(57)【要約】第１筐体（１０）であって、水の三重点の温度以下の温度、又は水の三重点の温度より１０℃未満高い温度における液体状態の水（１４）と、液体状態の水（１４）の圧力と平衡状態にある水の飽和蒸気圧に等しい第１圧力にある気体状態の水（１１）とを含む、第１筐体（１０）と、前記第１圧力より厳密に高く、少なくとも２倍である、第２圧力にある第２筐体（３０）と、前記第１筐体を前記第２筐体に接続する圧縮装置（３２）と、前記第２筐体内の気体状態の水を液体状態の水に凝縮するように構成された凝縮装置（３４）と、前記第１筐体内の冷熱を抽出するための冷熱抽出装置（２４）とを備える冷凍プラント（５）に、本発明は関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１筐体（１０）であって、水の三重点の温度以下の温度、又は水の三重点の温度より１０℃未満高い温度における液体状態の水（１４）と、前記第１筐体内の前記液体状態の水（１４）の圧力と平衡状態にある水の飽和蒸気圧に、１０％以内で等しい第１圧力にある気体状態の水（１１）とを含む、第１筐体（１０）と、
前記第１圧力より厳密に高く、少なくとも２倍である、第２圧力にある第２筐体（３０）と、
前記第１筐体を前記第２筐体に接続し、２より大きな圧縮比を提供する圧縮装置（３２）と、
前記第２筐体に部分的に収容され、前記第２筐体内の気体状態の水を液体状態の水に凝縮するように構成された凝縮装置（３４）と、
前記第１筐体から冷熱を抽出するための冷熱抽出装置（２４）と
を備える冷凍プラント（５；７０）。
【請求項２】
前記圧縮装置（３２）に供給される前記第１筐体（１０）内の気体状態の水を加熱するための装置（２２）を備える
請求項１に記載の冷凍プラント。
【請求項３】
前記第１筐体（１０）は、水の三重点の温度以下の温度の固体状態の水（１５）を更に含む
請求項１又は２に記載の冷凍プラント。
【請求項４】
前記水は、前記プラント内の閉回路を循環する
請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍プラント。
【請求項５】
前記凝縮装置（３４）は、前記第２筐体（３０）の外の第１熱交換器と、第１熱伝達流体を前記第１熱交換器の全体を通して循環させるための手段（３６）とを備える
請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷凍プラント。
【請求項６】
前記第１熱伝達流体は、周囲の空気、又は、水路、水域及び／若しくは地下水面からの水である
請求項５に記載の冷凍プラント。
【請求項７】
前記第２筐体（３０）内の前記第２圧力は、１０，０００Pa以下である
請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷凍プラント。
【請求項８】
前記冷熱抽出装置（２４）は、前記第１筐体（１０）内に存在する液体状態の水の一部又は全部が循環する水圧回路を備え、前記水圧回路は、前記第１筐体の外に配置された第２熱交換器（６８）を備える
請求項１〜７のいずれか１項に記載の冷凍プラント。
【請求項９】
前記冷熱抽出装置（２４）は、第２熱伝達流体が循環する閉鎖形の水圧回路を備え、前記水圧回路は、前記第１筐体の外に配置された第２熱交換器（６８）と、前記第１筐体（１０）内に配置された第３熱交換器（６６）とを備える
請求項１〜７のいずれか１項に記載の冷凍プラント。
【請求項１０】
第３筐体（８０）であって、その中に前記第２熱交換器（６８）が配置され、固体状態の水（８４）を含む、第３筐体（８０）を備える
請求項８又は９に記載の冷凍プラント。
【請求項１１】
前記加熱装置（２２）は、マイクロ波放射源及び／又は赤外線放射源を備える
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の冷凍プラント。
【請求項１２】
前記加熱装置（２２）は、前記圧縮装置（３２）に供給される前記第１筐体（１０）内の気体状態の水を少なくとも２℃加熱するように構成されている
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の冷凍プラント。
【請求項１３】
前記圧縮装置（３２）は、少なくとも１つのターボタイプの圧縮機を備える
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の冷凍プラント。
【請求項１４】
前記圧縮装置（３２）は、一連のステージを備え、各ステージはロータとステータとを備える
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の冷凍プラント。
【請求項１５】
前記圧縮装置（３２）は、テスラ圧縮機である
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の冷凍プラント。
【請求項１６】
前記圧縮装置（３２）は、圧縮比が固定された第１圧縮機ステージ（１３０）と、圧縮比が制御可能な第２圧縮機ステージ（１３２）とを備える
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の冷凍プラント。
【請求項１７】
固体及び／又は液体状態の粒子の流入に対して前記圧縮装置（３２）を保護するための装置（２０）を前記第１筐体内に更に備える
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の冷凍プラント。
【請求項１８】
液体状態の水（１４）を前記第１筐体（１０）内に供給するためのパイプ（１８）を備える
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の冷凍プラント。
【請求項１９】
前記凝縮装置（３４）は、液体状態の水の小滴（９６）を前記第２筐体（３０）内に放出するための少なくとも１つのノズル（９４）を備える
請求項１〜１８のいずれか１項に記載の冷凍プラント。
【請求項２０】
前記第２筐体（３０）と前記第１筐体（１０）との間の圧力差を調整するためのシステム（４２）を更に備える
請求項１〜１９のいずれか１項に記載の冷凍プラント。
【請求項２１】
前記調整システム（４２）は、前記第２筐体（３０）からの気体状態の水を膨張させ気体状態の水と液体状態の水とを含む混合物を前記第１筐体（１０）に排出するように構成された膨張タービン（１１０）を備える
請求項２０に記載の冷凍プラント。
【請求項２２】
前記第１筐体（１０）は、液体状態の水の少なくとも１つのタンク（１２；１２1〜１２N）を備え、前記混合物は、前記タンクに含まれる液体状態の水に排出される
請求項２１に記載の冷凍プラント。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれか１項の冷凍プラントを備える、産業プラント用の空気調和システム。
【請求項２４】
請求項１〜２２のいずれか１項の冷凍プラント（５）を備える、人工雪生成のためのシステム。
【請求項２５】
