JP3391795B2 - 固体蒸気収着システムのための改良された熱伝達装置および方法 - Google Patents
固体蒸気収着システムのための改良された熱伝達装置および方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
先の出願に記載されるような固体蒸気収着システムは
冷却および冷蔵のために用いられる。これらのシステム
は数ワットの冷却力を有する小型装置からメガワットの
冷却を生ずる相対的に大型のシステムまでの範囲にわた
る。たとえば商業用のHVAC適用例に用いられるようなよ
り大型のシステムは、エアコイル、空気により冷却され
る凝縮器、蒸発凝縮器、冷却塔に、または地面もしくは
表流水に向けられる熱伝達流体を用いることによって熱
を除去するよう通常は設計される。このような熱の除去
手段に収着器の熱を伝達するためのポンピングされるル
ープは当業者には周知である。しかしながら、米国特許
第5,161,389号に開示される機器のような比較的小型の
システム、および米国特許第5,271,239号に開示される
電子冷却のための装置においては、熱の除去手段に収着
器の熱を伝達するためのさらなる冷却ループおよび／ま
たはポンプループを使用することは実用的ではない。
冷却および冷蔵のために用いられる。これらのシステム
は数ワットの冷却力を有する小型装置からメガワットの
冷却を生ずる相対的に大型のシステムまでの範囲にわた
る。たとえば商業用のHVAC適用例に用いられるようなよ
り大型のシステムは、エアコイル、空気により冷却され
る凝縮器、蒸発凝縮器、冷却塔に、または地面もしくは
表流水に向けられる熱伝達流体を用いることによって熱
を除去するよう通常は設計される。このような熱の除去
手段に収着器の熱を伝達するためのポンピングされるル
ープは当業者には周知である。しかしながら、米国特許
第5,161,389号に開示される機器のような比較的小型の
システム、および米国特許第5,271,239号に開示される
電子冷却のための装置においては、熱の除去手段に収着
器の熱を伝達するためのさらなる冷却ループおよび／ま
たはポンプループを使用することは実用的ではない。
前述の特許および同時係属中の出願に記載される収着
システム、ならびにガス性反応物が固体反応物に吸着さ
れる他の収着システムを操作するには、熱の除去を行な
うために好適な構成要素が与えられなければならない。
ガス性反応物が吸着媒において交互に吸着および脱着さ
れるシステムは連続操作中に放熱されなければならない
熱の２つの熱源、つまり冷媒の凝縮の熱と、吸着リアク
タでの吸着の熱とを与えなければならない。好ましく
は、電力消費を全く伴わないかまたは最小限伴う、大気
への熱の放熱のための手段設けられる。たとえば、凝縮
の熱は、凝縮器コイルにわたる自然のまたは強制的な対
流を用いて、空気により冷却される凝縮器において通常
は熱が除去され得る。
システム、ならびにガス性反応物が固体反応物に吸着さ
れる他の収着システムを操作するには、熱の除去を行な
うために好適な構成要素が与えられなければならない。
ガス性反応物が吸着媒において交互に吸着および脱着さ
れるシステムは連続操作中に放熱されなければならない
熱の２つの熱源、つまり冷媒の凝縮の熱と、吸着リアク
タでの吸着の熱とを与えなければならない。好ましく
は、電力消費を全く伴わないかまたは最小限伴う、大気
への熱の放熱のための手段設けられる。たとえば、凝縮
の熱は、凝縮器コイルにわたる自然のまたは強制的な対
流を用いて、空気により冷却される凝縮器において通常
は熱が除去され得る。
冷媒を交互に吸着および脱着するために単数のまたは
複数の収着器を用いる収着固体蒸気反応システムにおい
ては、競合する熱伝達要件が考慮され満たされなければ
ならない。脱着状態においては、脱着反応を引起こすた
めに加熱手段からの全てのエネルギを利用することが望
ましい。環境へのいかなる熱の損失も全体のシステム効
率を低減し熱源の大きさおよび容量要件を増大させるた
め、収着器は絶縁されるかまたはさもなければ熱の損失
を最小限にするための手段を設けるだろう。一方、吸着
状態中は、収着器からの効率的な熱の除去が必要であ
り、収着器から熱を除去する構成要素に伝達されるか、
または収着器自体から直接放熱されなければならない。
この問題は、熱の損失をそれがまさに望ましくないとき
に助長する、室温に対する収着器温度の差が、上昇した
脱着温度により生じるという事実によって大きなものと
なる。
複数の収着器を用いる収着固体蒸気反応システムにおい
ては、競合する熱伝達要件が考慮され満たされなければ
ならない。脱着状態においては、脱着反応を引起こすた
めに加熱手段からの全てのエネルギを利用することが望
ましい。環境へのいかなる熱の損失も全体のシステム効
率を低減し熱源の大きさおよび容量要件を増大させるた
め、収着器は絶縁されるかまたはさもなければ熱の損失
を最小限にするための手段を設けるだろう。一方、吸着
状態中は、収着器からの効率的な熱の除去が必要であ
り、収着器から熱を除去する構成要素に伝達されるか、
または収着器自体から直接放熱されなければならない。
この問題は、熱の損失をそれがまさに望ましくないとき
に助長する、室温に対する収着器温度の差が、上昇した
脱着温度により生じるという事実によって大きなものと
なる。
発明の概要
我々の前述の米国特許第5,271,239号では、吸着リア
クタでの発熱反応の熱の除去のために吸着リアクタに液
体熱伝達流体を向けるまたは送るために脱着リアクタか
らの膨張する蒸発した熱伝達流体を用いる発明が開示さ
れる。熱伝達流体は相転移組成物であり、それにより、
吸着リアクタの熱伝達面と接触する凝縮されたまたは液
相の熱伝達流体は蒸発してリアクタの冷却およびそこか
らの熱の除去を補助する。この発明は、上に記載される
固体蒸気収着システムにおいて吸着リアクタからの熱を
除去するためにそのような手段を用いる改良されたシス
テムおよび方法に向けられるものである。この発明は、
収着器から分離した熱の除去構成要素に熱伝達を与える
固体蒸気収着システムに向けられるものである。このシ
ステムは、システムの冷媒が吸着リアクタを冷却するた
めの熱伝達流体として用いられる装置を含む。この発明
のシステムは、冷却ループのサーモスタットまたはソレ
ノイドバルブ制御を必要とすることなく、熱伝達流体の
移動を利用して吸着リアクタを冷却するための熱の除去
ループの活性化を含む。さらに、連続する冷蔵または冷
却を提供するために単一の熱源から２つのリアクタのい
ずれにも熱を伝達するための装置が開示される。この発
明に従う改良点を達成するためのシステム、装置、構成
要素および方法は以下の詳細な説明から明らかとなる。
クタでの発熱反応の熱の除去のために吸着リアクタに液
体熱伝達流体を向けるまたは送るために脱着リアクタか
らの膨張する蒸発した熱伝達流体を用いる発明が開示さ
れる。熱伝達流体は相転移組成物であり、それにより、
吸着リアクタの熱伝達面と接触する凝縮されたまたは液
相の熱伝達流体は蒸発してリアクタの冷却およびそこか
らの熱の除去を補助する。この発明は、上に記載される
固体蒸気収着システムにおいて吸着リアクタからの熱を
除去するためにそのような手段を用いる改良されたシス
テムおよび方法に向けられるものである。この発明は、
収着器から分離した熱の除去構成要素に熱伝達を与える
固体蒸気収着システムに向けられるものである。このシ
ステムは、システムの冷媒が吸着リアクタを冷却するた
めの熱伝達流体として用いられる装置を含む。この発明
のシステムは、冷却ループのサーモスタットまたはソレ
ノイドバルブ制御を必要とすることなく、熱伝達流体の
移動を利用して吸着リアクタを冷却するための熱の除去
ループの活性化を含む。さらに、連続する冷蔵または冷
却を提供するために単一の熱源から２つのリアクタのい
ずれにも熱を伝達するための装置が開示される。この発
明に従う改良点を達成するためのシステム、装置、構成
要素および方法は以下の詳細な説明から明らかとなる。
図面の説明
図１は、収着エネルギを凝縮器に伝達するための、バ
ブルポンプにより補助される熱サイホンを組込む固体蒸
気収着システムを概略的に示し、 図２は、可撓性バブルポンプコネクタを示す拡大図で
あり、 図３は、ヒータとチェックバルブとを含む蒸気ポンプ
を組込むシステムを示し、 図４は、イジェクタポンプにより補助される熱サイホ
ンを組込む固体蒸気収着システムを示し、 図５は、圧力により非活性化される熱サイホンを用い
る収着システムを示し、 図６は、冷媒の圧力により操作されるバルブを用い
る、圧力により非活性化される熱サイホンを組込む収着
システムを示し、 図７は、熱伝達流体とシステム冷媒とを凝縮するため
の別個の回路を組込む、圧力により非活性化される熱サ
イホンシステムを用いる収着システムを示し、 図８は、収着エネルギの伝達のために、圧力により活
性化される熱サイホンを有し単一の還流型凝縮器を用い
る収着システムを示し、 図９は、各リアクタのための別個の凝縮器回路を組込
む、圧力により活性化される熱サイホンを有する収着シ
ステムを示し、 図10は別個の熱伝達流体および冷媒凝縮器回路を組込
む、圧力により活性化される熱サイホンを有する収着シ
ステムを示し、 図11は、圧力により活性化される熱サイホンを両段に
有する２段定圧エンジン段システムを示し、 図12は、第１の段の熱サイホンが第２の段の冷媒圧力
により活性化される、２段定圧エンジン段システムを示
し、 図13は、熱の除去のための熱サイホンがバルブおよび
冷媒圧力によって非活性化される、周期的冷蔵システム
を示し、 図14は、相転移冷却を活性化するために機械ポンプを
用いる３リアクタシステムを示し、 図15は、二重収着器システムを加熱するための単一の
熱源手段を示す。
ブルポンプにより補助される熱サイホンを組込む固体蒸
気収着システムを概略的に示し、 図２は、可撓性バブルポンプコネクタを示す拡大図で
あり、 図３は、ヒータとチェックバルブとを含む蒸気ポンプ
を組込むシステムを示し、 図４は、イジェクタポンプにより補助される熱サイホ
ンを組込む固体蒸気収着システムを示し、 図５は、圧力により非活性化される熱サイホンを用い
る収着システムを示し、 図６は、冷媒の圧力により操作されるバルブを用い
る、圧力により非活性化される熱サイホンを組込む収着
システムを示し、 図７は、熱伝達流体とシステム冷媒とを凝縮するため
の別個の回路を組込む、圧力により非活性化される熱サ
イホンシステムを用いる収着システムを示し、 図８は、収着エネルギの伝達のために、圧力により活
性化される熱サイホンを有し単一の還流型凝縮器を用い
る収着システムを示し、 図９は、各リアクタのための別個の凝縮器回路を組込
む、圧力により活性化される熱サイホンを有する収着シ
ステムを示し、 図10は別個の熱伝達流体および冷媒凝縮器回路を組込
む、圧力により活性化される熱サイホンを有する収着シ
ステムを示し、 図11は、圧力により活性化される熱サイホンを両段に
有する２段定圧エンジン段システムを示し、 図12は、第１の段の熱サイホンが第２の段の冷媒圧力
により活性化される、２段定圧エンジン段システムを示
し、 図13は、熱の除去のための熱サイホンがバルブおよび
冷媒圧力によって非活性化される、周期的冷蔵システム
を示し、 図14は、相転移冷却を活性化するために機械ポンプを
用いる３リアクタシステムを示し、 図15は、二重収着器システムを加熱するための単一の
熱源手段を示す。
発明の詳細な説明
ここの開示されるシステムおよび装置は前述の出願に
開示される錯化合物系を含む任意の固体蒸気収着のため
に用いられてもよく、その開示をここに引用により援用
する。この発明のシステムは、金属水素化物、活性炭、
シリカゲル、ゼオライト、炭酸塩、酸化物などを含む他
の固体ガス吸着媒のためにさらに用いられてもよく、水
素、メタン、エタン、ヘリウム、HFCおよびHCFCのよう
な任意の好適な冷媒ガス性反応物を吸着するために用い
られてもよい。しかしながら、このシステムは、アンモ
ニア、水、メタノール、アルカノールアミン、アルキル
アミン、二酸化硫黄およびホスフィンのような極性冷媒
を固体金属塩に吸着するための前述のタイプの錯化合物
収着器システムに特に好適である。このような錯化合物
リアクタシステムは、1992年８月14日出願の米国特許連
続番号07/931,036および1992年11月13日出願の07/975,9
73に記載されるように高出力密度で作動し、かつそこに
開示されるように金属塩における極性冷媒の吸着中に体
膨張率を制限することにより形成される、増大した反応
速度を有する錯化合物を特に用いる、小型で簡潔な装置
の設計に特に有用である。したがって、この発明のシス
テムおよび方法は、好ましくは、アルカリ金属、アルカ
リ土類金属、遷移金属、亜鉛、カドミウム、スズ、アル
ミニウム、ホウフッ化ナトリウム、または塩化二金属の
ハロゲン化物、硝酸塩、窒化物、シュウ酸塩、硫酸塩、
または亜硫酸塩を含む金属塩に吸着される前述の極性冷
媒のうちの１つ、特に好ましくはアンモニアの錯化合物
を含み、かつ錯化合物の体膨張率が少なくとも初期の吸
着反応中は制限または制約されず、体膨張率をそのよう
に制限することなく形成された錯化合物と比較した場合
に増大した化学吸着速度が可能な、少なくとも部分的に
干渉性であり凝集性であり物理的に自立した反応生成物
を形成するリアクタを組込み使用する。他の特定の有用
な好ましい錯化合物は米国特許第4,848,994号に挙げら
れる。特に好ましい錯化合物は、SrCl2,SrBr2,CaCl2,Ca
Br2,CaI2,CoCl2,CoBr2,BaCl2,BaBr2,MgCl2,MgBr2,FeC
l2,FeBr2,NiCl2,ZnCl2,SnCl2,MnCl2,MnBr2もしくはCrCl
2またはそれらの混合物にアンモニアを吸着させる一方
で吸着反応中に形成される錯化合物の体膨張率を制約す
ることによって生ずる、リストに挙げられたものであ
る。これらの塩は初期アンモニア吸着の前にゼオライ
ト、活性炭、活性アルミナ、またはシリカゲルと混合さ
れてもよい。この発明の装置およびシステムのリアクタ
に使用される前述の好ましい化合物の製法は、吸着媒の
質量についての最大出力密度、リアクタの質量について
の最大出力密度、および所望されるまたは必要なリアク
タ容積についての最大出力密度を達成することができ
る。そのような改善された反応速度を有する反応の半サ
イクル時間、つまり吸着または脱着反応時間は、30分未
満で、好ましくは約20分未満で、典型的には約３分から
約15分の間で行なわれる。ここで用いられているよう
に、「吸着」という語は、吸着または吸収のいずれで呼
ばれるとにかかわらず、任意のそのような固体蒸気収着
