JP4563378B2 - 急速かつ高性能低温製造の方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、急速高性能冷却もしくは冷凍の方法及び装置に関するものである。

液体／気体の相変化、或いは作動ガスと呼ばれる気体と液体又は固体吸着剤との間の可逆吸着に基づいて、設備内で加熱又は冷却を生じさせることは既知である。可逆吸着は、液体による気体の吸収、固体表面への気体の吸収、又は気体及び固体間の反応でありうる。吸着剤Ｓ及び気体Ｇの間の可逆吸着は、合成方向Ｓ＋Ｇ→ＳＧには発熱性であり、分解方向ＳＧ→Ｓ＋Ｇには吸熱性である。Ｇの液体／気体相変化において、凝縮は発熱性であり、蒸発は吸熱性である。これらの可逆現象は、それらの状態曲線によりクラジウス−クラペイロン（Clausius-Clapeyron）図表にlnＰ＝f（-１/Ｔ），より精確には、lnＰ＝-ΔＨ/ＲＴ＋ΔＳ/Ｒとして表わすことができ、ここで、当該現象（分解、合成、蒸発、凝縮）において、Ｐ及びＴはそれぞれ圧力及び温度であり、ΔＨ及びΔＳはそれぞれエンタルピー及びエントロピーである。吸熱ステップは、種々の生産品（特に、氷を得るための水）を冷凍するため或いは冷水製造のためこの形式の設備において使用されるのが有利であると考えられている。

従って、ＥＰ−０８１０４１０は、ガスＧを含む固体−気体吸収の又は熱化学反応の場所である反応器と、バルブを備えたラインを介してこの反応器に接続されると共に、ガスＧに対する蒸発器として又凝縮器として交互に作動するチャンバとから構成される装置について記載している。反応器は、その内容物を加熱するための手段と、発熱合成反応の熱を抽出するための手段とを含んでおり、これらの手段は、熱交換器によるかそれとも反応器の熱的質量(thermal mass)の増加により形成されている。反応器は、その内容物と共に、発熱反応中に生じた熱を吸収するのに十分な熱的質量を有するような方法で配設されている。この装置を制御する方法は、蒸発器／凝縮器が液体の形の作動ガスで満たされたときに該蒸発器／凝縮器を反応器と連通させる−なお、これは蒸発により蒸発器／凝縮器を冷却する効果を有する−と共に、しかる後ガスを搬送し蒸発器／凝縮器において凝縮するよう固体を加熱することを意図した手段を作動することからなっている。反応器において固体を再熱することを意図した手段の作動は、前のステップが終了した後に開始する。しかしながら、この装置において、該装置の再生が高温度Ｔ_ｈで行なわれると共に、反応器の冷却が周囲温度Ｔ_０で行なわれるという事実のために、サイクル時間は比較的に長い。その結果、反応器は、再生温度及び周囲温度の間の比較的に長い熱的振幅を経験し、低い動作性能率になる。更に、発熱凝縮は吸熱蒸発と同じチャンバで行なわれるので、蒸発器／凝縮器チャンバの熱的振幅は大きくなり、サイクル時間が長くなると共に、動作性能が低下する。

ＷＯ−９７／４０３２８は、それぞれ凝縮器かそれとも蒸発器に交互に接続される、熱的に接触状態にある２つの反応器から構成される、冷却及び／又は加熱を生じさせる装置について記載している。この装置において、冷却は、冷却ステップ中に凝縮器に送り込まれる作動ガスＧを吐き出す蒸発器から行われる。

ＥＰ−０５８０８４８は、作動ガスＧを吐き出す蒸発器から冷却が行われる、冷却及び／又は加熱を生じさせる装置について記載している。該装置は、一方では蒸発器と別体の凝縮器とを備え、他方では２つの反応器を２組備えており、連続的な冷却を確実にするためにこれら２組は交互反転式に作動する。該組の一方が冷却フェーズにある間、該組の反応器は蒸発器に接続されており、同時に第２組の反応器が凝縮器に接続されると共に再生フェーズで作動する。次に、接続が反転されて、第１組の反応器が再生フェーズのため凝縮器に接続されるのに対して、第２組の反応器は冷却フェーズのため蒸発器に接続される。蒸発器及び凝縮器は、それらの環境と熱交換できるように設計されていて、そのため冷却効率が低下する。先行技術についての前述した２つの文献の装置は、反対のフェーズで作動する２つの反応器を必ず備えており、反応器の一方が凝縮器に接続されるのに対して他方の反応器が蒸発器に接続される。従って、蒸発器及び凝縮器は、連続的に作動していると共に、反応器の１つに対して交互に切り離され、そして接続される。

