JP4326155B2

JP4326155B2 - ケミカルヒートポンプ

Info

Publication number: JP4326155B2
Application number: JP2000589883A
Authority: JP
Inventors: ヨンソン、シュタッファン; オルソン、レイ; − オルソン、モナカレブリング
Original assignee: クライミトウエルアクチボラゲット
Priority date: 1998-12-18
Filing date: 1999-12-20
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2019-12-20
Also published as: ES2238869T3; BR9916333A; SE9804444L; US6634183B1; AU3094400A; JP2002533648A; CN1171051C; PT1149263E; AU761482B2; DE69923792D1; WO2000037864A1; EP1149263A1; KR20010101303A; ZA200104871B; EP1149263B1; WO2000037864A8; CN1334911A; SE9804444D0; KR100689374B1; IL143724A0

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明はケミカルヒートポンプに関する。
【０００２】
（背景技術）
ケミカルヒートポンプの作動原理は周知であって、例えば米国特許第５，４４０，８８９号、同第５，０５６，５９１号、同第４，９９３，２３９号、同第４，７５４，８０５号、および国際公開特許出願ＷＯ第９４／２１９７３号明細書を参照されたい。ケミカルヒートポンプにおいては、そのヒートポンプのまさにそのプロセスを実行し、そして通常は双極性液体であって、ほとんどの場合水である揮発性媒体、吸収質（absorbate）または収着質（sorbate）と共に作動する活物質である吸収剤が使用される。公知の技術によれば、この作動用活物質として固体物質または液体物質がいずれも用いることができる。固体物質には、その蒸気圧が、冷却温度が一定でかつ蓄熱容量が比較的大きい場合に、全排出プロセス中一定のままであると言う利点がある。収着剤として水を含んでいる固体物質の、冷却エネルギーとして計測される貯蔵容量の典型的な値は、約０．３ｋＷｈ／Ｌである。固体物質に関連するさらなる利点は、系に可動部材が必要とされないと言うことである。熱は、固体物質と均一な接触状態にある層状熱交換器または板状熱交換器を通してその固体物質に伝達されるか、またはその固体物質から取り去られる。固体物質に関連する不利な点は、固体物質の熱伝導性が悪いために、制限された仕事率（power）しか得ることができないと言うことである。装填時間が太陽エネルギーを利用する昼間装填で例えば６時間に相当し、また排出時間が例えば建造物の冷却で１２時間の期間に相当する系については、この不利な点は大きな問題とはならない。しかし、一つの不利な点は、日中および夜間の太陽エネルギーに基づく連続冷却には、互いに同時に作動する二つの機械設備が必要とされることである。
【０００３】
液体物質には、その物質を装填と排出の両者において熱交換器全面に拡げることができ、それによってその液体物質の冷却または加熱が効率的に行い得るので仕事率が高いと言う利点がある。液体物質の不利な点は、その冷却容量が収着質の希釈の関数として減少すると言うことである。このことは、液体物質を使用できる運転間隔を、そしてまた、上記のとおり、物質１リットル当たりの冷却エネルギーとして計測される貯蔵容量を低下させるものを実際に強く制限する。ケミカルヒートポンプで使用されるほとんどの液体物質または吸収剤は、水が揮発性液体、即ち収着質として使用されている、強吸湿性無機塩の、好ましくは水中溶液から成る。このとき、溶解物質はこれを結晶化させることはできないと言うことがもう一つの制限を与える。結晶化は噴霧ノズルとポンプに問題をもたらす。かくして、液体物質の使用は熱エネルギーをいかなる熱の蓄積もなしに冷却に変換することに限られ、そしてそのためのシステムが一般に知られ、かつ利用されている。このような方法では、加熱されると蒸発されて希釈溶液からさらに濃縮された溶液に変化する、例えば臭化リチウム溶液を用いることができる。これは、ケミカルヒートポンプ中で、低圧または大気圧において空気流を用いて行うことができる。作動物質の量は、「装填された」濃縮溶液の蓄積はなされないから、比較的少量である。この熱い濃縮溶液は次に冷却され、次いで、再び、熱交換器であって、その熱が例えば冷房されるべき部屋から取られるそのような熱交換器から蒸発せしめられる収着剤を収着するようにされる。この公知のシステムの不利な点は、実際にはエネルギー損失をもたらす可能性があるものであるが、その熱い濃縮溶液が連続的に冷却されなければならないと言うこと、および熱の供給がない期間中は冷却を達成できないと言うである。従って、このような系は夜間に空調を行うことができない。
【０００４】
ウイリアム．Ｗ．シーイ（William W. Seay）の米国特許第９２５，０３９号明細書には、冷却・冷凍方法（process of refrigeration）が開示される。熱交換器を通過している冷却水で冷却されている吸収装置／発生装置槽中で、アンモニアが固体の塩であるアンモニウムまたはアルカリ金属のチオシアネートにより吸収されて溶液を形成する。その吸収において、アンモニアの溶解はエネルギーを必要、即ち消費する吸熱プロセスであって、これには上記アンモニア気体の蒸発／凝縮の潜熱が全て用いられる。これは、吸収プロセスで必要とされる外部冷却力を、上記溶解が代わりにエネルギーを放出する方法に比べて低下させる。ここで、後者のケースは、その方法を熱の発生にも向けようとするときに有利なものである。その溶液は、次に、熱水を熱交換器に通し、通過させることによって加熱される。アンモニアはその溶液から放出され、それによって冷却されるべき他の熱交換器を通過し、そして受け器槽中で凝縮する。アンモニアの大部分が凝縮した後、弁を開けてアンモニアを膨張させ、そしてアンモニア気体は膨張するときそのアンモニア気体により熱を抜き取る第三の熱交換器または冷却・冷凍器要素を通過する。その膨張した気体は、次いで、新しいサイクルを開始させるために前記の吸収装置／発生装置槽へと進む。
【０００５】
（概要）
本発明の一つの目的は、太陽エネルギーにより駆動することができるケミカルヒートポンプを提供することである。
【０００６】
本発明のもう一つの目的は、固体物質系に関連した利点が液体物質系の利点と結合されているケミカルヒートポンプを提供することである。
【０００７】
本発明も他の目的は、液相と熱交換器との間に効率的な熱交換が達成されるケミカルヒートポンプを提供することである。
【０００８】
吸収後も揮発性液体が固体のままで留まっている固体物質を使用する系においては、その固体物質がその揮発性液体の蒸気を吸収するとき、その固体物質のある一定温度に対してその揮発性液体のある一定反応圧力が維持される。この反応圧力は、固体物質が全て第一固相から第二固相に転移されてしまうまで一定のままである。前記引用米国特許で提案されているように、排出プロセスで蒸気がある物質によって吸収されるとき、第一相が固体となり、そして第二相が液体または溶液相となるように選ばれるそのような物質を含む系の場合は、同様に収着質の一定反応圧力が一定反応温度に対して維持される。この物質は、次に、固体状態から液体状態に連続的に転化される。このプロセスは、一定反応圧力においては、その物質が全て液体状態に転移されてしまうまで継続する。同じようにして、排出プロセスの最後の部分における反応圧力も、上記物質が液体形態から固体形態に転化され、そしてその溶液から蒸気が放出されるとき、一定温度に対しては一定である。排出プロセスの第一部分においては、溶液相は加熱されるだけであって、蒸気の放出はない。従って、固体状態と液体状態との間の相転移を利用するそのようなヒートポンプでは、固体物質系の利点を液体物質系の利点と結合することができる。
