JP5379137B2 - 二段式低温空気冷却型吸着冷房設備及び冷房設備を作動させる方法 - Google Patents

Description

本発明は、従来のサイクルと比較したときに、周囲温度の低温水および比較的低い温度の「ホット（ｈｏｔ）」水を使用することで、比較的高い効率で冷却効果を生成することができるサイクルを使用する、低グレード熱駆動式吸着冷凍機に適用できる冷房設備に関する。

熱を使用して冷却効果を発生させる原理は周知であり、そして、伝統的な吸収サイクルはこの原理に基づく。しかしながら、伝統的な吸収サイクルと関連した多くの課題のため、注目は、吸着へと移っている。吸着は、大胆にそれを単純化するサイクルにおいて作動するために溶液を要求しない。そして、電子制御機構における最近の向上は、可変の熱源でさえ安定した作動を伴って運転することをより容易にする。

空調および冷房において従来提案された吸着の使用には、さまざまなものがある。その例は、米国特許ＵＳ５８０６３２３号公報、米国特許ＵＳ７０８２７８１号公報、米国特許ＵＳ４２１９３４１号公報、米国特許ＵＳ５８０６３２３号公報、米国特許公開ＵＳ２００５０１０３６１５ Ａ１号公報、日本国特許公開ＪＰ２００２２５０５７３号公報、日本国特許ＪＰ４２９１７５１号公報、国際特許ＷＯ０３０４６４４９号公報、国際特許公開ＷＯ２００４／０９４９４８ Ａ１号公報、中国特許ＣＮ１２６６１６８号公報、および米国特許ＵＳ６１７０２７９号公報において見いだされる。

米国特許ＵＳ５８０６３２３号公報、米国特許ＵＳ７０８２７８１号公報、米国特許ＵＳ４２１９３４１号公報、日本国特許ＪＰ４２９１７５１号公報、および米国特許ＵＳ５８０６３２３号公報において記述される技術は、蒸発冷却がその後実行されることができるように、空気から湿分の除去を許容する空気の除湿（乾燥剤効果）の原理に基づく。空気からの湿分の除去が吸着原理であるにもかかわらず、それは特定の課題を有する。乾燥剤効果は、湿り空気に対して機能して、冷水を生成することができない。蒸発冷却が空調において空気の温度を低下させるために必要とされて以来、それは冷却の能動的プロセスとはみなされず、そして、工業用途のために使われることができない。住宅の空調にとってさえ、それは、２つの主な不利点を有する。第１は、ドライエリアにおいて機能することができないことである。第２は、空気の温度を低下させるために湿度を加える必要があることであり、これは、心地よいことでなく、そして水の消費を招く。

シリカゲルおよび一段オペレーションに基づく能動的な吸着機械は、市場に出ていて利用できる。これらの機械は、冷媒として水を使用する。そして、シリカゲルは、冷水を生成するために水蒸気を吸着する能力を有する。しかしながら、この種の機械は、空冷式である必要性がある。そして、必要な真空レベルの水は、３５℃または４０℃の周囲温度の気温では凝縮されることができないので、大気の下で冷却水温度を生成するために冷却塔が必要である。この種の機械は、シリカゲルの低い吸着能力のため、大きさにおいても大きくて、従って高価でもある。国際特許公開ＷＯ２００４／０９４９２８号公報には、良好な効率および比較的「低い（ｌｏｗ）」ホット水温で作動するシリカゲル吸着冷凍機の改良が開示されている。しかしながら、この機械は、それが３０℃以下の冷却温度を必要とするので、まだ水が冷やされる。吸着機械において通常使用する交換機構を除去することは、回転するコアを使用する。

日本国特許公開ＪＰ２００２２５０５７３号公報は、夏には伝統的な圧縮機ベースの冷却器の温度を低下させるために、そして、冬には逆サイクル・ヒートポンプのための熱を提供するために、太陽熱式吸着冷凍機が使用されて、したがって伝統的な冷却器効率を上昇させる、太陽熱支援式の冷却／加熱デバイスを記述する。吸着冷凍機は低温を提供することが必要であり、そして、凝縮器温度を大気よりも低下させることのみが必要であるので、冷却水の低温を必要としない比較的高い圧力で作動するシリカゲル吸着冷凍機が使われることができて、それ故、冷却塔は必要でない。しかしながら、そのデバイスは単独で冷却効果を生成することができず、そして、任意の必要な冷却を生成するために通常の蒸気圧縮冷凍サイクルに接続されることを必要とする。

冷却塔の必要性を回避するために、水−シリカゲルとは異なる吸着剤−冷媒のペアが、選択されることができる。それ故、冷媒は、それがシリカゲル吸着冷凍機において必要とするよりも高い温度で凝縮されることができて、そして、冷却塔の必要性は除去される。シリカゲル吸着冷凍機の同じ一段サイクルを用いることによって、米国特許公開ＵＳ２００５０１０３６１５号公報、国際特許ＷＯ０３０４６４４９号公報、中国特許ＣＮ１２６６１６８号公報、および米国特許ＵＳ６１７０２７９号公報において記述される技術は、活性炭、ゼオライト、および塩化カルシウムのような吸着剤を使用する。利用される冷媒は、アンモニアおよびメタノールである。これらの技術は、別々の熱源および熱を伝達する別々の方法を利用するためのさまざまな技術を用いるけれども、それらはすべて、基本的には、脱着プロセスにおいて冷媒ガスの一段圧縮に基づいて同じ作動サイクルを使用する。この種のサイクルの主な後退は、脱着の全てが高圧で発生する一方で、吸着材料からの冷媒の吸着の全てが、低圧で発生することである。脱着プロセスのための高温が必要とされるか、または、低いレベルの効率のみが達成されることができるか、のいずれかである。米国特許公開ＵＳ２００５０１０３６１５号公報、および国際特許ＷＯ０３０４６４４９号公報は、断続的なサイクル（昼−夜サイクル）でさえ中間の効率（ＣＯＰ０．２〜０．４）を得るために１３０℃周辺の温度を達成するために、集中式の太陽熱収集器を使用するシステムを記述する。米国特許ＵＳ６１７０２７９号公報は、同様のレベルの効率を達成するために、ボートのエンジンから排ガスの温度を使用するシステムを記述する。集中器のない太陽エネルギーを用いることによって、中国特許ＣＮ１２６６１６８号公報において記述されるシステムは、超低レベルの効率（ＣＯＰ０．０５〜０．１）を達成する。

