TW201341657A - 發電裝置、發電方法、分解氣體鍋鑪及分解氣體渦輪機、熱輸送裝置及熱輸送方法 - Google Patents
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- Y02T10/6295—
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Abstract
本發明之發電裝置、發電方法、分解氣體鍋鑪及分解氣體渦輪機、熱輸送裝置及熱輸送方法,係可提供做為對於地球環境優異能量之亞氧化氮之利用之發電裝置、發電方法、分解氣體鍋鑪及分解氣體渦輪機、熱輸送裝置及熱輸送方法。於配置分解亞氧化氮之觸媒(21)的分解反應部(22),供給含亞氧化氮(N2O)之燃料氣體,將含於此燃料氣體之亞氧化氮,使用觸媒(21)加以分解。然後,經由從亞氧化氮之分解所產生之分解氣體(N2,O2)之熱回收,於分解氣體鍋鑪產生蒸氣,經由此分解氣體鍋鑪所產生之蒸氣,旋轉驅動蒸氣渦輪機而得動力後,經由該動力,驅動發電機而得電力。又,經由從亞氧化氮之分解所產生之分解氣體(N2,O2),旋轉驅動分解氣體渦輪機而得動力後,經由該動力,驅動發電機而得電力。
Description
本發明A係有關利用經由亞氧化氮(N2O、亦稱為一氧化氮)之分解所產生之分解氣體或分解熱之發電裝置、發電方法、分解氣體鍋鑪及分解氣體渦輪機。
本發明B係有關從溫度差取出電力或動力之能量的能量取出裝置及能量取出方法。
本發明C係有關利用經由亞氧化氮(N2O、亦稱為一氧化氮)之分解所產生之能量之熱輸送裝置及熱輸送方法。
本發明D係有關利用經由亞氧化氮(N2O、亦稱為一氧化氮)之分解所產生之能量之熱輸送裝置及熱輸送方法。
本發明E係有關利用經由亞氧化氮(N2O、亦稱為一氧化氮)之分解所產生之能量之熱輸送裝置及熱輸送方法。
發電之中,在此之前曾有利用各種之能源者。例如,火力發電中,利用石油或煤碳、天然氣等之石化燃料等之燃燒所產生之能量者。又,於原子力發電中,則利用經由核燃料之核分裂反應所產生之能量者。如此之能量係由於生產技術之自動化或生活形態之高度化等,需要有愈來愈高之情形。
但是,經由對於近年以來之環境破壞或資源之枯竭等之地球環境之意識之提高,有著從依賴石化燃料等之社會,轉向利用自然能源或可再生能源之社會之需求。
另一方面,對於以往在環境問題或能源安全保障之層面上有利之原子力能源之利用,亦由於放射性廢棄物之處理問題或核能發電廠事故之產生等之部分,對於該安全面之部分亦被迫重新加以檢討。
因此,對於深刻化之能源問題或環境問題,期望有代替以往火力發電或原子力發電之對於地球環境優異之新能源之出現。
近年以來,由於對於環境破壞或資源之枯竭等之地球環境之意識之提高,有著從依賴石油或煤碳、天然氣等之石化燃料等之社會,轉向利用自然能量或可再生能量之社會之需求。
另一方面,對於以往在環境問題或能源安全保障之層面上有利之原子力能量之利用,亦由於放射性廢棄物之處理問題或核能發電廠事故之產生等之部分,對於該安全面之部分亦被迫重新加以檢討。
如此在對於地球環境優異之能源之關心提高之情形下,提案有利用將溫度差(熱能)變換成電力(電能)之熱電變換元件之發電裝置(例如,參照專利文獻B1、2等)。熱電變換元件係利用接合2種不同之金屬或半導體,於此等之間,供予溫度差之時,產生起電力(稱之為席貝克效應)之現象者,溫度差愈大可得更大之起電力(發電量)。
另一方面,提案有利用將溫度差(熱能)變換成動力(運動能)之史特林引擎之發動裝置(例如,參照專利文獻B3等)。史特林引擎係將汽缸內之氣體(空氣等),由外部進行
加熱或冷卻,以獲得功之外燃機構之一種,溫度差愈大可得更大之驅動力(功量)。
又,提案有利用將溫度差(熱能)變換成動力(運動能)之熱導管渦輪機之發動裝置(例如,參照專利文獻B4等)。熱導管渦輪機係經由熱導管內之溫度差動作之流體(蒸氣等)之流動,旋轉驅動渦輪機者,溫度差愈大可得更大之驅動力(功量)。
近年以來,由於對於環境破壞或資源之枯竭等之地球環境之意識之提高,有著從依賴石油或煤碳、天然氣等之石化燃料等之社會,轉向利用自然能量或可再生能量之社會之需求。
另一方面,對於以往在環境問題或能源安全保障之層面上有利之原子力能量之利用,亦由於放射性廢棄物之處理問題或核能發電廠事故之產生等之部分,對於該安全面之部分亦被迫重新加以檢討。
因此,對於深刻化之能源問題或環境問題,期望有代替以往石化燃料或原子力能量之對於地球環境優異之新能源之出現。
近年以來,由於對於環境破壞或資源之枯竭等之地球環境之意識之提高,有著從依賴石油或煤碳、天然氣等之石化燃料等之社會,轉向利用自然能量或可再生能量之社會之需求。
另一方面,對於以往在環境問題或能源安全保障之層面上有利之原子力能量之利用,亦由於放射性廢棄物之處
理問題或核能發電廠事故之產生等之部分,對於該安全面之部分亦被迫重新加以檢討。
因此,對於深刻化之能源問題或環境問題,期望有代替以往石化燃料或原子力能量之對於地球環境優異之新能源之出現。
近年以來,由於對於環境破壞或資源之枯竭等之地球環境之意識之提高,有著從依賴石油或煤碳、天然氣等之石化燃料等之社會,轉向利用自然能量或可再生能量之社會之需求。
另一方面,對於以往在環境問題或能源安全保障之層面上有利之原子力能量之利用,亦由於放射性廢棄物之處理問題或核能發電廠事故之產生等之部分,對於該安全面之部分亦被迫重新加以檢討。
因此,對於深刻化之能源問題或環境問題,期望有代替以往石化燃料或原子力能量之對於地球環境優異之新能源之出現。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻A1]日本特開平5-4027號公報
[專利文獻A2]日本特開2005-230795號公報
[專利文獻A3]日本特開2006-181570號公報
[專利文獻A4]日本特許4232820號公報
[專利文獻B1]日本特開2011-114186號公報
[專利文獻B2]日本特開2006-203186號公報
[專利文獻B3]日本特開2009-87955號公報
[專利文獻B4]日本特開平6-257417號公報
[專利文獻B5]日本特開平5-4027號公報
[專利文獻B6]日本特開2005-230795號公報
[專利文獻B7]日本特開2006-181570號公報
[專利文獻B8]日本特許4232820號公報
[專利文獻C1]日本特開平5-4027號公報
[專利文獻C2]日本特開2005-230795號公報
[專利文獻C3]日本特開2006-181570號公報
[專利文獻C4]日本特許4232820號公報
[專利文獻D1]日本特開平5-4027號公報
[專利文獻D2]日本特開2005-230795號公報
[專利文獻D3]日本特開2006-181570號公報
[專利文獻D4]日本特許4232820號公報
[專利文獻E1]日本特開平5-4027號公報
[專利文獻E2]日本特開2005-230795號公報
[專利文獻E3]日本特開2006-181570號公報
[專利文獻E4]日本特許4232820號公報
在相關之狀況下,本發明人等係經由利用亞氧化氮之分解所產生之分解熱分解氣體,提案了做為對於地球環境優異之亞氧化氮之利用。
亞氧化氮係在於化學上為安定,處理亦容易之故,在於做為食品添加物被認可(日本厚生勞動省令第三十四號,平成17年3月22日)的同時,亦利用於醫療用麻醉或火箭之助燃劑等。
另一方面,亞氧化氮係做為具有二氧化碳(CO2)之約310倍之溫暖化效果之溫室效果氣體,成為地球暖化之原因之一。為此,近年以來,為予防止亞氧化氮之向大氣中之排出,例如將工廠或燒毀設備、汽車等所排出之排氣中之亞氧化氮,使用觸媒分解除去之技術被多數開發出來(例如參照專利文獻A1~3)。
又,於上述專利文獻A1、2中,揭示有己二酸之製造工程中,將亞氧化氮之分解時所產生之熱,利用於亞氧化氮之預熱之技術。另一方面,於上述專利文獻A3中,揭示有分解處理含於剩餘麻醉氣體之亞氧化氮之裝置中,導入此分解裝置之氣體與從分解裝置排出之氣體之間,經由進行熱交換,減少加熱能量與冷卻能量,提高能量效率之技術。
但是,此等技術係化皆為分解除去大氣中排出之亞氧化氮為目的者。又,對於亞氧化氮之分解時所產生之熱之利用,雖然揭示有加熱(預熱)分解前之亞氧化氮者,但對於本發明人等提案之做為代替火力發電或于原子力發電之替代能量的亞氧化氮之利用則完全沒有揭示。
另一方面,本發明人等已開發出利用觸媒分解亞氧化氮所得之分解氣體,產生推力之推進裝置(參照專利文獻
A4)。如此專利文獻A4之記載,亞氧化氮係使用亞氧化氮分解用觸媒分解之時,經由該分解熱可自我分解(熱分解)追加之亞氧化氮。
本發明人等係根據此見解,利用亞氧化氮之分解所產生之分解熱或分解氣體,發現做為替代上述火力發電或原子力發電之替代能量之亞氧化氮之利用,經重覆精心研究之結果,以完成本發明A。
即,本發明A之目的係提供經由利用亞氧化氮之分解所產生之分解熱分解氣體,可達成做為對於地球環境優異之亞氧化氮之利用之發電裝置、發電方法、分解氣體鍋鑪及分解氣體渦輪機。
然而,從上述取出電力或動力之能量之能量取出裝置中,可利用所有熱能,另一方面,為得大的輸出,需要大之溫度差。
在相關之狀況下,本發明人等係經由將亞氧化氮(N2O、亦稱為一氧化氮)之分解所產生之分解熱利用於熱源,提案做為對於地球環境優異之亞氧化氮之利用。
亞氧化氮係在於化學上為安定,處理亦容易,有溫度差之故,在於做為食品添加物被認可(日本厚生勞動省令第三十四號,平成17年3月22日)的同時,亦利用於醫療用麻醉或火箭之助燃劑等。
另一方面,亞氧化氮係做為具有二氧化碳(CO2)之約310倍之溫暖化效果之溫室效果氣體,成為地球暖化之原因之一。為此,近年以來,為予防止亞氧化氮之向大氣中
之排出,例如將工廠或燒毀設備、汽車等所排出之排氣中之亞氧化氮,使用觸媒分解除去之技術被多數開發出來(例如參照專利文獻B5~7)。
又,於上述專利文獻B5、6中,揭示有己二酸之製造工程中,將亞氧化氮之分解時所產生之熱,利用於亞氧化氮之預熱之技術。另一方面,於上述專利文獻B7中,揭示有分解處理含於剩餘麻醉氣體之亞氧化氮之裝置中,導入此分解裝置之氣體與從分解裝置排出之氣體之間,經由進行熱交換,減少加熱能量與冷卻能量,提高能量效率之技術。
但是,此等技術係化皆為分解除去大氣中排出之亞氧化氮為目的者。又,對於亞氧化氮之分解時所產生之熱之利用,雖然揭示有加熱(預熱)分解前之亞氧化氮者,但對於本發明人等提案之做為替代能量的亞氧化氮之利用則完全沒有揭示。
另一方面,本發明人等已開發出利用觸媒分解亞氧化氮所得之分解氣體,產生推力之推進裝置(參照專利文獻B8)。如此專利文獻B8之記載,亞氧化氮係使用亞氧化氮分解用觸媒分解之時,經由該分解熱可自我分解(熱分解)追加之亞氧化氮。
本發明人等係根據此見解,利用亞氧化氮之分解所產生之分解熱,發現做為上述對於地球環境優異之能量之亞氧化氮之利用,經重覆精心研究之結果,以完成本發明B。
即,本發明B之目的係提供可做為對於地球環境優異之能量之亞氧化氮之利用之同時,可從此亞氧化氮之分解所產生之分解熱有效率取出能量之能量取出裝置及能量取出方法。
在上述對於地球環境優異之能量之關心提高之狀況下,在於進行加熱(包含暖房、熱水供給、溫水、乾燥等)或冷卻(包含冷房、冷藏、冷凍、冷水、製冰等)除濕、加濕等各種熱利用之冷凍空調領域下,亦有要求替代以往之石化燃料等之能量之利用。
在相關之狀況下,本發明人等係經由利用亞氧化氮之分解所產生之能量,提案了做為對於地球環境優異之亞氧化氮之利用。
亞氧化氮係在於化學上為安定,處理亦容易之故,在於做為食品添加物被認可(日本厚生勞動省令第三十四號,平成17年3月22日)的同時,亦利用於醫療用麻醉或火箭之助燃劑等。
另一方面,亞氧化氮係做為具有二氧化碳(CO2)之約310倍之溫暖化效果之溫室效果氣體,成為地球暖化之原因之一。為此,近年以來,為予防止亞氧化氮之向大氣中之排出,例如將工廠或燒毀設備、汽車等所排出之排氣中之亞氧化氮,使用觸媒分解除去之技術被多數開發出來(例如參照專利文獻C1~3)。
又,於上述專利文獻C1、2中,揭示有己二酸之製造工程中,將亞氧化氮之分解時所產生之熱,利用於亞氧化
氮之預熱之技術。另一方面,於上述專利文獻C3中,揭示有分解處理含於剩餘麻醉氣體之亞氧化氮之裝置中,導入此分解裝置之氣體與從分解裝置排出之氣體之間,經由進行熱交換,減少加熱能量與冷卻能量,提高能量效率之技術。
但是,此等技術係化皆為分解除去大氣中排出之亞氧化氮為目的者。又,對於亞氧化氮之分解時所產生之熱之利用,雖然揭示有加熱(預熱)分解前之亞氧化氮者,但對於本發明人等提案之做為替代能量的亞氧化氮之利用則完全沒有揭示。
另一方面,本發明人等已開發出利用觸媒分解亞氧化氮所得之分解氣體,產生推力之推進裝置(參照專利文獻C4)。如此專利文獻C4之記載,亞氧化氮係使用亞氧化氮分解用觸媒分解之時,經由該分解熱可自我分解(熱分解)追加之亞氧化氮。
本發明人等係根據此見解,利用亞氧化氮之分解所產生之分解熱,發現做為上述對於地球環境優異之能量之亞氧化氮之利用,經重覆精心研究之結果,以完成本發明C。
即,本發明C之目的係提供可做為對於地球環境優異之能量之亞氧化氮之利用之時,可利用從此亞氧化氮之分解所產生之能量之熱輸送之熱輸送裝置及熱輸送方法。
在上述對於地球環境優異之能量之關心提高之狀況下,在於進行加熱(包含暖房、熱水供給、溫水、乾燥等)或
冷卻(包含冷房、冷藏、冷凍、冷水、製冰等)除濕、加濕等各種熱利用之冷凍空調領域下,亦有要求替代以往之石化燃料等之能量之利用。
在相關之狀況下,本發明人等係經由利用亞氧化氮之分解所產生之能量,提案了做為對於地球環境優異之亞氧化氮之利用。
亞氧化氮係在於化學上為安定,處理亦容易之故,在於做為食品添加物被認可(日本厚生勞動省令第三十四號,平成17年3月22日)的同時,亦利用於醫療用麻醉或火箭之助燃劑等。
另一方面,亞氧化氮係做為具有二氧化碳(CO2)之約310倍之溫暖化效果之溫室效果氣體,成為地球暖化之原因之一。為此,近年以來,為予防止亞氧化氮之向大氣中之排出,例如將工廠或燒毀設備、汽車等所排出之排氣中之亞氧化氮,使用觸媒分解除去之技術被多數開發出來(例如參照專利文獻D1~3)。
又,於上述專利文獻D1、2中,揭示有己二酸之製造工程中,將亞氧化氮之分解時所產生之熱,利用於亞氧化氮之預熱之技術。另一方面,於上述專利文獻D3中,揭示有分解處理含於剩餘麻醉氣體之亞氧化氮之裝置中,導入此分解裝置之氣體與從分解裝置排出之氣體之間,經由進行熱交換,減少加熱能量與冷卻能量,提高能量效率之技術。
但是,此等技術係化皆為分解除去大氣中排出之亞氧
化氮為目的者。又,對於亞氧化氮之分解時所產生之熱之利用,雖然揭示有加熱(預熱)分解前之亞氧化氮者,但對於本發明人等提案之做為替代能量的亞氧化氮之利用則完全沒有揭示。
另一方面,本發明人等已開發出利用觸媒分解亞氧化氮所得之分解氣體,產生推力之推進裝置(參照專利文獻D4)。如此專利文獻D4之記載,亞氧化氮係使用亞氧化氮分解用觸媒分解之時,經由該分解熱可自我分解(熱分解)追加之亞氧化氮。
本發明人等係根據此見解,利用亞氧化氮之分解所產生之分解熱,發現做為上述對於地球環境優異之能量之亞氧化氮之利用,經重覆精心研究之結果,以完成本發明D。
即,本發明D之目的係提供可做為對於地球環境優異之能量之亞氧化氮之利用之時,可利用從此亞氧化氮之分解所產生之能量之熱輸送之熱輸送裝置及熱輸送方法。
在上述對於地球環境優異之能量之關心提高之狀況下,在於進行加熱(包含暖房、熱水供給、溫水、乾燥等)或冷卻(包含冷房、冷藏、冷凍、冷水、製冰等)除濕、加濕等各種熱利用之冷凍空調領域下,亦有要求替代以往之石化燃料等之能量之利用。
在相關之狀況下,本發明人等係經由利用亞氧化氮之分解所產生之能量,提案了做為對於地球環境優異之亞氧化氮之利用。
亞氧化氮係在於化學上為安定,處理亦容易之故,在於做為食品添加物被認可(日本厚生勞動省令第三十四號,平成17年3月22日)的同時,亦利用於醫療用麻醉或火箭之助燃劑等。
另一方面,亞氧化氮係做為具有二氧化碳(CO2)之約310倍之溫暖化效果之溫室效果氣體,成為地球暖化之原因之一。為此,近年以來,為予防止亞氧化氮之向大氣中之排出,例如將工廠或燒毀設備、汽車等所排出之排氣中之亞氧化氮,使用觸媒分解除去之技術被多數開發出來(例如參照專利文獻E1~3)。
又,於上述專利文獻E1、2中,揭示有己二酸之製造工程中,將亞氧化氮之分解時所產生之熱,利用於亞氧化氮之預熱之技術。另一方面,於上述專利文獻E3中,揭示有分解處理含於剩餘麻醉氣體之亞氧化氮之裝置中,導入此分解裝置之氣體與從分解裝置排出之氣體之間,經由進行熱交換,減少加熱能量與冷卻能量,提高能量效率之技術。
但是,此等技術係化皆為分解除去大氣中排出之亞氧化氮為目的者。又,對於亞氧化氮之分解時所產生之熱之利用,雖然揭示有加熱(預熱)分解前之亞氧化氮者,但對於本發明人等提案之做為替代能量的亞氧化氮之利用則完全沒有揭示。
另一方面,本發明人等已開發出利用觸媒分解亞氧化氮所得之分解氣體,產生推力之推進裝置(參照專利文獻
E4)。如此專利文獻E4之記載,亞氧化氮係使用亞氧化氮分解用觸媒分解之時,經由該分解熱可自我分解(熱分解)追加之亞氧化氮。
本發明人等係根據此見解,利用亞氧化氮之分解所產生之分解熱,發現做為上述對於地球環境優異之能量之亞氧化氮之利用,經重覆精心研究之結果,以完成本發明E。
即,本發明E之目的係提供可做為對於地球環境優異之能量之亞氧化氮之利用之時,可利用從此亞氧化氮之分解所產生之能量進行熱輸送之熱輸送裝置及熱輸送方法。
本發明A乃提供以下之手段。
(1)具備:經由從亞氧化氮之分解所產生之分解氣體之熱回收,產生蒸氣之分解氣體鍋鑪、和經由前述分解氣體鍋鑪所產生蒸氣,旋轉驅動之蒸氣渦輪機、經由前述蒸氣渦輪機之驅動而發電之發電機的發電裝置。
(2)具備:經由亞氧化氮之分解所產生之分解氣體,旋轉驅動之分解氣體渦輪機、和經由前述分解氣體渦輪機之驅動而發電之發電機的發電裝置。
(3)前述分解氣體鍋鑪或前述分解氣體渦輪機係具備:配置
分解前述亞氧化氮之亞氧化氮分解用觸媒的分解反應部、和於前述分解反應部,供給含亞氧化氮之燃料氣體的燃料氣體供給手段;前述分解反應部中,將含於前述燃料氣體中之亞氧化氮,使用前述亞氧化氮分解用觸媒分解後,經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,持續於後供給之燃料氣體中之亞氧化氮之分解為特徵之前述(1)或(2)所記載之發電裝置。
(4)前述分解氣體鍋鑪或前述分解氣體渦輪機係具備:調整供給予前述分解反應部之燃料氣體之流量的流量調整手段;經由調整供予前述分解反應部之燃料氣體之流量,進行前述分解氣體之溫度控制為特徵之前項(3)所記載之發電裝置。
(5)前述分解氣體鍋鑪或前述分解氣體渦輪機係具備:調整含於前述燃料氣體之亞氧化氮之濃度的濃度調整手段;經由調整含於前述燃料氣體之亞氧化氮之濃度,進行前述分解氣體之溫度控制為特徵之前項(3)或(4)所記載之發電裝置。
(6)前述濃度調整手段係經由添加氮於前述燃料氣體中,進行含於前述燃料氣體中之亞氧化氮之濃度調整為特徵之前項(5)所記載之發電裝置。
(7)前述分解氣體鍋鑪或前述分解氣體渦輪機係具備:測定前述亞氧化氮分解用觸媒或分解氣體之溫度的溫度測定手
段;根據前述溫度測定手段所成測定結果,進行前述流量調整手段所成流量調整,或進行前述濃度調整手段所成濃度調整為特徵之前項(4)~(6)所記載任一項之發電裝置。
(8)前述分解氣體鍋鑪或前述分解氣體渦輪機係具備:預熱前述亞氧化氮分解用觸媒的預熱手段;於開始前述亞氧化氮之分解前,進行前述亞氧化氮分解用觸媒之預熱為特徵之前項(3)~(7)所記載任一項之發電裝置。
(9)前述分解氣體鍋鑪或前述分解氣體渦輪機係具備:於前述分解反應部供給氮氣之氮氣供給手段;於停止對前述分解反應部之燃料氣體之供給後,於前述分解反應部供給氮氣為特徵之前項(3)~(8)所記載任一項之發電裝置。
(10)具備:經由從前述分解氣體渦輪機排出之分解氣體之熱回收,產生蒸氣之分解熱回收鍋鑪、和經由前述分解熱回收鍋鑪所產生蒸氣,旋轉驅動之蒸氣渦輪機、經由前述蒸氣渦輪機之驅動而發電之發電機的前述(2)所記載之發電裝置。
(11)更具備:使用從前述分解氣體鍋鑪、分解氣體渦輪機或分解熱回收鍋鑪排出之分解氣體,經由從燃燒燃料時之燃燒氣體之熱回收,產生蒸氣之燃燒氣體鍋鑪、和經由前述燃燒氣體鍋鈉鑪所產生蒸氣,旋轉驅動之
蒸氣渦輪機、經由前述蒸氣渦輪機之驅動而發電之發電機的前述(1)、(2)、(10)所記載之任一項之發電裝置。
(12)更具備:使用從前述分解氣體鍋鑪、分解氣體渦輪機或分解熱回收鍋鑪排出之分解氣體,經由從燃燒燃料時之燃燒氣體,旋轉驅動之燃燒氣體渦輪機、經由前述燃燒氣體渦輪機之驅動而發電之發電機的前述(1)、(2)、(10)所記載之任一項之發電裝置。
(13)更具備:經由從前述燃燒氣體渦輪機排出之燃燒氣體之熱回收,產生蒸氣之排熱回收鍋鑪、和經由前述排熱回收鍋鑪所產生蒸氣,旋轉驅動之蒸氣渦輪機、經由前述蒸氣渦輪機之驅動而發電之發電機的前述(12)所記載之發電裝置。
(14)更具備:冷卻來自前述蒸氣渦輪機之蒸氣之冷凝器、和將前述冷凝器之冷凝水,供給至鍋鑪之供水泵的前述(1)、(10)、(11)、(13)所記載之任一項之發電裝置。
(15)具有:經由從亞氧化氮之分解所產生之分解氣體之熱回收,以分解氣體鍋鑪,產生蒸氣之步驟、和經由前述分解氣體鍋鑪所產生蒸氣,旋轉驅動蒸氣渦輪機之步驟、和經由前述蒸氣渦輪機之驅動,以發電機發電之步驟的發電方法。
(16)具有:經由亞氧化氮之分解所產生之分解氣體,旋轉
驅動分解氣體渦輪機之步驟、和經由前述分解氣體渦輪機之驅動,以發電機發電之步驟的發電方法。
(17)於配置分解前述亞氧化氮之亞氧化氮分解用觸媒之前述分解反應部,供給含前述亞氧化氮之前述燃料氣體,於此分解反應部中,將含於燃料氣體中之亞氧化氮,使用亞氧化氮分解用觸媒分解之後,經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,持續於後供給之燃料氣體中之亞氧化氮之分解為特徵之前述(15)或(16)所記載之發電方法。
(18)經由控制前述分解氣體之溫度,持續進行前述亞氧化氮之分解為特徵之前項(17)所記載之發電方法。
(19)經由調整前述燃料氣體之流量,進行前述分解氣體之溫度控制為特徵之前項(18)所記載之發電方法。
(20)經由調整含於前述燃料氣體之亞氧化氮之濃度,進行前述分解氣體之溫度控制為特徵之前項(18)或(19)所記載之發電方法。
(21)經由於前述燃料氣體中添加氮,進行含於前述燃料氣體中之亞氧化氮之濃度調整為特徵之前項(20)所記載之發電方法。
(22)測定前述亞氧化氮分解用觸媒或分解氣體之溫度,根據此測定結果,進行前述分解氣體之溫度控制為特徵之前項(18)~(21)所記載之發電方法。
(23)於開始前述亞氧化氮之分解前,預熱前述亞氧化氮分解用觸媒為特徵之前項(17)~(22)所記載任一項之發電方
法。
(24)於停止對前述分解反應部之燃料氣體之供給後,於前述分解反應部供給氮氣為特徵之前項(17)~(23)所記載任一項之發電方法。
(25)更具有:經由從前述分解氣體渦輪機排出之分解氣體之熱回收,以分解熱回收鍋鑪產生蒸氣之步驟、和經由前述分解熱回收鍋鑪所產生蒸氣,旋轉驅動蒸氣渦輪機之步驟、和經由前述蒸氣渦輪機之驅動,以發電機發電之步驟為特徵之前述(16)所記載之發電方法。
(26)更具備:使用從前述分解氣體鍋鑪、分解氣體渦輪機或分解熱回收鍋鑪排出之分解氣體,經由從燃燒燃料時之燃燒氣體之熱回收,以燃燒氣體鍋鑪產生蒸氣之步驟、和經由前述燃燒氣體鍋鑪所產生蒸氣,旋轉驅動蒸氣渦輪機之步驟、和經由前述蒸氣渦輪機之驅動,以發電機發電之步驟為特徵之前述(15)、(16)、(25)所記載之發電方法。
(27)更具備:使用從前述分解氣體鍋鑪、分解氣體渦輪機或分解熱回收鍋鑪排出之分解氣體,經由從燃燒燃料時之燃燒氣體,旋轉驅動燃燒氣體渦輪機之步驟、和經由前述燃燒氣體渦輪機之驅動,以發電機發電之步驟為特徵之前述(15)、(16)、(25)所記載之任一項之發電方法。
(28)更具有:經由從前述燃燒氣體渦輪機排出之燃燒氣體
之熱回收,以排熱回收鍋鑪產生蒸氣之步驟、和經由前述排熱回收鍋鑪所產生蒸氣,旋轉驅動蒸氣渦輪機之步驟、和經由前述蒸氣渦輪機之驅動,以發電機發電之步驟為特徵之前述(27)所記載之發電方法。
(29)更具備:將來自前述蒸氣渦輪機之蒸氣,以冷凝器冷卻成為冷凝水之步驟、和將前述冷凝水,對於鍋鑪以供水泵供水之步驟為特徵的前述(15)、(25)、(26)、(28)所記載之任一項之發電方法。
(30)經由從亞氧化氮之分解所產生之分解氣體之熱回收,產生蒸氣或溫水為特徵之分解氣體鍋鑪。
(31)具備:配置分解前述亞氧化氮之亞氧化氮分解用觸媒的分解反應部、和於前述分解反應部,供給含亞氧化氮之燃料氣體的燃料氣體供給手段;前述分解反應部中,將含於前述燃料氣體中之亞氧化氮,使用前述亞氧化氮分解用觸媒分解後,經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,持續於後供給之燃料氣體中之亞氧化氮之分解為特徵之前述(30)所記載之分解氣體鍋鑪。
(32)具備:調整供給予前述分解反應部之燃料氣體之流量的流量調整手段;經由調整供予前述分解反應部之燃料氣體之流量,進行前述分解氣體之溫度控制為特徵之前項(31)所記載之分
解氣體鍋鑪。
(33)具備:調整含於前述燃料氣體中之亞氧化氮之濃度的濃度調整手段;經由調整含於前述燃料氣體中之亞氧化氮之濃度,進行前述分解氣體之溫度控制為特徵之前項(31)或(32)所記載之分解氣體鍋鑪。
(34)前述濃度調整手段係經由添加氮於前述燃料氣體中,進行含於前述燃料氣體中之亞氧化氮之濃度調整為特徵之前項(33)所記載之分解氣體鍋鑪。
(35)具備:測定前述亞氧化氮分解用觸媒或分解氣體之溫度的溫度測定手段;根據前述溫度測定手段所成測定結果,進行前述流量調整手段所成流量調整,或進行前述濃度調整手段所成濃度調整為特徵之前項(32)~(34)所記載任一項之分解氣體鍋鑪。
(36)具備:預熱前述亞氧化氮分解用觸媒的預熱手段;於開始前述亞氧化氮之分解前,進行前述亞氧化氮分解用觸媒之預熱為特徵之前項(31)~(35)所記載任一項之分解氣體鍋鑪。
(37)具備:於前述分解反應部供給氮氣之氮氣供給手段;於停止對前述分解反應部之燃料氣體之供給後,於前述分解反應部供給氮氣為特徵之前項(31)~(36)所記載任一項之分解氣體鍋鑪。
(38)經由亞氧化氮之分解所產生之分解氣體,旋轉驅動為
特徵之分解氣體渦輪機。
(39)具備:配置分解前述亞氧化氮之亞氧化氮分解用觸媒的分解反應部、和於前述分解反應部,供給含亞氧化氮之燃料氣體的燃料氣體供給手段;前述分解反應部中,將含於前述燃料氣體中之亞氧化氮,使用前述亞氧化氮分解用觸媒分解後,經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,持續於後供給之燃料氣體中之亞氧化氮之分解為特徵之前述(38)所記載之分解氣體渦輪機。
(40)具備:調整供給予前述分解反應部之燃料氣體之流量的流量調整手段;經由調整供予前述分解反應部之燃料氣體之流量,進行前述分解氣體之溫度控制為特徵之前項(39)所記載之分解氣體渦輪機。
(41)具備:調整含於前述燃料氣體中之亞氧化氮之濃度的濃度調整手段;經由調整含於前述燃料氣體中之亞氧化氮之濃度,進行前述分解氣體之溫度控制為特徵之前項(39)或(40)所記載之分解氣體渦輪機。
(42)前述濃度調整手段係經由添加氮於前述燃料氣體中,進行含於前述燃料氣體中之亞氧化氮之濃度調整為特徵之前項(41)所記載之分解氣體渦輪機。
(43)具備:測定前述亞氧化氮分解用觸媒或分解氣體之溫度的溫度測定手段;
根據前述溫度測定手段所成測定結果,進行前述流量調整手段所成流量調整,或進行前述濃度調整手段所成濃度調整為特徵之前項(40)~(42)所記載任一項之分解氣體渦輪機。
(44)具備:預熱前述亞氧化氮分解用觸媒的預熱手段;於開始前述亞氧化氮之分解前,進行前述亞氧化氮分解用觸媒之預熱為特徵之前項(39)~(43)所記載任一項之分解氣體渦輪機。
(45)具備:於前述分解反應部供給氮氣之氮氣供給手段;於停止對前述分解反應部之燃料氣體之供給後,於前述分解反應部供給氮氣為特徵之前項(39)~(44)所記載任一項之分解氣體渦輪機。
(46)具備:經由從亞氧化氮之分解所產生之分解氣體之熱回收,產生蒸氣之分解氣體鍋鑪、和經由前述分解氣體鍋鑪所產生蒸氣,旋轉驅動之蒸氣渦輪機、具備:經由前述蒸氣渦輪機之驅動,進行熱輸送之熱泵的熱輸送裝置。
(47)具備:經由亞氧化氮之分解所產生之分解氣體,旋轉驅動之分解氣體渦輪機、和經由前述分解氣體渦輪機之驅動,進行熱輸送之熱泵的熱輸送裝置。
(48)具備:經由從前述分解氣體渦輪機排出之分解氣體之熱回收,產生蒸氣之分解熱回收鍋鑪、
和經由前述分解熱回收鍋鑪所產生蒸氣,旋轉驅動之蒸氣渦輪機、和經由前述蒸氣渦輪機之驅動,進行熱輸送之熱泵為特徵的前述(47)所記載之熱輸送裝置。
(49)更具備:使用從前述分解氣體鍋鑪、分解氣體渦輪機或分解熱回收鍋鑪排出之分解氣體,經由從燃燒燃料時之燃燒氣體之熱回收,產生蒸氣之燃燒氣體鍋鑪、和經由前述燃燒氣體鍋鑪所產生蒸氣,旋轉驅動之蒸氣渦輪機、和經由前述蒸氣渦輪機之驅動,進行熱輸送之熱泵為特徵的前述(46)~(48)所記載任一項之熱輸送裝置。
(50)更具備:使用從前述分解氣體鍋鑪、分解氣體渦輪機或分解熱回收鍋鑪排出之分解氣體,經由從燃燒燃料時之燃燒氣體,旋轉驅動之燃燒氣體渦輪機、和經由前述燃燒氣體渦輪機之驅動,進行熱輸送之熱泵為特徵的前述(46)~(48)所記載任一項之熱輸送裝置。
(51)更具備:經由從前述燃燒氣體渦輪機排出之燃燒氣體之熱回收,產生蒸氣之排熱回收鍋鑪、和經由前述排熱回收鍋鑪所產生蒸氣,旋轉驅動之蒸氣渦輪機、和經由前述蒸氣渦輪機之驅動,進行熱輸送之熱泵為特徵的前述(50)所記載之熱輸送裝置。
(52)更具備:冷卻來自前述蒸氣渦輪機之蒸氣之冷凝器、和將前述冷凝器之冷凝水,供給至鍋鑪之供水泵為特
徵之前述(46)、(48)、(49)、(51)所記載之任一項之熱輸送裝置。
(53)前述熱泵係具備冷媒循環之冷媒循環系、和壓縮前述冷媒循環系中之冷媒而送出之壓縮部、和邊凝縮前述壓縮部壓縮之冷媒,邊從該冷縮放出熱之凝縮部、和使在前述凝縮部散熱之冷媒膨脹之膨脹部、和邊蒸發在前述膨脹部所膨脹之冷媒,邊於此冷媒吸收熱之蒸發部;前述壓縮部則經由前述蒸氣渦輪機、分解氣體渦輪機或燃燒氣體渦輪機所驅動者為特徵之前項(46)~(52)所記載任一項之熱輸送裝置。
(54)前述熱泵係具備切換前述冷媒流動方向之切換手段為特徵的前述(53)所記載之熱輸送裝置。
(55)具有:經由從亞氧化氮之分解所產生之分解氣體之熱回收,以分解氣體鍋鑪,產生蒸氣之步驟、和經由前述分解氣體鍋鑪所產生蒸氣,旋轉驅動蒸氣渦輪機之步驟、和經由前述蒸氣渦輪機之驅動,以熱泵進行熱輸送之步驟的熱輸送方法。
(56)具有:經由亞氧化氮之分解所產生之分解氣體,旋轉驅動分解氣體渦輪機之步驟、和經由前述分解氣體渦輪機之驅動,以熱泵進行熱輸送之步驟的熱輸送方法。
(57)更具有:經由從前述分解氣體渦輪機排出之分解氣體之熱回收,以分解熱回收鍋鑪產生蒸氣之步驟、
和經由前述分解熱回收鍋鑪所產生蒸氣,旋轉驅動蒸氣渦輪機之步驟、和經由前述蒸氣渦輪機之驅動,以熱泵進行熱輸送之步驟為特徵之前述(56)所記載之熱輸送方法。
(58)更具備:使用從前述分解氣體鍋鑪、分解氣體渦輪機或分解熱回收鍋鑪排出之分解氣體,經由從燃燒燃料時之燃燒氣體之熱回收,以燃燒氣體鍋鑪產生蒸氣之步驟、和經由前述燃燒氣體鍋鑪所產生蒸氣,旋轉驅動蒸氣渦輪機之步驟、和經由前述蒸氣渦輪機之驅動,以熱泵進行熱輸送之步驟為特徵之前述(55)~(57)所記載任一項之熱輸送方法。
(59)更具備:使用從前述分解氣體鍋鑪、分解氣體渦輪機或分解熱回收鍋鑪排出之分解氣體,經由從燃燒燃料時之燃燒氣體,旋轉驅動燃燒氣體渦輪機之步驟、和經由前述燃燒氣體渦輪機之驅動,以熱泵進行熱輸送之步驟為特徵之前述(55)~(57)所記載任一項之熱輸送方法。
(60)更具有:經由從前述燃燒氣體渦輪機排出之燃燒氣體之熱回收,以排熱回收鍋鑪產生蒸氣之步驟、和經由前述排熱回收鍋鑪所產生蒸氣,旋轉驅動蒸氣渦輪機之步驟、和經由前述蒸氣渦輪機之驅動,以熱泵進行熱輸送之步驟為特徵之前述(59)所記載之熱輸送方法。
(61)更具備:將來自前述蒸氣渦輪機之蒸氣,以冷凝器冷卻成為冷凝水之步驟、和將前述冷凝水,對於鍋鑪以供水泵供水之步驟為特徵的前述(55)、(57)、(58)、(60)所記載之任一項之熱輸送方法。
(62)具備:循環冷媒之冷媒循環系、與前述冷媒循環系連接之同時,循環吸收前述冷媒之吸收液的吸收液循環系、和邊凝縮前述冷媒循環系中之冷媒,邊從此冷媒放出熱之凝縮部、和邊蒸發前述冷媒循環系中之冷媒,邊於此冷媒吸收熱之蒸發部、和將前述蒸發之冷媒,吸收於前述吸收液循環系中之吸收液的吸收部、和將前述吸收之冷媒,從於前述吸收液循環系中之吸收液蒸發的再生部;前述再生部中,設置加熱前述吸收液之加熱手段,此加熱手段係經由亞氧化氮之分解所產生分解熱,進行加熱為特徵之熱輸送裝置。
(63)於前述凝縮部及/或吸收部中,設置冷卻前述冷媒及/或吸收液之冷卻手段,此冷卻手段係經由伴隨亞氧化氮之斷熱膨脹之冷卻熱,進行冷卻為特徵之前項(62)所記載之熱輸送裝置。
(64)具備:填充前述亞氧化氮之高壓氣體容器;將從此高
壓氣體容器放出而斷熱膨脹之亞氧化氮氣體,供予前述凝縮部及/或吸收部為特徵之前項(63)所記載之熱輸送裝置。
(65)具備:配置分解前述亞氧化氮之亞氧化氮分解用觸媒的分解反應部;和將經由斷熱膨脹前述亞氧化氮而得之亞氧化氮氣體,供予凝縮部及/或吸收部之第1之供給線、和將從前述凝縮部及/或吸收部排出之亞氧化氮氣體,供予前述分解反應部之第2之供給線、和在前述分解反應部,將經由分解亞氧化氮氣體所得之亞氧化氮之分解氣體,供予前述再生部之第3之供給線為特徵之前項(63)所記載之熱輸送裝置。
(67)於循環冷媒之冷媒循環系中,具有邊凝縮前述冷媒循環系中之冷媒,邊從此冷媒放出熱之凝縮步驟、和邊蒸發前述冷媒循環系中之冷媒,邊於此冷媒吸收熱之蒸發步驟;與前述冷媒循環系連接之同時,循環吸收前述冷媒之吸收液的吸收液循環系中,具有將前述蒸發之冷媒,吸收於前述吸收液循環系中之吸收液的吸收步驟、和將前述吸收之冷媒,從於前述吸收液循環系中之吸收液蒸發的再生步驟;於前述再生部,使用經由亞氧化氮之分解所產生之分解熱,加熱前述吸收液為特徵之熱輸送方法。
(68)於前述凝縮及/或吸收步驟中,使用伴隨亞氧化氮之斷熱膨脹之冷卻熱,冷卻前述冷媒及/或吸收液為特徵之前項(67)所記載之熱輸送方法。
(69)於前述凝縮及/或吸收步驟中,使用從填充前述亞氧化氮之高壓氣體容器放出而斷熱膨脹之亞氧化氮氣體為特徵之前項(68)所記載之熱輸送方法。
(70)使用經由斷熱膨脹前述亞氧化氮所得亞氧化氮氣體,於前述凝縮及/或吸收步驟中,冷卻冷媒後,將亞氧化氮氣體使用亞氧化氮分解用觸媒分解,使用分解此亞氧化氮氣體所得亞氧化氮之分解氣體,於再生步驟,加熱吸收液為特徵之前項(68)所記載之熱輸送方法。
(71)組合前項(1),~(14)之任一項所記載之發電裝置、和前項(46)~(54)之任一項所記載之熱輸送裝置的汽電共生系統。
(72)更組合前項(62)~(65)之任一項所記載之熱輸送裝置為特徵的前項(71)所記載之汽電共生系統。
(73)組合前項(1),~(14)之任一項所記載之發電裝置、和前項(62)~(65)之任一項所記載之熱輸送裝置的汽電共生系統。本發明B乃提供以下之手段。
(1)從溫度差取出能量之能量取出裝置中,具備:將前述溫度差變換成電力或動力之變換手段、和加熱前述變換手段之高溫側之加熱手段;前述加熱手段係經由亞氧化氮之分解所產生之分解熱
,進行加熱為特徵之能量取出裝置。
(2)具備:冷卻前述變換手段之低溫側的冷卻手段;前述冷卻手段係經由伴隨亞氧化氮之斷熱膨脹之冷卻熱,進行冷卻為特徵之前項(1)所記載之能量取出裝置。
(3)具備:配置分解前述亞氧化氮之亞氧化氮分解用觸媒的分解反應部;和將經由斷熱膨脹前述亞氧化氮而得之亞氧化氮氣體,供予冷卻手段之第1之供給線、和將從前述冷卻手排出之亞氧化氮氣體,供予前述分解反應部之第2之供給線、和在前述分解反應部,將經由分解亞氧化氮氣體所得之亞氧化氮之分解氣體,供予前述加熱手段之第3之供給線;前述分解反應部中,將前述亞氧化氮氣體,使用前述亞氧化氮分解用觸媒分解後,經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,持續於後供給之亞氧化氮氣體之分解為特徵之前述(2)所記載之能量取出裝置。
(4)具備:調整供給予前述分解反應部之亞氧化氮氣體之流量的流量調整手段;經由調整供予前述分解反應部之亞氧化氮氣體之流量,進行前述分解氣體之溫度控制為特徵之前項(3)所記載之能量取出裝置。
(5)具備:調整供給予前述分解反應部之亞氧化氮氣體之濃度的濃度調整手段;
經由調整供予前述分解反應部之亞氧化氮氣體之濃度,進行前述分解氣體之溫度控制為特徵之前項(3)或(4)所記載之能量取出裝置。
(6)前述濃度調整手段係經由添加氮氣於前述亞氧化氮氣體中,進行前述亞氧化氮氣體之濃度調整為特徵之前項(5)所記載之能量取出裝置。
(7)具備:測定前述亞氧化氮分解用觸媒或分解氣體之溫度的溫度測定手段;根據前述溫度測定手段所成測定結果,進行前述流量調整手段所成流量調整,或進行前述濃度調整手段所成濃度調整為特徵之前項(4)~(6)所記載任一項之能量取出裝置。
(8)具備:預熱前述亞氧化氮分解用觸媒的預熱手段;於開始前述亞氧化氮之分解前,進行前述亞氧化氮分解用觸媒之預熱為特徵之前項(3)~(7)所記載任一項之能量取出裝置。
(9)具備:於前述分解反應部供給氮氣之氮氣供給手段;於停止對前述分解反應部之亞氧化氮氣體之供給後,於前述分解反應部供給氮氣為特徵之前項(3)~(8)所記載任一項之能量取出裝置。
(10)具備:填充前述亞氧化氮之高壓氣體容器;將從此高壓氣體容器放出而斷熱膨脹之亞氧化氮氣體,供予前述第1之供給線為特徵之前項(3)~(9)所記載任一項之能量取出裝置。
(11)前述變換手段係將溫度差變換成電力之熱電變換元件為特徵之前項(1)~(10)所記載任一項之能量取出裝置。
(12)前述變換手段係將溫度差變換成動力之史特林引擎或熱導管渦輪機為特徵之前項(1)~(10)所記載任一項之能量取出裝置。
(13)具備經由前述史特林引擎或熱導管渦輪機之驅動而發電之發電機為特徵之前述(12)所記載之能量取出裝置。
(14)從溫度差取出能量之能量取出方法中,使用將前述溫度差變換成電力或動力之變換手段,於加熱此變換手段之高溫側時,使用亞氧化氮之分解所產生之分解熱為特徵之能量取出方法。
(15)於冷卻前述變換手段之低溫側時,使用伴隨亞氧化氮之斷熱膨脹之冷卻熱為特徵之前項(14)所記載之能量取出方法。
(16)使用經由斷熱膨脹前述亞氧化氮所得亞氧化氮氣體,冷卻前述變換手段之低溫側後,將亞氧化氮氣體使用亞氧化氮分解用觸媒分解,使用分解此亞氧化氮氣體所得亞氧化氮之分解氣體,加熱前述變換手段之高溫側為特徵之前項(15)所記載之熱輸送方法。
(17)於配置前述亞氧化氮分解用觸媒之分解反應部中,供給前述亞氧化氮,於前述分解反應部,將前述亞氧化氮氣體,使用前述亞氧化氮分解用觸媒分解後,經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,持續於後供給之亞氧化氮氣體之分解為特徵之前述(16)所記載之能量取出方法。
(18)經由控制前述分解氣體之溫度,持續進行前述亞氧化氮之分解為特徵之前項(17)所記載之能量取出方法。
(19)經由調整前述亞氧化氮氣體之流量,進行前述分解氣體之溫度控制為特徵之前項(18)所記載之能量取出方法。
(20)經由調整前述亞氧化氮氣體之濃度,進行前述分解氣體之溫度控制為特徵之前項(18)或(19)所記載之能量取出方法。
(21)經由添加氮氣於前述亞氧化氮氣體中,進行前述亞氧化氮氣體之濃度調整為特徵之前項(20)所記載之能量取出方法。
(22)測定前述亞氧化氮分解用觸媒或分解氣體之溫度,根據此測定結果,進行前述分解氣體之溫度控制為特徵之前項(18)~(21)所記載之能量取出方法。
(23)於開始前述亞氧化氮氣體之分解前,預熱前述亞氧化氮分解用觸媒為特徵之前項(16)~(22)所記載任一項之能量取出方法。
(24)於停止對前述分解反應部之亞氧化氮氣體之供給後,於前述分解反應部供給氮氣為特徵之前項(17)~(23)所記載任一項之能量取出方法。
(25)於冷卻前述變換手段之低溫側時,使用從填充前述亞氧化氮之高壓氣體容器放出而斷熱膨脹之亞氧化氮氣體為特徵之前項(15)~(24)所記載之能量取出方法。
(26)做為前述變換手段,使用將溫度差變換成電力之熱電變換元件為特徵之前項(14)~(25)所記載任一項之能量取
出方法。
(27)做為前述變換手段,使用將溫度差變換成動力之史特林引擎或熱導管渦輪機為特徵之前項(14)~(25)所記載任一項之能量取出方法。
(28)更具有經由前述史特林引擎或熱導管渦輪機之驅動,以發電機發電之步驟為特徵之前述(27)所記載之能量取出方法。
本發明C乃提供以下之手段。
(1)具備:經由斷熱膨脹亞氧化氮所得亞氧化氮氣體通過內部之期間,經由與外部之熱交換而吸熱之吸熱側熱交換部、和分解前述亞氧化氮之亞氧化氮分解用觸媒被配置於內部,於前述亞氧化氮通過內部期間,進行前述亞氧化氮分解用觸媒所成亞氧化氮之分解的分解反應部、和於前述分解反應部,於經由分解亞氧化氮氣體所得分解氣體通過內部之期間,經由與外部之熱交換而散熱之散熱側熱交換部的熱輸送裝置。
(2)將經由斷熱膨脹前述亞氧化氮而得之亞氧化氮氣體,供予前述吸熱側熱交換部之第1之供給線、和將從前述吸熱側熱交換部排出之亞氧化氮氣體,供予前述分解反應部之第2之供給線、和在前述分解反應部,將經由分解亞氧化氮氣體所得之亞氧化氮之分解氣體,供予前述散熱側熱交換部之第3之供給線;
前述分解反應部中,將前述亞氧化氮氣體,使用前述亞氧化氮分解用觸媒分解後,經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,持續於後供給之亞氧化氮氣體之分解為特徵之前述(1)所記載之熱輸送裝置。
(3)具備:調整供給予前述分解反應部之亞氧化氮氣體之流量的流量調整手段;經由調整供予前述分解反應部之亞氧化氮氣體之流量,進行前述分解氣體之溫度控制為特徵之前項(2)所記載之熱輸送裝置。
(4)具備:調整供給予前述分解反應部之亞氧化氮氣體之濃度的濃度調整手段;經由調整供予前述分解反應部之亞氧化氮氣體之濃度,進行前述分解氣體之溫度控制為特徵之前項(2)或(3)所記載之熱輸送裝置。
(5)前述濃度調整手段係經由添加氮氣於前述亞氧化氮氣體中,進行前述亞氧化氮氣體之濃度調整為特徵之前項(4)所記載之熱輸送裝置。
(6)具備:測定前述亞氧化氮分解用觸媒或分解氣體之溫度的溫度測定手段;根據前述溫度測定手段所成測定結果,進行前述流量調整手段所成流量調整,或進行前述濃度調整手段所成濃度調整為特徵之前項(3)~(5)所記載任一項之熱輸送裝置。
(7)具備:預熱前述亞氧化氮分解用觸媒的預熱手段;
於開始前述亞氧化氮之分解前,進行前述亞氧化氮分解用觸媒之預熱為特徵之前項(2)~(6)所記載任一項之熱輸送裝置。
(8)具備:於前述分解反應部供給氮氣之氮氣供給手段;於停止對前述分解反應部之亞氧化氮氣體之供給後,於前述分解反應部供給氮氣為特徵之前項(2)~(7)所記載任一項之熱輸送裝置。
(9)具備:填充前述亞氧化氮之高壓氣體容器;將從此高壓氣體容器放出而斷熱膨脹之亞氧化氮氣體,供予前述第1之供給線為特徵之前項(2)~(8)所記載任一項之熱輸送裝置。
(10)具有:使用經由斷熱膨脹亞氧化氮所得亞氧化氮氣體,經由與外部之熱交換而吸熱之吸熱步驟、和將前述亞氧化氮氣體使用亞氧化氮分解用觸媒加以分解的分解步驟、和使用經由分解亞氧化氮氣體所得亞氧化氮之分解氣體,經由與外部之熱交換而散熱之散熱步驟的熱輸送方法。
(11)於配置前述亞氧化氮分解用觸媒之分解反應部中,供給前述亞氧化氮,於前述分解反應部,將前述亞氧化氮氣體,使用前述亞氧化氮分解用觸媒分解後,經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,持續於後供給之亞氧化氮氣體之分解為特徵之前述(10)所記載之熱輸送方法。
(12)經由控制前述分解氣體之溫度,持續進行前述亞氧化
氮之分解為特徵之前項(11)所記載之熱輸送方法。
(13)經由調整前述亞氧化氮氣體之流量,進行前述分解氣體之溫度控制為特徵之前項(12)所記載之熱輸送方法。
(14)經由調整前述亞氧化氮氣體之濃度,進行前述分解氣體之溫度控制為特徵之前項(12)或(13)所記載之熱輸送方法。
(15)經由添加氮氣於前述亞氧化氮氣體中,進行前述亞氧化氮氣體之濃度調整為特徵之前項(14)所記載之熱輸送方法。
(16)測定前述亞氧化氮分解用觸媒或分解氣體之溫度,根據此測定結果,進行前述分解氣體之溫度控制為特徵之前項(13)~(15)所記載之熱輸送方法。
(17)於開始前述亞氧化氮氣體之分解前,預熱前述亞氧化氮分解用觸媒為特徵之前項(10)~(16)所記載任一項之熱輸送方法。
(18)於停止對前述分解反應部之亞氧化氮氣體之供給後,於前述分解反應部供給氮氣為特徵之前項(11)~(17)所記載任一項之熱輸送裝置。
(19)於前述吸熱步驟中,使用從填充前述亞氧化氮之高壓氣體容器放出而斷熱膨脹之亞氧化氮氣體為特徵之前項(10)~(18)所記載之熱輸送方法。
本發明D乃提供以下之手段。
(1)具備:經由從亞氧化氮之分解所產生之分解氣體之熱回收,產生蒸氣之分解氣體鍋鑪、
和經由前述分解氣體鍋鑪所產生蒸氣,旋轉驅動之蒸氣渦輪機、具備:經由前述蒸氣渦輪機之驅動,進行熱輸送之熱泵的熱輸送裝置。
(2)具備:經由亞氧化氮之分解所產生之分解氣體,旋轉驅動之分解氣體渦輪機、和經由前述分解氣體渦輪機之驅動,進行熱輸送之熱泵的熱輸送裝置。
(3)前述分解氣體鍋鑪或前述分解氣體渦輪機係具備:配置分解前述亞氧化氮之亞氧化氮分解用觸媒的分解反應部、和於前述分解反應部,供給含亞氧化氮之燃料氣體的燃料氣體供給手段;前述分解反應部中,將含於前述燃料氣體中之亞氧化氮,使用前述亞氧化氮分解用觸媒分解後,經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,持續於後供給之燃料氣體中之亞氧化氮之分解為特徵之前述(1)或(2)所記載之熱輸送裝置。
(4)前述分解氣體鍋鑪或前述分解氣體渦輪機係具備:調整供給予前述分解反應部之燃料氣體之流量的流量調整手段;經由調整供予前述分解反應部之燃料氣體之流量,進行前述分解氣體之溫度控制為特徵之前項(3)所記載之熱輸送裝置。
(5)前述分解氣體鍋鑪或前述分解氣體渦輪機係具備:調整
含於前述燃料氣體之亞氧化氮之濃度的濃度調整手段;經由調整含於前述燃料氣體之亞氧化氮之濃度,進行前述分解氣體之溫度控制為特徵之前項(3)或(4)所記載之熱輸送裝置。
(6)前述濃度調整手段係經由添加氮於前述燃料氣體中,進行含於前述燃料氣體中之亞氧化氮之濃度調整為特徵之前項(5)所記載之熱輸送裝置。
(7)前述分解氣體鍋鑪或前述分解氣體渦輪機係具備:測定前述亞氧化氮分解用觸媒或分解氣體之溫度的溫度測定手段;根據前述溫度測定手段所成測定結果,進行前述流量調整手段所成流量調整,或進行前述濃度調整手段所成濃度調整為特徵之前項(4)~(6)所記載任一項之熱輸送裝置。
(8)前述分解氣體鍋鑪或前述分解氣體渦輪機係具備:預熱前述亞氧化氮分解用觸媒的預熱手段;於開始前述亞氧化氮之分解前,進行前述亞氧化氮分解用觸媒之預熱為特徵之前項(3)~(7)所記載任一項之熱輸送裝置。
(9)前述分解氣體鍋鑪或前述分解氣體渦輪機係具備:於前述分解反應部供給氮氣之氮氣供給手段;於停止對前述分解反應部之燃料氣體之供給後,於前述分解反應部供給氮氣為特徵之前項(3)~(8)所記載任一項之熱輸送裝置。
(10)前述熱泵係具備冷媒循環之冷媒循環系、和壓縮前述冷媒循環系中之冷媒而送出之壓縮部、和邊凝縮前述壓縮部壓縮之冷媒,邊從該冷縮放出熱之凝縮部、和使在前述凝縮部散熱之冷媒膨脹之膨脹部、和邊蒸發在前述膨脹部所膨脹之冷媒,邊於此冷媒吸收熱之蒸發部;前述壓縮部則經由前述蒸氣渦輪機或分解氣體渦輪機所驅動者為特徵之前項(1)~(9)所記載任一項之熱輸送裝置。
(11)前述熱泵係具備切換前述冷媒流動方向之切換手段為特徵的前述(10)所記載之熱輸送裝置。
(12)具有:經由從亞氧化氮之分解所產生之分解氣體之熱回收,以分解氣體鍋鑪,產生蒸氣之步驟、和經由前述分解氣體鍋鑪所產生蒸氣,旋轉驅動蒸氣渦輪機之步驟、和經由前述蒸氣渦輪機之驅動,以熱泵進行熱輸送之步驟的熱輸送方法。
(13)具有:經由亞氧化氮之分解所產生之分解氣體,旋轉驅動分解氣體渦輪機之步驟、和經由前述分解氣體渦輪機之驅動,以熱泵進行熱輸送之步驟的熱輸送方法。
(14)於配置分解前述亞氧化氮之亞氧化氮分解用觸媒之前述分解反應部,供給含前述亞氧化氮之前述燃料氣體,於此分解反應部中,將含於燃料氣體中之亞氧化氮,使用亞氧化氮分解用觸媒分解之後,經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,持續於後供給之燃料氣體中之亞氧化氮之分
解為特徵之前述(12)或(13)所記載之熱輸送方法。
(15)經由控制前述分解氣體之溫度,持續進行前述亞氧化氮之分解為特徵之前項(14)所記載之熱輸送方法。
(16)經由調整前述燃料氣體之流量,進行前述分解氣體之溫度控制為特徵之前項(15)所記載之熱輸送方法。
(17)經由調整含於前述燃料氣體之亞氧化氮之濃度,進行前述分解氣體之溫度控制為特徵之前項(15)或(16)所記載之熱輸送方法。
(18)經由於前述燃料氣體中添加氮,進行含於前述燃料氣體中之亞氧化氮之濃度調整為特徵之前項(17)所記載之熱輸送方法。
(19)測定前述亞氧化氮分解用觸媒或分解氣體之溫度,根據此測定結果,進行前述分解氣體之溫度控制為特徵之前項(15)~(18)所記載之熱輸送方法。
(20)於開始前述亞氧化氮之分解前,預熱前述亞氧化氮分解用觸媒為特徵之前項(14)~(19)所記載任一項之熱輸送方法。
(21)於停止對前述分解反應部之燃料氣體之供給後,於前述分解反應部供給氮氣為特徵之前項(14)~(20)所記載任一項之熱輸送方法。本發明E乃提供以下之手段。
(1)具備:循環冷媒之冷媒循環系、與前述冷媒循環系連接之同時,循環吸收前述冷媒之吸收液的吸收液循環系、
和邊凝縮前述冷媒循環系中之冷媒,邊從此冷媒放出熱之凝縮部、和邊蒸發前述冷媒循環系中之冷媒,邊於此冷媒吸收熱之蒸發部、和將前述蒸發之冷媒,吸收於前述吸收液循環系中之吸收液的吸收部、和將前述吸收之冷媒,從於前述吸收液循環系中之吸收液蒸發的再生部;前述再生部中,設置加熱前述吸收液之加熱手段,此加熱手段係經由亞氧化氮之分解所產生分解熱,進行加熱為特徵之熱輸送裝置。
(2)具備:配置分解前述亞氧化氮之亞氧化氮分解用觸媒之分解反應部,於此分解反應部中,將前述亞氧化氮氣體,使用前述亞氧化氮分解用觸媒分解後,經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,持續於後供給之亞氧化氮氣體之分解為特徵之前述(1)所記載之熱輸送裝置。
(3)具備:調整供給予前述分解反應部之亞氧化氮氣體之流量的流量調整手段;經由調整供予前述分解反應部之亞氧化氮氣體之流量,進行前述分解氣體之溫度控制為特徵之前項(2)所記載之熱輸送裝置。
(4)具備:調整供給予前述分解反應部之亞氧化氮氣體之濃度的濃度調整手段;經由調整供予前述分解反應部之亞氧化氮氣體之濃度
,進行前述分解氣體之溫度控制為特徵之前項(2)或(3)所記載之熱輸送裝置。
(5)前述濃度調整手段係經由添加氮氣於前述亞氧化氮氣體中,進行前述亞氧化氮氣體之濃度調整為特徵之前項(4)所記載之熱輸送裝置。
(6)具備:測定前述亞氧化氮分解用觸媒或分解氣體之溫度的溫度測定手段;根據前述溫度測定手段所成測定結果,進行前述流量調整手段所成流量調整,或進行前述濃度調整手段所成濃度調整為特徵之前項(3)~(5)所記載任一項之熱輸送裝置。
(7)具備:預熱前述亞氧化氮分解用觸媒的預熱手段;於開始前述亞氧化氮之分解前,進行前述亞氧化氮分解用觸媒之預熱為特徵之前項(2)~(6)所記載任一項之熱輸送裝置。
(8)具備:於前述分解反應部供給氮氣之氮氣供給手段;於停止對前述分解反應部之亞氧化氮氣體之供給後,於前述分解反應部供給氮氣為特徵之前項(2)~(7)所記載任一項之熱輸送裝置。
(9)於前述凝縮部及/或吸收部中,設置冷卻前述冷媒及/或吸收液之冷卻手段,此冷卻手段係經由伴隨亞氧化氮之斷熱膨脹之冷卻熱,進行冷卻為特徵之前項(2)~(8)所記載任一項之熱輸送裝置。
(10)具備:填充前述亞氧化氮之高壓氣體容器;將從此高
壓氣體容器放出而斷熱膨脹之亞氧化氮氣體,供予前述凝縮部及/或吸收部為特徵之前項(9)所記載之熱輸送裝置。
(11)具備:將經由斷熱膨脹前述亞氧化氮而得之亞氧化氮氣體,供予凝縮部及/或吸收部之第1之供給線、和將從前述凝縮部及/或吸收部排出之亞氧化氮氣體,供予前述分解反應部之第2之供給線、和在前述分解反應部,將經由分解亞氧化氮氣體所得之亞氧化氮之分解氣體,供予前述再生部之第3之供給線為特徵之前項(10)所記載之熱輸送裝置。
(12)於循環冷媒之冷媒循環系中,具有邊凝縮前述冷媒循環系中之冷媒,邊從此冷媒放出熱之凝縮步驟、和邊蒸發前述冷媒循環系中之冷媒,邊於此冷媒吸收熱之蒸發步驟;與前述冷媒循環系連接之同時,循環吸收前述冷媒之吸收液的吸收液循環系中,具有將前述蒸發之冷媒,吸收於前述吸收液循環系中之吸收液的吸收步驟、和將前述吸收之冷媒,從於前述吸收液循環系中之吸收液蒸發的再生步驟;於前述再生部,使用經由亞氧化氮之分解所產生之分解熱,加熱前述吸收液為特徵之熱輸送方法。
(13)於配置前述亞氧化氮分解用觸媒之分解反應部中,供給前述亞氧化氮,於前述分解反應部,將前述亞氧化氮氣
體,使用前述亞氧化氮分解用觸媒分解後,經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,持續於後供給之亞氧化氮氣體之分解為特徵之前述(12)所記載之熱輸送方法。
(14)經由控制前述分解氣體之溫度,持續進行前述亞氧化氮之分解為特徵之前項(13)所記載之熱輸送方法。
(15)經由調整前述亞氧化氮氣體之流量,進行前述分解氣體之溫度控制為特徵之前項(14)所記載之熱輸送方法。
(16)經由調整前述亞氧化氮氣體之濃度,進行前述分解氣體之溫度控制為特徵之前項(14)或(15)所記載之熱輸送方法。
(17)經由添加氮氣於前述亞氧化氮氣體中,進行前述亞氧化氮氣體之濃度調整為特徵之前項(16)所記載之熱輸送方法。
(18)測定前述亞氧化氮分解用觸媒或分解氣體之溫度,根據此測定結果,進行前述分解氣體之溫度控制為特徵之前項(14)~(17)所記載之熱輸送方法。
(19)於開始前述亞氧化氮氣體之分解前,預熱前述亞氧化氮分解用觸媒為特徵之前項(12)~(18)所記載任一項之熱輸送方法。
(20)於停止對前述分解反應部之亞氧化氮氣體之供給後,於前述分解反應部供給氮氣為特徵之前項(13)~(19)所記載任一項之熱輸送裝置。
(21)於前述凝縮及/或吸收步驟中,使用伴隨亞氧化氮之斷熱膨脹之冷卻熱,冷卻前述冷媒及/或吸收液為特徵之前
項(12)~(20)所記載之熱輸送方法。
(22)於前述凝縮及/或吸收步驟中,使用從填充前述亞氧化氮之高壓氣體容器放出而斷熱膨脹之亞氧化氮氣體為特徵之前項(21)所記載之熱輸送方法。
(23)使用經由斷熱膨脹前述亞氧化氮所得亞氧化氮氣體,於前述凝縮及/或吸收步驟中,冷卻冷媒後,將亞氧化氮氣體使用亞氧化氮分解用觸媒分解,使用分解此亞氧化氮氣體所得亞氧化氮之分解氣體,於再生步驟,加熱吸收液為特徵之前項(22)所記載之熱輸送方法。
如以上所述,根據本發明A時,可提供做為對於地球環境優異能量之亞氧化氮之利用之發電裝置、發電方法、分解氣體鍋鑪及分解氣體渦輪機。
如以上所述,根據本發明B時,可提供做為對於地球環境優異之能量之亞氧化氮之利用之同時,可從經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,有效率取出電力或動力之能量。尤其,本發明B中,經由利用亞氧化氮之分解前與分解後之溫度差,可得大的輸出。
如以上所述,根據本發明C時,可提供做為對於地球環境優異之能量之亞氧化氮之利用之同時,可達成利用經由此亞氧化氮之分解所產生之能量之熱輸送。
如以上所述,根據本發明D時,可提供做為對於地球環境優異之能量之亞氧化氮之利用之同時,可達成利用經
由此亞氧化氮之分解所產生之能量之熱輸送。
如以上所述,根據本發明E時,可提供做為對於地球環境優異之能量之亞氧化氮之利用之同時,可進行利用經由此亞氧化氮之分解所產生之能量之熱輸送。
以下,關於適用本發明A之發電裝置、發電方法、分解氣體鍋鑪及分解氣體渦輪機,參照圖面加以詳細說明。
適用本發明A之發電裝置及發電方法係利用將亞氧化氮(N2O、亦稱為一氧化氮)之分解所產生之分解熱或分解氣體而得電力者,可做為對於地球環境優異之能量之亞氧化氮之利用。
亞氧化氮係在常溫、大氣壓下為安定之氣體者。另一方面,該溫度到達約500℃以上時,會邊發熱進行自我分解(熱分解)。如此亞氧化氮之分解係伴隨發熱者(發熱反應)。然後,經由此分解伴隨之溫度上昇(分解熱),高溫化之亞氧化氮之分解氣體係可達約1600℃之故,亞氧化氮係可稱為內藏高能量之物質。
又,亞氧化氮係使用觸媒分解時,該分解開始溫度可拉低至例如350~400℃程度。然後,亞氧化氮之分解後係可經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,持續進行之後供給之亞氧化氮之分解。又,使用觸媒分解之亞氧化氮係邊發熱下,成為氮(N2)與氧(O2)混合氣體(分解氣體)。
本發明人等係根據此見解,利用亞氧化氮之分解所產
生之分解熱或分解氣體,發現做為替代上述以往之火力發電或原子力發電之替代能量之亞氧化氮之利用,經重覆精心研究之結果,以完成本發明A。
以下,做為本發明A之實施形態,對於使用圖A1及圖A2所示發電裝置之發電方法加以說明。
圖A1係顯示具備適用本發明A之分解氣體鍋鑪1之發電裝置之構成之概略系統圖。此發電裝置係利用經由亞氧化氮(N2O)之分解所產生之分解熱而得電力者。
具體而言,此圖A1所示發電裝置係概略具備經由從亞氧化氮之分解所產生之分解氣體(N2、O2)之熱回收,產生蒸氣之分解氣體鍋鑪1、和經由分解氣體鍋鑪1所產生之蒸氣,旋轉驅動之蒸氣渦輪機2、和經由蒸氣渦輪機2之驅動而發電之發電機3、和冷卻來自蒸氣渦輪機2之蒸氣成為冷凝水之冷凝器4、和將來自冷凝器4之冷凝水,供水至分解氣體鍋鑪1之供水泵5。
又,適用本發明A之分解氣體鍋鑪1係具備分解亞氧化氮之分解反應部6、和經由與亞氧化氮之分解所產生之分解氣體之熱交換,產生蒸氣之蒸氣產生部7。
另一方面,圖A2顯示具備適用本發明A之分解氣體渦輪機11之發電裝置之構成之概略系統圖。此發電裝置係利用經由亞氧化氮(N2O)之分解所產生之分解氣體(N2、O2)而得電力者。
具體而言,此圖A2所示發電裝置係概略具備經由亞氧化氮之分解所產生之分解氣體,旋轉驅動之分解氣體渦
輪機11、和經由分解氣體渦輪機11之驅動而發電之發電機12。
又,適用本發明A之分解氣體渦輪機11係具備分解亞氧化氮之分解反應部13、和將亞氧化氮之分解所產生之分解氣體,從噴嘴(靜翼)吹至渦輪翼(動翼),由此旋轉渦輪軸而得動力之渦輪部14。
此等圖A1及圖A2所示分解氣體鍋鑪1及分解氣體渦輪機11係做為本發明A之特徵部分,具備分解上述亞氧化氮之分解反應部6、13。即,此等之分解反應部6、13係置換具備利用燃燒以往之石化燃料等時之燃燒熱,產生蒸氣之燃燒氣體鍋鑪,或利用燃燒以往之石化燃料等時之燃燒熱,旋轉驅動之燃燒氣體渦輪機之燃燒器(燃燒反應部)者。
具體而言,本發明A之特徵部分係具備例如圖A3所示,配置分解亞氧化氮之亞氧化氮分解用觸媒(以單以觸媒稱之)21之分解反應器(對應於上述分解反應部6、13)22、和於分解反應器22,供給含亞氧化氮(N2O)之燃料氣體之燃料氣體供給線(燃料氣體供給手段)23、和供給氮氣(N2)至分解反應器22之氮氣供給線(氮氣供給手段)24和調整供應於分解反應器22之燃料氣體之流量之流量調整部(流量調整手段)25、和測定觸媒21之溫度之溫度測定器(溫度測定手段)26、和進行各部之控制之控制部(控制手段)27。
分解反應器22係具備於該內側收納觸媒21之本體部
(分解反應室)22a,具有設置於此本體部22a之一端側導入燃料氣體之氣體導入口22b、和於此本體部22a之另一端側排出分解氣體之氣體排出口22c的構造。
然而,對於分解反應器22之材質,使用耐熱性及耐氧化性優異者為佳,尤其,對於經由分解氣體曝露於高溫高壓之氣體排出口22c側之構件等,使用充分可承受高溫高壓下之熱疲勞或氧化等者為佳。做為如此之材料,例如可列舉不鏽鋼或鎳基合金、鈷基合金等。又,可將陶瓷或碳化矽(SiC)等做為遮熱材使用。更且,使用此等之複合材料亦可。又,分解反應器22係具備經由水冷或空冷等,強制冷卻之機構者亦可。
就觸媒21而言,使用可在廣溫度域下(尤其低溫域),有效率分解亞氧化氮,且可承受高溫下之熱疲勞或氧化等者為佳。做為如此亞氧化氮之分解效率高,耐熱性及耐氧化性優異之觸媒,例如可使用後述「日本特開2002-153734號公報」或「日本特開2002-253967號公報」揭示者等。
具體而言,可使用以下[1]~[6]所示之任一之觸媒。
[1]鋁(Al)、鎂(Mg)及銠(Rh)被載持於載體之觸媒。
[2]鎂(Mg)及銠(Rh)被載持於氧化鋁(Al2O3)載體之觸媒。
[3]於經由鋁(Al)之至少一部分與鎂(Mg)所形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,載持銠(Rh)之觸媒。
[4]選自鋅(Zn)、鐵(Fe)、錳(Mn)及鎳(Ni)所成群之至少一種之金屬、鋁(Al)及銠(Rh)被載持於載體之觸媒。
[5]選自鋅(Zn)、鐵(Fa)、錳(Mn)及鎳(Ni)所成群之至少一
種之金屬、及銠(Rh)被載持於氧化鋁(Al2O3)載體之觸媒。
[6]於經由鋁(Al)之至少一部分、和選自鋅(Zn)、鐵(Fe)、錳(Mn)及鎳(Ni)所成群之至少一種之金屬、形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,載持銠(Rh)之觸媒。
又,本發明A中,可適切使用於選自矽石(SiO2)、矽石氧化鋁(SiO2-Al2O3)之載體,載持選自銠(Rh)、釕(Ru)、鈀(Pd)所成群之至少一種貴金屬所成觸媒等。經由使用如此觸媒21,可令亞氧化氮以接近100%之分解效率,分解成氮與氧。尤其,於使用矽石(SiO2)或矽石氧化鋁(SiO2-Al2O3)所成載體,載持銠(Rh)之觸媒之時,幾乎無一氧化氮(NO)或二氧化氮(NO2)等之NOx氣體之產生,亞氧化氮幾乎完全分解成氮與氧。
更且,於觸媒21可例示有將氧化鋁在封固底基之堇青石及金屬蜂巢體或多孔質陶瓷之載體,將對於氮氧化物之分解有效之銠,以質量分率2~3%加以含浸者,或於氧化鋁或碳化矽之陶瓷製蜂巢構造體,形成氧化鋁之載體層,於此載體層載持對於氮氧化物之分解有效之銠等,但必不一定限定於此。
又,做為其他之觸媒21,例如可使用用於分解除去己二酸之製造工程或硝酸之製造工程等排出之排氣中之亞氧化氮時之觸媒等。做為如此之觸媒,例如可列舉在於以MAl2O3(M係Pd、Cu,Cu/Mg,Cu/Zn,Cu/Zn/Mg之任一者)所表示,將M以10~30質量%之比例含有之氧化鋁載體,將貴金屬以0.1~2質量%之比例載持者。
對於觸媒21之形狀,未特別加以限定,例如使用粉末狀、顆粒狀、錠粒狀、蜂巢狀、多孔質狀、粉碎狀、網目狀、板狀、薄片狀等之任一形狀中適切選擇最佳形狀及尺寸者即可。
又,對於觸媒21之本體部22a之填充方法,或配合觸媒21之本體部22a之形狀等,亦可配合具備上述分解氣體鍋鑪1及分解氣體渦輪機11之分解反應部6、13之設計,任意地加以實施。
分解反應器22係配合觸媒21之歷時性之劣化,成為可交換觸媒21(依情形可連同本體部22a交換)之構成亦可。又,從性能下降之觸媒21抽出精製貴金屬成分後,可將此回收之貴金屬載持於載體者做為再生觸媒使用。
於分解反應器22中,設置加熱上述觸媒21之加熱器(預熱手段)28。此加熱器28係為了在開始亞氧化氮之分解前,即在分解反應器22供給燃料氣體之前,將觸媒21加熱(預熱)至亞氧化氮分解可能溫度(分解開始溫度)者。
例如,圖A3所示加熱器28係以在於本體部22a之內側,接觸於觸媒21之周圍之狀態加以配置。又,加熱器28係介著電力供給線29,與電源(未圖示)連接,可經由來自此電源之電力供給而發熱。又,做為加熱器28,可使用阻抗加熱方式或感應加熱方式等。
然而,有關觸媒21之加熱方式,不限於經由配置於如此本體部22a之內側之加熱器28,加熱觸媒21之方法,亦可使用經由配置於本體部22a之外側之加熱器28,加
熱觸媒21之方法。此時,經由加熱器28加熱本體部22a,藉由從此本體部22a之輻射或熱傳導等,可加熱觸媒21。
又,做為觸媒21之加熱方法,亦可使用藉由在於觸媒21直接供給電力,加熱該觸媒21之方法。除此之外,對於觸媒21之加熱方法,未特別加以限定,可從加熱觸媒21之方法中適切選擇使用。
燃料氣體供給線23係該一端側介著流量調整部25,連接於分解反應器22之入口側(氣體導入口22b)之配管(流路),於該另一端側,則介著燃料氣體開關閥30,連接燃料氣體供給源31。
