借助于固体‑气体吸收的太阳能独立制冷设备

摘要

本发明涉及一种基于低温太阳能热源(200)的独立制冷设备，所述冷相对于环境温度低大约40℃，所述设备包括：(i)反应器(202)，其被布置为冷却和/或加热固态反应物(502)，(ii)冷凝器(207)，(iii)第一容器(208)，其用于在环境温度下储存液态制冷剂(217)，(iv)腔室(215)，其被布置为储存相变材料，并还包括与蒸发器(212)，(v)第二容器(209)，其用于在低温下储存所述液态制冷剂(217)，(vi)用于引导所述制冷剂的引导装置(203、211、214、216、504)，和(vii)用于控制所述制冷剂的流率的控制装置(204‑206)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能独立制冷设备。

本发明处于独立太阳能空调和独立太阳能制冷的领域中。

背景技术

将太阳能用于制冷特别适于在与热气候区域的隔离的地点和/或不能通达电网并且供能成本高的地点制冷。

众多技术是已知的，并允许要么以与日间太阳能可用性相伴的方式要么以移相的方式在夜间实现的制冷。

当前解决方案主要基于带有压缩机的技术，这些技术高度消耗电能，并使用温室效应潜力高的制冷剂流体。对于偏远的地点，这些解决方案例如导致用使用储存在槽中的燃料的发电机组来产生电，或导致通过处于电池组中的光伏面板来储存日间产生的电。这些解决方案根据情况要求高维护、频繁的(每周至每月)补充供给燃料、周期性地(2至5年)更换电池组，以及先进的电子控制设备(荷载调节器、逆变器等等)。

更具体地，用于在日间制冷的第一技术在于将太阳能辐射要么经由光伏传感器转换成电，要么经由热动力发动机循环(例如有机发动机兰金循环)转换成做功，以便随后借助于降压(斯特林循环)或制冷剂蒸发(逆兰金循环)来供给制冷逆热动力学循环。

第二技术在于直接用热能形式的太阳能辐射来供给液体/气体吸收类型的气体吸附/吸收式方法，该方法要求诸如传统使用的氨/水或水/溴化锂溶液的双元或盐水溶液的流通。这样的设备例如在文献US 4207744和US 4184338中描述。

然而，这些技术实施起来相对复杂且成本高，并特别地要求先进的用于控制和命令所述制冷方法的程序，尤其是用于使得做功流体流通的压缩机和流通泵，和/或要求不高的环境温度(低于35℃)以有效地制冷。这些限制由此影响这些方法的可靠性和鲁棒性。

另一技术基于借助于活性固体吸附/吸收气态制冷流体的方法。这例如是热化学方法或吸附方法。这样的方法的缺陷在于所使用的吸附/吸收性材料的固体性质：这些材料具有不连续的运作，并导致间歇地制冷，像例如在文献US 4586345、US 4993234或WO 86/00691中所描述的那样。

本发明的目的在于解决前述问题的至少大部分并还具有其它优点。

本发明的另一目的在于通过一种新的制冷设备来解决这些问题中的至少一个。

本发明的另一目的在于以独立的方式制冷。

本发明的另一目的在于降低制冷成本。

本发明的另一目的在于减少与制冷关联的污染。

本发明的另一目的在于以更加可靠并更加具有鲁棒性的方式制冷。

本发明的另一目的在于减少与制冷关联的维护要求。

发明内容

通过一种基于50℃至130℃的低温太阳能热源的独立制冷设备来达到上述目的中的至少一个，所制的冷是以相对于外部环境的环境温度低5℃至40℃的温差制得的，并且所述设备实施借助于固态反应物来热化学吸收/吸附制冷剂的方法，所述设备包括：

-反应器，其被布置为包含所述固态反应物，并包括用于冷却和/或加热该反应器的至少一个热交换器，

-冷凝器，其能够使得来自于反应器的气态制冷剂液化，

-第一容器，其用于在环境温度下储存由冷凝器产生的液态制冷剂，

-腔室，其被布置为储存相变材料，并还包括与所述相变材料直接接触并能够使得液态制冷剂蒸发的蒸发器，

-第二容器，其用于在低于环境温度的温度下储存制冷剂，并一方面与第一容器协作，另一方面与蒸发器和反应器协作，

-至少一个引导装置，其用于引导制冷剂并被布置为使得所述呈液态或气态形式的制冷剂在反应器、第一容器、第二容器和蒸发器之间流通，

-至少一个控制装置，其操作于所述引导装置上以控制制冷剂流率，所述至少一个控制装置被布置为根据反应器、第一和第二容器、冷凝器和蒸发器内的压强以独立的方式调节制冷剂流率。

优选地，由根据本发明的设备所制的冷处于-10℃至20℃的温度。

由此，根据本发明的设备及其下述变型允许一方面以有效的方式实现在日间的反应器的太阳能加热和冷凝器的冷却，以及在夜间的反应器的冷却。

为了满足在热气候区域的不能够通达电网的偏远地点中的制冷需要，昼夜阶段管理以完全独立并且没有有源控制的方式实现是有前景的解决方案。并且，根据本发明的设备由此允许降低生产成本，这是因为不存在成本高昂的外部供能。例如，由于该设备不使用可燃物，设备的维护——这限于传感器的偶尔清洁——非常低并成本不高。