水の三重点の温度以下の温度、又は水の三重点の温度より１０℃未満高い温度の液体状態の水（１４）を第１筐体（１０）に入れ、前記第１筐体内の前記液体状態の水の圧力と平衡状態にある水の飽和蒸気圧に、１０％以内で等しい第１圧力にある気体状態の水を形成するステップと、
前記第１筐体からの気体状態の水を圧縮して、前記第１圧力より厳密に高く、少なくとも２倍である、第２圧力にある第２筐体に入れるステップと、
前記第２筐体内の気体状態の水を液体状態の水に凝縮するステップと、
前記第１筐体内の冷熱を抽出するステップと
を備える冷熱生成方法。
【請求項２６】
圧縮される前記第１筐体内の気体状態の水を加熱するステップを更に備える
請求項２５に記載の生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許出願は、本記載の不可分の部分とみなされる仏国特許出願FR17/57207の優先権を主張する。
【０００２】
本出願は、冷凍プラントに関する。
【背景技術】
【０００３】
冷凍プラントは、さまざまな用途に使用され得る。
【０００４】
冷凍プラントの一使用例は、空気調和システムに関し、特に都市部の冷却ネットワークの、又はデータセンターのためのコンテキストにおいてである。
【０００５】
冷凍プラントの他の使用例は、人工雪の生成のためのシステム、例えば、スキーリゾートを、天候の状況のため又はそのリゾートの地理的な位置に固有のことであるのだが、降雪量が少ない場合に、雪で覆うためのシステムに関する。
【０００６】
一般に、任意の熱機械エネルギー変換器、特に冷凍プラントに対して、システムによって発生した熱出力（温熱Ｑchの量又は冷熱Ｑrefの量）とシステムに供給された仕事（仕事Ｗ）との比は、成績係数（ＣＯＰ）と呼ばれる。エネルギー消費はシステムの電力消費を含むことがわかっているので、ＣＯＰはできるだけ高いことが一般に望ましく、それはシステムのエネルギー効率がよいことにつながり、低エネルギー消費を引き起こす。
【０００７】
特に人工雪を生成するためのシステムにおいて使用され得るさまざまなタイプの冷凍プラントがある。人工雪を生成するための第１のシステムは、スノーガン又はスノーポールタイプの、周囲の空気に開放されたシステムであり、一般に、周囲の空気と接触すると結晶化する水と空気の混合物の噴霧を行う。その膨張が雪の形成につながる圧縮空気の供給源から、空気が届き得る。これらのシステムの不利な点は、狭い範囲の温度及び湿度、一般に−２℃未満の温度かつ３０％より大きな湿度、においてのみ、動作することができるということである。人工雪を生成するための第２のシステムは、特許出願WO2012/104787に記載されているように、オープンシステムを備える。そのような雪を生成するためのシステムの電力消費は、一般に生成される１立方メートルの雪当たり２０kWhから４０kWhまで変わり、それは第２及び第３の雪生成システムより小さい。それにもかかわらず、そのような生成システムは冷却塔の建設を必要とし、したがって大規模な運転のためには建設費が高すぎる。
【０００８】
人工雪を生成するための第３のシステムは、圧縮機、凝縮器、調整器及び蒸発器を含む冷凍庫タイプのクローズドシステムを備える。不利な点は、ＣＯＰが低く、一般に２から４の範囲であることである。更に、そのような雪生成システムの電力消費は大きく、生成される１立方メートルの雪当たり、例えば４０kWhから１２０kWhである。
【０００９】
人工雪を生成するための第４のシステムは、水と極低温の気体、特に窒素又は二酸化炭素、の混合物の形成を特に含む極低温処理を行うクローズドシステムを備える。そのような雪生成システムのＣＯＰは高いものであり得るが、極低温流体の生成に必要なエネルギーを考慮に入れる必要がある。その結果、そのような雪生成システムの全体の電力消費は、生成された１立方メートルの雪当たり数百kWhより大きなものであり得、大規模な運転にとって運転コストが高すぎ、かなりのロジスティックス上の制約になるという結果となる。
【００１０】
特に空気調和システムのための、又は、特に６より大きな、好ましくは１０より大きな高いＣＯＰを有し、特に、冷凍プラントが、生成された１立方メートルの雪当たりの消費電力が５kWh未満、好ましくは３kWh未満の、雪生成システムに取り付けられたときに、電力消費が小さい人工雪を生成するためのシステムのための、冷熱生成設備を提供することが望まれる。冷凍プラントが広い範囲の周囲温度、特にプラスの温度、好ましくは２５℃まで、又は３５℃まで、正常に動作することができることが、更に望ましい。
【発明の概要】
【００１１】
よって、実施形態の目的は、前述の冷凍プラントの不利な点を少なくとも部分的に克服することである。
【００１２】
実施形態の他の目的は、冷凍プラントのＣＯＰが６より大きい、好ましくは１０より大きいことである。
【００１３】
実施形態の他の目的は、冷凍プラントの電力消費が削減されること、特に、冷凍プラントが雪生成システムに取り付けられるときに、生成された１立方メートルの雪当たり５kWh未満、好ましくは生成された１立方メートルの雪当たり３kWh未満であることである。
【００１４】
実施形態の他の目的は、冷凍プラントが、−３０℃と＋２５℃との間、好ましくは−３０℃と＋３５℃との間に含まれる周囲温度において動作できることである。
【００１５】
実施形態の他の目的は、冷凍プラントの建設コストが削減されることである。
【００１６】
よって、実施形態は、
第１筐体であって、水の三重点の温度以下の温度、又は水の三重点の温度より１０℃未満、好ましくは５℃未満高い温度における液体状態の水と、前記第１筐体内の液体状態の水の圧力と平衡状態にある水の飽和蒸気圧に、１０％以内で等しい、特に、水の三重点の温度における水の飽和蒸気圧に、１０％以内で等しい、第１圧力にある気体状態の水とを含む、第１筐体と、
前記第１圧力より厳密に高く、少なくとも２倍である、第２圧力にある第２筐体と、
前記第１筐体を前記第２筐体に接続する圧縮装置と、
前記第２筐体に部分的に収容され、前記第２筐体内の気体状態の水を液体状態の水に凝縮するように構成された凝縮装置と、
前記第１筐体から冷熱を抽出するための冷熱抽出装置と
を備える冷凍プラントを提供する。
【００１７】
一実施形態によると、前記プラントは、前記圧縮装置に供給される前記第１筐体内の気体状態の水を加熱するための加熱装置を備える。
【００１８】
一実施形態によると、前記第１筐体は、水の三重点の温度以下の温度の固体状態の水を更に含む。
【００１９】
一実施形態によると、前記水は、前記プラント内の閉回路を循環する。
【００２０】
一実施形態によると、前記凝縮装置は、前記第２筐体の外の第１熱交換器と、前記第２筐体の周囲の第１熱伝達流体を前記第１熱交換器の全体を通して循環させるための手段とを備える。
【００２１】
一実施形態によると、前記第１熱伝達流体は、周囲の空気、又は、水路、水域若しくは地下水面からの水である。
【００２２】
一実施形態によると、前記第２筐体内の前記第２圧力は、１００００Pa（１００mbar）以下であり、好ましくは６０００Pa（６０mbar）以下である。
【００２３】
