(57)【要約】【課題】２つの熱化学システムを使用して断熱空間の内容積を所定温度まで到達させ、その温度を維持するための方法を提供する。【解決手段】本発明の方法は、装置が給電され、システム（ＴＣＵ１；ＴＣＵ２）のそれぞれの流体全てがリザーバ（１；２）内に収容されるようにするためにステップが講じられ、システムのうちの少なくとも一方が空間（５）を設定温度に至らせるために使用され、ａ）システムの一方の反応器が完全に再生されるまで加熱され、他方のシステムが温度を設定温度に維持し、ｂ）反応器が完全に再生されるときに今しがた再生された反応器を備える前記システムが温度を維持するために使用され、他方のシステムの反応器が加熱され、接続手段が外部エネルギー源に接続される限りにおいて、ステップａ）及びｂ）が繰り返され、加熱手段が外部エネルギー源から切り離される時にシステムの各々は継続して設定温度を維持するために使用される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断熱筐体を所定温度に至らせてその温度に保持できるようにする装置において、
−吸収システム、吸着システム、及び、熱化学システムのうちから互いに無関係に選択される少なくとも第１及び第２のシステム（ＴＣＵ１；ＴＣＵ２）を備え、前記第１及び第２のシステムはそれぞれ、
−流体を収容する少なくとも１つのリザーバ（１；２）であって、該リザーバが、前記流体と可逆的に発熱反応できる試薬を収容する反応器（１５；２５）に接続され、前記試薬が、前記発熱反応中に消費されるとともに、前記反応器を加熱することにより引き起こされ得る逆反応中に再生可能である、少なくとも１つのリザーバ（１；２）と、
−前記リザーバ（１；２）と前記反応器（１５，２５）との間の前記流体の流れを調整できるバルブ手段（ＥＶ１；ＥＶ２）と、
−前記逆反応を引き起こすことができる、前記反応器を加熱する手段（１９；２９）と、
を備え、
前記加熱手段（１９；２９）が前記装置の外部のエネルギー源に対する一時接続手段（Ｐ１）を備え、前記一時接続手段（Ｐ１）が前記外部エネルギー源に接続可能又は前記外部エネルギー源から切り離し可能であり、前記装置は、
−反応しなかった前記システムのそれぞれに存在する流体の量を決定する手段と、
−反応しなかった流体の量を決定するための前記手段に結合されるとともに、前記システムのそれぞれの前記加熱手段に結合される前記バルブ手段（ＥＶ１；ＥＶ２）を制御する手段と、
−その内容積を前記システムによって加熱できる及び／又は冷却できるように配置される少なくとも１つの断熱筐体（５）と、
を更に備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記リザーバ（１；２）が流体を液相／気相平衡状態で収容し、前記装置は、前記リザーバ（１；２）のうちの少なくとも１つの出口に接続される少なくとも１つの蒸発器（１３；２３）を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記システムのうちの少なくとも一方の前記反応器（１５；２５）と前記リザーバ（１；２）との間に取り付けられる少なくとも１つの凝縮器（１７，２７）を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記システムのそれぞれの前記リザーバ（１；２）及び／又は前記蒸発器（１３，２３）及び／又は前記凝縮器（１７，２７）は、前記断熱筐体（５）の内容積との熱伝達を可能にするように配置されることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記システムの前記リザーバ（１；２）及び／又は前記蒸発器（１３；２３）が前記断熱筐体（５）内に配置され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装置。
【請求項６】
前記システム（ＴＣＵ１；ＴＣＵ２）の前記反応器（１５；２５）を冷却する手段（１６；２６）を備え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装置。
【請求項７】
断熱筐体（５）の内容積を所定温度に至らせてその温度に保持する方法において、
−装置が用意され、該装置は、
−吸収システム、吸着システム、及び、熱化学システムのうちから互いに無関係に選択される少なくとも第１及び第２のシステム（ＴＣＵ１；ＴＣＵ２）を備え、前記第１及び第２のシステムはそれぞれ、
−流体を収容する少なくとも１つのリザーバ（１；２）であって、該リザーバが、前記流体と可逆的に発熱反応できる試薬を収容する反応器（１５；２５）に接続され、前記試薬が、前記発熱反応中に消費されるとともに、前記反応器を加熱することにより引き起こされ得る逆反応中に再生可能である、少なくとも１つのリザーバ（１；２）と、
−前記リザーバ（１；２）と前記反応器（１５，２５）との間の前記流体の流れを調整するためのバルブ手段（ＥＶ１；ＥＶ２）と、
−前記逆反応を引き起こすことによって前記反応器（１５；２５）を再生できる、前記反応器（１５；２５）を加熱する手段（１９；２９）であって、前記加熱手段（１９；２９）が前記装置の外部のエネルギー源に接続可能であるとともに、前記外部エネルギー源から切り離し可能である、手段（１９；２９）と、
