(57)【要約】第１の気体吸着剤材料と、その第１の気体吸着剤材料とは熱的に比較的隔離されているが、第１の気体吸着剤材料と連続的に気体を連通する第２の気体吸着剤材料とを使用して、熱を伝導するための方法、装置、システムを開示する。第１のステップでは、第１の材料は、第１の材料に吸着されている気体を脱着するために加熱され、それによって気体は第２の材料へ通過し、そこで吸着される。第２のステップでは、第１の材料は、気体が第２の材料から脱着し、そこを通って第１の吸着剤材料へ再度吸着されるように冷却される。気体が第２の材料から脱着されるとき、第２の材料は従って冷却される。このようにして、高温の気体流が別の気体流の冷却に使用されることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の気体吸着材料を使用して、熱を転送する方法において、第２の材料は第１の材料から熱的に比較的、隔離されているが、連続的に気体を連通しており、
（ｉ）第１の材料に吸着された気体を脱着するように第１の材料を加熱し、それによって生成された気体は第２の材料へ送られて、吸着され、
（ii）気体が第２の材料から脱着して、そこから第１の材料へ再度吸着されるように、第１の材料を冷却し、
それによって第２の材料は、気体をそこから脱着することにより、冷却されるステップを含んでいる熱転送方法。
【請求項２】
ステップ（ｉ）において、第１の材料は、比較的高温の流体流からの熱伝導により加熱される請求項１記載の方法。
【請求項３】
比較的高温の流体流は廃棄処理ガスまたは液体である請求項２記載の方法。
【請求項４】
第１の材料が加熱されている期間中に、第２の材料は、冷却流体流による熱伝導により、第１の材料に関して冷却される請求項１乃至３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
冷却流体流は周囲空気流である請求項４記載の方法。
【請求項６】
ステップ（ii）において、第１の材料は、周囲への熱伝導により、または冷却流体流による熱伝導により、第２の材料に関して冷却される請求項１乃至５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
冷却流体流は周囲空気流である請求項６記載の方法。
【請求項８】
ステップ（ii）において、第２の材料がその材料からのガスの脱着により冷却されているときに、第２の材料は別の流体を冷却するために使用される請求項１乃至７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記他の流体流は、冷却を必要とする処理ガスまたは液体である請求項８記載の方法。
【請求項１０】
第２の材料からの脱着が完了に到達すると、第２の材料は他の流体流からの熱伝導により僅かに加熱されることを可能にされ、その温度は、気体がそこに吸着される前に、第２の材料がステップ（ｉ）の温度に対応するレベルまでその温度を回復するのに、丁度十分な温度である請求項８または９記載の方法。
【請求項１１】
第１の気体吸着剤材料は、第２の気体吸着剤材料とは異なる吸着力を有する請求項１乃至１０のいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
第１の気体吸着剤材料は、第２の気体吸着剤材料とは異なる材料である請求項１乃至１１のいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
第１の気体吸着剤材料は沸石であり、第２の気体吸着剤材料は活性化された炭素である請求項１乃至１２のいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
第１及び第２の材料に吸着される気体は二酸化炭素である請求項１乃至１３のいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
気体は周囲圧力に関して加圧される請求項１乃至１４のいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
気体は、約０．５ＭＰａに加圧される請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
開始ステップ（ｉ）の前に、気体および第１及び第２の材料は一般的に、周囲温度である請求項１乃至１６のいずれか１項記載の方法。
【請求項１８】
添付図面および／または実施例を参照してここで実質的に説明されている熱転送方法。
【請求項１９】
第１の吸着剤材料を含む第１の部分と、第２の吸着剤材料を含む第２の部分とを有するチャンバを具備している熱伝導装置において、前記第１及び第２の部分が常に、連続的な気体の連通をその間において可能にするように接続され、相互に熱的に比較的、隔離されていることを特徴とする熱転送装置。
【請求項２０】
前記第１及び第２の部分は、それらの部分間に連続的な気体連通を可能にしながら、第１の部分と第２の部分との間の伝導熱の伝導を最小にするように構成されているセクションによって接合されている請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
前記セクションは、それに隣接する第１及び第２のチャンバ部分の幅に比較して小さい幅を有する導管である請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
１以上の熱伝導素子が第１及び第２の吸着剤材料と共に、第１及び第２の各チャンバ部分に配置されている請求項１９乃至２１のいずれか１項記載の装置。
【請求項２３】