反応を包含することが意図される。
開示される錯化合物系を含む任意の固体蒸気収着のため
に用いられてもよく、その開示をここに引用により援用
する。この発明のシステムは、金属水素化物、活性炭、
シリカゲル、ゼオライト、炭酸塩、酸化物などを含む他
の固体ガス吸着媒のためにさらに用いられてもよく、水
素、メタン、エタン、ヘリウム、HFCおよびHCFCのよう
な任意の好適な冷媒ガス性反応物を吸着するために用い
られてもよい。しかしながら、このシステムは、アンモ
ニア、水、メタノール、アルカノールアミン、アルキル
アミン、二酸化硫黄およびホスフィンのような極性冷媒
を固体金属塩に吸着するための前述のタイプの錯化合物
収着器システムに特に好適である。このような錯化合物
リアクタシステムは、1992年８月14日出願の米国特許連
続番号07/931,036および1992年11月13日出願の07/975,9
73に記載されるように高出力密度で作動し、かつそこに
開示されるように金属塩における極性冷媒の吸着中に体
膨張率を制限することにより形成される、増大した反応
速度を有する錯化合物を特に用いる、小型で簡潔な装置
の設計に特に有用である。したがって、この発明のシス
テムおよび方法は、好ましくは、アルカリ金属、アルカ
リ土類金属、遷移金属、亜鉛、カドミウム、スズ、アル
ミニウム、ホウフッ化ナトリウム、または塩化二金属の
ハロゲン化物、硝酸塩、窒化物、シュウ酸塩、硫酸塩、
または亜硫酸塩を含む金属塩に吸着される前述の極性冷
媒のうちの１つ、特に好ましくはアンモニアの錯化合物
を含み、かつ錯化合物の体膨張率が少なくとも初期の吸
着反応中は制限または制約されず、体膨張率をそのよう
に制限することなく形成された錯化合物と比較した場合
に増大した化学吸着速度が可能な、少なくとも部分的に
干渉性であり凝集性であり物理的に自立した反応生成物
を形成するリアクタを組込み使用する。他の特定の有用
な好ましい錯化合物は米国特許第4,848,994号に挙げら
れる。特に好ましい錯化合物は、SrCl2,SrBr2,CaCl2,Ca
Br2,CaI2,CoCl2,CoBr2,BaCl2,BaBr2,MgCl2,MgBr2,FeC
l2,FeBr2,NiCl2,ZnCl2,SnCl2,MnCl2,MnBr2もしくはCrCl
2またはそれらの混合物にアンモニアを吸着させる一方
で吸着反応中に形成される錯化合物の体膨張率を制約す
ることによって生ずる、リストに挙げられたものであ
る。これらの塩は初期アンモニア吸着の前にゼオライ
ト、活性炭、活性アルミナ、またはシリカゲルと混合さ
れてもよい。この発明の装置およびシステムのリアクタ
に使用される前述の好ましい化合物の製法は、吸着媒の
質量についての最大出力密度、リアクタの質量について
の最大出力密度、および所望されるまたは必要なリアク
タ容積についての最大出力密度を達成することができ
る。そのような改善された反応速度を有する反応の半サ
イクル時間、つまり吸着または脱着反応時間は、30分未
満で、好ましくは約20分未満で、典型的には約３分から
約15分の間で行なわれる。ここで用いられているよう
に、「吸着」という語は、吸着または吸収のいずれで呼
ばれるとにかかわらず、任意のそのような固体蒸気収着
反応を包含することが意図される。
ここで用いられる基本的な固体蒸気収着システムは、
一方が吸着される間他方は脱着される、ここではリアク
タとも呼ばれる２つの収着器を組込んで、図１〜図10に
概略的に示される。吸着リアクタつまり吸着されるべき
収着器はその中の吸着媒の蒸気圧を下げるために室温近
くにまで冷却される。冷却された吸着媒の蒸気圧が蒸発
器の圧力より下がると、収着器は蒸発器から冷媒蒸気を
引く。蒸発器からのこの冷媒の流れはシステムの冷蔵ま
たは冷却効果を与える。吸着リアクタへのおよびそれか
らの冷媒の流れの制御はたとえばチェックバルブまたは
背圧制御バルブを用いた受動的なものであってもよく、
また冷媒の流れはたとえばソレノイドバルブまたはモー
タもしくは圧力により操作されるバルブを用いて能動的
に制御されてもよい。発熱吸着反応中に生じた熱は収着
器を適当な吸着温度に維持するために除去される。吸着
リアクタが吸着を開始するために冷却される一方で、他
方の収着器はその中の吸着媒の蒸気が凝縮器の圧力より
も大きくなって凝縮器への冷媒脱着が開始されるまで加
熱される。脱着リアクタに供給される熱は、吸熱脱着を
引起こしシステムにおける熱の損失を克服するために必
要なエネルギを提供する。１つの収着半サイクルまたは
状態の終わりで、２つの収着器の役割は逆転される。
一方が吸着される間他方は脱着される、ここではリアク
タとも呼ばれる２つの収着器を組込んで、図１〜図10に
概略的に示される。吸着リアクタつまり吸着されるべき
収着器はその中の吸着媒の蒸気圧を下げるために室温近
くにまで冷却される。冷却された吸着媒の蒸気圧が蒸発
器の圧力より下がると、収着器は蒸発器から冷媒蒸気を
引く。蒸発器からのこの冷媒の流れはシステムの冷蔵ま
たは冷却効果を与える。吸着リアクタへのおよびそれか
らの冷媒の流れの制御はたとえばチェックバルブまたは
背圧制御バルブを用いた受動的なものであってもよく、
また冷媒の流れはたとえばソレノイドバルブまたはモー
タもしくは圧力により操作されるバルブを用いて能動的
に制御されてもよい。発熱吸着反応中に生じた熱は収着
器を適当な吸着温度に維持するために除去される。吸着
リアクタが吸着を開始するために冷却される一方で、他
方の収着器はその中の吸着媒の蒸気が凝縮器の圧力より
も大きくなって凝縮器への冷媒脱着が開始されるまで加
熱される。脱着リアクタに供給される熱は、吸熱脱着を
引起こしシステムにおける熱の損失を克服するために必
要なエネルギを提供する。１つの収着半サイクルまたは
状態の終わりで、２つの収着器の役割は逆転される。
図１〜図14に概略的に示されるシステムは、吸着中に
リアクタで生じる吸着熱を除去する装置および方法の発
明を示す。示されるさまざまな装置の実施例において、
システムは、吸着リアクタの温度以下で液体から気体へ
の相転移を有する熱伝達流体を利用する。液体または液
相と気相との混合物であってもよい熱伝達流体は、吸着
リアクタに向けられ、発熱吸着反応中に吸着媒との熱交
換伝達においてさらされる。発熱反応からの熱は熱伝達
流体に伝達され、それによってその液相の少なくとも一
部を蒸発させ熱を除去する。図示されるシステムは、吸
着リアクタから凝縮器への熱伝達流体の循環を設けるか
または補助する熱サイホン熱伝達ループを組込む。ここ
に用いられているように、熱サイホンという語は、リア
クタ冷却は液体熱伝達流体または冷媒の相転移から生
じ、その凝縮物は重力によってシステムの液体レベルに
戻される、任意のループまたはシステムを含むことが意
図される。システムは、システム冷媒を熱伝達流体とし
て用いるように設計されてもよく、またはさまざまな別
の組成の使用のために設計されてもよい。
リアクタで生じる吸着熱を除去する装置および方法の発
明を示す。示されるさまざまな装置の実施例において、
システムは、吸着リアクタの温度以下で液体から気体へ
の相転移を有する熱伝達流体を利用する。液体または液
相と気相との混合物であってもよい熱伝達流体は、吸着
リアクタに向けられ、発熱吸着反応中に吸着媒との熱交
換伝達においてさらされる。発熱反応からの熱は熱伝達
流体に伝達され、それによってその液相の少なくとも一
部を蒸発させ熱を除去する。図示されるシステムは、吸
着リアクタから凝縮器への熱伝達流体の循環を設けるか
または補助する熱サイホン熱伝達ループを組込む。ここ
に用いられているように、熱サイホンという語は、リア
クタ冷却は液体熱伝達流体または冷媒の相転移から生
じ、その凝縮物は重力によってシステムの液体レベルに
戻される、任意のループまたはシステムを含むことが意
図される。システムは、システム冷媒を熱伝達流体とし
て用いるように設計されてもよく、またはさまざまな別
の組成の使用のために設計されてもよい。
ここに示されるさまざまなシステムにおいては、収着
器つまりリアクタは内部および／または外部の熱伝達面
を組込んでもよいことが理解される。凝縮器は自然のま
たは強制的な（ファン）対流冷却を組込んでもよい。毛
細管、膨張バルブ、オリフィス、多孔性介在物などのよ
うなさまざまなタイプの膨張装置が蒸発器入口に用いら
れてもよい。チェックバルブまたは一方向バルブはソレ
ノイドのような能動制御バルブに置換えられてもよい。
脱着反応を引起こすための加熱器要素は、示されるよう
に、または収着器に固定されるように、熱伝達面に取付
けられてもよい。加熱手段は、電気抵抗ワイヤもしくは
ヒータを含んでもよく、または熱伝導液体もしくは熱湯
もしくは蒸気チューブもしくは燃焼の熱いガスを向ける
ための煙道ガスチューブ、放射加熱、もしくは熱伝導の
任意の他の好適な方法を用いてもよい。したがって、特
定の装置構成要素は例示の目的で示されるだけであっ
て、発明は、そのように述べられない限り、例に限定さ
れることを意図するものではない。
器つまりリアクタは内部および／または外部の熱伝達面
を組込んでもよいことが理解される。凝縮器は自然のま
たは強制的な（ファン）対流冷却を組込んでもよい。毛
細管、膨張バルブ、オリフィス、多孔性介在物などのよ
うなさまざまなタイプの膨張装置が蒸発器入口に用いら
れてもよい。チェックバルブまたは一方向バルブはソレ
ノイドのような能動制御バルブに置換えられてもよい。
脱着反応を引起こすための加熱器要素は、示されるよう
に、または収着器に固定されるように、熱伝達面に取付
けられてもよい。加熱手段は、電気抵抗ワイヤもしくは
ヒータを含んでもよく、または熱伝導液体もしくは熱湯
もしくは蒸気チューブもしくは燃焼の熱いガスを向ける
ための煙道ガスチューブ、放射加熱、もしくは熱伝導の
任意の他の好適な方法を用いてもよい。したがって、特
定の装置構成要素は例示の目的で示されるだけであっ
て、発明は、そのように述べられない限り、例に限定さ
れることを意図するものではない。
図１には固体蒸気収着システムが示される。このシス
テムは、リアクタ10が脱着される一方でリアクタ20は吸
着される半サイクルで示される。リアクタ10は前に説明
されたように吸熱脱着反応を引起こすために必要な熱を
与えるために活性化された加熱要素13によって加熱され
る。リアクタ20の熱伝達面は導管40および41を介して凝
縮器12と連通する。例示されるシステムにおいては、冷
媒は、固体吸着媒に吸着および脱着されるガス性反応物
として、およびリアクタを冷却するための熱伝達流体と
して用いられる。図１および図３〜図11の概略的に示さ
れる装置において、さまざまな導管における矢印は前述
の半サイクル中の冷媒の流れの方向を示す。中央がはっ
きりとしたまたは白い矢印は蒸気冷媒の流れを示し、ケ
バの付いた矢印は２相冷媒の流れを示し、中央が一様に
黒い矢印は液体冷媒の流れを示す。リアクタ10,20の下
の配管は、ほぼレベル99まで液体冷媒で満たされる。
テムは、リアクタ10が脱着される一方でリアクタ20は吸
着される半サイクルで示される。リアクタ10は前に説明
されたように吸熱脱着反応を引起こすために必要な熱を
与えるために活性化された加熱要素13によって加熱され
る。リアクタ20の熱伝達面は導管40および41を介して凝
縮器12と連通する。例示されるシステムにおいては、冷
媒は、固体吸着媒に吸着および脱着されるガス性反応物
として、およびリアクタを冷却するための熱伝達流体と
して用いられる。図１および図３〜図11の概略的に示さ
れる装置において、さまざまな導管における矢印は前述
の半サイクル中の冷媒の流れの方向を示す。中央がはっ
きりとしたまたは白い矢印は蒸気冷媒の流れを示し、ケ
バの付いた矢印は２相冷媒の流れを示し、中央が一様に
黒い矢印は液体冷媒の流れを示す。リアクタ10,20の下
の配管は、ほぼレベル99まで液体冷媒で満たされる。
リアクタ10のヒータ要素13が活性化されると、収着媒
はその蒸気圧が凝縮器12の圧力より大きくなるまで加熱
される。このとき、冷媒の蒸気は、リアクタ10からパイ
プ23およびチェックバルブ37を介して、リアクタ20の熱
伝達チューブ17に接続される垂直チューブ22に流れる。
垂直チューブ22に流れ込む蒸気は「バブルポンプ」効果
を生じてチューブに留まっている液体媒体を熱伝達チュ
ーブ17の熱伝達面に上昇させる。したがって、リアクタ
20に向けられる熱伝達液体は液体および蒸気の相の冷媒
の混合物である。液体冷媒がリアクタの熱伝達面で完全
にまたは部分的に蒸発すると、それはリアクタ20を凝縮
器の温度近くにまで冷却して、収着器での冷媒の吸着が
開始される。発熱吸着反応により生じた熱は蒸発する冷
媒によって除去され、収着器は凝縮器温度の２〜３℃内
に維持される。リアクタ20を出た２相冷媒混合物は典型
的には配管においてＴである分離器39に送られ、冷媒の
蒸気部分はパイプ41を介して凝縮器12に送られ、液体冷
媒部分はライン42を介してリアクタ10,20の下の配管に
戻される。蒸気となった冷媒は、凝縮器12において凝縮
され、パイプ21を介して下側の配管で液体に戻される。
下側配管44の液体冷媒は、さらに、パイプ26を介して膨
張バルブ35を通り蒸発器14に与えられる。蒸気器からの
ガス性冷媒はパイプ24を介してリアクタ10,20に送り込
まれる。一方向バルブ31および33は吸着反応状態中に冷
媒をリアクタに向ける。上述の半サイクルの完了後、リ
アクタ10の加熱要素13は非活性化され、かつリアクタ20
の加熱要素36は活性化されて、リアクタの機能は逆転す
る。リアクタ12の吸着媒が脱着を開始するのに十分なほ
ど加熱されると、バブルポンプ18はリアクタ10を冷却す
るために活性化され、その時点でそこでの吸着が開始さ
れる。冷媒を吸着リアクタに送り込み、凝縮器に向け、
およびバブルポンプを介してリアクタに戻す、閉じた導
管ループは、前に述べた熱サイホンを形成する。
はその蒸気圧が凝縮器12の圧力より大きくなるまで加熱
される。このとき、冷媒の蒸気は、リアクタ10からパイ
プ23およびチェックバルブ37を介して、リアクタ20の熱
伝達チューブ17に接続される垂直チューブ22に流れる。
垂直チューブ22に流れ込む蒸気は「バブルポンプ」効果
を生じてチューブに留まっている液体媒体を熱伝達チュ
ーブ17の熱伝達面に上昇させる。したがって、リアクタ
20に向けられる熱伝達液体は液体および蒸気の相の冷媒
の混合物である。液体冷媒がリアクタの熱伝達面で完全
にまたは部分的に蒸発すると、それはリアクタ20を凝縮
器の温度近くにまで冷却して、収着器での冷媒の吸着が
開始される。発熱吸着反応により生じた熱は蒸発する冷
媒によって除去され、収着器は凝縮器温度の２〜３℃内
に維持される。リアクタ20を出た２相冷媒混合物は典型