上記の技術は、それらが周囲の気温で作動することができないか、または低レベルの効率でのみ作動するか、という課題に苦しむ。大部分の吸着が高圧で発生するとともに、大部分の脱着がより低圧で発生するように、本発明は、二段式の圧縮および脱着プロセスを用いることによって、これらの課題を解決することを意図する。その結果、より多くの冷媒が、同じ温度で吸着されて、そして脱着されることによって、既存のシステムと比較して、比較的高い効率を得る間、比較的低い温度のエネルギー源の使用を許容する。さらにまた、本発明は、空冷式冷却器が構成されることができるように、複数の吸着剤−冷媒のペアの利用を許容する。

本発明の一態様は、熱駆動型吸着冷房設備であって、
−入口側端部および出口側端部を有する凝縮器；
−入口側端部および出口側端部を有し、当該入口側端部は、操作可能な弁を介して前記凝縮器の前記出口側端部に接続される蒸発器；および
−一連の収着−脱着発生器であって、当該発生器の各々は、冷媒流通回路を作成するために前記凝縮器および前記蒸発器への接続のための入口側端部および出口側端部、ならびに、高温度および低温度で前記各発生器を作動するための熱供給を有し、当該発生器は、前記蒸発器で冷却効果を提供するために前記凝縮器および前記蒸発器を通して冷媒を流すように作動する一連の収着−脱着発生器；を含み：
そこにおいて、
前記一連の発生器は、発生器のペアを２つ含み、当該各ペアは、
−第１の発生器であって、前記凝縮器から当該第１の発生器への流れを妨げるために配置される第１の逆止弁を介して、前記凝縮器の前記入口側端部に接続される出口側端部を有する第１の発生器；および
−第２の発生器であって、当該第２の発生器から前記蒸発器への流れを妨げるために配置される第２の逆止弁を介して、前記蒸発器の前記出口側端部に接続される入口側端部、および、前記第１の発生器の前記入口側端部から当該第２の発生器の出口側端部への流れを妨げるために配置される第３の逆止弁を介して、前記第１の発生器の前記入口側端部に接続される当該出口側端部を有する第２の発生器；を含み：
前記発生器の前記各ペアは、冷却効果を提供するために前記凝縮器および前記蒸発器を通して流体を流すように別々に作動する、熱駆動型吸着冷房設備を提供する。

好ましくは、前記熱供給は、前記発生器の温度を制御するために前記発生器への熱伝導流体の供給を含む。

前記熱供給は、前記熱伝導流体を高温に加熱するための太陽熱ヒータを含むことが、特に好ましい。前記太陽熱ヒータは、概して、真空管式太陽熱収集器を含む。前記発生器に供給する前のホット熱伝導流体を貯蔵するための蓄熱器もまた、提供されてもよい。

前記熱供給はまた、概して、前記熱伝導流体を低温に冷やすための放熱器（例えば、周囲温度で空気によって冷やされる）を含む。

前記設備はまた、前記発生器にホットまたはコールド熱伝導流体を循環させるためのポンプを含んでもよい。

前記熱伝導流体は、好ましくは水を含む。

本発明の別の態様は、上記で定義した冷房設備を作動させる方法であって：
前記凝縮器および前記蒸発器を通る回路まわりに冷媒が誘導されるように、前記各発生器の内部でホットとコールドの間を温度が循環する（前記第１の発生器がスーパーチャージド、エンプティ、およびチャージド状態の間を循環して、前記第２の発生器がサブエンプティ、チャージド、およびエンプティ状態の間を対応して循環する）ように、前記各ペアの前記発生器に対して前記弁および前記熱供給を作動させること、を含む方法、を含む。

温度サイクルに先立って、前記方法は、
ｉ）低温に保たれている前記発生器、前記凝縮器および前記蒸発器に、実質的に一定の圧力で冷媒を充填すること；
ｉｉ）前記凝縮器から前記蒸発器へ冷媒が流れるのを妨げるために弁を作動させること；
ｉｉｉ）前記第１の発生器がチャージドになり、および前記第２の発生器がエンプティになるように、前記各ペアの前記第１の発生器に冷媒を導入するために、前記各ペアの前記第２の発生器を加熱すること；
ｉｖ）前記蒸発器から冷媒を抽出して前記第２の発生器を少なくとも部分的にチャージするために、前記第２の発生器を冷却すること；および
ｖ）前記第２の発生器の１つに接続される前記第１の発生器の内部の冷媒のチャージをさらに増加させるために、当該１つの第２の発生器を加熱すること；
を含む運転開始手順を実行することを含んでもよい。

前記方法の第１のステップは、好ましくは：
−第１のペアの前記エンプティの第２の発生器をサブエンプティ状態にもたらすために、当該第２の発生器を冷却すること；
−前記第１のペアの前記関連した第１の発生器をスーパーチャージド状態にもたらすために、当該第１の発生器を加熱すること；および
−前記蒸発器で冷却効果を生じさせるように、前記第１の発生器から前記凝縮器および前記蒸発器を通して前記第２の発生器への冷媒の流れを許容すること；を含む。