燃料氣體開關閥30係為了開閉燃料氣體供給線23,進行從燃料氣體供給源31之燃料氣體之供給/切斷(開閉手段)者。又,於燃料氣體開關閥30中,不僅開閉燃料氣體供給線23,可使用可調整該開啟程度(包含壓力等)者。
更且,於燃料氣體開關閥30中,可使用可控制該流量之附有流量調整之控制閥(流量調整閥)。然後,此燃料氣體開關閥30係與控制部27電性連接,經由此控制部27,可驅動控制燃料氣體開關閥30。
然而,對於此燃料氣體開關閥30,不限於使用上述附有流量調整之控制閥(流量調整閥)之構成,開閉燃料氣體供給線23之閥(開閉閥)之外,可為設置調整流動於燃料氣體供給線23內之燃料氣體之流量之調整器(流量調整器)等之構成。
燃料氣體供給源31係為供給含亞氧化氮之燃料氣體,具有燃料氣體暫時貯存之燃料氣體貯存部,於此燃料氣體貯存部,配置填充亞氧化氮之高壓氣體容器(例如鋼瓶、容器槽、鋼瓶集合體等)31a。然後,於此燃料氣體供給源31,經由開放燃料氣體開關閥30,可從高壓氣體容器31a至燃料氣體供給線23供給含亞氧化氮之燃料氣體。
氮氣供給線24係該一端側則連接於較燃料氣體供給線23之流量調整部25之上游側之配管(流路),於該另一端側,則介著氮氣開關閥32,連接氮氣供給源33。又,氮氣供給線24係具有經由於燃料氣體供給線23導入氮氣,做為調整含於燃料氣體中之亞氧化氮之濃度的濃度調整手段之功能。
氮氣開關閥32係為了開閉氮氣供給線24,進行從氮氣供給源33之氮氣之供給/切斷(開閉手段)者。又,於氮氣開關閥32中,不僅開閉氮氣供給線24,可使用可調整該開啟程度(包含壓力等)者。
更且,於氮氣開關閥32中,為調整供予燃料氣體供給線23之氮氣之供給量,使用可控制該流量之附有流量調整之控制閥(流量調整閥)為佳。然後,此氮氣開關閥32係與控制部27電性連接,經由此控制部27,可驅動控制氮氣開關閥32。
然而,對於此氮氣開關閥32,不限於使用上述附有流量調整之控制閥(流量調整閥)之構成,開閉氮氣供給線24之閥(開閉閥)之外,可為設置調整流動於氮氣供給線24內
之氮氣之流量之調整器(流量調整器)等之構成。
氮氣供給源33係具有氮氣暫時貯存之氮氣貯存部,於此氮氣貯存部,配置填充氮之高壓氣體容器(例如鋼瓶、容器槽、鋼瓶集合體等)33a。然後,於此氮氣供給源33,經由開放氮氣開關閥32,可從高壓氣體容器33a至燃料氮氣供給線24供給氮氣。
流量調整部25係可調整從燃料氣體供給線23導入至分解反應器22之燃料氣體之流量(導入量)即可,可使用調整器(流量調整器)或附有流量調整之控制閥(流量調整閥)等。然後,此流量調整部25係與控制部27電性連接,經由此控制部27,可驅動控制流量調整部25。
然而,流量調整部25中,設置計測流動於此流量調整部25內之燃料氣體之流量的流量計(流量計測手段),或使用如此附有流量計之調整器或控制閥等,可精度優異地進行導入分解反應器22之燃料氣體之流量調整。
溫度測定器26係將上述觸媒21之溫度,直接或間接測定者,與控制部27電性連接,對此控制部27輸出測定結果(測定資料)。
例如,圖A3所示溫度測定器26係安裝於分解反應器22之本體部22a,接觸於觸媒21,可測定此觸媒21之下游側之溫度。
使用觸媒21之亞氧化氮之分解中,令此觸媒21中通過亞氧化氮之期間,分解亞氧化氮之故,一般而言觸媒21之上游側(氣體導入口22b)之溫度較下游側(氣體排出口
22c)之溫度者為高。因此,經由分解氣體,曝露於高溫高壓之觸媒21或氣體排出口22c側之構件等之劣化(例如熱疲勞或氧化等),尤其亞氧化氮係於分解氣體中含氧之緣故,在防止與此氧之反應(氧化)下,測定上述觸媒21之下游側(氣體排出口22c)之溫度之為佳。
另一方面,溫度測定器26係不限於上述圖A3所示構成,成為測定觸媒21之上遊(氣體導入口22b)側之溫度之構成亦可。此係開始亞氧化氮之分解前,經由上述加熱器28加熱之觸媒21,檢出是否加熱至上述分解開始溫度之觀點下,為較佳者。然後,根據此溫度測定器26所成測定結果,觸媒21加熱至上述分解開始溫度時,停止上述加熱器28所進行之加熱即可。由此,可效率佳地進行上述加熱器28所進行之加熱。
然而,對於測定觸媒21之溫度之處所,非一定限定於上述處所,例如為測定觸媒21之平均溫度,測定觸媒21之中央部分之溫度,或將此等複數處所之溫度各別加以測定亦可。
又,溫度測定器26係非限定於直接測定觸媒21之溫度者,例如經由測定收納觸媒21之本體部22a之溫度,間接性測定觸媒21之溫度亦可。
又,溫度測定器26係非限定於直接測定觸媒21之溫度者,成為直接或間接測定從上述分解反應器22之氣體排出口22c所排出之分解氣體之溫度之構成亦可。更且,成為測定此等觸媒21與分解氣體之兩者之溫度的構成亦
可。
然而,對於溫度測定器26,例如可採用使用熱電偶之溫度計、或放射溫度計等之非接觸式之溫度計、資料記錄器等,但非一定限定於此,除此之外,可從可測定觸媒21或分解氣體之溫度者中適切選擇使用。
控制部27係由電腦(CPU)等所成,根據來自溫度測定器26之測定結果(測定資料),隨著記錄於內部之控制程式,進行對於上述流量調整部25或燃料氣體開關閥30、氮氣開關閥32之控制等。
具體而言,於上述分解反應器22中,為持續進行使用上述觸媒21之亞氧化氮之分解,控制分解氣體之溫度則變得重要。
即,分解氣體之溫度過高時,如上所述,會經由分解氣體招致高溫高壓曝露之觸媒21或氣體排出口22c側之構件等之劣化(例如熱疲勞或氧化等)。另一方面,分解氣體之溫度過低時,有可能難以持續亞氧化氮之自我分解。
又,亞氧化氮不分解時,會由分解反應器22之氣體排出口22c排出,依情形而定,會產生上述NOx氣體。此等氣體會成為上述地球暖化或大氣污染之原因。
因此,控制部27係不使產生如此之問題,於上述分解反應器22中,在持續使用觸媒21之亞氧化氮之分解之範圍下,進行分解氣體之溫度控制者為佳。
在此,做為控制分解氣體之溫度之方法,可列舉(1)調整供給至分解反應器22之燃料氣體之流量的方法、和(2)
調整含於燃料氣體中之亞氧化氮之濃度的方法。
其中,使用上述(1)之方法中,根據來自上述溫度測定器26之測定結果,上述控制部27則控制流量調整部25,進行從燃料氣體供給線23供予分解反應器22之燃料氣體之流量調整。
具體而言,要提升分解氣體之溫度時,進行相對提升控制從燃料氣體供給線23供予分解反應器22之燃料氣體之流量。由此,增加導入分解反應器22之燃料氣體之導入量,經由此分解反應器22所分解之亞氧化氮之分解量(分解熱)之增加,可相對提升分解氣體之溫度。
另一方面,要下降分解氣體之溫度時,進行相對下降控制供予分解反應器22之燃料氣體之流量。由此,減少導入分解反應器22之燃料氣體之導入量,經由此分解反應器22所分解之亞氧化氮之分解量(分解熱)之減少,可相對降低分解氣體之溫度。
如以上所述,於上述圖A3所示本發明A之特徵部分中,經由上述控制部27,可邊控制分解氣體之溫度,邊於上述分解反應器22中,為持續進行使用觸媒21之亞氧化氮之分解。
另一方面,使用上述(2)之方法中,根據來自上述溫度測定器26之測定結果,上述控制部27則控制上述氮氣開關閥32,進行從氮氣供給線24供予燃料氣體供給線23之氮氣之流量調整。
具體而言,要提升分解氣體之溫度時,進行相對上昇
控制含於燃料氣體中之亞氧化氮之濃度。即,相對下降從氮氣供給線24供予燃料氣體供給線23之氮氣之流量,或進行控制停止從氮氣供給線24供予燃料氣體供給線23之氮氣之供給。由此,停止或減少該添加對於流動於燃料氣體供給線23內之燃料氣體之氮氣的添加量,可相對提高含於此燃料氣體中之亞氧化氮之濃度。然後,伴隨於此,經由增加分解反應器22所分解之亞氧化氮之分解量(分解熱),可相對提升分解氣體之溫度。
另一方面,要下降分解氣體之溫度時,進行相對下降控制含於燃料氣體中之亞氧化氮之濃度。即,相對提升從氮氣供給線24供予燃料氣體供給線23之氮氣之流量,或進行控制開始從氮氣供給線24供予燃料氣體供給線23之氮氣之供給。由此,停止或增加該添加對於流動於燃料氣體供給線23內之燃料氣體之氮氣的添加量,使含於此燃料氣體中之亞氧化氮以氮氣稀釋,可使亞氧化氮之濃度相對降低。然後,伴隨於此,經由減少分解反應器22所分解之亞氧化氮之分解量(分解熱),可相對下降分解氣體之溫度。
然而,使用上述(2)之方法中,除了上述氮氣之外,經由例如將氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氙(Xe)、氪(Kr)等之非活性氣體,或空氣(含乾燥空氣)等添加於燃料氣體中,可調整含於此燃料氣體中之亞氧化氮之濃度。
如以上所述,於上述圖A3所示本發明A之特徵部分中,可邊控制分解氣體之溫度,邊於上述分解反應器22
中,持續進行使用觸媒21之亞氧化氮之分解。
然而,於上述圖A3所示本發明A之特徵部分中,可組合使用上述(1)、(2)之方法,進行控制上述分解氣體之溫度控制。然後,使用此等上述(1)、(2)之方法中,可將上述分解氣體之溫度控制,以簡易之構成,且安定加以進行。另一方面,本發明A中,非限定於使用上述(1)、(2)之方法,使用除此之外之方法,進行分解氣體之溫度控制亦可。
又,本發明A中,設置計測上述分解氣體中之NOx濃度之NOx計(NOx計測手段)亦可。此時,經由計測含於上述分解氣體中之未分解之亞氧化氮(N2O)或一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)等之NOx氣體之濃度,可精度優異地進行上述分解氣體之溫度控制。
更且,本發明A中,可設置除去含於分解氣體中之NOx之手段(NOx除去手段)亦可。做為NOx除去手段,例如可使用於含NOx之分解氣體中,添加氨(NH3),經由脫硝用觸媒,選擇性反應(還原)氨與NOx,分解成水(H2O)與氮(N2)之脫硝裝置等。然而,對於脫硝用觸媒,從以往公知者中,選擇最適切者加以使用即可。又,做為NOx除去手段,使用可將含於分解氣體中之NOx直接分解之NOx分解用觸媒亦可。
又,於上述分解反應器22中,停止使用上述觸媒21之亞氧化氮之分解之時,停止對上述分解反應器22之燃料氣體之供給後,於上述分解反應器22供給氮氣者為佳
。
此係停止對上述分解反應器22之燃料氣體之供給後,於觸媒21內滯留有分解氣體,而經由含於此分解氣體之氧,有劣化觸媒21之疑慮之緣故。
此時,控制部27係經由進行閉塞控制上述燃料氣體開關閥30,停止對上述分解反應器22之燃料氣體之供給,僅從上述氮氣供給線24供予之氮氣導入至上述分解反應器22。
由此,導入上述分解反應器22之氮氣則可擠出滯留於觸媒21內之分解氣體,除去滯留於此觸媒21內之分解氣體。然後,控制部27係於上述分解反應器22,在一定時間下,即在除去滯留於觸媒21內之分解氣體所需充分時間,導入氮氣後,進行閉塞控制上述氮氣開關閥32,停止對上述分解反應器22之氮氣之供給。
由此,可防止觸媒21之氧所造成之劣化,延長此觸媒21之壽命。又,可減少交換上述觸媒21之頻繁度(延長交換周期)。更且,使用此方法之時,可容易暫時停止亞氧化氮之分解後,再進行亞氧化氮之分解。
然而,停止上述亞氧化氮之分解時,除了上述氮氣之外,例如可將He、Ne、Xe、Ar、Kr等之非活性氣體,或空氣(含乾燥空氣),導入分解反應器22。
在此,參照圖A4所示流程圖,對於本發明A之特徵部分之具體動作(控制方法)之一例加以說明。
於本發明A之特徵部分中,首先,於步驟S101中,
開始亞氧化氮之分解前,驅動加熱器28,加熱(預熱)觸媒21。
接著,於步驟S102中,根據溫度測定器26所測定之觸媒21之溫度,控制部27則進行觸媒21是否加熱至分解開始溫度之判定。然後,觸媒21被判定加熱至分解開始溫度時,前進至步驟S103,於此步驟S103,停止加熱器28之驅動。另一方面,觸媒21被判定加未熱至分解開始溫度時,使觸媒21達分解開始溫度,持續加熱器28之觸媒21之加熱。
接著,於步驟S104中,於分解反應器22供給燃料氣體,於此分解反應器22,進行使用觸媒21之亞氧化氮之分解。然而,有關供予分解反應器22之燃料氣體之流量,或含於此燃料氣體中之亞氧化氮之濃度等,則成為預先設定之值。
接著,於步驟S105中,根據溫度測定器26所測定之觸媒21(或分解氣體)之溫度,控制部27則進行觸媒21(或分解氣體)之溫度是否超過預先設定之值(範圍)之判定。然後,觸媒21(或分解氣體)之溫度判定超過設定值(範圍)時,前進至步驟S106。另一方面,觸媒21(或分解氣體)之溫度判定在於設定值(範圍)時,前進至步驟S110。
接著,步驟S106中,控制部27則進行觸媒21(或分解氣體)之溫度較設定值(範圍)為高或為低之判定(比較)。
然後,觸媒21(或分解氣體)之溫度判定較設定值(範圍)為高時,前進至步驟S107,於此步驟S107中,控制部
27則將供予分解反應器22之燃料氣體之流量,或將含於此燃料氣體中之亞氧化氮之濃度,向下降方向進行調整。然後,調整後係前進至步驟S109。
另一方面,觸媒21(或分解氣體)之溫度判定較設定值(範圍)為低時,前進至步驟S108,於此步驟S108中,控制部27則將供予分解反應器22之燃料氣體之流量,或將含於此燃料氣體中之亞氧化氮之濃度,向提升方向進行調整。然後,調整後係前進至步驟S109。
此等步驟S107或步驟S108之調整中,例如將供予分解反應器22之燃料氣體之流量之設定值,或將含於此燃料氣體中之亞氧化氮之濃度之設定值,在可調整之範圍下,分成特定之階段數,將該設定值較現階段進行1階段之下降或提升。
接著,於步驟S109中,根據溫度測定器26所測定之觸媒21(或分解氣體)之溫度,控制部27則進行觸媒21(或分解氣體)之溫度是否回到設定值(範圍)之判定。然後,觸媒21(或分解氣體)之溫度判定回到設定值(範圍)時,前進至步驟S110。
另一方面,觸媒21(或分解氣體)之溫度判定未回到設定值(範圍)時,回至步驟S106,再進行觸媒21(或分解氣體)之溫度較設定值(範圍)為高或為低之判定(比較)後,前進至步驟S107或S108,將供予上述分解反應器22之燃料氣體之流量之設定值,或將含於此燃料氣體中之亞氧化氮之濃度之設定值,向下降或上昇一階段之方向進行調整
。然後,前進至步驟S109,進行觸媒21(或分解氣體)之溫度是否回到設定值(範圍)之判定,直到觸媒21(或分解氣體)之溫度是回到設定值(範圍),重覆如此調整。又,重覆如此調整之結果,於超過可調整範圍時,控制部27判定為異常,強制前進至步驟S110(圖A4中未圖示)。
接著,步驟S110中,控制部27則進行是否停止燃料氣體之供給之判定。做為停止燃料氣體之供給之時,例如可列舉有接受從外部之停止命令,或上述步驟S109判定為異常之時等。然後,停止燃料氣體之供給時,前進至步驟S111。另一方面,不停止燃料氣體之供給時,回到步驟S105,持續溫度測定器26所進行之觸媒21(或分解氣體)之溫度測定。
接著,於步驟S111中,停止燃料氣體之供給後,前進至步驟S112,於此步驟S112中,於分解反應器22供給氮氣。由此,氮氣擠出滯留於觸媒21內之分解氣體,可除去滯留於此觸媒21內之分解氣體。
如以上所述,於上述圖A3所示本發明A之特徵部分中,可邊控制分解氣體之溫度,邊於上述分解反應器22中,持續進行使用觸媒21之亞氧化氮之分解。
然而,本發明A中,將上述溫度測定器26所測定之測定資料及根據此之控制部27之判定結果,例如表示於省略圖示之監視器,輸出至印表機亦可。又,不限於上述控制部27所成自動控制,例如可進行操作者所進行之手動控制。
又,於上述步驟S109中,判定為異常之時,依需要,將該情形進行告知亦可。有關告知方法,雖未特別加以限定,例如可發出警報,或進行顯示者。
上述圖A1所示分解氣體鍋鑪1及上述圖A2所示分解氣體渦輪機11中,經由具備與以上本發明A之特徵部分相同之構成,可邊控制上述分解氣體之溫度,邊持續進行亞氧化氮之分解。
即,具備此等本發明A之特徵部分之分解氣體鍋鑪1及分解氣體渦輪機11中,可於上述分解反應部6、13,供給含亞氧化氮之燃料氣體,於此分解反應部6、13中,將含於燃料氣體中之亞氧化氮,使用上述觸媒21分解之後,經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,持續進行於後供給之燃料氣體中之亞氧化氮之分解。
適用本發明A之發電方法係如圖A5所示,具有經由從亞氧化氮之分解所產生之分解氣體之熱回收,在分解氣體鍋鑪1產生蒸氣之步驟S1-1、和經由分解氣體鍋鑪1所產生之蒸氣,使蒸氣渦輪機2旋轉驅動之步驟S1-2、和經由蒸氣渦輪機2之驅動以發電機3發電之步驟S1-3。
具體而言,於上述圖A1所示分解氣體鍋鑪1中,將經由分解亞氧化氮所產生之高溫高壓之分解氣體,從上述分解反應部6供給至上述蒸氣產生部7。由此,於上述蒸氣產生部7中,經由與分解氣體之熱交換,可產生蒸氣。
更且,具備上述分解氣體鍋鑪1之發電裝置中,經由上述分解氣體鍋鑪1(蒸氣產生部7)所產生蒸氣,旋轉驅動
蒸氣渦輪機2。然後,經由驅動與此蒸氣渦輪機2連結之發電機3,可得到電力。
然後,從蒸氣渦輪機2排出之蒸氣係以冷凝器4冷卻而冷凝水後,以供水泵5供水至分解氣體鍋鑪1,再以分解氣體鍋鑪1,經由與分解氣體熱交換,成為蒸氣而循環。
然而,於上述分解氣體鍋鑪1中,對於上述本發明A之特徵部分,非限定於上述圖A3所示之構成。即,將上述圖A3所示本發明A之特徵部分,適用於上述分解氣體鍋鑪1之時,配合鍋鑪之形式或大小等,可做適切之變更。
例如,分解反應器22係可將該形狀或數量、配置等配合上述分解氣體鍋鑪1之設計,適切加以變更。又,對於連接於此分解反應器22之燃料氣體供給線23或氮氣供給線24、流量調整部25、溫度測定器26、控制部27、加熱器28、電力供給線29、燃料氣體開關閥30、燃料氣體供給源31、氮氣開關閥32、氮氣供給源33等,亦可配合上述分解氣體鍋鑪1之設計,適切加以變更。
另一方面,於上述分解氣體鍋鑪1中,對於上述本發明A之特徵部分以外之構成,可具有與已存在之燃燒氣體鍋鑪等相同之構造。例如,有關適用本發明A之分解氣體鍋鑪1之本發明A之特徵部分以外之構造,可使用與以往之圓鍋鑪或水管鍋鑪等相同之形式者。然而,有關圓鍋鑪,例如可列舉鑪筒鍋鑪、煙管鍋鑪、鑪筒煙管鍋鑪、直立
鍋鑪等。另一方面,有關水管鍋鑪,例如可列舉自然循環式,強制循環式、貫流式者等。
又,於上述分解氣體鍋鑪1中,雖成為從上述分解反應部6至上述蒸氣產生部7,供給分解氣體,於此蒸氣產生部7,經由與分解氣體之熱交換產生蒸氣之構成,但不一定限定於如此之構成。例如,本發明A中,一體構成分解反應部6與上述蒸氣產生部7,於此等分解反應部6與蒸氣產生部7之間,經由進行熱交換,可產生蒸氣。
具體而言,可成為於分解反應部6(分解反應器22)之外側,設置上述蒸氣產生部7,經由與上述分解反應部6所產生之熱(分解熱)之熱交換而產生蒸氣之構成。此時,進行上述分解反應部6(分解反應器22)之冷卻的同時,經由上述分解反應部6所產生之熱交換而可得蒸氣。
又,上述分解氣體鍋鑪1係除了上述圖A1所示構成以外,可例如成為具備更加熱上述蒸氣產生部7所得蒸氣,成為過熱蒸氣之過熱器、或經由上述分解反應部6所得高溫之分解氣體,預熱燃料氣體或供水等之預熱器等之附屬設備(機器/零件)、其他必要之保安設備(機器/零件)等之構成。
又,於上述圖A1所示發電裝置中,除了上述分解氣體鍋鑪1以外之構成,即對於上述蒸氣渦輪機2、或發電機3、冷凝器4、供水泵5等,亦可使用已存在之相同者。更且,有關附屬設備(機器/零件)、或保安設備(機器/零件)等亦相同。
如以上所述,適用本發明A之具備分解氣體鍋鑪1之發電裝置及發電方法中,可進行利用經由亞氧化氮所產生之分解熱之發電。然後,根據本發明A時,可提供做為對於地球環境優異能量之亞氧化氮之利用之分解氣體鍋鑪1,具備如此分解氣體鍋鑪1之發電裝置、以及使用如此發電裝置之發電方法。
適用本發明A之其他之發電方法係如圖A6所示,具有經由亞氧化氮之分解所產生之分解氣體,旋轉驅動分解氣體渦輪機11之步驟S2-1、和經由分解氣體渦輪機11之驅動而以發電機12發電之步驟S2-2。
具體而言,於上述圖A2所示分解氣體渦輪機11中,將經由分解亞氧化氮所產生之高溫高壓之分解氣體,從上述分解反應部13供給至上述渦輪部14。由此,於上述渦輪部14,將分解氣體從噴嘴(靜翼)吹到渦輪翼(動翼),由此旋轉渦輪軸而可得到動力。
更且,具備上述分解氣體渦輪機11之發電裝置中,經由驅動與上述分解氣體渦輪機11(渦輪部14)連結之發電機12,而可得到電力。
然而,於上述分解氣體渦輪機11中,對於上述本發明A之特徵部分,非限定於上述圖A3所示之構成。即,將上述圖A3所示本發明A之特徵部分,適用於上述分解氣體渦輪機11之時,配合渦輪機之形式或大小等,可做適切之變更。
例如,分解反應器22係可將該形狀或數量、配置等
配合分解氣體渦輪機11之設計,適切加以變更。又,對於連接於此分解反應器22之燃料氣體供給線23或氮氣供給線24、流量調整部25、溫度測定器26、控制部27、加熱器28、電力供給線29、燃料氣體開關閥30、燃料氣體供給源31、氮氣開關閥32、氮氣供給源33等,亦可配合上述分解氣體渦輪機11之設計,適切加以變更。
另一方面,於上述分解氣體渦輪機11中,有關上述本發明A特徵部分以外之構造,對於具備已存在之燃燒氣體渦輪機壓縮燃燒用空氣,送至燃燒器之壓縮機的構成而言,具有無需如此構成之特徵。由此,可簡易構成上述分解氣體渦輪機11,可達成該輕量化。
另一方面,上述分解氣體渦輪機11係可為具備連結於渦輪軸之壓縮機(增壓機)之構成(未圖示)。然後,亦可成為將經由此壓縮機(增壓機)壓縮(增壓)之含亞氧化氮之燃料氣體,供給至分解反應部13之構成。然而,將燃料氣體壓縮(增壓)加以使用之時,在亞氧化氮不液化之範圍下,進行壓縮(增壓)為佳。
又,上述分解氣體渦輪機11係除了上述圖A2所示構成以外,可例如成為具備經由上述分解反應部13所得高溫之分解氣體,預熱燃料氣體或供水等之預熱器等之附屬設備(機器/零件)、其他必要之保安設備(機器/零件)等之構成。
又,於上述圖A2所示發電裝置中,除了上述分解氣體渦輪機11以外之構成,即對於上述發電機12等,亦可
使用已存在之相同者。更且,有關附屬設備(機器/零件)、或保安設備(機器/零件)等亦相同。
如以上所述,適用本發明A之具備上述分解氣體渦輪機11之發電裝置及發電方法中,可進行利用經由亞氧化氮所產生之分解氣體之發電。然後,根據本發明A時,可提供做為對於地球環境優異能量之亞氧化氮之利用之分解氣體渦輪機11,具備如此分解氣體渦輪機11之發電裝置、以及使用如此發電裝置之發電方法。
然而,本發明A係非一定限定於上述圖A1及圖A2所示實施形態者,在不超脫本發明A要點之範圍內,可進行種種之變更。
具體而言,適用本發明A之發電裝置係於上述圖A2所示之發電裝置,例如可更追加圖A7(a)、(b)所示之構成。
然而,圖A7(a)、(b)係於上述圖A2所示發電裝置中,顯示可追加之分解熱回收鍋鑪41等之構成者,圖A7(a)採用單軸型時之概略系統圖、圖A7(b)採用多軸型時之概略系統圖。
圖A7(a)、(b)所示發電裝置係採用分解熱回收方式之複合(複循環)型之發電裝置,利用從上述分解氣體渦輪機11(圖A7中,僅圖示渦輪部14)排出之分解氣體之分解熱。
具體而言,此圖A7(A)、(b)所示發電裝置係除了上述圖A2所示構成(僅圖示渦輪部14)以外,概略具備經由從
上述分解氣體渦輪機11(渦輪部14)排出之分解氣體之熱回收,產生蒸氣之分解熱回收鍋鑪41、和經由分解熱回收鍋鑪41所產生之蒸氣,旋轉驅動之蒸氣渦輪機42、和經由蒸氣渦輪機42之驅動而發電之發電機43A(43B)、和冷卻來自蒸氣渦輪機42之蒸氣成為冷凝水之冷凝器44、和將來自冷凝器44之冷凝水,供水至分解熱回收鍋鑪41之供水泵45。
又,於上述圖A7(a)所示單軸型中,成為經由將上述分解氣體渦輪機11(渦輪部14)與蒸氣渦輪機42配置於同軸,可驅動共通之發電機43A之構成。另一方面,於上述圖A7(b)所示多軸型中,成為經由將上述分解氣體渦輪機11(渦輪部14)與蒸氣渦輪機42配置於不同軸,可驅動各別不同之發電機43A、43B之構成。
適用本發明A之發電方法係如圖A8所示,具有經由從上述分解氣體渦輪機11(渦輪部14)排出之分解氣體之熱回收,以分解熱回收鍋鑪41產生蒸氣之步驟S3-1、和經由分解熱回收鍋鑪41所產生之蒸氣,使蒸氣渦輪機42旋轉驅動之步驟S3-2、和經由蒸氣渦輪機42之驅動以發電機43A(43B)發電之步驟S3-3。
具體而言,上述圖A7(a)、(b)所示發電裝置中,驅動與上述分解氣體渦輪機11(渦輪部14)連結之發電機43A之同時,經由上述分解熱回收鍋鑪41所產生之蒸氣,旋轉驅動蒸氣渦輪機42,經由驅動與此蒸氣渦輪機42連結之發電機43A(43B),可得更有效率之電力。
然後,從蒸氣渦輪機42排出之蒸氣係以冷凝器44冷卻而冷凝水後,以供水泵45供水至分解熱回收鍋鑪41,再以分解熱回收鍋鑪41,經由與分解氣體熱交換,成為蒸氣而循環。
如以上所述,上述圖A7(a)、(b)所示發電裝置中,可進行利用經由亞氧化氮所產生之分解氣體及分解熱之發電,更可進行熱效率高之發電。
然而,上述分解熱回收鍋鑪41係除了進行上述熱回收之對象為亞氧化氮之分解氣體之部分以外,具有與經由來自燃燒以往之石化燃料等時之燃燒氣體(排氣)之熱回收,產生蒸氣之排熱回收鍋鑪等相同之構造。更且,有關附屬設備(機器/零件)、或保安設備(機器/零件)等亦相同。
又,於上述圖A7(a)、(b)所示發電裝置中,除了上述分解熱回收鍋鑪41以外之構成,即對於上述蒸氣渦輪機42、或發電機43A(43B)、冷凝器44、供水泵45等,亦可使用已存在之相同者。更且,有關附屬設備(機器/零件)、或保安設備(機器/零件)等亦相同。
另一方面,適用本發明A之發電裝置係於上述圖A1、圖A2或圖A7所示之發電裝置,例如可更追加圖A9(a)、(b)所示之構成。
然而,圖A9(a)係顯示圖A1、圖A2或圖A7所示發電裝置中,可追加燃燒氣體鍋鑪51等之構成之概略系統圖,(b)係顯示圖A1、圖A2或圖A7所示發電裝置中,可追加燃燒氣體渦輪機61等之構成之概略系統圖。
圖A9(a)、(b)所示發電裝置係採用排氣再燃方式之複合(複循環)型之發電裝置,將含於上述分解氣體中之氧,利用於燃燒氣體鍋鑪51或燃燒氣體渦輪機61之燃燒者。
具體而言,此圖A9(a)所示發電裝置係除了上述圖A1、圖A2或圖A7所示構成(省略圖示)以外,更概略具備使用從上述分解氣體鍋鑪1、分解氣體渦輪機11或分解熱回收41排出之分解氣體(N2,O2),經由來自燃燒燃料(Fuel)時之燃燒氣體(Ex-Gas)之熱回收,產生蒸氣之燃燒氣體鍋鑪51、和經由燃燒氣體鍋鑪51所產生之蒸氣,旋轉驅動之蒸氣渦輪機52、和經由蒸氣渦輪機52之驅動而發電之發電機53、和冷卻來自蒸氣渦輪機52之蒸氣成為冷凝水之冷凝器54、和將來自冷凝器54之冷凝水,供水至燃燒氣體鍋鑪51之供水泵55。
又,燃燒氣體鍋鑪51係具備使用上述分解氣體中之氧,燃燒燃料之燃燒反應部56、和經由與燃料之燃燒所產生之燃燒氣體之熱交換,產生蒸氣之蒸氣產生部57。
燃燒反應部56中,連接供給分解氣體(N2,O2)之分解氣體供給線58a、和供給燃料(Fuel)之燃料供給線58b。更且,分解氣體供給線58a中,連接供給氮氣(N2)之氮氣供給線58c。然後,於此氮氣供給線58c,可從介著氮氣開關閥59a連接之氣體供給源59b至氮氣供給線58c,供給氮氣。
然後,透過此氮氣供給線58c,於流動在分解氣體供給線58a內之分解氣體導入(添加)氮氣,可調整含於此分
解氣體中之氧之濃度。
然而,於氮氣開關閥59a或氮氣供給源59b中,可使用與上述圖A3所示氮氣開關閥32或氮氣供給源33相同者。又,氮氣供給線58c係非必需之構成,藉由含於分解氣體之氧對於燃料而言成為適切之濃度地,預先調整從上述圖A3所示氮氣供給線24供給至燃料氣體供給線23之氮氣之量,即可加以省略。
適用本發明A之發電方法係如圖A10所示,具有使用從上述分解氣體鍋鑪1、分解氣體渦輪機11或分解熱回收鍋鑪41排出之分解氣體,經由燃燒燃料時之從燃燒氣體之熱回收,在燃燒氣體鍋鑪51產生蒸氣之步驟S4-1、和經由燃燒氣體鍋鑪51所產生之蒸氣,使蒸氣渦輪機52旋轉驅動之步驟S4-2、和經由蒸氣渦輪機52之驅動以發電機53發電之步驟S4-3。
具體而言,上述圖A9(a)所示發電裝置中,經由上述燃燒氣體鍋鑪51(蒸氣產生部57)所產生之蒸氣,旋轉驅動蒸氣渦輪機52,經由驅動與此蒸氣渦輪機52連結之發電機53,可得更多之電力。
然後,從蒸氣渦輪機52排出之蒸氣係以冷凝器54冷卻而冷凝水後,以供水泵55供水至燃燒氣體鍋鑪51,再以燃燒氣體鍋鑪51,經由與燃料氣體熱交換,成為蒸氣而循環。
另一方面,此圖A9(b)所示發電裝置係除了上述圖A1、圖A2或圖A7所示構成(省略圖示)以外,更概略具備使
用從上述分解氣體鍋鑪1、分解氣體渦輪機11或分解熱回收鍋鑪41排出之分解氣體(N2,O2),經由燃燒燃料(Fuel)時之燃燒氣體(Ex-Gas)旋轉驅動之燃燒氣體渦輪機61、和經由燃燒氣體渦輪機61之驅動而發電之發電機62。
又,燃燒氣體渦輪機61係具備使用上述分解氣體之氧,燃燒燃料之燃燒反應部63、和將經由燃料之燃燒所產生之燃燒氣體,從噴嘴(靜翼)吹至渦輪翼(動翼),由此旋轉渦輪軸而得動力之渦輪部64。
燃燒反應部63中,連接供給分解氣體(N2,O2)之分解氣體供給線65a、和供給燃料(Fuel)之燃料供給線65b。更且,分解氣體供給線65a中,連接供給氮氣(N2)之氮氣供給線65c。然後,於此氮氣供給線65c,可從介著氮氣開關閥66a連接之氮氣供給源66b至氮氣供給線65c,供給氮氣。
然後,透過此氮氣供給線65c,經由於流動在分解氣體供給線65a內之分解氣體導入(添加)氮氣,可調整含於此分解氣體中之氧之濃度。
然而,於氮氣開關閥66a或氮氣供給源66b中,可使用與上述圖A3所示氮氣開關閥32或氮氣供給源33相同者。又,氮氣供給線65c係非必需之構成,藉由含於分解氣體之氧對於燃料而言成為適切之濃度地,預先調整從上述圖A3所示氮氣供給線24供給至燃料氣體供給線23之氮氣之量,即可加以省略。
適用本發明A之發電方法係如圖A11所示,具有使
用從上述分解氣體鍋鑪1、分解氣體渦輪機11或分解熱回收鍋鑪41排出之分解氣體,經由燃燒燃料時之從燃燒氣體,旋轉驅動燃燒氣體渦輪機61之步驟S5-1、和經由燃燒氣體渦輪機61之驅動以發電機62發電之步驟S5-2。
具體而言,於上述圖A9(b)所示發電裝置中,經由驅動與上述燃燒氣體渦輪機61(渦輪部64)連結之發電機62,而可得到更多之電力。
如以上所述,上述圖A9(a)、(b)所示發電裝置中,可進行利用從上述分解氣體鍋鑪1、分解氣體渦輪機11或分解熱回收鍋鑪41排出之分解氣體之發電,經由將含於此分解氣體中之氧利用於燃料之燃燒,更可進行效率佳之發電。
然而,上述燃燒氣體鍋鑪51及燃燒氣體渦輪機61係除了將含於上述分解氣體中之氧利用於燃料之燃燒之外,具有與將以往之空氣中之氧使用於燃燒之燃燒氣體鍋鑪或燃燒氣體渦輪機等相同之構造。更且,有關附屬設備(機器/零件)、或保安設備(機器/零件)等亦相同。
又,有關上述燃燒氣體鍋鑪51及燃燒氣體渦輪機61所使用之燃料,只要使用含於上述分解氣體中之氧可燃燒者即可,例如除了石油、或煤碳、天然氣等之石化燃料之外,亦可使用生質燃料等之代替燃料。除此之外,可從氣體燃料、液體燃料、固體燃料中適切選擇加以使用。
更且,上述燃燒氣體鍋鑪51及燃燒氣體渦輪機61中,不限於上述圖A9(a)、(b)所示構成,例如成為設有為了
各別調整供給至上述燃燒反應部56、63之燃料(Fuel)或分解氣體(N2,O2)、氮氣(N2)之流量之流量調整部(流量調整手段)之構成亦可。
又,於上述圖A9(a)、(b)所示發電裝置中,除了上述燃燒氣體鍋鑪51及燃燒氣體渦輪機61以外之構成,即對於上述蒸氣渦輪機52、或發電機53,62、冷凝器54、供水泵55等,亦可使用已存在之相同者。更且,有關附屬設備(機器/零件)、或保安設備(機器/零件)等亦相同。
另一方面,適用本發明A之發電裝置係於上述圖A9(b)所示之發電裝置,例如可更追加如圖A12(a)、(b)所示之構成。
然而,圖A12(a)、(b)係於上述圖A9(b)所示發電裝置中,顯示可追加之排熱回收鍋鑪71等之構成者,圖A12(a)採用單軸型時之概略系統圖、圖A12(b)採用多軸型時之概略系統圖。
圖A12(a)、(b)所示發電裝置係採用排熱回收方式之複合(複循環)型之發電裝置,利用上述燃燒氣體渦輪機61(圖A12中,僅圖示渦輪部64)排出之燃燒氣體(排氣)之燃燒熱(排熱)者。
具體而言,此圖A12(a)、(b)所示發電裝置係除了上述圖A9(b)所示構成(僅圖示渦輪部64)以外,更概略具備經由從上述燃燒氣體渦輪機61(渦輪部64)排出之燃燒氣體(Ex-Gas)之熱回收,產生蒸氣之排熱回收鍋鑪71、和經由排熱回收鍋鑪71所產生之蒸氣,旋轉驅動之蒸氣渦輪機
72、和經由蒸氣渦輪機72之驅動而發電之發電機73A(73B)、和冷卻來自蒸氣渦輪機72之蒸氣成為冷凝水之冷凝器74、和將來自冷凝器74之冷凝水,供水至排熱回收鍋鑪71之供水泵75。
又,於上述圖A12(a)所示單軸型中,成為經由將上述燃燒氣體渦輪機61(渦輪部64)與蒸氣渦輪機72配置於同軸,可驅動共通之發電機73A之構成。另一方面,於上述圖A12(b)所示多軸型中,成為經由將上述燃燒氣體渦輪機61(渦輪部64)與蒸氣渦輪機72配置於不同軸,可驅動各別不同之發電機73A、73B之構成。
適用本發明A之發電方法係如圖A13所示,具有經由從上述燃燒氣體渦輪機61(渦輪部64)排出之燃燒氣體之熱回收,在排熱回收鍋鑪71產生蒸氣之步驟S6-1、和經由排熱回收鍋鑪71所產生之蒸氣,使蒸氣渦輪機72旋轉驅動之步驟S6-2、和經由蒸氣渦輪機72之驅動以發電機73A(73B)發電之步驟S6-3。
具體而言,上述圖A12(a)、(b)所示發電裝置中,驅動與上述燃燒氣體渦輪機61(渦輪部64)連結之發電機73A之同時,經由上述排熱回收鍋鑪71所產生之蒸氣,旋轉驅動蒸氣渦輪機72,經由驅動與此蒸氣渦輪機72連結之發電機73A(73B),可更有效率得到電力。
然後,從蒸氣渦輪機72排出之蒸氣係以冷凝器74冷卻而冷凝水後,以供水泵75供水至排熱回收鍋鑪71,再以排熱回收鍋鑪71,經由與燃燒氣體熱交換,成為蒸氣而
循環。
如以上所述,上述圖A12(a)、(b)所示發電裝置中,可進行利用從上述燃燒氣體渦輪機61排出之燃燒氣體之燃燒熱(排熱)之發電,更可進行熱效率高之發電。
然而,上述排熱回收鍋鑪71係具有與已存在之排熱回收鍋鑪等相同之構造。更且,有關附屬設備(機器/零件)、或保安設備(機器/零件)等亦相同。
又,於上述圖A12(a)、(b)所示發電裝置中,除了上述排熱回收鍋鑪71以外之構成,即對於上述蒸氣渦輪機72、或發電機73A(73B)、冷凝器74、供水泵75等,亦可使用已存在之相同者。更且,有關附屬設備(機器/零件)、或保安設備(機器/零件)等亦相同。
然而,適用本發明A之發電裝置係從置換於火力電發廠或核能發電廠等之大規模者(發電設備),以至於搭載於各種之機械裝置或輸送機器、電氣機器等之小規模者(發電模組),不論其大小,可適用於各種之尺寸者。
又,適用本發明A之發電裝置係,其用途亦不限於工廠(工業)用或住宅(家庭)用,可利用於各種領域,可配合設置(固定)型或可搬型、攜帶型等之其用途加以設計。
又,對於適用於本發明A之分解氣體鍋鑪1、分解氣體渦輪機11亦相同,此等分解氣體鍋鑪1或分解氣體渦輪機11係從上述發電設備所使用之大型者,以至於例如小型鍋鑪或微氣體渦輪機等之小型者,不論其大小,可適用於各種之尺寸者。
又,適用於本發明A之分解氣體鍋鑪1或分解氣體渦輪機11其用途亦不限於上述發電用,與已存在之燃燒氣體鍋鑪或燃燒氣體渦輪機相同,可使用於各種之用途。
更且,適用本發明A之分解氣體鍋鑪1係不限於經由利用亞氧化氮之分解所產生之分解熱而產生蒸氣,亦可為產生溫水者。
又,做為上述各鍋鑪1、51(蒸氣產生部7、57)、41、71以至於蒸氣渦輪機2、52、42、72、冷凝器4、54、44、74、供水泵5、55、45、75之循環系統之作動流體(蒸氣源),一般而言可使用水(水蒸氣)。另一方面,本發明A中,可使用例如在地熱發電等之雙迴圈發電所使用之氨,或正戊烷等之有機媒體等,較水沸點為低者等。然而,本發明A中,做為作動流體,使用較水沸點為高者,亦無妨。
又,上述各氣體渦輪機11、61(渦輪部14、64)及各蒸氣渦輪機2、42、52、72係為最大充分利用該分解氣體、燃燒氣體或蒸氣,例如配合分解氣體、燃燒氣體或蒸氣之特性,可使用複合高壓渦輪機與低壓渦輪機之構成,或複合高壓渦輪機與中壓渦輪機與低壓渦輪機之構成等之複合式渦輪機。又,如此複合式渦輪機中,可成為各渦輪機配置成直列(同軸)或並列(多軸)之構成。
又,上述各氣體渦輪機11、61(渦輪部14、64)及各蒸氣渦輪機2、42、52、72係不限於經由將分解氣體、燃燒氣體或蒸氣從噴嘴(靜翼)吹至渦輪翼(動翼)時之衝擊力將
此渦輪翼與渦輪軸一同加以旋轉之衝動式渦輪機,可為流入渦輪翼之分解氣體、燃燒氣體或蒸氣從渦輪翼流時時經由膨脹之反作用力,將此渦輪翼與渦輪軸一同加以旋轉之反動式渦輪機。更且,上述複合式渦輪機中,組合此等衝動式渦輪機與反動式渦輪機者亦可。
又,有關旋轉上述各氣體渦輪機11、61(渦輪部14、64)及各蒸氣渦輪機2、42、52、72,驅動各發電機12、62、3、43A、43B、53、73A、73B之發電系統中,非一定限定於旋轉驅動與此等各氣體渦輪機11、61(渦輪部14、64)及各蒸氣渦輪機2、42、52、72同軸連結之各發電機12、62、3、43A、43B、53、73A、73B之構成。例如,成為於此等各氣體渦輪機11、61(渦輪部14、64)及各蒸氣渦輪機2、42、52、72,與各發電機12、62、3、43A、43B、53、73A、73B之間,配置變速機或離合器等之構成亦可。更且,成為設置調整各氣體渦輪機11、61(渦輪部14、64)及各蒸氣渦輪機2、42、52、72之旋轉數之手段(調速器)之構成亦可。
又,本發明A中,代替上述各氣體渦輪機11、61(渦輪部14、64)及各蒸氣渦輪機2、42、52、72,例如可如往復式機關(活塞、曲柄機構),將上述分解氣體或蒸氣導入汽缸,於此汽缸內,往復運動活塞(往復活塞機構)的同時,經由旋轉介著此活塞與連桿連結之曲柄軸、將活塞之往復運動變換成曲柄軸之旋轉運動而得動力後,經由該動力驅動各發電機12、62、3、43A、43B、53、73A、73B,
而得電力。
又,各發電機12、62、3、43A、43B、53、73A、73B係不限於經由旋轉驅動而發電者,亦可經由往復運動(振動)等而發電。此時,可具備將上述各氣體渦輪機11、61(渦輪部14、64)及各蒸氣渦輪機2、42、52、72所成旋轉驅動變換成往復運動(振動)之變換機構等之構成。又,可經由上述往復活塞機構進行直接往復運動。
又,適用於本發明A之發電裝置係不限於新設計者,將已存在之火力發電廠等所具備之之燃燒氣體鍋鑪或燃燒氣體渦輪機,或核能發電廠所具備之原子爐,變換成上述本發明A之分解氣體鍋鑪1或分解氣體渦輪機11者亦可。更且,將此等本發明A之分解氣體鍋鑪1或分解氣體鍋鑪11,追加於已存在之設備亦可。此時,較新設計之情形,可以低成本且容易地,達成利用對地球環境優異之能量之亞氧化氮之發電。
然而,於本發明A中,可於利用經由上述亞氧化氮之分解所產生之能量進行發電之發電裝置,組合利用經由上述亞氧化氮之分解所產生之能量進行熱輸送之熱輸送裝置。
即,本發明A中,可從在於分解上述亞氧化氮之時所產生之能量,同時取出電與熱,構成所謂汽電共生系統(熱電兼供給系統),由此,可提高總合之能量效率。
例如,適用本發明A之汽電共生系統中,如圖A14所示,可成為具備上述圖A1所示之蒸氣渦輪機2、上述
圖A2所示之分解氣體渦輪機11、上述圖A7(a)、(b)所示之蒸氣渦輪機42、上述圖A9(a)所示之蒸氣渦輪機52、上述圖A9(b)所示之燃燒氣體渦輪機61、上述圖A12(a)、(b)所示之蒸氣渦輪機72之任一者所驅動之壓縮式熱泵80之構成。
此時,可構成利用經由上述亞氧化氮之分解所產生之能量,或經由燃料之燃燒所產生之能量進行發電的同時,使用壓縮式熱泵80進行熱輸送之汽電共生系統。
具體而言。此壓縮式之熱泵80係如圖A14所示,概略具備冷媒R循環之冷媒循環系81、和壓縮冷媒循環系81中之冷媒R而送出之壓縮部82、和邊凝縮壓縮部82壓縮之冷媒R,邊從該冷媒R放出熱之凝縮部83、和使在凝縮部83散熱之冷媒R膨脹之膨脹部84、和邊蒸發在膨脹部84所膨脹之冷媒R,邊於此冷媒R吸收熱之蒸發部85。
冷媒循環系81係由順序連接壓縮部82與凝縮部83和膨脹部84與蒸發部85間之配管(流路)所成。冷媒R係做為進行熱輸送之熱媒體,經由伴隨壓力變化(壓縮、膨脹)之狀態而變化(氣化、液化),重覆吸熱與散熱,循環於冷媒循環系81內。然而,做為如此冷媒R,例如可使用碳氟化合物(氟利昂)類(氟碳烴化合物(HFC)、氟氯碳烴化合物(HCFC)等)、二氧化碳、氨、碳化氫(丙烷、丁烷、異丁烷等)、水等。
壓縮部82係由壓縮機所成,經由與上述圖A1所示之
蒸氣渦輪機2、上述圖A2所示之分解氣體渦輪機11(渦輪部14)、上述圖A7(a)、(b)所示之蒸氣渦輪機42、上述圖A9(a)所示之蒸氣渦輪機52、上述圖A9(b)所示之燃燒氣體渦輪機61(渦輪部64)、上述圖A12(a)、(b)所示之蒸氣渦輪機72之任一連結而驅動。冷媒R係經由以此壓縮部82壓縮而昇溫,成為高溫、高壓之氣體送至凝縮部83。
凝縮部83係由稱之為凝縮器之熱交換器(散熱器)所成,以壓縮部82壓縮之冷媒R在通過內部之期間,經由與外部之熱交換,邊進行凝縮,邊從此冷媒R放出熱。由此,冷媒R係成為常溫、高壓之液體,送出至膨脹部84。又,壓縮式之熱泵80中,經由於此凝縮部83側設置風扇(送風手段)86,可將熱氣TH向外部有效率地放出。更且,凝縮部83中,可利用此熱氣TH進行加熱,可將此散熱(高溫)側之熱交換器做為加熱器(加熱手段)使用。
膨脹部84係由膨脹閥或毛細管所成。冷媒R係經由以此膨脹部84膨脹而降溫,成為低溫、低壓之液體送至蒸發部85。
蒸發部85係由稱之為蒸發器之熱交換器(吸熱器)所成,以膨脹部84膨脹之冷媒R在通過內部之期間,經由與外部之熱交換,邊進行蒸發,邊於此冷媒R吸收熱。由此,冷媒R係成為低溫、低壓之氣體,送出至壓縮部82。又,壓縮式之熱泵80中,經由於此蒸發部85側設置風扇(送風手段)87,可將冷氣TL向外部有效率地放出。更且,蒸發部85中,可利用此冷氣TL進行冷卻,可將此吸熱(
低溫)側之熱交換器做為冷卻器(冷卻手段)使用。
具有以上構造之壓縮式之熱泵80係可構成將上述圖A1所示之蒸氣渦輪機2、上述圖A2所示之分解氣體渦輪機11(渦輪部14)、上述圖A7(a)、(b)所示之蒸氣渦輪機42、上述圖A9(a)所示之蒸氣渦輪機52、上述圖A9(b)所示之燃燒氣體渦輪機61、上述圖A12(a)、(b)所示之蒸氣渦輪機72之任一者做為動力源,將冷媒R在冷媒循環系8,內循環下,進行熱輸送之熱輸送裝置。
如此,適用本發明A之汽電共生系統中,可經由上述亞氧化氮之分解所產生之能量,或經由燃料之燃燒所產生之能量進行發電的同時,使用壓縮式熱泵80進行熱輸送。然後,本發明A中,經由構築如此汽電共生系統,可提高總合之能量效率。
然而,本發明A係非一定限定於上述圖A14所示熱輸送裝置之構成者,在不超脫本發明A要點之範圍下,可進行種種之變更。
例如,上述圖A14所示之熱輸送裝置係代替上述壓縮式熱泵80,可經由具備圖A15所示壓縮式熱泵80A,進行冷氣與暖氣,構成所謂之空調機。
然而,圖A15(a)係顯示冷氣時之熱泵80A之狀態,圖A15(b)係顯示暖氣時之熱泵80A之狀態。又,於圖A15(a)、(b)所示熱泵80A中,對於與上述熱泵80同等之部位,省略該說明之同時,於圖面附上相同之符號。
具體而言,此壓縮式之熱泵80A係除了上述熱泵80
之構成之外,概略具備切換上述冷媒循環系81內之冷媒所流動之方向之四方閥(切換手段)88、和設置於屋內之室內機89、和設置於屋外之室外機90。
在此,室內機89側之熱交換器與室外機90側之熱交換器係經由四方閥88切換冷媒R之流動方向,而更換上述凝縮部83與上述蒸發部85之機能。即,於圖A15(a)所示冷氣時,室內機89側之熱交換器則做為上述蒸發部85工作,室外機90側之熱交換器則做為上述凝縮部83工作。另一方面,於圖A15(b)所示暖氣時,室內機89側之熱交換器則做為上述凝縮部83工作,室外機90側之熱交換器則做為上述蒸發部85工作。
具備以上之壓縮式之熱泵80A之空調機中,經由上述圖A1所示之蒸氣渦輪機2、上述圖A2所示之分解氣體渦輪機11、上述圖A7(a)、(b)所示之蒸氣渦輪機42、上述圖A9(a)所示之蒸氣渦輪機52、上述圖A9(b)所示之燃燒氣體渦輪機61、上述圖A12(a)、(b)所示之蒸氣渦輪機72之任一者(圖A15中省略圖示),驅動壓縮部82。由此,壓縮式之熱泵80A中,冷媒R在冷媒循環系81內循環下,進行熱輸送。然後,可於圖A15(a)所示冷氣時,經由室內機89側之風扇87,於室內放出冷風(冷氣)TL,可於圖A15(b)所示暖氣時,經由室內機89側之風扇87,於室內放出溫風(熱氣)TH。
然而,於圖A15(a)所示冷氣時,經由室內機90側之風扇86,向室外放出熱氣TH。另一方面,於圖A15(b)所
示暖氣時,經由室內機90側之風扇86,向室外放出冷氣TL。
又,適用本發明A之空調機中,除了上述冷氣與暖氣之外,可具有進行室內之除濕之除濕機能。對於此除濕,例如可列舉經由限制風量之冷氣運轉,將空氣中之水分以室內機側之熱交換器結露而除濕之後,將乾空氣送回室內之弱冷氣除濕(乾式)方式,或將空氣中之水分以室內機側之熱交換器結露而除濕之後,將乾冷空氣以再熱器加暖之後送回室內之再熱除濕(熱循環)方式。
如以上所述,適用本發明A之汽電共生系統中,可經由上述亞氧化氮之分解所產生之能量,或經由燃料之燃燒所產生之能量進行發電的同時,使用壓縮式熱泵80A進行熱輸送。然後,本發明A中,經由構築如此汽電共生系統,可提高總合之能量效率。
然後,適用本發明A之汽電共生系統中,可將具備上述圖A1、圖A2、圖A7、圖A9或圖A12所示發電裝置之發電機3、12、43A、43B、53、62、73A、73B之任一者之發電機,置換成上述圖A14或圖A15所示壓縮式之熱泵80、80A之構成。又,與此等之發電機3、12、43A、43B、53、62、73A、73B一同地,上述圖A14或圖A15所示壓縮式之熱泵80、80A係可成為經由上述圖A1所示之蒸氣渦輪機2、上述圖A2所示之分解氣體渦輪機11、上述圖A7(a)、(b)所示之蒸氣渦輪機42、上述圖A9(a)所示之蒸氣渦輪機52、上述圖A9(b)所示之燃燒氣體渦輪機
64、上述圖A12(a)、(b)所示之蒸氣渦輪機72之任一者所驅動之構成。
又,適用本發明A之汽電共生系統中,可成為於上述圖A1、圖A2、圖A7、圖A9或圖A12所示發電裝置,組合圖A16所示之吸收式之熱泵100之構成。
此時,可構成利用經由上述亞氧化氮之分解所產生之能量,或經由燃料之燃燒所產生之能量進行發電的同時,經由吸收式之熱泵100進行熱輸送之汽電共生系統。
具體而言。此吸收式之熱泵100係概略具備冷媒R循環之冷媒循環系101、和連接冷媒循環系101之同時,循環吸收冷媒R之吸收液A之吸收液循環系102、和邊凝縮冷媒循環系101之冷媒R,邊從該冷媒R放出熱之凝縮部103、和邊冷媒循環系101之冷媒R,邊於此冷媒R吸收熱之蒸發部104、和將蒸發之冷媒R吸收於吸收液循環系102中之吸收液A之吸收部105、和將吸收之冷媒R,從吸收液循環系102中之吸收液A蒸發之再生部106。
冷媒循環系101係由順序連接凝縮部103和蒸發部104和吸收部105和再生部106間之第1乃至第4配管(流路)107a~107d所成。冷媒R係做為進行熱輸送之熱媒體,重覆伴隨吸收液A之吸收及來自吸收液A之蒸發之狀態變化(氣化、液化)之吸熱與散熱,循環於冷媒循環系101內。然而,本例中,做為如此之冷媒R,則使用水。
吸收液循環系102係由順序連接吸收部105和再生部106間之第4及第5配管(流路)107d~107e所成。然而,
第4之配管107d係構成冷媒循環系101及吸收液循環系102之共通配管。吸收液A係重覆冷媒R之吸收及冷媒R之蒸發,循環於此吸收液循環系102內。然而,本例中,做為如此之吸收液A,則使用水之吸收性高之溴化鋰(LiBr)之水溶液。
凝縮部103係具有連接第1之配管107a及第2之配管107b之凝縮處理室103a、和配置於此凝縮處理室103a之內側之凝縮器(凝結器)103b。又,凝縮器103b係做為散熱(高溫)側之熱交換器,與外部之散熱器(冷卻塔、室外機)108熱性地連接。具體而言,於此凝縮器103b(凝縮處理室103a之內側)與散熱器108(凝縮處理室103a之外側)間,撓有導熱管109,成為於該內部通液(循環)有冷卻液W之構造。然而,冷卻液W中,例如可使用水。
然後,此凝縮部103中,在再生部106蒸發(氣化)之冷媒(水蒸氣)R,透過第1之配管107a,供給至凝縮處理室103a,於此凝縮處理室103a內,經由與凝縮器103b之熱交換(與導熱管109接觸),從冷媒R放出熱。由此,冷媒R係被凝縮(冷卻),成為液體(水),從凝縮處理室103a透過第2之配管107b,送至蒸發部104。
又,凝縮部103中,從冷媒R放出之熱則吸收(吸熱)於流動於導熱管109內之冷卻液W後,經由與外部之熱交換,從散熱器108成為熱氣TH而放出。更且,於散熱器108,設置風扇(送風手段)108a,邊驅動此風扇108a,向外部有效率地放出熱氣TH。
然而,凝縮部103中,可利用從上述散熱器108放出之熱氣TH,進行加熱。即,可將上述散熱器108做為加熱器(加熱手段)使用。然而,做為加熱之應用領域,例如可列舉暖氣、供給熱水、溫水、乾燥等。
蒸發部104係具有連接第2之配管107b及第3之配管107c之蒸發室104a、和配置於此蒸發室104a之內側之蒸發器(蒸發器)104b。又,蒸發室104a內係成為減壓,接近真空之狀態(冷媒R易於蒸發(氣化)之狀態)。另一方面,蒸發器104b係做為吸熱(低溫)側之熱交換器,與外部之吸熱器(空調機、室內機)110熱性地連接。具體而言,於此蒸發器104b(蒸發室104a之內側)與吸熱器110(蒸發室104a之外側)間,撓有導熱管111,成為於該內部通液(循環)有冷卻液C之構造。然而,冷卻液C中,例如可使用水。
然後,此蒸發部104中,在凝縮部103凝縮(液化)之冷媒(水)R,透過第2之配管107b,供給至蒸發室104a時,於此蒸發室104a內,經由與蒸發器104b之熱交換(與導熱管111接觸),於冷媒R吸收熱。
此時,蒸發室104a內係減壓至接近真空之狀態之故,從第2之配管107b滴下之冷媒R係經由接觸導熱管111,容易地被蒸發(氣化)。由此,冷媒R係成為氣體(水蒸氣),從蒸發室104a透過第3之配管107c,送至吸收部105。
又,蒸發部104中,經由蒸發冷媒R時之氣化熱,流
動於導熱管109內之冷卻液C被冷卻後,經由與外部之熱交換,從吸熱器110成為冷氣TL而放出。更且,於吸熱器110,設置風扇(送風手段)110a,邊驅動此風扇110a,向外部有效率地放出冷氣TL。
然而,蒸發部104中,可利用從上述吸熱器110放出之冷氣TL,進行冷卻。即,可將上述吸熱器110做為冷卻器(冷卻手段)使用。然而,做為冷卻之應用領域,例如可列舉冷氣、冷藏、冷凍、冷水、製冰等。
吸收部105係由具有連接第3之配管107c、第4之配管107d及第5之配管107e之吸收室105a之吸收器(absorber)所成。
然後,此吸收部105中,在蒸發部104蒸發(氣化)之冷媒(水蒸氣)R,透過第3之配管107c,供給至吸收室105a,於此吸收室105a內,於吸收液A吸收冷媒R。
此時,從第5之配管107e滴下之吸收液A係之成為吸濕性高之濃溶液之故,容易吸收蒸發(氣化)冷媒(水蒸氣)R。然後,吸收冷媒R之吸收液A係成為稀溶液,從吸收室105a透過第4之配管107d,送至再生部106。
再生部106係由具有連接第4之配管107d、第5之配管107e及第1之配管107a之再生室106a、和加熱此再生室106a之加熱器(加熱手段)112之再生器(發生器)所成。
然後,此再生部106中,吸收冷媒R之吸收液A則透過第4之配管107d,供給至再生室106a時,於此再生室106a內,吸收冷媒R之吸收液A經由使用加熱器112加
熱,從此吸收液A中冷媒R被蒸發(氣化)。
由此,冷媒R係成為氣體(水蒸氣),從再生室106a透過第1之配管107a,送至凝縮部103。另一方面,吸收液A係成為濃溶液(易於吸收冷媒R之狀態),從再生室106a透過第5之配管107e,送至吸收部105。
如以上所述,此吸收式之熱泵100中,使冷媒R在冷媒循環系101內循環之同時,可使吸收液A在吸收液循環系102內循環下,進行熱輸送。
然後,此吸收式之熱泵100係成為於上述再生部106中,經由從亞氧化氮之分解所產生之分解氣體,或燃料之燃燒所產生之燃燒氣體之熱回收,加熱上述再生室106a內之吸收液A之構成。
即,此吸收式之熱泵100中,於上述分解反應器22(分解反應部6、13),將分解亞氧化氮(N2O)所產生之亞氧化氮之分解氣體(N2,O2),或於燃燒反應部56、63,燃燒燃料(Fuel)所產生燃燒氣體(Ex-Gas),供給至上述加熱器112。
然而,有關前述加熱器112之分解氣體或燃燒氣體之供給方法,未特別加以限定,於有從上述分解反應部6、13或上述燃燒反應部56、63排出之分解氣體或燃燒氣體流動之線(流路)中,設置上述加熱器112,或分支有從上述分解反應部6、13或上述燃燒反應部56、63排出之分解氣體或燃燒氣體流動之線(流路)之一部分,於此分支之線中,經由設置上述加熱器112,可向上述加熱器112供
給分解氣體或燃燒氣體。
加熱器112係成為安裝於上述再生室106a之加熱(高溫)側之熱交換器,於此熱交換器之內部通過分解氣體或燃燒氣體之期間,經由此分解氣體或燃燒氣體之熱交換,加熱上述再生室106a之結構。
然而,於加熱器112之內部中,為使與上述再生室106a間之熱傳導性變佳之散熱片(散熱板)112a,則以接觸於上述再生室106a之傳熱面之狀態加以設置。由此,可將上述再生室106a有效率地進行加熱。
又,於此加熱器112中,可對應於其用途使用各種型式、大小之熱交換器。例如,做為熱交換器之種類,可列舉管式(雙重管式、多管式(管殼式)、螺旋式等),或板式、再生式等,從此等之中,配合其用途適切加以選擇使用即可。
具有以上構造之吸收式之熱泵100中,除了上述圖A1、圖A2、圖A7、圖A9或圖A12所示發電裝置之外,可構成利用上述亞氧化氮之分解所產生之能量,或燃料之燃燒所產生能量之熱輸送裝置。
如上所述,適用本發明A之汽電共生系統中,可利用上述亞氧化氮之分解所產生之能量,或燃料之燃燒所產生之能量進行發電的同時,使用上述吸收式熱泵100進行熱輸送。然後,本發明A中,經由構築如此汽電共生系統,可提高總合之能量效率。
然而,本發明A係非一定限定於上述圖A16所示熱
輸送裝置之構成者,在不超脫本發明A要點之範圍下,可進行種種之變更。
例如,如圖A17所示吸收式之熱泵100A,可成為設置利用伴隨亞氧化氮(N2O)之斷熱膨脹之冷卻熱,冷卻上述凝縮處理室103a之冷卻器(冷卻手段)113,或冷卻上述吸收室105a之冷卻器(冷卻手段)114之構成。
具體而言,此等冷卻器113、114係安裝於凝縮處理室103a及吸收室105a之冷卻(低溫)側之熱交換器,於此熱交換器中,供給經由伴隨斷熱膨脹之溫度下降(冷卻熱)而低溫化之亞氧化氮氣體。然後,成為在此熱交換器之內部通過低溫之亞氧化氮氣體之期間,經由與亞氧化氮氣體之熱交換,冷卻上述凝縮處理室103a及吸收室105a之構造。
然而,於冷卻器113、114之內部中,為使與上述凝縮處理室103a及吸收室105a間之熱傳導性變佳之散熱片(散熱板)113a、114a,則以接觸於上述凝縮處理室103a及吸收室105a之傳熱面之狀態加以設置。由此,可將上述凝縮處理室103a及吸收室105a有效率地進行冷卻。
又,於此冷卻器113、114中,可對應於其用途使用各種型式、大小之熱交換器。例如,做為熱交換器之種類,可列舉管式(雙重管式、多管式(管殼式)、螺旋式等),或板式、再生式等,從此等之中,配合其用途適切加以選擇使用即可。
又,如圖A17所示吸收式之熱泵100A係具備將從上
述高壓氣體容器31a(圖A17中未圖示)放出經由斷熱膨脹而得之低溫之亞氧化氮氣體(N2O),供予至冷卻部之第1之供給線115、和將從冷卻器113、114排出之亞氧化氮氣體,供予分解反應器22之第2之供給線116、和將以分解反應器22分解亞氧化氮氣體而得之高溫之分解氣體(N2,O2),供給至加熱器112之第3之供給線117、和從加熱器112排出分解氣體之排出線118。
其中,第1之供給線115係該一端側連接於高壓氣體容器31a,另一端側則連接於冷卻器113、114之入口側之配管(流路)。另一方面,第2之供給線116係該一端側連接於冷卻器113、114之出口側,另一端側則連接於分解反應器22之入口側(氣體導入口22b)之配管(流路)。然後,此等第1及第2之供給線115、116係構成將從高壓氣體容器31a放出之亞氧化氮氣體(N2O),供給至分解反應器22之亞氧化氮氣體供給線(亞氧化氮氣體供給手段)。
另一方面,第3之供給線117係該一端側連接於分解反應器22之出口側(氣體排出口22c),另一端側則連接於加熱器112之入口側之配管(流路)。另一方面,排出線118係該一端側連接於加熱器112之出口側之配管(流路)。
然而,有關圖A17所示吸收式之熱泵100A之外之構成,係概略具備與上述圖A16所示吸收式之熱泵100相同之構成。因此,此圖A17所示吸收式之熱泵100A中,對於與上述圖A16所示吸收式之熱泵100同等之部位,省略
該說明之同時,於圖面附上相同之符號。或省略該圖示。
然後,此吸收式之熱泵100A中,使冷媒R在冷媒循環系101內循環之同時,可使吸收液A在吸收液循環系102內循環下,進行熱輸送。又,此熱輸送裝置中,在上述再生部106使用加熱器112,加熱吸收液A之時,於該熱源,使用亞氧化氮之分解所產生之分解熱。更且,此熱輸送裝置中,在凝縮處理室103a及吸收室105a使用冷卻器113、114,冷卻冷媒R及吸收液A之時,於該冷源,使用伴隨亞氧化氮之斷熱膨脹之冷卻熱。
具有以上構造之吸收式之熱泵100A中,除了上述圖A1、圖A2、圖A7、圖A9或圖A12所示發電裝置之外,可構成利用伴隨上述亞氧化氮之斷熱膨脹之冷卻熱、或亞氧化氮之分解所產生之分解熱之熱輸送裝置。
如上所述,適用本發明A之汽電共生系統中,可利用上述亞氧化氮之分解所產生之能量,或燃料之燃燒所產生之能量進行發電的同時,使用上述吸收式熱泵100A進行熱輸送。然後,本發明A中,經由構築如此汽電共生系統,可提高總合之能量效率。
然而,有關上述圖A17所示吸收式之熱泵100A中,雖成為設置上述冷卻器113、114之兩者之構成,亦可成為僅設置此等冷卻器113、114之任一者之構成。
又,對於上述本發明A之特徵部分,非限定於上述圖A3所示之構成。例如,分解反應器22係可將該形狀或數量、配置等配合上述熱泵100、100A之設計,適切加以變
更。又,對於連接於此分解反應器22之燃料氣體供給線23或氮氣供給線24、流量調整部25、溫度測定器26、控制部27、加熱器28、電力供給線29、燃料氣體開關閥30、燃料氣體供給源31、氮氣開關閥32、氮氣供給源33等,亦可配合上述熱泵100、100A之設計,適切加以變更。
又,適用本發明A之熱輸送裝置係除了上述圖A16及圖A17所示吸收式之熱泵100、100A之構成以外,例如可成為配置將上述冷媒循環系101中之冷媒R通液(循環)之泵(通液手段),或將上述吸收液循環系102中之吸收液A通液(循環)之泵(通液手段)之構成。
更且,適用本發明A之熱輸送裝置中,可成為具備其他需要之附屬設備(機器/零件)、或保安設備(機器/零件)等之構成。
另一方面,於上述圖A16及圖A17所示熱輸送裝置中,對於上述本發明A之特徵部分以外之構造,可具有與已存在之吸收式熱泵相同之構造,例如為第一種之增熱型之吸收式熱泵,或為第二種之昇溫型之吸收式熱泵,皆可適用本發明A。
又,有關適用本發明A之吸收式熱泵,不限於利用上述亞氧化氮之分解所產生之分解氣體進行加熱之直焚方式者,亦可將經由從上述亞氧化氮之分解所產生之分解氣體之熱回收,產生蒸氣後,使用此蒸氣,進行加熱之蒸氣炊熱方式,適用本發明A。
更且,有關適用本發明A之吸收式熱泵之形式,例如
可列舉單效用吸收式、或雙重效用吸收式、三重效用吸收式之熱泵等,此等之任一形成皆可適用本發明A。
又,有關冷媒R與吸收液A之組合,使用對於冷媒R吸收性為高之吸收液A為佳,例如除了上述水(冷媒R)與溴化鋰之水溶液(吸收液A)之外,可列舉氨(NH3)之水溶液(冷媒R)與水(吸收液A)。其中,前者可適切用於空調領域,後者則適用於冷凍領域。
然而,適用本發明A之熱輸送裝置係可得上述冷氣(低溫)TL與熱氣(高溫)TH之故,可進行對冷凍空調之各種應用。例如,適用本發明A之熱輸送裝置係可進行對於進行上述冷氣或暖氣之空調機之空調設備或空調機器等之應用。又,空調機中,可具有進行上述室內之除濕之除濕機能。
又,於加熱領域中,除了暖氣之外,可進行對於進行熱水供給、溫水、乾燥等之加熱設備或加熱機器等之應用。另一方面,於冷卻領域中,除了冷氣之外,可進行對於進行冷藏、冷凍、冷水、製冰等之冷卻設備或冷卻機器等之應用。
又,適用本發明A之熱輸送裝置,係不論大規模者以至於小規模者,不論其大小,可適用各種之尺寸者。又,其用途亦不限於工廠(工業)用或住宅(家庭)用,可利用於所有領域,可配合設置(固定)型或可搬型、攜帶型等之其用途加以設計。
又,適用本發明A之汽電共生系統中,可與上述圖
A14或圖A15所示壓縮式之熱泵80、80A一同,成為具備圖A16或圖A17所示之吸收式之熱泵100、100A之構成。
此時,可構成利用經由上述亞氧化氮之分解所產生之能量,或經由燃料之燃燒所產生之能量進行發電的同時,使用壓縮式之熱泵80、80A或吸收式之熱泵100、100A進行熱輸送之汽電共生系統。然後,本發明A中,經由構築如此汽電共生系統,可提高總合之能量效率。
本發明A所使用之亞氧化氮係可工業性地加以製造。具體而言,有關工業製造亞氧化氮之方法,例如可列舉使用以下之(1)~(3)之方法。
2NH3+2O2 → N2O+3H2O
NH4NO3 → N2O+2H2O
NH2SO3H+HNO3 → N2O+H2SO4+H2O
然而,有關工業製造亞氧化氮,例如可列舉純度99.9(3N)~99.999(5N)%之高純度亞氧化氮、純度97.0%以上(日本藥局配方)之醫療用亞氧化氮、純度98%以上之工業用亞氧化氮。
除此等之外,亞氧化氮之製造方法,可列舉使用以下之(4)~(10)之方法。
2(NH2)2CO+2HNO3+H2SO4 → 2N2O+2CO2+(NH4)2SO4+2H2O
4NO+2NH2OH → 3N2O+3H2O
2NH2OH+NO2+NO → 2N2O+3H2O
2NH2OH+O2 → N2O+3H2O
由己二酸之製造工程之副產物N2O之回收
由乙二醛之製造工程之副產物N2O之回收
將亞硝酸或亞硝酸鹽之溶液,以溫亞硫酸、鈉、汞齊、氯化亞錫等為還原劑加以還原。
將硝酸以鋅或錫還原,或以亞硫酸氣還原。
2KNO3+6HCOOH → N2O+4CO2+5H2O+2HCOOK
H2N2O2+H2SO4 → H2SO4.H2O+N2O
然後,製造之亞氧化氮係在於氣體製造商,填充於上述高壓氣體容器31a後,送至上述燃料氣體供給源31,暫時貯存於燃料氣體貯存部。另一方面,高壓氣體容器31a係於使用後送回氣體製造商,經由再充填可重覆加以使用。
又,有關燃料氣體之供給方法,不限於使用上述高壓氣體容器33a供給(交換高壓氣體容器33a)之方法,例如
可使用運油船或油罐車等之輸送手段,供給至設置於上述燃料氣體供給源31之貯存槽(高壓氣體容器31a)之方法。更且,可使用將含亞氧化氮之燃料氣體透過管線,供給至設置於上述燃料氣體供給源31之貯存槽(高壓氣體容器31a)之方法,
又,有關氮氣之供給方法,不限於使用上述高壓氣體容器33a供給(交換高壓氣體容器33a)之方法,例如可使用與上述燃料氣體之供給方法相同之方法加以供給。更且,對於上述圖A9(a)、(b)所示發電裝置之燃料(Fuel)或氮氣(N2)等之供給方法亦相同。
本發明A中,經由使用上述觸媒21,可下降亞氧化氮之分解開始溫度。然後,亞氧化氮之分解後係可經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,持續進行之後供給之亞氧化氮之分解。
因此,本發明A中,於亞氧化氮之分解開始前,預熱上述觸媒21即可。然後,亞氧化氮之分解後係可經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,將上述觸媒21之溫度,保持於分解亞氧化氮之必要溫度以上,持續進行亞氧化氮之分解。
具體而言,上述觸媒21之溫度係從觸媒活性之觀點視之,200~600℃之範圍為佳,從分解反應容易性之觀點視之,350~450℃之範圍者則更佳。即,本發明A中,使上述觸媒21之溫度成為如此之範圍地,進行經由上述加熱器28之預熱,或上述控制部27所成分解氣體之溫度控
制者為佳。
另一方面,亞氧化氮本身在約500℃會自我分解之故,將上述分解反應器22保持於自我分解溫度以上時,可不使用上述觸媒21,持續進行亞氧化氮之分解。但是,不使用上述觸媒21,自我分解亞氧化氮之時,就分解副產物而言,得知會產生NOx氣體。因此,本發明A中,為防止NOx氣體之產生,使用上述觸媒21為佳。然而,上述觸媒21即使在亞氧化氮之自我分解溫度以上,亦可使用。