的には配管においてＴである分離器39に送られ、冷媒の
蒸気部分はパイプ41を介して凝縮器12に送られ、液体冷
媒部分はライン42を介してリアクタ10,20の下の配管に
戻される。蒸気となった冷媒は、凝縮器12において凝縮
され、パイプ21を介して下側の配管で液体に戻される。
下側配管44の液体冷媒は、さらに、パイプ26を介して膨
張バルブ35を通り蒸発器14に与えられる。蒸気器からの
ガス性冷媒はパイプ24を介してリアクタ10,20に送り込
まれる。一方向バルブ31および33は吸着反応状態中に冷
媒をリアクタに向ける。上述の半サイクルの完了後、リ
アクタ10の加熱要素13は非活性化され、かつリアクタ20
の加熱要素36は活性化されて、リアクタの機能は逆転す
る。リアクタ12の吸着媒が脱着を開始するのに十分なほ
ど加熱されると、バブルポンプ18はリアクタ10を冷却す
るために活性化され、その時点でそこでの吸着が開始さ
れる。冷媒を吸着リアクタに送り込み、凝縮器に向け、
およびバブルポンプを介してリアクタに戻す、閉じた導
管ループは、前に述べた熱サイホンを形成する。
しばしばガスリフトポンプと呼ばれる、吸着リアクタ
に凝縮された冷却媒体を与えるために用いられるバブル
ポンプは、上述し図１に示されたように、対向するリア
クタから脱着された蒸気によって駆動されてもよく、ま
たはポンプの垂直ライザ上の、典型的には電気的な、ヒ
ータにより駆動されてもよい。ヒータは、垂直もしくは
ほとんど垂直なチューブまたはパイプの上に、かつ液体
レベルの下に位置しなければならない。液体冷媒ライン
に位置するこのようなヒータは蒸気を発生して、垂直ラ
イザ中の冷却媒体の密度をシステムの他の部分に留まっ
ている液体に対して減少させる。したがって、密度が減
少した冷却媒体および蒸気は上方に流れてポンプ作用を
生ずる。バブルポンプの活性化のために、脱着された蒸
気ではなくヒータを用いることの利点は、対向するリア
クタが脱着温度および圧力に加熱される前にそれがリア
クタの冷却および吸着を開始させるという点である。こ
の利点は、結果的に、加熱および冷却の総時間を短縮
し、ならびにシステムの冷却力を全体的に増大させる。
同じ効果は、ヒータが液体熱伝達流体または冷媒のチュ
ーブで蒸気を発生しチェックバルブがシステムの液体リ
ザーバへの逆流を防止して吸着リアクタの熱伝達面方向
に冷却媒体の流れを強制する蒸気ポンプでも達成され得
る。チェックバルブを有すれば、ヒータは垂直ライザに
ある必要はなく、向きの感度は大きく低減され、ポンプ
に供給するのに必要は液体水頭はより少なくて済む。こ
のような特徴は、ヒータ47および49が液体リザーバ71か
らの導管に沿ってチェックバルブ11および13から下流に
位置される図３に示される。
に凝縮された冷却媒体を与えるために用いられるバブル
ポンプは、上述し図１に示されたように、対向するリア
クタから脱着された蒸気によって駆動されてもよく、ま
たはポンプの垂直ライザ上の、典型的には電気的な、ヒ
ータにより駆動されてもよい。ヒータは、垂直もしくは
ほとんど垂直なチューブまたはパイプの上に、かつ液体
レベルの下に位置しなければならない。液体冷媒ライン
に位置するこのようなヒータは蒸気を発生して、垂直ラ
イザ中の冷却媒体の密度をシステムの他の部分に留まっ
ている液体に対して減少させる。したがって、密度が減
少した冷却媒体および蒸気は上方に流れてポンプ作用を
生ずる。バブルポンプの活性化のために、脱着された蒸
気ではなくヒータを用いることの利点は、対向するリア
クタが脱着温度および圧力に加熱される前にそれがリア
クタの冷却および吸着を開始させるという点である。こ
の利点は、結果的に、加熱および冷却の総時間を短縮
し、ならびにシステムの冷却力を全体的に増大させる。
同じ効果は、ヒータが液体熱伝達流体または冷媒のチュ
ーブで蒸気を発生しチェックバルブがシステムの液体リ
ザーバへの逆流を防止して吸着リアクタの熱伝達面方向
に冷却媒体の流れを強制する蒸気ポンプでも達成され得
る。チェックバルブを有すれば、ヒータは垂直ライザに
ある必要はなく、向きの感度は大きく低減され、ポンプ
に供給するのに必要は液体水頭はより少なくて済む。こ
のような特徴は、ヒータ47および49が液体リザーバ71か
らの導管に沿ってチェックバルブ11および13から下流に
位置される図３に示される。
バブルポンプ蒸気送り装置は液体冷媒レベル下にいく
ぶん水没していなければならず、その一方でバブルポン
プ出口でのリアクタ熱交換面への入口は水没してはなら
ないため、図１に示されるシステムは向きに敏感であろ
う。このような向きの感度は、図２に示されるように、
旋回または可撓性コネクタでバブルポンプを接続するこ
とにより実質的に低減される。図示されるように、バブ
ルポンプ15は、コネクタ下の接続されるパイプの下方部
分をリザーバ27の中に液体レベル99下に垂直に懸吊させ
る、パイプ23および22にそれぞれ沿った可撓性または旋
回するコネクタ19および29の対を設ける。
ぶん水没していなければならず、その一方でバブルポン
プ出口でのリアクタ熱交換面への入口は水没してはなら
ないため、図１に示されるシステムは向きに敏感であろ
う。このような向きの感度は、図２に示されるように、
旋回または可撓性コネクタでバブルポンプを接続するこ
とにより実質的に低減される。図示されるように、バブ
ルポンプ15は、コネクタ下の接続されるパイプの下方部
分をリザーバ27の中に液体レベル99下に垂直に懸吊させ
る、パイプ23および22にそれぞれ沿った可撓性または旋
回するコネクタ19および29の対を設ける。
図４は、実質的には図１に示されるものと同じ設計で
はあるが、リアクタに冷却液を送るためのイジェクタを
組込む、固体蒸気吸着システムを示す。示されるシステ
ムにおいて、インジェクタと呼ばれることもあるイジェ
クタ51および53は、蒸気冷媒気流の運動エネルギを、リ
アクタに液体冷媒をポンピングするための圧力ヘッドに
変換する。バブルポンプに対するイジェクタの利点に
は、好ましくは円錐形もしくは球形の底部を有する液体
リザーバ50、またはイジェクタが任意の所望される傾斜
で水没する高い円筒形リザーバを用いることによる向き
に対する感度の低減と、より強力なポンピングと、冷却
されるべきリアクタへの２相混合物ではなく液体の運搬
とが含まれる。リザーバの底部でイジェクタと協働す
る、旋回するまたは可撓性の降水管は、向きの感度をさ
らに低減するのに用いられるだろう。
はあるが、リアクタに冷却液を送るためのイジェクタを
組込む、固体蒸気吸着システムを示す。示されるシステ
ムにおいて、インジェクタと呼ばれることもあるイジェ
クタ51および53は、蒸気冷媒気流の運動エネルギを、リ
アクタに液体冷媒をポンピングするための圧力ヘッドに
変換する。バブルポンプに対するイジェクタの利点に
は、好ましくは円錐形もしくは球形の底部を有する液体
リザーバ50、またはイジェクタが任意の所望される傾斜
で水没する高い円筒形リザーバを用いることによる向き
に対する感度の低減と、より強力なポンピングと、冷却
されるべきリアクタへの２相混合物ではなく液体の運搬
とが含まれる。リザーバの底部でイジェクタと協働す
る、旋回するまたは可撓性の降水管は、向きの感度をさ
らに低減するのに用いられるだろう。
図５、図６および図７はいずれかのリアクタを冷却す
るための相転移熱サイホンループを用いる収着システム
である。脱着中のリアクタの熱サイホンループはリアク
タ内で発生される圧力により非活性化される。非活性化
はすべての液体の熱伝達流体を熱サイホンループから強
制的に出すことによって達成される。図５および図６に
おいては、システム冷媒はさらに熱伝達流体であり、一
方図７においてはシステムは異なる冷媒および熱伝達流
体組成を用いる。
るための相転移熱サイホンループを用いる収着システム
である。脱着中のリアクタの熱サイホンループはリアク
タ内で発生される圧力により非活性化される。非活性化
はすべての液体の熱伝達流体を熱サイホンループから強
制的に出すことによって達成される。図５および図６に
おいては、システム冷媒はさらに熱伝達流体であり、一
方図７においてはシステムは異なる冷媒および熱伝達流
体組成を用いる。
図５において、図示される概略システムは、エネルギ
を凝縮器に伝達するための、圧力により非活性化される
熱サイホンである。示される半サイクルにおいて、リア
クタ10はヒータ要素13が活性化される状態で脱着され、
リアクタ20はそのヒータが非活性化される状態で吸着さ
れる。バルブ63および66は能動的に制御される。バルブ
63が閉じられると、リアクタ10の熱伝達チューブ16は凝
縮器12と連通せず、したがって、熱により発生される圧
力は液体冷媒を熱伝達チューブから強制的に追い出し導
管77を介してリアクタ20の熱伝達チューブに送り込む。
熱サイホン回路を非活性化するための初期圧力は、リア
クタヒータによるか、または非活性化を開始するのに十
分なほどループ内の蒸気圧を増大させるほど十分長く活
性化されてもよい、熱サイホンループに位置する補助ヒ
ータによって与えられる。しかしながら、一旦脱着が始
まると、脱着された蒸気の圧力は非活性化された回路を
維持し、それによって、熱伝達チューブにおいて圧力を
維持するのに消費されるヒータのエネルギを最小限にす
る。バルブ66が開くと、冷媒はリアクタ20を通って凝縮
器に送られ、リアクタ20における液体冷媒の蒸発はそれ
を吸着温度にまで冷却し、それによってそこでの吸着が
開始される。冷媒蒸発は次いで吸着の熱の除去を継続す
る。したがって、開いたバルブ66はリアクタ20と凝縮器
との間で相転移熱サイホン熱伝達ループを活性化し、閉
じたバルブ63は、既に説明したように、脱着リアクタで
発生された圧力のためリアクタ10上の熱サイホンループ
を非活性化する。前述の半サイクルの終わりで、リアク
タ20のヒータは脱着を開始するために活性化され、バル
ブ66は閉じられ、リアクタ10のヒータは非活性化され、
バルブ63は開かれて、２つのリアクタの役割は逆転され
る。両方の状態または半サイクルにおいて、冷媒の流れ
はバルブ31、33、62および65によって制御される。これ
らのバルブは、一方向チェックバルブであってもよく、
または能動的に操作されてもよい。能動的に操作または
作動されるバルブ63および66は、ヒータを活性化および
非活性化するのに用いられるのと同じ制御回路で順序付
けられるソレノイドバルブであってもよい。代替的に、
能動的に制御されるバルブは、空気の圧力によるか、ま
たは脱着リアクタで発生する冷媒の蒸気圧によって駆動
される、ピストン操作のバルブであってもよい。
を凝縮器に伝達するための、圧力により非活性化される
熱サイホンである。示される半サイクルにおいて、リア
クタ10はヒータ要素13が活性化される状態で脱着され、
リアクタ20はそのヒータが非活性化される状態で吸着さ
れる。バルブ63および66は能動的に制御される。バルブ
63が閉じられると、リアクタ10の熱伝達チューブ16は凝
縮器12と連通せず、したがって、熱により発生される圧
力は液体冷媒を熱伝達チューブから強制的に追い出し導
管77を介してリアクタ20の熱伝達チューブに送り込む。
熱サイホン回路を非活性化するための初期圧力は、リア
クタヒータによるか、または非活性化を開始するのに十
分なほどループ内の蒸気圧を増大させるほど十分長く活
性化されてもよい、熱サイホンループに位置する補助ヒ
ータによって与えられる。しかしながら、一旦脱着が始
まると、脱着された蒸気の圧力は非活性化された回路を
維持し、それによって、熱伝達チューブにおいて圧力を
維持するのに消費されるヒータのエネルギを最小限にす
る。バルブ66が開くと、冷媒はリアクタ20を通って凝縮
器に送られ、リアクタ20における液体冷媒の蒸発はそれ
を吸着温度にまで冷却し、それによってそこでの吸着が
開始される。冷媒蒸発は次いで吸着の熱の除去を継続す
る。したがって、開いたバルブ66はリアクタ20と凝縮器
との間で相転移熱サイホン熱伝達ループを活性化し、閉
じたバルブ63は、既に説明したように、脱着リアクタで
発生された圧力のためリアクタ10上の熱サイホンループ
を非活性化する。前述の半サイクルの終わりで、リアク
タ20のヒータは脱着を開始するために活性化され、バル
ブ66は閉じられ、リアクタ10のヒータは非活性化され、
バルブ63は開かれて、２つのリアクタの役割は逆転され
る。両方の状態または半サイクルにおいて、冷媒の流れ
はバルブ31、33、62および65によって制御される。これ
らのバルブは、一方向チェックバルブであってもよく、
または能動的に操作されてもよい。能動的に操作または
作動されるバルブ63および66は、ヒータを活性化および
非活性化するのに用いられるのと同じ制御回路で順序付
けられるソレノイドバルブであってもよい。代替的に、
能動的に制御されるバルブは、空気の圧力によるか、ま
たは脱着リアクタで発生する冷媒の蒸気圧によって駆動
される、ピストン操作のバルブであってもよい。
圧力により非活性化される熱サイホンシステムの別の
変形例は図６に示される。この図示されるシステムは連
通するリアクタにおける圧力によって制御される三方向
バルブ72および73を用いる。バルブ72および73は、ばね
により操作される、それぞれのリアクタと凝縮器12との
間で連通する３ポートバルブである。リアクタ圧力が凝
縮器圧力よりも小さいかまたはそれと等しいと、弁体79
は、脱着冷媒出口パイプと凝縮器との間の連通を閉じ、
リアクタの熱伝達回路を凝縮器に開く状態にされる。バ
ルブ73はその状態で示される。リアクタが脱着のために
加熱されると、上昇するリアクタ圧力は弁体を強制的に
反対方向にし、凝縮器との熱伝達回路の連通を閉じ、リ
アクタの熱伝達チューブ16からの液体冷媒を導管77を介
してリアクタ20の熱伝達チューブ17に強制的に送るため
に脱着冷媒を送る。図５および図６に示される２つのシ
ステムにおいて、それぞれのリアクタと凝縮器との間で
連通する作動されたバルブは好ましくは、リアクタのヒ
ータが活性化されるとすぐにリアクタと凝縮器との間の
直接的連通が閉じられるように操作される。このような
操作は、バルブが閉じてチューブから冷媒を強制的に送
る前にリアクタの熱伝達チューブ内の液体冷媒が蒸発さ
れないことを保証する。この目的のためには、正に所望
される時間に閉じられ得る、電気的に作動されるバルブ
が好ましい。そのようなタイミングが望まれるのは、エ
ネルギ消費を最小限にするためである。再び図５を参照
すると、リアクタ10において脱着圧力に達する前にバル
ブ63が閉じられると、熱伝達チューブ16の冷媒の加熱は
結果的にそこでの蒸気圧を増大させて、リアクタ圧力か
らの補助なしでリアクタの熱伝達部から液体冷媒を強制