【０００９】
物質を排出するとき、即ちその物質が揮発性液体を吸収するとき、その物質は、固相および液相を取り巻いている揮発性液体の蒸気状態中に存在するそのような揮発性液体中の物質のやや希釈された溶液中にますます溶解せしめられる。かくして、生成した溶液は残っている固体物質全面にそしてその物質を通り抜けて少しずつ流れるようなり、次いで固体物質から分離させるためにフィルターまたはネットを通過せしめられる。今や飽和状態になっているその溶液は、次いで、上記蒸気の凝縮と、上記物質中にその蒸気を溶解するときとの両者において生成せしめられた熱を、例えば戸外の空気で冷却される熱交換器に放出する。これは、ポンプをして、その溶液が熱交換器を避けて通るようになさしめることにより達成することができる。その溶液は、次に、再び蒸気の吸収に関与するようにするために、ある表面拡大手段で拡げられ、即ち分布せしめられる。表面拡大手段はある種適当な材料から作られているボール、ロッド、ネット、繊維から成ることができる。上記の熱交換器と表面拡大手段とは一つの装置において組み合わせることができる。
【００１０】
かくして、この方法では、蒸気と固体の活物質とその活物質の飽和溶液が同時に存在する三相系が用いられる。その排出工程においては、これら３成分はいつでも存在する。これによって、一定温度に対しては一定の蒸気圧が保持される。かくして、この方法を開始させるとき、活物質の主要部分は固体状態で存在している。そのある小部分はその活物質の飽和溶液中に存在する。排出プロセスでは、固体物質の量と溶液の量との間の割合は、このプロセスの終点においてその固体物質の主要部分が飽和溶液中に存在するように変えられる。この固体物質の単結晶が反応器中に残っている限り、三相則は満たされ、それによって蒸気圧はある一定温度に対しては一定となる。さらに、その機械設備は、固体物質と飽和溶液とを、ポンプを通る前に、かつ熱交換工程を通る前に、相互に分離するように設計される。かくして、熱交換は液相中で完全に遂行され、これにより熱交換が効率的になる。固体物質の溶融は利用されない。この方法の効率は、熱交換器の容量および飽和溶液と蒸気との反応によって決まり、その反応はまた飽和溶液の露出面積の大きさと当該系における圧力降下に依存する。
【００１１】
装填プロセスにおいては、三相系は上記に対応するやり方で考察されなければならない。蒸気と固体物質と飽和溶液は、共に、同時に存在していることができる。この装填は、固体物質と飽和溶液との割合を固体物質がより多くなる方向に変えることを伴う。三つの成分または相が全て同時に存在するとき、排出の際と同じように、その蒸気圧は温度が一定であると言う条件では一定である。飽和溶液と固体物質の粒子とは、ネットまたはフィルターにより相互に分離され、そしてその溶液相中で熱交換される。その溶液は揮発性液体の蒸気を放出させるために大きな面積全面に分布せしめられる。
【００１２】
かくして、装填のプロセスは完全に可逆的であって、排出の際の段取りと同じ基本的段取りが用いられる。しかし、装填プロセスでは、温度がより高いため、装填の初めにほとんど完全に溶液相として存在している固体物質は、その物質の溶解度が温度と共に大きくなるから、その装填プロセスの一部の間においてもその溶液中に残っており、このとき系は２相しか有しないことになる。この装填プロセスのある時点において、その溶液は一部ずつ固体物質に転化され始め、このとき系は再び３相を有するようになる。異なる温度において溶解度が異なることは、温度スケール上に上向きの小さい上昇がある仕方でなされることを意味するが、これは、明らかに、蒸気圧が凝縮器中におけるよりも高くなるようにその蒸気圧を上昇させるのに必要なことである。
【００１３】
飽和溶液を徐々に結晶化させ、それによってある所定の温度に対して一定の蒸気圧を得ることは、装填プロセスを容易にする。結晶化が開始した後は、反応の温度を上昇させることは、そのとき、最早必要ではなくなっているからである。代わりに、その物質が、標準の吸収／冷却・冷凍プロセスにおけるように、液体状態に留まっていたとするならば、最終装填温度は一般的な塩／水システムでは１３０℃を越える温度になっているだろうことに対して、本発明で使用されるその最終装填温度は、これを１００℃より十分に低い温度に、しばしば７０〜８５℃の範囲の温度に保持することができる。
【００１４】
例えばLiBr溶液を用いることができたであろう従来の吸収／冷却・冷凍システムにおいては、結晶化は方法の技術的理由からそれを避けなければならない。このような方法では、温度が１００℃より極めて高く上昇せしめられる場合だけ溶液中の揮発性液体−水−を放出させることができる。これは、吸収法を用いて太陽エネルギー駆動冷却機械設備から冷却・冷凍を達成するときに遭遇する基本的な課題である。この課題に対する解決法は、温度の上昇工程中に水蒸気を自由に放出させ、それにより後に固体物質の結晶−水和物−を残そうとするものである。これが起こると、即ち結晶が形成され始めると、３相状態になる。温度は、そのとき、一定のままであって、非結晶化性溶液（液体物質系）を用いる対応する吸収／冷却・冷凍法の値よりも有意に低い温度の値にある。この有意に低い温度での装填時には、太陽エネルギーを用いることがはるかに有利であり、そしてそれはコストの高いコンセントレーティング真空ソーラーパネル（concentrating vacuum solar panels）を用いずに達成することができる。加えて、蓄熱に使用することができる緩衝剤を構成する固体物質−水和塩−により一つの利点が得られる。
【００１５】
同様に、装填が行われると同時に吸収／冷却・冷凍プロセスのために系中に存在している飽和溶液を使用することも全く可能である。即ち、冷却・冷凍は、太陽が照っていないときの将来の必要に備えて固体物質を蓄えて装填を行いながら、昼間に遂行することができるのである。
【００１６】
活物質は、一般に、次の性質を有していなければならない：即ち、活物質は、より低い第一の温度においては、活物質が揮発性液体、ほとんどの場合その蒸気相を吸収するとき、その活物質が、一部、直接液相または溶液相になる固体状態を有すべきであり、またそれより高い第二の温度においては、その活物質は液体状態を有するか、または揮発性液体を放出し、次いで蒸気に転移せしめられるとき、その活物質が、一部、直接固体状態になる溶液相中に存在すべきである。典型的には水と一緒に作動する好ましい活物質としては、固体状態では結晶水を含んでいる各種の金属塩が挙げられる。これらの内では、好ましくは塩化マグネシウムだけではなく、臭化マグネシウムおよび塩化リチウムも挙げることができ、また他のある種の塩も十分に作用することができる。
【００１７】
揮発性液体の蒸気圧は、好ましくは、非常に低く（以下において定義される量ΔＴが非常に大きい状態と同等である）、そのため十分に低い冷却温度が得られるようにすべきである。さらに、固体物質と蒸気との反応におけるエネルギー含量は、予定される用途に興味深いものであるためには、十分に高くあるべきである。即ち、固体物質は溶液の最終容量当たりで十分な量の水を吸収すべきである。
【００１８】
塩の混合物である固体物質も、それが上記で論じた要件を満たすと言う条件で使用することができる。このような混合物の一例は、少量の、例えば約１０％（重量）ぐらいの塩化リチウムと混合された塩化カルシウムの二水和物である。
【００１９】