一実施形態によると、前記冷熱抽出装置は、前記第１筐体内に存在する液体状態の水の一部又は全部が循環する水圧回路を備え、前記水圧回路は、前記第１筐体の外に配置された第２熱交換器を備える。
【００２４】
一実施形態によると、前記冷熱抽出装置は、第２熱伝達流体が循環する閉鎖形の水圧回路を備え、前記水圧回路は、前記第１筐体の外に配置された第２熱交換器と、前記第１筐体内に配置された第３熱交換器とを備える。
【００２５】
一実施形態によると、前記冷凍プラントは、第３筐体であって、その中に冷熱をエンドユーザに届ける前記第２熱交換器が配置された、第３筐体を備え、第３筐体は例えば固体状態の水を含む。
【００２６】
一実施形態によると、前記加熱装置は、マイクロ波放射源及び／又は赤外線放射源を備える。
【００２７】
一実施形態によると、前記加熱装置は、前記圧縮装置に供給される前記第１筐体内の気体状態の水を少なくとも２℃、好ましくは少なくとも１０℃、より好ましくは少なくとも２０℃加熱するように構成されている。
【００２８】
一実施形態によると、前記圧縮装置は、少なくとも１つのターボタイプの圧縮機、特に遠心圧縮機及び／又は軸流圧縮機を備える。
【００２９】
一実施形態によると、前記圧縮装置は、一連のステージを備え、各ステージはロータとステータとを備える。
【００３０】
一実施形態によると、前記圧縮装置は、テスラ圧縮機である。
【００３１】
一実施形態によると、前記圧縮装置は、圧縮比が固定された第１圧縮機ステージと、圧縮比が制御可能な第２圧縮機ステージとを備える。
【００３２】
一実施形態によると、前記冷凍プラントは、固体及び／又は液体状態の粒子の流入に対して前記圧縮装置を保護するための機械的な装置を前記第１筐体内に備える。
【００３３】
一実施形態によると、前記冷凍プラントは、液体状態の水を前記第１筐体内に供給するためのパイプを備える。
【００３４】
一実施形態によると、前記凝縮装置は、液体状態の水の小滴を前記第２筐体内に放出するための少なくとも１つのノズルを備える。
【００３５】
一実施形態によると、前記プラントは、前記第２筐体と前記第１筐体との間の圧力差を調整するためのシステムを更に備える。
【００３６】
一実施形態によると、前記調整システムは、前記第２筐体からの気体状態の水を膨張させ気体状態の水と液体状態の水とを含む混合物を前記第１筐体に排出するように構成された膨張タービンを備える。
【００３７】
一実施形態によると、前記第１筐体は、液体状態の水の少なくとも１つのタンクを備え、前記混合物は、前記タンクに含まれる液体状態の水に排出される。
【００３８】
実施形態は、上述のような冷凍プラントを備える、人工雪生成のためのシステムも提供する。
【００３９】
実施形態は、上述のような冷凍プラントを備える、産業、集合及び個人プラント用の、特に都市冷却ネットワークの一部としての、又はデータセンター用の空気調和システムも提供する。
【００４０】
水の三重点の温度以下の温度、又は水の三重点の温度より１０℃未満、好ましくは５℃未満高い温度の液体状態の水を第１筐体に入れ、前記第１筐体内の液体状態の水の圧力と平衡状態にある水の飽和蒸気圧に、１０％以内で等しい、特に、水の飽和蒸気圧に、１０％以内で等しい、第１圧力にある気体状態の水を形成するステップと、
前記第１筐体からの気体状態の水を圧縮して、前記第１圧力より厳密に高く、少なくとも２倍である、第２圧力にある第２筐体に入れるステップと、
前記第２筐体内の気体状態の水を液体状態の水に凝縮するステップと、
前記第１筐体から冷熱を抽出するステップと
を備える冷熱生成方法も、実施形態は提供する。
【００４１】
一実施形態によると、前記方法は、圧縮される前記第１筐体内の気体状態の水を加熱するステップを更に備える。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
これらの特徴及び有利な点が、他の点に加えて、限定のない特定の実施形態の以下の記載において、添付の図面と関連付けて詳細に説明される。
【図１】図１は、冷凍プラントの実施形態の部分的かつ概略的な断面図である。
【図２】図２は、図１に示された冷凍プラントの動作を示す水のエンタルピー−圧力線図を示す。
【図３】図３は、図１に示された冷凍プラントの動作を示す水のエンタルピー−圧力線図を示す。
【図４】図４は、図１に示された冷凍プラントの動作を示す水のエンタルピー−圧力線図を示す。
【図５】図５は、図１の冷凍プラントの部分のより詳細な実施形態の部分的かつ概略的な断面図である。
【図６】図６は、図１の冷凍プラントの他の部分のより詳細な実施形態の部分的かつ概略的な断面図である。
【図７】図７は、図１の冷凍プラントの他の部分のより詳細な実施形態の部分的かつ概略的な断面図である。
【図８】図８は、冷凍プラントの他の実施形態の部分的かつ概略的な断面図である。
【図９】図９は、図８の冷凍プラントの部分のより詳細な実施形態の部分的かつ概略的な断面図である。
【図１０】図１０は、冷凍プラントの他の実施形態の部分的かつ概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
明瞭にするため、異なる図において同じ要素は同じ参照番号で示され、加えて、さまざまな図は一定の縮尺で記載されているわけではない。更に、本記載を理解するのに役立つ要素のみが表示され、説明されている。特に、圧縮機及び熱交換器は当業者によく知られており、詳細には説明されない。以下の説明では、「上」、「下」、「上方」、「下方」等のような相対位置を表す修飾語、又は「水平」、「垂直」等のような向きを表す修飾語を参照するときには、通常の使用位置における図の向き又は冷凍プラントが参照される。以下の説明では、特に示されていない場合には、「実質的に」、「約」、「およそ」及び「の範囲」は、「１０％以内に」、好ましくは「５％以内に」を意味する。
【００４４】
本出願の残りの部分において、化合物Ｈ２Ｏは、液体、固体又は気体の状態であり得るが、「水」と呼ばれる。更に、「気体の状態の水」又は「水蒸気」という表現が、今後、交換可能に使用される。本出願の残りの部分において、「液体の水」又は「液体の状態の水」という表現は、少なくとも１つの溶質を更に含む水溶液の溶媒に対応する液体の状態の純水又は液体の状態の水を示すために使用される。更に、以下の説明では、「水の三重点」は、「純水の三重点」を意味する。
【００４５】
液体の状態の水を使用する冷凍プラントの実施形態が、これから説明される。これらの実施形態において、液体の状態の水が水溶液の溶媒に対応し得ること、すなわち、添加物が液体の状態の水に加えられ得ることが明らかである。
【００４６】
図１は、冷凍プラント５の実施形態を表す。
【００４７】
冷凍プラント５は、
外部環境に対して気密性があり外部環境に対して断熱され、動作中に水蒸気１１を実質的に含む第１低圧筐体１０と、
液体の水１４、及び、冷凍プラント５の定常モードにおいて動作するときには固体状態の水１５を含み、前記第１低圧筐体１０内に配置され、前記第１低圧筐体１０の内部に対して開放されたタンク１２と、
前記タンク１２に液体の水を供給するためのパイプ１８と、
第１低圧筐体１０内に収容され、液体の水１４の自由表面を覆い、液体の水の飛沫がタンク１２から飛び出すのを防止する保護要素２０と、