的に送る。
変形例は図６に示される。この図示されるシステムは連
通するリアクタにおける圧力によって制御される三方向
バルブ72および73を用いる。バルブ72および73は、ばね
により操作される、それぞれのリアクタと凝縮器12との
間で連通する３ポートバルブである。リアクタ圧力が凝
縮器圧力よりも小さいかまたはそれと等しいと、弁体79
は、脱着冷媒出口パイプと凝縮器との間の連通を閉じ、
リアクタの熱伝達回路を凝縮器に開く状態にされる。バ
ルブ73はその状態で示される。リアクタが脱着のために
加熱されると、上昇するリアクタ圧力は弁体を強制的に
反対方向にし、凝縮器との熱伝達回路の連通を閉じ、リ
アクタの熱伝達チューブ16からの液体冷媒を導管77を介
してリアクタ20の熱伝達チューブ17に強制的に送るため
に脱着冷媒を送る。図５および図６に示される２つのシ
ステムにおいて、それぞれのリアクタと凝縮器との間で
連通する作動されたバルブは好ましくは、リアクタのヒ
ータが活性化されるとすぐにリアクタと凝縮器との間の
直接的連通が閉じられるように操作される。このような
操作は、バルブが閉じてチューブから冷媒を強制的に送
る前にリアクタの熱伝達チューブ内の液体冷媒が蒸発さ
れないことを保証する。この目的のためには、正に所望
される時間に閉じられ得る、電気的に作動されるバルブ
が好ましい。そのようなタイミングが望まれるのは、エ
ネルギ消費を最小限にするためである。再び図５を参照
すると、リアクタ10において脱着圧力に達する前にバル
ブ63が閉じられると、熱伝達チューブ16の冷媒の加熱は
結果的にそこでの蒸気圧を増大させて、リアクタ圧力か
らの補助なしでリアクタの熱伝達部から液体冷媒を強制
的に送る。
図５および図６に示される装置は、リアクタの熱伝達
部を通過することなく、脱着された冷媒蒸気を凝縮器に
直接送るために修正されてもよい。したがってたとえば
図５においては、導管61および64は上の、つまりバルブ
63および66からそれぞれ上流の導管59と連通することに
なる。一方向バルブ62および65は、脱着された冷媒を凝
縮器12に送るために、センサがリアクタのヒータに接続
される、サーモスタットで操作されるバルブを用いるこ
とによって置き換えられてもよい。代替的に、ソレノイ
ドバルブが同じ目的で用いられてもよい。図６の装置も
同様に修正されてもよい。
部を通過することなく、脱着された冷媒蒸気を凝縮器に
直接送るために修正されてもよい。したがってたとえば
図５においては、導管61および64は上の、つまりバルブ
63および66からそれぞれ上流の導管59と連通することに
なる。一方向バルブ62および65は、脱着された冷媒を凝
縮器12に送るために、センサがリアクタのヒータに接続
される、サーモスタットで操作されるバルブを用いるこ
とによって置き換えられてもよい。代替的に、ソレノイ
ドバルブが同じ目的で用いられてもよい。図６の装置も
同様に修正されてもよい。
図７に示される実施例では、圧力により非活性化され
る熱サイホンシステムは、別個の冷媒および冷却媒体
（熱伝達流体）凝縮器ならびに関連の流体ループを利用
する。このようなシステム設計は、改善された熱伝達特
性を有する熱伝達流体の利用を可能にするために、また
はシステムの熱伝達構成要素においてさまざまな圧力を
用いることを可能にするために、冷媒の保管を最小限に
することが望ましい、冷却流体およびシステム冷媒の両
方に単一の組成を用いかつ１つの凝縮器しか要しない前
述のシステムよりも好ましいであろう。そのようなシス
テムに対して有用な熱伝達流体の例には、水、アルコー
ル、軽炭化水素、熱伝達油、およびDOWTHERM R相転移熱
伝達媒体が含まれる。
る熱サイホンシステムは、別個の冷媒および冷却媒体
（熱伝達流体）凝縮器ならびに関連の流体ループを利用
する。このようなシステム設計は、改善された熱伝達特
性を有する熱伝達流体の利用を可能にするために、また
はシステムの熱伝達構成要素においてさまざまな圧力を
用いることを可能にするために、冷媒の保管を最小限に
することが望ましい、冷却流体およびシステム冷媒の両
方に単一の組成を用いかつ１つの凝縮器しか要しない前
述のシステムよりも好ましいであろう。そのようなシス
テムに対して有用な熱伝達流体の例には、水、アルコー
ル、軽炭化水素、熱伝達油、およびDOWTHERM R相転移熱
伝達媒体が含まれる。
図７において、バルブ60および67は脱着中においてそ
れらのそれぞれのリアクタの熱サイホンを非活性化する
ために閉じられる。したがって、リアクタ10の脱着の半
サイクル中、ヒータ13は活性化される状態で、増大した
蒸気圧は液体冷却媒体をリアクタの熱伝達チューブ16か
ら強制的に送り出す。バルブ60および67は、電気的に、
サーモスタットで、または圧力活性化を用いて操作され
てもよい。前に論じたように、蒸発する冷却媒体を通し
た熱の損失を最小限にするために、リアクタを冷却媒体
凝縮器12と連通させるバルブは脱着反応ヒータを活性化
する前に閉じられることが望ましい。そのような目的の
ためには、電気的にまたはサーモスタットで操作される
バルブが好ましい。補助ヒータが、熱サイホンループに
設けられ、リアクタの加熱からの圧力によって行き渡る
のに十分な蒸気圧が生ずるまでループを非活性化するほ
ど十分長く活性化されてもよい。図示されるシステムで
は、脱着リアクタからの脱着された冷媒蒸気を凝縮する
ために別の凝縮器55が用いられる。凝縮された冷媒は導
管58および膨張バルブ35を通して蒸発器14に向けられ、
その一方で凝縮された冷却媒体は導管21を介してリアク
タに送られる。蒸発した冷媒は、示される半サイクル
で、導管24、バルブ33を介し導管46を通ってリアクタ20
に送られる。ここでも、記載されるプロセスの終わり
で、２つのリアクタの機能は逆転される。大凡の冷却媒
体（熱伝達流体）フィルレベル99がさらに図示される。
れらのそれぞれのリアクタの熱サイホンを非活性化する
ために閉じられる。したがって、リアクタ10の脱着の半
サイクル中、ヒータ13は活性化される状態で、増大した
蒸気圧は液体冷却媒体をリアクタの熱伝達チューブ16か
ら強制的に送り出す。バルブ60および67は、電気的に、
サーモスタットで、または圧力活性化を用いて操作され
てもよい。前に論じたように、蒸発する冷却媒体を通し
た熱の損失を最小限にするために、リアクタを冷却媒体
凝縮器12と連通させるバルブは脱着反応ヒータを活性化
する前に閉じられることが望ましい。そのような目的の
ためには、電気的にまたはサーモスタットで操作される
バルブが好ましい。補助ヒータが、熱サイホンループに
設けられ、リアクタの加熱からの圧力によって行き渡る
のに十分な蒸気圧が生ずるまでループを非活性化するほ
ど十分長く活性化されてもよい。図示されるシステムで
は、脱着リアクタからの脱着された冷媒蒸気を凝縮する
ために別の凝縮器55が用いられる。凝縮された冷媒は導
管58および膨張バルブ35を通して蒸発器14に向けられ、
その一方で凝縮された冷却媒体は導管21を介してリアク
タに送られる。蒸発した冷媒は、示される半サイクル
で、導管24、バルブ33を介し導管46を通ってリアクタ20
に送られる。ここでも、記載されるプロセスの終わり
で、２つのリアクタの機能は逆転される。大凡の冷却媒
体（熱伝達流体）フィルレベル99がさらに図示される。
図８、図９および図10においては、図５〜図７に示さ
れる圧力により非活性化される熱サイホンシステムとは
対照的に、脱着圧力が熱伝達ループを活性化する、圧力
により活性化される熱サイホンを用いる収着システムが
示される。圧力により活性化される熱サイホンはリアク
タ間の熱伝達の活性化を与え、つまり一方のリアクタが
他方のリアクタにおける熱の除去を活性化する。このよ
うなシステムの利点は、熱伝達非活性化により生じるタ
イミングの問題点が低減されまたは除去されること、お
よび熱伝達ループの非活性化に先立つ冷媒蒸発によりヒ
ータのエネルギの損失が除去されることである。
れる圧力により非活性化される熱サイホンシステムとは
対照的に、脱着圧力が熱伝達ループを活性化する、圧力
により活性化される熱サイホンを用いる収着システムが
示される。圧力により活性化される熱サイホンはリアク
タ間の熱伝達の活性化を与え、つまり一方のリアクタが
他方のリアクタにおける熱の除去を活性化する。このよ
うなシステムの利点は、熱伝達非活性化により生じるタ
イミングの問題点が低減されまたは除去されること、お
よび熱伝達ループの非活性化に先立つ冷媒蒸発によりヒ
ータのエネルギの損失が除去されることである。
図８に示される圧力により活性化される熱サイホンシ
ステムは、冷却媒体または熱伝達流体でもある冷媒を凝
縮するための還流型凝縮器70を組込む。図示される半サ
イクルの操作において、リアクタ90は、蒸発した冷媒が
そこから一方向バルブ91および導管96を通り、リザーバ
85を通り導管97を介してリアクタ80の熱伝達面に向けら
れる状態で脱着されている。リアクタおよび脱着された
冷媒からの圧力は液体冷媒をリサーバ85からリアクタ80
の熱伝達面48に強制的に送り、そこでそれは蒸発して吸
着の熱を除去するためにリアクタを冷却する。凝縮器70
で凝縮された冷媒蒸気は連続冷却のためにリアクタ80に
戻る。加熱要素92および98はそれぞれのリアクタに図示
され、示される半サイクルのための液体レベル99も示さ
れる。毛細管83または同等の膨張装置は液体冷媒を膨張
させ導管87を介して吸着リアクタに送るために蒸発器14
に向ける。
ステムは、冷却媒体または熱伝達流体でもある冷媒を凝
縮するための還流型凝縮器70を組込む。図示される半サ
イクルの操作において、リアクタ90は、蒸発した冷媒が
そこから一方向バルブ91および導管96を通り、リザーバ
85を通り導管97を介してリアクタ80の熱伝達面に向けら
れる状態で脱着されている。リアクタおよび脱着された
冷媒からの圧力は液体冷媒をリサーバ85からリアクタ80
の熱伝達面48に強制的に送り、そこでそれは蒸発して吸
着の熱を除去するためにリアクタを冷却する。凝縮器70
で凝縮された冷媒蒸気は連続冷却のためにリアクタ80に
戻る。加熱要素92および98はそれぞれのリアクタに図示
され、示される半サイクルのための液体レベル99も示さ
れる。毛細管83または同等の膨張装置は液体冷媒を膨張
させ導管87を介して吸着リアクタに送るために蒸発器14
に向ける。
図８に示される単一の還流型凝縮器システムに対する
代替物は、凝縮された冷媒のための、および熱サイホン
を設けるための別個のリターンレッグを利用してもよ
い。そのような実施例は図９に示され、図示される半サ
イクルにおいてリアクタ90は冷媒を脱着しリアクタ80は
吸着する。リアクタ80に送られた液体冷媒は熱伝達部48
の熱伝達面に沿って熱伝達により蒸発し、蒸発した冷媒
は凝縮器95に送られる。図８に示されるシステムは、両
側間の流体の移動を防止するために、図９に示されるよ
うに、蒸発器14に送るためのチェックバルブおよび１つ
の膨張装置をさらに組込んでもよい。
代替物は、凝縮された冷媒のための、および熱サイホン
を設けるための別個のリターンレッグを利用してもよ
い。そのような実施例は図９に示され、図示される半サ
イクルにおいてリアクタ90は冷媒を脱着しリアクタ80は
吸着する。リアクタ80に送られた液体冷媒は熱伝達部48
の熱伝達面に沿って熱伝達により蒸発し、蒸発した冷媒
は凝縮器95に送られる。図８に示されるシステムは、両
側間の流体の移動を防止するために、図９に示されるよ
うに、蒸発器14に送るためのチェックバルブおよび１つ
の膨張装置をさらに組込んでもよい。
システム冷媒以外の冷却媒体または熱伝達流体が用い
られるシステムを図示するさらに別の代替例が図10に示
される。この実施例においては、圧力により活性化され
る熱サイホンシステムは、冷媒と冷却媒体とを混合する
ことなく圧力を用いて液体冷却媒体を移動させる、リザ
ーバの仕切板を組込む。図示される半サイクルにおい
て、リアクタ90からの圧力を用いて、脱着された冷媒は
導管108を通ってリザーバ101に送られ、そこでそれは仕
切板116に液体冷却媒体を下側キャビティ117から移動さ
せて導管114を介してリアクタ80に送り込ませる。ここ
でも、蒸発した液体冷却媒体は冷却媒体凝縮器95に向け
られ、凝縮された液体はリザーバ101に戻される。リア
クタ80で吸着された冷媒は蒸発器14からそこへ送られ、
リアクタからの脱着された冷媒の一部は分離されて導管
108から導管115と一方向バルブ107と導管109とを介して
冷媒凝縮器110に送られる、他の可動インタフェース手
段が図示される仕切板と置き換えられてもよい。たとえ
ば、ベローズまたはピストンなどが、ガス圧力に応答し
て液体の熱伝達流体を移動させるために液体、ガスイン
タフェースで用いられてもよい。
られるシステムを図示するさらに別の代替例が図10に示
される。この実施例においては、圧力により活性化され
る熱サイホンシステムは、冷媒と冷却媒体とを混合する
ことなく圧力を用いて液体冷却媒体を移動させる、リザ
ーバの仕切板を組込む。図示される半サイクルにおい
て、リアクタ90からの圧力を用いて、脱着された冷媒は
導管108を通ってリザーバ101に送られ、そこでそれは仕
切板116に液体冷却媒体を下側キャビティ117から移動さ
せて導管114を介してリアクタ80に送り込ませる。ここ
でも、蒸発した液体冷却媒体は冷却媒体凝縮器95に向け
られ、凝縮された液体はリザーバ101に戻される。リア
クタ80で吸着された冷媒は蒸発器14からそこへ送られ、
リアクタからの脱着された冷媒の一部は分離されて導管
108から導管115と一方向バルブ107と導管109とを介して
冷媒凝縮器110に送られる、他の可動インタフェース手
段が図示される仕切板と置き換えられてもよい。たとえ
ば、ベローズまたはピストンなどが、ガス圧力に応答し
て液体の熱伝達流体を移動させるために液体、ガスイン
タフェースで用いられてもよい。
冷却媒体と同じかまたは異なるシステム冷媒を有す
る、圧力により活性化される熱サイホンシステムは、冷
却媒体リザーバにある小型ヒータで活性化されてもよ
い。したがって、圧力を発生させ冷却媒体を熱サイホン
ループに移動させるために、小型ヒータ89が図８および
図９に示されるシステムのリザーバ85および86に設けら
れてもよい。そのようなヒータを用いることの利点は、
脱着圧力が対向するリアクタに生ずる前に冷却および吸
着が開始され得て、全体的な冷却／加熱時間を短縮し、
正味のシステム冷却容量を増大する効果を伴うという点
である。図１のバブルポンプシステムのオプションとし
て前に述べたように、ヒータおよび脱着蒸気はタイミン
グの利点を与える一方でエネルギ消費を最小限にするた