を備え、
前記装置は、
−反応しなかった前記システム（ＴＣＵ１；ＴＣＵ２）のそれぞれに存在する流体の量を決定する手段と、
−流体の量を決定する前記手段に結合されるとともに、前記システム（ＴＣＵ１；ＴＣＵ２）のそれぞれを加熱する前記手段（１９；２９）に結合される前記バルブ手段（ＥＶ１；ＥＶ２）を制御する手段と、
−その内容積を前記システム（ＴＵＣ１；ＹＣＵ２）によって加熱できる及び／又は冷却できるように配置される少なくとも１つの断熱筐体（５）と、
を更に備え、
−前記システム（ＴＣＵ１；ＴＣＵ２）のそれぞれの流体の全てが前記システムの前記リザーバ（１；２）内に収容されるようになっており、
−前記システム（ＴＣＵ１；ＴＣＵ２）のうちの少なくとも一方は、前記筐体の内容積の温度を所定の設定温度に至らせるために使用され、
−これが既に行なわれてしまっていなければ、前記加熱手段（１９；２９）が前記外部エネルギー源に接続され、
ａ）前記システム（ＴＣＵ１；ＴＣＵ２）の一方の前記反応器（１５；２５）が完全な再生まで加熱される一方で、他方のシステムが前記筐体（５）の内容積の温度を前記設定温度に維持し、
ｂ）前記反応器が完全に再生されるときに、今しがた再生された反応器を有する前記システムは、他方のシステムの全ての試薬及び／又は全ての流体が前記発熱反応で消費される前に、前記筐体の内容積の温度を前記設定温度に維持するために使用され、反応できる前記流体及び試薬を依然として収容する他方のシステム（ＴＣＵ１；ＴＣＵ２）の前記反応器（１５；２５）がその完全な再生まで加熱され、
−前記接続手段が前記外部エネルギー源に接続される間、前記ステップａ）及びｂ）が繰り返され、
−前記加熱手段（１９；２９）が前記外部エネルギー源から切り離されるときに、前記システム（ＴＣＵ１；ＴＣＵ２）のそれぞれは、前記筐体（５）の内容積の温度を前記設定温度に維持するために引き続いて使用される、
方法。
【請求項８】
前記筐体（５）の内容積を前記設定温度に至らせるために前記２つのシステム（ＴＣＵ１；ＴＣＵ２）が使用される場合には、前記システム（１５：２５）のそれぞれで未だ反応してしまっていない流体の量が決定され、反応してしまっていない最小量の流体を収容する前記システムの前記反応器（１５；２５）が加熱されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記システムのそれぞれの前記バルブ手段（ＥＶ１；ＥＶ２）は、前記所定量の流体が前記反応器（１５；２５）のうちの少なくとも一方に入り込むようにされた後、所定の期間にわたって閉状態に維持されることを特徴とする請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
試薬が今しがた再生されてしまった反応器（１５；２５）は、前記筐体（５）の内容積の温度を前記設定温度に維持するために、前記反応器（１５；２５）の温度が前記筐体（５）における周囲環境の温度に達する前に使用されることを特徴とする請求項７〜９のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の装置を備える自動車両であって、前記断熱筐体（５）が前記車両のトランク内に収容されることを特徴とする自動車両。
【請求項１２】
前記一時接続手段は、電気幹線に及び／又は前記車両のバッテリに接続され得る電気プラグを備えることを特徴とする請求項１１に記載の自動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギーの連続的な供給を伴わずに断熱筐体の内部を所定温度に至らせてその温度に保つ方法、及び、前述の方法を実施できる断熱筐体の内部を所定温度に至らせてその温度に保つための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
気体状態の特定の成分は、液体状態の他の成分によって可逆的に吸収され得る。これは、臭化リチウムの溶液によって吸収され得る水蒸気形態の水にも当てはまる。また、固体生成物を生成するために可逆的な発熱反応中に気体と反応できる固体も存在する。これは、例えば、特にアンモニアと反応するアルカリ金属塩化物又はアルカリ土類金属塩化物に関しても当てはまる。また、気体を可逆的に吸収できるゼオライトなどの固体化合物も存在する。前述の吸収、吸着、及び、化学反応は、発熱であり且つ可逆的であり、これらは、現在、冷気及び熱の生成のために使用される。
【０００３】
特許文献１は、断熱筐体、筐体内に収容される空気を循環状態で配置する手段、及び、熱化学システムを備える装置について記載する。前記熱化学システムは、バルブ手段を介して反応器と連通して配置され得る気体リザーバを備え、前記反応器は、可逆的な発熱化学反応中に固体生成物を形成するためにリザーバ内に収容される気体と反応できる固体試薬を収容する。バルブ手段が開かれると、反応器内で気体が消費されるため、リザーバ内の気体の圧力が連続的に減少する。すなわち、リザーバ内の圧力の降下が周囲環境からの熱の吸収を引き起こす。同時に、反応器内で行なわれる化学反応が熱を生み出す。前述の文献に記載される装置は、空気を循環状態で配置する手段により、反応器と接触する筐体内に収容される空気を加熱できるようにする、又は、リザーバと接触する空気を冷却できるようにする。したがって、前記装置は、化学反応が始まった時点で、エネルギーの外部供給を伴うことなく、断熱筐体の加熱又は冷却のいずれかを行なうことができるようにする。気体の全てが試薬と反応してしまうと、反応器は、その後、逆の吸熱反応を引き起こしてリザーバに気体を補充するために再加熱されなければならない。このいわゆる再生段階中においては、装置をもはや使用できない。したがって、装置の自律性は、試薬の量、特にリザーバ内に収容される気体の量に直接に関連付けられる。