根据本发明的设备还允许减少与制冷关联的污染，这是因为该设备可实施既不影响臭氧也不影响全球变暖的制冷流体。此外，该设备不生成任何温室效应气体并且不消耗化石能量资源，这是因为该设备仅使用热太阳能，热太阳能是可再生能量且可用量富足。此外，根据本发明的设备是完全无声的，这代表在城市环境或特殊和/或受保护景观具有显著的优点。

最后，根据本发明的设备不包括运动的机械部件，这由此允许同时减小运作声音水平，而且还减小构件的磨损和流体通过动态密封衬垫泄露的风险：根据本发明的设备更加可靠。

该设备还由于其完全独立并自动适于外部太阳光照和温度条件的运作而更加具有鲁棒性；该设备不包括任何电子调节和/或控制部件，展示出非常长的寿命：在根据本发明的设备的反应器中实施的反应性化合物已经在超过30000个循环(对应于大约80年的日常运行)上测试过，没有观察到任何性能损失。

作为非限制性示例，制冷剂可以取自于水、氨、乙胺，甲胺或甲醇；并且，反应性固体可以从例如氯化钙(CaCl₂)、氯化钡(BaCl₂)或氯化锶(SrCl₂)中选择。更具一般性地，根据本发明的设备优选地实施不同于氢氯氟烃和氯氟烃的制冷剂，氢氯氟烃和氯氟烃减弱臭氧层，并导致全球变暖。

在本发明中用于以有效的方式通过固化来储存所制的冷的相变材料优选地是有机或无机化合物。作为非限制性示例，该相变材料可例如是水、水溶液或石蜡。

制冷剂流率控制装置有利地允许在日间再生和夜间制冷阶段过程中以无源的方式仅根据反应器、冷凝器、蒸发器和第一和第二容器之间的压强差调节所述流率。

有利地，腔室和/或第二容器可以是绝热的，以减少在日间维持液态制冷剂温度低于环境温度和维持内部温度所必需的能量需求，由此避免包含在蒸发器中的制冷剂的温度不在日间升高。

优选地，通过所述制冷剂在所述蒸发器的入口与出口之间的密度差从第二容器向蒸发器供给液态制冷剂。该借助于热虹吸的运作允许以没有泵且没有外部供能的方式生成制冷剂在第二容器与蒸发器之间的流，由此有利于根据本发明的设备的独立性。

优选地，反应器还可以包括被布置为包含热交换器和/或反应器并且能够减少所述反应器的热损失(尤其是借助于传导的热损失)的隔热箱。该隔离可通过已知的抵抗反应器在夜间和日间经受的温度变化的任何隔离装置(例如玻璃棉或岩棉)获得。

有利地，反应器可由包括固态反应物并通过所述制冷剂引导装置彼此连接的多个管状元件构成，以最大化地利用太阳能辐射并优化反应器的加热。实际上，有利之处在于一方面的最大化太阳能吸收面积和另一方面的最大化所述反应器相对于太阳的取向。由此，呈管状元件的构造允许同时最大化反应器的有效面积和太阳在所述反应器上的直接入射角。

优选地，该多个管状元件可覆有太阳能吸收性覆层以改善该多个管状元件的热效率，所述覆层与该多个管状元件的壁紧密接触。

作为非限制性示例，该覆层可以是具有良好的导热性并被布置为与管状元件的壁热接触并且其上可沉积选择性薄层的金属(铜、铝等等)膜或单太阳能漆。

有利地，该太阳能吸收性覆层可具有低的红外线发射率。

根据一个具体实施方式，反应器可还包括对于太阳能辐射透明的至少一个覆盖元件，其被布置为减小热损失并最大化太阳能捕获效率，所述至少一个覆盖元件延伸到反应器暴露在太阳下的那一面之外。

可选地，该至少一个覆盖元件可还对于红外线辐射是不透明的，以有利于温室效应。

优选地，反应器的不暴露在太阳下的面中的至少一个面可以是隔热的，以减少热损失。该隔热可以通过已知的任何隔热装置(例如玻璃棉或岩棉)获得。

根据一个具体实施方式，反应器可还包括机动化装置以沿着大致垂直于太阳方向的平面定向反应器的多个管状元件并由此具有最大的太阳能吸收面积，以优化反应器的取向并最大化太阳能捕获效率和所关联的热交换。

根据本发明的设备的第一版本，反应器的夜间冷却是通过空气在反应器中的自然流通来确保的，由此允许以完全无源的方式实现冷却。

对该第一版本有利地，反应器还可包括用于给多个管状元件通风的至少一个活片，所述至少一个活片位于所述反应器的上部部分处和/或下部部分处。

并且优选地，该至少一个通风活片可被布置为确保反应器在其处于关闭位置时的密封，以有利于所述反应器内的热交换。

有利地，该至少一个通风活片还可包括用于确保其打开和/或其关闭的驱动装置。

根据第一变型，驱动装置可由低功率电机构成。

有利地，该电机可由电能生产和/或储存设备来供电，可能地由光伏面板来供电。

根据第二变型，驱动装置可由这样的齿条和齿轮设备构成：该齿条和齿轮设备由连接到压缩空气储备的压缩空气式旋转推顶件致动。

优选地，该压缩空气储备可以通过由光伏面板供电的空气压缩机来再充装。

根据第三变型，驱动装置可由这样的齿条和齿轮设备构成：该齿条和齿轮设备由单效应液压线性推顶件致动，该单效应液压线性推顶件由与暴露在太阳下的吸收性板热接触的恒温球形热敏元件来控制。该后一变型是完全无源、能量独立且自动控制的。

