JP5797327B2 - 循環的に作動する熱吸着式加熱または冷却システムを動作させるための方法 - Google Patents

Description

本発明は、循環的に作動する熱吸着式加熱または冷却システムを動作させるための請求項１に記載の方法に関する。

最も単純に構成された循環的に作動する吸着式加熱または冷却システムは、冷媒を循環的に吸着および脱着する吸着器ユニットと、現時点において実行されている部分段階に応じて冷媒を凝縮または蒸発させる蒸発器／凝縮器ユニットとを備えている。多くの場合、２つのプッシュプル動作の吸着器ユニットならびに少なくとも１つの凝縮器および１つの蒸発器を備える吸着式加熱または冷却システムが使用される。そのようなシステムにおいて追求される目的の用途に応じて、吸着式加熱または冷却システムを、実際の意味でのヒートポンプとして、すなわち加熱のために使用することができ、あるいは冷却機として、すなわち冷却のために使用することもできる。

そのようなシステムにおいて、熱力学プロセスが、実行される。吸着装置は、冷媒を吸着および脱着する吸着剤を含んでいる。蒸発器または蒸発器／凝縮器ユニットにおいて気相へと変換される冷媒は、周囲から熱を抽出し、吸着装置において吸着剤に結合する。その後に、吸着された冷媒が、脱着される。この目的のため、エネルギ（とくには、熱エネルギ）は、外部から吸着装置へと供給される。冷媒は、今や吸着剤から脱着されて、凝縮器へと送られ、あるいは今や凝縮器として機能する蒸発器／凝縮器ユニットへと戻される。この脱着プロセスの完了時に、吸着装置は、再び冷却され、新たな吸着のために利用可能である。同時に、液化した冷媒は、凝縮器から蒸発器へと流れ、あるいは蒸発器／凝縮器ユニットにとどまり、再び気相へと変換される。吸着式加熱または冷却システムの作動サイクルは、今や閉じられている。

最も単純な場合においては、吸着式加熱または冷却システムは、循環的な吸着および脱着が行なわれ、冷媒が熱交換器において交互に凝縮および蒸発させられるただ１つの吸着器ユニットと、周囲からの熱の吸収および周囲への放熱を交互に行ない、冷媒の凝縮および蒸発の両方が行なわれる蒸発器／凝縮器ユニットとで、形成される。

技術的に運転される吸着および脱着プロセスにおいて、これらのプロセスにおいて交換される熱の回収は、吸着式加熱または冷却システムの効率に大きな影響を有する基本的な様相を構成する。供給される熱のかなりの部分は、それ自身がヒートポンププロセスに関与しない技術的な構成要素を加熱するために、必要とされる。これらは、相応の慣性を有する不可避の熱質量を構成する。

吸着式加熱または冷却システムの効率に関して特筆すべき他の重要な様相は、吸着器ユニットにおける吸着剤のいわゆるローディング幅に関係する。ローディング幅は、吸着剤のどの部分、または吸着器ユニットにあらかじめ定められる吸着器表面のうちのどの部分が、実際に収着プロセスに利用可能であるのか、を表わしている。ローディング幅は、とりわけ、冷媒の特定の残余の成分が吸着された状態のままとなる場合に、制限される。この残余の部分によって占められた収着面は、もはや吸着および脱着プロセスに利用することができず、やはり吸着式加熱または冷却システムの不活性な熱質量を構成する。

ＤＥ １０ ２００６ ０１１ ４０９ Ｂ４による先行技術から、熱の回収を達成する方法が知られている。熱回収プロセスにおいて、プッシュプル動作の２つの吸着器ユニットが使用されている。第１の吸着器ユニットは、動作サイクルの吸着段階にて使用され、第２の吸着器ユニットは、脱着段階にて使用される。脱着段階において蓄えられた熱は、予熱に使用される該当の吸着器ユニットから吸着段階の第２の吸着器ユニットへと熱伝達媒体によって運ばれる。このように、両方の吸着器ユニットは、閉または開の熱伝達回路によって互いに結合している。したがって、この形式の熱回収においては、熱は、両方の吸着器ユニットの間で直接交換される。

ローディング幅を大きくし、したがって一方、すなわち冷媒の熱質量と、他方、すなわち装置の熱質量との間の比を最適化することが、先行技術によれば、脱着段階においてそれぞれの吸着器ユニットの内部の脱着圧力をさらに下げることによって実現されている。２つのプッシュプル動作の吸着器ユニットによって動作する吸着式加熱または冷却システムにおいては、吸着段階および脱着段階に位置する吸着器ユニットが、この目的のために、短時間だけ短絡させられる。これにより、一方のユニットにおける脱着が、他方のユニットにおける吸着圧力の上昇をもたらす。冷媒は、一方のユニットから他方のユニットへと実質的に駆動される。このようにして、脱着および吸着の両方が強制され、結果として、吸着剤のいわゆるローディング幅は、大きくなる。このようにして、少なくともより効果的な脱着および吸着を行なうことができる。したがって、結果として、より多くの冷媒がプロセスサイクルへと回収される。

