(57)【要約】  本発明は、低温太陽熱源（２００）から周囲温度よりも約４０℃低く冷凍を自律的に実現する装置に関し、前記装置は、（ｉ）固体試薬（５０２）を冷却および／または加熱するように構成される反応器（２０２）と、（ｉｉ）凝縮器（２０７）と、（ｉｉｉ）周囲温度で液体冷媒（２１７）を貯蔵する第１のタンク（２０８）と、（ｉｖ）相変化材料を貯蔵するように構成され、さらに蒸発器（２１２）を備える筐体（２１５）と、（ｖ）低温で液体冷媒（２１７）を貯蔵する第２のタンク（２０９）と、（ｖｉ）冷媒を輸送する手段（２０３，２１１，２１４，２１６，５０４）と、（ｖｉｉ）冷媒の流れを制御する手段（２０４〜２０６）とを備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
５０℃〜１３０℃の低温太陽熱源（２００）から冷凍を実現する自律装置であって、前記冷凍は、周囲温度よりも５℃〜４０℃低い温度差がある状態で実現され、前記装置は、固体試薬による冷媒の熱化学的収着のための方法を実施し、前記装置は、
前記固体試薬（５０２）を含むように配置される反応器（２０２）であって、前記反応器（２０２）を冷却および／または加熱する少なくとも１つの熱交換器（２０１）を備える反応器（２０２）と、
前記反応器（２０２）から来る前記ガス冷媒を液化することができる凝縮器（２０７）と、
周囲温度で前記凝縮器（２０７）によって生成される前記液体冷媒（２１７）を貯蔵する第１のタンク（２０８）と、
相変化材料（２１３）を貯蔵するように構成されており、また、前記相変化材料（２１３）と直接接触して、前記液体冷媒（２１７）を蒸発させることができる蒸発器（２１２）を備える筐体（２１５）と、
周囲温度よりも低い温度で前記液体冷媒（２１７）を貯蔵する第２のタンク（２０９）であって、一方で前記第１のタンク（２０８）に接続され、他方で前記蒸発器（２１２）および前記反応器（２０２）に接続される第２のタンク（２０９）と、
前記反応器（２０２）、前記第１のタンク（２０８）、前記第２のタンク（２０９）および前記蒸発器（２１２）間で液体またはガス形態で前記冷媒を循環させるように配置される、前記冷媒を輸送する少なくとも１つの手段（２０３，２１１，２１４，２１６，５０４）と、
前記冷媒を輸送する前記手段（２０３，２１１，２１４，２１６，５０４）に作用する、前記冷媒の流れを制御する少なくとも１つの手段（２０４〜２０６）であって、前記反応器（２０２）、前記第１および第２のタンク（２０８，２０９）、前記凝縮器（２０７）ならびに前記蒸発器（２１２）に行き渡っている圧力の関数として独立して前記冷媒の前記流れを調整するように構成される少なくとも１つの制御手段（２０４〜２０６）とを備える、自律装置。
【請求項２】
前記筐体（２１５）および／または前記第２のタンク（２０９）は断熱されることを特徴とする請求項１に記載の装置（２００）。
【請求項３】
前記蒸発器（２１２）には、前記蒸発器（２１２）の入口（２１８）と出口（２１９）との間の前記冷媒の密度の差によって前記第２のタンク（２０９）から液体冷媒（２１７）が供給されることを特徴とする請求項１または２に記載の装置（２００）。
【請求項４】
前記反応器（２０２）は、前記熱交換器（２０１）および／または前記反応器（２０２）を含むように構成され、前記反応器（２０２）の熱損失を低減することができる等温ハウジング（５０３）をも備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置（２００）。
【請求項５】
前記反応器（２０２）は、前記固体試薬（５０２）を備え、かつ、前記冷媒を輸送する前記手段（２０３，２１１，２１４，２１６，５０４）によって互いに接続される複数の管状要素（５０１）から形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置（２００）。
【請求項６】
前記複数の管状要素（５０１）は、前記複数の管状要素（５０１）の熱効率を改善する太陽光吸収コーティング（５０５）で被覆され、前記コーティングは、前記複数の管状要素（５０１）の壁に近接することを特徴とする請求項５に記載の装置（２００）。
【請求項７】
前記太陽光吸収コーティング（５０５）は低い赤外線放射率を持つことを特徴とする請求項６に記載の装置（２００）。
【請求項８】
前記反応器（２０２）は、太陽放射を透過させる少なくとも１つのカバー要素（５０６）をも備え、前記少なくとも１つのカバー要素（５０６）は、熱損失を低減し、かつ太陽熱集熱効率を最大化するように構成され、前記少なくとも１つのカバー要素（５０６）は、太陽に対して露出する前記反応器（２０２）の表面を超えて広がることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の装置（２００）。
【請求項９】
太陽に対して露出しない前記反応器（２０２）の複数の表面の少なくとも１つは、熱損失を低減するために断熱されることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の装置（２００）。
【請求項１０】
前記反応器（２０２）は、太陽の方向に実質的に直交する平面内に前記反応器（２０２）の前記複数の管状要素（５０１）があるように前記複数の管状要素（５０１）を向けて、太陽光を吸収する最大可能面積を実現するための作動手段をも備えることを特徴とする請求項５〜９のいずれか１項に記載の装置（２００）。
【請求項１１】
前記反応器（２０２）の夜間冷却は、前記反応器（２０２）における空気の自然循環によって実現されることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の装置（２００）。
【請求項１２】
前記反応器（２０２）は、前記複数の管状要素（５０１）の換気のための少なくとも１つのフラップ（５０８，５０９）をも備え、前記少なくとも１つのフラップ（５０８，５０９）は、前記反応器（２０２）の上部および／または下部に配置されることを特徴とする請求項１１に記載の装置（２００）。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの換気フラップ（５０８，５０９）は、これが閉鎖位置にあるときに前記反応器（２０２）を封止するように構成されることを特徴とする請求項１２に記載の装置（２００）。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの換気フラップ（５０８，５０９）は、これを開放および／または閉鎖する駆動手段をも備えることを特徴とする請求項１２または１３に記載の装置（２００）。
【請求項１５】
前記駆動手段は、低出力電気モータを備えることを特徴とする請求項１４に記載の装置（２００）。
【請求項１６】
前記電気モータは、発電および／または蓄電装置によって電力供給されることを特徴とする請求項１５に記載の装置（２００）。
【請求項１７】
前記駆動手段は、圧搾エア貯蔵部に接続される圧搾エアロータリジャッキによって動作させるラック（６０１）・アンド・ピニオン（６０２）装置からなることを特徴とする請求項１４に記載の装置（２００）。
【請求項１８】
前記圧搾エア貯蔵部は、太陽電池パネルによって動力供給されるエアコンプレッサによって補充されることを特徴とする請求項１７に記載の装置（２００）。
【請求項１９】
前記駆動手段は、太陽に対して露出する吸収プレート（６１２）に熱接触するサーモスタット中空部（６１１）によって制御される単動式液圧リニアジャッキ（６０５）によって動作するラック（６０１）・アンド・ピニオン（６０２）装置からなることを特徴とする請求項１４に記載の装置（２００）。
【請求項２０】
前記複数の管状要素（５０１）は、複数の円環状のフィン（５１０）をも備え、前記複数の円環状のフィン（５１０）の基部は、熱交換を強化するために前記管状要素（５０１）の壁に緊密に熱接触することを特徴とする請求項１１〜１９のいずれか１項に記載の装置（２００）。
【請求項２１】
前記複数のフィン（５１０）は、前記熱交換を強化する太陽光吸収コーティングで被覆されることを特徴とする請求項２０に記載の装置（２００）。
【請求項２２】
前記複数の管状要素（５０１）は、前記管状要素（５０１）の周囲の空気の流れを改善するために水平に配置されることを特徴とする請求項１１〜２１のいずれか１項に記載の装置（２００）。
【請求項２３】
前記凝縮器（２０７）はフィン付き管交換器型であり、前記フィン付き管（５１０）の周囲の自然空気対流によって昼間に冷却することを特徴とする請求項１１〜２２のいずれか１項に記載の装置（２００）。
【請求項２４】
前記反応器（２０２）の夜間冷却は、サーモサイフォンとして動作するヒートパイプループによって実現され、前記ヒートパイプループは、