优选地，所述多个管状元件还可包括基部与管状元件的壁紧密热接触的多个圆形翼部，以有利于热交换。

并且有利地，该多个翼部可覆有太阳能吸收性覆层以有利于热交换。

有利地，所述多个管状元件可水平地布置以改善围绕所述管状元件的空气流动。

优选地，冷凝器可以是具有带翼部的管的、在日间通过空气围绕所述带翼部的管的自然对流而被冷却的交换器类型。

根据本发明的设备的第二版本，反应器的夜间冷却可以通过起到热虹吸作用的热管回路来确保，该热管回路包括：

-能够实现热动力学做功的做功流体，

-被称为热管回路蒸发器的蒸发器，其与反应器的多个管状元件协作并被布置为使得做功流体蒸发并吸收由反应器放出的热量，

-被称为热管回路冷凝器的冷凝器，其与蒸发器和反应器协作，所述冷凝器被布置为使得做功流体液化并实现与外部空气的热传递，

-做功流体容器，其被布置为储存液态的做功流体并允许用做功流体最优地充装反应器的至少一个管状元件，

-用于控制热管回路中的做功流体流率的无源独立设备，其包括：

-用于控制做功流体的流率的第一控制装置，其位于做功流体容器与用于引导做功流体的至少一个引导装置的下部部分之间，所述第一控制装置被布置为控制向用于引导做功流体的至少一个引导装置供给液态的做功流体，

-用于控制做功流体的流率的第二控制装置，其位于热管回路蒸发器的出口与热管回路冷凝器之间，该第二控制装置被布置为控制气态的做功流体在用于引导做功流体的至少一个引导装置中的通过。

根据本发明的设备的冷却的该第二版本由此允许以有效的方式同时实现反应器日间加热和一方面的反应器夜间的冷却和另一方面的在热管回路的做功流体容器中的气态制冷剂冷凝器的冷却。

优选地，做功流体从在大气压下的沸腾温度为0℃至40℃并在从20到100℃的温度范围中具有包括在1至10bar的压强的流体中选择。作为非限制性示例，做功流体可以是C4、C5或C6类型的链烷烃(诸如：丁烷、甲基丙烷、戊烷、甲基丁烷、二甲基丙烷、己烷、甲基戊烷、二甲基丁烷等等)、传统地用于有机兰金循环中的HFC类型的做功流体(R236fa、R236ea、R245fa、FC3110、RC318等等)、无机流体(氨、水)、或醇(甲醇、乙醇等等)。

有利地，根据该第二实施方式的设备还可包括用于使热管回路运作的阀门，其被布置为给所述热管回路充装做功流体和/或清空该热管回路。

优选地，热管回路蒸发器可包括布置在反应器的多个管状元件内部并与固态反应物紧密热接触的用于引导做功流体的至少一个引导装置，与每个管状元件关联的用于引导做功流体的至少一个引导装置通过位于上部和下部部分处的收集器彼此连接。

有利地，反应器的多个管状元件可竖直地倾斜，以方便做功流体仅通过重力的移动。

有利地，热管回路冷凝器可由通过用于引导做功流体的引导装置而彼此连接的至少一个带翼部的管构成。

优选地，冷凝器的至少一个带翼部的管可以以大致水平的方式布置在反应器的后部，带有轻微的倾斜以允许液化的做功流体通过重力向着做功流体容器流动。

优选地，做功流体容器可被布置为在用于引导做功流体的引导装置中维持包括在反应器的管状元件的高度的三分之一到四分之三范围内的最小做功流体水平。

并且做功流体容器可被布置为使得制冷剂蒸发并还包括被布置为使得所述制冷剂液化的制冷剂冷凝器。

有利地，用于控制热管回路中的做功流体流率的设备可还包括至少一个独立控制装置，其被布置为例如在夜晚开始和白天开始时分别打开和关闭用于控制做功流体流率的第一和第二控制装置。

并且优选地，用于控制做功流体流率的第一和第二控制装置的所述至少一个独立控制装置可包括：

-能够吸收太阳能辐射并发射红外线的吸收性板，该吸收性板被布置为借助于日间太阳能辐射加热并在夜间冷却，

-与吸收性板热接触的恒温球形热敏元件，其包括能够在温度变化的作用下膨胀的流体，

-一方面与该恒温球形热敏元件协作、另一方面与用于控制做功流体流率的第一和/或第二控制装置协作的连接元件，所述连接元件被布置为打开或关闭用于控制做功流体流率的所述控制装置。