ＥＰ−０３８２５８６は、作動ガスのための凝縮器及び蒸発器と、同じ作動ガスを含む異なる可逆現象の場所である２つの反応器とを備える冷却装置について記載している。該反応器は交互に作動する。所定の反応器は、それが合成（冷却）フェーズにあるときに蒸発器に接続されると共に、それが分解（再生）フェーズにあるときに凝縮器に接続される。凝縮器の温度は蒸発器のそれよりも高い。凝縮器において凝縮した作動ガスは蒸発器に送り込まれるのに役立つ。蒸発器及び凝縮器は、それらの環境と熱交換できるように設計されていて、そのため冷却効率が低下する。

先行技術の冷却方法は、装置の種々の構成要素間の接続を制御する難しさのために、特に、比較的に複雑な制御方法を必要とする。更に、家庭用の氷の製造についての先行技術の装置は、基本的に、蒸発気の機械的圧縮に基づくシステムであり、冷媒流体を使用する。一般的に、簡単な取外し自在の氷皿は、−１０℃〜−２２℃に維持された冷凍室内に置かれる。次いで、氷皿内に収容された水は、冷凍室における空気と熱交換することにより数時間（代表的には、約２００ｇの水について４〜５時間前後）で凍結する。氷片は、数日から数十日の範囲にわたる期間の間、前記冷凍室内に貯蔵されているため、それらの品質が低下するか、或いは氷片がミネラル含有物及び／又は汚染物質で汚染し、最終的には氷が消費に不適になる。

本発明の目的は、高性能、有用且つ急速冷却を得るために、特に、オペレータにより選択された時に氷の迅速な製造のために、或いは比較的に短いサイクル時間（例えば、１０分未満）で氷の連続的及び／又は周期的製造を行なうために、複雑にすることが少ない方法及び装置を提供することである。

有効温度Ｔ_Ｕでの急速冷却のための本発明による方法は、一方向には発熱性であってＬＴ現象と呼ばれ、他方向には吸熱性であってＨＴ現象と呼ばれ、所定圧力において、前記ＬＴ現象の平衡温度が前記ＨＴ現象の平衡温度よりも低いようになっている、ガスと固体又は液体吸着剤との間の可逆的物理化学現象の結合に基づく熱化学を利用している。該方法は、前記ＬＴ現象が起こるＬＴ反応器と前記ＨＴ現象が起こるＨＴ反応器とが周囲温度にあると共に互いに隔離されている初期状態から出発する再生ステップ及び冷却ステップからなる少なくとも１サイクルを実行可能である。この方法は、前記ＬＴ現象が、前記流体Ｇの液体／ガス相変化又は液体吸着剤による前記ガスＧの吸収であり、前記ＨＴ現象が、液体又は固体吸着剤による前記流体Ｇの吸着であり、前記ＬＴ現象の吸熱フェーズは、周囲環境から隔離された前記ＬＴ反応器において起こり、前記ＬＴ現象の発熱フェーズは、前記ＨＴ反応器と恒久的に連通する凝縮器において起こり、凝縮された前記流体Ｇは次に前記ＬＴ現象の前記吸熱フェーズが起こる前記ＬＴ反応器に送り込まれる、ことを特徴としている。

本発明において、ガスの形態の冷媒流体Ｇを吐き出す前記ＬＴ現象の吸熱フェーズからなる冷却ステップは、前記ＨＴ反応器と前記ＬＴ反応器とが互いに連通状態に置かれているフェーズＡ１と、前記ＨＴ反応器及び前記ＬＴ反応器が互いに隔離されると共に前記ＨＴ反応器が加熱されているフェーズＡ２と、から構成され、ガスの形態の流体Ｇを吐き出す前記ＨＴ現象の吸熱フェーズからなる再生ステップは、前記ＨＴ反応器が加熱されていると共に凝縮器と恒久的連通状態にあるフェーズＣと、液体の形態の前記流体Ｇを前記凝縮器から前記ＬＴ反応器に搬送するフェーズＤと、前記ＨＴ反応器を初期状態に戻すために該ＨＴ反応器を冷却するフェーズＥと、から構成されている。

