JP2000356425A - 低温ガス発生装置および低温ガス発生方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エネルギーロスが低減でき、寒冷発生効率が
高められ、装置構成が簡単でコストや設置スペースを低
減でき、容易に連続運転ができる低温ガス発生装置及び
方法を提供する。 【解決手段】 圧縮機11で循環ガスを圧縮し、圧縮熱を
除去した後、昇圧機13で昇圧し、昇圧熱を除去した後、
寒冷回収熱交換器15で低温循環ガスと熱交換させて冷却
し、膨張タービン16で断熱膨張して寒冷を発生させ、発
生した寒冷で被冷却物21を冷却した後の低温循環ガスを
寒冷回収熱交換器15での熱交換により昇温させた後、圧
縮機11に循環させる。冷却に使用した後の低温循環ガス
中の水分固化成分を除湿手段18の捕集材で除去するとと
もに、膨張前の循環ガスを除湿手段18に導いて捕集材の
水分固化成分を吹き飛ばす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低温ガスの発生装
置及び発生方法に関し、特に、圧縮したガスを膨張させ
寒冷を発生させ、発生した寒冷で被冷却物を冷却し、被
冷却物を冷却した後の低温ガスを回収し循環させる循環
式低温ガス発生装置及び方法に関し、さらに特には、被
冷却物を冷却した後の低温循環ガス中の除湿を行う手段
を備えた装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】食品凍結、冷凍倉庫、反応熱除去、凍結
乾燥等、冷熱を消費する分野では、地球環境保護の観点
からフロンに代わる冷媒として、空気等の流体を圧縮し
た後、断熱膨張させて得られる冷熱を用いて冷却するた
めの低温ガス発生装置の需要が高まっている。このよう
な低温ガス発生装置や冷熱消費設備においては、プロセ
スガス中に水分が侵入すると、水分がプロセス系内の低
温部分で結露したり固化したりして系内を閉塞させ連続
運転ができなくなるおそれがあるので、系内のどこかで
水分を除去する除湿操作が必要である。

【０００３】図３は、従来の低温ガス発生装置の一例を
示す系統図であって、空気を圧縮した後膨張させ寒冷を
発生させて冷熱消費設備に供給するもので、系内の水分
を膨張タービンの前流で除去するように構成されてい
る。この装置は、圧縮機１、第１のアフタークーラー
２、昇圧機３、第２のアフタークーラー４、乾燥装置
５、膨張タービン６、冷熱消費設備７を主要構成機器と
して備えている。図３において、大気から吸入された空
気は、圧縮機１で所要の圧力に圧縮され、第１のアフタ
ークーラー２で圧縮熱が空気や冷却水との熱交換で除去
され、膨張タービン６と同一軸で連結された昇圧機３で
さらに昇圧され、前記第１のアフタークーラー２と同様
な第２のアフタークーラー４で昇圧熱が除去され、乾燥
装置５で空気中の水分が除去された後、膨張タービン６
で断熱膨張して低温空気となり、冷熱消費設備７に供給
され冷熱を与え、自身は昇温して大気に放出される。乾
燥装置５は、活性アルミナ等の水分吸着剤が充填された
吸着塔を用い、導入される昇圧空気中の水分を吸着除去
して乾燥空気として導出するものである。従って、膨張
タービン６に導入される昇圧空気は乾燥空気であり、膨
張して低温化しても固化する水分がないから、膨張ター
ビン６で発生する寒冷エネルギーが水分の固化エネルギ
ーとして消費されることがなく、寒冷発生効率を高める
ことができる。

【０００４】しかしながら、乾燥装置５の吸着塔吸着剤
に吸着された水分を除去して吸着剤を再生するためには
吸着剤を加温する必要があり、運転温度と再生温度との
差が大きくなりエネルギーロスが大きいという問題があ
る。また、吸着塔を１基設けた場合は連続運転時間が限
定される。一方、連続運転するためには、複数の吸着塔
を設け吸着工程と再生工程を切替えて運転することにな
り、切替用の弁や配管等が多数必要となり設備費が高騰
するばかりでなく、装置が複雑，大型となり設置スペー
スが大きくなると共に運転も煩雑になるという問題があ
る。