根据本发明的与前述变型中每个兼容的另一实施方式，根据本发明的设备可由这样的模块化架构形成：该模块化架构包括：

-多个第一组件，其每个包括：

-由多个管状元件构成并包括热交换器的反应器，

-能够使得制冷剂液化的冷凝器，

-用于在环境温度下储存制冷剂、其体积对应于所述第一组件的多个管状元件体积的容器，

-用于控制制冷剂流率的控制装置，

-第二组件，其包括：

-被布置为储存相变材料并包括隔热的腔室，

-用于在低于环境温度的温度下储存液态制冷剂并包括隔热的第二容器，

-用于使得制冷剂蒸发的、位于腔室中并与第二容器协作的蒸发器，

-用于控制制冷剂在蒸发器与第二容器之间的流率的第一控制装置，

-用于控制制冷剂流率以确保第二组件与所述多个第一组件之间的连接的第二控制装置。

该模块化布置由此允许方便所述设备的实施和安装。

有利地，蒸发器可以是埋入(noyé)类型的，并包括被布置为与第二容器一起通过热虹吸使得制冷剂流通的至少一个管状元件。

优选地，第二组件可包括被布置为给所述设备充装制冷流体和/或清空所述设备的密封隔离阀门。

并且优选地，制冷剂可以是氨。

根据本发明的另一方面，提出了将根据本发明的设备用于制冰。

替代地，根据本发明的设备也可被用于生产水。

并且有利地，所述生产水可通过包含在空气中的水蒸气在由所述设备维持冷的壁上的冷凝来实现。

附图说明和具体实施方式

通过一方面的以下说明和另一方面的参照所附示意图而示意性且非限制性地提供的多个实施例，本发明的其它特征和优点将进一步显现，在附图中：

-图1示出根据本发明的设备的构件在两个主要阶段过程中的热动力学状态的克劳修斯·克莱波龙图，

-图2示出根据本发明的热化学制冷设备的原理示意图，

-图3示出根据本发明的设备的运作的日间阶段，该日间阶段由太阳能再生和能量生产阶段构成，

-图4示出根据本发明的设备的运作的夜间阶段，该夜间阶段由制冷阶段构成，

-图5a和5b分别示出一个包括根据本发明的设备的热交换器的、根据第一实施方式的反应器的侧视和正视示意图，在该第一实施方式中，夜间冷却是通过自然对流来确保的，

-图6示出用于根据本发明的反应器的日间加热和夜间冷却的通风活片的一个具体独立控制方式，

-图7示出一个包括根据本发明的设备的热交换器的、根据第二实施方式的反应器的示意图，在该第二实施方式中，夜间冷却是通过热管回路来确保的，

-图8a和8b分别示出用于控制做功流体在热管回路中的流率的第一和第二控制装置的独立控制装置的日间状态和夜间状态，

-图9a、9b和9c分别示出包括根据本发明的热交换器的、通过热管回路而被冷却的反应器的一个具体实施方式的正视、侧视和细节示意图，

-图10示出本发明的一个具体实施方式，在该具体实施方式中，所述独立制冷设备以模块化的方式被设计，

-图11示出根据本发明的设备的制冷模块的示意图；

-图12a、12b和12c分别示出根据本发明的模块化设备的蒸发器的正视图、纵截面视图和横截面视图。

将在下文中说明的实施方式绝不是限制性的；尤其可以设想本发明的仅包括以下所述特征的、独立于其它所述特征的选集的变型(如果该特征选集足以提供技术优点或足以使得本发明有别于现有技术的状态)。该选集包括至少一个无结构细节或仅带有一部分结构细节(如果仅该部分就足以提供技术特征或足以使得本发明有别于现有技术的状态)的功能性优选特征。

特别地，所述所有实施方式和所有变型能够彼此结合(如果在技术方面没有什么反对该组合)。

在附图中，多幅图共有的元件保持相同的附图标记。

制冷方法

下述的作为本发明主题的太阳能间歇制冷方法是这样的热化学吸收/吸附热学方法：该方法的原理基于制冷剂G的液态/气态改变过程与反应性固体与该制冷剂的可逆化学反应的联合：

和

在从左到右的固体S₂的合成反应情况下，制冷气体G与制冷剂贫乏的反应性盐S₁起反应，以形成富含制冷剂的盐S₂。该反应是放热的，释放反应热量Q_R。被盐S₁吸收的气体G此外通过制冷液体G通过吸收潜热Q_L蒸发而生产。

在从右到左的相反方向上，固体S₂的吸热分解反应要求提供热量Q_R以使得反应物S₂重新释放制冷气体G。该制冷气体则通过释放潜热Q_L而冷凝。

这些过程在被连接并交换制冷气体G、由此构成热化学偶极的两个容器中实施，其中，替代地由蒸发器或冷凝器构成的第一容器是制冷剂G状态改变的位置。第二容器由反应器构成，并包含以可逆的方式与制冷剂G起反应的固态反应性盐。

在这样的热化学方法中实施的物理-化学过程是单变量的，并且参照图1，在根据本发明的方法的两个主要阶段过程中实施的热动力学平衡可由克劳修斯·克莱波龙图中的直线来表示：

Ln(P)＝f(-1/T)

在图1中示出的每条直线描述构成根据本发明的设备的每个元件(反应器、冷凝器、容器、蒸发器)的热动力学平衡的温度T和压强P的演变，其将在以下段落中描述。

热化学偶极的再生步骤以高压强Ph发生，该高压强要么由分解时的反应器加热条件所强加，要么由制冷剂的冷凝条件所强加。相反地，制冷步骤在低压强Pb下发生，该低压强由合成时的反应器冷却条件和在蒸发器处产生的冷温度Tf所强加。