【０００４】
前述の装置の自律性を高めることが望ましい場合、１つの解決策は、気体試薬の量を増大させることから成る。このとき、装置は、非常に扱いにくく、重くなる。また、反応器も大型になるため、反応器の再生が更に長くなる。
【０００５】
また、特許文献２は、交互に機能する２つの熱化学システムを備える装置について記載する。熱化学システムのうちの一方が反応器を取り囲む電気抵抗によって再生段階にある場合、他方のシステムは冷気生成段階にある。反応の進展を決定する手段は、再生段階の交互の実施を最適化できるようにする。この装置は自律的ではない。これは、反応器のうちの１つが再生段階にあることを装置の動作が必要とするからであり、そのため、装置は、その動作中、常に電源に接続される。装置を移動可能及び自律的にする唯一の手段は、その動作中に電気を連続的に供給できる電源を装置と関連付けることである。そのような装置は、高価で扱いにくいことが分かる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００６／１００４１２号
【特許文献２】国際公開第２０１３／１６４５３９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の１つの目的は、特許文献１に記載される装置と比べて自律性が向上した、断熱筐体の内部を所定温度に至らせてその温度に保持するための装置を提案することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、同じ量の流体に関して、特許文献１に記載される装置と比べて自律性が向上した装置を提案することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、冷気及び／又は熱を連続的に生成すること及び自律的に機能することをいずれも可能にする装置を提案することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、特に本発明に係る装置を使用することによって実施され得る冷気及び／又は熱を生成する方法であって、特に冷気の生成のために前記装置の自律動作における利用時間を増大できるようにする方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、断熱筐体を所定温度に至らせてその温度に保持できるようにする装置を提案し、該装置は所定期間にわたって自律的に機能できる。本発明によれば、特徴として、装置は、吸収システム、吸着システム、及び、熱化学システムのうちから互いに無関係に選択される少なくとも第１及び第２のシステムを備え、前記第１及び第２のシステムはそれぞれ、
−流体を収容する少なくとも１つのリザーバであって、該リザーバが、前記流体と可逆的に発熱反応できる試薬を収容する反応器に接続され、前記試薬が、前記発熱反応中に消費されるとともに、前記反応器を加熱することにより引き起こされ得る逆反応中に再生可能である、少なくとも１つのリザーバと、
−前記リザーバと前記反応器との間の前記流体の流れを調整するためのバルブ手段と、
−前記逆反応を引き起こすことができる、前記反応器を加熱する手段と、
を備える。
また、特徴として、前記加熱手段が前記装置の外部のエネルギー源に対する一時接続手段を備え、前記一時接続手段が前記外部エネルギー源に接続可能又は前記外部エネルギー源から切り離し可能であり、前記装置は、
−反応しなかった前記システムのそれぞれに存在する流体の量を決定する手段と、
−流体の量を決定するための前記手段に結合されるとともに前記加熱手段に結合される前記バルブ手段を制御する手段と、
−その内容積を前記システムによって加熱できる及び／又は冷却できるように配置される少なくとも１つの断熱筐体と、
を更に備える。
【００１２】
第２のシステムの存在は、第１のシステムの反応器の再生を考慮できるようにし、その再生中に第２のシステムが冷気又は熱を生み出すように作用する。システムのうちの一方の再生は、潜在的に、本発明の装置の全体的な自律の継続時間を増大させる。したがって、実際に、外部エネルギー源の存在の利益を享受して、反応器の部分的な再生さえももたらすことができる。装置がその後に前記外部エネルギー源から切り離されると、装置は、筐体内の温度が変更されることなく再び自律的に動作できる。
【００１３】
２つのシステムの存在は、装置のサイズを制限しつつ、反応できる流体の量を増大させることができるようにし、この場合、２つのシステムは、平均的なサイズを成すことができるとともに、装置内に適切に配置される。
【００１４】