ヒートポンプの連続運転を達成するために、色々なプロセス工程を別々の空間で行うことができる。かくして、物質を装填して、即ち物質の溶液相を加熱して固体物質および／または飽和溶液を生成させるだけのために第一空間を使用し、蒸気を凝縮するためだけに第二空間を使用し、排出のためだけに、即ち飽和溶液と固体物質をして蒸気を吸収するようにさせるためだけに第三空間を使用し、そして蒸発のためだけに第四空間を使用することができる。蒸気が第一空間と第二空間との間を、そして第三空間と第四空間との間を自由に移動できるように気体導管が配置される。溶液と揮発性液体とを第一空間と第二空間との間、および第二空間と第四空間との間にそれぞれ運ぶために導管とポンプが設けられる。
【００２０】
ここで、本発明を添付図面を参照して非限定態様により説明することにする。
【００２１】
（詳細な説明）
図１に、冷却または加熱をもたらすケミカルヒートポンプが模式的に示されている。図示のケミカルヒートポンプは、第一容器１、即ち吸収装置／発生装置とも称されるアキュムレータを有し、その第一容器１は、収着質、通常は水を発熱的に吸収し、そして吸熱的に脱着することができる、吸収剤である物質２を含んでいる。第一容器１は、パイプの形状を有する固定気体接続手段４を通って、凝縮器／蒸発器とも称される第二容器３に接続されている。ここで、上記パイプはその一端において上記容器類の上側に接続されている。第二容器３は、第一容器１中の物質２が気体状収着質６を吸熱的に脱着するときはその収着質６を液状収着質５に凝縮するための凝縮器として、また第一容器１中の物質２が収着質を発熱的に吸収するときは液状収着質５の気体状収着質６への蒸発器として作用する。
【００２２】
システム、即ち互いに流体連通関係にある第一および第二容器１、３の内部空間と気体用導管４は完全に気密であって、化学プロセスに関与する、通常は水蒸気である気体１６以外の全ての気体が抜かれている。アキュムレータ１中の物質２はそのアキュムレータ中で第一熱交換器７と直接接触している。第一熱交換器は液体流８を介して環境から熱を受け取り、または環境に熱を与えることができる。蒸発器／凝縮器部３中の液体５も、同様に、その蒸発器／凝縮器中で第二熱交換器９と直接接触している。この第二熱交換器から環境に、または環境からその熱に液体流１０を介して熱を供給することができる。
【００２３】
系の色々な構成部材は、有利なことに、容器１および３を、外側容器を隔壁で仕切ることにより形成するように、デベイジャー（De Beijer）等に付与された、前記で引用した米国特許第５，４４０，８９９号明細書に説明されているような単一の外側容器内に配置することができる。
【００２４】
ここで、ヒートポンプ中の物質２は、ヒートポンプが予定する温度においてその物質が固体状態と液体状態との間の転移により作動することができるように選択される。かくして、アキュムレータ１中の反応が物質２の固相状態と液相状態との間で起こる。収着質が物質により吸収される場合の排出プロセスにおいて、第一相は固体であり、また第二相は液体であり、そのときある一定温度に対してその収着質の一定反応圧力が維持される。その物質は次いで固体状態から液体状態に連続的に変化する。このプロセスは、物質が全て固体状態から液体状態に変化してしまうまで、上記の一定温度に対する一定反応圧力において継続する。同じようにして、反応圧力は、物質が液体状態から固体状態に変化する場合の装填プロセスのその部分において一定である。
【００２５】
図２には、固体状態と液体状態との間に転移があるそのような物質２に適したアキュムレータ１が示される。この物質はその固体形態２１を取っており、その固体形態は図１の熱交換器７に相当する熱交換器２２の表面の一つに所に配置されている。熱交換器２２は板として設計されており、その板は、固体物質２１がある前面に、例えば表面拡大用垂直フランジを有する。熱交換器２２の背面は、熱を供給し、または熱を運び去る外部媒体と接触している。さらに、熱交換器２２は、物質の固体形態２１と一緒に、粒子は非常に小さいものしか通過することができないが、液体と気体は自由に通過することができる密な網目のネット２３により、あらゆる方向に、完全に囲まれている。物質の液体状態を形成している溶液２４はアキュムレータ容器１の底に配置され、そして熱交換器２２直下の自由空間２４′の中に集められる。この空間はポンプ２６と接続関係にある出口２４″を有している。液体分布システム２５がネット２３の内側で熱交換器２２の上方に配置され、そしてポンプ２６が溶液を熱交換器２２の全面に分布させることができるように、導管２５′を介してポンプ２６に接続されている。この液体分布システムは噴霧バーとして形成することができるが、それにはかなりの高圧が必要とされ、またその中の小さい穴は形成される結晶で簡単にふさがれる可能性がある。それに代えて、有利なことに、大きな開口を有する回転管を使用することができる。
【００２６】
ここで、固体物質用に、一例として塩 MgCl₂・6H₂Oを有するアキュムレータ部１におけるプロセスについて説明するが、この場合「装填」工程で例えば太陽エネルギーを使用することができる。物質２が始めに「装填される」と思われ、かくしてそれは「排出される」ことになる。その物質はそのときその固相として存在しており、２１の所に熱交換器２２と接触して配置されている。この物質の固体形態２１は細かい結晶として存在してもよいし、或いは多少焼結されて固体のケーキになっていてもよいが、いずれにしてもネット２３は通過することができる。熱交換器２２は、そのとき、例えば周囲温度、例えば約３０℃のような戸外温度を有し、また凝縮器３中の凝縮物５も同じ温度を有していることができる。物質の固体形態２１により水蒸気が吸収されると、アキュムレータ１中でエネルギーが発生せしめられ、そのときその温度は上昇される可能性があるが、普通はその熱は輸送され、即ち上記物質が熱交換器２２の中を流れている媒体により冷却される。エネルギーは蒸発器／凝縮器３内部での蒸発のために消費され、その蒸発器／凝縮器の温度が低下され、かくしてそれは、熱交換器９を介して、例えば家屋の部屋を冷房するために使用することができる。物質の固体形態２１は、そのとき、その一部が溶液２４に変換され、その溶液は熱交換器２２から流れ去り、そして囲んでいるネットのバスケットから出ていく。溶液２４は熱交換器２２の下の自由空間２４′中に集められ、その空間から、ポンプ２６により、出口２４″を通って、その溶液が熱交換器２２の表面全面に拡げられるその熱交換器の上側の所にある分布システム２５に輸送される。溶液２４は次いで物質の固体形態２１を通って少しずつ滴り落ち、かくしてその溶液はそれがアキュムレータの底に達するとき、またそれが、次いで、分布バー２５により熱交換器２２の上面部全面に分布されるときは、常に飽和されている。熱交換器２２の上面部では直ぐに固体物質２１は無くなり、その後に良好な熱移動と、それによる吸収プロセスの高効率とを達成することができる。これは固体形態２１が実質的に全て溶液２４に転化されてしまうまで続く。
【００２７】
物質２を「装填する」に際しては、その物質は溶液２４として存在すると思われる初期状態にあることができる。アキュムレータ１中の熱交換器２２は、後記の議論を参照されたいが、太陽エネルギーによるような方法で、適当な温度、例えば少なくとも５０℃に加熱され、同時に蒸発器／凝縮器は周囲温度、例えば屋内また戸外温度、即ちせいぜい約３０℃に保持される。溶液２４は、このときから引き続き、周りに給送され、今やフリーになっている熱交換器２２全面に拡がる。溶液２４が熱交換器と接触した状態で加熱されるとき、その収着質が凝縮器３に放出されて、溶液２４は濃縮される。しかし、物質２の溶解性は高温では低温におけるよりもかなり高く、従って高濃度状態にある溶液相への装填を促すことができる。
【００２８】