各熱伝導素子は、チャンバ部分の外部とその内部の吸着剤材料との間の熱の連通を高める金属のワイヤメッシュを具備しており、第１及び第２の各吸着剤材料を通して、気体の質量輸送速度を高めている請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
第１及び第２のチャンバ部分は、各流体とそれらの部分との間で熱を伝導するように、それぞれの流体の流れの中間流に位置されるようにそれぞれ構成されている請求項１９乃至２３のいずれか１項記載の装置。
【請求項２５】
第１及び第２の材料は、それぞれチャンバのそれぞれの部分に詰められている請求項１９乃至２４のいずれか１項記載の装置。
【請求項２６】
第１及び第２の材料は請求項１２または１３で規定されている請求項１９乃至２４のいずれか１項記載の装置。
【請求項２７】
添付図面および／または実施例を参照してここで実質的に説明されている熱伝導装置。
【請求項２８】
第１の流体流から熱を連続的に伝導し、第２の流体流を連続的に冷却するためのシステムにおいて、システムは第１及び第２の流体流と熱的に連通することがそれぞれ可能な第１及び第２の装置を具備しており、各装置は、分離された第１及び第２の吸着剤材料を有しているチャンバを具備し、各装置は以下の段階で動作可能であり、即ち、  
（１）前記第１の材料は、第１の材料に吸着された気体を脱着するように第１の流体流との熱的連通により加熱され、それによって、気体は第２の材料に送られて、
（２）前記第１の材料は、気体が第２の材料から脱着されるように冷却され、第１の材料へ再度吸着されるように、そこから送られ、第２の材料はそこから気体が脱着されることにより冷却され、第２の流体流は第２の材料との熱的連通により冷却され、
システムは、
前記第１の装置が段階（１）下で、第１の流体流を使用して第１の装置の第１の材料を加熱するように動作されながら、第２の装置が段階（２）下で、気体が第２の装置の第２の材料から脱着することにより第２の流体流を冷却するように動作され、
その後、第１の流体流は第２の装置へ誘導されることができ、第２の装置の段階（１）下で動作され、第２の流体流が第１の装置へ誘導され、第１の装置の段階（２）下で動作されて、
それによって、第１の流体流からの熱の連続的な伝導と、第２の流体流の連続的な冷却を効率的に行うことを特徴とするシステム。
【請求項２９】
複数の第１の装置と複数の第２の装置とを具備している請求項２８記載のシステム。
【請求項３０】
第１および第２の装置は並列に動作される請求項２８または２９記載のシステム。
【請求項３１】
さらに、第１の装置と第２の装置との間、および第２の装置と第１の装置との間で、それぞれ第１及び第２の流体流の流動を選択的に切換えるための弁を具備しており、それによって、第１の流体流からの熱の連続的な伝導と、第２の流体流の連続的な冷却を維持する請求項２８乃至２０のいずれか１項記載のシステム。
【請求項３２】
第１及び第２の装置のそれぞれは請求項１９乃至２７のいずれか１項に規定されている構成である請求項２８乃至３１のいずれか１項記載のシステム。
【請求項３３】
第１及び第２の装置のそれぞれは請求項１乃至１８のいずれか１項で記載されている方法を使用して動作される請求項２８乃至３２のいずれか１項記載のシステム。
【請求項３４】
添付図面および／または実施例を参照してここで実質的に説明されている、第１の流体流から連続的に熱を伝導し、第２の流体流を連続的に冷却するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱転送方法と、熱転送のための装置およびシステムに関する。本発明は１つの流体（気体または液体）の熱を別の流体を冷却するために使用する、脱着冷却装置として特定の応用を発見するが、この文脈で説明されているようにこれに限定されない。さらに、本発明は反対に、加熱された流体の冷却を強化するために応用されることができる。任意のケースで、本発明は広範囲の産業および文脈で応用を発見する。
【背景技術】
【０００２】
多くの産業は温暖および高温プロセスで廃棄ガスを大気中に排出し、気体を廃棄し、それによって熱エネルギが失われる。これはさらに環境の温暖化を促すことになりかねない。排水のような温かい流体も環境に放出される可能性がある。この廃棄された熱エネルギの幾分かでも捕捉されて、その産業または他で使用されることが望ましい。
【０００３】
米国特許第5,522,228号明細書には、二酸化炭素の吸着及び脱着により、冷却を生成する装置が開示されている。その装置は活性化された炭素と沸石をそれぞれ詰め込まれ、弁13を有する導管12により接続されている２つの容器10、11を備えている。熱交換装置14は容器10の周辺に設けられ、ヒータ15が容器11の周辺に設けられている。
【０００４】
動作において、容器10は−５０℃まで冷却され、容器11中の沸石は１９０℃である。弁13が開かれ、二酸化炭素が、活性化された炭素から脱着され、これは容器10を０度まで暖める。しかしながら、脱着が活性化された炭素から熱を抽出するとき、恐らく、加熱された流体は熱交換器14を通過し、容器10を０℃まで暖める。脱着された二酸化炭素は容器11へ通過し、沸石により吸着され、４５℃まで冷却される。吸着は沸石を加熱し、恐らく、幾つかのタイプの冷却が容器11を４５℃まで冷却するために使用される。
【０００５】
その後、弁が閉じられ、容器10は０℃から３０℃（周囲温度）まで暖められることを可能にされる。同時に、容器11はヒーター15によって、４５℃から７０℃まで加熱される。
【０００６】