熱力学的仕事量を実現することができる作動流体であって、少なくとも１つの輸送する手段（７０７，７０８）によって前記ヒートパイプループを伝わる作動流体と、
前記反応器（２０２）の前記複数の管状要素（５０１）と協働するいわゆるヒートパイプ蒸発器（７０１）であって、前記作動流体を蒸発させ、前記反応器（２０２）によって解放される熱を吸収するように構成されるヒートパイプ蒸発器（７０１）と、
前記蒸発器（２１２）および前記反応器（２０２）と協働する、いわゆるヒートパイプ凝縮器（７０２）であって、前記作動流体を液化し、外気との伝熱を行なうように構成される、ヒートパイプ凝縮器（７０２）と、
前記液体作動流体を貯蔵し、作動流体を前記反応器（２０２）の前記少なくとも１つの管状要素（５０１）に最適に充填することを可能にするように構成される作動流体タンク（７０５）と、
前記ヒートパイプループ内の前記作動流体の流れを制御する受動自律装置とを備え、前記受動自律装置は、
前記作動流体タンク（７０５）と前記作動流体を輸送する前記少なくとも１つの手段（７０７，７０８）の下部との間に配置される第１の作動流体流制御手段（７０３）であって、前記作動流体を輸送する前記少なくとも１つの手段（７０７，７０８）への液体作動流体供給を制御するように構成される、第１の作動流体流制御手段（７０３）と、
前記ヒートパイプ蒸発器（７０１）の出口と前記ヒートパイプ凝縮器（７０２）との間に配置される第２の作動流体流制御手段（７０４）であって、前記作動流体を輸送する前記少なくとも１つの手段における前記ガス作動流体の動きを制御するように構成される第２の作動流体流制御手段（７０４）と
を備えることを特徴とする請求項５〜１０のいずれか１項に記載の装置（２００）。
【請求項２５】
作動流体を前記ヒートパイプループに充填し、および／または作動流体を排出するように配置される、前記ヒートパイプループ（７１０）を起動させるバルブをも備えることを特徴とする請求項２４に記載の装置（２００）。
【請求項２６】
前記ヒートパイプ蒸発器（７０１）は、前記反応器（２０２）の前記複数の管状要素（５０１）の内部に、前記固体試薬（５０２）に緊密に熱接触して配置される、前記作動流体を輸送する少なくとも１つの手段を備え、各管状要素（５０１）に関連する、前記作動流体を輸送する前記少なくとも１つの手段は、上部および下部でマニホールドによって互いに接続されることを特徴とする請求項２４または２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記ヒートパイプ凝縮器（７０２）は前記作動流体を輸送する手段（７０７，７０８）によって互いに接続される少なくとも１つのフィン付き管（５１０）から形成されることを特徴とする請求項２４〜２６のいずれか１項に記載の装置（２００）。
【請求項２８】
前記ヒートパイプ凝縮器（７０２）の前記少なくとも１つのフィン付き管は、前記反応器（２０２）の後部で実質的に水平に配置され、僅かに傾いて、前記作動流体タンク（７０５）に向かう前記液化された作動流体の重力流を可能にすることを特徴とする請求項２７に記載の装置（２００）。
【請求項２９】
前記作動流体タンク（７０５）は、前記反応器（２０２）の管状要素（５０１）の高さの１／３〜３／４の、前記作動流体を輸送する前記手段（７０７，７０８）の最小作動流体レベルを維持するように構成されることを特徴とする請求項２４〜２８のいずれか１項に記載の装置（２００）。
【請求項３０】
前記作動流体タンク（７０５）は、前記作動流体を蒸発させるように構成され、前記作動流体タンク（７０５）は、前記冷媒を液化するように構成される前記冷媒凝縮器（２０７）をも備えることを特徴とする請求項２４〜２９のいずれか１項に記載の装置（２００）。
【請求項３１】
前記ヒートパイプループ内の作動流体の前記流れを制御する前記装置は、前記第１（７０３）および第２（７０４）の作動流体流制御手段をそれぞれ開放および閉鎖するように構成される少なくとも１つの自律制御手段（７０６）をも備えることを特徴とする請求項２４〜３０のいずれか１項に記載の装置（２００）。
【請求項３２】
前記第１（７０３）および第２（７０４）の作動流体流制御手段の前記少なくとも１つの自律制御手段は、
太陽放射を吸収し、赤外線領域で放射することができる吸収プレート（８０２）であって、昼間太陽放射によって暖まり、夜間に冷えるように構成される吸収プレート（８０２）と、
温度変化の影響の下で膨張することができる流体を備える、前記吸収プレート（８０２）に熱接触するサーモスタット中空部（８０１）と、
まず前記サーモスタット中空部（８０１）と協働し、次に前記第１（７０３）および／または第２の（７０４）作動流体流制御手段と協働する接続要素（８０４）であって、前記作動流体流制御手段（７０３，７０４）を開放または閉鎖するように構成される接続要素（８０４）とを備えることを特徴とする請求項３１に記載の装置（２００）。
【請求項３３】
複数の第１のアセンブリ（１００１）であって、前記複数の第１のアセンブリ（１００１）の各々は、
複数の管状要素（５０１）から形成され、前記熱交換器（２０１）を備える反応器（２０２）、
前記冷媒を液化することができる前記凝縮器（２０７）、
周囲温度で前記冷媒を貯蔵するタンク（２０８）であって、タンク（２０８）の容積は、前記第１のアセンブリ（１００１）の前記複数の管状要素の容積に対応する、タンク（２０８）、
冷媒流制御手段（２０４，２０５）を備える、複数の第１のアセンブリ（１００１）と、
第２のアセンブリ（１００２）であって、
相変化材料（２１３）を貯蔵し、かつ断熱部を備えるように配置される筐体（２１５）、
周囲温度よりも低い温度で前記液体冷媒（２１７）を貯蔵し、断熱部を備える第２のタンク（２０９）、
前記筐体（２１５）内に配置され、前記第２のタンク（２０９）と協働する、前記冷媒を蒸発させる蒸発器（２１２）、
前記蒸発器（２１２）と前記第２のタンク（２０９）との間にある冷媒の流れを制御する第１の手段（１００３，１００４）、
前記第２のアセンブリ（１００２）と前記複数の第１のアセンブリ（１００１）との間の接続を確実にする、冷媒の流れを制御する第２の手段を備える第２のアセンブリ（１００２）と
から形成されるモジュール式構成からなることを特徴とする請求項５〜３２のいずれか１項に記載の装置（２００）。
【請求項３４】
前記蒸発器（２１２）は満液型であり、前記蒸発器（２１２）は、前記第２のタンク（２０９）を有するサーモサイフォンによって前記冷媒を循環させるように構成される少なくとも１つの管状要素を備えることを特徴とする請求項３３に記載の装置（２００）。
【請求項３５】
前記第２のアセンブリ（１００２）は、冷媒を前記装置（２００）に充填し、および／または冷媒を排出するように構成される強隔離バルブ（１０１０）を備えることを特徴とする請求項３３または３４に記載の装置（２００）。
【請求項３６】
前記冷媒はアンモニアであることを特徴とする請求項１〜３５のいずれか１項に記載の装置（２００）。
【請求項３７】
冷凍を実現する請求項１〜３６のいずれか１項に記載の装置の使用。
【請求項３８】
水を生成する請求項１〜３６のいずれか１項に記載の装置の使用。
【請求項３９】
水は、請求項１〜３６のいずれか１項に記載の装置によって、冷たい状態に維持される壁上で空気に含まれる水蒸気を凝縮することによって生成されることを特徴とする請求項３８に記載の装置の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自律冷凍用ソーラー装置に関する。
【０００２】
本発明は、自己完結型ソーラー空調および自己完結型ソーラー冷却の分野に存する。
【従来技術】
【０００３】
冷凍のための太陽エネルギーの使用は、特に、高温気候地帯の孤立地および／または送電網にアクセスしていない孤立地および／またはエネルギー供給のコストが高い孤立地での冷凍に好適である。
【０００４】
昼間の太陽エネルギーが有効な状態で冷凍を実現するか、その時間帯を外れた状態で、すなわち夜間に冷凍を実現することができるいくつかの技術が知られている。
【０００５】
現在の解決手段は、大量の電気を消費し、温室温暖化になる可能性が高い冷媒を用いるコンプレッサ技術に主に基づいている。孤立地に対しては、これらの解決手段を用いると、たとえば、タンク内に貯蔵される燃料を用いる発電機で電気を発生することになるか、または、太陽電池パネルによって昼間に発生させる電気をバッテリの列に貯蔵することになる。これらの解決手段は、場合に応じて、相当な量のメンテナンス、燃料の頻繁な補充（毎週〜毎月）、バッテリ列の定期的な交換（２〜５年毎）、ならびに複雑な電子制御命令装置（コントローラ、インバータなど）を必要とする。
【０００６】