概して、前記第１のステップは、前記第１の発生器をエンプティ状態にディスチャージすること、および、前記第２の発生器をチャージド状態にチャージすることを含む。

第２のステップは、好ましくは：
−前記対応する第１の発生器に冷媒をディスチャージして、そして、前記第２の発生器をエンプティ状態にもたらすために、前記チャージド状態の第２のペアの第２の発生器を加熱すること；および
−前記第２のペアの前記関連した第１の発生器をチャージド状態にもたらすために、当該第１の発生器を冷却すること；を含む。

第３のステップは、好ましくは：
−前記第２のペアの前記エンプティの第２の発生器をサブエンプティ状態にもたらすために、当該第２の発生器を冷却すること；
−前記対応するチャージド状態の第１の発生器をサブチャージド状態にもたらすために、当該第１の発生器を加熱すること；および
−前記蒸発器で冷却効果を生じさせるように、前記第２のペアの前記第１の発生器から前記凝縮器および前記蒸発器を通して前記第２のペアの前記第２の発生器への冷媒の流れを許容すること；を含む。

概して、前記第３のステップは、前記第１の発生器をエンプティ状態にディスチャージすること、および、前記第２の発生器をチャージド状態にチャージすることを含む。

第４のステップは、好ましくは：
−前記対応する第１の発生器に冷媒をディスチャージして、そして、前記第２の発生器をエンプティ状態にもたらすために、前記第１のペアの前記チャージド状態の第２の発生器を加熱すること；および
−前記第１のペアの前記関連した第１の発生器をチャージド状態にもたらすために、当該第１の発生器を冷却すること；を含む。

前記冷房設備の実質的に連続する作動を提供するために、前記第１、第２、第３および第４のステップを繰り返すことによって、達成されることができる。

前記蒸発器を横切る空気が冷やされるように、当該蒸発器を横切る空気の流れを導くことによって、冷却空気の供給は提供されることができる。

図１は、本発明の一実施形態による冷房設備の運転開始および作動状態の一例を示す。 図２は、本発明の一実施形態による冷房設備の運転開始および作動状態の別の例を示す。 図３は、本発明の一実施形態による冷房設備の運転開始および作動状態の他の例を示す。 図４は、本発明の一実施形態による冷房設備の運転開始および作動状態のさらに他の例を示す。 図５は、本発明の一実施形態による冷房設備の運転開始および作動状態のさらに他の例を示す。 図６は、本発明の一実施形態による冷房設備の運転開始および作動状態のさらに他の例を示す。 図７は、本発明の一実施形態による冷房設備の運転開始および作動状態のさらに他の例を示す。 図８は、本発明の一実施形態による冷房設備の運転開始および作動状態のさらに他の例を示す。 図９は、完全なシステムにおける図１〜８の実施形態を示す。

本発明の目的は、電気圧縮機を有する伝統的な蒸気圧縮−冷凍ユニットによって通常発生するのと同じレベルに冷却効果を生成するために、「低い（ｌｏｗ）」温度（低グレード・エネルギー）を使用することである。本発明は、脱着が低圧で発生するとともに、吸着が高圧で発生することができる、任意の適切な吸着剤−冷媒のペアに基づく、二段式の吸着冷凍サイクルを含む。例えば、このサイクルは、活性炭−メタノール、塩化カルシウム−アンモニア、ゼオライト・メタノール、またはシリカゲル水吸着剤−冷媒ペアのために用いることができる。吸着装置の気体サイクルは、所望の温度で収着−脱着プロセスに高性能を見込むように設計されることができる４つの発生器を含む。吸着剤への冷媒の吸着は、ヒートシンクとして通常の放熱器を有するコールド水サイクルを介して発生器を冷やすことによって活性化されることができる。例えば太陽熱収集器または、「高い（ｈｉｇｈ）」温度としての７０℃の低さの温度を有する任意の廃熱源からの、任意のホット水源が、用いられることができる。デジタルコントローラは、ホット水およびコールド水の循環ポンプならびに気体サイクルのソレノイドおよび三方弁を制御するために提供されてもよい。

この冷房設備は、吸着効果を得る発生器の冷却が、「高い（ｈｉｇｈ）」周囲温度で得られることができる一方で、「低い（ｌｏｗ）」温度のホット水が脱着効果を発生して、その結果高いサイクル効率に結びつくことを許容する、４つの発生器の使用が、特に本発明にとって新しい。

本明細書において、用語「ホット（ｈｏｔ）」および「コールド（ｃｏｌｄ）」は、使用する特定の加熱および冷却システムによって達成可能な最も熱いおよび最も冷たい温度に関連する。例えば、ホットで日当りのよい国では、７０℃〜９０℃の範囲の温度を有することができる太陽熱加熱によって、ホット水を得ることは、可能である。同様に、この種の場所において周囲の気温を使用する冷却は、３０℃〜５０℃の範囲の温度を有する「コールド（ｃｏｌｄ）」水を発生することができる。本発明は、ホットとコールドとの間のわずか２０℃の温度差によって、（その差がより大きければ大きいほど、作動がより効率的であるけれども、）作動することが可能である。

後述する冷房設備は、発生器、圧縮機および蒸発器を含む冷媒回路を含む。通常の使用において、圧縮機は比較的高い圧力で作動し、蒸発器は比較的低い圧力で作動する。回路の残余の部分は、回路の別々の部分に接続している弁の温度および状態のような事柄に応じた可変的な圧力で作動する。本明細書において、「高圧（ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）」は、凝縮器またはその近傍の圧力を意味して、そして、「低圧（ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）」は、蒸発器またはその近傍の圧力を意味する。これらの限度間の作動は、「中圧（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）」と記述される。