両方の方法、すなわち吸着器ユニット間に熱伝達回路を使用すること、およびユニットを短絡させることは、技術的観点から比較的複雑である。それらの各々は、正確なタイミングでのバルブの制御および種々のプロセスパラメータ（例えば、圧力および温度）の測定ならびに最適な動作点を調節および維持するための制御回路を必要とする。したがって、両方の方法を同時に実現することは、共同の実現が今や吸着器ユニットのための短絡スイッチへの熱伝達回路の相互の調節も必要とするため、ほとんど行なわれていない。

したがって、目的は、循環的に作動する吸着式加熱または冷却システムを動作させるための効率的な方法であって、効率の向上、とくにはプロセスサイクルへの冷媒の効果的な回収を、容易なやり方で達成できる方法を提供することにある。さらに、熱の回収を、ローディング幅の拡大に関連して強めるべきである。

この目的は、本発明によれば、上述の一般的な形式の循環的に作動する吸着式加熱または冷却システムを動作させるための方法であって、請求項１の特徴付け部分の特徴を含む方法によって達成される。従属請求項は、本方法または本装置の有用および／または好都合な実施の形態を記載している。

本発明に係る方法は、脱着段階および吸着段階を含んでおり、少なくとも１つの吸着器／脱着器ユニットと、循環的に前記吸着段階の間に吸着され、前記脱着段階の間に脱着される冷媒と、プロセスの段階に応じて蒸発器または凝縮器として機能する蒸発器／凝縮器ユニットと、を備えている循環的に作動する熱吸着式加熱または冷却システムを動作させるための方法であって、循環的な熱回収が一時貯蔵部と熱伝達媒体とを有する熱回収回路において同時に行なわれ、以下の方法ステップが実行されることを特徴とする。

前記脱着段階の間に、低温の前記熱伝達媒体は、前記蒸発器／凝縮器ユニットに熱接触させられる。前記熱伝達媒体は、前記熱接触の間に加熱され、そして、加熱された前記熱伝達媒体は、第１の一時貯蔵段階におけるサイクルの終わりに、前記一時貯蔵部へと移動させられる。

前記吸着段階の間に、前記熱伝達媒体は、前記蒸発器／凝縮器ユニットに熱接触させられる。前記熱伝達媒体は、前記熱接触の間に、低温に冷却され、そして、冷却された前記熱伝達媒体は、第２の一時貯蔵段階におけるサイクルの終わりに、前記一時貯蔵部へと移動させられる。

したがって、本発明による方法の基本的な考え方は、脱着段階の際に蒸発器／凝縮器ユニットにおいて抽出された熱エネルギを供給することによって、吸着段階において蒸発器／凝縮器ユニットをさらに加熱することにある。このようにして、２つの目的が同時に達成される。第１に、特定の量の熱は、熱力学プロセスにおいて保持され、プロセスのそれぞれの他方の段階の実行に利用される。第２に、一方では或る量の熱を放熱し、他方ではこの量の熱を供給することによって、システムにおける脱着圧力が下げられ、吸着圧力が高められる。吸着器ユニットと蒸発器／凝縮器ユニットとの間を循環する冷媒は、より迅速に凝縮させられ、したがって吸着器ユニットから脱着され、あるいはより迅速に蒸発させられ、吸着器ユニットへと戻される。

上述のステップを、脱着および吸着の両方に機能するただ１つの吸着器ユニットが冷媒の凝縮および気化の両方に機能する蒸発器／凝縮器ユニットに組み合わせられている吸着式加熱または冷却システムにおいて、とくに良好に実行することができる。そのような場合、脱着段階において蒸発器／凝縮器ユニットで放出された凝縮熱が、熱伝達媒体によって吸収され、一時貯蔵部に蓄えられる。その後に、後続の吸着段階において、今や加熱された熱伝達媒体は、蒸発器／凝縮器ユニットへと戻されて再び熱接触する。今や蒸発器／凝縮器ユニットにおいて生じている蒸発は、この一時的に蓄えられた熱によって補助される。

有益な実施形態において、この循環的な熱回収は、前記吸着器／脱着器ユニットのローディング幅を増やすことをもたらすプロセスに組み合わせられる。このプロセスは、脱着圧力の低減および／または吸着圧力の上昇をもたらし、そして、以下の方法ステップを含む。

脱着圧力を操作するために、前記蒸発器／凝縮器ユニットが、前記第１の一時貯蔵段階の間に凝縮温度を下回る低温コンタクトへともたらされる。

さらに、／あるいは独立した方法ステップにおいて、前記蒸発器／凝縮器ユニットが、吸着圧力を操作すべく前記第２の一時貯蔵段階の間に蒸発温度を上回る中温コンタクトへともたらされる。

本方法のこれらのステップの基本的な考え方は、蒸発器／凝縮器ユニットを追加で冷却または加熱することによって、脱着時および／または吸着時の冷媒の凝縮および／または蒸発を補助することにある。これは、それぞれの構成要素が曝される熱伝達媒体について、所定の温度を設定することを必要とする。これは、蒸発器／凝縮器ユニットを、熱伝達媒体を介して所定の温度の低温コンタクトおよび中温コンタクトへと熱的に結合させることによって実現される。

好都合には、高い温度へと加熱された熱伝達媒体および／または低い温度へと冷却された熱伝達媒体が、貯蔵される。これにより、熱回収とローディング幅を広げるプロセスとが、組み合わせられる。

