene gas was determined without using a catalyst with respect to the concentration of the tertiary butyl alcohol aqueous solution in the absorber 6 are shown in FIG.
Shown in The vertical axis represents the mole fraction of isobutylene in the tertiary butyl alcohol aqueous solution. The curve in the figure is based on the mass transfer equation shown in the following equation (3).
【0048】 N′=Ky′・A(y−y′)[kmol/h] ・・・・(3) ある瞬間の液相本体の濃度に平衡な気相濃度を表わす
y′を求めるのにあたって必要な活量係数は、グループ
寄与法の一つであるUNIFAC法(目的成分を官能基
グループの集合体と考えて、各官能基グループについて
の統計パラメータより目的成分の活量を推算する方法)
を用いて推算した。同様に、ある瞬間の気相濃度を表わ
すyは、UNIFAC法により求めた気液平衡時の気相
濃度を用いた。これらの数値を用いた上でプロットに最
も合致すると思われるKy′・Aを与え、曲線を引い
た。N ′ = Ky ′ · A (y−y ′) [kmol / h] (3) Represents a gas phase concentration that is in equilibrium with the concentration of the liquid phase body at a certain moment.
The activity coefficient necessary to obtain y ′ is the UNIFAC method, which is one of the group contribution methods (think of the target component as an aggregate of functional group, and use the statistical parameters for each functional group to determine the activity of the target component. (How to estimate the amount)
It was estimated using. Similarly, for y representing the vapor phase concentration at a certain moment, the vapor phase concentration at the vapor-liquid equilibrium determined by the UNIFAC method was used. Using these numbers, the Ky'.A that appeared to be the best fit to the plot was given and the curve was drawn.
【0049】さらに、図3に本ケミカルヒートポンプの
成績係数(COP)を計算により求めた結果を示す。計算
条件としては、吸熱反応側では凝縮器温度40℃、イソ
ブチレンガスの蒸気圧3.5atm、液化温度30℃とし、発
熱反応側ではイソブチレンガスの温度、蒸気圧を5℃、
1.6atmとして、第3ブチルアルコールのセパレータ1側
分解温度をパラメータとして、イソブチレンの吸収温度
を20〜40に変化させた時のCOPを求めた。Further, FIG. 3 shows the result of calculation of the coefficient of performance (COP) of this chemical heat pump. On the endothermic reaction side, the condenser temperature was 40 ° C., the vapor pressure of isobutylene gas was 3.5 atm, and the liquefaction temperature was 30 ° C. On the exothermic reaction side, the temperature and vapor pressure of isobutylene gas were 5 ° C.
The COP was determined when the absorption temperature of isobutylene was changed to 20 to 40 with the decomposition temperature of tert-butyl alcohol on the separator 1 side as a parameter being 1.6 atm.
【0050】なお、COPはイソブチレンの吸収反応時
に得られるエバポレータ5部における冷熱Qeをセパレ
ータ1側の第3ブチルアルコール分解反応に要する熱量
Qsで除して算出した。COP was calculated by dividing the cold heat Qe in the evaporator 5 parts obtained during the isobutylene absorption reaction by the heat quantity Qs required for the tertiary butyl alcohol decomposition reaction on the separator 1 side.
【0051】その結果、第3ブチルアルコール分解温度
が70℃で、イソブチレンの吸収温度20℃の時に、C
OPが0.64と実用的な値になった。As a result, when the decomposition temperature of tert-butyl alcohol was 70 ° C. and the absorption temperature of isobutylene was 20 ° C., C
OP became a practical value of 0.64.
【図1】図1は、本願発明の実施例に係る化学式冷凍装
置の構成を示す冷凍回路図である。FIG. 1 is a refrigeration circuit diagram showing a configuration of a chemical refrigeration apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図2】図2は、同装置のイソブチレンの吸収速度を示
すモル分率の特性図である。FIG. 2 is a characteristic diagram of a mole fraction showing an absorption rate of isobutylene in the apparatus.
【図3】図3は、同装置の操作温度に対する成績係数
(COP)を示す特性図である。FIG. 3 is a coefficient of performance for operating temperature of the device.
It is a characteristic view showing (COP).
【図4】図4は、従来の化学式冷凍装置の吸・発熱原理
を示す概略図である。FIG. 4 is a schematic view showing the principle of heat absorption and heat generation of a conventional chemical refrigeration system.
【図5】図5は、同装置における圧力と温度の関係を示
す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a relationship between pressure and temperature in the same apparatus.