本発明の方法を実施するときに、ＨＴ現象が起こる反応器にとって基本的なことは、再生ステップの間、凝縮器と連通していることである。冷却ステップの間、前記ＨＴ反応器及び凝縮器は、互いに連通していてもよいし又はしていなくてもよい。これらの間の恒久的な連通は、さもなければ必要な、中断後に連通を再確立する操作が回避できることを意味している。

フェーズＡ１は、能動的な冷却フェーズである。ＨＴ反応器及びＬＴ反応器の間の連通により、ＬＴ反応器においてガスＧの自発的な生成をもたらす。この現象は吸熱性であるから、それは冷却を生ずる。フェーズＡ２は、受動的な冷却フェーズである。ＨＴ反応器及びＬＴ反応器が互いに隔離されているので、ＬＴ反応器におけるガスの吐き出しはもはやないが、ＬＴ反応器自体の熱的質量が熱を吸収するという事実のために、冷却が起こる。同時に、ＨＴ反応器の加熱はそれが再生状態下に置かれることを許容し、それにより、前の冷却フェーズ中のＨＴ反応器の吸着により吸収された流体Ｇをガスの形で吐き出す。フェーズＣの間、ガスの形の流体Ｇの吐出しが続き、このガスは、凝縮器に送られて、そこで自然に凝縮し、凝縮の熱は凝縮器に設けられた手段により抽出される。フェーズＣの間にガスの形で吐き出された流体Ｇが凝縮器に流入することは、フェーズＤ中に、低温にされた冷媒流体Ｇを液体の形でＬＴ反応器内に導入することを可能とし、それによりＬＴ反応器の温度上昇を制限すると共に、前記ＬＴ反応器における次のサイクル中の発熱（有効冷却）ステップの開始をスピードアップする。従って、装置の作動サイクルは非常に短い。

ステップＤの期間は非常に短くて、典型的には１分未満である。ステップＤはステップＣの実行中に行なうことができる。

この方法が氷の製造を目的としている場合、氷は、ＬＴ反応器の内部に配置された支持体上に形成される。この方法は、次に、受動的な冷却フェーズＡ２と再生ステップのフェーズＣとの間に、支持体に形成している氷片をそこから分離させるために中間フェーズＢを備えていてよい。この中間ステップＢは、ＨＴ反応器の吸熱ステップにより吐き出されたホットガスの幾分かを氷片が形成される支持体の近くに導くように、ごく短期間（典型的には１分未満）の間、凝縮器をＬＴ反応器と連通状態にさせることである。この中間フェーズＢは、他の手段により、特に、前記氷支持体の近くで、前記ＬＴ反応器の壁に一体的に組み込まれるか又は取り付けられる、或いは反応器ＢＴにある電気抵抗素子を用いて実行されてもよい。

特定の一実施方法において、ステップＡ１の間、前記ＨＴ反応器における温度をその平衡温度より下に維持するよう、前記反応器の前記発熱ステップにより発生された熱は抽出される。これは、より高い効率で、装置の作動をより迅速にする結果となる。

本発明による方法は、図１に示すような装置において実施しうる。該装置は、２つの反応器１及び２と、熱を抽出するための手段８を備えた凝縮器４とを備えている。反応器２（ここでＬＴ現象が起こる）は、バルブ５を備えたライン１０を介して凝縮器４に接続されており、そしてこの凝縮器４は、ライン９を介して反応器１（ここでＨＴ現象が起こる）に接続されている。反応器１は、加熱手段６と熱を抽出するための手段７とを備えると共に、冷媒流体Ｇと可逆現象を起こすことができる液体又は固体吸着剤を収容している。反応器２は、それを周囲媒体から熱的に隔離する手段１１を含んでおり、またそれは冷媒流体Ｇの形の液体又は冷媒流体Ｇを吸収することができる液体吸着剤を収容している。反応器２として蒸発器を使用することが特に有利である。冷却ステップのフェーズＡ１の間、反応器２によりガスの形で放出された流体Ｇは、ライン１０、非活動化された凝縮器４及びライン９を介して反応器１に流入する。この実施形態において、凝縮器４が反応器１に恒久的に接続されているのに対して、反応器２はフェーズＡ１，Ｂ及びＤの間のみ反応器１に接続されている。装置が氷の製造を目的としている場合、氷皿３は、該皿の少なくとも一部が冷媒流体と接触するような方法で反応器２内に置かれる。