方法の有益な実施形態において、前記蒸発器／凝縮器ユニットの前記低温コンタクト（ＮＴ）への熱的な結合および／または前記蒸発器／凝縮器ユニットの前記中温コンタクト（ＭＴ）への熱的な結合は、それぞれ前記第１または前記第２の一時的貯蔵段階の開始前に、直ちに行われる。これは、それぞれの必要な温度を有する熱伝達媒体が、一時貯蔵部から構成部品へと接近させられ、それぞれの他の温度で流れ戻り、一時貯蔵部に再び進入するまさにそのときに、上述の構成部品が、それぞれの温度に接触させられることを、意味する。したがって、熱伝達媒体は、蒸発器／凝縮器ユニットとの接触において変化する所定の温度を有する。

有利には、前記循環的な熱回収及び前記ローディング幅を大きくするプロセスは、バルブ制御方式で行われる。前記バルブ制御の切り替え時間は、前記蒸発器／凝縮器ユニットの出口で測定される第１のプロセスの温度、前記一時貯蔵部の出口で測定される第２のプロセスの温度、および／または前記第１および第２のプロセスの温度間の温度差によって決まる。これにより、双方の組み合わされたプロセスは、完全に自動的に行われ、それらのタイミングの時間において、システムにおいて実際に得られる温度に対応される。

方法のある実施形態において、前記吸着器／脱着器ユニットの熱は、前記熱伝達媒体が前記脱着段階の終わりに高温レベルおよび／または前記吸着段階の終わりに中温レベルで第２として設計された貯蔵部（さらなる貯蔵部）または共有しない貯蔵部の中に一時的に貯蔵されるように、循環的に蓄えられ、そして、その次のサイクルで再供給される。

有利には、高温コンタクトは、前記熱伝達媒体を高温レベルで貯蔵するときに用いられ、該熱伝達媒体は、前記高温コンタクトの温度レベルに再循環させられる。

装置に関しては、循環的に作動する熱吸着式加熱または冷却システムのための装置は、脱着段階および吸着段階を行うための装置であって、少なくとも１つの吸着器／脱着器ユニットと、循環的に前記吸着段階の間に吸着され、前記脱着段階の間に脱着される冷媒と、交互に蒸発器または凝縮器として機能することができる蒸発器／凝縮器ユニットと、を備える。

本発明によれば、この装置は、前記蒸発器／凝縮器ユニットに熱的に結合される一時的な蓄熱のための設備を備えている、ことを特徴としている。該装置は、一時的貯蔵部と、前記一時的貯蔵部と前記蒸発器（または前記凝縮器あるいは前記蒸発器／凝縮器ユニット）との間をつなぐ導管と、外部制御ユニットによって切り替えられる少なくとも１つのバルブ装置と、を備え、上記構成要素間を循環する熱伝達媒体を有する。

有利には、前記一時的な蓄熱のための設備は、前記バルブ装置によって、中温コンタクトおよび／または低温コンタクトへと循環的に結合される、ことができる。

有利には、前記熱伝達媒体の定められた温度を確保する少なくとも以下の切り換え位置が、前記バルブ装置によって実現される。以下の位置が実現される。
・前記一時貯蔵部をロックすること及び前記蒸発器／凝縮器ユニット前記中温コンタクトへ熱的に結合することを含む脱着段階切り替え位置
・前記蒸発器／凝縮器ユニットと前記一時貯蔵部との間に形成される回路を有する第１の熱回収切り換え位置
・前記一時貯蔵部をロックすること及び前記蒸発器／凝縮器ユニットを前記低温コンタクトへ熱的に結合することを含む吸着段階切り換え位置
・前記蒸発器／凝縮器ユニットと前記一時貯蔵部との間に形成される回路を有する第２の熱回収切り換え位置

前記熱伝達媒体は、有利には、液体であり、好ましくは、水性の液体である。これにより、高い熱容量と、それにより高い蓄熱容量が得られる。

前記中温コンタクトおよび／または前記低温コンタクトは、有利には、外部の熱的に結合させられるリザーバ（貯蔵所）であって、前記熱伝達媒体と熱交換し且つ一定の温度をそれぞれ有するリザーバとして形成されている。

装置の一実施の形態においては、前記脱着段階の終わりにおける高温レベルおよび／または前記吸着段階の終わりにおける中温レベルの前記吸着器／脱着器ユニット（Ａ／Ｄ）の熱を循環的に蓄えるための少なくとも１つの一時貯蔵部が、備えられる。

装置の一実施の形態においては、前記少なくとも１つのさらなる一時貯蔵部は、前記熱伝達媒体が高温レベルにおいて貯蔵されるときに、高温コンタクトに熱的に接触し、該熱伝達媒体は、前記高温コンタクト（ＨＴ）の温度レベルである。

一実施の形態においては、一時貯蔵部ＺＳは、それらの貯蔵体積に関して、蒸発器／凝縮器ユニットＶ／Ｋまたは吸着器／脱着器ユニットＡ／Ｄの熱交換器の水分含有量に加えて、熱交換器の冷却または加熱に必要な水分量も貯蔵するように構成できる。これにより、蓄えることができる熱の量を増やすことができる。