有關燃料氣體之溫度,只要是亞氧化氮不液化之溫度即可,通常可在常溫以下使用。另一方面,燃料氣體係可預熱至較常溫高之溫度使用。例如,含於燃料氣體中之亞氧化氮之濃度為低之時,經由預熱此燃料氣體,可促進亞氧化氮之分解。
有關含於燃料氣體中之亞氧化氮之濃度,非特別加以限定,例如可使調整在1~100%之範圍者,又,需得更多能量之時,可使調整在超過50%~100%之範圍者,更且,可使調整在超過70%~100%之範圍者。又,經由進行上述亞氧化氮之濃度調整,可調整亞氧化氮之分解反應速度等。
又,本發明A中,經由進行上述亞氧化氮之濃度調整,可將分解氣體做為呼吸氣體加以利用。具體而言,空氣係該體積之約8成為氮(N2),約2成為氧(O2)之故,例如將含於上述燃料氣體中之亞氧化氮(N2O)與氮(N2)之比例,以體積比(莫耳比)時,成為N2O:N2=1:1。即,於上述
燃料氣體中添加氮氣,使含於此燃料氣體中之亞氧化氮之濃度成為50%時,含於此燃料氣體中之亞氧化氮則最終分解成氮與氧之時,亞氧化氮1莫耳係分解成氮1莫耳與氧0.5莫耳之故,含於此分解氣體中之氮(N2)與氧(O2)之比例,以體積比(莫耳比)時,成為N2:O2=4:1。由此,含於分解氣體中之氮(N2)與氧(O2)之比例接近空氣組成之故,可將分解氣體做為呼吸氣體加以利用。
具體而言,上述分解氣體做為呼吸氣體使用之時,使該氧濃度成為18~24%程度之範圍為佳,此時,使含於燃料氣體中之亞氧化氮之濃度成為44~63%程度之範圍為佳。
又,本發明A中,可使用亞氧化氮之濃度不足44%者,即可使用做為燃料氣體,亞氧化氮之濃度為低者。此時,經由含於燃料氣體中之亞氧化氮之分解所產生能量(能量密度)雖會降低,藉由使含於此燃料氣體中之亞氧化氮之分解反應變得緩和,可抑制經由上述分解氣體使曝露於高溫高壓下之觸媒21或分解反應器22等之各構件之劣化(例如熱疲勞或氧化等)。即,本發明A中,考量到上述觸媒21或分解反應器22等之各構件材料之耐熱性及熱氧化性,可調整含於燃料氣體中之亞氧化氮之濃度。
另一方面,本發明A中,可使用亞氧化氮之濃度超過63%者,即可使用做為燃料氣體,亞氧化氮之濃度為高者。此時,可提高含於燃料氣體中之亞氧化氮之分解所產生之能量(能量密度)之故,可達成上述分解氣體鍋鑪1及分
解氣體渦輪機11之輸出的提升。
尤其,本發明A中,使用亞氧化氮之濃度為100%者之時,可使用上述觸媒21,持續進行亞氧化氮之分解。然而,本發明A中,不僅是高純度(例如純度99.9(3N)~99.999(5N)%)之亞氧化氮,在考量亞氧化氮之製造成本等,可使用較其純度為低(例如純度不足97%)之亞氧化氮。
上述氮氣等所成亞氧化氮之濃度調整係可於亞氧化氮之分解前,於燃料氣體中添加之氮氣等之方法,亦可為於亞氧化氮之分解後,於分解氣體中添加之氮氣等之方法。更且,可使用預先進行亞氧化氮之濃度調整之燃料氣體。
然而,有關含於上述燃料氣體之亞氧化氮以外之成分,除了為了上述亞氧化氮之濃度調整而添加之氮等之外,可列舉有在於後述亞氧化氮之製造時混入之未反應物、或副生成物、不可避免不純物等。
又,本發明A中,設置計測上述分解氣體中之氧濃度之氧濃度計(氧計測手段)亦可。此時,計測含於上述分解氣體中之氮之濃度,經由此計測結果,可精度優異地進行上述分解氣體之溫度控制。
然而,導入於上述分解反應器22之燃料氣體之空間速度(SV:Space Velocity)係配合該設計,設定於最佳值即可,例如可設定在10~140,000hr-1之範圍,較佳為100~10,000hr-1之範圍。
以下,對於記載於「日本特開2002-153734號公報」之亞氧化氮分解用觸媒加以說明。
含於從工廠或燒毀設備排出之排氣中之亞氧化氮之濃度係10%以下,另一方面含於從手術室排出之剩餘麻醉氣體中之亞氧化氮之濃度係雖以剩餘麻醉氣體排除裝置,經由壓縮空氣多少被稀釋,還有70%以下,為非常高之濃度。本發明A之亞氧化氮之分解觸媒係可對應於從低濃度至高濃度之亞氧化氮之分解之觸媒。
又,本發明A之亞氧化氮之分解觸媒係可在較低溫下分解處理,於水分共存之情形下,難以受水分所造成之活性劣化,而且可將NOx之產生量抑制於容許濃度以下,對於以往之分解觸媒而言,可減低NOx之產生量至1/10~1/100以下。
本發明A之亞氧化氮之分解觸媒係可使用選自至少一種令鋁、鎂、銠之3種金屬為必須成分而含有之以下[1]~[3]之任一觸媒、[1]鋁、鎂及銠被載持於載體之觸媒、[2]鎂及銠被載持於氧化鋁載體之觸媒、[3]於經由鋁之至少一部分與鎂所形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,載持銠(Rh)之觸媒、及鋁及銠之2種金屬與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬為必須成分而含有之以下[4]~[6]之任一觸媒、[4]選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬、和鋁及銠被載持於載體之觸媒、[5]選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬、和銠被載持於氧化鋁載體之觸媒、
[6]於經由鋁之至少一部分、和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬、形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,載持銠之觸媒。
做為使用於[1]之觸媒之載體,可使用選自氧化鋁、矽石、氧化鋯、氧化鈰、氧化鈦及氧化錫所成群之載體、做為使用於[4]之觸媒之載體,可使用選自氧化鋁、氧化鋯、氧化鈰、氧化鈦及氧化錫所成群之載體。載體係可使用表面積各別為30~300m2/g程度者,對於形狀雖無特別限制,經由反應器或反應方法,各別選擇粒狀、粉末狀、蜂巢狀等之適切形狀。
[1]之觸媒中,載持於載體之鋁與鎂係在鋁對於鎂之原子比下,包含至少2以上者為佳。又,鎂係在金屬原子換算下,含觸媒整體之0.1~20.0質量%為佳。
又,鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物為佳,尖晶石型結晶性複合氧化物係例如經由燒成載持鋁和鎂之載體而生成。尖晶石構造係在具有XY2O4之化學式之氧化物所見到之構造,屬於立方晶者,Al和Mg係形成MgAl2O4之尖晶石構造者為眾所周知。本發明A之亞氧化氮之分解觸媒中,該理由雖不能確定,鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物者,可提升亞氧化氮之分解能的同時,可發揮減低NOx之產生量之效果。
[4]之觸媒中,載持於載體之選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬和鋁係、鋁對於選自鋅、鐵、錳及鎳
所成群之至少一種之金屬而言之原子比下,至少包含2以上者為佳。又選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬係以金屬原子換算,含觸媒整體之0.1~40.0質量%為佳。
又,鋁之至少一部分、與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物者為佳。尖晶石型結晶性複合氧化物係經由燒成載持鋁、和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載體而生成。鋁、和鋅、鐵、錳及鎳係眾所周知形成MAl2O4(M=Zn、Fe、Mn、Ni)之尖晶石構造。本發明A之亞氧化氮之分解觸媒中,該理由雖不能確定,鋁之至少一部分,雖與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物者,可提升亞氧化氮之分解能的同時,可發揮減低NOx之產生量之效果。
使用於[2]之觸媒之載體係氧化鋁,對於氧化鋁雖無特別限制,可使用表面積為50~300m2/g程度者。載持於氧化鋁之鎂係在鋁對於鎂之原子比下,包含至少2以上者為佳。又,鎂係在金屬原子換算下,含觸媒整體之0.1~20.0質量%為佳。又,鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物者為佳。
使用於[5]之觸媒之載體係氧化鋁,對於氧化鋁雖無特別限制,可使用表面積為50~300m2/g程度者。載持於氧化鋁之選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬係鋁對於選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬而言之
原子比下,至少包含2以上者為佳。選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬係以金屬原子換算,含觸媒整體之0.1~40.0質量%為佳。又,鋁之至少一部分、與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物者為佳。
[3]之觸媒係使用經由鋁之至少一部分與鎂,形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體。[3]之觸媒中,鋁與鎂之原子比係在鋁對於鎂之原子比下,包含至少2以上者為佳。又,鎂係在金屬原子換算下,含觸媒整體之0.1~20.0質量%為佳。
[6]之觸媒係使用經由鋁之至少一部分、與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬,形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體。[6]之觸媒之鋁與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之原子比係鋁對於選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬而言之原子比下,至少包含2以上者為佳。又選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬係以金屬原子換算,含觸媒整體之0.1~40.0質量%為佳。
含於本發明A之亞氧化氮之分解觸媒之銠,係使用[1]~[6]之任一觸媒時,在金屬原子換算下,有觸媒整體之0.05~10質量%為佳,更佳為0.1~6.0質量%。經由增加銠之載持量,雖可提升低溫之觸媒活性,載持10質量%以上時,考量觸媒之成本時並不佳,而在0.05質量%以下時,無法得充分之亞氧化氮之分解活性。
接著,對於本發明A之亞氧化氮之分解觸媒之製造方法加以說明。
本發明A之亞氧化氮之分解觸媒係可使用各種之製造方法,例如可使用(1)含浸法、(2)共沈法、(3)混練法等。以下,將此3個製造方法為例,說明本發明A之亞氧化氮之分解觸媒之製造方法。
使用含浸法時,可製造前述[1]~[6]之觸媒。製造[1]之觸媒時,於選自氧化鋁、矽石、氧化鋯、氧化鈰、氧化鈦及氧化錫所成群之載體、首先含浸鋁及鎂之無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等)。製造[4]之觸媒時,於選自氧化鋁、矽石、氧化鋯、氧化鈰、氧化鈦及氧化錫所成群之載體、首先含浸選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等)。製造[2]之觸媒時,於氧化鋁之載體、首先含浸鎂之無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等)。製造[5]之觸媒時,於氧化鋁之載體、首先含浸選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等)。鋁鹽、鎂鹽及選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬鹽係較佳皆為使用硝酸鹽為佳。
製造[1]之觸媒時,就載持於鋁與鎂之載體之量而言,
係在鋁對於鎂之原子比下,成為2以上地加以載持為佳,又,鎂之載持量成為觸媒整體之0.1~20.0質量%者為佳。製造[4]之觸媒時,就載持於鋁與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載體之量而言,鋁對於選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬而言之原子比下,成為2以上地加以載持為佳,又,選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載持量成為觸媒整體之0.1~40.0質量%者為佳。製造[2]之觸媒時,鎂對於鋁之原子比下,成為1/2以下地加以載持為佳,又,鎂之載持量成為觸媒整體之0.1~20.0質量%者為佳。又,製造[5]之觸媒時,選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬對於鋁之原子比下,成為1/2以下地加以載持為佳,又,選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載持量成為觸媒整體之0.1~40.0質量%者為佳。
於載體載持目的之金屬鹽後,經由乾燥載體,進行燒成處理,例如可得含有鋁及鎂,鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,將此載體做為[1]之觸媒之載體使用。又,同樣地,可得含有鋁和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬,鋁之至少一部分,與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,將此載體做為[4]之觸媒之載體使用。例如含浸[1]之觸媒之鋁鹽及鎂鹽後之乾燥溫度、含浸[4]之觸媒之鋁鹽和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬鹽後之乾燥溫度雖未特別各別加以限制,較佳
為80~150℃之溫度範圍,更佳為100~130℃之溫度範圍。又,乾燥環境未特別加以限制,可使用氮或空氣。又,乾燥時間雖亦無特別限制,使用含浸法時,通常為2~4小時程度即可。
含浸乾燥後之載體之燒成處理係可以400~900℃之溫度範圍進行,較佳為500~700℃。燒成溫度較400℃為低之時,結晶化不充分,在900℃以上時,會招致載體之比表面積之減少並不喜好。燒成時間雖未特別加以限定,以1~10小時程度為佳,較佳為2~4小時程度,階段性變化燒成溫度亦可。長時間之燒成係其效果會飽和之故,經濟上並不喜好,短時間之燒成時,其效果有過小之情形。又,燒成可使用燒成爐或馬弗爐進行,做為此時之流通氣體,使用氮或空氣之任一者皆可。
接著,於前述燒成所得載體,載持銠鹽。做為銠鹽,可使用無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等),以使用硝酸鹽為佳。載持銠鹽之工程係例如於製造鋁、鎂及銠之3種金屬為必須成分而含有之觸媒時,對於使用前述方法所得之鋁之至少一部分、與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體進行者為佳,但同時進行於載體含浸載持鋁與鎂之工程、或於氧化鋁載體含浸載持鎂之工程亦可。又,銠之載持量係成為觸媒整體之0.05~10質量%者為佳。
同樣地,載持銠鹽之工程係例如於製造鋁及銠之2種金屬、和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬為
必須成分而含有之觸媒時,對於使用前述方法所得之鋁之至少一部分、與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體進行者為佳,但同時進行於載體含浸載持鋁與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之工程、或於氧化鋁載體含浸載持選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之工程亦可。又,銠之載持量係成為觸媒整體之0.05~10質量%者為佳。在此,預先使用鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體時,經由於此載體與前述同樣載持銠鹽,可製造[3]之觸媒。又,預先使用鋁之至少一部分,與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體時,經由於此載體載持銠鹽,可製造[6]之觸媒。
接著,將載持此銠之觸媒先驅體,與前述同樣之乾燥條件下加以乾燥,燒成乾燥之觸媒先驅體。此燒成溫度係200~500℃為佳,更佳為300~400℃。燒成所得之觸媒係可使用做為亞氧化氮分解觸媒,再進行還原處理為佳,經由還原處理,可得活性更高之含銠觸媒。還原處理係例如可經由(1)以聯胺還原後再乾燥,燒成之方法、或(2)經由氫還原之方法進行,而使用氫還原之方法為佳。使用氫還原之方法之時,還原溫度係200~500℃為佳,更佳為300~400℃。還原時間雖未特別加以限定,可以1~10小時程度處理,較佳為2~4小時程度。又,不進行燒成處理,進行還原處理亦可,此時可得含活性高之銠的觸媒。做
為不進行燒成處理進行還原處理製造觸媒之方法,以200~500℃之溫度進行氫還原之方法為佳。
使用共沈法時,可製造前述[3]及[6]之觸媒。做為使用共沈法,製造[3]之觸媒之方法,例如於含鋁與鎂之硝酸鹽的水溶液,滴下氨水中和沈澱,依需要熟成放置,濾過水洗、以洗淨水之電導度等確認充分之水洗。接著,與含浸法相同之條件下,乾涸10~12小時程度後,粉碎所得乾燥體,整飭粒度而成型。又,於氮或空氣環境下,以與含浸法同樣之條件下,經由燒成處理,得鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物者之載體。
就鋁與鎂之載體之量而言,係在鋁對於鎂之原子比下,成為2以上為佳,又,鎂係以金屬原子換算含觸媒整體之0.1~20.0質量%者為佳。於如此所得鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,雖載持有銠鹽,但就其方法、載持量及其後之處理方法可而言,與前述含浸法相同地進行。
又,做為使用共沈法,製造[6]之觸媒之方法,例如於含鋁之硝酸鹽、和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之硝酸鹽的水溶液,滴下氨水中和沈澱,依需要熟成放置,濾過水洗、以洗淨水之電導度等確認充分之水洗。接著,與含浸法相同之條件下,乾涸10~12小時程度後,粉碎所得乾燥體,整飭粒度而成型。又,於氮或空氣
環境下,以與含浸法同樣之條件下,經由燒成處理,得鋁之至少一部分,與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體。
做為鋁與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載體之量而言,鋁對於選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬而言之原子比下,成為2以上為佳,又,選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬係以金屬原子換算含觸媒整體之0.1~40.0質量%者為佳。於如此所得鋁之至少一部分,與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,雖載持有銠鹽,但就其方法、載持量及其後之處理方法可而言,與前述含浸法相同地進行。
使用混鍊法時,可製造前述[3]及[6]之觸媒。又,做為使用混鍊法,製造[3]之觸媒之方法,例如於氧化鋁及/或氫氧化鋁、和氧化鎂、氧化鎂、氫氧鎂及/或鎂鹽,例如依需要添加水,乾燥機械混合所得之混合物,更且與含浸法同樣之條件進行燒成處理,得前述尖晶石型結晶性複合氧化物。就鋁與鎂之載體之量而言,係在鋁對於鎂之原子比下,成為2以上為佳,又,鎂係以金屬原子換算含觸媒整體之0.1~20.0質量%者為佳。
於如此所得鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物之燒成體,雖載持有銠鹽,但就其方法、載
持量及其後之處理方法可而言,可使用與前述含浸法相同地。又,銠鹽係將氧化鋁等機械混合時,預先添加亦可。
做為使用混鍊法,製造[6]之觸媒之方法,例如於氧化鋁及/或氫氧化鋁、和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之氧化物、氫氧化物及/或金屬鹽,例如依需要添加水,乾燥機械混合所得之混合物,更且與含浸法同樣之條件進行燒成處理,得前述尖晶石型結晶性複合氧化物。做為鋁與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載體之量而言,鋁對於選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬而言之原子比下,成為2以上為佳,又,選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬係以金屬原子換算含觸媒整體之0.1~40.0質量%者為佳。
於如此所得鋁之至少一部分,與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,雖載持有銠鹽,但就其方法、載持量及其後之處理方法可而言,可使用與前述含浸法相同之方法。又,銠鹽係將氧化鋁等機械混合時,預先添加亦可。
接著,對於使用本發明A之分解觸媒之亞氧化氮之分解方法加以說明。使用本發明A之分解觸媒進行亞氧化氮之分解反應時,可進行200~600℃之溫度範圍。較佳為300~500℃之溫度範圍,更佳為350~450℃之溫度範圍下,將本發明A之分解觸媒與亞氧化氮,以氣相加以接觸即可。較200℃為低之時,亞氧化氮之分解不充分,或在600℃以上時,觸媒壽命會有減短之傾向並不喜好。做為
觸媒床之方法,雖未特別加以限定,一般較佳為使用固定床。
又,使用以往之鈀之觸媒中,經由水分之影響,觸媒之活性會下降,即排除了水,也無法回復原來之活性,相較之下,本發明A之分解觸媒係具有在1~3%之水分共存下,活性雖會些許下降,但排除水分之後,會回復原來之活性之特徵。
接著,對於使用本發明A之分解觸媒可分解之氣體組成加以說明。含於從工廠或燒毀設備排出之排氣中之亞氧化氮之濃度係10%以下,經由使用本發明A之分解觸媒,分解含於排氣中之1ppm~10%之濃度之亞氧化氮。另一方面,從手術室經由剩餘麻醉氣體排除裝置所排出之亞氧化氮之濃度係有高達3~70%之高濃度之情形。又,分解含於麻醉氣體中之亞氧化氮之時,通常成為存在氧13~20%之反應,就分解觸媒而言是為嚴酷條件下之反應。因此,只要可除熱,充分控制溫度下,對於分解處理之亞氧化氮之濃度雖未特別加以限定,但亞氧化氮分解成氮與氧之反應為發熱反應之故,亞氧化氮之濃度為3~50%為佳,較佳為3~25%,更佳為3~10%。
每一單位觸媒之供給氣體量之空間速度(SV:Space Velocity)係在10hr-1~20000hr-1之範圍為佳,更佳為100hr-1~10000hr-1之範圍。
以下,對於記載於「日本特開2002-253967號公報」之亞氧化氮分解用觸媒加以說明。
本發明A之亞氧化氮之分解觸媒係可分解低濃度至高濃度之亞氧化氮之觸媒。含於從手術室排出之剩餘麻醉氣體中之亞氧化氮之濃度係雖經由壓縮空氣,多少被稀釋,但仍為70%以下,為非常高之濃度,使用本發明A之亞氧化氮之分解觸媒時可加以對應。
又,本發明A之亞氧化氮之分解觸媒係受到含於剩餘麻醉氣體中之揮發性麻醉劑所造成之劣化之時,可經由賦活再生,回復活性。而且可在較低溫下分解亞氧化氮,於水分共存之情形下,難以受到水分所造成之活性劣化,可將NOx之產生量抑制於容許濃度以下,對於以往之分解觸媒而言,可減低NOx之產生量至1/10~1/100以下。
本發明A之亞氧化氮之分解觸媒係令選自至少一種銠、釕及鈀之1種貴金屬為必須成分而含有者為特徵,使用以下[1]~[3]之任一觸媒、
(1)於選自矽石或矽石氧化鋁之載體,載持(a)選自銠、釕、鈀所成群之至少一種貴金屬所成觸媒。
(2)於矽石載體,載持(a)選自銠、釕、鈀所成群之至少一種貴金屬、(b)鋁、及(c)選自鋅、鐵及錳所成群之至少一種金屬所成觸媒。
(3)於矽石氧化鋁載體,載持(a)選自銠、釕、鈀所成群之至少一種貴金屬、(d)選自鎂、鋅、鐵及錳所成群之至少一種金屬所成觸媒。
使用於[1]之觸媒之載體係矽石或矽石氧化鋁,對於此等之載體雖無特別限制,可使用表面積為50~300m2/g程
度者。對於形狀雖無特別限制,可經由反應器或反應方法,各別選擇粒狀、粉末狀、蜂巢狀等之適切形狀。
使用於[2]之觸媒之載體係矽石,雖無特別限制,可使用表面積為50~300m2/g程度者。對於形狀雖無特別限制,可經由反應器或反應方法,各別選擇粒狀、粉末狀、蜂巢狀等之適切形狀。
載持於矽石載體之成分中,選自鋅、鐵、及錳所成群(c)之至少一種之金屬係含觸媒整體之0.1~5.0質量%為佳,更佳為含0.2~1.0質量%。從群(c)所選擇之金屬即使含觸媒整體之5.0質量%以上,效果會有飽和之情形。
載持於矽石載體之鋁中,對於選自鋅、鐵、及錳所成群(c)之至少一種之金屬之原子比下,至少含有2以上者為佳。又,鋁之至少一部分,與從群(c)所選擇之至少一種金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物為佳,尖晶石型結晶性複合氧化物係例如可經由燒成載持鋁和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載體而生成。
尖晶石構造係在具有XY2O4之化學式之氧化物所見到之構造,屬於立方晶者,Al和Zn、Fe、Mn係各別形成ZnAl2O4、FeAl2O4、MnAl2O4之尖晶石構造者為眾所周知。本發明A之亞氧化氮之分解觸媒中,該理由雖不能確定,經由鋁之至少一部分,與選自群(c)之至少一種之金屬之一部分或全部形成尖晶石型結晶性複合氧化物,可提升亞氧化氮之分解能的同時,可發揮減低NOx之產生量之效果。
使用於[3]之觸媒之載體係矽石氧化鋁,雖無特別限制,可使用表面積為50~300m2/g程度者。載持於矽石氧化鋁載體之選自鎂、鋅、鐵及錳所成群(d)之至少一種之金屬係含觸媒整體之0.1~5.0質量%為佳,更佳為含0.2~1.0質量%。從群(d)所選擇之金屬即使含觸媒整體之5.0質量%以上,效果會有飽和之情形。
含於(3)之觸媒之氧化鋁係,對於選自鎂、鋅、鐵及錳所成群(d)之至少一種之金屬之原子比下,至少含有2以上者為佳。又,鋁之至少一部分、與從群(d)選擇之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物者為佳。尖晶石型結晶性複合氧化物係經由於矽石氧化鋁載體、和載持從群(d)選擇之至少一種之金屬,經由燒成載體而生成。
含於本發明A之亞氧化氮之分解觸媒之選自銠、釕及鈀所成群(a)之至少一種貴金屬,係在使用[1]~[3]之任一觸媒時,含有觸媒整體之0.05~10質量%為佳,更佳為含有0.1~6.0質量%。經由增加從群(a)選擇之至少一種之貴金屬之載持量,雖可提升低溫之觸媒活性,載持10質量%以上時,考量觸媒之成本時並不佳,而在0.05質量%以下時,會有無法得充分之亞氧化氮之分解活性之情形。
接著,對於本發明A之亞氧化氮分解觸媒之製造方法加以說明。
本發明A之亞氧化氮之分解觸媒係可使用各種之製造方法,例如可使用(1)含浸法、(2)共沈法、(3)混練法等之方法。以下對於使用含浸法,製造前述(2)之觸媒之方法進
行細說明,但本發明A當然非限定於此。
使用含浸法製造[2]之觸媒之方法係包含以下之3工程。
[1]於矽石載體,載持(b)鋁及(c)選自鋅、鐵及錳所成群之至少一種金屬之工程。
[2]將從工程[1]所得之載體,以400~900℃加以燒成之工程。
[3]於從工程[2]所得燒成載體,載持(a)選自銠、釕、鈀所成群之至少一種之貴金屬的工程。
工程[1]中,於矽石載體,含浸鋁之無機酸鹽、及選自鋅、鐵、錳及鎳所成群(c)之至少一種之金屬之無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等)。較佳為鋁鹽與從群(c)所選擇之至少一種之金屬鹽皆為使用硝酸鹽為佳。
就將鋁與從群(c)所選擇之至少一種之金屬載持於載體之量而言,係在鋁對於從群(c)所選擇之至少一種之金屬之原子比下,成為2以上地加以載持為佳,又,從群(c)所選擇之至少一種之金屬之載持量成為觸媒整體之0.1~5.0質量%者為佳。
進行工程[1]之後,較佳為乾燥載體,更且經由進行燒成工程[2],可得含有鋁與從群(c)所選擇之至少一種金屬,載持鋁之至少一部分,與選自鋅、鐵及錳所成群(c)之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體。進行工程[1]後之乾燥溫度雖未特別加以限定,較佳為80~
150℃之溫度範圍,更佳為100~130℃之溫度範圍。又,乾燥環境雖未特別加以限制,可使用空氣。又,乾燥時間雖亦無特別限制,使用含浸法時,通常為2~4小時程度即可。
燒成工程[2]係可在400~900℃之溫度範圍進行,較佳為500~700℃。燒成溫度較400℃為低之時,結晶化不充分,在900℃以上時,會有載體之比表面積之減少之傾向而不喜好。燒成時間雖未特別加以限定,以1~10小時程度為佳,較佳為2~4小時程度,階段性變化燒成溫度亦可。長時間之燒成係其效果會飽和之故,經濟上並不喜好,短時間之燒成時,其效果有過少之情形。又,燒成可使用燒成爐或馬弗爐進行,做為此時之流通氣體,使用氮或空氣之任一者皆可。
接著,進行於工程[2]所得鋁之至少一部分、與選自鋅、鐵及錳所成群(c)之至少一種之金屬、形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,載持選自銠、釕及鈀所成群(a)之至少一種之貴金屬鹽之工程[3]。做為從群(a)選擇之至少一種貴金屬之鹽,可使用無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等),以使用無機酸鹽之硝酸鹽為佳。
工程[3]係對於鋁之至少一部分、與從群(c)選擇之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之工程[2]所得之載體進行為佳,但與工程[1]同時進行亦可。此時,將工程[1]與工程[3]同時進行之後,進行工程[2],鋁之至少
一部分、與從群(c)選擇之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物者佳。不論是何種情形下,選自銠、釕及鈀所成群(a)之至少一種之貴金屬之載持量係成為觸媒整體之0.05~10質量%者為佳。
接著,將進行工程[3]之觸媒先驅體,與前述同樣之乾燥條件下加以乾燥。乾燥之觸媒先驅體係進行還原處理為佳,經由進行還原處理,可得活性高、含有從群(a)選擇之至少一種之貴金屬之觸媒。還原處理係例如可經由(1)以聯胺還原後再乾燥,燒成之方法、或(2)經由氫還原之方法進行,而使用氫還原之方法為佳。使用氫還原之方法之時,還原溫度係200~500℃為佳,更佳為300~400℃。還原時間雖未特別加以限定,可以1~10小時程度處理,較佳為2~4小時程度。又,前述之乾燥之觸媒先驅體係不進行(1)或(2)之還原處理,在氮或空氣中進行燒成亦可。做為此時燒成溫度係200~500℃為佳,更佳為300~400℃。
接著,對於使用亞氧化氮分解觸媒之亞氧化氮之分解方法加以說明。
本發明A之亞氧化氮之分解方法係有以下4個方法。本發明A之亞氧化氮之分解方法(1)係將含有亞氧化氮之氣體,與前述觸媒,在200~600℃下接觸為特徵者。又,本發明A之亞氧化氮之分解方法(2)係於矽石或矽石氧化鋁所成載體,載持選自銠、釕及鈀所成群之至少一種之貴金屬而成之觸媒,令含亞氧化氮之氣體與該觸媒在200~600℃下接觸,在分解過程下發現觸媒活性下降之時點,
停止含亞氧化氮之氣體之供給,加熱至500℃~900℃,賦活再生觸媒之後,再進行含亞氧化氮之氣體之供給為特徵者。
又,本發明A之亞氧化氮之分解方法(3)係觸媒為、載體為矽石,於載體,載持(a)選自銠、釕及鈀所成群之至少一種之貴金屬、(b)鋁、及(c)選自鋅、鐵及錳所成群之至少一種之金屬而成之觸媒,令含亞氧化氮之氣體與該觸媒在200~600℃下接觸,在分解過程下發現觸媒活性下降之時點,停止含亞氧化氮之氣體之供給,加熱至500℃~900℃,賦活再生觸媒之後,再進行含亞氧化氮之氣體之供給為特徵者。
又,本發明A之亞氧化氮之分解方法(4)係觸媒為、載體為矽石氧化鋁,於該載體,載持(a)選自銠、釕及鈀所成群之至少一種之貴金屬、及(d)選自鎂、鋅、鐵及錳所成群之至少一種之金屬而成之觸媒,令含亞氧化氮之氣體與該觸媒在200~600℃下接觸,在分解過程下發現觸媒活性下降之時點,停止含亞氧化氮之氣體之供給,加熱至500℃~900℃,賦活再生觸媒之後,再進行含亞氧化氮之氣體之供給為特徵者。
本發明A之亞氧化氮之分解方法係令含有亞氧化氮之氣體與分解觸媒之接觸溫度為200~600℃,較佳為300~500℃,期望為350℃~450℃。接觸溫度較200℃為低之時,亞氧化氮有分解不充分之情形,或在600℃以上時,觸媒壽命會有減短之傾向。又,做為觸媒床之方式,雖未特
別加以限制,可採用固定床。
做為含有亞氧化氮之氣體組成,含於從工廠或燒毀設備排出之排氣中之亞氧化氮之濃度通常係在1000ppm以下,但經由手術室之剩餘麻醉氣體排除裝置排出之亞氧化氮之濃度約為8~50%,濃度非常高。又,剩餘麻醉氣體中,通常存在13~20%之氧之故,就分解觸媒而言,是為嚴酷之條件。只要可除熱,或可控制溫度下,對於與分解處理接觸之亞氧化氮濃度雖未特別加以限定,但亞氧化氮分解成氮與氧之反應為發熱反應之故,亞氧化氮之濃度為50%以下為佳,較佳為25%以下,更佳為5%程度。每一單位觸媒之供給氣體量之空間速度(SV:Space Velocity)係在10hr-1~20000hr-1之範圍為佳,更佳為100hr-1~10000hr-1之範圍。
又,含有亞氧化氮之氣體係雖含有揮發性麻醉劑,但本發明A之亞氧化氮分解觸媒難以受到揮發性麻醉劑之毒害,而且即使受到揮發性麻醉劑之毒害而使觸媒活性下降之時,經由使用本發明A之分解方法,回復觸媒活性,在長時間下進行亞氧化氮之分解。因此,當亞氧化氮分解觸媒之活性下降被認定之時,暫時停止含亞氧化氮之氣體之供給,進行燒成處理賦活再生觸媒之後,再進行含亞氧化氮之氣體之供給。
賦活再生觸媒之燒成處理係可在500~900℃之溫度進行,較佳為600~800℃,更佳為650℃~750℃下燒成處理活性下降之分解觸媒即可。進行燒成處理期間,可將氦或
氮待之非活性氣體或空氣,流通於觸媒層,於非活性氣體含有氧亦可。使用空氣之時,簡便為之故較佳。就燒成處時間而言,係為10分~12小時,較佳為20分~6小時,更佳期望為30分~2小時程度。前述載持選自銠、釕及鈀所成群(a)之至少一種之貴金屬之觸媒中,難以受到揮發性麻醉劑之毒害,而且觸媒之活性易於回復者為含釕之觸媒,依以下銠、鈀之順序有活性下降之傾向。因此,做為從群(a)選擇之貴金屬成分,期望至少使用釕。然而,進行燒成處理後,進行氫所成之還原處理亦可。
使用於本發明A之分解方法(3)之觸媒係載持於矽石載體之成分中,令選自鋅、鐵、錳及鎳所成群(c)之至少一種之金屬係含觸媒整體之0.1~5.0質量%為佳,更佳期望為含0.2~1.0質量%。從群(c)所選擇之金屬即使含觸媒整體之5.0質量%以上,效果會有飽和之情形。
載持於矽石載體之鋁中,對於選自鋅、鐵、及錳所成群(c)之至少一種之金屬之原子比下,至少含有2以上者為佳。又,鋁之至少一部分,與從群(c)所選擇之至少一種金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物為佳,尖晶石型結晶性複合氧化物係例如可經由燒成載持鋁和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載體而生成。
使用於本發明A之分解方法(4)之觸媒令載持於矽石氧化鋁載體之選自鎂、鋅、鐵、及錳所成群(d)之至少一種之金屬係含觸媒整體之0.1~5.0質量%為佳,更佳期望為含0.2~1.0質量%。從群(d)所選擇之金屬即使含觸媒整體
之5.0質量%以上,效果會有飽和之情形。
又鋁係,對於選自鎂、鋅、鐵及錳所成群(d)之至少一種之金屬之原子比下,至少含有2以上者為佳。又,鋁之至少一部分、與從群(d)選擇之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物者為佳。尖晶石型結晶性複合氧化物係經由於矽石氧化鋁載體、和載持從群(d)選擇之至少一種之金屬,經由燒成載體而生成。
含於本發明A之亞氧化氮之分解方法中所使用之觸媒之選自銠、釕及鈀所成群(a)之至少一種貴金屬,係在使用[1]~[4]之任一分解方法時,含有觸媒整體之0.05~10質量%為佳,更佳為含有0.1~6.0質量%。經由增加從群(a)選擇之至少一種之貴金屬之載持量,雖可提升低溫之觸媒活性,載持10質量%以上時,考量觸媒之成本時並不佳,而在0.05質量%以下時,會有無法得充分之亞氧化氮之分解活性之情形。
以下,經由實施例A,可更明確本發明A之效果。然而,本發明A係非限定於以下之實施例A,只要不超出該要點之範圍,可適切改變實施。
本實施例A中,將填充2.12g(4ml)氧化氮分解用觸媒(於昭和電工(股份有限公司)製、氧化鋁載體(日揮UNIVERSAL(股份有限公司)製,載持銠5%及鋅1%者,粒狀、平均粒徑:3.2mm)之分解反應器(鎳製反應管、1/2英吋口徑、觸
媒層高57mm),以加熱器(陶瓷電氣管狀爐、100V、500W)加熱至約350℃,於此分解反應器,邊將濃度100%之亞氧化氮(N2O)氣體,經由下吹供給,邊進行亞氧化氮氣體之分解。
又,將亞氧化氮氣體供給至分解反應器時,經由流量調整閥,在20~2422cc/min之範圍,進行流量調整。然後,此時測定供給至分解反應器之亞氧化氮氣體之線速度(LV:Linear Velocity)[m/min]和空間速度SV:Space Velocity)[hr-1]同時,將分解亞氧化氮氣體後之反應容器內之發熱溫度(觸媒之溫度)之最大值max[℃],以溫度測定器加以測定。又,測定分解亞氧化氮氣體後之NOx之產生量[ppm],求得該亞氧化氮氣體之分解率[%]。將整理該測定結果者示於表1。又,從表1之測定結果得知,將亞氧化氮氣體之線速度(LV)與反應容器內之發熱溫度及亞氧化氮氣體之分解率之關係整理之圖表,示於圖A18。
如表1及圖A18所示,經由進行供給至上述分解反應器之亞氧化氮氣體之流量調整,即使濃度100%之亞氧化氮氣體,可以高分解率(99%以上)分解亞氧化氮氣體。
又,上述表1中所示LV=12.75m/min、SV=17190hr-1之條件下,停止加熱器所進行之加熱,測定該1小時(hr)後之反應容器內之發熱溫度及亞氧化氮氣體之分解率。
結果,加熱器之停止後,經由亞氧化氮氣體之分解所產生之分解熱,邊維持反應容器內之發熱溫度,邊以與加熱時同等級之分解率(98.7%),持續亞氧化氮氣體之分解。為此,從加熱器停止後經過約1小時(hr),停止亞氧化氮氣體之供給,強制終止亞氧化氮氣體之分解。由此,可經由亞氧化氮氣體之分解所產生之分解熱,對於之後供給之亞氧化氮氣體之分解,不進行加熱器所進行之加熱,持續加以進行。
以下,對於適用本發明B之能量取出裝置及能量取出方法,參照圖面加以詳細說明。
適用本發明B之能量取出裝置及能量取出方法係從亞氧化氮(N2O、亦稱為一氧化氮)之分解所產生之分解熱,取出電力或動力之能量者,可做為對於地球環境優異之能量之亞氧化氮之利用。
亞氧化氮係在常溫、大氣壓下為安定之氣體者。另一方面,該溫度到達約500℃以上時,會邊發熱進行自我分解(熱分解)。如此亞氧化氮之分解係伴隨發熱者(發熱反應
)。然後,經由此分解伴隨之溫度上昇(分解熱),高溫化之亞氧化氮之分解氣體係可達約1600℃之故,亞氧化氮係可稱為內藏高能量之物質。
又,亞氧化氮係使用觸媒分解時,該分解開始溫度可拉低至例如350~400℃程度。然後,亞氧化氮之分解後係可經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,持續進行之後供給之亞氧化氮之分解。又,使用觸媒分解之亞氧化氮係邊發熱下,成為氮(N2)與氧(O2)混合氣體(分解氣體)。
本發明人等係根據此見解,利用亞氧化氮之分解所產生之分解熱,發現做為上述對於地球環境優異之能量之亞氧化氮之利用,經重覆精心研究之結果,以完成本發明B。
以下,做為本發明B之實施形態,對於圖B1所示能量取出裝置及使用其之能量取出方法加以說明。然而,圖B1係為說明適用本發明B之能量取出裝置及取出方法之模式圖。
本發明B係從經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,取出能量者,尤其可利用亞氧化氮之分解前與分解後之溫度差,有效率取出電力或動力之能量者。
具體而言,適用本發明B之能量取出裝置係如圖B1所示,概略具備將溫度差變換成電力或動力之變換部(變換手段)1、和加熱變換部1之高溫側1a之加熱部(加熱手段)2、和冷卻變換部1之低溫側1b之冷卻部(冷卻手段)3、和配置分解亞氧化氮之亞氧化氮分解用觸媒(以下單以
觸媒稱之)4之分解反應部5、和填充亞氧化氮之高壓氣體容器6、和將從高壓氣體容器6放出斷熱膨脹之亞氧化氮氣體(N2O),供予至冷卻部3之第1之供給線7、和將從冷卻器3排出之亞氧化氮氣體,供予分解反應部5之第2之供給線8、和將以分解反應部5分解亞氧化氮氣體而得之高溫之亞氧化氮之分解氣體(N2,O2),供給至加熱器2之第3之供給線9、和從加熱器2排出分解氣體之排出線10。
於變換部1中,可使用將溫度差(熱能)變換成動力(電能)之熱電變換元件,或將溫度差(熱能)變換成動力(運動能)之史特林引擎、熱導管渦輪機等。
於此變換部1中,接觸於加熱部2之高溫側1a之溫度(tH)與接觸於冷卻部3之低溫側1b之溫度(tL)之溫度差(tH-tL)愈大,可得更大之輸出(W)。
在此,本發明B中,於分解反應部5分解亞氧化氮氣體。然後,經由伴隨此分解之溫度上昇(分解熱),高溫化之亞氧化氮之分解氣體係介著第3之供給線9供給至加熱部2。此時,加熱部2中,於高溫之分解氣體通過內部之期間,與變換部1之高溫側1a之間,進行熱交換。由此,可利用亞氧化氮之分解所產生之分解熱,加熱上述變換部1之高溫側1a。
又,本發明B中,從高壓氣體容器6放出亞氧化氮氣體而斷熱膨脹。然後,經由伴隨此斷熱膨脹之溫度下降(冷卻熱),低溫化之亞氧化氮之分解氣體係介著第1之供
給線7供給至冷卻部3。此時,冷卻部3中,於低溫之分解氣體通過內部之期間,與變換部1之低溫側1b之間,進行熱交換。由此,可利用亞氧化氮之斷熱膨脹所伴隨之冷卻熱,冷卻上述變換部1之低溫側1b。
如上所述,本發明B中,於上述變換部1之高溫側1a與低溫側1b之間,可產生大的溫度差。尤其,本發明B中,從1種之氣體得2水準之溫度域(溫度域之溫度差)為特徵,經由利用如此亞氧化氮之分解前與分解後之溫度差,可得大的輸出。
加熱部2係於入口側連接第3之供給線9、和於出口側連接排出線10,在該內部通過分解氣體之期間,在與變換部1之高溫側1a之間,進行熱交換之高溫側之熱交換器。又,於此加熱部2中,可對應於其用途使用各種型式、大小之熱交換器。例如,做為熱交換器之種類,可列舉管式(雙重管式、多管式(管殼式)、螺旋式等),或板式、再生式等,從此等之中,配合其用途適切加以選擇使用即可。
冷卻部3係於入口側連接第1之供給線7、和於出口側連接第2之供給線8,在該內部通過亞氧化氮氣體之期間,在與變換部1之低溫側1b之間,進行熱交換之低溫側之熱交換器。又,於此冷卻部3中,可對應於其用途使用各種型式、大小之熱交換器。例如,做為熱交換器之種類,可列舉管式(雙重管式、多管式(管殼式)、螺旋式等),或板式、再生式等,從此等之中,配合其用途適切加以
選擇使用即可。
分解反應部5係具備於該內側收納觸媒4之本體部(分解反應室)5a,具有設置於此本體部5a之一端側導入燃料氣體之氣體導入口5b、和於此本體部5a之另一端側排出分解氣體之氣體排出口5c的構造。
然而,於分解反應部5,使用耐熱性及耐氧化性優異之材質者為佳,尤其,對於經由分解氣體曝露於高溫高壓之氣體排出口5c側之構件等,使用充分可承受高溫高壓下之熱疲勞或氧化等者為佳。做為如此之材料,例如可列舉不鏽鋼或鎳基合金、鈷基合金等。又,可將陶瓷或碳化矽(SiC)等做為遮熱材使用。更且,使用此等之複合材料亦可。又,分解反應部5係具備經由水冷或空冷等,強制冷卻之機構者亦可。
就觸媒4而言,使用可在廣溫度域下(尤其低溫域),有效率分解亞氧化氮,且可承受高溫下之熱疲勞或氧化等者為佳。做為如此亞氧化氮之分解效率高,耐熱性及耐氧化性優異之觸媒,例如可使用後述「日本特開2002-153734號公報」或「日本特開2002-253967號公報」揭示者等。
具體而言,可使用以下[1]~[6]所示之任一之觸媒。
[1]鋁(Al)、鎂(Mg)及銠(Rh)被載持於載體之觸媒。
[2]鎂(Mg)及銠(Rh)被載持於氧化鋁(Al2O3)載體之觸媒。
[3]於經由鋁(Al)之至少一部分與鎂(Mg)所形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,載持銠(Rh)之觸媒。
[4]選自鋅(Zn)、鐵(Fe)、錳(Mn)及鎳(Ni)所成群之至少一
種之金屬、鋁(Al)及銠(Rh)被載持於載體之觸媒。
[5]選自鋅(Zn)、鐵(Fe)、錳(Mn)及鎳(Ni)所成群之至少一種之金屬、及銠(Rh)被載持於氧化鋁(Al2O3)載體之觸媒。
[6]於經由鋁(Al)之至少一部分、和選自鋅(Zn)、鐵(Fe)、錳(Mn)及鎳(Ni)所成群之至少一種之金屬、形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,載持銠(Rh)之觸媒。
又,本發明B中,可適切使用於選自矽石(SiO2)、矽石氧化鋁(SiO2-Al2O3)之載體,載持選自銠(Rh)、釕(Ru)、鈀(Pd)所成群之至少一種貴金屬所成觸媒等。
經由使用如此觸媒4,可令亞氧化氮以接近100%之分解效率,分解成氮與氧。尤其,於使用矽石(SiO2)或矽石氧化鋁(SiO2-Al2O3)所成載體,載持銠(Rh)之觸媒之時,幾乎無一氧化氮(NO)或二氧化氮(NO2)等之NOx氣體之產生,亞氧化氮幾乎完全分解成氮與氧。
更且,於觸媒4可例示有將氧化鋁在封固底基之堇青石及金屬蜂巢體或多孔質陶瓷之載體,將對於氮氧化物之分解有效之銠,以質量分率2~3%加以含浸者,或於氧化鋁或碳化矽之陶瓷製蜂巢構造體,形成氧化鋁之載體層,於此載體層載持對於氮氧化物之分解有效之銠等,但必不一定限定於此。
又,做為其他之觸媒4,例如可使用用於分解除去己二酸之製造工程或硝酸之製造工程等排出之排氣中之亞氧化氮時之觸媒等。做為如此之觸媒,例如可列舉在於以MAl2O3(M係Pd、Cu,Cu/Mg,Cu/Zn,Cu/Zn/Mg之任一
者)所表示,將M以10~30質量%之比例含有之氧化鋁載體,將貴金屬以0.1~2質量%之比例載持者。
對於觸媒4之形狀,未特別加以限定,例如使用粉末狀、顆粒狀、錠粒狀、蜂巢狀、多孔質狀、粉碎狀、網目狀、板狀、薄片狀等之任一形狀中適切選擇最佳形狀及尺寸者即可。
又,對於觸媒4之本體部5a之填充方法,或配合觸媒4之本體部5a之形狀等,亦可配合具上述分解反應部5之設計,任意地加以實施。
分解反應部5係配合觸媒4之歷時性之劣化,成為可交換觸媒4(依情形可連同本體部5a交換)之構成亦可。又,從性能下降之觸媒4抽出精製貴金屬成分後,可將此回收之貴金屬載持於載體者做為再生觸媒使用。
於分解反應部5中,設置加熱上述觸媒4之加熱器(預熱手段)11。此加熱器11係為了在開始亞氧化氮之分解前,即在分解反應部5供給亞氧化氮氣體之前,將觸媒4加熱(預熱)至亞氧化氮氣體分解可能溫度(分解開始溫度)者。
例如,圖B1所示加熱器11係以在於本體部5a之內側,接觸於觸媒4之周圍之狀態加以配置。又,加熱器11係介著電力供給線12,與電源(未圖示)連接,可經由來自此電源之電力供給而發熱。又,做為加熱器11,可使用阻抗加熱方式或感應加熱方式等。
然而,有關觸媒4之加熱方式,不限於經由配置於如
此本體部5a之內側之加熱器11,加熱觸媒4之方法,亦可使用經由配置於本體部5a之外側之加熱器11,加熱觸媒4之方法。此時,經由加熱器11加熱本體部5a,藉由從此本體部5a之輻射或熱傳導等,可加熱觸媒4。
又,做為觸媒4之加熱方法,亦可使用藉由在於觸媒4直接供給電力,加熱該觸媒4之方法。除此之外,對於觸媒4之加熱方法,未特別加以限定,可從加熱觸媒4之方法中適切選擇使用。
高壓氣體容器6係供給亞氧化氮氣體之亞氧化氮氣體供給源,於此高壓氣體容器6中,例如可使用鋼瓶、容器槽、鋼瓶集合體等。然後,此高壓氣體容器6係介著亞氧化氮氣體開關閥13,與上述第1之供給線7連接。
亞氧化氮氣體開關閥13係為了開閉第1之供給線7,進行從高壓氣體容器6之亞氧化氮氣體之供給/切斷(開閉手段)者。又,於亞氧化氮氣體開關閥13中,不僅開閉第1之供給線7,可使用可調整該開啟程度(包含壓力等)者。
更且,於亞氧化氮氣體開關閥13中,可使用可控制該流量之附有流量調整之控制閥(流量調整閥)。然後,此亞氧化氮氣體開關閥13係與後述控制部17電性連接,經由此控制部17,可驅動控制亞氧化氮氣體開關閥13。
然而,對於此亞氧化氮氣體開關閥13,不限於使用上述附有流量調整之控制閥(流量調整閥)之構成,開閉第1之供給線7之閥(開閉閥)之外,可為設置調整流動於第1之供給線7內之亞氧化氮氣體之流量之調整器(流量調整
器)等之構成。
第1之供給線7係該一端側連接於高壓氣體容器6,另一端側則連接於冷卻器3之入口側之配管(流路)。第2之供給線8係該一端側連接於冷卻器3之出口側,另一端側則連接於分解反應部5之入口側(氣體導入口5b)之配管(流路)。然後,此等第1及第2之供給線7、8係構成將從高壓氣體容器6放出之亞氧化氮氣體(N2O),供給至分解反應部5之亞氧化氮氣體供給線(亞氧化氮氣體供給手段)。
第3之供給線9係該一端側連接於分解反應部5之出口側(氣體排出口5c),另一端側則連接於加熱部2之入口側之配管(流路)。排出線10係該一端側連接於加熱部2之出口側之配管(流路)。
本發明B係於上述分解反應部5中,具備為持續進行使用上述觸媒4之亞氧化氮氣體之分解,於上述分解反應部5供給氮氣(N2)之氮氣供給線(氮氣供給手段14、和調整供給至上述分解反應部5之亞氧化氮氣體之流量之流量調整部(流量調整手段)15、和測定上述觸媒4之溫度之溫度測定部(溫度測定手段)16、和進行各部之控制之控制部(控制手段)17。
氮氣供給線14係該一端側則連接於第1之供給線7之配管(流路),於該另一端側,則連接填充氮氣之高壓氣體容器18。又,氮氣供給線14係具有經由於流動上述第1之供給線7內之亞氧化氮氣體中導入(添加)氮氣,做為
調整此亞氧化氮氣體之濃度的濃度調整手段而工作者。
高壓氣體容器18係供給氮氣之氮氣供給源,於此高壓氣體容器18中,例如可使用鋼瓶、容器槽、鋼瓶集合體等。然後,此高壓氣體容器18係介著氮氣開關閥19,與氮氣供給線14連接。
氮氣開關閥19係為了開閉氮氣供給線14,進行來自高壓氣體容器18之氮氣之供給/切斷(開閉手段)者。又,於氮氣開關閥19中,不僅開閉氮氣供給線14,可使用可調整該開啟程度(包含壓力等)者。
更且,於氮氣開關閥19中,為調整供予第1之供給線7之氮氣之供給量,使用可控制該流量之附有流量調整之控制閥(流量調整閥)為佳。然後,此氮氣開關閥19係與控制部17電性連接,經由此控制部17,可驅動控制氮氣開關閥19。
然而,對於此氮氣開關閥19,不限於使用上述附有流量調整之控制閥(流量調整閥)之構成,開閉氮氣供給線14之閥(開閉閥)之外,可為設置調整流動於氮氣供給線14內之氮氣之流量之調整器(流量調整器)等之構成。
流量調整部15係配置於上述分解反應部5之氣體導入口5b與第2之供給線8之間。流量調整部15係可調整導入至上述分解反應部5之亞氧化氮氣體之流量(導入量)即可,可使用調整器(流量調整器)或附有流量調整之控制閥(流量調整閥)等。然後,此流量調整部15係與控制部17電性連接,經由此控制部17,可驅動控制流量調整部
15。
然而,流量調整部15中,設置計測流動於此流量調整部15內之亞氧化氮氣體之流量的流量計(流量計測手段),或使用如此附有流量計之調整器或控制閥等,可精度優異地進行導入上述分解反應部5之亞氧化氮氣體之流量調整。
溫度測定部16係將上述觸媒4之溫度,直接或間接測定者,與控制部17電性連接,對此控制部17輸出測定結果(測定資料)。
例如,圖B1所示溫度測定部16係安裝於分解反應部5之本體部5a,接觸於觸媒4,可測定此觸媒4之下游側之溫度。
使用觸媒4之亞氧化氮之分解中,令此觸媒4中通過亞氧化氮之期間,分解亞氧化氮之故,一般而言觸媒4之上游側(氣體導入口5b)之溫度較下游側(氣體排出口5c)之溫度者為高。因此,經由分解氣體,曝露於高溫高壓之觸媒4或氣體排出口5c側之構件等之劣化(例如熱疲勞或氧化等),尤其亞氧化氮係於分解氣體中含氧之緣故,在防止與此氧之反應(氧化)下,測定上述觸媒4之下游側(氣體排出口5c)之溫度之為佳。
另一方面,溫度測定部16係不限於上述圖B1所示構成,成為測定觸媒4之上遊(氣體導入口5b)側之溫度之構成亦可。此係開始亞氧化氮氣體之分解前,經由上述加熱器11加熱之觸媒4,檢出是否加熱至上述分解開始溫度之
觀點下,為較佳者。然後,根據此溫度測定部16所成測定結果,觸媒4加熱至上述分解開始溫度時,停止上述加熱器11所進行之加熱即可。由此,可效率佳地進行上述加熱器11所進行之加熱。
然而,對於測定觸媒4之溫度之處所,非一定限定於上述處所,例如為測定觸媒4之平均溫度,測定觸媒4之中央部分之溫度,或將此等複數處所之溫度各別加以測定亦可。
又,溫度測定部16係非限定於直接測定觸媒4之溫度者,例如經由測定收納觸媒4之本體部5a之溫度,間接性測定觸媒4之溫度亦可。
又,溫度測定部16係非限定於直接測定觸媒4之溫度者,成為直接或間接測定從上述分解反應部5之氣體排出口5c所排出之分解氣體之溫度之構成亦可。更且,成為測定此等觸媒4與分解氣體之兩者之溫度的構成亦可。
然而,對於溫度測定部16,例如可採用使用熱電偶之溫度計、或放射溫度計等之非接觸式之溫度計、資料記錄器等,但非一定限定於此,除此之外,可從可測定觸媒4或分解氣體之溫度者中適切選擇使用。
控制部17係由電腦(CPU)等所成,可根據來自溫度測定部16之測定結果(測定資料),隨著記錄於內部之控制程式,控制上述亞氧化氮氣體開關閥13、氮氣開關閥19及流量調整部15之驅動。
具體而言,於上述分解反應部5中,為持續進行使用
上述觸媒4之亞氧化氮氣體之分解,控制分解氣體之溫度則變得重要。
即,分解氣體之溫度過高時,如上所述,會經由分解氣體招致高溫高壓曝露之觸媒4或氣體排出口5c側之構件等之劣化(例如熱疲勞或氧化等)。另一方面,分解氣體之溫度過低時,有可能難以持續亞氧化氮之自我分解。又,亞氧化氮不分解時,會由分解反應部5之氣體排出口5c排出,依情形而定,會產生上述NOx氣體。此等氣體會成為上述地球暖化或大氣污染之原因。
因此,控制部17係不使產生如此之問題,於上述分解反應部5中,在持續使用觸媒4之亞氧化氮之分解之範圍下,進行分解氣體之溫度控制者為佳。
在此,做為控制分解氣體之溫度之方法,可列舉(1)調整供給至分解反應部5之亞氧化氮氣體體之流量的方法、和(2)調整亞氧化氮氣體之濃度的方法。
其中,使用上述(1)之方法中,根據來自上述溫度測定部16之測定結果,上述控制部17則控制流量調整部15,進行供予分解反應部5之亞氧化氮氣體之流量調整。
具體而言,要提升分解氣體之溫度時,進行相對上昇控制供給至分解反應部5之亞氧化氮氣體之流量。由此,增加導入分解反應部5之亞氧化氮氣體之導入量,經由此分解反應部5所分解之亞氧化氮氣體之分解量(分解熱)之增加,可相對提升分解氣體之溫度。
另一方面,要下降分解氣體之溫度時,進行相對下降
控制供予分解反應部5之亞氧化氮氣體之流量。由此,減少導入分解反應部5之亞氧化氮氣體之導入量,經由此分解反應部5所分解之亞氧化氮氣體之分解量(分解熱)之減少,可相對下降分解氣體之溫度。
如以上所述,本發明B中,可邊經由上述控制部17控制分解氣體之溫度,邊於上述分解反應部5中,持續進行使用觸媒4之亞氧化氮氣體之分解。
另一方面,使用上述(2)之方法中,根據來自上述溫度測定部16之測定結果,上述控制部17則控制上述氮氣開關閥19,進行從氮氣供給線14供予第1之供給線7之氮氣之流量調整。
具體而言,要提升分解氣體之溫度時,進行相對上昇控制亞氧化氮氣體之濃度。即,相對下降從氮氣供給線14供予第1之供給線7之氮氣之流量,或進行控制停止從氮氣供給線14供予第1之供給線7之氮氣之供給。由此,停止或減少對於流動於第1之供給線7內之亞氧化氮氣體之氮氣的添加量,可相對提高此亞氧化氮氣體之濃度。然後,伴隨於此,經由增加分解反應部5所分解之亞氧化氮氣體之分解量(分解熱),可相對提升分解氣體之溫度。
另一方面,要下降分解氣體之溫度時,進行相對下降控制亞氧化氮氣體之濃度。即,相對上昇從氮氣供給線14供予第1之供給線7之氮氣之流量,或進行控制開始從氮氣供給線14供予第1之供給線7之氮氣之供給。由此,對於流動於第1之供給線7內之亞氧化氮氣體,添加或增
加氮氣的添加量,使含於此亞氧化氮氣體以氮氣稀釋,可使亞氧化氮氣體之濃度相對降低。然後,伴隨於此,經由減少分解反應部5所分解之亞氧化氮氣體之分解量(分解熱),可相對下降分解氣體之溫度。
然而,使用上述(2)之方法中,除了上述氮氣之外,經由例如將氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氙(Xe)、氪(Kr)等之非活性氣體,或空氣(含乾燥空氣)等添加於亞氧化氮氣體中,可調整此亞氧化氮氣體之濃度。
如以上所述,本發明B中,可邊控制分解氣體之溫度,邊於上述分解反應部5中,持續進行使用觸媒4之亞氧化氮氣體之分解。
然而,於本發明B中,可組合使用上述(1)、(2)之方法,進行控制上述分解氣體之溫度控制。然後,使用此等上述(1)、(2)之方法中,可將上述分解氣體之溫度控制,以簡易之構成,且安定加以進行。另一方面,本發明B中,非一定限定於使用上述(1)、(2)之方法,使用除此之外之方法,進行分解氣體之溫度控制亦可。
又,本發明B中,設置計測上述分解氣體中之NOx濃度之NOx計(NOx計測手段)亦可。此時,經由計測含於上述分解氣體中之未分解之亞氧化氮(N2O)或一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)等之NOx氣體之濃度,可精度優異地進行上述分解氣體之溫度控制。
更且,本發明B中,可設置除去含於分解氣體中之NOx之手段(NOx除去手段)亦可。做為NOx除去手段,例
如可使用於含NOx之分解氣體中,添加氨(NH3),經由脫硝用觸媒,選擇性反應(還原)氨與NOx,分解成水(H2O)與氮(N2)之脫硝裝置等。然而,對於脫硝用觸媒,從以往公知者中,選擇最適切者加以使用即可。又,做為NOx除去手段,使用可將含於分解氣體中之NOx直接分解之NOx分解用觸媒亦可。
又,於上述分解反應部5中,停止使用上述觸媒4之亞氧化氮氣體之分解之時,停止對上述分解反應部5之亞氧化氮氣體之供給後,於上述分解反應部5供給氮氣者為佳。
此係停止對上述分解反應部5之亞氧化氮氣體之供給後,於觸媒4內滯留有分解氣體,而經由含於此分解氣體之氧,有劣化觸媒4之疑慮之緣故。
此時,控制部17係經由進行閉塞控制上述亞氧化氮氣體開關閥13,停止對上述分解反應部5之亞氧化氮氣體之供給,僅從上述氮氣供給線14供予之氮氣導入至上述分解反應部5。
由此,導入上述分解反應部5之氮氣則可擠出滯留於觸媒4內之分解氣體,除去滯留於此觸媒4內之分解氣體。然後,控制部17係於上述分解反應部5,在一定時間下,即在除去滯留於觸媒4內之分解氣體所需充分時間,導入氮氣後,進行閉塞控制上述氮氣開關閥19,停止對上述分解反應部5之氮氣之供給。
由此,可防止觸媒4之氧所造成之劣化,延長此觸媒
4之壽命。又,可減少交換上述觸媒4之頻繁度(延長交換周期)。更且,使用此方法之時,可容易暫時停止亞氧化氮氣體之分解後,再進行亞氧化氮氣體之分解。
然而,停止上述亞氧化氮氣體之分解時,除了上述氮氣之外,例如可將He、Ne、Xe、Ar、Kr等之非活性氣體,或空氣(含乾燥空氣),導入分解反應部5。
在此,參照圖B2所示流程圖,對於上述圖B1所示能量取出裝置之具體動作(控制方法)之一例加以說明。
上述圖B1所示能量取出裝置中,首先,於步驟S101中,開始亞氧化氮之分解前,驅動加熱器11,加熱(預熱)觸媒4。
接著,於步驟S102中,根據溫度測定部16所測定之觸媒4之溫度,控制部17則進行觸媒4是否加熱至分解開始溫度之判定。然後,觸媒4被判定加熱至分解開始溫度時,前進至步驟S103,於此步驟S103,停止加熱器11之驅動。另一方面,觸媒4被判定加熱未至分解開始溫度時,使觸媒4達分解開始溫度,持續加熱器11之觸媒4之加熱。
接著,於步驟S104中,於分解反應部5供給亞氧化氮氣體,於此分解反應部5,進行使用觸媒4之亞氧化氮氣體之分解。然而,有關供予分解反應部5之亞氧化氮氣體之流量或濃度等,則成為預先設定之值。
接著,於步驟S105中,根據溫度測定部16所測定之觸媒4(或分解氣體)之溫度,控制部17則進行觸媒4(或分
解氣體)之溫度是否超過預先設定之值(範圍)之判定。然後,觸媒4(或分解氣體)之溫度判定超過設定值(範圍)時,前進至步驟S106。另一方面,觸媒4(或分解氣體)之溫度判定在於設定值(範圍)時,前進至步驟S110。
接著,步驟S106中,控制部17則進行觸媒4(或分解氣體)之溫度較設定值(範圍)為高或為低之判定(比較)。
然後,觸媒4(或分解氣體)之溫度判定較設定值(範圍)為高時,前進至步驟S107,於此步驟S107中,控制部17則將供予分解反應部5之亞氧化氮氣體之流量,或將此亞氧化氮氣體之濃度,向下降方向進行調整。然後,調整後係前進至步驟S109。
然後,觸媒4(或分解氣體)之溫度判定較設定值(範圍)為低時,前進至步驟S108,於此步驟S108中,控制部17則將供予分解反應部5之亞氧化氮氣體之流量,或將此亞氧化氮氣體之濃度,向提升方向進行調整。然後,調整後係前進至步驟S109。
此等步驟S107或步驟S108之調整中,例如將供予分解反應部5之亞氧化氮氣體之流量之設定值,或將此亞氧化氮氣體之濃度之設定值,在可調整之範圍下,分成特定之階段數,將該設定值較現階段進行1階段之下降或提升。
接著,於步驟S109中,根據溫度測定部16所測定之觸媒4(或分解氣體)之溫度,控制部17則進行觸媒4(或分解氣體)之溫度是否回到設定值(範圍)之判定。然後,觸媒
4(或分解氣體)之溫度判定回到設定值(範圍)時,前進至步驟S110。
另一方面,觸媒4(或分解氣體)之溫度判定未回到設定值(範圍)時,回至步驟S106,再進行觸媒4(或分解氣體)之溫度較設定值(範圍)為高或為低之判定(比較)後,前進至步驟S107或S108,將供予上述分解反應部5之亞氧化氮氣體之流量之設定值,或將此亞氧化氮氣體之濃度之設定值,更向下降或上昇一階段之方向進行調整。然後,前進至步驟S109,進行觸媒4(或分解氣體)之溫度是否回到設定值(範圍)之判定,直到觸媒4(或分解氣體)之溫度是回到設定值(範圍),重覆如此調整。又,重覆如此調整之結果,於超過可調整範圍時,控制部17判定為異常,強制前進至步驟S110(圖B2中未圖示)。
接著,步驟S110中,控制部17則進行是否停止亞氧化氮氣體之供給之判定。做為停止亞氧化氮氣體之供給之時,例如可列舉有接受從外部之停止命令,或上述步驟S109判定為異常之時等。然後,停止亞氧化氮氣體之供給時,前進至步驟S111。另一方面,不停止亞氧化氮氣體之供給時,回到步驟S105,持續溫度測定部16所進行之觸媒4(或分解氣體)之溫度測定。
接著,於步驟S111中,停止亞氧化氮氣體之供給後,前進至步驟S112,於此步驟S112中,於分解反應部5供給氮氣。由此,氮氣擠出滯留於觸媒4內之分解氣體,可除去滯留於此觸媒4內之分解氣體。
如以上所述,上述圖B1所示能量取出裝置中,可邊控制分解氣體之溫度,邊於上述分解反應部5中,持續進行使用觸媒4之亞氧化氮氣體之分解。
然而,本發明B中,將上述溫度測定部16所測定之測定資料及根據此之控制部17之判定結果,例如表示於省略圖示之監視器,輸出至印表機亦可。又,不限於上述控制部17所成自動控制,例如可進行操作者所進行之手動控制。
又,於上述步驟S109中,判定為異常之時,依需要,將該情形進行告知亦可。有關告知方法,雖未特別加以限定,例如可發出警報,或進行顯示者。
本發明B所使用之亞氧化氮係可工業性地加以製造。具體而言,有關工業製造亞氧化氮之方法,例如可列舉使用以下之(1)~(3)之方法。
2NH3+2O2 → N2O+3H2O