図２に示す別の実施形態において、装置は更にバルブ１３を備えたライン１２を含んでおり、このラインが反応器１及び２を直結している。

本発明による装置において、ＨＴ現象の発熱フェーズに対応する冷却ステップの間、反応器１においては、反応の速度及び効率を向上させるように、温度を平衡温度より低いレベルに維持することが特に有利である。この目的は、発熱ステップ中に熱を抽出又は吸収するための手段を備えた反応器１を使用して実現しうる。この目的はまた、活性固体と流体Ｇとの間に可逆現象が起きている反応器１を使用して実現することもでき、この場合、前記活性固体は、高い熱拡散率を有する多孔質材料と混合されている。多孔質材料は、再加圧されたエキスパンド天然黒鉛(recompressed expanded natural graphite)であることが有利である。活性固体は、冷却流体がメタノール又はアンモニアである場合、活性炭でよい。また、活性固体は、例えばアンモニア、又は、モノメチルアミン及びジメチルアミンのようなその誘導体である活性ガスと可逆的に反応することを意図されたアルカリ土類金属ハロゲン化物（例えば、ＭｎＣｌ_２，ＳｒＣｌ_２及びＮｉＣｌ_２のような塩化物、ＣａＢｒ_２及びＳｒＢｒ_２のような臭化物、並びにＣｕＳＯ_４のような硫酸塩）からも選択しうる。

図１に示すような装置を使用する本発明の方法の実施は、反応器２が蒸発器であり、冷媒流体がＧで表わされており、そして反応器１が活性固体Ｓを収容している装置について以下に詳細に説明されるであろう。蒸発器は、凍結すべき液体を収容する一体化された氷皿を含んでいる。種々のステップ中の装置の状態は、クラジウス−クラペイロン線図（図３〜図８）に示されており、同図において、Ｐは圧力を表わし、Ｔは温度を表わし、Ｌ／Ｇ曲線は蒸発器における液体／気体の状態変化を示し、Ｓ／Ｇ曲線は反応器１における吸着現象の平衡曲線を示している。Ｔ_ＡＭは周囲温度を表わし、Ｔ_ＲＥは反応器１における温度を表わし、Ｔ_ＥＱは反応器１における吸着現象の平衡温度を表わし、Ｐ_ＥＶは蒸発器における温度を表わし、Ｐ_ＲＥは反応器１における圧力を表わし、Ｔ_ＲＥＧは再生温度を表わしている。表示ＣＶ及びＯＶは、蒸発器及び凝縮器の間に配置されたバルブ５がそれぞれ閉及び開であることを表わしている。

装置の第１作動サイクルの初期状態は図３に示されている。この時点で、蒸発器は液体の形の冷媒流体Ｇで満たされているのに対して、反応器１に収容された活性固体Ｓは流体Ｇが乏しい組成を有している。蒸発器及び反応器１は、周囲温度Ｔ_ＡＭであり且つそれらの平衡圧力である。蒸発器は高圧Ｐ_ＥＶであるのに対して、反応器は低圧Ｐ_ＲＥである。液体を収容していない凝縮器は、周囲温度且つ反応器の圧力である。バルブ５は閉じられている。

瞬間活性冷却(instantaneous active refrigeration)に相当するステップＡ１は図４に示されている。蒸発器及び反応器１は、不活性のままであり且つガスが蒸発器から反応器１に流れるための簡単なパイプを構成する凝縮器を介して、連通状態に置かれている。蒸発器内に液体の形で収容された冷媒流体は、蒸発して、蒸発器の温度の急激な低下を生じさせ、そのため氷を形成すべく皿内に入っている水を急速に凍結させる。蒸発器によりガスの形で吐き出された流体は、反応器１内の活性固体により吸収され、発熱性吸着のため反応器における温度を上昇させる。低温ガスの流れのため凝縮器の壁の温度が低下し、これはその後、反応器の再生(regeneration)フェーズの間のガスの凝縮に有利である。第１ステップにおいて、反応器１における反応により生じたエネルギは、反応器の熱的質量によって吸収される。これは、反応器１の内容物の温度を上昇させる効果を有し、反応器はその熱力学的平衡に近付いて、冷却の減速を生じさせる。反応器が熱を抽出するための手段７を有している場合に、この熱交換器は、反応器１の内容物の熱的質量により吸収されなかった、合成反応により生じたエネルギの部分を抽出すること及び合成条件（Ｔ_ＩＥ＜Ｔ_ＥＱ）下で反応性固体を維持するように反応器を冷却することを可能とし、それにより冷却の減速を制限する。先ず、反応器１に当初確認される大きな温度差（Ｔ_ＥＱ−Ｔ_ＡＭ）のために、発生された瞬間冷却能力は大きい。