一実施の形態においては、熱回収の段階において、熱の抽出／投入のために貯蔵部を通過する熱伝達媒体の流れは、貯蔵部に現れる温度成層に対応して逆にすることができる。これにより、吸着器／脱着器ユニットＡ／Ｄまたは蒸発器／凝縮器ユニットＶ／Ｋは、あらかじめ加熱／冷却され、熱のうちの回収される部分を有意に増加させる。

一実施の形態においては、前記吸着式加熱または冷却システムは、各々がプッシュプルモードで動作し且つ交互に前記蒸発器／凝縮器ユニットへと切り換えられる２つの吸着器／脱着器ユニットを有する準連続動作の複動式の吸着式加熱または冷却システムとして、設計されている。しかしながら、前記吸着式加熱または冷却システムは、不連続的に作動する吸着式加熱または冷却システムとして設計されてもよい。

一実施の形態においては、吸着式加熱または冷却システムは、蒸発器として別々に、かつ凝縮器として別々に運転される準連続動作のユニットとして、設計される。

本方法および本方法に使用される装置は、典型的な実施の形態によってさらに詳しく後述される。添付の図１〜８は、例示の目的を果たす。類似または同一の機能の構成部品については、類似の参照番号が使用される。

図１は、脱着段階における熱回収の基本的なプロセスの図を示している。 図２は、吸着段階における熱回収の基本的なプロセスの図を示している。 図３は、吸着ユニットおよび蒸発器／凝縮器ユニットを備える吸着式加熱または冷却システム、ならびに脱着段階における収着圧力を操作するために設けられた手段の図を示している。 図４は、脱着圧力の軽減に一時的な熱の貯蔵が組み合わせられているときの図３に示した設備の図を示している。 図５は、吸着段階にある上記の図に示した設備の図を示している。 図６は、吸着圧力の向上に一時的な熱の貯蔵が組み合わせられているときの上記の図に示した設備の図を示している。 図７は、２つの貯蔵部および貯蔵部を通る流れの反転による脱着段階後の熱回収の図を示している。 図８は、２つの貯蔵部および貯蔵部を通る流れの反転による吸着段階後の熱回収の図を示している。

図１は、脱着段階の際の吸着式加熱または冷却システムにおける熱回収の方法の基本的な経過の図を示している。吸着式加熱または冷却システムは、冷媒の吸着および脱着の両方が生じる吸着器／脱着器ユニットＡ／Ｄで形成されている。吸着器／脱着器ユニットＡ／Ｄは、吸着式加熱または冷却システムのそれぞれの動作段階に応じて冷媒が凝縮させられる凝縮器ユニットＫへと接続されている。

熱回収は、熱回収回路において実行される。この回路は、一時貯蔵部ＺＳを備えており、凝縮器ユニットＫに熱的に結合している。例えば水などの熱伝達媒体が、熱回収回路を循環する。熱伝達媒体の移動は、図１において黒色の矢印によって示されている。実際の吸着式加熱または冷却システムにおける冷媒の移動は、白抜きの矢印によって示されている。

吸着器／脱着器ユニットＡ／Ｄにおける冷媒の脱着時に、冷媒は、凝縮器ユニットＫへと流入し、そこで凝縮させられる。一時貯蔵部ＺＳから熱回収回路を通って近づく熱伝達媒体は、低温であって、温度Ｔ_ｕを有している。熱伝達媒体は、放出される凝縮熱を、凝縮器ユニットとの熱接触を通じて吸収する。このようにして温度Ｔ_ｏへと加熱された熱伝達媒体は、一時貯蔵部ＺＳへと流れ戻り、残余の低温の熱伝達媒体を追い出す。凝縮プロセスによって放出された熱は、今や一時貯蔵部に温かい熱伝達媒体の形態で蓄えられる。

同時に、凝縮器ユニットＫに低温の熱伝達媒体を接触させながら、吸着器／脱着器ユニットＡ／Ｄにおける脱着段階が続けられ、冷媒は、可能な限り完全に気相から取り出される。これにより、吸着器／脱着器ユニットＡ／Ｄの内部の脱着圧力ｐ_ｄｅｓが下げられ、したがって脱着がより完全かつ効果的に行なわれる。

図２は、吸着段階の際の吸着式加熱または冷却システムにおける熱回収の方法の基本的な経過の図を示している。吸着器／脱着器ユニットＡ／Ｄは、ここでは蒸発器Ｖに組み合わせられている。この段階においては、冷媒は、蒸発器Ｖにおいて蒸発し、吸着器／脱着器ユニットＡ／Ｄにおいて再び吸着される。一時貯蔵部に含まれ、温度Ｔ_Ｏを有している加熱された熱伝達媒体は、ここでは熱回収回路を通って蒸発器Ｖへと近づく。熱伝達媒体は、蓄えた熱を蒸発する冷媒へと熱接触を介して放出する。同時に、熱伝達媒体の温度は、再び温度Ｔ_ｕへと低下する。今や低温の熱伝達媒体は、一時貯蔵部ＺＳへと戻され、そこで残余の高温の熱伝達媒体を追い出す。