冷房設備のオペレーションの説明において、発生器は、吸着剤に吸着される冷媒のさまざまなチャージ状態によって作動する。下記の説明において、用語「チャージド（ｃｈａｒｇｅｄ）」は、その発生器において吸着される冷媒の量が、特定の作動圧力および温度にとって通常吸着されることができる最大量またはそれをほんの少し下回ることを示すために用いる。用語「スーパーチャージド（ｓｕｐｅｒ−ｃｈａｒｇｅｄ）」は、このレベルを上回る量の冷媒の吸着を示す。用語「エンプティ（ｅｍｐｔｙ）」は、特定の作動圧力および温度で脱着の後に、冷媒の残余の量のみが吸着剤に存在することを示すために用いる。用語「サブエンプティ（ｓｕｂ−ｅｍｐｔｙ）」は、これを下回るチャージのレベルに関連するために用いる。

多くの種類の多孔質材料は、冷却されるときに気体（冷媒）を吸着（収着）して、加熱されるときにそれらを脱着する能力を有する。所与の低圧に対して、吸着剤は、温度が低ければ低いほどより多くの冷媒を収着する（そして、逆にいえば、圧力を下げることは、所与の低温に対して、吸着剤の能力を減少させる）。同様に、所与の高圧に対して、吸着剤は、温度が高ければ高いほどより多くの冷媒を脱着する（そして、逆にいえば、圧力を上げることは、吸着した冷媒を保持するより大きな能力を吸着剤に与える。したがって、最大量の冷媒を脱着するためにより高い温度を必要とする）。従来の一段式の吸着サイクルは、全ての脱着が高圧で発生するように構成される。それゆえに、非常に高い温度が必要である。その一方で、全ての吸着は低圧で発生する。それゆえに、非常に低い冷却温度が必要である。本発明においては、大部分の吸着が高圧で実行されるように、そして、脱着は、より低い「ホット（ｈｏｔ）」水温および高い「低（ｌｏｗ）」水温が使われることができる低圧で発生するように、２つのステージが使われる。本発明では、ペアの一方の発生器が冷媒によってスーパーチャージされるとともに、他方の発生器が完全にエンプティにされる（活性化される）ように、発生器のペアが使われる。スーパーチャージされた発生器は、それから、それを（従来必要であるよりも低いホット水温で再び）加熱することによって加圧される。そして、活性化された発生器は、従来必要であるよりも高い冷却温度で高い真空レベルを得るために冷やされる。冷媒はその後、スーパーチャージされた発生器から、凝縮器および蒸発器を通して、サブエンプティの発生器へ脱着されて、そのプロセスにおいて、蒸発器で冷却効果を発生する。

以下の省略記号が、本発明の実施形態の構造およびオペレーションの説明のための添付図面に関して使われる：
Ｅ：蒸発器
Ｅ．Ｖ．：膨張弁
Ｅ．Ｓ．Ｃ：真空管式太陽熱収集器
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４：発生器
Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４、Ｎ５、Ｎ６：逆止弁
ＰＣ：コールド水循環ポンプ
ＰＨ：ホット水循環ポンプ
Ｓ１：開閉弁（電気的に制御される）
Ｒ：放熱器
３Ｗ１、３Ｗ２、３Ｗ３、３Ｗ４：ホット水またはコールド水のいずれかを発生器に入力することができる三方弁
Ａ．Ｃ．：蓄熱チャンバ

図１〜８に示す本発明の一実施形態による冷房設備は、以下を含む；
−設備の右辺の発生器Ｇ１およびＧ２、ならびに、設備の左辺の発生器Ｇ３およびＧ４であって、各々が吸着剤で満たされ、そして、各発生器の入口および出口で、後述するように一方向にのみ冷媒を流すことを強制している逆止弁（Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４、Ｎ５およびＮ６）を有する冷媒の流路によって互いに接続されて、各発生器（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４）は、対応する循環ポンプ（ＰＨ）および（ＰＣ）に接続されるホット水およびコールド水の出口、三方弁を介してのホット水およびコールド水の入口、ならびに、冷媒の入口および出口を有している、２つのペアとして接続される４つの発生器：
−発生器（Ｇ１、Ｇ３）の出口に接続される逆止弁（Ｎ１、Ｎ２）の２つの冷媒の流路から来ている接合部に接続され；第２に、流路が膨脹弁（ＥＶ）まで延びる第１の開閉弁（Ｓ１）に接続される、凝縮器（Ｃ）ユニット；
−膨脹弁（ＥＶ）に接続される入口端を有し、そして、発生器（Ｇ２、Ｇ４）の入口端に接続される逆止弁（Ｎ３、Ｎ４）の２つの冷媒の流路から来ている接合部に接続される出口端を有する蒸発器（Ｅ）；および
−ホット水またはコールド水のいずれかをそれぞれの接続部を介してそれぞれの発生器（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４）に入力することができる４つの三方弁（３Ｗ１、３Ｗ２、３Ｗ３、３Ｗ４）。

右辺上の発生器Ｇ１およびＧ２ならびに凝縮器および蒸発器；そして、左辺上の発生器Ｇ３およびＧ４ならびに凝縮器および蒸発器：で形成される２つの効果的な冷媒回路がある。

この冷房設備を作動に適する状態に置くために、運転開始シーケンスを有していることが必要である。運転開始シーケンスの開始時には、設備の全ての部分の圧力は、中レベル（凝縮器の最大作動圧力と蒸発器の最小作動圧力との間）でさえあり、そして、冷媒ガスは周囲温度である。運転開始手順の目的は、設備の各構成要素における圧力および温度を、連続作動の出発点へ移すことである。開閉（ソレノイド）弁（Ｓ）は、運転開始オペレーションの全てのステップにおいてオフであり、凝縮器および蒸発器からの流れを妨げていて、したがって冷媒回路を閉じている。運転開始オペレーションは、４つのステップで構成される。

