(57)【要約】  本発明は、反応装置（１ａ、１ｂ）を備える少なくとも１つの反応デバイス、またはガスを吸収できる反応剤を格納する容器を作動させるタイプの冷気を生成する熱化学システムおよび熱化学方法であって、反応剤およびガスは、互いが存在する際に、反応剤がガスを吸収する作用を有する反応の対象になり、逆に、反応剤がガスを吸収したときにこの反応剤に印加された加熱作用を受けて、反応剤に吸収されたガスを脱着する反応の対象になるようなものであり、本システムは、一方の反応装置（１ｂ）が吸収状態で動作し、もう一方の反応装置（１ａ）が脱着状態で動作するように逆のサイクルで動作するように配置されたほぼ同じ２つの反応デバイスを備える、冷気を生成する熱化学システムおよび熱化学方法に関する。本システムは、前記熱化学反応の進行速度（Ｘ）を判定する手段を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応剤が入った反応装置（１ａ、１ｂ）およびタンク（３ａ、３ｂ）を備える少なくとも１つの反応デバイスを作動させるタイプの冷気を生成する熱化学システムであって、前記反応剤および前記ガスは、互いが存在する際に、前記反応剤が前記ガスを吸収する作用を有する熱化学反応の対象になり、逆に、前記反応剤が前記ガスを吸収したときに前記反応剤に印加された加熱作用を受けて、前記反応剤に吸収された前記ガスを脱着する反応の対象になるようなものであり、前記システムは、一方の前記反応装置（１ｂ）が吸収状態で動作し、もう一方の前記反応装置（１ａ）が脱着状態で動作するように逆の段階で動作するように配置された２つの反応デバイスを備える、冷気を生成する熱化学システムにおいて、前記熱化学反応の進行速度（Ｘ）を判定する手段を有することを特徴とする、冷気を生成する熱化学システム。
【請求項２】
前記タンク（３ａ、３ｂ）には、各々のタンク内にある液化ガスの量を測定できる手段が備わっていることを特徴とする、請求項１に記載の冷気を生成する熱化学システム。
【請求項３】
前記タンク（３ａ、３ｂ）には、とりわけ容量性タイプの水位センサ（２３ａ、２３ｂ）が備わっていることを特徴とする、請求項２に記載の冷気を生成する熱化学システム。
【請求項４】
前記タンク（３ａ、３ｂ）は、各々のタンクを出入りする液化ガスの量を測定できる手段が備わっていることを特徴とする、請求項２または３に記載の冷気を生成する熱化学システム。
【請求項５】
前記反応装置（１ａ、１ｂ）には、圧力センサ（２７ａ、２７ｂ）が備わっていることを特徴とする、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の冷気を生成する熱化学システム。
【請求項６】
前記２つの反応装置（１ａ、１ｂ）を前記システムの他の素子から隔離することができるとともに、前記両反応装置を互いに接続できる接続手段（１１）を有して、一方の反応装置のガスをもう一方の反応装置の方へ移送できることを特徴とする、請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の冷気を生成する熱化学システム。
【請求項７】
凝縮器および蒸発器と連通できるタンク（３ａ、３ｂ）内に入っているガスを吸収できる反応剤が入った反応装置（１ａ、１ｂ）で構成された少なくとも１つの反応デバイスを作動させるタイプの冷気を生成する熱化学方法であって、前記反応剤および前記ガスは、互いが存在する際に、前記反応剤が前記ガスを吸収する作用を有する熱化学反応の対象になり、逆に、前記反応剤が前記ガスを吸収したときに前記反応剤に印加された加熱作用を受けて、前記反応剤に吸収された前記ガスを脱着する反応の対象になるようなものであり、一方の前記反応装置（１ａ）が吸収状態で動作し、もう一方の前記反応装置（１ｂ）が脱着状態で動作するように逆の段階で動作させる２つの反応デバイスを使用する、熱化学方法において、プロセスの過程で前記熱化学反応の進行速度（Ｘ）を判定することを特徴とする、冷気を生成する熱化学方法。
【請求項８】
前記タンク（３ａ、３ｂ）内にある液化ガスの量を測定することを特徴とする、請求項７に記載の冷気を生成する熱化学方法。
【請求項９】
前記タンク（３ａ、３ｂ）を出入りする液化ガスの量を測定することからなる工程を含むことを特徴とする、請求項８に記載の冷気を生成する熱化学方法。
【請求項１０】
前記タンク（３ａ、３ｂ）内に入っている液化ガス（Ｎｂ、Ｎｈ）の水位を測定することからなる工程を含むことを特徴とする、請求項８に記載の冷気を生成する熱化学方法。
【請求項１１】
