(57)【要約】  本発明は、ガス混合物に含まれる物質を抽出するための方法およびシステムを提供するものであり、当該抽出は、それぞれが熱交換機（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）を有する２Ｎ個（Ｎは３以上の整数）のチャンバー（ＡＡ、ＢＢ、ＣＣ、ＤＤ）内でサイクル式に実施される。各チャンバーは、次の４つの連続する工程：凍結工程、解凍工程、液相および残余の気相の回収工程、熱交換器の温度を低下させる温度低下工程を含む１サイクルを実施する。さらに、凍結工程を実施するチャンバーの数と、解凍工程、回収工程、および温度低下工程を実施するチャンバーの合計数が共にＮに等しくなるように、各チャンバーにおける１つの工程から別の工程への移行が順序づけられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
抽出システムにおいてガス混合物に含まれる物質を抽出する方法であって、当該抽出システムは、
・凍結のための冷媒流体または冷却溶媒を供給するための第１供給回路（１２１０、１２１、１２０、１２００）と；
・解凍のための冷媒流体または熱伝導流体を供給するための第２供給回路（１１００、１１０、１１１、１１１０）と；
・ガス混合物を供給するための第３供給回路（１００）と；
・２Ｎ個のチャンバー（ＡＡ、ＢＢ、ＣＣ、ＤＤ）（Ｎは３以上の整数）と、を含み、
前記各チャンバーＡＡは、
・第１のバルブ対（Ａ１２１、Ａ１２０）を介して第１供給回路に、および第２のバルブ対（Ａ１１０、Ａ１１１）を介して第２供給回路に、交互に接続可能な熱交換器（Ａ）と；
・チャンバーの入口および出口を第３供給回路に接続する第３のバルブ対（Ａ１００、Ａ１０１）であって、チャンバー内部の熱交換器上でのガス混合物の移動を制御可能な第３のバルブ対と；
・残余の気相、またはチャンバー内で蓄積してもよい前記気相に関連する液体を排出するための排出バルブ（Ａ１３０）と、を含み、
各チャンバー内でのガス混合物の処理が、次の連続した工程をサイクル式に含むものであり：
・第１の熱交換器温度および第１のチャンバー圧力で、物質を気体状態から固体状態に直接移行させ、それによって熱交換器上に物質の固体堆積物を形成する凍結工程であって、当該工程の最後に第１のバルブ対（Ａ１２１、Ａ１２０）および第３のバルブ対（Ａ１００、Ａ１０１）を閉じる凍結工程（ＦＳ）；
・前記チャンバーを閉鎖し、前記固体堆積物を気体状態に直接移行させ、次いで物質の三重点の温度および圧力よりも熱交換器の温度およびチャンバー内の圧力がそれぞれ高くなった際に、前記固体堆積物を液体状態に直接移行させ、それによってチャンバー内に物質の液相を蓄積することを含む解凍工程であって、当該工程の最後に、第２のバルブ対（Ａ１１０、Ａ１１１）を閉じる解凍工程（ＤＳ）；
・チャンバー内に蓄積された液相および残余の気相を抽出しつつ、チャンバー内の圧力を減少させて実質的に前記第１の圧力に戻るように、前記排出バルブ（Ａ１３０）を開くことを含む回収工程（ＲＳ）；および
・前記熱交換器の温度が実質的に第１の温度に戻るように、前記第１のバルブ対を開くことを含む、熱交換器の温度を低下させる工程（ＴＳ）；
前記方法は、凍結工程を実施するチャンバーの数と、解凍工程、回収工程および温度低下工程を実施するチャンバーの合計数とが、共にＮに等しくなるように、各チャンバーにおける１つの工程から別の工程への移行を順序づけるための全体の順序決め工程をさらに含み、第１のサイクルの後に、前記方法の全体を通して、次の２つの条件を満足する、抽出方法。
・凍結工程、解凍工程、回収工程、および温度低下工程のそれぞれは、前記チャンバーの少なくとも１つにおいて実施されており、
・各チャンバーは、前記順序決め工程での決定に従って前記工程のうちの１つを実施する。
【請求項２】
前記凍結工程が、前記第１のバルブ対（Ａ１２１，Ａ１２０）と前記第３のバルブ対（Ａ１００，Ａ１０１）を閉じた後に前記チャンバーを真空状態にするサブ工程（ＶＳＳ）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１のサイクルの後に、Ｎが２の累乗である場合に、前記解凍工程を実施するチャンバーの数がＮ／２である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
第１のサイクルの後に、Ｎが偶数であるが２の累乗でない場合に、前記解凍工程を実施するチャンバーの数が（Ｎ／２）−１である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
第１のサイクルの後に、Ｎが奇数である場合に、前記解凍工程を実施するチャンバーの数が（Ｎ−１）／２である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項６】
前記凍結工程の期間が、前記解凍工程、前記回収工程、および前記温度低下工程の累積期間と実質的に等しい、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記抽出方法が、前記凍結工程の期間を決定する準備工程（ＥＸ）をさらに含み、
前記凍結工程の期間が、凍結工程の間のチャンバーの入口と出口との間の最大の圧力降下を測定して求められる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の抽出方法の工程を実施するための命令を含むコンピュータープログラムであって、
コンピューターによって実行される、コンピュータープログラム。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の抽出方法の工程を実施するための命令を含むコンピュータープログラムが記録された、コンピューターが読み込み可能な記録媒体。
【請求項１０】
ガス混合物に含まれる物質を抽出するためのシステムであって、前記抽出システムは、
・凍結のための冷媒流体または冷却溶媒を供給するための第１供給回路（１２１０、１２１、１２０、１２００）と；
・解凍のための冷媒流体または熱伝導流体を供給するための第２供給回路（１１００、１１０、１１１、１１１０）と；
・ガス混合物を供給するための第３供給回路（１０００）と；
・２Ｎ個のチャンバー（ＡＡ、ＢＢ、ＣＣ、ＤＤ）（Ｎは３以上の整数）と、を含み、
前記各チャンバーは、
・第１のバルブ対（Ａ１２１、Ａ１２０）を介して第１供給回路と、第２のバルブ対（Ａ１１０、Ａ１１１）を介して第２供給回路との両方に接続可能な熱交換器（Ａ）と；
・チャンバーの入口および出口を第３供給回路に接続する第３のバルブ対（Ａ１００、Ａ１０１）であって、チャンバー内部の熱交換器上でのガス混合物の移動を制御可能な第３のバルブ対と；
・残余の気相、またはチャンバー内で蓄積してもよい前記気相に関連する液体を排出するための排出バルブ（Ａ１３０）と、を含み、
前記抽出システムは、次の連続した工程をサイクル式に含む抽出方法を実施するために、各バルブの開閉を制御する制御手段をさらに含むものであって：
・第１の熱交換器温度および第１のチャンバー圧力で、物質を気体状態から固体状態に直接移行させ、それによって熱交換器上に物質の固体堆積物を形成する凍結工程であって、当該工程の最後に第１のバルブ対（Ａ１２１、Ａ１２０）および第３のバルブ対（Ａ１００、Ａ１０１）を閉じる凍結工程（ＦＳ）；
・前記チャンバーを閉鎖し、前記固体堆積物を気体状態に直接移行させ、次いで物質の三重点の温度および圧力よりも熱交換器の温度およびチャンバー内の圧力がそれぞれ高くなった際に、前記固体堆積物を液体状態に直接移行させ、それによってチャンバー内に物質の液相を蓄積することを含む解凍工程であって、当該工程の最後に、第２のバルブ対（Ａ１１０、Ａ１１１）を閉じる解凍工程（ＤＳ）；
・チャンバー内に蓄積された液相および残余の気相を抽出しつつ、チャンバー内の圧力を減少させて実質的に前記第１の圧力に戻るように、前記排出バルブ（Ａ１３０）を開くことを含む回収工程（ＲＳ）；および
・前記熱交換器の温度が実質的に第１の温度に戻るように、前記第１のバルブ対を開くことを含む、熱交換器の温度を低下させる温度低下工程（ＴＳ）；
前記制御手段は、各熱交換器が第１供給回路と第２供給回路に交互に接続されるように構成され、
前記制御手段はまた、凍結工程を実施するチャンバーの数と、解凍工程、回収工程および温度低下工程を実施するチャンバーの合計数とが、共にＮに等しくなるように、各チャンバーにおける１つの工程から別の工程への移行を順序づけるように構成され、
前記制御手段はまた、第１のサイクルの後に、前記方法の全体を通して、次の２つの条件を満足するように構成されている、抽出システム。