このようにして、図２に示したプロセスの実行後に、脱着段階の際に凝縮器において発生して一時的に蓄えられた熱は、蒸発段階の際に蒸発器へと戻され、すなわち吸着式加熱または冷却システムへと戻され、したがって吸着式加熱または冷却システムにおいて行なわれている循環的なプロセスへと回収される。

同時に、吸着は、吸着器／脱着器ユニットの内部において続けられる。蒸発器における冷媒の強制的な蒸発は、吸着器／脱着器ユニットＡ／Ｄにおける吸着圧力ｐ_ａｄｓを高める。したがって、吸着が、より効果的に実行される。

このように、図１および２に示した基本的な説明から、熱回収が、脱着および吸着圧力の上述の操作によって実現される吸着器／脱着器ユニットＡ／Ｄにおける収着表面のローディング幅への効果とともにもたらされることは、明らかである。

同時に、図１および２に示した説明から、熱の回収ならびに吸着および脱着圧力の操作のための方法を、凝縮器および蒸発器が互いに物理的に分かれている吸着式加熱または冷却システムにおいても実行できることを、理解することができる。

熱回収と脱着または吸着圧力の操作との組み合わせのきわめて効率的な実現を得るために、熱回収プロセスおよび一時的な貯蔵の個々の段階の少なくとも直前、すなわち少なくとも吸着式加熱または冷却システムの動作段階における特定の期間において、熱伝達媒体を所定の温度にし、あるいは所定の温度に保つことが、好都合である。これは、吸着式加熱または冷却システムの構成部品および熱伝達媒体の両方、ならびに熱回収回路の構成部品は、高温コンタクトＨＴ、中温コンタクトＭＴ、および低温コンタクトＮＴへと循環的にもたらされる後述される切り換え位置において達成される。これに関し、バルブ装置は、図３に示されるとおりの脱着段階切り換え位置Ｄes、図４に示されるとおりの第１の熱回収切り換え位置ＷＲ１、図５に示されるとおりの吸着段階切り換え位置Ａds、および図６に開示されるとおりの第２の熱回収切り換え位置ＷＲ２を循環的な連続にて実現する。

図３は、典型的な流体の圧力の回路図を示している。同時に、この図は、脱着段階切り換え位置Ｄesについてのバルブ位置を示している。回路は、吸着器／脱着器ユニットＡ／Ｄおよび蒸発器／凝縮器ユニットＶ／Ｄで形成された吸着式加熱または冷却システムＡＷＰを含んでいる。吸着器／脱着器ユニットＡ／Ｄは、同時に、冷媒の吸着および脱着を果たす一方で、蒸発器／凝縮器ユニットＶ／Ｋは、それぞれの動作段階に応じて、冷媒の蒸発および凝縮の両方に使用される。吸着器／脱着器ユニットＡ／Ｄと蒸発器／凝縮器ユニットＶ／Ｋとの間の冷媒回路は、ここでは説明を単純にするために示されていない。

さらに、一時貯蔵部ＺＳが、設けられている。３つの熱コンタクトＨＴ、ＭＴ、およびＮＴは、定められた温度を調節するように機能する。これらは、熱回収回路の導管部分を通過する外部の熱リザーバの形態で実現される。熱コンタクトＨＴは、高い温度Ｔ_ＨＴを有する高温コンタクトを呈し、熱コンタクトＭＴは、中間の温度Ｔ_ＭＴを有する中温コンタクトを呈し、熱コンタクトＮＴは、低い温度Ｔ_ＮＴを有する低温コンタクトを呈する。すなわち、Ｔ_ＨＴ＞Ｔ_ＭＴ＞Ｔ_ＮＴである。熱伝達媒体は、熱コンタクトを通って流れ、したがって所定の様相でそれぞれの温度をとる。吸着式加熱または冷却システムの脱着および吸着段階は、これらの温度設定のために使用される。

熱回収段階において、温度Ｔ_ＭＴまたはＴ_ＮＴとされた熱伝達媒体は、蒸発器／凝縮器ユニットＶ／Ｋにおいて循環的に置き換えられ、一時的に蓄えられる熱伝達媒体は、一時貯蔵部ＺＳへと追い出され、あるいは一時貯蔵部ＺＳから放出される。

熱伝達媒体の温度は、プロセスの経過の最中に少なくとも２つの地点において記録される。第１の温度監視地点Ｔ１は、蒸発器／凝縮器ユニットＶ／Ｋの出口に配置され、第２の温度監視地点Ｚ２は、一時貯蔵部ＺＳの出口に配置される。

熱伝達媒体は、吸着器／脱着器ユニットＡ／Ｄの入り口および蒸発器／凝縮器ユニットＶ／Ｋの入り口にそれぞれ位置する２つのポンプＰ１およびＰ２によって循環させられる。

種々のサイクル依存の切り換え位置および熱伝達媒体の流れの方向は、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、およびＶ６によって調節される。実際の熱回収回路は、バルブＶ３〜Ｖ６によって制御される一方で、バルブＶ１およびＶ２は、吸着器／脱着器ユニットＡ／Ｄのための熱伝達媒体の所定の温度を設定する。