フェーズＡ２において、バルブ５は閉じられる。反応器１は、蒸発器から隔離されるが、凝縮器とは連通したままである。その後、反応器１は加熱される。この加熱は、反応器１がその熱力学的平衡曲線に沿って作動することを可能とし、同時に反応器１における及び不活性凝縮器４における温度及び圧力を上昇させる。蒸発器において、バルブ５が閉じられているので、冷媒流体はもはや蒸発しない。しかしながら、次いで蒸発器の熱的質量が氷皿内の水の凍結を続けるのに必要な熱を吸収するので、冷却は受動的に続けられる。フェーズＡ２の間の装置の状態は図５に示されている。

フェーズＢにおいて、高圧再生状態下に置かれた反応器１を、短期間（例えば数十秒）、熱質量により低圧に維持された蒸発器との連通状態にするステップは、反応器１におけるガスが急速に脱離されるのを可能にする。次に、反応器１からくるホットガスを受ける蒸発器は、短期間の間、凝縮器として作用する。このフェーズは、ホットガスが氷皿の表面の適正領域に到達するときに氷皿の壁から氷片が分離するのを可能にする。更に、圧力差のため反応器に当初確認された温度差（Ｔ_ＲＥ−Ｔ_ＥＱ）は反応ガスが急速に脱離するのを許容し、従って、再生フェーズをスピードアップする。このフェーズにおける装置のステップは図６に表わされている。

フェーズＣは、装置の急速再生フェーズである。氷片が分離すると直ぐに（続いてそれらを取り除くことが可能である）、バルブ５は再び閉じられる。ガスの脱離を続けさせる反応器１の加熱は持続されており、ガスは、冷却された凝縮器に手段８を介して搬送され、この凝縮器において凝縮する。凝縮したガスは、凝縮器の底部に液体の形で徐々に蓄積する。装置のこの状態は図７に示されている。

フェーズＤは、再生が終了すると直ぐに始まる。反応器１は冷却され、バルブ５は短期間（代表的には数十秒）開かれる。凝縮器における高圧力は、凝縮器内に含まれた凝縮されたガスが蒸発器に送り込まれるのを可能とし、蒸発器はこうして液体で満たされる。蒸発器は、それが凝縮器として作用していた場合よりも低い温度のままである。これは、蒸発器の温度を下げるために抽出すべき熱の量が減少するという事実のために、サイクル時間を短縮させると共に再生系統の効率を向上させる。次に、バルブが再び閉じられ、そして隔離された反応器１は冷却を続け、温度及び圧力が減少するという結果になる。従って、装置は、第２作動サイクルの開始時の冷却貯蔵フェーズの初期状態にある。このフェーズ中の装置の状態は図８に示されている。

この方法が反応器１を蒸発器に直結するバルブ１３付きのライン１２を含む図２に示したような装置において採用される場合、装置は同様の方法で作動する。第１作動サイクルの初期状態において、バルブ５及び１３は閉じられている。フェーズＡ１の間、バルブ１３は、反応器１を蒸発器と直接に連通させるように開いており、バルブ５は開くか閉じることが可能である。フェーズＡ２及びＣの間、双方のバルブは閉じられている。ステップＢの間、バルブ５及び１３の少なくとも１つは開いている。ステップＤの間、バルブ１３は閉じられており、バルブ５は開いている。ステップＤの終りに、双方のバルブは閉じられる。

この方法の目的が氷を製造することである場合、反応器２は氷皿３を含む蒸発器であることが有利である。蒸発器は、蒸発により冷却をもたらす液体の形で冷媒流体を集めるよう意図されている。それは熱的に環境から隔離されており、そのため周囲環境への冷却損失を低減する。好適な実施形態において、氷皿は、蒸発器の一体部分を形成している。別の実施形態において、氷皿は、直接に又はフィンを介して、気化している(boiling）冷媒流体と接触状態にある蒸発器の壁に単に固定されるか又は壁上に置かれる。

氷皿の壁は、高熱拡散率（換言すれば、壁温が急速に落ちるのを可能とする低い熱容量）と高熱伝導率とを有すると共に、冷媒流体に耐えることができ、しかも高い耐圧性の材料から形成しなければならない。冷媒流体がアンモニアである場合、アルミニウムをベースとする材料（例えば、５０８６又は５０８３アルミニウム）及び鋼がこれらの基準に適合する。