NH4NO3 → N2O+2H2O
NH2SO3H+HNO3 → N2O+H2SO4+H2O
然而,有關工業製造亞氧化氮,例如可列舉純度99.9(3N)~99.999(5N)%之高純度亞氧化氮、純度97.0%以上(日本藥局配方)之醫療用亞氧化氮、純度98%以上之工業用亞氧化氮。
除此等之外,亞氧化氮之製造方法,可列舉使用以下之(4)~(10)之方法。
2(NH2)2CO+2HNO3+H2SO4 → 2N2O+2CO2+(NH4)2SO4+2H2O
4NO+2NH2OH → 3N2O+3H2O
2NH2OH+NO2+NO → 2N2O+3H2O
2NH2OH+O2 → N2O+3H2O
由己二酸之製造工程之副產物N2O之回收
由乙二醛之製造工程之副產物N2O之回收
將亞硝酸或亞硝酸鹽之溶液,以溫亞硫酸、鈉、汞齊、氯化亞錫等為還原劑加以還原。
將硝酸以鋅或錫還原,或以亞硫酸氣還原。
2KNO3+6HCOOH → N2O+4CO2+5H2O+2HCOOK
H2N2O2+H2SO4 → H2SO4.H2O+N2O
然後,製造之亞氧化氮係在於氣體製造商,填充於上述高壓氣體容器6後,送至上述圖B1所示能量取出裝置而使用。另一方面,高壓氣體容器6係於使用後送回氣體製造商,經由再充填可重覆加以使用。
又,有關亞氧化氮氣體之供給方法,不限於使用上述高壓氣體容器6供給(交換高壓氣體容器6)之方法,例如可使用運油船或油罐車等之輸送手段,供給至上述高壓氣體容器6之方法。更且,可使用將含亞氧化氮氣體透過管線,供給至上述高壓氣體容器6之方法,又,有關氮氣之供給方法,不限於使用上述高壓氣體容器18供給(交換高壓氣體容器18)之方法,例如可使用與上述亞氧化氮體之供給方法相同之方法加以供給。
本發明B中,經由使用上述觸媒4,可下降亞氧化氮氣體之分解開始溫度。然後,亞氧化氮氣體之分解後係可經由此亞氧化氮氣體之分解所產生之分解熱,持續進行之後供給之亞氧化氮氣體之分解。
因此,本發明B中,於亞氧化氮氣體之分解開始前,預熱上述觸媒4即可。然後,亞氧化氮氣體之分解後係可經由此亞氧化氮氣體之分解所產生之分解熱,將上述觸媒4之溫度,保持於分解亞氧化氮氣體之必要溫度以上,持續進行亞氧化氮氣體之分解。
具體而言,上述觸媒4之溫度係從觸媒活性之觀點視之,200~600℃之範圍為佳,從分解反應容易性之觀點視之,350~450℃之範圍者則更佳。即,本發明B中,使上述觸媒4之溫度成為如此之範圍地,進行經由上述加熱器11之預熱,或上述控制部17所成分解氣體之溫度控制者為佳。
另一方面,亞氧化氮本身在約500℃以上會自我分解
之故,將上述分解反應部5保持於自我分解溫度以上時,可不使用上述觸媒4,持續進行亞氧化氮之分解。但是,不使用上述觸媒4,自我分解亞氧化氮氣體之時,就分解副產物而言,得知會產生NOx氣體。因此,本發明B中,為防止NOx氣體之產生,使用上述觸媒4為佳。然而,上述觸媒4即使在亞氧化氮氣體之自我分解溫度以上,亦可使用。
有關燃料氣體之溫度,只要是亞氧化氮氣體不液化之溫度即可,通常可在常溫以下使用。另一方面,亞氧化氮氣體係可預熱至較常溫高之溫度使用。例如,亞氧化氮氣體之濃度為低之時,經由預熱此亞氧化氮氣體,可促進亞氧化氮氣體之分解。
有關亞氧化氮氣體之濃度,非特別加以限定,例如可使調整在1~100%之範圍者,又,需得更多能量之時,可使調整在超過50%~100%之範圍者,更且,可使調整在超過70%~100%之範圍者。又,經由進行上述亞氧化氮氣體之濃度調整,可調整亞氧化氮氣體之分解反應速度等。
又,本發明B中,經由進行上述亞氧化氮之濃度調整,可將分解氣體做為呼吸氣體加以利用。具體而言,空氣係該體積之約8成為氮(N2),約2成為氧(O2)之故,例如將含於上述燃料氣體中之亞氧化氮(N2O)與氮(N2)之比例,以體積比(莫耳比)時,成為N2O:N2=1:1。即,於上述燃料氣體中添加氮氣,使含於此燃料氣體中之亞氧化氮之濃度成為50%時,含於此燃料氣體中之亞氧化氮則最終分
解成氮與氧之時,亞氧化氮1莫耳係分解成氮1莫耳與氧0.5莫耳之故,含於此分解氣體中之氮(N2)與氧(O2)之比例,以體積比(莫耳比)時,成為N2:O2=4:1。由此,含於分解氣體中之氮(N2)與氧(O2)之比例接近空氣組成之故,可將分解氣體做為呼吸氣體加以利用。
具體而言,上述分解氣體做為呼吸氣體使用之時,使該氧濃度成為18~24%程度之範圍為佳,此時,亞氧化氮氣體之濃度成為44~63%程度之範圍為佳。
又,本發明B中,可使用亞氧化氮氣體之濃度不足44%者,即可使用亞氧化氮氣體之濃度為低者。此時,經由亞氧化氮氣體之分解所產生能量(能量密度)雖會降低,藉由此亞氧化氮氣體之分解反應變得緩和,可抑制經由上述分解氣體使曝露於高溫高壓下之觸媒4或分解反應部5等之各構件之劣化(例如熱疲勞或氧化等)。即,本發明B中,考量到上述觸媒4或分解反應部5等之各構件材料之耐熱性及熱氧化性,可調整亞氧化氮濃度之濃度。
又,本發明B中,可使用亞氧化氮氣體之濃度超過63%者,即可使用亞氧化氮氣體之濃度為高者。此時,可提高亞氧化氮氣體之分解所產生之能量(能量密度)之故,可達成上述變換部1之輸出的提升。
尤其,本發明B中,使用亞氧化氮之濃度為100%者之時,可使用上述觸媒4,持續進行亞氧化氮氣體之分解。然而,本發明B中,不僅是高純度(例如純度99.9(3N)~99.999(5N)%)之亞氧化氮氣體,在考量該製造成本等,
可使用較其純度為低(例如純度不足97%)之亞氧化氮氣體。
上述氮氣等所成亞氧化氮氣體之濃度調整係可於亞氧化氮氣體之分解前,於亞氧化氮氣體中添加之氮氣等之方法,亦可為於亞氧化氮氣體之分解後,於分解氣體中添加之氮氣等之方法。更且,可使用預先濃度調整之亞氧化氮氣體。
即,上述氮氣供給線14係不限於連接上述第1之供給線7,亦可連接於上述第2之供給線8或第3之供給線9、排出線10等。
然而,有關含於上述亞氧化氮氣體中之亞氧化氮以外之成分,除了為了上述亞氧化氮之濃度調整而添加之氮等之外,可列舉有在於後述亞氧化氮之製造時混入之未反應物、或副生成物、不可避免不純物等。
又,本發明B中,設置計測上述分解氣體中之氧濃度之氧濃度計(氧計測手段)亦可。此時,計測含於上述分解氣體中之氮之濃度,經由此計測結果,可精度優異地進行上述分解氣體之溫度控制。
然而,導入於上述分解反應部5之亞氧化氮氣體之空間速度(SV:Space Velocity)係配合該設計,設定於最佳值即可,例如可設定在10~140,000hr-1之範圍,較佳為100~10,000hr-1之範圍。
又,本發明B中,可將上述排出線10所排出之分解氣體利用於燃料之燃燒。又,有關燃料,只要使用含於上
述分解氣體中之氧可燃燒者即可,例如除了石油、或煤碳、天然氣等之石化燃料之外,亦可使用生質燃料等之代替燃料。除此之外,可從氣體燃料、液體燃料、固體燃料中適切選擇加以使用。
如以上所述,本發明B中,可提供做為對於地球環境優異之能量之亞氧化氮之利用之同時,可從經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,有效率取出電力或動力之能量之能量取出裝置及能量取出方法。
尤其,本發明B中,利用伴隨亞氧化氮之斷熱膨脹之冷卻熱,和經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,可於上述變換部1之高溫側1a與低溫側1b之間,產生大的溫度差。然後,本發明B中,經由利用如此亞氧化氮氣體之分解前與分解後之溫度差,可得大的輸出。
接著,做為本發明B之第1實施形態,對於圖B3所示能量取出裝置20加以說明。然而,圖B3係顯示此能量取出裝置20之構成之剖面模式圖。
圖B3所示能量取出裝置20係具備將溫度差變換成電力之熱電變換元件(變換手段)21之發電裝置,利用亞氧化氮之分解前與分解後之溫度差而得到電力。
熱電變換元件21係稱之為致冷元件或席貝克元件,例如利用接合2種不同之金屬或半導體,於此等之間,供予溫度差之時,產生起電力(稱之為席貝克效應)之現象者
。此熱電變換元件21係形成呈平行平板狀,一方之面(圖B3為上面)形成高溫側傳熱面21a,另一方之面則(圖B3為下面)形成低溫側傳熱面21b。
又,圖B3所示能量取出裝置20係具備與熱電變換元件21之高溫側傳熱面21a之間,進行熱交換之高溫側熱交換器(加熱手段)22、和與熱電變換元件21之低溫側傳熱面21b之間,進行熱交換之低溫側熱交換器(冷卻手段)23。
然而,有關圖B3所示能量取出裝置20之外之構成,係概略具備與上述圖B1所示能量取出裝置相同之構成。因此,此圖B3所示能量取出裝置20中,對於與上述圖B1所示能量取出裝置同等之部位,省略該說明之同時,於圖面附上相同之符號。或省略該圖示。
此能量取出裝置20係具有圖B3所示,於低溫側熱交換器23上配置熱電變換元件21、和於此熱電變換元件21上配置高溫側熱交換器22之構成。又,熱電變換元件21係經由挾於此等高溫側熱交換器22與低溫側熱交換器23間,成為上面之高溫側傳熱面21a接觸於高溫側熱交換器22,且下面之低溫側傳熱面21b接觸於低溫側熱交換器23之狀態。
高溫側熱交換器22係於入口側連接上述第3之供給線9、和於出口側連接上述排出線10,構成在該內部通過分解氣體之箱體。又,高溫側熱交換器22之下面係經由熱傳導率為高,耐熱性及耐氧化性優異之例如銅製之高溫
側傳熱板22a所構成。更且,於高溫側熱交換器22之內部中,例如以銅製之散熱片22b接觸於高溫側傳熱板22a之狀態加以配置。
低溫側熱交換器23係於入口側連接上述第1之供給線7、和於出口側連接上述第2之供給線8,構成在該內部通過亞氧化氮氣體之箱體。又,低溫側熱交換器23之上面係經由熱傳導率為高,例如鋁製之低溫側傳熱板23a所構成。更且,於低溫側熱交換器23之內部中,例如以鋁製之散熱片23b接觸於低溫側傳熱板23a之狀態加以配置。
於高溫側熱交換器22上,收納上述觸媒4之分解反應器(分解反應部)24則以直立設置之狀態加以安裝。此分解反應器24係經由與上述第3之供給線9一同地,介著接頭或凸緣等連接之例如不鏽鋼製之配管而構成。
又,分解反應器24之外周部中,上述加熱器11則包圍上述觸媒4之周圍地加以配置。於上述加熱器11中,例如使用鎳鉻線等之電熱線之帶型或膠帶型之加熱器。
對於具有如以上之構造之能量取出裝置20之動作加以說明。
然而,此能量取出裝置20中,與上述圖B1所示能量取出裝置相同地,對於上述亞氧化氮氣體之流量調整或濃度調整則已加以進行,因此說明除此之外的動作。
此能量取出裝置20中,首先,從上述高壓氣體容器6(圖B3中未圖示)放出而斷熱膨脹之亞氧化氮氣體(N2O)
,則透過上述第1之供給線7,供給至低溫側熱交換器23。然後,此亞氧化氮氣體通過低溫側熱交換器23之內部之期間,在與上述熱電變換元件21之低溫側傳熱面21b之間,進行熱交換。即,於低溫側熱交換器23中,利用伴隨亞氧化氮之斷熱膨脹之冷卻熱,進行對於上述熱電變換元件21之低溫側傳熱面21b之冷卻。
接著,從低溫側熱交換器23排出之亞氧化氮氣體則透過第2之供給線8,供給至分解反應器24。然後,於此亞氧化氮氣體通過分解反應器24之內部之期間,進行上述觸媒4所成之分解。
接著,在分解反應器24分解亞氧化氮氣體所得之亞氧化氮之分解氣體(N2,O2)則透過第3之供給線9,供給至高溫側熱交換器22。然後,此分解氣體通過高溫側熱交換器22之內部之期間,在與上述熱電變換元件21之高溫側傳熱面21a之間,進行熱交換。即,於此高溫側熱交換器22中,利用亞氧化氮氣體之分解所產生之分解熱,進行對於上述熱電變換元件21之高溫側傳熱面21a之加熱。然後,分解氣體係從排出線10加以排出。
如以上所述,此能量取出裝置20中,利用伴隨亞氧化氮之斷熱膨脹之冷卻熱,和此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,可於上述熱電變換元件21之高溫側傳熱面21a與低溫側傳熱面21b之間,產生大的溫度差。然後,經由利用如此亞氧化氮氣體之分解前與分解後之溫度差,可得大的起電力(發電量)。
然而,本發明B係非一定限定於上述圖B3所示能量取出裝置20之構成者,在不超脫本發明B要點之範圍下,可進行種種之變更。
例如,上述能量取出裝置20中,可成為於高溫側熱交換器22與低溫側熱交換器23間,複數排列配置熱電變換元件21之構成。又,於高溫側熱交換器22與低溫側熱交換器23間,複數排列配置挾著熱電變換元件21之發電模組,於此等之發電模組間,流動有亞氧化氮氣體及分解氣體亦可。
又,對於上述高溫側熱交換器22及低溫側熱交換器23之構成,可於上述熱電變換元件21之間進行熱交換之構成即可,配合上述能量取出裝置20之設計,可附加適切之變更。同樣地,有關上述分解反應器24之構成,可配合上述能量取出裝置20之設計,附加適切之變更。
接著,做為本發明B之第2實施形態,對於圖B4及圖B5所示能量取出裝置30A、30B加以說明。然而,圖B4係顯示此能量取出裝置30A之構成之剖面模式圖,圖B5係顯示此能量取出裝置30B之構成之剖面模式圖。
圖B4及圖B5所示能量取出裝置30A、30B係具備將溫度差變換成動力之史特林引擎(變換手段)31A、31B之發動裝置,利用亞氧化氮之分解前與分解後之溫度差而得到動力。
其中,圖B4所示此能量取出裝置30A係具備2活塞型之史特林引擎31A。具體而言,此史特林引擎31A係具備旋轉自如地支持之曲軸32,安裝於曲軸32之一端之飛輪33、和介著曲軸32與高溫側連桿34a連結之高溫側活塞35a、高溫側活塞35a往返自如配置之高溫側汽缸36a、介著曲軸32與低溫側連桿34b連結之低溫側活塞35b、低溫側活塞35b往返自如配置之低溫側汽缸36b,高溫側活塞35a與低溫側活塞35b係以90度之相位差,連結於曲軸32。
又,史特林引擎31A設置連通高溫側汽缸36a與低溫側汽缸36b間之連通管(流路)37。由此,使高溫側汽缸36a內之高溫空間(膨脹空間)SH與低溫側汽缸36b內之高溫空間(壓縮空間)SL間,可移動作動流體(例如空氣或水、氦等)。
更且,史特林引擎31A係具備加熱高溫空間SH側之作動流體之加熱器(加熱手段)38、和冷卻低溫空間SL側之作動流體之冷卻器(冷卻手段)39、和配置於此加熱器38與冷卻器39間之連通管37內,對於作動流體進行蓄熱/散熱之再生器(蓄熱器)40。
然後,此史特林引擎31A中,作動流體往返於高溫空間SH與低溫空間SL,產生壓加變化之同時,重覆膨脹、壓縮,將高溫側活塞35a及低溫側活塞35b之往復運動,變換成曲軸32之旋轉運動,而可得動力。
另一方面,圖B5所示此能量取出裝置30B係具備置
換型之史特林引擎31B。具體而言,此史特林引擎31B係具備旋轉自如地支持之曲軸41,安裝於曲軸41之一端之飛輪42、和介著曲軸41與輸出側連桿43a連結之輸出活塞44、和輸出活塞44往返自如配置之輸出側汽缸45a、介著曲軸41與置換側連桿43b連結之置換器46、置換器46往返自如配置之置換側汽缸45b,輸出側活塞44與置換器46係以90度之相位差,連結於曲軸41。
置換側汽缸45b之內部係分隔為挾著置換器46之一方側之高溫空間SH(膨脹空間)、與另一方側之高溫空間SL(壓縮空間)。又,置換側汽缸45b中,設置連通高溫空間SH與低溫空間SL間之連通管(流路)47a。由此,使高溫空間SH與低溫空間SL間,可移動作動流體(例如空氣或水、氦等)。又,輸出側汽缸45a係介著連通管(流路)47b,與置換側汽缸45b之一方之空間(例如低溫空間SL)連通。
更且,史特林引擎31B係具備加熱高溫空間SH側之作動流體之加熱器(加熱手段)48、和冷卻低溫空間SL側之作動流體之冷卻器(冷卻手段)49、和配置於此加熱器48與冷卻器49間之連通管47內,對於作動流體進行蓄熱/散熱之再生器(蓄熱器)50。
然後,此史特林引擎31B中,作動流體往返於高溫空間SH與低溫空間SL,產生壓加變化之同時,重覆膨脹、壓縮,將輸出活塞44及置換器46之往復運動,變換成曲軸41之旋轉運動,而可得動力。
有關圖B4及圖B5所示能量取出裝置30A、30B之外
之構成,係概略具備與上述圖B1所示能量取出裝置及圖B3所示能量取出裝置20相同之構成。因此,此圖B4及圖B5所示能量取出裝置30A、30B中,對於與上述圖B1所示能量取出裝置及圖B3所示能量取出裝置20同等之部位,省略該說明之同時,於圖面附上相同之符號。或省略該圖示。
對於具有如以上之構造之能量取出裝置30A、30B之動作加以說明。
然而,此能量取出裝置30A、30B中,與上述圖B1所示能量取出裝置相同地,對於上述亞氧化氮氣體之流量調整或濃度調整則已加以進行,因此說明除此之外的動作。
圖B4及圖B5所示能量取出裝置30A、30B中,首先,從上述高壓氣體容器6(圖B4及圖B5中未圖示)放出而斷熱膨脹之亞氧化氮氣體(N2O),則透過上述第1之供給線7,供給至冷卻器39、49。然後,此亞氧化氮氣體通過冷卻器39、49之內部之期間,在與流動在上述史特林引擎31A、31B之低溫空間SL中之作動流體之間,進行熱交換。即,於冷卻器39、49中,利用伴隨亞氧化氮之斷熱膨脹之冷卻熱,進行對於流動在上述史特林引擎31A、31B之低溫空間SL中之作動流體,進行冷卻。
接著,從冷卻器39、49排出之亞氧化氮氣體則透過第2之供給線8,供給至分解反應器24。然後,於此亞氧化氮氣體通過分解反應器24之內部之期間,進行上述觸
媒4所成之分解。
接著,在分解反應器24分解亞氧化氮氣體所得之亞氧化氮之分解氣體(N2,O2)則透過第3之供給線9,供給至加熱器38、48。然後,此分解氣體通過加熱器38、48之內部之期間,在與流動在上述史特林引擎31A、31B之高溫空間SH中之作動流體之間,進行熱交換。即,於此加熱器38、48中,利用伴隨亞氧化氮之分解所產生之分解熱,進行對於流動在上述史特林引擎31A、31B之高溫空間SH中之作動流體,進行加熱。然後,分解氣體係從排出線10加以排出。
如以上所述,此能量取出裝置30A、30B中,利用伴隨亞氧化氮之斷熱膨脹之冷卻熱,和此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,可於上述史特林引擎31A、31B之高溫空間SH與低溫空間SL之間,產生大的溫度差。然後,經由利用如此亞氧化氮氣體之分解前與分解後之溫度差,可得大的驅動力(功量)。
然而,本發明B係非一定限定於上述圖B4及圖B5所示能量取出裝置30A、30B之構成者,在不超脫本發明B要點之範圍下,可進行種種之變更。
例如,上述圖B4及圖B5所示能量取出裝置30A、30B係可更具備經由上述史特林引擎31A、31B之驅動而發電之發電機51之發電裝置。此時,可將經由上述史特林引擎31A、31B所得之動力,經由發電機51變換成電力。
又,上述圖B4及圖B5所示之能量取出裝置30A、30B係不限於上述圖B4所示之2活塞型(α型),或上述圖B5所示之置換型(γ型:置換器與輸出活塞配置於不同之汽缸之型式),除此之外,可使用置換型(β型:置換器與輸出活塞配置於相同之汽缸之型式)、雙作用型等之各種形式者。
又,對於上述加熱器38、48及冷卻器39、49之構成,可於上述史特林引擎31A、31B之高溫空間SH及低溫空間SL之間進行熱交換之構成即可,配合上述史特林引擎31A、31B之設計(形式),可附加適切之變更。又,對於上述再生器40、50,非一定需要之構成,依情形可加以省略。
接著,做為本發明B之第3實施形態,對於圖B6所示能量取出裝置60加以說明。然而,圖B6係顯示此能量取出裝置60之構成之剖面模式圖。
圖B6所示能量取出裝置60係具備將溫度差變換成動力之熱導管渦輪機(變換手段)61之發動裝置,更具備經由此熱導管渦輪機61之驅動而發電之發電機70的發電裝置,利用亞氧化氮之分解前與分解後之溫度差而得到動力後,將此動力變換為電力。
熱導管渦輪機61係例如具備使內部為真空脫氣之狀態下,封入凝縮性之作動流體(蒸化源)L之略圓筒狀之導
熱管(容器本體)62。此導熱管62係以立起之狀態加以配置,具有加熱貯藏於下部側之作動流體L而蒸發之蒸發部63。
另一方面,於導熱管62之上部側,設置經由蒸發之作動流體L(蒸氣),渦輪翼64a與渦輪軸64b成一體旋轉驅動之渦輪部64。發電機70係與此渦輪部64之渦輪軸64b連結。
又,導熱管62中,設置連通貯存作動流體L之部分、和較渦輪翼64上方側之部分間之連通管(流路)65。然後,導熱管62係具有於此連通管65之中途部,冷卻作動流體L而凝縮之凝縮部66。又,導熱管62之內面中,例如設置金屬網或碳纖維等之極細線材所成毛細管構造之芯67。
更且,熱導管渦輪機61係具備加熱蒸發部63中之作動流體L之加熱器(加熱手段)68、和冷卻凝縮部66中之作動流體L之冷卻器(冷卻手段)69。
於此熱導管渦輪機61中,經由在於導熱管62之內部產生溫度差,重覆在蒸發部63蒸發之作動流體L在於凝縮部66流動凝縮下,循環作動流體L。即,經由作動流體L之潛熱之吸收、放出,進行熱輸送。然後,於此熱導管渦輪機61中,將蒸發之作動流體L吹至渦輪翼渦輪翼64a,由此旋轉渦輪軸64b而可得到動力。更且,旋轉驅動與渦輪軸64b連結之發電機70,而可得到電力。
然而,做為作動流體L,例如可使用水(水蒸氣)。又
,做為作動流體L,可使用氨,或正戊烷等之有機媒體等,較水沸點為低者等。
有關圖B6所示能量取出裝置60之外之構成,係概略具備與上述圖B1所示能量取出裝置及圖B3所示能量取出裝置20相同之構成。因此,此圖B6所示能量取出裝置60中,對於與上述圖B1所示能量取出裝置及圖B3所示能量取出裝置20同等之部位,省略該說明之同時,於圖面附上相同之符號。或省略該圖示。
對於具有如以上之構造之能量取出裝置60之動作加以說明。
然而,此能量取出裝置60中,與上述圖B1所示能量取出裝置相同地,對於上述亞氧化氮氣體之流量調整或濃度調整則已加以進行,因此說明除此之外的動作。
圖B6所示能量取出裝置60中,首先,從上述高壓氣體容器6(圖B6中未圖示)放出而斷熱膨脹之亞氧化氮氣體(N2O),則透過上述第1之供給線7,供給至冷卻器69。然後,於此亞氧化氮氣體通過冷卻器69之內部之期間,冷卻上述熱導管渦輪機61之凝縮部66。即,於此冷卻器69中,利用伴隨亞氧化氮之斷熱膨脹之冷卻熱,進行對於流動於上述凝縮部66中之作動流體L之冷卻。
接著,從冷卻器69排出之亞氧化氮氣體則透過第2之供給線8,供給至分解反應器24。然後,於此亞氧化氮氣體通過分解反應器24之內部之期間,進行上述觸媒4所成之分解。
接著,在分解反應器24分解亞氧化氮氣體所得之亞氧化氮之分解氣體(N2,O2)則透過第3之供給線9,供給至加熱器68。然後,於此分解氣體通過加熱器68之內部之期間,加熱上述熱導管渦輪機61之蒸發部63。即,於此加熱器68中,利用亞氧化氮氣體之分解所產生之分解熱,進行對於上述蒸發部63中之作動流體L之加熱。然後,分解氣體係從排出線10加以排出。
如以上所述,此能量取出裝置60中,利用伴隨亞氧化氮之斷熱膨脹之冷卻熱,和此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,可於上述熱導管渦輪機61之蒸發部63與凝縮部66間,產生大的溫度差。然後,經由利用如此亞氧化氮氣體之分解前與分解後之溫度差,可得大的輸出(動力及電力)。
然而,本發明B係非一定限定於上述圖B6所示能量取出裝置60之構成者,在不超脫本發明B要點之範圍下,可進行種種之變更。
例如,上述圖B6所示能量取出裝置60係非限定於具備上述熱導管渦輪機61之構成。即,有關熱導管渦輪機,例如可使用管式或芯式等之各種形式。又,有關導熱管之流路構成,可使用單管型或迥圈型等之各種形式者。
又,對於上述加熱器68及冷卻器69之構成,可於上述熱導管渦輪機61之蒸發部63或凝縮部66間進行熱交換之構成即可,配合上述熱導管渦輪機61之設計(形式),可附加適切之變更。
以下,對於記載於「日本特開2002-153734號公報」之亞氧化氮分解用觸媒加以說明。
含於從工廠或燒毀設備排出之排氣中之亞氧化氮之濃度係10%以下,另一方面含於從手術室排出之剩餘麻醉氣體中之亞氧化氮之濃度係雖以剩餘麻醉氣體排除裝置,經由壓縮空氣多少被稀釋,還有70%以下,為非常高之濃度。本發明B之亞氧化氮之分解觸媒係可對應於從低濃度至高濃度之亞氧化氮之分解之觸媒。
又,本發明B之亞氧化氮之分解觸媒係可在較低溫下分解處理,於水分共存之情形下,難以受水分所造成之活性劣化,而且可將NOx之產生量抑制於容許濃度以下,對於以往之分解觸媒而言,可減低NOx之產生量至1/10~1/100以下。
本發明B之亞氧化氮之分解觸媒係可使用選自至少一種令鋁、鎂、銠之3種金屬為必須成分而含有之以下[1]~[3]之任一觸媒、[1]鋁、鎂及銠被載持於載體之觸媒、[2]鎂及銠被載持於氧化鋁載體之觸媒、[3]於經由鋁之至少一部分與鎂所形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,載持銠(Rh)之觸媒、及鋁與銠之2種金屬與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬為必須成分而含有之以下[4]~[6]之任一觸媒、[4]選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬、和鋁及銠被載持於載體之觸媒、
[5]選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬、和銠被載持於氧化鋁載體之觸媒、[6]於經由鋁之至少一部分、和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬、形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,載持銠之觸媒。
做為使用於[1]之觸媒之載體,可使用選自氧化鋁、矽石、氧化鋯、氧化鈰、氧化鈦及氧化錫所成群之載體、做為使用於[4]之觸媒之載體,可使用選自氧化鋁、氧化鋯、氧化鈰、氧化鈦及氧化錫所成群之載體。載體係可使用表面積各別為30~300m2/g程度者,對於形狀雖無特別限制,經由反應器或反應方法,各別選擇粒狀、粉末狀、蜂巢狀等之適切形狀。
[1]之觸媒中,載持於載體之鋁與鎂係在鋁對於鎂之原子比下,包含至少2以上者為佳。又,鎂係在金屬原子換算下,含觸媒整體之0.1~20.0質量%為佳。
又,鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物為佳,尖晶石型結晶性複合氧化物係例如經由燒成載持鋁和鎂之載體而生成。尖晶石構造係在具有XY2O4之化學式之氧化物所見到之構造,屬於立方晶者,Al和Mg係形成MgAl2O4之尖晶石構造者為眾所周知。本發明B之亞氧化氮之分解觸媒中,該理由雖不能確定,鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物者,可提升亞氧化氮之分解能的同時,可發揮減低NOx之產生量之效果。
[4]之觸媒中,載持於載體之選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬和鋁係、鋁對於選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬而言之原子比下,至少包含2以上者為佳。又選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬係以金屬原子換算,含觸媒整體之0.1~40.0質量%為佳。
又,鋁之至少一部分、與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物者為佳。尖晶石型結晶性複合氧化物係經由燒成載持鋁、和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載體而生成。鋁、和鋅、鐵、錳及鎳係眾所周知形成MAl2O4(M=Zn、Fe、Mn、Ni)之尖晶石構造。本發明B之亞氧化氮之分解觸媒中,該理由雖不能確定,鋁之至少一部分,雖與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物者,可提升亞氧化氮之分解能的同時,可發揮減低NOx之產生量之效果。
使用於[2]之觸媒之載體係氧化鋁,對於氧化鋁雖無特別限制,可使用表面積為50~300m2/g程度者。載持於氧化鋁之鎂係在鋁對於鎂之原子比下,包含至少2以上者為佳。又,鎂係在金屬原子換算下,含觸媒整體之0.1~20.0質量%為佳。又,鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物者為佳。
使用於[5]之觸媒之載體係氧化鋁,對於氧化鋁雖無特別限制,可使用表面積為50~300m2/g程度者。載持於氧
化鋁之選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬係鋁對於選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬而言之原子比下,至少包含2以上者為佳。選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬係以金屬原子換算,含觸媒整體之0.1~40.0質量%為佳。又,鋁之至少一部分、與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物者為佳。
[3]之觸媒係使用經由鋁之至少一部分與鎂,形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體。[3]之觸媒中,鋁與鎂之原子比係在鋁對於鎂之原子比下,包含至少2以上者為佳。又,鎂係在金屬原子換算下,含觸媒整體之0.1~20.0質量%為佳。
[6]之觸媒係使用經由鋁之至少一部分、與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬,形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體。[6]之觸媒之鋁與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之原子比係鋁對於選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬而言之原子比下,至少包含2以上者為佳。又選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬係以金屬原子換算,含觸媒整體之0.1~40.0質量%為佳。
含於本發明B之亞氧化氮之分解觸媒之銠,係使用[1]~[6]之任一觸媒時,在金屬原子換算下,有觸媒整體之0.05~10質量%為佳,更佳為0.1~6.0質量%。經由增加銠之載持量,雖可提升低溫之觸媒活性,載持10質量%
以上時,考量觸媒之成本時並不佳,而在0.05質量%以下時,無法得充分之亞氧化氮之分解活性。
接著,對於本發明B之亞氧化氮之分解觸媒之製造方法加以說明。
本發明B之亞氧化氮之分解觸媒係可使用各種之製造方法,例如可使用(1)含浸法、(2)共沈法、(3)混練法等。以下,將此3個製造方法為例,說明本發明B之亞氧化氮之分解觸媒之製造方法。
使用含浸法時,可製造前述[1]~[6]之觸媒。製造[1]之觸媒時,於選自氧化鋁、矽石、氧化鋯、氧化鈰、氧化鈦及氧化錫所成群之載體、首先含浸鋁及鎂之無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等)。製造[4]之觸媒時,於選自氧化鋁、氧化鋯、氧化鈰、氧化鈦及氧化錫所成群之載體、首先含浸選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等)。製造[2]之觸媒時,於氧化鋁之載體、首先含浸鎂之無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等)。製造[5]之觸媒時,於氧化鋁之載體、首先含浸選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等)。鋁鹽、鎂鹽及選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之
金屬鹽係較佳皆為使用硝酸鹽為佳。
製造[1]之觸媒時,就載持於鋁與鎂之載體之量而言,係在鋁對於鎂之原子比下,成為2以上地加以載持為佳,又,鎂之載持量成為觸媒整體之0.1~20.0質量%者為佳。製造[4]之觸媒時,就載持於鋁與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載體之量而言,鋁對於選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬而言之原子比下,成為2以上地加以載持為佳,又,選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載持量成為觸媒整體之0.1~40.0質量%者為佳。製造[2]之觸媒時,鎂對於鋁之原子比下,成為1/2以下地加以載持為佳,又,鎂之載持量成為觸媒整體之0.1~20.0質量%者為佳。又,製造[5]之觸媒時,選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬對於鋁之原子比下,成為1/2以下地加以載持為佳,又,選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載持量成為觸媒整體之0.1~40.0質量%者為佳。
於載體載持目的之金屬鹽後,經由乾燥載體,進行燒成處理,例如可得含有鋁及鎂,鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,將此載體做為[1]之觸媒之載體使用。又,同樣地,可得含有鋁和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬,鋁之至少一部分,與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,將此載體做為[4]之觸媒之載體使用。例如含浸[1]之觸媒之鋁鹽及鎂鹽後之乾燥溫度、
含浸[4]之觸媒之鋁鹽和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬鹽後之乾燥溫度雖未特別各別加以限制,較佳為80~150℃之溫度範圍,更佳為100~130℃之溫度範圍。又,乾燥環境未特別加以限制,可使用氮或空氣。又,乾燥時間雖亦無特別限制,使用含浸法時,通常為2~4小時程度即可。
含浸乾燥後之載體之燒成處理係可以400~900℃之溫度範圍進行,較佳為500~700℃。燒成溫度較400℃為低之時,結晶化不充分,在900℃以上時,會招致載體之比表面積之減少並不喜好。燒成時間雖未特別加以限定,以1~10小時程度為佳,較佳為2~4小時程度,階段性變化燒成溫度亦可。長時間之燒成係其效果會飽和之故,經濟上並不喜好,短時間之燒成時,其效果有過小之情形。又,燒成可使用燒成爐或馬弗爐進行,做為此時之流通氣體,使用氮或空氣之任一者皆可。
接著,於前述燒成所得載體,載持銠鹽。做為銠鹽,可使用無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等),以使用硝酸鹽為佳。載持銠鹽之工程係例如於製造鋁、鎂及銠之3種金屬為必須成分而含有之觸媒時,對於使用前述方法所得之鋁之至少一部分、與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體進行者為佳,但同時進行於載體含浸載持鋁與鎂之工程、或於氧化鋁載體含浸載持鎂之工程亦可。又,銠之載持量係成為觸媒整體之0.05~10質量%者為佳。
同樣地,載持銠鹽之工程係例如於製造鋁及銠之2種金屬、和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬為必須成分而含有之觸媒時,對於使用前述方法所得之鋁之至少一部分、與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體進行者為佳,但同時進行於載體含浸載持鋁與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之工程、或於氧化鋁載體含浸載持選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之工程亦可。又,銠之載持量係成為觸媒整體之0.05~10質量%者為佳。在此,預先使用鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體時,經由於此載體與前述同樣載持銠鹽,可製造[3]之觸媒。又,預先使用鋁之至少一部分,與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體時,經由於此載體載持銠鹽,可製造[6]之觸媒。
接著,將載持此銠之觸媒先驅體,與前述同樣之乾燥條件下加以乾燥,燒成乾燥之觸媒先驅體。此燒成溫度係200~500℃為佳,更佳為300~400℃。燒成所得之觸媒係可使用做為亞氧化氮分解觸媒,再進行還原處理為佳,經由還原處理,可得活性更高之含銠觸媒。還原處理係例如可經由(1)以聯胺還原後再乾燥,燒成之方法、或(2)經由氫還原之方法進行,而使用氫還原之方法為佳。使用氫還原之方法之時,還原溫度係200~500℃為佳,更佳為300~400℃。還原時間雖未特別加以限定,可以1~10小時
程度處理,較佳為2~4小時程度。又,不進行燒成處理,進行還原處理亦可,此時可得含活性高之銠的觸媒。做為不進行燒成處理進行還原處理製造觸媒之方法,以200~500℃之溫度進行氫還原之方法為佳。
使用共沈法時,可製造前述[3]及[6]之觸媒。做為使用共沈法,製造[3]之觸媒之方法,例如於含鋁與鎂之硝酸鹽的水溶液,滴下氨水中和沈澱,依需要熟成放置,濾過水洗、以洗淨水之電導度等確認充分之水洗。接著,與含浸法相同之條件下,乾涸10~12小時程度後,粉碎所得乾燥體,整飭粒度而成型。又,於氮或空氣環境下,以與含浸法同樣之條件下,經由燒成處理,得鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物者之載體。
就鋁與鎂之載體之量而言,係在鋁對於鎂之原子比下,成為2以上為佳,又,鎂係以金屬原子換算含觸媒整體之0.1~20.0質量%者為佳。於如此所得鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,雖載持有銠鹽,但就其方法、載持量及其後之處理方法可而言,與前述含浸法相同地進行。
又,做為使用共沈法,製造[6]之觸媒之方法,例如於含鋁之硝酸鹽、和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之硝酸鹽的水溶液,滴下氨水中和沈澱,依需要熟成放置,濾過水洗、以洗淨水之電導度等確認充分之水洗
。接著,與含浸法相同之條件下,乾涸10~12小時程度後,粉碎所得乾燥體,整飭粒度而成型。又,於氮或空氣環境下,以與含浸法同樣之條件下,經由燒成處理,得鋁之至少一部分,與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體。
做為鋁與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載體之量而言,鋁對於選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬而言之原子比下,成為2以上為佳,又,選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬係以金屬原子換算含觸媒整體之0.1~40.0質量%者為佳。於如此所得鋁之至少一部分,與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,雖載持有銠鹽,但就其方法、載持量及其後之處理方法可而言,與前述含浸法相同地進行。
使用混鍊法時,可製造前述[3]及[6]之觸媒。又,做為使用混鍊法,製造[3]之觸媒之方法,例如於氧化鋁及/或氫氧化鋁、和氧化鎂、氧化鎂、氫氧鎂及/或鎂鹽,例如依需要添加水,乾燥機械混合所得之混合物,更且與含浸法同樣之條件進行燒成處理,得前述尖晶石型結晶性複合氧化物。就鋁與鎂之載體之量而言,係在鋁對於鎂之原子比下,成為2以上為佳,又,鎂係以金屬原子換算含觸媒整體之0.1~20.0質量%者為佳。
於如此所得鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物之燒成體,雖載持有銠鹽,但就其方法、載持量及其後之處理方法可而言,可使用與前述含浸法相同地。又,銠鹽係將氧化鋁等機械混合時,預先添加亦可。
做為使用混鍊法,製造[6]之觸媒之方法,例如於氧化鋁及/或氫氧化鋁、和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之氧化物、氫氧化物及/或金屬鹽,例如依需要添加水,乾燥機械混合所得之混合物,更且與含浸法同樣之條件進行燒成處理,得前述尖晶石型結晶性複合氧化物。做為鋁與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載體之量而言,鋁對於選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬而言之原子比下,成為2以上為佳,又,選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬係以金屬原子換算含觸媒整體之0.1~40.0質量%者為佳。
於如此所得鋁之至少一部分,與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,雖載持有銠鹽,但就其方法、載持量及其後之處理方法可而言,可使用與前述含浸法相同之方法。又,銠鹽係將氧化鋁等機械混合時,預先添加亦可。
接著,對於使用本發明B之分解觸媒之亞氧化氮之分解方法加以說明。使用本發明B之分解觸媒進行亞氧化氮之分解反應時,可進行200~600℃之溫度範圍。較佳為300~500℃之溫度範圍,更佳為350~450℃之溫度範圍下,將本發明B之分解觸媒與亞氧化氮,以氣相加以接觸即
可。較200℃為低之時,亞氧化氮之分解不充分,或在600℃以上時,觸媒壽命會有減短之傾向並不喜好。做為觸媒床之方法,雖未特別加以限定,一般較佳為使用固定床。
又,使用以往之鈀之觸媒中,經由水分之影響,觸媒之活性會下降,即排除了水,也無法回復原來之活性,相較之下,本發明B之分解觸媒係具有在1~3%之水分共存下,活性雖會些許下降,但排除水分之後,會回復原來之活性之特徵。
接著,對於使用本發明B之分解觸媒可分解之氣體組成加以說明。含於從工廠或燒毀設備排出之排氣中之亞氧化氮之濃度係10%以下,經由使用本發明B之分解觸媒,分解含於排氣中之1ppm~10%之濃度之亞氧化氮。另一方面,從手術室經由剩餘麻醉氣體排除裝置所排出之亞氧化氮之濃度係有高達3~70%之高濃度之情形。又,分解含於麻醉氣體中之亞氧化氮之時,通常成為存在氧13~20%之反應,就分解觸媒而言是為嚴酷條件下之反應。因此,只要可除熱,充分控制溫度下,對於分解處理之亞氧化氮之濃度雖未特別加以限定,但亞氧化氮分解成氮與氧之反應為發熱反應之故,亞氧化氮之濃度為3~50%為佳,較佳為3~25%,更佳為3~10%。
每一單位觸媒之供給氣體量之空間速度(SV:Space Velocity)係在10hr-1~20000hr-1之範圍為佳,更佳為100hr-1~10000hr-1之範圍。
以下,對於記載於「日本特開2002-253967號公報」之亞氧化氮分解用觸媒加以說明。
本發明B之亞氧化氮之分解觸媒係可分解低濃度至高濃度之亞氧化氮之觸媒。含於從手術室排出之剩餘麻醉氣體中之亞氧化氮之濃度係雖經由壓縮空氣,多少書稀釋,但仍為70%以下,為非常高之濃度,使用本發明B之亞氧化氮之分解觸媒時可加以對應。
又,本發明B之亞氧化氮之分解觸媒係受到含於剩餘麻醉氣體中之揮發性麻醉劑所造成之劣化之時,可經由賦活再生,回復活性。而且可在較低溫下分解亞氧化氮,於水分共存之情形下,難以受到水分所造成之活性劣化,可將NOx之產生量抑制於容許濃度以下,對於以往之分解觸媒而言,可減低NOx之產生量至1/10~1/100以下。
本發明B之亞氧化氮之分解觸媒係令選自至少一種銠、釕及鈀之1種貴金屬為必須成分而含有者為特徵,使用以下[1]~[3]之任一觸媒、
(1)於選自矽石或矽石氧化鋁之載體,載持(a)選自銠、釕、鈀所成群之至少一種貴金屬所成觸媒。
(2)於矽石載體,載持(a)選自銠、釕、鈀所成群之至少一種貴金屬、(b)鋁、及(c)選自鋅、鐵及錳所成群之至少一種金屬所成觸媒。
(3)於矽石氧化鋁載體,載持(a)選自銠、釕、鈀所成群之至少一種貴金屬、(d)選自鎂、鋅、鐵及錳所成群之至少一種金屬所成觸媒。
使用於[1]之觸媒之載體係矽石或矽石氧化鋁,對於此等之載體雖無特別限制,可使用表面積為50~300m2/g程度者。對於形狀雖無特別限制,可經由反應器或反應方法,各別選擇粒狀、粉末狀、蜂巢狀等之適切形狀。
使用於[2]之觸媒之載體係矽石,雖無特別限制,可使用表面積為50~300m2/g程度者。對於形狀雖無特別限制,可經由反應器或反應方法,各別選擇粒狀、粉末狀、蜂巢狀等之適切形狀。
載持於矽石載體之成分中,選自鋅、鐵、及錳所成群(c)之至少一種之金屬係含觸媒整體之0.1~5.0質量%為佳,更佳為含0.2~1.0質量%。從群(c)所選擇之金屬即使含觸媒整體之5.0質量%以上,效果會有飽和之情形。
載持於矽石載體之鋁中,對於選自鋅、鐵、及錳所成群(c)之至少一種之金屬之原子比下,至少含有2以上者為佳。又,鋁之至少一部分,與從群(c)所選擇之至少一種金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物為佳,尖晶石型結晶性複合氧化物係例如可經由燒成載持鋁和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載體而生成。
尖晶石構造係在具有XY2O4之化學式之氧化物所見到之構造,屬於立方晶者,Al和Zn、Fe、Mn係各別形成ZnAl2O4、FeAl2O4、MnAl2O4之尖晶石構造者為眾所周知。本發明B之亞氧化氮之分解觸媒中,該理由雖不能確定,經由鋁之至少一部分,與選自群(c)之至少一種之金屬之一部分或全部形成尖晶石型結晶性複合氧化物,可提升亞
氧化氮之分解能的同時,可發揮減低NOx之產生量之效果。
使用於[3]之觸媒之載體係矽石氧化鋁,雖無特別限制,可使用表面積為50~300m2/g程度者。載持於矽石氧化鋁載體之選自鎂、鋅、鐵及錳所成群(d)之至少一種之金屬係含觸媒整體之0.1~5.0質量%為佳,更佳為含0.2~1.0質量%。從群(d)所選擇之金屬即使含觸媒整體之5.0質量%以上,效果會有飽和之情形。
含於(3)之觸媒之氧化鋁係,對於選自鎂、鋅、鐵及錳所成群(d)之至少一種之金屬之原子比下,至少含有2以上者為佳。又,鋁之至少一部分、與從群(d)選擇之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物者為佳。尖晶石型結晶性複合氧化物係經由於矽石氧化鋁載體、和載持從群(d)選擇之至少一種之金屬,經由燒成載體而生成。
含於本發明B之亞氧化氮之分解觸媒之選自銠、釕及鈀所成群(a)之至少一種貴金屬,係在使用[1]~[3]之任一觸媒時,含有觸媒整體之0.05~10質量%為佳,更佳為含有0.1~6.0質量%。經由增加從群(a)選擇之至少一種之貴金屬之載持量,雖可提升低溫之觸媒活性,載持10質量%以上時,考量觸媒之成本時並不佳,而在0.05質量%以下時,會有無法得充分之亞氧化氮之分解活性之情形。
接著,對於本發明B之亞氧化氮分解觸媒之製造方法加以說明。
本發明B之亞氧化氮之分解觸媒係可使用各種之製造
方法,例如可使用(1)含浸法、(2)共沈法、(3)混練法等之方法。以下對於使用含浸法,製造前述(2)之觸媒之方法進行細說明,但本發明B當然非限定於此。
使用含浸法製造[2]之觸媒之方法係包含以下之3工程。
[1]於矽石載體,載持(b)鋁及(c)選自鋅、鐵及錳所成群之至少一種金屬之工程。
[2]將從工程[1]所得之載體,以400~900℃加以燒成之工程。
[3]於從工程[2]所得燒成載體,載持(a)選自銠、釕、鈀所成群之至少一種之貴金屬的工程。
工程[1]中,於矽石載體,含浸鋁之無機酸鹽、及選自鋅、鐵、錳及鎳所成群(c)之至少一種之金屬之無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等)。較佳為鋁鹽與從群(c)所選擇之至少一種之金屬鹽皆為使用硝酸鹽為佳。
就將鋁與從群(c)所選擇之至少一種之金屬載持於載體之量而言,係在鋁對於從群(c)所選擇之至少一種之金屬之原子比下,成為2以上地加以載持為佳,又,從群(c)所選擇之至少一種之金屬之載持量成為觸媒整體之0.1~5.0質量%者為佳。
進行工程[1]之後,較佳為乾燥載體,更且經由進行燒成工程[2],可得含有鋁與從群(c)所選擇之至少一種金屬,載持鋁之至少一部分,與選自鋅、鐵及錳所成群(c)之至
少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體。進行工程[1]後之乾燥溫度雖未特別加以限定,較佳為80~150℃之溫度範圍,更佳為100~130℃之溫度範圍。又,乾燥環境雖未特別加以限制,可使用空氣。又,乾燥時間雖亦無特別限制,使用含浸法時,通常為2~4小時程度即可。
燒成工程[2]係可在400~900℃之溫度範圍進行,較佳為500~700℃。燒成溫度較400℃為低之時,結晶化不充分,在900℃以上時,會有載體之比表面積之減少之傾向而不喜好。燒成時間雖未特別加以限定,以1~10小時程度為佳,較佳為2~4小時程度,階段性變化燒成溫度亦可。長時間之燒成係其效果會飽和之故,經濟上並不喜好,短時間之燒成時,其效果有過少之情形。又,燒成可使用燒成爐或馬弗爐進行,做為此時之流通氣體,使用氮或空氣之任一者皆可。
接著,進行於工程[2]所得鋁之至少一部分、與選自鋅、鐵及錳所成群(c)之至少一種之金屬、形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,載持選自銠、釕及鈀所成群(a)之至少一種之貴金屬鹽之工程[3]。做為從群(a)選擇之至少一種貴金屬之鹽,可使用無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等),以使用無機酸鹽之硝酸鹽為佳。
工程[3]係對於鋁之至少一部分、與從群(c)選擇之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之工程[2]所
得之載體進行為佳,但與工程[1]同時進行亦可。此時,將工程[1]與工程[3]同時進行之後,進行工程[2],鋁之至少一部分、與從群(c)選擇之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物者佳。不論是何種情形下,選自銠、釕及鈀所成群(a)之至少一種之貴金屬之載持量係成為觸媒整體之0.05~10質量%者為佳。
接著,將進行工程[3]之觸媒先驅體,與前述同樣之乾燥條件下加以乾燥。乾燥之觸媒先驅體係進行還原處理為佳,經由進行還原處理,可得活性高、含有從群(a)選擇之至少一種之貴金屬之觸媒。還原處理係例如可經由(1)以聯胺還原後再乾燥,燒成之方法、或(2)經由氫還原之方法進行,而使用氫還原之方法為佳。使用氫還原之方法之時,還原溫度係200~500℃為佳,更佳為300~400℃。還原時間雖未特別加以限定,可以1~10小時程度處理,較佳為2~4小時程度。又,前述之乾燥之觸媒先驅體係不進行(1)或(2)之還原處理,在氮或空氣中進行燒成亦可。做為此時燒成溫度係200~500℃為佳,更佳為300~400℃。
接著,對於使用亞氧化氮分解觸媒之亞氧化氮之分解方法加以說明。
本發明B之亞氧化氮之分解方法係有以下4個方法。本發明B之亞氧化氮之分解方法(1)係將含有亞氧化氮之氣體,與前述觸媒,在200~600℃下接觸為特徵者。又,本發明B之亞氧化氮之分解方法(2)係於矽石或矽石氧化鋁所成載體,載持選自銠、釕及鈀所成群之至少一種之貴
金屬而成之觸媒,令含亞氧化氮之氣體與該觸媒在200~600℃下接觸,在分解過程下發現觸媒活性下降之時點,停止含亞氧化氮之氣體之供給,加熱至500℃~900℃,賦活再生觸媒之後,再進行含亞氧化氮之氣體之供給為特徵者。
又,本發明B之亞氧化氮之分解方法(3)係觸媒為、載體為矽石,於載體,載持(a)選自銠、釕及鈀所成群之至少一種之貴金屬、(b)鋁、及(c)選自鋅、鐵及錳所成群(c)之至少一種之金屬而成之觸媒,令含亞氧化氮之氣體與該觸媒在200~600℃下接觸,在分解過程下發現觸媒活性下降之時點,停止含亞氧化氮之氣體之供給,加熱至500℃~900℃,賦活再生觸媒之後,再進行含亞氧化氮之氣體之供給為特徵者。
又,本發明B之亞氧化氮之分解方法(4)係觸媒為、載體為矽石氧化鋁,於該載體,載持(a)選自銠、釕及鈀所成群之至少一種之貴金屬、及(d)選自鎂、鋅、鐵及錳所成群之至少一種之金屬而成之觸媒,令含亞氧化氮之氣體與該觸媒在200~600℃下接觸,在分解過程下發現觸媒活性下降之時點,停止含亞氧化氮之氣體之供給,加熱至500℃~900℃,賦活再生觸媒之後,再進行含亞氧化氮之氣體之供給為特徵者。
本發明B之亞氧化氮之分解方法係令含有亞氧化氮之氣體與分解觸媒之接觸溫度為200~600℃,較佳為300~500℃,期望為350℃~450℃。接觸溫度較200℃為低之時
,亞氧化氮有分解不充分之情形,或在600℃以上時,觸媒壽命會有減短之傾向。又,做為觸媒床之方式,雖未特別加以限制,可採用固定床。
做為含有亞氧化氮之氣體組成,含於從工廠或燒毀設備排出之排氣中之亞氧化氮之濃度通常係在1000ppm以下,但經由手術室之剩餘麻醉氣體排除裝置排出之亞氧化氮之濃度約為8~50%,濃度非常高。又,剩餘麻醉氣體中,通常存在13~20%之氧之故,就分解觸媒而言,是為嚴酷之條件。只要可除熱,或可控制溫度下,對於與分解處理接觸之亞氧化氮濃度雖未特別加以限定,但亞氧化氮分解成氮與氧之反應為發熱反應之故,亞氧化氮之濃度為50%以下為佳,較佳為25%以下,更佳為5%程度。每一單位觸媒之供給氣體量之空間速度(Space Velocity)係在10hr-1~20000hr-1之範圍為佳,更佳為100hr-1~10000hr-1之範圍。
又,含有亞氧化氮之氣體係雖含有揮發性麻醉劑,但本發明B之亞氧化氮分解觸媒難以受到揮發性麻醉劑之毒害,而且即使受到揮發性麻醉劑之毒害而使觸媒活性下降之時,經由使用本發明B之分解方法,回復觸媒活性,在長時間下進行亞氧化氮之分解。因此,當亞氧化氮分解觸媒之活性下降被認定之時,暫時停止含亞氧化氮之氣體之供給,進行燒成處理賦活再生觸媒之後,再進行含亞氧化氮之氣體之供給。
賦活再生觸媒之燒成處理係可在500~900℃之溫度進
行,較佳為600~800℃,更佳為650℃~750℃下燒成處理活性下降之分解觸媒即可。進行燒成處理期間,可將氦或氮待之非活性氣體或空氣,流通於觸媒層,於非活性氣體含有氧亦可。使用空氣之時,簡便為之故較佳。就燒成處時間而言,係為10分~12小時,較佳為20分~6小時,更佳期望為30分~2小時程度。前述載持選自銠、釕及鈀所成群(a)之至少一種之貴金屬之觸媒中,難以受到揮發性麻醉劑之毒害,而且觸媒之活性易於回復者為含釕之觸媒,依以下銠、鈀之順序有活性下降之傾向。因此,做為從群(a)選擇之貴金屬成分,期望至少使用釕。然而,進行燒成處理後,進行氫所成之還原處理亦可。
使用於本發明B之分解方法(3)之觸媒係載持於矽石載體之成分中,令選自鋅、鐵、及錳所成群(c)之至少一種之金屬係含觸媒整體之0.1~5.0質量%為佳,更佳期望為含0.2~1.0質量%。從群(c)所選擇之金屬即使含觸媒整體之5.0質量%以上,效果會有飽和之情形。
載持於矽石載體之鋁中,對於選自鋅、鐵、及錳所成群(c)之至少一種之金屬之原子比下,至少含有2以上者為佳。又,鋁之至少一部分,與從群(c)所選擇之至少一種金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物為佳,尖晶石型結晶性複合氧化物係例如可經由燒成載持鋁和選自鋅、鐵、及錳所成群之至少一種之金屬之載體而生成。
使用於本發明之分解方法(4)之觸媒令載持於矽石氧化鋁載體之選自鎂、鋅、鐵、及錳所成群(d)之至少一種之金
屬係含觸媒整體之0.1~5.0質量%為佳,更佳期望為含0.2~1.0質量%。從群(d)所選擇之金屬即使含觸媒整體之5.0質量%以上,效果會有飽和之情形。
又鋁係,對於選自鎂、鋅、鐵及錳所成群(d)之至少一種之金屬之原子比下,至少含有2以上者為佳。又,鋁之至少一部分、與從群(d)選擇之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物者為佳。尖晶石型結晶性複合氧化物係經由於矽石氧化鋁載體、和載持從群(d)選擇之至少一種之金屬,經由燒成載體而生成。
含於本發明B之亞氧化氮之分解方法中所使用之觸媒之選自銠、釕及鈀所成群(a)之至少一種貴金屬,係在使用[1]~[4]之任一分解方法時,含有觸媒整體之0.05~10質量%為佳,更佳為含有0.1~6.0質量%。經由增加從群(a)選擇之至少一種之貴金屬之載持量,雖可提升低溫之觸媒活性,載持10質量%以上時,考量觸媒之成本時並不佳,而在0.05質量%以下時,會有無法得充分之亞氧化氮之分解活性之情形。
以下,經由實施例B,可更明確本發明B之效果。然而,本發明B係非限定於以下之實施例B,只要不超出該要點之範圍,可適切改變實施。
第1實施例B中,將填充2.12g(4ml)氧化氮分解用觸媒(於昭和電工(股份有限公司)製、氧化鋁載體(日揮UNIVERSAL(股份有限公司)製,載持銠5%及鋅1%者,粒狀、平均粒徑:3.2mm)之分解反應器(鎳製反應管、1/2英吋口徑、觸媒層高57mm),以加熱器(陶瓷電氣管狀爐、100V、500W)加熱至約350℃,於此分解反應器,邊將濃度100%之亞氧化氮(N2O)氣體,經由下吹供給,邊進行亞氧化氮氣體之分解。
又,將亞氧化氮氣體供給至分解反應器時,經由流量調整閥,在20~2422cc/min之範圍,進行流量調整。然後,此時測定供給至分解反應器之亞氧化氮氣體之線速度(LV:Linear Velocity)[m/min]和空間速度SV:Space Velocity)[hr-1]同時,將分解亞氧化氮氣體後之反應容器內之發熱溫度(觸媒之溫度)之最大值max[℃],以溫度測定器加以測定。又,測定分解亞氧化氮氣體後之NOx之產生量[ppm],求得該亞氧化氮氣體之分解率[%]。將整理該測定結果者示於表1。又,從表1之測定結果得知,將亞氧化氮氣體之線速度(LV)與反應容器內之發熱溫度及亞氧化氮氣體之分解率之關係整理之圖表,示於圖B7。
如表1及圖B7所示,經由進行供給至上述分解反應器之亞氧化氮氣體之流量調整,即使濃度100%之亞氧化氮氣體,可以高分解率(99%以上)分解亞氧化氮氣體。
又,上述表1中所示LV=12.75m/min、SV=17190hr-1之條件下,停止加熱器所進行之加熱,測定該1小時(hr)後之反應容器內之發熱溫度及亞氧化氮氣體之分解率。
結果,加熱器之停止後,經由亞氧化氮氣體之分解所產生之分解熱,邊維持反應容器內之發熱溫度,邊以與加熱時同等級之分解率(98.7%),持續亞氧化氮氣體之分解。為此,從加熱器停止後經過約1小時(hr),停止亞氧化氮氣體之供給,強制終止亞氧化氮氣體之分解。由此,可經由亞氧化氮氣體之分解所產生之分解熱,對於之後供給之亞氧化氮氣體之分解,不進行加熱器所進行之加熱,持續加以進行。
第2之實施例B中,使用圖B8所示之能量取出裝置,實際進行從亞氧化氮之分解前與分解後之溫度差得到電力之試驗。
具體而言,此圖B8所示能量取出裝置係除了分解反應器24A之構成不同之外,具有與上述圖B3所示能量取出裝置20相同之構成。即,此圖B8所示之能量取出裝置係代替將上述觸媒4收納於分解反應器24之內部,具有於從此分解反應器24(於圖B8中,構成第3之供給線9)之上部直立設置之狀態下連接之分解反應器24之內部,收納觸媒4,於此分解反應器24之周圍配置加熱器11之構成。
然而,此圖B8所示能量取出裝置中,對於與此以外之上述圖B3所示能量取出裝置同等之部位,省略該說明之同時,於圖面附上相同之符號。
然後,本實施例B中,此圖B8所示之能量取出裝置中,於低溫側熱交換器23之內部(A)、和高溫側熱交換器22之內部(B)、和低溫側傳熱板23a(C)、和高溫側傳熱板22a(D)、和分解反應器24A(觸媒4)(E)、和第3之供給線9(分解反應器24)(F)之各測定點,進行溫度之計測。
本實施例B中,使用此圖B8所示能量取出裝置,將填充10g(28ml)氧化氮分解用觸媒(於昭和電工(股份有限公司)製、氧化鋁載體(日揮UNIVERSAL(股份有限公司)製,載持銠5%及鋅1%者,粒狀、平均粒徑:3.2mm)之分解
反應器(鎳製反應管、21mm口徑、觸媒層高80mm)24A,以加熱器(帶狀加熱器、210W)11加熱,於此分解反應器24A,邊將亞氧化氮氣體(濃度100%),經由下吹供給,邊進行亞氧化氮氣體之分解。又,從亞氧化氮氣體之供給開始約30秒後,觸媒4之溫度(F)到達350℃以上,而停止加熱器11所進行之加熱。然而,於熱電變換元件21中,使用2種之致冷元件((股份有限公司)Z-MAX製、商品名:Paltier moddule FPH1-12708AC、尺寸:40mm×40mm×3.45mm及Paltier moddule FPK2-19808NC、尺寸:40mm×40mm×7mm),各別2個合計4個成平面排列,相互直列連接者。
然後,將對於各測定點A~F之溫度及熱電變換元件21之起電力[V](G),測定加熱器11之停止後之經過時間[min]所造成之變化之結果,示於圖B9。然而,熱電變換元件21之溫度差係高溫側傳熱板22a(D)與低溫側傳熱板23a(C)間之溫度差。
如圖B9所示,加熱器11之停止後,亦經由亞氧化氮氣體之分解所產生之分解熱,邊維持觸媒4之溫度(F),邊持續亞氧化氮氣體之分解。又,伴隨分解後之溫度上昇,高溫側傳熱板22a(D)與低溫側傳熱板23a(C)間之溫度差會變大,伴隨於此,熱電變換元件21之起電力(G)亦會上昇。。
以下,對於適用本發明C之熱輸送置及熱輸送方法,參照圖面加以詳細說明。
適用本發明C之熱輸送裝置及熱輸送方法係利用將亞氧化氮(N2O、亦稱為一氧化氮)之分解所產生之能量,可做為對於地球環境優異之能量之亞氧化氮之利用。
亞氧化氮係在常溫、大氣壓下為安定之氣體者。另一方面,該溫度到達約500℃以上時,會邊發熱進行自我分解(熱分解)。如此亞氧化氮之分解係伴隨發熱者(發熱反應)。然後,經由此分解伴隨之溫度上昇(分解熱),高溫化之亞氧化氮之分解氣體係可達約1600℃之故,亞氧化氮係可稱為內藏高能量之物質。
又,亞氧化氮係使用觸媒分解時,該分解開始溫度可拉低至例如350~400℃程度。然後,亞氧化氮之分解後係可經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,持續進行之後供給之亞氧化氮之分解。又,使用觸媒分解之亞氧化氮係邊發熱下,成為氮(N2)與氧(O2)混合氣體(分解氣體)。
本發明人等係根據此見解,利用亞氧化氮之分解所產生之分解熱,發現做為上述對於地球環境優異之能量之亞氧化氮之利用,更經重覆精心研究之結果,以完成本發明C。
以下,做為本發明C之實施形態,對於圖C1所示熱輸送裝置及使用其之熱輸送方法加以說明。然而,圖C1係為說明適用本發明C之熱輸送裝置及熱輸送方法之模式圖。
本發明C係利用亞氧化氮之分解所產生之能量,進行熱輸送者,尤其,本發明C係可利用伴隨亞氧化氮之斷熱
膨脹之冷卻熱(低溫)、和亞氧化氮之分解所產生之分解熱(高溫),得從1種之氣體得2水準之溫度域(低溫及高溫)。更且,本發明C係做為輸送熱媒體(冷媒、熱媒),利用亞氧化氮本身者。
具體而言,適用本發明C之熱輸送裝置係如圖C1所示,概略具備配置分解亞氧化氮之亞氧化氮分解用觸媒(以下單稱之為觸媒)1之分解反應部2、和較分解反應部2配置於前段側之吸熱側熱交換部3、和較分解反應部2配置於後段側之散熱側熱交換部4、和填充亞氧化氮之高壓氣體容器5、和將從高壓氣體容器5放出斷熱膨脹之亞氧化氮氣體(N2O),供予吸熱側熱交換部3之第1之供給線6、和將從吸熱側熱交換部3排出之亞氧化氮氣體,供予分解反應部2之第2之供給線7、和將於分解反應部2經由分解亞氧化氮氣體而得之亞氧化氮之分解氣體(N2,O2),供給至散熱側熱交換部4之第3之供給線8、和從散熱側熱交換部4排出分解氣體之排出線9。
又,適用本發明C之熱輸送方法係如圖C2所示,具有使用經由斷熱膨脹亞氧化氮所得亞氧化氮氣體,經由與外部之熱交換而吸熱之吸熱步驟S1、和將亞氧化氮氣體使用亞氧化氮分解用觸媒分解加以分解之分解步驟S2、和使用經由分解亞氧化氮所得亞氧化氮之分解氣體,經由與外部之熱交換而散熱之散熱步驟S3。
具體而言,如上述圖C1所示熱輸送裝置中,從高壓氣體容器6放出亞氧化氮氣體而斷熱膨脹。然後,經由伴