めに組合せられてもよく、一旦脱着圧力が対向するリア
クタで生ずるとヒータは非活性化されるだろう。
る、圧力により活性化される熱サイホンシステムは、冷
却媒体リザーバにある小型ヒータで活性化されてもよ
い。したがって、圧力を発生させ冷却媒体を熱サイホン
ループに移動させるために、小型ヒータ89が図８および
図９に示されるシステムのリザーバ85および86に設けら
れてもよい。そのようなヒータを用いることの利点は、
脱着圧力が対向するリアクタに生ずる前に冷却および吸
着が開始され得て、全体的な冷却／加熱時間を短縮し、
正味のシステム冷却容量を増大する効果を伴うという点
である。図１のバブルポンプシステムのオプションとし
て前に述べたように、ヒータおよび脱着蒸気はタイミン
グの利点を与える一方でエネルギ消費を最小限にするた
めに組合せられてもよく、一旦脱着圧力が対向するリア
クタで生ずるとヒータは非活性化されるだろう。
リアクタを冷却するための熱サイホンループまたは回
路を備える熱の除去手段は米国特許第5,079,928号およ
び第5,263,330号に開示されるような多段システムを伴
って用いられてもよい。このような離散定圧多段システ
ムでは、熱サイホン熱伝達ループは隣接する上段および
下段リアクタのリアクタ間に設けられるだろう。たとえ
ば、３段システムにおいては、３つの熱サイホン熱伝達
ループが用いられ、１つは中段リアクタと上段リアクタ
との間で用いられ、１つは中段リアクタと下段リアクタ
との間で用いられ、１つは下段リアクタと凝縮器との間
で用いられるだろう。より上段のリアクタに対し、より
下段のリアクタは「ヒートシンク」または熱伝達流体凝
縮器として機能し、最下段リアクタは凝縮器自体への熱
を除去する。これらの熱サイホンループは、熱サイホン
熱伝達ループにおいて相転移伝達流体を用い、前述の米
国出願07/931,036に開示される二重回路熱伝達導管を設
けてもよい。３つ以上のリアクタのこのような複数段リ
アクタ熱伝達回路においては、最下段回路は、冷媒凝縮
器への熱伝達のためのシステム冷媒か、または異なる冷
却媒体および別個の凝縮器を用いてもよい。水のような
低圧冷媒が用いられるのでなければ、より上段のリアク
タは通常はシステム冷媒とは異なる冷却媒体を用いる。
路を備える熱の除去手段は米国特許第5,079,928号およ
び第5,263,330号に開示されるような多段システムを伴
って用いられてもよい。このような離散定圧多段システ
ムでは、熱サイホン熱伝達ループは隣接する上段および
下段リアクタのリアクタ間に設けられるだろう。たとえ
ば、３段システムにおいては、３つの熱サイホン熱伝達
ループが用いられ、１つは中段リアクタと上段リアクタ
との間で用いられ、１つは中段リアクタと下段リアクタ
との間で用いられ、１つは下段リアクタと凝縮器との間
で用いられるだろう。より上段のリアクタに対し、より
下段のリアクタは「ヒートシンク」または熱伝達流体凝
縮器として機能し、最下段リアクタは凝縮器自体への熱
を除去する。これらの熱サイホンループは、熱サイホン
熱伝達ループにおいて相転移伝達流体を用い、前述の米
国出願07/931,036に開示される二重回路熱伝達導管を設
けてもよい。３つ以上のリアクタのこのような複数段リ
アクタ熱伝達回路においては、最下段回路は、冷媒凝縮
器への熱伝達のためのシステム冷媒か、または異なる冷
却媒体および別個の凝縮器を用いてもよい。水のような
低圧冷媒が用いられるのでなければ、より上段のリアク
タは通常はシステム冷媒とは異なる冷却媒体を用いる。
図11には、２段離散定圧多段システムが図示される。
概略的に示されるこのシステムは、両段で用いられる、
圧力により活性化される熱サイホンループを組込み、図
７および図８に示されるシステムと設計において同様で
あることが注目される。例示されるシステムにおいて、
リアクタ110および120は下段（より冷たい）リアクタで
あり、リアクタ130および140は上段（より熱い）リアク
タである。さらに、リアクタ130および140は冷媒以外の
冷却媒体を用いる一方で、下段のリアクタ110および120
はシステム冷媒を凝縮器121への熱を除去するための冷
却媒体として用いることが注目される。下段のリアクタ
は、米国特許出願連続番号07/931,036号に例示され記載
されるような二重回路熱伝達部構成要素を組込んでもよ
い。代替的に、熱伝達部148は、リアクタ110および120
に概略的に示されるような、熱の除去流体を含む、より
大型のチューブ149内でうず巻状になった小型チューブ1
43における熱伝達流体凝縮のために設計されてもよい。
概略的に示されるこのシステムは、両段で用いられる、
圧力により活性化される熱サイホンループを組込み、図
７および図８に示されるシステムと設計において同様で
あることが注目される。例示されるシステムにおいて、
リアクタ110および120は下段（より冷たい）リアクタで
あり、リアクタ130および140は上段（より熱い）リアク
タである。さらに、リアクタ130および140は冷媒以外の
冷却媒体を用いる一方で、下段のリアクタ110および120
はシステム冷媒を凝縮器121への熱を除去するための冷
却媒体として用いることが注目される。下段のリアクタ
は、米国特許出願連続番号07/931,036号に例示され記載
されるような二重回路熱伝達部構成要素を組込んでもよ
い。代替的に、熱伝達部148は、リアクタ110および120
に概略的に示されるような、熱の除去流体を含む、より
大型のチューブ149内でうず巻状になった小型チューブ1
43における熱伝達流体凝縮のために設計されてもよい。
図11に示されるシステムは、リアクタ120が冷媒をを
脱着する一方でリアクタ140が冷媒を吸着する半サイク
ルを示す。多段のリアクタ110および130において、リア
クタ110は冷媒を吸着する一方でリアクタ130は脱着す
る。リアクタ130は冷媒蒸気をリザーバ101の膨張仕切板
116に送り、液体の熱伝達流体をそこで移動させる。熱
伝達流体は点刻で示される。液体の熱伝達流体はリアク
タ140に送られ、そこでそれは蒸発させられてリアクタ
を冷却する。そこから、蒸発した熱伝達流体は、下段の
リアクタ120に送られ、そこでより低い温度条件で凝縮
される。リアクタ120で脱着された蒸発した冷媒は、リ
バーザ138を通って送られ、導管144で液体の凝縮された
冷媒と混合する。この混合物は次いで、熱伝達冷却を与
えるために熱伝達部148で作られる活性化された熱サイ
ホンループによってリアクタ110に送られる。示される
装置およびシステムにおいては、冷媒蒸発器125はリア
クタのための蒸発した冷媒を与える。２段システムが例
示されていはいるが、この発明の熱サイホンループ熱伝
達の利点を利用するために任意の複数段のシステムが用
いられてもよいことが理解されるはずである。
脱着する一方でリアクタ140が冷媒を吸着する半サイク
ルを示す。多段のリアクタ110および130において、リア
クタ110は冷媒を吸着する一方でリアクタ130は脱着す
る。リアクタ130は冷媒蒸気をリザーバ101の膨張仕切板
116に送り、液体の熱伝達流体をそこで移動させる。熱
伝達流体は点刻で示される。液体の熱伝達流体はリアク
タ140に送られ、そこでそれは蒸発させられてリアクタ
を冷却する。そこから、蒸発した熱伝達流体は、下段の
リアクタ120に送られ、そこでより低い温度条件で凝縮
される。リアクタ120で脱着された蒸発した冷媒は、リ
バーザ138を通って送られ、導管144で液体の凝縮された
冷媒と混合する。この混合物は次いで、熱伝達冷却を与
えるために熱伝達部148で作られる活性化された熱サイ
ホンループによってリアクタ110に送られる。示される
装置およびシステムにおいては、冷媒蒸発器125はリア
クタのための蒸発した冷媒を与える。２段システムが例
示されていはいるが、この発明の熱サイホンループ熱伝
達の利点を利用するために任意の複数段のシステムが用
いられてもよいことが理解されるはずである。
図12に示されるシステムは、前に例示されたように各
段で２つのリアクタを用いるのと対照的に、全段にわた
って冷媒圧力を用いて熱の除去サイホンループを制御す
る例を示す。したがって、図示される離散２段定圧シス
テムにおいては、吸着が第１の段のリアクタ124で生ず
ると、第２の段のリアクタ134からの冷媒蒸気は第１の
段のリアクタ124で熱の除去サイホンを活性化する。２
つのリアクタ間で延びる熱伝達パイプにおいて点刻で示
される熱伝達流体131の制御は、たとえばソレノイドバ
ルブのような外部で活性化されてもよいバルブ129を用
いて達成される。熱源127はシステムの脱着反応を引起
こすために熱伝達流体に熱入力を与える。システムのた
めのコールドフィルレベル99が図示され、蒸発器122、
膨張装置123および冷媒凝縮器139も図示される。第２の
段のリアクタ134からの冷媒蒸気は、図11の下段のリア
クタに対して既に説明したようにリアクタの冷却のため
の熱伝達部を組込んでもよい第１の段のリアクタ124の
熱の除去サイホンを活性化する。活性化は、図示される
ように圧力により引起こされるか、または流れつまりバ
ブルポンプもしくはイジェクタにより引起こされるか、
または機械ポンプにより引起こされてもよい。液体、気
体および混合された相の冷媒を示す矢印は図示されてい
ない。
段で２つのリアクタを用いるのと対照的に、全段にわた
って冷媒圧力を用いて熱の除去サイホンループを制御す
る例を示す。したがって、図示される離散２段定圧シス
テムにおいては、吸着が第１の段のリアクタ124で生ず
ると、第２の段のリアクタ134からの冷媒蒸気は第１の
段のリアクタ124で熱の除去サイホンを活性化する。２
つのリアクタ間で延びる熱伝達パイプにおいて点刻で示
される熱伝達流体131の制御は、たとえばソレノイドバ
ルブのような外部で活性化されてもよいバルブ129を用
いて達成される。熱源127はシステムの脱着反応を引起
こすために熱伝達流体に熱入力を与える。システムのた
めのコールドフィルレベル99が図示され、蒸発器122、
膨張装置123および冷媒凝縮器139も図示される。第２の
段のリアクタ134からの冷媒蒸気は、図11の下段のリア
クタに対して既に説明したようにリアクタの冷却のため
の熱伝達部を組込んでもよい第１の段のリアクタ124の
熱の除去サイホンを活性化する。活性化は、図示される
ように圧力により引起こされるか、または流れつまりバ
ブルポンプもしくはイジェクタにより引起こされるか、
または機械ポンプにより引起こされてもよい。液体、気
体および混合された相の冷媒を示す矢印は図示されてい
ない。
図13には、単一のリアクタまたは収着器を用いる、周
期的冷蔵システムを示す実施例が図示される。このよう
な周期的単一段システムは、凝縮器153および導管156に
向かいリアクタの熱伝達部160に戻る熱の除去サイホン
ループを完了するためにバルブ151が開いた状態で吸着
中にリアクタを冷却するための熱サイホンループを特徴
とする。吸着中、液体冷媒はリアクタの熱伝達部で蒸発
され、バルブ151が開いた状態で熱サイホンループは活
性化される。脱着中は、バルブ151を閉じ、ヒータ158を
活性化することによって、熱サイホンは非活性化され、
リアクタの熱伝達部160の増大した蒸気圧は液体冷媒を
熱伝達チューブから強制的に追い出して、放熱を防ぐた
めに熱サイホンを完全に非活性化する。このシステム
は、液体冷媒のためのリザーバ152と、一方向バルブ157
および159と、蒸発器154と、膨張装置155とを組込む。
リザーバは、冷媒をそこから移動させるために活性化さ
れるヒータを含んでもよい。代替的に、リザーバは、機
械ポンプ、もしくはヒータで補助される蒸気ポンプ、お
よび／または気体をシステムに送り込むためのチェック
バルブと置き換えられてもよい。ここでも、異なる冷媒
の相を示す矢印は図示されない。
期的冷蔵システムを示す実施例が図示される。このよう
な周期的単一段システムは、凝縮器153および導管156に
向かいリアクタの熱伝達部160に戻る熱の除去サイホン
ループを完了するためにバルブ151が開いた状態で吸着
中にリアクタを冷却するための熱サイホンループを特徴
とする。吸着中、液体冷媒はリアクタの熱伝達部で蒸発
され、バルブ151が開いた状態で熱サイホンループは活
性化される。脱着中は、バルブ151を閉じ、ヒータ158を
活性化することによって、熱サイホンは非活性化され、
リアクタの熱伝達部160の増大した蒸気圧は液体冷媒を
熱伝達チューブから強制的に追い出して、放熱を防ぐた
めに熱サイホンを完全に非活性化する。このシステム
は、液体冷媒のためのリザーバ152と、一方向バルブ157
および159と、蒸発器154と、膨張装置155とを組込む。
リザーバは、冷媒をそこから移動させるために活性化さ
れるヒータを含んでもよい。代替的に、リザーバは、機
械ポンプ、もしくはヒータで補助される蒸気ポンプ、お
よび／または気体をシステムに送り込むためのチェック
バルブと置き換えられてもよい。ここでも、異なる冷媒
の相を示す矢印は図示されない。
ここに開示されるように、熱の除去のための熱サイホ
ンループは、バブルポンプ、蒸気ポンプ、イジェクタの
ようなポンピング手段によって、または流体移動によっ
て活性化される。しかしながら、熱伝達面に少量の凝縮
された冷却媒体を供給することによって上述のサイクル
すべてのために相転移熱サイホンシステムを活性化する
のに機械ポンプが用いられてもよい。機械ポンプのこの
ような使用の結果、加熱と冷却とが同時に進行し得て、
吸着および脱着期間は脱着により駆動されるポンピング
システムが必要とするように等しい持続期間である必要
がないため、適当なサイクルタイミングを伴って出力密
度が増大する。機械ポンプの使用は、利用可能な制御オ
プションをさらに増大させる。たとえば、冷却が最早必
要でないことをサーモスタットが示すと、過剰な冷却な
しで負荷温度を維持するためにポンプはオフにされて吸
着ははるかに遅い速度で継続されるだろう。サーモスタ
ットがさらに冷却を要求すると、ポンプは活性化されて
収着速度は増大するだろう。要求が小さい期間中は、対
向する収着器の脱着が吸着の動作に影響することなくさ
らに進行して、次の冷却に対する要求に対してシステム
に給気を行なうだろう。加えて、一定の蒸発器吸引を提
供し、オフ期間における冷媒移動によるサイクルのロス
を低減するために、または予備のもしくは余剰のピーク
容量を単に提供するために、３つ以上の収着器が用いら
れてもよい。このようなシステムは図14に示される。ポ
ンプ136はリアクタ142の熱伝達部137に液体冷媒を与え
る。このシステムは、図示されるように、リアクタへの
およびリアクタからのガス性冷媒ラインに沿って６つの