運転開始ステップ１−三方弁３Ｗ１および３Ｗ３によって、コールド水（Ｃ）は、発生器Ｇ１およびＧ３を通過することができる。その一方で、三方弁３Ｗ２および３Ｗ４によって、ホット水（Ｈ）は、発生器Ｇ２およびＧ４へと流れることができる。その結果、冷媒ガスは、発生器Ｇ２およびＧ４から脱着されて、発生器Ｇ１およびＧ２に吸着される。そして、Ｇ１およびＧ３を流れるコールド水が任意の吸着熱を取り除く。すべてのガスがＧ２からＧ１に移動し、そしてＧ４からのＧ３に移動するまで、これは続く。逆止弁Ｎ３およびＮ４があるため、冷媒は、Ｇ４およびＧ２から蒸発器Ｅへ通過することができない。この時点で、Ｇ１およびＧ３は、コールド（Ｃ）かつチャージド（Ｃｈ）であり、そして、Ｇ２およびＧ４は、ホット（Ｈ）かつエンプティ（Ｅｍ）である（図２参照）。

運転開始ステップ２−三方弁３Ｗ１および３Ｗ３によって、コールド水（Ｃ）は、発生器Ｇ１およびＧ３を通過することができる。その一方で、三方弁３Ｗ２によって、コールド水（Ｃ）は、逆止弁Ｎ４を通して蒸発器（Ｅ）からの冷媒を吸着するために、Ｇ２に流れ込むことができて、それを冷却すること（そして、その圧力を下げること）ができる。また他方で、三方弁（３Ｗ４）によって、ホット水（Ｈ）は、Ｇ４を通して流れることができて、蒸発器の圧力よりも上の圧力を維持することができる。このステップの終りまでに、蒸発器の内部のガスのほとんど５０％は吸着されてしまい、そして、その圧力は減少するが最小レベルにまでは至っていない。Ｇ１およびＧ３は、コールド（Ｃ）かつチャージド（Ｃｈ）状態にとどまり、そして、Ｇ２もまた、コールド（Ｃ）かつチャージド（Ｃｈ）状態になる。その一方で、Ｇ４は、ホット（Ｈ）かつエンプティ（Ｅｍ）状態にとどまり、そして、Ｇ２よりも高い圧力で、冷媒の流れはＧ２のみに通過する。Ｇ４のより高い圧力は、逆止弁Ｎ３を通して蒸発器からＧ４への冷媒の流れを妨げる（図３参照）。

運転開始ステップ３−三方弁３Ｗ１および３Ｗ３によって、コールド水（Ｃ）は、発生器Ｇ１およびＧ３を通過することができる。その一方で、三方弁３Ｗ２によって、ホット水（Ｈ）は、Ｇ２に流れ込むことができて、ステップ２（上記参照）において吸着されたガスを脱着することができて、その圧力を上げることができる。逆止弁Ｎ４は、冷媒が蒸発器の中へと逆流することを防止する。そして、より高い圧力は、脱着した冷媒がＧ１に向けて逆止弁Ｎ５を通過して、その中の冷媒の総量をさらに増加させることを意味する。同時に、三方弁３Ｗ４によって、コールド水（Ｃ）は、蒸発器Ｅの内部の冷媒の残余を吸着して、その圧力をさらに下げるために、Ｇ４へと流れることができて、それを冷却すること（そして、その圧力を下げること）ができる。このステップの終りまでに、蒸発器の内部の圧力は、その最小レベルであり、発生器Ｇ１は、コールド（Ｃ）かつ冷媒によってスーパーチャージド（ＳＣｈ）であり、Ｇ２は、ホット（Ｈ）かつエンプティ（Ｅｍ）であり、Ｇ３およびＧ４は、コールド（Ｃ）かつチャージド（Ｃｈ）である（図４参照）。

運転開始ステップ４−三方弁３Ｗ１によって、ホット水（Ｈ）は、Ｇ１へと流れることができて、その圧力（そして、凝縮器の圧力）を上げることができる。したがって、冷媒の量がこの温度で吸着剤の容量を有意に上回るにつれて、Ｇ１はより高くスーパーチャージされる。同時に、三方弁３Ｗ２によって、コールド水は、Ｇ２へと流れることができて、それを冷却することができて、そして、その圧力を蒸発器の圧力に達するまで下げることができる。したがって、エンプティのときに、Ｇ２は、その温度および圧力での残余の量としての通常の場合よりも有意に少ない吸着される冷媒を有する。左辺では、三方弁３Ｗ４によって、ホット水（Ｈ）は、Ｇ４（それはチャージされる）へと流れることができて、その圧力を上げて、Ｇ４からＧ３（それはスーパーチャージに向けて始まる）へ冷媒を脱着するために加熱することができる。そして、三方弁３Ｗ３によって、コールド水（Ｃ）は、Ｇ３へと流れることができて、吸着熱を取り除くことができる。このステップの終りまでに、設備の各構成要素の条件は、連続サイクルを始めるのに適している：Ｇ１は、ホット（Ｈ）かつスーパーチャージド（ＳＣｈ）であり、Ｇ２は、コールド（Ｃ）かつサブエンプティ（ＳＥｍ）であり、Ｇ３は、コールド（Ｃ）かつ部分的にチャージド（Ｃｈ）であり、そして、Ｇ４は、ホット（Ｈ）かつチャージド（Ｃｈ）である（図５参照）。

実質的に連続する冷却効果を達成するために、このサイクルは、基本的には３つの閉ループ・サイクル：冷凍サイクル、ホット水サイクルおよびコールド水サイクルで構成される。