・凍結工程、解凍工程、回収工程、および温度低下工程のそれぞれは、前記チャンバーの少なくとも１つにおいて実施されており、
・各チャンバーは、前記順序決め工程での決定に従って前記工程のうちの１つを実施する。
【請求項１１】
前記制御手段が、前記凍結工程が、前記第１のバルブ対（Ａ１２１，Ａ１２０）と前記第３のバルブ対（Ａ１００，Ａ１０１）を閉じた後に前記チャンバーを真空状態にするサブ工程（ＶＳＳ）を含むように構成されている、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
第１のサイクルの後に、Ｎが２の累乗である場合に、前記解凍工程を実施するチャンバーの数がＮ／２である、請求項１０または１１に記載の抽出システム。
【請求項１３】
第１のサイクルの後に、Ｎが偶数であるが２の累乗でない場合に、前記解凍工程を実施するチャンバーの数が（Ｎ／２）−１である、請求項１０または１１に記載の抽出システム。
【請求項１４】
第１のサイクルの後に、Ｎが奇数である場合に、前記解凍工程を実施するチャンバーの数が（Ｎ−１）／２である、請求項１０または１１に記載の抽出システム。
【請求項１５】
前記凍結工程の期間が、前記解凍工程、前記回収工程、および前記温度低下工程の累積期間と実質的に等しい、請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の抽出システム。
【請求項１６】
前記抽出方法が、前記凍結工程の期間を決定する準備工程（ＥＸ）をさらに含み、
前記凍結工程の期間が、凍結工程の間のチャンバーの入口と出口との間の最大の圧力降下を測定して求められる、請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の抽出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスの分離分野に関し、逆昇華およびその後の融解によって、ガス混合物に含まれる１種以上の物質を抽出する方法を最適化することを目的とする。
【０００２】
逆昇華プロセスは、１種以上のガスが、気相から固相へ直接移行すること（昇華の逆）に該当する。
【０００３】
より具体的には、本発明は、凍結（または逆昇華）工程、ならびに複数の熱交換器上での昇華とそれに続く融解を含む解凍工程（これらの工程の実施には、異なった主要な操作のタイミングを管理する必要がある）の管理を最適化することに関する。
【背景技術】
【０００４】
熱交換器上で物質を逆昇華させるためには、物質が、物質の三重点で定まる圧力よりも低い分圧にある必要があり、また、熱交換器の表面温度が、物質の三重点で定まる温度よりも低い温度である必要がある。
【０００５】
種々の気体が、逆昇華することが可能であり、ＣＯ2がその一例である。
【０００６】
特に、国際公開第０２／０６０５６１号には、エネルギー生産ユニットからの排煙中に存在するＣＯ2を抽出するための凍結方法が記載されており、２つの熱交換器で連続してＣＯ2を凍結し、引き続き解凍している。
【０００７】
しかしながら、その装置は、凍結システムを流れる冷媒流体（または冷却溶媒および熱伝導流体）の流量が大幅に変動するなどの好ましくない効果を発現し、それため、好ましくないエネルギー損失が起こる。
【０００８】
このような好ましくない効果は、通常、抽出システムが大容量であると顕著になる。
【０００９】
一例として、石炭を用いる発電ユニットからの排煙からＣＯ2を抽出するためのシステムは、非常に大きなものである。４４％の熱電変換効率で８００ＭＷ（メガワット）の電気を生産するユニットは、２００万Ｎｍ3／ｈ（ノルマル立法メートル毎時）の排煙流量で約６２０ｔ／ｈ（トン毎時）のＣＯ2を放出することを思い起こされたい。このため、ＣＯ2を凍結する熱交換器において排煙の流路の断面積は、約１２００ｍ2にもなり得る。
【００１０】
同じオーダーの大きさを有する抽出システムは、ガス分離が必要とされたり、流量が１０００００ｍ3／ｈ（立法メートル毎時）から数百万ｍ3／ｈの範囲となるような多くの工業プロセスにおいて見られる。
【００１１】
従って、冷媒流体、冷却溶媒、および熱伝導流体の流量の変動をできる限り減少させることが重要であり、その種の設備を通過するガス混合物の流量の変動を減少させることもまた重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】国際公開第０２／０６０５６１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで、本発明の主な目的は、上記の問題を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
より具体的に、本発明は、抽出システムにおいてガス混合物に含まれる物質を抽出する方法を提案するものであり、当該抽出システムは、
・凍結のための冷媒流体または冷却溶媒を供給するための第１供給回路と；
・解凍のための冷媒流体または熱伝導流体を供給するための第２供給回路と；
・ガス混合物を供給するための第３供給回路と；
・２Ｎ個のチャンバー（Ｎは３以上の整数）と、を含み、
前記各チャンバーは、
・第１のバルブ対を介して第１供給回路に、および第２のバルブ対を介して第２供給回路に、交互に接続可能な熱交換器と；
・チャンバーの入口および出口を第３供給回路に接続する第３のバルブ対であって、チャンバー内部の熱交換器上でのガス混合物の移動を制御可能な第３のバルブ対と；
・残余の気相、またはチャンバー内で蓄積してもよい前記気相に関連する液体を排出するための排出バルブと、を含み、
各チャンバー内でのガス混合物の処理が、次の連続した工程をサイクル式に含むものであり：
・第１の熱交換器温度および第１のチャンバー圧力で、物質を気体状態から固体状態に直接移行させ、それによって熱交換器上に物質の固体堆積物を形成する凍結工程であって、当該工程の最後に第１のバルブ対および第３のバルブ対を閉じる凍結工程；
・前記チャンバーを閉鎖し、前記固体堆積物を気体状態に直接移行させ、次いで物質の三重点の温度および圧力よりも熱交換器の温度およびチャンバー内の圧力がそれぞれ高くなった際に、前記固体堆積物を液体状態に直接移行させ、それによってチャンバー内に物質の液相を蓄積することを含む解凍工程であって、当該工程の最後に、第２のバルブ対を閉じる解凍工程；
・チャンバー内に蓄積された液相および残余の気相を抽出しつつ、チャンバー内の圧力を減少させて実質的に前記第１の圧力に戻るように、前記排出バルブを開くことを含む回収工程；および
・前記熱交換器の温度が実質的に第１の温度に戻るように、前記第１のバルブ対を開くことを含む、熱交換器の温度を低下させる温度低下工程；
前記方法は、凍結工程を実施するチャンバーの数と、解凍工程、回収工程および温度低下工程を実施するチャンバーの合計数とが、共にＮに等しくなるように、各チャンバーにおける１つの工程から別の工程への移行を順序づけるための全体の順序決め工程をさらに含み、第１のサイクルの後に、前記方法の全体を通して、次の２つの条件を満足する。
・凍結工程、解凍工程、回収工程、および温度低下工程のそれぞれは、前記チャンバーの少なくとも１つにおいて実施されており、
・各チャンバーは、前記順序決め工程での決定に従って前記工程のうちの１つを実施する。
【００１５】
本発明は、逆昇華プロセスを経ることが可能な物質の抽出に用いることができる。
【００１６】
より一般に、本発明は、ガス混合物に含まれる物質であって、三重点の圧力および温度よりも低い分圧および温度にあることを特徴とするいかなる物質にも適用可能である。
【００１７】
一例として、本発明は、
・大気、排煙または処理ガス中に含まれるＣＯ2（または水）；
・排煙または処理ガス中に含まれるＳＯ2；
・排煙中に含まれるガス状水銀、などに適用可能である。
【００１８】
例えば国際公開第０２／０６０５６１号に開示されているような凍結および解凍方法を詳細に分析したところ、本発明者らは、１つのサイクルが、以下の４つの異なる機能的な工程を含むことを特定することに成功した。
・熱交換器の外表面上で、１種以上の物質の逆昇華を第１の温度で実施する凍結工程；
・閉じた体積で、圧力増加を伴う昇華のサブ工程と、それに続く融解のサブ工程を含む解凍工程；
・サイクルの最初の圧力に戻るまで、液相のＣＯ2を回収すること、および残余の気相を回収することを含む回収工程；および最後に、
・サイクルの第１温度に戻すために、熱交換器の温度を低下させる温度低下工程。
【００１９】
本発明者らは、抽出方法を４つの連続する機能的な工程に時間的に分割することにより、使用する熱交換領域、および凍結またはその他の解凍のいずれかに関連する冷媒流体の流量をより効果的に管理可能にすることを成し遂げた。
