(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のサイクロメトリック混合物（２０）の冷却システムであって、
・前記第１のサイクロメトリック混合物（２０）の循環路（１ａ，１ｂ）を含む凝縮ユニット（１８）であって、当該凝縮ユニットが、前記混合物に含まれる流体を、この流体を含む液体（２２）との直接接触によって凝縮させることができ、前記液体（２２）が、前記第１の混合物（２０）の露点よりも低い温度で当該凝縮ユニット（１８）内に存在する、凝縮ユニット（１８）と、
・前記流体を含む第２のサイクロメトリック混合物（２１）の循環路（１７ａ，１７ｂ）を含む主蒸発ユニット（１９）であって、当該主蒸発ユニット（１９）が、前記第２のサイクロメトリック混合物（２１）において前記液体（２２）を蒸発させることができ、前記液体（２２）が、前記第２の混合物（２１）の露点よりも高い温度で前記蒸発ユニット（１９）内に存在し、前記ユニット（１８，１９）が、前記液体の循環路（８，１３）によって連結された、主蒸発ユニット（１９）と、
・当該システム内における前記液体（２２）の流量の少なくとも１つを調整する調整手段と、
を含むシステム。
【請求項２】
前記調整手段が、
・前記ユニット（１８，１９）の少なくとも１つに流入する液体（２２）の温度と、当該ユニット（１８，１９）から流出する前記サイクロメトリック混合物（２０，２１）の温度との温度差を測定する手段と、
・前記温度差に基づいて当該ユニット（１８，１９）に流入する液体の流量を調整する手段と、
を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ユニット（１８，１９）に流入する液体（２２）の流量を調整する手段が、貯蓄タンク（５，１０）から当該ユニット内に前記液体（２２）を注入可能なポンプ（７，１２）を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記ユニットの一方（１８，１９）に注入される液体の流量を調整するために用いられる前記貯蓄タンクが、他方のユニット（１９，１８）の下部に設けられたコンパートメント（５，１０）によって構成された、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記サイクロメトリック混合物（２０，２１）の少なくとも１つの流量を調整する手段を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記主蒸発ユニット（１９）の排出口（６）から流出する前記液体（２２）を冷却する手段（２３）を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記調整手段が、
・前記主蒸発ユニット（１９）に流入する前記液体（２２）の流量を増やすことができ、
・前記凝縮ユニット（１８）に流入する前記液体（２２）の流量を増やすことができ、
・前記凝縮ユニット（１８）に流入する前記液体（２２）の温度と、前記凝縮ユニット（１８）から流出する前記サイクロメトリック混合物（２０）の温度との温度差を測定することができ、当該温度差が閾値よりも大きな場合は、
・前記液体（２２）を冷却する手段（２３）に作用して、その冷却能力を増やすことができる、
請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記凝縮ユニット（１８）において凝縮された液体（２２）の一部を放出するための放出口（２４）を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記調整手段が、
・前記凝縮ユニット（１８）に流入する前記液体（２２）の温度と、前記凝縮ユニット（１８）から流出する前記サイクロメトリック混合物（２０）の温度との温度差を測定することができ、当該温度差が閾値よりも大きな場合は、
・前記ユニット（１８，１９）に流入する液体（２２）の流量を同一の比率で増やすことができる、
請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記液体（２２）が塩を含み、前記液体（２２）の前記循環路（８，１３）における、前記凝縮ユニット（１８）と前記主蒸発ユニット（１９）との間に直列に設けられた、前記液体（２２）のための第２の蒸発ユニット（３０）を含み、前記第２の蒸発ユニットが、前記主蒸発ユニット（１９）の運転温度よりもはるかに高い温度で運転される、請求項１〜９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第２の蒸発ユニット（３０）が、空気（３２）の吸気口（３１ａ）および排気口（３１ｂ）と、前記吸気口（３１ａ）の上流側に設けられた流量を変更可能なファン（３９）とを含み、前記空気は、前記第２の蒸発ユニット（３０）内の前記液体（２２）に対向して循環可能であり、前記調整手段は、前記ユニット（３０）に流入する液体（２２）の温度と前記ユニット（３０）から流出する空気（３２）の温度との温度差に基づいて、前記第２の蒸発ユニットに流入する空気の流量および液体（２２）の流量を調整することができる、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記凝縮ユニット（１８）から前記第２の蒸発ユニット（３０）に流れる前記液体（２２）の冷たさを回収可能な熱交換器（２８）を含む、請求項１０または１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記蒸発ユニット（１９，３０）の排出口（２９，６）のそれぞれから流出する前記液体中の塩の濃度の調節手段を含む、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１４】