特に、昼間に冷凍を実現する第１の技術は、太陽放射を太陽電池集光器（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）を介して電気に変換するか、熱力学的機関サイクル、たとえば有機ランキン機関サイクルを介して仕事量に変換するステップからなる。変換は、その後に、逆熱力学的サイクルを冷媒の膨張（スターリングサイクル）または蒸発による冷凍（逆ランキンサイクル）に適用するために行なう。
【０００７】
第２の方法は、太陽放射を熱の形態で直接用いて、従来用いられているアンモニア／水・溶液または水／リチウム臭化物溶液のような二元溶液または塩類溶液の循環を必要とする液体／ガス吸収型のガス収着方法を実現するステップからなる。このような装置は、たとえば米国特許第４２０７７４４号明細書および米国特許第４１８４３３８号明細書に記載されている。
【０００８】
しかし、これらの技術は、比較的複雑であり、実施コストが高く、特に、これらの技術には、前記冷凍方法のための複雑な制御命令手順、特に、作動流体を循環させる循環ポンプおよびコンプレッサのための複雑な制御命令手順が必要であり、および／または、効率的に冷凍するのに低い周囲温度（３５℃未満）が必要である。これらの制約はこれらの方法の信頼性および堅牢性に影響する。
【０００９】
別の技術は、活性を持つ固体によるガス冷媒の収着のための方法に基づく。これらはたとえば熱化学的方法または吸収方法である。このような方法の欠点は、用いられる吸収剤材料の固体の性質に存する。たとえば米国特許第４５８６３４５号明細書、米国特許第４９９３２３４号明細書および国際公開第８６／００６９１号パンフレットに記載されているように、吸収剤材料は間欠的に働き、これにより、冷凍が断続的になる。
【００１０】
本発明の目的は、少なくとも、上述されている多数の課題を解決することであり、さらに他の利点を提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、新規の冷凍装置によってこれらの課題の少なくとも１つを解決することである。
【００１２】
本発明の別の目的は冷凍を自律的に行なうことである。
【００１３】
本発明の別の目的は冷凍のコストを下げることである。
【００１４】
本発明の別の目的は冷凍に付随する汚染を低減することである。
【００１５】
本発明の別の目的は信頼性および堅牢性がより高い冷凍を実現することである。
【００１６】
本発明の別の目的は冷凍に関連するメンテナンス要件を減らすことである。
【発明の概要】
【００１７】
上記の目的の少なくとも１つは、５０℃〜１３０℃の低温太陽熱源から自律冷凍を実現する装置であって、前記冷凍は、屋外環境の周囲温度よりも５℃〜４０℃低い温度差がある状態で実現され、前記装置は、固体試薬による冷媒の熱化学的収着のための方法を実施し、前記装置は、
固体試薬を含むように配置される反応器であって、反応器を冷却および／または加熱する少なくとも１つの熱交換器を備える反応器と、
反応器から来るガス冷媒を液化することができる凝縮器と、
周囲温度で凝縮器によって生成される液体冷媒を貯蔵する第１のタンクと、
相変化材料を貯蔵するように配置されており、また、前記相変化材料と直接接触して、液体冷媒を蒸発させることができる蒸発器を備える筐体と、
周囲温度よりも低い温度で液体冷媒を貯蔵する第２のタンクであって、一方で第１のタンクと協働し、他方で蒸発器および反応器と協働する第２のタンクと、
反応器、第１のタンク、第２のタンクおよび蒸発器間で液体またはガス形態で前記冷媒を循環させるように配置される、冷媒を輸送する少なくとも１つの手段と、
冷媒を輸送する手段に作用する、冷媒の流れを制御する少なくとも１つの手段であって、反応器、第１および第２のタンク、凝縮器ならびに蒸発器に行き渡っている圧力の関数として独立して冷媒の流れを調整するように配置される少なくとも１つの制御手段とを備える、自律冷凍を実現する装置で実現される。
【００１８】
好ましくは、本発明に係る装置で実現される冷凍は、−１０℃〜２０℃の温度でのものある。
【００１９】
以下に記載されている本発明に係る装置とその変形例とは、昼の過程で反応器の太陽熱加熱と凝縮器の冷却とを効率的に実現することができ、夜の過程で反応器の冷却を効率的に実現することができる。
【００２０】
能動的な制御を行なわない昼間および夜間段階の完全に自律的な管理は、送電網にアクセスしていない高温気候地帯の孤立地での冷凍要件を満たす有望な解決手段である。本発明に係る装置を用いれば、コストが高い外部エネルギー供給部がないので、生産コストを下げることもできる。さらにまた、なんら消耗品を用いないので、装置のメンテナンス（集光器の時折の清掃に限られる）は大幅に減少し、安価である。
【００２１】
本発明に係る装置を用いれば、オゾン層または地球温暖化に影響を及ぼさない冷媒を用いることができるので、冷凍に付随する汚染を減らすこともできる。さらにまた、本装置を用いれば、広く利用できる再生可能エネルギーである熱太陽エネルギーを用いるだけであるので、温室効果ガスが生じず、また、化石エネルギー資源が枯渇しない。さらにまた、本発明に係る装置が完全に無音であることで、都市環境または特別地域および／または保護地域できわめて有効である。
【００２２】
最後に、本発明に係る装置は、なんら可動機械部品を有していない。したがって、構成要素の作動音量および摩耗と、動的なシールガスケットからの液漏れのリスクとの両方を減らすことができ、本発明に係る装置の信頼性は一層高い。
【００２３】
また、外部太陽放射および温度状態に自動的に順応する完全に自律的な動作のため、堅牢性も一層高い。なんら制御／命令構成要素および／または電子制御構成要素を有さないので、非常に長い耐用年数を持つ。本発明に係る装置の反応器で用いられる反応複合物（ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）を、３０，０００サイクルを超えるサイクル（約８０年の無休運転に対応する）にわたってテストし、なんらのパフォーマンスの低下も認められていない。
【００２４】
限定しない例として、冷媒は、水、アンモニア、エチルアミン、メチルアミンまたはメタノールから選択することができ、固体試薬は、たとえば、塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）、塩化バリウム（ＢａＣｌ２）または塩化ストロンチウム（ＳｒＣｌ２）から選択することができる。より一般化すると、本発明に係る装置では好ましくは、オゾン層を減少させて地球温暖化に寄与する塩化フッ化炭化水素およびクロロフルオロカーボン以外の冷媒を用いる。
【００２５】
効率的に、凝固によって生成される冷凍物を貯蔵するのに本発明において用いられる相変化材料は好ましくは有機または無機合成物である。限定しない例として、たとえば水、水溶液またはパラフィンを用いることができる。
【００２６】
冷媒の流れを制御する手段により、単に、昼間再生段階および夜間冷凍段階中に反応器、凝縮器、蒸発器ならびに第１および第２のタンク間に行き渡っている圧力差の関数として前記流れを調整するだけで、有効に前記流れを受動的に調整することができる。
【００２７】
内部の温度を維持して昼間に液体冷媒温度を周囲温度よりも低く保つのに必要なエネルギー要求量を減らすことにより１日にわたって蒸発器に入っている冷媒の温度が増加することを防ぐために、筐体および／または第２のタンクを断熱可能であることが有効である。
【００２８】
蒸発器に第２のタンクから液体冷媒を供給するのに、前記蒸発器の入口と出口との間の前記冷媒の密度の差によって供給することができることが好ましい。このサーモサイフォン動作によって、ポンプを用いず、外部からエネルギーを供給せずに、第２のタンクと蒸発器との間に冷媒の流れを発生させることで、本発明に係る装置の自律性を高めることができる。
【００２９】
反応器が、熱交換器および／または反応器を含むように配置され、特に伝熱による前記反応器の熱損失を低減することができる等温ハウジングをも備えることができることが好ましい。断熱は、反応器が夜および昼の過程で受ける温度変化に対抗する、グラスウールまたはロックウールのような任意の既知の断熱手段によって実現してもよい。
【００３０】
太陽放射を最大に利用して反応器の加熱を最適化するために、固体試薬を備え、かつ、冷媒を輸送する前記手段によって互いに接続される複数の管状要素から反応器を形成することができることが有効である。太陽光吸収面積と太陽に対する前記反応器の方向づけとの両方を最大化することが有効である。したがって、管状要素構成により、反応器の活動面積と前記反応器における太陽の直射との両方を最大化することができる。
【００３１】
複数の管状要素の熱効率を改善する太陽光吸収コーティングで複数の管状要素を被覆することができ、前記コーティングが複数の管状要素の壁に近接することが好ましい。
【００３２】