【００２０】
さらに、その方法全体を通して４つの機能的な工程のそれぞれを実施するチャンバーの数を適切に選択することにより、重大な利点が生み出されることを立証した。
【００２１】
特に、本発明は、３つの異なる流れを調和よく最適化して管理することができる。３つの異なる流れとは、すなわち、凍結のための冷媒流体または冷却溶媒の内部流れ；解凍のための冷媒流体または熱伝導流体の内部流れ（これらの流れは抽出方法を実施するチャンバー内の熱交換器を交互に通過する）；および凍結用の熱交換器の外表面上を動く分離すべきガスの外部流れである。
【００２２】
より具体的には、本発明によれば、上記の３つの流れを時間に関し一定に保つことができる。この時間の一定性は、エネルギーの観点から熱交換器を最適化し得ることを意味する。加えて、得られる流れの継続性は、冷媒流体の組成、特に（冷媒流体の混合物を用いる場合）冷媒流体の混合物の組成を最適化し得ることを意味している。これらの利点は、特に、上述の流量が時間と共に変化するときに、循環する流体の間の温度差も変化し、システム内で効率の損失が起こるという事実によって説明される。
【００２３】
使用される流量の継続性および一定性は、コンプレッサの動作の最適化にも用いることができる。コンプレッサの圧縮比は、各コンプレッサへの入口において熱力学特性が一定性を有するために、一定に保たれ得る。
【００２４】
冷媒流体（または冷媒流体の混合物）は、熱を吸収すると気化し、熱を放出すると液化する流体である。
【００２５】
反対に、冷却溶媒は、単に顕熱によって顕熱交換するだけある。すなわち、冷却溶媒が熱を吸収すると、冷却溶媒が加熱され、冷却溶媒が熱を放出すると、冷却溶媒が冷却される。
【００２６】
記載の残りの部分において、本発明は、凍結するため、および解凍するために、冷媒流体または冷却溶媒および熱伝導流体を等しくうまく利用し得ることを理解されたい。
【００２７】
本発明者らは、抽出システムの各チャンバーで、本発明の４つの機能的な工程の最適な順序決めを究明した。
【００２８】
より具体的には、本発明者らは、凍結工程、解凍工程、回収工程、および温度低下工程をそれぞれ実施する必要がある抽出システムのチャンバーの数の最適な配分を究明した。
【００２９】
上記で説明したように、最適な順序決め（または最適な配分）は、特に、熱交換器を通って、および第１供給回路および第２供給回路を通って、コンプレッサの吸入口に至るまで連続的に流れる、冷媒流体、または冷却溶媒および熱伝導流体について、連続的な流量、またはほぼ一定の流量を得ることができる。
【００３０】
このように、本発明は、物質を抽出する間の３種類の流れの変動を著しく減少させることに用いることができる。言い換えれば、本発明は、所望の物質を抽出する方法全体を通して、使用する流れの分配を顕著に改善するために用いることができる。
【００３１】
なお、抽出方法の最適なエネルギー効率は、実際には、一度、使用する流れがシステムにおいて定常状態に到達したときのみ、すなわち第１のサイクルを実施した後のみ、達成される。
【００３２】
なお、ここで用いる「分離すべきガス」または「ガス混合物」との用語は、１種以上の物質がそこから逆昇華によって抽出されるべきガス混合物を意味する。
【００３３】
なお、本記載は、チャンバーを通過するガス混合物から単一の物質のみが抽出される状況に関している。しかしながら、当業者は、本発明が、ガス混合物から２種以上の物質を抽出する場合に適用可能であることも理解するであろう。
【００３４】
逆昇華プロセスまたは凍結プロセスは、解凍とは逆の作業を含んでいる。しかし、凍結してから解凍する熱交換器の機能は、不連続な性質によるものである。このため、本発明の目的の１つは、３種類の冷媒流体の流れを生み出す凍結システムの機能のエネルギー消費を最適化するために、３種類の冷媒流体の流れの循環を連続させることにある。より具体的には、３種類の冷媒流体の流れが、以下のように使用される。
・凍結工程を実施する熱交換器は、熱交換器を通過する凍結のための冷媒流体の第１の流れを有し；
・解凍工程を実施する熱交換器は、熱交換器を通過する解凍のための冷媒流体の流れを有し；
・回収工程を実施する熱交換器は、熱交換器を通過する冷媒流体の流れを有しておらず、
・温度低下工程を実施する熱交換器は、熱交換器を通過する凍結のための冷媒流体（すなわち、チャンバーの温度を低下させる凍結のための冷媒流体）の第２の流れを有し、前記凍結のための冷媒流体の第２の流れは、通常、圧力に関し、凍結のための冷媒流体の第１の流れに適用されるものとは異なる設定を有している。
【００３５】
システム内で、これら３種の冷却の流れが連続して循環することを確保するために、まず、並列して稼働する少なくとも３つの異なる熱交換器の表面で、サイクルの工程が実施される必要があり、各熱交換器は、（上述のように）実施している工程に応じて、冷媒流体の流れの１種を通過させたり、通過させなかったりする。
【００３６】
加えて、凍結工程の期間は、当該方法の他の３つの工程（すなわち、解凍工程、回収工程、および温度低下工程）の期間に等しいことが示された。回収工程および温度低下工程は、短縮し、解凍期間中に単一の熱交換器の表面上で実施してもよいため、また、解凍工程は、凍結工程の期間の半分であってもよいため、熱交換器の表面で連続して作業するためには、熱交換器の数Ｎが、３以上（Ｎは整数）である必要があることを見出した。
【００３７】
さらに、３個の熱交換器だけが使用される場合、凍結のための冷媒流体の第２の流れ（すなわち、熱交換器の温度を低下させるために用いられる流れ）は、一部の時間においてのみ用いられるため、抽出システムにおいて不連続であることを見出した。所定の時間系列の中で、３個の熱交換器のうちの１個が回収工程とその後の温度低下工程を実施する場合、第２の冷媒流体は、温度低下工程の間だけ流れる。そのため、全３種の冷媒流体の流れが効果的に連続するように、システムが２Ｎ個の熱交換器を含むことが実際に必要である。
【００３８】
例えば、抽出システムが６個のチャンバーを含む場合を考える（すなわちＮ＝３）。この場合、第１のサイクルが実施された後、本方法の全体を通して、以下の条件を満たす。
・３個の熱交換器が凍結工程を実施する；
・１個の熱交換器が解凍工程を実施する；
・１個の熱交換器が回収工程を実施する；および
・１個の熱交換器が温度低下工程を実施する。
【００３９】
このように、いかなる場合でも、第１の種類の凍結のための冷媒流体の３つの流れと、第２の種類の凍結のための（温度低下のための）冷媒流体の１つの流れと、１つの解凍のための流れがある。
【００４０】
こうして、上述のように、本発明の抽出システムの熱交換器は、上述のサイクルに従って、本発明の方法の工程を実施する。所定の時間系列のそれぞれにおいて（例えば１０または１５分）、本発明のシステムのバルブは、チャンバーがサイクルの新しい工程に移行するように、設定を変えてもよい。本方法のサイクル的な性質に関わらず、抽出システム全体を見たときには、上述の流れは連続性を保つ。
【００４１】
特定の実施形態において、前記凍結工程は、第１のバルブ対と第３のバルブ対を閉じた後に前記チャンバーを排出するサブ工程も含む。
【００４２】
この排出サブ工程を実施することによって、チャンバー内に存在する好ましくない残余ガスを、凍結工程の終わりに排出することができ、有利である。このようにして、解凍工程の最後に、チャンバーは、非常に高純度のガス、すなわち抽出すべき物質の超高濃度のガスを含むことができる。このようにして、回収工程の間に、液体の形態および残余ガスの形態の両方で、超高純度で抽出された物質を回収することができる。
【００４３】
超高純度の残余ガスは商業的価値が大きいので、超高純度の残余ガスを回収することは有利である。一例として、本発明の抽出方法におけるこの排出サブ工程の実施は、超高純度のＣＯ2を気体状態での抽出に採用できる。これは、商業的に非常に魅力的である。
【００４４】
さらに、第１のサイクルを実施した後に、解凍工程を実施するチャンバーの数は、Ｎ’（Ｎ’は、Ｎの値によって定まる整数である）になることが認識される。
【００４５】
より具体的には、比Ｎ’／Ｎが３分の１〜２分の１の範囲の値になるようなＮ’であり、その値は、Ｎの値の関数となる。
【００４６】
一例として、Ｎ＝３のとき、比Ｎ’／Ｎは、最小値である１／３になることがわかる。同様に、例えばＮ＝４のとき、比Ｎ’／Ｎは、最大値である１／２になることがわかる。
【００４７】
特定の実施形態において、本発明の方法では、第１のサイクルの後に、Ｎが２の累乗である場合には、解凍工程を実施するチャンバーの数は、Ｎ／２となる。