隨此斷熱膨脹之溫度下降(冷卻熱),低溫化之亞氧化氮之分解氣體係介著第1之供給線6供給至吸熱側熱交換部3。此時,吸熱側熱交換部3中,於低溫之亞氧化氮氣體通過內部之期間,經由與外部之熱交換而進行吸熱。由此,可利用亞氧化氮之斷熱膨脹所伴隨之冷卻熱,冷卻此吸熱側熱交換部3側。又,經由於此吸熱側熱交換部3側設置風扇(送風手段)10,可將冷氣TL向外部有效率地放出。
另一方面,本發明C中,於分解反應部2分解亞氧化氮氣體。然後,經由伴隨此分解之溫度上昇(分解熱),高溫化之亞氧化氮之分解氣體係介著第3之供給線8供給至散熱側熱交換部4。此時,散熱側熱交換部4中,於高溫之亞氧化氮氣體通過內部之期間,經由與外部之熱交換而進行散熱。由此,可利用亞氧化氮之分解所產生之分解熱,加熱此散熱側熱交換部4側。又,經由於此散熱側熱交換部4側設置風扇(送風手段)11,可將熱氣TH向外部有效率地放出。
如以上所述,適用本發明C之熱輸送裝置及熱輸送方法中,利用伴隨亞氧化氮之斷熱膨脹之冷卻熱(低溫),和此亞氧化氮之分解所產生之分解熱(高溫),可從1種之氣體得2水準之溫度域(低溫及高溫)。
又,本發明C中,可於能量源(熱源)之亞氧化氮本身,進行熱輸送之故,可將分解前之亞氧化氮氣體做為冷媒利用,可將分解後之亞氧化氮氣體做為熱媒利用。
分解反應部2係具備於該內側收納觸媒1之本體部(
分解反應室)2a,具有設置於此本體部2a之一端側導入燃料氣體之氣體導入口2b、和於此本體部2a之另一端側排出分解氣體之氣體排出口2c的構造。
然而,於分解反應部2,使用耐熱性及耐氧化性優異之材質者為佳,尤其,對於經由分解氣體曝露於高溫高壓之氣體排出口2c側之構件等,使用充分可承受高溫高壓下之熱疲勞或氧化等者為佳。做為如此之材料,例如可列舉不鏽鋼或鎳基合金、鈷基合金等。又,可將陶瓷或碳化矽(SiC)等做為遮熱材使用。更且,使用此等之複合材料亦可。又,分解反應部2係具備經由水冷或空冷等,強制冷卻之機構者亦可。
就觸媒1而言,使用可在廣溫度域下(尤其低溫域),有效率分解亞氧化氮,且可承受高溫下之熱疲勞或氧化等者為佳。做為如此亞氧化氮之分解效率高,耐熱性及耐氧化性優異之觸媒,例如可使用後述「日本特開2002-153734號公報」或「日本特開2002-253967號公報」揭示者等。
具體而言,可使用以下[1]~[6]所示之任一之觸媒。
[1]鋁(Al)、鎂(Mg)及銠(Rh)被載持於載體之觸媒。
[2]鎂(Mg)及銠(Rh)被載持於氧化鋁(Al2O3)載體之觸媒。
[3]於經由鋁(Al)之至少一部分與鎂(Mg)所形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,載持銠(Rh)之觸媒。
[4]選自鋅(Zn)、鐵(Fe)、錳(Mn)及鎳(Ni)所成群之至少一種之金屬、鋁(Al)及銠(Rh)被載持於載體之觸媒。
[5]選自鋅(Zn)、鐵(Fe)、錳(Mn)及鎳(Ni)所成群之至少一
種之金屬、及銠(Rh)被載持於氧化鋁(Al2O3)載體之觸媒。
[6]於經由鋁(Al)之至少一部分、和選自鋅(Zn)、鐵(Fe)、錳(Mn)及鎳(Ni)所成群之至少一種之金屬、形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,載持銠(Rh)之觸媒。
又,本發明C中,可適切使用於選自矽石(SiO2)、矽石氧化鋁(SiO2-Al2O3)之載體,載持選自銠(Rh)、釕(Ru)、鈀(Pd)所成群之至少一種貴金屬所成觸媒等。
經由使用如此觸媒1,可令亞氧化氮以接近100%之分解效率,分解成氮與氧。尤其,於使用矽石(SiO2)或矽石氧化鋁(SiO2-Al2O3)所成載體,載持銠(Rh)之觸媒之時,幾乎無一氧化氮(NO)或二氧化氮(NO2)等之NOx氣體之產生,亞氧化氮幾乎完全分解成氮與氧。
更且,於觸媒1可例示有將氧化鋁在封固底基之堇青石及金屬蜂巢體或多孔質陶瓷之載體,將對於氮氧化物之分解有效之銠,以質量分率2~3%加以含浸者,或於氧化鋁或碳化矽之陶瓷製蜂巢構造體,形成氧化鋁之載體層,於此載體層載持對於氮氧化物之分解有效之銠等,但必不一定限定於此。
又,做為其他之觸媒1,例如可使用用於分解除去己二酸之製造工程或硝酸之製造工程等排出之排氣中之亞氧化氮時之觸媒等。做為如此之觸媒,例如可列舉在於以MAl2O3(M係Pd、Cu、Cu/Mg、Cu/Zn、Cu/Zn/Mg之任一者)所表示,將M以10~30質量%之比例含有之氧化鋁載體,將貴金屬以0.1~2質量%之比例載持者。
對於觸媒1之形狀,未特別加以限定,例如使用粉末狀、顆粒狀、錠粒狀、蜂巢狀、多孔質狀、粉碎狀、網目狀、板狀、薄片狀等之任一形狀中適切選擇最佳形狀及尺寸者即可。
又,對於觸媒1之本體部2a之填充方法,或配合觸媒1之本體部2a之形狀等,亦可配合具上述分解反應部2之設計,任意地加以實施。
分解反應部2係配合觸媒1之歷時性之劣化,成為可交換觸媒1(依情形可連同本體部2a交換)之構成亦可。又,從性能下降之觸媒1抽出精製貴金屬成分後,可將此回收之貴金屬載持於載體者做為再生觸媒使用。
於分解反應部2中,設置加熱上述觸媒1之加熱器(預熱手段)13。此加熱器13係為了在開始亞氧化氮之分解前,即在分解反應部2供給亞氧化氮氣體之前,將觸媒1加熱(預熱)至亞氧化氮氣體分解可能溫度(分解開始溫度)者。
例如,圖C1所示加熱器13係以在於本體部2a之內側,接觸於觸媒1之周圍之狀態加以配置。又,加熱器13係介著電力供給線14,與電源(未圖示)連接,可經由來自此電源之電力供給而發熱。又,做為加熱器13,可使用阻抗加熱方式或感應加熱方式等。
然而,有關觸媒1之加熱方式,不限於經由配置於如此本體部2a之內側之加熱器13,加熱觸媒1之方法,亦可使用經由配置於本體部2a之外側之加熱器13,加熱觸
媒1之方法。此時,經由加熱器13加熱本體部2a,藉由從此本體部2a之輻射或熱傳導等,可加熱觸媒1。
又,做為觸媒1之加熱方法,亦可使用藉由在於觸媒1直接供給電力,加熱該觸媒1之方法。除此之外,對於觸媒1之加熱方法,未特別加以限定,可從加熱觸媒1之方法中適切選擇使用。
吸熱側熱交換部3係於入口側連接第1之供給線6、和於出口側連接第2之供給線7,在該內部通過亞氧化氮氣體之期間,進行與外部熱交換之低溫側之熱交換器。又,於此吸熱側熱交換部3中,雖使用鰭管式之熱交換器,可對應於其用途使用各種型式、大小之熱交換器。例如,做為熱交換器之種類,可列舉管式(雙重管式、多管式(管殼式)、螺旋式等),或板式、再生式等,從此等之中,配合其用途適切加以選擇使用即可。又,吸熱側熱交換部3係可做為經由伴隨亞氧化氮之斷熱膨脹之冷卻熱,進行冷卻之冷卻器(冷卻手段)加以使用。
散熱側熱交換部4係於入口側連接第3之供給線8、和於出口側連接排出線9,在該內部通過分解氣體之期間,進行與外部熱交換之高溫側之熱交換器。又,於此散熱側熱交換部4中,雖使用鰭管式之熱交換器,可對應於其用途使用各種型式、大小之熱交換器。例如,做為熱交換器之種類,可列舉管式(雙重管式、多管式(管殼式)、螺旋式等),或板式、再生式等,從此等之中,配合其用途適切加以選擇使用即可。又,散熱側熱交換器4係可做為經
由亞氧化氮之分解所產生之分解熱,進行加熱之加熱器(加熱手段)加以使用。
高壓氣體容器5係供給亞氧化氮氣體之亞氧化氮氣體供給源,於此高壓氣體容器5中,例如可使用鋼瓶、容器槽、鋼瓶集合體等。然後,此高壓氣體容器5係介著亞氧化氮氣體開關閥15,與上述第1之供給線6連接。
亞氧化氮氣體開關閥15係為了開閉第1之供給線6,進行從高壓氣體容器5之亞氧化氮氣體之供給/切斷(開閉手段)者。又,於亞氧化氮氣體開關閥15中,不僅開閉第1之供給線6,可使用可調整該開啟程度(包含壓力等)者。
更且,於亞氧化氮氣體開關閥15中,可使用可控制該流量之附有流量調整之控制閥(流量調整閥)。然後,此亞氧化氮氣體開關閥15係與與述控制部19電性連接,經由此控制部19,可驅動控制亞氧化氮氣體開關閥15。
然而,對於此亞氧化氮氣體開關閥15,不限於使用上述附有流量調整之控制閥(流量調整閥)之構成,開閉第1之供給線6之閥(開閉閥)之外,可為設置調整流動於第1之供給線6內之亞氧化氮氣體之流量之調整器(流量調整器)等之構成。
第1之供給線6係該一端側連接於高壓氣體容器5,另一端側則連接於吸熱側熱交換部3之入口側之配管(流路)。第2之供給線7係該一端側連接於吸熱側熱交換部3之出口側,另一端側則連接於分解反應部2之入口側(氣體導入口2b)之配管(流路)。然後,此等第1及第2之供
給線6、7係構成將從高壓氣體容器5放出之亞氧化氮氣體(N2O),供給至分解反應部2之亞氧化氮氣體供給線(亞氧化氮氣體供給手段)。
第3之供給線8係該一端側連接於分解反應部2之出口側(氣體排出口2c),另一端側則連接於散熱側熱交換部4之入口側之配管(流路)。排出線9係該一端側連接於散熱側熱交換部4之出口側之配管(流路)。
本發明C係於上述分解反應部2中,具備為持續進行使用上述觸媒1之亞氧化氮氣體之分解,於上述分解反應部2供給氮氣(N2)之氮氣供給線(氮氣供給手段)16、和調整供給至上述分解反應部2之亞氧化氮氣體之流量之流量調整部(流量調整手段)17、和測定上述觸媒1之溫度之溫度測定部(溫度測定手段)18、和進行各部之控制之控制部(控制手段)19。
氮氣供給線16係該一端側則連接於第1之供給線6之配管(流路),於該另一端側,則連接填充氮氣之高壓氣體容器20。又,氮氣供給線16係具有經由於流動上述第1之供給線6內之亞氧化氮氣體中導入(添加)氮氣,做為調整此亞氧化氮氣體之濃度的濃度調整手段而工作者。
高壓氣體容器20係供給氮氣之氮氣供給源,於此高壓氣體容器20中,例如可使用鋼瓶、容器槽、鋼瓶集合體等。然後,此高壓氣體容器20係介著氮氣開關閥21,與氮氣供給線16連接。
氮氣開關閥21係為了開閉氮氣供給線16,進行來自
高壓氣體容器20之氮氣之供給/切斷(開閉手段)者。又,於氮氣開關閥21中,不僅開閉氮氣供給線16,可使用可調整該開啟程度(包含壓力等)者。
更且,於氮氣開關閥21中,為調整供予第1之供給線6之氮氣之供給量,使用可控制該流量之附有流量調整之控制閥(流量調整閥)為佳。然後,此氮氣開關閥21係與控制部19電性連接,經由此控制部19,可驅動控制氮氣開關閥21。
然而,對於此氮氣開關閥21,不限於使用上述附有流量調整之控制閥(流量調整閥)之構成,開閉氮氣供給線16之閥(開閉閥)之外,可為設置調整流動於氮氣供給線16內之氮氣之流量之調整器(流量調整器)等之構成。
流量調整部17係配置於上述分解反應部2之氣體導入口2b與第2之供給線7之間。流量調整部17係可調整導入至上述分解反應部2之亞氧化氮氣體之流量(導入量)即可,可使用調整器(流量調整器)或附有流量調整之控制閥(流量調整閥)等。然後,此流量調整部17係與控制部19電性連接,經由此控制部19,可驅動控制流量調整部17。
然而,流量調整部17中,設置計測流動於此流量調整部17內之亞氧化氮氣體之流量的流量計(流量計測手段),或使用如此附有流量計之調整器或控制閥等,可精度優異地進行導入上述分解反應部2之亞氧化氮氣體之流量調整。
溫度測定部18係將上述觸媒1之溫度,直接或間接測定者,與控制部19電性連接,對此控制部19輸出測定結果(測定資料)。
例如,圖C1所示溫度測定部18係安裝於分解反應部2之本體部2a,接觸於觸媒1,可測定此觸媒1之下游側之溫度。
使用觸媒1之亞氧化氮之分解中,令此觸媒1中通過亞氧化氮之期間,分解亞氧化氮之故,一般而言觸媒1之上游側(氣體導入口2b)之溫度較下游側(氣體排出口2c)之溫度者為高。因此,經由分解氣體,曝露於高溫高壓之觸媒1或氣體排出口2c側之構件等之劣化(例如熱疲勞或氧化等),尤其亞氧化氮係於分解氣體中含氧之緣故,在防止與此氧之反應(氧化)下,測定上述觸媒1之下游側(氣體排出口2c)之溫度之為佳。
另一方面,溫度測定部18係不限於上述圖C1所示構成,成為測定觸媒1之上遊(氣體導入口2b)側之溫度之構成亦可。此係開始亞氧化氮氣體之分解前,經由上述加熱器13加熱之觸媒1,檢出是否加熱至上述分解開始溫度之觀點下,為較佳者。然後,根據此溫度測定部18所成測定結果,觸媒1加熱至上述分解開始溫度時,停止上述加熱器13所進行之加熱即可。由此,可效率佳地進行上述加熱器13所進行之加熱。
然而,對於測定觸媒1之溫度之處所,非一定限定於上述處所,例如為測定觸媒1之平均溫度,測定觸媒1之
中央部分之溫度,或將此等複數處所之溫度各別加以測定亦可。
又,溫度測定部18係非限定於直接測定觸媒1之溫度者,例如經由測定收納觸媒1之本體部2a之溫度,間接性測定觸媒1之溫度亦可。
又,溫度測定部18係非限定於直接測定觸媒1之溫度者,成為直接或間接測定從上述分解反應部2之氣體排出口2c所排出之分解氣體之溫度之構成亦可。更且,成為測定此等觸媒1與分解氣體之兩者之溫度的構成亦可。
然而,對於溫度測定部18,例如可採用使用熱電偶之溫度計、或放射溫度計等之非接觸式之溫度計、資料記錄器等,但非一定限定於此,除此之外,可從可測定觸媒1或分解氣體之溫度者中適切選擇使用。
控制部19係由電腦(CPU)等所成,可根據來自溫度測定部18之測定結果(測定資料),隨著記錄於內部之控制程式,控制上述亞氧化氮氣體開關閥15、氮氣開關閥21及流量調整部17之驅動。
具體而言,於上述分解反應部2中,為持續進行使用上述觸媒1之亞氧化氮氣體之分解,控制分解氣體之溫度則變得重要。
即,分解氣體之溫度過高時,如上所述,會經由分解氣體招致高溫高壓曝露之觸媒1或氣體排出口2c側之構件等之劣化(例如熱疲勞或氧化等)。另一方面,分解氣體之溫度過低時,有可能難以持續亞氧化氮之自我分解。又
,亞氧化氮不分解時,會由分解反應部2之氣體排出口2c排出,依情形而定,會產生上述NOx氣體。此等氣體會成為上述地球暖化或大氣污染之原因。
因此,控制部19係不使產生如此之問題,於上述分解反應部2中,在持續使用觸媒1之亞氧化氮之分解之範圍下,進行分解氣體之溫度控制者為佳。
在此,做為控制分解氣體之溫度之方法,可列舉(1)調整供給至分解反應部2之亞氧化氮氣體體之流量的方法、和(2)調整亞氧化氮氣體之濃度的方法。
其中,使用上述(1)之方法中,根據來自上述溫度測定部18之測定結果,上述控制部19則控制流量調整部17,進行供予分解反應部2之亞氧化氮氣體之流量調整。
具體而言,要提升分解氣體之溫度時,進行相對上昇控制供給至分解反應部2之亞氧化氮氣體之流量。由此,增加導入分解反應部2之亞氧化氮氣體之導入量,經由此分解反應部2所分解之亞氧化氮氣體之分解量(分解熱)之增加,可相對提升分解氣體之溫度。
另一方面,要下降分解氣體之溫度時,進行相對下降控制供予分解反應部2之亞氧化氮氣體之流量。由此,減少導入分解反應部2之亞氧化氮氣體之導入量,經由此分解反應部2所分解之亞氧化氮氣體之分解量(分解熱)之減少,可相對下降分解氣體之溫度。
如以上所述,本發明C中,可邊經由上述控制部19控制分解氣體之溫度,邊於上述分解反應部2中,持續進
行使用觸媒1之亞氧化氮氣體之分解。
另一方面,使用上述(2)之方法中,根據來自上述溫度測定部18之測定結果,上述控制部19則控制上述氮氣開關閥21,進行從氮氣供給線16供予第1之供給線6之氮氣之流量調整。
具體而言,要提升分解氣體之溫度時,進行相對上昇控制亞氧化氮氣體之濃度。即,相對下降從氮氣供給線16供予第1之供給線6之氮氣之流量,或進行控制停止從氮氣供給線16供予第1之供給線6之氮氣之供給。由此,停止或減少對於流動於第1之供給線6內之亞氧化氮氣體之氮氣的添加量,可相對提高此亞氧化氮氣體之濃度。然後,伴隨於此,經由增加分解反應部2所分解之亞氧化氮氣體之分解量(分解熱),可相對提升分解氣體之溫度。
另一方面,要下降分解氣體之溫度時,進行相對下降控制亞氧化氮氣體之濃度。即,相對上昇從氮氣供給線16供予第1之供給線6之氮氣之流量,或進行控制開始從氮氣供給線16供予第1之供給線6之氮氣之供給。由此,對於流動於第1之供給線6內之亞氧化氮氣體,添加或增加氮氣的添加量,使含於此亞氧化氮氣體以氮氣稀釋,可使亞氧化氮氣體之濃度相對降低。然後,伴隨於此,經由減少分解反應部2所分解之亞氧化氮氣體之分解量(分解熱),可相對下降分解氣體之溫度。
然而,使用上述(2)之方法中,除了上述氮氣之外,經由例如將氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氙(Xe)、氪(Kr)等之非
活性氣體,或空氣(含乾燥空氣)等添加於亞氧化氮氣體中,可調整此亞氧化氮氣體之濃度。
如以上所述,本發明C中,可邊控制分解氣體之溫度,邊於上述分解反應部2中,持續進行使用觸媒1之亞氧化氮氣體之分解。
然而,於本發明C中,可組合使用上述(1)、(2)之方法,進行控制上述分解氣體之溫度控制。然後,使用此等上述(1)、(2)之方法中,可將上述分解氣體之溫度控制,以簡易之構成,且安定加以進行。另一方面,本發明C中,非一定限定於使用上述(1)、(2)之方法,使用除此之外之方法,進行分解氣體之溫度控制亦可。
又,本發明C中,設置計測上述分解氣體中之NOx濃度之NOx計(NOx計測手段)亦可。此時,經由計測含於上述分解氣體中之未分解之亞氧化氮(N2O)或一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)等之NOx氣體之濃度,可精度優異地進行上述分解氣體之溫度控制。
更且,本發明C中,可設置除去含於分解氣體中之NOx之手段(NOx除去手段)亦可。做為NOx除去手段,例如可使用於含NOx之分解氣體中,添加氨(NH3),經由脫硝用觸媒,選擇性反應(還原)氨與NOx,分解成水(H2O)與氮(N2)之脫硝裝置等。然而,對於脫硝用觸媒,從以往公知者中,選擇最適切者加以使用即可。又,做為NOx除去手段,使用可將含於分解氣體中之NOx直接分解之NOx分解用觸媒亦可。
又,於上述分解反應部2中,停止使用上述觸媒1之亞氧化氮氣體之分解之時,停止對上述分解反應部2之亞氧化氮氣體之供給後,於上述分解反應部2供給氮氣者為佳。
此係停止對上述分解反應部2之亞氧化氮氣體之供給後,於觸媒1內滯留有分解氣體,而經由含於此分解氣體之氧,有劣化觸媒1之疑慮之緣故。
此時,控制部19係經由進行閉塞控制上述亞氧化氮氣體開關閥15,停止對上述分解反應部2之亞氧化氮氣體之供給,僅從上述氮氣供給線16供予之氮氣導入至上述分解反應部2。
由此,導入上述分解反應部2之氮氣則可擠出滯留於觸媒1內之分解氣體,除去滯留於此觸媒1內之分解氣體。然後,控制部19係於上述分解反應部2,在一定時間下,即在除去滯留於觸媒1內之分解氣體所需充分時間,導入氮氣後,進行閉塞控制上述氮氣開關閥21,停止對上述分解反應部2之氮氣之供給。
由此,可防止觸媒1之氧所造成之劣化,延長此觸媒1之壽命。又,可減少交換上述觸媒1之頻繁度(延長交換周期)。更且,使用此方法之時,可容易暫時停止亞氧化氮氣體之分解後,再進行亞氧化氮氣體之分解。
然而,停止上述亞氧化氮氣體之分解時,除了上述氮氣之外,例如可將He、Ne、Xe、Ar、Kr等之非活性氣體,或空氣(含乾燥空氣),導入分解反應部2。
在此,參照圖C3所示流程圖,對於上述圖C1所示熱輸送裝置之具體動作(控制方法)之一例加以說明。
上述圖C1所示熱輸送裝置中,首先,於步驟S101中,開始亞氧化氮之分解前,驅動加熱器13,加熱(預熱)觸媒1。
接著,於步驟S102中,根據溫度測定部18所測定之觸媒1之溫度,控制部19則進行觸媒1是否加熱至分解開始溫度之判定。然後,觸媒1被判定加熱至分解開始溫度時,前進至步驟S103,於此步驟S103,停止加熱器13之驅動。另一方面,觸媒1被判定加未熱至分解開始溫度時,使觸媒1達分解開始溫度,持續加熱器13之觸媒1之加熱。
接著,於步驟S104中,於分解反應部2供給亞氧化氮氣體,於此分解反應部2,進行使用觸媒1之亞氧化氮氣體之分解。然而,有關供予分解反應部2之亞氧化氮氣體之流量或濃度等,則成為預先設定之值。
接著,於步驟S105中,根據溫度測定部18所測定之觸媒1(或分解氣體)之溫度,控制部19則進行觸媒1(或分解氣體)之溫度是否超過預先設定之值(範圍)之判定。然後,觸媒1(或分解氣體)之溫度判定超過設定值(範圍)時,前進至步驟S106。另一方面,觸媒1(或分解氣體)之溫度判定在於設定值(範圍)時,前進至步驟S110。
接著,步驟S106中,控制部19則進行觸媒1(或分解氣體)之溫度較設定值(範圍)為高或為低之判定(比較)。
然後,觸媒1(或分解氣體)之溫度判定較設定值(範圍)為高時,前進至步驟S107,於此步驟S107中,控制部19則將供予分解反應部2之亞氧化氮氣體之流量,或將此亞氧化氮氣體之濃度,向下降方向進行調整。然後,調整後係前進至步驟S109。
然後,觸媒1(或分解氣體)之溫度判定較設定值(範圍)為低時,前進至步驟S108,於此步驟S108中,控制部19則將供予分解反應部2之亞氧化氮氣體之流量,或將此亞氧化氮氣體之濃度,向提升方向進行調整。然後,調整後係前進至步驟S109。
此等步驟S107或步驟S108之調整中,例如將供予分解反應部2之亞氧化氮氣體之流量之設定值,或將此亞氧化氮氣體之濃度之設定值,在可調整之範圍下,分成特定之階段數,將該設定值較現階段進行1階段之下降或提升。
接著,於步驟S109中,根據溫度測定部18所測定之觸媒1(或分解氣體)之溫度,控制部19則進行觸媒1(或分解氣體)之溫度是否回到設定值(範圍)之判定。然後,觸媒1(或分解氣體)之溫度判定回到設定值(範圍)時,前進至步驟S110。
另一方面,觸媒1(或分解氣體)之溫度判定未回到設定值(範圍)時,回至步驟S106,再進行觸媒1(或分解氣體)之溫度較設定值(範圍)為高或為低之判定(比較)後,前進至步驟S107或S108,將供予上述分解反應部2之亞氧化
氮氣體之流量之設定值,或將此亞氧化氮氣體之濃度之設定值,更向下降或上昇一階段之方向進行調整。然後,前進至步驟S109,進行觸媒1(或分解氣體)之溫度是否回到設定值(範圍)之判定,直到觸媒1(或分解氣體)之溫度是回到設定值(範圍),重覆如此調整。又,重覆如此調整之結果,於超過可調整範圍時,控制部27判定為異常,強制前進至步驟S110(圖C3中未圖示)。
接著,步驟S110中,控制部19則進行是否停止亞氧化氮氣體之供給之判定。做為停止亞氧化氮氣體之供給之時,例如可列舉有接受從外部之停止命令,或上述步驟S109判定為異常之時等。然後,停止亞氧化氮氣體之供給時,前進至步驟S111。另一方面,不停止亞氧化氮氣體之供給時,回到步驟S105,持續溫度測定部18所進行之觸媒1(或分解氣體)之溫度測定。
接著,於步驟S111中,停止亞氧化氮氣體之供給後,前進至步驟S112,於此步驟S112中,於分解反應部2供給氮氣。由此,氮氣擠出滯留於觸媒1內之分解氣體,可除去滯留於此觸媒1內之分解氣體。
如以上所述,上述圖C1所示熱輸送裝置中,可邊控制分解氣體之溫度,邊於上述分解反應部2中,持續進行使用觸媒1之亞氧化氮氣體之分解。
然而,本發明C中,將上述溫度測定部18所測定之測定資料及根據此之控制部19之判定結果,例如表示於省略圖示之監視器,輸出至印表機亦可。又,不限於上述
控制部19所成自動控制,例如可進行操作者所進行之手動控制。
又,於上述步驟S109中,判定為異常之時,依需要,將該情形進行告知亦可。有關告知方法,雖未特別加以限定,例如可發出警報,或進行顯示者。
本發明C所使用之亞氧化氮係可工業性地加以製造。具體而言,有關工業製造亞氧化氮之方法,例如可列舉使用以下之(1)~(3)之方法。
2NH3+2O2 → N2O+3H2O
NH4NO3 → N2O+2H2O
NH2SO3H+HNO3 → N2O+H2SO4+H2O
然而,有關工業製造亞氧化氮,例如可列舉純度99.9(3N)~99.999(5N)%之高純度亞氧化氮、純度97.0%以上(日本藥局配方)之醫療用亞氧化氮、純度98%以上之工業用亞氧化氮。
除此等之外,亞氧化氮之製造方法,可列舉使用以下之(4)~(10)之方法。
2(NH2)2CO+2HNO3+H2SO4 → 2N2O+2CO2+(NH4)2SO4+2H2O
4NO+2NH2OH → 3N2O+3H2O
2NH2OH+NO2+NO → 2N2O+3H2O
2NH2OH+O2 → N2O+3H2O
由己二酸之製造工程之副產物N2O之回收
由乙二醛之製造工程之副產物N2O之回收
將亞硝酸或亞硝酸鹽之溶液,以溫亞硫酸、鈉、汞齊、氯
化亞錫等為還原劑加以還原。
將硝酸以鋅或錫還原,或以亞硫酸氣還原。
2KNO3+6HCOOH → N2O+4CO2+5H2O+2HCOOK
H2N2O2+H2SO4 → H2SO4.H2O+N2O
然後,製造之亞氧化氮係在於氣體製造商,填充於上述高壓氣體容器5後,送至上述圖C1所示熱輸送裝置而使用。另一方面,高壓氣體容器5係於使用後送回氣體製造商,經由再充填可重覆加以使用。
又,有關亞氧化氮氣體之供給方法,不限於使用上述高壓氣體容器5供給(交換高壓氣體容器5)之方法,例如可使用運油船或油罐車等之輸送手段,供給至上述高壓氣體容器5之方法。更且,可使用將含亞氧化氮氣體透過管線,供給至上述高壓氣體容器5之方法,又,有關氮氣之供給方法,不限於使用上述高壓氣體
容器20供給(交換高壓氣體容器20)之方法,例如可使用與上述亞氧化氮體之供給方法相同之方法加以供給。
本發明C中,經由使用上述觸媒1,可下降亞氧化氮氣體之分解開始溫度。然後,亞氧化氮氣體之分解後係可經由此亞氧化氮氣體之分解所產生之分解熱,持續進行之後供給之亞氧化氮氣體之分解。
因此,本發明C中,於亞氧化氮氣體之分解開始前,預熱上述觸媒1即可。然後,亞氧化氮氣體之分解後係可經由此亞氧化氮氣體之分解所產生之分解熱,將上述觸媒1之溫度,保持於分解亞氧化氮氣體之必要溫度以上,持續進行亞氧化氮氣體之分解。
具體而言,上述觸媒1之溫度係從觸媒活性之觀點視之,200~600℃之範圍為佳,從分解反應容易性之觀點視之,350~450℃之範圍者則更佳。即,本發明C中,使上述觸媒1之溫度成為如此之範圍地,進行經由上述加熱器13之預熱,或上述控制部19所成分解氣體之溫度控制者為佳。
另一方面,亞氧化氮本身在約500℃以上會自我分解之故,將上述分解反應部2保持於自我分解溫度以上時,可不使用上述觸媒1,持續進行亞氧化氮之分解。但是,不使用上述觸媒1,自我分解亞氧化氮氣體之時,就分解副產物而言,得知會產生NOx氣體。因此,本發明C中,為防止NOx氣體之產生,使用上述觸媒1為佳。然而,上述觸媒1即使在亞氧化氮氣體之自我分解溫度以上,亦可
使用。
有關燃料氣體之溫度,只要是亞氧化氮氣體不液化之溫度即可,通常可在常溫以下使用。另一方面,亞氧化氮氣體係可預熱至較常溫高之溫度使用。例如,亞氧化氮氣體之濃度為低之時,經由預熱此亞氧化氮氣體,可促進亞氧化氮氣體之分解。
有關亞氧化氮氣體之濃度,非特別加以限定,例如可使調整在1~100%之範圍者,又,需得更多能量之時,可使調整在超過50%~100%之範圍者,更且,可使調整在超過70%~100%之範圍者。又,經由進行上述亞氧化氮氣體之濃度調整,可調整亞氧化氮氣體之分解反應速度等。
又,本發明C中,經由進行上述亞氧化氮之濃度調整,可將分解氣體做為呼吸氣體加以利用。具體而言,空氣係該體積之約8成為氮(N2),約2成為氧(O2)之故,例如將含於上述燃料氣體中之亞氧化氮(N2O)與氮(N2)之比例,以體積比(莫耳比)時,成為N2O:N2=1:1。即,於上述燃料氣體中添加氮氣,使含於此燃料氣體中之亞氧化氮之濃度成為50%時,含於此燃料氣體中之亞氧化氮則最終分解成氮與氧之時,亞氧化氮1莫耳係分解成氮1莫耳與氧0.5莫耳之故,含於此分解氣體中之氮(N2)與氧(O2)之比例,以體積比(莫耳比)時,成為N2:O2=4:1。由此,含於分解氣體中之氮(N2)與氧(O2)之比例接近空氣組成之故,可將分解氣體做為呼吸氣體加以利用。
具體而言,上述分解氣體做為呼吸氣體使用之時,使
該氧濃度成為18~24%程度之範圍為佳,此時,亞氧化氮氣體之濃度成為44~63%程度之範圍為佳。
又,本發明C中,可使用亞氧化氮氣體之濃度不足44%者,即可使用亞氧化氮氣體之濃度為低者。此時,經由亞氧化氮氣體之分解所產生能量(能量密度)雖會降低,藉由此亞氧化氮氣體之分解反應變得緩和,可抑制經由上述分解氣體使曝露於高溫高壓下之觸媒1或分解反應部2等之各構件之劣化(例如熱疲勞或氧化等)。即,本發明C中,考量到上述觸媒1或分解反應部2等之各構件材料之耐熱性及熱氧化性,可調整亞氧化氮濃度之濃度。
又,本發明C中,可使用亞氧化氮氣體之濃度超過63%者,即可使用亞氧化氮氣體之濃度為高者。此時,可提高亞氧化氮氣體之分解所產生之能量(能量密度)。
尤其,本發明C中,使用亞氧化氮之濃度為100%者之時,可使用上述觸媒1,持續進行亞氧化氮氣體之分解。然而,本發明C中,不僅是高純度(例如純度99.9(3N)~99.999(5N)%)之亞氧化氮氣體,在考量該製造成本等,可使用較其純度為低(例如純度不足97%)之亞氧化氮氣體。
上述氮氣等所成亞氧化氮氣體之濃度調整係可於亞氧化氮氣體之分解前,於亞氧化氮氣體中添加氮氣等之方法,亦可為於亞氧化氮氣體之分解後,於分解氣體中添加氮氣等之方法。更且,可使用預先濃度調整之亞氧化氮氣體。
即,上述氮氣供給線16係不限於連接上述第1之供給線6,亦可連接於上述第2之供給線7或第3之供給線8、排出線9等。
然而,有關含於上述亞氧化氮氣體中之亞氧化氮以外之成分,除了為了上述亞氧化氮之濃度調整而添加之氮等之外,可列舉有在於後述亞氧化氮之製造時混入之未反應物、或副生成物、空氣不可避免不純物等。
又,本發明C中,設置計測上述分解氣體中之氧濃度之氧濃度計(氧計測手段)亦可。此時,計測含於上述分解氣體中之氧之濃度,經由此計測結果,可精度優異地進行上述分解氣體之溫度控制。
然而,導入於上述分解反應部2之亞氧化氮氣體之空間速度(SV:Space Velocity)係配合該設計,設定於最佳值即可,例如可設定在10~140,000hr-1之範圍,較佳為100~10,000hr-1之範圍。
又,本發明C中,可將上述排出線9所排出之分解氣體利用於燃料之燃燒。又,有關燃料,只要使用含於上述分解氣體中之氧可燃燒者即可,例如除了石油、或煤碳、天然氣等之石化燃料之外,亦可使用生質燃料等之代替燃料。除此之外,可從氣體燃料、液體燃料、固體燃料中適切選擇加以使用。
如以上所述,本發明C中,可提供做為對於地球環境優異之能量之亞氧化氮之利用之同時,利用從此亞氧化氮之分解所產生之能量之熱輸送之熱輸送裝置及熱輸送方法
。
尤其,本發明C中,經由利用伴隨亞氧化氮之斷熱膨脹之冷卻熱(低溫),和此亞氧化氮之分解所產生之分解熱(高溫),可從1種之氣體得2水準之溫度域(低溫及高溫)。
又,本發明C中,可於能量源(熱源)之亞氧化氮本身,進行熱輸送之故,可將分解前之亞氧化氮氣體做為冷媒利用,可將分解後之亞氧化氮氣體做為熱媒利用。
適用本發明C之熱輸送裝置係可得上述冷氣(低溫)TL與熱氣(高溫)TH之故,可進行對冷凍空調之各種應用。例如,適用本發明C之熱輸送裝置係可進行對於進行冷氣或暖氣之空調機之空調設備或空調機器等之應用。又,於加熱領域中,除了暖氣之外,可進行對於進行熱水供給、溫水、乾燥等之加熱設備或加熱機器等之應用。另一方面,於冷卻領域中,除了冷氣之外,可進行對於進行冷藏、冷凍、冷水、製冰等之冷卻設備或冷卻機器等之應用。
又,適用本發明C之熱輸送裝置,係不論大規模者以至於小規模者,不論其大小,可適用各種之尺寸者。又,其用途亦不限於工廠(工業)用或住宅(家庭)用,可利用於所有領域,可配合設置(固定)型或可搬型、攜帶型等之其用途加以設計。
然而,本發明C係非一定限定於上述圖C1所示熱輸送裝置之構成者,在不超脫本發明C要點之範圍下,可進行種種之變更。
例如,適用本發明C之熱輸送裝置中,除了上述圖
C1所示構成之外,如圖C4所示,具備將溫度差變換成電力或動力之變換部(變換手段)30,可成為將此變換部30之高溫側30a,使上述散熱側熱交換部4做為加熱手段加熱,將此變換部30之低溫側30b,使上述吸熱側熱交換部3做為冷卻手段冷卻之構成。
於變換部30中,可使用將溫度差(熱能)變換成動力(電能)之熱電變換元件,或將溫度差(熱能)變換成動力(運動能)之史特林引擎、熱導管渦輪機等。
於此變換部30中,接觸於上述散熱側熱交換部4之高溫側30a之溫度(tH)與接觸於上述吸散熱側熱交換部3之低溫側30b之溫度(tL)之溫度差(tH-tL)愈大,可得更大之輸出(W)。
適用本發明C之熱輸送裝置中,經由具備如此變換部30,除了得上述冷氣(低溫)TL與熱氣(高溫)TH之外,利用亞氧化氮之分解前與分解後之溫度差,可有效率取出電力或動力之能量。
尤其,本發明C中,可從1種之氣體得2水準之溫度域(溫度域之溫度差),於上述變換部30之高溫側30a與低溫側30b間,產生大的溫度差之故,可得大的輸出W。
以下,做為具備上述變換部30之熱輸送裝置之一具體例,例如對於圖C5所示之具備熱導管渦輪機31之熱輸送裝置加以說明。
然而,有關圖C5所示熱輸送裝置係除了熱導管渦輪機31以外之構成,概略具備與上述圖C1及圖C4所示熱
輸送裝置相同之構成。因此,此圖C5所示熱輸送裝置中,對於與上述圖C1及圖C4所示熱輸送裝置同等之部位,省略該說明之同時,於圖面附上相同之符號。
此圖C5所示之熱輸送裝置係具備將溫度差變換成動力之熱導管渦輪機31(相當於上述變換部30)之發動裝置,更具備經由此熱導管渦輪機31之驅動而發電之發電機32的發電裝置。
具體而言,此熱導管渦輪機31係就整體而言,具備成為中空環狀之導熱管33,此導熱管33係具有使該內部為真空脫氣之狀態下,封入凝縮性之作動流體(蒸化源)L之構造。又,於導熱管33中,設置貯存作動流體L之貯存部34。
然而,做為作動流體L,例如可使用水(水蒸氣)。又,做為作動流體L,可使用氨,或正戊烷等之有機媒體等,較水沸點為低者等。
挾著導熱管33之貯存部34之一方側中,設置將從貯存部34側供給之凝縮(液化)之作動流體L(以圖C6中之實線箭頭顯示流動方向),經由與上述散熱側熱交換部4之熱交換而加熱蒸發之蒸發部35。
相較於此,挾著導熱管33之貯存部34之另一方側中,設置將從蒸發部35側供給之蒸發(氣化)之作動流體L(以圖C6中之虛線箭頭顯示流動方向),經由與上述吸熱側熱交換部3之熱交換而冷卻凝縮之凝縮部36。
然而,於蒸發部35及凝縮部36中,設置為使各別上
述散熱側熱交換部4及吸熱側熱交換部3間之熱傳導性變佳之散熱板(散熱片)37a、37b。
於導熱管33之蒸發部35與凝縮部36間,設置經由氣化之作動流體L旋轉驅動之渦輪部38。發電機70係與此渦輪部38連結。
對於具有如以上之構造之熱輸送裝置之動作加以說明。
然而,如圖C5所示之熱輸送裝置中,與上述圖C1所示熱輸送裝置相同地,對於上述亞氧化氮氣體之流量調整或濃度調整則已加以進行,因此說明除此之外的動作。
圖C5所示熱輸送裝置中,首先,從上述高壓氣體容器5放出而斷熱膨脹之亞氧化氮氣體(N2O),則透過上述第1之供給線6,供給至散熱側熱交換部3。然後,於此亞氧化氮氣體通過吸熱側熱交換部3之內部之期間,冷卻上述熱導管渦輪機31之凝縮部36。即,於此吸熱側熱交換部3中,利用伴隨亞氧化氮之斷熱膨脹之冷卻熱,進行對於流動於上述凝縮部36中之作動流體L之冷卻。
接著,從吸熱側熱交換部3排出之亞氧化氮氣體則透過第2之供給線7,供給至分解反應部2。然後,於此亞氧化氮氣體通過分解反應部2之內部之期間,進行上述觸媒1所成之分解。
接著,在分解反應部2分解亞氧化氮氣體所得之亞氧化氮之分解氣體(N2,O2)則透過第3之供給線8,供給至散熱側熱交換部4。然後,於此分解氣體通過散熱側熱交
換部4之內部之期間,加熱上述熱導管渦輪機31之蒸發部35。即,於此散熱側熱交換部4中,利用亞氧化氮氣體之分解所產生之分解熱,進行對於上述蒸發部35中之作動流體L之加熱。然後,分解氣體係從排出線9加以排出。
此時,熱導管渦輪機31中,經由於導熱管33之蒸發部35與凝縮部36間產生產生溫度差,重覆在蒸發部35蒸發之作動流體L在於凝縮部36流動凝縮下,循環作動流體L。即,經由作動流體L之潛熱之吸收、放出,進行熱輸送。
然後,於此熱導管渦輪機31中,可使流動之作動流體L旋轉渦輪部38而得動力。更且,旋轉驅動與渦輪部38連結之發電機32,而可得到電力。
如以上所述,此圖C5所示熱輸送裝置中,利用伴隨上述亞氧化氮之斷熱膨脹之冷卻熱,和此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,可於上述熱導管渦輪機31之蒸發部35與凝縮部36間,產生大的溫度差。然後,經由利用如此亞氧化氮氣體之分解前與分解後之溫度差,可得大的輸出(動力及電力)。
然而,上述圖C5所示熱輸送裝置,係非必定限定於具備上述熱導管渦輪機31之構成,例如有關上述熱導管渦輪機31,例如可使用管式或芯式等之各種形式。又,有關上述導熱管33之流路構成,可使用單管型或迥圈型等之各種形式者。
以下,對於記載於「日本特開2002-153734號公報」之亞氧化氮分解用觸媒加以說明。
含於從工廠或燒毀設備排出之排氣中之亞氧化氮之濃度係10%以下,另一方面含於從手術室排出之剩餘麻醉氣體中之亞氧化氮之濃度係雖以剩餘麻醉氣體排除裝置,經由壓縮空氣多少被稀釋,還有70%以下,為非常高之濃度。本發明C之亞氧化氮之分解觸媒係可對應於從低濃度至高濃度之亞氧化氮之分解之觸媒。
又,本發明C之亞氧化氮之分解觸媒係可在較低溫下分解處理,於水分共存之情形下,難以受水分所造成之活性劣化,而且可將NOx之產生量抑制於容許濃度以下,對於以往之分解觸媒而言,可減低NOx之產生量至1/10~1/100以下。
本發明C之亞氧化氮之分解觸媒係可使用選自至少一種令鋁、鎂、銠之3種金屬為必須成分而含有之以下[1]~[3]之任一觸媒、[1]鋁、鎂及銠被載持於載體之觸媒、[2]鎂及銠被載持於氧化鋁載體之觸媒、[3]於經由鋁之至少一部分與鎂所形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,載持銠(Rh)之觸媒、及鋁及銠之2種金屬與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬為必須成分而含有之以下[4]~[6]之任一觸媒、[4]選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬、和鋁及銠被載持於載體之觸媒、
[5]選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬、和銠被載持於氧化鋁載體之觸媒、[6]於經由鋁之至少一部分、和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬、形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,載持銠之觸媒。
做為使用於[1]之觸媒之載體,可使用選自氧化鋁、矽石、氧化鋯、氧化鈰、氧化鈦及氧化錫所成群之載體、做為使用於[4]之觸媒之載體,可使用選自氧化鋁、氧化鋯、氧化鈰、氧化鈦及氧化錫所成群之載體。載體係可使用表面積各別為30~300m2/g程度者,對於形狀雖無特別限制,經由反應器或反應方法,各別選擇粒狀、粉末狀、蜂巢狀等之適切形狀。
[1]之觸媒中,載持於載體之鋁與鎂係在鋁對於鎂之原子比下,包含至少2以上者為佳。又,鎂係在金屬原子換算下,含觸媒整體之0.1~20.0質量%為佳。
又,鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物為佳,尖晶石型結晶性複合氧化物係例如經由燒成載持鋁和鎂之載體而生成。尖晶石構造係在具有XY2O4之化學式之氧化物所見到之構造,屬於立方晶者,Al和Mg係形成MgAl2O4之尖晶石構造者為眾所周知。本發明C之亞氧化氮之分解觸媒中,該理由雖不能確定,鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物者,可提升亞氧化氮之分解能的同時,可發揮減低NOx之產生量之效果。
[4]之觸媒中,載持於載體之選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬和鋁係、鋁對於選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬而言之原子比下,至少包含2以上者為佳。又選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬係以金屬原子換算,含觸媒整體之0.1~40.0質量%為佳。
又,鋁之至少一部分、與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物者為佳。尖晶石型結晶性複合氧化物係經由燒成載持鋁、和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載體而生成。鋁、和鋅、鐵、錳及鎳係眾所周知形成MAl2O4(M=Zn、Fe、Mn、Ni)之尖晶石構造。本發明C之亞氧化氮之分解觸媒中,該理由雖不能確定,鋁之至少一部分,雖與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物者,可提升亞氧化氮之分解能的同時,可發揮減低NOx之產生量之效果。
使用於[2]之觸媒之載體係氧化鋁,對於氧化鋁雖無特別限制,可使用表面積為50~300m2/g程度者。載持於氧化鋁之鎂係在鋁對於鎂之原子比下,包含至少2以上者為佳。又,鎂係在金屬原子換算下,含觸媒整體之0.1~20.0質量%為佳。又,鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物者為佳。
使用於[5]之觸媒之載體係氧化鋁,對於氧化鋁雖無特別限制,可使用表面積為50~300m2/g程度者。載持於氧
化鋁之選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬係鋁對於選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬而言之原子比下,至少包含2以上者為佳。選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬係以金屬原子換算,含觸媒整體之0.1~40.0質量%為佳。又,鋁之至少一部分、與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物者為佳。
[3]之觸媒係使用經由鋁之至少一部分與鎂,形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體。[3]之觸媒中,鋁與鎂之原子比係在鋁對於鎂之原子比下,包含至少2以上者為佳。又,鎂係在金屬原子換算下,含觸媒整體之0.1~20.0質量%為佳。
[6]之觸媒係使用經由鋁之至少一部分、與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬,形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體。[6]之觸媒之鋁與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之原子比係鋁對於選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬而言之原子比下,至少包含2以上者為佳。又選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬係以金屬原子換算,含觸媒整體之0.1~40.0質量%為佳。
含於本發明C之亞氧化氮之分解觸媒之銠,係使用[1]~[6]之任一觸媒時,在金屬原子換算下,有觸媒整體之0.05~10質量%為佳,更佳為0.1~6.0質量%。經由增加銠之載持量,雖可提升低溫之觸媒活性,載持10質量%
以上時,考量觸媒之成本時並不佳,而在0.05質量%以下時,無法得充分之亞氧化氮之分解活性。
接著,對於本發明C之亞氧化氮之分解觸媒之製造方法加以說明。
本發明C之亞氧化氮之分解觸媒係可使用各種之製造方法,例如可使用(1)含浸法、(2)共沈法、(3)混練法等。以下,將此3個製造方法為例,說明本發明C之亞氧化氮之分解觸媒之製造方法。
使用含浸法時,可製造前述[1]~[6]之觸媒。製造[1]之觸媒時,於選自氧化鋁、矽石、氧化鋯、氧化鈰、氧化鈦及氧化錫所成群之載體、首先含浸鋁及鎂之無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等)。製造[4]之觸媒時,於選自氧化鋁、矽石、氧化鋯、氧化鈰、氧化鈦及氧化錫所成群之載體、首先含浸選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等)。製造[2]之觸媒時,於氧化鋁之載體、首先含浸鎂之無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等)。製造[5]之觸媒時,於氧化鋁之載體、首先含浸選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等)。鋁鹽、鎂鹽及選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一
種之金屬鹽係較佳皆為使用硝酸鹽為佳。
製造[1]之觸媒時,就載持於鋁與鎂之載體之量而言,係在鋁對於鎂之原子比下,成為2以上地加以載持為佳,又,鎂之載持量成為觸媒整體之0.1~20.0質量%者為佳。製造[4]之觸媒時,就載持於鋁與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載體之量而言,鋁對於選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬而言之原子比下,成為2以上地加以載持為佳,又,選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載持量成為觸媒整體之0.1~40.0質量%者為佳。製造[2]之觸媒時,鎂對於鋁之原子比下,成為1/2以下地加以載持為佳,又,鎂之載持量成為觸媒整體之0.1~20.0質量%者為佳。又,製造[5]之觸媒時,選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬對於鋁之原子比下,成為1/2以下地加以載持為佳,又,選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載持量成為觸媒整體之0.1~40.0質量%者為佳。
於載體載持目的之金屬鹽後,經由乾燥載體,進行燒成處理,例如可得含有鋁及鎂,鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,將此載體做為[1]之觸媒之載體使用。又,同樣地,可得含有鋁和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬,鋁之至少一部分,與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,將此載體做為[4]之觸媒之載體使用。例如含浸[1]之觸媒之鋁鹽及鎂鹽後之乾燥溫度、
含浸[4]之觸媒之鋁鹽和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬鹽後之乾燥溫度雖未特別各別加以限制,較佳為80~150℃之溫度範圍,更佳為100~130℃之溫度範圍。又,乾燥環境未特別加以限制,可使用氮或空氣。又,乾燥時間雖亦無特別限制,使用含浸法時,通常為2~4小時程度即可。
含浸乾燥後之載體之燒成處理係可以400~900℃之溫度範圍進行,較佳為500~700℃。燒成溫度較400℃為低之時,結晶化不充分,在900℃以上時,會招致載體之比表面積之減少並不喜好。燒成時間雖未特別加以限定,以1~10小時程度為佳,較佳為2~4小時程度,階段性變化燒成溫度亦可。長時間之燒成係其效果會飽和之故,經濟上並不喜好,短時間之燒成時,其效果有過小之情形。又,燒成可使用燒成爐或馬弗爐進行,做為此時之流通氣體,使用氮或空氣之任一者皆可。
接著,於前述燒成所得載體,載持銠鹽。做為銠鹽,可使用無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等),以使用硝酸鹽為佳。載持銠鹽之工程係例如於製造鋁、鎂及銠之3種金屬為必須成分而含有之觸媒時,對於使用前述方法所得之鋁之至少一部分、與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體進行者為佳,但同時進行於載體含浸載持鋁與鎂之工程、或於氧化鋁載體含浸載持鎂之工程亦可。又,銠之載持量係成為觸媒整體之0.05~10質量%者為佳。
同樣地,載持銠鹽之工程係例如於製造鋁及銠之2種金屬、和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬為必須成分而含有之觸媒時,對於使用前述方法所得之鋁之至少一部分、與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體進行者為佳,但同時進行於載體含浸載持鋁與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之工程、或於氧化鋁載體含浸載持選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之工程亦可。又,銠之載持量係成為觸媒整體之0.05~10質量%者為佳。在此,預先使用鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體時,經由於此載體與前述同樣載持銠鹽,可製造[3]之觸媒。又,預先使用鋁之至少一部分,與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體時,經由於此載體載持銠鹽,可製造[6]之觸媒。
接著,將載持此銠之觸媒先驅體,與前述同樣之乾燥條件下加以乾燥,燒成乾燥之觸媒先驅體。此燒成溫度係200~500℃為佳,更佳為300~400℃。燒成所得之觸媒係可使用做為亞氧化氮分解觸媒,再進行還原處理為佳,經由還原處理,可得活性更高之含銠觸媒。還原處理係例如可經由(1)以聯胺還原後再乾燥,燒成之方法、或(2)經由氫還原之方法進行,而使用氫還原之方法為佳。使用氫還原之方法之時,還原溫度係200~500℃為佳,更佳為300~400℃。還原時間雖未特別加以限定,可以1~10小時
程度處理,較佳為2~4小時程度。又,不進行燒成處理,進行還原處理亦可,此時可得含活性高之銠的觸媒。做為不進行燒成處理進行還原處理製造觸媒之方法,以200~500℃之溫度進行氫還原之方法為佳。
使用共沈法時,可製造前述[3]及[6]之觸媒。做為使用共沈法,製造[3]之觸媒之方法,例如於含鋁與鎂之硝酸鹽的水溶液,滴下氨水中和沈澱,依需要熟成放置,濾過水洗、以洗淨水之電導度等確認充分之水洗。接著,與含浸法相同之條件下,乾涸10~12小時程度後,粉碎所得乾燥體,整飭粒度而成型。又,於氮或空氣環境下,以與含浸法同樣之條件下,經由燒成處理,得鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物者之載體。
就鋁與鎂之載體之量而言,係在鋁對於鎂之原子比下,成為2以上為佳,又,鎂係以金屬原子換算含觸媒整體之0.1~20.0質量%者為佳。於如此所得鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,雖載持有銠鹽,但就其方法、載持量及其後之處理方法可而言,與前述含浸法相同地進行。
又,做為使用共沈法,製造[6]之觸媒之方法,例如於含鋁之硝酸鹽、和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之硝酸鹽的水溶液,滴下氨水中和沈澱,依需要熟成放置,濾過水洗、以洗淨水之電導度等確認充分之水洗
。接著,與含浸法相同之條件下,乾涸10~12小時程度後,粉碎所得乾燥體,整飭粒度而成型。又,於氮或空氣環境下,以與含浸法同樣之條件下,經由燒成處理,得鋁之至少一部分,與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體。
做為鋁與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載體之量而言,鋁對於選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬而言之原子比下,成為2以上為佳,又,選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬係以金屬原子換算含觸媒整體之0.1~40.0質量%者為佳。於如此所得鋁之至少一部分,與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,雖載持有銠鹽,但就其方法、載持量及其後之處理方法可而言,與前述含浸法相同地進行。
使用混鍊法時,可製造前述[3]及[6]之觸媒。又,做為使用混鍊法,製造[3]之觸媒之方法,例如於氧化鋁及/或氫氧化鋁、和氧化鎂、氧化鎂、氫氧鎂及/或鎂鹽,例如依需要添加水,乾燥機械混合所得之混合物,更且與含浸法同樣之條件進行燒成處理,得前述尖晶石型結晶性複合氧化物。就鋁與鎂之載體之量而言,係在鋁對於鎂之原子比下,成為2以上為佳,又,鎂係以金屬原子換算含觸媒整體之0.1~20.0質量%者為佳。
於如此所得鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物之燒成體,雖載持有銠鹽,但就其方法、載持量及其後之處理方法可而言,可使用與前述含浸法相同地。又,銠鹽係將氧化鋁等機械混合時,預先添加亦可。
做為使用混鍊法,製造[6]之觸媒之方法,例如於氧化鋁及/或氫氧化鋁、和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之氧化物、氫氧化物及/或金屬鹽,例如依需要添加水,乾燥機械混合所得之混合物,更且與含浸法同樣之條件進行燒成處理,得前述尖晶石型結晶性複合氧化物。做為鋁與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載體之量而言,鋁對於選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬而言之原子比下,成為2以上為佳,又,選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬係以金屬原子換算含觸媒整體之0.1~40.0質量%者為佳。
於如此所得鋁之至少一部分,與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,雖載持有銠鹽,但就其方法、載持量及其後之處理方法可而言,可使用與前述含浸法相同之方法。又,銠鹽係將氧化鋁等機械混合時,預先添加亦可。
接著,對於使用本發明C之分解觸媒之亞氧化氮之分解方法加以說明。使用本發明C之分解觸媒進行亞氧化氮之分解反應時,可進行200~600℃之溫度範圍。較佳為300~500℃之溫度範圍,更佳為350~450℃之溫度範圍下,將本發明C之分解觸媒與亞氧化氮,以氣相加以接觸即
可。較200℃為低之時,亞氧化氮之分解不充分,或在600℃以上時,觸媒壽命會有減短之傾向並不喜好。做為觸媒床之方法,雖未特別加以限定,一般較佳為使用固定床。
又,使用以往之鈀之觸媒中,經由水分之影響,觸媒之活性會下降,即排除了水,也無法回復原來之活性,相較之下,本發明C之分解觸媒係具有在1~3%之水分共存下,活性雖會些許下降,但排除水分之後,會回復原來之活性之特徵。
接著,對於使用本發明C之分解觸媒可分解之氣體組成加以說明。含於從工廠或燒毀設備排出之排氣中之亞氧化氮之濃度係10%以下,經由使用本發明C之分解觸媒,分解含於排氣中之1ppm~10%之濃度之亞氧化氮。另一方面,從手術室經由剩餘麻醉氣體排除裝置所排出之亞氧化氮之濃度係有高達3~70%之高濃度之情形。又,分解含於麻醉氣體中之亞氧化氮之時,通常成為存在氧13~20%之反應,就分解觸媒而言是為嚴酷條件下之反應。因此,只要可除熱,充分控制溫度下,對於分解處理之亞氧化氮之濃度雖未特別加以限定,但亞氧化氮分解成氮與氧之反應為發熱反應之故,亞氧化氮之濃度為3~50%為佳,較佳為3~25%,更佳為3~10%。
每一單位觸媒之供給氣體量之空間速度(SV:Space Velocity)係在10hr-1~20000hr-1之範圍為佳,更佳為100hr-1~10000hr-1之範圍。
以下,對於記載於「日本特開2002-253967號公報」之亞氧化氮分解用觸媒加以說明。
本發明C之亞氧化氮之分解觸媒係可分解低濃度至高濃度之亞氧化氮之觸媒。含於從手術室排出之剩餘麻醉氣體中之亞氧化氮之濃度係雖經由壓縮空氣,多少被稀釋,但仍為70%以下,為非常高之濃度,使用本發明C之亞氧化氮之分解觸媒時可加以對應。
又,本發明C之亞氧化氮之分解觸媒係受到含於剩餘麻醉氣體中之揮發性麻醉劑所造成之劣化之時,可經由賦活再生,回復活性。而且可在較低溫下分解亞氧化氮,於水分共存之情形下,難以受到水分所造成之活性劣化,可將NOx之產生量抑制於容許濃度以下,對於以往之分解觸媒而言,可減低NOx之產生量至1/10~1/100以下。
本發明C之亞氧化氮之分解觸媒係令選自至少一種銠、釕及鈀之1種貴金屬為必須成分而含有者為特徵,使用以下[1]~[3]之任一觸媒、
(1)於選自矽石或矽石氧化鋁之載體,載持(a)選自銠、釕、鈀所成群之至少一種貴金屬所成觸媒。
(2)於矽石載體,載持(a)選自銠、釕、鈀所成群之至少一種貴金屬、(b)鋁、及(c)選自鋅、鐵及錳所成群之至少一種金屬所成觸媒。
(3)於矽石氧化鋁載體,載持(a)選自銠、釕、鈀所成群之至少一種貴金屬、(d)選自鎂、鋅、鐵及錳所成群之至少一種金屬所成觸媒。
使用於[1]之觸媒之載體係矽石或矽石氧化鋁,對於此等之載體雖無特別限制,可使用表面積為50~300m2/g程度者。對於形狀雖無特別限制,可經由反應器或反應方法,各別選擇粒狀、粉末狀、蜂巢狀等之適切形狀。
使用於[2]之觸媒之載體係矽石,雖無特別限制,可使用表面積為50~300m2/g程度者。對於形狀雖無特別限制,可經由反應器或反應方法,各別選擇粒狀、粉末狀、蜂巢狀等之適切形狀。
載持於矽石載體之成分中,選自鋅、鐵、及錳所成群(c)之至少一種之金屬係含觸媒整體之0.1~5.0質量%為佳,更佳為含0.2~1.0質量%。從群(c)所選擇之金屬即使含觸媒整體之5.0質量%以上,效果會有飽和之情形。
載持於矽石載體之鋁中,對於選自鋅、鐵、及錳所成群(c)之至少一種之金屬之原子比下,至少含有2以上者為佳。又,鋁之至少一部分,與從群(c)所選擇之至少一種金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物為佳,尖晶石型結晶性複合氧化物係例如可經由燒成載持鋁和選自鋅、鐵、及錳所成群之至少一種之金屬之載體而生成。
尖晶石構造係在具有XY2O4之化學式之氧化物所見到之構造,屬於立方晶者,Al和Zn、Fe、Mn係各別形成ZnAl2O4、FeAl2O4、MnAl2O4之尖晶石構造者為眾所周知。本發明C之亞氧化氮之分解觸媒中,該理由雖不能確定,經由鋁之至少一部分,與選自群(c)之至少一種之金屬之一部分或全部形成尖晶石型結晶性複合氧化物,可提升亞
氧化氮之分解能的同時,可發揮減低NOx之產生量之效果。
使用於[3]之觸媒之載體係矽石氧化鋁,雖無特別限制,可使用表面積為50~300m2/g程度者。載持於矽石氧化鋁載體之選自鎂、鋅、鐵及錳所成群(d)之至少一種之金屬係含觸媒整體之0.1~5.0質量%為佳,更佳為含0.2~1.0質量%。從群(d)所選擇之金屬即使含觸媒整體之5.0質量%以上,效果會有飽和之情形。
含於(3)之觸媒之氧化鋁係,對於選自鎂、鋅、鐵及錳所成群(d)之至少一種之金屬之原子比下,至少含有2以上者為佳。又,鋁之至少一部分、與從群(d)選擇之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物者為佳。尖晶石型結晶性複合氧化物係經由於矽石氧化鋁載體、和載持從群(d)選擇之至少一種之金屬,經由燒成載體而生成。
含於本發明C之亞氧化氮之分解觸媒之選自銠、釕及鈀所成群(a)之至少一種貴金屬,係在使用[1]~[3]之任一觸媒時,含有觸媒整體之0.05~10質量%為佳,更佳為含有0.1~6.0質量%。經由增加從群(a)選擇之至少一種之貴金屬之載持量,雖可提升低溫之觸媒活性,載持10質量%以上時,考量觸媒之成本時並不佳,而在0.05質量%以下時,會有無法得充分之亞氧化氮之分解活性之情形。
接著,對於本發明C之亞氧化氮分解觸媒之製造方法加以說明。
本發明C之亞氧化氮之分解觸媒係可使用各種之製造
方法,例如可使用(1)含浸法、(2)共沈法、(3)混練法等之方法。以下對於使用含浸法,製造前述(2)之觸媒之方法進行細說明,但本發明C當然非限定於此。
使用含浸法製造[2]之觸媒之方法係包含以下之3工程。
[1]於矽石載體,載持(b)鋁及(c)選自鋅、鐵及錳所成群之至少一種金屬之工程。
[2]將從工程[1]所得之載體,以400~900℃加以燒成之工程。
[3]於從工程[2]所得燒成載體,載持(a)選自銠、釕、鈀所成群之至少一種之貴金屬的工程。
工程[1]中,於矽石載體,含浸鋁之無機酸鹽、及選自鋅、鐵、錳及鎳所成群(c)之至少一種之金屬之無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等)。較佳為鋁鹽與從群(c)所選擇之至少一種之金屬鹽皆為使用硝酸鹽為佳。
就將鋁與從群(c)所選擇之至少一種之金屬載持於載體之量而言,係在鋁對於從群(c)所選擇之至少一種之金屬之原子比下,成為2以上地加以載持為佳,又,從群(c)所選擇之至少一種之金屬之載持量成為觸媒整體之0.1~5.0質量%者為佳。
進行工程[1]之後,較佳為乾燥載體,更且經由進行燒成工程[2],可得含有鋁與從群(c)所選擇之至少一種金屬,載持鋁之至少一部分,與選自鋅、鐵及錳所成群(c)之至
少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體。進行工程[1]後之乾燥溫度雖未特別加以限定,較佳為80~150℃之溫度範圍,更佳為100~130℃之溫度範圍。又,乾燥環境雖未特別加以限制,可使用空氣。又,乾燥時間雖亦無特別限制,使用含浸法時,通常為2~4小時程度即可。
燒成工程[2]係可在400~900℃之溫度範圍進行,較佳為500~700℃。燒成溫度較400℃為低之時,結晶化不充分,在900℃以上時,會有載體之比表面積之減少之傾向而不喜好。燒成時間雖未特別加以限定,以1~10小時程度為佳,較佳為2~4小時程度,階段性變化燒成溫度亦可。長時間之燒成係其效果會飽和之故,經濟上並不喜好,短時間之燒成時,其效果有過少之情形。又,燒成可使用燒成爐或馬弗爐進行,做為此時之流通氣體,使用氮或空氣之任一者皆可。
接著,進行於工程[2]所得鋁之至少一部分、與選自鋅、鐵及錳所成群之至少一種之金屬、形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,載持選自銠、釕及鈀所成群(a)之至少一種之貴金屬鹽之工程[3]。做為從群(a)選擇之至少一種貴金屬之鹽,可使用無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等),以使用無機酸鹽之硝酸鹽為佳。
工程[3]係對於鋁之至少一部分、與從群(c)選擇之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之工程[2]所
得之載體進行為佳,但與工程[1]同時進行亦可。此時,將工程[1]與工程[3]同時進行之後,進行工程[2],鋁之至少一部分、與從群(c)選擇之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物者佳。不論是何種情形下,選自銠、釕及鈀所成群(a)之至少一種之貴金屬之載持量係成為觸媒整體之0.05~10質量%者為佳。
接著,將進行工程[3]之觸媒先驅體,與前述同樣之乾燥條件下加以乾燥。乾燥之觸媒先驅體係進行還原處理為佳,經由進行還原處理,可得活性高、含有從群(a)選擇之至少一種之貴金屬之觸媒。還原處理係例如可經由(1)以聯胺還原後再乾燥,燒成之方法、或(2)經由氫還原之方法進行,而使用氫還原之方法為佳。使用氫還原之方法之時,還原溫度係200~500℃為佳,更佳為300~400℃。還原時間雖未特別加以限定,可以1~10小時程度處理,較佳為2~4小時程度。又,前述之乾燥之觸媒先驅體係不進行(1)或(2)之還原處理,在氮或空氣中進行燒成亦可。做為此時燒成溫度係200~500℃為佳,更佳為300~400℃。
接著,對於使用亞氧化氮分解觸媒之亞氧化氮之分解方法加以說明。
本發明C之亞氧化氮之分解方法係有以下4個方法。本發明C之亞氧化氮之分解方法(1)係將含有亞氧化氮之氣體,與前述觸媒,在200~600℃下接觸為特徵者。又,本發明C之亞氧化氮之分解方法(2)係於矽石或矽石氧化鋁所成載體,載持選自銠、釕及鈀所成群之至少一種之貴