吸収過程にある前記反応装置（１ｂ）に連結している前記タンク（３ｂ）内の液体水位が下限（Ｎｂ）に達し、脱着過程にある前記反応装置（１ａ）に連結している前記タンク（３ａ）内の液体水位（Ｎｈ）が上限（Ｎｈ）に達したときに、前記プロセスの進行を停止することを特徴とする、請求項１０に記載の冷気を生成する熱化学方法。
【請求項１２】
前記液化ガスが前記水位に達したときに、連結している前記反応装置（１ａ）の前記反応進行速度が最大速度（ＸＭａｘ）などの所望の反応進行速度になるように、タンクの水位（２３ｂ）を感知する前記センサの前記下限（Ｎｂ）を調節することを特徴とする、請求項１１に記載の冷気を生成する熱化学方法。
【請求項１３】
前記液化ガスが前記水位に達したときに、前記センサに連結している前記反応装置（１ｂ）の前記反応進行速度が最小速度（ＸＭｉｎ）などの所望の反応進行速度になるように、水位（２３ａ）を感知する前記センサの前記上限（Ｎｈ）を調節することを特徴とする、請求項１１または１２に記載の冷気を生成する熱化学方法。
【請求項１４】
タンク（３ｂ）内で到達する最初の水位閾値が低位（Ｎｂ）であるとき、前記タンクと前記蒸発器（１３）との連通を閉鎖し、もう一方のタンク（３ａ）内で前記高位（Ｎｈ）に達するのを待って、前記タンクが前記凝縮器（１５）と連通する弁（１７ａ）を閉鎖して動作工程を停止することを特徴とする、請求項１１〜１３のうちいずれか一項に記載の冷気を生成する熱化学方法。
【請求項１５】
タンク（３ａ）内で到達する最初の水位閾値が高位（Ｎｈ）であるとき、もう一方のタンク内で前記低位（Ｎｂ）に達するのを待って、前記タンクと前記蒸発器（１３）との連通およびもう一方のタンク（３ａ）と前記凝縮器（１５）との連通を閉鎖して動作工程を停止することを特徴とする、請求項１１〜１３のうちいずれか一項に記載の冷気を生成する熱化学方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の工程を停止した時点で、前記２つの反応装置（１ａ、１ｂ）の連通を命令することを特徴とする、請求項１５に記載の冷気を生成する熱化学方法。
【請求項１７】
前記２つの反応装置（１ａ、１ｂ）の連通を、該２つの反応装置内の圧力（Ｐｃ）が等しくなるまで維持することを特徴とする、請求項１６に記載の冷気を生成する熱化学方法。
【請求項１８】
前記２つの反応装置（１ａ、１ｂ）内の圧力が均一になった時点で、再生状態にある前記反応装置（１ａ）内の圧力が下限値（Ｐｂ）に達するまで、該反応装置どうしの連通を中断することを特徴とする、請求項１７に記載の冷気を生成する熱化学方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱化学方法によって冷気を生成する装置および方法に関し、さらに詳細には、ほぼ連続的に制御状態で冷気を生成できる装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
可逆的で強く発熱する熱化学反応の特性を利用するシステムが知られ、この熱化学反応の過程では、特定の塩、とりわけ塩化カルシウムまたは塩化バリウムなどの反応剤が、とりわけアンモニアなどの適切なガスを吸収する。この反応の可逆的な特徴により、この反応が終了した時点で、塩を加熱して最初のガスを回収することができ、その結果、このサイクルを繰り返すことができる。
【０００３】
この特性は、冷気生成システムに利用されており、このシステムでは、熱化学システムを液相のガスが入ったタンクと制御状態で連通させる。２つの容器が連通すると、タンクに入っている液状ガスは蒸発し、これによって一定量の熱が吸収され、その結果タンクは冷却され、このガスは、反応剤に吸収され、これによって前述の化学反応が発生し、その結果、反応装置は熱の発散源となる。反応が終了した時点で、反応装置内に入っている生成物を再加熱すれば、反応剤に吸収されていたガスが解放され、このガスはタンク内で凝縮される。
【０００４】
この種のデバイスは、試薬の再生段階で、デバイスが当然ながら冷気を生成していない状態であれば、連続的に機能しないことがわかる。
【０００５】
我々は、国際特許第２００９／１５３２４５号明細書（特許文献１）、国際特許第２００５／１０８８８０号明細書（特許文献２）、および国際特許第９７／４９９５８号明細書（特許文献３）で、吸着による反応デバイスを用いて、つまり化学反応なしで動作するヒートポンプであって、反応デバイスの一方の反応装置が吸着状態で動作し、もう一方の反応装置が脱着状態で動作するように、逆の段階で動作するために結合しているヒートポンプを提供した。しかしながら、このようなシステムは、実際の熱化学反応を実施し、優れた効果を有する本発明によるシステムとは極めて異なるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際特許第２００９／１５３２４５号明細書