この例におけるすべてのバルブは、三方弁として構成される。それらは、図示されていない制御装置によって切り換えられる。制御装置およびバルブは、制御回路の一部として形成される。制御回路は、温度監視地点Ｔ１に位置する温度センサおよび温度監視地点Ｔ２に位置する温度センサ、ならびにこれらの地点において測定された温度値の間の温度差を計算するためのユニットを備える。測定された温度差に応じて、後述の段階が、停止または開始される。この目的のため、バルブＶ１〜Ｖ６は、設備を順に脱着段階切り換え位置、第１の熱回収切り換え位置、吸着段階切り換え位置、および第２の熱回収切り換え位置にする。

図３は、脱着段階切り換え位置Ｄesを示している。吸着式加熱または冷却システムＡＷＰにおいて、脱着段階は、吸着器／脱着器ユニットＡ／Ｄにおいて行なわれる。この目的のため、吸着器／脱着器ユニットＡ／Ｄは、ＨＴ熱コンタクトへともたらされる。この目的のため、バルブＶ１およびＶ２は、熱伝達媒体がポンプＰ１によってＨＴ温度リザーバと吸着器／脱着器ユニットＡ／Ｄとの間の回路を循環させられるように、調節される。同時に、吸着式加熱または冷却システムの冷媒は、脱着されて蒸発器／凝縮器ユニットＶ／Ｋにおいて凝縮させられる。

通常の脱着プロセスの最中、または少なくともその終わりにおいて、蒸発器／凝縮器ユニットＶ／Ｋは、中間の温度レベルＴ_ＭＴに保たれる。この目的のため、熱伝達媒体は、ポンプＰ２によって、相応に調節されたバルブＶ３およびＶ４を通って、ＭＴ温度リザーバと蒸発器／凝縮器ユニットＶ／Ｋとの間の回路を循環させられる。

一時貯蔵部ＺＳおよび低温リザーバＮＴの両者は、脱着段階においては、システムから分離されていることを、図３において見て取ることができる。

脱着段階の次は、第１の熱回収段階である。この目的のため、バルブＶ１〜Ｖ６は、図４に示される第１の熱回収切り換え位置ＷＲ１を実現する。この目的のため、バルブＶ１およびＶ２は、図３に示した位置のままである。したがって、脱着は、吸着器／脱着器ユニットＡ／Ｄにおいて続けられる。バルブＶ３、Ｖ４、Ｖ５、およびＶ６は、ポンプＰ２によって駆動される蒸発器／凝縮器ユニットＶ／Ｋと一時貯蔵部ＺＳとの間の循環を確立させる。

吸着器／脱着器ユニットＡ／Ｄの内部で脱着プロセスが、続く一方で、蒸発器／凝縮器ユニットＶ／Ｋに、一時貯蔵部ＺＳからの熱伝達媒体が、接触させられる。熱伝達媒体は、低温リザーバＮＴの温度Ｔ_ＮＴに相当する温度を有する。したがって、低温の熱伝達媒体は、蒸発器／凝縮器ユニットＶ／Ｋに残った先行の脱着段階からの温度Ｔ_ＭＴを有する熱伝達媒体を追い出すことで、蒸発器／凝縮器ユニットＶ／Ｋを温度Ｔ_ＮＴへと冷却する。蒸発器／凝縮器ユニットＶ／Ｋに依然として残る温度Ｔ_ＭＴの熱伝達媒体は、一時貯蔵部ＺＳへと移され、ここで温度Ｔ_ＮＴを有する熱伝達媒体を追い出す。このようにして、一方、すなわち低温の熱伝達媒体による高温の熱伝達媒体の置き換え、および他方、すなわち高温の熱伝達媒体による低温の熱伝達媒体の置き換えの両方が、蒸発器／凝縮器ユニットＶ／Ｋおよび一時貯蔵部ＺＳにおいて生じる。この点に関し、熱伝達媒体によって吸着された温度Ｔ_ＭＴを有する熱は、一時貯蔵部に蓄えられる。

これに関して、蒸発器／凝縮器ユニットＶ／Ｋの温度Ｔ_ＮＴへの冷却は、そこで依然として生じている冷媒の凝縮を強制する。したがって、吸着器／脱着器ユニットＡ／Ｄにおける脱着圧力が、低減され、結果として、そこで生じている冷媒の脱着が、より強力に実行され、完了する。脱着圧力の低減は、実際の脱着段階の終了後のきわめて効果的な事後脱着を可能にし、したがって吸着器／脱着器ユニットＡ／Ｄの収着表面の残余のローディングを少なくする。したがって、ローディング幅が、大きくなる。

熱回収および脱着圧力の低減の組み合わせのプロセスは、実質的に同一の温度が地点Ｔ１および地点Ｔ２の両方において測定され、これらの温度の間の温度差が地点Ｔ１および地点Ｔ２において符号を変化させるときに、終了する。これは、一時貯蔵部ＺＳに残る温度Ｔ_ＮＴの熱伝達媒体の残余の量が、一時貯蔵部ＺＳに残され、熱伝達媒体が温度Ｔ_ＭＴを有する熱伝達媒体を追い出した後で蒸発器／凝縮器ユニットから温度Ｔ_ＮＴで再び出始める場合に、まさに当てはまる。その直後に、制御ユニットは、バルブＶ１〜Ｖ６を第１の熱回収切り換え位置ＷＲ１から吸着段階切り換え位置Ａdsへと切り換える。