限定しない例として、コーティングは、良好な熱伝導率を持ち、管状要素の壁に熱接触して配置される単純な太陽光塗料（ｓｏｌａｒ  ｐａｉｎｔ）または金属フィルム（銅、アルミニウムなど）とすることができ、コーティング上には、薄膜層を選択的に積層することができる。
【００３３】
太陽光吸収コーティングの赤外線放射率を低くすることができることが有効である。
【００３４】
特定の実施形態に係れば、反応器は、太陽放射を透過させる少なくとも１つのカバー要素をも備えることができ、少なくとも１つのカバー要素は、熱損失を低減し、かつ太陽熱集熱効率を最大化するように配置され、前記少なくとも１つのカバー要素は、太陽に対して露出する反応器の表面を超えて広がる。
【００３５】
温室効果を強化するために、少なくとも１つのカバー要素を赤外線に対して不透明にすることが可能であってもよい。
【００３６】
太陽に対して露出しない反応器の複数の表面の少なくとも１つを断熱して熱損失を低減することができることが好ましい。断熱は、グラスウールまたはロックウールのような任意の既知の断熱手段によって実現してもよい。
【００３７】
特定の実施形態に係れば、反応器の向きを最適化して太陽熱集熱効率およびこれにともなう熱交換を最大化するために、反応器は、太陽の方向に実質的に直交する平面内に反応器の複数の管状要素があるように複数の管状要素を向けて、太陽光を吸収する最大可能面積を実現するための作動手段をも備えることができる。
【００３８】
本発明に係る装置の第１のバージョンに係れば、反応器の夜間冷却は、反応器における空気の自然循環によって実現され、したがって、冷却を完全に受動的な手法で実現することができる。
【００３９】
この第１のバージョンについては、反応器が、複数の管状要素の換気のための少なくとも１つのフラップをも備えることができ、前記少なくとも１つのフラップが、前記反応器の上部および／または下部に配置されることが有効である。
【００４０】
前記反応器の内部での熱交換を強化するために、少なくとも１つの換気フラップが閉鎖位置にあるときに反応器を封止するように、少なくとも１つの換気フラップを配置することができることが好ましい。
【００４１】
少なくとも１つの換気フラップが、これを開放／閉鎖する駆動手段をも備えることができることが有効である。
【００４２】
第１の変形例に係れば、駆動手段は低出力電気モータを備えることができる。
【００４３】
発電および／または蓄電装置によって電気モータに電力供給することができることが有効であり、太陽電池パネルによって電力供給してもよい。
【００４４】
第２の変形例に係れば、駆動手段が、圧搾エア貯蔵部に接続される圧搾エアロータリジャッキによって動作させるラック・アンド・ピニオン装置からなることが可能である。
【００４５】
太陽電池パネルによって動力供給されるエアコンプレッサによって圧搾エア貯蔵部に補充することができることが好ましい。
【００４６】
第３の変形例に係れば、駆動手段が、太陽に対して露出する吸収プレートに熱接触するサーモスタット中空部によって制御される単動式液圧リニアジャッキによって動作するラック・アンド・ピニオン装置からなることが可能である。この最後の変形例はエネルギーの点で完全に受動的で自律的であり、自動的に制御される。
【００４７】
複数の管状要素が、複数の円環状のフィンをも備えることができ、複数の円環状のフィンの基部が、熱交換を強化するために管状要素の壁に緊密に熱接触することが好ましい。
【００４８】
熱交換を強化する太陽光吸収コーティングで複数のフィンを被覆することができることが有効である。
【００４９】
複数の管状要素について、前記管状要素の周囲の空気の流れを改善するために水平に配置することができることが有効である。
【００５０】
凝縮器をフィン付き管型とすることができ、前記フィン付き管の周囲の空気の自然対流によって昼に冷却することができることが好ましい。
【００５１】
本発明に係る装置の第２のバージョンに係れば、反応器の夜間冷却は、サーモサイフォンとして動作するヒートパイプループによって実現することができ、ヒートパイプループは、
熱力学的仕事量を実現することができる作動流体と、
反応器の複数の管状要素と協働するいわゆるヒートパイプ蒸発器であって、作動流体を蒸発させ、反応器によって解放される熱を吸収するように配置されるヒートパイプ蒸発器と、
蒸発器および反応器と協働する、いわゆるヒートパイプ凝縮器であって、作動流体を液化し、外気との伝熱を行なうように配置される、ヒートパイプ凝縮器と、
前記液体作動流体を貯蔵し、作動流体を反応器の少なくとも１つの管状要素に最適に充填することを可能にするように配置される作動流体タンクと、
ヒートパイプループ内の作動流体の流れを制御する受動自律装置とを備え、受動自律装置は、
作動流体タンクと作動流体を輸送する少なくとも１つの手段の下部との間に配置される第１の作動流体流制御手段であって、作動流体を輸送する少なくとも１つの手段への液体作動流体の供給を制御するように配置される、第１の作動流体流制御手段と、
ヒートパイプ蒸発器の出口とヒートパイプ凝縮器との間に配置される第２の作動流体流制御手段であって、作動流体を輸送する少なくとも１つの手段におけるガス作動流体の動きを制御するように構成される第２の作動流体流制御手段と
を備える。
【００５２】
本発明に係る装置の冷却のこの第２のバージョンは、このようにして、昼間に反応器を加熱することと、まず夜間に反応器を冷却し、次にヒートパイプループの作動流体タンク内のガス冷媒満液凝縮器を冷却することの両方を効率的に実現することができる。
【００５３】
好ましくは、大気圧で０〜４０℃の沸騰温度を持ち、２０〜１００℃の温度で１〜１０ｂａｒの圧力を持つ複数の流体から作動流体を選択する。限定しない例として、作動流体は、Ｃ４、Ｃ５またはＣ６型のパラフィン炭化水素（たとえば、ブタン、メチルプロパン、ペンタン、メチルブタン、ジメチルプロパン、ヘキサン、メチルペンタン、ジメチルブタンなど）、有機ランキンサイクルに従来用いられていたＨＦＣ型作動流体（Ｒ２３６ｆａ、Ｒ２３６ｅａ、Ｒ２４５ｆａ、Ｒ２４５ｃａ、ＦＣ３１１０、ＲＣ３１８など）、無機流体（アンモニア、水）、またはアルコール（メタノール、エタノールなど）とすることができる。
【００５４】
この第２の実施形態に係る装置が、ヒートパイプループを起動させるバルブをも備えることができ、このバルブが、作動流体を前記ヒートパイプループに充填し、および／または作動流体を排出するように構成されることが有効である。
【００５５】
ヒートパイプ蒸発器が、反応器の複数の管状要素の内部に、固体試薬に緊密に熱接触して配置される、作動流体を輸送する少なくとも１つの手段を備えることができ、各管状要素に関連する、作動流体を輸送する前記少なくとも１つの手段が、上部および下部でマニホールドによって互いに接続されることが好ましい。
【００５６】
単なる重力によって作動流体の移動を容易にするために反応器の複数の管状要素を垂直方向に傾けることができることが有効である。
【００５７】
作動流体を輸送する手段によって互いに接続される少なくとも１つのフィン付き管からヒートパイプ凝縮器を形成することができることが有効である。
【００５８】
凝縮器の少なくとも１つのフィン付き管を反応器の後部で実質的に水平に配置することができ、僅かに傾いて、作動流体タンクに向かう液化された作動流体の重力流を可能にすることができることが好ましい。
【００５９】
反応器の管状要素の高さの１／３〜３／４の、前記作動流体を輸送する手段の最小作動流体レベルを維持するように作動流体タンクを構成することができることが好ましい。
【００６０】
作動流体タンクは、冷媒を蒸発させるようにも構成することができ、作動流体タンクは、前記冷媒を液化するように構成される冷媒凝縮器をも備える。
【００６１】
ヒートパイプループ内の作動流体流を制御する装置が、第１および第２の作動流体流制御手段を、たとえば、夜の始まりおよび昼の始まりにそれぞれ開放および閉鎖するように構成される少なくとも１つの自律制御手段をも備えることができることが有効である。
【００６２】
第１および第２の作動流体流制御手段の少なくとも１つの自律制御手段が、
太陽放射を吸収し、赤外線領域で放射することができる吸収プレートであって、昼間太陽放射によって暖まり、夜間に冷めるように構成される吸収プレートと、
温度変化の影響の下で膨張することができる流体を備える、吸収プレートに熱接触するサーモスタット中空部と、
まずサーモスタット中空部と協働し、次に第１および／または第２の作動流体流制御手段と協働する接続要素であって、前記作動流体流制御手段を開放または閉鎖するように構成される接続要素とを備えることができることが好ましい。
【００６３】
上記の変形例の各々に適合する本発明の別の実施形態に係れば、本発明に係る装置は、