チェックバルブ133を含む。凝縮器139、蒸発器132、膨
張バルブ135、およびリアクタヒータ138がさらに図示さ
れる。システム内の冷媒相は前の図面に示されるシステ
ムを参照することにより理解される。
ンループは、バブルポンプ、蒸気ポンプ、イジェクタの
ようなポンピング手段によって、または流体移動によっ
て活性化される。しかしながら、熱伝達面に少量の凝縮
された冷却媒体を供給することによって上述のサイクル
すべてのために相転移熱サイホンシステムを活性化する
のに機械ポンプが用いられてもよい。機械ポンプのこの
ような使用の結果、加熱と冷却とが同時に進行し得て、
吸着および脱着期間は脱着により駆動されるポンピング
システムが必要とするように等しい持続期間である必要
がないため、適当なサイクルタイミングを伴って出力密
度が増大する。機械ポンプの使用は、利用可能な制御オ
プションをさらに増大させる。たとえば、冷却が最早必
要でないことをサーモスタットが示すと、過剰な冷却な
しで負荷温度を維持するためにポンプはオフにされて吸
着ははるかに遅い速度で継続されるだろう。サーモスタ
ットがさらに冷却を要求すると、ポンプは活性化されて
収着速度は増大するだろう。要求が小さい期間中は、対
向する収着器の脱着が吸着の動作に影響することなくさ
らに進行して、次の冷却に対する要求に対してシステム
に給気を行なうだろう。加えて、一定の蒸発器吸引を提
供し、オフ期間における冷媒移動によるサイクルのロス
を低減するために、または予備のもしくは余剰のピーク
容量を単に提供するために、３つ以上の収着器が用いら
れてもよい。このようなシステムは図14に示される。ポ
ンプ136はリアクタ142の熱伝達部137に液体冷媒を与え
る。このシステムは、図示されるように、リアクタへの
およびリアクタからのガス性冷媒ラインに沿って６つの
チェックバルブ133を含む。凝縮器139、蒸発器132、膨
張バルブ135、およびリアクタヒータ138がさらに図示さ
れる。システム内の冷媒相は前の図面に示されるシステ
ムを参照することにより理解される。
複数の収着器を用いる小さいまたは小型固体蒸気収着
冷蔵機、冷凍機および冷蔵システムにおいては、その便
利さとサイズに対する要件が低減されることとから、電
気抵抗性加熱要素がしばしば用いられる。図15は、反応
サイクルにおいて所望される時間に収着器へ加熱された
蒸気または蒸気および液相熱伝達流体の混合物の流れを
制御し送るために、単一の熱源と、熱伝達ループと協働
する単一のバルブとを用いる代替的装置設計を図示す
る。図15に示される装置は熱入力回路のみを示すが、そ
れは上述の収着器冷却システムのいずれとともに用いら
れてもよい。図示される装置においては、単一のバルブ
171が所望される時間にリアクタ172または174のいずれ
かへ蒸気を送る状態で、たとえばガスの炎、太陽発火集
中装置、焚き火、電気要素などの単一の熱源がボイラー
175で熱伝達流体を蒸発させる。リアクタにおける蒸気
の凝縮は熱を発生し、それは、前に説明したように二重
回路熱伝達システムを利用するか、またはリアクタの熱
伝達面と接触する小型凝縮器チューブ177で蒸気を凝縮
することによって、収着媒に伝達されてもよい。凝縮器
チューブ177は示されるように真っ直ぐであり熱伝達面
の一方に接合されてもよく、またはそれは、二重壁熱交
換器において広く用いられるようにアキシャルフィンが
リアクタに接続する状態で熱伝達面の冷却チャネルに対
してうず巻状にまたは同心状になっていてもよい。例示
の装置においては、ボイラー175からの蒸発した熱伝達
流体はリアクタ174に蒸気を送るよう位置するバルブ171
に送られ、リアクタ174でそれは凝縮されてリアクタに
おける脱着を引起こすために熱を放出する。吸着状態で
は、バルブ171の位置はリアクタ172に対して閉じられ、
それは上で既に述べたように冷却されるだろう。加熱の
ためのそのような手段は、小さいまたは小型化された収
着冷蔵機または冷蔵システムのための抵抗性電気加熱の
従来的な使用に対する代替物として用いられてもよい。
冷蔵機、冷凍機および冷蔵システムにおいては、その便
利さとサイズに対する要件が低減されることとから、電
気抵抗性加熱要素がしばしば用いられる。図15は、反応
サイクルにおいて所望される時間に収着器へ加熱された
蒸気または蒸気および液相熱伝達流体の混合物の流れを
制御し送るために、単一の熱源と、熱伝達ループと協働
する単一のバルブとを用いる代替的装置設計を図示す
る。図15に示される装置は熱入力回路のみを示すが、そ
れは上述の収着器冷却システムのいずれとともに用いら
れてもよい。図示される装置においては、単一のバルブ
171が所望される時間にリアクタ172または174のいずれ
かへ蒸気を送る状態で、たとえばガスの炎、太陽発火集
中装置、焚き火、電気要素などの単一の熱源がボイラー
175で熱伝達流体を蒸発させる。リアクタにおける蒸気
の凝縮は熱を発生し、それは、前に説明したように二重
回路熱伝達システムを利用するか、またはリアクタの熱
伝達面と接触する小型凝縮器チューブ177で蒸気を凝縮
することによって、収着媒に伝達されてもよい。凝縮器
チューブ177は示されるように真っ直ぐであり熱伝達面
の一方に接合されてもよく、またはそれは、二重壁熱交
換器において広く用いられるようにアキシャルフィンが
リアクタに接続する状態で熱伝達面の冷却チャネルに対
してうず巻状にまたは同心状になっていてもよい。例示
の装置においては、ボイラー175からの蒸発した熱伝達
流体はリアクタ174に蒸気を送るよう位置するバルブ171
に送られ、リアクタ174でそれは凝縮されてリアクタに
おける脱着を引起こすために熱を放出する。吸着状態で
は、バルブ171の位置はリアクタ172に対して閉じられ、
それは上で既に述べたように冷却されるだろう。加熱の
ためのそのような手段は、小さいまたは小型化された収
着冷蔵機または冷蔵システムのための抵抗性電気加熱の
従来的な使用に対する代替物として用いられてもよい。
ここに開示される発明のシステムは、リアクタを冷却
するための冷却ループを操作し制御するためにソレノイ
ドおよび／またはサーモスタットで制御される構成要素
の使用を必要とする先行技術のシステムに対して有利で
ある。代わりに、この発明のシステムは、熱の除去ルー
プを活性化するために、蒸気ポンプ、バブルポンプ、機
械ポンプ、または熱伝達流体の他の蒸気圧移動を利用す
る。さらに、この発明のシステムは熱サイホン冷却ルー
プにおいてシステム冷媒を熱伝達流体として利用すると
いう利点を提供する。ここに記載されるシステムは任意
の固体蒸気収着冷蔵システムおよび適用例において用い
られてもよい。この発明は、動く部分がほとんどなくか
つ比較的低コストで製造される個人用冷蔵機および冷凍
機のような、たとえば５ないし25ワットの冷却容量の小
さいまたは小型冷蔵エンジンに対して特に有利な点を見
出す。この発明の装置および方法を組入れるシステムの
改良点および利点のため、冷蔵機、冷凍機、冷却器およ
び他の機器はそのような発明を組込み、その発明のその
ような特徴を組込むとそのような発明から利益を受け、
結果的に機器は、前に述べたように、現在市場で入手可
能な冷蔵機、冷凍機等において典型的に必要とされるバ
ルブ、ポンプ、および他の動力消費構成要素の実質的な
低減のために、特に騒音がなくかつ振動のない操作を含
む実質的に向上した容量を有しながら、その一方で、信
頼性があり簡潔でかつ安価な構成要素から利益を受け
る。より特定的にはこの発明の構成要素、方法および利
点を組込む装置および機器は、約５ワットから50ワット
までの間の小容量冷蔵機と、極端な温度上昇を有する、
約５ワットから約100ワットまでの間の小容量冷凍機と
を含む。高い特定出力密度の、約300ワット容量までの
低ワット数の冷却機器が、この発明を組込む構成要素で
構成されてもよい。典型的には約７立方フィートまで
の、約０℃ないし約８℃で冷却するそのような小型また
は個人用冷蔵機、および約−30℃と−10℃との間で冷却
する冷凍機は、そのような機器の例である。他の特定例
としては、米国特許第5,161,389号に開示されるような
高出力・高速冷凍装置、またはアイスクリーム製造機、
角氷製造機、医療用冷凍機等のような同様の装置が含ま
れる。さらに他の冷却装置としては、特に約1.5トン容
量よりも小さい狭い部屋向けの空調器または自動推進の
もしくは個人用冷却装置等の空調設備が含まれる。この
発明の有利な構成要素および方法を組込むよう設計され
るであろう他の冷却装置は、米国特許第5,271,239号に
開示される電子冷却システムを含む。装置および機器の
特定のタイプおよび例のリストには以下のものが含まれ
る： 小型もしくはポータブルまたは個人用冷凍機、冷蔵
機、または冷蔵機／冷凍機の組合せユニット、娯楽目的
の乗物、ボート、自動車、またはトラックに設置されて
もよい冷蔵機、冷凍機または組合せ機器、およびミニバ
ー冷蔵機、冷凍機または組合せユニットのような、約70
ワット容量までの消費者向けレジャー機器； スタンドアロンの、またはマイクロ波および／もしく
は標準冷蔵機／冷凍機ユニットと組合される高速冷凍
機、アイスティー／コーヒーメーカー、角氷製造機、ア
イスクリーム製造機、凍結乾燥機ユニット、およびドリ
ンクまたはウォータークーラーのような、約400ワット
までの台所用機器； 冷却器、冷凍機および氷製造機のような、約500ワッ
トまでの、ディスプレイ用および自動販売用設備ならび
に装置； 高速冷凍能力を有するかまたは有さない、家庭用冷蔵
機および冷凍機、および、商業用冷凍機および冷蔵機、
ならびに、徐湿機のような、約400ワットまでの耐久消
費財機器； 住居用分離ユニット用の空調器および熱ポンプ（1RT
ないし5RT）、軽量商業用分離ユニット用空調器および
熱ポンプ（5RTないし20RT）、室内空調器（1/2RTないし
１−1/2RT）、ならびに住居用徐湿機を含む建造物用空
調機器； 個人用自動車、バンもしくはトラックのための、また
は輸送手段用ACシステム（1RTないし2RT）、輸送手段用
の熱貯蔵システム（500ないし1000w−時間）および輸送
手段用座席またはベンチ冷却システムを含むバス、列
車、航空機または娯楽用もしくは商業用大型および小型
船舶のような商業用輸送手段のための、空調および冷却
システム； 電子またはチップ冷却および電子システムボックス空
調のための、約200ワットまでの電子冷却装置； 20RT容量を超えるHVAC製品、医療用および実験室用機
器、戦闘服、パイロットスーツおよび宇宙飛行士服を含
む軍用品、産業用および商業用熱ポンプ、ボイラー、熱
エネルギ貯蔵設備、ガスタービン、商業用徐湿機、宇宙
冷却および冷蔵設備のような種々の設備および機器な
ど。
するための冷却ループを操作し制御するためにソレノイ
ドおよび／またはサーモスタットで制御される構成要素
の使用を必要とする先行技術のシステムに対して有利で
ある。代わりに、この発明のシステムは、熱の除去ルー
プを活性化するために、蒸気ポンプ、バブルポンプ、機
械ポンプ、または熱伝達流体の他の蒸気圧移動を利用す
る。さらに、この発明のシステムは熱サイホン冷却ルー
プにおいてシステム冷媒を熱伝達流体として利用すると
いう利点を提供する。ここに記載されるシステムは任意
の固体蒸気収着冷蔵システムおよび適用例において用い
られてもよい。この発明は、動く部分がほとんどなくか
つ比較的低コストで製造される個人用冷蔵機および冷凍
機のような、たとえば５ないし25ワットの冷却容量の小
さいまたは小型冷蔵エンジンに対して特に有利な点を見
出す。この発明の装置および方法を組入れるシステムの
改良点および利点のため、冷蔵機、冷凍機、冷却器およ
び他の機器はそのような発明を組込み、その発明のその
ような特徴を組込むとそのような発明から利益を受け、
結果的に機器は、前に述べたように、現在市場で入手可
能な冷蔵機、冷凍機等において典型的に必要とされるバ
ルブ、ポンプ、および他の動力消費構成要素の実質的な
低減のために、特に騒音がなくかつ振動のない操作を含
む実質的に向上した容量を有しながら、その一方で、信
頼性があり簡潔でかつ安価な構成要素から利益を受け
る。より特定的にはこの発明の構成要素、方法および利
点を組込む装置および機器は、約５ワットから50ワット
までの間の小容量冷蔵機と、極端な温度上昇を有する、
約５ワットから約100ワットまでの間の小容量冷凍機と
を含む。高い特定出力密度の、約300ワット容量までの
低ワット数の冷却機器が、この発明を組込む構成要素で
構成されてもよい。典型的には約７立方フィートまで
の、約０℃ないし約８℃で冷却するそのような小型また
は個人用冷蔵機、および約−30℃と−10℃との間で冷却
する冷凍機は、そのような機器の例である。他の特定例
としては、米国特許第5,161,389号に開示されるような
高出力・高速冷凍装置、またはアイスクリーム製造機、
角氷製造機、医療用冷凍機等のような同様の装置が含ま
れる。さらに他の冷却装置としては、特に約1.5トン容
量よりも小さい狭い部屋向けの空調器または自動推進の
もしくは個人用冷却装置等の空調設備が含まれる。この
発明の有利な構成要素および方法を組込むよう設計され
るであろう他の冷却装置は、米国特許第5,271,239号に
開示される電子冷却システムを含む。装置および機器の
特定のタイプおよび例のリストには以下のものが含まれ
る： 小型もしくはポータブルまたは個人用冷凍機、冷蔵
機、または冷蔵機／冷凍機の組合せユニット、娯楽目的
の乗物、ボート、自動車、またはトラックに設置されて
もよい冷蔵機、冷凍機または組合せ機器、およびミニバ
ー冷蔵機、冷凍機または組合せユニットのような、約70
ワット容量までの消費者向けレジャー機器； スタンドアロンの、またはマイクロ波および／もしく
は標準冷蔵機／冷凍機ユニットと組合される高速冷凍
機、アイスティー／コーヒーメーカー、角氷製造機、ア
イスクリーム製造機、凍結乾燥機ユニット、およびドリ
ンクまたはウォータークーラーのような、約400ワット
までの台所用機器； 冷却器、冷凍機および氷製造機のような、約500ワッ
トまでの、ディスプレイ用および自動販売用設備ならび
に装置； 高速冷凍能力を有するかまたは有さない、家庭用冷蔵
機および冷凍機、および、商業用冷凍機および冷蔵機、
ならびに、徐湿機のような、約400ワットまでの耐久消
費財機器； 住居用分離ユニット用の空調器および熱ポンプ（1RT
ないし5RT）、軽量商業用分離ユニット用空調器および
熱ポンプ（5RTないし20RT）、室内空調器（1/2RTないし
１−1/2RT）、ならびに住居用徐湿機を含む建造物用空
調機器； 個人用自動車、バンもしくはトラックのための、また
は輸送手段用ACシステム（1RTないし2RT）、輸送手段用