凝縮可能な流体を含むサイクロメトリック混合物（２０）の循環路（１ａ，１ｂ）と、前記流体を含む液体（２２）の循環路（９，１１）と、前記サイクロメトリック混合物（２０）と前記液体（２２）とを直接接触させる手段（３）と、当該ユニット（１８）に流入する前記液体（２２）の温度と当該ユニット（１８）から流出する前記サイクロメトリック混合物（２０）の温度との温度差を測定可能な制御手段（３５，３７）と、を含み、前記液体の温度が前記混合物（２０）の露点よりも低い、凝縮ユニット（１８）。
【請求項１５】
前記直接接触させる手段が取り付け部品（３）を含む、請求項１４に記載の凝縮ユニット（１８）。
【請求項１６】
前記循環路（（９，１１），（１ａ，１ｂ））が、前記サイクロメトリック混合物（２０）および前記液体（２２）が当該ユニットにおいて対向して循環するように設けられた、請求項１４または１５に記載の凝縮ユニット（１８）。
【請求項１７】
蒸発可能な流体を含むサイクロメトリック混合物（２１）の循環路（１７ａ，１７ｂ）と、前記流体を含む液体（２２）の循環路（１４，６）と、前記サイクロメトリック混合物（２１）と前記液体（２２）とを直接接触させる手段（１６）と、当該ユニット（１９）に流入する前記液体（２２）の温度と当該ユニット（１９）から流出する前記サイクロメトリック混合物（２１）の温度との温度差を測定可能な制御手段（３６，３８）を含み、前記液体の温度が−４０℃のオーダーでかつ前記混合物（２１）の露点よりも高い、蒸発ユニット（１９）。
【請求項１８】
第１のサイクロメトリック混合物（２０）を冷却する方法であって、
・前記混合物に含まれる流体を、温度が前記第１のサイクロメトリック混合物（２０）の露点よりも低く、前記流体を含む液体（２２）に直接接触させて、凝縮させる凝縮工程（Ｅ１）と、
・前記流体を含む第２のサイクロメトリック混合物（２１）において、前記凝縮工程（Ｅ１）において凝縮された、温度が前記第２の混合物（２１）の露点よりも高い、前記液体（２２）を蒸発させる蒸発工程（Ｅ２）と、
・前記凝縮工程（Ｅ１）で使用するために、前記蒸発工程（Ｅ２）において蒸発された前記液体を再注入する再注入工程（Ｅ３）と、
を閉じたループを構成するように含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サイクロメトリック混合物の冷却の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
サイクロメトリック混合物は、特に下記のような、２種の気体を含むことが知られている。
・温度および圧力によらず液体の状態にはなり得ない、第１のタイプの気体。
・所定の条件下で凝縮または蒸発し得る、第２のタイプの気体。
【０００３】
例えば、湿気を帯びた空気は、サイクロメトリック混合物の例であり、下記を含む。
・通常の温度および圧力の条件下では凝縮しない乾燥した空気。
・温度および圧力の条件次第で凝縮または蒸発し得る水蒸気。
【０００４】
燃焼ユニットからの排気（ｆｕｍｅｅ）（より一般には、濃度が変動する排気中の気体であって、ＣＯ2およびＨ2Ｏのような化合物である気体を含む、気体状の排出物）は、サイクロメトリック混合物の他の例である。一般的に、燃焼排気は、水蒸気が相当の濃度を有するサイクロメトリック混合物である。
【０００５】
使用される頻度は比較的少ないものの、他のサイクロメトリック混合物としては、ヘリウムおよびアンモニアの混合物と水素およびアンモニアの混合物とが特に知られている。
【０００６】
特許文献ＦＲ２８２００５２には、排気中に含まれる二酸化炭素の抽出処理が記載されている。この抽出処理においては、排気は、大気圧に実質的に等しい圧力下で、かつ、二酸化炭素が（逆）昇華の過程によって蒸気の状態から固体の状態に直接変化するような温度下で冷却される。水もまた、例えば空気交換器によって、液体の状態で抽出される。
【０００７】
この種のシステムは、有益な点もあるものの、残念ながら、広い温度範囲にわたって冷却された気体の冷たさを回収することができない。また、乾いた排気の急速な除湿乾燥を低コストで行うこともできない。
【発明の概要】
【０００８】
第１の側面から、本発明は、第１のサイクロメトリック混合物の冷却システムに関する。本システムは、下記を含む。