本発明によれば断熱筐体が限定されない。すなわち、断熱筐体は、例えば０．４Ｗ／ｍ２／℃よりも大きい又は小さい又はそれにほぼ等しい全熱伝達率を有する断熱筐体を含むことができる。
【００１５】
本発明によれば、システムのそれぞれに存在する反応しなかった流体の量を決定する手段が限定されない。すなわち、これらの手段は、システムのリザーバ内の液体の形態を成す流体の量を測定する手段、又は、関与するシステム内の気体の流体の圧力を測定する手段を含むことができる。また、これらの手段は、蒸発器内の温度を測定する手段、又は、反応器内で行なわれる反応の進展の状態を間接的に与える凝縮器内の温度を測定する手段を含むこともできる。反応しなかった流体の量を直接的に又は間接的に決定できるようにする任意の手段を本発明の範囲内で使用することができる。
【００１６】
制御手段は、ユーザの介入を伴うことなく装置の動作を確保する。
【００１７】
外部エネルギー源に対する一時接続手段は、例えば、装置が特に電気的なエネルギー源により給電される場合には、エネルギー源と装置との間の物理的な接続を断ち切ることなく前記給電を遮断できるようにするべく、少なくとも１つの電気プラグ又は任意の他の手段を含むことができる。これは、例えばスイッチを含むことができる。好適には、一時接続手段が電気プラグを備え、外部エネルギー源が電気幹線である。
【００１８】
好適には、前記リザーバが流体を液相／気相平衡状態で収容し、また、前記装置は、前記リザーバのうちの少なくとも１つの出口に接続される少なくとも１つの蒸発器を更に備える。したがって、より多くの冷気（frigories）を生成できる。
【００１９】
好適には、装置は、前記システムのうちの少なくとも一方の前記反応器と前記リザーバとの間に取り付けられる少なくとも１つの凝縮器を備える。したがって、装置は、２つの蒸発器及び２つの凝縮器、すなわち、それぞれのシステムごとに１つの蒸発器及び１つの凝縮器を備えることができる。
【００２０】
１つの実施形態によれば、前記システムのそれぞれの前記リザーバ及び／又は前記蒸発器及び／又は前記凝縮器は、前記断熱筐体の内容積との熱伝達を可能にするように配置される。
【００２１】
また、筐体は、２つの蒸発器及び／又はリザーバのうちの少なくとも１つを含むこともできる。
【００２２】
好適には、前記システムのそれぞれの前記リザーバ及び／又は前記蒸発器が前記断熱筐体内に配置される。
【００２３】
好適には、装置は、前記システムの反応器を冷却する手段を備える。前記冷却手段は、例えばファンであってもよく、又は、自律的に機能できる任意の他の冷却手段であってもよい。
【００２４】
本発明の装置は、車両の一体部分を成すことができる。したがって、断熱筐体は、車両のトランクの一体部分を形成することができ、又は、車両のトランク内に収容され得る。このとき、一時接続手段は、電気幹線に及び／又は車両のバッテリに接続され得る電気プラグを備える。
【００２５】
先の実施形態と組み合わせることができる他の実施形態によれば、車両が静止しているときに、加熱手段は、反応器のうちの少なくとも１つを再生するために車両のバッテリからの電気エネルギーを使用するようになっている。この場合、車両は、車両のバッテリの充電状態を検出するための手段も有する。本発明の範囲内で、走行時又は停止時に車両内の任意の利用可能なエネルギー源を使用して反応器を再生することができる。したがって、例えば、反応器を再生するために、排ガスからの熱を使用でき、又は、制動中に熱を解放できる。
【００２６】
また、本発明は、断熱筐体を所定温度に至らせてその温度を保持できるようにする装置で実施され得る、断熱筐体内で冷気及び／又は熱を生成する方法にも関連し、前記装置は、
−吸収システム、吸着システム、及び、熱化学システムのうちから互いに無関係に選択される少なくとも第１及び第２のシステムを備え、前記第１及び第２のシステムはそれぞれ、
−流体を収容する少なくとも１つのリザーバであって、該リザーバが、前記流体と可逆的に発熱反応できる試薬を収容する反応器に接続され、前記試薬が、前記発熱反応中に消費されるとともに、前記反応器を加熱することにより引き起こされ得る逆反応中に再生可能である、少なくとも１つのリザーバと、
−前記リザーバと前記反応器との間の前記流体の流れを調整するためのバルブ手段と、
−前記逆反応を引き起こすことによって前記反応器を再生できる、前記反応器を加熱する手段であって、前記加熱手段が前記装置の外部のエネルギー源に接続可能であるとともに、前記外部エネルギー源から切り離し可能である、手段と、
を備え、
前記装置は、
−反応しなかった前記システムのそれぞれに存在する流体の量を決定する手段と、
−流体の量を決定する前記手段に結合されるとともに、前記システムのそれぞれを加熱する手段に結合される前記バルブ手段を制御する手段と、
−その内容積を前記システムによって加熱できる及び／又は冷却できるように配置される少なくとも１つの断熱筐体と、
を更に備え、
本発明の方法によれば、
−前記システムのそれぞれの流体の全てが前記システムの前記リザーバ内に収容されるようになっており、
−前記システムのうちの少なくとも一方は、前記筐体の内容積の温度を所定の設定温度に至らせるために使用され、
−これが既に行なわれてしまっていなければ、前記加熱手段が前記外部エネルギー源に接続され、
