JP2005504258A - 収着システムにより低温または熱を生成するための設備および方法 - Google Patents
収着システムにより低温または熱を生成するための設備および方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】与えられた場所において、1ないしは複数の熱エネルギ供給源を使用して低温および/または熱を生成するための、ガスと液体もしくは固体の間の連続する可逆プロセスを含む方法であって:
‐リアクタR1ならびにR’1を備えるHPアッセンブリ、リアクタR3ならびにR’3を備えるLPアッセンブリ、および、場合によってリアクタR2ならびにR’2を備えるIPアッセンブリを備える設備内において実行され、前記設備においては:
・各リアクタRiが、ガスGiの生成および消費を交互に行う可逆収着のシートであり、
・各リアクタR’iが、ガスGiの生成および消費を交互に行う可逆プロセスのシートであり、
・それぞれのリアクタ内の吸着剤およびガスが、与えられた圧力において:アッセンブリのリアクタRi内の収着平衡温度が、同一アッセンブリのリアクタR’i内の可逆プロセスの平衡温度より高く、リアクタR1内の収着平衡温度が、R3内のそれより低く、前記IPアッセンブリがある場合にはR2内の収着平衡温度が、R1とR3の平衡温度の間になるように選択され、
・アッセンブリの前記リアクタRiおよびR’iが、前記ガスGiを交換するためのガス交換手段を備えており、
・前記リアクタRiが、互いに熱を交換するための手段を備えており、かつ
・前記リアクタが、大気圧から遮断されているものとし、
‐さらにそれにおいて、前記設備の動作に必要な前記熱エネルギ供給源が、前記リアクタR’iへの供給を行うものとする。
【選択図】図1
Description
【0001】
本発明は、収着システムにより低温および/または熱を生成するための設備および方法に関する。
【背景技術】
【0002】
エネルギの生成が、エネルギを必要とする場所の近くに位置していない場合には、輸送手段を提供する必要がある。もっとも普及しているエネルギ輸送手段は、送電設備網である。それにもかかわらず、よく知られているように、一方において一時エネルギを電気に変換する効率が50%をわずかに上回る程度であり、しかも電気の輸送が、約15%の損失を伴う。また、低温または熱の分配のために、特に都市もしくは工業設備網内において、加熱もしくは冷却される媒体と熱交換を行う伝熱流体(たとえば水、スチーム等)を使用して熱形式のエネルギを輸送する方法もよく知られている。ほとんどの場合に、これらのタイプの交換は、知覚可能な熱もしくは潜在性の熱の交換を伴い、それが、大きな流体フローの再循環を生じさせ、その結果、伝熱流体の熱もしくは低温に関連する熱の損失だけでなく、ポンピングのための大きなエネルギの消費を招いている。
【0003】
熱または低温を生成するための設備は、熱化学システムに基づくものが知られており、作用ガスと呼ばれるガスと、液体もしくは固体の間における可逆プロセスが使用される。これらのシステムにおいては、ガスと液体もしくは固体の間における結合ステップ(液体によるガスの吸収、固体上におけるガスの吸着、ガスと固体の間の反応)が発熱性となり、その逆のステップが吸熱性となる。これらの原理に基づいた多数のリアクタおよび方法は、すでに記述されている。特に、可逆反応を基礎とした低温もしくは熱を生成するためのデバイスの多くの変形が特許文献1に記載されている。これらのデバイスは、2もしくは3の圧力レベルで動作する2つのガス循環回路内の液体による作用ガスの可逆的な吸収によって機能する。そこに述べられている各種の動作モードのために、その種のリアクタの使用には、作用ガス循環回路の1つのリアクタの1つと、別の回路のリアクタの1つの間における液体吸収剤の循環を必要とする。この多量の液体の循環は、無視できない量のエネルギを消費するポンピング手段、および当該液体の輸送の間における熱の損失を防止するための大量の断熱手段を必要とする。完全な動作サイクルの間にデバイスへ供給されるエネルギの追加が、場合によっては作用ガスを供給するエバポレータへ、場合によってはガスを過剰に包含する液体を含むリアクタへ、ガスを解放するために行われており、その結果この入力が、ガスの気化温度より高い温度において生じ、したがって、より高いコストを負うことになる。
【0004】
さらに、特許文献2および特許文献3には、水素化物内の水素の可逆挿入によって動作するシステムについて開示されている。このシステムは、それぞれが、水素化物を含み、かつ水素の循環のためのパイプによって接続された2つのリアクタからなる少なくとも2つの動作ユニットを包含している。特許文献2によれば、1動作サイクルの間に、1つの動作ユニットの、より平衡温度の高い水素化物を含むリアクタへ高温の熱を追加することによって第1の水素化物から水素が解放される。特許文献3に述べられている動作モードにおいては、それぞれのサイクルが少なくとも1ステップを含み、その間に、外部供給源によって熱が、動作ユニットの1つの『高温』リアクタへ追加される。
【0005】
【特許文献1】
米国特許第4,531,374号(Alefeld;アレフェルド)
【特許文献2】
米国特許第4,523,635号
【特許文献3】
米国特許第4,623,018号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、1ないしは複数の熱エネルギ供給源を用いて、使用の場所において低温および/または熱を生成するための方法および設備を提供し、それによって液体または固体材料の輸送を回避することをねらいとしており、しかも比較的低い温度において当該設備の動作に必要なエネルギを供給することによってそれを行う。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に従って低温および/または熱を生成するための設備は、リアクタR1およびR’1を備えるHPアッセンブリ、リアクタR3およびR’3を備えるLPアッセンブリ、および、場合によってリアクタR2およびR’2を備えるIPアッセンブリを備えている。以下の本文においては、RiがリアクタR1、R2、およびR3の任意の1つを表し、R’iがリアクタR’1、R’2、およびR’3の任意の1つを表すものとする。この設備は、以下の点を特徴とする:
・各リアクタRiが、ガスGiの生成および消費を交互に行う可逆収着のシートであること;
・各リアクタR’iが、ガスGiの生成および消費を交互に行う可逆プロセスのシートであること;
・それぞれのリアクタ内の反応物が、与えられた圧力において:アッセンブリのリアクタRi内の収着平衡温度が、同一アッセンブリのリアクタR’i内の可逆プロセスの平衡温度より高く、リアクタR1内の収着平衡温度が、R3内のそれより低く、前記IPアッセンブリがある場合にはR2内の収着平衡温度が、R1とR3の平衡温度の間になるように選択されていること;
・アッセンブリのリアクタRiおよびR’iが、ガスGiを交換するためのガス交換手段を備えていること;
・リアクタRiが、互いに熱を交換するための手段を備えていること;
・リアクタが、大気圧から遮断されていること。
【0008】
クラペイロン図は、可逆プロセスの平衡曲線(圧力P、温度T)を、一般にlnP=f(‐1/T)という形式で表す。理論的な平衡曲線は、化学反応あるいは液相/気相変化のようなモノバリアント・プロセスに関するラインになる。平衡曲線は、平衡点が固体もしくは液体内におけるガスの濃度の関数として変化することから、固体上におけるガスの吸着もしくは液体内におけるガスの吸収等のバイバリアント・プロセスに関する等量点の網となる。これに使用している表現によれば、クラペイロン図内において、与えられた可逆プロセスに対応する曲線がより左側に位置しているということは、ある圧力では、遷移温度が、図中の平衡曲線がより右側に位置する可逆プロセスのそれよりも低いことを意味している。
【0009】
本発明の設備の所定のアッセンブリ内において、リアクタR’i内の温度は、リアクタRi内の温度より、それら2つのリアクタが、ガス移動手段を開くことによって連通されたとき、言い換えるとこれらのリアクタが同一の圧力にあるとき、その結果として低くなる。
【0010】
本発明に従った設備においては、HPアッセンブリのリアクタR1ならびにR’1が、結果的に、レンジ(圧力,温度)(PT)1内で動作し、このレンジは、概略でLPアッセンブリのレンジ(PT)3より上に位置する。設備が3つのアッセンブリを備えるときには、IPアッセンブリが(PT)1と(PT)3の間の中間レンジ(PT)2において動作する。
【0011】
リアクタR’i内の可逆プロセスは、液相/気相変化の中から、および可逆収着、たとえば可逆化学反応、固体上におけるガスの吸着、液体によるガスの吸収、クラスレート・ハイドレートの形成といった可逆収着の中から選択することができる。
【0012】
各リアクタRiは、化学反応、固体によるガスの吸着、液体によるガスの吸収、クラスレート・ハイドレートの形成等の可逆収着のシートである。
【0013】
化学式1に示す液相/気相変化は、液化方向において発熱性であり、気化方向において吸熱性である。液体もしくは固体とガスの間における可逆収着は、化学式2のように記述することができるが、収着方向Siにおいて発熱性であり、脱着方向Diにおいて吸熱性である。
【0014】
【化1】
【0015】
【化2】
【0016】
これらの可逆プロセスを基礎として多数の組み合わせが可能であり、それらは、有効な低温もしくは有効な熱を生成するための所望の温度を達成する作用をもたらす。
【0017】
たとえば、2つのアッセンブリHPおよびLPを備える設備においては、まったく同一の可逆プロセスもしくは異なるプロセスをリアクタR’i内に使用することができる。2つのリアクタR’i内のプロセスが同じガスを解放する場合には、リアクタRi内の吸着剤が異ならなければならない。リアクタR’i内のプロセスが異なるガスを解放する場合には、これらのリアクタRi内の吸着剤をまったく同じ、もしくは異なるものとすることができる。
【0018】
同様に、3つのアッセンブリHP、LP、およびIPを備える設備においては、同じガスGを解放する可逆プロセスもしくは異なるガスGiを解放する可逆プロセスを、リアクタR’i内で使用することができる。これらのリアクタR’iに関連付けされた、同じガスを解放するリアクタRiは、異なる吸着剤を含んでいなければならない。リアクタR’iが異なるガスを解放する場合には、それらに関連付けされたリアクタRiは、同じ吸着剤もしくは異なる吸着剤を含むことができる。
【0019】
特定の実施態様においては、リアクタR’iが、同じガスを解放する液相/気相変化のシートになり、各リアクタRiが、そのガスと異なる液体もしくは固体の間における可逆収着のシートになる。
【0020】
別の実施態様においては、各リアクタR’iが、異なるガスを生成する液相/気相変化のシートになり、各リアクタが、異なる固体もしくは液体を伴う収着のシートになる。
【0021】
本発明に従った、与えられた場所において低温および/または熱を生成するための方法は、ガスと液体もしくは固体の間の連続する可逆プロセスを含む。この方法は、以下の点を特徴とする:
‐この方法が、リアクタR1ならびにR’1を備えるHPアッセンブリ、リアクタR3ならびにR’3を備えるLPアッセンブリ、および、場合によってリアクタR2ならびにR’2を備えるIPアッセンブリを備える設備内において実行され、当該設備においては:
・各リアクタRiが、ガスGiの生成および消費を交互に行う可逆収着のシートであり、
・各リアクタR’iが、ガスGiの生成および消費を交互に行う可逆プロセスのシートであり、
・それぞれのリアクタ内の吸着剤およびガスが、与えられた圧力において:アッセンブリのリアクタRi内の収着平衡温度が、同一アッセンブリのリアクタR’i内の可逆プロセスの平衡温度より高く、リアクタR1内の収着平衡温度が、R3内のそれより低く、前記IPアッセンブリがある場合にはR2内の収着平衡温度が、R1とR3の平衡温度の間になるように選択され、
・アッセンブリの前記リアクタRiおよびR’iが、前記ガスGiを交換するためのガス交換手段を備えており、
・前記リアクタRiが、互いに熱を交換するための手段を備えており、かつ
・前記リアクタが、大気圧から遮断されていること;
‐この設備の動作に必要な熱エネルギ供給源が、前記リアクタR’iへの供給を行うこと。
【0022】
より具体的に述べれば、本発明に従って低温または熱を生成するためのこの方法は、以下を含んでいる:
・予備ステップ:このステップにおいては、アッセンブリの2つのリアクタの間のガス交換手段が閉じられ、それぞれの吸着剤およびガスがリアクタ内において通常温度に置かれ、その結果、HPアッセンブリのリアクタR1が、ガスを多く含む形態の吸着剤(B1,G1)を含み、前記リアクタR’1が、ガスG1を消費する状態となり、前記LPアッセンブリのリアクタR3が、ガスをあまり含まない形態の吸着剤B3を含み、かつ対応する前記リアクタR’3が、ガスG3を供給する状態となる;
・ステップ(a):すなわち低温および/または熱を生成するステップであって、このステップの間に、一方においては前記リアクタR3とR’3の間、前記リアクタR1とR’1の間、および前記IPアッセンブリがある場合には前記リアクタR2とR’2の間の前記ガス交換手段が、可能性としては前記リアクタR’3および前記IPアッセンブリがある場合には前記リアクタR’2が熱エネルギの入力によって通常温度より高い温度まで上昇した後に開かれる;
・ステップ(b):すなわち再生を行うステップであって、このステップの間に、一方においては前記リアクタR3とR’3の間、前記リアクタR1とR’1の間、および前記IPアッセンブリがある場合には前記リアクタR2とR’2の間の前記ガス交換手段が、前記リアクタR’1および前記IPアッセンブリがある場合には前記リアクタR’2が熱エネルギの入力によって通常温度より高い温度まで上昇した後に開かれる。
【0023】
再生ステップの終了時には、設備が再び低温または熱を生成する状態になる。その後、必要な長さにわたって設備をこの状態に維持するには、同じレベルの前記リアクタの間の前記ガス交換手段を閉じるだけで充分である。低温もしくは熱を再び生成することが望ましい場合には、上記の生成ステップ(a)およびそれに続くステップ(b)を必要に応じて同様に繰り返せばよい。
【0024】
基本的に低温の生成を目的とした特定の実施態様においては、本発明の方法が次の点によって特徴付けされる:
・LPアッセンブリ(または、LPおよびIPアッセンブリ)内のそれぞれのガスおよび吸着剤が、前記リアクタ内の前記ガス交換手段を開いた後にR’3内(または、R’3内およびR’2内)に生じるそれぞれの圧力において、R’3内(または、R’3内およびR’2内)の前記可逆プロセスの平衡温度が、低温の生成が希望されている温度に対応するように選択されること;
・生成ステップ(a)の間に、前記ガス交換手段が、リアクタR’3に対する(または、リアクタR’3およびR’2に対する)熱エネルギの先行入力なしに前記リアクタ間において開かれること。
【0025】
本発明に従った低温の生成に使用される設備内においては、低温生成温度が、LPアッセンブリもしくはLPおよびIPアッセンブリのリアクタR’i内でガスGiが解放される温度によって決定され、それらが(圧力,温度)の最も低いレンジとなる。LPアッセンブリ(および前記IPアッセンブリがある場合はIPアッセンブリ)の2つのリアクタ内の可逆プロセスは、同一アッセンブリのリアクタRiとR’iの単純な連通が、R’i内におけるガスGiの自発的な吸熱性の解放、およびRi内における収着段階を生じさせ、それが周囲媒体からの必要な熱エネルギの引き込み、すなわちR’iのレベルにおける低温の生成を伴う。
【0026】
周囲媒体からの熱エネルギの自発的な引き込みは、ステップ(a)の間に、R’3内、および前記IPアッセンブリがある場合にはリアクタR’2内における低温の生成をもたらす。続いてこの設備の再生を行うために、ステップ(b)の間に、リアクタRiとR’iの間のガス交換手段を開くことに先行して、もっとも高いレンジ(圧力,温度)、および可能性としては中間のレンジ(圧力,温度)を有しているアッセンブリのリアクタR’iを介して熱エネルギが追加される。
【0027】
同時にこの設備は、それぞれのステップの間に、エネルギの導入によらず、したがって、低い低温生成温度とこの設備の高い再生温度の間の中間温度にあるリアクタR’iへ、熱エネルギをリストアする。これらの中間温度が有用な温度である場合には、低温および熱の同時生成にこの設備を使用することができる。
【0028】
本発明に従った、2つのアッセンブリHPおよびLPを備える設備においては、LPアッセンブリのリアクタR’3内のガスが解放される温度において低温が生成される。この方法は、次に示す条件の下に実行される:
‐予備ステップの間に、
・一方においてはR1とR’1の間、他方においてはR3とR’3の間の前記ガス移動手段が閉じられ;
・それぞれの吸着剤およびガスが前記リアクタ内に導入され、その結果、前記HPアッセンブリの前記リアクタR1が、ガスを多く含む形態の吸着剤(B1,G2)を含み、前記リアクタR’1が、前記ガスG1を消費する状態となり、前記LPアッセンブリの前記リアクタR3が、ガスをあまり含まない形態の前記吸着剤B3を含み、かつ対応する前記リアクタR’3が、ガスG3を供給する状態となり;
・LPアッセンブリ内のそれぞれのガスおよび吸着剤が、前記ガス交換手段を開いた後にR’3内に生じるそれぞれの圧力において、R’3内の前記可逆プロセスの平衡温度が、低温の生成が希望されている温度に対応するように選択されること;
‐ステップ(a)の間、すなわち低温生成ステップの間に、一方においてはR3とR’3の間、他方においてはR1とR’1の間の前記ガス移動手段が開かれ、それによってR’3内におけるガスG3の自発的な解放、R3内における吸着剤B3を伴うG3の発熱性の収着、R1内におけるガスを多く含んだ吸着剤(B1,G1)の吸熱性の脱着、およびR’1内におけるガスG1の発熱性の消費を生じること;
‐ステップ(b)の間、すなわち再生ステップの間に、熱エネルギがR’1へ供給され、それを、周囲温度より高い温度まで上昇させ、続いて、一方においてはリアクタR3とR’3の間、他方においてはリアクタR1とR’1の間の前記ガス移動手段が開かれ、それによってR’1内におけるガスG1の解放、R1内における吸着剤B1を伴うG1の発熱性の収着、R3内におけるガスを多く含む吸着剤(B3,G3)の吸熱性の脱着、およびR’3内におけるガスG3の発熱性の消費が行われること。
【0029】
ステップ(b)の終了時には、この設備が再び低温を生成する状態となる。つまり、LPアッセンブリのリアクタR3とR’3の間の接続に充分な状態となる。この種の設備においては、低温がR’3内において生成され、再生がR’1によって達成される。リアクタR’3、すなわち低温生成のシートだけが、低温の生成が希望されている場所に必然的に配置される。
【0030】
設備の再生の間に熱エネルギが供給されるリアクタR’1は、熱エネルギが利用可能な場所に配置され、そのほかのリアクタは、任意の適切な場所、つまり、低温生成の場所から任意の距離に配置される。したがって、熱い、あるいは冷たい液体もしくは固体の移動を伴うことなく、任意の温度においてガスを単純に循環させることによって、他の場所に配置された熱エネルギ供給源から、与えられた場所において低温を生成することが可能になる。これにより、固体もしくは気体の実際の移動に関連するすべての困難をはじめ、熱損失が排除される。
【0031】
上記の2つのアッセンブリを伴う設備の動作は、それぞれのガスG1およびG3が同一であるか、異なるかによらずいずれも類似したものとなる。
【0032】
3つのアッセンブリを含む設備においては、いくつかの低温生成モードを考慮することが可能である。同じ生成サイクルの間に、2つの異なる温度で低温を生成することができる。また、生成ステップ(a)の間の2つの連続する段階において所定の温度で低温を生成することができる。さらに生成ステップ(a)の間の単一の段階において所定の温度で低温を生成し、その後、再生ステップを2段階で行うこともできる。
【0033】
2つの異なる温度において低温を生成するために、リアクタR1ならびにR’1、R3ならびにR’3、およびR2ならびにR’2のそれぞれを備える3つのアッセンブリHP、LP、およびIPを備える設備内において、次の条件の下にこの方法が実行される:
‐予備ステップの間に、
・リアクタR1とR’1の間、R3とR’3の間、およびR2とR’2の間の前記ガス交換手段が閉じられ、
・それぞれの吸着剤およびガスが前記リアクタ内に導入され、その結果、前記HPアッセンブリの前記リアクタR1が、ガスを多く含む形態の前記吸着剤(B1,G1)を含み、前記リアクタR’1が、前記ガスG1を消費する状態となり、前記LPおよびIPアッセンブリの前記リアクタR3およびR2が、ガスをあまり含まない形態のそれぞれの吸着剤B3およびB2を含み、かつ前記リアクタR’3およびR’2が、それぞれのガスG3およびガスG2を供給する状態となり、かつ
・前記LPおよびIPアッセンブリ内のそれぞれのガスおよび吸着剤が、前記ガス交換手段を開いた後にR’3およびR’2内に生じるそれぞれの圧力において、R’2およびR’3内のそれぞれの前記可逆プロセスの平衡温度が、低温の生成が希望されている温度に対応するように選択されること;
‐ステップ(a)の間に、前記リアクタR1とR’1の間、R3とR’3の間、およびR2とR’2の間の前記ガス交換手段が開かれ、それによってR’3内におけるG3の自発的な解放、R’2内におけるG2の自発的な解放、R3内における吸着剤B3を伴うG3の発熱性の収着、R2内における吸着剤B2を伴うG2の発熱性の収着、R1内におけるガスを多く含む吸着剤(B1,G1)の吸熱性の脱着、およびR’1内におけるガスG1の発熱性の消費を生じること;
‐ステップ(b)の間に、熱エネルギがR’1へ追加され、リアクタR1とR’1の間、R3とR’3の間、およびR2とR’2の間の前記ガス交換手段が開かれ、それによってR’1内におけるガスG1の解放、R1内における吸着剤B1を伴うG1の発熱性の収着、R3内におけるガスを多く含む吸着剤(B3,G3)の吸熱性の脱着、R’3内におけるガスG3の発熱性の消費、R2内におけるガスを多く含む吸着剤(B2,2)の吸熱性の脱着、およびR’2内におけるガスG2の発熱性の消費を生じること。