【００４８】
別の実施形態において、本発明の方法では、第１のサイクルの後に、Ｎが偶数であるが２の累乗でない場合には、解凍工程を実施するチャンバーの数は、（Ｎ／２）−１となる。
【００４９】
別の実施形態において、本発明の方法では、第１のサイクルの後に、Ｎが奇数である場合には、解凍工程を実施するチャンバーの数は、（Ｎ−１）／２となる。
【００５０】
なお、解凍工程を実施するチャンバーの数の選択はいくつかあるが、回収工程を実施するチャンバーの数、および温度低下工程を実施するチャンバーの数は、定義により、解凍工程を実施するチャンバーの数を補完するように、すなわち、凍結工程を実施するチャンバーの数が、解凍工程、回収工程および温度低下工程を実施するチャンバーの合計数と等しいままとなるように、常に選択される。
【００５１】
またなお、整数Ｎが２の累乗（すなわち、Ｎが４以上）である場合、比Ｎ’／Ｎは、１／２となり、使用する３種の流れを、コンストラクタルに分配し得る、すなわち、２で割算し得る。このためには、「コンストラクタル」との用語は、Adrian Bejanによる理論に起源があることを思い起こされたい。この理論によれば、複数の分岐がある中で、各分岐への流れのアクセスが最大化されると、複数の分岐への流れのアクセスについて最適なアーキテクチャが得られる。これは、検討する各流れに採用されるルートとは無関係に、同一の経路長を保証しているので、各分岐が２で割算されるときに、このような最大化が可能となる。
【００５２】
上記で思い起こされるように、抽出システムの全体寸法が非常に大きい場合には、コンストラクタルな分配は、いっそう有利になる。
【００５３】
またなお、Ｎが２の累乗である場合には、回収工程を実施する熱交換器の数および温度低下工程を実施する熱交換器の数が２の累乗であることは必須ではない。一定の制約が課されるとき、解凍工程、回収工程、および温度低下工程を実施するチャンバーの合計数がそれでもＮを維持しているのであれば、抽出システムのチャンバーにおいて回収工程および温度低下工程に対し異なる配分を選択することもできる。
【００５４】
本発明の特定の実施形態において、凍結工程の期間は、解凍工程、回収工程、および温度低下工程の累積期間と実質的に等しい。
【００５５】
凍結工程の期間を決定する準備工程を実施することも可能であり、この期間は、凍結工程の間のチャンバーの入口と出口との間の最大の圧力降下を測定することにより決定される。
【００５６】
より具体的には、所定の抽出システムの凍結期間は、抽出方法の凍結工程において、１つのチャンバーの入口と出口との間のガス混合物の圧力差を測定する実験により、決定してもよい。
【００５７】
この圧力低下は、凍結工程の間に熱交換器の外表面での凍結が徐々に発達して、ガス管を徐々に閉鎖することによって説明される。
【００５８】
標準的な圧力低下の値は、＋５０Ｐａ（パスカル）〜＋５００Ｐａの範囲であり、この閾値は、解凍工程を完了したチャンバーの入口および出口を２つのバルブ（または２つのフラップ）によって閉鎖することへの合図となる。
【００５９】
特定の実施形態において、コンピュータープログラムからの命令によって、抽出方法の種々の工程が決定される。
【００６０】
よって、本発明は、情報媒体上のコンピュータープログラムを提供するものでもあり、前記プログラムは、抽出システムにおいて、またはより一般的にはコンピューターにおいて使用可能なものであり、前記プログラムは、上述の抽出方法の工程の実施に適した命令を含むものである。
【００６１】
前記プログラムには、いかなるプログラム言語を使用してもよく、ソースコード、オブジェクトコード、ソースコードとオブジェクトコードとの中間のコードの形態であってよく、例えば、部分的に編集された形態、または他の所望の形態であってよい。
【００６２】
本発明はまた、コンピューターにより読み込み可能な、上記のコンピュータープログラムの命令を含む情報媒体を提供するものでもある。
【００６３】
当該情報媒体は、プログラムを貯蔵可能ないかなるエンティティであってもデバイスであってもよい。例えば、媒体は、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）（例、コンパクトディスク（ＣＤ）−ＲＯＭ、超小型電子回路ＲＯＭ）、または磁気記録手段（例、フロッピーディスク、ハードディスク）などの記憶手段を有していてよい。
【００６４】
また、情報媒体は、電気信号、光信号などの伝送可能な媒体であってよく、この媒体は、電気もしくは光ケーブル、無線通信、または他の手段によって伝送することができる。本発明のプログラムは、特に、インターネット型ネットワークにおいてダウンロードされてもよい。
【００６５】
あるいは、情報媒体は、プログラムが組込まれた集積回路であってよく、当該集積回路は、前記の方法の実行に、または前記の方法の実行での使用に適合する。
【００６６】
本発明はまた、ガス混合物に含まれる物質を抽出するためのシステムを提供するものであり、前記抽出システムは、
・凍結のための冷媒流体または冷却溶媒を供給するための第１供給回路と；
・解凍のための冷媒流体または熱伝導流体を供給するための第２供給回路と；
・ガス混合物を供給するための第３供給回路と；
・２Ｎ個のチャンバー（Ｎは３以上の整数）と、を含み、
前記各チャンバーは、
・第１のバルブ対を介して第１供給回路と、第２のバルブ対を介して第２供給回路との両方に接続可能な熱交換器と；
・チャンバーの入口および出口を第３供給回路に接続する第３のバルブ対であって、チャンバー内部の熱交換器上でのガス混合物の移動を制御可能な第３のバルブ対と；
・残余の気相、またはチャンバー内で蓄積してもよい前記気相に関連する液体を排出するための排出バルブと、を含み、
前記抽出システムは、次の連続した工程をサイクル式に含む抽出方法を実施するために、各バルブの開閉を制御する制御手段をさらに含むものであって：
・第１の熱交換器温度および第１のチャンバー圧力で、物質を気体状態から固体状態に直接移行させ、それによって熱交換器上に物質の固体堆積物を形成する凍結工程であって、当該工程の最後に第１のバルブ対および第３のバルブ対を閉じる凍結工程；
・前記チャンバーを閉鎖し、前記固体堆積物を気体状態に直接移行させ、次いで物質の三重点の温度および圧力よりも熱交換器の温度およびチャンバー内の圧力がそれぞれ高くなった際に、前記固体堆積物を液体状態に直接移行させ、それによってチャンバー内に物質の液相を蓄積することを含む解凍工程であって、当該工程の最後に、第２のバルブ対を閉じる解凍工程；
・チャンバー内に蓄積された液相および残余の気相を抽出しつつ、チャンバー内の圧力を減少させて実質的に前記第１の圧力に戻るように、前記排出バルブを開くことを含む回収工程；および
・前記熱交換器の温度が実質的に第１の温度に戻るように、前記第１のバルブ対を開くことを含む、熱交換器の温度を低下させる温度低下工程；
前記制御手段は、各熱交換器が第１供給回路と第２供給回路に交互に接続されるように構成され、
前記制御手段はまた、凍結工程を実施するチャンバーの数と、解凍工程、回収工程および温度低下工程を実施するチャンバーの合計数とが、共にＮに等しくなるように、各チャンバーにおける１つの工程から別の工程への移行を順序づけるように構成され、
前記制御手段はまた、第１のサイクルの後に、前記方法の全体を通して、次の２つの条件を満足するように構成されている。
・凍結工程、解凍工程、回収工程、および温度低下工程のそれぞれは、前記チャンバーの少なくとも１つにおいて実施されており、
・各チャンバーは、前記順序決め工程での決定に従って前記工程のうちの１つを実施する。
【００６７】
本発明の抽出システムおよび以下の特定の実施態様は、前記抽出方法およびその特定の実施形態に関して示されたものと同様の利点を有する。
【００６８】
特定の実施態様において、前記凍結工程が、第１のバルブ対と第３のバルブ対を閉じた後に前記チャンバーを真空状態にするサブ工程を含むように、前記制御手段はまた、構成される。
【００６９】
さらに、前記抽出方法と同様にして、第１のサイクルが実施されると、抽出システムの解凍工程を実施するチャンバーの数が、Ｎ’（Ｎ’は、Ｎの値によって定まる整数である）になることが認識される。
【００７０】
より具体的には、比Ｎ’／Ｎが３分の１〜２分の１の範囲の値になるようなＮ’であり、その値は、Ｎの値の関数となる。
【００７１】
一例として、Ｎ＝３のとき、比Ｎ’／Ｎは、最小値である３分の１になることがわかる。同様に、例えばＮ＝４のとき、比Ｎ’／Ｎは、最大値である２分の１になることがわかる。
【００７２】
特定の実施態様において、本発明の抽出システムでは、第１のサイクルの後に、Ｎが２の累乗である場合には、解凍工程を実施するチャンバーの数は、Ｎ／２となる。