ａ）前記システムの一方の反応器が完全な再生まで加熱される一方で、他方のシステムが前記筐体の内容積の温度を前記設定温度に維持し、
ｂ）反応器が完全に再生されるときに、今しがた再生された反応器を有するシステムは、他方のシステムの全ての試薬及び／又は全ての流体が前記発熱反応で消費される前に、前記筐体の内容積の温度を前記設定温度に維持するために使用され、反応できる前記流体及び試薬を依然として収容する他方のシステムの反応器がその完全な再生まで加熱され、
−前記接続手段が前記外部エネルギー源に接続される間、前記ステップａ）及びｂ）が繰り返され、
−前記加熱手段が前記外部エネルギー源から切り離されるときに、前記システムのそれぞれは、前記筐体の内容積の温度を前記設定温度に維持するために引き続いて使用される。
【００２７】
出願人は、接続手段が外部エネルギー源から切り離される瞬間に関係なく、先のステップａ）及びｂ）の実施が前述の装置の自律性を高めることができるようにすることを明らかにした。
【００２８】
接続手段の切り離しは、自発的であって、ユーザにより実施され得るが、自発的でない或いは偶発的な切り離し、例えば電源障害を伴うこともできる。
【００２９】
この方法は、断熱筐体の内部を冷却する及び／又は加熱するために使用できる。この方法は、設定温度が周囲温度よりも高いとき又は設定温度が周囲温度よりも低いときに実施できる。
【００３０】
好適には、設定温度は、本発明の方法の実施の全体にわたって周囲温度よりも低い又は高い。
【００３１】
出願人は、前述の方法が本発明の装置の自律の継続時間を増大できるようにすることを明らかにした。
【００３２】
確かに、出願人の見識は、反応器の再生が断熱筐体への熱伝達をもたらすこと、及び、このとき、前述の熱伝達を補償するために動作中にシステムの反応器内に入る流体の流量を増大させる必要があることを明らかにしてきた。また、出願人は、筐体を所定温度に至らせるには筐体をその温度に保持するよりも多くのエネルギーを必要とすること、及び、先のステップａ）及びｂ）が少なくとも１回実施されるときに再生プロセスにある反応器に起因して熱伝達に抗するべく費やされるエネルギー（したがって、反応し得る流体の量）が最小であることも確認してきた。ステップａ）及びｂ）の繰り返しにより、前述の装置の自律性を更に一層高めることができる。
【００３３】
好適には、システムのそれぞれの前記バルブ手段は、前記所定量の流体が前記反応器のうちの少なくとも一方に入り込むようにされた後、所定の期間にわたって閉状態に維持される。システムが静止している前記期間は、本発明の装置の断熱筐体内で熱平衡を達成できるようにするとともに、流体を節約できるようにする。前記期間は筺体の断熱性に依存する。
【００３４】
好適には、前記筐体の内容積を前記設定温度に至らせるために２つのシステムが使用される場合には、前記システムのそれぞれで未だ反応してしまっていない流体の量が決定され、また、反応してしまっていない最小量の流体を収容するシステムの反応器が加熱される。
【００３５】
１つの実施によれば、試薬が今しがた再生されてしまった反応器は、筐体の内容積の温度を前記設定温度に維持するために、前記反応器の温度が前記筐体における周囲環境の温度に達する前に使用される。例えば、反応器の温度が７０℃にほぼ等しいときにシステムを使用できる。
【００３６】
実際に、出願人は、反応器の温度、したがって反応器内の圧力が筐体内での熱及び／又は冷気の生成に影響を及ぼさないことを示してきた。したがって、反応器が周囲温度に達するのを待つことなく再生された反応器を直ちに使用することより、システムが使用されない期間（反応器の再生と、再生により引き起こされる反応器の過剰な温度とに起因する）を短くすることもできる。再生におけるシステムの不使用期間が更に一層減少されるため、それにしたがって他方のシステムにおける流体の消費も減少される。
【００３７】
好適には、それぞれのシステムごとに、リザーバは、反応器内に収容される試薬の全てと反応できる量の流体を少なくとも収容する。好適には、リザーバは、発熱反応中、反応器内に収容される試薬の全ての消費のために必要な量の流体を実質的に収容する。
【００３８】
定義
本発明の意味の範囲内で、吸収システムは、体積の変化を伴わずに気体を吸収する液体を備えるシステムである。
【００３９】
本発明の意味の範囲内で、吸着システムは、共有結合を形成することなく例えばファン・デル・ワールスタイプの簡単な相互作用によってその表面に気体の分子を付着させることができる固体を備えるシステムである。ゼオライトを備えるシステムが吸着システムの一例である。
【００４０】
本発明の意味の範囲内の用語「熱化学システム」は、共有結合の形成を伴って、新たな固体生成物又は液体生成物を形成するために、流体（気体又は液体）が試薬、好適には固体と反応するシステムを示す。そのようなシステムの１つの例は、塩化マンガン、塩化バリウムと反応する気体の形態を成すアンモニアである。
【００４１】
本出願の全体にわたって簡略化するため、用語「反応する」は、それが熱化学システム又は吸着システム又は吸収システムを伴うかどうかにかかわりなく使用される。同様に、用語「反応」は、真正な化学反応及び吸着又は吸収のいずれに関しても使用される。
【００４２】