金屬而成之觸媒,令含亞氧化氮之氣體與該觸媒在200~600℃下接觸,在分解過程下發現觸媒活性下降之時點,停止含亞氧化氮之氣體之供給,加熱至500℃~900℃,賦活再生觸媒之後,再進行含亞氧化氮之氣體之供給為特徵者。
又,本發明C之亞氧化氮之分解方法(3)係觸媒為、載體為矽石,於載體,載持(a)選自銠、釕及鈀所成群之至少一種之貴金屬、(b)鋁、及(c)選自鋅、鐵及錳所成群之至少一種之金屬而成之觸媒,令含亞氧化氮之氣體與該觸媒在200~600℃下接觸,在分解過程下發現觸媒活性下降之時點,停止含亞氧化氮之氣體之供給,加熱至500℃~900℃,賦活再生觸媒之後,再進行含亞氧化氮之氣體之供給為特徵者。
又,本發明C之亞氧化氮之分解方法(4)係觸媒為、載體為矽石氧化鋁,於該載體,載持(a)選自銠、釕及鈀所成群之至少一種之貴金屬、及(d)選自鎂、鋅、鐵及錳所成群之至少一種之金屬而成之觸媒,令含亞氧化氮之氣體與該觸媒在200~600℃下接觸,在分解過程下發現觸媒活性下降之時點,停止含亞氧化氮之氣體之供給,加熱至500℃~900℃,賦活再生觸媒之後,再進行含亞氧化氮之氣體之供給為特徵者。
本發明C之亞氧化氮之分解方法係令含有亞氧化氮之氣體與分解觸媒之接觸溫度為200~600℃,較佳為300~500℃,期望為350℃~450℃。接觸溫度較200℃為低之時
,亞氧化氮有分解不充分之情形,或在600℃以上時,觸媒壽命會有減短之傾向。又,做為觸媒床之方式,雖未特別加以限制,可採用固定床。
做為含有亞氧化氮之氣體組成,含於從工廠或燒毀設備排出之排氣中之亞氧化氮之濃度通常係在1000ppm以下,但經由手術室之剩餘麻醉氣體排除裝置排出之亞氧化氮之濃度約為8~50%,濃度非常高。又,剩餘麻醉氣體中,通常存在13~20%之氧之故,就分解觸媒而言,是為嚴酷之條件。只要可除熱,或可控制溫度下,對於與分解處理接觸之亞氧化氮濃度雖未特別加以限定,但亞氧化氮分解成氮與氧之反應為發熱反應之故,亞氧化氮之濃度為50%以下為佳,較佳為25%以下,更佳為5%程度。每一單位觸媒之供給氣體量之空間速度(Space Velocity)係在10hr-1~20000hr-1之範圍為佳,更佳為100hr-1~10000hr-1之範圍。
又,含有亞氧化氮之氣體係雖含有揮發性麻醉劑,但本發明C之亞氧化氮分解觸媒難以受到揮發性麻醉劑之毒害,而且即使受到揮發性麻醉劑之毒害而使觸媒活性下降之時,經由使用本發明C之分解方法,回復觸媒活性,在長時間下進行亞氧化氮之分解。因此,當亞氧化氮分解觸媒之活性下降被認定之時,暫時停止含亞氧化氮之氣體之供給,進行燒成處理賦活再生觸媒之後,再進行含亞氧化氮之氣體之供給。
賦活再生觸媒之燒成處理係可在500~900℃之溫度進
行,較佳為600~800℃,更佳為650℃~750℃下燒成處理活性下降之分解觸媒即可。進行燒成處理期間,可將氦或氮待之非活性氣體或空氣,流通於觸媒層,於非活性氣體含有氧亦可。使用空氣之時,簡便為之故較佳。就燒成處時間而言,係為10分~12小時,較佳為20分~6小時,更佳期望為30分~2小時程度。前述載持選自銠、釕及鈀所成群(a)之至少一種之貴金屬之觸媒中,難以受到揮發性麻醉劑之毒害,而且觸媒之活性易於回復者為含釕之觸媒,依以下銠、鈀之順序有活性下降之傾向。因此,做為從群(a)選擇之貴金屬成分,期望至少使用釕。然而,進行燒成處理後,進行氫所成之還原處理亦可。
使用於本發明C之分解方法(3)之觸媒係載持於矽石載體之成分中,令選自鋅、鐵、及錳所成群(c)之至少一種之金屬係含觸媒整體之0.1~5.0質量%為佳,更佳期望為含0.2~1.0質量%。從群(c)所選擇之金屬即使含觸媒整體之5.0質量%以上,效果會有飽和之情形。
載持於矽石載體之鋁中,對於選自鋅、鐵、及錳所成群(c)之至少一種之金屬之原子比下,至少含有2以上者為佳。又,鋁之至少一部分,與從群(c)所選擇之至少一種金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物為佳,尖晶石型結晶性複合氧化物係例如可經由燒成載持鋁和選自鋅、鐵、及錳所成群之至少一種之金屬之載體而生成。
使用於本發明之分解方法(4)之觸媒令載持於矽石氧化鋁載體之選自鎂、鋅、鐵、及錳所成群(d)之至少一種之金
屬係含觸媒整體之0.1~5.0質量%為佳,更佳期望為含0.2~1.0質量%。從群(d)所選擇之金屬即使含觸媒整體之5.0質量%以上,效果會有飽和之情形。
又鋁係,對於選自鎂、鋅、鐵及錳所成群(d)之至少一種之金屬之原子比下,至少含有2以上者為佳。又,鋁之至少一部分、與從群(d)選擇之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物者為佳。尖晶石型結晶性複合氧化物係經由於矽石氧化鋁載體、和載持從群(d)選擇之至少一種之金屬,經由燒成載體而生成。
含於本發明C之亞氧化氮之分解方法中所使用之觸媒之選自銠、釕及鈀所成群(a)之至少一種貴金屬,係在使用[1]~[4]之任一分解方法時,含有觸媒整體之0.05~10質量%為佳,更佳為含有0.1~6.0質量%。經由增加從群(a)選擇之至少一種之貴金屬之載持量,雖可提升低溫之觸媒活性,載持10質量%以上時,考量觸媒之成本時並不佳,而在0.05質量%以下時,會有無法得充分之亞氧化氮之分解活性之情形。
以下,經由實施例C,可更明確本發明C之效果。然而,本發明C係非限定於以下之實施例C,只要不超出該要點之範圍,可適切改變實施。
本實施例C中,將填充2.12g(4ml)氧化氮分解用觸媒(於昭和電工(股份有限公司)製、氧化鋁載體(日揮UNIVERSAL(
股份有限公司)製,載持銠5%及鋅1%者,粒狀、平均粒徑:3.2mm)之分解反應器(鎳製反應管、1/2英吋口徑、觸媒層高57mm),以加熱器(陶瓷電氣管狀爐、100V、500W)加熱至約350℃,於此分解反應器,邊將濃度100%之亞氧化氮(N2O)氣體,經由下吹供給,邊進行亞氧化氮氣體之分解。
又,將亞氧化氮氣體供給至分解反應器時,經由流量調整閥,在20~2422cc/min之範圍,進行流量調整。然後,此時測定供給至分解反應器之亞氧化氮氣體之線速度(LV:Linear Velocity)[m/min]和空間速度SV:Space Velocity)[hr-1]同時,將分解亞氧化氮氣體後之反應容器內之發熱溫度(觸媒之溫度)之最大值max[℃],以溫度測定器加以測定。又,測定分解亞氧化氮氣體後之NOx之產生量[ppm],求得該亞氧化氮氣體之分解率[%]。將整理該測定結果者示於表1。又,從表1之測定結果得知,將亞氧化氮氣體之線速度(LV)與反應容器內之發熱溫度及亞氧化氮氣體之分解率之關係整理之圖表,示於圖C6。
如表1及圖C6所示,經由進行供給至上述分解反應器之亞氧化氮氣體之流量調整,即使濃度100%之亞氧化氮氣體,可以高分解率(99%以上)分解亞氧化氮氣體。
又,上述表1中所示LV=12.75m/min、SV=17190hr-1之條件下,停止加熱器所進行之加熱,測定該1小時(hr)後之反應容器內之發熱溫度及亞氧化氮氣體之分解率。
結果,加熱器之停止後,經由亞氧化氮氣體之分解所產生之分解熱,邊維持反應容器內之發熱溫度,邊以與加熱時同等級之分解率(98.7%),持續亞氧化氮氣體之分解。為此,從加熱器停止後經過約1小時(hr),停止亞氧化氮氣體之供給,強制終止亞氧化氮氣體之分解。由此,可經由亞氧化氮氣體之分解所產生之分解熱,對於之後供給之亞氧化氮氣體之分解,不進行加熱器所進行之加熱,持續加以進行。
以下,對於適用本發明D之熱輸送置及熱輸送方法,
參照圖面加以詳細說明。
適用本發明D之熱輸送裝置及熱輸送方法係利用將亞氧化氮(N2O、亦稱為一氧化氮)之分解所產生之能量,可做為對於地球環境優異之能量之亞氧化氮之利用。
亞氧化氮係在常溫、大氣壓下為安定之氣體者。另一方面,該溫度到達約500℃以上時,會邊發熱進行自我分解(熱分解)。如此亞氧化氮之分解係伴隨發熱者(發熱反應)。然後,經由此分解伴隨之溫度上昇(分解熱),高溫化之亞氧化氮之分解氣體係可達約1600℃之故,亞氧化氮係可稱為內藏高能量之物質。
又,亞氧化氮係使用觸媒分解時,該分解開始溫度可拉低至例如350~400℃程度。然後,亞氧化氮之分解後係可經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,持續進行之後供給之亞氧化氮之分解。又,使用觸媒分解之亞氧化氮係邊發熱下,成為氮(N2)與氧(O2)混合氣體(分解氣體)。
本發明人等係根據此見解,利用亞氧化氮之分解所產生之分解熱,發現做為上述對於地球環境優異之能量之亞氧化氮之利用,更經重覆精心研究之結果,以完成本發明D。
以下,做為本發明D之實施形態,對於使用圖D1及圖D2所示熱輸送裝置及使用此之熱輸送方法加以說明。
圖D1係顯示具備適用本發明D之分解氣體鍋鑪1之熱輸送裝置之構成之概略系統圖。此熱輸送裝置係利用經由亞氧化氮(N2O)之分解所產生之分解熱而得電力者。
具體而言,此圖D1所示熱輸送裝置係概略具備經由從亞氧化氮之分解所產生之分解氣體(N2、O2)之熱回收,產生蒸氣之分解氣體鍋鑪1、和經由分解氣體鍋鑪1所產生之蒸氣,旋轉驅動之蒸氣渦輪機2、和經由蒸氣渦輪機2之驅動,進行熱輸送之壓縮式之熱泵80、和冷卻來自蒸氣渦輪機2之蒸氣成為冷凝水之冷凝器4、和將來自冷凝器4之冷凝水,供水至分解氣體鍋鑪1之供水泵5。
又,適用本發明D之分解氣體鍋鑪1係具備分解亞氧化氮之分解反應部6、和經由與亞氧化氮之分解所得之分解氣體之熱交換,產生蒸氣之蒸氣產生部7。
另一方面,圖D2顯示具備適用本發明D之分解氣體渦輪機11之熱輸送裝置之構成之概略系統圖。此熱輸送裝置係利用經由亞氧化氮(N2O)之分解所產生之分解氣體(N2、O2)而進行熱輸送者。
具體而言,此圖D2所示熱輸送裝置係概略具備經由亞氧化氮之分解所產生之分解氣體,旋轉驅動之分解氣體渦輪機11、和經由分解氣體渦輪機11之驅動而進行熱輸送之壓縮式之熱泵80。
又,適用本發明D之分解氣體鍋鑪11係具備分解亞氧化氮之分解反應部13、和將亞氧化氮之分解所得之分解氣體,從噴嘴(靜翼)吹至渦輪翼(動翼),由此旋轉渦輪軸而得動力之渦輪部14。
此等圖D1及圖D2所示分解氣體鍋鑪1及分解氣體渦輪機11係做為本發明D之特徵部分,具備分解上述亞
氧化氮之分解反應部6、13。即,此等之分解反應部6、13係置換具備利用燃燒以往之石化燃料等時之燃燒熱,產生蒸氣之燃燒氣體鍋鑪,或利用燃燒以往之石化燃料等時之燃燒熱,旋轉驅動之燃燒氣體渦輪機之燃燒器(燃燒反應部)者。
具體而言,本發明D之特徵部分係具備例如圖D3所示,配置分解亞氧化氮之亞氧化氮分解用觸媒(以單以觸媒稱之)21之分解反應器(對應於上述分解反應部6、13)22、和於分解反應器22,供給含亞氧化氮(N2O)之燃料氣體之燃料氣體供給線(燃料氣體供給手段)23、和供給氮氣(N2)至分解反應器22之氮氣供給線(氮氣供給手段)24和調整供於分解反應器22之燃料氣體之流量之流量調整部(流量調整手段)25、和測定觸媒21之溫度之溫度測定器(溫度測定手段)26、和進行各部之控制之控制部(控制手段)27。
分解反應器22係具備於該內側收納觸媒21之本體部(分解反應室)22a,具有設置於此本體部22a之一端側導入燃料氣體之氣體導入口22b、和於此本體部22a之另一端側排出分解氣體之氣體排出口22c的構造。
然而,對於分解反應器22之材質,使用耐熱性及耐氧化性優異者為佳,尤其,對於經由分解氣體曝露於高溫高壓之氣體排出口22c側之構件等,使用充分可承受高溫高壓下之熱疲勞或氧化等者為佳。做為如此之材料,例如可列舉不鏽鋼或鎳基合金、鈷基合金等。又,可將陶瓷或
碳化矽(SiC)等做為遮熱材使用。更且,使用此等之複合材料亦可。又,分解反應器22係具備經由水冷或空冷等,強制冷卻之機構者亦可。
就觸媒21而言,使用可在廣溫度域下(尤其低溫域),有效率分解亞氧化氮,且可承受高溫下之熱疲勞或氧化等者為佳。做為如此亞氧化氮之分解效率高,耐熱性及耐氧化性優異之觸媒,例如可使用後述「日本特開2002-153734號公報」或「日本特開2002-253967號公報」揭示者等。
具體而言,可使用以下[1]~[6]所示之任一之觸媒。
[1]鋁(Al)、鎂(Mg)及銠(Rh)被載持於載體之觸媒。
[2]鎂(Mg)及銠(Rh)被載持於氧化鋁(Al2O3)載體之觸媒。
[3]於經由鋁(Al)之至少一部分與鎂(Mg)所形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,載持銠(Rh)之觸媒。
[4]選自鋅(Zn)、鐵(Fe)、錳(Mn)及鎳(Ni)所成群之至少一種之金屬、鋁(Al)及銠(Rh)被載持於載體之觸媒。
[5]選自鋅(Zn)、鐵(Fe)、錳(Mn)及鎳(Ni)所成群之至少一種之金屬、及銠(Rh)被載持於氧化鋁(Al2O3)載體之觸媒。
[6]於經由鋁(Al)之至少一部分、和選自鋅(Zn)、鐵(Fe)、錳(Mn)及鎳(Ni)所成群之至少一種之金屬、形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,載持銠(Rh)之觸媒。
又,本發明D中,可適切使用於選自矽石(SiO2)、矽石氧化鋁(SiO2-Al2O3)之載體,載持選自銠(Rh)、釕(Ru)、鈀(Pd)所成群之至少一種貴金屬所成觸媒等。經由使用如此觸媒21,可令亞氧化氮以接近100%之分解效率,分解
成氮與氧。尤其,於使用矽石(SiO2)或矽石氧化鋁(SiO2-Al2O3)所成載體,載持銠(Rh)之觸媒之時,幾乎無一氧化氮(NO)或二氧化氮(NO2)等之NOx氣體之產生,亞氧化氮幾乎完全分解成氮與氧。
更且,於觸媒21可例示有將氧化鋁在封固底基之堇青石及金屬蜂巢體或多孔質陶瓷之載體,將對於氮氧化物之分解有效之銠,以質量分率2~3%加以含浸者,或於氧化鋁或碳化矽之陶瓷製蜂巢構造體,形成氧化鋁之載體層,於此載體層載持對於氮氧化物之分解有效之銠等,但必不一定限定於此。
又,做為其他之觸媒21,例如可使用用於分解除去己二酸之製造工程或硝酸之製造工程等排出之排氣中之亞氧化氮時之觸媒等。做為如此之觸媒,例如可列舉在於以MAl2O3(M係Pd、Cu,Cu/Mg,Cu/Zn,Cu/Zn/Mg之任一者)所表示,將M以10~30質量%之比例含有之氧化鋁載體,將貴金屬以0.1~2質量%之比例載持者。
對於觸媒21之形狀,未特別加以限定,例如使用粉末狀、顆粒狀、錠粒狀、蜂巢狀、多孔質狀、粉碎狀、網目狀、板狀、薄片狀等之任一形狀中適切選擇最佳形狀及尺寸者即可。
又,對於觸媒21之本體部22a之填充方法,或配合觸媒21之本體部22a之形狀等,亦可配合具備上述分解氣體鍋鑪1及分解氣體渦輪機11之分解反應部6、13之設計,任意地加以實施。
分解反應器22係配合觸媒21之歷時性之劣化,成為可交換觸媒21(依情形可連同本體部22a交換)之構成亦可。又,從性能下降之觸媒21抽出精製貴金屬成分後,可將此回收之貴金屬載持於載體者做為再生觸媒使用。
於分解反應器22中,設置加熱上述觸媒21之加熱器(預熱手段)28。此加熱器28係為了在開始亞氧化氮之分解前,即在分解反應器22供給燃料氣體之前,將觸媒21加熱(預熱)至亞氧化氮分解可能溫度(分解開始溫度)者。
例如,圖D3所示加熱器28係以在於本體部22a之內側,接觸於觸媒21之周圍之狀態加以配置。又,加熱器28係介著電力供給線29,與電源(未圖示)連接,可經由來自此電源之電力供給而發熱。又,做為加熱器28,可使用阻抗加熱方式或感應加熱方式等。
然而,有關觸媒21之加熱方式,不限於經由配置於如此本體部22a之內側之加熱器28,加熱觸媒21之方法,亦可使用經由配置於本體部22a之外側之加熱器28,加熱觸媒21之方法。此時,經由加熱器28加熱本體部22a,藉由從此本體部22a之輻射或熱傳導等,可加熱觸媒21。
又,做為觸媒21之加熱方法,亦可使用藉由在於觸媒21直接供給電力,加熱該觸媒21之方法。除此之外,對於觸媒21之加熱方法,未特別加以限定,可從加熱觸媒21之方法中適切選擇使用。
燃料氣體供給線23係該一端側介著流量調整部25,
連接於分解反應器22之入口側(氣體導入口22b)之配管(流路),於該另一端側,則介著燃料氣體開關閥30,連接燃料氣體供給源31。
燃料氣體開關閥30係為了開閉燃料氣體供給線23,進行從燃料氣體供給源31之燃料氣體之供給/切斷(開閉手段)者。又,於燃料氣體開關閥30中,不僅開閉燃料氣體供給線23,可使用可調整該開啟程度(包含壓力等)者。
更且,於燃料氣體開關閥30中,可使用可控制該流量之附有流量調整之控制閥(流量調整閥)。然後,此燃料氣體開關閥30係與控制部27電性連接,經由此控制部27,可驅動控制燃料氣體開關閥30。
然而,對於此燃料氣體開關閥30,不限於使用上述附有流量調整之控制閥(流量調整閥)之構成,開閉燃料氣體供給線23之閥(開閉閥)之外,可為設置調整流動於燃料氣體供給線23內之燃料氣體之流量之調整器(流量調整器)等之構成。
燃料氣體供給源31係為供給含亞氧化氮之燃料氣體,具有燃料氣體暫時貯存之燃料氣體貯存部,於此燃料氣體貯存部,配置填充亞氧化氮之高壓氣體容器(例如鋼瓶、容器槽、鋼瓶集合體等)31a。然後,於此燃料氣體供給源31,經由開放燃料氣體開關閥30,可從高壓氣體容器31a至燃料氣體供給線23供給含亞氧化氮之燃料氣體。
氮氣供給線24係該一端側則連接於較燃料氣體供給線23之流量調整部25之上游側之配管(流路),於該另一
端側,則介著氮氣開關閥32,連接氮氣供給源33。又,氮氣供給線24係具有經由於燃料氣體供給線23導入氮氣,做為調整含於燃料氣體中之亞氧化氮之濃度的濃度調整手段之功能。
氮氣開關閥32係為了開閉氮氣供給線24,進行從氮氣供給源33之氮氣之供給/切斷(開閉手段)者。又,於氮氣開關閥32中,不僅開閉氮氣供給線24,可使用可調整該開啟程度(包含壓力等)者。
更且,於氮氣開關閥32中,為調整供予燃料氣體供給線23之氮氣之供給量,使用可控制該流量之附有流量調整之控制閥(流量調整閥)為佳。然後,此氮氣開關閥32係與控制部27電性連接,經由此控制部27,可驅動控制氮氣開關閥32。
然而,對於此氮氣開關閥32,不限於使用上述附有流量調整之控制閥(流量調整閥)之構成,開閉氮氣供給線24之閥(開閉閥)之外,可為設置調整流動於氮氣供給線24內之氮氣之流量之調整器(流量調整器)等之構成。
氮氣供給源33係具有氮氣暫時貯存之氮氣貯存部,於此氮氣貯存部,配置填充氮之高壓氣體容器(例如鋼瓶、容器槽、鋼瓶集合體等)33a。然後,於此氮氣供給源33,經由開放氮氣開關閥32,可從高壓氣體容器33a至燃料氮氣供給線24供給氮氣。
流量調整部25係可調整從燃料氣體供給線23導入至分解反應器22之燃料氣體之流量(導入量)即可,可使用調
整器(流量調整器)或附有流量調整之控制閥(流量調整閥)等。然後,此流量調整部25係與控制部27電性連接,經由此控制部27,可驅動控制流量調整部25。
然而,流量調整部25中,設置計測流動於此流量調整部25內之燃料氣體之流量的流量計(流量計測手段),或使用如此附有流量計之調整器或控制閥等,可精度優異地進行導入分解反應器22之燃料氣體之流量調整。
溫度測定器26係將上述觸媒21之溫度,直接或間接測定者,與控制部27電性連接,對此控制部27輸出測定結果(測定資料)。
例如,圖D3所示溫度測定器26係安裝於分解反應器22之本體部22a,接觸於觸媒21,可測定此觸媒21之下游側之溫度。
使用觸媒21之亞氧化氮之分解中,令此觸媒21中通過亞氧化氮之期間,分解亞氧化氮之故,一般而言觸媒21之上游側(氣體導入口22b)之溫度較下游側(氣體排出口22c)之溫度者為高。因此,經由分解氣體,曝露於高溫高壓之觸媒21或氣體排出口22c側之構件等之劣化(例如熱疲勞或氧化等),尤其亞氧化氮係於分解氣體中含氧之緣故,在防止與此氧之反應(氧化)下,測定上述觸媒21之下游側(氣體排出口22c)之溫度之為佳。
另一方面,溫度測定器26係不限於上述圖D3所示構成,成為測定觸媒21之上遊(氣體導入口22b)側之溫度之構成亦可。此係開始亞氧化氮之分解前,經由上述加熱器
28加熱之觸媒21,檢出是否加熱至上述分解開始溫度之觀點下,為較佳者。然後,根據此溫度測定器26所成測定結果,觸媒21加熱至上述分解開始溫度時,停止上述加熱器28所進行之加熱即可。由此,可效率佳地進行上述加熱器28所進行之加熱。
然而,對於測定觸媒21之溫度之處所,非一定限定於上述處所,例如為測定觸媒21之平均溫度,測定觸媒21之中央部分之溫度,或將此等複數處所之溫度各別加以測定亦可。
又,溫度測定器26係非限定於直接測定觸媒21之溫度者,例如經由測定收納觸媒21之本體部22a之溫度,間接性測定觸媒21之溫度亦可。
又,溫度測定器26係非限定於直接測定觸媒21之溫度者,成為直接或間接測定從上述分解反應器22之氣體排出口22c所排出之分解氣體之溫度之構成亦可。更且,成為測定此等觸媒21與分解氣體之兩者之溫度的構成亦可。
然而,對於溫度測定器26,例如可採用使用熱電偶之溫度計、或放射溫度計等之非接觸式之溫度計、資料記錄器等,但非一定限定於此,除此之外,可從可測定觸媒21或分解氣體之溫度者中適切選擇使用。
控制部27係由電腦(CPU)等所成,根據來自溫度測定器26之測定結果(測定資料),隨著記錄於內部之控制程式,進行對於上述流量調整部25或燃料氣體開關閥30、氮
氣開關閥32之控制等。
具體而言,於上述分解反應器22中,為持續進行使用上述觸媒21之亞氧化氮之分解,控制分解氣體之溫度則變得重要。
即,分解氣體之溫度過高時,如上所述,會經由分解氣體招致高溫高壓曝露之觸媒21或氣體排出口22c側之構件等之劣化(例如熱疲勞或氧化等)。另一方面,分解氣體之溫度過低時,有可能難以持續亞氧化氮之自我分解。又,亞氧化氮不分解時,會由分解反應器22之氣體排出口22c排出,依情形而定,會產生上述NOx氣體。此等氣體會成為上述地球暖化或大氣污染之原因。
因此,控制部27係不使產生如此之問題,於上述分解反應器22中,在持續使用觸媒21之亞氧化氮之分解之範圍下,進行分解氣體之溫度控制者為佳。
在此,做為控制分解氣體之溫度之方法,可列舉(1)調整供給至分解反應器22之燃料氣體之流量的方法、和(2)調整含於燃料氣體中之亞氧化氮之濃度的方法。
其中,使用上述(1)之方法中,根據來自上述溫度測定器26之測定結果,上述控制部27則控制流量調整部25,進行從燃料氣體供給線23供予分解反應器22之燃料氣體之流量調整。
具體而言,要提升分解氣體之溫度時,進行相對提升控制從燃料氣體供給線23供予分解反應器22之燃料氣體之流量。由此,增加導入分解反應器22之燃料氣體之導
入量,經由此分解反應器22所分解之亞氧化氮之分解量(分解熱)之增加,可相對提升分解氣體之溫度。
另一方面,要下降分解氣體之溫度時,進行相對下降控制供予分解反應器22之燃料氣體之流量。由此,減少導入分解反應器22之燃料氣體之導入量,經由此分解反應器22所分解之亞氧化氮之分解量(分解熱)之減少,可相對降低分解氣體之溫度。
如以上所述,於上述圖D3所示本發明D之特徵部分中,經由上述控制部27,可邊控制分解氣體之溫度,邊於上述分解反應器22中,為持續進行使用觸媒21之亞氧化氮之分解。
另一方面,使用上述(2)之方法中,根據來自上述溫度測定器26之測定結果,上述控制部27則控制上述氮氣開關閥32,進行從氮氣供給線24供予燃料氣體供給線23之氮氣之流量調整。
具體而言,要提升分解氣體之溫度時,進行相對上昇控制含於燃料氣體中之亞氧化氮之濃度。即,相對下降從氮氣供給線24供予燃料氣體供給線23之氮氣之流量,或進行控制停止從氮氣供給線24供予燃料氣體供給線23之氮氣之供給。由此,停止或減少該添加對於流動於燃料氣體供給線23內之燃料氣體之氮氣的添加量,可相對提高含於此燃料氣體中之亞氧化氮之濃度。然後,伴隨於此,經由增加分解反應器22所分解之亞氧化氮之分解量(分解熱),可相對提升分解氣體之溫度。
另一方面,要下降分解氣體之溫度時,進行相對下降控制含於燃料氣體中之亞氧化氮之濃度。即,相對提升從氮氣供給線24供予燃料氣體供給線23之氮氣之流量,或進行控制開始從氮氣供給線24供予燃料氣體供給線23之氮氣之供給。由此,停止或增加該添加對於流動於燃料氣體供給線23內之燃料氣體之氮氣的添加量,使含於此燃料氣體中之亞氧化氮以氮氣稀釋,可使亞氧化氮之濃度相對降低。然後,伴隨於此,經由減少分解反應器22所分解之亞氧化氮之分解量(分解熱),可相對下降分解氣體之溫度。
然而,使用上述(2)之方法中,除了上述氮氣之外,經由例如將氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氙(Xe)、氪(Kr)等之非活性氣體,或空氣(含乾燥空氣)等添加於燃料氣體中,可調整含於此燃料氣體中之亞氧化氮之濃度。
如以上所述,於上述圖D3所示本發明D之特徵部分中,可邊控制分解氣體之溫度,邊於上述分解反應器22中,持續進行使用觸媒21之亞氧化氮之分解。
然而,於上述圖D3所示本發明D之特徵部分中,可組合使用上述(1)、(2)之方法,進行控制上述分解氣體之溫度控制。然後,使用此等上述(1)、(2)之方法中,可將上述分解氣體之溫度控制,以簡易之構成,且安定加以進行。另一方面,本發明D中,非一定限定於使用上述(1)、(2)之方法,使用除此之外之方法,進行分解氣體之溫度控制亦可。
又,本發明D中,設置計測上述分解氣體中之NOx濃度之NOx計(NOx計測手段)亦可。此時,經由計測含於上述分解氣體中之未分解之亞氧化氮(N2O)或一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)等之NOx氣體之濃度,可精度優異地進行上述分解氣體之溫度控制。
更且,本發明D中,可設置除去含於分解氣體中之NOx之手段(NOx除去手段)亦可。做為NOx除去手段,例如可使用於含NOx之分解氣體中,添加氨(NH3),經由脫硝用觸媒,選擇性反應(還原)氨與NOx,分解成水(H2O)與氮(N2)之脫硝裝置等。然而,對於脫硝用觸媒,從以往公知者中,選擇最適切者加以使用即可。又,做為NOx除去手段,使用可將含於分解氣體中之NOx直接分解之NOx分解用觸媒亦可。
又,於上述分解反應器22中,停止使用上述觸媒21之亞氧化氮之分解之時,停止對上述分解反應器22之燃料氣體之供給後,於上述分解反應器22供給氮氣者為佳。
此係停止對上述分解反應器22之燃料氣體之供給後,於觸媒21內滯留有分解氣體,而經由含於此分解氣體之氧,有劣化觸媒21之疑慮之緣故。
此時,控制部27係經由進行閉塞控制上述燃料氣體開關閥30,停止對上述分解反應器22之燃料氣體之供給,僅從上述氮氣供給線24供予之氮氣導入至上述分解反應器22。
由此,導入上述分解反應器22之氮氣則可擠出滯留於觸媒21內之分解氣體,除去滯留於此觸媒21內之分解氣體。然後,控制部27係於上述分解反應器22,在一定時間下,即在除去滯留於觸媒21內之分解氣體所需充分時間,導入氮氣後,進行閉塞控制上述氮氣開關閥32,停止對上述分解反應器22之氮氣之供給。
由此,可防止觸媒21之氧所造成之劣化,延長此觸媒21之壽命。又,可減少交換上述觸媒21之頻繁度(延長交換周期)。更且,使用此方法之時,可容易暫時停止亞氧化氮之分解後,再進行亞氧化氮之分解。
然而,停止上述亞氧化氮之分解時,除了上述氮氣之外,例如可將He、Ne、Xe、Ar、Kr等之非活性氣體,或空氣(含乾燥空氣),導入分解反應器22。
在此,參照圖D4所示流程圖,對於本發明D之特徵部分之具體動作(控制方法)之一例加以說明。
於本發明D之特徵部分中,首先,於步驟S101中,開始亞氧化氮之分解前,驅動加熱器28,加熱(預熱)觸媒21。
接著,於步驟S102中,根據溫度測定器26所測定之觸媒21之溫度,控制部27則進行觸媒21是否加熱至分解開始溫度之判定。然後,觸媒21被判定加熱至分解開始溫度時,前進至步驟S103,於此步驟S103,停止加熱器28之驅動。另一方面,觸媒21被判定加未熱至分解開始溫度時,使觸媒21達分解開始溫度,持續加熱器28之
觸媒21之加熱。
接著,於步驟S104中,於分解反應器22供給燃料氣體,於此分解反應器22,進行使用觸媒21之亞氧化氮之分解。然而,有關供予分解反應器22之燃料氣體之流量,或含於此燃料氣體中之亞氧化氮之濃度等,則成為預先設定之值。
接著,於步驟S105中,根據溫度測定器26所測定之觸媒21(或分解氣體)之溫度,控制部27則進行觸媒21(或分解氣體)之溫度是否超過預先設定之值(範圍)之判定。然後,觸媒21(或分解氣體)之溫度判定超過設定值(範圍)時,前進至步驟S106。另一方面,觸媒21(或分解氣體)之溫度判定在於設定值(範圍)時,前進至步驟S110。
接著,步驟S106中,控制部27則進行觸媒21(或分解氣體)之溫度較設定值(範圍)為高或為低之判定(比較)。
然後,觸媒21(或分解氣體)之溫度判定較設定值(範圍)為高時,前進至步驟S107,於此步驟S107中,控制部27則將供予分解反應器22之燃料氣體之流量,或將含於此燃料氣體中之亞氧化氮之濃度,向下降方向進行調整。然後,調整後係前進至步驟S109。
另一方面,觸媒21(或分解氣體)之溫度判定較設定值(範圍)為低時,前進至步驟S108,於此步驟S108中,控制部27則將供予分解反應器22之燃料氣體之流量,或將含於此燃料氣體中之亞氧化氮之濃度,向提升方向進行調整。然後,調整後係前進至步驟S109。
此等步驟S107或步驟S108之調整中,例如將供予分解反應器22之燃料氣體之流量之設定值,或將含於此燃料氣體中之亞氧化氮之濃度之設定值,在可調整之範圍下,分成特定之階段數,將該設定值較現階段進行1階段之下降或提升。
接著,於步驟S109中,根據溫度測定器26所測定之觸媒21(或分解氣體)之溫度,控制部27則進行觸媒21(或分解氣體)之溫度是否回到設定值(範圍)之判定。然後,觸媒21(或分解氣體)之溫度判定回到設定值(範圍)時,前進至步驟S110。
另一方面,觸媒21(或分解氣體)之溫度判定未回到設定值(範圍)時,回至步驟S106,再進行觸媒21(或分解氣體)之溫度較設定值(範圍)為高或為低之判定(比較)後,前進至步驟S107或S108,將供予上述分解反應器22之燃料氣體之流量之設定值,或將含於此燃料氣體中之亞氧化氮之濃度之設定值,向下降或上昇一階段之方向進行調整。然後,前進至步驟S109,進行觸媒21(或分解氣體)之溫度是否回到設定值(範圍)之判定,直到觸媒21(或分解氣體)之溫度是回到設定值(範圍),重覆如此調整。又,重覆如此調整之結果,於超過可調整範圍時,控制部27判定為異常,強制前進至步驟S110(圖D4中未圖示)。
接著,步驟S110中,控制部27則進行是否停止燃料氣體之供給之判定。做為停止燃料氣體之供給之時,例如可列舉有接受從外部之停止命令,或上述步驟S109判定
為異常之時等。然後,停止燃料氣體之供給時,前進至步驟S111。另一方面,不停止燃料氣體之供給時,回到步驟S105,持續溫度測定器26所進行之觸媒21(或分解氣體)之溫度測定。
接著,於步驟S111中,停止燃料氣體之供給後,前進至步驟S112,於此步驟S112中,於分解反應器22供給氮氣。由此,氮氣擠出滯留於觸媒21內之分解氣體,可除去滯留於此觸媒21內之分解氣體。
如以上所述,於上述圖D3所示本發明D之特徵部分中,可邊控制分解氣體之溫度,邊於上述分解反應器22中,持續進行使用觸媒21之亞氧化氮之分解。
然而,本發明D中,將上述溫度測定器26所測定之測定資料及根據此之控制部27之判定結果,例如表示於省略圖示之監視器,輸出至印表機亦可。又,不限於上述控制部27所成自動控制,例如可進行操作者所進行之手動控制。
又,於上述步驟S109中,判定為異常之時,依需要,將該情形進行告知亦可。有關告知方法,雖未特別加以限定,例如可發出警報,或進行顯示者。
上述圖D1所示分解氣體鍋鑪1及上述圖D2所示分解氣體渦輪機11中,經由具備與以上本發明D之特徵部分相同之構成,可邊控制上述分解氣體,邊持續進行亞氧化氮之分解。
即,具備此等本發明D之特徵部分之分解氣體鍋鑪1
及分解氣體渦輪機11中,可於上述分解反應部6、13,供給含亞氧化氮之燃料氣體,於此分解反應部6、13中,將含於燃料氣體中之亞氧化氮,使用上述觸媒21分解之後,經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,持續進行於後供給之燃料氣體中之亞氧化氮之分解。
以下,對於具備上述圖D1及圖D2所示熱輸送裝置之壓縮式之熱泵80加以說明。
具體而言,此壓縮式之熱泵80係概略具備冷媒R循環之冷媒循環系81、和壓縮冷媒循環系81中之冷媒R而送出之壓縮部82、和邊凝縮壓縮部82壓縮之冷媒R,邊從該冷媒R放出熱之凝縮部83、和使在凝縮部83散熱之冷媒R膨脹之膨脹部84、和邊蒸發在膨脹部84所膨脹之冷媒R,邊於此冷媒R吸收熱之蒸發部85。
冷媒循環系81係由順序連接壓縮部82與凝縮部83和膨脹部84與蒸發部85間之配管(流路)所成。冷媒R係做為進行熱輸送之熱媒體,經由伴隨壓力變化(壓縮、膨脹)之狀態而變化(氣化、液化),重覆吸熱與散熱,循環於冷媒循環系81內。然而,做為如此冷媒R,例如可使用碳氟化合物(氟利昂)類(氟碳烴化合物(HFC)、氟氯碳烴化合物(HCFC)等)、二氧化碳、氨、碳化氫(丙烷、丁烷、異丁烷等)、水等。
壓縮部82係由壓縮機(Compressor)所成,經由與上述蒸氣渦輪機2或分解氣體渦輪機11(渦輪部14)連結而驅動。冷媒R係經由以此壓縮部82壓縮而昇溫,成為高溫、
高壓之氣體送至凝縮部83。
凝縮部83係由稱之為凝縮器之熱交換器(散熱器)所成,以壓縮部82壓縮之冷媒R在通過內部之期間,經由與外部之熱交換,邊進行凝縮冷媒R,邊從此冷媒R放出熱。由此,冷媒R係成為常溫、高壓之液體,送出至膨脹部84。又,熱泵80中,經由於此凝縮部83側設置風扇(送風手段)86,可將熱氣TH向外部有效率地放出。更且,凝縮部83中,可利用此熱氣TH進行加熱,可將此散熱(高溫)側之熱交換器做為加熱器(加熱手段)使用。
膨脹部84係由膨脹閥或毛細管所成。冷媒R係經由以此膨脹部84膨脹而降溫,成為低溫、低壓之液體送至蒸發部85。
蒸發部85係由稱之為蒸發器(evaporator)之熱交換器(吸熱器)所成,以膨脹部84膨脹之冷媒R在通過內部之期間,經由與外部之熱交換,邊進行蒸發冷媒R,邊於此冷媒R吸收熱。由此,冷媒R係成為低溫、低壓之氣體,送出至壓縮部82。又,熱泵80中,經由於此蒸發部85側設置風扇(送風手段)87,可將冷氣TL向外部有效率地放出。更且,蒸發部85中,可利用此熱氣TL進行冷卻,可將此吸熱(低溫)側之熱交換器做為冷卻器(冷卻手段)使用。
如以上所述,此壓縮式之熱泵80中,令上述蒸氣渦輪機2或分解氣體渦輪機11做為動力源,可邊使冷媒R在冷媒循環系81內循環,邊進行熱輸送。
適用本發明D之熱輸送方法係如圖D5所示,具有經
由從亞氧化氮之分解所產生之分解氣體之熱回收,在分解氣體鍋鑪1產生蒸氣之步驟S1-1、和經由分解氣體鍋鑪1所產生之蒸氣,使蒸氣渦輪機2旋轉驅動之步驟S1-2、和經由蒸氣渦輪機2之驅動以壓縮式之熱泵80進行熱輸送之步驟S1-3。
具體而言,於上述圖D1所示分解氣體鍋鑪1中,將經由分解亞氧化氮所得之高溫高壓之分解氣體,從上述分解反應部6供給至上述蒸氣產生部7。由此,於上述蒸氣產生部7中,經由與分解氣體之熱交換,可產生蒸氣。
更且,具備上述分解氣體鍋鑪1之熱輸送裝置中,經由上述分解氣體鍋鑪1(蒸氣產生部7)所產生蒸氣,旋轉驅動蒸氣渦輪機2。然後,經由此蒸氣渦輪機2之驅動,可以上述壓縮式之熱泵80進行熱輸送。
然後,從蒸氣渦輪機2排出之蒸氣係以冷凝器4冷卻而冷凝水後,以供水泵5供水至分解氣體鍋鑪1,再以分解氣體鍋鑪1,經由與分解氣體熱交換,成為蒸氣而循環。
然而,於上述分解氣體鍋鑪1中,對於上述本發明D之特徵部分,非限定於上述圖D3所示之構成。即,將上述圖D3所示本發明D之特徵部分,適用於上述分解氣體鍋鑪1之時,配合鍋鑪之形式或大小等,可做適切之變更。
例如,分解反應器22係可將該形狀或數量、配置等配合上述分解氣體鍋鑪1之設計,適切加以變更。又,對
於連接於此分解反應器22之燃料氣體供給線23或氮氣供給線24、流量調整部25、溫度測定器26、控制部27、加熱器28、電力供給線29、燃料氣體開關閥30、燃料氣體供給源31、氮氣開關閥32、氮氣供給源33等,亦可配合上述分解氣體鍋鑪1之設計,適切加以變更。
另一方面,於上述分解氣體鍋鑪1中,對於上述本發明D之特徵部分以外之構成,可具有與已存在之燃燒氣體鍋鑪等相同之構造。例如,有關適用本發明D之分解氣體鍋鑪1之本發明D之特徵部分以外之構造,可使用與以往之圓鍋鑪或水管鍋鑪等相同之形式者。然而,有關圓鍋鑪,例如可列舉鑪筒鍋鑪、煙管鍋鑪、鑪筒煙管鍋鑪、直立鍋鑪等。另一方面,有關水管鍋鑪,例如可列舉自然循環式,強制循環式、貫流式者等。
又,於上述分解氣體鍋鑪1中,雖成為從上述分解反應部6至上述蒸氣產生部7,供給分解氣體,於此蒸氣產生部7,經由與分解氣體之熱交換產生蒸氣之構成,但不一定限定於如此之構成。例如,本發明D中,一體構成分解反應部6與上述蒸氣產生部7,於此等分解反應部6與蒸氣產生部7之間,經由進行熱交換,可產生蒸氣。
具體而言,可成為於分解反應部6(分解反應器22)之外側,設置上述蒸氣產生部7,經由與上述分解反應部6所產生之熱(分解熱)之熱交換而產生蒸氣之構成。此時,進行上述分解反應部6(分解反應器22)之冷卻的同時,經由上述分解反應部6所產生之熱交換而可得蒸氣。
又,上述分解氣體鍋鑪1係除了上述圖D1所示構成以外,可例如成為具備更加熱上述蒸氣產生部7所得蒸氣,成為過熱蒸氣之過熱器、或經由上述分解反應部6所得高溫之分解氣體,預熱燃料氣體或供水等之預熱器等之附屬設備(機器/零件)、其他必要之保安設備(機器/零件)等之構成。
又,於上述圖D1所示熱輸送裝置中,除了上述分解氣體鍋鑪1以外之構成,即對於上述蒸氣渦輪機2、或冷凝器4、供水泵5等,亦可使用已存在之相同者。更且,有關附屬設備(機器/零件)、或保安設備(機器/零件)等亦相同。
如以上所述,適用本發明D之具備分解氣體鍋鑪1之熱輸送裝置及熱輸送方法中,可進行利用經由亞氧化氮所產生之分解熱之熱輸送。然後,根據本發明D時,可提供做為對於地球環境優異能量之亞氧化氮之利用之分解氣體鍋鑪1,具備如此分解氣體鍋鑪1之熱輸送裝置、以及使用如此熱輸送裝置之熱輸送方法。
適用本發明D之其他之熱輸送方法係如圖D6所示,具有經由亞氧化氮之分解所產生之分解氣體,旋轉驅動分解氣體渦輪機11之步驟S2-1、和經由分解氣體渦輪機11之驅動,以壓縮式之熱泵80進行熱輸送之步驟S2-2。
具體而言,於上述圖D2所示分解氣體渦輪機11中,將經由分解亞氧化氮所得之高溫高壓之分解氣體,從上述分解反應部13供給至上述渦輪部14。由此,於上述渦輪
部14,將分解氣體從噴嘴(靜翼)吹到渦輪翼(動翼),由此旋轉渦輪軸而可得到動力。
更且,具備上述分解氣體渦輪機11之熱輸送裝置中,可經由上述分解氣體渦輪機11(渦輪部14)之驅動,以壓縮式之熱泵80進行熱輸送。
然而,於上述分解氣體渦輪機11中,對於上述本發明D之特徵部分,非限定於上述圖D3所示之構成。即,將上述圖D3所示本發明D之特徵部分,適用於上述分解氣體渦輪機11之時,配合渦輪機之形式或大小等,可做適切之變更。
例如,分解反應器22係可將該形狀或數量、配置等配合分解氣體渦輪機11之設計,適切加以變更。又,對於連接於此分解反應器22之燃料氣體供給線23或氮氣供給線24、流量調整部25、溫度測定器26、控制部27、加熱器28、電力供給線29、燃料氣體開關閥30、燃料氣體供給源31、氮氣開關閥32、氮氣供給源33等,亦可配合上述分解氣體渦輪機11之設計,適切加以變更。
另一方面,於上述分解氣體渦輪機11中,有關上述本發明D特徵部分以外之構造,對於具備已存在之燃燒氣體渦輪機壓縮燃燒用空氣,送至燃燒器之壓縮機的構成而言,具有無需如此構成之特徵。由此,可簡易構成上述分解氣體渦輪機11,可達成該輕量化。
另一方面,上述分解氣體渦輪機11係可為具備連結於渦輪軸之壓縮機(增壓機)之構成(未圖示)。然後,亦可
成為將經由此壓縮機(增壓機)壓縮(增壓)之含亞氧化氮之燃料氣體,供給至分解反應部13之構成。然而,將燃料氣體壓縮(增壓)加以使用之時,在亞氧化氮不液化之範圍下,進行壓縮(增壓)為佳。
又,上述分解氣體渦輪機11係除了上述圖D2所示構成以外,可例如成為具備經由上述分解反應部13所得高溫之分解氣體,預熱燃料氣體或供水等之預熱器等之附屬設備(機器/零件)、其他必要之保安設備(機器/零件)等之構成。
如以上所述,適用本發明D之熱輸送裝置及熱輸送方法中,可進行利用經由亞氧化氮所產生之分解熱之熱輸送。然後,根據本發明D時,可提供做為對於地球環境優異能量之亞氧化氮之利用之熱輸送裝置,以及使用如此熱輸送裝置之熱輸送方法。
然而,本發明D係非一定限定於上述圖D1及圖D2所示熱輸送裝置之構成者,在不超脫本發明D要點之範圍下,可進行種種之變更。
例如,上述圖D1及D2所示之熱輸送裝置係代替上述壓縮式熱泵80,可經由具備圖D7所示壓縮式熱泵80A,進行冷氣與暖氣,構成所謂之空調機。
然而,圖D7(a)係顯示冷氣時之熱泵80A之狀態,圖D7(b)係顯示暖氣時之熱泵80A之狀態。又,於圖D7(a)、(b)所示熱泵80A中,對於與上述熱泵80同等之部位,省略該說明之同時,於圖面附上相同之符號。
具體而言,此壓縮式之熱泵80A係除了上述熱泵80之構成之外,概略具備切換上述冷媒循環系81內之冷媒R所流動之方向之四方閥(切換手段)88、和設置於屋內之室內機89、和設置於屋外之室外機90。
在此,室內機89側之熱交換器與室外機90側之熱交換器係經由四方閥88切換冷媒R之流動方向,而更換上述凝縮部83與上述蒸發部85之機能。即,於圖D7(a)所示冷氣時,室內機89側之熱交換器則做為上述蒸發部85工作,室外機90側之熱交換器則做為上述凝縮部83工作。另一方面,於圖D7(b)所示暖氣時,室內機89側之熱交換器則做為上述凝縮部83工作,室外機90側之熱交換器則做為上述蒸發部85工作。
具備如以上之熱泵80A之空調機中,經由上述蒸氣渦輪機2或分解氣體渦輪機11(於圖D7省略圖示),驅動壓縮部82。由此,熱泵80A中,冷媒R在冷媒循環系81內循環下,進行熱輸送。然後,可於圖D7(a)所示冷氣時,經由室內機89側之風扇87,於室內放出冷風(冷氣)TL,可於圖D7(b)所示暖氣時,經由室內機89側之風扇87,於室內放出溫風(熱氣)TH。
然而,於圖D7(a)所示冷氣時,經由室外機90側之風扇86,向室外放出熱氣TH。另一方面,於圖D7(b)所示暖氣時,經由室外機90側之風扇86,向室外放出冷氣TL。
又,適用本發明D之空調機中,除了上述冷氣與暖氣之外,可具有進行除濕室內之除濕機能。對於此除濕,例
如可列舉經由限制風量之冷氣運轉,將空氣中之水分以室內機側之熱交換器結露而除濕之後,將乾空氣送回室內之弱冷氣除濕(乾式)方式,或將空氣中之水分以室內機側之熱交換器結露而除濕之後,將乾冷空氣以再熱器加暖之後送回室內之再熱除濕(熱循環)方式。
適用本發明D之熱輸送裝置係可得上述冷氣(低溫)TL與熱氣(高溫)TH之故,可進行對冷凍空調之各種應用。例如,適用本發明D之熱輸送裝置係可進行對於進行上述冷氣或暖氣之空調機之空調設備或空調機器等之應用。又,於加熱領域中,除了暖氣之外,可進行對於進行熱水供給、溫水、乾燥等之加熱設備或加熱機器等之應用。另一方面,於冷卻領域中,除了冷氣之外,可進行對於進行冷藏、冷凍、冷水、製冰等之冷卻設備或冷卻機器等之應用。
又,適用本發明D之熱輸送裝置,係不論大規模者以至於小規模者,不論其大小,可適用各種之尺寸者。又,其用途亦不限於工廠(工業)用或住宅(家庭)用,可利用於所有領域,可配合設置(固定)型或可搬型、攜帶型等之其用途加以設計。
本發明D所使用之亞氧化氮係可工業性地加以製造。具體而言,有關工業製造亞氧化氮之方法,例如可列舉使用以下之(1)~(3)之方法。
2NH3+2O2 → N2O+3H2O
NH4NO3 → N2O+2H2O
NH2SO3H+HNO3 → N2O+H2SO4+H2O
然而,有關工業製造亞氧化氮,例如可列舉純度99.9(3N)~99.999(5N)%之高純度亞氧化氮、純度97.0%以上(日本藥局配方)之醫療用亞氧化氮、純度98%以上之工業用亞氧化氮。
除此等之外,亞氧化氮之製造方法,可列舉使用以下之(4)~(10)之方法。
2(NH2)2CO+2HNO3+H2SO4 → 2N2O+2CO2+(NH4)2SO4+2H2O
4NO+2NH2OH → 3N2O+3H2O
2NH2OH+NO2+NO → 2N2O+3H2O
2NH2OH+O2 → N2O+3H2O
由己二酸之製造工程之副產物N2O之回收
由乙二酸之製造工程之副產物N2O之回收
將亞硝酸或亞硝酸鹽之溶液,以溫亞硫酸、鈉、汞齊、氯化亞錫等為還原劑加以還原。
將硝酸以鋅或錫還原,或以亞硫酸氣還原。
2KNO3+6HCOOH → N2O+4CO2+5H2O+2HCOOK
H2N2O2+H2SO4 → H2SO4.H2O+N2O
然後,製造之亞氧化氮係在於氣體製造商,填充於上述高壓氣體容器31a後,送至上述燃料氣體供給源31,暫時貯存於燃料氣體貯存部。另一方面,高壓氣體容器31a係於使用後送回氣體製造商,經由再充填可重覆加以使用。
又,有關燃料氣體之供給方法,不限於使用上述高壓氣體容器31a供給(交換高壓氣體容器31a)之方法,例如可使用運油船或油罐車等之輸送手段,供給至設置於上述燃料氣體供給源31之貯存槽(高壓氣體容器31a)之方法。更且,可使用將含亞氧化氮之燃料氣體透過管線,供給至設置於上述燃料氣體供給源31之貯存槽(高壓氣體容器31a)之方法,
又,有關氮氣之供給方法,不限於使用上述高壓氣體容器33a供給(交換高壓氣體容器33a)之方法,例如可使用與上述燃料氣體之供給方法相同之方法加以供給。
本發明D中,經由使用上述觸媒21,可下降亞氧化氮之分解開始溫度。然後,亞氧化氮之分解後係可經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,持續進行之後供給之亞氧化氮之分解。
因此,本發明D中,於亞氧化氮之分解開始前,預熱上述觸媒21即可。然後,亞氧化氮之分解後係可經由此
亞氧化氮之分解所產生之分解熱,將上述觸媒21之溫度,保持於分解亞氧化氮之必要溫度以上,持續進行亞氧化氮之分解。
具體而言,上述觸媒21之溫度係從觸媒活性之觀點視之,200~600℃之範圍為佳,從分解反應容易性之觀點視之,350~450℃之範圍者則更佳。即,本發明D中,使上述觸媒21之溫度成為如此之範圍地,進行經由上述加熱器28之預熱,或上述控制部27所成分解氣體之溫度控制者為佳。
另一方面,亞氧化氮本身在約500℃以上會自我分解之故,將上述分解反應器22保持於自我分解溫度以上時,可不使用上述觸媒21,持續進行亞氧化氮之分解。但是,不使用上述觸媒21,自我分解亞氧化氮之時,就分解副產物而言,得知會產生NOx氣體。因此,本發明D中,為防止NOx氣體之產生,使用上述觸媒21為佳。然而,上述觸媒21即使在亞氧化氮之自我分解溫度以上,亦可使用。
有關燃料氣體之溫度,只要是亞氧化氮不液化之溫度即可,通常可在常溫以下使用。另一方面,燃料氣體係可預熱至較常溫高之溫度使用。例如,含於燃料氣體中之亞氧化氮之濃度為低之時,經由預熱此燃料氣體,可促進亞氧化氮之分解。
有關含於燃料氣體中之亞氧化氮之濃度,非特別加以限定,例如可使調整在1~100%之範圍者,又,需得更多
能量之時,可使調整在超過50%~100%之範圍者,更且,可使調整在超過70%~100%之範圍者。又,經由進行上述亞氧化氮之濃度調整,可調整亞氧化氮之分解反應速度等。
又,本發明D中,經由進行上述亞氧化氮之濃度調整,可將分解氣體做為呼吸氣體加以利用。具體而言,空氣係該體積之約8成為氮(N2),約2成為氧(O2)之故,例如將含於上述燃料氣體中之亞氧化氮(N2O)與氮(N2)之比例,以體積比(莫耳比)時,成為N2O:N2=1:1。即,於上述燃料氣體中添加氮氣,使含於此燃料氣體中之亞氧化氮之濃度成為50%時,含於此燃料氣體中之亞氧化氮則最終分解成氮與氧之時,亞氧化氮1莫耳係分解成氧0.5莫耳之故,含於此分解氣體中之氮(N2)與氧(O2)之比例,以體積比(莫耳比)時,成為N2:O2=4:1。由此,含於分解氣體中之氮(N2)與氧(O2)之比例接近空氣組成之故,可將分解氣體做為呼吸氣體加以利用。
具體而言,上述分解氣體做為呼吸氣體使用之時,使該氧濃度成為18~24%程度之範圍為佳,此時,使含於燃料氣體中之亞氧化氮之濃度成為44~63%程度之範圍為佳。
又,本發明D中,可使用亞氧化氮之濃度不足44%者,即可使用做為燃料氣體,亞氧化氮之濃度為低者。此時,經由燃料氣體之分解所產生能量(能量密度)雖會降低,藉由此含於此燃料氣體中之亞氧化氮之分解反應變得緩和
,可抑制經由上述分解氣體使曝露於高溫高壓下之觸媒21或分解反應器22等之各構件之劣化(例如熱疲勞或氧化等)。即,本發明D中,考量到上述觸媒21或分解反應器22等之各構件材料之耐熱性及熱氧化性,可調整含於燃料氣體中之亞氧化氮之濃度。
另一方面,本發明D中,可使用亞氧化氮之濃度超過63%者,即可使用做為燃料氣體,亞氧化氮之濃度為高者。此時,可提高燃料氣體之分解所產生之能量(能量密度)之故,可達成上述分解氣體鍋鑪1及分解氣體渦輪機11之輸出的提升。
尤其,本發明D中,使用亞氧化氮之濃度為100%者之時,可使用上述觸媒21,持續進行亞氧化氮之分解。然而,本發明D中,不僅是高純度(例如純度99.9(3N)~99.999(5N)%)之亞氧化氮,在考量亞氧化氮之製造成本等,可使用較其純度為低(例如純度不足97%)之亞氧化氮。
上述氮氣所成亞氧化氮之濃度調整係可於亞氧化氮之分解前,於燃料氣體中添加之氮氣等之方法,亦可為於亞氧化氮之分解後,於分解氣體中添加之氮氣等之方法。更且,可使用預先進行亞氧化氮之濃度調整之燃料氣體。
然而,有關含於上述燃料氣體之亞氧化氮以外之成分,除了為了上述亞氧化氮之濃度調整而添加之氮等之外,可列舉有在於後述亞氧化氮之製造時混入之未反應物、或副生成物、不可避免不純物等。
又,本發明D中,設置計測上述分解氣體中之氧濃度
之氧濃度計(氧計測手段)亦可。此時,計測含於上述分解氣體中之氮之濃度,經由此計測結果,可精度優異地進行上述分解氣體之溫度控制。
然而,導入於上述分解反應器22之燃料氣體之空間速度(SV:Space Velocity)係配合該設計,設定於最佳值即可,例如可設定在10~140,000hr-1之範圍,較佳為100~10,000hr-1之範圍。
又,本發明D中,可將上述分解氣體利用於燃料之燃燒。又,有關燃料,只要使用含於上述分解氣體中之氧可燃燒者即可,例如除了石油、或煤碳、天然氣等之石化燃料之外,亦可使用生質燃料等之代替燃料。除此之外,可從氣體燃料、液體燃料、固體燃料中適切選擇加以使用。
以下,對於記載於「日本特開2002-153734號公報」之亞氧化氮分解用觸媒加以說明。
含於從工廠或燒毀設備排出之排氣中之亞氧化氮之濃度係10%以下,另一方面含於從手術室排出之剩餘麻醉氣體中之亞氧化氮之濃度係雖以剩餘麻醉氣體排除裝置,經由壓縮空氣多少被稀釋,還有70%以下,為非常高之濃度。本發明D之亞氧化氮之分解觸媒係可對應於從低濃度至高濃度之亞氧化氮之分解之觸媒。
又,本發明D之亞氧化氮之分解觸媒係可在較低溫下分解處理,於水分共存之情形下,難以受水分所造成之活性劣化,而且可將NOx之產生量抑制於容許濃度以下,對於以往之分解觸媒而言,可減低NOx之產生量至1/10~
1/100以下。
本發明D之亞氧化氮之分解觸媒係可使用選自至少一種令鋁、鎂、銠之3種金屬為必須成分而含有之以下[1]~[3]之任一觸媒、[1]鋁、鎂及銠被載持於載體之觸媒、[2]鎂及銠被載持於氧化鋁載體之觸媒、[3]於經由鋁之至少一部分與鎂所形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,載持銠(Rh)之觸媒、及鋁及銠之2種金屬與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬為必須成分而含有之以下[4]~[6]之任一觸媒、[4]選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬、和鋁及銠被載持於載體之觸媒、[5]選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬、和銠被載持於氧化鋁載體之觸媒、[6]於經由鋁之至少一部分、和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬、形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,載持銠之觸媒。
做為使用於[1]之觸媒之載體,可使用選自氧化鋁、矽石、氧化鋯、氧化鈰、氧化鈦及氧化錫所成群之載體、做為使用於[4]之觸媒之載體,可使用選自氧化鋁、氧化鋯、氧化鈰、氧化鈦及氧化錫所成群之載體。載體係可使用表面積各別為30~300m2/g程度者,對於形狀雖無特別限制,經由反應器或反應方法,各別選擇粒狀、粉末狀、蜂巢狀等之適切形狀。
[1]之觸媒中,載持於載體之鋁與鎂係在鋁對於鎂之原子比下,包含至少2以上者為佳。又,鎂係在金屬原子換算下,含觸媒整體之0.1~20.0質量%為佳。
又,鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物為佳,尖晶石型結晶性複合氧化物係例如經由燒成載持鋁和鎂之載體而生成。尖晶石構造係在具有XY2O4之化學式之氧化物所見到之構造,屬於立方晶者,Al和Mg係形成MgAl2O4之尖晶石構造者為眾所周知。本發明D之亞氧化氮之分解觸媒中,該理由雖不能確定,鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物者,可提升亞氧化氮之分解能的同時,可發揮減低NOx之產生量之效果。
[4]之觸媒中,載持於載體之選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬和鋁係、鋁對於選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬而言之原子比下,至少包含2以上者為佳。又選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬係以金屬原子換算,含觸媒整體之0.1~40.0質量%為佳。
又,鋁之至少一部分、與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物者為佳。尖晶石型結晶性複合氧化物係經由燒成載持鋁、和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載體而生成。鋁、和鋅、鐵、錳及鎳係眾所周知形成MAl2O4(M=Zn、Fe、Mn、Ni)之尖晶石構造。本發明D之亞氧化氮之分解觸
媒中,該理由雖不能確定,鋁之至少一部分,雖與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物者,可提升亞氧化氮之分解能的同時,可發揮減低NOx之產生量之效果。
使用於[2]之觸媒之載體係氧化鋁,對於氧化鋁雖無特別限制,可使用表面積為50~300m2/g程度者。載持於氧化鋁之鎂係在鋁對於鎂之原子比下,包含至少2以上者為佳。又,鎂係在金屬原子換算下,含觸媒整體之0.1~20.0質量%為佳。又,鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物者為佳。
使用於[5]之觸媒之載體係氧化鋁,對於氧化鋁雖無特別限制,可使用表面積為50~300m2/g程度者。載持於氧化鋁之選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬係鋁對於選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬而言之原子比下,至少包含2以上者為佳。選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬係以金屬原子換算,含觸媒整體之0.1~40.0質量%為佳。又,鋁之至少一部分、與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物者為佳。
[3]之觸媒係使用經由鋁之至少一部分與鎂,形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體。[3]之觸媒中,鋁與鎂之原子比係在鋁對於鎂之原子比下,包含至少2以上者為佳。又,鎂係在金屬原子換算下,含觸媒整體之0.1~20.0質量%為佳。
[6]之觸媒係使用經由鋁之至少一部分、與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬,形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體。[6]之觸媒之鋁與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之原子比係鋁對於選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬而言之原子比下,至少包含2以上者為佳。又選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬係以金屬原子換算,含觸媒整體之0.1~40.0質量%為佳。
含於本發明D之亞氧化氮之分解觸媒之銠,係使用[1]~[6]之任一觸媒時,在金屬原子換算下,有觸媒整體之0.05~10質量%為佳,更佳為0.1~6.0質量%。經由增加銠之載持量,雖可提升低溫之觸媒活性,載持10質量%以上時,考量觸媒之成本時並不佳,而在0.05質量%以下時,無法得充分之亞氧化氮之分解活性。
接著,對於本發明D之亞氧化氮之分解觸媒之製造方法加以說明。
本發明D之亞氧化氮之分解觸媒係可使用各種之製造方法,例如可使用(1)含浸法、(2)共沈法、(3)混練法等。以下,將此3個製造方法為例,說明本發明D之亞氧化氮之分解觸媒之製造方法。
使用含浸法時,可製造前述[1]~[6]之觸媒。製造[1]之觸媒時,於選自氧化鋁、矽石、氧化鋯、氧化鈰、氧化
鈦及氧化錫所成群之載體、首先含浸鋁及鎂之無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等)。製造[4]之觸媒時,於選自氧化鋁、氧化鋯、氧化鈰、氧化鈦及氧化錫所成群之載體、首先含浸選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等)。製造[2]之觸媒時,於氧化鋁之載體、首先含浸鎂之無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等)。製造[5]之觸媒時,於氧化鋁之載體、首先含浸選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等)。鋁鹽、鎂鹽及選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬鹽係較佳皆為使用硝酸鹽為佳。
製造[1]之觸媒時,就載持於鋁與鎂之載體之量而言,係在鋁對於鎂之原子比下,成為2以上地加以載持為佳,又,鎂之載持量成為觸媒整體之0.1~20.0質量%者為佳。製造[4]之觸媒時,就載持於鋁與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載體之量而言,鋁對於選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬而言之原子比下,成為2以上地加以載持為佳,又,選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載持量成為觸媒整體之0.1~40.0質量%者為佳。製造[2]之觸媒時,鎂對於鋁之原子比下,成為1/2以下地加以載持為佳,又,鎂之載持量成為觸媒整體之0.1~20.0質量%者為佳。又,製造[5]之觸媒時,
選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬對於鋁之原子比下,成為1/2以下地加以載持為佳,又,選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載持量成為觸媒整體之0.1~40.0質量%者為佳。
於載體載持目的之金屬鹽後,經由乾燥載體,進行燒成處理,例如可得含有鋁及鎂,鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,將此載體做為[1]之觸媒之載體使用。又,同樣地,可得含有鋁和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬,鋁之至少一部分,與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,將此載體做為[4]之觸媒之載體使用。例如含浸[1]之觸媒之鋁鹽及鎂鹽後之乾燥溫度、含浸[4]之觸媒之鋁鹽和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬鹽後之乾燥溫度雖未特別各別加以限制,較佳為80~150℃之溫度範圍,更佳為100~130℃之溫度範圍。又,乾燥環境未特別加以限制,可使用氮或空氣。又,乾燥時間雖亦無特別限制,使用含浸法時,通常為2~4小時程度即可。
含浸乾燥後之載體之燒成處理係可以400~900℃之溫度範圍進行,較佳為500~700℃。燒成溫度較400℃為低之時,結晶化不充分,在900℃以上時,會招致載體之比表面積之減少並不喜好。燒成時間雖未特別加以限定,以1~10小時程度為佳,較佳為2~4小時程度,階段性變化燒成溫度亦可。長時間之燒成係其效果會飽和之故,經濟
上並不喜好,短時間之燒成時,其效果有過小之情形。又,燒成可使用燒成爐或馬弗爐進行,做為此時之流通氣體,使用氮或空氣之任一者皆可。
接著,於前述燒成所得載體,載持銠鹽。做為銠鹽,可使用無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等),以使用硝酸鹽為佳。載持銠鹽之工程係例如於製造鋁、鎂及銠之3種金屬為必須成分而含有之觸媒時,對於使用前述方法所得之鋁之至少一部分、與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體進行者為佳,但同時進行於載體含浸載持鋁與鎂之工程、或於氧化鋁載體含浸載持鎂之工程亦可。又,銠之載持量係成為觸媒整體之0.05~10質量%者為佳。
同樣地,載持銠鹽之工程係例如於製造鋁及銠之2種金屬、和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬為必須成分而含有之觸媒時,對於使用前述方法所得之鋁之至少一部分、與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體進行者為佳,但同時進行於載體含浸載持鋁與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之工程、或於氧化鋁載體含浸載持選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之工程亦可。又,銠之載持量係成為觸媒整體之0.05~10質量%者為佳。在此,預先使用鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體時,經由於此載體與前述同樣載持銠鹽,可製造[3]之觸媒。又,預先使用鋁之至少一部分,
與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體時,經由於此載體載持銠鹽,可製造[6]之觸媒。
接著,將載持此銠之觸媒先驅體,與前述同樣之乾燥條件下加以乾燥,燒成乾燥之觸媒先驅體(此燒成溫度係200~500℃為佳,更佳為300~400℃。燒成所得之觸媒係可使用做為亞氧化氮分解觸媒,再進行還原處理為佳,經由還原處理,可得活性更高之含銠觸媒。還原處理係例如可經由(1)以聯胺還原後再乾燥,燒成之方法、或(2)經由氫還原之方法進行,而使用氫還原之方法為佳。使用氫還原之方法之時,還原溫度係200~500℃為佳,更佳為300~400℃。還原時間雖未特別加以限定,可以1~10小時程度處理,較佳為2~4小時程度。又,不進行燒成處理,進行還原處理亦可,此時可得含活性高之銠的觸媒。做為不進行燒成處理進行還原處理製造觸媒之方法,以200~500℃之溫度進行氫還原之方法為佳。
使用共沈法時,可製造前述[3]及[6]之觸媒。做為使用共沈法,製造[3]之觸媒之方法,例如於含鋁與鎂之硝酸鹽的水溶液,滴下氨水中和沈澱,依需要熟成放置,濾過水洗、以洗淨水之電導度等確認充分之水洗。接著,與含浸法相同之條件下,乾涸10~12小時程度後,粉碎所得乾燥體,整飭粒度而成型。又,於氮或空氣環境下,以與
含浸法同樣之條件下,經由燒成處理,得鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物者之載體。