その後、弁が開かれ、容器11がヒーター15によって７０℃から２００℃まで加熱され、これは二酸化炭素を沸石から脱着し、二酸化炭素を容器10中の活性化された炭素へ送り、吸着させる。これによって、吸着は、活性化された炭素を加熱するので、恐らく熱交換器14中で冷却流体を循環することによって、活性化された炭素は３０℃から−４０℃まで冷却される（即ち、熱力学的には、吸着熱の解放により、−４０℃までの自己冷却は不可能である）。
【０００７】
容器11の加熱は、その後停止され、２００℃から１９０℃までの冷却が可能にされる。弁を開くと、これは容器10、11の両者で圧力の低下を生じさせ、活性化された炭素はサイクルを完了するために−４０℃から−５０℃まで温度が降下する。この冷却はその後、流体が交換器14を通過することにより使用されることができる。
【０００８】
米国特許第5,522,228号明細書記載の装置では、沸石の再生期間中に、容器10中の二酸化炭素の圧力を維持することが必要とされるので、弁13は必須である。弁が閉じられないならば、二酸化炭素は単に、炭素から脱着し、容器10の事前冷却時に沸石に通過し、それによって冷却相中に、ほとんど冷却が観察されない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
米国特許第5,522,228号明細書の教示とは対照的に、本発明は、２つの容器間での周期的な弁の閉／開の複雑性を必要とせず、−５０℃付近の開始温度も必要としない方法、装置、システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、その第１の特徴では、第１及び第２の気体吸着材料を使用して、熱を転送する方法を提供する。米国特許第5,522,228号明細書とは反対に、本発明の方法では、第２の材料は第１の材料から比較的に熱的に隔離されているが、連続的に気体と連通している。この方法は、
（ｉ）第１の材料に吸着された気体を脱着するように第１の材料を加熱し、それによって気体は第２の材料へ送られて吸着され、
（ii）気体が第２の材料から脱着され、そこから第１の材料へ再度吸着されるように、第１の材料を冷却し、
それによって第２の材料は、気体をそこから脱着することにより、冷却されるステップを含んでいる。
【００１１】
高温の流体流（例えば廃棄ガスまたは処理液体）は、第１の材料に吸着された気体を脱着するように第１の材料を加熱するために使用され、同時に、高温の流体流は冷却されることができる。その後、冷却を必要とする別の流体流が第２の材料と熱的な連通され、それ故、第２の材料はそこからの気体の脱着により冷却され、他の流体流が冷却されることができる利点がある。換言すると、有効に、１つの流体流の熱は別の流体流の冷却に使用されることができる。
【００１２】
さらに、第２の材料が第１の材料と連続的に気体の連通することを確実にすることによって、特に米国特許第5,522,228号明細書の装置と比較するとき、多数のシステム、装置、動作の簡潔性および効率が改良され、これは以下の説明により明白になるであろう。例えば装置は周囲温度で開始されることができ、外部の冷却源を必要としない。さらに、連続的なガスの連通のために、動作中の圧力変化は直ちに変換され、適合され、弁、外部ヒータ等の補償のための装置は必要とされない。
【００１３】
この明細書で使用されている表現“比較的に熱的に隔離されている”は、第１及び第２の吸着剤材料が十分に熱的に隔離されており、それによって必要な／所望される冷却脱着（またはその逆）が得られることを妨害しない程度まで、一方の吸着剤材料が、他方の吸着剤材料に影響せずに、加熱または冷却されることができることを意味することを意図している。さらに、熱的な隔離は第１及び第２の吸着剤材料を相互から間隔を隔て、および／または絶縁することにより強化されることができる。
【００１４】
典型的に、ステップ（ｉ）において、第１の材料は、（例えば熱交換構造を介する）比較的高温の流体流からの熱伝導により加熱される。高温の流体流は処理廃棄ガスまたは液体である可能性がある。
【００１５】
随意選択的に、ステップ（ｉ）において、第１の材料が加熱されている期間中に、第２の材料は、冷却流体流による熱伝導により、第１の材料に関して冷却される。この冷却はさらに、第２の材料への気体の吸着を促進する。冷却流体流は例えば周囲空気流であってもよい。
【００１６】
典型的に、ステップ（ii）においては、第１の材料は、周囲への熱伝導により、または冷却流体流による熱伝導により、第２の材料に関して冷却される。再度述べるが、冷却流体流は周囲空気の流であってもよい。
【００１７】
典型的に、ステップ（ii）では、第２の材料がそこからのガスの脱着により冷却されている間に、（例えば熱交換構造を介して）別の流体（気体または流体）流を冷却するために使用される。典型的に、この別の流体は、冷却を必要とするか冷却から恩恵を得る処理ガスまたは液体であり、例えば冷却されるか、処理において使用される周囲空気であってもよい。
【００１８】
各流体流の流体は気体または液体であってもよい。例えば、前述したように、高温の流体流は処理廃棄ガスまたは排出ガスであってもよく、その熱は通常は、廃棄される。さらに、冷却流体流による熱伝導は通常、第１及び第２の材料を（例えばそれぞれ高温の流体または冷却された流体流で使用されるのと同一または異なる熱交換構造を介して）例えば周囲空気流と選択的に熱的な連通をさせることによって実現される。
【００１９】
さらに、典型的に、第２の材料からの気体の脱着が完了に到達すると、第２の材料は他の流体流からの熱伝導により僅かに加熱されることを可能にされ、それ故第２の材料はガスがそこに吸着される前に、ステップ（ｉ）の温度に対応するレベルまでその温度を回復するために、丁度十分な温度に加熱され、それによってサイクルを完了する。