そのとき、結晶化、即ち物質２の固体状態への転化が溶液２４中で自然発生的に起きて細かい結晶が形成され、その結晶はネット２３を最早通過できなくなるまで成長し、その後熱交換器２２の底部に集められる。所望とされる最高濃度には、系が、かくして、再び排出され、そして冷却に用いられるようになったとき、ポンプ２６が停止され、そして逆転され、そのため空間２４′中に残っている溶液２４は熱交換器２２の周囲空間に圧入される。同時に、熱交換器２２が、例えば約３０℃の周囲温度、例えば戸外または室内温度まで冷却され、そして液体形態２４で残っている物質２は全て結晶化する。排出工程にあるこの系は、今や、蒸発器／凝縮器３中の熱交換器９が家屋またはアパートの部屋の中に配置されていると言う条件で、家屋の部屋を冷房するのに用いることができる。
【００２９】
熱交換器２２の壁は、有利なことに、結晶が壁上に高すぎる程度まで形成され、そのため形成された結晶が、代わって、ネット２３の内側に実質的に自由に移動することができるようになることを妨げるために、例えばテフロン（Teflon）で処理することができる。物質の固体形態２１が全て溶液相に変換されてしまったときの、熱交換器２２中の溶液２４のレベルは、高くても熱交換器の高さの２／３であると思われる。
【００３０】
ケミカルヒートポンプのためにかくして説明された化学反応器は、図２には示されないが、同一容器中配置されている凝縮器／蒸発器部と組み合わされていると仮定されているものである。それは円筒状または平らな形状の板状熱交換器から成るものとして設計され、そしてそれには、噴霧のような方法で分布させ、それによって蒸発プロセスにおいて熱交換器の表面を濡らすために、熱交換器表面の少なくとも一部の上の毛管吸引性材料か、または分布システムおよびポンプのいずれかが装備されている。
【００３１】
上記タイプの機械設備は、物質の液相中におけるその物質のオーバーフローとスプラッシが凝縮器／蒸発器側に簡単には移動せしめられないようにするために、その機械設備の底に反応器が、またその上部に凝縮器／蒸発器が配置されるように設計されるのが好ましい。これ移動は、しかし、気体流が強力であるために依然として起こる可能性があり、従って蒸発器／凝縮器中の水がいつかはその物質を高すぎる濃度で得ると言う危険が存在する。これを妨げるために、少量の水しか蒸発器中に残っていないときの各排出プロセスの後に、図示されないが、蒸発器の底の弁を開け、それを通して最後の残余水を反応器に自由流下させる。そのようにして、凝縮器／蒸発器部中における物質の蓄積が避けられる。この機械的に放出された水は、有利なことに、それを反応器ポンプに通し、通過させてそのポンプを掃除することができる。同じようにして、排出プロセス後に、純粋な水を、同じ弁を介してポンプに通し、後方に逆流させて、濃縮された溶液を反応器／アキュムレータの最終冷却前に除去することも可能である。
【００３２】
図６に幾分異なる設計の反応器、即ち吸収装置／発生装置１が示される。装填段階においては、熱水が、図示されないソーラーパネルから、適切にセットされた弁６３および導管６１を通ってジャケット６４まで流れる。ここで、ジャケット６４は、ポンプ６６と、そのポンプを外側熱交換器６７の一方の側に接続させている導管６６′を囲んでいる。熱水は外側熱交換器６７の他の側に入り、それより流れ続け、導管６８を通って元のソーラーパネルに戻る。飽和された溶液は、ポンプモーター６５で駆動されるポンプ６６により、外側熱交換器６７の上記一方の側を通して推進されて分布パイプ６９へと流れ、その分布パイプから熱水が反応器の内部空間の上部部分の中に配置された表面拡大手段７０全面に拡がり、そしてさらに下に降りて、その表面拡大手段の直下に配置されているが、小さい垂直拡張部分を有するだけであり、そしてこの段階では積極的に加熱または冷却されない内側熱交換器７１全面に拡がる。反応器の上部には濾過集塵装置７２が配置されており、その集塵装置を飽和溶液から噴出した蒸気が通過して図６には示されない凝縮器に接続された気体導管７３まで進む。蒸発の際に結晶が形成され、それら結晶は残っている溶液と一緒に内側熱交換器７１の所を、そしてその熱交換器を通り越して下方に、上記集塵装置またはネットガスケット７４の底まで進み、そこでそれら結晶はそのガスケットの内側に集められる。飽和溶液は反応器の底で、ネット７４の底の下の空間に集められる。
【００３３】
表面拡大手段は直径１０ｃｍのテフロン（登録商標）製ボールから成ることができ、そのボールは反応器の空間の上部で、上部集塵装置７２の下に配置される。図示の態様では、主として、ポンプおよびそのポンプからの導管の周りに熱水が流れるために、結晶が装填工程の所望とされない場所に形成される危険が徹底的に減らされる。さもないと、結晶がこれら装置中で生成される可能性があり、その結果飽和溶液の汚点ができる。また、加熱時に閉じられた熱交換器６７を用いることにより、溶液の蒸気が形成され得なくなり、そして結晶がその熱交換器の内部に存在する危険が避けられる。
【００３４】
排出段階においては、入口弁６３は、戸外空気で冷却された水のようなある種の熱シンクからの冷却水の流れが、今や、パイプ６２だけを通って内側熱交換器７１に直接進み、かくして外側熱交換器を迂回して外側パイプ６８に戻され、ここで外側熱交換器６７は排出プロセスでは積極的には加熱または冷却されない。飽和溶液は無活動の外側熱交換器６７または図示されない別の迂回導管を通して分布パイプ６９にポンプで送られ、その分布パイプ６９から表面拡大手段７０に下る。溶液はそのとき熱を発生させるものである蒸気を吸収する。この熱は内側熱交換器７１中を運び去られ、その後その溶液はバスケット７４の底まで進み、そこで残っている結晶との接触により再び飽和されることになる。次いで、その溶液はそのバスケットを通過し、再びポンプで上部に送られる。この排出段階では、それら溶液および結晶が水を吸収するので、結晶が誤って形成される危険は小さい。
【００３５】
活物質は水と共に機能するので、水和物が使用することができる。この活物質は本発明の方法に存在するあらゆる温度を越える融点を有すべきである。揮発性液体、好ましくはその蒸気を吸収するとき、活物質は、蒸気圧が揮発性液体自体の蒸気圧より有意に低い飽和溶液に転化されるべきである。その蒸気圧は、使用される装填温度および所望とされる冷却温度が機械設備の特定の用途に対する要件を満たすように、非常に低い値であるべきである。異なる用度では異なる物質が必要とされる。
【００３６】
前記で述べたように、例えばMgCl₂・6H₂O、即ち塩化マグネシウム六水和物であることができる、本発明の方法で使用される物質は、一部液体状態に変換される収着質（水）を吸収したとき、直ちに固体状態になるべきである。塩化マグネシウム六水和物は１００℃より高い融点を有するが、さらなる水が吸収されるとき溶液、即ち液体形態に直ちには変換されない。飽和溶液に対する反応六水和物の平衡圧力は２０℃において約４．６ｍｍＨｇであり、それは２０℃のΔＴに相当する。ここで、ΔＴは、圧力平衡において３相、即ち固体物質、飽和溶液および蒸気と、凝縮器／蒸発器中の揮発性液体との間に存在する温度差のことである。収着質として水／水蒸気を含んでいる太陽エネルギー駆動系の適切なΔＴは２０〜４０℃の範囲内にある。反応は、従って、排出プロセスにおいて、その蒸発器中の収着質を固体物質の今現在の温度より低い約２０℃まで冷却することができる。例えば、物質が排出プロセスにおいて３０℃の戸外温度まで冷却された状態に保持されるならば、部屋の冷却用冷却水を空調系に非常に適している１０℃の温度において生成させることができる。同じようにして、装填プロセスにおいては、凝縮器が３０℃の戸外温度に保持されるならば、物質は（３０＋２０）℃＝５０℃を越える温度に加熱されることだけが必要とされる。
【００３７】