図５は、吸着段階切り換え位置Ａdsを示している。冷媒の吸着が、吸着器／脱着器ユニットＡ／Ｄにおいて実行される一方で、冷媒の蒸発が、蒸発器／凝縮器ユニットＶ／Ｋにおいて生じる。一時貯蔵部ＺＳは、温度Ｔ_ＭＴへと加熱された熱伝達媒体を含んでおり、他の構成部品から分離されている。バルブＶ１およびＶ２は、吸着器／脱着器ユニットＡ／ＤをＭＴ熱コンタクトに結合させるように切り換えられる。熱伝達媒体は、ポンプＰ１によって吸着器／脱着器ユニットＡ／Ｄへと駆動され、バルブＶ２を通り、ＭＴ熱コンタクトを通り、バルブＶ１を通ってポンプへと戻る。

冷媒の蒸発は、低圧および低温において生じる。蒸発器／凝縮器ユニットＶ／Ｋは、ＮＴ熱コンタクトに結合されている。熱伝達媒体は、ポンプＰ２によって蒸発器／凝縮器ユニットＶ／Ｋへと駆動され、相応に調節されたバルブＶ４、Ｖ５、およびＶ６によってＮＴ熱コンタクトへと渡され、次いでバルブＶ３を通ってポンプおよび蒸発器／凝縮器ユニットＶ／Ｋへと流れ戻る。

吸着段階に、第２の熱回収段階が続く。この目的のため、バルブＶ３、Ｖ４、Ｖ５、およびＶ６は、第２の熱回収切り換え位置ＷＲ２へと設定される。切り換え位置ＷＲ２が、図６に示されている。

第２の熱回収切り換え位置は、第１の熱回収段階において一時貯蔵部ＺＳに蓄えられた熱を蒸発器／凝縮器ユニットＶ／Ｋへと戻すように機能する。一方で、吸着器／脱着器ユニットＡ／Ｄは、冷媒の吸着を実行し続ける。図６に見て取ることができるとおり、蒸発器／凝縮器ユニットＶ／Ｋが、低温コンタクトＮＫから分離され、ポンプＰ２によって駆動される一時貯蔵部ＺＳとの循環が確立される。一時貯蔵部ＺＳに含まれる温度ＭＴの熱伝達媒体は、今やバルブＶ６およびバルブＶ３を通ってポンプによって蒸発器／凝縮器ユニットＶ／Ｋへと押し込まれ、そこに存在する温度Ｔ_ＮＴの熱伝達媒体を追い出す。追い出された熱伝達媒体は、一時貯蔵部ＺＳへと押し込まれ、そこで温度Ｔ_ＭＴの残りの熱伝達媒体を置き換える。これにより、第１の熱回収段階において蓄えられた熱は、蒸発器／凝縮器ユニットＶ／Ｋへと再び放熱される。一方で、熱伝達媒体の温度が地点Ｔ１およびＴ２において記録され、２つの値の間の温度差が割り出される。

第２の熱回収段階において、冷媒は、依然として吸着器／脱着器ユニットＡ／Ｄに吸着されている。今や熱伝達媒体によってＭＴ熱コンタクトの温度レベルへと高められた蒸発器／凝縮器ユニットＶ／Ｋは、冷媒の強制的な蒸発を実行する。したがって、冷媒が気相へと蒸発し、結果として吸着器／脱着器ユニットＡ／Ｄにおいて吸着圧力が上昇する。したがって、冷媒は、強制的な様相で吸着される。結果として、吸着器／脱着器ユニットＡ／Ｄの収着能力は、より高度に利用され、ローディング幅が大きくなる。

熱回収および脱着圧力の上昇の組み合わせのプロセスは、実質的に同一の温度が地点Ｔ１および地点Ｔ２の両方において測定され、これらの温度の間の温度差が地点Ｔ１および地点Ｔ２において符号を変化させるときに、終了する。これは、一時貯蔵部ＺＳに残る温度Ｔ_ＭＴの熱伝達媒体の残余の量が一時貯蔵部ＺＳに残され、熱伝達媒体が温度Ｔ_ＮＴを有する熱伝達媒体を追い出した後で蒸発器／凝縮器ユニットから温度Ｔ_ＭＴで再び出始める場合に、まさに当てはまる。その直後に、制御ユニットは、バルブＶ１〜Ｖ６を第２の熱回収切り換え位置ＷＲ２から図３による脱着段階切り換え位置Ｄesへと切り換える。

脱着段階および第１の温度設定と、第１の熱回収および熱伝達媒体の第１の一時的貯蔵と、吸着段階および第２の温度設定と、第２の熱回収および熱伝達媒体の第２の一時的貯蔵とからなる全体サイクルを、今や再び経過させることができる。

図面に示されている基本的な構造を、とくには一時的な貯蔵に関して、好都合に変更することができる。この目的のため、ただ１つの一時貯蔵部を設ける代わりに、高温の熱伝達媒体のための１つの一時貯蔵部および低温の熱伝達媒体のための１つの一時貯蔵部を設けることが可能であり、温度Ｔ_ＨＴおよびＴ_ＭＴの間の温度差の範囲において熱回収ならびに吸着および脱着圧力の操作を実現するために、これらの一時貯蔵部を高温コンタクトＨＴおよび中温コンタクトＭＴへと熱的に結合させることも可能である。

