JP4335134B2 - 冷凍方法及びその方法を実施するための設備 - Google Patents

Description

本発明は、熱化学系を利用する冷凍の設備と方法に関し、詳細には、各種製品を凍結し又は冷水を製造するための設備と方法に関する。

液体／ガスの相変化に基づく、又は作動ガスと呼ばれるガスと液体もしくは固体収着体との間の可逆的収着に基づく熱発生や冷凍の設備は周知である。可逆的収着は、液体によるガスの吸収、固体上のガスの吸収、又はガスと固体間の反応であってよい。収着体ＳとガスＧの間の可逆的収着は、合成方向 Ｓ＋Ｇ→ＳＧにおいては発熱的でありそして分解方向 ＳＧ→Ｓ＋Ｇにおいては吸熱的である。ガスＧの液体／ガスの相変化においては、凝縮は発熱的でありそして蒸発は吸熱的である。

これらの可逆的現象は、それらの平衡線によるクラウジウス・クラペイロン（Ｃｌａｕｓｉｕｓ−Ｃｌａｐｅｙｒｏｎ）のプロットで表すことができる：
ＩｎＰ＝ｆ（−１／Ｔ）、より正確には、ＩｎＰ＝−ΔＨ／ＲＴ＋ΔＳ／Ｒ
ここで、Ｐ及びＴは、それぞれ、圧力及び温度であり、ΔＨ及びΔＳは、それぞれ、その現象（分解、合成、蒸発、凝縮）のエンタルピー及びエントロピーであり、そしてＲは完全気体常数である。

吸熱段階は、各種の製品（特に、氷を得るための水）を凍結し又は冷水を製造するためのこの方式の設備に有益に採用することができる。

これらの原理に基づく種々の反応装置及び方法が開示されている。

ＥＰ ０ ８１０ ４１０は、バルブ付きのパイプを介して接続された反応装置と蒸発器／凝縮器を具備するシステムを開示するものである。熱化学的反応又は固体／ガス吸収がその反応装置で生ずる。後者は、それが含んでいる固体を加熱するための装置と発熱合成反応から熱を抽出するための装置を具備し、これらの装置は、熱交換器によるか、又は反応装置の熱質量を増やすことによるかの何れかで形成されている。反応装置は、その容量に関して、それが発熱反応中に生じた熱を吸収するのに十分な熱質量を有するように設計される。このシステムを操作する方法は、蒸発器／凝縮器が液体形状の作動ガスで充填時に蒸発器／凝縮器を反応装置と連絡状態にする（これは蒸発器／凝縮器を蒸発によって冷却する効果がある）ステップと、そしてその後、固体を加熱して作動ガスを蒸発器／凝縮器へ輸送し且つそこでそれを凝縮するように意図された装置をオンにするステップを包含する。反応装置において固体を加熱するべく意図された装置は、先のステップが完了する以前にオンされる。蒸発器／凝縮器によって生成される冷凍は、冷水又は氷を製造するのに利用することができる。しかし、このシステムでは、サイクル時間が比較的長い。何故なら、そのシステムの冷凍は、高温度Ｔ_ｈで行われそしてその反応装置の冷却は、周囲温度Ｔ_０で行われるからである。従って、反応装置は、再生温度と周囲温度の間で比較的大きい熱変位を受けることになる。これは、低い性能係数に帰着する。

ＥＰ−０ ８３５ ４１４は、それぞれの塩（Ｓ_１、Ｓ_２）を含んでいる２つの反応装置（Ｒ_１、Ｒ_２）、ガスＧ用の蒸発器及びガスＧ用の凝縮器から成る設備においてガスＧに関わる熱化学的現象を利用する冷凍及び／又は熱発生の方法を開示するものである。塩Ｓ_１の平衡温度は、与えられた圧力では塩Ｓ_２の平衡温度より低い。反応装置は、熱交換できるよう熱接触して配置される。反応装置、蒸発器及び凝縮器は、バルブが設けられたパイプによって相互に選択的に連絡状態におかれる。初期段階では、反応装置と凝縮器が、凝縮器の圧力で、連絡される。動作中、反応装置の１つは合成モードにあり、一方、他の反応装置は分解モードにある。この動作モードにおいて、冷凍は、単一の温度レベルで、即ち、蒸発器における蒸発温度で、達成される。

本発明の目的は、大幅に短縮されたサイクル温度とより高性能レベルで、特に、冷水の即時且つ急速生成又は種々の（例えば，製氷のための）製品の急速凍結に向く極めて高い冷凍能力、例えば、約２００ｋＷ／ｍ^３、を得るための方法と設備を提供することにある。