【0034】
ステップ(a)の間に、R’3およびR’2内において低温の生成が観察される。ステップ(b)の間に、R’1に対して熱エネルギを供給することによって、この設備が再生される。したがって、R’3およびR’2が配置される場所において、単純に通常温度でのガスの循環を行うことによって低温の生成が可能であり、この設備のそのほかの部分およびR’1への供給を行う熱供給源は、任意の場所に配置できる。
【0035】
低温生成ステップの間に2段階の低温の生成を行うために、リアクタR1ならびにR’1、R3ならびにR’3、およびR2ならびにR’2のそれぞれを備える3つのアッセンブリHP、LP、およびIPを備える設備内において、次の条件の下にこの方法が実行される:
‐予備ステップの間に、
・リアクタR1とR’1の間、R3とR’3の間、およびR2とR’2の間の前記ガス交換手段が閉じられ、
・選択されたそれぞれの吸着剤およびガスがリアクタ内に導入され、その結果、リアクタR1およびR2が、ガスを多く含む形態のそれぞれの吸着剤(B1,G1)および(B2,G2)を含み、リアクタR’1およびR’2が、それぞれのガスG1およびガスG2を消費する状態となり、リアクタR3が、ガスをあまり含まない形態の吸着剤B3を含み、かつリアクタR’3が、ガスを供給する状態となること;
‐ステップ(a)の間に、第1の段階として、一方においてはリアクタR3とR’3の間、他方においてはリアクタR2とR’2の間の前記ガス交換手段が開かれ、それによってR’3内における低温の生成を伴うG3の自発的な解放、R3内における吸着剤B3を伴うG3の発熱性の収着、R2内におけるガスを多く含む吸着剤(B2,G2)の吸熱性の脱着、およびR’2内におけるG2の発熱性の消費を生じ;第2の段階として、一方においてはリアクタR1とR’1の間、他方においてはリアクタR2とR’2の間の前記ガス交換手段が開かれ、それによってR’2内における低温の生成を伴うG2の自発的な解放、R2内における吸着剤B2を伴うG2の発熱性の収着、R1内におけるガスを多く含む吸着剤(B1,G1)の吸熱性の脱着、R’1内におけるガスG1の発熱性の消費を生じること;
‐ステップ(b)の間に、熱エネルギがR’1へ供給され、それを、通常温度より高い温度まで上昇させ、続いて、一方においてはリアクタR1とR’1の間、他方においてはリアクタR3とR’3の間の前記ガス移動手段が開かれ、それによってガスG1の解放、R1内における吸着剤B1を伴うG1の発熱性の収着、R3内におけるガスを多く含む吸着剤(B3,G3)の吸熱性の脱着、およびR’3内におけるガスG3の発熱性の消費を生じること。
【0036】
ステップ(b)の終了時には、この設備が再び低温を生成する状態となる。R’3とR3の間の単純な接続が、このプロセスをリスタートさせる作用をもたらす。この特定のケースにおいては、リアクタR’1への供給を行う任意の場所に配置された熱供給源を使用し、リアクタR’3およびR’2を、低温を1つの場所において生成するか、あるいは2つの場所において生成するかに応じて同一の場所もしくは異なる場所に配置することが可能である。設備内のすべてのガスもしくはその一部を同じにすることができる。リアクタR’3およびR’2が、同一のガスを伴う同じ可逆プロセスのシートとなる場合には、生成ステップの2つの段階において同じ温度の低温が生成される。この実施態様は、低温生成の効率の向上を可能にする。
【0037】
低温生成ステップの間の1つの段階で低温を生成するために、リアクタR1ならびにR
’1、R3ならびにR’3、およびR2ならびにR’2のそれぞれを備える3つのアッセンブリHP、LP、およびIPを備える設備内において、次の条件の下にこの方法が実行される:
‐予備ステップの間に、
・リアクタR1とR’1の間、R3とR’3の間、およびR2とR’2の間の前記ガス交換手段が閉じられ、
・それぞれの吸着剤およびガスがリアクタRiおよびリアクタR’i内に導入され、その結果、リアクタR1およびR2が、ガスを多く含む形態のそれぞれの吸着剤(B1,G1)および(B2,G2)を含み、リアクタR’1およびR’2が、それぞれのガスG1およびガスG2を消費する状態となり、リアクタR3が、ガスをあまり含まない形態の吸着剤B3を含み、かつリアクタR’3が、ガスを供給する状態となること;
‐ステップ(a)の間に、一方においてはリアクタR3とR’3の間、他方においてはリアクタR1とR’1の間の前記ガス移動手段が開かれ、それによってR’3内における自発的なG3の解放、R3内における吸着剤B3を伴うG3の発熱性の収着、R1内におけるガスを多く含む吸着剤(B1,G1)の吸熱性の脱着、およびR’1内におけるガスG1の発熱性の消費を生じること;
‐ステップ(b)の間に、第1の段階として、熱エネルギがR’1へ追加され、一方においてはリアクタR1とR’1の間、他方においてはリアクタR2とR’2の間が接続され、それによって自発的なG1の解放、R1内における吸着剤B1を伴うG1の発熱性の収着、R2内におけるガスを多く含む吸着剤(B2,G2)の吸熱性の脱着、およびR’2内におけるガスG2の発熱性の消費を生じ;第2の段階として、熱エネルギがR’2へ追加され、一方においてはリアクタR2とR’2の間、他方においてはリアクタR3とR’3の間が接続され、それによってガスG2の解放、R2内における吸着剤B2を伴うG2の発熱性の収着、R3内におけるガスを多く含む吸着剤(B3,G3)の吸熱性の脱着、およびR’3内におけるガスG3の発熱性の消費を生じること。
【0038】
この実施態様においては、任意の場所に配置されるリアクタR’1およびR’2への供給を行うエネルギ供給源を使用してリアクタR’3内に低温が生成され、低温生成キャパシティを増加する作用がもたらされる。
【0039】
したがって、低温を生成するための本発明の方法のすべての実施態様において、2つのアッセンブリを伴う設備内ではリアクタR’3内に低温が生成され、当該設備が、リアクタR’1への熱の入力によって再生されること、あるいは3つのアッセンブリを伴う設備内ではリアクタR’3内(または、リアクタR’3およびR’2内)に低温が生成され、当該設備が、リアクタR’2およびR’1(または、リアクタR’1)への熱の入力によって再生されることが明らかになる。
【0040】
いずれの場合においても、設備の再生に使用される1ないしは複数の熱供給源を、低温が生成される場所から相当の距離に配置することができる。それにより任意の場所に配置されたエネルギ供給源を使用し、周囲温度において作用ガスの単純な移動を行うことによって、所定の場所で低温を生成することができる。したがって、この特徴は、アッセンブリの低温リアクタに対する熱の入力とともに、低温のリモート生成を可能にし、しかも従来技術の設備におけるより経済的な方法でそれを可能にする。
【0041】
別の実施態様は、与えられた使用場所においてエネルギ供給源の温度より高い温度で熱の生成を行うことを基本的な目的としており、本発明の方法が、生成ステップ(a)の間に、リアクタR’3によって、かつIPアッセンブリがある場合はリアクタR’2によって、設備に対して、リアクタR3とR’3の間、および、IPアッセンブリがある場合はリアクタR2とR’2の間のガス交換手段を開く前に熱エネルギが追加されることを特徴とする。
【0042】
使用されるエネルギ供給源の温度より高い温度で熱を生成することに指向された本発明に従った設備においては、生成ステップ(a)の間に、この設備に対する熱エネルギがLPアッセンブリのリアクタR’3によって、あるいはLPおよびIPアッセンブリのリアクタR’3およびR’2によって供給され、熱がHPアッセンブリのリアクタR’1内に、あるいはHPおよびIPアッセンブリのリアクタR’1およびR’2によって回収され、言い換えるとHPアッセンブリおよびIPアッセンブリがある場合はIPアッセンブリの高められた動作温度において供給される。
【0043】
熱が生成される温度は、リアクタR’1内においてガスG1が消費される温度およびIPアッセンブリがある場合にはリアクタR’2内においてガスG2が消費される温度によって決定される。再生ステップ(b)では、リアクタR’1およびIPアッセンブリがある場合にはR’2に対し、ステップ(a)の供給源の温度に類似の温度において熱が供給され、リアクタR’3内およびIPアッセンブリがある場合にはリアクタR’2内に減損後の熱が回収される。再生ステップにおいてR’1内に、およびIPアッセンブリがある場合はR’2内に熱が導入される温度は、生成ステップの間にR’3内に熱が導入される温度より低くすることができる。
【0044】
リアクタR’1(およびIPアッセンブリがある場合はR’2)内において高められた温度tで生成される熱Qは、たとえば熱交換器内もしくは、この高められた温度tの熱を必要とするプロセス内に使用することができる。この使用は、より低い温度t0における特定の熱量Q’をリリースし、その結果、Q’=Q[1‐(t0/t)]となり、熱Qのエクセルギに対応する。この熱Q’をステップ(b)内において好適に使用して設備の再生を開始することができる。
【0045】
したがって、本発明の熱を生成するための方法のこの特定の実施態様では、設備の外部に熱供給源を配置して設備を再生する必要がなく、より低い温度における任意の場所において利用可能な1ないしは複数の熱供給源を使用して、R’1(もしくはR’1およびR’2)内に、高められた温度で熱を生成することができる。
【0046】
所定の温度において熱を生成するために、リアクタR1ならびにR’1を備えるHPアッセンブリ、および、リアクタR3ならびにR’3を備えるLPアッセンブリを備える設備内において本発明の方法が実行され、次の点を特徴とする:
‐予備ステップの間に、
・一方においてはR1とR’1の間、他方においてはR3とR’3の間の前記ガス移動手段が閉じられ、
・それぞれの吸着剤およびガスがリアクタ内に導入され、その結果、HPアッセンブリのリアクタR1が、ガスを多く含む形態の吸着剤(B1,G1)を含み、リアクタR’1が、ガスG1を消費する状態となり、LPアッセンブリのリアクタR3が、ガスをあまり含まない形態の吸着剤B3を含み、かつ対応するリアクタR’3が、ガスG3を供給する状態となること;
‐熱を生成するステップ(a)の間に、熱エネルギがR’3へ追加され、それを通常温度より高い温度まで上昇させ、続いて、一方においてはリアクタR3とR’3の間、他方においてはリアクタR1とR’1の間のガス移動手段が開かれ、それによってR’3内における自発的なガスG3の解放、R3内における吸着剤B3を伴うG3の発熱性の収着、R1内におけるガスを多く含む吸着剤(B1,G1)の吸熱性の脱着、およびR’1内における熱の生成を伴うガスG1の発熱性の消費を生じること;
‐ステップ(b)の間に、熱エネルギがR’1へ供給され、それを、通常温度より高い温度まで上昇させ、続いて、一方においてはリアクタR3とR’3の間、他方においてはリアクタR1とR’1の間のガス移動手段が開かれ、それによってR’1内におけるガスG1の解放、R1内における吸着剤B1を伴うG1の発熱性の収着、R3内におけるガスを多く含む吸着剤(B3,G3)の吸熱性の脱着、R’3内におけるガスG3の発熱性の消費、および設備の再生を生じること。