複数の第１のアセンブリであって、複数の第１のアセンブリの各々は、
複数の管状要素から形成され、熱交換器を備える反応器、
冷媒を液化することができる凝縮器、
周囲温度で冷媒を貯蔵するタンクであって、タンクの容積は、前記第１のアセンブリの複数の管状要素の容積に対応する、タンク、
冷媒流制御手段を備える、複数の第１のアセンブリと、
第２のアセンブリであって、
相変化材料を貯蔵し、かつ断熱部を備えるように構成される筐体、
周囲温度よりも低い温度で液体冷媒を貯蔵し、断熱部を備える第２のタンク、
筐体内に配置され、第２のタンクと協働する、冷媒を蒸発させる蒸発器、
蒸発器と第２のタンクとの間にある冷媒の流れを制御する第１の手段、
第２のアセンブリと複数の第１のアセンブリとの接続を確実にする、冷媒の流れを制御する第２の手段
を備える第２のアセンブリと
を備えるモジュール式構成からなることが可能である。
【００６４】
このモジュール式配置により、本装置の実装および設置を容易にすることができる。
【００６５】
蒸発器を満液型とすることができ、第２のタンクを有するサーモサイフォンによって冷媒を循環させるように構成される少なくとも１つの管状要素を蒸発器が備えることができることが有効である。
【００６６】
冷媒を本装置に充填し、および／または冷媒を排出するように構成される強隔離バルブを第２のアセンブリが備えることができることが好ましい。
【００６７】
冷媒をアンモニアとすることができることが好ましい。
【００６８】
本発明の別の態様に係れば、本発明に係る装置を用いて氷を生成することが提案される。
【００６９】
これの代わりに、本発明に係る装置を用いて水を生成することもできる。
【００７０】
本装置によって冷たい状態に維持される壁上で空気に含まれる水蒸気を凝縮することによって水を生成することが有効である。
【図面および実施形態の説明】
【００７１】
本発明の他の利点および特徴は、以下の記載と、以下の添付の概略図面に関連する限定しない例として与えられるいくつかの実施形態とから明らかになる。
図１は、２つの主な段階にわたる、本発明に係る装置の構成要素の熱力学的状態のク
ラウジウス・クラペイロン図を示す。
図２は、本発明に係る熱化学的冷凍装置の概略図を示す。
図３は、太陽光再生段階およびエネルギー生成段階からなる、本発明に係る装置の動
作の昼間段階を示す。
図４は、冷凍段階からなる、本発明に係る装置の動作の夜間段階を示す。
図５ａおよび図５ｂは、夜間冷却が自然対流によって実現される第１の実施形態にお
ける、本発明に係る装置の熱交換器を備える反応器の側面図および正面図をそれぞれ示す。
図６は、本発明に係る、反応器の昼間加熱および夜間冷却のための換気フラップの自
律制御の特定の方法を示す。
図７は、夜間冷却がヒートパイプループによって実現される第２の実施形態における
、本発明に係る装置の熱交換器を備える反応器の図を示す。
図８ａおよび図８ｂは、ヒートパイプループ内の作動流体の流れを制御する第１およ
び第２の手段の自律制御手段の昼間状態および夜間状態をそれぞれ示す。
図９ａ、図９ｂおよび図９ｃは、本発明に係る熱交換器を備え、ヒートパイプループ
によって冷却される反応器の特定の実施形態の正面図、側面図および詳細図をそれぞれ示す。
図１０は、自律冷凍装置がモジュール式設計を持つ本発明の特定の実施形態を示す。
図１１は、本発明に係る装置の冷凍モジュールの図を示す。
図１２ａ、図１２ｂおよび図１２ｃは、本発明に係るモジュール式装置の蒸発器の正
面図、縦断面図および横断面図をそれぞれ示す。
【００７２】
以下に記載されている実施形態は、決して限定的ではない。特に、以下に記載されている特徴について、他とは異なる特徴の選択物のみを含む本発明の変形例を想起することは、特徴のこの選択物が従来の技術水準に対して技術的な利点を与える程度に十分であるか、あるいは、従来の技術水準に対して発明を異ならしめる程度に十分である場合に可能である。この選択物は、構造的詳細部を有さないか、構造的詳細部の一部のみを有する少なくとも１つの特徴、好ましくは少なくとも１つの機能的特徴を備える（構造的詳細部の一部が単独で、従来の技術水準に対して技術的な利点を与える程度に十分であるか、あるいは、従来の技術水準に対して発明を異ならしめる程度に十分である場合）。
【００７３】
特に、記載されているすべての変形例とすべての実施形態とは、この組み合わせに対して技術的な見解から支障がない場合にはともに組み合わせることができる。
【００７４】
図においては、いくつかの図に共通の要素には同じ参照符号が付される。
【００７５】
冷凍方法
以下に記載されている間欠ソーラー冷凍のための方法、および本発明の目的は、熱化学的収着熱方法であり、その原理は、冷媒Ｇの状態の液体／ガス変化と、固体試薬とこの冷媒との間の可逆化学反応との組み合わせに基づく。
2018514735.tif 000003
【００７６】
左から右への固体Ｓ２の合成反応の場合、冷媒ガスＧは冷媒の少ない塩試薬Ｓ１と反応して、冷媒の多い塩Ｓ２を形成する。この反応は発熱的であり、反応熱ＱＲを解放する。さらに、Ｓ１によって吸収されるガスＧは、潜熱ＱＬの吸収による冷媒液体Ｇの蒸発によって生成される。
【００７７】
右から左への逆方向では、固体Ｓ２の吸熱分解反応には、試薬Ｓ２が再び冷媒ガスＧを解放するように、熱追加（ｔｈｅｒｍａｌ  ｇａｉｎ）ＱＲが必要である。その後、潜熱ＱＬを解放することによって凝縮する。
【００７８】
これらのプロセスは、冷媒ガスＧを交換する２つの接続されたタンクで実施され、したがって、熱化学的双極子（ｔｈｅｒｍｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｄｉｐｏｌｅ）を形成する。交互に蒸発器または凝縮器から形成される第１のタンクは、冷媒Ｇの状態の変化の場である。第２のタンクは反応器から形成され、冷媒Ｇと可逆的に反応する固体試薬塩が入れられる。
【００７９】
このような熱化学的方法で実施される物理化学的プロセスは一変性を持つ。図１を参照して、本発明に係る方法の２つの主な段階にわたって実施される熱力学平衡状態は、クラウジウス・クラペイロン図中の直線によって表わすことができる。
Ｌｎ（Ｐ）＝ｆ（−１／Ｔ）
【００８０】
図１に示されている直線の各々は、本発明に係る装置を形成する各要素（反応器、凝縮器、タンク、蒸発器）の熱力学平衡における温度Ｔおよび圧力Ｐの変化を記述する。各要素は以下の段落に記載されている。
【００８１】
熱化学的双極子の再生ステップは、分解中の反応器加熱状態、または冷凍凝縮状態のために課される高い圧力Ｐｈで行なわれる。逆に、冷凍ステップは、合成中の反応器冷却状態、および蒸発器で実現される冷凍温度Ｔｆのために課される低い圧力Ｐｂで行なわれる。
【００８２】
本発明に係る装置の説明
太陽熱源を用いてこの熱化学的方法を実施するために、本発明に係る最も単純な装置は、図２に示されている以下の要素を備える。
すなわち、本発明に係る装置は、固体試薬が閉じ込められ、反応器２０２の加熱および冷却のための少なくとも１つの熱交換器２０１が設けられ、凝縮器２０７または蒸発器２１２に冷媒を輸送する手段２０３を備える反応器２０２と、
凝縮した液体冷媒２１７を周囲温度で貯蔵する第１のタンク２０８が設けられている凝縮器２０７と、
たとえば、サーモサイフォンによって供給される蒸発器２１２であって、すなわち、外部環境から断熱することができ、かつ実現される冷凍温度の液体冷媒を含む第２のタンク２０９を用いて、前記蒸発器２１２の液体入口２１８と二相出口２１９との間の冷媒の密度の差によって供給される蒸発器２１２とを備える。蒸発器２１２は断熱も行なう筐体２１５内に配置される。
本発明に係る装置は、冷媒流の自律的な管理を可能にするチェックバルブのような冷媒流制御手段２０４，２０５および２０６をさらに備える。それぞれ、一方にある制御手段２０４，２０５と、他方にある制御手段２０６とにより、一方でガス形態の冷媒の流れを調整し、他方で液体状態の冷媒の流れを調整することができる。前記制御手段２０４〜２０６の上流および下流に所定の圧力差がある場合にバルブを開放する。例として、いわゆるガスバルブ２０４および２０５については、昼に、凝縮器２０７に対して僅かに高い圧力を反応器２０２で確保し、夜に、蒸発器２１２に対して僅かに低い圧力を反応器２０２で確保にするのに、１００ｍｂａｒ未満の圧力差が好ましい場合がある。逆に、第１のタンク２０８と第２のタンク２０９との液体接続上に設置されているバルブ２０６については、冷凍凝縮圧と蒸発圧との差に対応する圧力差を選択することが好ましい場合がある。例として、この圧力差は、約５〜１０ｂａｒ未満とすることができる。
【００８３】
装置の動作