この冷凍サイクルのための連続するオペレーションは、デジタルコントローラによって決定される４つのステップを含む。第１のオペレーション・ステップの始まりは、ソレノイドバルブＳが開いている以外は、第４の運転開始ステップの最後と本質的に同様である。

オペレーション・ステップ１−このステップの開始時には、発生器は、以下の状態にある：
Ｇ１は、ホットかつ冷媒によってスーパーチャージドである；
Ｇ２は、コールドかつサブエンプティ（超低レベルの冷媒）である；
Ｇ３は、コールドかつ部分的にチャージド（冷媒は低レベルであるが、Ｇ２のレベルよりも高い）である；
Ｇ４は、ホットかつ冷媒によってチャージドであるが、Ｇ１のレベルよりも低い。

このステップにおいて、開閉弁（Ｓ）は、開いている。第１の三方弁３Ｗ１によって、ホット水（Ｈ）は、第１の発生器Ｇ１へと流れることができて、高圧で脱着を生じさせることができる。その一方で、第２の三方弁３Ｗ２によって、コールド水（Ｃ）は、最初にサブエンプティである第２の発生器Ｇ２へと流れることができる。第１の発生器Ｇ１は、熱（Ｈ）により、冷媒の凝縮圧力よりも上の圧力に（例えば、メタノールに対しては０．４バールよりも上の圧力に、そして、アンモニアに対しては１３バールよりも上の圧力に）加圧されるので、冷媒は、吸着剤から脱着されて、そして、第１の逆止弁Ｎ１を通って凝縮器Ｃへと流れる。第５の逆止弁Ｎ５は、冷媒が直接Ｇ２に流れ込むのを防止する。そして、第２の逆止弁Ｎ２は、左辺の回路がより低圧力状態であっても、左辺の回路への流れ込みを防止する。その結果、冷媒は、凝縮器Ｃを通過しなければならない。その過程で、冷媒は、凝縮器において凝縮して、それから膨脹弁ＥＶを通して流れて、凝縮（最高−５Ｃは、容易に達成できる）のレベルに応じて低温で蒸発器Ｅにおいて蒸発して、それから第２の発生器（Ｇ２）において吸着される。

凝縮器の左辺では、三方弁３Ｗ３は、コールド水（Ｃ）をＧ３に与える。その一方で、３Ｗ４によって、ホット水（Ｈ）は、Ｇ４へと流れることができて、中圧でＧ４から冷媒の解放を生じさせることができる。逆止弁Ｎ６によって、冷媒は、Ｇ４から、中圧で吸着されるＧ３へと自由に流れることができる。このステップの間、Ｇ３は、収着が中圧で発生した時から、冷媒によってスーパーチャージされる。その一方で、Ｇ４は、脱着が同じ中圧で発生した時から、エンプティにされる（活性化される）。

このステップの終りまでに、Ｇ４は、中圧でホット（Ｈ）かつエンプティ（Ｅｍ）である。その一方で、Ｇ３は、中圧でコールド（Ｃ）かつスーパーチャージド（ＳＣｈ）である。Ｇ１は、高圧でホット（Ｈ）かつエンプティ（Ｅｍ）である。そして、Ｇ２は、低圧でコールド（Ｃ）かつチャージド（Ｃｈ）である（図６参照）。

オペレーション・ステップ２−これは、オペレーション・ステップ１と比べて比較的短時間の間持続する中間のステップであって、オペレーション・ステップ３（下記参照）のための発生器を準備することを意図する。オペレーション・ステップ２において、開閉弁Ｓは、凝縮器の高圧を維持するために閉じられている。三方弁３Ｗ１によって、コールド水（Ｃ）は、Ｇ１へと流れることができて、その圧力を下げることができて、そして、冷媒を吸着するその能力を増加させることができる。三方弁３Ｗ２によって、ホット水（Ｈ）は、Ｇ２へと流れることができて、その圧力を上げることができて、そして、冷媒を吸着するその能力を減少させることができる。したがって、Ｇ２において吸着された冷媒は、脱着されて、逆止弁Ｎ５を介してＧ１へと通過する。Ｇ２からのガスのディスチャージおよびＧ１でのガスの吸収は、中圧で行われる。従来技術のシステムと比較したときに、この中圧は、ディスチャージステップに関してはより低く、吸収ステップに関してはより高く、そして、所与の温度差のための効率増加を導く。左辺では、三方弁３Ｗ３によって、ホット水（Ｈ）は、Ｇ３へと流れることができて、そして、３Ｗ４によって、コールド水（Ｃ）は、Ｇ４へと流れることができる。このステップにおいて、Ｇ３の圧力が、その温度に関して大きいスーパーチャージド状態のままで凝縮器の圧力に増加するまで、Ｇ３は加熱される。Ｇ４が、その温度および圧力に関してサブエンプティの状態のままで蒸発器の圧力（またはそれよりも低い）に到達するまで、Ｇ４は冷やされる。逆止弁Ｎ１、Ｎ２は、凝縮器から発生器Ｇ１およびＧ３への流れを制止する。そして、逆止弁Ｎ５およびＮ６は、それぞれ、Ｇ１からＧ２への、およびＧ３からＧ４への、冷媒の流れを止める。このステップ終了後、Ｇ３は、高圧で、ホット（Ｈ）かつスーパーチャージド（ＳＣｈ）であり、そして、Ｇ４は、低圧で、コールド（Ｃ）かつサブエンプティ（ＳＥｍ）である。反対辺では、Ｇ２は、中圧で、ホット（Ｈ）かつエンプティ（Ｅｍ）であり、そして、Ｇ１は、中圧で、コールド（Ｃ）かつチャージド（Ｃｈ）である（図７参照）。この状態は、本質的に、運転開始ステップ４の最後の状態またはオペレーション・ステップ１の最初のミラーイメージである。