の熱貯蔵システム（500ないし1000w−時間）および輸送
手段用座席またはベンチ冷却システムを含むバス、列
車、航空機または娯楽用もしくは商業用大型および小型
船舶のような商業用輸送手段のための、空調および冷却
システム； 電子またはチップ冷却および電子システムボックス空
調のための、約200ワットまでの電子冷却装置； 20RT容量を超えるHVAC製品、医療用および実験室用機
器、戦闘服、パイロットスーツおよび宇宙飛行士服を含
む軍用品、産業用および商業用熱ポンプ、ボイラー、熱
エネルギ貯蔵設備、ガスタービン、商業用徐湿機、宇宙
冷却および冷蔵設備のような種々の設備および機器な
ど。
上のリストはすべてを網羅することを意図したもので
はなく、むしろこの発明の装置および方法を組込んでも
よい装置の特定のタイプの代表例を示すものである。こ
れらおよび他のシステムがこの発明の利点および構成要
素を組込んでもよい。
はなく、むしろこの発明の装置および方法を組込んでも
よい装置の特定のタイプの代表例を示すものである。こ
れらおよび他のシステムがこの発明の利点および構成要
素を組込んでもよい。
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平３−148568（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−194561（ＪＰ，Ａ)
米国特許2587996（ＵＳ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F25B 17/08
Claims (76)
- 【請求項１】ガス性の冷媒が交互に吸着および脱着され
る固体吸着媒を含むリアクタを備え、かつ前記リアクタ
の各々の熱伝達部と連通し前記リアクタへおよび前記リ
アクタから熱伝達流体または冷媒を送るための冷却ルー
プを有する収着反応システムにおいて、前記冷却ループ
にある前記液体の熱伝達流体または液体冷媒を送り出す
ために、蒸発した熱伝達流体またはガス性の冷媒の圧力
を利用して、吸着温度以下の温度で液体から気体への相
転移を有する液相熱伝達流体または液体冷媒を、熱交換
において吸着リアクタに送ってそこで吸着媒に晒すステ
ップを含む、吸着リアクタを冷却する方法。 - 【請求項２】前記冷却ループにおける前記液体熱伝達流
体を加熱することによって熱伝達流体を蒸発させるステ
ップを含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】前記冷却ループにおける液体の熱伝達流体
の逆流を防止するために、前記冷却ループに沿って一方
向バルブ手段を設けるステップを含む、請求項２に記載
の方法。 - 【請求項４】前記冷却ループは一般的に垂直な導管を含
み、液体熱伝達流体は前記蒸発した熱伝達流体により前
記一般的に垂直な導管に沿って上方に送られる、請求項
１に記載の方法。 - 【請求項５】前記一般的に垂直な導管において前記液体
熱伝達流体を加熱するステップを含む、請求項４に記載
の方法。 - 【請求項６】前記熱伝達流体は前記冷媒を含み、脱着さ
れたガス性冷媒は液体冷媒を前記吸着リアクタに送るた
めに脱着リアクタから前記冷却ループに向けられる、請
求項１に記載の方法。 - 【請求項７】前記液体熱伝達流体または液体冷媒は吸着
リアクタの熱伝達部で蒸発させられて凝縮器に送られ、
凝縮された熱伝達流体または凝縮された冷媒の一部は前
記冷却ループに向けられる、請求項１に記載の方法。 - 【請求項８】前記冷却ループにある前記液体熱伝達流体
または液体冷媒を送るためにイジェクタポンプを利用す
るステップを含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項９】前記イジェクタポンプは、ヒータにより発
生される冷媒蒸気と前記脱着されたガス性冷媒との組合
せによって駆動される、請求項８に記載の方法。 - 【請求項１０】前記冷却ループにある前記液体熱伝達流
体または液体冷媒を送るためにバブルポンプを利用する
ステップを含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１１】前記バブルポンプはヒータにより発生さ
れる冷媒蒸気と前記脱着されたガス性冷媒との組合せに
より駆動される、請求項10に記載の方法。 - 【請求項１２】前記蒸発した熱伝達流体からの蒸気によ
って駆動されるイジェクタポンプを利用するステップを
含む、請求項８に記載の方法。 - 【請求項１３】前記冷却ループにある液体熱伝達流体ま
たは液体冷媒の送り出しを補助するために機械ポンプ手
段を利用する、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１４】少なくとも初期の吸着反応中に形成され
る錯化合物の体膨張率を制約することによってガス性冷
媒と錯化合物との間における化学吸着反応速度を増大し
て、前記体膨張率を制約せずに形成された錯化合物と比
較してより増大した化学吸着反応速度が可能な反応生成
物マスを形成するためのプロセスにおいて、前記リアク
タは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、亜
鉛、カドミウム、スズ、アルミニウム、ホウフッ化ナト
リウム、または塩化二金属のハロゲン化物、硝酸塩、窒
化物、シュウ酸塩、硫酸塩、または亜硫酸塩を含む金属
塩に極性のガス性冷媒を吸着させることにより形成され
る錯化合物を含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１５】前記極性のガス性冷媒はアンモニアであ
り、前記金属塩はSrCl2,SrBr2,CaCl2,CaBr2,CaI2,CoC
l2,CoBr2,BaCl2,BaBr2,MgCl2,MgBr2,FeCl2,FeBr2,NiC
l2,ZnCl2,SnCl2,MnCl2,MnBr2もしくはCrCl2またはそれ
らの混合物を含む、請求項14に記載の方法。 - 【請求項１６】前記システムは、前記冷媒流体を凝縮す
るための凝縮器と、前記凝縮器からの凝縮された冷媒を
前記冷却ループに送るための１つ以上の導管とを含み、
前記方法は、リアクタからの脱着されたガス性冷媒を前
記凝縮器へ送るステップと、前記冷媒を凝縮するステッ
プと、前記凝縮された冷媒の一部を前記冷却ループに送
るステップとを含む、請求項１または請求項14に記載の
方法。 - 【請求項１７】前記システムは冷媒蒸発器を含み、前記
方法は前記凝縮器からの前記凝縮された冷媒の一部を前
記蒸発器に送るステップを含む、請求項16に記載の方
法。 - 【請求項１８】前記システムは、ガス性冷媒を凝縮する
ための第１の凝縮器と、熱伝達流体を凝縮するための第
２の凝縮器とを含み、前記方法は、前記第２の凝縮器か
らの凝縮された熱伝達流体を前記冷却ループに向けるス
テップと、液体熱伝達流体を吸着リアクタに送り出すた
めに前記冷却ループをガス性冷媒で加圧するステップと
を含む、請求項１または請求項14に記載の方法。 - 【請求項１９】冷媒が交互に吸着され脱着される１つ以
上の第１のリアクタと、前記冷媒が交互に脱着され吸着
される１つ以上の第２のリアクタとを備え、前記第１お
よび第２のリアクタは前記冷媒が吸着され脱着される吸
着媒組成と熱交換伝達する熱伝達部を有し、さらに、蒸
発した熱伝達流体を 凝縮するための凝縮器を備える収着反応システムにおい
て、 吸着リアクタを冷却する方法は、 前記第１のリアクタの各々の熱伝達部を前記第２のリア
クタの異なる１つの熱伝達部と連通させる熱サイホンル
ープを設けるステップと、吸着温度以下の温度で液体か
ら気体への相転移を有する熱伝達流体を与えるステップ
と、１つ以上の吸着リアクタにおける吸着反応中にその
熱伝達部へ液体熱伝達流体を送るステップとを含み、 前記熱サイホンループにある液体熱伝達流体を前記１つ
以上の吸着リアクタに送るために、蒸発した熱伝達流体
は前記熱サイホンループにある液体熱伝達流体を移動さ
せる、吸着リアクタを冷却する方法。 - 【請求項２０】前記熱伝達流体は前記冷媒を含み、前記
方法は、前記脱着リアクタからの加圧された脱着された
ガス性冷媒を前記脱着リアクタの熱伝達部を通して送る
ことによって前記脱着リアクタにおいて熱サイホンルー
プを非活性化するステップと、前記脱着されたガス冷媒
で前記熱伝達部から液体冷媒を押出すステップとを含
む、請求項19に記載の方法。 - 【請求項２１】脱着されたガス性冷媒は脱着反応を引き
起こすために第１の加熱手段で前記脱着リアクタを加熱
することにより加圧される、請求項20に記載の方法。 - 【請求項２２】前記熱伝達部から液体冷媒を移動させ、
その後、脱着されたガス性冷媒から前記熱サイホンルー
プにおいて圧力を生じさせるために、前記第１の加熱手
段を活性化するステップを含む、請求項21に記載の方
法。 - 【請求項２３】前記熱サイホンループは前記凝縮器と前
記第１および第２のリアクタとの間でそれぞれ連通する
第１および第２の導管を含み、前記第１および第２の導
管の各々は前記第１および第２の導管を開きおよび閉じ
るために操作されるバルブを含み、前記方法は、脱着反
応中に脱着リアクタを凝縮器と連通させるバルブを閉じ
て、それにより、脱着されたガス性冷媒が前記脱着リア
クタの前記熱伝達部を通して送られてそこから前記液体
冷媒を押出すステップを含む、請求項20に記載の方法。 - 【請求項２４】脱着リアクタと凝縮器とに連通する導管
を閉じるために、前記バルブは前記脱着リアクタからの
冷媒蒸気圧により操作される、請求項23に記載の方法。 - 【請求項２５】前記システムは前記熱サイホンループに
おいて冷媒を加熱するために第２の加熱手段を含み、前
記方法は、前記第１の加熱手段が前記熱サイホンを非活
性化するのに十分な脱着された冷媒蒸気圧を作りだすま
で脱着リアクタにおいて前記熱サイホンループを非活性
化するための蒸気圧を増大させるために前記第２の加熱
手段を活性化するステップを含む、請求項21に記載の方
法。 - 【請求項２６】熱伝達流体は、脱着反応を引き起こすた
めの第１の加熱手段で前記脱着リアクタを加熱すること
により加圧される、請求項19に記載の方法。 - 【請求項２７】前記熱サイホンループは前記凝縮器と前
記第１および第２のリアクタとの間でそれぞれ連通する
第１および第２の導管を含み、前記第１および第２の導
管の各々は前記第１および第２の導管を開きおよび閉じ
るために操作されるバルブを含み、前記方法は、脱着反
応中に脱着リアクタを凝縮器と連通させるバルブを閉じ
て、それにより、蒸発した熱伝達流体が前記脱着リアク
タの前記熱伝達部を通して送られて、そこから前記液体
熱伝達流体を押出すステップを含む、請求項19に記載の
方法。 - 【請求項２８】前記バルブは、前記脱着リアクタおよび
凝縮器と連通する導管を閉じるために脱着リアクタから
の冷媒蒸気圧によって操作される、請求項27に記載の方
法。 - 【請求項２９】前記システムは前記熱サイホンループに
おいて蒸発した熱伝達流体を加熱するための第２の加熱
手段を含み、前記方法は、前記第１の加熱手段が前記熱
サイホンを非活性化するのに十分な蒸気圧を作りだすま
で脱着リアクタにおいて前記熱サイホンループを非活性
化するための蒸気圧を増大するために前記第２の加熱手
段を活性化するステップを含む、請求項26に記載の方
法。 - 【請求項３０】前記熱伝達流体は前記冷媒を含み、前記
方法は、前記熱サイホンループにある液体冷媒を吸着リ
アクタに送り出すために加圧された冷媒蒸気を利用する
ステップを含む、熱サイホンループを活性化するステッ
プを含む、請求項19に記載の方法。 - 【請求項３１】前記熱サイホンループにある液体冷媒を
押出すために脱着リアクタからの脱着されたガス性冷媒
を利用するステップを含む、請求項30に記載の方法。 - 【請求項３２】前記システムは、液体冷媒を受取るため
のリザーバと、それと協動するヒータとを含み、前記リ
ザーバは、リアクタから脱着されたガス性冷媒を送るた
めの導管と、前記熱サイホンループとに連通し、前記方
法は、前記リザーバにおいて冷媒蒸気に加圧しそこから
液体冷媒を前記熱サイホンに移動させるために前記ヒー
タを活性化するステップを含む、請求項31に記載の方
法。 - 【請求項３３】脱着リアクタにおいてガス性冷媒を脱着
する前に前記ヒータを活性化するステップを含む、請求
項32に記載の方法。 - 【請求項３４】前記システムは、液体冷媒を受取るため
のリザーバと、それと協動するヒータとを含み、前記方
法は、前記リザーバにおいて冷媒を加圧してそこから液
体冷媒を前記熱サイホンループに移動させるために前記
ヒータを活性化するステップを含む、請求項20に記載の
方法。 - 【請求項３５】前記システムは、凝縮された冷媒を受取
るためのリザーバと、前記熱サイホンループにヒータと
を含み、前記方法は、液体冷媒を蒸発させるために前記
ヒータを活性化して、それにより、前記熱サイホンルー
プにある液体冷媒を吸着リアクタに送り出すステップを
含む、請求項30に記載の方法。 - 【請求項３６】前記冷媒および前記熱伝達流体は異なる
組成から成り、前記システムは、冷媒を前記リアクタに
および前記リアクタから送るための第１の導管と、そこ
にある熱伝達流体を送るための第２の導管と、前記第１
および第２の導管と連通し、かかる冷媒蒸気圧に応答し
て熱伝達流体を前記熱サイホンループに送り出すための
可動インタフェース手段とを含み、前記方法は、前記熱
サイホンループを活性化するために脱着リアクタから十
分な冷媒蒸気圧を発生するステップを含む、請求項19に
記載の方法。 - 【請求項３７】前記可動インタフェース手段は、液体熱
伝達流体を受取るためのリザーバと、それと協動するヒ
ータとを含み、前記方法は、前記リザーバから液体熱伝
達流体を前記熱サイホンループに移動させるために、前
記可動インタフェース手段の一方の側で冷媒蒸気を加圧
するために前記ヒータを活性化しそれによって前記イン
タフェース手段を動かすステップを含む、請求項36に記
載の方法。 - 【請求項３８】前記冷媒および前記熱伝達流体は異なる
組成からなり、前記システムは、前記リアクタへおよび
前記リアクタから冷媒を送るための第１の導管と、そこ
にある熱伝達流体を送るための第２の導管と、液体熱伝
達流体を受取り、熱伝達流体を前記熱サイホンループに
押出すために前記第１および第２の導管と協動するため
のリザーバとを含み、前記方法はリザーバから液体熱伝
達流体を前記熱サイホンループに移動させるために前記
リザーバを加熱するステップを含む、請求項19に記載の
方法。 - 【請求項３９】前記第１および第２のリアクタは、アル
カリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、亜鉛、カドミ