・第１のサイクロメトリック混合物の循環路（ｃｉｒｃｕｉｔ  ｄｅ  ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）を含む凝縮ユニットであって、当該凝縮ユニットが、この混合物に含まれる流体を、この流体を含む液体との直接接触によって凝縮させることができ、当該液体が、前記第１の混合物の露点よりも低い温度で当該凝縮ユニット内に存在する、凝縮ユニット。
・上記の流体を含む第２のサイクロメトリック混合物の循環路を含む主蒸発ユニットであって、当該主蒸発ユニットが、第２の混合物において液体を蒸発させることができ、当該液体が、上記第２の混合物の露点よりも高い温度で前記蒸発ユニット内に存在し、上記の主要な凝縮ユニットおよび蒸発ユニットが液体の循環路によって連結された、主蒸発ユニット。
・システム内における上記の液体の流量の少なくとも１つを調整する手段。
【０００９】
非常に有利な形態において、凝縮ユニットと主蒸発ユニットとを連結することによって、広い温度範囲にわたって第１のサイクロメトリック混合物の冷たさの回収が可能となる。
【００１０】
本システムはまた、非常に高速に第１のサイクロメトリック混合物を除湿乾燥する。例えば、第１のサイクロメトリック混合物が排気であれば、１．１０-6ｇＨ2Ｏ／ｋｇへの除湿乾燥は、低コストでかつ高効率に達成され得る。
【００１１】
本発明によるシステムにおいては、サイクロメトリック混合物の温度および圧力の条件が組み合わされば、流体が凝縮ユニットにおいて気体状態から液体状態に変化し、主蒸発ユニットにおいて液体状態から気体状態に変化し得る。
【００１２】
凝縮ユニット内を循環して冷却されるサイクロメトリック混合物は、飽和または飽和に近い状態である。
【００１３】
第２の側面から、本発明はまた、本発明による冷却システムにおいて用いられ得る凝縮ユニットに関する。
【００１４】
本凝縮ユニットは、凝縮可能な流体を含むサイクロメトリック混合物の循環路と、この流体を含む液体の循環路と、サイクロメトリック混合物と液体とを直接接触させる手段と、このユニットに流入する液体の温度とこのユニットから流出するサイクロメトリック混合物の温度との温度差を測定可能な手段と、を含み、液体の温度が混合物の露点よりも低い。
【００１５】
本発明による凝縮ユニットは、熱交換技術の分野において周知の冷却塔とは根本的に異なることに留意されたい。
【００１６】
すなわち、一般的には、このような冷却塔における冷却のための水は、取り付けられた分配路によって霧状にされ、ファンまたは気流によって動かされる空気流に直接接する。この空気流には湿度が蓄えられ、塔の下部に設けられたコンパートメントに水滴が排出される。
【００１７】
通常は、このような塔の機能は、飽和状態からは比較的遠い空気中における蒸発による水の冷却に基づく。
【００１８】
本発明は、より冷たい液体との直接の接触によって、飽和状態に近い状態のサイクロメトリック混合物に含まれる水蒸気（または、より一般的には、凝縮可能な流体）を凝縮させることを目的とするので、本発明による凝縮ユニットの目的および作用は、根本的に異なる。
【００１９】
より詳細には、液体の温度は、サイクロメトリック混合物の露点よりも低い。
【００２０】
本発明によると、凝縮ユニット内を循環する液体は、サイクロメトリック混合物中の凝縮可能な流体と同一の少なくとも１つの化合物を含む。
【００２１】
特定の実施形態において、本発明による凝縮ユニットの直接の接触の手段は、液体とサイクロメトリック混合物との直接の接触面の拡大のための取り付け部品（ｇａｒｎｉｓｓａｇｅ）を含む。
【００２２】
特定の実施形態において、本発明による、凝縮ユニットにおける液体の循環路およびサイクロメトリック混合物の循環路は、サイクロメトリック混合物および液体が対向して循環するように設けられる。
【００２３】
液体は、重力によって頂部から底部に循環し、サイクロメトリック混合物は、底部から頂部に循環することが好ましい。
【００２４】
本発明による凝縮ユニット内の概略的な（状態）変化は下記のとおりである。サイクロメトリック混合物の流入温度よりも明らかに低い初期温度、典型的には５Ｋから５０Ｋの範囲、で流入する液体は、サイクロメトリック混合物との直接の接触によって漸進的に再加熱される。
【００２５】
逆に、サイクロメトリック混合物は冷却される。
【００２６】
上記の冷却を通じて、飽和状態に近く、サイクロメトリック混合物に含まれ、それ自体が凝縮する液体は、液体の総量を効果的に増加させる。
【００２７】
上記の質量および熱の移動によって、サイクロメトリック混合物は、その流入温度よりも低い温度で、かつ、流入時の組成よりも凝縮可能な流体が少ない状態で凝縮ユニットから流出する。他方、凝縮ユニットから流出する液体の温度はその流入温度よりも高く、流出流量は流入流量よりも大きくなる。液体の量は、凝縮した流体の量だけ増加する。
【００２８】
本発明によると、主蒸発ユニットを通過するサイクロメトリック混合物は、上記の凝縮可能な流体を飽和状態からは程遠い濃度で含む。
【００２９】
主蒸発ユニットにおいて、液体はサイクロメトリック混合物よりも温度が高い。
【００３０】