就鋁與鎂之載體之量而言,係在鋁對於鎂之原子比下,成為2以上為佳,又,鎂係以金屬原子換算含觸媒整體之0.1~20.0質量%者為佳。於如此所得鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,雖載持有銠鹽,但就其方法、載持量及其後之處理方法可而言,與前述含浸法相同地進行。
又,做為使用共沈法,製造[6]之觸媒之方法,例如於含鋁之硝酸鹽、和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之硝酸鹽的水溶液,滴下氨水中和沈澱,依需要熟成放置,濾過水洗、以洗淨水之電導度等確認充分之水洗。接著,與含浸法相同之條件下,乾涸10~12小時程度後,粉碎所得乾燥體,整飭粒度而成型。又,於氮或空氣環境下,以與含浸法同樣之條件下,經由燒成處理,得鋁之至少一部分,與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體。
做為鋁與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載體之量而言,鋁對於選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬而言之原子比下,成為2以上為佳,又,選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬係以金屬原子換算含觸媒整體之0.1~40.0質量%者為佳。於如此所得鋁之至少一部分,與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,雖載
持有銠鹽,但就其方法、載持量及其後之處理方法可而言,與前述含浸法相同地進行。
使用混鍊法時,可製造前述[3]及[6]之觸媒。又,做為使用混鍊法,製造[3]之觸媒之方法,例如於氧化鋁及/或氫氧化鋁、和氧化鎂、氧化鎂、氫氧鎂及/或鎂鹽,例如依需要添加水,乾燥機械混合所得之混台物,更且與含浸法同樣之條件進行燒成處理,得前述尖晶石型結晶性複合氧化物。就鋁與鎂之載體之量而言,係在鋁對於鎂之原子比下,成為2以上為佳,又,鎂係以金屬原子換算含觸媒整體之0.1~20.0質量%者為佳。
於如此所得鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物之燒成體,雖載持有銠鹽,但就其方法、載持量及其後之處理方法可而言,可使用與前述含浸法相同地。又,銠鹽係將氧化鋁等機械混合時,預先添加亦可。
做為使用混鍊法,製造[6]之觸媒之方法,例如於氧化鋁及/或氫氧化鋁、和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之氧化物、氫氧化物及/或金屬鹽,例如依需要添加水,乾燥機械混合所得之混合物,更且與含浸法同樣之條件進行燒成處理,得前述尖晶石型結晶性複合氧化物。做為鋁與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載體之量而言,鋁對於選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬而言之原子比下,成為2以上為佳,又,選自鋅
、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬係以金屬原子換算含觸媒整體之0.1~40.0質量%者為佳。
於如此所得鋁之至少一部分,與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,雖載持有銠鹽,但就其方法、載持量及其後之處理方法可而言,可使用與前述含浸法相同之方法。又,銠鹽係將氧化鋁等機械混合時,預先添加亦可。
接著,對於使用本發明D之分解觸媒之.亞氧化氮之分解方法加以說明。使用本發明D之分解觸媒進行亞氧化氮之分解反應時,可進行200~600℃之溫度範圍。較佳為300~500℃之溫度範圍,更佳為350~450℃之溫度範圍下,將本發明D之分解觸媒與亞氧化氮,以氣相加以接觸即可。較200℃為低之時,亞氧化氮之分解不充分,或在600℃以上時,觸媒壽命會有減短之傾向並不喜好。做為觸媒床之方法,雖未特別加以限定,一般較佳為使用固定床。
又,使用以往之鈀之觸媒中,經由水分之影響,觸媒之活性會下降,即排除了水,也無法回復原來之活性,相較之下,本發明D之分解觸媒係具有在1~3%之水分共存下,活性雖會些許下降,但排除水分之後,會回復原來之活性之特徵。
接著,對於使用本發明D之分解觸媒可分解之氣體組成加以說明。含於從工廠或燒毀設備排出之排氣中之亞氧化氮之濃度係10%以下,經由使用本發明D之分解觸媒,
分解含於排氣中之1ppm~10%之濃度之亞氧化氮。另一方面,從手術室經由剩餘麻醉氣體排除裝置所排出之亞氧化氮之濃度係有高達3~70%之高濃度之情形。又,分解含於麻醉氣體中之亞氧化氮之時,通常成為存在氧13~20%之反應,就分解觸媒而言是為嚴酷條件下之反應。因此,只要可除熱,充分控制溫度下,對於分解處理之亞氧化氮之濃度雖未特別加以限定,但亞氧化氮分解成氮與氧之反應為發熱反應之故,亞氧化氮之濃度為3~50%為佳,較佳為3~25%,更佳為3~10%。
每一單位觸媒之供給氣體量之空間速度(SV:Space Velocity)係在10hr-1~20000hr-1之範圍為佳,更佳為100hr-1~10000hr-1之範圍。
以下,對於記載於「日本特開2002-253967號公報」之亞氧化氮分解用觸媒加以說明。
本發明D之亞氧化氮之分解觸媒係可分解低濃度至高濃度之亞氧化氮之觸媒。含於從手術室排出之剩餘麻醉氣體中之亞氧化氮之濃度係雖經由壓縮空氣,多少書稀釋,但仍為70%以下,為非常高之濃度,使用本發明D之亞氧化氮之分解觸媒時可加以對應。
又,本發明D之亞氧化氮之分解觸媒係受到含於剩餘麻醉氣體中之揮發性麻醉劑所造成之劣化之時,可經由賦活再生,回復活性。而且可在較低溫下分解亞氧化氮,於水分共存之情形下,難以受到水分所造成之活性劣化,可將NOx之產生量抑制於容許濃度以下,對於以往之分解觸
媒而言,可減低NOx之產生量至1/10~1/100以下。
本發明D之亞氧化氮之分解觸媒係令選自至少一種銠、釕及鈀之1種貴金屬為必須成分而含有者為特徵,使用以下[1]~[3]之任一觸媒、
(1)於選自矽石或矽石氧化鋁之載體,載持(a)選自銠、釕、鈀所成群之至少一種貴金屬所成觸媒。
(2)於矽石載體,載持(a)選自銠、釕、鈀所成群之至少一種貴金屬、(b)鋁、及(c)選自鋅、鐵及錳所成群之至少一種金屬所成觸媒。
(3)於矽石氧化鋁載體,載持(a)選自銠、釕、鈀所成群之至少一種貴金屬、(d)選自鎂、鋅、鐵及錳所成群之至少一種金屬所成觸媒。
使用於[1]之觸媒之載體係矽石或矽石氧化鋁,對於此等之載體雖無特別限制,可使用表面積為50~300m2/g程度者。對於形狀雖無特別限制,可經由反應器或反應方法,各別選擇粒狀、粉末狀、蜂巢狀等之適切形狀。
使用於[2]之觸媒之載體係矽石,雖無特別限制,可使用表面積為50~300m2/g程度者。對於形狀雖無特別限制,可經由反應器或反應方法,各別選擇粒狀、粉末狀、蜂巢狀等之適切形狀。
載持於矽石載體之成分中,選自鋅、鐵、及錳所成群(c)之至少一種之金屬係含觸媒整體之0.1~5.0質量%為佳,更佳為含0.2~1.0質量%。從群(c)所選擇之金屬即使含觸媒整體之5.0質量%以上,效果會有飽和之情形。
載持於矽石載體之鋁中,對於選自鋅、鐵、及錳所成群(c)之至少一種之金屬之原子比下,至少含有2以上者為佳。又,鋁之至少一部分,與從群(c)所選擇之至少一種金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物為佳,尖晶石型結晶性複合氧化物係例如可經由燒成載持鋁和選自鋅、鐵、及錳所成群之至少一種之金屬之載體而生成。
尖晶石構造係在具有XY2O4之化學式之氧化物所見到之構造,屬於立方晶者,Al和Zn、Fe、Mn係各別形成ZnAl2O4、FeAl2O4、MnAl2O4之尖晶石構造者為眾所周知。本發明D之亞氧化氮之分解觸媒中,該理由雖不能確定,經由鋁之至少一部分,與選自群(c)之至少一種之金屬之一部分或全部形成尖晶石型結晶性複合氧化物,可提升亞氧化氮之分解能的同時,可發揮減低NOx之產生量之效果。
使用於[3]之觸媒之載體係矽石氧化鋁,雖無特別限制,可使用表面積為50~300m2/g程度者。載持於矽石氧化鋁載體之選自鎂、鋅、鐵及錳所成群(d)之至少一種之金屬係含觸媒整體之0.1~5.0質量%為佳,更佳為含0.2~1.0質量%。從群(d)所選擇之金屬即使含觸媒整體之5.0質量%以上,效果會有飽和之情形。
含於(3)之觸媒之氧化鋁係,對於選自鎂、鋅、鐵及錳所成群(d)之至少一種之金屬之原子比下,至少含有2以上者為佳。又,鋁之至少一部分、與從群(d)選擇之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物者為佳。尖晶石型
結晶性複合氧化物係經由於矽石氧化鋁載體、和載持從群(d)選擇之至少一種之金屬,經由燒成載體而生成。
含於本發明D之亞氧化氮之分解觸媒之選自銠、釕及鈀所成群(a)之至少一種貴金屬,係在使用[1]~[3]之任一觸媒時,含有觸媒整體之0.05~10質量%為佳,更佳為含有0.1~6.0質量%。經由增加從群(a)選擇之至少一種之貴金屬之載持量,雖可提升低溫之觸媒活性,載持10質量%以上時,考量觸媒之成本時並不佳,而在0.05質量%以下時,會有無法得充分之亞氧化氮之分解活性之情形。
接著,對於本發明D之亞氧化氮分解觸媒之製造方法加以說明。
本發明D之亞氧化氮之分解觸媒係可使用各種之製造方法,例如可使用(1)含浸法、(2)共沈法、(3)混練法等之方法。以下對於使用含浸法,製造前述(2)之觸媒之方法進行細說明,但本發明D當然非限定於此。
使用含浸法製造[2]之觸媒之方法係包含以下之3工程。
[1]於矽石載體,載持(b)鋁及(c)選自鋅、鐵及錳所成群之至少一種金屬之工程。
[2]將從工程[1]所得之載體,以400~900℃加以燒成之工程。
[3]於從工程[2]所得燒成載體,載持(a)選自銠、釕、鈀所成群之至少一種之貴金屬的工程。
工程[1]中,於矽石載體,含浸鋁之無機酸鹽、及選自
鋅、鐵、錳及鎳所成群(c)之至少一種之金屬之無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等)。較佳為鋁鹽與從群(c)所選擇之至少一種之金屬鹽皆為使用硝酸鹽為佳。
就將鋁與從群(c)所選擇之至少一種之金屬載持於載體之量而言,係在鋁對於從群(c)所選擇之至少一種之金屬之原子比下,成為2以上地加以載持為佳,又,從群(c)所選擇之至少一種之金屬之載持量成為觸媒整體之0.1~5.0質量%者為佳。
進行工程[1]之後,較佳為乾燥載體,更且經由進行燒成工程[2],可得含有鋁與從群(c)所選擇之至少一種金屬,載持鋁之至少一部分,與選自鋅、鐵及錳所成群(c)之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體。進行工程[1]後之乾燥溫度雖未特別加以限定,較佳為80~150℃之溫度範圍,更佳為100~130℃之溫度範圍。又,乾燥環境雖未特別加以限制,可使用空氣。又,乾燥時間雖亦無特別限制,使用含浸法時,通常為2~4小時程度即可。
燒成工程[2]係可在400~900℃之溫度範圍進行,較佳為500~700℃。燒成溫度較400℃為低之時,結晶化不充分,在900℃以上時,會有載體之比表面積之減少之傾向而不喜好。燒成時間雖未特別加以限定,以1~10小時程度為佳,較佳為2~4小時程度,階段性變化燒成溫度亦可。長時間之燒成係其效果會飽和之故,經濟上並不喜
好,短時間之燒成時,其效果有過少之情形。又,燒成可使用燒成爐或馬弗爐進行,做為此時之流通氣體,使用氮或空氣之任一者皆可。
接著,進行於工程[2]所得鋁之至少一部分、與選自鋅、鐵及錳所成群(c)之至少一種之金屬、形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,載持選自銠、釕及鈀所成群(a)之至少一種之貴金屬鹽之工程[3]。做為從群(a)選擇之至少一種貴金屬之鹽,可使用無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等),以使用無機酸鹽之硝酸鹽為佳。
工程[3]係對於鋁之至少一部分、與從群(c)選擇之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之工程[2]所得之載體進行為佳,但與工程[1]同時進行亦可。此時,將工程[1]與工程[3]同時進行之後,進行工程[2],鋁之至少一部分、與從群(c)選擇之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物者佳。不論是何種情形下,選自銠、釕及鈀所成群(a)之至少一種之貴金屬之載持量係成為觸媒整體之0.05~10質量%者為佳。
接著,將進行工程[3]之觸媒先驅體,與前述同樣之乾燥條件下加以乾燥。乾燥之觸媒先驅體係進行還原處理為佳,經由進行還原處理,可得活性高、含有從群(a)選擇之至少一種之貴金屬之觸媒。還原處理係例如可經由(1)以聯胺還原後再乾燥,燒成之方法、或(2)經由氫還原之方法進行,而使用氫還原之方法為佳。使用氫還原之方法之時,
還原溫度係200~500℃為佳,更佳為300~400℃。還原時間雖未特別加以限定,可以1~10小時程度處理,較佳為2~4小時程度。又,前述之乾燥之觸媒先驅體係不進行(1)或(2)之還原處理,在氮或空氣中進行燒成亦可。做為此時燒成溫度係200~500℃為佳,更佳為300~400℃。
接著,對於使用亞氧化氮分解觸媒之亞氧化氮之分解方法加以說明。
本發明D之亞氧化氮之分解方法係有以下4個方法。本發明D之亞氧化氮之分解方法(1)係將含有亞氧化氮之氣體,與前述觸媒,在200~600℃下接觸為特徵者。又,本發明D之亞氧化氮之分解方法(2)係於矽石或矽石氧化鋁所成載體,載持選自銠、釕及鈀所成群之至少一種之貴金屬而成之觸媒,令含亞氧化氮之氣體與該觸媒在200~600℃下接觸,在分解過程下發現觸媒活性下降之時點,停止含亞氧化氮之氣體之供給,加熱至500℃~900℃,賦活再生觸媒之後,再進行含亞氧化氮之氣體之供給為特徵者。
又,本發明D之亞氧化氮之分解方法(3)係觸媒為、載體為矽石,於載體,載持(a)選自銠、釕及鈀所成群之至少一種之貴金屬、(b)鋁、及(c)選自鋅、鐵及錳所成群(c)之至少一種之金屬而成之觸媒,令含亞氧化氮之氣體與該觸媒在200~600℃下接觸,在分解過程下發現觸媒活性下降之時點,停止含亞氧化氮之氣體之供給,加熱至500℃~900℃,賦活再生觸媒之後,再進行含亞氧化氮之氣體
之供給為特徵者。
又,本發明D之亞氧化氮之分解方法(4)係觸媒為、載體為矽石氧化鋁,於該載體,載持(a)選自銠、釕及鈀所成群之至少一種之貴金屬、及(d)選自鎂、鋅、鐵及錳所成群之至少一種之金屬而成之觸媒,令含亞氧化氮之氣體與該觸媒在200~600℃下接觸,在分解過程下發現觸媒活性下降之時點,停止含亞氧化氮之氣體之供給,加熱至500℃~900℃,賦活再生觸媒之後,再進行含亞氧化氮之氣體之供給為特徵者。
本發明D之亞氧化氮之分解方法係令含有亞氧化氮之氣體與分解觸媒之接觸溫度為200~600℃,較佳為300~500℃,期望為350℃~450℃。接觸溫度較200℃為低之時,亞氧化氮有分解不充分之情形,或在600℃以上時,觸媒壽命會有減短之傾向。又,做為觸媒床之方式,雖未特別加以限制,可採用固定床。
做為含有亞氧化氮之氣體組成,含於從工廠或燒毀設備排出之排氣中之亞氧化氮之濃度通常係在1000ppm以下,但經由手術室之剩餘麻醉氣體排除裝置排出之亞氧化氮之濃度約為8~50%,濃度非常高。又,剩餘麻醉氣體中,通常存在13~20%之氧之故,就分解觸媒而言,是為嚴酷之條件。只要可除熱,或可控制溫度下,對於與分解處理接觸之亞氧化氮濃度雖未特別加以限定,但亞氧化氮分解成氮與氧之反應為發熱反應之故,亞氧化氮之濃度為50%以下為佳,較佳為25%以下,更佳為5%程度。每一單
位觸媒之供給氣體量之空間速度(Space Velocity)係在10hr-1~20000hr-1之範圍為佳,更佳為100hr-1~10000hr-1之範圍。
又,含有亞氧化氮之氣體係雖含有揮發性麻醉劑,但本發明D之亞氧化氮分解觸媒難以受到揮發性麻醉劑之毒害,而且即使受到揮發性麻醉劑之毒害而使觸媒活性下降之時,經由使用本發明D之分解方法,回復觸媒活性,在長時間下進行亞氧化氮之分解。因此,當亞氧化氮分解觸媒之活性下降被認定之時,暫時停止含亞氧化氮之氣體之供給,進行燒成處理賦活再生觸媒之後,再進行含亞氧化氮之氣體之供給。
賦活再生觸媒之燒成處理係可在500~900℃之溫度進行,較佳為600~800℃,更佳為650℃~750℃下燒成處理活性下降之分解觸媒即可。進行燒成處理期間,可將氦或氮待之非活性氣體或空氣,流通於觸媒層,於非活性氣體含有氧亦可。使用空氣之時,簡便為之故較佳。就燒成處時間而言,係為10分~12小時,較佳為20分~6小時,更佳期望為30分~2小時程度。前述載持選自銠、釕及鈀所成群之(a)至少一種之貴金屬之觸媒中,難以受到揮發性麻醉劑之毒害,而且觸媒之活性易於回復者為含釕之觸媒,依以下銠、鈀之順序有活性下降之傾向。因此,做為從群(a)選擇之貴金屬成分,期望至少使用釕。然而,進行燒成處理後,進行氫所成之還原處理亦可。
使用於本發明D之分解方法(3)之觸媒係載持於矽石
載體之成分中,令選自鋅、鐵、及錳所成群(c)之至少一種之金屬係含觸媒整體之0.1~5.0質量%為佳,更佳期望為含0.2~1.0質量%。從群(c)所選擇之金屬即使含觸媒整體之5.0質量%以上,效果會有飽和之情形。
載持於矽石載體之鋁中,對於選自鋅、鐵、及錳所成群(c)之至少一種之金屬之原子比下,至少含有2以上者為佳。又,鋁之至少一部分,與從群(c)所選擇之至少一種金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物為佳,尖晶石型結晶性複合氧化物係例如可經由燒成載持鋁和選自鋅、鐵、及錳所成群之至少一種之金屬之載體而生成。
使用於本發明之分解方法(4)之觸媒令載持於矽石氧化鋁載體之選自鎂、鋅、鐵、及錳所成群(d)之至少一種之金屬係含觸媒整體之0.1~5.0質量%為佳,更佳期望為含0.2~1.0質量%。從群(d)所選擇之金屬即使含觸媒整體之5.0質量%以上,效果會有飽和之情形。
又鋁係,對於選自鎂、鋅、鐵及錳所成群(d)之至少一種之金屬之原子比下,至少含有2以上者為佳。又,鋁之至少一部分、與從群(d)選擇之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物者為佳。尖晶石型結晶性複合氧化物係經由於矽石氧化鋁載體、和載持從群(d)選擇之至少一種之金屬,經由燒成載體而生成。
含於本發明D之亞氧化氮之分解方法中所使用之觸媒之選自銠、釕及鈀所成群(a)之至少一種貴金屬,係在使用[1]~[4]之任一分解方法時,含有觸媒整體之0.05~10質
量%為佳,更佳為含有0.1~6.0質量%。經由增加從群(a)選擇之至少一種之貴金屬之載持量,雖可提升低溫之觸媒活性,載持10質量%以上時,考量觸媒之成本時並不佳,而在0.05質量%以下時,會有無法得充分之亞氧化氮之分解活性之情形。
以下,經由實施例D,可更明確本發明D之效果。然而,本發明D係非限定於以下之實施例D,只要不超出該要點之範圍,可適切改變實施。
本實施例D中,將填充2.12g(4ml)亞氧化氮分解用觸媒(於昭和電工(股份有限公司)製、氧化鋁載體(日揮UNIVERSAL(股份有限公司)製,載持銠5%及鋅1%者,粒狀、平均粒徑:3.2mm)之分解反應器(鎳製反應管、1/2英吋口徑、觸媒層高57mm),以加熱器(陶瓷電氣管狀爐、100V、500W)加熱至約350℃,於此分解反應器,邊將濃度100%之亞氧化氮(N2O)氣體,經由下吹供給,邊進行亞氧化氮氣體之分解。
又,將亞氧化氮氣體供給至分解反應器時,經由流量調整閥,在20~2422cc/分之範圍,進行流量調整。然後,此時測定供給至分解反應器之亞氧化氮氣體之線速度(LV:Linear Velocity)[m/min]和空間速度SV:Space Velocity)[hr-1]同時,將分解亞氧化氮氣體後之反應容器內之發熱溫度(觸媒之溫度)之最大值max[℃],以溫度測定器加以測
定。又,測定分解亞氧化氮氣體後之NOx之產生量[ppm],求得該亞氧化氮氣體之分解率[%]。將整理該測定結果者示於表1。又,從表1之測定結果得知,將亞氧化氮氣體之線速度(LV)與反應容器內之發熱溫度及亞氧化氮氣體之分解率之關係整理之圖表,示於圖D8。
如表1及圖D8所示,經由進行供給至上述分解反應器之亞氧化氮氣體之流量調整,即使濃度100%之亞氧化氮氣體,可以高分解率(99%以上)分解亞氧化氮氣體。
又,上述表1中所示LV=12.75m/min、SV=17190hr-1之條件下,停止加熱器所進行之加熱,測定該1小時(hr)後之反應容器內之發熱溫度及亞氧化氮氣體之分解率。
結果,加熱器之停止後,經由亞氧化氮氣體之分解所產生之分解熱,邊維持反應容器內之發熱溫度,邊以與加熱時同等級之分解率(98.7%),持續亞氧化氮氣體之分解
。為此,從加熱器停止後經過約1小時(hr),停止亞氧化氮氣體之供給,強制終止亞氧化氮氣體之分解。由此,可經由亞氧化氮氣體之分解所產生之分解熱,對於之後供給之亞氧化氮氣體之分解,不進行加熱器所進行之加熱,持續加以進行。
以下,對於適用本發明E之熱輸送置及熱輸送方法,參照圖面加以詳細說明。
適用本發明E之熱輸送裝置及熱輸送方法係利用將亞氧化氮(N2O、亦稱為一氧化氮)之分解所產生之能量,可做為對於地球環境優異之能量之亞氧化氮之利用。
亞氧化氮係在常溫、大氣壓下為安定之氣體者。另一方面,該溫度到達約500℃以上時,會邊發熱進行自我分解(熱分解)。如此亞氧化氮之分解係伴隨發熱者(發熱反應)。然後,經由此分解伴隨之溫度上昇(分解熱),高溫化之亞氧化氮之分解氣體係可達約1600℃之故,亞氧化氮係可稱為內藏高能量之物質。
又,亞氧化氮係使用觸媒分解時,該分解開始溫度可拉低至例如350~400℃程度。然後,亞氧化氮之分解後係可經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,持續進行之後供給之亞氧化氮之分解。又,使用觸媒分解之亞氧化氮係邊發熱下,成為氮(N2)與氧(O2)混合氣體(分解氣體)。
本發明人等係根據此見解,利用亞氧化氮之分解所產生之分解熱,發現做為上述對於地球環境優異之能量之亞氧化氮之利用,更經重覆精心研究之結果,以完成本發明
E。
以下,做為本發明E之實施形態,對於圖E1所示熱輸送裝置及使用其之熱輸送方法加以說明。
圖E1係顯示適用本發明E之熱輸送裝置之構成之概略系統圖。此熱輸送裝置係利用經由亞氧化氮(N2O)之分解所產生之分解熱而進行熱輸送之吸收式之熱泵100。
具體而言,此圖E1所示吸收式之熱泵100係概略具備冷媒R循環之冷媒循環系101、和連損冷媒循環系101之同時,循環吸收冷媒R之吸收液A之吸收液循環系102、和邊凝縮冷媒循環系101之冷媒R,邊從該冷媒R放出熱之凝縮部103、和邊冷媒循環系101之冷媒R,邊於此冷媒R吸收熱之蒸發部104、和將蒸發之冷媒R吸收於吸收液循環系102中之吸收液A之吸收部105、和將吸收之冷媒R,從吸收液循環系102中之吸收液A蒸發之再生部106。
冷媒循環系101係由順序連接凝縮部103和蒸發部104和吸收部105和再生部106間之第1乃至第4配管(流路)107a~107d所成。冷媒R係做為進行熱輸送之熱媒體,重覆伴隨吸收液A之吸收及來自吸收液A之蒸發之狀態變化(氣化、液化)之吸熱與散熱,循環於冷媒循環系101內。然而,本例中,做為如此之冷媒R,則使用水。
吸收液循環系102係由順序連接吸收部105和再生部106間之第4及第5配管(流路)107d~107e所成。然而,第4之配管107d係構成冷媒循環系101及吸收液循環系
102之共通配管。吸收液A係重覆冷媒R之吸收及冷媒R之蒸發,循環於此吸收液循環系102內。然而,本例中,做為如此之吸收液A,則使用水之吸收性高之溴化鋰(LiBr)之水溶液。
凝縮部103係具有連接第1之配管107a及第2之配管107b之凝縮處理室103a、和配置於此凝縮處理室103a之內側之凝縮器(凝結器)103b。又,凝縮器103b係做為散熱(高溫)側之熱交換器,與外部之散熱器(冷卻塔、室外機)108熱性地連接。具體而言,於此凝縮器103b(凝縮處理室103a之內側)與散熱器108(凝縮處理室103a之外側)間,撓有導熱管109,成為於該內部通液(循環)有冷卻液W之構造。然而,冷卻液W中,例如可使用水。
然後,此凝縮部103中,在再生部106蒸發(氣化)之冷媒(水蒸氣)R,透過第1之配管107a,供給至凝縮處理室103a,於此凝縮處理室103a內,經由與凝縮器103b之熱交換(與導熱管109接觸),從冷媒R放出熱。由此,冷媒R係被凝縮(冷卻),成為液體(水),從凝縮處理室103a透過第2之配管107b,送至蒸發部104。
又,凝縮部103中,從冷媒R放出之熱則吸收(吸熱)於流動於導熱管109內之冷卻液W後,經由與外部之熱交換,從散熱器108成為熱氣TH而放出。更且,於散熱器108,設置風扇(送風手段)108a,邊驅動此風扇108a,向外部有效率地放出熱氣TH。
然而,凝縮部103中,可利用從上述散熱器108放出
之熱氣TH,進行加熱。即,可將上述散熱器108做為加熱器(加熱手段)使用。然而,做為加熱之應用領域,例如可列舉暖氣、供給熱水、溫水、乾燥等。
蒸發部104係具有連接第2之配管107b及第3之配管107c之蒸發室104a、和配置於此蒸發室104a之內側之蒸發器(蒸發器)104b。又,蒸發室104a內係成為減壓,接近真空之狀態(冷媒R易於蒸發(氣化)之狀態)。另一方面,蒸發器104b係做為吸熱(低溫)側之熱交換器,與外部之吸熱器(空調機、室內機)110熱性地連接。具體而言,於此蒸發器104b(蒸發室104a之內側)與吸熱器110(蒸發室104a之外側)間,撓有導熱管111,成為於該內部通液(循環)有冷卻液C之構造。然而,冷卻液C中,例如可使用水。
然後,此蒸發部104中,在凝縮部103凝縮(液化)之冷媒(水)R,透過第2之配管107b,供給至蒸發室104a時,於此蒸發室104a內,經由與蒸發器104b之熱交換(與導熱管111接觸),於冷媒R吸收熱。
此時,蒸發室104a內係減壓至接近真空之狀態之故,從第2之配管107b滴下之冷媒R係經由接觸導熱管111,容易地被蒸發(氣化)。由此,冷媒R係成為氣體(水蒸氣),從蒸發室104a透過第3之配管107c,送至吸收部105。
又,蒸發部104中,經由蒸發冷媒R時之氣化熱,流動於導熱管109內之冷卻液C被冷卻後,經由與外部之熱
交換,從吸熱器110成為冷氣TL而放出。更且,於吸熱器110,設置風扇(送風手段)110a,邊驅動此風扇110a,向外部有效率地放出冷氣TL。
然而,蒸發部104中,可利用從上述吸熱器110放出之冷氣TL,進行冷卻。即,可將上述吸熱器110做為冷卻器(冷卻手段)使用。然而,做為冷卻之應用領域,例如可列舉冷氣、冷藏、冷凍、冷水、製冰等。
吸收部105係由具有連接第3之配管107c、第4之配管107d及第5之配管107e之吸收室105a之吸收器(absorber)所成。
然後,此吸收部105中,在蒸發部104蒸發(氣化)之冷媒(水蒸氣)R,透過第3之配管107c,供給至吸收室105a,於此吸收室105a內,於吸收液A吸收冷媒R。
此時,從第5之配管107e滴下之吸收液A係之成為吸濕性高之濃溶液之故,容易吸收蒸發(氣化)冷媒(水蒸氣)R。然後,吸收冷媒R之吸收液A係成為稀溶液,從吸收室105a透過第4之配管107d,送至再生部106。
再生部106係由具有連接第4之配管107d、第5之配管107e及第1之配管107a之再生室106a、和加熱此再生室106a之加熱器(加熱手段)112之再生器(發生器)所成。
然後,此再生部106中,吸收冷媒R之吸收液A則透過第4之配管107d,供給至再生室106a時,於此再生室106a內,吸收冷媒R之吸收液A經由使用加熱器112加熱,從此吸收液A中冷媒R被蒸發(氣化)。
由此,冷媒R係成為氣體(水蒸氣),從再生室106a透過第1之配管107a,送至凝縮部103。另一方面,吸收液A係成為濃溶液(易於吸收冷媒R之狀態),從再生室106a透過第5之配管107e,送至吸收部105。
如以上所述,此吸收式之熱泵100中,使冷媒R在冷媒循環系101內循環之同時,可使吸收液A在吸收液循環系102內循環下,進行熱輸送。
然後,適用本發明E之熱輸送裝置係成為於上述再生部106中,利用經由亞氧化氮之分解所產生之分解熱,加熱上述再生室106a內之吸收液A之構成。即,上述加熱器112係利用燃燒以往之石化燃料等時之燃燒熱,與加熱上述再生室106之加熱器(燃燒反應部)置換者。
具體而言,上述圖E1所示熱輸送裝置係做為本發明E之特徵部分係具備例如圖E2所示,配置分解亞氧化氮之亞氧化氮分解用觸媒(以單以觸媒稱之)21之分解反應器(分解反應部)22、和於分解反應器22,供給含亞氧化氮(N2O)之燃料氣體之燃料氣體供給線(燃料氣體供給手段)23、和供給氮氣(N2)至分解反應器22之氮氣供給線(氮氣供給手段)24和調整供於分解反應器22之燃料氣體之流量之流量調整部(流量調整手段)25、和測定觸媒21之溫度之溫度測定器(溫度測定手段)26、和進行各部之控制之控制部(控制手段)27。
分解反應器22係具備於該內側收納觸媒21之本體部(分解反應室)22a,具有設置於此本體部22a之一端側導入
燃料氣體之氣體導入口22b、和於此本體部22a之另一端側排出分解氣體之氣體排出口22c的構造。
然而,對於分解反應器22之材質,使用耐熱性及耐氧化性優異者為佳,尤其,對於經由分解氣體曝露於高溫高壓之氣體排出口22c側之構件等,使用充分可承受高溫高壓下之熱疲勞或氧化等者為佳。做為如此之材料,例如可列舉不鏽鋼或鎳基合金、鈷基合金等。又,可將陶瓷或碳化矽(SiC)等做為遮熱材使用。更且,使用此等之複合材料亦可。又,分解反應器22係具備經由水冷或空冷等,強制冷卻之機構者亦可。
就觸媒21而言,使用可在廣溫度域下(尤其低溫域),有效率分解亞氧化氮,且可承受高溫下之熱疲勞或氧化等者為佳。做為如此亞氧化氮之分解效率高,耐熱性及耐氧化性優異之觸媒,例如可使用後述「日本特開2002-153734號公報」或「日本特開2002-253967號公報」揭示者等。
具體而言,可使用以下[1]~[6]所示之任一之觸媒。
[1]鋁(Al)、鎂(Mg)及銠(Rh)被載持於載體之觸媒。
[2]鎂(Mg)及銠(Rh)被載持於氧化鋁(Al2O3)載體之觸媒。
[3]於經由鋁(Al)之至少一部分與鎂(Mg)所形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,載持銠(Rh)之觸媒。
[4]選自鋅(Zn)、鐵(Fe)、錳(Mn)及鎳(Ni)所成群之至少一種之金屬、鋁(Al)及銠(Rh)被載持於載體之觸媒。
[5]選自鋅(Zn)、鐵(Fe)、錳(Mn)及鎳(Ni)所成群之至少一種之金屬、及銠(Rh)被載持於氧化鋁(Al2O3)載體之觸媒。
[6]於經由鋁(Al)之至少一部分、和選自鋅(Zn)、鐵(Fe)、錳(Mn)及鎳(Ni)所成群之至少一種之金屬、形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,載持銠(Rh)之觸媒。
又,本發明E中,可適切使用於選自矽石(SiO2)、矽石氧化鋁(SiO2-Al2O3)之載體,載持選自銠(Rh)、釕(Ru)、鈀(Pd)所成群之至少一種貴金屬所成觸媒等。經由使用如此觸媒21,可令亞氧化氮以接近100%之分解效率,分解成氮與氧。尤其,於使用矽石(SiO2)或矽石氧化鋁(SiO2-Al2O3)所成載體,載持銠(Rh)之觸媒之時,幾乎無一氧化氮(NO)或二氧化氮(NO2)等之NOx氣體之產生,亞氧化氮幾乎完全分解成氮與氧。
更且,於觸媒21可例示有將氧化鋁在封固底基之堇青石及金屬蜂巢體或多孔質陶瓷之載體,將對於氮氧化物之分解有效之銠,以質量分率2~3%加以含浸者,或於氧化鋁或碳化矽之陶瓷製蜂巢構造體,形成氧化鋁之載體層,於此載體層載持對於氮氧化物之分解有效之銠等,但必不一定限定於此。
又,做為其他之觸媒21,例如可使用用於分解除去己二酸之製造工程或硝酸之製造工程等排出之排氣中之亞氧化氮時之觸媒等。做為如此之觸媒,例如可列舉在於以MAl2O3(M係Pd、Cu、Cu/Mg、Cu/Zn、Cu/Zn/Mg之任一者)所表示,將M以10~30質量%之比例含有之氧化鋁載體,將貴金屬以0.1~2質量%之比例載持者。
對於觸媒21之形狀,未特別加以限定,例如使用粉
末狀、顆粒狀、錠粒狀、蜂巢狀、多孔質狀、粉碎狀、網目狀、板狀、薄片狀等之任一形狀中適切選擇最佳形狀及尺寸者即可。
又,對於觸媒21之本體部22a之填充方法,或配合觸媒21之本體部22a之形狀等,亦可配合具備上述分解氣體鍋鑪1及分解氣體渦輪機11之分解反應部6、13之設計,任意地加以實施。
分解反應器22係配合觸媒21之歷時性之劣化,成為可交換觸媒21(依情形可連同本體部22a交換)之構成亦可。又,從性能下降之觸媒21抽出精製貴金屬成分後,可將此回收之貴金屬載持於載體者做為再生觸媒使用。
於分解反應器22中,設置加熱上述觸媒21之加熱器(預熱手段)28。此加熱器28係為了在開始亞氧化氮之分解前,即在分解反應器22供給燃料氣體之前,將觸媒21加熱(預熱)至亞氧化氮分解可能溫度(分解開始溫度)者。
例如,圖E2所示加熱器28係以在於本體部22a之內側,接觸於觸媒21之周圍之狀態加以配置。又,加熱器28係介著電力供給線29,與電源(未圖示)連接,可經由來自此電源之電力供給而發熱。又,做為加熱器28,可使用阻抗加熱方式或感應加熱方式等。
然而,有關觸媒21之加熱方式,不限於經由配置於如此本體部22a之內側之加熱器28,加熱觸媒21之方法,亦可使用經由配置於本體部22a之外側之加熱器28,加熱觸媒21之方法。此時,經由加熱器28加熱本體部22a
,藉由從此本體部22a之輻射或熱傳導等,可加熱觸媒21。
又,做為觸媒21之加熱方法,亦可使用藉由在於觸媒21直接供給電力,加熱該觸媒21之方法。除此之外,對於觸媒21之加熱方法,未特別加以限定,可從加熱觸媒21之方法中適切選擇使用。
燃料氣體供給線23係該一端側介著流量調整部25,連接於分解反應器22之入口側(氣體導入口22b)之配管(流路),於該另一端側,則介著燃料氣體開關閥30,連接燃料氣體供給源31。
燃料氣體開關閥30係為了開閉燃料氣體供給線23,進行從燃料氣體供給源31之燃料氣體之供給/切斷(開閉手段)者。又,於燃料氣體開關閥30中,不僅開閉燃料氣體供給線23,可使用可調整該開啟程度(包含壓力等)者。
更且,於燃料氣體開關閥30中,可使用可控制該流量之附有流量調整之控制閥(流量調整閥)。然後,此燃料氣體開關閥30係與控制部27電性連接,經由此控制部27,可驅動控制燃料氣體開關閥30。
然而,對於此燃料氣體開關閥30,不限於使用上述附有流量調整之控制閥(流量調整閥)之構成,開閉燃料氣體供給線23之閥(開閉閥)之外,可為設置調整流動於燃料氣體供給線23內之燃料氣體之流量之調整器(流量調整器)等之構成。
燃料氣體供給源31係為供給含亞氧化氮之燃料氣體
,具有燃料氣體暫時貯存之燃料氣體貯存部,於此燃料氣體貯存部,配置填充亞氧化氮之高壓氣體容器(例如鋼瓶、容器槽、鋼瓶集合體等)31a。然後,於此燃料氣體供給源31,經由開放燃料氣體開關閥30,可從高壓氣體容器31a至燃料氣體供給線23供給含亞氧化氮之燃料氣體。
氮氣供給線24係該一端側則連接於較燃料氣體供給線23之流量調整部25之上游側之配管(流路),於該另一端側,則介著氮氣開關閥32,連接氮氣供給源33。又,氮氣供給線24係具有經由於燃料氣體供給線23導入氮氣,做為調整含於燃料氣體中之亞氧化氮之濃度的濃度調整手段之功能。
氮氣開關閥32係為了開閉氮氣供給線24,進行從氮氣供給源33之氮氣之供給/切斷(開閉手段)者。又,於氮氣開關閥32中,不僅開閉氮氣供給線24,可使用可調整該開啟程度(包含壓力等)者。
更且,於氮氣開關閥32中,為調整供予燃料氣體供給線23之氮氣之供給量,使用可控制該流量之附有流量調整之控制閥(流量調整閥)為佳。然後,此氮氣開關閥32係與控制部27電性連接,經由此控制部27,可驅動控制氮氣開關閥32。
然而,對於此氮氣開關閥32,不限於使用上述附有流量調整之控制閥(流量調整閥)之構成,開閉氮氣供給線24之閥(開閉閥)之外,可為設置調整流動於氮氣供給線24內之氮氣之流量之調整器(流量調整器)等之構成。
氮氣供給源33係具有氮氣暫時貯存之氮氣貯存部,於此氮氣貯存部,配置填充氮之高壓氣體容器(例如鋼瓶、容器槽、鋼瓶集合體等)33a。然後,於此氮氣供給源33,經由開放氮氣開關閥32,可從高壓氣體容器33a至燃料氮氣供給線24供給氮氣。
流量調整部25係可調整從燃料氣體供給線23導入至分解反應器22之燃料氣體之流量(導入量)即可,可使用調整器(流量調整器)或附有流量調整之控制閥(流量調整閥)等。然後,此流量調整部25係與控制部27電性連接,經由此控制部27,可驅動控制流量調整部25。
然而,流量調整部25中,設置計測流動於此流量調整部25內之燃料氣體之流量的流量計(流量計測手段),或使用如此附有流量計之調整器或控制閥等,可精度優異地進行導入分解反應器22之燃料氣體之流量調整。
溫度測定器26係將上述觸媒21之溫度,直接或間接測定者,與控制部27電性連接,對此控制部27輸出測定結果(測定資料)。
例如,圖E3所示溫度測定器26係安裝於分解反應器22之本體部22a,接觸於觸媒21,可測定此觸媒21之下游側之溫度。
使用觸媒21之亞氧化氮之分解中,令此觸媒21中通過亞氧化氮之期間,分解亞氧化氮之故,一般而言觸媒21之上游側(氣體導入口22b)之溫度較下游側(氣體排出口22c)之溫度者為高。因此,經由分解氣體,曝露於高溫高
壓之觸媒21或氣體排出口22c側之構件等之劣化(例如熱疲勞或氧化等),尤其亞氧化氮係於分解氣體中含氧之緣故,在防止與此氧之反應(氧化)下,測定上述觸媒21之下游側(氣體排出口22c)之溫度之為佳。
另一方面,溫度測定器26係不限於上述圖E3所示構成,成為測定觸媒21之上遊(氣體導入口22b)側之溫度之構成亦可。此係開始亞氧化氮之分解前,經由上述加熱器28加熱之觸媒21,檢出是否加熱至上述分解開始溫度之觀點下,為較佳者。然後,根據此溫度測定器26所成測定結果,觸媒21加熱至上述分解開始溫度時,停止上述加熱器28所進行之加熱即可。由此,可效率佳地進行上述加熱器28所進行之加熱。
然而,對於測定觸媒21之溫度之處所,非一定限定於上述處所,例如為測定觸媒21之平均溫度,測定觸媒21之中央部分之溫度,或將此等複數處所之溫度各別加以測定亦可。
又,溫度測定器26係非限定於直接測定觸媒21之溫度者,例如經由測定收納觸媒21之本體部22a之溫度,間接性測定觸媒21之溫度亦可。
又,溫度測定器26係非限定於直接測定觸媒21之溫度者,成為直接或間接測定從上述分解反應器22之氣體排出口22c所排出之分解氣體之溫度之構成亦可。更且,成為測定此等觸媒21與分解氣體之兩者之溫度的構成亦可。
然而,對於溫度測定器26,例如可採用使用熱電偶之溫度計、或放射溫度計等之非接觸式之溫度計、資料記錄器等,但非一定限定於此,除此之外,可從可測定觸媒21或分解氣體之溫度者中適切選擇使用。
控制部27係由電腦(CPU)等所成,根據來自溫度測定器26之測定結果(測定資料),隨著記錄於內部之控制程式,進行對於上述流量調整部25或燃料氣體開關閥30、氮氣開關閥32之控制等。
具體而言,於上述分解反應器22中,為持續進行使用上述觸媒21之亞氧化氮之分解,控制分解氣體之溫度則變得重要。
即,分解氣體之溫度過高時,如上所述,會經由分解氣體招致高溫高壓曝露之觸媒21或氣體排出口22c側之構件等之劣化(例如熱疲勞或氧化等)。另一方面,分解氣體之溫度過低時,有可能難以持續亞氧化氮之自我分解。
又,亞氧化氮不分解時,會由分解反應器22之氣體排出口22c排出,依情形而定,會產生上述NOx氣體。此等氣體會成為上述地球暖化或大氣污染之原因。
因此,控制部27係不使產生如此之問題,於上述分解反應器22中,在持續使用觸媒21之亞氧化氮之分解之範圍下,進行分解氣體之溫度控制者為佳。
在此,做為控制分解氣體之溫度之方法,可列舉(1)調整供給至分解反應器22之燃料氣體之流量的方法、和(2)調整含於燃料氣體中之亞氧化氮之濃度的方法。
其中,使用上述(1)之方法中,根據來自上述溫度測定器26之測定結果,上述控制部27則控制流量調整部25,進行從燃料氣體供給線23供予分解反應器22之燃料氣體之流量調整。
具體而言,要提升分解氣體之溫度時,進行相對提升控制從燃料氣體供給線23供予分解反應器22之燃料氣體之流量。由此,增加導入分解反應器22之燃料氣體之導入量,經由此分解反應器22所分解之亞氧化氮之分解量(分解熱)之增加,可相對提升分解氣體之溫度。
另一方面,要下降分解氣體之溫度時,進行相對下降控制供予分解反應器22之燃料氣體之流量。由此,減少導入分解反應器22之燃料氣體之導入量,經由此分解反應器22所分解之亞氧化氮之分解量(分解熱)之減少,可相對降低分解氣體之溫度。
如以上所述,於上述圖E3所示本發明E之特徵部分中,經由上述控制部27,可邊控制分解氣體之溫度,邊於上述分解反應器22中,為持續進行使用觸媒21之亞氧化氮之分解。
另一方面,使用上述(2)之方法中,根據來自上述溫度測定器26之測定結果,上述控制部27則控制上述氮氣開關閥32,進行從氮氣供給線24供予燃料氣體供給線23之氮氣之流量調整。
具體而言,要提升分解氣體之溫度時,進行相對上昇控制含於燃料氣體中之亞氧化氮之濃度。即,相對下降從
氮氣供給線24供予燃料氣體供給線23之氮氣之流量,或進行控制停止從氮氣供給線24供予燃料氣體供給線23之氮氣之供給。由此,停止或減少該添加對於流動於燃料氣體供給線23內之燃料氣體之氮氣的添加量,可相對提高含於此燃料氣體中之亞氧化氮之濃度。然後,伴隨於此,經由增加分解反應器22所分解之亞氧化氮之分解量(分解熱),可相對提升分解氣體之溫度。
另一方面,要下降分解氣體之溫度時,進行相對下降控制含於燃料氣體中之亞氧化氮之濃度。即,相對提升從氮氣供給線24供予燃料氣體供給線23之氮氣之流量,或進行控制開始從氮氣供給線24供予燃料氣體供給線23之氮氣之供給。由此,停止或增加該添加對於流動於燃料氣體供給線23內之燃料氣體之氮氣的添加量,使含於此燃料氣體中之亞氧化氮以氮氣稀釋,可使亞氧化氮之濃度相對降低。然後,伴隨於此,經由減少分解反應器22所分解之亞氧化氮之分解量(分解熱),可相對下降分解氣體之溫度。
然而,使用上述(2)之方法中,除了上述氮氣之外,經由例如將氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氙(Xe)、氪(Kr)等之非活性氣體,或空氣(含乾燥空氣)等添加於燃料氣體中,可調整含於此燃料氣體中之亞氧化氮之濃度。
如以上所述,於上述圖E2所示本發明E之特徵部分中,可邊控制分解氣體之溫度,邊於上述分解反應器22中,持續進行使用觸媒21之亞氧化氮之分解。
然而,於上述圖E2所示本發明E之特徵部分中,可組合使用上述(1)、(2)之方法,進行控制上述分解氣體之溫度控制。然後,使用此等上述(1)、(2)之方法中,可將上述分解氣體之溫度控制,以簡易之構成,且安定加以進行。另一方面,本發明E中,非一定限定於使用上述(1)、(2)之方法,使用除此之外之方法,進行分解氣體之溫度控制亦可。
又,本發明E中,設置計測上述分解氣體中之NOx濃度之NOx計(NOx計測手段)亦可。此時,經由計測含於上述分解氣體中之未分解之亞氧化氮(N2O)或一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)等之NOx氣體之濃度,可精度優異地進行上述分解氣體之溫度控制。
更且,本發明E中,可設置除去含於分解氣體中之NOx之手段(NOx除去手段)亦可。做為NOx除去手段,例如可使用於含NOx之分解氣體中,添加氨(NH3),經由脫硝用觸媒,選擇性反應(還原)氨與NOx,分解成水(H2O)與氮(N2)之脫硝裝置等。然而,對於脫硝用觸媒,從以往公知者中,選擇最適切者加以使用即可。又,做為NOx除去手段,使用可將含於分解氣體中之NOx直接分解之NOx分解用觸媒亦可。
又,於上述分解反應器22中,停止使用上述觸媒21之亞氧化氮之分解之時,停止對上述分解反應器22之燃料氣體之供給後,於上述分解反應器22供給氮氣者為佳。
此係停止對上述分解反應器22之燃料氣體之供給後,於觸媒21內滯留有分解氣體,而經由含於此分解氣體之氧,有劣化觸媒21之疑慮之緣故。
此時,控制部27係經由進行閉塞控制上述燃料氣體開關閥30,停止對上述分解反應器22之燃料氣體之供給,僅從上述氮氣供給線24供予之氮氣導入至上述分解反應器22。
由此,導入上述分解反應器22之氮氣則可擠出滯留於觸媒21內之分解氣體,除去滯留於此觸媒21內之分解氣體。然後,控制部27係於上述分解反應器22,在一定時間下,即在除去滯留於觸媒21內之分解氣體所需充分時間,導入氮氣後,進行閉塞控制上述氮氣開關閥32,停止對上述分解反應器22之氮氣之供給。
由此,可防止觸媒21之氧所造成之劣化,延長此觸媒21之壽命。又,可減少交換上述觸媒21之頻繁度(延長交換周期)。更且,使用此方法之時,可容易暫時停止亞氧化氮之分解後,再進行亞氧化氮之分解。
然而,停止上述亞氧化氮之分解時,除了上述氮氣之外,例如可將He、Ne、Xe、Ar、Kr等之非活性氣體,或空氣(含乾燥空氣),導入分解反應器22。
在此,參照圖E3所示流程圖,對於本發明E之特徵部分之具體動作(控制方法)之一例加以說明。
於本發明E之特徵部分中,首先,於步驟S101中,開始亞氧化氮之分解前,驅動加熱器28,加熱(預熱)觸媒
21。
接著,於步驟S102中,根據溫度測定器26所測定之觸媒21之溫度,控制部27則進行觸媒21是否加熱至分解開始溫度之判定。然後,觸媒21被判定加熱至分解開始溫度時,前進至步驟S103,於此步驟S103,停止加熱器28之驅動。另一方面,觸媒21被判定加未熱至分解開始溫度時,使觸媒21達分解開始溫度,持續加熱器28之觸媒21之加熱。
接著,於步驟S104中,於分解反應器22供給燃料氣體,於此分解反應器22,進行使用觸媒21之亞氧化氮之分解。然而,有關供予分解反應器22之燃料氣體之流量,或含於此燃料氣體中之亞氧化氮之濃度等,則成為預先設定之值。
接著,於步驟S105中,根據溫度測定器26所測定之觸媒21(或分解氣體)之溫度,控制部27則進行觸媒21(或分解氣體)之溫度是否超過預先設定之值(範圍)之判定。然後,觸媒21(或分解氣體)之溫度判定超過設定值(範圍)時,前進至步驟S106。另一方面,觸媒21(或分解氣體)之溫度判定在於設定值(範圍)時,前進至步驟S110。
接著,步驟S106中,控制部27則進行觸媒21(或分解氣體)之溫度較設定值(範圍)為高或為低之判定(比較)。
然後,觸媒21(或分解氣體)之溫度判定較設定值(範圍)為高時,前進至步驟S107,於此步驟S107中,控制部27則將供予分解反應器22之燃料氣體之流量,或將含於
此燃料氣體中之亞氧化氮之濃度,向下降方向進行調整。然後,調整後係前進至步驟S109。
另一方面,觸媒21(或分解氣體)之溫度判定較設定值(範圍)為低時,前進至步驟S108,於此步驟S108中,控制部27則將供予分解反應器22之燃料氣體之流量,或將含於此燃料氣體中之亞氧化氮之濃度,向提升方向進行調整。然後,調整後係前進至步驟S109。
此等步驟S107或步驟S108之調整中,例如將供予分解反應器22之燃料氣體之流量之設定值,或將含於此燃料氣體中之亞氧化氮之濃度之設定值,在可調整之範圍下,分成特定之階段數,將該設定值較現階段進行1階段之下降或提升。
接著,於步驟S109中,根據溫度測定器26所測定之觸媒21(或分解氣體)之溫度,控制部27則進行觸媒21(或分解氣體)之溫度是否回到設定值(範圍)之判定。然後,觸媒21(或分解氣體)之溫度判定回到設定值(範圍)時,前進至步驟S110。
另一方面,觸媒21(或分解氣體)之溫度判定未回到設定值(範圍)時,回至步驟S106,再進行觸媒21(或分解氣體)之溫度較設定值(範圍)為高或為低之判定(比較)後,前進至步驟S107或S108,將供予上述分解反應器22之燃料氣體之流量之設定值,或將含於此燃料氣體中之亞氧化氮之濃度之設定值,向下降或上昇一階段之方向進行調整。然後,前進至步驟S109,進行觸媒21(或分解氣體)之
溫度是否回到設定值(範圍)之判定,直到觸媒21(或分解氣體)之溫度是回到設定值(範圍),重覆如此調整。又,重覆如此調整之結果,於超過可調整範圍時,控制部27判定為異常,強制前進至步驟S110(圖E3中未圖示)。
接著,步驟S110中,控制部27則進行是否停止燃料氣體之供給之判定。做為停止燃料氣體之供給之時,例如可列舉有接受從外部之停止命令,或上述步驟S109判定為異常之時等。然後,停止燃料氣體之供給時,前進至步驟S111。另一方面,不停止燃料氣體之供給時,回到步驟S105,持續溫度測定器26所進行之觸媒21(或分解氣體)之溫度測定。
接著,於步驟S111中,停止燃料氣體之供給後,前進至步驟S112,於此步驟S112中,於分解反應器22供給氮氣。由此,氮氣擠出滯留於觸媒21內之分解氣體,可除去滯留於此觸媒21內之分解氣體。
如以上所述,於上述圖E2所示本發明E之特徵部分中,可邊控制分解氣體之溫度,邊於上述分解反應器22中,持續進行使用觸媒21之亞氧化氮之分解。
然而,本發明E中,將上述溫度測定器26所測定之測定資料及根據此之控制部27之判定結果,例如表示於省略圖示之監視器,輸出至印表機亦可。又,不限於上述控制部27所成自動控制,例如可進行操作者所進行之手動控制。
又,於上述步驟S109中,判定為異常之時,依需要
,將該情形進行告知亦可。有關告知方法,雖未特別加以限定,例如可發出警報,或進行顯示者。
上述圖E1所示熱輸送裝置中,經由具備如以上本發明E之特徵部分,可邊控制分解氣體之溫度,邊持續進行亞氧化氮之分解。
即,具備此等本發明E之特徵部分之熱輸送裝置中,可於上述分解反應器21,供給含亞氧化氮之燃料氣體,於此分解反應器21中,將含於燃料氣體中之亞氧化氮,使用上述觸媒21分解之後,經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,持續進行於後供給之燃料氣體中之亞氧化氮之分解。
然後,於上述圖E1所示熱輸送裝置中,將於上述分解反應器22經由分解亞氧化氮(N2O)所得之亞氧化氮之分解氣體(N2,O2),供給至上述加熱器112。
加熱器112係成為安裝於上述再生室106a之加熱(高溫)側之熱交換器,於此熱交換器之內部通過分解氣體之期間,經由與分解氣體之熱交換,加熱上述再生室106a之結構。
然而,於加熱器112之內部中,為使與上述再生室106a間之熱傳導性變佳之散熱片(散熱板)112a,則以接觸於上述再生室106a之傳熱面之狀態加以設置。由此,可將上述再生室106a有效率地進行加熱。
又,於此加熱器112中,可對應於其用途使用各種型式、大小之熱交換器。例如,做為熱交換器之種類,可列
舉管式(雙重管式、多管式(管殼式)、螺旋式等),或板式、再生式等,從此等之中,配合其用途適切加以選擇使用即可。
適用本發明E之熱輸送方法係如圖E4所示,具有邊凝縮上述冷媒循環系101中之冷媒R,邊從此冷媒R放出熱之凝縮步驟S1、和邊蒸發上述冷媒循環系101中之冷媒R,邊於此冷媒R吸收熱之蒸發步驟S2、和將蒸發之冷媒R吸收於上述吸收液循環系102中之吸收液A之吸收步驟S3、和將吸收之冷媒R從上述吸收液循環系102中之吸收液A蒸發之再生步驟S4,重覆此等各步驟S1~S4,於再生步驟S4,使用亞氧化氮之分解所產生之分解熱,加熱吸收液A為特徵者。
具體而言,上述圖E1所示熱輸送裝置中,將在上述再生部106蒸發(氣化)之冷媒(水蒸氣)R,經由以上述凝縮部103凝縮,從此冷媒R放出熱。又,將在上述凝縮部103凝縮(液化)之冷媒(水)R,經由在上蒸發部104蒸發,於此冷媒R吸收熱。又,將於上述蒸發部104蒸發(氣化)之冷媒(水蒸氣)R,於上述吸收部105吸收於吸收液A。又,將於上述吸收部105吸收於吸收液A之冷媒R,邊於上述再生部106加熱,邊從吸收液A蒸發。
然後,於此熱輸送裝置中,使冷媒R在冷媒循環系101內循環之同時,可使吸收液A在吸收種循環系102內循環下,進行熱輸送。又,此熱輸送裝置中,在上述再生部106使用加熱器112,加熱吸收液A之時,於該熱源,
使用亞氧化氮之分解所產生之分解熱。
如以上所述,適用本發明E之熱輸送裝置及熱輸送方法中,可進行利用經由亞氧化氮所產生之分解熱之熱輸送。然後,根據本發明E時,可提供做為對於地球環境優異能量之亞氧化氮之利用之熱輸送裝置,以及使用如此熱輸送裝置之熱輸送方法。
然而,本發明E係非一定限定於上述圖E1所示熱輸送裝置之構成者,在不超脫本發明E要點之範圍下,可進行種種之變更。
例如,適用本發明E之熱輸送裝置中,除了如圖E1所示吸收式之熱泵100之構成之外,可如圖E5所示吸收式之熱泵100A,可成為設置利用伴隨亞氧化氮(N2O)之斷熱膨脹之冷卻熱,冷卻上述凝縮處理室103a之冷卻器(冷卻手段)113,或冷卻上述吸收室105a之冷卻器(冷卻手段)114之構成。
具體而言,此等冷卻器113、114係安裝於凝縮處理室103a及吸收室105a之冷卻(低溫)側之熱交換器,於此熱交換器中,供給經由伴隨斷熱膨脹之溫度下降(冷卻熱)而低溫化之亞氧化氮氣體。然後,成為在此熱交換器之內部通過低溫之亞氧化氮氣體之期間,經由與亞氧化氮氣體之熱交換,冷卻上述凝縮處理室103a及吸收室105a之構造。
然而,於冷卻器113、114之內部中,為使與上述凝縮處理室103a及吸收室105a間之熱傳導性變佳之散熱片
(散熱板)113a、114a,則以接觸於上述凝縮處理室103a及吸收室105a之傳熱面之狀態加以設置。由此,可將上述凝縮處理室103a及吸收室105a有效率地進行冷卻。
又,於此冷卻器113、114中,可對應於其用途使用各種型式、大小之熱交換器。例如,做為熱交換器之種類,可列舉管式(雙重管式、多管式(管殼式)、螺旋式等),或板式、再生式等,從此等之中,配合其用途適切加以選擇使用即可。
又,如圖E5所示熱輸送裝置係具備將從上述高壓氣體容器31a(圖E5中未圖示)放出而斷熱膨脹之亞氧化氮氣體(N2O),供予至冷卻部之第1之供給線115、和將從冷卻器113、114排出之亞氧化氮氣體,供予分解反應器22之第2之供給線116、和將於分解反應器22分解亞氧化氮氣體而得之分解氣體(N2,O2),供給至加熱器112之第3之供給線117、和從加熱器112排出分解氣體之排出線118。
其中,第1之供給線115係該一端側連接於高壓氣體容器31a,另一端側則連接於冷卻器113、114之入口側之配管(流路)。另一方面,第2之供給線116係該一端側連接於冷卻器113、114之出口側,另一端側則連接於分解反應器22之入口側(氣體導入口22b)之配管(流路)。然後,此等第1及第2之供給線115、116係構成將從高壓氣體容器31a放出之亞氧化氮氣體(N2O),供給至分解反應器22之亞氧化氮氣體供給線(亞氧化氮氣體供給手段)。
另一方面,第3之供給線117係該一端側連接於分解反應器22之出口側(氣體排出口22c),另一端側則連接於加熱器112之入口側之配管(流路)。另一方面,排出線118係該一端側連接於加熱器112之出口側之配管(流路)。
然而,有關圖E5所示熱輸送裝置之外之構成,係概略具備與上述圖E1所示熱輸送裝置相同之構成。因此,此圖E5所示熱輸送裝置中,對於與上述圖E1所示熱輸送裝置同等之部位,省略該說明之同時,於圖面附上相同之符號。或省略該圖示。
然後,於此熱輸送裝置中,使冷媒R在冷媒循環系101內循環之同時,可使吸收液A在吸收液循環系102內循環下,進行熱輸送。又,此熱輸送裝置中,在上述再生部106使用加熱器112,加熱吸收液A之時,於該熱源,使用亞氧化氮之分解所產生之分解熱。更且,此熱輸送裝置中,在凝縮處理室103a及吸收室105a使用冷卻器113、114,冷卻冷媒R及吸收液A之時,於該冷源,使用伴隨亞氧化氮之斷熱膨脹之冷卻熱。
如以上所述,適用本發明E之熱輸送裝置及熱輸送方法中,可進行利用經由亞氧化氮所產生之分解熱之熱輸送。然後,根據本發明E時,可提供做為對於地球環境優異能量之亞氧化氮之利用之熱輸送裝置,以及使用如此熱輸送裝置之熱輸送方法。
然而,有關圖E5所示熱輸送裝置中,雖成為設置上
述冷卻器113、114之兩者之構成,亦可成為僅設置此等冷卻器113、114之任一者之構成。
又,對於上述本發明E之特徵部分,非限定於上述圖E2所示之構成。例如,分解反應器22係可將該形狀或數量、配置等配合上述熱輸送裝置之設計,適切加以變更。又,對於連接於此分解反應器22之燃料氣體供給線23或氮氣供給線24、流量調整部25、溫度測定器26、控制部27、加熱器28、電力供給線29、燃料氣體開關閥30、燃料氣體供給源31、氮氣開關閥32、氮氣供給源33等,亦可配合上述熱輸送裝置之設計,適切加以變更。
又,適用本發明E之熱輸送裝置係除了上述圖E1及圖E5所示吸收式之熱泵100、100A之構成以外,例如可成為配置將上述冷媒循環系101中之冷媒R通液(循環)之泵(通液手段),或將上述吸收液循環系102中之吸收液A通液(循環)之泵(通液手段)之構成。
更且,適用本發明E之熱輸送裝置中,可成為具備其他需要之附屬設備(機器/零件)、或保安設備(機器/零件)等之構成。
另一方面,於上述圖E1及圖E5所示熱輸送裝置中,對於上述本發明E之特徵部分以外之構造,可具有與已存在之吸收式熱泵相同之構造,例如為第一種之增熱型之吸收式熱泵,或為第二種之昇溫型之吸收式熱泵,皆可適用本發明E。
又,有關適用本發明E之吸收式熱泵,不限於利用上
述亞氧化氮之分解所產生之分解氣體進行加熱之直焚方式者,亦可將經由從上述亞氧化氮之分解所產生之分解氣體之熱回收,產生蒸氣後,使用此蒸氣,進行加熱之蒸氣炊熱方式,適用本發明E。
更且,有關適用本發明E之吸收式熱泵之形式,例如可列舉單效用吸收式、或雙重效用吸收式、三重效用吸收式之熱泵等,此等之任一形成皆可適用本發明E。
又,有關冷媒R與吸收液A之組合,使用對於冷媒R吸收性為高之吸收液A為佳,例如除了上述水(冷媒R)與溴化鋰之水溶液(吸收液A)之外,可列舉氨(NH3)之水溶液(冷媒R)與水(吸收液A)。其中,前者可適切用於空調領域,後者則適用於冷凍領域。
適用本發明E之熱輸送裝置係可得上述冷氣(低溫)TL與熱氣(高溫)TH之故,可進行對冷凍空調之各種應用。例如,適用本發明E之熱輸送裝置係可進行對於進行上述冷氣或暖氣之空調機之空調設備或空調機器等之應用。又,有關空調機中,除了上述冷氣與暖氣之外,可具有進行除濕室內之除濕機能。
又,於加熱領域中,除了暖氣之外,可進行對於進行熱水供給、溫水、乾燥等之加熱設備或加熱機器等之應用。另一方面,於冷卻領域中,除了冷氣之外,可進行對於進行冷藏、冷凍、冷水、製冰等之冷卻設備或冷卻機器等之應用。
又,適用本發明E之熱輸送裝置,係不論大規模者以
至於小規模者,不論其大小,可適用各種之尺寸者。又,其用途亦不限於工廠(工業)用或住宅(家庭)用,可利用於所有領域,可配合設置(固定)型或可搬型、攜帶型等之其用途加以設計。
本發明E所使用之亞氧化氮係可工業性地加以製造。具體而言,有關工業製造亞氧化氮之方法,例如可列舉使用以下之(1)~(3)之方法。
2NH3+2O2 → N2O+3H2O
NH4NO3 → N2O+2H2O
NH2SO3H+HNO3 → N2O+H2SO4+H2O
然而,有關工業製造亞氧化氮,例如可列舉純度99.9(3N)~99.999(5N)%之高純度亞氧化氮、純度97.0%以上(日本藥局配方)之醫療用亞氧化氮、純度98%以上之工業用亞氧化氮。
除此等之外,亞氧化氮之製造方法,可列舉使用以下之(4)~(10)之方法。
2(NH2)2CO+2HNO3+H2SO4 → 2N2O+2CO2+(NH4)2SO4+2H2O
4NO+2NH2OH → 3N2O+3H2O
2NH2OH+NO2+NO → 2N2O+3H2O
2NH2OH+O2 → N2O+3H2O
由己二酸之製造工程之副產物N2O之回收
由乙二醛之製造工程之副產物N2O之回收
將亞硝酸或亞硝酸鹽之溶液,以溫亞硫酸、鈉、汞齊、氯化亞錫等為還原劑加以還原。
將硝酸以鋅或錫還原,或以亞硫酸氣還原。
2KNO3+6HCOOH → N2O+4CO2+5H2O+2HCOOK
H2N2O2+H2SO4 → H2SO4.H2O+N2O
然後,製造之亞氧化氮係在於氣體製造商,填充於上述高壓氣體容器31a後,送至上述燃料氣體供給源31,暫時貯存於燃料氣體貯存部。另一方面,高壓氣體容器31a係於使用後送回氣體製造商,經由再充填可重覆加以使用。
又,有關燃料氣體之供給方法,不限於使用上述高壓氣體容器31a供給(交換高壓氣體容器31a)之方法,例如可使用運油船或油罐車等之輸送手段,供給至設置於上述燃料氣體供給源31之貯存槽(高壓氣體容器31a)之方法。更且,可使用將含亞氧化氮之燃料氣體透過管線,供給至設置於上述燃料氣體供給源31之貯存槽(高壓氣體容器
31a)之方法,
又,有關氮氣之供給方法,不限於使用上述高壓氣體容器33a供給(交換高壓氣體容器33a)之方法,例如可使用與上述燃料氣體之供給方法相同之方法加以供給。
本發明E中,經由使用上述觸媒21,可下降亞氧化氮之分解開始溫度。然後,亞氧化氮之分解後係可經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,持續進行之後供給之亞氧化氮之分解。
因此,本發明E中,於亞氧化氮之分解開始前,預熱上述觸媒21即可。然後,亞氧化氮之分解後係可經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,將上述觸媒21之溫度,保持於分解亞氧化氮之必要溫度以上,持續進行亞氧化氮之分解。
具體而言,上述觸媒21之溫度係從觸媒活性之觀點視之,200~600℃之範圍為佳,從分解反應容易性之觀點視之,350~450℃之範圍者則更佳。即,本發明E中,使上述觸媒21之溫度成為如此之範圍地,進行經由上述加熱器28之預熱,或上述控制部27所成分解氣體之溫度控制者為佳。
另一方面,亞氧化氮本身在約500℃以上會自我分解之故,將上述分解反應器22保持於自我分解溫度以上時,可不使用上述觸媒21,持續進行亞氧化氮之分解。但是,不使用上述觸媒21,自我分解亞氧化氮之時,就分解副產物而言,得知會產生NOx氣體。因此,本發明E中,為
防止NOx氣體之產生,使用上述觸媒21為佳。然而,上述觸媒21即使在亞氧化氮之自我分解溫度以上,亦可使用。
有關燃料氣體之溫度,只要是亞氧化氮不液化之溫度即可,通常可在常溫以下使用。另一方面,燃料氣體係可預熱至較常溫高之溫度使用。例如,含於燃料氣體中之亞氧化氮之濃度為低之時,經由預熱此燃料氣體,可促進亞氧化氮之分解。
有關含於燃料氣體中之亞氧化氮之濃度,非特別加以限定,例如可使調整在1~100%之範圍者,又,需得更多能量之時,可使調整在超過50%~100%之範圍者,更且,可使調整在超過70%~100%之範圍者。又,經由進行上述亞氧化氮之濃度調整,可調整亞氧化氮之分解反應速度等。
又,本發明E中,經由進行上述亞氧化氮之濃度調整,可將分解氣體做為呼吸氣體加以利用。具體而言,空氣係該體積之約8成為氮(N2),約2成為氧(O2)之故,例如將含於上述燃料氣體中之亞氧化氮(N2O)與氮(N2)之比例,以體積比(莫耳比)時,成為N2O:N2=1:1。即,於上述燃料氣體中添加氮氣,使含於此燃料氣體中之亞氧化氮之濃度成為50%時,含於此燃料氣體中之亞氧化氮則最終分解成氮與氧之時,亞氧化氮1莫耳係分解成氮1莫耳與氧0.5莫耳之故,含於此分解氣體中之氮(N2)與氧(O2)之比例,以體積比(莫耳比)時,成為N2:O2=4:1。由此,含於
分解氣體中之氮(N2)與氧(O2)之比例接近空氣組成之故,可將分解氣體做為呼吸氣體加以利用。
具體而言,上述分解氣體做為呼吸氣體使用之時,使該氧濃度成為18~24%程度之範圍為佳,此時,使含於燃料氣體中之亞氧化氮之濃度成為44~63%程度之範圍為佳。
又,本發明E中,可使用亞氧化氮之濃度不足44%者,即可使用做為燃料氣體,亞氧化氮之濃度為低者。此時,經由燃料氣體之分解所產生能量(能量密度)雖會降低,藉由此含於此燃料氣體中之亞氧化氮之分解反應變得緩和,可抑制經由上述分解氣體使曝露於高溫高壓下之觸媒21或分解反應器22等之各構件之劣化(例如熱疲勞或氧化等)。即,本發明E中,考量到上述觸媒21或分解反應器22等之各構件材料之耐熱性及熱氧化性,可調整含於燃料氣體中之亞氧化氮之濃度。
另一方面,本發明E中,可使用亞氧化氮之濃度超過63%者,即可使用做為燃料氣體,亞氧化氮之濃度為高者。此時,可提高燃料氣體之分解所產生之能量(能量密度)之故,可達成上述分解氣體鍋鑪1及分解氣體渦輪機11之輸出的提升。
尤其,本發明E中,使用亞氧化氮之濃度為100%者之時,可使用上述觸媒21,持續進行亞氧化氮之分解。然而,本發明E中,不僅是高純度(例如純度99.9(3N)~99.999(5N)%)之亞氧化氮,在考量亞氧化氮之製造成本等,可使