【００２０】
典型的に、第１の気体吸着剤材料は、第２の気体吸着剤材料とは異なる吸着力を有している。使用において、これは材料間で気体が動作するための駆動力を提供する。典型的に、第１の気体吸着剤材料は、第２の気体吸着剤材料とは異なる材料である。これに関して、第１の気体吸着剤材料は分子ふるいを含むことでき、第２の吸着剤材料は、活性化された粉末を含むことができる。代わりに、第１及び第２の吸着剤材料はそれぞれ分子ふるいで構成されることができ、または異なる吸着力のそれぞれ活性化された粉末で構成されることができる。各分子ふるいは沸石であってもよく、各活性化された粉末は活性化された炭素であってもよく、第１及び第２の吸着剤材料と共に使用される気体は二酸化炭素であってもよい。
【００２１】
典型的に、この気体は周囲圧力に関して加圧される。気体に対する方法の典型的な動作圧力は、約０．５ＭＰａである。
【００２２】
典型的に、方法の開始ステップ（ｉ）の前には、気体および第１及び第２の材料は通常、周囲温度である。
【００２３】
本発明の第２の特徴では、第１の吸着剤材料を含む第１の部分と、第２の吸着剤材料を含む第２の部分とを有するチャンバを備えた熱転送装置を提供し、この装置は、これらの部分が常に、連続的な気体の連通をその間において可能にするように接続され、相互に比較的、熱的に隔離されていることを特徴とする。
【００２４】
本発明者は、熱的に隔離された部分を有する装置が、第１及び第２の吸着剤材料が常に連続的な気体の連通で維持されながら（即ち、その間に、脱着冷却サイクルを実現するための弁または停止部を必要とせずに）、脱着冷却を有効に実現できる（およびその逆）ことを観察した。これは例えば弁を必要とする米国特許第5,522,228号明細書の装置よりも簡単化される。さらに、弁は装置中に存在しないか、或いは必要とされないので、第１及び第２のチャンバ部分の圧力は自動的に平衡される。
【００２５】
典型的に、第１及び第２の部分は、それらの部分間で連続的な気体の連通を可能にしながら、第１の部分と第２の部分との間の熱の伝導を最小にするように構成されているセクションによって接合されている。このセクションは通常、それに隣接する第１及び第２のチャンバ部分の幅（例えば直径または実効直径）よりも比較的小さい幅（例えばさらに小さい直径またはさらに小さい実効直径）を有する導管である。導管は小さい幅を有するので、熱伝導のための表面面積／寸法は小さく、しかも依然として、それらの部分間に連続的なガスの連通を行うことができる。
【００２６】
典型的に、第１及び第２のチャンバ部分と導管はそれぞれ管状であり、一方、典型的に第１及び第２のチャンバ部分はほぼ同一の寸法である。
【００２７】
典型的に、１以上の熱伝導素子が第１及び第２の吸着剤材料と共に、第１及び第２のチャンバ部分にそれぞれ配置されている。典型的に、各熱伝導素子は、（チャンバ部分の壁を介して）チャンバ部分の外部とその内部の吸着剤材料との間の熱の連通を高める金属のワイヤメッシュで構成されている。驚くべきことに、および有効に、熱伝導素子はまた第１及び第２の各吸着剤材料を通る気体（例えば二酸化炭素）の質量輸送速度を高めることが発見されている。
【００２８】
典型的に、第１及び第２の材料は、それぞれチャンバのそれぞれの部分に詰められている。典型的に、第１及び第２の材料は本発明の第１の特徴で規定されているような材料である。
【００２９】
典型的に、第１及び第２のチャンバ部分は、さらに効率的に各流体と部分との間で熱を伝導するように各流体流中の中間流中に位置されるように構成される。
【００３０】
本発明の第３の特徴では、第１の流体流から熱を連続的に伝導し、第２の流体流を連続的に冷却するためのシステムを提供する。そのシステムはそれぞれ第１及び第２の流体流と熱的に連通することが可能な第１及び第２の装置を具備している。各装置は、分離された第１及び第２の吸着剤材料を有しているチャンバを備え、各装置は以下の段階で動作されることができる。  
（１）第１の材料は、第１の材料に吸着された気体を脱着するように第１の流体流との熱的連通により加熱され、それによって気体は第２の材料に送られ、吸収され、
（２）第１の材料は、気体が第２の材料から脱着されるように冷却され、第１の材料へ再度吸着されるように、そこを通過し、第２の材料はそこから気体が脱着されることによって冷却され、第２の流体流は第２の材料との熱的連通によって冷却される。
【００３１】
このシステムは、
第１の装置が段階（１）下で、第１の流体流を使用して第１の装置の第１の材料を加熱するように動作され、第２の装置が段階（２）下で、気体が第２の装置の第２の材料から脱着することにより、第２の流体流を冷却するように動作されることができ、その後、
第１の流体流は第２の装置へ誘導されることができ、第２の装置の段階（１）下で動作され、第２の流体流が第１の装置へ誘導され、第１の装置の段階（２）下で動作できるようにされていることを特徴とする。
【００３２】
このようにして、このシステムは第１の流体流からの連続的な熱の伝導と、第２の流体流の連続的な冷却を効率的に有効に行う。第１および第２の流体流の切換えにより、このシステムは例えば、第１及び第２の特徴の方法及び装置が、中断される脱着冷却プロセス（及びその逆）ではなく連続的に動作されることを可能にする。
【００３３】
典型的に、システムは複数の第１の装置と複数の第２の装置とを具備し、典型的に、第１および第２の装置は並列に動作される。
【００３４】