本発明に従い、熱化学系を利用する冷凍の方法は、３チャンバー（ＥＣ）、（１）及び（２）におけるガスＧに関わる３つの可逆現象を含み、与えられた圧力における各々の平衡温度Ｔ_{Ｅ（ＥＣ）}、Ｔ_Ｅ（１）、Ｔ_Ｅ（２）は、Ｔ_{Ｅ（ＥＣ）}＜Ｔ_Ｅ（２）＜Ｔ_Ｅ（１）のようになり、チャンバー（１）及び（２）は熱接触している。同方法は、３チャンバーが周囲温度にあり且つ同一の圧力にある状態からスタートして、以下のようにすると言う事実によって特色付けられる：
− 第一段階で、チャンバー（１）を分離しそしてチャンバー（ＥＣ）及び（２）を連絡させてチャンバー（２）で発熱合成を実施できるようにし、生成された熱はチャンバー（１）で吸収するようにし、
− 第二段階で、チャンバー（２）を分離しそしてチャンバー（ＥＣ）及び（１）を連絡させてチャンバー（１）で発熱合成を実施できるようにし、生成された熱はチャンバー（２）で吸収するようにし、
− 第三段階で、３つのチャンバーを連絡させそして熱エネルギーをチャンバー（１）へ供給して、設備の再生の目的で、（１）及び（２）で発熱分解を実施できるようにし、その後、設備を周囲温度に戻すために放置する。

本発明の方法に従って操作され、その最も一般的な構成にある本発明による設備は、従って、極めて短時間で強力な冷凍を達成することを可能にし、これによって、例えば、氷のほとんど即時の製造を可能にすることができる。さらに、当該設備が吸熱成分に相変化物質を含んでいるときは、最高温度で動作している反応装置における再生温度が減じられ、これは、一方で、プロセスの所要時間を短縮し且つ電力消費を低減させることになる。

より詳細には、
− 予備段階中、３チャンバーを相互から分離して且つ周囲温度に置き、前記チャンバーは、それぞれ、ＳＥＣ＋Ｇ、Ｓ１及びＳ２を含み、
− 第一段階中、チャンバー（ＥＣ）及び（２）を連絡させ、チャンバー（１）を分離した状態に保持して、（２）及び（ＥＣ）によって形成された組立における圧力に対応する（ＥＣ）の平衡温度で（２）での発熱合成及びチャンバー（ＥＣ）における冷凍を実施できるようにし、
− 第二段階中、チャンバー（２）を分離しそしてチャンバー（ＥＣ）及び（１）を連絡させて、（１）及び（ＥＣ）によって形成された組立における圧力に対応する（ＥＣ）の平衡温度で（１）での発熱合成及びチャンバー（ＥＣ）における冷凍を実施できるようにし、
− 第三段階中、３つのチャンバーを連絡させて、（ＥＣ）における合成と（２）における分解を実施できるようにし、そして熱エネルギーをチャンバー（１）へ供給して、（１）における分解を実施できるようにし、そして
− 第四段階中、３つのチャンバーを分離して、周囲温度まで冷却すべく放置する。

冷凍サイクルは、以上で、完結する。

反応装置（１）及び（２）における可逆現象は、ガスＧと固体の間の可逆化学反応、固体上でのガスＧの吸収、及び液体によるガスＧの吸収から選択された可逆収着であってよい。

装置（ＥＣ）における可逆現象は、上で定義されたような、収着、又はガスＧの液体／ガスの相変化であってよい。液体／ガスの相変化は、その系の低目の熱慣性のため、それらによって収着より高速度での冷凍が可能になるので望ましいものである。

本文書の残余で、「収着」は、可逆的収着を表し、用語「現象」は、収着及び液体／ガスの相変化から選択された可逆的現象を表し、用語［Ｌ／Ｇ変化］は、ガスＧの液体／ガスの相変化を表し、用語「Ｓ１」、「Ｓ２」及び「ＳＥＣ」は、ガス希薄状態における収着体、又は、適当である場合、それぞれ、ガス状態における、反応装置（１）における、反応装置（２）及び装置（ＥＣ）におけるＧを表し、用語「Ｓ１＋Ｇ」、「Ｓ２＋Ｇ」及び「ＳＥＣ＋Ｇ」は、ガスリッチ状態における収着体、又は、適当である場合、それぞれ、液体状態における、反応装置（１）における、反応装置（２）及び装置（ＥＣ）におけるＧを表す。