ウム、スズ、アルミニウム、ホウフッ化ナトリウム、ま
たは塩化二金属のハロゲン化物、硝酸塩、窒化物、シュ
ウ酸塩、硫酸塩、または亜硫酸塩を含む金属塩に極性の
ガス性冷媒を吸着することにより形成される錯化合物を
含み、前記方法は、少なくとも初期吸着反応中に形成さ
れる錯化合物の体膨張率を制約するステップを含む、極
性のガス性冷媒と錯化合物との間において化学収着反応
速度を増大させるためのプロセスを含んで、前記体膨張
率を制約することなく形成される錯化合物と比較した場
合に増大した化学吸着反応速度が可能な生成物を形成す
る、請求項19に記載の方法。 - 【請求項４０】前記極性のガス性冷媒はアンモニアであ
り、前記金属塩はSrCl2,SrBr2,CaCl2,CaBr2,CaI2,CoC
l2,CoBr2,BaCl,BaBr2,MgCl2,MgBr2,FeCl2,FeBr2,NiCl2,
ZnCl2,SnCl2,MnCl2,MnBr2もしくはCrCl2またはそれらの
混合物を含む、請求項39に記載の方法。 - 【請求項４１】アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移
金属、亜鉛、カドミウム、スズ、アルミニウム、ホウフ
ッ化ナトリウム、または塩化二金属のハロゲン化物、硝
酸塩、窒化物、シュウ酸塩、硫酸塩、または亜硫酸塩を
含む金属塩に極性のガス性冷媒を吸着させることにより
形成される錯化合物を含む固体吸着媒に冷媒が交互に吸
着および脱着される１つ以上のリアクタを備え、前記錯
化合物は、少なくとも初期吸着反応中に形成される錯化
合物の体膨張率を制約するステップを含む、極性冷媒と
錯化合物との間における化学収着反応速度を増大する方
法によって形成されて、前記体膨張率を制約することな
く形成される錯化合物と比較した場合に増大された化学
収着反応速度が可能な生成物を形成し、さらに、前記１
つ以上のリアクタから凝縮器へ、および前記凝縮器から
前記１つ以上のリアクタへ熱伝達流体を向けるための導
管手段を有する、収着反応システムの操作において、吸
着リアクタから熱を除去する方法は、前記導管手段にお
いて吸着リアクタの温度以下で液体から気体への相転移
を有する液相の熱伝達流体を与えるステップと、前記導
管手段にある前記熱伝達流体を前記凝縮器と前記リアク
タとの間で移動させそれにより液体熱伝達流体を前記吸
着リアクタに向けるために蒸気圧を与えるステップと、
前記吸着リアクタにおいて前記液体熱伝達流体の少なく
とも一部を蒸発させるステップとを含む、吸着リアクタ
からの吸着熱を除去する方法。 - 【請求項４２】前記極性のガス性冷媒はアンモニアであ
り、前記金属塩はSrCl2,SrBr2,CaCl2,CaBr2,CaI2,CoC
l2,CoBr2,BaCl2,BaBr2,MgCl2,MgBr2,FeCl2,FeBr2,NiC
l2,ZnCl2,SnCl2,MnCl2,MnBr2もしくはCrCl2またはそれ
らの混合物を含む、請求項41に記載の方法。 - 【請求項４３】前記システムは複数のリアクタを含み、
各リアクタはそこに異なる錯化合物を含み、前記方法
は、発熱吸着リアクタからの熱の一部を吸熱脱着リアク
タに送ってそこでの反応を引き起こすステップを含む、
請求項41に記載の方法。 - 【請求項４４】前記反応システムは３つ以上のリアクタ
を備え、各リアクタはそこに異なる錯化合物を含み、前
記異なる錯化合物の各々はガス性反応物の濃度とは実質
的に無関係である異なるガス性蒸気圧を有し、前記方法
は、次の連続する高いおよび次の連続する低い蒸気圧反
応生成物を含むリアクタ間で熱伝達流体を送るステップ
を含む、請求項43に記載の方法。 - 【請求項４５】冷媒を交互に吸着および脱着するための
固体吸着媒を含む複数のリアクタを備える収着反応シス
テム装置であって、前記リアクタは熱交換において熱伝
達流体を送って前記吸着媒に晒すためのリアクタ熱交換
手段を含み、前記装置は、 前記第１および第２のリアクタを加熱するための手段
と、 凝縮器手段と、 蒸発器手段と、 リアクタの各々の前記リアクタ熱交換手段と連通し、そ
こでの吸着中に熱を除去するための熱の除去ループとを
含み、前記ループは、吸着リアクタから蒸発した熱伝達
流体を前記凝縮器へ向けるための第１の部分と、前記凝
縮器から凝縮された熱伝達流体を吸着リアクタに向ける
ための第２の部分とを含み、前記システムはさらに、 前記熱の除去ループに位置し、吸着リアクタにおいて吸
着温度以下の温度で液体から気体への相転移が可能な熱
伝達流体と、 そこから液相の熱伝達流体をリアクタの熱交換手段に移
動させるために前記熱の除去ループの前記第２の部分と
協動し、かつループを脱着したガス性冷媒または蒸発し
た熱伝達流体で加圧するために脱着リアクタを前記熱の
除去ループと連通させる１つ以上のガス圧力導管を含
む、蒸気により操作される流体移動手段とを含む、収着
反応システム装置。 - 【請求項４６】前記熱伝達流体は前記冷媒と同じ組成で
ある、請求項45に記載の装置。 - 【請求項４７】前記流体移動手段は、蒸発した熱伝達流
体またはガス性冷媒の圧力により駆動される、気体によ
り操作されるポンプを含む、請求項45に記載の装置。 - 【請求項４８】一般的に垂直なパイプに沿って液相の熱
交換流体を送るために、前記ポンプは、前記液相の熱伝
達流体を含む前記垂直なパイプが、前記リアクタの熱交
換手段と、蒸発した熱伝達流体または脱着されたガス性
冷媒を送るための前記１つ以上のガス圧力導管とに連通
するバブルポンプを含む、請求項47に記載の装置。 - 【請求項４９】前記流体移動手段は、液体熱伝達流体を
保持するためのリザーバを備え、前記リザーバから液体
冷媒を前記リアクタにポンピングするための１つ以上の
イジェクタを含む、請求項46に記載の装置。 - 【請求項５０】吸着リアクタを冷却するために液体熱伝
達流体または冷媒をリアクタの熱交換手段にポンピング
するために、前記流体移動手段は、前記熱の除去ループ
の前記第２の部分と連通し、そこにある液体熱伝達流体
または冷媒を加熱するためのヒータを備える、請求項45
に記載の装置。 - 【請求項５１】前記熱の除去ループの前記第２の部分に
沿って加熱された液体熱伝達流体または冷媒の逆流を防
止するための第１の一方向バルブを含む、請求項50に記
載の装置。 - 【請求項５２】前記固体吸着媒からの脱着されたガス性
冷媒を前記リアクタの熱交換手段に向けるための通路手
段を含む、請求項45に記載の装置。 - 【請求項５３】前記通路手段と前記熱の除去ループの前
記第１の部分とに協動し、リアクタの脱着中に脱着され
たガス性冷媒を前記リアクタの熱交換手段に選択的に向
け、リアクタの吸着中にリアクタから蒸発した冷媒を凝
縮器に選択的に向けるための、選択的に操作されるバル
ブを含む、請求項52に記載の装置。 - 【請求項５４】前記熱の除去ループの前記第１の部分と
前記通路手段とに協動し、脱着された冷媒圧力に応答し
て、リアクタの脱着中は閉じるためリアクタの脱着中は
脱着されたガス性冷媒を前記リアクタの熱交換手段に向
け、リアクタの吸着中は開くためリアクタからの蒸発し
た冷媒を凝縮器に向けるための、圧力により操作される
バルブを含む、請求項52に記載の装置。 - 【請求項５５】前記凝縮器は第１および第２の凝縮器を
含み、前記第１の凝縮器は前記熱伝達流体を凝縮するた
めに前記熱の除去ループと連通し、前記第２の凝縮器は
脱着された冷媒を凝縮するためにガス圧力導管と連通す
る、請求項45に記載の装置。 - 【請求項５６】前記熱の除去ループと協動し、リアクタ
の吸着中にリアクタからの蒸発した熱伝達流体を前記第
１の凝縮器に選択的に送るための、およびリアクタの脱
着中に脱着リアクタの熱交換手段からの蒸発した熱伝達
流体で前記ループを加圧するための、選択的に操作され
るバルブ手段を含む、請求項55に記載の装置。 - 【請求項５７】前記流体移動手段は、その第１の側にか
かる蒸気圧に応答して第２の側で液体を移動させるため
の可動インタフェース手段を含む、請求項45に記載の装
置。 - 【請求項５８】前記流体移動手段は前記可動インタフェ
ース手段と協動するリザーバを含む、請求項57に記載の
装置。 - 【請求項５９】前記リザーバは、脱着されたガス性冷媒
をそこで受取るために前記１つ以上のガス圧力導管と連
通し、かつ熱伝達流体を受取るために前記凝縮器と連通
する、請求項58に記載の装置。 - 【請求項６０】前記可動インタフェース手段は前記リザ
ーバに位置する仕切板を含む、請求項58に記載の装置。 - 【請求項６１】前記流体移動手段は液体熱伝達流体を保
持しかつ前記熱の除去ループの前記第２の部分を介して
前記リアクタと連通するための１つ以上のリザーバを備
え、前記１つ以上のガス圧力導管は脱着リアクタから脱
着されたガス性冷媒を受取る、請求項45に記載の装置。 - 【請求項６２】前記リザーバから液体熱伝達流体を前記
リアクタの熱交換手段に移動させるために、前記１つ以
上のリザーバは、それと協動し冷媒を加熱するためのヒ
ータを含む、請求項61に記載の装置。 - 【請求項６３】前記リアクタの各々はそこに異なる固体
吸着媒を含み、各固体吸着媒は固体反応物とそこに吸着
されるガス性反応物との間における反応生成物を含み、
前記異なる反応生成物の各々はガス性反応物の濃度とは
実質的に無関係な異なるガス性反応物の蒸気圧を有す
る、請求項45に記載の装置。 - 【請求項６４】複数の３つ以上のリアクタを含み、そこ
にある前記異なる反応生成物は、低い反応圧力でのより
低い蒸気圧反応生成物の吸着温度が、高い反応圧力での
次の連続するより高い蒸気圧反応生成物の脱着温度より
も高い状態で、ガス性反応物の蒸気圧が高くなり、さら
に、最高温度のリアクタから次のより低温のリアクタへ
の吸着熱を除去するために前記リアクタ間で熱伝達流体
を送るための手段を含む、請求項63に記載の装置。 - 【請求項６５】液体熱伝達流体を蒸発させるための単一
の熱源と、蒸発した熱伝達流体を前記リアクタにそれぞ
れ選択的に送るための３方向バルブと、前記単一の熱源
と前記３方向バルブ部材との間を連通し、前記熱源から
蒸発した冷媒を前記バルブに送るための導管手段とを含
む、請求項45に記載の装置。 - 【請求項６６】前記リアクタは、前記蒸発した熱伝達流
体を凝縮するために前記固体吸着媒と熱伝達連絡する熱
伝達部を含む、請求項65に記載の装置。 - 【請求項６７】前記リアクタは、アルカリ金属、アルカ
リ土類金属、遷移金属、亜鉛、カドミウム、スズ、アル
ミニウム、ホウフッ化ナトリウム、または塩化二金属の
ハロゲン化物、硝酸塩、窒化物、シュウ酸塩、硫酸塩、
または亜硫酸塩を含む金属塩に極性のガス性冷媒を吸着
することにより形成され、かつ少なくとも初期吸着反応
中に錯化合物の体膨張率を制約することによって吸着お
よび脱着反応速度を増大するための方法によって形成さ
れる、錯化合物を含む、請求項45に記載の装置。 - 【請求項６８】前記極性のガス性冷媒はアンモニアであ
り、前記金属塩はSrCl2,SrBr2,CaCl2,CaBr2,CaI2,CoC
l2,CoBr2,BaCl2,BaBr2,MgCl2,MgBr2,FeCl2,FeBr2,NiC
l2,ZnCl2,SnCl2,MnCl2,MnBr2もしくはCrCl2またはそれ
らの混合物を含む、請求項67に記載の装置。 - 【請求項６９】前記熱伝達流体は前記アンモニア冷媒を
含む、請求項68に記載の装置。 - 【請求項７０】前記熱伝達流体は前記冷媒として含み、
前記凝縮器は前記熱の除去ループおよび前記１つ以上の
リザーバに連通してそこに凝縮された冷媒を供給する、
請求項62に記載の装置。 - 【請求項７１】下段のより低温のリアクタにおける吸着
の熱は前記リアクタの熱交換手段において凝縮された冷
媒によって除去され、より上段のより高温のリアクタに
おける吸着の熱は前記リアクタの熱交換手段において液
体熱伝達流体により除去され、前記熱の除去ループは、
前記リアクタの熱交換手段と協動し冷媒をより低温のリ
アクタの熱交換手段から前記凝縮器へ送り再び前記より
低温のリアクタの熱交換手段に循環させるための１つ以
上の冷媒導管と、熱伝達流体をより高温のリアクタの熱
交換手段とより低温のリアクタの熱交換手段との間で送
るための１つ以上の熱伝達流体導管とを含む、請求項63
または請求項64に記載の装置。 - 【請求項７２】ガス性の冷媒が吸着媒材料において交互
に吸着および脱着される複数のリアクタを備え、かつ前
記複数のリアクタのすべてから脱着されたガス性冷媒を
凝縮するための共通の凝縮器と、凝縮された冷媒を前記
リアクタの各々に送るための冷却ループとを有する収着
システムにおいて、前記冷媒は吸着中に前記リアクタの
温度以下で液体から気体への相転移を有し、吸着中にお
いて吸着リアクタを冷却する方法は、 １つ以上の機械ポンプを用いて吸着中に前記凝縮器から
凝縮された冷媒を前記冷却ループに沿って前記リアクタ
にポンピングして、前記吸着媒材料との熱交換伝達にお
いて前記凝縮された冷媒を晒すステップと、前記１つ以
上の吸着リアクタにおいて前記液相冷媒の少なくとも一
部を蒸発させるステップとを含む、吸着中に吸着リアク
タを冷却する方法。 - 【請求項７３】冷媒を交互に吸着および脱着するための
固体吸着媒を含むリアクタを備える周期的収着反応シス
テム装置であって、前記リアクタは熱交換で前記吸着媒
に晒す液体冷媒を送るためのリアクタ熱伝達部を含み、
前記装置は、 前記リアクタを加熱するための手段と、 凝縮器と、 蒸発器と、 前記リアクタの熱交換手段と前記凝縮器との間で連通す
る第１の導管と、それと協動し、前記リアクタの熱伝達
部からの蒸発した冷媒を前記凝縮器へ送るためにリアク
タの吸着中に前記第１の導管を選択的に開き、リアクタ
の脱着中に前記第１の導管を閉じるための、選択的に操
作されるバルブとを含み、 前記冷媒は前記リアクタにおいて吸着温度以下の温度で 液体から気体へ相転移することができ、前記装置はさら
に、 液体冷媒をリアクタの熱交換手段に送るための液体移動
手段と、 前記吸着媒での吸着のために前記リアクタへガス性冷媒
を送るための第２の導管手段と、前記リアクタと前記流
体移動手段との間で連通する第３の導管手段とを含む、
周期的収着反応システム装置。 - 【請求項７４】前記流体移動手段は液体冷媒を保持する
ためのリザーバを含む、請求項73に記載の装置。 - 【請求項７５】前記流体移動手段は機械ポンプまたは蒸
気ポンプを備える、請求項74に記載の装置。 - 【請求項７６】前記流体移動手段は蒸気ポンプを備え、
そこから流体を送るためにヒータおよびそれと協動する
一方向バルブを含む、請求項75に記載の装置。
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