【特許文献２】国際特許第２００５／１０８８８０号明細書
【特許文献３】国際特許第９７／４９９５８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明は、連続的またはほぼ連続的に、かつ完全に制御した方法で動作できる、熱化学方法によって冷気を生成する装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
したがって、本発明は、反応装置を備える少なくとも１つの反応デバイス、またはガスを吸収できる反応剤を格納する容器を作動させるタイプの冷気を生成する熱化学システムであって、反応剤およびガスは、互いが存在する際に、反応剤がガスを吸収する作用を有する反応の対象になり、逆に、反応剤がガスを吸収したときにこの反応剤に印加された加熱作用を受けて、反応剤に吸収されたガスを脱着する反応の対象物になるようなものであり、このシステムは、一方の反応装置が吸収状態で動作し、もう一方の反応装置が脱着状態で動作するように逆のサイクルで動作するように配置されたほぼ同じ２つの反応デバイスを備える、冷気を生成する熱化学システムにおいて、前記熱化学反応の進行速度を判定する手段を有することを特徴とする、冷気を生成する熱化学システムを目的とする。
【０００９】
このような測定は、熱化学反応の進行速度がわかることで、熱化学システム内に残っているエネルギー貯蔵量を常時知ることができ、とりわけ各動作段階の終了前に知ることができるという点で、特に有益である。
【００１０】
各反応装置と各タンクとの間に凝縮器および蒸発器を配置することが好ましい。本発明によれば、凝縮器および／または蒸発器は、２つの反応装置に共通のものである。
【００１１】
反応進行速度（つまり、反応装置に吸収されたガス量とこの反応装置が吸収できるガスの総量との比）を制御するために、タンクには、とりわけそれぞれのタンクを出入りするガス量を測定するか、あるいは水位センサを用いてそれぞれのタンク内の液化ガスの水位を測定することで、それぞれのタンク内にある液化ガスの量を測定できる手段を備えることができる。
【００１２】
本発明によるシステムは、このほか、とりわけ各サイクル終了時に２つの反応装置をシステムの他の素子から隔離することができるとともに、両反応装置を互いに接続できる接続手段を有して、一方の反応装置のガスをもう一方の反応装置の方へ移送できるようにする。これらの接続手段は、プログラム式の電子制御手段、とりわけマイクロコントローラで操作される電磁弁で構成されることが好ましい。
【００１３】
本発明は、凝縮器および蒸発器と連通できるタンク内に入っているガスを吸収できる反応剤が入った反応装置で構成された少なくとも１つの反応デバイスを作動させるタイプの冷気を生成する熱化学方法であって、この反応剤およびガスは、互いが存在する際に、反応剤がガスを吸収する作用を有する熱化学反応の対象になり、逆に、反応剤がガスを吸収したときにこの反応剤に印加された加熱作用を受けて、反応剤に吸収されたガスを脱着する反応の対象になるようなものであり、一方の反応装置が吸収状態で動作し、もう一方の反応装置が脱着状態で動作するように逆の段階で動作させる２つの反応デバイスを使用する、熱化学方法において、前記熱化学反応の進行速度を制御する手段を有することを特徴とする、冷気を生成する熱化学方法も目的とする。
【００１４】
本発明による方法は、有利には、タンク内にある液化ガスの量を測定する工程を含むことができ、この工程では、とりわけこの両タンクを出入りする液化ガスの量を測定する。
【００１５】
本方法は、タンク内に入っている液化ガスの水位を測定するとともに、吸収過程にある反応装置に連結しているタンク内の液体水位が下限に達し、脱着過程にある反応装置に連結しているタンク内の液体水位が上限に達したときに、プロセスの進行を停止することからなる工程も含むことができる。
【００１６】
本発明によれば、液化ガスがその水位に達したときに、連結している反応装置の反応進行速度が最大速度などの所望の反応進行速度になるように、タンクの水位を感知するセンサの前記下限を調節する。
【００１７】
このほか、液化ガスがその水位に達したときに、センサに連結している反応装置の反応進行速度が最小速度などの所望の反応進行速度になるように、水位を感知するセンサの前記上限を調節する。