ガスＧの一例として、アンモニア（ＮＨ_３）とその誘導体、水素（Ｈ_２）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、水（Ｈ_２Ｏ）、硫化水素（Ｈ_２Ｓ）、メタン及びその他の天然ガスを挙げることができる。収着反応として、アンモニウム化合物（例えば、塩化物、臭化物、ヨウ化物又は硫酸塩）、水和物、炭酸塩又は水素化物の反応を挙げることができる。

本発明の方法は、装置（ＥＣ）から成る、吸熱成分と、反応装置（１）及び反応装置（２）から成る、発熱成分とを具備する設備を用いて実行してよい。前記設備は、以下の事実によって特色付けられる：

− 反応装置（１）と（２）は、その各々が他に対して活性熱質量を構築するよう熱接触されており、

− 反応装置（１）と（２）及び装置（ＥＣ）は、それらを選択的に連絡させるための手段を備えており、

− 反応装置（１）と（２）は、加熱手段（６）と熱抽出手段（５）を備えており、そして

− サイクルのスタート時：
＊反応装置（１）と（２）は、ガスＧに関わる可逆吸着にあずかることができる収着体Ｓ１と収着体２を、それぞれ含んでいて、クラウジウス・クラペイロンのプロットにおいて（１）における可逆吸着の平衡曲線は、（２）における可逆吸着の平衡曲線のそれより高い温度範囲内にあり、そして
＊装置（ＥＣ）は、液体／ガスの相変化を受けることができる化合物Ｇ又は可逆吸着にあずかることができるガスＧに富んだＳＥＣ＋Ｇ収着体を含み、その平衡温度は、反応装置（２）における可逆吸着の平衡温度を下回る。

特定の実施態様において、反応装置（１）と（２）の間の熱接触は、反応装置（２）の内部に反応装置（１）を配置させることにより達成される。例えば、反応装置（１）と（２）は同心であって、反応装置（１）が反応装置（２）の内部に配置される。

別の実施態様において、反応装置（１）と（２）の各々は、それぞれの収着体を含んでいる幾つかの中空板で、反応装置の１つの板が他の板と互い違いになるものによって形成される。板の厚さは、典型的に、約１〜３ｃｍである。

本発明による設備において、冷凍は、装置（ＥＣ）において行われる。その冷凍が、氷又は冷水を製造しようとするものであれば、当該設備は、さらに、装置（ＥＣ）と直接熱接触した状態水を容れる貯蔵器（３）を具備する。氷を作りたい場合は、所望の氷片サイズを有する区分に分割された貯蔵器を用いることが好まれる。当該設備が冷水製造に使用される場合は、貯蔵器３は、装置（ＥＣ）の壁の中に組み込まれていてその中を水が流れるコイルであってよい。当該設備で種々の製品を凍結しようとする場合は、貯蔵器（３）は、製品を正しく収容し且つ凍結できる適当な形状を有する。

図１は、本発明に従う設備の線図を示す。

この図で、当該設備は、加熱手段（６）を備えた、反応装置（１）と、反応装置（１）と熱接触していて且つ冷却手段（５）を備えた、反応装置（２）と、装置（ＥＣ）と、反応装置（１）と（２）を（ＥＣ）と選択的に接触させるためのバルブＶ１及びＶ２を備えたパイプ群を包含する。反応装置（１）は、ガスＧに関する収着を受けることができる収着体Ｓ１を含む。反応装置（２）は、ガスＧに関する収着を受けることができる収着体Ｓ２を含み、Ｓ１の平衡温度は、与えられた圧力でＳ２の平衡温度を上回る。装置（ＥＣ）は、液体状態のガスＧ又はガスＧに関する収着を受けることができる収着体ＳＥＣを含み、ＳＥＣの平衡温度は、Ｓ２の平衡温度を下回り且つ与えられた圧力である。装置（ＥＣ）は、有利には、液体／ガスの相変化がそこで起こるところの蒸発器／凝縮器（以後、蒸発器で記載）である。（ＥＣ）は、その壁の中に取り込まれ且つ水を含んでいる貯蔵器（３）と直接熱接触している。

本発明による設備と方法は、装置（２）が蒸発器／凝縮器（以後、蒸発器で記載）である時に特に有益である。１つの特定の実施態様において、蒸発器は、図２と３に示したような構造を有する。図２は断面図を示しそして図３は長さ方向の断面図を示す。