对根据本发明的设备的说明

由此，为了用太阳能热源来实施该热化学方法，根据本发明的最简单的设备包括参照图2提及的以下元件：

-反应器202，在该反应器处困住固态反应物，该反应器设有用于加热和冷却反应器202的热交换器201，并包括用于与冷凝器207或蒸发器212引导制冷剂的装置203；

-冷凝器207，其设有储存在环境温度下冷凝的液态制冷剂217的第一容器208；

-蒸发器212，其借助于第二容器209例如通过热虹吸(即通过制冷剂在所述蒸发器212的液体入口218与两相出口219之间的密度差)而被供给，该第二容器可以与外部环境介质隔热并包含处于所制的冷的温度下的液态制冷剂。蒸发器212布置在也被隔热的腔室215中；

-用于控制制冷剂的流率的控制装置204、205和206(例如保持阀门)，其允许以独立的方式管理制冷剂的流。一方面的控制装置204、205和另一方面的控制装置206分别允许一方面调节呈气态形式的制冷剂的流率和另一方面调节呈液态形式的制冷剂的流率。实际上，在所述控制装置204至206的上游和下游之间有压强差的情况下，阀门则是通过的。作为示例，对于被称为气态阀门的阀门204和205，低于100mbar的压强差对于在日间确保反应器202中相对于冷凝器207的轻微过压和在夜间确保反应器202中相对于蒸发器212中的轻微欠压可以是优选的。相反地，对于安装在第一容器208和第二容器209之间的液体连接上的阀门206，可优选地选择对应于制冷剂的冷凝压强与蒸发压强之间的差别的压强差。作为例子，该欠压可以约为5至10bar。

所述设备的运作

根据本发明的太阳能制冷设备200由此意味着布置在反应器202中的可消耗反应性固体的转化，并根据固有地不连续的模式运作。该设备包括以下参照图3和4说明的两个主要阶段：

-日间再生阶段(图3)，在该日间再生阶段过程中，反应器202与冷凝器207连接。该阶段在于借助于入射太阳能热能加热反应器202直至被称为高温的温度Th，由此允许在日间分解所装载的盐S2。由该反应释放的制冷气体G首先在冷凝器207中在环境温度To下冷凝，然后优选地以冷凝的液态形式积累在第一容器208中；

-夜间制冷阶段(图4)，在该夜间制冷阶段期间，反应器202与蒸发器212连接。该阶段在于冷却反应器202直至环境温度To。蒸发器212是制冷化学反应的位置，一方面将热量泵送到冷却的位置，另一方面放出制冷气体G。包含在反应器202中的盐S1则重新吸收来自于蒸发器212的气体G，同时向处于环境温度To的环境放出反应热量。所制的冷则允许相变材料213固化。作为非限制性示例，这可例如是制冰或石蜡固化。相变材料213由此允许储存夜间所制的冷以在整个日间根据要求重新提供该所制的冷。

现在将详细地说明所述太阳能独立制冷设备200在一天的循环上的运作。

在白天开始时，反应器202处于接近外部环境温度To的温度，并处于被称为低压强Pb的压强下(图1中的点S)。该反应器然后被连接到在被称为冷温度Tf的温度下制冷并产生由反应器202吸收的蒸气的蒸发器212(图1中的点E)。反应器202中的压强则略微地比容器209和蒸发器212的压强更低：该压强差则略微高于阀门205的压强。白天推移，反应器202逐渐地暴露在太阳下，并经历其温度上升：反应器则开始通过反应物的分解而解除吸收制冷气体G。反应器202中的压强则升高，蒸发器212与反应器202之间的压强差减小。当该压强差变得低于保持阀门205的打开压强时，该保持阀门关闭，由此不再准许所述蒸气向着反应器202转移。保持阀门205的关闭允许更快速地增大反应器202的压强(点S向着反应器的点D沿着图1的平衡直线的演变)。保持阀门205提供的意义在于由此允许通过阻止在反应器202暴露在太阳下的作用下由反应器202解除吸收的蒸气能够在蒸发器212中冷凝并使其温度上升而维持待制冷的腔室的冷温度。

当反应器202的压强变得略微高于在环境温度To下冷凝的液体的第一容器208中的压强时，阀门204打开，以在冷凝器207中冷却在温度Th下的离开反应物202的被解除吸收的气体。所冷凝的气体则在整个日间在日间环境温度To下储存在第一容器208中(对应于图1中的点C)。

当在白天结束时太阳能辐射不再足够时，反应器202内部的温度开始降低，由此造成反应器202的内部压强减小。反应器202与冷凝器207之间的压强差减小，并且在超过一定阈值时，则变得低于阀门204的打开压强。该阀门由此关闭，并由此隔离反应器202，从而阻止该反应器重新吸收处于环境温度To下的包含在第一容器208中的蒸气。反应器202冷却到直至环境温度To，还根据其热动力学平衡导致其内部压强减小(对应于从图1中的点S迁移到点D)。