一体の氷皿を含む蒸発器は、異なる凹部を有すると共に長手方向の縁部に沿って互いに結合される２つの中空セクションにより形成することができ、小さい方の凹部を有するセクションは大きい方の凹部を有するセクションの上に置かれ、それぞれの凹形部は上に向けられている。凹部は、例えば、異なる径の丸い又は楕円の弧状部分により形成することができ、そのためこれらセクションは円筒形又は長円形の横断面の長手方向に断ち切った管の部分である。

該セクションは、それらの下側の母線上に接触していてよい。上側のセクションは氷皿を構成し、下側のセクションは冷媒流体タンクを構成する。この幾何学的形状は、気化している冷媒流体と氷皿の下側の壁との間の直接的な接触を可能にする。

氷皿にとって好ましいのは、仕切板により複数の区画室に分けられていて、所望形状の個々の氷片が得られることである。前記仕切板は更に、組立体の剛性を増すと共に、迅速な氷の形成を促進するために熱伝達を向上させる効果を有している。

非活性冷却フェーズ中の蒸発器における温度の高すぎる上昇を避けるために、相変化材料が入る中空仕切板の使用により、或いは相変化材料が詰められたセルを備えた下側セクションを使用することにより、熱容量を更に改善することができる。

仕切板は切欠きを含むことが好ましく、該切欠きは、皿を水で一様に満たすことを容易にすると共に、氷片を取除きフェーズ中に互いに別々に分けることを容易にする。

フィンは、熱拡散率を改善するために２つのセクション間のスペースに配置することができる。該フィンは、中空であってよく、そして相変化材料を収容していてよい。

図９及び図１０に示されている蒸発器の一実施形態においては、各セクションが円筒形凹部を有しており、該セクションの横断面は、１つのセクションの長手方向縁部間の距離が他のセクションの長手方向縁部間の距離と同一であるようになっており、２つのセクションはそれらの長手方向縁部に沿って互いに結合されている。図９は横断面を示し、図１０は縦断面を示している。蒸発器は、２つの端部で閉じられると共に、その上方部に、より小さな径を有する上側セクション１８により形成された長手方向の溝を含んでいる下側セクション１４により形成されている。前記上側のセクションは、仕切板１７により隔てられる数個の氷片を含みうる氷皿３を形成しており、仕切板の材料は氷からの熱の拡散を改善するよう選択されていることが好ましい。中空であって相変化材料を収容するフィン１５は、図９に示すように、長手方向に沿って、或いは横断方向に沿って（図示せず）、蒸発器の内部に配置されている。ガスＧを蒸発器及び反応器１の間に搬送するためラインに接続された管１６は、円筒体の両端部の１つに形成された孔を経由して蒸発器の円筒形チャンバに入り、そして氷皿３の壁の直下に配置される。冷媒流体Ｇは、蒸発器の底部に気化する液体の形で示されている。

図１１の（ａ）及び（ｂ）に例示された実施形態においては、各セクションが円筒形凹部を有しており、該セクションは、より大きな径のセクションの長手方向縁部間の距離が他のセクションの長手方向縁部間の距離よりも大きいようになっており、より小さな径のセクションはより大きな径のセクションの底部の上方に配置されている。図１１の（ａ）は概略的な透視斜視図であり、図１１の（ｂ）は概略横断面図である。下側のセクション１４及び上側のセクション１８の底部は互いに接触していないが、それらの長手方向縁部は長手方向部分１９及び１９’により互いに結合されている。切欠き２０を含む仕切板１７は、セクション１８の凹形部により形成された氷皿を分割して複数の区画室にしている。

図１２の（ａ）及び（ｂ）に例示された実施形態において、各セクションの横断面はより大きな径のセクションの長手方向縁部間の距離が他のセクションの長手方向縁部間の距離よりも大きいようになっており、また、より小さな径のセクションの底部はより大きな径のセクションの底部と接触している。図１２の（ａ）は概略的な透視斜視図であるのに対して、図１２の（ｂ）は概略横断面図である。下側のセクション１４及び上側のセクション１８の底部は互いに接触しており、且つそれらの長手方向縁部は長手方向部分１９及び１９’により互いに結合されている。切欠き２０を含む仕切板１７は、セクション１８の凹形部により形成された氷皿を分割して複数の区画室にしている。