第１筐体１０内の低圧の水蒸気の少なくとも一部を加熱するための少なくとも１つの加熱装置２２と、
タンク１２から冷熱を抽出するための、例えば、タンク１２に接続され固体状態の水を回収するための装置である、冷熱抽出装置２４と、
外部環境に対して気密性があり、外部環境に対して断熱され、内部の圧力が第１低圧筐体１０内の圧力より高い第２低圧筐体３０と、
圧縮装置とも呼ばれ、例えばターボ圧縮機、タービン又はテスラ圧縮機であり、低圧の第１筐体１０を第２低圧筐体３０に接続し、第１低圧筐体１０から専ら水蒸気を受け取り、圧縮された水蒸気を第２低圧筐体３０に供給する圧縮機３２と、
凝縮器３４とも呼ばれ、第２低圧筐体３０に存在する水蒸気を液化するように構成され、第２低圧筐体３０内に部分的に収容され、例えば周囲の空気によって冷却される熱交換器を含み、熱交換器を通って周囲の空気を循環させるための手段、例えばファン３６、を含む凝縮装置３４と、
凝縮器３４によって生成された液体の水を回収するためのパイプ３８と、
加熱装置２２、圧縮機３２及び凝縮器３４に接続され、加熱装置２２、圧縮機３２及び凝縮器３４を制御するように構成された処理モジュール４０と
を備える。
【００４８】
冷凍プラント５が開放サイクルで運転するとき、タンク１２に収容される液体の水１４は、流水、又は淡水、配水システムから直接来る水、特に水路からの水、又は丘陵の貯水ダムからの水であり得る。冷凍プラント５が閉サイクルで運転する場合には、パイプ３８はパイプ１８に接続され得る。冷凍プラント５は、第２低圧筐体３０と第１低圧筐体１０との間の圧力差を調整するためのシステム４２を更に備え得る。システム４２は、制御されたバルブシステム、キャピラリーシステム、膨張タービンシステム、又は余水路システムに対応し得て、第２低圧筐体３０と第１低圧筐体１０との間の圧力差を実質的に一定の値に維持するように構成される。
【００４９】
処理モジュール４０は、専用の回路に対応し得る、又は、メモリに格納されたコンピュータプログラムの命令を実行するように構成されたプロセッサ、例えばマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラを備え得る。表されておらず、処理モジュール４０に接続されており、特に筐体１０及び３０内の温度及び圧力の検出のためのセンサ、特に温度センサ、圧力センサ、レベルセンサ、流量センサ等を、冷凍プラント５は更に備え得る。
【００５０】
一実施形態によると、圧縮機３２は、圧縮された蒸気の流れを実質的に圧縮機の回転軸に沿って提供する軸流圧縮機又は遠心圧縮機である。圧縮機は一連の圧縮ステージを備え、各ステージはロータ及びステータを備える。ロータは、伝動軸によって回転駆動されるブレードを備える。ロータは、圧縮機の伝動軸によって伝達されるエネルギーのおかげでガス流を加速する。ステータは、固定されたブレードを備える。ステータは、ガス流の運動エネルギーをステータの形状によって圧力に変換する。
【００５１】
加熱装置２２は、好ましくは放射加熱装置であり、水蒸気に達する電磁放射の放射源を備える。加熱装置２２は、例えば赤外線によって水蒸気を加熱するシステム、又は例えばマイクロ波によって水蒸気を加熱するシステムを備える。一実施形態によると、加熱装置２２は赤外線放射源及びマイクロ波放射源の両方を備える。考えられている応用に応じて、加熱装置２２は存在しなくてもよい。
【００５２】
冷凍プラント５の大きさは、意図される応用によって決まる。第１低圧筐体１０の容積は、１リットルと数千立方メートルとの間、特に１０リットルと１００００リットルとの間に含まれ得る。第２低圧筐体３０の容積は、１リットルと１０００立方メートルとの間、特に１リットルと１００００リットルとの間に含まれ得る。タンク１２内の液体の水１４の体積は、１リットルと数千立方メートルとの間、特に１リットルと３０００ｍ３との間、特に９リットルと９９９９リットルとの間に含まれ得る。
【００５３】
冷凍プラント５は、表示されていないが、第１低圧筐体１０及び／又は第２低圧筐体３０に接続された一次真空ポンプを備える。
【００５４】
図２は、冷凍プラント５の動作を、その開始点において示す水のエンタルピー−圧力線図を示す。
【００５５】
図２における参照点Ａ〜Ｇは、冷凍プラント５において循環する水が通る連続する状態を示す。
【００５６】
点Ａは、例えばプラント５の運転の開始時にタンク１２を満たすために、パイプ１８を経由してタンク１２に導入される液体の水を表す。点Ａにおける液体の水の圧力は第１圧力値にあり、点Ａにおける液体の水の温度は第１温度値にある。一実施形態によると、第１圧力値は、０．１MPa（１bar）以上であり、例えば０．１MPa（１bar）以上かつ１０MPa（１００bar）以下である。一実施形態によると、第１温度値は、５℃以上であり、例えば５℃以上かつ１０℃以下である。タンク１２に入れられた水は、例えば冷凍プラント５が接続されている配水ネットワークから届く。よって、第１温度値は、配水ネットワークによって供給される水の温度に対応し得る。
【００５７】
タンク１２に導入されると、液体の水１４の圧力は、第１圧力値から、第２圧力値にある第１低圧筐体１０内の圧力に減少する。これは、点Ａから点Ｂへの遷移に対応する。運転中、第２圧力値は、タンク１２内に存在する液体の水１４の飽和蒸気圧に等しい。一実施形態によると、第１低圧筐体１０内の第２圧力値は、典型的には６００Pa（６mbar）と２５００Pa（２５mbar）との間、好ましくは６００Pa（６mbar）と１５００Pa（１５mbar）との間にある。例えば、５℃の水に対して、第１低圧筐体１０内の圧力は８７０Pa（８．７mbar）であり得る。圧力低下中におけるタンク１２に導入された液体の水の温度は、依然として、実質的に一定かつ第１温度値に等しいままである。
【００５８】
タンク１２内の液体の水１４の温度は、第２温度値にある。冷凍プラント１０の運転開始時において、第２温度値は実質的に第１温度値に等しく、そのため、タンク１２に導入されその圧力が減少した液体の水の温度は、実質的に変化しない。
【００５９】
タンク１２内の液体の水１４の一部は気化し、水を第１温度値から第２温度値へ変化させる。これは、点Ｂから点Ｃへの遷移に対応する。第１低圧筐体１０内の圧力は第２温度値における水の飽和蒸気圧に等しいので、気化は、特に液体の水１４内における泡４３（図１を参照）の形成を含む、液体の水１４の沸騰である。次に第１低圧筐体１０内において、第２温度値かつ第２圧力値における水蒸気が得られる。保護要素２０は、液体の水１４の沸騰中に、液体の水の飛沫が圧縮機３２に到達すること又は液体の水がタンク１２からこぼれることを、防止することを可能にする。保護要素１２は、更に、液体の水に入り込む部分を備えることによって、交換面を増加させることを可能にし得る。
【００６０】