【0047】
異なるリアクタ内に使用されている可逆プロセスのそれぞれの平衡曲線を考慮すると、ステップ(a)の間にR’3内へ、またステップ(b)の間にR’1内へ導入される熱エネルギは、ステップ(a)の間にR’1内において熱が回収される温度と、ステップ(b)の間にR’3内において減損後の熱が回収される温度の中間の温度におけるものとなる。
【0048】
具体的な実施態様では、本発明の方法を実施して、与えられた場所において、別の場所に配置された2つの熱供給源の温度より高い温度で熱量を生成することができる。この場合には、本発明の方法が、リアクタR1ならびにR’1、R3ならびにR’3、およびR2ならびにR’2のそれぞれを備える3つのアッセンブリHP、LP、およびIPを備える設備内において、次の条件の下に実行される:
‐予備ステップの間に、
・リアクタR1とR’1の間、R3とR’3の間、およびR2とR’2の間のガス交換手段が閉じられ、
・選択されたそれぞれの吸着剤およびガスがリアクタ内に導入され、その結果、リアクタR1が、ガスを多く含む形態の吸着剤(B1,G1)を含み、リアクタR’1が、ガスG1を消費する状態となり、リアクタR3およびR2が、ガスをあまり含まない形態のそれぞれの吸着剤B3およびB2を含み、かつリアクタR’3およびR’2が、それぞれのガスG3およびガスG2を供給する状態となること;
‐ステップ(a)の間に、熱エネルギがR’3およびR’2へ追加されて、それらを周囲温度より高い温度まで上昇させ、続いて、リアクタR3とR’3の間、リアクタR2とR’2の間、およびリアクタR1とR’1の間のガス交換手段が開かれ、それによってR’3内におけるG3の自発的な解放ならびにR’2内におけるG2の自発的な解放、R3内における吸着剤B3を伴うG3の発熱性の収着ならびにR2内における吸着剤B2を伴うG2の発熱性の収着、R1内におけるガスを多く含む吸着剤(B1,G1)の吸熱性の脱着、および熱の解放を伴うR’1内におけるG1の発熱性の消費を生じること;
‐ステップ(b)の間に、熱エネルギがR’1へ追加され、それを通常温度より高い温度まで上昇させ、続いて、リアクタR3とR’3の間、リアクタR2とR’2の間、およびリアクタR1とR’1の間のガス移動手段が開かれ、それによってR’1内におけるガスG1の解放、R1内における吸着剤B1を伴うG1の発熱性の収着、R3内におけるガスを多く含む吸着剤(B3,G3)の吸熱性の脱着ならびにR2内におけるガスを多く含む吸着剤(B2,G2)の吸熱性の脱着、およびR’3内におけるガスG3の発熱性の消費ならびにR’2内におけるガスG2の発熱性の消費を生じること。
【0049】
この実施態様においては、リアクタR’2およびR’3へ中間温度で導入される熱が、生成ステップの間に、より高い温度においてR’1内に回収され、R’1へ中間温度で導入される熱が、再生ステップの間に、より低い温度においてリストアされる。
【0050】
さらに本発明の方法は、生成ステップの間に1つの段階内において熱を生成し、連続する2つの段階内において設備の再生を行うことができる。その場合には、この方法が、リアクタR1ならびにR’1、R3ならびにR’3、およびR2ならびにR’2のそれぞれを備える3つのアッセンブリHP、LP、およびIPを備える設備内において、次の条件の下に実行される:
‐予備ステップの間に、
・異なるリアクタの間のガス移動手段が閉じられ、
・それぞれの吸着剤およびガスがリアクタ内に通常温度において導入され、その結果、リアクタR1およびR2が、ガスを多く含む形態のそれぞれの吸着剤(S1,G1)および(S2,G2)を含み、R3が、ガスをあまり含まない形態の吸着剤を含み、R’1およびR’2が、それぞれのガスG1およびガスG2を消費する状態となり、かつR’3が、ガスG3を解放する状態となること;
‐ステップ(a)の間に、熱エネルギがR’3へ追加され、続いて、一方においてはリアクタR3とR’3の間、他方においてはリアクタR1とR’1の間のガス移動手段が開かれ、それによってR3内におけるG3の自発的な解放、R3内における吸着剤B3を伴うG3の発熱性の収着、R1内におけるガスを多く含む吸着剤(B1,G1)の吸熱性の脱着、およびR’3への供給を行う供給源の温度より高い温度での熱の生成を伴うR’1内におけるガスG1の発熱性の消費を生じること;
‐ステップ(b)の間に、第1の段階として、熱エネルギがR’1へ追加され、続いて、一方においてはリアクタR1とR’1の間、他方においてはリアクタR2とR’2の間のガス移動手段が開かれ、それによってG1の自発的な解放、R1内における吸着剤B1を伴うG1の発熱性の収着、R2内におけるガスを多く含む吸着剤(B2,G2)の吸熱性の脱着、およびR’2内におけるガスG2の発熱性の消費を生じ;第2の段階として、熱エネルギがR’2へ追加され、続いて、一方においてはリアクタR2とR’2の間、他方においてはリアクタR3とR’3の間のガス移動手段が開かれ、それによってガスG2の解放、R2内における吸着剤B2を伴うG2の発熱性の収着、R3内におけるガスを多く含む吸着剤(B3,G3)の吸熱性の脱着、およびR’3内におけるガスG3の発熱性の消費を生じること。
【0051】
本発明の方法は、さらに、生成ステップの間の2つの連続する段階において熱を生成し、1つの段階において設備を再生する作用を提供する。その場合にこの方法は、リアクタR1ならびにR’1、R3ならびにR’3、およびR2ならびにR’2のそれぞれを備える3つのアッセンブリHP、LP、およびIPを備える設備内において、次の条件の下に実行される:
‐予備ステップの間に、
・異なるリアクタの間のガス移動手段が閉じられ、
・それぞれの吸着剤およびガスがリアクタ内に通常温度において導入され、その結果、リアクタR2が、ガスを多く含む形態の吸着剤(S2,G2)を含み、R3およびR1が、ガスをあまり含まない形態のそれぞれの吸着剤B3およびB1を含み、R’2が、ガスG2を消費する状態となり、かつR’3およびR’1が、それぞれのガスG3およびG2を解放する状態となること;
‐ステップ(a)の間に、第1の段階として、熱エネルギがR’3へ追加され、一方においてはリアクタR3とR’3の間、他方においてはリアクタR2とR’2の間の接続が行われ、それによってG3の自発的な解放、R3内における吸着剤B3を伴うG3の発熱性の収着、R2内におけるガスを多く含む吸着剤(B2,G2)の吸熱性の脱着、およびR’3への供給を行う供給源の温度より高い温度での熱の生成を伴うR’2内におけるG2の発熱性の消費を生じ;第2の段階として、熱エネルギがR’2へ追加され、一方においてはリアクタR1とR’1の間、他方においてはリアクタR2とR’2の間の接続が行われ、それによってG2の自発的な解放、R2内における吸着剤B2を伴うG2の発熱性の収着、R1内におけるガスを多く含む吸着剤(B1,G1)の吸熱性の脱着、およびR’2への供給を行う供給源の温度より高い温度での熱の生成を伴うR’1内におけるガスG1の発熱性の消費を生じること;
‐ステップ(b)の間に、熱エネルギがR’1へ追加され、一方においてはリアクタR1とR’1の間、他方においてはリアクタR3とR’3の間のガス移動手段が開かれ、それによってG1の解放、R1内における吸着剤B1を伴うG1の発熱性の収着、R3内におけるガスを多く含む吸着剤(B3,G3)の吸熱性の脱着、およびR’1への供給を行う供給源の温度より低い温度での熱の解放を伴うR’3内におけるガスGの発熱性の消費を生じること。
【0052】
ステップ(a)の間の、熱を生成するそれぞれの特定のケースにおいては、熱量がより高い温度に引き上げられて使用され、その一方、ステップ(b)の間には、熱量がより低い温度に引き下げられ、この低い温度レベルが有用でない場合には、失われた熱を構成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0053】
次に、具体的な動作の例を補助とし、対応するクラペイロン図を参照することによって本発明を詳細に説明する。
【0054】
この説明は、ガスGi用のエバポレータとして、またコンデンサとして交互に動作する液相/気相の変化のシートとなるリアクタR’iを基礎としている。リアクタR’iがモノバリアントもしくはダイバリアント収着のシートとなる設備への転置は、当業者の範囲内である。ダイバリアント収着の場合においては、ダイバリアント収着に対応するリアクタR’i内の平衡ラインが1組の等量線になる。
【0055】
なお図においてEiおよびCiは、リアクタR’i内のガスGiの気化および液化をそれぞれ表している。
【0056】
リアクタR’1およびR’3が同一のガスGに関するエバポレータ/コンデンサとして交互に動作し、かつリアクタR1、R3が異なる吸着剤B1およびB3を含む、2つのアッセンブリHPおよびLPを備える設備内の低温の生成を、クラペイロン図によって図1に示す。
【0057】
リアクタR1およびR3内の収着はモノバリアント・プロセスである。G、B1、およびB3は、それぞれの動作圧において、収着温度S1が脱着温度D3より高くなり、発熱性の収着温度S3が脱着温度D1より高くなるように選択される。
【0058】
‐初期状態においては、リアクタR’1およびR’3が液体形式のガスGを含み、リアクタR1が(B1,G)を含み、かつリアクタR3がB3を含む;R1とR3は、熱接触している;HPおよびLPアッセンブリは、大気圧から遮断されており、周囲媒体と熱的な関係を有している;
【0059】
‐第1の動作ステップの間に、次に示す態様に従って温度T3Bにおいて低温が生成される:R1とR’1、R3とR’3がそれぞれ連通される;HPアッセンブリが圧力P1Bに、LPアッセンブリが圧力P3Bにそれぞれ置かれる。リアクタR’3、R3、R’1、およびR1が見られる圧力および温度(P,T)の状態が、それぞれE3、S3、D1、およびC1として図の中に表されている。B3とCの間の大きな親和性に起因してGの自発的な気化がR’3内において生じる。収着S3に必要な量のガスGの気化に要する熱量Q3は、外部媒体から自発的に引き込まれ、それによって、温度T3Bの低温が生成される;同時に、R3内において収着S3によって解放される熱量Q’3がR1の内容物に伝達され、ガスGを解放することによって脱着D1を生じる。このガスGは、コンデンサとして動作するリアクタR’1へ移動され、そこでは、温度T1Bにおける熱量Q”3のリリースが観察される。
【0060】
‐第2のステップの間に、設備が再生される:同一アッセンブリのリアクタ間のガス交換手段が閉じられ、熱量Q1がリアクタR’1へ導入されてそれを温度T1Hまで上昇させ、続いて一方においてはリアクタR1、R’1が、他方においてはリアクタR3、R’3がそれぞれ連通される。HPアッセンブリにおいては、平衡圧力P1Hにおいて圧力がセトリングし、R’1内にGの気化を、R1内に発熱性の収着S1を生じさせ、R3に対する収着S1によってリリースされた熱Q’1の伝達が、脱着D3、R3内のガスGの解放、およびR’3における、温度T3Hでの熱量Q”3の解放を伴ったその液化を生じさせる。このときのリアクタR’3、R3、R1、およびR’1が見られる状態(P,T)が、図中のC3、D3、S1、およびE1によってそれぞれ表されている。その後この設備は、再び低温を生成する準備が整う。リアクタR3およびリアクタR’3が、この時点において互いに遮断されている場合には、設備が潜在的な低温を蓄積する。低温は、圧力P3BにおいてR3とR’3を単純に連通させることによって随時生成することができる。