【０００５】図４は、従来の低温ガス発生装置の他の一
例を示す系統図であって、前記図３で示した構成とほぼ
同じような構成であり、異なるのは、図３における乾燥
装置５に代えて、低温フイルター８を膨張タービン６の
出口側に備えている点である。なお、前記図３で示した
構成要素と同じ要素には同一符号を付して詳細な説明は
省略する。図４において、昇圧機３で昇圧され第２のア
フタークーラー４で冷却された昇圧空気は、ここの温
度，圧力における飽和状態であり、飽和水分を含んだ昇
圧空気として膨張タービン６に導入され、断熱膨張し寒
冷を発生して低温化される。低温化されることによっ
て、含まれていた水分が霜や氷の状態に固化して低温空
気中に混じって導出し、低温フィルター８で水分固化成
分が除去されて冷熱消費設備７に供給される。

【０００６】低温フィルター８は、一般的に、低温空気
中に混じって導出する水分固化成分や塵挨等を濾過機能
で捕捉する金網等を用いたものが採用される。低温フィ
ルター８は、濾過機能で捕捉された固形成分を除去して
再生されるが、その方法として、例えば、外部より熱を
加えて水分固化成分を溶融して除去する方法がある。こ
の方法の場合は、昇温エネルギーが必要であるばかりで
なく再生後には再度冷却エネルギーが必要になるという
問題がある。また、固形成分をそのまま機械的に取り出
して除去する場合は、前記図４で示した吸着塔を用いた
乾燥装置と同様な問題、即ち、連続運転時間の制限や、
複数のフィルターが必要になる等の問題がある。この装
置のように、系内の水分を、膨張タービンの出口で固化
した後フィルターで除去するものは、前記図３の吸着剤
を充填した充填塔で除去するものに比べ装置が小型化で
き構成が簡単で運転も容易であるが、膨張タービンで発
生した寒冷の一部が水分の固化エネルギーに消費される
から、寒冷発生効率が悪いという問題がある。さらに、
上記した従来装置における乾燥装置や低温フイルター
は、ガス流れ抵抗が大きいものであり、抵抗分のエネル
ギーロス、即ち圧縮動力が増大するとともに、連続運転
を企図した場合は、切替え工程の度毎に乾燥装置や低温
フイルター内の系内ガスを系外に放出することになるか
ら、この面でもエネルギーロスが大きいという間題があ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、エネ
ルギーロスが低減でき、寒冷発生効率が高められ、ま
た、装置構成が簡単でコストや設置スペースを低減で
き、しかも容易に連続運転ができる低温ガス発生装置及
び方法を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の低温ガス発生装置は、循環ガスを圧縮する圧縮
機と、圧縮された圧縮循環ガスを昇圧する昇圧機と、昇
圧された昇圧循環ガスと帰還する低温循環ガスとを熱交
換して寒冷を回収する寒冷回収熱交換器と、前記昇圧機
と同軸上に取り付けられ前記寒冷回収熱交換器を導出し
た昇圧循環ガスを断熱膨張して寒冷を発生する膨張ター
ビンと、該膨張タービンを導出した低温循環ガスの冷熱
を利用して被冷却物を冷却する冷熱消費設備とを備える
とともに、これらの機器間をそれぞれ接続し、かつ前記
冷熱消費設備を導出する低温循環ガスを前記寒冷回収熱
交換器を介して前記圧縮機に導く循環ガス経路を備えて
おり、該循環ガス経路に、前記冷熱消費設備を導出する
低温循環ガス中の水分固化成分を捕捉する除湿手段を設
けるとともに、該除湿手段で捕捉した水分固化成分を噴
流により除去するための再生ガスを前記除湿手段へ導く
再生ガス導入経路を設けたことを特徴とする。

【０００９】前記再生ガス導入経路は、前記膨張タービ
ンより前流の前記循環ガス経路から分岐された経路とす
ることが好ましい。前記除湿手段は、前記水分固化成分
を捕捉する捕集材と、前記再生ガス導入経路から導入さ
れる再生ガスを前記捕集材に噴射する噴出ノズルとを備
えていることが好ましい。前記除湿手段が、前記水分固
化成分を含む低温循環ガスを前記捕集材の捕集面に導く
ガス導入室と、除去された前記水分固化成分を蓄積する
固化成分蓄積室とを備え、前記ガス導入室と前記固化成
分蓄積室を遮蔽して除去された固化成分が前記ガス導入
室に混入することを防止する遮蔽手段を備えた構成とす
ることが好ましい。前記除湿手段が、前記捕集材及び／
又は前記噴出ノズルを移動させる移動手段を備えている
ことが好ましい。前記移動手段は、前記捕集材と前記噴
出ノズルとの相対速度を調整する移動速度調節手段を備
えていることが好ましい。前記移動速度調節手段は、前
記相対速度の調節範囲が４〜１００ｍｍ／秒であること
が好ましい。前記捕集材は、金網で構成され、線径が
０．１〜０．３ｍｍであることが好ましい。前記捕集材
は、金網で構成され、網目が３６〜２７０メッシュであ
ることが好ましい。