【００７３】
別の実施態様において、本発明の抽出システムでは、第１のサイクルの後に、Ｎが偶数であるが２の累乗でない場合には、解凍工程を実施するチャンバーの数は、（Ｎ／２）−１となる。
【００７４】
別の実施態様において、本発明の抽出システムでは、第１のサイクルの後に、Ｎが奇数である場合には、解凍工程を実施するチャンバーの数は、（Ｎ−１）／２となる。
【００７５】
前記抽出方法と同様に、回収工程を実施するチャンバーの数、および温度低下工程を実施するチャンバーの数は、解凍工程を実施するチャンバーの数を補完するように、すなわち、凍結工程を実施するチャンバーの数が、解凍工程、回収工程および温度低下工程を実施するチャンバーの合計数と等しいままとなるように、常に選択される。
【００７６】
整数Ｎが２の累乗（すなわち、Ｎが４以上）である場合、比Ｎ’／Ｎは、１／２となり、使用される３種の流れを、コンストラクタルに分配し得る、すなわち、２で割算し得る。
【００７７】
上記で説明した特定の状況において、抽出システムの１組のチャンバーに対して工程のコンストラクタルな配分を採用することは必須ではない。特に、その選択は、抽出システムに課された種々の制約次第である。しかし、解凍工程、回収工程、および温度低下工程を実施するチャンバーの合計数をＮに等しくし続けることが非常に重要である。
【００７８】
本発明の特定の実施態様において、凍結工程の期間は、解凍工程、回収工程、および温度低下工程の累積期間と実質的に等しい。
【００７９】
さらに、抽出システムは、凍結工程の期間を決定する準備工程を実施するための測定手段を含んでいてもよく、前記凍結工程の期間は、凍結工程の間のチャンバーの入口と出口との間の最大の圧力降下を測定することにより決定される。
【００８０】
本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図面を参照して、本発明をなんら制限するものではない一実施態様を説明する以下の記載により、明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】Ｎ＝４である本発明の抽出システムの一例を示す図である。
【図２】図１の抽出システムのチャンバーＡＡに適用される本発明の抽出方法の一例の主要な工程を示す図である。
【図３】Ｎ＝４である本発明の抽出方法の機能的な工程の順序決めの一例を、表の形式で示す図である。
【図４】Ｎ＝６である本発明の抽出方法の機能的な工程の順序決めの一例を、表の形式で示す図である。
【図５】Ｎ＝３である本発明の抽出方法の機能的な工程の順序決めの一例を、表の形式で示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００８２】
本発明は、複数の凍結用の熱交換器の固体表面上で物質の逆昇華を引き起こすことにより、プロセスガス混合物または排煙混合物中に存在する物質を抽出するためのシステムを提供する。
【００８３】
これを達成するために、抽出される物質の逆昇華は、対象とする物質の三重点で定まる温度および圧力よりも低い温度および圧力で実施される。
【００８４】
本発明の抽出システムは、２Ｎ個の熱交換器を含み、Ｎは３以上の整数である。
【００８５】
図１は、本発明の抽出システムの一例を示す。この例では、抽出システムは、Ｎが４であるように、８個の異なる熱交換器を含む。
【００８６】
８つの熱交換器が、図１に示されている（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、およびＨで表される）。
【００８７】
図１の抽出システムはまた、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、およびＨで表される凍結用の熱交換器がそれぞれ設置された、８個のチャンバーＡＡ、ＢＢ、ＣＣ、ＤＤ、ＥＥ、ＦＦ、ＧＧ、およびＨＨを含んでいる。
【００８８】
凍結用の熱交換器はそれぞれ、冷媒流体（または冷媒流体の混合物）、冷却溶媒、または、熱伝導流体が循環し得る回路を有している。前記回路は、通常、対象となる流体が循環し得るチューブと連結されたリブを有する。
【００８９】
また、熱交換器内を循環する、冷媒流体、または冷却溶媒／熱伝導流体の流量は、以下で詳述するバルブ対により制御される。
【００９０】
所定の温度で、冷媒流体または冷却溶媒を循環させることによって、各熱交換器の外表面の温度を制御することができる。
【００９１】
こうして、凍結工程の間に、冷媒流体を低い温度で循環させて気化させることにより、または、冷却溶媒を循環させてその温度を上昇させることにより、所定のチャンバーの熱交換器上を循環するガス混合物の温度を低下させることができる。よって、熱交換器内を「凍結のための」冷媒流体または冷却溶媒が循環しているといえる。
【００９２】
同様に、解凍工程の間に、チャンバーの熱交換器上に堆積した固相の温度を上昇させることができる。このためには、冷媒流体が液化するように、比較的高い温度（抽出される物質の三重点の温度より１０Ｋ（ケルビン）〜７０Ｋ高い温度）で、２相状態で熱交換器の回路内において冷媒流体を循環させる。あるいは、熱交換器内に熱伝導流体を循環させて、熱伝導流体を冷却してもよい。
【００９３】
解凍工程の間に、「解凍のための」冷媒流体または熱伝導流体が熱交換器内を循環しているといえる。
【００９４】
説明の残りの部分において、凍結のための冷媒流体、および解凍のための冷媒流体を用いる場合、冷却溶媒および熱伝導流体にそれぞれ置き換えることができることも理解されたい。
【００９５】
またなお、説明の残りの部分において、凍結のための単一の冷媒流体（または冷却溶媒）、および解凍のための単一の冷媒流体（または熱伝導流体）を熱交換器内で交互に循環させているが、凍結のための冷媒流体（または冷却溶媒）の混合物、または、解凍のための冷媒流体（または熱伝導流体）の混合物を循環させることも可能であることを理解されたい。
【００９６】
また、供給回路１０００を、チャンバーＡＡ、ＢＢ、ＣＣ、ＤＤ、ＥＥ、ＦＦ、ＧＧ、およびＨＨの内部で物質が抽出されるべきガス混合物を送るために用いることができる。
【００９７】
バルブＡ１００、Ｂ１００、Ｃ１００、Ｄ１００、Ｅ１００、Ｆ１００、Ｇ２００、およびＨ１００（総称してガスバルブＶ１００）によってそれぞれ、チャンバーＡＡ、ＢＢ、ＣＣ、ＤＤ、ＥＥ、ＦＦ、ＧＧ、およびＨＨの上流において、ガス混合物のアクセスが制御される。
【００９８】
そして、チャンバーＡＡ、ＢＢ、ＣＣ、ＤＤ、ＥＥ、ＦＦ、ＧＧ、およびＨＨ内部のガス混合物を抽出することができる。当該抽出は、バルブＡ１０１、Ｂ１０１、Ｃ１０１、Ｄ１０１、Ｅ１０１、Ｆ１０１、Ｇ１０１、およびＨ１０１（総称してガスバルブＶ１０１）をそれぞれ使用して制御される。
【００９９】
こうして抽出されたガス混合物は、続いて、排出回路１０１０を介して別の機能的な工程を実施する別のチャンバーに新しい経路で送ってもよい。
【０１００】
また、チャンバー内のガス混合物から抽出された物質および残余の気相の、チャンバーＡＡ、ＢＢ、ＣＣ、ＤＤ、ＥＥ、ＦＦ、ＧＧ、およびＨＨからの排出は、それぞれ、バルブＡ１３０、Ｂ１３０、Ｃ１３０、Ｄ１３０、Ｅ１３０、Ｆ１３０、Ｇ１３０及びＨ１３０（総称してバルブＶ１３０）により制御される。
【０１０１】
このようにして抽出され、液体状態にある物質は、気相回収の最後に、回収回路１３０を介して容器Ｒに送られる。
【０１０２】
また、好ましい実施形態では、回収回路１３０はまた、バルブＶ２００を介して真空ポンプＰに接続されている。当該真空ポンプを用いることで、システムのチャンバーを真空状態にすることができる。このポンプの重要性および当該真空工程を後で詳述する。
【０１０３】
また、冷媒流体回路は、２つの異なる供給回路、すなわち凍結のための冷媒流体（または冷却溶媒）が循環する凍結回路と、解凍のための冷媒流体（または熱伝導流体）が循環する解凍回路とを含む。
【０１０４】
凍結回路は、供給回路１２１０、分岐１２１および１２０、ならびに返送回路１２００を含む。
【０１０５】
解凍回路は、供給回路１１００、分岐１１０と１１１、および返送回路１１１０を含む。
【０１０６】
より具体的には、供給回路１２１０は、高圧下で凍結のための冷媒流体を分岐１２１に供給する。凍結のための前記冷媒流体は、凍結工程または熱交換温度低下工程を実施する熱交換器に送られる。
【０１０７】
凍結のための流体の熱交換器Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ及びＨへのアクセスはそれぞれ、バルブＡ１２１、Ｂ１２１、Ｃ１２１、Ｄ１２１、Ｅ１２１、Ｆ１２１、Ｇ１２１、及びＨ１２１（総称してバルブＶ１２１）、によって制御される。