オペレーション・ステップ３−これは、本質的にオペレーション・ステップ１のミラー状況である。この場合に、Ｓは、冷却効果を考慮に入れるために開かれ、そして、三方弁の位置は、オペレーション・ステップ２（上記参照）で示されるものと同じである。ホットでかつスーパーチャージド状態で開始する発生器Ｇ３は、冷媒を高圧で脱着し、その冷媒は、逆止弁Ｎ２を通して凝縮器Ｃに至り、そして、膨脹弁および蒸発器Ｅを通して、コールドかつ最初にサブエンプティであるＧ４において吸着される。同時に、Ｇ２における冷媒は、高温および中圧で脱着され続ける。そして、Ｇ１は、スーパーチャージされ続けて、中圧および低温でＧ２から冷媒を吸着する。このステップは、Ｇ３における全ての冷媒が、Ｇ４へと通過して蒸発器で冷却効果を生じさせて、およびＧ４をチャージさせて、そして、Ｇ２における全ての冷媒が、Ｇ１へと通過してそれを次のステップ（図８参照）のためにあらかじめスーパーチャージさせるまで、続く。

オペレーション・ステップ４−これは、ソレノイドバルブＳが閉じるオペレーション・ステップ２と同様の中間のステップであり、３Ｗ１によりホット水がＧ１に入り、Ｇ１をホットかつスーパーチャージド状態に誘導し、そして、３Ｗ２によりコールド水がＧ２に流れ、Ｇ２をサブエンプティの状態のままにするためにＧ２の温度および圧力を下げることができる。３Ｗ３によって、コールド水は、Ｇ３へと流れることができる。そして、３Ｗ４によって、ホット水は、Ｇ４へと流れることができて、その圧力を上げて、そして、それがエンプティの状態に達するまで冷媒を脱着することができる。３Ｗ３はコールド水をＧ３へと許容して、その圧力を下げることができて、そして、Ｇ４がチャージド状態に達するまで、Ｇ４から脱着される冷媒を吸着することができる。このステップ終了後、発生器の状況は、運転開始ステップ４の最後またはオペレーション・ステップ１（図５参照）の最初で述べた状況に到達する。

ソレノイドバルブＳは開かれて、そして、オペレーション・ステップ１〜４は繰り返される。ホット水およびコールド水ならびに弁を作動するためにエネルギーの供給がある限り、実質的に連続するオペレーションは達成されることができる。発生器の温度を循環させることによって、および、逆流を防止するために逆止弁を使用することによって、凝縮器および蒸発器を通してディスチャージする前に、Ｇ１およびＧ３をスーパーチャージ状態にもたらすために、Ｇ２およびＧ４から２つのチャージステップを得ることは、可能である。

図９は、全部で３つのサイクルを有する完全なシステムを示す。図１〜８に示す冷房設備（ＣＵ）は、真空管式太陽熱収集器（ＥＳＣ）または他のホット水源、およびホット水の蓄熱器（ＡＣ）を含む、ホット水供給回路に接続される。蓄熱器（ＡＣ）を提供することによって、昼間中は太陽熱加熱によるホット水発生器は、設備ＣＵの継続したオペレーションを確実にするために、何時間もの暗い間、利用可能であることができる。熱供給が、いくつかの他の連続的なオペレーション（例えば産業的なオペレーション）からの廃熱である場合において、蓄熱器は、必要でなくてもよい。ホット水は、ホット水ポンプＰＨによって、蓄熱器から設備ＣＵまで送られる。

コールド水供給回路も、設備ＣＵに接続される。この場合、コールド水は、空冷式放熱器または他の熱放散システムのような放熱器Ｒを用いて提供されることができる。コールド水は、コールド水ポンプＰＣによって、放熱器Ｒから設備ＣＵまで送られる。

設備ＣＵのポンプＰＨ、ＰＣおよびさまざまな弁のための電源は、光起電力源ＰＶ（何時間もの暗さで使用するための適切な蓄電器を有する）によって、便利に提供されることができる。他の電力源が、用いられることができる。

本発明の範囲内において、システムのすべての態様に他の変更がなされることができることは、明らかである。

Claims (19)