【００１０】また本発明の低温ガス発生方法は、圧縮機
で循環ガスを圧縮し、圧縮熱を除去した後昇圧機で昇圧
し、昇圧熱を除去した後、低温循環ガスと熱交換させて
冷却し、断熱膨張して寒冷を発生させ、発生した寒冷で
被冷却物を冷却し、被冷却物を冷却した後の低温循環ガ
スを前記断熱膨張前の循環ガスとの熱交換により昇温さ
せた後、前記圧縮機に循環させる低温ガス発生方法であ
って、前記被冷却物を冷却した後の低温循環ガス中の水
分固化成分を捕集材で捕捉して前記低温循環ガスから前
記水分固化成分を除去するとともに、前記低温循環ガス
との熱交換により冷却された膨張前の循環ガスを、再生
ガスとして分岐導出し噴出ノズルを介して前記捕集材に
吹き付けて、前記捕集材に捕集された前記水分固化成分
を吹き飛ばして除去した後、前記低温循環ガスに合流さ
せることを特徴とする。前記噴出ノズルから前記捕集材
に吹き付けられる再生ガスの速度が、９０〜２００ｍ／
秒であることが好ましい。前記噴出ノズルから前記補集
材に吹き付けられる再生ガスの温度が、前記補集材の温
度より低いことが好ましい。前記噴出ノズルから前記捕
集材に吹き付けられる再生ガスの温度が、一４℃以下で
且つ前記捕集材の温度との差が２５℃以内であることが
好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明を適用した低温ガ
ス発生装置の一実施形態例を示す系統図である。この装
置は、循環ガスを所定圧力まで圧縮する圧縮機１１、圧
縮熱を除去する第１のアフタークーラー１２、圧縮循環
ガスをさらに昇圧する昇圧機１３、昇圧熱を除去する第
２のアフタークーラー１４、昇圧循環ガスと低温循環ガ
スを熱交換して昇圧循環ガスを冷却するとともに低温循
環ガスを昇温する寒冷回収熱交換器１５、冷却された昇
圧循環ガスを断熱膨張させ寒冷を発生し低温循環ガスを
生成する膨張タービン１６、この低温循環ガスの寒冷で
食品を凍結する冷熱消費設備としての食品凍結装置１
７、食品凍結装置１７で寒冷を与えて昇温した低温循環
ガス中の水分固化成分及び塵挨などを捕集する除湿手段
としてのフィルター１８を主要構成機器として備えると
ともに、これら構成機器を接続し循環ガスを循環させる
１９ａ〜１９ｉからなる循環ガス経路１９と、膨張ター
ビン１６入口側の循環ガス経路１９ｅから分岐しフイル
ター１８に接続され、膨張タービン１６導入前で低温循
環ガスによって冷却された昇圧循環ガスの一部をフイル
ター１８の再生ガスとして導入する再生ガス導入経路２
０を備えている。

【００１２】以下、循環ガスとして空気を用いた例を挙
げて説明する。以下の説明では循環ガスを循環空気と表
現する。圧縮機１１で所定の圧力に圧縮された圧縮循環
空気は経路１９ａを通り、第１のアフタークーラー１２
で冷却水や大気空気などと熱交換して圧縮熱が除去さ
れ、経路１９ｂを通り、膨張タービン１６と同一軸に取
り付けられ膨張タービン１６の回転力で駆動される昇圧
機１３でさらに昇圧されて昇圧空気となり経路１９ｃを
通り、第１のアフタークーラー１２と同様な第２のアフ
タークーラー１４で昇圧熱が除去され、さらに経路１９
ｄを通り寒冷回収熱交換器１５で後述の低温循環空気と
熱交換して−４０℃まで冷却され、経路１９ｅから膨張
タービン１６に導入され、断熱膨張して−８５℃に温度
降下して低温循環空気となり経路１９ｆを通り、冷熱消
費設備としての食品凍結装置１７に供給される。