典型的に、システムはさらに、第１の装置と第２の装置との間、および第２の装置と第１の装置との間でそれぞれ、第１及び第２の流体流の流動を選択的に切換えるための弁を具備しており、それによって、第１の流体流からの熱の連続的な伝導と、第２の流体流の連続的な冷却とを維持する。弁は第１の装置と第２の装置との間での、周囲空気のような冷却流体流の切換えにも使用されることができる。
【００３５】
このシステムでは、典型的に、第１及び第２の各装置は第２の特徴で規定されており、典型的に各装置は第１の特徴の方法を使用して動作される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明の技術的範囲内に入る他の多くの形態があるが、本発明の好ましい形態を、単なる例示として、添付図面を参照して説明する。  
典型的な使用モードでは、本発明による方法、装置、システムは別々の冷却目的（例えば別の分離された流体流の冷却）を実現するために、気体または液体流から熱エネルギ（例えば廃熱）を伝導するために使用される。
【００３７】
図１を参照すると、本発明による簡単な装置が、脱着冷却器モジュールの形態で示されている。このモジュールは、再生器チャンバ12と脱着冷却装置チャンバ14である２つの円筒形チャンバ（例えば、ステンレス鋼の管のような管）を有する密封された容器10を具備している。それらのチャンバは（小さい直径の管のような）狭い（例えば小さい直径の）導管またはネック16の形態の接合セクションにより接続されている。チャンバ12、14の、より大きな熱的隔離を行うために、導管16はチャンバ壁よりも小さい熱伝導度の金属（例えば熱伝導度の小さいステンレス鋼）から形成されることができ、典型的に容器10を密封するためのチャンバ壁に溶接される。
【００３８】
再生器チャンバ12は、典型的に分子ふるい（例えば１３Ｘの沸石のような沸石）の形態の第１の吸着剤材料を詰められ、脱着冷却装置チャンバ14は、異なる第２の吸着剤材料（例えば活性化された炭素のような表面が活性化された粉末）の異なる第２の吸着剤材料または、異なる吸着力を有する同一の材料（例えば、１０Ａ、８Ａ，５Ａの沸石のような小さい吸着力を有している別のタイプの沸石または別のタイプの１３Ｘの沸石）を詰められている。
【００３９】
複数のディスクリートな金属のワイヤメッシュパネルの形態の１以上の熱伝導素子が第１、第２の吸着剤材料と共に、各チャンバ12および14のそれぞれ中に配置されることが好ましい（即ちパネルは吸着剤材料を通して分散される）。パネルは典型的に、ステンレス鋼、真鍮、アルミニウムまたは銅のような、容器10中の気体及び材料に反応しない材料で、また、十分な熱伝導性を有する材料から形成される。パネルは吸着剤材料と壁、したがって各チャンバの外部の間での熱伝導性を高めるように機能する。さらに、本発明は驚くことに、および有効に、パネルが各第１及び第２の吸着剤材料を通して、二酸化炭素の質量輸送速度を強化することを発見している。
【００４０】
密封された容器10はさらに、適切に加圧された気体、典型的には、豊富さと使用の容易さのために二酸化炭素を含んでいるが、冷媒、アンモニア、アルコール、水（水蒸気）、窒素等のような他の気体が、気体に適した吸着剤と組合わせて使用されることができる。
【００４１】
本発明によれば、密封された容器10は、気体が導管16を介して、各チャンバ12、14の間を連続的に、妨害されずに通過することができるように構成される。弁または付加的な流動制御は行われない、または必要とされない利点があり、さらに、密封された容器は可動部をもたない利点がある。
【００４２】
さらに、密封された容器10は典型的に、脱着冷却装置チャンバ14（第２の吸着剤材料を収納する）が、少なくとも動作可能な程度までは再生器チャンバ12（第１の吸着剤材料を収納する）から熱的に隔離されるように構成される。これはチャンバと接続するが空間的に隔てられるように、細い導管16を使用することによって最適に実現される。しかしながら熱的な隔離はさらに、チャンバ周辺および／またはチャンバ間に、絶縁バリア及びバッフルを含む適切に配置された絶縁手段（例えば以下説明する図２のシステムを参照）を使用することによって強化されることができる。
【００４３】
第１の使用モードでは、第１の吸着剤材料は、第２の吸着剤材料よりも、容器気体に対して高い吸着力を有するように選択される。周囲温度で開始すると、より大きな割合またはバルクの容器気体が第１の材料で吸着されることが観察される。
【００４４】
第１の使用モードでは、及び第１のステップでは、再生器チャンバ12は、高温の気体流の中心または中間点に再生器チャンバを配置することによって、比較的高温の気体流（例えば処理廃棄ガス）と接触され、それによって第１の吸着剤材料が加熱される。高温の気体流は（チャンバ12を通って延在する１以上のパイプ／管を介して）チャンバ12の上を、またはその周辺を、またはそこを通過されることができる。第１の材料の温度が上昇するにつれて、吸着された気体（例えば二酸化炭素）はそこから脱着し、容器内の気体圧力は増加する。脱着冷却装置チャンバ14の相対的な熱的隔離のために、導管16を通して、二酸化炭素がチャンバ12からチャンバ14へ通過し、比較的低温の第２の材料（例えば活性化された炭素）へ吸着されるための駆動力が存在する。この吸着期間中、第２の材料は僅かに加熱される。気体が第２の材料に吸着される傾向は、第２の材料がさらに第１の材料に関して冷却されるように、冷却気体流（例えば周囲空気流）の中心または中間点にチャンバ14を配置することによって強化されることができる。
【００４５】
第１の材料（例えば沸石の分子ふるい）は、熱い気体流と熱的に連通をしながら、比較的加熱された状態を保ち、それによって容器10中の気体をそこで再吸着するための駆動力は存在しない。