根据所选择的阈值和平衡、所选择的所产生的冷温度Tf和外部环境温度To，提出并在以下段落中说明用于冷却反应器202的两个不同的实施方式。

反应器202冷却，其压强由此也变得低于第二容器209中的压强。有利地，该第二容器可与外部隔热，以在日间将包含在容器209中的液态制冷剂218维持在低于环境温度的温度下，由此避免包含在蒸发器212中的制冷剂的温度在日间升高。由此，被隔热的第二容器209中的压强比在不被隔离的第一容器208中的压强更低。压强减小由此允许阀门205在达到对应于该阀门的打开阈值的一定压强差时打开，由此准许反应器202吸入并化学地吸收来自于第二容器209的气体。

由此第二容器209中的压强减小，并且当与冷凝液体的第一容器208的压强差足够时(例如大约为数bar(通常为1至10bar))，阀门206打开，并给第二容器209供给处于夜间温度To的液体，直至所有包含在第一容器208中的冷凝的液态制冷剂经由阀门206穿过到第二容器209中。反应器202继续吸收由包含在第二容器209中的液体的蒸发所产生的蒸气，所穿过的液体由此冷却，直至其温度低于包含在蒸发器212中的、由PCM 213维持在更高的温度的制冷剂。

由此，通过利用制冷液体在蒸发器212与第二容器209之间的密度差，通过热虹吸自然地发起制冷剂的流通。蒸发器212由此从下方218被供给比在其双相出口219处密度更大的液态制冷剂。实际上，通过双相出口219从蒸发器212出来的制冷剂同时由液相和气相构成，这使得其密度低于进入蒸发器212的完全液态的制冷剂。在蒸发器212处产生的蒸气由此被吸入第二容器209，并经由阀门205被反应器202吸收。由此在蒸发器212处在整个夜间直至太阳出来当反应器开始被加热时制冷；在夜间所制的冷储存在相变材料213中，以在日间根据制冷需求提供。

反应器的太阳能加热

为了实现有效的加热，反应器202的热交换器201必须具有尽可能大的太阳能吸收面积。根据一个具体实施方式，最优取向是通过使得热交换器201向着与太阳正交的方向排齐、即例如相对于太阳倾斜优选地对应于接近地点的维度的角度，以全年最优地制冷。

现在将尤其参照图5a和5b来说明被布置为利用太阳能辐射的这样的热交换器201。

为了以最大化的方式利用太阳能辐射，根据一个具体实施方式，热交换器201联结到反应器202，并由包括固态反应物502的一组管状元件501构成。管状元件501——优选地以均匀的方式——分布在隔热箱503中，并且通过引导装置504(例如收集器)彼此连接并与冷凝器207和/或蒸发器212连接。

根据一个具体实施方式，管状元件501覆有与管状元件501的壁紧密接触的太阳能吸收性覆层505，该太阳能吸收性覆层如果可能的话是选择性的。太阳能吸收性覆层505具有高太阳能吸收性，并有利地具有低红外线发射性。

覆盖热交换器201的暴露在太阳下的前部面的、对于太阳能辐射透明的覆盖件506允许减少通过对流的热损失。优选地，通过阻挡由加热到高温的反应器发射的红外线辐射，该覆盖件也可以减少通过辐射的损失，并有利于温室效应。最后，太阳能捕获效率被最大化。

有利地，隔热件507——例如使用岩棉或玻璃棉——可被实施在热交换器201的后部面上，以减少通过向着外部环境介质的对流和/或导通的热损失。

反应器的夜间冷却

反应器202的夜间冷却可根据下述的、其选择取决于在反应器202中使用的固态反应物502、待制冷的温度Tf和夜间环境温度To的两个实施方式来实施：

-用于冷却反应器的第一实施方式在于空气通过管状元件501的外部冷却在所述反应器202中的自然流通。在固态反应物502允许获得足够高的外部空气夜间温度To与由制冷剂在Tf下在蒸发器中蒸发强加的压强下的反应平衡温度之间的运作温度差足够高(通常高于20℃)时，可实施该第一实施方式；

-用于冷却反应器202的第二实施方式在于起到热虹吸作用的热管回路；在不能够实施借助于空气自然流通的冷却时选择该第二实施方式。

这两个实施方式中的每个、以及构成这两个实施方式的所有变型都与已经说明的或在以下段落中说明的本发明的实施方式中的任一个兼容。

第一实施方式：借助于自然对流冷却反应器

图5a和5b分别示出包括根据本发明的设备200的热交换器201的反应器202的、根据通过空气自然对流来确保的对所述反应器202的夜间冷却的所述第一实施方式的侧视和正视示意图。

该冷却由此使用借助于位于反应器202的上部部分509和下部部分508处的通风活片的打开通过反应器202中的烟囱效应而生成的空气流通。

有利地，为了改善热交换和热量的排出，管状元件501设有例如圆形的翼部510，其基部与反应器202的管状元件501的壁紧密热接触。

有利地，它们的布置可以是水平的，以通过有利于空气以大致垂直于反应器202中的管状元件501的方向的方式流动而改善热对流系数。

最后，为了更有效地吸收太阳能辐射，翼部510可以以与可覆盖管状元件501的太阳能吸收性覆层类似的方式覆有太阳能吸收性覆层。

在用于冷却反应器202的该第一实施方式中，反应性气体207的冷凝器可以是具有带翼部的管的交换器类型，并被布置在所述反应器202的后部。该冷凝器由此在日间通过空气在带翼部的管状元件上的自然对流而冷却。