蒸発器は、その２つの端部で閉じられていて且つ円形の断面を有する円筒（８）からなる。円形断面は、その上部が氷トレイ（７）の断面と対応する凹形の円形アークを含む。中空フィン（９）が、蒸発器内部に、長さ方向に配置される。蒸発器と反応装置（１）又は（２）の間でガスＧを移動させるためのパイプに接続されたチューブ（１０）が、円筒の端部の１つに作られた孔を介して蒸発器の円筒チャンバー内に配管され、そしてそれが氷トレイ（７）の壁の真下に配置される。作動ガスＧが、沸騰液の形で、蒸発器の底部に置かれる。フィンの壁間の空間は、相変化物質Ｍで充満される。

蒸発器（８）の外側壁は、壁の温度を急速に降下させられるよう高い熱拡散性、即ち、低い熱容量を有し且つ急速アイス形成を可能にするために高い熱伝導性を有する物質から作られる。低熱容量と高伝導性を有するところの、例えばアルミニウムをベースとした、物質は、負温度冷凍設備に頻繁に用いられるガスであるところの、アンモニアとのその相容性の理由から、適当である。フィン（９）は、沸騰液から氷トレイ中への、熱の拡散と、蒸発器の機械的強度を高めるものである。氷トレイ７は、所望の形状の氷片が得られるように配置された多数の横向きの区分を備えている。氷トレイの全体的形状は、適当なトロイダル半月形を有しており、従って、形成された氷片の容易な脱成形（ｄｅｍｏｌｄｉｎｇ）を可能にするものである。

中空フィンの壁の間に置かれた相変化物質Ｍは、蒸発器の温度を低温度に維持する。これによって、蒸発器から分離された反応器を再生するための過渡的な加熱段階の間氷製造段階を拡張することが可能となる。

チューブ（１０）の特殊な配置形状及び蒸発器のチャンバーにおけるその位置は、高圧反応装置を相変化物質によって低圧に維持された蒸発器と連絡させるというステップ５の間中、反応装置から来るホットガスが、最初に、氷トレイの壁に当り、そのため氷片を分離するのが比較的容易になるようにする。

１つの特異的実施態様において、本発明に従う冷凍の方法は、上述のような設備を使って実施され、この場合、チャンバー（ＥＣ）は、さらに、固体／液体の相変化物質Ｍを含む。相変化物質Ｍは、凝固温度が（２）における合成に対応して（ＥＣ）における冷凍温度より少なくとも僅かに下回るように選択される。例えば、１℃〜１０℃の、数度の温度差が適当である。例えば、この温度は、所望の目的が氷を製造することである場合は０℃である。物質Ｍは、例えば、１０〜２０炭素原子を有するｎ−アルカンのような、パラフィン類、共融混合物及び共融溶液から選択してよい。そのプロセスは、上述の一般的な場合と同様な方法で行われる。しかし、再生段階中、チャンバー（ＥＣ）における温度は、物質Ｍの融点のそれであり、結果的に、相物質の変化のない状態で生ずるそれより低い再生温度になる。本発明の方法を実行するこの代替方法は、従って、サイクル時間と再生に要するエネルギー量を低減する。

本発明による冷凍における本発明の方法の実行は、（ＥＣ）が蒸発器／凝縮器であるところの設備の場合において図４−７を参照して以下により詳しく記述する。図４−７は、動作サイクルの種々の段階中のクラウジウス・クラペイロンプロットにおける設備の位置を示す。プロットの曲線は、一変量現象に対応する。しかし、吸収性溶液（例えば、水／ＮＨ_３又は水／ＬｉＢｒ）によるガスＧの吸収に関する又は活性固体（例えば、活性炭素又はゼオライト）の表面上のガスＧに関する例に対応した、二変量現象が反応装置（１）及び／又は（２）に用いられるようなら、設備の動作は同一であろう。

初期段階
初期段階中、構成部分（１）、（２）及び（ＥＣ）は、周囲温度Ｔ_０に置かれ且つバルブＶ１及びＶ２を閉状態に維持することにより相互から分離される。構成成分が相互から分離されるので、それらは、温度Ｔ_０でＰＥ^０、Ｐ１^０及びＰ２^０で表される、それらの各々の平衡圧力にある。反応装置（１）及び（２）は、それぞれ、Ｓ１及びＳ２を含み、一方、装置（ＥＣ）は、液体形のＧを含む。Ｓ１、Ｓ２及びＧは、Ｐ１^０＜Ｐ２^０＜ＰＥ^０となるように選択される。構成成分の状況を図４で示されたプロットでは１^０、２^０及びＥ^０で示す。