物質１リットル当たりのｋＷｔでの冷却エネルギーにおける保存容量は、主として、その物質の収着質中溶解度に依存する。１モルの塩化マグネシウム六水和物は３０℃において３．５モルの水を吸収して溶液となるが、これは最終溶液１リットル当たり約０．２５ｋＷｈの冷却エネルギーに相当する。エネルギー含量と温度差ΔＴとが異なる物質間ではかなり異なっている。LiCl・H₂O、即ち塩化リチウムの一水和物の対応する計算は、３２℃と言う温度差ΔＴについては０．３ｋＷｈより低い値を与える。使用可能な物質の数は限られる。適した物質は、LiCl、LiBr、LiI、MgCl₂、MgBr₂、MgI₂、CaCl₂、CaBr₂、CaI₂、SrI₂、KOH、NaOH、ZnCl₂、ZnBr₂、ZnI₂、AlCl₃、AlBr₃およびAlI₃から成るもので、これらの内ではMgCl₂、MgBr₂、LiCl、CaCl₂、CaBr₂、ZnCl₂およびNaOHが特に適していると考えることができる。
【００３８】
また、塩の混合物も用いることができる。かくして、塩化カルシウムCaCl₂は４種の水和物、即ち一−、二−、四−および六水和物を形成する。六水和物は、それが水蒸気に曝露されるとき、直接溶液に転化される。しかし、そのエネルギー差ΔＴが小さすぎ、またエネルギー含量も小さい。この六水和物は約３０℃において既に溶融し、従って融点が低すぎるために不適当である。排出プロセスの温度は３０℃より高いことが多いからである。物質は普通戸外空気により冷却される。上記四水和物は水蒸気を吸収し、次いで、温度が３０℃より高く、かつ六水和物の結晶を形成することはできないと言う条件で、飽和溶液に直接転化される。四水和物の融点は約４５℃である。しかし、その温度差ΔＴおよびエネルギー含量が小さすぎる。
【００３９】
しかし、例えば約１０％（重量）のLiClを上記二水和物と混合するならば、上記水和物全ての融点が下がる。上記の六水和物と四水和物とはそのとき本発明で考えられる排出温度より低い融点を有する。そうなると、本発明の方法は開始固体物質として（LiClでドープされた）上記二水和物を用いて作動させることができる。その二水和物は、そのとき、飽和溶液へと進む水蒸気を吸収する。３０℃と言う物質温度に対して２６℃に等しい温度差ΔＴがここに得られる。冷却エネルギーとして計測されるエネルギー含量は最終溶液１リットル当たり０．３ｋＷｈより大である。
【００４０】
タイプ・（固体物質）→（固体物質＋蒸気）の３相反応においては、そのプロセスが一定温度において起こると言う条件で一定の反応蒸気圧が維持される。さらに、ΔＴは異なる温度に対しても全く一定である。これは、異なる温度における反応の蒸気圧が、揮発性液体、即ち好ましいケースでは水の蒸気圧曲線の勾配に実質的に従うと言うことを意味する。ΔＴは曲線間の差を表す、即ち反応混合物に関する圧力と同じ水表面に関する圧力については、その水中の温度とその反応混合物中の温度との差はΔＴでなければならない。この状態はその水および物質の温度レベルに関係なくかなり一定である。
【００４１】
本発明で考えられているタイプである（固体物質）→（飽和溶液＋蒸気）の３相反応の条件は、複雑さが少し多い。その相成分としての飽和溶液は可変パラメーターである。異なる温度で飽和された溶液はその溶解物質を異なる濃度で含んでいる。この結果、第一の一定温度における装填におけるΔＴは第二の一定温度における排出におけるΔＴとは異なる。反応・LiCl・H₂O→（LiCl・H₂O＋LiClの飽和溶液＋水蒸気）の、異なる温度に対するΔＴの変化が、図３のグラフで説明されている。対応する蒸気圧が図４の対数グラフに示されるが、その図４において下の曲線は上記反応についてプロットしたものであり、また上の曲線はH₂Oについてプロットしたものである。かくして、物質が３０℃に冷却されるとき、排出のΔＴはΔＴ＝３２℃である。８０℃での装填では、ΔＴは４５℃よりも高い。その結果は、例えば３２℃に等しい一定ΔＴにより、３０℃の凝縮温度に対して、６２℃より少し高くされていることができるだろう装填については、今や、７５℃よりも低くすることはできないと言うことである。しかし、戸外温度が高いけれども、さらに低い冷凍温度を用いることができる。
【００４２】
粗い計算では、しかし、ΔＴは多くの場合一定であると考えられる。
【００４３】
装填と排出における物質の異なる相状態を物質温度とΔＴとの関数として説明するのには、図５で図解される反応図が役立ち得る。この反応図はLiClに関するもので、水平軸にLiCl・１モル当たりのH₂Oのモル数を、また垂直軸にΔＴを示している。H₂O・０モルについては、図の左の軸に乾燥LiClの状態が示される。H₂O・０モルと１モルとの間の範囲では一水和物と混合された乾燥LiClが示され、この場合ΔＴ＝６０℃である。本発明で説明されるヒートポンプの運転範囲はH₂O・１モル／モル・LiClの垂直線の右にある。反応は、固体・一水和物を３０℃の温度において排出することにより始まる。反応は下の水平軸を矢印の方向に右にたどって進む。ΔＴは、そのとき、上記で観察されたように、約３２℃である。反応は、長い３相全てが同時に存在するこの線の所で起こる。この線の終わりの所で、一水和物が消費されていまい、物質は全て飽和溶液中に存在する。従って、この系は最早３相反応ではなく、装填が始められているときはそのままになっている。次いで、左に上向きの斜線「飽和溶液」が後に続く。飽和溶液が加熱されているとき、LiClの溶解度は増大する、即ち溶解度は温度と共に増大する。同時に、溶液のΔＴが、水蒸気がその溶液から放出されるにつれて増大する。所定のモル濃度において、溶液は過飽和状態になり、一水和物の結晶が生成され始める。系は、そのとき、再び、３相反応として作動し、そしてこの例ではΔＴは８０℃の物質温度について４６℃に等しいと示される。系が３相反応に戻ることにより、装填温度は、かくして、比較的低いレベルに制限される。飽和溶液が全て一水和物に転化されてしまった後に、その物質は３０℃まで冷却されることができ、次いでそのサイクルが繰り返される。一水和物と飽和溶液との間の領域は、排出のときは、最終飽和溶液１リットル当たり約０．３ｋＷｈと言うかなりの冷却能であることを意味する。
【００４４】
上記の説明による完全なケミカルヒートポンプは、既に述べたように、太陽エネルギーを空調用の冷却に転化するために使用することができる。冷却の必要が昼間に満足させようとするだけなら、断続的に駆動される二つの比較的小さい機械設備を組み合わせる。どのそのような機械設備も与えるその高い仕事率により、そのサイクル時間を非常に短くすることができる。適したサイクル時間は約１時間であることができる。早朝では、それら機械設備の一方に１時間装填し、その後にその機械設備を排出相に切り換えると、空調を始めることができる。この機械設備が排出されている時間中は、他方の機械設備は装填される。次いで、この操作が一日中断続的に繰り返される。２ｋＷの冷却力を有する企図された完全な二重機械設備には、装置中に１０〜２０リットルの物質しか必要とされず、また凝縮器／蒸発器部には水約１０リットルの空間が必要とされる。
【００４５】
夜間にも空調を達成するためには、幾つかの技術的解決法を工夫することができる。例えば、昼日と夜間の両者において空調を達成する可能性は、上記種類の小さいヒートポンプ機械設備を、夜間冷却のための貯蔵要件に対処している同じ種類の、もっと大きい機械設備と組み合わせることである。もう一つの可能性は、夜間に冷却のエネルギーを貯蔵する上記種類の単一の大きな機械設備を使用するだけであるが、装填プロセスと同時に、飽和溶液の流れをそらせ、そのそらされた溶液を別個に冷却し、そしてこの溶液をして同様の別の蒸発器からの水蒸気を吸収させることである。これらの場合、ソーラーパネルは、冷却のエネルギーは昼間も取り出されるから、そのパネルの必要な大きさをより高い仕事率に対処するように合わせなければならない。このエネルギーは、また、来る夜の間にその大きな冷却機械設備に装填するのに十分でなければならない。