【００１３】食品凍結装置１７に供給された低温循環空
気は、被凍結物である食品２１及び開口部２２から対流
により侵入する大気と熱交換して、食品２１を凍結する
とともに食品２１中の及び侵入する大気中の水分を霜や
氷状に固化し、水分固化成分及び塵挨（以下固化成分と
表現する）を同伴した状態で、自身は−５５℃に昇温し
て経路１９ｇから食品凍結装置１７を導出する。食品凍
結装置１７を導出した低温循環空気は、除湿手段として
のフィルター１８に導かれ、同伴する固化成分が濾過機
能を有する捕集材にて捕捉除去され、ここにおける圧
力，温度での飽和空気となり、経路１９ｈを通り寒冷回
収熱交換器１５に導かれ、前記膨張タービン１６に導入
する昇圧循環空気と熱交換して昇圧循環空気を冷却する
ことにより自身は常温まで昇温し、昇温することによっ
て乾燥状態となって、経路１９ｉから圧縮機１１に循環
する。

【００１４】フィルター１８の捕集材に捕集された固化
成分は、昇圧循環空気の一部を用いて除去される。即
ち、寒冷回収熱交換器１５から膨張タービン１６に至る
循環ガス経路１９ｅから分岐されフィルター１８に接続
された再生ガス導入経路２０には、寒冷回収熱交換器１
５で−４０℃に冷却され膨張タービン１６に導入される
昇圧循環空気の一部が抜出され、再生ガスとしてフィル
ター１８に供給され、捕集材の二次側から吹き付けら
れ、噴流によって固化成分を吹き飛ばした後、フィルタ
ー１８を流れる低温循環空気に合流する。

【００１５】図２は、図１における低温ガス発生装置に
用いられる本発明の除湿手段としてのフィルター１８の
構造の一例を示すものである。このフィルター１８は、
本体としてのケーシング２３、ケーシング２３と循環ガ
ス経路１９ｇおよび１９ｈをそれぞれ気密に接続する入
ロノズル２４及び出ロノズル２５、濾過機能を有し捕集
面２６ａの一次側で固化成分を捕捉する捕集材２６、捕
集材２６を装填した外枠２７、外部動力で回転するスプ
ロケット２８ａと外枠２７に取り付けられたラック２８
ｂとから構成され捕集材２６を往復移動させる移動手段
２８、スプロケット２８ａの回転速度を調節して捕集材
２６の移動速度を調節する移動速度調節手段２８ｃ、再
生ガス導入経路２０から供給される再生ガスを捕集材２
６の二次側から噴流として吹き付け捕集面２６ａに捕捉
された固化成分を吹き飛ばして除去する噴出ノズル２
９、固化成分を含む低温循環空気を捕集材２６の捕集面
２６ａに導くガス導入室３０、捕集面２６ａから除去さ
れた固化成分を蓄積する固化成分蓄積室３１、ガス導入
室３０と固化成分蓄積室３１とを遮蔽し除去された固化
成分が再びガス導入室３０に混入することを防止する逆
止板３２ａ及び逆止網３２ｂからなる遮蔽手段３２を備
えている。また、噴出ノズル２９は、ガス導入室３０と
固化成分蓄積室３１とを遮蔽する逆止板３２ａの上方の
固化成分蓄積室３１内の異なる２ヶ所にそれぞれ１個設
けられている。なお、噴出ノズル２９の吹き出し口は、
捕集材２６の二次側面に対して３ｍｍ離されている。