ステップ１：第一冷凍段階
バルブＶ１が閉じられそして設備は、反応装置（２）と蒸発器（ＥＣ）によって動作する。バルブＶ２を開けると、（ＥＣ）と（２）の間で圧力が等しくなる（ＰＥ^１＝Ｐ２^１）。蒸発器（ＥＣ）は、位置Ｅ^０からＥ^１へ移行しそして反応装置（２）は、位置２^０から２^１へ移る。それぞれの位置の変化を図４に示す。２^１の状態では、反応装置（２）が合成位置にあるが、Ｅ^１の状態では、蒸発器（ＥＣ）が蒸発状態にある。（ＥＣ）を（２）と連絡させることで、（ＥＣ）における温度の急降下が生じそして温度がＴ_０からＴ_Ｅ１へ移る。この温度降下は、従って、第一に、蒸発器の壁の中に編入された（図１には示されていない）トレイに収容された水の急速凍結を可能にする。次いで、最初の冷凍力ピークが観察される。（ＥＣ）における蒸発によって遊離されたガスは、（２）に含まれた収着体Ｓ２によって吸収され、その収着が極めて発熱的であるという事実のため反応装置（２）での温度上昇の原因になる。（２）における収着によって生成されたエネルギーは、（ＥＣ）から分離されているが（２）と熱接触しているところの、反応装置（１）によって吸収される。それ故、反応装置（１）は、熱容量を構築し、反応装置（２）をその熱力学的平衡からはるかに離れた状態に留めることができる。反応装置（１）が、その後、その熱力学的平衡ライン上に留まることで位置１^０から位置１^１へ移る。

ステップ２：第二冷凍段階
ステップ１の終了で合成が反応装置（２）で完了し終わると［その所要時間は、（２）及び（ＥＣ）に使用された要素の性質と量によって決められる］、バルブＶ２が閉じられそしてバルブＶ１が即時に開けられる。その時、当該設備は、反応装置（１）と蒸発器（ＥＣ）によって動作する。反応装置（１）及び蒸発器（ＥＣ）間で確立される平衡圧力は、これらの構成部分をＥ^１及び１^１によって示された位置からＥ^２及び１^２によって示された位置へ移行させる。この変化を図５に示す。

冷凍は、蒸発器（ＥＣ）においてＥ^２で、即ち、ステップ１における冷凍温度Ｔ_Ｅ１を下回る温度Ｔ_Ｅ２で、行われる。ステップ１とステップ２は、交互に行われるので、それらは、Ｔ_Ｅ２で高レベルの冷凍力を与え、（ＥＣ）を僅かにＴ_Ｅ ^１からＴ_Ｅ ^２まで駆動する。この段階中、反応装置（２）は、反応装置（１）に対する熱容量として作用する。反応装置（１）から来る発熱反応の熱を吸収するところの、反応装置（２）は、温度が上昇しそしてその熱力学的平衡ライン上で２^２となる。この熱容量のお陰で、反応装置（１）は、その熱力学的平衡から離れた位置であるところの、１^２に留まる。これが、強力な第二の冷凍力ピークとなる。

ステップ３：氷分離及び再生段階
ステップ２の終了時又はその前、バルブＶ２が開けられ、バルブＶ１は開けられたままである。

構成部分（１）、（２）及び（ＥＣ）が、ステップ１のそれとステップ２間の中間圧力レベルで位置１^３，２^３及びＣ^３へ急速に移動する。反応装置（２）の内容物が分解位置になりそして反応装置（１）の内容物が合成位置に留まる。これらの合成／分解位置は、反応装置（１）と（２）の間に存在する熱接触のため平衡から離れている。その結果は、反応装置（２）における分解が反応装置（１）で発散する合成より速いという事実である。このように、凝縮が装置（ＥＣ）で直ちに開始され、それが位置Ｃ^３へ急速に移動する。この発熱的凝縮は、その熱が氷片の表面融解によって吸収されるときに可能であり、その氷片を分離させ且つ従ってそれらを後で装置（ＥＣ）からより外し易くする。このステップのスタートから直ぐに（バルブＶ２が開けられると同時に）（１）において加熱手段（６）をオンにすることで、（ＥＣ）における凝縮となり、それが、漸次、位置Ｃ^３から圧力レベルＣ^４へ移動し、ガスＧを再度凝縮させることができる。凝縮は、反応装置（１）が位置１^４にあるときで且つ凝縮圧力が要素（ＥＣ）の冷却液の平均温度に対応する飽和蒸気圧（例えば、外部大気のそれ）より大きくなるときもやはり可能である。温度Ｔ_１ ^４は、再生温度（Ｔ_ｒｅｇ）でありそして装置（ＥＣ）が位置Ｃ^４にあり、それが、凝縮によって課せられる圧力レベルでもまた反応装置（２）を位置２^４へ移動させる。その時、凝縮の熱はヒートシンクへ移されるため、熱力学的位置Ｃ^４は、必然的に、位置Ｃ^４に対応する温度が周囲温度Ｔ_０を上回るようなものである。装置の再生は、この発熱的凝縮の熱が、周囲空気又は冷却回路であってよいところの、ヒートシンクから抽出されなければならないことを意味する。種々の構成部分の位置の変化を図６に示す。