1はセパレータ、2はコンデンサ、3はレシーバ、5は
エバポレータ、6はアブソーバである。1 is a separator, 2 is a capacitor, 3 is a receiver, 5 is an evaporator, and 6 is an absorber.
Claims (2)
イソブチレンを含む蒸気を発生させるセパレータ(1)
と、該セパレータ(1)から供給されるイソブチレンを含
む蒸気中からアルコールと水とを凝縮分離して飽和蒸気
圧の高いイソブチレンガスのみを取り出すコンデンサ
(2)と、該コンデンサ(2)から供給されるイソブチレン
ガスを低温冷却して液化ガスとして貯留するレシーバ
(3)と、該レシーバ(3)に貯留されている液化イソブチ
レンガスを導入減圧して蒸発させる冷却用エバポレータ
(5)と、該エバポレータ(5)で蒸発気化せしめられたイ
ソブチレンガスを吸収して水和反応を生じ第3ブチルア
ルコールを生成するアブソーバ(6)と、該アブソーバ
(6)で生成した第3ブチルアルコールを上記セパレータ
(1)に供給する供給手段(7)とを備えてなる化学式冷凍
装置。1. A separator (1) for heating a tertiary butyl alcohol aqueous solution to generate vapor containing isobutylene.
And a condenser for taking out only isobutylene gas having a high saturated vapor pressure by condensing and separating alcohol and water from the vapor containing isobutylene supplied from the separator (1).
(2) and a receiver that cools the isobutylene gas supplied from the condenser (2) at low temperature and stores it as liquefied gas
(3) and a cooling evaporator for introducing and reducing the pressure of the liquefied isobutylene gas stored in the receiver (3) to evaporate
(5), an absorber (6) which absorbs the isobutylene gas vaporized and vaporized by the evaporator (5) to cause a hydration reaction to generate tertiary butyl alcohol, and the absorber (6)
The tert-butyl alcohol produced in (6) is used as the separator
A chemical refrigeration system comprising: a supply means (7) for supplying (1).
90℃の温度に加熱してイソブチレンを含む蒸気を発生
させるセパレータ(1)と、該セパレータ(1)から供給さ
れるイソブチレンを含む蒸気中からアルコールと水とを
凝縮分離して2気圧〜4気圧の飽和蒸気圧の高いイソブ
チレンガスのみを取り出すコンデンサ(2)と、該コンデ
ンサ(2)から供給されるイソブチレンガスを20℃〜3
0℃の低温で冷却し液化ガスとして貯留するレシーバ
(3)と、該レシーバ(3)に貯留されている液化イソブチ
レンガスを導入1.5気圧〜2気圧に減圧して蒸発させる
冷却用エバポレータ(5)と、該エバポレータ(5)で蒸発
気化せしめられた5℃〜10℃の低温イソブチレンガス
を吸収して水和反応を生じ第3ブチルアルコールを生成
するアブソーバ(6)と、該アブソーバ(6)で生成した第
3ブチルアルコールを上記セパレータ(1)に供給する供
給手段(7)とを備えてなる化学式冷凍装置。2. A tert-butyl alcohol aqueous solution at 70 ° C.
A separator (1) which is heated to a temperature of 90 ° C. to generate vapor containing isobutylene, and alcohol and water are condensed and separated from the vapor containing isobutylene supplied from the separator (1) to 2 atm to 4 atm. Of a condenser (2) for taking out only isobutylene gas having a high saturated vapor pressure and isobutylene gas supplied from the condenser (2) at 20 ° C to 3 ° C.
Receiver that cools at low temperature of 0 ℃ and stores as liquefied gas
(3), a cooling evaporator (5) for introducing and liquefying the liquefied isobutylene gas stored in the receiver (3) by reducing the pressure to 1.5 atm to 2 atm, and evaporating by the evaporator (5) An absorber (6) that absorbs low-temperature isobutylene gas at 5 ° C to 10 ° C to cause a hydration reaction to produce tertiary butyl alcohol, and tertiary butyl alcohol produced by the absorber (6) are added to the separator (1). A chemical refrigeration system comprising a supply means (7) for supplying.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP3266557A JP2556222B2 (en) | 1991-10-15 | 1991-10-15 | Chemical refrigeration equipment |
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| JP3266557A JP2556222B2 (en) | 1991-10-15 | 1991-10-15 | Chemical refrigeration equipment |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH05106933A JPH05106933A (en) | 1993-04-27 |
| JP2556222B2 true JP2556222B2 (en) | 1996-11-20 |
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| JP (1) | JP2556222B2 (en) |
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