【００４６】
第１の使用モードでは、第２のその後のステップで、再生器チャンバ12は（例えば高温ガスの流動を停止するか、再誘導することにより）、さらに典型的にはチャンバ12を冷却気体流（例えば周囲空気）と接触させることにより冷却される。チャンバ12が冷却するにつれて、第１の材料は冷却し、容器内の二酸化炭素の圧力は減少される。これはその後、気体が再生器チャンバ12へ戻り、第１の材料に再度吸着されるための駆動力を提供する。これに関して、気体は第２の材料から脱着され、導管16を介してチャンバ14からチャンバ12へ通過し、第１の材料へ再度吸着される。
【００４７】
有効に、チャンバ14中の第２の材料からの二酸化炭素の脱着は、第２の吸着剤材料を冷却し（即ち気体はその脱着期間中に、材料から熱を抽出する必要がある）、したがってチャンバ14とその壁を冷却する。実際に、本発明者は、気体の脱着が進行するにつれて、第２のチャンバが周囲温度より下の１０℃よりも高い温度で冷却されることができることを観察した。
【００４８】
同一または別の流体流が（チャンバ14を通って配置されている１以上の熱交換パイプ／管を介して）チャンバ14上、その周辺またはそこを通過されることができ、それによって他の流体流が冷却される。したがって、冷却されたチャンバ14は例えばエンジンまたは気体タービンのような気体流を予め冷却するために使用されることができるか、空調用の冷却空気を与えるため等に使用されることができる。このようにして、高温の処理流体（例えば廃棄ガス）は、冷却を必要とするか冷却から恩恵を得る別の処理流体を冷却するために使用されることができる。
【００４９】
本発明の最適な応用は電気発生器にあり、ここでは例えば石炭または燃料の燃焼からの高温の廃棄（排気）ガスは、タービン等に与えられる気体流を予め冷却するために使用される。
【００５０】
図２を参照すると、ここでは類似の参照符号は類似または同一の部分を示すことに使用されており、本発明による脱着冷却装置システム20が示されている。このシステムは本発明による連続的な脱着冷却を行うことができる。
【００５１】
システム20は図１の複数の密封された脱着冷却器容器10を使用し、容器は各平行なモジュールバンクＡおよびＢにおいて、平行に整列されている。各モジュールバンクはそれぞれのバンク容器22中で整列されている。さらに、各バンク容器22は、（壁24を通過して延在する導管16を除いて）その各の脱着冷却装置チャンバ14から各再生器チャンバ12を分離するために位置されている熱バリア壁24を具備している。バリア壁24はしたがって、チャンバ12、14の熱的な隔離をさらに強化する。バリア壁24はまた絶縁材料から形成されるか、および／または絶縁材料で被覆されることができる。さらに、バリア壁24は各バンク容器22中の再生器チャンバ26と脱着冷却装置チャンバ28を規定する。
【００５２】
システム20中の対向する端部には、４方弁30、30’が、流体（例えば気体）をモジュールバンクＡおよびＢのバンク容器22中に選択的に誘導するために配置されている。これに関して、４方弁30は、高温の処理気体32（例えば高温の空気流）を選択的に、再生器チャンバ26のうちの１つに誘導でき、同時に冷却ガス34（例えば周囲空気流）を再生器チャンバ26のうちの他の再生器チャンバ26に誘導することができる。
【００５３】
同様に、４方弁30’は、冷却を必要とする処理気体32（例えば空気流）を選択的に、脱着冷却装置チャンバ28のうちの１つに誘導でき、同時に冷却ガス36（例えば周囲空気流）を脱着冷却装置チャンバ28のうちの他の脱着冷却装置チャンバ28に誘導することができる。しかしながら、図２のシステムでは、冷却ガス流36は分割され、両方の脱着冷却装置チャンバ28へ誘導され、一方のガス流は冷却の目的（即ちチャンバ28のうちの１つにおいて）、他方のガス流は冷却された空気流38を発生するために冷却される（即ちチャンバ28のうちの１つから選択的に回収される）。その後、冷却された空気流は、チャンバ28の他のチャンバから選択的に回収され、連続的な方法で行われる。
【００５４】
（即ち４方弁30により制御されるとき）例えばモジュールＡの再生器チャンバ26がそこで高温の処理気体32を受取り、各第１の吸着剤材料からの気体の脱着を促し、モジュールＢの再生器チャンバ26がそこで冷却気体34を受取って、各第１の吸着剤材料の気体吸着を促すように４方弁30、30’は制御される。同様に、（即ち４方弁30’により制御されるとき）モジュールＡの脱着冷却装置28はそこで冷却気体36を受取り、各第２の吸着剤材料での気体の吸着を促し、モジュールＢの脱着冷却装置28が、各第２の吸着剤材料からの気体の脱着が生じるとき、そこで冷却を受ける気体36を受取って、各第１の吸着剤材料の気体吸着を促すように４方弁30、30’は制御される。
【００５５】
各モジュールに対して同一の予め定められた時間（例えば高温の気体の熱伝導および／または気体の冷却が定常状態からの移動を開始するとき）、各４方弁30、30’に対するガス流が切換えられ、それによってその後の処理段は各モジュールＡおよびＢで行われることができる。このようにして、システム20は有効に、熱い処理気体32からの熱の連続的な熱伝導と、気体36の連続的な冷却とを行う。さらに気体流の切換えによって、システムは、中断される脱着冷却とは反対に、連続性を可能にする。代わりにシステムは脱着冷却の反対であるプロセスを促すことができる。
【００５６】
方法、装置、およびシステムの限定されない例について説明する。
【００５７】
［例１］  