【００１６】図２において、食品凍結装置（冷熱消費設
備）１７を導出して固化成分を同伴した低温循環空気
は、循環ガス経路１９ｇから入ロノズル２４を通ってフ
ィルター１８に導入され、ガス導入室３０を経て捕集材
２６の捕集面２６ａに到達する。捕集材２６は、線径
０．２１ｍｍ，網目４０メッシュのステンレス製金網を
用い、通過面積が低温空気１Ｎｍ³／ｈ当たり４３ｍｍ²
になるように構成されている。また、捕集材２６は、移
動手段２８及び移動速度調節手段２８ｃにより外枠２７
と共に毎秒２６．３ｍｍの速度で往復移動している。逆
止板３２ａよりもガス導入室３０側に位置する捕集面２
６ａに達した低温循環空気は、往復移動する捕集材２６
で含有する固化成分が捕集材２６の濾過機能で捕捉され
捕集面２６ａの一次側に捕捉されて通過し、清浄化され
て出ロノズル２５を通って循環ガス経路１９ｈに導出す
る。捕集面２６ａに捕捉された固化成分は、移動手段２
８により往復移動する捕集材２６と共にガス導入室３０
内を移動し、さらに逆止板３２ａを通過して固化成分蓄
積室３１に達し、ここで再生ガス導入経路２０を通り噴
出ノズル２９から噴射され捕集材２６の二次側に到達す
る−４０℃，１６６ｍ／ｓの再生ガスの噴流によって吹
き飛ばされて除去され、逆止板３２ａを滑り落ち又は直
接落下して固化成分蓄積室３１に蓄積される。図中符号
Ｍは捕集材２６から除去された固化成分を示す。噴流に
よって固化成分を除去するのに使用された再生ガスは、
そのまま循環空気に合流し循環する。

【００１７】このようにして固化成分蓄積室３１側で固
化成分が除去され再生された捕集面２６ａは、次の時間
にはガス導入室３０側に移動し、低温循環空気の通過面
となり、再び固化成分を捕捉する。即ち、フィルター１
８は、固化成分の捕捉操作と除去操作を連続して繰り返
すように機能する。固化成分蓄積室３１に蓄積された固
化成分Ｍは、図示を省略した任意に設けられた固化成分
取出口から任意の時間に、また、運転中でも容易に外部
に取出すことができる。

【００１８】なお、上記した実施の形態は、本発明の一
例を示すものであって、本実施形態に限定されることな
く、種々の変形例が考えられる。循環ガスは、空気以外
の流体、例えば窒素ガスを用いることができる。また、
再生ガスは、系外からのガス、例えば液貯蔵手段からの
液を気化して得られた低温ガスを用いることができる。
噴出ノズル２９は、逆止板３２ａの上方であって、捕集
材２６がガス導入室３０内の気体と接する位置を挟む両
側にそれぞれ固定式のノズルを捕集材２６の表面に対し
３ｍｍ離して各１個設け、捕集材２６の二次側から固化
成分Ｍを吹き飛ばす場合を示したが、固化成分Ｍの量や
形状に従って個数を増やしたり、固定せずに移動する移
動式ノズルとしたり、捕集材２６の一次側から捕集面２
６ａに対してある角度、例えば、１５゜から６０゜傾斜
して捕集材２６の捕集面２６ａに捕捉された固化成分Ｍ
を一次側から剥がすように再生ガスを吹き付ける構成に
することができ、捕集材２６との距離も適宜設定するこ
とができる。

【００１９】遮蔽手段３２としての逆止板３２ａや逆止
網３２ｂは、固化成分蓄積室３１に蓄積した固化成分Ｍ
が、再びガス導入室３０に混入するのを防止する機能を
有すればよく、形状や材質は適宜選定して採用すること
ができる。捕集材２６は、金網に限らず、固化成分の量
や形状等によって線径や網目、形状等種々のものを用い
ることができ、例えば非金属の布状のものを用いること
ができる。しかし、捕集効率（捕集のし易さ）の観点か
らは空間率が小くきめ細かいものが望ましいが、逆に再
生効率（再生のし易さ）の観点からは、空間率が大き
く、網目が大きく且つ薄いものが望ましい。また、網目
が同一の場合は、線径により捕集効率が異なり、線径が
大きいものは、固形成分と捕集材の接触面積が大きくな
り捕集効率は大きくなり、逆に線径が小さいものは接触
面積が小さくなり捕集効率は低下する。これら捕集効率
や再生効率を総合的に評価すると、線径が０．１ｍｍ以
上，０．３ｍｍ以下で、網目が３６メッシュ以上，２７
０メッシュ以下の金網が最も望ましい。