用語「再生」及び「再生される」などの関連する用語は、反応器に適用される場合には、状況に応じて、吸着される又は吸収される生成物の脱離を示す、或いは、試薬と流体との間の発熱反応中に得られる生成物の分解を示す。前記反応生成物の分解は、直接的に又は非直接的に流体を得ることができるようにし、その後、流体は再生された試薬と再び反応できる。用語「再生された反応器」は、発熱反応の生成物が完全に分解されてしまったこと、及び、反応器の全ての流体及び試薬を再び使用できることを示す。
【００４３】
用語「逆反応」は、固体に吸着された気体の脱離、又は、吸収された気体のガス状液体への変換、又は、試薬と気体との間の化学反応の生成物の熱分解反応のいずれかを示す。全ての場合において、前記反応は吸熱である。
【００４４】
用語「自律」は、エネルギーの外部供給を伴わずに、特に加熱によって反応器のうちの１つを再生するためにエネルギーの供給を伴うことなく、装置が所定の期間にわたって冷気及び／又は熱をもたらすことを意味する。自律的動作は、本発明に係る装置をその動作中に移動させることができること、及び、装置をその動作中に外部エネルギー源、特に電源に接続する必要がないことを意味する。
【００４５】
周囲温度とは、一般に断熱筐体及び装置の外側の環境の温度のことである。
【００４６】
本発明、本発明の特徴、及び、様々な利点は、添付の図に関連する本発明の装置の一実施形態及び本発明の方法の一実施例の以下の説明からより良く理解される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る装置の一実施形態を表わし、断熱筐体は、その内容積が設定温度まで冷却された後にその温度に保たれるようになっている。
【図２ａ】「逆位相（in phase opposition）」と呼ばれる方法に係る図１に表わされる装置の動作図を表わし、曲線は、それぞれのシステムごとに、関与するシステム内の圧力の変化を時間の関数として表わすとともに、筐体内の温度の変化を時間の関数として表わす。
【図２ｂ】本発明の方法に係る図１に表わされる装置の動作図を示し、曲線は、それぞれのシステムごとに、関与するシステム内の圧力の変化を時間の関数として表わすとともに、筐体内の温度の変化を時間の関数として表わす。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
ここで、図１を参照して、本発明の特定の実施形態について説明する。図示の実施形態によれば、本発明の装置は、２つの熱化学システムＴＣＵ１，ＴＣＵ２及び断熱筐体５を備え、断熱筐体の内容積は、設定温度Ｔｃまで冷却された後に前記温度に保たれるようになっている。第１の熱化学システムＴＣＵ１は、断熱筐体５内に配置される蒸発器１３に接続されるリザーバ１を備える。リザーバ１は、蒸発器１３の反対側に配置される反応器１５にも接続される。凝縮器１７が反応器１５とリザーバ１との間の取り付けられる。ソレノイドバルブＥＶ１が凝縮器１７と反応器１５との間に取り付けられる。ファン１２，１４，１６が、蒸発器１３、凝縮器１７、及び、反応器１５で熱伝達を加速させることができるようにする。第２の熱化学システムＴＣＵ２は、第１の熱化学システムと同じ構造を有するとともに、蒸発器２３に接続されるリザーバ２を備える。リザーバ２は、蒸発器２３の反対側に配置される反応器２５にも接続される。凝縮器２７が反応器２５とリザーバ２との間の取り付けられる。ソレノイドバルブＥＶ２が凝縮器２７と反応器２５との間に取り付けられる。ファン２２，２４，２６が、蒸発器２３、凝縮器２７、及び、反応器２５で熱伝達を加速させることができるようにする。反応器１５は、プラグＰ１を用いて電源に接続され得る電気的な加熱手段１９を備える。反応器２５も図示しないプラグを用いて電源に接続され得る電気的な加熱手段２９を備える。１つの変形によれば、スイッチによって電力を加熱手段１９，２９に対して二者択一的に供給できる。
【００４９】
システムＴＣＵ１，ＴＣＵ２は互いから熱的に絶縁される。しかしながら、反応器１５，２５及び／又は凝縮器１７，２７は、筐体５の内部と熱的に接続され得る。したがって、反応器１５，２５及び／又は凝縮器１７，２７は、設定温度が周囲温度よりも高いときに前記筐体を潜在的に加熱できる。
【００５０】
図１に表わされるように、反応器１５は、第２のシステムＴＣＵ２が筐体５を冷却するためにそのリザーバ２及びその蒸発器２３で冷気（frigories）を生成する間に、再生のプロセスの状態にある。この場合、設定温度は常に周囲温度よりも低く、筐体５が冷却されるはずである。
【００５１】
図１に表わされる実施形態では、蒸発器１３，２３及びリザーバ１，２が断熱筐体５内に位置され、一方、２つの熱化学システムＴＣＵ１，ＴＣＵ２の要素の残りが筐体５の外側のボックス内に位置される。明確にするために、図１には、制御手段と反応の進展を決定する手段とが表わされない。
【００５２】
ここで、図１に関連して、本発明の装置の１つの動作モードについて説明する。
【００５３】
ｔ＝０では、筐体５の内部温度が周囲温度である２５℃にほぼ等しい。周囲温度は、方法の実施の全体にわたって変化しない。２つのリザーバ１，２は、アンモニアガスで平衡状態にある液体アンモニアで満たされる。筐体５を冷却するために、第１のシステムＴＣＵ１のソレノイドバルブＥＶ１が開放され、それにより、ガスがリザーバ１から反応器１５内に入る。ガスは、反応器１５内に収容される固体試薬とのその発熱反応中に消費される。蒸発器１３内での液体の蒸発は、筐体５内の熱の吸収をもたらし、それにより、筐体が冷却される。筐体５の温度を設定温度Ｔｃに至らせるために特定量の流体が消費される。