【0061】
したがって、熱エネルギをリアクタR’1へ供給することによってR’3の置かれた場所において温度T3Bでの低温の生成が可能であり、それを随意の場所に取り付けること、特に熱エネルギが容易に利用可能な場所に取り付けできることが明らかである。温度T3HおよびT1Bが有効な温度レベルである場合には、この設備が、いわゆる低温生成ステップの間に同時に、R’3内において低温を、R’1内において熱を生成し、再生ステップの間にR’1に対して供給される熱から、減損後の熱をR’3内において生成する作用をもたらす。
【0062】
低温の移動は、リアクタR1とリアクタR’1を接続するパイプ内、およびリアクタR3とそれに関連付けされたリアクタR’3を接続するパイプ内における単純なガスGの移動によってなされる。使用されるガスGおよび吸着剤B1およびB3は、低温が生成されることになる温度、および利用可能な熱エネルギ供給源の温度の関数として選択される。
【0063】
この種の設備における理論的な低温生成効率は、ηP=Q3/Q1として記述され、有効熱量Q3の、導出される熱量に対する比となる。実際上これは1に近い。
【0064】
リモート・サイトにおける有効生成量(QP3)の、現場で作られる有効生成量(QP1)に対する比によって定義される到達効率は、
ηt=QP3/QP1+W=1‐(損失/QP1+W)
として記述可能であり、それにおいてWは、ガスのポンピング仕事量とする。本発明に従った設備を伴う熱エネルギの移動は、単純なガスの循環によって、エネルギが化学的形式で移動されることから、熱損失を伴わない。
【0065】
低温、および可能性としては有効な熱の生成のための本発明の別の実施態様を図2に示す。この設備は、図1に示した場合に使用されたものに類似であり、連続するステップのシーケンスも類似している。相違点は、HPアッセンブリが作用ガスG1を伴って動作すること、およびLPアッセンブリがG1とは異なる作用ガスG3を伴って動作することである。
【0066】
初期状態においては、リアクタR’1およびR’3が、それぞれのガスG1およびG3を液体形式で含んでおり、リアクタR1は(B1,G1)を含み、リアクタR3はB3を含んでいる。前の例と同様に、リアクタR’3、R3、R1、およびR’1が見られる圧力および温度(P,T)の状態が、それぞれE3、S3、D1、およびC1として図中に表されている。これは、第1の動作ステップの間に、R’3内において生成される低温の熱量Q3が、G3の気化温度である温度T3Bにあり、リアクタR’1内において生成される熱量Q”3が、G1の液化温度である温度T1Bにあることを意味する。
【0067】
第2のステップの開始時に、リアクタR’3、R3、R1、およびR’1が見られる状態(P,T)は、それぞれC3、D3、S1、およびE1として図中に表されている。この第2のステップの間に、収着S1に必要な量のガスG1を気化するために要する熱量Q1が、G1の気化温度である温度T1Hにおいて導入され、R’3内において解放される熱量Q”1が、G3の液化温度である温度T3Hとなる。
【0068】
図3は、3つのアッセンブリHP、LP、およびIPを備える本発明に従った設備に対応するクラペイロン図を示している。この特定の場合には、ガスGが3つのリアクタRi内において同一であり、吸着剤Biがすべて異なる。この種の設備は、低温の生成における多くの変形を可能にする。
【0069】
より詳細に言えば、設備の再生の間におけるR’1内への熱エネルギの入力によって、リアクタR’2およびR’3内に、連続的に、もしくは同時に2つの異なる温度で低温を生成することが可能である。ガスGおよび吸着剤Biは、それぞれの動作圧において、収着温度S2およびS3が、実質的に互いに同一となり、かつ脱着温度D1よりわずかに高くなるように、また収着温度S1が脱着温度D2およびD3よりわずかに高くなるように選択され、これらの脱着温度は、実質的に同一となる。初期状態においては、3つのリアクタR’iが液体形式のガスGを含んでおり、リアクタR1は、ガスを多く含む形態の吸着剤(B1,G)を含んでおり、リアクタR2およびR3は、ガスをあまり含まない形態でそれぞれの吸着剤B2およびB3を含んでいる;1つのアッセンブリのリアクタRiおよびR’iは互いに連通していない;リアクタRiは、熱的に連絡されている;これらのアッセンブリは、大気圧から遮断されており、周囲媒体と熱的な関係を有している。
【0070】
‐第1の動作ステップの間に、次に示す態様に従って温度T2BおよびT3Bにおいて低温が生成される:R1とR’1、R2とR’2、およびR3とR’3がそれぞれ連通される;一方においてはB2とGの間、他方においてはB3とGの間の非常に大きな親和性から、R’2内およびR’3内に自発的なGの気化が生じる(図中にはそれぞれE2およびE3によって表されている)。収着S2に必要な量のガスGを気化するために要する熱量、および収着S3に必要な量のガスGを気化するために要する熱量は、自発的に外部媒体から引き込まれ、それによって、温度T2BおよびT3Bの低温が生成される;同時に、それぞれR2内およびR3内において、収着によって解放される熱量がR1の内容物(B1,G)に伝達され、ガスGを解放することによって脱着D2を生じる。このガスGは、コンデンサ(図中ではC1として示されている)として動作しているリアクタR’1へ運ばれ、リアクタR’1では、温度TiBの熱量のリリースが観察される。
【0071】
‐第2のステップの間に、設備が再生され、設備内のリアクタの各アッセンブリが、それぞれの高圧レベルPiHになる:熱量がエバポレータとして動作するR’1(図中にはE1として示されている)内に導かれるが、この熱量は、それを温度T1Hまで上昇させるために必要な量であり、その後、各アッセンブリの2つのリアクタが連通され、それによってR’1内にガスGの気化が生じ、R1内に収着S1が生じる;この収着によってリリースされる熱量は、リアクタR2およびR3の内容物へ伝達され、脱着D2およびD3を生じさせる;解放されたガスは、リアクタR’2およびR’3へ伝達され、それにおいて、それぞれ温度T3HおよびT2Hで熱を解放することによって液化する(図中には、それぞれC2およびC3として示されている);このステップの終了時には、設備が再び低温を供給する準備が整う。この時点において、リアクタR2およびR3のそれぞれが、それぞれのリアクタR’2およびR’3から遮断されている場合には、設備が潜在的な低温を蓄積し、単純に、一方においてはR2とR’2を、他方においてはR3とR’3をそれぞれ連通させることによって随時それを開放することができる。
【0072】
温度T2Bまたは温度T3Bにおいて選択的に低温を生成するためには、一方においてリアクタR1とR’1を接続し、他方においてはリアクタR3とR’3を接続してT3Bでの低温の生成を行うか、あるいはリアクタR2とR’2を接続することによって第1のステップを実行する。
【0073】
図4は、それぞれが2つのリアクタを含む3つのアッセンブリを備える本発明に従った設備に対応するクラペイロン図を示している。前述の場合と同様に、作用ガスGが3つのリアクタRi内において同一であり、吸着剤Biがすべて異なる。プロセスの開始時には、リアクタR3がB3を含んでおり、ほかの2つのリアクタは、それぞれ(B1,G)および(B2,G)を含み、全体のシステムが周囲温度に置かれている。
【0074】
‐第1のステップの間に、R3がR’3へ、R2がR’2へそれぞれ接続され、それによって温度T3Bにおける低温の生成を伴うGの気化、およびR2に含まれている(B2,G)に伝達される熱の生成を伴うR3内の収着S3を生じ、それが脱着D2およびガスGの解放を生じ、R’2内においてガスGが、温度T2Hにおける熱の解放を伴って液化する。このステップの間にリアクタR’3、R3、R2、およびR’2が見られる状態(P,T)が、それぞれE3、S3、D2、およびC2によって図中に示されている。
【0075】
‐同様に第2のステップの間には、一方におけるR2とR’2、他方におけるR1とR’1の接続によって、R’2に低温の生成を生じ、それによって脱着D1が必要とする熱をR1へ供給する収着S2を生じ、それに、R’1内の解放されたガスの液化に起因する温度T1Bにおける熱の生成が続く。このステップの間にリアクタR’2、R2、R1、およびR’1が見られる状態(P,T)が、それぞれE2、S2、D1、およびC1によって図中に示されている。
【0076】
‐第3のステップの間に、熱をR’1へ供給し、それを温度T1Hまで上昇させることによってシステムが再生され、続いて、一方においてはR3とR’3が、他方においてはR1とR’1がそれぞれ接続され、収着S1のためにR1の方向にガスGが解放される。解放された熱は、脱着D3のため、および解放されたガスの液化によるR’3内における熱の生成のためにR3内を伝わる。このステップの間にリアクタR’3、R3、R1、およびR’1が見られる状態(P,T)が、それぞれC3、D3、S1、およびE1によって図中に示されている。その後この設備は、新しい低温の生成シーケンスのための準備が整う。
【0077】
それぞれの低温生成温度T2BおよびT3Bは、実質的に同じである。したがって、大量の低温の生成と2つの気化プロセスが対応することから、それを行うことが可能になる。
【0078】
図5は、それぞれが2つのリアクタを含む3つのアッセンブリを備える本発明に従った設備に対応するクラペイロン図を示している。前述の場合と同様に、作用ガスGが3つのリアクタRi内において同一であり、吸着剤Biがすべて異なる。プロセスの開始時には、周囲温度において、リアクタR3がB3を含んでおり、ほかの2つのリアクタは、それぞれ(B1,G)および(B2,G)を含んでいる。前述の例との違いは、低温生成ステップの間に、リアクタR3のみが収着モードで動作し、リアクタR’3内における温度T3Bの低温の生成を伴うことである。
【0079】
‐第1のステップの間に、R3とR’3、およびR1とR’1の連通が、R’3内におけるガスGの自発的な気化をもたらす。解放されたガスGは、熱のリリースを伴う収着S3を生じ、それがR1へ伝達されて、そこで脱着D1を生じ、R’1において解放されたガスの、温度T1Bでの熱の生成を伴う液化を生じる。
【0080】
‐第2のステップの間に、リアクタR’1に熱が追加されてT1Hまでそれが上昇し、続いて、一方ではR1とR’1が接続され、他方ではR2とR’2が接続されて、R1における収着S1に必要なガスGの解放がもたらされ、リリースされた熱が脱着D2のためにR2へ伝達され、さらにR’2において熱の生成を伴って液化するGの解放がもたらされる。
【0081】
‐第3のステップの間にR’2に熱が追加されて、それがT2Hまで上昇し、続いて、一方ではR3とR’3が接続、他方ではR2とR’2が接続されて、R2における収着S2に必要なガスGの解放がもたらされ、前のステップの間に形成された脱着(B3,G)に関してリリースされた熱がR3へ伝達され、その結果、この設備がT3Bにおける新しい低温生成シーケンスのために再生される。