【００４６】
かくして、図６による熱化学的アキュムレーターを含み、図７の模式図で説明される機械設備が、年間の全日数、冷却、加熱および熱い水道水を提供することができる。このような機械設備において、主装置９１は少なくとも一つの従属装置９２と組み合わされて、電気アキュムレータの性質に類似する性質を与えるようになっている。ソーラーパネルからの装填熱の過剰分が貯蔵される主装置９１は、図１、２または６を参照して説明された種類の大きな機械設備から成る。その貯蔵容量は、日照がない日のその時間帯中、家屋の快適冷房、熱い水道水または暖房のためのエネルギー消費に適合されている。従属装置９２は主装置９１より小さく、そして熱い季節の間連続的に冷房をもたらし、また寒い季節の間は暖房をもたらすことができる。
【００４７】
単一の従属装置を有するそのような機械設備の機能は次のとおりである：昼間は、ソーラーパネル９３からの熱が、まず水道水加熱装置９５を進んでその中の水道水を加熱し、次いで主装置の反応器９７の熱交換器９６に進むように、ポンプ９４で閉ループ中で推進されている加熱された水により輸送、運ばれる。凝縮は主装置の蒸発器／凝縮器９８中で行われ、その熱交換器９９はポンプ１０１で駆動される冷却水を用いている戸外冷却装置１００により冷却される。同時に、そして全く独立に、従属装置９２の反応器１０２が排出される。その反応器も戸外冷却装置１００から従属反応器の熱交換器１０２′へと循環している熱交換水により冷却される。従属装置９２の蒸発器１０３は従属反応器１０２に水蒸気を出し、そして熱交換器１０４及び室内冷却装置１０５を通して快適冷房を届ける。主反応器９５と主凝縮器／蒸発器９８が将来の貯蔵の必要に備えて物質と水の主要部分を蓄積するのに対して、従属装置９２は少量の水で作動する。水は、従って、主蒸発器９８から従属蒸発器１０３に断続的に入れられ、そして排出溶液は従属反応器９２から主反応器９５に提供され、その装填後に熱い飽和溶液が再び従属反応器９２に供給され、その中で冷却され、その際に結晶が形成され、そしてそれら結晶と飽和溶液が従属蒸発器から蒸気を吸収する。その反復期間は約１０分〜２時間であることができる。
【００４８】
かくして、図７のシステムにおいて、物質の作動範囲は図２に関連して説明されたプロセスと比較して幾らか拡張される。また、飽和溶液は使用される少なくとも一部の物質の代わりに蒸気を吸収することができる。これは、飽和溶液が吸収プロセスである種の有効性を得るために十分に低い蒸気圧を有していることができるを前提とするものである。ZnCl₂のようなある種の物質のΔＴは固体−液体反応においては大きすぎるが、その物質は溶液相中でのみ使用されるのがより良好である可能性がある。その貯蔵容量はより低く、そしてΔＴは色々なレベルにあるが、それらは、依然として、本発明において説明される熱化学的反応器中で卓越して働くことができる。
【００４９】
冷房また熱い水道水をもたらす際に消費されないエネルギーは主装置９１中に蓄えられる。太陽エネルギーが最早利用できないとき、従属装置９２が作動を前のように続け、次いで蓄えられたエネルギーを消費する。今や、最早自動的には装填されない主反応器９５は、系の平衡状態を通り越してから、排出状態に進む。これは夏季には約６０℃において起こり得ると思われる。かくして、熱い水道水のための熱は主反応器９６により生成され、その場合熱交換水の流れは、今や、水道水加熱装置９５を通過するだけで、それに応じて弁１０６を設定することによりソーラーパネル９３は通過せず、そして上記の熱の生成と同時に従属反応器９２は冷房をもたらす。
【００５０】
少量の装填物質および水を従属装置９２にそらす方法は、必要とされる冷房は従属装置で与えられるから、主反応器９５をそれが快適冷房をもたらす段階に入るように変換、即ち冷却してはならないと言うことをもたらす。代わって、主反応器９５は排出状態（平衡状態）において熱い状態に保持されることは、結晶が反応器の意図しない場所に形成される危険をなおもさらに少なくする。主凝縮器／蒸発器９８は戸外冷却装置で冷却され続ける。一般的には、この機械設備は流れの切換に弁を最小限でしか必要としない。
【００５１】
従属装置９２は一つの方向だけに、即ち排出状態で作動するが、これは所望とされない結晶形成に関して最も有利なことである。冬季には、主装置９１が説明されたように作動し、そして夜間は平衡になっており、その場合平衡温度は約３５〜４０℃である。これにより水道水は夜間に予熱されることになり、その場合水道水は図示されない電気抵抗加熱装置によりより高い温度に加熱される。寒い季節には、従属装置の熱交換器１０２′および１０４は図７に示されるものに比較して逆の接続を有する。この接続は図示されていない。かくして、戸外冷却装置１００は、このとき、従属蒸発器、および今や従属反応器に対する加熱に用いられる室内冷却装置１０５に接続される。従属装置は、このとき、室内冷却装置１０５を用いて部屋を暖房するために３５〜４０℃の温度も有する水を生成させる。
【００５２】
図７の熱化学的ヒートアキュムレーター全体において、異なるタイプの熱交換器を使用することができるが、図６の外側板状熱交換器６７および内側管熱交換器７０を比較されたい。板状熱交換器類は、熱交換器の輸送媒体が反応器中で装填する際および蒸発器中で排出する際におけるような水を循環させているときのあらゆる熱交換に使用される。次いで、溶液／水のみが、そのやり方で、容器の底からその上部へと加熱される。排出プロセスにおいては、代わって、複数の長い水平管とジグザグ様式で配置された複数の管を有する管熱交換器類が反応器中で使用される。従属反応器１０２は排出の際にだけ作動し、従って、このように管熱交換器である内側熱交換器だけを必要とする。反応器中の装填工程では、溶液は、そのとき、蒸気を放出できない密閉空間中で加熱される。溶解度が大きくなるが、これは結晶の形成を回避させるものである。溶液が分布パイプを去って表面拡大手段全面を流れるときだけ、蒸気が放出され得、次いで結晶が形成され得る。内側熱交換器中で行われる対応するプロセスは、その熱交換器の厚い表面上に塩の結晶が蓄積する危険を包含しているだろう。反応器中での排出の際に、その熱交換器は冷却されるが、これは密閉板状熱交換器中に結晶が形成される明白な危険を与えるものであろう。反応器内部の開放管熱交換器においては、溶液が冷却され、同時に水蒸気に曝露される。それによって、冷却にもかかわらず結晶が容易には形成され得ないように、水の吸収および冷却が行われる。
【００５３】
地中海地域における一家族用の、軽量コンクリートから建てられた、２００ｍ²の面積を有する家屋のための図７による機械設備には、２５ｍ²のソーラーパネル面積、５０ｋＷｈの冷却または６５ｋＷｈの加熱の貯蔵容量が必要とされる可能性がある。最大装填電力は１５ｋＷで、最大冷却電力は６ｋＷである。主装置と従属装置から成る熱化学的アキュムレータは、８００ｍｍの直径と１８００ｍｍの高さ（熱分離を含む）を有することができる。
【００５４】