每个通风活片508、509包括布置为在日间确保反应器202的框架上的空气密封性的板511，和尤其是在白天开始时被致动以关闭所述活片508、509并在夜间开始时被致动以打开所述活片508、509的旋转轴。

根据一个有利变型，通风活片508、509还可包括被布置为通过例如根据检测到白天开始或结束、升温(恒温设备)或太阳能辐射阈值控制的各种设备使得通风活片旋转的驱动装置600。

在以下段落中提出并描述这些驱动装置600的不同变型。这些不同变形全部都与已经说明或在下文中说明的本发明的实施方式中的任一个兼容。

通风活片的驱动的第一变型

通风活片508、509的驱动可借助于低功率电机来实现，根据一个有利变型，该低功率电机由电池组来供电，该电池组由光伏传感器来充电。通常，功率需求足够低且定时，使得所述光伏传感器的面积小于一平方米。

通风活片的驱动的第二变型

通风活片508、509的驱动也可以借助于齿轮/齿条设备来实现，该齿轮/齿条设备可由压缩空气式双效应四分之一圈旋转推顶件致动。旋转推顶件则经由根据太阳能辐射在短时间内(数十秒的脉冲指令)致动的5/3或4/3单稳态气动输配器连接到(通常为6bar的)压缩空气储备。在辐射高于第一阈值(在接近太阳升起时刻获得)时指令通风活片关闭，并在辐射低于第二阈值(在接近太阳落下时刻获得)时，指令活片打开。有利地，第一关闭阈值可高于所述活片的第二打开阈值。

至于空气压缩储备则可以通过由光伏面板供电的空气压缩机被周期性地再充装。

通风活片的驱动的第三变型

通风活片508、509的驱动也可以借助于在图6中描述的设备600来实现。这是由单效应液压线性推顶件605致动的、最后由与暴露在太阳下的吸收性板612热接触的恒温球形热敏元件611控制的齿轮/齿条602/601设备。

恒温球形热敏元件611包含对温度变化敏感的流体613。更具体地，流体613能够在优选地包括在To至Th之间的范围内的、对应于与其控制的通风活片508、509的打开和关闭兼容的压强范围的温度范围上汽化。借助于包含可变形囊609的积累器608，流体613的汽化允许给包含在液压线性推顶件605中的液压液体606施压，可变形囊609与恒温球形热敏元件611协作并由于流体613而变形。

由此被施压的液压液体606允许同时使得推顶件605的活塞604和齿条601移动，由此借助于驱动齿轮602使得通风活片508、509的轴620旋转。

在恒温球形热敏元件611中的压强在太阳能吸收性板608暴露之后减小时，复位弹簧603允许将液压液体606推向积累器608。

包含在恒温球形热敏元件611中的流体613的量根据一方面的给推顶件605的液压液体66施压的囊609的体积和另一方面的为了致动通风活片508、509而要达到的最大压强来确定，其中所述最大压强还必须对应于位于To与Th之间的中间温度Ti，对于该中间温度，不再存在要汽化的流体613。

根据该具体实施方式的设备是完全无源的、独立的和通过太阳能辐射的强度而自动控制的。

第二实施方式：反应器借助于热管回路的冷却

在该实施方式中，反应器202在夜间的冷却和/或制冷剂的冷凝器在日间的冷却通过热管回路来实现。由此能够通过一方面使得已经吸收了由反应器202在夜间制冷阶段期间放出的或由冷凝器207在反应器202的日间再生阶段期间放出的热量的做功流体蒸发、另一方面使得所述做功流体冷凝，传递热量，由此经由热管回路冷凝器702向着外部空气释放之前吸收的热量。

在夜间，集成到管状元件501的热管回路蒸发器701被供给液态做功流体，由此通过液态做功流体的蒸发冷却反应器202。由此产生的蒸气在夜间环境温度下在热管回路冷凝器702中冷凝。借助于使得容器705与热管回路冷凝器702的入口经由管路707联通，由此液化的做功流体通过重力流到所述容器705中。

在日间，集成到反应器202的热管回路蒸发器701借助于布置在蒸发器701与热管回路冷凝器702之间的两个阀门703、704的关闭而是不工作的。第一阀门703允许控制穿过位于下部部分处的液体连接的做功流体流率；而第二阀门704允许控制穿过位于上部部分处的气体连接的做功流体流率。

由此，当反应器202在再生阶段期间被太阳加热时，由此隔离的热管回路蒸发器701中的压强升高，引起蒸发器701通过下方清空呈液态形式的做功流体：借助于清空线路709，做功流体由此储存在做功流体容器705中。优选地，做功流体容器705被布置为在清空集成到反应器的蒸发器期间储存液态做功流体。反应器202由此被布置为升温并实现其日间再生。

参照图7和9，反应器202的冷却热管回路由此包括：

-热管回路蒸发器701，其优选地包括布置在反应器202的管状元件501内部并有利地与固态反应性材料502紧密热接触的管701。竖直地倾斜的反应器202的管状元件501每个都包括通过收集器在上部部分和下部部分处连接的蒸发管701；