その結果、液体は、主蒸発ユニットにおいて、その一部が蒸発し、冷却される。したがって、この主蒸発ユニットからの液体の流出量は、流入量よりも小さい。
【００３１】
他方、サイクロメトリック混合物は、主蒸発ユニットを通過することによって再加熱され、凝縮可能な流体の濃度は大きくなる。
【００３２】
特定の実施形態において、本発明によるシステムは、第１のサイクロメトリック混合物の流量および／または第２のサイクロメトリック混合物の流量を調整する手段を含む。
【００３３】
上記の特徴は、他方の混合物の流量に対する一方の混合物の流量を有益に調整する。すなわち、システムにおける質量および熱の移動の全体的なバランスを調整する。
【００３４】
本発明によるシステムの調整手段は、例えば、下記に位置に配置される４つのサーマルプローブを含み得る。
・凝縮ユニットおよび主蒸発ユニットの液体の流入口。
・これらのユニットのサイクロメトリック混合物の流出口。
【００３５】
本発明のシステムにおいて、ユニットに流入する液体の温度と当該ユニットから流出するサイクロメトリック混合物の温度の差は、１〜２℃のオーダーであることが好ましい。
【００３６】
ほとんどの適用例において、凝縮ユニットおよび主蒸発ユニット内を循環するサイクロメトリック混合物の流量はユニットの外部の操作状況によって定められる。
【００３７】
すなわち、これらのユニットに流入する液体の流量を調整することが好ましい。本明細書全体にわたって、
・“凝縮狭窄度（ｐｉｎｃｅｍｅｎｔ  ｄｅ  ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ）”は、凝縮ユニットから流出する除湿乾燥したサイクロメトリック混合物の温度とこのユニットに流入するより冷たい液体の温度との差を示す。
・“蒸発狭窄度（ｐｉｎｃｅｍｅｎｔ  ｄ’ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）”は、蒸発ユニットから流出する加湿されたサイクロメトリック混合物の温度とこのユニットに流入するより温かい液体の温度との差を示す。
【００３８】
上記の２つの数値は、例えば本発明のシステムの調整手段によって、一定間隔で、典型的には３０秒ごとに表示させることができる。
【００３９】
本発明の特定の実施形態において、調整手段は下記を含む。
・主凝縮ユニットおよび蒸発ユニットの少なくとも一方に流入する液体の温度と当該ユニットから流出するサイクロメトリック混合物の温度との温度差を測定する手段。
・この温度差に基づいて上記のユニットに流入する液体の流量を調整する手段。
【００４０】
本発明によるシステムの調整手段は、凝縮狭窄度と蒸発狭窄度の両方を測定し、これらの２つの数値に基づいて主凝縮ユニットおよび蒸発ユニットのそれぞれに流入する液体の流量を調整することが好ましい。
【００４１】
本発明の特定の実施形態において、調整手段は、貯蓄タンクからユニット内に液体を注入可能なポンプによりユニットへ流入する液体の流量を調整する。
【００４２】
この貯蓄タンクは、他方のユニットの下部に設けられたコンパートメントを含んでいてもよい。
【００４３】
本発明によるこのシステムは、主蒸発ユニットから流出する液体（言い換えれば、凝縮ユニットに流入する液体）を冷却する手段を含んでいてもよい。すなわち、主蒸発ユニットで冷却された液体は、再び冷却される。循環路における、主蒸発ユニットの下流側に設けられた熱交換器が、この目的のために用いられ得る。
【００４４】
特定の実施形態において、本発明の調整手段は下記が可能であることが好ましい。
・主蒸発ユニットに流入する液体の流量を増やすこと。
・凝縮ユニットに流入する液体の流量を増やすこと。
・凝縮狭窄度を測定すること。
この狭窄度が閾値よりも大きな場合は、
・液体の冷却手段に作用して、その冷却能力を増やすこと。
【００４５】
本発明によるシステムは、凝縮ユニットにおいて凝縮した液体の一部を排出するための放出口を含んでいてもよい。この特徴は、凝縮ユニットにおいて凝縮する液体の量が、主蒸発ユニットにおいて蒸発する液体の量よりも大きい場合は、凝縮ユニットで凝縮する液体の回収部となり得る。
【００４６】
本発明の特定の実施形態において、システムの調整手段は下記が可能であることが好ましい。
・凝縮狭窄度を測定すること。
この狭窄度が閾値を超えた場合は、
・主凝縮ユニットおよび蒸発ユニットに流入する液体の流量を同じ比率で増やすこと。
【００４７】
本発明の別の実施形態において、液体は塩を含む。この場合は、凝縮ユニットから流出する溶液の水の濃度（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ  ｅｎ  ｅａｕ）を低下させることが好ましい。
【００４８】
また、この特定の実施形態において、本発明によるシステムは、液体の循環路において、凝縮ユニットと第１の蒸発ユニットとの間に直列に配置された、第２の液体蒸発ユニットを含む。
【００４９】
この第２の蒸発ユニットは、主蒸発ユニットの運転温度よりもはるかに高い温度で運転される。
【００５０】