【0082】
この実施態様は、非常に低い温度において低温を生成する機能を提供する。
【0083】
図6は、図3に示したものに類似の設備に対応するクラペイロン図を示しており、同じ態様で動作する。唯一の違いは、各アッセンブリに異なる作用ガスが使用されることである。第1のステップの間に、リアクタR’2およびR’3内において温度T2BおよびT3Bの低温が生成され、設備は、第2のステップの間に、エバポレータとして上昇した温度T1Hにおいて動作しているR’1に対して熱エネルギを追加することによって再生される。
【0084】
図7は、図1の実施態様に使用されているものに類似の本発明に従った設備に対応するクラペイロン図を示しており、この設備は、2つのリアクタR1ならびにR3および関連するリアクタR’1ならびにR’3を備えるが、供給源より高い温度において熱量を生成するべく動作する。初期状態においてはリアクタR’1およびR’3が液体形式でガスGを含み、リアクタR1が(B1,G)を、リアクタR3がB3をそれぞれ含んでいる。
【0085】
‐第1の動作ステップの間に、次に示す態様で温度T1Hの熱が生成される:熱エネルギがR’3へ追加されてそれを温度T3Hまで上昇させ、続いてR1とR’1、R3とR’3がそれぞれ連通され、R’3における低温の生成を伴うGの自発的な気化、収着S3のためのR3内のGの移動、収着により解放された熱のR1への移動ならびにR1における脱着、解放されたガスのR’1への移動および温度TiHにおける熱の解放を伴う液化を生じる。
【0086】
‐第2のステップの間に設備の再生が行われ、それにおいては、R’1に対して熱を追加し、温度T1Bまでそれを上昇させた後、同一アッセンブリのリアクタを連通させ、それによってR’1内におけるGの気化、R1に対するGの移動、R1における発熱性の収着、解放された熱のR3への移動、R3における脱着、R’3に対するガスの移動ならびに周囲温度より低い温度での熱のリリースを伴う液化を生じる;続いて設備が、供給源より高い温度レベルにおける新しい熱生成ステップに関して準備が整う。
【0087】
この実施態様では、別の場所に配置される熱供給源を使用し、与えられた場所において熱を生成することが可能であり、一方ではリアクタR1とリアクタR’1(この場合はエバポレータ/コンデンサ)を接続し、他方ではリアクタR3と、それに関連付けされたエバポレータ/コンデンサR’3を接続するパイプ内において単にガスを移動させることによって、供給源より高い温度レベルの熱が生成される。これに使用される作用ガスGおよび吸着剤B1ならびにB3は、熱が生成される温度、および利用可能な熱エネルギ供給源の温度の関数として選択される。
【0088】
熱を生成するための本発明の別の実施態様を図8に示す。この設備は、図7に示されているケースのために使用されたものに類似であり、連続するステップのシーケンスも同様である。違いは、ガスG1とG3が異なることである。初期状態においては、リアクタR’1およびR’3が、それぞれのガスG1およびG3を液体形式で含んでおり、リアクタR1は(B1,G1)を、リアクタR3はB3を含んでいる。このことは、第1の動作ステップの間にR’1において、G1の液化温度である温度T1Hの有効熱量が生成されること、および再生を行う第2のステップの間に、R’3内に回収される減損後の熱量が、G3の液化温度である温度T3Bとなることを意味している。
【0089】
図9は、図3に示されている例における低温の生成に使用されたものに類似の設備の熱の生成に対応するクラペイロン図を示している。
【0090】
プロセスの開始時は、リアクタR2およびR3がそれぞれB2およびB3を含んでおり、リアクタR1が(B1,G)を、対応するリアクタR’1がガスGを液体形式で含んでいる。
【0091】
‐第1のステップにおいて、R’2およびR’3に、それぞれ充分な熱量、すなわちそれらを、周囲温度より高いそれぞれの温度T2HおよびT3Hまで上昇させるために必要な熱量が導かれ、続いてそれぞれのアッセンブリ内のリアクタが連通される。R’2およびR’3内においてはガスGが自発的に気化し、収着S2およびS3を生じる。各収着の間にリリースされた熱は、脱着D1用にリアクタR1へ伝達され、その熱がガスGを解放し、ガスGがR’1内において液化し、温度T1Hの有効な熱を生成する。
【0092】
‐第2のステップにおいては、熱がR’1内に導かれてそれを温度T1Bまで上昇させ、続いてそれぞれのアッセンブリ内のリアクタが連通される。ガスGが、自発的にR’1内において気化し、収着S1が生じる;S1によってリリースされた熱は、R2およびR3へ伝達され、その熱によって脱着D2およびD3を生じ、その結果、この設備が再び熱を生成する状態になる。一方におけるリアクタR’2とR2の接続、および他方におけるR’3とR3の接続がない場合には、熱が蓄積される。この蓄積は、化学的形式おいて行われるために熱損失がない。
【0093】
図10は、3つのアッセンブリHP、LP、およびIPを備える本発明に従った設備に対応するクラペイロン図である。作用ガスGは、3つのリアクタRiにおいて同一であり、吸着剤Biはすべて異なる。有効な熱の生成は、コンデンサとして動作するR’1に、そのもっとも高い圧力レベルにおいて生じ、したがってこの設備のもっとも高い温度に対応する。この設備は、中間温度レベルでの熱の導入によって2ステップにおいて再生される。
【0094】
プロセスの開始時には、周囲温度において、リアクタR3がB3を含んでおり、ほかの2つのリアクタは、それぞれ(B1,G)および(B2,G)を含んでいる。
【0095】
‐第1のステップの間に、熱がR’3内に導入されて、それを周囲温度より高いT3Hまで上昇させ、続いて一方においてはR3とR’3を、他方においてはR1とR’1をそれぞれ連通させる;R’3内におけるGの自発的な気化が、R1内に含まれている(B1,G)へ伝達される熱の生成を伴うR3内の収着S3を生じさせ、その後、脱着D1およびガスGの解放を生じさせ、そのガスGがR’1内において、T3Hより高い温度T1Hにおける熱の解放を伴って液化する。
【0096】
‐第2のステップの間に、熱がR’1内に導入されて、それを周囲温度より高いT1Bまで上昇させ、続いて一方においてはR2とR’2が、他方においてはR1とR’1がそれぞれ連通される;R’1内におけるGの自発的な解放が、脱着D2に必要な熱をR2に供給する収着S1を生じさせ、さらにR’2内においてGの液化を生じさせる。
【0097】
‐第3のステップの間に、熱がR’2に供給され、続いて、一方においてはR2とR’2が、他方においてはR’3とR3が連通され、収着S2のためにR2の方向へガスGが解放される。解放された熱が、脱着D3のためにR3内を伝わる。その後この設備は、新しい熱生成シーケンスのための準備が整う。
【0098】
この実施態様においては、本発明に従った設備が、第1のステップの間に高いレベルで使用される熱を生成し、第2および第3のステップの間に再生が行われる。
【0099】
図11は、3つのアッセンブリ、HP、LP、およびIPを備える本発明に従った設備に対応するクラペイロン図を示している。3つのリアクタRi内のガスGは同一であり、吸着剤Biはすべて異なる。
【0100】
プロセスの開始時においては、リアクタR3がB3を含んでおり、ほかの2つのリアクタは、それぞれ(B1,G)および(B2,G)を含んでいる。
【0101】
‐第1のステップの間に、R’3へ熱が導入される。この熱は、それ自身を温度T3Hまで上昇させるために必要な熱である。続いて、一方においてはR3とR’3が連通され、他方においてはR2とR’2が連通される;R’3内のGの気化が、R3内において、R2内に含まれている(B2,G)へ伝達される熱の生成を伴う収着S3を生じさせ、その後、脱着D2および、温度T2Hの熱の解放を伴ってR’2内において液化するガスGの解放を生じさせる。
【0102】
‐第2のステップの間に、R’2が温度T2Hまで上昇し、続いて一方においてはR2とR’2が連通され、他方においてはR1とR’1が連通されて、脱着D1に必要な熱をR1へ供給する収着S2が生じる;解放されたガスは、温度T1Hにおいて熱を解放しつつ、R1内で液化する。
【0103】
‐第3のステップの間に、熱がR’1へ供給されてそれを温度T1Bまで上昇させ、続いて、一方においてはR1とR’1が連通され、他方においてはR’3とR3が連通されて、収着S1のためにR1に向けてガスGが解放される。解放された熱が、脱着D3のためにR1内を伝わる。その後この設備は、新しい熱生成シーケンスに関して準備が整う。
【0104】
本発明に従って3つのアッセンブリを伴うこの設備の実施態様においては、動作サイクルの最初の2ステップの間に高められた温度レベルの熱が生成され、第3のステップの間に設備が再生される。
【0105】
図12は、低温の生成に関して動作する2つのアッセンブリを備えた特定の設備の理論的なクラペイロン図を示している。2つのアッセンブリ内において、作用ガスはアンモニアであり、したがって、リアクタR’1およびR’3は、NH3のコンデンサおよびエバポレータとして交互に動作する。HPアッセンブリ内においては、リアクタR1が、NH3とCaCl2の反応のシートとなる。LPアッセンブリ内においては、リアクタが次の化学式3に従う水によるNH3の可逆吸収のシートになる。
【0106】
【化3】
【0107】
これにおいてx1=0.1であり、x2=0.2である。プロセスがバイバリアントであることから、平衡ラインが、吸収されるNH3の量の関数としてシフトする。この種の設備のスタートアップの間においては、CaCl2がガスを多く含んだ形態になり、水は、ガスをあまり含んでいない。続いて、約4バールの圧力においてリアクタR’3とR3の接続が行われ、0℃におけるNH3の気化を生じ、水によるNH3の吸収が90℃の初期温度において生じる。水がアンモニア過剰となることから、水のアンモニア含有量xが0.2に到達すると、R3における温度が80℃まで低下する。
【0108】
同時に、水によるアンモニアの吸収によって解放された熱が、リアクタR1へ伝達され、アンモニアを多く含んだ塩化カルシウムを分解する。解放されたアンモニアは、熱を解放しつつ、R’1内において40℃で液化する。この設備を再生するために、R’1内に熱が導入されて、163℃の温度において、CaCl2上に吸着されたアンモニアを気化させる。
【0109】
解放された熱は、リアクタR3へ伝達され、水に吸収されたアンモニアの一部を解放するが、この解放は、R3内の温度が140℃になると開始し、これは、アンモニア濃度が0.2の水に関する平衡温度に対応する。40℃において生成される熱が有用である場合には、この設備が、低温および熱の同時生成に関して動作する。
【0110】
図13は、低温の生成に関して動作する2つのアッセンブリを伴う設備の実験に基づくクラペイロン図を示している。2つのアッセンブリ内において、作用ガスはアンモニアであり、したがって、リアクタR’1およびR’3は、NH3のコンデンサおよびエバポレータとして交互に動作する。HPアッセンブリ内においては、リアクタR1が、化学式4に従ったNH3とMgCl2の反応のシートとなる。LPアッセンブリ内においては、リアクタR3が、化学式5に従ったNH3とNiCl2の反応のシートとなる。