-热管回路的流体冷凝器702，其优选地包括通过收集器-输配器彼此连接、与外部环境空气直接交换的一组带翼部的管。这些带翼部的管优选地水平地布置在反应器202后部，有利地具有允许冷凝的做功流体向着液态并冷凝的做功流体容器705流动的轻微的倾斜；

-液态并冷凝的做功流体容器705，其位置有利地允许正确地将做功流体充装到热管回路的蒸发管701中。根据一个具体实施方式，做功流体优选地被维持在蒸发管701中的包括在管701的高度的三分之一到四分之三的范围内的最小液态做功流体水平。根据另一实施方式，液态做功流体容器705还包括用于使得在日间由被太阳加热的反应器202释放的反应性气体冷凝的冷凝器207。做功流体容器705由此在日间起到蒸发器的作用。由反应性气体的冷凝产生的做功流体蒸气由此经由管道707输送到冷凝器702；

-用于调节做功流体在热管回路中的流动的设备，其以无源的方式在白天开始和结束时被激活，并包括：

-做功流体容器705的液体出口708与蒸发管701的下部部分处的液体入口之间的阀门704，由此允许在整个夜间给所述蒸发管供给做功流体并在日间阻止充装；

-布置在热管回路蒸气管道上、蒸发器701的(位于上部部分处的)蒸气出口与冷凝器702的蒸气入口之间的阀门703，由此允许在白天开始时阻挡在蒸发管701中形成的蒸气通过并引起蒸发管701中的压强升高。该压强升高允许更有效地赶出包含在蒸发管701中的做功流体，并通过清空管道709清空蒸发管701，该清空管道在容器705的气体顶中开口。这由此允许反应器202在白天开始时更快速地升温并因此允许对所述反应器202的更有效的加热。

-阀门710，其用于使得热管回路运作(做功流体抽真空和/或充装)。

根据一个具体实施方式，蒸气阀门703和液体阀门704借助于独立控制装置的动作以独立的方式在白天开始时关闭并在夜间开始时打开，参照图8a和8b说明该独立控制装置的运作。

阀门703和704的独立控制装置由恒温球形热敏元件801构成，该恒温球形热敏元件通过同时具有高太阳能吸收性、高红外线发射性和低热质的吸收性板802在日间被加热并在夜间被冷却。吸收性板802优选地向着天顶暴露以同时利用日间的通过太阳能辐射的加热和夜间的辐射性冷却。恒温球形热敏元件801包含这样的流体：该流体被布置为在太阳能辐射的作用下使得折箱803中的压强增大，并使得冲头804移动到阀门703或704的开孔的位置上，由此阻闭做功流体通过。当恒温球形热敏元件801中的压强通过夜晚开始时辐射性冷却而减小时，折箱803在其刚度可通过调节螺钉806而被调节的弹簧805的作用下体积减小。与折箱803联结的冲头804脱离阀门703或704的位置，由此允许热管回路的做功流体通过。

根据本发明的设备的替代性实施方式：模块化设计

根据本发明的与以上段落中说明的实施方式中的任一个兼容的一个实施变型，为了方便根据本发明的设备的实施和安装，提出根据本发明的设备的模块化设计。

参照图10、11和12，这样的模块化设备包括能够容易地连接的至少两个组件：

-第一组件1001，其由多个如上所述的反应器模块202、201构成，每个反应器模块都包括暴露在太阳下的管状元件501、冷凝器207(优选地是氨类型的)和其体积对应于该模块的容量的第一容器208、管状元件501和冷凝器702的冷却设备，以及允许在白天过程中控制反应性气体流量的装置(阀门703、704、204、205，用于控制通风活片和/或热管回路的太阳能设备706)，

-第二组件1002，其集成对于制冷所必需的元件：

-包括隔热的冷室215，

-液态制冷剂容器209，其体积优选地对应于冷室215的日间制冷需求。该容器包括用于限制在夜间制冷阶段时受热的隔热210，和包括与布置在冷室215中的蒸发器212的连接阀门1004的液体连接1003和蒸气连接1005。与阀门206和205的连接1006和1007确保与第一组件1001的连接；

-蒸发器212，其优选地是埋入类型的，并有利地通过热虹吸自布置在上方的第二液态制冷剂容器209被供给制冷剂。蒸发器212由竖直地倾斜并在其下部部分通过收集器1008被供给制冷剂的管构成。所产生的蒸气被布置在比收集器1008更高的位置的第二收集器1009收集，以使得所产生的蒸气允许制冷剂自然地带动和流动到蒸发器212中；

-相变材料213，其允许储存所制的冷，并在下一天过程中根据要求提供该所制的冷；

-设有允许使得整个设备运作(反应性气体抽真空和充装)的密封隔离阀门1010的连接。

这样的设备的模块性允许将多个第一元件1001连接到至少一个第二元件1002。

当然，本发明不限于以上描述的例子，可以不超出本发明的范围地对这些例子做出众多设置。特别地，本发明的各个特征、形式、变型和实施方式可根据各种组合彼此关联，只要它们不是不兼容的或是彼此排斥的。特别地，上述所有变型和实施方式都可以彼此组合。