ステップ４：冷却段階及び初期段階への復帰
反応装置（１）及び（２）の再生が完了し終わると、バルブＶ１及びＶ２が閉じられる。このように分離された反応装置は、その後、自然に又は冷却手段（５）（ファン、冷却回路、等）を使って冷却され、その温度と圧力を下げる。各構成部分は、それが周囲温度に到達するまでその熱力学的平衡曲線に沿って移動し、よって、初期位置、Ｅ^０、１^０及び２^０へ、それぞれ、戻る。このようにして、装置は、動作サイクルの開始時の冷凍貯蔵段階の初期状態となる。この段階中の種々の構成部分の位置の変化を図７に示す。

チャンバー（ＥＣ）が、さらに、相変化物質Ｍを含む設備に対して本発明の方法が採用されるとき、その相変化温度Ｔ_Ｍが（ＥＣ）における冷凍温度Ｔ_Ｅ１を少なくとも僅か下回り、反応装置（１）及び（２）に収容された収着体の再生がより速まる。反応装置（１）と（２）及びチャンバー（ＥＣ）が連続段階中に見出される連続状態を図８に示したクラウジウス・クラペイロンプロットで図解する。この実施態様において、装置（ＥＣ）は、図２及び３に示した形状を有していてもよい。

初期段階
これは、上述の初期段階と類似している。構成部分（１）、（２）及び（ＥＣ）は、図８において１^０、２^０及びＥ^０で示された位置にある。

ステップ１：第一冷凍段階
バルブＶ１が閉状態にある。設備は、反応装置（２）と蒸発器（ＥＣ）によって動作する。バルブＶ２を開けると、（ＥＣ）と（２）の間で圧力が等しくなる（ＰＥ^１＝Ｐ２^１）。蒸発器（ＥＣ）は、位置Ｅ^０からＥ^１へ移行しそして反応装置（２）は、位置２^０から２^１へ移る。２^１の状態では、反応装置（２）が合成位置にあるが、Ｅ^１の状態では、蒸発器（ＥＣ）が蒸発状態にある。

（ＥＣ）を（２）と連絡させることで、温度（ＥＣ）の急降下が生じ、Ｔ_０からＴ_Ｅ１へ移る。この温度降下は、従って、第一に、蒸発器の壁の中に編入されたトレイ７に収容された水の急速凍結並びにその後、部分的凍結となり、次いで、物質Ｍの凝固となる。（ＥＣ）における蒸発によって遊離されたガスは、（２）に含まれた収着体Ｓ２によって吸収され、その収着が極めて発熱的であるため反応装置（２）での温度上昇の原因になる。（２）における収着によって生成されたエネルギーは、（ＥＣ）から分離されているが（２）と熱接触しているところの、反応装置（１）によって吸収される。それ故、反応装置（１）は、熱容量を構築し、反応装置（２）をその熱力学的平衡からはるかに離れた状態に留めることができる。反応装置（１）が、その後、位置１^０から位置１^１へ移り、その熱力学的平衡ライン上に留まる。

ステップ２：第二冷凍段階
（ＥＣ）における相変化物質の存在は、ステップ２の実行を変更するものではない。この段階の後、反応装置（１）と（２）及びチャンバー（ＥＣ）は、各々の位置１^２、２^２、Ｅ^２にある。