【００５４】
設定温度Ｔｃに達すると、システムＴＣＵ１の反応器１５を再生するためにプラグＰ１が電気幹線に接続される。この形態が図１に表わされる。
【００５５】
反応できる流体及び試薬を依然として収容する第２のシステムＴＣＵ２は、その後、筐体５内の温度を設定値Ｔｃに保つために使用される。したがって、ソレノイドバルブＥＶ２が開かれる。第２のシステムＴＣＵ２が筐体５を冷却する間、反応器１５を加熱することによる再生は、第２のシステムＴＣＵ２を補償するべき熱量を生み出す。リザーバ１内に存在する液体アンモニアの量は、第１のシステムＴＣＵ１において時間の関数として測定される。液体アンモニアのレベルがｔ＝０における値と同じ値に戻ると、反応器１５の加熱が停止され、したがって完全に再生され、また、反応器２５が加熱される。したがって、反応器１５は、完全に再生されて、筐体５を設定温度に維持するために直ちに使用される。
【００５６】
前述のステップは、加熱手段１９，２９を電気幹線に接続できる限りにおいて繰り返される。
【００５７】
ｔ＝ｔ１では、加熱手段１９，２９が電気幹線から切り離され、また、システムＴＣＵ１，ＴＣＵ２は、流体又は試薬の量が発熱反応をどのように制限するのかに応じて、反応器の試薬の全てが反応してしまう又は流体の全てが反応してしまうまで筐体５の温度を値Ｔｃに維持するために使用される。その後、温度を維持するために使用される第２のシステムへの切り換えが行なわれる。後述するように、前述したステップは、システムＴＣＵ１，ＴＣＵ２のいずれでも反応しなかった流体の量を最適化できるようにする。
【００５８】
例：断熱筐体の設定温度までの冷却
図１に係る装置は、７５Ｌの内容積を有する断熱筐体を冷却するようになっている。筐体の全体の熱伝達率は０．３６２Ｗ／ｍ２／℃で評価される。筐体内の設定温度は２℃である。２つの同一の熱化学システムが使用され、各熱化学システムは、直径が８８．９ｍｍ及び長さが５０４ｍｍであるとともに厚さが３ｍｍの壁を備えているリザーバを備える。各システムは、リザーバと同じ直径の蒸発器を備える。各システムは、粉末形態の塩化マンガン及び膨張天然黒鉛の混合物の圧縮により形成されるブロックと可逆的に反応できる１．３ｋｇのアンモニア（又は７５モル）を収容する。各システムは、直径が１１４．３ｍｍ及び長さが６８０ｍｍであるとともに厚さが３ｍｍの壁を有する反応器を備える。各反応器は２つの加熱要素によって取り囲まれ、各加熱要素は２６６Ｗの電力を供給する。システムの反応器を冷却するためにファンが使用される。また、装置は、装置が自律モードで機能するときにファンに給電するために及びソレノイドバルブに給電するために電気バッテリも備える。
【００５９】
再生の終わりに、反応器は、周囲温度又は周囲温度を上回る温度のいずれかであるが熱及び／又は冷気を生み出すためにシステムの使用を可能にする更に低い温度まで反応器を戻すために冷却される。また、反応器は、装置が自律モードで機能しているか又は外部エネルギー源（電気幹線）に接続されるかどうかにかかわらず、熱及び／又は冷気を生み出すために反応器の使用中にも冷却される。反応器の冷却は、蒸発器で更に低い温度を有することができるようにする。したがって、ファンには、装置に取り付けられるとともに電気幹線に接続される変圧器を介して給電され得るバッテリによって１２Ｖを供給できる。
【００６０】
反応器内で行なわれる可逆的な発熱化学反応は以下の通りである。
【００６１】
【化１】
2017531150.tif 000003
【００６２】
システムの様々な要素における温度及び圧力は、これらの温度及び圧力がクラペイロンダイヤグラムを用いて計算される値に適切に対応することを検証するためにシステムが動作中の間に測定される。
【００６３】
反応器内で発熱反応が行なわれるステップでは、２℃に等しい設定温度、２５℃に等しいほぼ一定の周囲温度において、反応の初めに達せられる反応器内の最大温度が８０℃であり、また、反応の終わりに最大温度が６０℃である。発熱反応中、反応器内の温度は、ほぼ安定しており、７０℃に等しい。反応が終了されると、反応器内の温度が下がる。システム内の圧力は、減少した後、設定温度に達すると、反応器に入るアンモニアの流量の調整に起因して一定のままである。流入する全てのアンモニアが発熱反応で消費される。設定温度に達すると、圧力Ｐ１は２．２バールである。システム内の圧力の増大は、アンモニアがもはや反応器内で消費されていないこと、及び、発熱反応が終了されていることを示す。蒸発器内の温度は、バルブ手段が開かれるときに−２０℃にほぼ等しい。温度は、発熱反応中、設定温度に達した時点で、−１５℃で安定させるべく僅かに増大する。蒸発器内の温度の増大は、発熱反応の終わりを示す。温度値及び圧力値はクラペイロン方程式ダイヤグラムによって与えられる。
【００６４】
単一システムにより動作