一実施形態によると、第１低圧筐体１０内の水蒸気の全部又は一部は、加熱装置２２によって加熱される。次に第１低圧筐体１０内の水蒸気の部分の温度は、第２温度値から第３温度値に変化する。一実施形態によると、水蒸気は、それが加熱される第１筐体１０の部分に圧縮機３２によって注入される。これは点Ｃから点Ｄへの遷移に対応する。一実施形態によると、第３温度値は０℃以上かつ１００℃以下である。好ましくは、第３温度値は第２温度値より、少なくとも２℃、好ましくは少なくとも１０℃、より好ましくは少なくとも２０℃高い。加熱ステップ中の水蒸気の圧力は、実質的に変化せず、第２圧力値と実質的に等しいままである。輻射による加熱装置２２の使用は、圧縮機３２に供給される水蒸気の全てを加熱することを可能にする。実際、第１低圧筐体１０内の低圧のため、したがって低すぎる物質密度のため、圧縮機３２に供給される水蒸気の全てを加熱装置で伝導又は対流によって加熱することは困難である。
【００６１】
第３温度値にまで加熱された水蒸気は、圧縮された水蒸気を第２低圧筐体３０に送り出す圧縮機３２に供給される。これは、点Ｄから点Ｅへの遷移に対応する。一実施形態によると、圧縮機３２の圧縮比は、２以上であり、かつ、例えば１４以下である。第２低圧筐体３０内の圧力は、第２圧力値より高く少なくともその２倍である第３圧力値に等しい。例えば、第３圧力値は６００Pa（６mbar）以上、かつ１００００Pa（１００mbar）以下、好ましくは６０００Pa（６０mbar）以下である。例えば、第２圧力値が８７０Pa（８．７mbar）に等しく、圧縮機３２の圧縮比が２に等しいとき、第３圧力値は実質的に１７４０Pa（１７．４mbar）に等しい。圧縮機３２による水蒸気の圧縮によって水蒸気が加熱され、その温度は、第３温度値から、第３温度値より高い第４温度値になる。
【００６２】
低圧筐体３０において圧縮された水蒸気は、冷却され、その後、凝縮器３４によって冷却される液体の水に液化する。これは、点Ｅから点Ｆへの、及び点Ｆから点Ｇへの遷移に対応する。冷却及び液化ステップの間の水の圧力は、実質的に変化せず、第３圧力値のままである。水の温度は、第４温度値から、第４温度値より厳密に低い第５温度値に変化する。例えば、１７４０Pa（１７．４mbar）に等しい第３圧力値に対して、第５温度値は１５．３℃に等しくあり得る。圧縮比が高いほど、高い外気温で水を凝縮することがより可能になり、凝縮をより速く行うことが可能である。
【００６３】
凝縮器３４によって生成される液体の水は、タンク３０から低圧でパイプ３８を経由して排出される。閉サイクルの場合、パイプ３８はパイプ１８に接続され、その結果、筐体３０から取り出された液体の水はタンク１２に戻される。
【００６４】
凝縮は、液体の水と気体の水との間の比体積（volume massique）の差（液相と気相との間の約１６００から２０００００という比）に関係する真空ポンピングを引き起こし、それが筐体１０及び３０における真空レベルを保持する。低圧筐体３０と低圧筐体１０との間の圧力差を保持することは、加熱装置２２、圧縮機３２、凝縮器３４、システム４２及びことによると一次真空ポンプを、この目的のために制御する処理モジュール４０によって実現される。
【００６５】
一次真空ポンプは、冷凍プラント５の開始時において、第１低圧筐体１０内の圧力が第１温度値で飽和蒸気圧に達するまで動作する。次に、真空ポンプは停止させられ得て、筐体１０内の圧力は、凝縮器３４のレベルにおいて圧縮機３２の機械的な仕事によって生成された真空によって保持される。真空ポンプは、必要な場合には、第１低圧筐体１０内の圧力を保持することに更に関与し得る。
【００６６】
図３及び４は、静止状態において冷凍プラント５の動作を示す水のエンタルピー−圧力線図を、開放サイクル及び閉サイクルに対してそれぞれ示す。
【００６７】
定常モードにおいて、タンク１２は液体の水１４で満たされる。タンク１２からの液体の水の減少を補償するために、例えば連続的に又は間欠的に、追加の水が、パイプ１８によってタンク１２に供給される。開放サイクルの場合には、追加の水は点Ａにある（図３）。閉サイクルの場合には、追加の水は、筐体３０で回収された凝縮水から来て、したがって点Ｇにある。
【００６８】
第１低圧筐体１０は外部環境から断熱されているので、タンク１２からの液体の水１４の前述の蒸発の間、水蒸気を生成するために必要な熱は液体の水１４から抽出される。タンク１２内の液体の水の冷却がこのように行われる。これは、その後プラント５内で水が循環する一連の状態における、点Ｂ’によって表された更なる状態によって図３及び４において示されている。実際、開放サイクルに対しては第１温度値及び第１圧力値において（図３内の点Ａ）、並びに閉サイクルに対しては第５温度値及び第３圧力値において（図４内の点Ｇ）、水がタンク１２に導入されるとき、点Ａから点Ｂへの遷移に対応する、第２圧力値におけるこの水の圧力の減少が存在し、点Ｂから点Ｂ’への遷移に対応する、第１温度値から第１温度値より厳密に低い第２温度値への水の温度の減少が存在する。
【００６９】
第１低圧筐体１０内の圧力は、タンク１２の液体の水１４の温度の減少と同時に減少し、タンク１２内の液体の水１４の温度における飽和蒸気圧に等しく保たれる。筐体１０内の圧力をタンク１２内の液体の水１４の温度における飽和蒸気圧に維持することは、加熱装置２２、圧縮機３２、凝縮器３４、システム４２及びことによると一次真空ポンプを、この目的のために制御する処理モジュール４０によって実現される。
【００７０】
一実施形態によると、タンク１２内の液体の水１４の温度は、例として６１１Pa（６．１１mbar）に対して０．０１℃に等しい水の三重点の温度に達するまで減少する。次に氷晶１５がタンク１２内に形成され、これは図３及び４における点Ｂ’とＢ”との間の遷移に対応する。一実施形態によると、定常モードにおいて、タンク１２内の液体の水１４の温度は、実質的に一定かつ純水の三重点の温度に等しいままであり、第１低圧筐体１０内の圧力は、実質的に水の三重点の温度における飽和蒸気圧に等しい。他の実施形態によると、水撹拌手段を備えるとき、又は適切な添加物が水に加えられるとき、定常モードにおいて、タンク１２内の液体の水１４の温度は、実質的に一定かつ純水の三重点の温度より低い温度に等しいままであり、第１低圧筐体１０内の圧力は、水の三重点の温度より低い温度における液体状態の水の圧力と平衡状態にある水の飽和蒸気圧に実質的に等しい。次に水は、第１低圧筐体１０内において、同時に気相、液相及び固相で存在する。他の実施形態によると、特に冷凍プラントが空気調和システムにおいて使用されるとき、タンク１２内の液体の水１４の温度は、水の三重点の温度より１０℃未満、好ましくは５℃未満高い温度に低下する。次に水は、同時に気体状態及び液体状態で、第１低圧筐体１０内に存在する。
【００７１】
要約すると、質量Ｍevの水の蒸発は、第２温度値のままの質量Ｍliqの水の冷却に、更に質量Ｍsol、ことによると質量ゼロ、の水の凝固に寄与し、水は、以下の関係（１）、すなわち、
Ｍev＊Ｌev＝Ｍliq＊Ｃp＊Δθ＋Ｍsol＊Ｌsol      （１）
に従って氷に変わる。ここで、Ｌevは水の蒸発の潜熱であり、Ｃpは液体の水の熱容量であり、Δθは第１温度値と第２温度値との間の差であり、Ｌsolは水の凝固の潜熱である。
【００７２】