図１の脱着冷却器モジュールが試験され、０．２２（米国特許第5,522,228号明細書のシステムでは０．０５４よりも小さい理論的ＣＯＰ）の性能係数（ＣＯＰ）を有することが計算された。この計算は以下に基づいて、米国特許第5,522,228号明細書のシステムを使用して行われた。
【００５８】
米国特許第5,522,228号明細書のシステムでは、各容器11と10にはそれぞれ１００ｇの沸石及び炭素が存在すると仮定された。炭素を０℃から３０℃まで加熱するのに必要なエネルギは約２．１ｋＪと評価された。沸石を４５℃から７０℃および７０℃から２００℃まで加熱するのに必要なエネルギは約１．７５ｋＪおよび９．１ｋＪとそれぞれ評価された。−４０℃から−５０までの冷却によって除去されるエネルギは約０．７ｋＪであると評価された。（冷却される材料から加熱される材料へエネルギが循環する可能性があることにより）１９０℃から４５℃および２００℃から１９０℃までの沸石の冷却に必要とされるエネルギと、−５０℃から０℃まで炭素を加熱するのに必要なエネルギを無視すると、ＣＯＰは０．７／（２．１＋１．７５＋９．１）＝０．０５４であると評価された。
【００５９】
類似の方法を使用して、図１のモジュールは０．２２のＣＯＰを有することが計算された。図２の脱着冷却システムは、０．２２よりも非常に大きいＣＯＰを有することが計算され、それはバンク容器22内のモジュールの封じ込めのために、そこからの少ない熱損失と共に、各モジュールＡとＢでかなり大きな均一の加熱が実現されることによるものである。
【００６０】
［例２］  
実証装置が開発され、以下の評価について試験をされた。
【００６１】
１．再生器の温度の最適化；
２．ｋＪによる冷却容量；
３．性能係数（ＣＯＰ）または効率；
４．１サイクルで得られる温度降下の程度；
５．時間による性能についての影響；
６．加熱及び冷却率を曲げる確率または、商用システムに対する最適な時間サイクルの設計を可能にするための時間。
【００６２】
実証装置の概略図及び平面図が図３のａおよびｂで示されており、ここでは同様の参照符号が図１および２と類似または同一の部分を示すために使用されている。実証装置40は図２で示され説明されている２つのモジュールＡとＢの一方から構成されている。
【００６３】
実験は、関連する性能及び設計データを集めるためにモジュールのうちの１つを研究し、最適化するために行われ、それによって商用のモジュールの設計を拡大及び縮小することを可能にする。
【００６４】
実証装置は１０２の（図１で示されているように）同一の冷却器モジュール10を含んでいる。冷却器モジュールには、絶縁された再生器と脱着冷却装置チャンバ26、28が積み重ねられており、各冷却器モジュール導管16は壁24を通して延在している。さらに、絶縁された入口41、42、44と出口46のダクトが、熱の伝導効率を最大にし、熱の損失を最小にするためにチャンバ26、28へ／チャンバ26、28から設けられた。
【００６５】
再生器チャンバの入口は高温の空気源および周囲空気源に接続された。高温の空気源は、種々の所望の流動速度と温度の高温の空気を発生するために同軸ファン50（ファン２）を有する空気流を連通する電気ヒータ48からなる。周囲空気源は別の同軸ファン52（ファン３）を有する。手作業で動作されるダンパー54が、高温の空気と周囲空気との間で選択的に切換えるために、高温の空気源と周囲空気源との間で使用された。脱着冷却装置チャンバ28もまた、第３の同軸ファン56（ファン１）を含む周囲空気源に接続された。
【００６６】
熱電対が再生器入口（Ｔ１、Ｔ８）、再生器出口（Ｔ４）、再生器（Ｔ６）、脱着冷却装置入口（Ｔ３）、再生器出口（Ｔ４）、脱着冷却装置出口（Ｔ５）に適切に配置され、動作中の温度変化を感知して、連続的に記録した。熱電対に接続されたデータ記録用コンピュータは、試験が行われる期間中、温度を記録するために使用された。
【００６７】
［動作］  
以下のステップが、空気流の冷却を行うために使用された。  
１．データ記録用コンピュータは、図３の（ａ）の装置40で示されているような種々の位置における温度Ｔを記録するためにオンに切換えられた。  
２．ダンパー54は、ヒーター48を介して、高温の空気が再生器26へ流れることを可能にするために手作業で切換えられ、その後、ファン50（ファン２）とヒーター48がオンに切換えられた。  
３．ファン56（ファン１）は脱着冷却装置チャンバ28中での吸着により発生された熱を除去するためにオンに切換えられた。再生期間中、ファン52（ファン３）はオフに切換えられた。  
４．再生器26が１３５乃至２００℃の温度を獲得し、脱着冷却装置28が周囲温度（２０乃至２５℃）まで冷却されると、ヒーター48とファン50はオフに切換えられた。ダンパーはその後、ファン52からの周囲空気が再生器26へ入ることを可能にするために手作業で切換えられた。  
５．これに関して、ファン52は、ファン56が脱着冷却装置28から外に流れる低温の空気を生成するために動作を継続する間はオンに切換えられた。
【００６８】
これらのステップで動作の１サイクルを完了した。例えば商用のシステムでは、モジュールＡが再生している間、モジュールＢは冷却効果を生成し、モジュールＢが低温の空気の発生を停止すると、モジュールＡは低温空気の生成を開始するように付勢されることに注意すべきである。このようにして、低温の空気が連続して生成されることができる。
【００６９】
実証装置は空気によって試験されたが、多くの他の流体流が加熱および／または冷却媒体として使用されることができることに注意すべきである。
【００７０】
［動作パラメータ及び結果］  