図８には、図７による主装置９１と従属装置９２から成る熱化学的アキュムレータがさらに詳細に示されており、この場合その主装置は実質的に図６に示されるように造られた反応器９５を有する。ポンプ６６の周り、そして主反応器６５中のポンプからの導管６４′の周りの加熱ジャケット６４、および外側熱交換器６７と内側熱交換器７１を観察すべきである。主装置９１は、排出の際に、水道水加熱装置に対して内側熱交換器７１を介して加熱を実現きるようにするだけであるから、この熱交換器は小さくすることができ、また、典型的には、直列および／または並列で、幾らかジグザグパターンで接続された複数の実質的に水平のパイプ部から成る反応器９５の上部に配置することができる。典型的には、数ｋＷしか必要とされない。主電力は、電力が典型的には１５ｋＷまでの量であることができる、装填の際の外側熱交換器６７中に移される。従属蒸発器１０３は主凝縮器／蒸発器９８と同様に造られ、ポンプ１０７、分布管１０８および表面拡大手段１０９を含んで成り、この場合表面拡大手段は分布管の直下の内側空間の上部に配置される。従属蒸発器の熱交換器１０４は、大きさを６ｋＷの冷却電力に合わして造られた外側板状熱交換器であって、この熱交換器はポンプ１０７で蒸発器の底部から分布バーに給送された凝縮収着質を冷却するだけである。排出の際に作動するだけである従属反応器１０２は、約８ｋＷの容量を有し、そして従属反応器の内側に配置されているジグザグタイプの大きな管熱交換器１０２′を有している。この熱交換器は、表面拡大手段が、従属反応器の底からポンプ１１１で給送される、分布管１１０からの溶液を受け取ると同様にふるまう。二方弁１１２が上記のポンプと分布管との間の導管中に接続されており、標準状態に対しては、排出の際に、溶液を底から分布バーにだけ進めるように設定されている。その弁の他方の出口は導管を介して主反応器のポンプ６６の入口に接続されており、そのため弁は、その設定が変更されると、消費された溶液が主反応器９５にポンプで送り出されるのを可能にする。主反応器の底から熱い飽和溶液の引き入れはオン／オフ弁１１４を有する導管１１３を通して行われる。ここで、そのオン／オフ弁１１４は、共に、入口弁６３からの熱水が通っているジャケット１１５を有している。従属蒸発器１０３においては、水だけが消費される。新しい水は主凝縮器／蒸発器から導管１１６を通して供給される。ここで、その主凝縮器／蒸発器はポンプ１１９から主凝縮器／蒸発器９８の熱交換器９９への導管中に接続されている二方弁１１７の所で終わっている。導管１１７′が主凝縮器／蒸発器の底部空間を主反応器９５の上側にオン／オフ弁１１８を介して接続しており、この場合その主凝縮器／蒸発器は主反応器９５の上方に配置されている。弁１１７の適正な設定のために、重量有象区蒸発器のポンプ１０７は物質であるいは「汚染されている」水をポンプで主凝縮器／蒸発器に戻してやることができる。開放弁１１８の場合、そのような「汚染された」残留水を主凝縮器／蒸発器から主反応器に注ぎ込むことができ、この場合この弁は普通閉じられる。
【００５５】
汚染は、気体の流れを伴う装填の際に濾過集塵装置を通って水の中に集められた活性な塩または塩類の残りから成る。これが多数のサイクルに対して続くならば、水の蒸気圧が低下されることになり、かつ冷却温度が上昇して水道水の温度が低下されることになる。凝縮した水を注ぎ込むことは、従って、その系が排出されてしまい、かくして主凝縮器／蒸発器９８の中に少量の水を含んでいるときに、例えば各々１０回目のサイクルのときに行われる。
【００５６】
主凝縮器／蒸発器９８は、水を、その凝縮器／蒸発器内部の空間の底から、従属蒸発器の熱交換器１０４と同様であるが、もっと大きい容量を有する外側熱交換器９９により加熱された導管を通して、上部にある分布管１２０であって、それより水が同様に上部にある表面拡大手段１２１全面に流れ、装填工程において、気化されるために上記凝縮器／蒸発器の底まで流下するそのような分布管１２０に送るポンプ１１９を有している。主反応器９５の気体接続管７３は上記凝縮器／蒸発器の上部部分に接続されるが、これは図８では視認できない。同様の気体導管、即ち接続管１２２が従属反応器１０２と従属蒸発器１０３とを互いに接続している。
【００５７】
４個の二方弁１２３、１２４、１２５、１２６の組が、戸外冷却装置および室内冷却装置／加熱装置を従属反応器および従属蒸発器に接続している導管類の中に接続されている。夏季期間の冷房用のためにこれら弁を適正に設定するために、戸外冷却装置は従属反応器の熱交換器１０２′に、そして室内冷却装置／加熱装置が従属蒸発器の熱交換器１０４に接続される。寒い季節に暖房を届けるためには、それら弁は、代わって、戸外冷却装置が従属蒸発器の熱交換器に接続され、そして室内冷却装置／加熱装置が従属反応器の熱交換器に接続されるように設定される。
【００５８】
一般に、固体物質または複数の固体物質によってのみ、上記議論による固相−液相転移において作動する大きな機械設備、および同じ相転移のタイプが用いられる複数の物質に基づく小さい機械設備を同時に含んでいる、組み合わせとして複数の可能性が存在することを観察することができる。システムの大きさ、機能およびコストを考慮して空調の必要を最善に解決するシステムのタイプを選択することがユーザーの責務である。興味のある温度範囲に固体状態と液体状態との間の相転移を有する物質を使用する本明細書に記載される方法は、太陽エネルギーを空調目的に商業的に利用する可能性に対して重要な貢献となる。
【００５９】
本明細書に記載されるケミカルヒートポンプは太陽エネルギーの利用に制限されず、いかなる熱源、特に熱を高すぎない温度で提供する低品位熱源も利用することができる。また、このケミカルヒートポンプで生成せしめられる冷却または加熱は家屋の冷房または暖房に制限されず、例えば冷たい箱類または袋類や冷蔵・冷凍庫（refrigerators）、またエンジンから放散される熱を利用して空調する自動車におけるような冷却・冷凍の必要があるどのような場所でも使用することができる。
【００６０】
蒸気の熱化学的アキュムレータは、年間の全日数、熱い水道水、家屋の快適冷房と暖房の必要を実現することができる、実際上完全なケミカルヒートポンプである精巧な太陽エネルギー駆動式冷却用ヒートポンプである。このヒートポンプは、単一の装置（unit）で、熱の蓄積とほとんど低品位の熱の加熱および冷却への変換を共に実現できるものである。この装置は全ての弁および循環ポンプ類と、家屋における機械設備のための制御プロセッサー類を収容するが、家屋の床面積の小さい部分を占めるだけである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ケミカルヒートポンプの模式的な絵である。
【図２】ケミカルヒートポンプの吸収側の模式的な立面図である。
【図３】 LiCl飽和水溶液の温度の関数としての、特徴的な温度差のグラフである。
【図４】図３の溶液と同じ溶液の温度の関数としての蒸気圧を下の曲線に示し、また温度の関数としての水の蒸気圧を上の曲線に示している対数グラフである。
【図５】 LiCl、LiClの一水和物および水を含んでいる反応系の温度の関数としての、特徴的な温度差を示している反応図である。
【図６】ケミカルヒートポンプの吸収側のもう一つの態様の模式的立面図である。
【図７】熱化学的アキュムレータを含んで成る機械設備を図解している模式的線図である。
【図８】図７の熱化学的アキュムレータの模式的立面図である。
【符号の説明】
１第一容器
２吸収剤物質
３第二容器
４固定気体接続手段
５液状収着質
６気体状収着質
７、９、２２、６７、７１、９６、９９、１０２′、１０４熱交換器
８、１０液体流
１６気体
２１物質２の固体形態
２３ネット
２４溶液
２４′ 自由空間
２４″ 出口
２５′、６１、６４′、６６′、６８、７３、１１３、１１６、１１７′ 導管
２６、６６、９４、１０１、１０７、１１１、１１９ポンプ
６２パイプ
６３弁
６４、１１５ジャケット
６５ポンプモーター
６９分布パイプ
７０、１０９、１２１表面拡大手段
７２濾過集塵装置
７４バスケット
９１主装置
９２従属装置
９３ソーラーパネル
９５水道水加熱装置
９７、１０２反応器
９８蒸発器／凝縮器
１００戸外冷却装置
１０３蒸発器
１０５室内冷却装置
１０８、１１０、１２０分布管
１１２、１１７二方弁
１１４、１１８オン／オフ弁
１２２接続管

Claims