【0111】
【化4】
【0112】
【化5】
【0113】
低温生成ステップの間は、R’3内において、‐5℃での低温の生成を行いつつアンモニアが気化され、塩化ニッケル内において発熱性反応が220℃で生じ、その熱が、アンモニアを多く含む塩化マグネシウムの220℃における脱着のためにR1内を伝わり、解放されたアンモニアが、熱を解放しつつR’1内において30℃で液化する。
【0114】
再生ステップの間に、78℃においてR’1内に熱が導入されて、NH3を気化させ、それが熱を解放しつつ塩化マグネシウム上に固定され、その熱が265℃においてR3内を伝わり、アンモニアを多く含む塩化ニッケルを分解し、再びこの設備は、低温を生成する準備が整う。リアクタR’3は、低温が必要な場所に取り付けられ、リアクタR’1は、熱エネルギが利用可能な場所に取り付けられる。このように化学的な方法によって低温のエネルギが移動され、熱損失が回避される。
【図面の簡単な説明】
【0115】
【図1】2つの固体および1つのガスを伴って低温の生成に関して動作する2つのアッセンブリを備える本発明に従った設備のクラペイロン図である。
【図2】2つの固体および2つのガスを伴って低温の生成に関して動作する2つのアッセンブリを備える本発明に従った設備のクラペイロン図である。
【図3】3つの固体および1つのガスを伴って低温の生成に関して動作する3つのアッセンブリを備える本発明に従った設備のクラペイロン図である。
【図4】3つの固体および1つのガスを伴って低温の生成に関して動作する3つのアッセンブリを備える本発明に従った設備の別のクラペイロン図である。
【図5】3つの固体および1つのガスを伴って低温の生成に関して動作する3つのアッセンブリを備える本発明に従った設備のさらに別のクラペイロン図である。
【図6】1つの固体および3つのガスを伴って低温の生成に関して動作する3つのアッセンブリを備える本発明に従った設備のクラペイロン図である。
【図7】2つの固体および1つのガスを伴って熱の生成に関して動作する2つのアッセンブリを備える本発明に従った設備のクラペイロン図である。
【図8】2つの固体および2つのガスを伴って熱の生成に関して動作する2つのアッセンブリを備える本発明に従った設備のクラペイロン図である。
【図9】3つの固体および1つのガスを伴って熱の生成に関して動作する3つのアッセンブリを備える本発明に従った設備のクラペイロン図である。
【図10】3つの固体および1つのガスを伴って熱の生成に関して動作する3つのアッセンブリを備える本発明に従った設備の別のクラペイロン図である。
【図11】3つの固体および1つのガスを伴って熱の生成に関して動作する3つのアッセンブリを備える本発明に従った設備のさらに別のクラペイロン図である。
【図12】1つの固体、1つの液体、および1つのガスを伴って低温の生成に関して動作する2つのアッセンブリを備える本発明に従った設備の具体的なケースのクラペイロン図である。
【図13】2つの固体および1つのガスを伴って低温の生成に関して動作する2つのアッセンブリを備える本発明に従った設備の具体的なケースのクラペイロン図である。
【符号の説明】
【0116】
R1,R’1,R2,R’2,R3,R’3,Ri,R’i リアクタ
HP,LP,IP アッセンブリ
G1,G2,G3,Gi ガス
B1,B2,B3,Bi 吸着剤
S1,S2,S3 Si 収着
D1,D2,D3 Di 脱着
Claims (17)
- 与えられた場所において、1ないしは複数の熱エネルギ供給源を使用して低温および/または熱を生成するための、ガスと液体もしくは固体の間の連続する可逆プロセスを含む方法であって:
‐リアクタR1ならびにR’1を備えるHPアッセンブリ、リアクタR3ならびにR’3を備えるLPアッセンブリ、および、場合によってリアクタR2ならびにR’2を備えるIPアッセンブリを備える設備内において実行され、前記設備においては:
・各リアクタRiが、ガスGiの生成および消費を交互に行う可逆収着のシートであり、
・各リアクタR’iが、ガスGiの生成および消費を交互に行う可逆プロセスのシートであり、
・それぞれのリアクタ内の吸着剤およびガスが、与えられた圧力において:アッセンブリのリアクタRi内の収着平衡温度が、同一アッセンブリのリアクタR’i内の可逆プロセスの平衡温度より高く、リアクタR1内の収着平衡温度が、R3内のそれより低く、前記IPアッセンブリがある場合にはR2内の収着平衡温度が、R1とR3の平衡温度の間になるように選択され、
・アッセンブリの前記リアクタRiおよびR’iが、前記ガスGiを交換するためのガス交換手段を備えており、
・前記リアクタRiが、互いに熱を交換するための手段を備えており、かつ
・前記リアクタが、大気圧から遮断されているものとし、
‐さらにそれにおいて、前記設備の動作に必要な前記熱エネルギ供給源が、前記リアクタR’iへの供給を行うものとする方法。 - ・アッセンブリの2つのリアクタの間の前記ガス交換手段が閉じられ、それぞれの吸着剤およびガスが、前記リアクタ内において周囲温度に置かれ、その結果、前記HPアッセンブリの前記リアクタR1がガスを多く含む形態の前記吸着剤(B1,G1)を含み、前記リアクタR’1が、前記ガスG1を消費する状態となり、前記LPアッセンブリの前記リアクタR3が、ガスをあまり含まない形態の前記吸着剤B3を含み、かつ対応する前記リアクタR’3が、ガスG3を供給する状態となるものとする予備ステップ;
・低温または熱を生成するステップであって、前記ステップの間に、一方においては前記リアクタR3とR’3の間、前記リアクタR1とR’1の間、および前記IPアッセンブリがある場合には前記リアクタR2とR’2の間の前記ガス交換手段が、可能性としては前記リアクタR’3および前記IPアッセンブリがある場合には前記リアクタR’2が熱エネルギの入力によって通常温度より高い温度まで上昇した後に開かれるものとするステップ(a);
・再生を行うステップであって、前記ステップの間に、一方においては前記リアクタR3とR’3の間、前記リアクタR1とR’1の間、および前記IPアッセンブリがある場合には前記リアクタR2とR’2の間の前記ガス交換手段が、前記リアクタR’1および前記IPアッセンブリがある場合には前記リアクタR’2が熱エネルギの入力によって通常温度より高い温度まで上昇した後に開かれるものとするステップ(b);
を含むものとする、請求項1の方法。 - 前記方法は、別の場所に配置された熱エネルギ供給源を使用して、与えられた場所において低温を生成するためのものであり、それにおいて:
・LPアッセンブリ(または、LPおよびIPアッセンブリ)内のそれぞれのガスおよび吸着剤が、前記リアクタ内の前記ガス交換手段を開いた後にR’3内(または、R’3内およびR’2内)に生じるそれぞれの圧力において、R’3内(または、R’3内およびR’2内)の前記可逆プロセスの平衡温度が、低温の生成が希望されている温度に対応するように選択され、
・前記生成するステップ(a)の間に、前記ガス交換手段が、リアクタR’3に対する(または、リアクタR’3およびR’2に対する)熱エネルギの先行入力なしに前記リアクタ間において開かれるものとする、請求項1または請求項2の方法。 - 前記低温を生成するための方法は、前記HPおよびLPアッセンブリを備える設備内において次の条件の下に実行されるものとし、すなわち前記条件を:
‐予備ステップの間に、
・一方においてはR1とR’1の間、他方においてはR3とR’3の間の前記ガス移動手段が閉じられ、
・それぞれの吸着剤およびガスが前記リアクタ内に導入され、その結果、前記HPアッセンブリの前記リアクタR1が、ガスを多く含む形態の前記吸着剤(B1,G1)を含み、前記リアクタR’1が、前記ガスG1を消費する状態となり、前記LPアッセンブリの前記リアクタR3が、ガスをあまり含まない形態の前記吸着剤B3を含み、かつ対応する前記リアクタR’3が、ガスG3を供給する状態となり、かつ
・LPアッセンブリ内のそれぞれのガスおよび吸着剤が、前記ガス交換手段を開いた後にR’3内に生じるそれぞれの圧力において、R’3内の前記可逆プロセスの平衡温度が、低温の生成が希望されている温度に対応するように選択されるものとし、
‐ステップ(a)の間に、前記ガス移動手段が、一方においては前記リアクタR3とR’3の間、他方においては前記リアクタR1とR’1の間で開かれ、それによってR’3内において低温が生成されるものとし、
‐ステップ(b)の間に、熱エネルギがR’1へ供給され、それを、周囲温度より高い温度まで上昇させ、続いて前記ガス移動手段が、一方においては前記リアクタR3とR’3の間、他方においては前記リアクタR1とR’1の間で開かれ、それによって前記設備の再生が行われるものとする請求項3の方法。 - 前記低温を生成するための方法は、前記リアクタR1ならびにR’1、R3ならびにR’3、およびR2ならびにR’2のそれぞれを備える3つのアッセンブリHP、LP、およびIPを備える設備内において、次の条件の下に実行されるものとし、すなわち前記条件を:
‐予備ステップの間に、
・前記リアクタR1とR’1の間、R3とR’3の間、およびR2とR’2の間の前記ガス交換手段が閉じられ、
・それぞれの吸着剤およびガスが前記リアクタ内に導入され、その結果、前記HPアッセンブリの前記リアクタR1が、ガスを多く含む形態の前記吸着剤(B1,G1)を含み、前記リアクタR’1が、前記ガスG1を消費する状態となり、前記LPおよびIPアッセンブリの前記リアクタR3およびR2が、ガスをあまり含まない形態のそれぞれの吸着剤B3およびB2を含み、かつ前記リアクタR’3およびR’2が、それぞれのガスG3およびガスG2を供給する状態となり、かつ
・前記LPおよびIPアッセンブリ内のそれぞれのガスおよび吸着剤が、前記ガス交換手段を開いた後にR’3およびR’2内に生じるそれぞれの圧力において、R’2およびR’3内のそれぞれの前記可逆プロセスの平衡温度が、低温の生成が希望されている温度に対応するように選択されるものとし、
‐ステップ(a)の間に、前記リアクタR1とR’1の間、R3とR’3の間、およびR2とR’2の間の前記ガス交換手段が開かれ、それによってR’3およびR’2内において低温が生成されるものとし、
‐ステップ(b)の間に、熱エネルギがR’1へ追加され、前記リアクタR1とR’1の間、R3とR’3の間、およびR2とR’2の間の前記ガス交換手段が開かれ、それによって前記設備の再生が行われるものとする請求項3の方法。 - 前記低温を生成するための方法は、前記リアクタR1ならびにR’1、R3ならびにR’3、およびR2ならびにR’2のそれぞれを備える3つのアッセンブリHP、LP、およびIPを備える設備内において、次の条件の下に実行されるものとし、すなわち前記条件を:
‐予備ステップの間に、
・前記リアクタR1とR’1の間、R3とR’3の間、およびR2とR’2の間の前記ガス交換手段が閉じられ、
・選択されたそれぞれの吸着剤およびガスが前記リアクタ内に導入され、その結果、前記リアクタR1およびR2が、ガスを多く含む形態のそれぞれの吸着剤(B1,G1)および(B2,G2)を含み、前記リアクタR’1およびR’2が、それぞれの前記ガスG1およびガスG2を消費する状態となり、前記リアクタR3が、ガスをあまり含まない形態の吸着剤B3を含み、かつ前記リアクタR’3が、ガスを供給する状態となるものとし、