この場合、本発明に係るソーラー冷凍装置２００は、反応器２０２に配置される消耗型固体試薬の変化（ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を利用し、実質的に不連続な方法にしたがって動作する。その方法は、図３および図４に関連して以下に記載されている主な２つの段階を備える。
すなわち、反応器２０２が凝縮器２０７に接続される昼間再生段階（図３）を備える。この段階は、入射太陽熱エネルギーを用いて反応器２０２をいわゆる高温Ｔｈまで加熱するステップを備え、したがって、昼間に荷電塩（ｃｈａｒｇｅｄ  ｓａｌｔ）Ｓ２を分解することができる。この反応によって解放される冷媒ガスＧは、最初に周囲温度Ｔｏで凝縮器２０７にて凝縮し、その後、液体形態、好ましくは凝縮した液体形態で第１のタンク２０８に貯蔵される。
上記方法は、反応器２０２が蒸発器２１２に接続される夜間冷凍段階（図４）をさらに備える。この段階は、反応器２０２を周囲温度Ｔｏまで冷却するステップを備える。蒸発器２１２は冷凍化学反応の場である。一方で熱を環境に対してポンピングして冷却し、他方で冷媒ガスＧを解放する。その後、反応器２０２に入っている塩Ｓ１は、周囲温度Ｔｏで環境に対して反応熱を解放することで蒸発器２１２から来るガスＧを再吸収する。この際に実現される冷凍により、相変化材料２１３を凝固させることができる。限定しない例として、この凝固はたとえば氷の生成またはパラフィンの凝固とすることができる。このようにして、相変化材料２１３により、夜に生成された冷凍物を、昼を通じて要求に応じて再供給するために、冷凍物を貯蔵することができる。
【００８４】
以下、前記自律ソーラー冷凍装置２００の動作を１日のサイクルにわたって詳細に説明する。
【００８５】
昼の始まりに、反応器２０２は外部の周囲温度Ｔｏに近い温度にあり、いわゆる低圧Ｐｂ（図１の点Ｓ）にある。このとき、反応器２０２は、いわゆる冷温（ｃｏｌｄ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）Ｔｆで冷凍を実現し、かつ反応器２０２に吸収される蒸気を生成する蒸発器２１２（図１の点Ｅ）に接続される。その際に反応器２０２内の圧力がタンク２０９および蒸発器２１２内の圧力よりも僅かに低くなるのに応じて、その圧力差はバルブ２０５の圧力よりも僅かに大きくなる。夜が明けると、反応器２０２は太陽に対して徐々に露出し、その温度は増加する。その際、これにより、試薬の分解によって冷媒ガスＧの脱離が始まる。その後、反応器２０２内の圧力は増加し、蒸発器２１２と反応器２０２との圧力差は減少する。圧力差がチェックバルブ２０５の開放圧力よりも低くなると、チェックバルブ２０５は閉塞し、もはやこの蒸気を反応器２０２に移行させることがなくなる。チェックバルブ２０５が閉塞することで、反応器２０２の圧力がより速く増加することが可能になる（図１の平衡の直線に沿った反応器の点Ｓから点Ｄへの移動）。チェックバルブ２０５によりもたらされる利点は、太陽に反応器２０２が露出する作用の下で反応器２０２によって脱離される蒸気が蒸発器２１２で凝縮し、その温度を再び増加させることを防ぐことで、冷凍される筐体の冷温を維持することを可能にすることである。
【００８６】
反応器２０２内の圧力が周囲温度Ｔｏの凝縮した液体の第１のタンク２０８に行き渡っている圧力よりも僅かに高くなると、反応器２０２を出た脱離したガスを凝縮器２０７内の温度Ｔｈに冷却して凝縮するためにバルブ２０４が開放する。その後、凝縮されたガスは、第１のタンク２０８に昼間周囲温度Ｔｏで昼を通じて貯蔵される（図１の点Ｃに対応する）。
【００８７】
夕暮れで太陽放射がもはや十分でないと、反応器２０２内に行き渡っている温度は減少し始め、これにより、反応器２０２の内圧は減少する。反応器２０２と凝縮器２０７との圧力差は減少し、所定の閾値を超え、その後、バルブ２０４の開放圧力よりも低くなる。その後、バルブが閉塞して反応器２０２を隔離し、したがって、周囲温度Ｔｏの第１のタンク２０８に入っている蒸気が再吸収されることが防止される。反応器２０２は周囲温度Ｔｏまで冷却され、さらに、その熱力学平衡にしたがってその内圧が減少する（図１の点Ｄから点Ｓへの移動に対応する）。
【００８８】
平衡および選択される閾値、実現される冷凍温度Ｔｆおよび外部周囲温度Ｔｏに応じた、反応器２０２の冷却のための異なる２つの実施形態が提案され、以下の段落に記載されている。
【００８９】
反応器２０２が冷めると、その圧力も第２のタンク２０９に行き渡っている圧力よりも低くなる。昼間に、タンク２０９に入っている液体冷媒２１８を周囲温度よりも低い温度に維持し、これにより、蒸発器２１２に入っている冷媒の温度が１日にわたって増加することを防止するために、タンク２０９を外部から断熱することができることが有効である。この結果として、断熱された第２のタンク２０９に行き渡っている圧力は、断熱されていない第１のタンク２０８に行き渡っている圧力よりも低い。この場合、圧力減少によって、バルブ開放閾値に対応する所定の圧力差に達する場合に、バルブ２０５を開放させることができ、したがって、反応器２０２に第２のタンク２０９から来るガスが取り入れられて化学的に吸収されることが可能になる。
【００９０】
その際には、圧力は第２のタンク２０９で減少する。また、凝縮した液体の第１のタンク２０８との圧力差が十分である、たとえば、約数ｂａｒ（典型的には１〜１０ｂａｒ）であるとき、第１のタンク２０８に入っている凝縮した液体冷媒のすべてがバルブ２０６を介して第２のタンク２０９に静かに注がれるまで、バルブ２０６を開放して夜間温度Ｔｏの液体を第２のタンク２０９に供給する。反応器２０２が第２のタンク２０９に入っている液体の蒸発によって生成される蒸気を吸収し続けるのにつれて、注がれた液体は、その温度がＰＣＭ２１３によって高温に維持されている蒸発器２１２に入っている冷媒の温度よりも低くなるまで、冷たくなる。
【００９１】
その後、蒸発器２１２と第２のタンク２０９との間の液体冷媒の密度の差を利用して、サーモサイフォンによって、冷媒の循環が自然に引き起こされる。次いで、蒸発器２１２には、下部２１８から、その二相出口２１９よりも密度が高い液体冷媒が供給される。二相出口２１９を通って蒸発器２１２を出る冷媒は、液相と気相との両方から形成され、これにより、この冷媒の密度は蒸発器２１２に入る液体のみの冷媒の密度よりも低くなる。その後、蒸発器２１２で生成された蒸気は、第２のタンク２０９内に吸い込まれ、バルブ２０５を介して反応器２０２によって吸収される。このようにして、反応器が温まり始める日の出まで夜通し蒸発器２１２で冷凍が実現される。夜間に生成される冷凍物は、昼間の冷凍の要件にしたがって供給される相変化材料２１３を用いて貯蔵される。
【００９２】
反応器のソーラー加熱
効率的な加熱を実現するために、反応器２０２の熱交換器２０１は、可能となる最も大きい太陽光吸収面積を持っていなければならない。特定の実施形態に係れば、熱交換器２０１を太陽に直交する方向に合わせることで最適な向きが得られる。すなわち、たとえば、１年を通じた最適な冷凍実現のためにその場の緯度に近い緯度に好ましくは対応する角度に、地面に対して傾ける。
【００９３】
以下、太陽放射を利用するように配置されるこのような熱交換器２０１を、図５ａおよび図５ｂを特に参照して説明する。
【００９４】
最大効果まで太陽放射を利用するために、特定の実施形態に係れば、熱交換器２０１は反応器２０２に結合され、また、熱交換器２０１は固体試薬材５０２を備える１組の管状要素５０１から形成されている。管状要素５０１は等温ハウジング５０３内に、好ましくは均一に分散しており、輸送する手段５０４、たとえばマニホールドによって互いに接続され、凝縮器２０７および／または蒸発器２１２に連結されている。
【００９５】
特定の実施形態に係れば、管状要素５０１は、管状要素５０１の壁に近接する太陽光吸収コーティング５０５で、可能であれば選択可能な太陽光吸収コーティングで被覆されている。太陽光吸収コーティング５０５は高い太陽光吸収性を持つ。また、太陽光吸収コーティング５０５は低い赤外線放射率を持つことが有効である。
【００９６】
太陽放射５０６を透過させ、太陽に対して露出する熱交換器２０１の前面を覆うカバーにより、対流による熱損失を低減することが可能である。好ましくは、このカバーにより、高温まで加熱される反応器が放射する赤外線を遮断することで、放射損失を減らすこともでき、温室効果を強化することもできる。最終的に太陽熱集熱効率は最大化される。
【００９７】
外部環境への伝熱および／または対流による熱損失を低減するために、たとえばロックウールまたはグラスウールを用いた断熱部５０７を熱交換器２０１の後面に適用することができることが有効である。
【００９８】
反応器の夜間冷却
反応器２０２の夜間冷却は、以下に記載されている２つの実施形態にしたがって実現することができる。反応器２０２で用いられる固体試薬５０２、実現される冷凍の温度Ｔｆおよび夜間周囲温度Ｔｏに応じてこれらを選択する。