ステップ３：氷分離及び再生段階
ステップ２の後は、バルブＶ２が開けられ、バルブＶ１は開けられたままである。

構成部分（１）、（２）及び（ＥＣ）が、ステップ１のそれとステップ２の間の中間圧力レベルで位置１^３，２^３及びＣ^３へ急速に移動する。反応装置（２）の内容物が分解位置になりそして反応装置（１）の内容物が合成位置に留まる。これらの合成／分解位置は、反応装置（１）と（２）の間に存在する熱接触のため平衡から離れている。結果として、反応装置（２）における分解が反応装置（１）で完了される合成より速い。このように、凝縮が装置（ＥＣ）で直ちに開始され、それが位置Ｃ^３へ急速に移動する。この発熱的凝縮は、その熱が氷片の表面融解によって吸収されるので可能であり、その氷片を分離させ且つ従ってそれらを後で装置（ＥＣ）からより外し易くする。このステップのスタートから直ぐに（バルブＶ２を開けると同時に）（１）において加熱手段（６）をオンにすることで、（ＥＣ）における凝縮を維持し、それが、漸次、位置Ｃ３から位置Ｃ４’へ移動し、ガスを再度効果的に凝縮させることができる。凝縮は、反応装置（１）が位置１^４’にあるときで且つ凝縮圧力が相変化物質の融点Ｔ_Ｍに対応する飽和蒸気圧より大きくなるときもやはり可能である。温度Ｔ_１ ^４’は、再生温度（Ｔ_ｒｅｇ）でありそして装置（ＥＣ）が位置Ｃ^４’にあり、それが、反応装置（２）をガスＧの凝縮によって課せられる圧力レベルでも、また、位置２^４’へ移動させる。

バルブＶ２を開け（バルブＶ１は開いたまま）且つ反応装置（１）における加熱手段（６）をオンにすることで、反応装置（２）における急速脱離、氷の分離と取り外し、及び反応装置（１）における合成の終了、それに続く（１）における脱離を誘発する。共融の溶解によって温度Ｔ_Ｍで課せられた凝縮温度は、一方では、周囲温度を下回る温度でガスＧを凝縮することを可能にする。これによって装置（ＥＣ）の熱的変位を実質的に減少させることができ、結果的に、当該方法のより良好な効率及びより短いサイクル時間が得られる。他方、凝縮圧Ｐ_Ｃ４’は、相変化物質の無い場合に得られた圧力Ｐ_Ｃ４より低い。このことは、（１）の再生温度、及び従って（２）のそれの低下となり、これは、（１）及び（２）を再生する際に消費されるエネルギーの低減を意味し、再度、当該方法のより良好な効率が得られ且つサイクル時間の短縮となる。

ステップ４：冷却段階及び初期段階への復帰
相変化物質が存在する場合は、反応装置（１）が低目の温度にある故、設備全体は、比較的短時間で温度Ｔ_０に復帰する。

Claims (13)