単一の熱化学システムが使用される場合には、３０分で筐体内が２℃の温度に達することができる（筐体内の最初の温度は２５℃）。前記温度降下は、リザーバのアンモニアの６８．８％を消費する。その後、温度を２３時間にわたって２℃に維持することができ、これは２３．５時間の自律動作に対応する。
【００６５】
逆位相の２つのシステムによる動作
図２ａは、前述した装置の動作図を表わし、２つのシステムが逆位相にある。つまり、一方の反応器が十分に（すなわち、システム内のアンモニアの最大圧が得られるまで）再生された後、この反応器がそれを使用する前の周囲温度まで完全に冷却されて、筐体５がその温度に維持され、一方、他方のシステムの反応器は、第１のシステムの使用期間中に完全に再生される。再生のプロセスにおけるシステムの不使用の継続時間は、再生の継続時間＋周囲温度へ至る冷却の継続時間に対応する。
【００６６】
曲線Ａは、第１の熱化学システム内の圧力Ｐの変化を時間の関数として表わす。曲線Ｂは、第２の熱化学システム内の圧力の変化を時間の関数として表わす。曲線Ｃは、断熱筐体５内の温度の変化曲線を表わし、設定温度が２℃に等しい。２つのリザーバ１，２は、筐体５を冷却し始める前に満たされる。再生段階のそれぞれは、関与する反応器の温度の増大と、再生後の筐体を冷却するための反応器の使用前の周囲温度にまで至る反応器の温度の減少とを含めて、６時間続く。ｔ＝１８．６時間では、反応器の加熱手段が電気幹線から切り離される。
【００６７】
図２ａにおいて分かるように、反応器が再生されているときであっても設定温度を保つことができる。また、装置が自律的に機能できる、すなわち、装置が反応器の再生を伴わずに機能できることにも気付く。
【００６８】
以下の表１，２は、図２ａに示される異なる時間における装置のシステム内の気体アンモニアの消費及び再生に関する結果をまとめて示す。示される数値は、いずれの場合にも、関与する瞬間ｔにおいて、システム内に含まれる、したがって熱及び／又は冷気を生成するために利用できるアンモニアガスのパーセンテージを示す。ｔ＝０では、バルブＥＶ１を開放することによって筐体５の冷却が始められる。その後、設定温度を２℃に維持するために、一方の全体的に使用されるシステムから他方のシステムへの切り換えが行なわれる。反応器は、該反応器が収容する試薬の量が発熱反応で完全に消費されてしまったときにだけこれらの反応器を再生するために加熱される。
【００６９】
【表１】
2017531150.tif 000004
【００７０】
【表２】
2017531150.tif 000005
【００７１】
以上の結果から気付くように、２つのシステムを逆に用いると、反応器の加熱手段に電気が供給される限りにわたって冷気を連続的に生み出すことができる。装置が前記外部エネルギー源から切り離されれば、筐体が所定温度に至らされた後であって、筐体を所定温度に至らせるために使用される第１のシステムの少なくとも１つの再生後に、装置は、依然として自律モードで使用できる少なくとも１５６．７％の気体アンモニアを含み、これは５０時間の自律的冷却に対応する。
【００７２】
本発明の方法に係る動作
図２ｂは、本発明の方法に係る動作図を表わす。曲線Ａ〜Ｃは、図２ａに関連して説明された要素と同じ要素を表わす。既に説明されたように、再生された反応器は、その温度が周囲温度に達する前に、筐体を冷却するために使用される。この場合、再生された反応器は、その蒸発器及びリザーバを介して筐体５を冷却するために使用される前に、７０℃にほぼ等しい温度まで冷却される。筐体の温度を設定値に維持するために使用されるべきシステムの反応器の再生は、他方のシステムの反応器が完全に再生されると直ぐに、好適には反応器の温度が周囲温度に達する前に開始される。
【００７３】
以下の例において、反応器内で反応するために利用できるアンモニアの量は、関与するシステム内の圧力を測定することによって決定される。圧力が最大のときに反応器が完全に再生されることが知られている。反応器の再生段階の停止は、関与する反応器を含むシステム内の圧力がほぼＰｍａｘに等しいときに引き起こされる。再生段階は、それぞれ再生されるべき試薬の量に応じて２．４〜２．８時間続く。再生段階は、ステップａ，ｂが繰り返されるにつれて益々短くなる。
【００７４】
以下の表３，４は、本発明に係る動作モードを伴う前述の装置の動作のモデルから得られる結果をまとめる。また、数値は、表１，２に関連して説明された気体アンモニアのパーセンテージを示す。
【００７５】
【表３】
2017531150.tif 000006
【００７６】
【表４】
2017531150.tif 000007
【００７７】
ｔ＝８．３時間では、加熱手段が電気幹線から切り離されて、自律動作が始まる。先の表３，４に示される前述の結果を考慮すると分かるように、筐体の内部を設定温度に至らせるために使用された第１のシステムの反応器の再生を達成した後、装置は、常に気体の形態を成す１８７．７％アルミニアの最小値を含む。したがって、装置が前記再生段階後に電気幹線から切り離されれば、５９．３時間の自律が達成される。したがって、既に説明された「逆」動作と比べて自律性が高められる。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【国際調査報告】
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