用較其純度為低(例如純度不足97%)之亞氧化氮。
上述氮氣所成亞氧化氮之濃度調整係可於亞氧化氮之分解前,於燃料氣體中添加之氮氣等之方法,亦可為於亞氧化氮之分解後,於分解氣體中添加之氮氣等之方法。更且,可使用預先進行亞氧化氮之濃度調整之燃料氣體。
然而,有關含於上述燃料氣體之亞氧化氮以外之成分,除了為了上述亞氧化氮之濃度調整而添加之氮等之外,可列舉有在於後述亞氧化氮之製造時混入之未反應物、或副生成物、空氣、不可避免不純物等。
又,本發明E中,設置計測上述分解氣體中之氧濃度之氧濃度計(氧計測手段)亦可。此時,計測含於上述分解氣體中之氮之濃度,經由此計測結果,可精度優異地進行上述分解氣體之溫度控制。
然而,導入於上述分解反應器22之燃料氣體之空間速度(SV:Space Velocity)係配合該設計,設定於最佳值即可,例如可設定在10~140,000hr-1之範圍,較佳為100~10,000hr-1之範圍。
又,本發明E中,可將上述分解氣體利用於燃料之燃燒。又,有關燃料,只要使用含於上述分解氣體中之氧可燃燒者即可,例如除了石油、或煤碳、天然氣等之石化燃料之外,亦可使用生質燃料等之代替燃料。除此之外,可從氣體燃料、液體燃料、固體燃料中適切選擇加以使用。
以下,對於記載於「日本特開2002-153734號公報」之亞氧化氮分解用觸媒加以說明。
含於從工廠或燒毀設備排出之排氣中之亞氧化氮之濃度係10%以下,另一方面含於從手術室排出之剩餘麻醉氣體中之亞氧化氮之濃度係雖以剩餘麻醉氣體排除裝置,經由壓縮空氣多少被稀釋,還有70%以下,為非常高之濃度。本發明E之亞氧化氮之分解觸媒係可對應於從低濃度至高濃度之亞氧化氮之分解之觸媒。
又,本發明E之亞氧化氮之分解觸媒係可在較低溫下分解處理,於水分共存之情形下,難以受水分所造成之活性劣化,而且可將NOx之產生量抑制於容許濃度以下,對於以往之分解觸媒而言,可減低NOx之產生量至1/10~1/100以下。
本發明E之亞氧化氮之分解觸媒係可使用選自至少一種令鋁、鎂、銠之3種金屬為必須成分而含有之以下[1]~[3]之任一觸媒、[1]鋁、鎂及銠被載持於載體之觸媒、[2]鎂及銠被載持於氧化鋁載體之觸媒、[3]於經由鋁之至少一部分與鎂所形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,載持銠(Rh)之觸媒、及鋁及銠之2種金屬與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬為必須成分而含有之以下[4]~[6]之任一觸媒、[4]選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬、和鋁及銠被載持於載體之觸媒、[5]選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬、和銠被載持於氧化鋁載體之觸媒、
[6]於經由鋁之至少一部分、和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬、形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,載持銠之觸媒。
做為使用於[1]之觸媒之載體,可使用選自氧化鋁、矽石、氧化鋯、氧化鈰、氧化鈦及氧化錫所成群之載體、做為使用於[4]之觸媒之載體,可使用選自氧化鋁、氧化鋯、氧化鈰、氧化鈦及氧化錫所成群之載體。載體係可使用表面積各別為30~300m2/g程度者,對於形狀雖無特別限制,經由反應器或反應方法,各別選擇粒狀、粉末狀、蜂巢狀等之適切形狀。
[1]之觸媒中,載持於載體之鋁與鎂係在鋁對於鎂之原子比下,包含至少2以上者為佳。又,鎂係在金屬原子換算下,含觸媒整體之0.1~20.0質量%為佳。
又,鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物為佳,尖晶石型結晶性複合氧化物係例如經由燒成載持鋁和鎂之載體而生成。尖晶石構造係在具有XY2O4之化學式之氧化物所見到之構造,屬於立方晶者,Al和Mg係形成MgAl2O4之尖晶石構造者為眾所周知。本發明E之亞氧化氮之分解觸媒中,該理由雖不能確定,鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物者,可提升亞氧化氮之分解能的同時,可發揮減低NOx之產生量之效果。
[4]之觸媒中,載持於載體之選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬和鋁係、鋁對於選自鋅、鐵、錳及鎳
所成群之至少一種之金屬而言之原子比下,至少包含2以上者為佳。又選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬係以金屬原子換算,含觸媒整體之0.1~40.0質量%為佳。
又,鋁之至少一部分、與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物者為佳。尖晶石型結晶性複合氧化物係經由燒成載持鋁、和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載體而生成。鋁、和鋅、鐵、錳及鎳係眾所周知形成MAl2O4(M=Zn、Fe、Mn、Ni)之尖晶石構造。本發明E之亞氧化氮之分解觸媒中,該理由雖不能確定,鋁之至少一部分,雖與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物者,可提升亞氧化氮之分解能的同時,可發揮減低NOx之產生量之效果。
使用於[2]之觸媒之載體係氧化鋁,對於氧化鋁雖無特別限制,可使用表面積為50~300m2/g程度者。載持於氧化鋁之鎂係在鋁對於鎂之原子比下,包含至少2以上者為佳。又,鎂係在金屬原子換算下,含觸媒整體之0.1~20.0質量%為佳。又,鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物者為佳。
使用於[5]之觸媒之載體係氧化鋁,對於氧化鋁雖無特別限制,可使用表面積為50~300m2/g程度者。載持於氧化鋁之選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬係鋁對於選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬而言之
原子比下,至少包含2以上者為佳。選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬係以金屬原子換算,含觸媒整體之0.1~40.0質量%為佳。又,鋁之至少一部分、與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物者為佳。
[3]之觸媒係使用經由鋁之至少一部分與鎂,形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體。[3]之觸媒中,鋁與鎂之原子比係在鋁對於鎂之原子比下,包含至少2以上者為佳。又,鎂係在金屬原子換算下,含觸媒整體之0.1~20.0質量%為佳。
[6]之觸媒係使用經由鋁之至少一部分、與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬,形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體。[6]之觸媒之鋁與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之原子比係鋁對於選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬而言之原子比下,至少包含2以上者為佳。又選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬係以金屬原子換算,含觸媒整體之0.1~40.0質量%為佳。
含於本發明E之亞氧化氮之分解觸媒之銠,係使用[1]~[6]之任一觸媒時,在金屬原子換算下,有觸媒整體之0.05~10質量%為佳,更佳為0.1~6.0質量%。經由增加銠之載持量,雖可提升低溫之觸媒活性,載持10質量%以上時,考量觸媒之成本時並不佳,而在0.05質量%以下時,無法得充分之亞氧化氮之分解活性。
接著,對於本發明E之亞氧化氮之分解觸媒之製造方法加以說明。
本發明E之亞氧化氮之分解觸媒係可使用各種之製造方法,例如可使用(1)含浸法、(2)共沈法、(3)混練法等。以下,將此3個製造方法為例,說明本發明E之亞氧化氮之分解觸媒之製造方法。
使用含浸法時,可製造前述[1]~[6]之觸媒。製造[1]之觸媒時,於選自氧化鋁、矽石、氧化鋯、氧化鈰、氧化鈦及氧化錫所成群之載體、首先含浸鋁及鎂之無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等)。製造[4]之觸媒時,於選自氧化鋁、矽石、氧化鋯、氧化鈰、氧化鈦及氧化錫所成群之載體、首先含浸選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等)。製造[2]之觸媒時,於氧化鋁之載體、首先含浸鎂之無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等)。製造[5]之觸媒時,於氧化鋁之載體、首先含浸選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等)。鋁鹽、鎂鹽及選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬鹽係較佳皆為使用硝酸鹽為佳。
製造[1]之觸媒時,就載持於鋁與鎂之載體之量而言,
係在鋁對於鎂之原子比下,成為2以上地加以載持為佳,又,鎂之載持量成為觸媒整體之0.1~20.0質量%者為佳。製造[4]之觸媒時,就載持於鋁與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載體之量而言,鋁對於選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬而言之原子比下,成為2以上地加以載持為佳,又,選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載持量成為觸媒整體之0.1~40.0質量%者為佳。製造[2]之觸媒時,鎂對於鋁之原子比下,成為1/2以下地加以載持為佳,又,鎂之載持量成為觸媒整體之0.1~20.0質量%者為佳。又,製造[5]之觸媒時,選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬對於鋁之原子比下,成為1/2以下地加以載持為佳,又,選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載持量成為觸媒整體之0.1~40.0質量%者為佳。
於載體載持目的之金屬鹽後,經由乾燥載體,進行燒成處理,例如可得含有鋁及鎂,鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,將此載體做為[1]之觸媒之載體使用。又,同樣地,可得含有鋁和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬,鋁之至少一部分,與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,將此載體做為[4]之觸媒之載體使用。例如含浸[1]之觸媒之鋁鹽及鎂鹽後之乾燥溫度、含浸[4]之觸媒之鋁鹽和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬鹽後之乾燥溫度雖未特別各別加以限制,較佳
為80~150℃之溫度範圍,更佳為100~130℃之溫度範圍。又,乾燥環境未特別加以限制,可使用氮或空氣。又,乾燥時間雖亦無特別限制,使用含浸法時,通常為2~4小時程度即可。
含浸乾燥後之載體之燒成處理係可以400~900℃之溫度範圍進行,較佳為500~700℃。燒成溫度較400℃為低之時,結晶化不充分,在900℃以上時,會招致載體之比表面積之減少並不喜好。燒成時間雖未特別加以限定,以1~10小時程度為佳,較佳為2~4小時程度,階段性變化燒成溫度亦可。長時間之燒成係其效果會飽和之故,經濟上並不喜好,短時間之燒成時,其效果有過小之情形。又,燒成可使用燒成爐或馬弗爐進行,做為此時之流通氣體,使用氮或空氣之任一者皆可。
接著,於前述燒成所得載體,載持銠鹽。做為銠鹽,可使用無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等),以使用硝酸鹽為佳。載持銠鹽之工程係例如於製造鋁、鎂及銠之3種金屬為必須成分而含有之觸媒時,對於使用前述方法所得之鋁之至少一部分、與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體進行者為佳,但同時進行於載體含浸載持鋁與鎂之工程、或於氧化鋁載體含浸載持鎂之工程亦可。又,銠之載持量係成為觸媒整體之0.05~10質量%者為佳。
同樣地,載持銠鹽之工程係例如於製造鋁及銠之2種金屬、和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬為
必須成分而含有之觸媒時,對於使用前述方法所得之鋁之至少一部分、與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體進行者為佳,但同時進行於載體含浸載持鋁與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之工程、或於氧化鋁載體含浸載持選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之工程亦可。又,銠之載持量係成為觸媒整體之0.05~10質量%者為佳。在此,預先使用鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體時,經由於此載體與前述同樣載持銠鹽,可製造[3]之觸媒。又,預先使用鋁之至少一部分,與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體時,經由於此載體載持銠鹽,可製造[6]之觸媒。
接著,將載持此銠之觸媒先驅體,與前述同樣之乾燥條件下加以乾燥,燒成乾燥之觸媒先驅體。此燒成溫度係200~500℃為佳,更佳為300~400℃。燒成所得之觸媒係可使用做為亞氧化氮分解觸媒,再進行還原處理為佳,經由還原處理,可得活性更高之含銠觸媒。還原處理係例如可經由(1)以聯胺還原後再乾燥,燒成之方法、或(2)經由氫還原之方法進行,而使用氫還原之方法為佳。使用氫還原之方法之時,還原溫度係200~500℃為佳,更佳為300~400℃。還原時間雖未特別加以限定,可以1~10小時程度處理,較佳為2~4小時程度。又,不進行燒成處理,進行還原處理亦可,此時可得含活性高之銠的觸媒。做
為不進行燒成處理進行還原處理製造觸媒之方法,以200~500℃之溫度進行氫還原之方法為佳。
使用共沈法時,可製造前述[3]及[6]之觸媒。做為使用共沈法,製造[3]之觸媒之方法,例如於含鋁與鎂之硝酸鹽的水溶液,滴下氨水中和沈澱,依需要熟成放置,濾過水洗、以洗淨水之電導度等確認充分之水洗。接著,與含浸法相同之條件下,乾涸10~12小時程度後,粉碎所得乾燥體,整飭粒度而成型。又,於氮或空氣環境下,以與含浸法同樣之條件下,經由燒成處理,得鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物者之載體。
就鋁與鎂之載體之量而言,係在鋁對於鎂之原子比下,成為2以上為佳,又,鎂係以金屬原子換算含觸媒整體之0.1~20.0質量%者為佳。於如此所得鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,雖載持有銠鹽,但就其方法、載持量及其後之處理方法可而言,與前述含浸法相同地進行。
又,做為使用共沈法,製造[6]之觸媒之方法,例如於含鋁之硝酸鹽、和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之硝酸鹽的水溶液,滴下氨水中和沈澱,依需要熟成放置,濾過水洗、以洗淨水之電導度等確認充分之水洗。接著,與含浸法相同之條件下,乾涸10~12小時程度後,粉碎所得乾燥體,整飭粒度而成型。又,於氮或空氣
環境下,以與含浸法同樣之條件下,經由燒成處理,得鋁之至少一部分,與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體。
做為鋁與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載體之量而言,鋁對於選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬而言之原子比下,成為2以上為佳,又,選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬係以金屬原子換算含觸媒整體之0.1~40.0質量%者為佳。於如此所得鋁之至少一部分,與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,雖載持有銠鹽,但就其方法、載持量及其後之處理方法可而言,與前述含浸法相同地進行。
使用混鍊法時,可製造前述[3]及[6]之觸媒。又,做為使用混鍊法,製造[3]之觸媒之方法,例如於氧化鋁及/或氫氧化鋁、和氧化鎂、氧化鎂、氫氧鎂及/或鎂鹽,例如依需要添加水,乾燥機械混合所得之混合物,更且與含浸法同樣之條件進行燒成處理,得前述尖晶石型結晶性複合氧化物。就鋁與鎂之載體之量而言,係在鋁對於鎂之原子比下,成為2以上為佳,又,鎂係以金屬原子換算含觸媒整體之0.1~20.0質量%者為佳。
於如此所得鋁之至少一部分,與鎂形成尖晶石型結晶性複合氧化物之燒成體,雖載持有銠鹽,但就其方法、載
持量及其後之處理方法可而言,可使用與前述含浸法相同地。又,銠鹽係將氧化鋁等機械混合時,預先添加亦可。
做為使用混鍊法,製造[6]之觸媒之方法,例如於氧化鋁及/或氫氧化鋁、和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之氧化物、氫氧化物及/或金屬鹽,例如依需要添加水,乾燥機械混合所得之混合物,更且與含浸法同樣之條件進行燒成處理,得前述尖晶石型結晶性複合氧化物。做為鋁與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載體之量而言,鋁對於選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬而言之原子比下,成為2以上為佳,又,選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬係以金屬原子換算含觸媒整體之0.1~40.0質量%者為佳。
於如此所得鋁之至少一部分,與選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,雖載持有銠鹽,但就其方法、載持量及其後之處理方法可而言,可使用與前述含浸法相同之方法。又,銠鹽係將氧化鋁等機械混合時,預先添加亦可。
接著,對於使用本發明E之分解觸媒之亞氧化氮之分解方法加以說明。使用本發明E之分解觸媒進行亞氧化氮之分解反應時,可進行200~600℃之溫度範圍。較佳為300~500℃之溫度範圍,更佳為350~450℃之溫度範圍下,將本發明E之分解觸媒與亞氧化氮,以氣相加以接觸即可。較200℃為低之時,亞氧化氮之分解不充分,或在600℃以上時,觸媒壽命會有減短之傾向並不喜好。做為
觸媒床之方法,雖未特別加以限定,一般較佳為使用固定床。
又,使用以往之鈀之觸媒中,經由水分之影響,觸媒之活性會下降,即排除了水,也無法回復原來之活性,相較之下,本發明E之分解觸媒係具有在1~3%之水分共存下,活性雖會些許下降,但排除水分之後,會回復原來之活性之特徵。
接著,對於使用本發明E之分解觸媒可分解之氣體組成加以說明。含於從工廠或燒毀設備排出之排氣中之亞氧化氮之濃度係10%以下,經由使用本發明E之分解觸媒,分解含於排氣中之1ppm~10%之濃度之亞氧化氮。另一方面,從手術室經由剩餘麻醉氣體排除裝置所排出之亞氧化氮之濃度係有高達3~70%之高濃度之情形。又,分解含於麻醉氣體中之亞氧化氮之時,通常成為存在氧13~20%之反應,就分解觸媒而言是為嚴酷條件下之反應。因此,只要可除熱,充分控制溫度下,對於分解處理之亞氧化氮之濃度雖未特別加以限定,但亞氧化氮分解成氮與氧之反應為發熱反應之故,亞氧化氮之濃度為3~50%為佳,較佳為3~25%,更佳為3~10%。
每一單位觸媒之供給氣體量之空間速度(SV:Space Velocity)係在10hr-1~20000hr-1之範圍為佳,更佳為100hr-1~10000hr-1之範圍。
以下,對於記載於「日本特開2002-253967號公報」之亞氧化氮分解用觸媒加以說明。
本發明E之亞氧化氮之分解觸媒係可分解低濃度至高濃度之亞氧化氮之觸媒。含於從手術室排出之剩餘麻醉氣體中之亞氧化氮之濃度係雖經由壓縮空氣,多少書稀釋,但仍為70%以下,為非常高之濃度,使用本發明E之亞氧化氮之分解觸媒時可加以對應。
又,本發明E之亞氧化氮之分解觸媒係受到含於剩餘麻醉氣體中之揮發性麻醉劑所造成之劣化之時,可經由賦活再生,回復活性。而且可在較低溫下分解亞氧化氮,於水分共存之情形下,難以受到水分所造成之活性劣化,可將NOx之產生量抑制於容許濃度以下,對於以往之分解觸媒而言,可減低NOx之產生量至1/10~1/100以下。
本發明E之亞氧化氮之分解觸媒係令選自至少一種銠、釕及鈀之1種貴金屬為必須成分而含有者為特徵,使用以下[1]~[3]之任一觸媒、
(1)於選自矽石或矽石氧化鋁之載體,載持(a)選自銠、釕、鈀所成群之至少一種貴金屬所成觸媒。
(2)於矽石載體,載持(a)選自銠、釕、鈀所成群之至少一種貴金屬、(b)鋁及(c)選自鋅、鐵及錳所成群之至少一種金屬所成觸媒。
(3)於矽石氧化鋁載體,載持(a)選自銠、釕、鈀所成群之至少一種貴金屬、(d)選自鎂、鋅、鐵及錳所成群之至少一種金屬所成觸媒。
使用於[1]之觸媒之載體係矽石或矽石氧化鋁,對於此等之載體雖無特別限制,可使用表面積為50~300m2/g程
度者。對於形狀雖無特別限制,可經由反應器或反應方法,各別選擇粒狀、粉末狀、蜂巢狀等之適切形狀。
使用於[2]之觸媒之載體係矽石,雖無特別限制,可使用表面積為50~300m2/g程度者。對於形狀雖無特別限制,可經由反應器或反應方法,各別選擇粒狀、粉末狀、蜂巢狀等之適切形狀。
載持於矽石載體之成分中,選自鋅、鐵、錳及鎳所成群(c)之至少一種之金屬係含觸媒整體之0.1~5.0質量%為佳,更佳為含0.2~1.0質量%。從群(c)所選擇之金屬即使含觸媒整體之5.0質量%以上,效果會有飽和之情形。
載持於矽石載體之鋁中,對於選自鋅、鐵、及錳所成群(c)之至少一種之金屬之原子比下,至少含有2以上者為佳。又,鋁之至少一部分,與從群(c)所選擇之至少一種金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物為佳,尖晶石型結晶性複合氧化物係例如可經由燒成載持鋁和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載體而生成。
尖晶石構造係在具有XY2O4之化學式之氧化物所見到之構造,屬於立方晶者,Al和Zn、Fe、Mn係各別形成ZnAl2O4、FeAl2O4、MnAl2O4之尖晶石構造者為眾所周知。本發明E之亞氧化氮之分解觸媒中,該理由雖不能確定,經由鋁之至少一部分,與選自群(c)之至少一種之金屬之一部分或全部形成尖晶石型結晶性複合氧化物,可提升亞氧化氮之分解能的同時,可發揮減低NOx之產生量之效果。
使用於[3]之觸媒之載體係矽石氧化鋁,雖無特別限制,可使用表面積為50~300m2/g程度者。載持於矽石氧化鋁載體之選自鎂、鋅、鐵及錳所成群(d)之至少一種之金屬係含觸媒整體之0.1~5.0質量%為佳,更佳為含0.2~1.0質量%。從群(d)所選擇之金屬即使含觸媒整體之5.0質量%以上,效果會有飽和之情形。
含於(3)之觸媒之氧化鋁係,對於選自鎂、鋅、鐵及錳所成群(d)之至少一種之金屬之原子比下,至少含有2以上者為佳。又,鋁之至少一部分、與從群(d)選擇之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物者為佳。尖晶石型結晶性複合氧化物係經由於矽石氧化鋁載體、和載持從群(d)選擇之至少一種之金屬,經由燒成載體而生成。
含於本發明E之亞氧化氮之分解觸媒之選自銠、釕及鈀所成群(a)之至少一種貴金屬,係在使用[1]~[3]之任一觸媒時,含有觸媒整體之0.05~10質量%為佳,更佳為含有0.1~6.0質量%。經由增加從群(a)選擇之至少一種之貴金屬之載持量,雖可提升低溫之觸媒活性,載持10質量%以上時,考量觸媒之成本時並不佳,而在0.05質量%以下時,會有無法得充分之亞氧化氮之分解活性之情形。
接著,對於本發明E之亞氧化氮分解觸媒之製造方法加以說明。
本發明E之亞氧化氮之分解觸媒係可使用各種之製造方法,例如可使用(1)含浸法、(2)共沈法、(3)混練法等之方法。以下對於使用含浸法,製造前述(2)之觸媒之方法進
行細說明,但本發明E當然非限定於此。
使用含浸法製造[2]之觸媒之方法係包含以下之3工程。
[1]於矽石載體,載持(b)鋁及(c)選自鋅、鐵及錳所成群之至少一種金屬之工程。
[2]將從工程[1]所得之載體,以400~900℃加以燒成之工程。
[3]於從工程[2]所得燒成載體,載持(a)選自銠、釕、鈀所成群之至少一種之貴金屬的工程。
工程[1]中,於矽石載體,含浸鋁之無機酸鹽、及選自鋅、鐵、錳及鎳所成群(c)之至少一種之金屬之無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等)。較佳為鋁鹽與從群(c)所選擇之至少一種之金屬鹽皆為使用硝酸鹽為佳。
就將鋁與從群(c)所選擇之至少一種之金屬載持於載體之量而言,係在鋁對於從群(c)所選擇之至少一種之金屬之原子比下,成為2以上地加以載持為佳,又,從群(c)所選擇之至少一種之金屬之載持量成為觸媒整體之0.1~5.0質量%者為佳。
進行工程[1]之後,較佳為乾燥載體,更且經由進行燒成工程[2],可得含有鋁與從群(c)所選擇之至少一種金屬,載持鋁之至少一部分,與選自鋅、鐵及錳所成群(c)之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體。進行工程[1]後之乾燥溫度雖未特別加以限定,較佳為80~
150℃之溫度範圍,更佳為100~130℃之溫度範圍。又,乾燥環境雖未特別加以限制,可使用空氣。又,乾燥時間雖亦無特別限制,使用含浸法時,通常為2~4小時程度即可。
燒成工程[2]係可在400~900℃之溫度範圍進行,較佳為500~700℃。燒成溫度較400℃為低之時,結晶化不充分,在900℃以上時,會有載體之比表面積之減少之傾向而不喜好。燒成時間雖未特別加以限定,以1~10小時程度為佳,較佳為2~4小時程度,階段性變化燒成溫度亦可。長時間之燒成係其效果會飽和之故,經濟上並不喜好,短時間之燒成時,其效果有過少之情形。又,燒成可使用燒成爐或馬弗爐進行,做為此時之流通氣體,使用氮或空氣之任一者皆可。
接著,進行於工程[2]所得鋁之至少一部分、與選自鋅、鐵及錳所成群(c)之至少一種之金屬、形成尖晶石型結晶性複合氧化物之載體,載持選自銠、釕及鈀所成群(a)之至少一種之貴金屬鹽之工程[3]。做為從群(a)選擇之至少一種貴金屬之鹽,可使用無機酸鹽(硝酸鹽、氯酸鹽、硫酸鹽等)或有機酸鹽(草酸鹽、醋酸鹽等),以使用無機酸鹽之硝酸鹽為佳。
工程[3]係對於鋁之至少一部分、與從群(c)選擇之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物之工程[2]所得之載體進行為佳,但與工程[1]同時進行亦可。此時,將工程[1]與工程[3]同時進行之後,進行工程[2],鋁之至少
一部分、與從群(c)選擇之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物者佳。不論是何種情形下,選自銠、釕及鈀所成群(a)之至少一種之貴金屬之載持量係成為觸媒整體之0.05~10質量%者為佳。
接著,將進行工程[3]之觸媒先驅體,與前述同樣之乾燥條件下加以乾燥。乾燥之觸媒先驅體係進行還原處理為佳,經由進行還原處理,可得活性高、含有從群(a)選擇之至少一種之貴金屬之觸媒。還原處理係例如可經由(1)以聯胺還原後再乾燥,燒成之方法、或(2)經由氫還原之方法進行,而使用氫還原之方法為佳。使用氫還原之方法之時,還原溫度係200~500℃為佳,更佳為300~400℃。還原時間雖未特別加以限定,可以1~10小時程度處理,較佳為2~4小時程度。又,前述之乾燥之觸媒先驅體係不進行(1)或(2)之還原處理,在氮或空氣中進行燒成亦可。做為此時燒成溫度係200~500℃為佳,更佳為300~400℃。
接著,對於使用亞氧化氮分解觸媒之亞氧化氮之分解方法加以說明。
本發明E之亞氧化氮之分解方法係有以下4個方法。本發明E之亞氧化氮之分解方法(1)係將含有亞氧化氮之氣體,與前述觸媒,在200~600℃下接觸為特徵者。又,本發明E之亞氧化氮之分解方法(2)係於矽石或矽石氧化鋁所成載體,載持選自銠、釕及鈀所成群之至少一種之貴金屬而成之觸媒,令含亞氧化氮之氣體與該觸媒在200~600℃下接觸,在分解過程下發現觸媒活性下降之時點,
停止含亞氧化氮之氣體之供給,加熱至500℃~900℃,賦活再生觸媒之後,再進行含亞氧化氮之氣體之供給為特徵者。
又,本發明E之亞氧化氮之分解方法(3)係觸媒為、載體為矽石,於載體,載持(a)選自銠、釕及鈀所成群之至少一種之貴金屬、(b)鋁、及(c)選自鋅、鐵及錳所成群之至少一種之金屬而成之觸媒,令含亞氧化氮之氣體與該觸媒在200~600℃下接觸,在分解過程下發現觸媒活性下降之時點,停止含亞氧化氮之氣體之供給,加熱至500℃~900℃,賦活再生觸媒之後,再進行含亞氧化氮之氣體之供給為特徵者。
又,本發明E之亞氧化氮之分解方法(4)係觸媒為、載體為矽石氧化鋁,於該載體,載持(a)選自銠、釕及鈀所成群之至少一種之貴金屬、及(d)選自鎂、鋅、鐵及錳所成群之至少一種之金屬而成之觸媒,令含亞氧化氮之氣體與該觸媒在200~600℃下接觸,在分解過程下發現觸媒活性下降之時點,停止含亞氧化氮之氣體之供給,加熱至500℃~900℃,賦活再生觸媒之後,再進行含亞氧化氮之氣體之供給為特徵者。
本發明E之亞氧化氮之分解方法係令含有亞氧化氮之氣體與分解觸媒之接觸溫度為200~600℃,較佳為300~500℃,期望為350℃~450℃。接觸溫度較200℃為低之時,亞氧化氮有分解不充分之情形,或在600℃以上時,觸媒壽命會有減短之傾向。又,做為觸媒床之方式,雖未特
別加以限制,可採用固定床。
做為含有亞氧化氮之氣體組成,含於從工廠或燒毀設備排出之排氣中之亞氧化氮之濃度通常係在1000ppm以下,但經由手術室之剩餘麻醉氣體排除裝置排出之亞氧化氮之濃度約為8~50%,濃度非常高。又,剩餘麻醉氣體中,通常存在13~20%之氧之故,就分解觸媒而言,是為嚴酷之條件。只要可除熱,或可控制溫度下,對於與分解處理接觸之亞氧化氮濃度雖未特別加以限定,但亞氧化氮分解成氮與氧之反應為發熱反應之故,亞氧化氮之濃度為50%以下為佳,較佳為25%以下,更佳為5%程度。每一單位觸媒之供給氣體量之空間速度(Space Velocity)係在10hr-1~20000hr-1之範圍為佳,更佳為100hr-1~10000hr-1之範圍。
又,含有亞氧化氮之氣體係雖含有揮發性麻醉劑,但本發明E之亞氧化氮分解觸媒難以受到揮發性麻醉劑之毒害,而且即使受到揮發性麻醉劑之毒害而使觸媒活性下降之時,經由使用本發明E之分解方法,回復觸媒活性,在長時間下進行亞氧化氮之分解。因此,當亞氧化氮分解觸媒之活性下降被認定之時,暫時停止含亞氧化氮之氣體之供給,進行燒成處理賦活再生觸媒之後,再進行含亞氧化氮之氣體之供給。
賦活再生觸媒之燒成處理係可在500~900℃之溫度進行,較佳為600~800℃,更佳為650℃~750℃下燒成處理活性下降之分解觸媒即可。進行燒成處理期間,可將氦或
氮待之非活性氣體或空氣,流通於觸媒層,於非活性氣體含有氧亦可。使用空氣之時,簡便為之故較佳。就燒成處時間而言,係為10分~12小時,較佳為20分~6小時,更佳期望為30分~2小時程度。前述載持選自銠、釕及鈀所成群(a)之至少一種之貴金屬之觸媒中,難以受到揮發性麻醉劑之毒害,而且觸媒之活性易於回復者為含釕之觸媒,依以下銠、鈀之順序有活性下降之傾向。因此,做為從群(a)選擇之貴金屬成分,期望至少使用釕。然而,進行燒成處理後,進行氫所成之還原處理亦可。
使用於本發明E之分解方法(3)之觸媒係載持於矽石載體之成分中,令選自鋅、鐵、錳及鎳所成群(c)之至少一種之金屬係含觸媒整體之0.1~5.0質量%為佳,更佳期望為含0.2~1.0質量%。從群(c)所選擇之金屬即使含觸媒整體之5.0質量%以上,效果會有飽和之情形。
載持於矽石載體之鋁中,對於選自鋅、鐵、及錳所成群(c)之至少一種之金屬之原子比下,至少含有2以上者為佳。又,鋁之至少一部分,與從群(c)所選擇之至少一種金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物為佳,尖晶石型結晶性複合氧化物係例如可經由燒成載持鋁和選自鋅、鐵、錳及鎳所成群之至少一種之金屬之載體而生成。
使用於本發明之分解方法(4)之觸媒令載持於矽石氧化鋁載體之選自鎂、鋅、鐵、及錳所成群(d)之至少一種之金屬係含觸媒整體之0.1~5.0質量%為佳,更佳期望為含0.2~1.0質量%。從群(d)所選擇之金屬即使含觸媒整體之
5.0質量%以上,效果會有飽和之情形。
又鋁係,對於選自鎂、鋅、鐵及錳所成群(d)之至少一種之金屬之原子比下,至少含有2以上者為佳。又,鋁之至少一部分、與從群(d)選擇之至少一種之金屬形成尖晶石型結晶性複合氧化物者為佳。尖晶石型結晶性複合氧化物係經由於矽石氧化鋁載體、和載持從群(d)選擇之至少一種之金屬,經由燒成載體而生成。
含於本發明E之亞氧化氮之分解方法中所使用之觸媒之選自銠、釕及鈀所成群(a)之至少一種貴金屬,係在使用[1]~[4]之任一分解方法時,含有觸媒整體之0.05~10質量%為佳,更佳為含有0.1~6.0質量%。經由增加從群(a)選擇之至少一種之貴金屬之載持量,雖可提升低溫之觸媒活性,載持10質量%以上時,考量觸媒之成本時並不佳,而在0.05質量%以下時,會有無法得充分之亞氧化氮之分解活性之情形。
以下,經由實施例E,可更明確本發明E之效果。然而,本發明E係非限定於以下之實施例E,只要不超出該要點之範圍,可適切改變實施。
本實施例E中,將填充2.12g(4ml)氧化氮分解用觸媒(於昭和電工(股份有限公司)製、氧化鋁載體(日揮UNIVERSAL(股份有限公司)製,載持銠5%及鋅1%者,粒狀、平均粒徑:3.2mm)之分解反應器(鎳製反應管、1/2英吋口徑、觸
媒層高57mm),以加熱器(陶瓷電氣管狀爐、100V、500W)加熱至約350℃,於此分解反應器,邊將濃度100%之亞氧化氮(N2O)氣體,經由下吹供給,邊進行亞氧化氮氣體之分解。
又,將亞氧化氮氣體供給至分解反應器時,經由流量調整閥,在20~2422cc/min之範圍,進行流量調整。然後,此時測定供給至分解反應器之亞氧化氮氣體之線速度(LV:Linear Velocity)[m/min]和空間速度SV:Space Velocity)[hr-1]同時,將分解亞氧化氮氣體後之反應容器內之發熱溫度(觸媒之溫度)之最大值max[℃],以溫度測定器加以測定。又,測定分解亞氧化氮氣體後之NOx之產生量[ppm],求得該亞氧化氮氣體之分解率[%]。將整理該測定結果者示於表1。又,從表1之測定結果得知,將亞氧化氮氣體之線速度(LV)與反應容器內之發熱溫度及亞氧化氮氣體之分解率之關係整理之圖表,示於圖E6。
如表1及圖E6所示,經由進行供給至上述分解反應器之亞氧化氮氣體之流量調整,即使濃度100%之亞氧化氮氣體,可以高分解率(99%以上)分解亞氧化氮氣體。
又,上述表1中所示LV=12.75m/min、SV=17190hr-1之條件下,停止加熱器所進行之加熱,測定該1小時(hr)後之反應容器內之發熱溫度及亞氧化氮氣體之分解率。
結果,加熱器之停止後,經由亞氧化氮氣體之分解所產生之分解熱,邊維持反應容器內之發熱溫度,邊以與加熱時同等級之分解率(98.7%),持續亞氧化氮氣體之分解。為此,從加熱器停止後經過約1小時(hr),停止亞氧化氮氣體之供給,強制終止亞氧化氮氣體之分解。由此,可經由亞氧化氮氣體之分解所產生之分解熱,對於之後供給之亞氧化氮氣體之分解,不進行加熱器所進行之加熱,持續加以進行。
根據本發明A時,經由利用亞氧化氮之分解所產生之分解熱或分解氣體,可進行做為對於地球環境優異之亞氧化氮之利用。又,亞氧化氮係做為分解氣體最終分解成氮與氧之故,可將此分解氣體做為新的資源加以活用。更且,亞氧化氮係可進行工業生產之故,於本發明A中,其產業上之利用價值非常高。
如上所述,亞氧化氮係常溫、大氣壓下為安定之氣體
,毒性低之故,可容易安全性高地加以處理。又,做為填充於高壓氣體容器之液化高壓氣體,可於分解前容易輸送或貯藏等。
又,亞氧化氮係融點為低(約-90℃),在宇宙空間亦不結凍之故,不僅可在地球被利用,亦可在地球以外之天體(例如月球或火星等),或宇宙空間(例如太空站或太空船等)被利用。
更且,本發明A中,可將亞氧化氮分解為氮與氧之故,例如於太空站或太空船等之宇宙環境,或海中工作站或潛水艇等之海中環境下,不但可做為在於宇宙活動或海中活動之必要能量之供給源,亦可大為活用做為生命維持所需要之呼吸氣氣體之供給源。
又,本發明A中,將亞氧化氮之分解所得之氧,與氫或甲醇等之適半燃料配合時,例如可利用於燃料電池(一次電池)等。更且,可與電池(二次電池)等組合。
適用本發明之發電裝置係可做為驅動電動車(含油電混合車)之電力源加以利用。又,適用本發明之分解氣體渦輪機所驅動之蒸氣渦輪機、及適用本發明之分解氣體渦輪機係可做為進行汽車(含油電混合車)驅動之動力源加以利用。就此時之優點而言,可列舉有做為燃料可使用安全之亞氧化氮,以及排氣中不含二氧化碳。
根據本發明B時,經由利用亞氧化氮之分解所產生之分解熱,可進行做為對於地球環境優異之亞氧化氮之利用。又,亞氧化氮係做為分解氣體最終分解成氮與氧之故,
可將此分解氣體做為新的資源加以活用。更且,亞氧化氮係可進行工業生產之故,於本發明B中,其產業上之利用價值非常高。
如上所述,亞氧化氮係常溫、大氣壓下為安定之氣體,毒性低之故,可容易安全性高地加以處理。又,做為填充於高壓氣體容器之液化高壓氣體,可於分解前容易輸送或貯藏等。
又,亞氧化氮係融點為低(約-90℃),在宇宙空間亦不結凍之故,不僅可在地球被利用,亦可在地球以外之天體(例如月球或火星等),或宇宙空間(例如太空站或太空船等)被利用。
更且,本發明B中,可將亞氧化氮分解為氮與氧之故,例如於太空站或太空船等之宇宙環境,或海中工作站或潛水艇等之海中環境下,不但可做為在於宇宙活動或海中活動之必要能量之供給源,亦可大為活用做為生命維持所需要之呼吸氣氣體之供給源。
又,本發明B中,將亞氧化氮之分解所得之氧,與氫或甲醇等之適半燃料配合時,例如可利用於燃料電池(一次電池)等。更且,可與電池(二次電池)等組合。
適用本發明之史特林引擎可做為驅動汽車(含油電混合車)之動力源加以利用。就此時之優點而言,可列舉有做為燃料可使用安全之亞氧化氮,以及排氣中不含二氧化碳。
根據本發明C時,經由利用亞氧化氮之分解所產生之
能量,可進行做為對於地球環境優異之亞氧化氮之利用。又,亞氧化氮係做為分解氣體最終分解成氮與氧之故,可將此分解氣體做為新的資源加以活用。更且,亞氧化氮係可進行工業生產之故,於本發明C中,其產業上之利用價值非常高。
如上所述,亞氧化氮係常溫、大氣壓下為安定之氣體,毒性低之故,可容易安全性高地加以處理。又,做為填充於高壓氣體容器之液化高壓氣體,可於分解前容易輸送或貯藏等。
又,亞氧化氮係融點為低(約-90℃),在宇宙空間亦不結凍之故,不僅可在地球被利用,亦可在地球以外之天體(例如月球或火星等),或宇宙空間(例如太空站或太空船等)被利用。
更且,本發明C中,可將亞氧化氮分解為氮與氧之故,例如於太空站或太空船等之宇宙環境,或海中工作站或潛水艇等之海中環境下,不但可做為在於宇宙活動或海中活動之必要能量之供給源,亦可大為活用做為生命維持所需要之呼吸氣氣體之供給源。
又,本發明C中,將亞氧化氮之分解所得之氧,與氫或甲醇等之適半燃料配合時,例如可利用於燃料電池(一次電池)等。更且,可與電池(二次電池)等組合。
根據本發明D時,經由利用亞氧化氮之分解所產生之能量,可進行做為對於地球環境優異之亞氧化氮之利用。又,亞氧化氮係做為分解氣體最終分解成氮與氧之故,可
將此分解氣體做為新的資源加以活用。更且,亞氧化氮係可進行工業生產之故,於本發明D中,其產業上之利用價值非常高。
如上所述,亞氧化氮係常溫、大氣壓下為安定之氣體,毒性低之故,可容易安全性高地加以處理。又,做為填充於高壓氣體容器之液化高壓氣體,可於分解前容易輸送或貯藏等。
又,亞氧化氮係融點為低(約-90℃),在宇宙空間亦不結凍之故,不僅可在地球被利用,亦可在地球以外之天體(例如月球或火星等),或宇宙空間(例如太空站或太空船等)被利用。
更且,本發明D中,可將亞氧化氮分解為氮與氧之故,例如於太空站或太空船等之宇宙環境,或海中工作站或潛水艇等之海中環境下,不但可做為在於宇宙活動或海中活動之必要能量之供給源,亦可大為活用做為生命維持所需要之呼吸氣氣體之供給源。
又,本發明D中,將亞氧化氮之分解所得之氧,與氫或甲醇等之適半燃料配合時,例如可利用於燃料電池(一次電池)等。更且,可與電池(二次電池)等組合。
根據本發明E時,經由利用亞氧化氮之分解所產生之能量,可進行做為對於地球環境優異之亞氧化氮之利用。又,亞氧化氮係做為分解氣體最終分解成氮與氧之故,可將此分解氣體做為新的資源加以活用。更且,亞氧化氮係可進行工業生產之故,於本發明E中,其產業上之利用價
值非常高。
如上所述,亞氧化氮係常溫、大氣壓下為安定之氣體,毒性低之故,可容易安全性高地加以處理。又,做為填充於高壓氣體容器之液化高壓氣體,可於分解前容易輸送或貯藏等。
又,亞氧化氮係融點為低(約-90℃),在宇宙空間亦不結凍之故,不僅可在地球被利用,亦可在地球以外之天體(例如月球或火星等),或宇宙空間(例如太空站或太空船等)被利用。
更且,本發明E中,可將亞氧化氮分解為氮與氧之故,例如於太空站或太空船等之宇宙環境,或海中工作站或潛水艇等之海中環境下,不但可做為在於宇宙活動或海中活動之必要能量之供給源,亦可大為活用做為生命維持所需要之呼吸氣氣體之供給源。
又,本發明E中,將亞氧化氮之分解所得之氧,與氫或甲醇等之適半燃料配合時,例如可利用於燃料電池(一次電池)等。更且,可與電池(二次電池)等組合。
[圖A1~圖A18]
1‧‧‧分解氣體鍋鑪
2‧‧‧蒸氣渦輪機
3‧‧‧發電機
4‧‧‧冷凝器
5‧‧‧供水泵
6‧‧‧分解反應部
7‧‧‧蒸氣產生部
11‧‧‧分解氣體渦輪機
12‧‧‧發電機
13‧‧‧分解反應部
14‧‧‧渦輪部
21‧‧‧亞氧化氮分解用觸媒
22‧‧‧分解反應器(分解反應部)
22a‧‧‧本體部
22b‧‧‧氣體導入口
22c‧‧‧氣體排出口
23‧‧‧燃料氣體供給線(燃料氣體供給手段)
24‧‧‧氮氣供給線(氮氣供給手段、濃度調整手段)
25‧‧‧流量調整部(流量調整手段)
26‧‧‧溫度測定器(溫度測定手段)
27‧‧‧控制部(控制手段)
28‧‧‧加熱器(預熱手段)
29‧‧‧電力供給線
30‧‧‧燃料氣體開關閥
31‧‧‧燃料氣體供給源
31a‧‧‧高壓氣體容器
32‧‧‧氮氣開關閥
33‧‧‧氮氣供給源
33a‧‧‧高壓氣體容器
41‧‧‧分解熱回收鍋鑪
42‧‧‧蒸氣渦輪機
43A、43B‧‧‧發電機
44‧‧‧冷凝器
45‧‧‧供水泵
51‧‧‧燃燒氣體鍋鑪
52‧‧‧蒸氣渦輪機
53‧‧‧發電機
54‧‧‧冷凝器
55‧‧‧供水泵
56‧‧‧燃燒反應部
57‧‧‧蒸氣產生部
58a‧‧‧分解氣體供給線
58b‧‧‧燃料供給線
58c‧‧‧氮氣供給線
59a‧‧‧氮氣開關閥
59b‧‧‧氮氣供給源
61‧‧‧燃燒氣體渦輪機
62‧‧‧發電機
63‧‧‧燃燒反應部
64‧‧‧渦輪部
65a‧‧‧分解氣體供給線
65b‧‧‧燃料供給線
65c‧‧‧氮氣供給線
66a‧‧‧氮氣開關閥
66b‧‧‧氮氣供給源
71‧‧‧排熱回收鍋鑪
72‧‧‧蒸氣渦輪機
73A、73B‧‧‧發電機
74‧‧‧冷凝器
75‧‧‧供水泵
80,80A‧‧‧壓縮式之熱泵
81‧‧‧冷媒循環系
82‧‧‧壓縮部
83‧‧‧凝縮部
84‧‧‧膨脹部
85‧‧‧蒸發部
86、87‧‧‧風扇(送風手段)
88‧‧‧四方閥(切換手段)
89‧‧‧室內機
90‧‧‧室外機
R‧‧‧冷媒
TH‧‧‧熱氣
TL‧‧‧冷氣
100,100A‧‧‧吸收式之熱泵
101‧‧‧冷媒循環系
102‧‧‧吸收液循環系
103‧‧‧凝縮部
103a‧‧‧凝縮處理室
103b‧‧‧凝縮器
104‧‧‧蒸發部
104a‧‧‧蒸發室
104b‧‧‧蒸發器
105‧‧‧吸收部
105a‧‧‧吸收室
106‧‧‧再生部
106a‧‧‧再生室
107a~107e‧‧‧第1~第5之配管
108‧‧‧散熱器
109‧‧‧導熱管
110‧‧‧吸熱器
111‧‧‧導熱管
112‧‧‧加熱器(加熱手段)
113‧‧‧冷卻器(冷卻手段)
114‧‧‧冷卻器(冷卻手段)
112a、113a、114a‧‧‧散熱板(散熱片)
115‧‧‧第1供給線
116‧‧‧第2供給線
117‧‧‧第3供給線
118‧‧‧排出線
R‧‧‧冷媒
A‧‧‧吸收液
W、C‧‧‧冷卻液
TH‧‧‧熱氣
TL‧‧‧冷氣
[圖B1~圖B9]
1‧‧‧變換部(變換手段)
1a‧‧‧變換部之高溫側
1b‧‧‧變換部之低溫側
2‧‧‧加熱部(加熱手段)
3‧‧‧冷卻部(冷卻手段)
4‧‧‧亞氧化氮分解用觸媒
5‧‧‧分解反應部
5a‧‧‧本體部
5b‧‧‧氣體導入口
5c‧‧‧氣體排出口
6‧‧‧高壓氣體容器
7‧‧‧第1供給線
8‧‧‧第2供給線
9‧‧‧第3供給線
10‧‧‧排出線
11‧‧‧加熱器(加熱手段)
12‧‧‧電力供給線
13‧‧‧亞氧化氮氣體開關閥
14‧‧‧氮氣供給線(氮氣供給手段、濃度調整手段)
15‧‧‧流量調整部(流量調整手段)
16‧‧‧溫度測定部(溫度測定手段)
17‧‧‧控制部(控制手段)
18‧‧‧高壓氣體容器
19‧‧‧氮氣開關閥
20‧‧‧能量取出裝置(第1實施形態)
21‧‧‧熱電變換元件(變換手段)
22‧‧‧高溫側熱交換器(加熱手段)
23‧‧‧低溫側熱交換器(冷卻手段)
24、24A‧‧‧分解反應器(分解反應部)
30A、30B‧‧‧能量取出裝置(第2實施形態)
31A、31B‧‧‧史特林引擎(變換手段)
32‧‧‧曲柄軸
33‧‧‧飛輪
34a‧‧‧高溫側連桿
34b‧‧‧低溫側連桿
35a‧‧‧高溫側活塞
35b‧‧‧低溫側活塞
36a‧‧‧高溫側汽缸
36b‧‧‧低溫側汽缸
37‧‧‧連通管(流路)
38‧‧‧加熱器(加熱手段)
39‧‧‧冷卻器(冷卻手段)
40‧‧‧再生部(蓄熱器)
41‧‧‧曲柄軸
42‧‧‧飛輪
43a‧‧‧輸出側連桿
43b‧‧‧置換側連桿
44‧‧‧輸出活塞
45a‧‧‧輸出側汽缸
45b‧‧‧置換側汽缸
46‧‧‧置換器
47a、47b‧‧‧連通管(流路)
48‧‧‧加熱器(加熱手段)
49‧‧‧冷卻器(冷卻手段)
50‧‧‧再生部(蓄熱器)
SH‧‧‧高溫空間(膨脹空間)
SL‧‧‧低溫空間(壓縮空間)
51‧‧‧發電機
60‧‧‧能量取出裝置(第3實施形態)
61‧‧‧熱導管渦輪機(變換手段)
62‧‧‧導熱管(容器本體)
63‧‧‧蒸發部
64‧‧‧渦輪部
65‧‧‧連通管(流路)
66‧‧‧凝縮部
67‧‧‧芯
68‧‧‧加熱器(加熱手段)
69‧‧‧冷卻器(冷卻手段)
70‧‧‧發電機
L‧‧‧作動流體
[圖C1~圖C6]
1‧‧‧亞氧化氮分解用觸媒
2‧‧‧分解反應部
2a‧‧‧本體部
2b‧‧‧氣體導入口
2c‧‧‧氣體排出口
3‧‧‧吸熱側熱交換部
4‧‧‧散熱側熱交換部
5‧‧‧高壓氣體容器
6‧‧‧第1供給線
7‧‧‧第2供給線
8‧‧‧第3供給線
9‧‧‧排出線
10、11‧‧‧風扇(送風手段)
13‧‧‧加熱器(加熱手段)
14‧‧‧電力供給線
15‧‧‧亞氧化氮氣體開關閥
16‧‧‧氮氣供給線(氮氣供給手段、濃度調整手段)
17‧‧‧流量調整部(流量調整手段)
18‧‧‧溫度測定部(溫度測定手段)
19‧‧‧控制部(控制手段)
20‧‧‧高壓氣體容器
21‧‧‧氮氣開關閥
30‧‧‧變換部
30a‧‧‧變換部之高溫側
30b‧‧‧變換部之低溫側
31‧‧‧熱導管渦輪機
32‧‧‧發電機
33‧‧‧導熱管
34‧‧‧貯存部
35‧‧‧蒸發部
36‧‧‧凝縮部
37a、37b‧‧‧散熱板(散熱片)
38‧‧‧渦輪部
L‧‧‧作動流體
TH‧‧‧熱氣
TL‧‧‧冷氣
[圖D1~圖D8]
1‧‧‧分解氣體鍋鑪
2‧‧‧蒸氣渦輪機
4‧‧‧冷凝器
5‧‧‧供水泵
6‧‧‧分解反應部
7‧‧‧蒸氣產生部
11‧‧‧分解氣體渦輪機
13‧‧‧分解反應部
14‧‧‧渦輪部
21‧‧‧亞氧化氮分解用觸媒
22‧‧‧分解反應器(分解反應部)
22a‧‧‧本體部
22b‧‧‧氣體導入口
22c‧‧‧氣體排出口
23‧‧‧燃料氣體供給線(燃料氣體供給手段)
24‧‧‧氮氣供給線(氮氣供給手段、濃度調整手段)
25‧‧‧流量調整部(流量調整手段)
26‧‧‧溫度測定器(溫度測定手段)
27‧‧‧控制部(控制手段)
28‧‧‧加熱器(預熱手段)
29‧‧‧電力供給線
30‧‧‧燃料氣體開關閥
31‧‧‧燃料氣體供給源
31a‧‧‧高壓氣體容器
32‧‧‧氮氣開關閥
33‧‧‧氮氣供給源
33a‧‧‧高壓氣體容器
80,80A‧‧‧熱泵
81‧‧‧冷媒循環系
82‧‧‧壓縮部
83‧‧‧凝縮部
84‧‧‧膨脹部
85‧‧‧蒸發部
86、87‧‧‧風扇(送風手段)
88‧‧‧四方閥(切換手段)
89‧‧‧室內機
90‧‧‧室外機
R‧‧‧冷媒
[圖E1~圖E6]
21‧‧‧亞氧化氮分解用觸媒
22‧‧‧分解反應器(分解反應部)
22a‧‧‧本體部
22b‧‧‧氣體導入口
22c‧‧‧氣體排出口
23‧‧‧燃料氣體供給線(燃料氣體供給手段)
24‧‧‧氮氣供給線(氮氣供給手段、濃度調整手段)
25‧‧‧流量調整部(流量調整手段)
26‧‧‧溫度測定器(溫度測定手段)
27‧‧‧控制部(控制手段)
28‧‧‧加熱器(預熱手段)
29‧‧‧電力供給線
30‧‧‧燃料氣體開關閥
31‧‧‧燃料氣體供給源
31a‧‧‧高壓氣體容器
32‧‧‧氮氣開關閥
33‧‧‧氮氣供給源
33a‧‧‧高壓氣體容器
100,100A‧‧‧吸收式之熱泵(熱輸送裝置)
101‧‧‧冷媒循環系
102‧‧‧吸收液循環系
103‧‧‧凝縮部
103a‧‧‧凝縮處理室
103b‧‧‧凝縮器
104‧‧‧蒸發部
104a‧‧‧蒸發室
104b‧‧‧蒸發器
105‧‧‧吸收部
105a‧‧‧吸收室
106‧‧‧再生部
106a‧‧‧再生室
107a~107e‧‧‧第1~第5之配管
108‧‧‧散熱器
109‧‧‧導熱管
110‧‧‧吸熱器
111‧‧‧導熱管
112‧‧‧加熱器(加熱手段)
113‧‧‧冷卻器(冷卻手段)
114‧‧‧冷卻器(冷卻手段)
112a、113a、114a‧‧‧散熱板(散熱片)
115‧‧‧第1供給線
116‧‧‧第2供給線
117‧‧‧第3供給線
118‧‧‧排出線
R‧‧‧冷媒
A‧‧‧吸收液
W、C‧‧‧冷卻液
TH‧‧‧熱氣
TL‧‧‧冷氣
[圖A1]顯示具備適用本發明A之分解氣體鍋鑪之發電裝置之構成之概略系統圖。
[圖A2]顯示具備適用本發明A之分解氣體渦輪機之發電裝置之構成之概略系統圖。
[圖A3]顯示具備圖A1所示分解氣體鍋鑪及圖A2所
示分解氣體渦輪機之本發明A之特徵部分的概略構成圖A。
[圖A4]顯示本發明A之特徵部分之具體動作(控制方法)之一例的流程圖。
[圖A5]使用圖A1所示發電裝置之發電方法之工程圖。
[圖A6]使用圖A2所示發電裝置之發電方法之工程圖。
[圖A7]顯示圖A2所示發電裝置中,可追加之分解熱回收鍋鑪等之構成,(a)採用單軸型時之概略系統圖、(b)採用多軸型時之概略系統圖。
[圖A8]使用圖A7(a)、(b)所示發電裝置之發電方法之工程圖。
[圖A9](a)係顯示圖A1、圖A2或圖A7所示發電裝置中,可追加燃燒氣體鍋鑪等之構成之概略系統圖,(b)係顯示圖A1、圖A2或圖A7所示發電裝置中,可追加燃燒氣體渦輪機等之構成之概略系統圖。
[圖A10]使用圖A9(a)所示發電裝置之發電方法之工程圖。
[圖A11]使用圖A9(b)所示發電裝置之發電方法之工程圖。
[圖A12]顯示圖A9(b)所示發電裝置中,可追加之排熱回收鍋鑪等之構成,(a)採用單軸型時之概略系統圖、(b)採用多軸型時之概略系統圖。
[圖A13]使用圖A12(a)、(b)所示發電裝置之發電方法之工程圖。
[圖A14]適用本發明A之汽電共生系統之一例,顯示具備壓縮式之熱泵之熱輸送裝置之構成之概略系統圖。
[圖A15]具備適用本發明A之空調機之壓縮式之熱泵,(a)係顯示冷氣時之狀態的概略系統圖、(b)顯示暖氣時之狀態的概略系統圖。
[圖A16]適用本發明A之汽電共生系統之另一例,顯示具備吸收式之熱泵之熱輸送裝置之構成之模式圖。
[圖A17]顯示吸收式之熱泵之變形例的模式圖。
[圖A18]顯示於實施例A中,亞氧化氮氣體之線速度與反應容器內之發熱溫度及N2O之分解率之關係圖表。
[圖B1]為說明適用本發明B之能量取出裝置及取出方法之模式圖。
[圖B2]顯示圖B1所示能量取出裝置之具體動作(控制方法)之一例的流程圖。
[圖B3]顯示做為本發明B之第1實施形態,具備熱電變換元件之發電裝置之一例的剖面模式圖。
[圖B4]顯示做為本發明B之第2實施形態,具備2活塞型之史特林引擎之發動裝置之一例的剖面模式圖。
[圖B5]顯示做為本發明B之第2實施形態,具備置換型之史特林引擎之發動裝置之一例的剖面模式圖。
[圖B6]顯示做為本發明B之第3實施形態,具備熱導管渦輪機之發動裝置(發電裝置)之一例的剖面模式圖。
[圖B7]顯示於第1之實施例B中,亞氧化氮氣體之線速度與反應容器內之發熱溫度及N2O之分解率之關係圖表。
[圖B8]顯示於第2實施例B中,使用能量取出裝置之構成之剖面模式圖。
[圖B9]對於各測定點A~F之溫度及熱電變換元件之起電力,測定經歷時時所造成之變化之圖表。
[圖C1]為說明適用本發明C之熱輸送裝置及熱輸送方法之模式圖。
[圖C2]使用圖C1所示熱輸送裝置之熱輸送方法之工程圖。
[圖C3]顯示圖C1所示熱輸送裝置之具體動作(控制方法)之一例的流程圖。
[圖C4]為說明適用本發明C之熱輸送裝置之變形例之模式圖。
[圖C5]顯示具備熱導管渦輪機之熱輸送裝置之一例之模式圖。
[圖C6]顯示於實施例C中,亞氧化氮氣體之線速度與反應容器內之發熱溫度及N2O之分解率之關係圖表。
[圖D1]顯示具備適用本發明D之分解氣體鍋鑪之熱輸送裝置之構成之概略系統圖。
[圖D2]顯示具備適用本發明D之分解氣體渦輪機之熱輸送裝置之構成之概略系統圖。
[圖D3]顯示具備圖D1所示分解氣體鍋鑪及圖D2所
示分解氣體渦輪機之本發明D之特徵部分的概略構成圖。
[圖D4]顯示本發明D之特徵部分之具體動作(控制方法)之一例的流程圖。
[圖D5]使用圖D1所示熱輸送裝置之熱輸送方法之工程圖。
[圖D6]使用圖D2所示熱輸送裝置之熱輸送方法之工程圖。
[圖D7]具備適用本發明D之空調機之熱泵,(a)係顯示冷氣時之狀態的概略系統圖、(b)顯示暖氣時之狀態的概略系統圖。
[圖D8]顯示於實施例D中,亞氧化氮氣體之線速度與反應容器內之發熱溫度及N2O之分解率之關係圖表。
[圖E1]為說明適用本發明E之熱輸送裝置及熱輸送方法之模式圖。
[圖E2]顯示具備圖E1所示熱輸送裝置之本發明E之特徵部分的概略構成圖。
[圖E3]使用圖E1所示熱輸送裝置之熱輸送方法之工程圖。
[圖E4]顯示本發明E之特徵部分之具體動作(控制方法)之一例的流程圖。
[圖E5]為說明適用本發明E之熱輸送裝置及熱輸送方法之變形例之模式圖。
[圖E6]顯示於實施例E中,亞氧化氮氣體之線速度與反應容器內之發熱溫度及N2O之分解率之關係圖表。
21‧‧‧亞氧化氮分解用觸媒
22‧‧‧分解反應器(分解反應部)
22a‧‧‧本體部
22b‧‧‧氣體導入口
22c‧‧‧氣體排出口
23‧‧‧燃料氣體供給線(燃料氣體供給手段)
24‧‧‧氮氣供給線(氮氣供給手段、濃度調整手段)
25‧‧‧流量調整部(流量調整手段)
26‧‧‧溫度測定器(溫度測定手段)
27‧‧‧控制部(控制手段)
28‧‧‧加熱器(預熱手段)
29‧‧‧電力供給線
30‧‧‧燃料氣體開關閥
31‧‧‧燃料氣體供給源
31a‧‧‧高壓氣體容器
32‧‧‧氮氣開關閥
33‧‧‧氮氣供給源
33a‧‧‧高壓氣體容器
Claims (24)
- 一種發電裝置,其特徵係具備:經由從亞氧化氮之分解所產生之分解氣體之熱回收,產生蒸氣之分解氣體鍋鑪、和經由前述分解氣體鍋鑪所產生蒸氣,旋轉驅動之蒸氣渦輪機、經由前述蒸氣渦輪機之驅動而發電之發電機的發電裝置。
- 一種發電裝置,其特徵係具備:經由亞氧化氮之分解所產生之分解氣體,旋轉驅動之分解氣體渦輪機、和經由前述分解氣體渦輪機之驅動而發電之發電機的發電裝置。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述之發電裝置,其中,前述分解氣體鍋鑪或分解氣體渦輪機係具備:配置分解前述亞氧化氮之亞氧化氮分解用觸媒的分解反應部、和於前述分解反應部,供給含亞氧化氮之燃料氣體的燃料氣體供給手段;前述分解反應部中,將含於前述燃料氣體中之亞氧化氮,使用前述亞氧化氮分解用觸媒分解後,經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,持續於後供給之燃料氣體中之亞氧化氮之分解。
- 如申請專利範圍第3項所述之發電裝置,其中,前述分解氣體鍋鑪或分解氣體渦輪機係具備:調整供給予前述分解反應部之燃料氣體之流量的流量調整手段; 經由調整供予前述分解反應部之燃料氣體之流量,進行前述分解氣體之溫度控制。
- 如申請專利範圍第3項或第4項所述之發電裝置,其中,前述分解氣體鍋鑪或分解氣體渦輪機係具備:調整含於前述燃料氣體之亞氧化氮之濃度的濃度調整手段;經由調整含於前述燃料氣體之亞氧化氮之濃度,進行前述分解氣體之溫度控制。
- 如申請專利範圍第5項所述之發電裝置,其中,前述濃度調整手段係經由添加氮於前述燃料氣體中,進行含於前述燃料氣體中之亞氧化氮之濃度調整。
- 如申請專利範圍第4項~第6項所述之任一項之發電裝置,其中,前述分解氣體鍋鑪或分解氣體渦輪機係具備:測定前述亞氧化氮分解用觸媒或分解氣體之溫度的溫度測定手段;根據前述溫度測定手段所成測定結果,進行前述流量調整手段所成流量調整,或進行前述濃度調整手段所成濃度調整。
- 如申請專利範圍第3項~第7項所述之任一項之發電裝置,其中,前述分解氣體鍋鑪或分解氣體渦輪機係具備:預熱前述亞氧化氮分解用觸媒的預熱手段;於開始前述亞氧化氮之分解前,進行前述亞氧化氮分解用觸媒之預熱。
- 如申請專利範圍第3項~第8項所述之任一項之發電裝置,其中,前述分解氣體鍋鑪或分解氣體渦輪機係具 備:於前述分解反應部供給氮氣之氮氣供給手段;於停止對前述分解反應部之燃料氣體之供給後,於前述分解反應部供給氮氣。
- 如申請專利範圍第2項所述之發電裝置,其中,具備:經由從前述分解氣體渦輪機排出之分解氣體之熱回收,產生蒸氣之分解熱回收鍋鑪、和經由前述分解熱回收鍋鑪所產生蒸氣,旋轉驅動之蒸氣渦輪機、經由前述蒸氣渦輪機之驅動而發電之發電機。
- 如申請專利範圍第1、2、10項所述之任一項之發電裝置,其中,更具備:使用從前述分解氣體鍋鑪、分解氣體渦輪機或分解熱回收鍋鑪排出之分解氣體,經由從燃燒燃料時之燃燒氣體之熱回收,產生蒸氣之燃燒氣體鍋鑪、和經由前述燃燒氣體鍋鑪所產生蒸氣,旋轉驅動之蒸氣渦輪機、經由前述蒸氣渦輪機之驅動而發電之發電機。
- 如申請專利範圍第1、2、10項所述之任一項之發電裝置,其中,更具備:使用從前述分解氣體鍋鑪、分解氣體渦輪機或分解熱回收鍋鑪排出之分解氣體,經由從燃燒燃料時之燃燒氣體,旋轉驅動之燃燒氣體渦輪機、經由前述燃燒氣體渦輪機之驅動而發電之發電機。
- 如申請專利範圍第12項所述之發電裝置,其中,更具備:經由從前述燃燒氣體渦輪機排出之燃燒氣體之熱 回收,產生蒸氣之排熱回收鍋鑪、和經由前述排熱回收鍋鑪所產生蒸氣,旋轉驅動之蒸氣渦輪機、經由前述蒸氣渦輪機之驅動而發電之發電機。
- 一種發電方法,其特徵係具有:經由從亞氧化氮之分解所產生之分解氣體之熱回收,於分解氣體鍋鑪,產生蒸氣之步驟、和經由前述分解氣體鍋鑪所產生蒸氣,旋轉驅動蒸氣渦輪機之步驟、和經由前述蒸氣渦輪機之驅動,以發電機發電之步驟。
- 一種發電方法,其特徵係具有:經由亞氧化氮之分解所產生之分解氣體,旋轉驅動分解氣體渦輪機之步驟、和經由前述分解氣體渦輪機之驅動,以發電機發電之步驟。
- 如申請專利範圍第14項或第15項所述之發電方法,其中,於配置分解前述亞氧化氮之亞氧化氮分解用觸媒之分解反應部,供給含前述亞氧化氮之燃料氣體,於此分解反應部中,將含於前述燃料氣體中之亞氧化氮,使用前述亞氧化氮分解用觸媒分解之後,經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,持續於後供給之燃料氣體中之亞氧化氮之分解。
- 如申請專利範圍第15項所述之發電方法,其中, 更具有:經由從前述分解氣體渦輪機排出之分解氣體之熱回收,於分解熱回收鍋鑪產生蒸氣之步驟、和經由前述分解熱回收鍋鑪所產生蒸氣,旋轉驅動蒸氣渦輪機之步驟、和經由前述蒸氣渦輪機之驅動,以發電機發電之步驟。
- 如申請專利範圍第14、15、17項所述之任一項之發電方法,其中,更具備:使用從前述分解氣體鍋鑪、分解氣體渦輪機或分解熱回收鍋鑪排出之分解氣體,經由從燃燒燃料時之燃燒氣體之熱回收,於燃燒氣體鍋鑪產生蒸氣之步驟、和經由前述燃燒氣體鍋鑪所產生蒸氣,旋轉驅動蒸氣渦輪機之步驟、和經由前述蒸氣渦輪機之驅動,以發電機發電之步驟。
- 如申請專利範圍第14、15、17項所述之任一項之發電方法,其中,使用從前述分解氣體鍋鑪、分解氣體渦輪機或分解熱回收鍋鑪排出之分解氣體,經由從燃燒燃料時之燃燒氣體,旋轉驅動燃燒氣體渦輪機之步驟、和經由前述燃燒氣體渦輪機之驅動,以發電機發電之步驟。
- 如申請專利範圍第19項所述之發電方法,其中,更具有:經由從前述燃燒氣體渦輪機排出之燃燒氣體之熱回收,以排熱回收鍋鑪產生蒸氣之步驟、 和經由前述排熱回收鍋鑪所產生蒸氣,旋轉驅動蒸氣渦輪機之步驟、和經由前述蒸氣渦輪機之驅動,以發電機發電之步驟。
- 一種分解氣體鍋鑪,其特徵係經由從亞氧化氮之分解所產生之分解氣體之熱回收,產生蒸氣或溫水。
- 如申請專利範圍第21項所述之分解氣體鍋鑪,其中,具備:配置分解前述亞氧化氮之亞氧化氮分解用觸媒的分解反應部、和於前述分解反應部,供給含亞氧化氮之燃料氣體的燃料氣體供給手段;前述分解反應部中,將含於前述燃料氣體中之亞氧化氮,使用前述亞氧化氮分解用觸媒分解後,經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,持續於後供給之燃料氣體中之亞氧化氮之分解。
- 一種分解氣體渦輪機,其特徵係經由亞氧化氮之分解所產生之分解氣體,旋轉驅動。
- 如申請專利範圍第23項所述之分解氣體鍋鑪,其中,具備:配置分解前述亞氧化氮之亞氧化氮分解用觸媒的分解反應部、和於前述分解反應部,供給含亞氧化氮之燃料氣體的燃料氣體供給手段;前述分解反應部中,將含於前述燃料氣體中之亞氧化氮,使用前述亞氧化氮分解用觸媒分解後,經由此亞氧化氮之分解所產生之分解熱,持續於後供給之燃料氣體中之亞氧化氮之分解。
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Cited By (1)
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CN108126730A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-06-08 | 中国第汽车股份有限公司 | 改善整体挤出式蜂窝催化剂导热系数的方法 |
-
2012
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CN108126730A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-06-08 | 中国第汽车股份有限公司 | 改善整体挤出式蜂窝催化剂导热系数的方法 |
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