【００２０】捕集材２６の移動速度は、固形成分の形状
や物性等による補集のし易さ，再生のし易さ、及び再生
ガスの物性や量等により設定されるが、高速すぎても低
速すぎても再生が充分に行われない。連続的に且つ効率
よく捕捉，除去し、しかも再生ガスの使用量を少なくす
るためには、捕集材２６とノズル２９の相対速度は、４
ｍｍ／ｓ以上，１００ｍｍ／ｓ以下が望ましい。捕集面
２６ａに到達する再生ガスの速度は、主にノズル２９で
の圧力差及び噴出口と捕集面２６ａとの距離により左右
され、例えば噴出口が捕集面２６ａに対し３〜６ｍｍ離
されて設けられた場合、噴出ノズル２９の噴出速度より
１５〜２０％低下する。捕集材２６に吹き付けられる再
生ガスの速度は、速度が大きいほど捕集面２６ａに付着
している固形成分を吹き飛ばす効果は大きくなるが、逆
に再生ガス量が増大し再生エネルギーが増加することに
なる。装置全体のエネルギー効率を考慮すると、再生ガ
スの吹き付け速度は、９０ｍ／ｓ以上，２００ｍ／ｓ以
下が望ましい。

【００２１】噴出ノズル２９から捕集材２６に吹き付け
られる再生ガスの温度は、水分固化成分を溶解してしま
うような高い温度にすると、水分固化成分が溶けて捕集
材２６に強固に付着してしまい再生が不可能となるばか
りでなく、捕集材２６の温度を上昇させ、次の捕捉工程
の時に低温循環空気から冷熱を奪い冷熱エネルギーの損
失となる。逆に、低温すぎても再生能力は変わらず寒冷
エネルギーの浪費となってしまう。従って、効率よく且
つ冷熱エネルギー消費を抑制して再生するためには、吹
き付けられる再生ガス温度は、捕集材２６の温度より低
いことが好ましく、−４℃以下で且つ捕集材２６の温度
との温度差が２５℃以下が望ましい。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、冷
媒ガス経路を循環経路で構成するとともに、冷熱消費設
備を導出する低温循環ガスの循環ガス経路に、低温ガス
中の固化成分を濾過機能で捕捉し、捕捉した固化成分を
再生ガスの噴流で除去する除湿手段を設けることによ
り、冷熱消費設備を導出する低温ガスに残る寒冷を回収
し低温エネルギーを有効に利用することができるととも
に、系内の水分除去を効率的に行うことができ、また、
装置構成が簡単でコストや設置スペースを低減できる、
エネルギー効率の高い低温ガス発生装置及び方法が得ら
れる。再生ガスとして系内プロセスガスの一部を利用す
る場合は、再生ガスをプロセスガスに混合して循環させ
るから、再生ガス用の別なガス源あるいは追加補機類が
不要となる。膨張タービンに導入する前に水分を除去す
るから、膨張タービンで発生した寒冷の一部が水分の固
化エネルギーに消費されることがなく寒冷発生功率が高
い。また除湿手段に、互いに遮蔽されたガス導入室と固
化成分蓄積室とを設けるとともに、捕集材を移動させる
構成にすることによって、固化成分の捕捉と除去を連続
して行えるから容易に連続運転ができるとともに、固化
成分の連続的な除去により、流れ抵抗を小さくでき圧縮
動力を低減できる。また除湿手段を切り替える必要がな
いから、切り替えるたびに除湿手段内の系内ガスを系外
に放出するという無駄がなくなる。また、捕捉した固化
成分を再生ガスの噴流により除去するから再生のための
熱エネルギーが不要である。捕集材への再生ガスの吹き
付け流速及び温度を最適化することにより固化成分の除
去効率が向上でき、特に、温度を捕集材の温度との関係
で適切に選定することによって、再生エネルギーを低減
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の低温ガス発生装置の一実施形態例を示
す系統図である。

【図２】本発明に係る除湿手段の一例を示す概略構成図
である。

【図３】従来の低温ガス発生装置の一例を示す系統図で
ある。

【図４】従来の低温ガス発生装置の他の一例を示す系統
図である。

【符号の説明】

１１…圧縮機、１３…昇圧機、１５…寒冷回収熱交換
器、１６…膨張タービン、１７…食品凍結装置（冷熱消
費設備）、１８…フィルター（除湿手段）、１９…循環
ガス経路、２０…再生ガス導入経路、２６…捕集材、２
８…移動手段、２９…噴出ノズル、３０…ガス導入室、
３１…固化成分蓄積室、３２…遮蔽手段