図１３に示す別の実施形態の蒸発器においては、氷皿が凍結すべき液体を集めるように企図された簡単な容器１００により形成されている。この容器は、環境との熱損失を抑えるために周囲を取り巻き配置された断熱材１０９を備えている。これは、取外し自在であると共に、蒸発器１０２の下側部に嵌まるようになっており、この蒸発器もまた断熱材１０８を含んでいる。蒸発器１０２は、氷皿内に浸けられる外部フィン１０１を備えると共に、冷媒流体の気化の活発化を可能にする内部フィン１０３を備えている。この蒸発器はまた、それを装置の残部に接続するためのパイプ１０４も備えている。

本発明による方法を実施する装置の一実施形態の図である。 図１の装置の別の実施形態の図である。 特定ステップにおける装置の状態を示すクラジウス−クラペイロン線図である。 特定ステップにおける装置の状態を示すクラジウス−クラペイロン線図である。 特定ステップにおける装置の状態を示すクラジウス−クラペイロン線図である。 特定ステップにおける装置の状態を示すクラジウス−クラペイロン線図である。 特定ステップにおける装置の状態を示すクラジウス−クラペイロン線図である。 特定ステップにおける装置の状態を示すクラジウス−クラペイロン線図である。 蒸発器の一実施形態の横断面図である。 図９の蒸発器の一実施形態の縦断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、蒸発器の別の実施形態の概略透視斜視図及び概略横断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、蒸発器の更に別の実施形態の概略透視斜視図及び概略横断面図である。 蒸発器の異なる実施形態の断面図である。

Claims (23)