【０１０８】
当該バルブＶ１２１は、凍結のための冷媒流体の圧力をシステムで高圧から低圧に変えるために用いることができる膨張バルブに相当する。従って、当該膨張バルブは、熱交換器内を循環する凍結流体を気化するのに用いることができる。
【０１０９】
もう一つの方法として、バルブＶ１２１は、凍結工程の間に熱交換器を循環する冷却溶媒の温度を上昇させるのに用いることができる。この特定の構成において、バルブＶ１２１は、膨張バルブではなく、流量制御バルブである。
【０１１０】
また、熱交換器Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ及びＨから来る、気化した凍結のための冷媒流体（または温度上昇した冷却溶媒）の抽出はそれぞれ、Ａ１２０、Ｂ１２０、Ｃ１２０、Ｄ１２０、Ｅ１２０、Ｆ１２０、Ｇ１２０、およびＨ１２０（総称してバルブＶ１２０）によって制御される。
【０１１１】
次に、冷媒流体は、返送分岐１２０、続いて返送回路１２００を通ってコンプレッサ（図示せず）に戻される。
【０１１２】
抽出システムが２Ｎ個（Ｎ≧３）の熱交換器を備えているので、冷媒流体の流量は、時間に対して一定であり、一定の熱力学的な特性を有する。これは、システムのコンプレッサが、定常状態で機能できることを意味する。このような状態は、第１に、コンプレッサが最適な圧縮条件で機能することができることを意味し、第２に、システムの熱交換器もまた定常状態で機能できることを意味する。加えて、混合物の冷媒流体を使用する場合、前記流れの状態が一定であるため、当該混合物の組成を最適化することができる。
【０１１３】
熱交換器の温度を低下させるために冷却溶媒を用いる場合、冷却溶媒は、同じ分岐１２０を通って冷却用の熱交換器（図示しない）に戻される。この熱交換器は、冷却溶媒をシステム内に再導入できるように、冷却溶媒を冷却するのに用いることができる。同様にして、冷却溶媒の流量が一定であることは、前記冷却溶媒の冷却に関する熱交換器の機能を最適化できることを意味する。
【０１１４】
さらに、回路１１００および分岐１１０は、気相の冷媒流体、または凝縮条件下の部分的に気液相の冷媒流体（すなわち、解凍のための冷媒流体）を熱交換器に供給する。
【０１１５】
解凍のための冷媒流体の熱交換器Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、およびＨへのアクセスはそれぞれ、バルブＡ１１０、Ｂ１１０、Ｃ１１０、Ｄ１１０、Ｅ１１０、Ｆ１１０、Ｇ１１０、およびＨ１１０（総称してバルブＶ１１０）によって制御される。
【０１１６】
また、熱交換器Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、およびＨから来る解凍のための冷媒流体の抽出はそれぞれ、バルブＡ１１１、Ｂ１１１、Ｃ１１１、Ｄ１１１、Ｅ１１１、Ｆ１１１、Ｇ１１１、およびＨ１１１（総称してバルブＶ１１１）によって制御される。
【０１１７】
集められた解凍のための冷媒流体は、その液体容量が増加して、返送分岐１１１および返送回路１１１０を介して、より高い温度で、１つの熱交換器または一連の熱交換器に戻される。
【０１１８】
本発明の抽出システムは、熱交換器が２Ｎ個（Ｎ≧３）に調整されているので、解凍のための冷媒流体は、回路１１００、１１０、１１１、および１１１０において、一定の質量流量速度を有する。
【０１１９】
解凍工程の間に熱伝導流体が使用される場合、冷却された熱伝導流体は、加温用の熱交換器（図示せず）に戻される。一旦、熱伝導流体の温度が上昇すると、熱伝導流体を抽出システムに再導入することができる。
【０１２０】
ここで記載する例では、上記で特定された一連のバルブ対が、
・熱交換器ＡＡ、ＢＢ、ＣＣ、ＤＤ、ＥＥ、ＦＦ、ＧＧ、およびＨＨの４個の熱交換器において交互になされる連続したガス混合物の循環；
・凍結を実施するチャンバーの熱交換器での凍結のための冷媒流体の循環；
・温度低下工程に進むチャンバーの熱交換器での、凍結のための冷媒流体の付随する循環、当該温度低下工程の期間は、凍結工程の期間の４分の１である；
・解凍中のチャンバーの熱交換器での解凍のための冷媒流体の循環、当該解凍工程の期間は、凍結工程の期間の半分である；および
・凍結工程の期間の４分の１の期間、液相および残余の気相の回収の進行中（排出バルブ１３０が開いている）のチャンバーの熱交換器で冷媒流体を循環しないこと、
ができるように構成されている。
【０１２１】
図２を参照して、図１の抽出システムのチャンバーＡＡに適用される本発明の抽出方法の一例の主要工程について記載する。
【０１２２】
上述したように、抽出方法は、４つの連続した機能的な工程のサイクルを要件とすることが証明されている。
【０１２３】
ここに記載する例では、最初に準備工程（ＥＸ）が、抽出プロセスのサイクルを構成する種々の機能的な工程を実施する前に、実施される。
【０１２４】
この準備工程は、続く凍結工程の期間を確定することが可能なものである。
【０１２５】
上述のように、当該期間は、凍結中のチャンバーＡＡの入口と出口との間の圧力低下の測定から求めることができる。この圧力低下は、熱交換器の表面に固体層が徐々に堆積されると同時にガス管が徐々に閉鎖されることから起こる。
【０１２６】
次に、サイクルの第１の機能的な工程：凍結工程（ＦＳ工程）が実施される。
【０１２７】
この工程では、チャンバーＡＡ内でガス混合物を移動させることが要求される。このために、ガス混合物を供給するための回路１０００にチャンバーＡＡを接続している入口バルブおよび出口バルブＡ１００およびＡ１０１を開く。
【０１２８】
すると、ガス混合物は、熱交換器Ａの外表面上を通過している間に冷却される。ガス混合物は、抽出される物質が熱交換器Ａ上で固化するように、第１の温度および第１の圧力で冷却される。これは、熱交換器Ａ上での物質の逆昇華を構成している。
【０１２９】
なお、第１の温度および第１の圧力はそれぞれ、抽出される物質の三重点で定められる温度および圧力よりも低いものである。
【０１３０】
ガス混合物を冷却するために、凍結のための冷媒流体または冷却溶媒の回路と熱交換器とを接続する、バルブＡ１２１およびＡ１２０を開く。
【０１３１】
熱交換器内を循環する凍結のための冷媒流体は気化し、これにより、熱交換器Ａの表面で物質を凍結するために必要な冷却力が生み出される。
【０１３２】
あるいは、熱交換器内に冷却溶媒を循環させて、冷却溶媒を温度上昇させることによって、必要な冷却力が生み出される。
【０１３３】
ここで記載する実施態様において、次に、凍結工程の終わりにチャンバーＡＡを真空状態にするサブ工程（ＶＳＳと記す）を、チャンバー内に存在する残余ガスを抽出するために実施する。このためには、特に以下を実施する。
・排出バルブＡ１３０を開く；
・バルブＡ１２１、Ａ１２０、Ａ１００およびＡ１０１を閉じ、真空ポンプＰを起動する。
【０１３４】
バルブＶ２００は、真空ポンプＰまたは容器Ｐのいずれかと排出回路１３０との接続を制御するのに用いることができる。真空サブ工程ＶＳＳが実施されるときには、バルブＶ２００は、排出ポンプＰと排出回路１３０とを接続する。
【０１３５】
この真空サブ工程ＶＳＳでは、通常、チャンバー内の絶対圧を約５０Ｐａに減少させることができる。この真空工程の期間は、例えば、２０秒のオーダーであるが、特にポンプＰのポンプ能力などの様々なパラメータによって定まる。得られる相対的な真空により、チャンバーＡＡに含まれる残余のガス混合物を排出することができる。当該残余のガス混合物は、例えば、一度回収して処理してもよい。
【０１３６】
しかしながら、当該真空サブ工程ＶＳＳは、任意であることに留意されたい。当該真空サブ工程の利点は、後で詳述する。
【０１３７】
サイクルの第２の機能的な工程は、解凍工程（工程ＤＳ）に該当する。
【０１３８】
この実施形態において、バルブＡ１３０は、解凍工程ＤＳの開始時に閉じられる。しかし、対象としている例では、真空サブ工程ＶＳＳを実施するために凍結工程の終わりにバルブＡ１３０が開かれているので、この閉じるという操作が必要であることを理解されたい。対照的に、凍結工程の終わりに真空サブ工程ＶＳＳを実施しない場合、バルブＡ１３０は、凍結工程の間ずっと閉じられたままであるので、バルブＡ１３０は、解凍工程を開始するときには既に閉じられている。
【０１３９】
また、解凍工程全体において、チャンバーＡＡにガス混合物がもはや供給されないように、チャンバーＡＡのバルブＡ１００およびＡ１０１が閉じられる。従って、当該工程は、閉鎖されたチャンバー内で実施される。