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年５月２９日（２０００．５．２
９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項２

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の低温ガス発生装置は、循環ガスを圧縮する圧縮
機と、圧縮された圧縮循環ガスをさらに昇圧する昇圧機
と、昇圧された昇圧循環ガスと帰還する低温循環ガスと
を熱交換して寒冷を回収する寒冷回収熱交換器と、前記
昇圧機と同軸上に取り付けられ前記寒冷回収熱交換器を
導出した昇圧循環ガスを断熱膨張して寒冷を発生する膨
張タービンと、該膨張タービンを導出した低温循環ガス
の冷熱を利用して被冷却物を冷却する冷熱消費設備とを
備えるとともに、これらの機器間をそれぞれ接続し、か
つ前記冷熱消費設備を導出する低温循環ガスを前記寒冷
回収熱交換器を介して前記圧縮機に導く循環ガス経路を
備えており、該循環ガス経路に、前記冷熱消費設備を導
出する低温循環ガス中の水分固化成分を捕捉する除湿手
段を設けるとともに、該除湿手段で捕捉し、かつ、捕捉
した水分固化成分をガスの噴射流により除去し再生する
除湿手段を設けることを特徴とする。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】前記再生ガスの導入経路は、前記膨張ター
ビンより前流の前記循環ガス経路から分岐された経路と
することが好ましい。前記除湿手段は、前記水分固化成
分を捕捉する捕集材と、前記再生ガス導入経路から導入
される再生ガスを前記捕集材に噴射する噴出ノズルとを
備えていることが好ましい。前記除湿手段が、前記水分
固化成分を含む低温循環ガスを前記捕集材の捕集面に導
くガス導入室と、除去された前記水分固化成分を蓄積す
る固化成分蓄積室とを備え、前記ガス導入室と前記固化
成分蓄積室を遮蔽して除去された固化成分が前記ガス導
入室に混入することを防止する遮蔽手段を備えた構成と
することが好ましい。前記除湿手段が、前記捕集材及び
／又は前記噴出ノズルを移動させる移動手段を備えてい
ることが好ましい。前記移動手段は、前記捕集材と前記
噴出ノズルとの相対速度を調整する移動速度調節手段を
備えていることが好ましい。前記移動速度調節手段は、
前記相対速度の調節範囲が４〜１００ｍｍ／秒であるこ
とが好ましい。前記捕集材は、金網で構成され、線径が
０．１〜０．３ｍｍであることが好ましい。前記捕集材
は、金網で構成され、網目が３６〜２７０メッシュであ
ることが好ましい。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、冷
媒ガス経路を循環経路で構成するとともに、冷熱消費設
備を導出する低温循環ガスの循環ガス経路に、低温ガス
中の固化成分を濾過機能で捕捉し、捕捉した固化成分を
再生ガスの噴流で除去する除湿手段を設けることによ
り、冷熱消費設備を導出する低温ガスに残る寒冷を回収
し低温エネルギーを有効に利用することができるととも
に、系内の水分除去を効率的に行うことができ、また、
装置構成が簡単でコストや設置スペースを低減できる、
エネルギー効率の高い低温ガス発生装置及び方法が得ら
れる。再生ガスとして系内プロセスガスの一部を利用す
る場合は、再生ガスをプロセスガスに混合して循環させ
るから、再生ガス用の別なガス源あるいは追加補機類が
不要となる。膨張タービンに導入する前に水分を除去す
るので、膨張タービンで発生した寒冷の一部が水分の固
化エネルギーに消費されることがなく寒冷発生効率が高
い。また、除湿手段に、互いに遮蔽されたガス導入室と
固化成分蓄積室とを設けるとともに、捕集材を移動させ
る構成にすることによって、固化成分の捕捉と除去を連
続して行えるから容易に連続運転ができるとともに、固
化成分の連続的な除去により、流れ抵抗を小さくでき圧
縮動力を低減できる。また除湿手段を切り替える必要が
ないから、切り替えるたびに除湿手段内の系内ガスを系
外に放出するという無駄がなくなる。また、捕捉した固
化成分を再生ガスの噴流により除去するから再生のため
の熱エネルギーが不要である。捕集材への再生ガスの吹