本発明の上記の別の実施形態における特定の実施形態において、第２の蒸発ユニットは、吸気口と、排気口と、この吸気口の上流に設けられた流量を変更可能なファンとを含む。空気は、第２の蒸発ユニット内の液体に対向して循環し得る。調整手段は、第２の蒸発ユニットに流入する液体の温度とこのユニットから流出する空気の温度との温度差に基づいて、このユニットに流入する空気の流量および液体の流量を調整することができる。
【００５１】
上記の別の実施形態における特定の実施例において、本発明によるシステムは、凝縮ユニットから第２の蒸発ユニットに流れる液体の冷たさを回収可能な熱交換器を含む。
【００５２】
上記の別の実施形態における特定の実施例において、本発明によるシステムは、主蒸発ユニットと第２の蒸発ユニットのそれぞれから流出する液体中の塩の濃度の調節手段を含む。
【００５３】
本発明の特定の用途において、特に排気を冷却するために、液体は約−４０℃の温度で主蒸発ユニットに流入する。
【００５４】
しかし、従来の蒸発ユニットはこのような温度領域では決して用いられなかった。
【００５５】
したがって、第３の側面から、本発明は、蒸発可能な流体を含むサイクロメトリック混合物の循環路と、この流体を含む液体の循環路と、サイクロメトリック混合物と液体とを直接接触させる手段と、当該蒸発ユニットに流入する液体の温度と当該蒸発ユニットから流出するサイクロメトリック混合物の温度との温度差を測定可能な制御手段とを含み、液体の温度が−４０℃のオーダーでかつサイクロメトリック混合物の露点よりも高い、蒸発ユニットに関する。
【００５６】
本発明はまた、本発明によるシステムを利用した冷却処理にも関する。
【００５７】
さらに、第４の側面から、本発明は、第１のサイクロメトリック混合物の冷却処理に関する。この処理は、下記の閉ループを含む。
・混合物に含まれる流体を、当該流体を含み、温度が当該第１の混合物の露点よりも低い液体に直接接触させて凝縮させる凝縮工程と、
・この流体を含む第２のサイクロメトリック混合物において、上記凝縮工程において凝縮された液体であって、温度がこの第２の混合物の露点よりも高い液体を蒸発させる蒸発工程と、
・上記蒸発工程において蒸発させた液体を、上記凝縮工程において使用するために再注入する再注入工程。
【００５８】
本発明の他の特徴や利点は、添付の図面を参照しながら非限定的実施形態として以下に各々記載している。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１は、本発明の特定の実施例による凝縮ユニットを示す。
【図２】図２は、本発明の特定の実施形態による蒸発ユニットを示す。
【図３】図３は、本発明の特定の実施形態によるサイクロメトリック混合物の冷却システムを示す。
【図４】図４Ａおよび図４Ｂは、図３のシステムの流量の相違および／または温度差を調節するための、それぞれの環境下におけるオプション機器を示す。
【図５】図５は、本発明による冷却システムの別の形態を示す。
【図６】図６は、本発明による冷却システムの別の形態を示す。
【図７】図７は、本発明による冷却処理の主な工程を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
それぞれの図中の細い矢印はサイクロメトリック混合物の流れを示し、太い矢印は液体の流れを示す。
【００６１】
図１は、本発明による凝縮ユニット１８を示す。凝縮ユニット１８の内部にサイクロメトリック混合物２０が導入され得る。
【００６２】
図１の実施形態において、サイクロメトリック混合物は、管１ａを介して凝縮ユニット１８に導入される。この管は、凝縮ユニット１８の下部において終端する。
【００６３】
図１の実施形態において、サイクロメトリック混合物２０は、凝縮ユニット１８の上部において終端する管１ｂを介して凝縮ユニット１８から流出する。
【００６４】
本発明によれば、凝縮ユニット１８は、サイクロメトリック混合物２０の流体を凝縮可能な液体２２の流入口を含む。この液体の温度は、サイクロメトリック混合物２０の露点よりも低い。
【００６５】
図１の実施形態において、凝縮ユニット１８は、このユニットの流入口における液体２２の温度を測定可能なプローブ３７と、このユニットから流出するサイクロメトリック混合物２０の温度を測定可能なプローブ３５とを含む。
【００６６】
プローブ３５で測定した温度とプローブ３７で測定した温度との差Ｐ１は、“凝縮狭窄度”に相当する。
【００６７】
本実施形態において、液体２２は、凝縮ユニット１８の上部に設けられた供給路（供給ランプ；ｒａｍｐｅ  ｄ’ａｌｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ）９を介して凝縮ユニット１８に流入して、凝縮ユニット１８の下部のコンパートメント１０に蓄えられる。
【００６８】
通常、サイクロメトリック混合物２０と液体２２とは、凝縮ユニット１８において対向して循環する。
【００６９】
サイクロメトリック混合物２０の導入管１ａは、コンパートメント１０における液面よりも高い位置において終端する。
【００７０】