【０１４０】
凍結のための冷媒流体が熱交換器Ａにもはや供給されないように、バルブＡ１２１およびＡ１２０も閉じられる。
【０１４１】
さらに、熱交換器Ａを再加熱するために、熱交換器Ａと解凍のための冷媒流体供給回路を接続しているバルブＡ１１１およびＡ１１０が、開かれる。
【０１４２】
熱交換器Ａ上に存在する物質の固体堆積物の温度が上昇して、堆積物の昇華、すなわち、物質の固相から気相への直接の移行が起こる。
【０１４３】
閉じられた環境で、昇華プロセスは、上記で説明したように解凍工程の開始時に当初真空であったチャンバーＡＡ内の圧力の増加も引き起こす。
【０１４４】
こうして、熱交換器Ａ上に未だ存在する固体堆積物の昇華により、チャンバーＡＡ内の圧力上昇が起こる。チャンバー内で物質の三重点の圧力に達した場合には、固体堆積物は、物質が固相から液相に直接移行するように、融解プロセスを進行する。
【０１４５】
このためには、解凍のための冷媒流体は、比較的高い温度、通常、物質の三重点の温度よりも１０Ｋ〜７０Ｋ高い温度で、２相状態で熱交換器において用いられる。
【０１４６】
解凍のための冷媒流体は、熱交換器に熱を放出して液化し、こうして熱交換器の外表面上に凍結した物質を昇華させ、その後融解させる。
【０１４７】
あるいは、三重点の温度よりも１０Ｋ〜７０Ｋ高い温度で、熱伝導流体を、熱交換器内で循環させて用いてもよい。熱伝導流体は、冷却される際に、熱交換器上に凍結した物質を昇華させ、その後融解させる。
【０１４８】
解凍工程は、熱交換器Ａを循環する解凍のための冷媒流体の流量／温度／蒸気量よりなる３つの組み合わせによって、または、導入される熱伝導流体の流量／温度よりなる２つの組み合わせによって、経時的に管理される。
【０１４９】
第３の機能的な工程は、回収工程（工程ＲＳ）に該当する。
【０１５０】
より具体的には、当該工程は、解凍工程の後に解凍された物質の液相を容器に集めて回収することを含む。
【０１５１】
当該工程はまた、前記抽出方法のサイクルの第１の圧力に戻る前に、同時に、チャンバー内の液相を回収することおよび残余の気相を回収することを含む。
【０１５２】
バルブＡ１３０を開くと、これにより、液相と残余の気相が排出される。バルブＶ２００は、こうして回収される液相および気相が、容器Ｒに排出されるように構成されている。
【０１５３】
なお、ここで、残余の気相の回収は、チャンバーＡＡ内の圧力が、回路１０００および１０１０の圧力に戻るまで行われる。
【０１５４】
さらに、回収工程の間、バルブＡ１００、Ａ１０１、Ａ１１１、Ａ１２０、およびＡ１２１は閉じられている。その結果、ガス混合物が、チャンバーＡＡ内を循環することはなく、冷媒流体が、熱交換器Ａを循環することもない。
【０１５５】
なお、真空サブ工程が解凍工程の間に行われなかった場合には、残余ガスが、解凍工程の開始時にチャンバーＡＡ内に存在する。これらのガスは、主に、例えば、窒素と酸素を含むものである。しかしながら、このようなガスは、抽出される物質（例えばＣＯ2）のように、解凍工程の間に、固体状態に移行することができない。従って、上述のように、真空サブ工程（ＶＳＳ）を採用して、有利に、真空ポンプＰによって望ましくないこれらの残余ガスを排出することができる。こうして、解凍工程の終わりには、チャンバーＡＡは、抽出される物質の非常に高純度のガス、すなわち、抽出される物質を非常に高濃度で含むガスを含んでいる。このように、回収工程ＲＳの間、液体の形態および残余ガスの形態の両方で、非常に高純度の抽出された物質を回収することができる。
【０１５６】
非常に高純度のガスを回収することは、ガスが、大きな商業的価値を有しうることから、有利である。一例として、本発明の抽出方法において真空サブ工程ＶＳＳを実施することは、気体状態で非常に高純度のＣＯ2を抽出できることを意味し、これは、商業的に極めて魅力的である。
【０１５７】
最後に、第４の工程が、熱交換器の温度を低下させる温度低下工程（工程ＴＳ）該当する。
【０１５８】
このためには、凍結のための冷媒流体が熱交換器Ａを循環するように、バルブＡ１２０およびＡ１２１を開く。
【０１５９】
熱交換器Ａの温度が、サイクル開始時の第１の温度に近づいた際には、凍結工程を実施するために新たにバルブを設定することにより（ガスバルブＡ１００およびＡ１０１を開くことにより）、抽出方法の新たなサイクルを開始してもよい。
【０１６０】
本発明の抽出方法はまた、各チャンバーにおける１つの工程から別の工程への移行を順序づけるための全体の順序決め工程（図２に図示せず）を含む。
【０１６１】
順序決めは、凍結工程を実施するチャンバーの数と、解凍工程、回収工程、および温度低下工程を行うチャンバーの合計数が、共に常にＮに等しくなるようにする。しかしながら、この均等性には、第１のサイクルが１度実施されてからのみ達するものであり、その結果として、抽出システムは、定常状態になる。上述のように、この均等性は、抽出方法のエネルギー効率を大きく改善し得るものである。
【０１６２】
さらに、上述の順列決めは、第１のサイクル実施後に、抽出方法全体で以下の条件が満たされるように行う。
・凍結工程、解凍工程、回収工程および温度低下工程がそれぞれ、システムの少なくとも１つのチャンバーにおいて実施されている；
・システムのチャンバーのそれぞれは、工程のサイクルと上述の順序決めの決定に従って、サイクルの工程の１つを実施する。
【０１６３】
なお、抽出方法全体を通して４つの機能的な工程を実施する各チャンバーの数の割合は、これらの工程の期間の割合にも相当する。
【０１６４】
従って、抽出システムの解凍工程と回収工程と温度低下工程の累積期間は、常に凍結工程の期間に実質的に等しい。なお、この均等性は、凍結工程の最後に、上述の真空サブ工程ＶＳＳを実施する場合でも満たされる。当該サブ工程の期間は、凍結工程の残りの期間（すなわち、物質が熱交換器上に固体状態で堆積する間の時間）と比較すると、実際には、無視し得る。例えば、真空サブ工程は、２０秒程度続くのに対し、凍結工程の期間は、通常、１０〜１５分のオーダーであってよい。このように真空サブ工程ＶＳＳは、凍結工程全体と比較してほとんど瞬時に実施される。
【０１６５】
さらに、一旦、第１のサイクルが実施されると、抽出システムにおいて解凍工程を実施するチャンバーの数は、Ｎ’（Ｎ’は、Ｎの値によって定まる整数である）になる。
【０１６６】
より具体的には、比Ｎ’／Ｎが３分の１〜２分の１の範囲の値になるようなＮ’であり、その比の値は、Ｎの値の関数となる。
【０１６７】
これは、抽出システムに存在する熱交換器の数２Ｎ（Ｎは３以上である）に関係なく、解凍工程の期間は、常に凍結工程の期間の３分の１〜２分の１の範囲にあることを意味する。
【０１６８】
一例として、Ｎ＝３のとき、比Ｎ’／Ｎは、最小値である１／３になることがわかる。
【０１６９】
同様に、例えばＮ＝４のとき、比Ｎ’／Ｎは、最大値である１／２になることがわかる。
【０１７０】
Ｎの値に関し、３つの異なるケースが想定される。
・Ｎが２の累乗である。この場合には、抽出方法は、解凍工程を実施するチャンバーの数Ｎ’が、Ｎ／２となる。これは、解凍工程の期間が、凍結工程の期間と実質的に等しくなることを意味する；
・Ｎが偶数であるが２の累乗ではない。この場合には、抽出方法は、解凍工程を実施するチャンバーの数Ｎ’が、（Ｎ／２）−１となる；および
・Ｎが奇数である。この場合には、抽出方法は、解凍工程を実施するチャンバーの数Ｎ’が、（Ｎ−１）／２となる。
【０１７１】
さらに、回収工程を実施するチャンバーの数と温度低下工程を実施するチャンバーの数は、定義により、解凍工程を実施するチャンバーの数を補完するように、常に選択される。
【０１７２】
これは、方法全体を通して、凍結工程を実施するチャンバーの数と、解凍工程、回収工程、および温度低下工程を実施するチャンバーの合計数との間の均等性が保持されるように、回収工程を実施するチャンバーの数と温度低下工程を実施するチャンバーの数が決定されることを意味する。
【０１７３】
しかしながら、機能的な工程を実施する各チャンバーの数に関する上記の割合は、対象となる抽出システムにおいて一度、第１のサイクルが実施されてからのみ満たすことができることに留意されたい。このようにして、いかなる瞬間であっても、抽出方法のサイクルの４つの機能的な工程の１つ１つをそれぞれ実施する複数のチャンバーを備えることが可能である。
【０１７４】
抽出方法全体で、抽出システムのチャンバーにおいて、このように機能的な工程を配分することは、凍結のための冷媒流体と解凍のための冷媒流体（または冷却溶媒または熱伝導流体）の連続した流れを、一連の熱交換器において得ることが可能であることを意味する。
【０１７５】