さらに、典型的な実施の形態において説明した手順を、基本的に、凝縮器および蒸発器が物理的に別々の装置として設けられている吸着式加熱または冷却システム、ならびに／あるいはプッシュプル動作の２つの吸着器／脱着器ユニットが設けられ、それらの冷媒回路が凝縮器および蒸発器へと交互に切り換えられる吸着式加熱または冷却システムにおいても実現できることを、当業者であれば理解できるであろう。そのような場合には、熱伝達媒体が２つの一時貯蔵部に集められ、凝縮器および蒸発器の間でこれらの一時貯蔵部から交互に追い出される。

本発明による方法および本発明による装置は、典型的な実施の形態によって説明された。他の実施の形態も、当業者の有能な行動の枠組みにおいて可能である。これらの実施の形態は、とくには従属請求項に記載される。

Claims (6)

1. 脱着段階および吸着段階を含んでおり、
   少なくとも１つの吸着器／脱着器ユニット（Ａ／Ｄ）と、
   循環的に前記吸着段階の間に吸着され、前記脱着段階の間に脱着される冷媒と、
   プロセスの段階に応じて蒸発器または凝縮器として機能する蒸発器／凝縮器ユニット（Ｖ／Ｋ）と、を備えている循環的に作動する吸着式加熱または冷却システムを動作させるための方法であって、
   循環的な熱回収が、一時貯蔵部（ＺＳ）と熱伝達媒体とを有する熱回収回路において同時に行なわれ、
   前記脱着段階の終わりに、
   前記一時貯蔵部（ＺＳ）からの低温（Ｔ_ｕ）の熱伝達媒体を、前記蒸発器／凝縮器ユニット（Ｖ／Ｋ）に熱接触させるステップと、
   加熱（Ｔ_ｏ）された熱伝達媒体を第１の一時貯蔵段階において前記一時貯蔵部（ＺＳ）へと移動させるステップと、
   前記吸着段階の終わりに、
   前記一時貯蔵部からの加熱された熱伝達媒体を、前記蒸発器／凝縮器ユニット（Ｖ／Ｋ）に熱接触させるステップと、
   冷却（Ｔ_ｕ）された熱伝達媒体を第２の一時貯蔵段階において前記一時貯蔵部（ＺＳ）へと移動させるステップと、を含み、
   前記循環的な熱回収は、脱着圧力（ｐ_ｄｅｓ）の低減および／または吸着圧力（ｐ_ａｄｓ）の上昇によって、前記吸着器／脱着器ユニット（Ａ／Ｄ）のローディング幅を増やすプロセスに組み合わせられ、
   該プロセスにおいては、前記蒸発器／凝縮器ユニット（Ｖ／Ｋ）が、脱着圧力（ｐ_ｄｅｓ）を操作すべく前記第１の一時貯蔵段階の間に凝縮温度を下回る低温コンタクト（ＮＴ）へともたらされ、さらには／あるいは、前記蒸発器／凝縮器ユニット（Ｖ／Ｋ）が、吸着圧力（ｐ_ａｄｓ）を操作すべく前記第２の一時貯蔵段階の間に蒸発温度を上回る中温コンタクト（ＭＴ）へともたらされ、
   前記蒸発器／凝縮器ユニット（Ｖ／Ｋ）の前記低温コンタクト（ＮＴ）への結合は、前記第１の一時的貯蔵段階の開始前に行なわれ、および／または、前記蒸発器／凝縮器ユニット（Ｖ／Ｋ）の前記中温コンタクト（ＭＴ）への結合は、前記第２の一時的貯蔵段階の開始前に行なわれる、ことを特徴とする方法。
2. 加熱および／または冷却された熱伝達媒体の貯蔵が行なわれる、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記循環的な熱回収及び前記ローディング幅を大きくするプロセスは、バルブ制御方式で行われ、
   前記バルブ制御の切り替え時間は、前記蒸発器／凝縮器ユニット（Ｖ／Ｋ）の出口で測定される第１のプロセスの温度（Ｔ１）、前記一時貯蔵部（ＺＳ）の出口で測定される第２のプロセスの温度（Ｔ２）、および／または前記第１および第２のプロセスの温度間の温度差（Ｔ１−Ｔ２）によって決まる、ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記吸着器／脱着器ユニット（Ａ／Ｄ）の熱は、前記熱伝達媒体が前記脱着段階の終わりに高温レベルおよび／または前記吸着段階の終わりに中温レベルで第２のさらなる貯蔵部の中に一時的に貯蔵されるように、循環的に蓄えられ、そして、その次のサイクルで再供給される、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 高温コンタクト（ＨＴ）は、前記熱伝達媒体を高温レベルで貯蔵するときに用いられ、
   該熱伝達媒体は、前記高温コンタクト（ＨＴ）の温度レベルに再循環させられる、ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記熱伝達媒体は、前記一時貯蔵部の中を流れ、
   流れの方向は、前記一時貯蔵部に現れる温度成層に対応して変えられる、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
   

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