固体状態の水が生成される場合、サイクルの終わりにおいて、氷の質量Ｍsolが以下の関係（２）、すなわち、
Ｍev＊Ｌev＝Ｍsol＊（Ｃp＊Δθ＋Ｌsol）      （２）
に従って得られる。
【００７３】
水の状態の他の遷移は、図２に関連して前に説明された遷移と同じである。特に、点Ｃと点Ｄとの間の遷移に対応する加熱ステップは、第１低圧筐体１０の水蒸気の温度を、少なくとも２℃、好ましくは少なくとも１０℃、好ましくは少なくとも２０℃上昇させることを目標とする。更に、タンク１２内の液体の水１４の温度が低下する間、圧縮機３２の圧縮比は、第２低圧筐体３０内において同じ第３圧力値を実質的に維持するように調節され得る。例えば、第１低圧筐体１０内の第２圧力値が６１１Pa（６．１１mbar）に等しいとき、圧縮機３２の圧縮比は例えば３に等しく、第２低圧筐体３０内の第３圧力値は１８３０Pa（１８．３mbar）に等しい。例えば、凝縮器３４によって１８３０Pa（１８．３mbar）において生成される液体の水の第５温度値は、約６℃の周囲温度に対して、例えば１６．０５℃に等しい。
【００７４】
一実施形態によると、冷熱抽出装置２４は、氷晶１５を、それらがタンク１２内で形成されるときに除去する。氷晶のその後の使用は、意図される応用によって決まる。
【００７５】
人工雪の生成のための応用の場合は、人工雪を生成するために氷晶１５が回収される。回収された氷、及び／又は残留水を蒸発させて氷を冷却かつ乾燥させるポンピングユニットの温度を低下させるために、冷凍プラントが備えられ得る。生成された氷を細断し風に当てるための装置が、更に備えられ得る。
【００７６】
空気調和又は冷凍のための、及び人工雪の生成のための応用の場合は、タンク１２内に存在する氷晶１５は、冷熱源として働き得る。
【００７７】
凝縮器３４は、第２低圧筐体３０内の水蒸気と冷却流体との間の熱交換によって第２低圧筐体３０内の水蒸気を液化するように構成されている。一実施形態によると、冷却流体は、冷凍プラント５の外の空気である。凝縮器３４は、空気を撹拌する手段、例えば図１に表されたようなヘリカルファン３６を備え得て、空気の撹拌は矢印４４によって図示されている。代替として、凝縮器３４は、ベンチュリ効果ファン又は熱サイホンを備え得る。他の実施形態によると、凝縮器３４は、筐体３０内に液体−水蒸気熱交換器群を、筐体３０外に液体−空気又は液体／液体熱交換器群を備え得て、冷却液がこれらの２つの交換器間を循環する。
【００７８】
有利なことに、筐体３０内での水の凝縮は、冷凍機の提供を必要としない。
【００７９】
凝縮器３４による液体の水の生成は、周囲の空気の温度が所望の第５温度値より低くなるとすぐに、周囲の空気を使用して行われ得る。凝縮器３４が１６．０５℃で液体の水を生成する先に説明された例においては、周囲の空気は、その温度が１６℃より下、好ましくは熱交換器において少なくとも１０℃の温度差を得るために、６℃より下になるとすぐに使用され得る。
【００８０】
凝縮器３４によって冷却流体として周囲の空気を使用することが可能になる周囲の空気の最大可能温度は、特に、圧縮機３２の圧縮比によって設定される。圧縮比１０の場合、第２低圧筐体３０における６０００Pa（６０mbar）の飽和蒸気圧、及び３６℃の第５温度値が検討され得、それは周囲の空気の温度が３０℃より低くなるとすぐに難なく得ることができる。好ましくは、周囲の温度が、人工雪の生成用には２０℃より低く、空気調和用には３５℃より低くなるとすぐに、冷凍プラント５は使用され得る。
【００８１】
一実施形態によると、冷凍プラント５の理論的ＣＯＰは、１９から２０の範囲にある。
【００８２】
下記の表１は、人工雪を生成する応用に対して、図１に表された冷凍プラント５（INV）、スノーガンタイプのプラント（AA1）、スノーポール（perche）タイプのプラント（AA2）、０．０１MPa（１００mbar）と０．０２MPa（２００mbar）との間の低圧蒸発プラント（AA3）、及び冷凍庫タイプのプラント（AA4）の、生成された雪の１立方メートル当たりのキロワットで表された電力消費を、周囲の温度の関数としてグループ分けしている。
【００８３】
【表１】
2020535382.tif 000003
【００８４】
冷凍プラント５（INV）によって生成された雪の１立方メートル当たりの電力消費は、冷凍庫タイプの冷凍プラント（AA4）及び０．０１MPa（１００mbar）と０．０２MPa（２００mbar）との間の低圧蒸発の冷凍プラント（AA3）より遥かに低い。
【００８５】
一実施形態によると、凝縮器３４によって供給される液体の水は再利用されない。他の実施形態によると、凝縮器３４によって供給される水は再利用されてタンク１２に供給される。
【００８６】
図５は、図１の冷凍プラント５の低圧タンク１０のより詳細な実施形態の部分的かつ概略的な図である。
【００８７】
一実施形態によると、保護要素２０は、液体の水１４の自由表面を覆うダイアフラム又はスクリーン４６を備える。ダイアフラム又はスクリーン４６は、水蒸気に透過性があり、液体の水に対して実質的に水密性がある。保護要素２０は、液体の水１４に浸漬された、図示されていない要素を更に備え得て、それは、液体の水１４が沸騰している間、気泡４３の生成を制御することを可能にする。
【００８８】
一実施形態によると、その中で水蒸気が加熱装置２２によって加熱される筐体１０の部分に、バッフル４８群が配置され得る。バッフル４８群は、所望の温度まで水蒸気を加熱するために、圧縮機３２の入り口までの水蒸気の経路を伸ばすことを可能にする。
【００８９】
図６は、冷凍プラント５の固体状態の水を回収するための装置２４のより詳細な実施形態の部分的かつ概略的な断面図である。
【００９０】
本実施形態において、装置２４は、タンク１２から固体状態の水を抽出するように構成される。そのような実施形態は、特に、冷凍プラント５が人工雪の生成に使用される場合に適応する。
【００９１】
装置２４は、下部パイプ５２及び下部パイプ５２の上に位置する上部パイプ５４によってタンク１２に接続された２次筐体５０を備え得る。上部パイプ５４に備えられたポンプ５６は、タンク１２からの内容物を２次筐体５０に循環させるように構成され、下部パイプ５２に備えられたポンプ５８は、２次筐体５０の内容物をタンク１２に循環させるように構成される。２次筐体５０内の圧力は、タンク１２内より高くあり得、例えば大気圧と等しく、その結果、２次筐体５０内では沸騰が起こらない。次に氷晶が、デカントすることによって液体の水６２の上に集められ、浮かぶ氷の塊６０になる。装置２４は、氷晶６０を抽出するための、例えばウォームスクリュー又はバケットエレベータを備える手段６４を備える。
【００９２】
図７は、装置２４のより詳細な他の実施形態の部分的かつ概略的な断面図である。装置２４は、空気調和プラント又は冷凍プラントの部分であり得、閉回路であって、その中を冷却流体が循環し、タンク１２内に配置された第１熱交換器６６及び筐体１０の外に置かれた第２熱交換器６８を備える、閉回路を備え得る。他の実施形態によると、第１熱交換器６６は存在せず、熱交換器６８内を循環する液体はタンク１２内に存在する液体の水１４に相当する。
【００９３】