第一空間中に配置された活物質と、気相が排出工程においては第一温度で上記活物質により吸収され、そして装填工程においては第二のより高い温度で上記活物質により脱着される揮発性液体と、第一熱交換器とを含んで成り、上記活物質は第一温度においては固体状態を有し、そして第二温度においては液体状態を有するか、または溶液相として存在し、上記活物質は、上記揮発性液体の気相を直接吸収するとき、上記固体状態から部分的に液体状態または溶液相に変化し、また上記活物質は、装填工程において上記揮発性液体を直接脱着させるとき、上記溶液相から部分的に固体状態に変化し、上記揮発性液体の気相は、装填工程において、上記活物質により脱着された後に、第一導管を介して上記第一空間と流体接続関係にある第二空間中で液相に凝縮され、また上記揮発性液体の液相は、排出工程において、上記気相に転化され、同時に上記活物質がその気相を吸収し、そして上記第一熱交換器は、上記第一空間中に、排出工程においては、上記活物質が上記揮発性液体を吸収しながら固体状態から液体状態に連続的に変化するとき、その活物質を上記第一温度において固体状態と液体状態に保持しておくための表面を有するケミカルヒートポンプであって、上記固体状態の活物質を上記液体状態または溶液相の活物質から分離する上記第一空間中の分離手段、および上記液体状態または溶液相の分離された活物質を上記第一熱交換器の表面および上記固体状態の活物質と接触した状態で通過させる分布手段により特徴付けられる上記のケミカルヒートポンプ。
分離手段が第一熱交換器の表面の少なくとも一部を囲んでいるネットまたはフィルターを含んで成ることを特徴とする、請求項１に記載のケミカルヒートポンプ。
分離手段が第一熱交換器の表面の少なくとも下部部分を囲んでいるネットを含んで成り、液体状態または溶液相の活物質を受け取るための区画室がそのネットの底の下に形成されていることを特徴とする、請求項２に記載のケミカルヒートポンプ。
ネットが第一空間の壁に取り付けられていることを特徴とする、請求項３に記載のケミカルヒートポンプ。
分離手段が第一熱交換器の表面の上部部分に配置されているフィルターを含んで成り、そのフィルターが、第一空間を、揮発性液体の蒸気を上記表面のある領域と導管との間を通過させる二つの区画室に分割していることを特徴とする、請求項２に記載のケミカルヒートポンプ。
分布手段が、第一熱交換器の表面の上部に配置された、液体状態または溶液相の活物質を上記第一熱交換器の上部部分全面に分布させるディストリビュータに連結されているポンプを含んで成ることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のケミカルヒートポンプ。
ディストリビュータが複数の開口を有する管を含んで成ることを特徴とする、請求項６に記載のケミカルヒートポンプ。
第一熱交換器が内側部分と外側部分を含んで成り、その内側部分が上記熱交換器の表面を有し、そしてその外側部分が液体状態様または溶液相の活物質と分布手段を通過する前に熱を直接交換することを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のケミカルヒートポンプ。
第二空間中の液相の揮発性液体をして第二熱交換器を通過させ、次いでその第二空間中に分布させる、その第二空間のための第二熱交換器および分布手段により特徴付けられる、請求項１〜８のいずれかに記載のケミカルヒートポンプ。
分布手段が、第二熱交換器の表面の上部に配置されたディストリビュータに連結されているポンプを含んで成ることを特徴とする、請求項９に記載のケミカルヒートポンプ。
ディストリビュータが複数の開口を有する管を含んで成ることを特徴とする、請求項１０に記載のケミカルヒートポンプ。
第二空間が第一空間の上方にあり、その第二空間の底がその第一空間の上部と弁を有する第三導管を介して流体接続関係にあることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載のケミカルヒートポンプ。
第二空間の底部が、第一空間と、液相の揮発性液体を第一空間に移動して可能性のある活物質をその第二状態から取り出すことができる第三導管を介して流体接続関係にあることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載のケミカルヒートポンプ。
第二導管を介して互いに流体接続関係にある第三空間と第四空間であって、上記第三空間が第一空間から液体状態または溶液相の活物質を第二温度において断続的に受け取り、そして液体状態または溶液相の上記活物質をその第一空間に戻すように配置されており、上記第四空間が第二空間から液相の揮発性液体を断続的に受け取るように配置されているそのような第三空間と第四空間により特徴付けられる、請求項１〜１３のいずれかに記載のケミカルヒートポンプ。
活物質が固体状態で結晶水を含んでいる金属塩から成り、そして揮発性液体が水から成り、ここで上記金属塩は水蒸気を吸収すると熱を放出するように選ばれることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載のケミカルヒートポンプ。
金属塩が水に溶解されて熱を放出するように選ばれることを特徴とする、請求項１５に記載のケミカルヒートポンプ。
活物質が塩化カルシウム、臭化カルシウム、塩化マグネシウム、臭化マグネシウム、塩化リチウム、二塩化亜鉛および水酸化ナトリウムの中から選ばれる塩から成ることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれかに記載のケミカルヒートポンプ。
活物質をして、排出の際には、揮発性液体の気相を第一温度において吸収するようにさせて、液体状態または溶液相となっている排出された活物質を生成させ、そして、装填の際には、上記揮発性液体の気相を第二のより高い温度において脱着するようにさせて、固体状態となっている装填された活物質を生成させ、ここで上記気相は別個に凝縮されて凝縮された液体を生成させ、次いで上記装填活物質により吸収されるようになすことを含んで成る冷却および／または加熱方法において、上記装填活物質を、熱交換表面および上記装填活物質を覆って分布している上記排出活物質から分離することを特徴とする上記の方法。
活物質による揮発性液体の吸収または脱着において、その活物質の、液体状態様または溶液相として存在しているその部分が、上記活物質の、固体状態で存在している部分と接触するようにされることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
活物質と、気相が、排出に際しては、第一温度において上記活物質により吸収されて、排出された活物質を生成させ、また装填に際しては第二のより高い温度において上記活物質により脱着されて、装填された活物質を生成させる揮発性液体とを含んで成り、上記活物質は第二温度において液体状態を有するか、または溶液相として存在し、上記揮発性液体の気相は、装填に際して、上記活物質により脱着された後に液相に凝縮され、また上記揮発性液体の液相は、排出工程において、上記気相に転化され、同時に上記活物質がその気相を吸収するケミカルヒートポンプであって、第一導管を介して互いに流体接続関係にある第一空間と第二空間、および第二導管を介して互いに流体接続関係にある第三空間と第四空間により特徴付けられ、ここで上記第一空間は上記気相を第二温度において脱着させて、装填された活物質を生成させる活物質を含んでおり、上記第二空間は上記気相から凝縮されている揮発性液体を含んでおり、上記第三空間は上記第一空間から第二温度を有する活物質を断続的に受け取るように配置され、そしてその活物質を第一温度まで冷却し、上記第四空間は上記第二空間から上記揮発性液体を液相状態で断続的に受け取るように配置され、そしてその受け取られた、液相としての揮発性液体を蒸発させて上記第三空間中の装填活物質と平衡している蒸気を生成させ、上記第三空間中の装填活物質は上記蒸気を吸収して排出された活物質を生成させ、そしてその排出活物質は上記第一空間に断続的に移されて装填された活物質となる、上記ケミカルヒートポンプ。