そして、この流れの連続性によって、熱交換器とコンプレッサへの供給に関して、あるいはシステムに用いられるコンプレッサに関して、定常状態が得られ、これにより、エネルギーの最適化の絶好の機会が得られる。
【０１７６】
また、決定される解凍工程の期間は、解凍工程の間に熱交換器を循環する解凍のための冷媒流体の、流量、初期蒸気量および温度の関数、または熱伝導流体の温度と流量の関数である。
【０１７７】
同様に、決定される回収工程の期間も、液相と残余の気相の回収流量の関数であり、一方で、決定される温度低下工程の期間も、熱交換器をサイクルの第１の温度にリセットするための凍結のための冷媒流体（または冷却溶媒）の流量の関数である。
【０１７８】
図３を参照し、本発明の抽出方法の主要工程の８つの熱交換器（および従って８つのチャンバー）への配分を示す。
【０１７９】
より具体的には、図３は、図１の抽出システムの８つの熱交換器Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ及びＨのそれぞれが連続してサイクル式に実施する種々の機能的な工程を、表の形式で表している。
【０１８０】
図３において、８つの時間間隔ｘ１〜ｘ８が、時間軸に相当する横軸に表されている。
【０１８１】
抽出システムの８つの熱交換器のそれぞれが、縦軸に示されている。
【０１８２】
検討する間隔ｘ１〜ｘ８のそれぞれにおいて、熱交換器Ａ〜Ｈで、特定の機能的な工程が実施されており、これにより、抽出システムの１組のバルブ対が、図１を参照して説明したような特定の設定をとる。
【０１８３】
第１の時間間隔ｘ１の間に、熱交換器Ａは凍結工程を実施し（当該工程の開始）、熱交換器Ｂは温度低下工程を開始し、熱交換器Ｃは抽出される物質の液相の回収工程を開始し、熱交換器Ｄは解凍工程を実施する（当該工程の後半）。
【０１８４】
図３の記載に従った時間間隔ｘ１における図１に示された抽出システムの１組のバルブ対の開閉についての位置を、下記の表に纏める。
【０１８５】
種々のバルブの「開」および「閉」の位置をそれぞれ、「Ｏ」および「Ｃ」の文字で示す。
【０１８６】
【表１】
2013501609.tif 000003
【０１８７】
抽出方法の４つの機能的な工程は、抽出システムの８つの熱交換器のそれぞれにおいて、同様にして実施される。
【０１８８】
このように、表１より、各時間間隔ｘ１〜ｘ８において、抽出システムのバルブの設定を決定することができる。なお、上記の表は、凍結工程の終わりに真空サブ工程ＶＳＳを実施するときのバルブの設定を含んでいない。この任意のサブ工程は、工程の全体の順序決めに大きな影響があるものではないので、意図的に省略している。
【０１８９】
さらに、図３は、例えば、８つの時間間隔ｘ１〜ｘ８にわたって起こる熱交換器Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、及びＨの間の時間的なずれを示している。
【０１９０】
各熱交換器についてサイクル式に連続して実施されるの工程を検討することによって、各熱交換器において、抽出方法は、２つの主要な時間系列で実施されていることがわかる。２つの主要な時間系列とは、凍結工程とそれに続く３つの機能的な工程、すなわち解凍工程、回収工程、および温度低下工程である。
【０１９１】
ここで、抽出方法全体を通して、凍結工程を実施するチャンバー（または熱交換器）の数は、解凍工程、回収工程、および温度低下工程を実施するチャンバーの合計数に等しいことが明確にわかる。
【０１９２】
さらに、この特定の場合において、Ｎは偶数である。よって、方法全体を通して、
・凍結工程中のＮ＝４個のチャンバーと；
・解凍工程中のＮ／２＝２個のチャンバーがある。
【０１９３】
さらに、回収工程を実施するチャンバーの数と、温度低下工程を実施するチャンバーの数はそれぞれ、解凍工程と回収工程と温度低下工程を実施するチャンバーの合計数が４になるように選択される。
【０１９４】
この特定の場合において、回収工程を実施するチャンバーの数と、温度低下工程を実施するチャンバーの数は、必然的に１である。
【０１９５】
その結果、Ｎ＝４のとき、解凍工程の期間は、凍結工程の期間の半分になり、一方で、回収工程および温度低下工程の期間はそれぞれ、凍結工程の期間の４分の１になる。
【０１９６】
図３および表１に従って、抽出システムの１組のバルブ対を制御することで、使用される種々の流量、すなわち、抽出システムの各チャンバー内のガス混合物の流量、各熱交換器の凍結および解凍のための冷媒流体の流量、および種々のチャンバーからの液相で回収される物質の流量、を安定化することができる。
【０１９７】
このようにして、抽出システムにおける３つの流量のコンストラクタルな分配、すなわち流量を２で割算した値を得ることができる。
【０１９８】
しかし、Ｎが２の累乗の整数であって、かつ８以上である状況においては、解凍工程および温度低下工程を実施するチャンバーの数に関していくつかの設定が可能となることに留意されたい（これは、他のＮの値でも当てはまる）。
【０１９９】
上述のように、いくつかの設定が可能な場合、抽出システムのチャンバーにおける機能的な工程のコンストラクタルな順序決めに相当する設定を選択することは必須ではない。
【０２００】
可能なそれらの設定の選択は、ランダムになされてもよく、抽出システムの特定の制約の関数としてなされてもよい。
【０２０１】
さらに、Ｎ＝４の場合、比Ｎ’／Ｎが最大値である１／２となっていることがわかる。
【０２０２】
本発明の抽出方法の一例でＮ＝６である場合を、図４を参照して以下説明する。
【０２０３】
より具体的には、図４は、抽出システムの１２個の熱交換器（Ａ’〜Ｌ’で示す）のそれぞれが連続してサイクル式に実施する種々の機能的な工程を、表の形式で表している。
【０２０４】
この場合は、整数Ｎは偶数であるが２の累乗ではないという点で、図３の場合と異なっている。
【０２０５】
本発明に従い、凍結工程を実施するチャンバー（および熱交換器）の数は、解凍工程、回収工程、および温度低下工程を実施するチャンバーの合計数に等しい。
【０２０６】
より具体的には、この特定の場合において、方法全体を通して、
・凍結工程中のＮ＝６個のチャンバー；と
・解凍工程中の（Ｎ／２）−１＝２個のチャンバーがある。
【０２０７】
さらに、この特定の場合においては、方法全体を通して、回収工程を実施する２個のチャンバーと、温度低下工程を実施する２個のチャンバーがあるように、抽出システムが設定される。
【０２０８】
その結果、解凍工程、回収工程、および温度低下工程の期間はそれぞれ、凍結工程の期間の３分の１に等しくなる。
【０２０９】
図５は、６個の熱交換器を含む抽出システムにおける抽出方法の機能的な工程の配分の一例を、表の形式で表すものである。
【０２１０】
結果、Ｎ＝３であり、Ｎは奇数の整数である。
【０２１１】
より具体的には、この特定の場合において、方法全体を通して、
・凍結工程中のＮ＝３個のチャンバーと；
・解凍工程中の（Ｎ−１）／２＝１個のチャンバーがある。
【０２１２】
この特定の場合では、抽出システムは、抽出方法全体を通して、回収工程を実施する１個のチャンバーと、温度低下工程を実施する１個のチャンバーを必須として有する。
【０２１３】
これは、解凍工程、回収工程、および温度低下工程の期間が、凍結工程の期間の３分の１に等しくなることを意味している。
【０２１４】
また、この場合には、比Ｎ’／Ｎは、３分の１になる、すなわち、比Ｎ’／Ｎがとり得る最小値となることがわかる。
【０２１５】
通常、本発明の抽出システムに含まれる熱交換器の数２Ｎ（Ｎは３以上である）は、施設の規模に関連する詳細設計的な理由により選択される。
【０２１６】
また、本発明の抽出システムの種々のバルブの開閉を制御するための制御装置をプログラムすることを想定することができる。
【０２１７】
当該制御装置は、例えば、図３、４および５を参照して、上述の機能的な工程の順序決めを満足するようにプログラムされていてもよい。
【０２１８】
当該制御装置はまた、図２を参照して上述の準備工程ＥＸを実施するために、測定手段を制御してもよい。
【図１】
2013501609.tif 000004
【図２】
2013501609.tif 000005
【図３】
2013501609.tif 000006
【図４】
2013501609.tif 000007
【図５】
2013501609.tif 000008
【国際調査報告】
2013501609.tif 000009
2013501609.tif 000010
2013501609.tif 000011
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