‐ステップ(a)の間に、第1の段階として、一方においては前記リアクタR3とR’3の間、他方においては前記リアクタR2とR’2の間の前記ガス交換手段が開かれ、それによってR’3内に低温が生成され;第2の段階として、一方においては前記リアクタR1とR’1の間、他方においては前記リアクタR2とR’2の間の前記ガス交換手段が開かれ、それによってR’2内に低温が生成されるものとし、
‐ステップ(b)の間に、熱エネルギがR’1へ供給され、それを、通常温度より高い温度まで上昇させ、続いて、一方においては前記リアクタR1とR’1の間、他方においては前記リアクタR3とR’3の間の前記ガス移動手段が開かれ、それによって前記設備の再生が行われるものとする請求項3の方法。 - 前記低温を生成するための方法は、前記リアクタR1ならびにR’1、R3ならびにR’3、およびR2ならびにR’2のそれぞれを備える3つのアッセンブリHP、LP、およびIPを備える設備内において、次の条件の下に実行されるものとし、すなわち前記条件を:
‐予備ステップの間に、
・前記リアクタR1とR’1の間、R3とR’3の間、およびR2とR’2の間の前記ガス交換手段が閉じられ、
・選択されたそれぞれの吸着剤およびガスが前記リアクタRiおよび前記リアクタR’i内に導入され、その結果、前記リアクタR1およびR2が、ガスを多く含む形態のそれぞれの吸着剤(B1,G1)および(B2,G2)を含み、前記リアクタR’1およびR’2が、それぞれの前記ガスG1およびガスG2を消費する状態となり、前記リアクタR3が、ガスをあまり含まない形態の吸着剤B3を含み、かつ前記リアクタR’3が、ガスを供給する状態となるものとし、
‐ステップ(a)の間に、一方においては前記リアクタR3とR’3の間、他方においては前記リアクタR1とR’1の間の前記ガス移動手段が開かれ、それによってR’3内に低温が生成されるものとし、
‐ステップ(b)の間に、第1の段階として、熱エネルギがR’1へ追加され、一方においては前記リアクタR1とR’1の間、他方においては前記リアクタR2とR’2の間が連通され;第2の段階として、熱エネルギがR’2へ追加され、一方においては前記リアクタR2とR’2の間、他方においては前記リアクタR3とR’3の間が連通され、それによって前記設備の再生が行われるものとする請求項3の方法。 - 前記方法は、熱エネルギ供給源の温度より高い温度で熱を生成するためのものであり、それにおいて、生成するステップ(a)の間に、前記リアクタR’3によって、かつ可能性としては前記リアクタR’2によって、前記設備に対して、前記リアクタR3とR’3の間、および可能性としては前記リアクタR2とR’2の間の前記ガス交換手段を開く前に熱エネルギが追加されるものとする、請求項1または請求項2の方法。
- 前記方法は、別の場所に置かれた熱エネルギ供給源を使用して、与えられた場所において熱を生成するためのものであり、それにおいて前記再生ステップ(b)に使用される前記熱供給源は、ステップ(a)の間に高められた温度で生成される熱のエクセルギであるとする、請求項8の方法。
- 前記熱を生成するための方法は、前記リアクタR1ならびにR’1を備えるHPアッセンブリ、および、前記リアクタR3ならびにR’3を備えるLPアッセンブリを備える設備内において、次の条件の下に実行されるものとし、すなわち前記条件を:
‐予備ステップの間に、
・一方においてはR1とR’1の間、他方においてはR3とR’3の間の前記ガス移動手段が閉じられ、
・それぞれの吸着剤およびガスが前記リアクタ内に導入され、その結果、前記HPアッセンブリのリアクタR1が、ガスを多く含む形態の前記吸着剤(B1,G1)を含み、前記リアクタR’1が、前記ガスG1を消費する状態となり、前記LPアッセンブリの前記リアクタR3が、ガスをあまり含まない形態の前記吸着剤B3を含み、かつ対応する前記リアクタR’3が、ガスG3を供給する状態となるものとし、
‐ステップ(a)の間に、熱エネルギがR’3へ追加され、それを、通常温度より高い温度まで上昇させ、続いて、一方においては前記リアクタR3とR’3の間、他方においては前記リアクタR1とR’1の間の前記ガス移動手段が開かれ、それによってR’1内において熱の生成を生じるものとし、
‐ステップ(b)の間に、熱エネルギがR’1へ供給され、それを、通常温度より高い温度まで上昇させ、続いて、一方においては前記リアクタR3とR’3の間、他方においては前記リアクタR1とR’1の間の前記ガス移動手段が開かれ、それによって前記設備の再生が行われるものとする請求項8または9の方法。 - 前記熱を生成するための方法は、前記リアクタR1ならびにR’1、R3ならびにR’3、およびR2ならびにR’2のそれぞれを備える3つのアッセンブリHP、LP、およびIPを備える設備内において、次の条件の下に実行されるものとし、すなわち前記条件を:
‐予備ステップの間に、
・前記リアクタR1とR’1の間、R3とR’3の間、およびR2とR’2の間の前記ガス交換手段が閉じられ、
・選択されたそれぞれの吸着剤およびガスが前記リアクタ内に導入され、その結果、前記リアクタR1が、ガスを多く含む形態の前記吸着剤(B1,G1)を含み、前記リアクタR’1が、前記ガスG1を消費する状態となり、前記リアクタR3およびR2が、ガスをあまり含まない形態のそれぞれの吸着剤B3およびB2を含み、かつ前記リアクタR’3およびR’2が、それぞれのガスG3およびガスG2を供給する状態となるものとし、
‐ステップ(a)の間に、熱エネルギがR’3およびR’2へ追加されて、それらを周囲温度より高い温度まで上昇させ、続いて、前記リアクタR3とR’3の間、前記リアクタR2とR’2の間、および前記リアクタR1とR’1の間の前記ガス交換手段が開かれ、それによってR’1内において熱の生成を生ずるものとし、
‐ステップ(b)の間に、熱エネルギがR’1へ追加され、それを通常温度より高い温度まで上昇させ、続いて、前記リアクタR3とR’3の間、前記リアクタR2とR’2の間、および前記リアクタR1とR’1の間の前記ガス移動手段が開かれ、それによって前記システムの再生が行われるものとする請求項8または9の方法。 - 前記熱を生成するための方法は、前記リアクタR1ならびにR’1、R3ならびにR’3、およびR2ならびにR’2のそれぞれを備える3つのアッセンブリHP、LP、およびIPを備える設備内において、次の条件の下に実行されるものとし、すなわち前記条件を:
‐予備ステップの間に、
・異なる前記リアクタの間の前記ガス移動手段が閉じられ、
・それぞれの吸着剤およびガスが前記リアクタ内に通常温度において導入され、その結果、前記リアクタR1およびR2が、ガスを多く含む状態のそれぞれの吸着剤(S1,G1)および(S2,G2)を含み、R3が、ガスをあまり含まない状態の吸着剤を含み、R’1およびR’2が、それぞれの前記ガスG1およびガスG2を消費する状態となり、かつR’3が、ガスG3を解放する状態となるものとし、
‐ステップ(a)の間に、熱エネルギがR’3へ追加され、続いて、一方においては前記リアクタR3とR’3の間、他方においては前記リアクタR1とR’1の間の前記ガス移動手段が開かれ、それによってR’1内において熱の生成を生ずるものとし、
‐ステップ(b)の間に、第1の段階として、熱エネルギがR’1へ追加され、続いて、一方においては前記リアクタR1とR’1の間、他方においては前記リアクタR2とR’2の間の前記ガス移動手段が開かれ;第2の段階として、熱エネルギがR’2へ追加され、続いて、一方においては前記リアクタR2とR’2の間、他方においては前記リアクタR3とR’3の間の前記ガス移動手段が開かれ、それによって前記システムの再生が行われるものとする請求項8または9の方法。 - 前記熱を生成するための方法は、前記リアクタR1ならびにR’1、R3ならびにR’3、およびR2ならびにR’2のそれぞれを備える3つのアッセンブリHP、LP、およびIPを備える設備内において、次の条件の下に実行されるものとし、すなわち前記条件を:
‐予備ステップの間に、
・異なる前記リアクタの間の前記ガス移動手段が閉じられ、
・それぞれの吸着剤およびガスが前記リアクタ内に通常温度において導入され、その結果、前記リアクタR2が、ガスを多く含む状態の吸着剤(S2,G2)を含み、R3およびR1が、ガスをあまり含まない状態のそれぞれの吸着剤B3およびB1を含み、R’2が、ガスG2を消費する状態となり、R’3およびR’1が、それぞれの前記ガスG3およびG2を解放する状態となるものとし、
‐ステップ(a)の間に、第1の段階として、熱エネルギがR’3へ追加され、一方においては前記リアクタR3とR’3の間、他方においては前記リアクタR2とR’2の間の接続が行われ、それによってR’2内において熱の生成を生じ;第2の段階として、熱エネルギがR’2へ追加され、一方においては前記リアクタR1とR’1の間、他方においては前記リアクタR2とR’2の間の接続が行われ、それによってR’1内において熱の生成を生ずるものとし、
‐ステップ(b)の間に、熱エネルギがR’1へ追加され、一方においては前記リアクタR1とR’1の間、他方においては前記リアクタR3とR’3の間の前記ガス移動手段が開かれ、それによって前記設備の再生が行われるものとする請求項8または9の方法。 - 前記リアクタR’i内における前記可逆プロセスは、液相/気相変化、固体内におけるガスの吸着、液体内におけるガスの吸収、ガスと固体もしくは液体の間の化学反応、もしくはクラスレート・ハイドレートの形成であるとする、請求項1の方法。
- 前記リアクタRi内における前記可逆プロセスは、固体内におけるガスの吸着、液体内におけるガスの吸収、ガスと固体もしくは液体の間の化学反応、もしくはクラスレート・ハイドレートの形成であるとする、請求項1の方法。
- 前記設備のすべての前記アッセンブリ内の前記可逆プロセスは、同一のガスを伴うものとする、請求項1の方法。
- リアクタR1およびR’1を備えるHPアッセンブリ、リアクタR3およびR’3を備えるLPアッセンブリ、および、場合によってリアクタR2およびR’2を備えるIPアッセンブリを備える、低温および/または熱を生成するための設備であって:
・各リアクタRiは、ガスGiの生成および消費を交互に行う可逆収着のシートであり、
・各リアクタR’iは、ガスGiの生成および消費を交互に行う可逆プロセスのシートであり、
・それぞれのリアクタ内の反応物は、与えられた圧力において:アッセンブリの前記リアクタRi内の収着平衡温度が、同一アッセンブリの前記リアクタR’i内の可逆プロセスの平衡温度より高く、前記リアクタR1内の収着平衡温度が、R3内のそれより低く、前記IPアッセンブリがある場合にはR2内の収着平衡温度が、R1とR3の平衡温度の間になるように選択されており、
・アッセンブリの前記リアクタRiおよびR’iが、前記ガスGiを交換するためのガス交換手段を備えており、
・前記リアクタR1、R3、および前記IPアッセンブリがある場合にはR2は、互いの間において熱を交換するための手段を備えており、
・前記リアクタが、大気圧から遮断されているものとする設備。
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