試験の実行中（例えば、以下の操作番号７６、表１を参照）、再生器26は約２５０乃至３００リットル／秒の流動速度により１５０乃至２００℃の高温の空気（Ｔ１、Ｔ８）で加熱された。脱着冷却装置チャンバ28を通る空気流は約２５０リットル／秒に維持された。再生器の出口46における空気の温度Ｔ４が１５０乃至２００℃の入口温度Ｔ１、Ｔ８と同じになり、再生器の温度Ｔ６が約１２０℃乃至１５０℃に到達したときに、再生は完了したと考えられる。完全な再生を確実にするために、加熱は短い余分の時間（例えば２０乃至３０分間）継続される。
【００７１】
図４で示されているように、再生は最初の３０分間（即ちＴ４＝Ｔ８）内に完了された。さらに、３０分後、再生器の温度Ｔ６には大きな変化は観察されなかった。
【００７２】
再生後、ヒーター48とファン50はオフに切換えられ、ダンパー54の位置は、ファン52からの周囲空気が再生器を冷却することを可能にするように変更された。この時間中に、ファン52による空気流の速度は約２５０乃至４５０リットル／秒に維持された。
【００７３】
大部分の動作では、低温の排気空気を発生するために、ファン56による脱着冷却装置28への空気流は、８５乃至２５０リットル／秒の範囲に維持された。図５に示されているように、５℃乃至７℃（Ｔ５）の範囲の温度降下が、（３０％から８６％まで変化した）空気の相対湿度にしたがって、脱着の低温排気空気で観察された。脱着低温チャンバ28を通る空気流がないと、チャンバの温度は、周囲温度にしたがって１１乃至１４℃だけ低下したことも観察された。
【００７４】
入口（Ｔ３）と出口（Ｔ５）の温度が同一であるとき（即ち図５では１００分間よりも多くの時間）冷却サイクルは、完了したと考えられた。さらに、図５により示されているように、総冷却期間は約６０分間であった。しかしながら、実際には、３０分間のピーク冷却だけが、３０分間の加熱サイクルと一致すると考慮される必要があることが注目された。
【００７５】
図６の温度プロットは２５分間の再生期間と２５分間の冷却期間からなる特別な動作を記録している。動作条件が（以下の）表２に示されている。１５０乃至１７０℃の減少された再生空気温度が、冷却容量の大きな損失無く、使用されることができることが発見された。
【００７６】
入口空気温度は各動作中に僅かに増加したことに注目すべきである。これは特に、ファンモータから解放された熱によるものであるが、さらにヒーター、再生器、関連するダクトの絶縁された表面からの少量の損失から生じる室温の変化によるものであった。
【００７７】
試運転で使用される流動速度は、熱伝導モデルに基づいている。空気流は各ファンの入口に適合されている長さ１メートルで内部直径３１０ｍｍのダクトにおける空気速度から推定された。デジタル風速計（製造業社Lutron、モデルYK-2001AL）が速度の測定に使用された。実証装置の周辺の相対湿度及び温度は、電子湿度計（製造業社Erler & Weinkauff）を使用して±１０％の正確度で測定された。
【００７８】
熱電対の較正と正確度は、規則的なベースで試験された。温度は十進法にしたがって第２の位置まで記録され、これらは最大１０％の誤差があった。
【００７９】
５０回を超える試運転で測定された温度と流動速度に基づいて、脱着冷却装置の冷却容量は約９００乃至１２００ｋＪであることが評価され、性能係数（ＣＯＰ）は熱損失、湿度、再生の効率、測定誤差にしたがって、０．０７乃至０．１２間で変化する。これは、好ましい性能が商用のスケールアップで実現できることを示している。また、最大の冷却容量とＣＯＰを得るために、動作条件を最適にするための試験も行われた。
【００８０】
単一のモジュールの性能は約１年間テストされ、実証装置は６ヶ月を超える期間、テストされ、何れの場合にも性能の劣化は観察されなかった。
【表１】
2007519881.tif 000003
【表２】
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【００８１】
好ましい方法、装置およびシステムに対する前述の説明および先の例は、単なる説明の目的で与えられ、いかなる方法でも本発明の技術的範囲を限定することを意図していない。さらに、既に説明したものに加えて、基本的な発明の概念を逸脱せずに、種々のその他の変更、変形を実施形態に対して行うことができることが認識されるべきである。全てのこのような変更及び変形は本発明の技術的範囲内であると考えるべきである。
【００８２】
ここでの従来技術の情報の参照は、情報が豪州または任意の他の国で共通の一般知識の一部を形成するという承認を構成するものではないことも理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明による脱着冷却器モジュールの概略図。
【図２】本発明にしたがった、図１の複数の脱着冷却器モジュールを使用している脱着冷却装置システムの概略図。
【図３】気体の脱着冷却において使用するための実証装置の概略的な側面図及び平面図。
【図４】図３の装置の再生器の温度位置Ｔ８、Ｔ４、Ｔ６における時間に対する温度変化を示すグラフ。
【図５】図３の装置の脱着冷却装置の温度位置Ｔ５、Ｔ３における時間に対する温度変化を示すグラフ。
【図６】図３の実証装置の温度位置Ｔ１、Ｔ６、Ｔ４、Ｔ３、Ｔ５における時間に対する温度変化を示すグラフ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2007519881.tif 000008
【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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2007519881.tif 000012