1. 熱化学系を利用する冷凍の方法において、３つのチャンバー（即ち、ＥＣ装置（ＥＣ）、第１の反応装置（１）及び第２の反応装置（２））におけるガスＧに関わる３つの可逆現象を含み、与えられた圧力における各々の平衡温度Ｔ_{Ｅ（ＥＣ）}、Ｔ_Ｅ（１）、Ｔ_Ｅ（２）がＴ_{Ｅ（ＥＣ）}＜Ｔ_Ｅ（２）＜Ｔ_Ｅ（１）の関係にあり、第１の反応装置（１）及び第２の反応装置（２）が熱接触していて、ここで、３つのチャンバーが周囲温度にあり且つ同一の圧力にある状態からスタートして：
   − 第一段階で、第１の反応装置（１）を分離しそしてＥＣ装置（ＥＣ）及び第２の反応装置（２）を連絡させて第２の反応装置（２）で発熱合成を実施できるようにし、生成された熱は第１の反応装置（１）で吸収するようにし、
   − 第二段階で、第２の反応装置（２）を分離しそしてＥＣ装置（ＥＣ）及び第１の反応装置（１）を連絡させて第１の反応装置（１）で発熱合成を実施できるようにし、生成された熱は第２の反応装置（２）で吸収するようにし、
   − 第三段階で、３つのチャンバーを連絡させそして熱エネルギーを第１の反応装置（１）へ供給して、第１の反応装置（１）及び第２の反応装置（２）で発熱分解を実施できるようにし、設備の再生の目的で、その後、設備を周囲温度に戻すために放置する、方法。
2. − 初期段階において、ＥＣ装置（ＥＣ）、第１の反応装置（１）及び第２の反応装置（２）を相互から分離して且つ周囲温度に置き、前記第１の反応装置（１）及び第２の反応装置（２）は、ガスＧが希薄な状態におけるそれぞれの第1の収着体（Ｓ１）及び第２の収着体（Ｓ２）を含み、且つＥＣ装置（ＥＣ）は、液体状態のＧ又はガスＧが富んだ状態における収着体を含み、
   − 第一段階中、ＥＣ装置（ＥＣ）及び第２の反応装置（２）を連絡させることで、第２の反応装置（２）及びＥＣ装置（ＥＣ）によって形成された組立における圧力に対応するＥＣ装置（ＥＣ）の平衡温度でＥＣ装置（ＥＣ）において冷凍を起こさせ、
   − 第二段階中、ＥＣ装置（ＥＣ）及び第１の反応装置（１）を連絡させることで、第１の反応装置（１）及びＥＣ装置（ＥＣ）によって形成された組立（ａｓｓｅｍｂｌｙ）における圧力に対応するＥＣ装置（ＥＣ）の平衡温度でＥＣ装置（ＥＣ）において冷凍を起こさせ、
   − 第三段階中、３つのチャンバーを連絡させることで、ＥＣ装置（ＥＣ）における合成と第２の反応装置（２）における分解を起こさせ、且つ熱エネルギーを第１の反応装置（１）へ供給して第１の反応装置（１）における分解を起こさせる、請求項１に記載の方法。
3. 第１の反応装置（１）及び第２の反応装置（２）における可逆現象が、ガスＧと固体の間の可逆化学反応、固体上でのガスＧの吸収、及び液体によるガスＧの吸収から選択される、請求項１に記載の方法。
4. ＥＣ装置（ＥＣ）における可逆現象が、液体／ガスの相変化である、請求項１に記載の方法。
5. ＥＣ装置（ＥＣ）における可逆現象が、ガスＧと固体の間の可逆化学反応、固体上でのガスＧの吸収、及び液体によるガスＧの吸収から選択される収着である、請求項１に記載の方法。
6. ＥＣ装置（ＥＣ）から成る吸熱成分と、第１の反応装置（１）及び第２の反応装置（２）から成る発熱成分とを包含し、この場合、
   − 第１の反応装置（１）と第２の反応装置（２）は、その各々が他に対して活性熱質量を構築するよう熱接触されており、
   − 第１の反応装置（１）と第２の反応装置（２）及びＥＣ装置（ＥＣ）は、それらを選択的に連絡させるための手段を備えており、
   − 第１の反応装置（１）と第２の反応装置（２）は、加熱手段（６）と熱抽出手段（５）を備えており、そして
   − サイクルのスタート時：
   ＊第１の反応装置（１）と第２の反応装置（２）は、ガスＧに関わる可逆収着にあずかることができる第1の収着体（Ｓ１）と第２の収着体（Ｓ２）を、それぞれ、含んでいて、第１の反応装置（１）における可逆収着の平衡温度は、与えられた圧力における第２の反応装置（２）における可逆収着の平衡温度より高く、そして
   ＊ＥＣ装置（ＥＣ）は、液体／ガスの相変化を受けることができる化合物Ｇ又は可逆収着にあずかることができるガスＧが富んだＳＥＣ＋Ｇ収着体を含み、その平衡温度は、第２の反応装置（２）における可逆収着の平衡温度を下回る
   請求項１に記載の方法を実行するための設備。
7. ＥＣ装置（ＥＣ）が、水を含んでいる貯蔵器（３）と直接熱接触状態にある、請求項６に記載の設備。
8. ＥＣ装置（ＥＣ）が、さらに、液体／固体の相変化物質を含み、その相変化温度が冷凍温度を下回る、請求項６に記載の設備。
9. ＥＣ装置（ＥＣ）が、その２つの端部で閉じられている円筒（８）からなる蒸発器であって、その円筒の円形断面が、その上部において氷トレイ（７）の断面に対応する凹形の円形アークを含み、蒸発器が、さらに、
   − 固体／液体の相変化物質によって占有される中空フィンと、
   − 蒸発器と第２の反応装置（２）の間でガスＧを移転させるためのパイプに接続されていて、円筒の端部の１つに作られた孔を介して蒸発器の円筒チャンバー内に配管され、氷トレイ（７）の壁の真下に配置されるところのチューブ（１０）を具備し、作動ガスＧが、沸騰液の形で、蒸発器の底部に置かれる、請求項６に記載の設備。
10. 第１の反応装置（１）が第２の反応装置（２）の内部に設置される、請求項６に記載の設備。
11. 第１の反応装置（１）と第２の反応装置（２）が同心であって、第１の反応装置（１）が第２の反応装置（２）の内部に設置される、請求項１０に記載の設備。
12. 第１の反応装置（１）と第２の反応装置（２）の各々が、それぞれの収着体を含んでいる複数の中空板によって形成され、１つの反応装置の板が他の反応装置の板と互い違いになる、請求項６に記載の設備。
13. 相変化物質の相変化温度と冷凍温度との差が１℃〜１０℃である、請求項８に記載の設備。

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