本発明によれば、サイクロメトリック混合物２０および液体は凝縮ユニット１８内に流入し、直接接触する。
【００７１】
本実施形態において、この直接の接触は、液体の供給路９が真上になるように設けられた取り付け部品（ライニング）３上で少なくともその一部が発生する。
【００７２】
本実施形態において、凝縮ユニット１８から液体２２を排出させる流出口１１は、コンパートメント１０の底部に設けられる。
【００７３】
サイクロメトリック混合物２０と液体２２との接触からは、多くの効果が得られる。
【００７４】
まず、サイクロメトリック混合物２０が冷却される。
【００７５】
さらに、サイクロメトリック混合物２０に含まれる凝縮可能な流体の少なくとも一部が凝縮する。これにより、凝縮ユニット１８における液体の流量が増える。流出口１１で測定した流量は、供給路９で測定した流量よりも大きい。
【００７６】
図２は、本発明による蒸発ユニット１９を示す。サイクロメトリック混合物２１は蒸発ユニット１９内に導入され得る。このサイクロメトリック混合物は、濃度が飽和状態からは程遠い蒸発可能な流体を含む。
【００７７】
図２の実施形態において、サイクロメトリック混合物２１は、管１７ａを介して蒸発ユニット１９に導入される。この管は、蒸発ユニット１９の下部で終端する。
【００７８】
図２の実施形態において、サイクロメトリック混合物２１は、蒸発ユニット１９の上部で終端する管１７ｂを介して蒸発ユニット１９から排出される。
【００７９】
本発明によれば、蒸発ユニット１９は、液体２２の流入口を含む。流入口における温度は、サイクロメトリック混合物２１の露点よりも高い。
【００８０】
図２の実施形態において、蒸発ユニット１９は、蒸発ユニットの流入口における温度を測定可能なプローブ３８と、このユニットから流出するサイクロメトリック混合物２１の温度を測定可能なプローブ３６とを含む。
【００８１】
プローブ３８で測定した温度とプローブ３６で測定した温度との差Ｐ２は、“蒸発狭窄度”に相当する。
【００８２】
本実施形態において、液体２２は、蒸発ユニット１９の上部に設けられた分配システム１４を介して蒸発ユニット１９に流入する。液体は、蒸発ユニット１９の下部のコンパートメント５に蓄えられる。
【００８３】
通常、サイクロメトリック混合物２１と液体２２とは、蒸発ユニット１９において対向して循環する。
【００８４】
サイクロメトリック混合物２１の導入管１７ａは、コンパートメント５における液面よりも高い位置で終端する。
【００８５】
本発明によれば、サイクロメトリック混合物２１および液体２２は蒸発ユニット１９内に流入して、直接接触する。
【００８６】
本実施形態において、この直接の接触は、液体２２の分配システム１４が真上になるように設けられた取り付け部品（ライニング）１６上で少なくともその一部が発生する。
【００８７】
本実施形態において、蒸発ユニット１９から液体２２を排出させる流出口６は、コンパートメント５の底部に設けられる。
【００８８】
サイクロメトリック混合物２１と液体２２との接触からは、多くの効果が得られる。
【００８９】
まず、液体２２が冷却される。
【００９０】
さらに、液体２２は、サイクロメトリック混合物２１と接触して蒸発するが、蒸発可能な流体についての混合物２１の濃度は、飽和状態からは程遠い。
【００９１】
図３は、本発明による冷却システムを示す。
【００９２】
このシステムは、図１を参照して説明した凝縮ユニットと同一または類似の凝縮ユニット１８と、図２を参照して説明した蒸発ユニットと同一または類似の蒸発ユニット１９とを含む。
【００９３】
凝縮ユニット１８および主蒸発ユニット１９は、液体２２が閉ループ内で循環するように連結される。より詳細には、このシステムは下記を含む。
・凝縮ユニット１８からの流出口１１において回収された液体２２を、蒸発ユニット１９の分配システム１４に注入する第１の液体路１３。
・蒸発ユニット１９から流出して回収された液体２２を凝縮ユニット１８の供給路９に注入する第２の液体路８。
【００９４】
図３の実施形態において、第１の液体路１３は連結管１１およびポンプ１２を、第２の液体路８は連結管６およびポンプ７をそれぞれ含む。
【００９５】
当業者であれば、本発明によるシステム内で、液体２２の流量は変動することを理解できる。液体２２の流量は、凝縮ユニット１８内では、サイクロメトリック混合物の凝縮可能な気体の凝縮に起因して増え、蒸発ユニット１９内では、サイクロメトリック混合物２１と接触することで減る。
【００９６】
本システムによれば、２つの気体流が有効に熱交換し、それぞれが有する凝縮可能な流体の状態を変化させる。
【００９７】
より詳細には、液体２２は、
・凝縮ユニット１８内で、サイクロメトリック混合物２０を冷却して、サイクロメトリック混合物２０中の凝縮可能な気体を減らし、
・蒸発ユニット１９内で、サイクロメトリック混合物２１を再加熱して、サイクロメトリック混合物２１中の蒸発可能な気体を増やす。
【００９８】