すなわち、反応器を冷却するための第１の実施形態は、管状要素５０１の外部冷却による前記反応器２０２内の空気の自然循環からなる。固体試薬５０２により、夜間外気温Ｔｏと、蒸発器内のＴｆの冷媒の蒸発によって課される圧力での反応停滞温度との間に十分に大きい動作温度差（一般的に２０℃よりも大きい）を得ることができる場合に、この第１の実施形態を実施することができる。
反応器２０２を冷却するための第２の実施形態は、サーモサイフォンとして動作するヒートパイプループからなる。第２の実施形態は、自然空気循環による冷却を実施することができない場合に選択される。
【００９９】
これらの２つの実施形態の各々は、これらが含まれる変形例のすべてとともに、上記または下記に示されている本発明の実施形態のいずれか１つに適合する。
【０１００】
第１の実施形態：自然対流による反応器冷却
図５ａおよび図５ｂは、本発明と、自然空気対流によって実現される前記反応器２０２の夜間冷却のこの第１の実施形態とに係る装置２００の熱交換器２０１を備える反応器２０２の側面図および正面図をそれぞれ示す。
【０１０１】
したがって、この冷却は、反応器２０２の上部５０９と下部５０８とに配置されている換気フラップを開放することで、煙突効果によって反応器２０２で起こる空気循環を用いる。
【０１０２】
熱交換および除熱を改善するために、管状要素５０１にフィン５１０、たとえば円環状のフィンを設けることが有効である。その基部は、反応器２０２の管状要素５０１の壁に緊密に熱接触する。
【０１０３】
反応器２０２において管状要素５０１の方向に対して実質的に直交させて気流を流すことで熱対流率（ｈｅａｔ  ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を改善するために、フィン５１０を水平に配置することができることが有効である。
【０１０４】
最後に、より効率的に太陽放射を吸収するために、管状要素５０１を被覆することができるコーティングと同様に、フィン５１０を太陽光吸収コーティングで被覆することができる。
【０１０５】
反応器２０２を冷却するためのこの第１の実施形態では、反応ガス凝縮器２０７はフィン付き管型にすることができ、後部または前記反応器２０２に配置することができる。この場合、フィン付き管状要素上の空気の自然対流によって昼間に冷却される。
【０１０６】
各換気フラップ５０８，５０９は、反応器２０２のフレームに昼間に気密されるように配置されるプレート５１１と、特に夜明けに前記フラップ５０８，５０９を閉鎖して、夕暮れに前記フラップ５０８，５０９を開放するように駆動される回転ロッドとを備える。
【０１０７】
有効な変形例に係れば、換気フラップ５０８，５０９は、様々な装置によって換気フラップ５０８，５０９を回転させるように配置され、たとえば、夜明けまたは夕暮れの検知、温度増加（サーモスタット装置）または太陽放射量閾値の関数として制御される駆動手段６００を備えることもできる。
【０１０８】
これらの駆動手段６００の異なる変形例が提案されており、以下の段落に記載されている。これらはすべて、上記または下記に示されている本発明の実施形態のいずれか１つに適合する。
【０１０９】
換気フラップ駆動の第１の変形例
有効な変形例に係る低出力電気モータを用いて換気フラップ５０８，５０９を動作させることができる。太陽電池集光器によって充電される電池によって低出力電気モータに電力供給する。一般的に、１平方メートル未満の前記太陽電池集光器の面積に対する出力要求は十分に低く、簡単なものある。
【０１１０】
換気フラップ駆動の第２の変形例
換気フラップ５０８，５０９は、たとえば、複動式圧搾エア１／４回転ロータリジャッキによって動作させることができるラック・アンド・ピニオン装置を用いて駆動させることもできる。この場合、回転ジャッキは、太陽放射量の関数として短時間（瞬間的な制御は約１０秒続く）動作する５／３または４／３単安定スプールバルブを介して圧搾エア貯蔵部（典型的には６ｂａｒ）に接続される。太陽放射量が第１の閾値（日が昇る時点の近傍で取得する）を超えるとき、換気フラップの閉鎖が行なわれ、太陽放射量が第２の閾値（日が沈む時点の近傍で取得する）未満であるとき、フラップの開放が行なわれる。前記フラップの第１の閉鎖閾値を第２の開放閾値よりも大きくすることができることが有効である。
【０１１１】
太陽電池パネルによって動力供給されるエアコンプレッサによって圧搾エア貯蔵部を定期的に補充することができる。
【０１１２】
換気フラップ駆動の第３の変形例
換気フラップ５０８，５０９は、図６に示されている装置６００を用いて駆動することもできる。装置６００は、太陽に対して露出する吸収プレート６１２に熱接触するサーモスタット中空部（ｂｕｌｂ）６１１によって最終的に制御される単動式液圧リニアジャッキ６０５によって動作するラック・アンド・ピニオン装置６０１／６０２である。
【０１１３】
サーモスタット中空部６１１には、温度変化の影響を受け易い流体６１３が入っている。特に、流体６１３は、流体６１３が制御する換気フラップ５０８，５０９の開閉に適合する圧力範囲に対応する温度範囲、好ましくはＴｏ〜Ｔｈの温度範囲にわたって蒸発することができる。流体６１３が蒸発することで、サーモスタット中空部６１１と協働し、流体６１３によって変形する変形可能な蒸気袋（ｂｌａｄｄｅｒ）６０９が入っている蓄液槽（ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ）６０８によって、液圧リニアジャッキ６０５に入っている作動液（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ  ｌｉｑｕｉｄ）６０６を加圧することができる。
【０１１４】
作動液６０６がこのように加圧されることで、ジャッキ６０５のピストン６０４とラック６０１との両方を動かすことができ、したがって、駆動ピニオン６０２によって換気フラップ５０８，５０９のロッド６２０を回転させることができる。
【０１１５】
太陽光吸収プレート６１２の露光量が低下したのに続いて、サーモスタット中空部６１１内の圧力が減少するときに、リターンスプリング６０３によって作動液６０６を蓄液槽６０８に向けて押し戻すことができる。
【０１１６】
サーモスタット中空部６１１に含まれる流体６１３の量は、第１に、ジャッキ６０５の作動液６０６を加圧する蒸気袋６０９の容積の関数として定められ、第２に、最大圧力の関数として定められる。最大圧力に達すると換気フラップ５０８，５０９が動作する。また、最大圧力は、Ｔｏ〜Ｔｈの中間温度Ｔｉに対応しなければならない。最大圧力では、蒸発する流体６１３はなくなる。
【０１１７】
この特定の実施形態に係る装置は、太陽放射の強さの分だけ、完全に受動的かつ自律的かつ自動的に制御される。
【０１１８】
第２の実施形態：ヒートパイプループによる反応器冷却
この実施形態では、反応器２０２は夜に冷却され、および／または、冷媒凝縮器はヒートパイプループによって昼間に冷却される。したがって、伝熱は、第１に、夜間冷凍実現段階中に反応器２０２によって解放される熱を吸収していた作動流体を蒸発させること、または、昼間の反応器２０２再生段階中の凝縮器２０７によって行なうことができ、第２に、前記作動流体を凝縮し、これにより、ヒートパイプ凝縮器７０２を介して以前に吸収された熱を直接外部空気に解放することによって行なうことができる。
【０１１９】
夜間、管状要素５０１に組み込まれているヒートパイプ蒸発器７０１に液体作動流体が供給され、したがって、液体作動流体の蒸発によって反応器２０２が冷却される。このようにして生成される蒸気は、ヒートパイプ凝縮器７０２にて夜間周囲温度で凝縮する。このようにして液化された作動流体は、タンク７０５とヒートパイプ凝縮器７０２の入口との間の配管７０７を介する接続によって前記タンク７０５内に重力によって流れ込む。
【０１２０】
昼間、ヒートパイプループの蒸発器７０１と凝縮器７０２との間に配置される２つのバルブ７０３，７０４を閉塞するので、反応器２０２に組み込まれているヒートパイプ蒸発器７０１は非動作状態にある。第１のバルブ７０３により、下部に配置されている液体接続を通る作動流体の流れを制御することができる一方で、第２のバルブ７０４により、上部に配置されているガス接続を通る作動流体の流れを制御することができる。
【０１２１】
したがって、反応器２０２が再生段階中に太陽によって加熱されるとき、このようにして隔離されたヒートパイプ蒸発器７０１の圧力は増加し、この圧力により、液体状態で蒸発器７０１の下部から作動流体が排出される。その際、排出ライン７０９によって作動流体タンク７０５に貯蔵される。好ましくは、作動流体タンク７０５は、反応器に組み込まれている蒸発器の排出中に液体作動流体を貯蔵するように構成される。このようにして、反応器２０２は、昼間に温度が増加し、その再生を行なうように配置されている。