図８は、冷凍プラント７０の実施形態の部分的かつ概略的な断面図である。冷凍プラント７０は、図１に表された冷凍プラント５の全ての構成要素を備え、第１低圧筐体１０内に過冷却の液体の水を保持するための手段を更に備える点が異なっている。一実施形態によると、過冷却の液体の水を保持するための手段は、液体状態の水を入れるように構成された撹拌器７２を第１低圧筐体１０内に備え得る。撹拌器７２は、例えば、液体状態の水１４の中で回転する棒又はプロペラを備える。他の実施形態によると、過冷却の液体の水を保持するための手段は、液体状態の水に加えられる少なくとも１つの添加剤を備え得る。水と混ぜられたこの添加剤は、凝固温度が添加剤なしの水の凝固温度より低い溶液になることにつながる。
【００９４】
本実施形態では、第１低圧筐体１０内の液体の水１４の温度は、水の三重点の温度より低くあり得、例えば−４０℃から１℃まで、好ましくは−２０℃から−１℃まで変化し得る温度にある。冷凍プラント７０の動作は、冷凍プラント５について前述された動作と同じであるが、第１低圧筐体１０内の液体の水１４の温度が水の三重点の温度より低くあり得る点が異なっている。
【００９５】
図９は、図８の冷凍プラント７０の部分のより詳細な実施形態の部分的かつ概略的な断面図であり、タンク１２から冷熱を抽出するための装置２４は図７に表された構造を有する。装置２４の第２熱交換器６８は、液体状態の水８２を含んでいる筐体８０内に位置し、液体状態の水８２を、筐体８０内に固体状態の水８４を得るまで冷却することを可能にする。筐体８０内の圧力は、有利なことに水の三重点の温度における水の飽和蒸気圧より高くあり得、例えば大気圧であり得る。他の実施形態によると、第１熱交換器６６は存在せず、熱交換器６８内を循環する液体はタンク１２内に存在する液体の水１４に相当する。
【００９６】
図１０は、冷凍プラント９０の実施形態の部分的かつ概略的な断面図である。冷凍プラント９０は、図１に表された冷凍プラント５の全ての構成要素を備え、冷凍プラント５の唯一のタンク１２が第１低圧筐体１０内に配置されたＮ個のタンク１２1〜１２Nで置き換えられる点が異なっており、Ｎは１から１０まで変化する整数である。水供給パイプ１８は、タンク１２1〜１２Nのそれぞれに接続される。タンク１２1〜１２Nを使用することによって、同じ体積の液体の水に対する液体／蒸気の界面を、１つのタンクの場合と比べて、簡単なやり方で増加させることが可能になる。更に、液体の水の撹拌、特に泡立ちによるものは、液体の水の高さが減少したときに、より効果的である。本実施形態では、加熱装置２２は、例えば、第１低圧筐体１０内に開放している圧縮機３２の吸気管の内側に表されている。
【００９７】
本実施形態において、凝縮器３４によって生成された液体の水を回収するためのパイプ３８は、パイプ１８に接続され、パイプ３８によって回収された液体の水は、ポンプ手段９２、例えば容積式ポンプによってタンク１２1〜１２Nに排出される。他の実施形態によると、ポンプ９２はなくてもよく、そのとき、パイプ１８及び３８内の液体の水の循環は、筐体１０と３０との間の圧力差のみの結果である。
【００９８】
本実施形態において、凝縮器３４は、第２低圧筐体３０に小滴の形で液体の水を放出するためのノズル９４を備え、３つのノズル９４が図１０に例として示されている。冷たい小滴９６は、水蒸気の吸着を促進する蒸気／液体の界面を増やすことによって、圧縮機３２によって第２低圧筐体３０に排出された水蒸気の凝縮を促進する。液体の水は、例えば第２低圧筐体３０の底部によって構成される、タンク９８内に集められる。パイプ３８は、タンク９８内に存在する液体の水の一部を回収する。凝縮器３４は、タンク９８内に存在する液体の水の一部が循環し、ノズル９４に冷たい水を供給することが意図される水圧回路１００を更に備える。水圧回路１００は、液体の水を循環させるためのポンプ１０２と、例えば周囲の空気によって冷却される熱交換器である、第２低圧筐体３０の外に配置された熱交換器１０４と、例えば前述のファン３６である、熱交換器１０４を通して周囲の空気を循環させるための手段を備える凝縮器３４とを備える。代替として、熱交換器１０４は、他の水源、例えば水路、によって冷却され得る。ノズル９４によって排出される液体の水は、熱交換器１０４によって冷却されているのであるが、例えば周囲の温度にある。一実施形態によると、ノズル９４の出口における小滴９６の温度は、水圧回路１００に供給される液体の水の温度より、少なくとも１０℃低い。
【００９９】
本実施形態において、第２低圧筐体３０と第１低圧筐体１０との間の圧力差を調整するためのシステム４２は、第２低圧筐体３０に、水蒸気を含む筐体３０の部分において接続されるパイプ１０６を備え、パイプ１０６は、流量の調整が制御可能なバルブ１０８が装備され、膨張タービン１１０に供給をする。タービン１１０の排出口は、タンク１２1〜１２Nのそれぞれに供給をするパイプ１１２に接続される。タービン１１０は、第２低圧筐体３０の圧力において水蒸気、それは凝縮器３４の小滴によって既に冷却されているのであるが、を受け取り、液体の水と水蒸気とを含む２相混合物を供給する。タービン１１０の回転速度は、ポンプで送られた水蒸気が所望の圧力を有するように調節される。一実施形態によると、タービン１１０の排出口における２相混合物において、液体の水は膨張によって冷却されており、第１低圧筐体１０において水蒸気は実質的に所望の圧力にある。パイプ１１２を通ってタンク１２1〜１２Nのそれぞれに排出される水蒸気は、有利なことに、タンク１２1〜１２N内に存在する液体の水の撹拌機として働き得て、タンク１２1〜１２Nに入っている液体の水の冷却を更に促進する。タービン１１０及びバルブ１０８は処理モジュール４０によって制御され得るが、それは図１０には表されていない。
【０１００】
本実施形態において、タンク１２1〜１２Nから冷熱を抽出するための装置２４は、タンク１２1〜１２Nに接続されタンク１２1〜１２N内に存在する水の一部が循環する水圧回路１１４を備える。水圧回路１１４は、液体の水を循環させるためのポンプ１１６と、第１低圧筐体１０の外に配置された熱交換器１１８、例えば、冷却されるべき装置１２４に接続された他の水圧回路１２２の熱交換器１２０と協働する熱交換器とを備える。図１０に示されているように、水圧回路１１４内を循環する液体の水のタンク１２1〜１２Nへの配送のためのパイプ１８に接続され得る。
【０１０１】
本実施形態において、ターボ圧縮機３２は、２つの連続するステージ１３０及び１３２を備える。第１ステージ１３０は、例えば約３に等しい固定圧縮比を有し、第２ステージ１３２は、制御可能な可変圧縮比を有する。第２ターボ機１３２の回転速度は、図１０には示されていない処理モジュールによって制御可能である。好ましくは、各ステージ１３０及び１３２は、ターボ圧縮機に対応する。第１ステージ１３０は、第１低圧筐体１０から抽出される水蒸気の流量を制御することを可能にする。第２ステージ１３２は、第２低圧筐体３０に排出される水蒸気の圧力を設定することを可能にする。
【０１０２】
図１０には、制御可能なバルブ１３８が装備されたパイプ１３６を経由して第１低圧筐体１０に接続される一次真空ポンプ１３４が更に示されている。