図３のシステムにおいて、蒸発ユニット１９で蒸発した液体によって回収された冷たさが、凝縮ユニット１８で液体から吸収された熱を十分に補うものであれば、凝縮狭窄度Ｐ１および蒸発狭窄度Ｐ２はポンプ７およびポンプ１２の流量を調整することによってそれぞれを独立して調整することができる。それぞれのポンプは、流量を変更させて、コンパートメント５，１０に含まれる液体２２から所望の量を得るように調整される。
【００９９】
流量を調整するための補足的なオプション機器（特に、熱交換器２３および放出口２４）を、図４Ａおよび４Ｂに示す。
【０１００】
図４Ａにおいて、熱交換器２３は、蒸発ユニット１９から流出した液体流２２を、凝縮ユニット１８に再注入する前に強く冷却することを目的として、第２の液体路８に設けられている。
【０１０１】
凝縮ユニット１８内を循環する液体流２２の冷却キャパシティが、凝縮ユニット１８において凝縮される流体の量と蒸発ユニット１９において蒸発される流体の量との間のバランスをとるためには十分でない場合は、このような熱交換器２３が有効に用いられ得る。
【０１０２】
図４Ａのシステムにおいて、熱交換器２３は、凝縮ユニット１８に注入される液体流をさらに冷却する。この熱交換器は、蒸発ユニット１９で回収された冷却力が凝縮ユニット１８で吸収される必要がある加熱力よりも小さい場合に有効である。
【０１０３】
本システムは、蒸発狭窄度Ｐ２および凝縮狭窄度Ｐ１の連続的な調整により制御されることが好ましい。
【０１０４】
例えば、初期の調整は、ポンプ１２により蒸発狭窄度Ｐ２に対して行われ、これにより流量を増やす。流量が増えると蒸発狭窄度Ｐ２が小さくなり、通常は間接的に凝縮狭窄度Ｐ１が小さくなる。
【０１０５】
それでも凝縮狭窄度Ｐ１が十分に小さくならない場合は、まず、ポンプ７の流量を増やす。
【０１０６】
それでも凝縮狭窄度Ｐ１が大きすぎる場合は、第３の試みとして、熱交換器２３の冷却力を調整し得る。
【０１０７】
図４Ｂに示すように、凝縮ユニット１８において凝縮した流体の量が、蒸発ユニット１９において蒸発した流体の量よりもはるかに多い場合は、放出口２４を凝縮ユニット１８に導入して、凝縮した流体の過剰分を管２５を介して放出することができる。
【０１０８】
図４Ｂのシステムにおいて、凝縮狭窄度Ｐ１が閾値を超えて、凝縮ユニットに注入される液体の流量が不足する場合は、蒸発ユニット１９および凝縮ユニット１８に注入される液体の流量を同じ比率で増やして、凝縮狭窄度Ｐ１および蒸発狭窄度Ｐ２を小さくすることが好ましい。これにより、
・凝縮した流体の過剰分が、管２５を介して放出されて、
・蒸発ユニット１９のコンパートメント５における液層の蓄積が抑制される。
【０１０９】
本発明の別の実施例を、図５を参照して説明する。
【０１１０】
本実施例においては、凝縮ユニット１８に流入するサイクロメトリック混合物２０は下記の湿った排気の混合物である。
・温度は０℃。
・水蒸気は乾燥排気に対して４ｇＨ2Ｏ／ｋｇ。
【０１１１】
本実施例において、供給路９によって分配される液体２２は、水と塩化カルシウムＣａＣｌ2の−４０℃の混合物である。
【０１１２】
上記と同様に、湿った排気に含まれる水蒸気は凝縮され、濃度が乾燥排気に対して約０．１ｇＨ2Ｏ／ｋｇになる。
【０１１３】
図５の実施例において、実質的に−４０℃の水と塩化カルシウムＣａＣｌ2との混合物の規定された流れは、凝縮ユニット１８のコンパートメント１０から取り出されて、熱交換器２８によって再加熱され温度が約＋１５℃になる。
【０１１４】
熱交換器２８から流出すると、塩化カルシウムＣａＣｌ2の溶液は循環路２６によって運ばれて、分配器３３によって第２の蒸発ユニット３０の取り付け部品（ライニング）３４へと送られる。
【０１１５】
本実施例において、蒸発ユニット１９は、本発明の主蒸発ユニットである。
【０１１６】
本実施例において、第２の蒸発ユニット３０は、外気温度（特に約２０℃）であって、相対湿度が飽和状態になる程ではない、典型的には４０％のオーダーの、空気３２の流入口３１ａを含む。
【０１１７】
空気３２は、ファン３９によって、第２の蒸発ユニット３０内を、塩化カルシウムＣａＣｌ2の溶液に対向して循環する。
【０１１８】
塩化カルシウムＣａＣｌ2の溶液中に過剰に含まれている水は、取り付け部品３４において、飽和していない外気３２に接触して蒸発する。この溶液の塩の濃度は、所望の値に増える。
【０１１９】
空気３２は、温度が約１６℃で、湿度が９０％のオーダーで、（放出口３１ｂを介して）第２の蒸発ユニット３０から放出される。
【０１２０】
塩化カルシウムＣａＣｌ2の溶液は、第２の凝縮ユニット３０において空気と接触して再加熱され、約１８℃の温度で熱交換器２８に再注入される。
【０１２１】
熱交換器２８から流出した塩化カルシウムＣａＣｌ2の溶液は温度が約−３８℃であり、その後、第１の液体路１３に再合流し、凝縮ユニット１８のコンパートメント１０に直接排出された塩化カルシウムＣａＣｌ2の溶液と混ぜ合わさる。
【０１２２】
図３を参照して説明したように、ポンプ１２の下流の液体流２２は、主蒸発ユニット１９の分配システム１４に注入される。
【０１２３】
本実施例においては、主蒸発ユニット１９内を循環するサイクロメトリック混合物２１は、例えば−５０℃の冷たい排気の混合物であり、その条件よりもはるかに冷たい。