1. 熱駆動型吸着冷房設備であって、
   −入口側端部および出口側端部を有する凝縮器；
   −入口側端部および出口側端部を有し、当該入口側端部は、操作可能な弁を介して前記凝縮器の前記出口側端部に接続される蒸発器；および
   −一連の収着−脱着発生器であって、当該発生器の各々は、冷媒流通回路を作成するために前記凝縮器および前記蒸発器への接続のための入口側端部および出口側端部、ならびに、高温度および低温度で前記各発生器を作動するための熱供給を有し、当該発生器は、前記蒸発器で冷却効果を提供するために前記凝縮器および前記蒸発器を通して冷媒を流すように作動する一連の収着−脱着発生器；を含み：
   そこにおいて、
   前記一連の発生器は、発生器のペアを２つ含み、当該各ペアは、
   −第１の発生器であって、前記凝縮器から当該第１の発生器への流れを妨げるために配置される第１の逆止弁を介して、前記凝縮器の前記入口側端部に接続される出口側端部を有する第１の発生器；および
   −第２の発生器であって、当該第２の発生器から前記蒸発器への流れを妨げるために配置される第２の逆止弁を介して、前記蒸発器の前記出口側端部に接続される入口側端部、および、前記第１の発生器の前記入口側端部から当該第２の発生器の出口側端部への流れを妨げるために配置される第３の逆止弁を介して、前記第１の発生器の前記入口側端部に接続される当該出口側端部を有する第２の発生器；を含み：
   前記発生器の前記各ペアは、冷却効果を提供するために前記凝縮器および前記蒸発器を通して流体を流すように別々に作動する、熱駆動型吸着冷房設備。
2. 前記熱供給が、前記発生器の温度を制御するために前記発生器への熱伝導流体の供給を含む、請求項１に記載の冷房設備。
3. 前記熱供給が、前記熱伝導流体を高温に加熱するための太陽熱ヒータを含む、請求項２に記載の冷房設備。
4. 前記太陽熱ヒータが、真空管式太陽熱収集器を含む、請求項３に記載の冷房設備。
5. 前記発生器に供給する前のホット熱伝導流体を貯蔵するための蓄熱器をさらに含む、請求項２、３または４に記載の冷房設備。
6. 前記熱供給が、前記熱伝導流体を低温に冷やすための放熱器を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷房設備。
7. 前記放熱器が、周囲温度で空気によって冷やされる、請求項６に記載の冷房設備。
8. 前記発生器にホットまたはコールド熱伝導流体を循環させるためのポンプをさらに含む、請求項２〜７のいずれか１項に記載の冷房設備。
9. 前記熱伝導流体が、水を含む、請求項２〜８のいずれか１項に記載の冷房設備。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の冷房設備を作動させる方法であって：
    前記凝縮器および前記蒸発器を通る回路まわりに冷媒が誘導されるように、前記各発生器の内部でホットとコールドの間を温度が循環し、更に、
    前記発生器が「スーパーチャージド（ｓｕｐｅｒ−ｃｈａｒｇｅｄ）」状態であるとは、その前記発生器において吸着される冷媒の量が、通常吸着されることができる最大量を上回ることを示し、前記発生器が「サブエンプティ（ｓｕｂ−ｅｍｐｔｙ）」状態であるとは、その前記発生器における冷媒の量が、脱着の後に、吸着剤に存在している冷媒の残余の量を下回ることを示す、と定義したときに、
    前記第１の発生器がスーパーチャージド、エンプティ、およびチャージド状態の間を循環して、前記第２の発生器がサブエンプティ、チャージド、およびエンプティ状態の間を対応して循環するように、前記各ペアの前記発生器に対して前記弁および前記熱供給を作動させること、を含む方法。
11. 請求項１０に記載の方法であって、温度サイクルに先立って：
    ｉ）低温に保たれている前記発生器、前記凝縮器および前記蒸発器に、実質的に一定の圧力で冷媒を充填すること；
    ｉｉ）前記凝縮器から前記蒸発器へ冷媒が流れるのを妨げるために弁を作動させること；
    ｉｉｉ）前記第１の発生器がチャージドになり、および前記第２の発生器がエンプティになるように、前記各ペアの前記第１の発生器に冷媒を導入するために、前記各ペアの前記第２の発生器を加熱すること；
    ｉｖ）前記蒸発器から冷媒を抽出して前記第２の発生器を少なくとも部分的にチャージするために、前記第２の発生器を冷却すること；および
    ｖ）前記第２の発生器の１つに接続される前記第１の発生器の内部の冷媒のチャージをさらに増加させるために、当該１つの第２の発生器を加熱すること；
    を含む運転開始手順を実行することを含む方法。
12. 請求項１０または１１に記載の方法であって、第１のステップにおいて：
    −第１のペアの前記エンプティの第２の発生器をサブエンプティ状態にもたらすために、当該第２の発生器を冷却すること；
    −前記第１のペアの前記関連した第１の発生器をスーパーチャージド状態にもたらすために、当該第１の発生器を加熱すること；および
    −前記蒸発器で冷却効果を生じさせるように、前記第１の発生器から前記凝縮器および前記蒸発器を通して前記第２の発生器への冷媒の流れを許容すること；を含む方法。
13. 前記第１のステップが、前記第２の発生器をエンプティ状態にディスチャージすること、および、前記第１の発生器をチャージド状態にチャージすることを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 請求項１２または１３に記載の方法であって、第２のステップにおいて：
    −前記対応する第１の発生器に冷媒をディスチャージして、そして、前記第２の発生器をエンプティ状態にもたらすために、前記チャージド状態の第２のペアの第２の発生器を加熱すること；および
    −前記第２のペアの前記関連した第１の発生器をチャージド状態にもたらすために、当該第１の発生器を冷却すること；を含む方法。
15. 請求項１４に記載の方法であって、第３のステップにおいて：
    −前記第２のペアの前記エンプティの第２の発生器をサブエンプティ状態にもたらすために、当該第２の発生器を冷却すること；
    −前記対応するチャージド状態の第１の発生器をスーパーチャージド状態にもたらすために、当該第１の発生器を加熱すること；および
    −前記蒸発器で冷却効果を生じさせるように、前記第２のペアの前記第１の発生器から前記凝縮器および前記蒸発器を通して前記第２のペアの前記第２の発生器への冷媒の流れを許容すること；を含む方法。
16. 前記第１の発生器をエンプティ状態にディスチャージすること、および、前記第２の発生器をチャージド状態にチャージすることを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 請求項１５または１６に記載の方法であって、第４のステップにおいて：
    −前記対応する第１の発生器に冷媒をディスチャージして、そして、前記第２の発生器をエンプティ状態にもたらすために、前記第１のペアの前記チャージド状態の第２の発生器を加熱すること；および
    −前記第１のペアの前記関連した第１の発生器をチャージド状態にもたらすために、当該第１の発生器を冷却すること；を含む方法。
18. 前記冷房設備の実質的に連続する作動を提供するために、前記第１、第２、第３および第４のステップを繰り返すことをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記蒸発器を横切る空気が冷やされるように、当該蒸発器を横切る空気の流れを導くことをさらに含む、請求項１０〜１８のいずれか１項に記載の方法。

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