【００１８】
本発明によれば、タンクのうちの一方がもう一方よりも速くそのタンクの閾値水位に達した場合、低位に達する方のタンクを優先する。さらに詳細には、タンクが到達する最初の水位閾値が低位であるとき、このタンクに連結している反応装置を優先し、もう一方のタンクがそのタンクの高位に達するのを待ってこのタンクを蒸発器から切り離し、このタンクが凝縮器と連通する弁を閉鎖してプロセスを中断する。
【００１９】
タンクが到達する最初の水位閾値が高位であるとき、もう一方のタンクが低位に達するまでプロセスを続行する。
【００２０】
プロセスを停止した時点で、２つの反応装置を連通するよう命令し、両反応装置内の圧力が等しくなるまでこの連通を維持する。
【００２１】
以下、非限定的な例として、添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明していく。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明によるシステムの概略図であり、一方の反応装置が吸収状態で動作し、もう一方の反応装置が脱着状態で動作するプロセスの過程にある様子を示す図である。
【図２】図１に示したシステムの概略図であり、プロセスを中断したあとで、２つの反応装置を連通させる工程を示す図である。
【図３】図１および図２に示したシステムの概略図であり、２つの反応装置に動作圧力を印加する工程を示す図である。
【図４】動作サイクルの過程で２つの反応装置それぞれにおける圧力変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１から図３に概略的に示した熱化学システムは、本質的に、反応剤、例えばとりわけ塩化バリウムまたは塩化カルシウムが入った２つの反応装置１ａおよび１ｂを備えるとともに、以下で明らかにしていく反応において反応剤と反応できる特定の液状ガスであって、とりわけアンモニアであってよいガスが入った２つのタンク３ａおよび３ｂを備えている。
【００２４】
公知のとおり、反応剤および特定のガスは、反応剤が発熱性の熱化学反応によってガスを吸収でき、その後、反応生成物を加熱した際に逆の熱化学反応によってそのガスを放出できるようなものである。
【００２５】
反応装置１ａおよび１ｂのそれぞれの入口５ａおよび５ｂは、平行に配置された２つの電磁弁、すなわち反応装置１ａ用の電磁弁７ａおよび電磁弁７’ａならびに反応装置１ｂ用の電磁弁７ｂおよび電磁弁７’ｂの第１の入口に結合している。このほか、電磁弁１１が２つの入口５ａおよび５ｂを結合している。
【００２６】
電磁弁７ａの第２の入口および電磁弁７ｂの第２の入口は、両者の間で結合するとともに、蒸発器１３で結合し、電磁弁７’ａの第２の入口および電磁弁７’ｂの第２の入口は、両者の間で結合するとともに、凝縮器１５の入口１５ａで結合している。一方、凝縮器の出口１５ｂは、平行な２つの電磁弁、それぞれ１７ａおよび１７ｂの第１の入口に結合し、この２つの電磁弁の各々の第２の入口は、２つのそれぞれのタンク３ａおよび３ｂの入口にそれぞれ結合している。タンク３ａおよび３ｂの各々の出口は、それぞれの電磁弁２１ａおよび２１ｂを介して、蒸発器１３に結合している。
【００２７】
本システムの動作、とりわけ電磁弁の開閉は、制御手段、とりわけ図面に示していないマイクロコントローラで操作される。
【００２８】
本システムの動作は、以下の例に記載するように確立され、この例では、反応装置１ａは脱着モード（再生）にあり、反応装置１ｂは吸収モード（冷気生成）にあると考える。このようなプロセスを図１に示しており、この図では、マイクロコントローラによって閉位置になっている電磁弁を黒で示している。
【００２９】
公知のように、反応装置１ａ内に入っている反応剤を再生するためには、例えば電気抵抗を用いてこの反応剤を加熱する。これは、反応剤が吸収したガス、すなわちアンモニアを解放する効果があり、このガスは、開位置にある電磁弁７’ａを通過して凝縮器１５で凝縮され、開位置にある電磁弁１７ａを通過してタンク３ａに到達し、このタンク内では水位が矢印Ｆ１で示したように上昇する。
【００３０】
これと同時に、反応装置１ｂは、吸収モード（冷気生成）にあり、そのために、開位置にある電磁弁７ｂを介して蒸発器１３に結合していて、タンク３ｂは、開位置にある電磁弁２１ｂを介して蒸発器に結合している。したがって、タンク３ｂ内の液体の水位は、矢印Ｆ２で示したように低下する。
【００３１】