【０１２４】
上記と同様、主蒸発ユニット１９から流出して回収された塩化カルシウムＣａＣｌ2の溶液は、凝縮ユニット１８の供給路９に再注入される。
【０１２５】
本実施例において、主蒸発ユニット１９から流出する塩化カルシウムＣａＣｌ2の溶液の濃度は、連結管６に設けられた当業者には周知である構成によって測定される。
【０１２６】
有利なことに、蒸発ユニット３０，１９のそれぞれから流出した塩化カルシウムＣａＣｌ2の溶液の濃度は、これらのユニットの流入口の空気の流れまたは冷たい排気の、温度および相対湿度などを、調整することで変更可能である。
【０１２７】
図５のシステムにおいて、ファン３９は、第２の蒸発ユニット３０を通過する空気の流れを調整する。
【０１２８】
本実施例において、第２の蒸発ユニット３０は、下記を含む。
・このユニットの流入口３３において液体の温度を測定可能なプローブ４１。
・このユニットの放出口３１ｂにおいて湿った空気の温度を測定可能なプローブ４０。
【０１２９】
プローブ４０と４１とで測定した温度の差（“狭窄度Ｐ３”とする）は、１〜２℃のオーダーであることが好ましい。
【０１３０】
本発明の特定の実施形態において、この狭窄度が１．５℃を超える場合は、ファン３９の出力または第２の蒸発ユニットに流入する水の流量が調整され、狭窄度Ｐ３が所望の範囲に確実に保たれる。
【０１３１】
好ましい実施形態において、ＣａＣｌ2またはＬｉＣｌの濃度を、例えば、容積重および温度を測定したり、または、電気抵抗を測定したりするなどして、連続的に測定する機器（不図示）が使用される。
【０１３２】
水の濃度（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ  ｅｎ  ｅａｕ）が高すぎる場合は、ファン３９の出力が調整されて、水／ＣａＣｌ2の混合物または水／ＬｉＣｌの混合物の蒸発を促進し、固相形成の危険性を抑制する。
【０１３３】
下記の全体にわたる調整が実施され得る。
・凝縮狭窄度Ｐ１が増えた場合は、凝縮ユニット１８に流入する液体流を、ポンプ７によって増やして、（１℃のオーダーの）目標の狭窄度Ｐ１を得る。
・蒸発狭窄度Ｐ２が増えた場合は、液体流を、ポンプ１２によって増やして、（１℃のオーダーの）目標の狭窄度Ｐ２を得る。
・第２の蒸発ユニット３０の狭窄度Ｐ３が増えた場合は、このユニット３０に流入する液体流を、ポンプ２７によって増やす。
・水の濃度が高くなった場合は、ファン３９の出力を増やして、狭窄度Ｐ３を小さくする。
【０１３４】
図６に示す本発明によるシステムもまた、蒸気のサイクロメトリック混合物を除湿乾燥させるために使用され得る。除湿乾燥は、温度を−９０℃から−４０℃の間として行われ、水蒸気の濃度は乾燥排気に対して約１０-6〜１０-1ｇＨ2Ｏ／ｋｇに下がる。
【０１３５】
本実施例において、供給路９によって凝縮ユニット１８の取り付け部品３上で蒸発する液体２２は、エタノール、メタノールまたはｄ―リモネンの溶液であってもよい。水蒸気は、純粋なエタノール、メタノールまたはｄ―リモネンによって、吸収される。
【０１３６】
蒸発ユニット１８のコンパートメント１０に蓄えられる、水とエタノールの混合物中のエタノールの濃度は、９６％〜９９．９％である。この値は、９５％であるエタノールの共沸濃度よりも高い。
【０１３７】
上記の実施例と同様に、この混合物は、主蒸発ユニット１９の取り付け部品１６上に分配される。
【０１３８】
本実施例において、冷たい排気により構成されるサイクロメトリック混合物２１は、約−１１０℃で主蒸発ユニット１９に流入し、エタノールの一部および水を蒸発させる。
【０１３９】
上記の実施例と同様に、このサイクロメトリック混合物２１は、管１７ｂを介して蒸発ユニット１９から排出される。
【０１４０】
本実施例において、熱交換器４は、排気に含まれるエタノールを回収して凝縮させるために、管１７ｂに配置されている。
【０１４１】
凝縮されたエタノールは、蒸発ユニット１９の流出口と凝縮ユニット１８の供給路９の間の第２の液体路８に、管９６を介して再注入される。
【０１４２】
図７に、本発明による冷却処理の主な工程を概略的に示す。
【０１４３】
この処理は、本発明によるシステムにおいて実施され、サイクロメトリック混合物２０が冷却され得る。この処理は、繰り返し実施される、下記の３つの主な工程を含む。
・第１のサイクロメトリック混合物２０の露点よりも低い温度の液体２２との直接の接触によって、サイクロメトリック混合物２０に含まれる流体を凝縮させる凝縮工程Ｅ１。
・上記の流体を含む第２のサイクロメトリック混合物２１において、上記の凝縮工程Ｅ１において凝縮された、温度が第２のサイクロメトリック混合物２１の露点よりも高い、液体２２を蒸発させる蒸発工程Ｅ２。
・上記の凝縮工程Ｅ１で使用するために、上記蒸発工程Ｅ２において蒸発された液体を再注入する再注入工程Ｅ３。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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