【０１０３】
特定の実施形態が説明された。さまざまな変形及び修正が当業者には見えてくるであろう。特に、前述の実施形態では、凝縮器３４は、中で水蒸気が周囲の空気によって冷却され液化される凝縮器であるが、他のタイプの凝縮器３４、例えば液冷凝縮器が使用され得る。
【図１】
2020535382.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020535382.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年3月30日(2020.3.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１筐体（１０）であって、水の三重点の温度以下の温度、又は水の三重点の温度より１０℃未満高い温度における液体状態の水（１４）と、前記第１筐体内の前記液体状態の水（１４）の圧力と平衡状態にある水の飽和蒸気圧に、１０％以内で等しい第１圧力にある気体状態の水（１１）とを含み、液体状態の水の少なくとも１つのタンク（１２；１２1〜１２N）を備える、第１筐体（１０）と、
前記第１圧力より厳密に高く、前記第１圧力の少なくとも２倍である、第２圧力にある第２筐体（３０）と、
前記第１筐体を前記第２筐体に接続し、２より大きな圧縮比を提供するように構成された圧縮装置（３２）と、
前記第２筐体に部分的に収容され、前記第２筐体内の前記気体状態の水を液体状態の水に凝縮するように構成された凝縮装置（３４）と、
前記第１筐体から冷熱を抽出するための冷熱抽出装置（２４）と
を備え、
前記圧縮装置（３２）は、２つの連続するステージ（１３０，１３２）を備え、各ステージ（１３０，１３２）はターボ圧縮機に対応し、第１圧縮機ステージ（１３０）は圧縮比が固定され、第２圧縮機ステージ（１３２）は圧縮比が制御可能であり、前記第２ターボ圧縮機の回転速度は処理モジュール（４０）によって制御される、
冷凍プラント（５；７０）。
【請求項２】
前記第１ステージ（１３０）は、前記第１筐体（１０）から抽出された水蒸気の流量を制御し、前記第２ステージ（１３２）は、前記第２筐体（３０）に排出される水蒸気の圧力を設定する
請求項１に記載の冷凍プラント。
【請求項３】
前記タンク（１２；１２1〜１２N）内の前記液体状態の水（１４）の温度は、実質的に一定かつ純水の三重点の温度より低い温度に等しいままであり、前記第１筐体（１０）の圧力は、水の三重点の温度より低い温度における液体状態の水の圧力と平衡状態にある水の飽和蒸気圧に実質的に等しい
請求項１又は２に記載の冷凍プラント。
【請求項４】
前記タンク（１２；１２1〜１２N）内の前記液体状態の水（１４）の温度は、純水の三重点の温度以上である
請求項１又は２に記載の冷凍プラント。
【請求項５】
前記第２筐体（３０）と前記第１筐体（１０）との間の圧力差を調整するためのシステム（４２）を更に備え、
前記システム（４２）は、前記第２筐体（３０）からの気体状態の水を膨張させ気体状態の水と液体状態の水とを含む混合物を前記第１筐体（１０）に排出するように構成された膨張タービン（１１０）を備え、
前記混合物は、前記タンクに含まれる液体状態の水に排出される
請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷凍プラント。
【請求項６】
前記圧縮装置（３２）に供給される前記第１筐体（１０）内の気体状態の水を加熱するための加熱装置（２２）を備え、
前記加熱装置（２２）は、マイクロ波放射源及び／又は赤外線放射源を備える
請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷凍プラント。
【請求項７】
前記第１筐体（１０）は、水の三重点の温度より低い温度の固体状態の水（１５）を更に含む
請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷凍プラント。
【請求項８】
前記水は、前記プラント内の閉回路を循環する
請求項１〜７のいずれか１項に記載の冷凍プラント。
【請求項９】
前記凝縮装置（３４）は、前記第２筐体（３０）の外の第１熱交換器と、第１熱伝達流体を前記第１熱交換器の全体を通して循環させるための手段（３６）とを備え、
前記第１熱伝達流体は、好ましくは周囲の空気、又は、水路、水域及び／若しくは地下水面からの水である
請求項１〜８のいずれか１項に記載の冷凍プラント。
【請求項１０】
前記冷熱抽出装置（２４）は、前記第１筐体（１０）内に存在する前記液体状態の水の一部又は全部が循環する水圧回路を備え、前記水圧回路は、前記第１筐体の外に配置された第２熱交換器（６８）を備え、又は、
前記冷熱抽出装置（２４）は、第２熱伝達流体が循環する閉鎖形の水圧回路を備え、前記水圧回路は、前記第１筐体の外に配置された第２熱交換器（６８）と、前記第１筐体（１０）内に配置された第３熱交換器（６６）とを備える
請求項１〜９のいずれか１項に記載の冷凍プラント。
【請求項１１】
固体及び／又は液体状態の粒子の流入に対して前記圧縮装置（３２）を保護するための装置（２０）を前記第１筐体内に備える
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の冷凍プラント。
【請求項１２】
前記凝縮装置（３４）は、液体状態の水の小滴（９６）を前記第２筐体（３０）内に放出するための少なくとも１つのノズル（９４）を備える
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の冷凍プラント。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項の冷凍プラントを備える、産業プラント用の空気調和システム。
【請求項１４】
請求項１〜１２のいずれか１項の冷凍プラント（５）を備える、人工雪生成のためのシステム。
【請求項１５】
水の三重点の温度以下の温度、又は水の三重点の温度より１０℃未満高い温度の液体状態の水（１４）を第１筐体（１０）に入れ、前記第１筐体内の前記液体状態の水の圧力と平衡状態にある水の飽和蒸気圧に、１０％以内で等しい第１圧力にある気体状態の水を形成するステップと、
２つの連続するステージ（１３０，１３２）を備える圧縮装置（３２）であって、各ステージ（１３０，１３２）はターボ圧縮機に対応し、第１圧縮機ステージ（１３０）は圧縮比が固定され、第２圧縮機ステージ（１３２）は圧縮比が制御可能であり、前記第２ターボ圧縮機の回転速度は処理モジュール（４０）によって制御される、圧縮装置（３２）によって、前記第１筐体からの気体状態の水を圧縮して、前記第１圧力より厳密に高く、前記第１圧力の少なくとも２倍である、第２圧力にある第２筐体に入れるステップと、
前記第２筐体内の前記気体状態の水を液体状態の水に凝縮するステップと、
前記第１筐体から冷熱を抽出するステップと
を備える冷熱生成方法。
【国際調査報告】
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