本発明による熱化学システムの効果は、吸収終了時の反応進行速度ＸＭａｘおよび脱着終了時の反応進行速度ＸＭｉｎによって決まることを確認した。また、これらの反応進行速度は、検討している用途によって決まることも確認した。本発明によれば、制御可能な手段を用いる。よって、各々の反応装置の反応進行速度Ｘを測定できることが重要である。
【００３２】
したがって、第１の実施変形例では、タンク３ａおよび３ｂ内部にある液化ガスの水位を制御することでこの２つの反応進行速度を制御する。そのために、この両タンクには、液体水位測定器、それぞれ２３ａおよび２３ｂが備わっており、この測定器によって、各々のタンク３ａ、３ｂに対する高位閾値Ｎｈおよび低位閾値Ｎｂを規定できる。
【００３３】
したがって、この実施形態において、反応装置１ｂが吸収状態にある図１に示した段階では、液化ガスの水位が低位Ｎｂに達した際に、反応装置１ｂの反応進行速度が所望の最大反応進行速度すなわちΧＭａｘに等しくなるように、タンク３ｂのセンサ２３ｂを設定する。
【００３４】
同じように、これと同時に、反応装置１ａは脱着状態にあり、タンク３ａに液化ガスが充満していて、液化ガスの水位が高位Ｎｈに達した際に、反応装置１ａの反応進行速度が所望の最小反応進行速度すなわちＸＭｉｎに等しくなるように、このタンクのセンサ２３ａを設定する。
【００３５】
このような条件で、本発明によれば、高位閾値Ｎｈおよび低位閾値Ｎｂの値に達した時点で動作段階を停止する。
【００３６】
さらに詳細には、一方のタンクが最初に閾値に達した場合（ほとんどの場合は当然このようになる）、それは低位を示しており、これをまず考慮する。
【００３７】
したがって、吸収状態にある反応装置に連結しているのがタンクであり（つまりこの例ではタンク３ｂ）、このタンクが最初に閾値水位、つまりこの場合は低位Ｎｂに達すれば、電磁弁２１ｂを閉鎖してこのタンクを蒸発器１３から隔離する。これは、もう一方の反応装置、この場合は反応装置１ａの脱着反応が終了するのを待って行い、この反応装置に連結しているタンク、この場合はタンク３ａの水位が閾値水位つまり高位Ｎｈに達した際に確認することである。その後、電磁弁１７ａを閉鎖して、この動作段階を終了する。
【００３８】
逆に、脱着状態にあるのが反応装置、この場合は反応装置１ａであり、これに連結しているタンク、この場合はタンク３ａが最初に閾値水位つまり高位Ｎｈに達した場合、もう一方のタンク、この場合は反応装置１ｂに連結しているタンク３ｂが閾値水位、この場合は低位閾値Ｎｂに達するまで、この反応装置の脱着を継続させる。その後電磁弁２１ｂおよび１７ａを閉鎖する。そしてこの動作段階を終了する。
【００３９】
本発明の第２の実施変形例では、タンク３ａおよび３ｂへ出入りする液化ガスの量を測定できる手段を用いて、各々の反応装置１ａおよび１ｂの反応進行速度を制御する。
【００４０】
図２および図４に示した本発明のもう１つの有益な実施形態では、前述の動作段階が終了した際に、弁７’ａおよび７ｂを閉鎖して反応装置１ａおよび１ｂを蒸発器１３および凝縮器１５から隔離したあと、電磁弁１１を開口して時間ｔ１で２つの反応装置１ａおよび１ｂを連通させる。
【００４１】
このように、２つの反応装置１ａおよび１ｂが時間ｔ２に共通圧力Ｐｃに達するまで両反応装置を連通状態にしておき、その後、図３および図４に示したように、電磁弁１１を閉鎖して両反応装置の接続を中断する。そのために、各々の反応装置１ａおよび１ｂは、圧力測定センサ、それぞれ２７ａ、２７ｂを有するか、あるいは、好ましくは２つの反応装置１ａおよび１ｂ内の差圧を測定する手段を有する。
【００４２】
図４に示したように、反応装置１ａ内の圧力が時間ｔ３で低い動作圧力Ｐｂに達したとき、電磁弁７ａ、７’ｂおよび１７ｂを開口してシステムの動作を逆にすると、システムの動作段階は前段の逆になり、そのとき反応装置１ａは、吸収モード（冷気生成）で動作し、反応装置１ｂは脱着モード（再生）で動作する。
【００４３】
作動している各段階の最後でこのように２つの反応装置を連通させることで、高圧状態にある反応装置のガスを低圧状態で反応装置に移送して、これらの反応装置の圧力を上昇および降下させる中間段階に必要な時間を短縮することができる。
【００４４】
このように、冷気を生成する２つの半期サイクルの間で失われる時間を削減すると同時に、システムが連続的に動作する特性を向上させる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2015521271.tif 000008
2015521271.tif 000009
2015521271.tif 000010
2015521271.tif 000011