1. 一方向には発熱性であってＬＴ現象と呼ばれ、他方向には吸熱性であってＨＴ現象と呼ばれ、所定圧力において、前記ＬＴ現象の平衡温度が前記ＨＴ現象の平衡温度よりも低いようになっているガスと固体又は液体吸着剤との間の可逆的物理化学現象の結合に基づく熱化学を利用する、有効温度Ｔ_Ｕでの急速冷却のための方法であって、
   前記ＬＴ現象が起こるＬＴ反応器と前記ＨＴ現象が起こるＨＴ反応器とが周囲温度にあると共に互いに隔離されている初期状態から出発する再生ステップ及び冷却ステップからなる少なくとも１サイクルを実行可能であり、
   前記ＬＴ現象は、前記流体Ｇの液体／ガス相変化又は液体吸着剤による前記ガスＧの吸収であり、
   前記ＨＴ現象は、液体又は固体吸着剤による前記流体Ｇの収着であり、
   前記ＬＴ現象の吸熱フェーズは、周囲環境から隔離された前記ＬＴ反応器において起こり、
   前記ＬＴ現象の発熱フェーズは、前記ＨＴ反応器と恒久的に連通する凝縮器において起こり、凝縮された前記流体Ｇは次に前記ＬＴ現象の前記吸熱フェーズが起こる前記ＬＴ反応器に送り込まれ、
   ガスの形態の冷媒流体Ｇを吐き出す前記ＬＴ現象の吸熱フェーズからなる冷却ステップは、前記ＨＴ反応器と前記ＬＴ反応器とが互いに連通状態に置かれているフェーズＡ１と、前記ＨＴ反応器及び前記ＬＴ反応器が互いに隔離されると共に前記ＨＴ反応器が加熱されているフェーズＡ２と、から構成され、
   ガスの形態の流体Ｇを吐き出す前記ＨＴ現象の吸熱フェーズからなる再生ステップは、前記ＨＴ反応器が加熱されていると共に凝縮器と恒久的連通状態にあるフェーズＣと、液体の形態の前記流体Ｇを前記凝縮器から前記ＬＴ反応器に搬送するフェーズＤと、前記ＨＴ反応器を初期状態に戻すために該ＨＴ反応器を冷却するフェーズＥと、から構成されることを特徴とする急速冷却方法。
2. 氷の製造のために実行され、受動的な冷却フェーズＡ２と前記再生ステップのフェーズＣとの間に、支持体から氷片を分離させる中間フェーズＢを備えていることを特徴とする請求項１記載の急速冷却方法。
3. フェーズＢは、前記ＨＴ反応器の前記吸熱フェーズにより吐き出されたホットガスの幾分かを前記氷片が形成される前記支持体の近くに導くように、短期間の間、前記凝縮器を前記ＬＴ反応器と連通状態にさせることを特徴とする請求項２に記載の急速冷却方法。
4. フェーズＢは、前記氷支持体の近くで、前記ＬＴ反応器の壁に一体的に組み込まれるか又は取り付けられる、或いは反応器底部（ＢＴ）にある電気抵抗素子を用いて実行されることを特徴とする請求項２に記載の急速冷却方法。
5. フェーズＡ１の間、前記ＨＴ反応器における前記発熱ステップにより発生された熱を抽出することを特徴とする請求項１に記載の急速冷却方法。
6. フェーズＤはフェーズＣの実行中に行なわれることを特徴とする請求項１に記載の急速冷却方法。
7. 前記ＨＴ現象が起こる前記ＨＴ反応器及び前記凝縮器は互いに恒久的な連通状態にあることを特徴とする請求項１に記載の急速冷却方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法を実施するための急速冷却装置であって、
   ２つの反応器（１、２）と、熱を抽出するための手段（８）を備えた凝縮器（４）とを備えており、前記反応器（２）は、バルブ（５）を備えたライン（１０）を介して前記凝縮器（４）に接続されており、該凝縮器（４）は、ライン（９）を介して前記反応器（１）に接続されており、前記反応器（１）は、加熱手段（６）と熱を抽出するための手段（７）とを備えると共に、冷媒流体Ｇを可逆的に吸着できる液体又は固体吸着剤を収容しており、
   前記反応器（２）は、それを周囲媒体から熱的に隔離するための手段（１１）を含むと共に、液体の形の前記冷媒流体Ｇを、又は前記冷媒流体Ｇを吸収できる液体吸着剤を収容していることを特徴とする急速冷却装置。
9. 前記反応器（１）を前記反応器（２）に直接に接続するバルブ（１３）を備えたライン（１２）を含んでいることを特徴とする請求項８に記載の急速冷却装置。
10. 前記反応器（２）は蒸発器であることを特徴とする請求項８又は９に記載の急速冷却装置。
11. 前記反応器（２）は氷皿（３）を備えた蒸発器であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の急速冷却装置。
12. 前記氷皿は前記蒸発器の一体部分を形成していることを特徴とする請求項１１に記載の急速冷却装置。
13. 前記氷皿は、気化している冷媒流体と直接に又はフィンを介して接触する前記蒸発器の壁に固定されるか又は配置されることを特徴とする請求項１１に記載の急速冷却装置。
14. 前記蒸発器は、異なる凹部を有すると共に長手方向縁部に沿って互いに結合される２つの中空セクションにより形成されており、小さい方の凹部を有するセクションは大きい方の凹部を有するセクションの上に置かれており、各凹形部は上向きにされており、前記小さい方の凹部を有するセクションが前記氷皿を形成し、前記大きい方の凹部を有するセクションが前記冷媒流体のためのタンクを形成していることを特徴とする請求項１２に記載の急速冷却装置。
15. 前記各凹部は、異なる径の丸い又は長円の弧状部により形成されており、前記各セクションは、円筒形又は長円形の横断面の長手方向に断ち切った管の部分であることを特徴とする請求項１４に記載の急速冷却装置。
16. 前記セクションの下側は、下側外形に沿って互いに接触していることを特徴とする請求項１４に記載の急速冷却装置。
17. 前記氷皿は仕切板により複数の区画室に分割されていることを特徴とする請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の急速冷却装置。
18. 前記仕切板は、中空であり相変化材料を収容していることを特徴とする請求項１７に記載の急速冷却装置。
19. 前記セクションは、相変化材料を充填されたセルを備えていることを特徴とする請求項１４に記載の急速冷却装置。
20. 前記仕切板は切欠きを含んでいることを特徴とする請求項１７に記載の急速冷却装置。
21. 前記２つのセクション間のスペースにフィンが配置されていることを特徴とする請求項１４に記載の急速冷却装置。
22. 前記フィンは、中空であり相変化材料を収容していることを特徴とする請求項２１に記載の急速冷却装置。
23. 前記氷皿は、容器（１００）により形成されており、該容器は、その周囲を取り巻いて配置された断熱材（１０８）を備えており、前記容器は、取外し自在であると共に、同様に断熱材（１０８）を含む蒸発器（１０２）の下側部に嵌まっており、前記蒸発器（１０２）は、前記氷皿に浸けられる外部フィン（１０１）と内部フィン（１０３）とを備えており、前記蒸発器は、それを前記装置の残部に接続するためのパイプ（１０４）を備えていることを特徴とする請求項１３に記載の急速冷却装置。

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