【０１２２】
図７および図９を参照して、したがって、反応器２０２を冷却するヒートパイプループは、
反応器２０２の管状要素５０１の内部に配置される管７０１を好ましくは備えるヒートパイプ蒸発器７０１を備える。ヒートパイプ蒸発器７０１が固体試薬材５０２に緊密に熱接触することが有効である。垂直方向に傾けられている反応器２０２の管状要素５０１は各々、下部および上部でマニホールドによって接続されている蒸発器管７０１を備える。
上記ヒートパイプループはヒートパイプループの流体凝縮器７０２をさらに備える。ヒートパイプループの流体凝縮器７０２は好ましくは、マニホールドによって互いに接続される１組のフィン付き管を備え、外気と直接熱交換する。これらのフィン付き管は好ましくは、反応器２０２の背部で水平に配置する。僅かに傾けて配置することが有効であり、僅かな傾きにより、凝縮した作動流体が凝縮液体作動流体タンク７０５に流れることが可能になる。
上記ヒートパイプループは凝縮液体作動流体タンク７０５をさらに備える。凝縮液体作動流体タンク７０５の位置に起因して、ヒートパイプループの蒸発器管７０１に作動流体を良好に充填することができることが有効である。特定の実施形態に係れば、作動流体は好ましくは、蒸発器管７０１内で、管７０１の高さの１／３〜３／４の最小液体作動流体レベルに維持される。別の実施形態に係れば、液体作動流体タンク７０５は、日なたで加熱される反応器２０２によって昼間に解放される反応ガスを凝縮する凝縮器２０７も備える。したがって、作動流体タンク７０５は昼間に蒸発器として動作する。この場合、反応ガスを凝縮することによって生成される作動流体蒸気は、パイプ７０７を介して凝縮器７０２に輸送される。
上記ヒートパイプループは、昼の始まりおよび終わりに受動的に起動する、ヒートパイプループ内の作動流体の流れを調整する装置をさらに備える。
作動流体の流れを調整する上記装置は、作動流体タンク７０５の液体出口７０８と蒸発器管７０１の下部にある液体入口との間のバルブ７０４を備え、したがって、夜通し蒸発器管７０１に作動流体を供給することができ、昼間に蒸発器管７０１がいっぱいになるのを防ぐことができる。
作動流体の流れを調整する上記装置は、蒸発器７０１の蒸気出口（上部）と凝縮器７０２の蒸気入口との間で、ヒートパイプループの蒸気パイプ上に配置されるバルブ７０３をさらに備え、したがって、昼の始まりに、蒸発器管７０１で形成される蒸気の通過を遮り、蒸発器管７０１内の圧力増加を起こすことができる。この圧力増加により、蒸発器管７０１に入っている作動流体をより効率的に激しく流して、タンク７０５の膨張空間に通じている排出パイプ７０９によって作動流体を排出することができる。これにより、その際に、昼の始まりに反応器２０２の温度をより迅速に増加させることが可能になり、したがって、前記反応器２０２をより効率的に加熱することが可能になる。
上記ヒートパイプループは、ヒートパイプループを起動するバルブ７１０（排液および／または作動流体の充填）をさらに備える。
【０１２３】
特定の実施形態に係れば、自律制御手段が作動することで、独立して（ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｌｙ）、蒸気バルブ７０３および液体７０４バルブは、昼の始まりで閉塞し、夜の始まりで開放する。自律制御手段の動作は、図８ａおよび図８ｂに関連して記載されている。
【０１２４】
バルブ７０３および７０４の自律制御手段はサーモスタット中空部８０１を備え、サーモスタット中空部８０１は吸収プレート８０２によって昼間に加熱され、夜に冷却される。吸収プレート８０２は、高い太陽光吸収性、高い赤外線放射率および小さい熱質量を持つ。吸収プレート８０２は好ましくは、空に対して露出して、昼間の太陽放射による加熱と夜の放射冷却との両方を利用する。サーモスタット中空部８０１には流体が入れられており、この流体は、太陽放射の作用により、ベローズ８０３内の圧力を増加させ、バルブ７０３または７０４のポートのシート上にニードル８０４を動かすことで作動流体の通過を止めるように配置されている。サーモスタット中空部８０１内の圧力が夜の始まりに放射冷却によって下がるとき、ベローズ８０３の容積はスプリング８０５の作用により減少する。スプリング８０５の強さ（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）は調整ネジ８０６によって調節することができる。ベローズ８０３に強固に接続されているニードル８０４がバルブ７０３または７０４のシートから離されることで、作動流体がヒートパイプループ内に流入することが可能になる。
【０１２５】
本発明に係る装置の代わりの実施形態：モジュール式設計
上記の段落に示されている実施形態のいずれか１つに適合する本発明の特定の変形例にしたがって、本発明に係る装置の実装および設置を容易にするために、本発明に係る装置のモジュール式設計を提案する。
【０１２６】
図１０、図１１および図１２を参照して、このようなモジュール式装置は、簡単に接続可能な少なくとも２つのアセンブリを備える。
すなわち、上記に記載されているようないくつかの反応器モジュール２０２，２０１から形成される第１のアセンブリ１００１であって、いくつかの反応器モジュール２０２，２０１の各々は、太陽に対して露出する管状要素５０１、好ましくはアンモニア型の凝縮器２０７、その容積がモジュールの容量に対応する第１のタンク２０８、管状要素５０１および凝縮器７０２を冷却する装置、１日にわたって反応ガスの流れを制御することを可能にする手段（バルブ７０３，７０４，２０４，２０５、換気フラップおよび／またはヒートパイプループ７０６を制御するソーラー装置）を備える、第１のアセンブリ１００１と、
冷凍に必要な要素、すなわち、
断熱部を備える低温室２１５、
その容積が好ましくは低温室２１５の毎日の冷凍要求に対応する液体冷媒タンク２０９が組み込まれている第２のアセンブリ１００２とを備える。このタンクは、夜間冷凍段階中の熱追加を制限するために断熱部２１０を備える。液体１００３蒸気１００５接続が、低温室２１５に配置されている蒸発器２１２に対する接続バルブ１００４を備える。バルブ２０６および２０５に対する接続１００６および１００７により、第１のアセンブリ１００１に対する接続が設けられる。
第２のアセンブリ１００２には蒸発器２１２がさらに組み込まれている。蒸発器２１２は、好ましくは満液型であり、蒸発器２１２に、その上に配置されている第２の液体冷媒タンク２０９からサーモサイフォンによって冷媒が供給されることが有効である。蒸発器２１２は、垂直方向に傾けられ、下部からマニホールド１００８によって冷媒が供給される管から形成されている。生成された蒸気は、マニホールド１００８よりも高い位置に配置される第２のマニホールド１００９によって集められ、この結果、生成された蒸気により、蒸発器２１２内の冷媒の輸送および自然循環が可能になる。
第２のアセンブリ１００２には相変化材料２１３がさらに組み込まれている。相変化材料２１３により、生成される冷凍物を貯蔵し、次の日にわたって要求に応じて冷凍物を再供給することが可能になる。
第２のアセンブリ１００２には接続部がさらに組み込まれている。接続部には、装置全部を起動させることができる強隔離バルブ（ｔｉｇｈｔ  ｉｓｏｌａｔｉｏｎ  ｖａｌｖｅ）１０１０が設けられている（排液および反応ガスの充填）。
【０１２７】
このような装置のモジュール性により、複数の第１の要素１００１を少なくとも１つの第２の要素１００２に接続することができる。
【０１２８】
当然、本発明は、まさにここに記載されている例に限定されず、発明の範囲を越えない限りで、これらの例に多くの調節を施すことができる。特に、本発明の異なる特徴、形態、変形例および実施形態は、これらが矛盾しないか、相互に排他的でない限り、様々な組み合わせにしたがって互いに組み合わせることができる。特に、上記に記載されているすべての変形例および実施形態を互いに組み合わせることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
2018514735.tif 000016
【図１０】
2018514735.tif 000017
【図１１】
2018514735.tif 000018
【図１２ａ】
2018514735.tif 000019
【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
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【国際調査報告】
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