き付け流速及び温度を最適化することにより固化成分の
除去効率が向上でき、特に、温度を捕集材の温度との関
係で適切に選定することによって、再生エネルギーを低
減することができる。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】循環ガスを圧縮する圧縮機と、圧縮された
   圧縮循環ガスを昇圧する昇圧機と、昇圧された昇圧循環
   ガスと帰還する低温循環ガスとを熱交換して寒冷を回収
   する寒冷回収熱交換器と、前記昇圧機と同軸上に取り付
   けられ前記寒冷回収熱交換器を導出した昇圧循環ガスを
   断熱膨張して寒冷を発生する膨張タービンと、該膨張タ
   ービンを導出した低温循環ガスの冷熱を利用して被冷却
   物を冷却する冷熱消費設備とを備えるとともに、これら
   の機器間をそれぞれ接続し、かつ前記冷熱消費設備を導
   出する低温循環ガスを前記寒冷回収熱交換器を介して前
   記圧縮機に導く循環ガス経路を備えており、該循環ガス
   経路に、前記冷熱消費設備を導出する低温循環ガス中の
   水分固化成分を捕捉する除湿手段を設けるとともに、該
   除湿手段で捕捉した水分固化成分を噴流により除去する
   ための再生ガスを前記除湿手段へ導く再生ガス導入経路
   を設けたことを特徴とする低温ガス発生装置。
2. 【請求項２】前記再生ガス導入経路が、前記膨張タービ
   ンより前流の前記循環ガス経路から分岐された経路であ
   ることを特徴とする請求項１記載の低温ガス発生装置。
3. 【請求項３】前記除湿手段が、前記水分固化成分を捕捉
   する捕集材と、前記再生ガス導入経路から導入される再
   生ガスを前記捕集材に噴射する噴出ノズルとを備えてい
   ることを特徴とする請求項１又は２記載の低温ガス発生
   装置。
4. 【請求項４】前記除湿手段が、前記水分固化成分を含む
   低温循環ガスを前記捕集材の捕集面に導くガス導入室
   と、除去された前記水分固化成分を蓄積する固化成分蓄
   積室とを備え、前記ガス導入室と前記固化成分蓄積室を
   遮蔽して除去された固化成分が前記ガス導入室に混入す
   ることを防止する遮蔽手段を備えたことを特徴とする請
   求項３記載の低温ガス発生装置。
5. 【請求項５】前記除湿手段が、前記捕集材及び／又は前
   記噴出ノズルを移動させる移動手段を備えていることを
   特徴とする請求項３記載の低温ガス発生装置。
6. 【請求項６】前記移動手段が、前記捕集材と前記噴出ノ
   ズルとの相対速度を調整する移動速度調節手段を備えて
   いることを特徴とする請求項５記載の低温ガス発生装
   置。
7. 【請求項７】前記移動速度調節手段は、前記相対速度の
   調節範囲が４〜１００ｍｍ／秒であることを特徴とする
   請求項６記載の低温ガス発生装置。
8. 【請求項８】前記捕集材は、金網で構成され、線径が
   ０．１〜０．３ｍｍであることを特徴とする請求項３記
   載の低温ガス発生装置。
9. 【請求項９】前記捕集材は、金網で構成され、網目が３
   ６〜２７０メッシュであることを特徴とする請求項３記
   載の低温ガス発生装置。
10. 【請求項１０】圧縮機で循環ガスを圧縮し、圧縮熱を除
    去した後、昇圧機で昇圧し、昇圧熱を除去した後、低温
    循環ガスと熱交換させて冷却し、断熱膨張して寒冷を発
    生させ、発生した寒冷で被冷却物を冷却し、被冷却物を
    冷却した後の低温循環ガスを前記断熱膨張前の循環ガス
    との熱交換により昇温させた後、前記圧縮機に循環させ
    る低温ガス発生方法であって、前記被冷却物を冷却した
    後の低温循環ガス中の水分固化成分を捕集材で捕捉して
    前記低温循環ガスから前記水分固化成分を除去するとと
    もに、前記低温循環ガスとの熱交換により冷却された膨
    張前の循環ガスを、再生ガスとして分岐導出し噴出ノズ
    ルを介して前記捕集材に吹き付けて、前記捕集材に捕集
    された前記水分固化成分を吹き飛ばして除去した後、前
    記低温循環ガスに合流させることを特徴とする低温ガス
    発生方法。
11. 【請求項１１】前記噴出ノズルから前記捕集材に吹き付
    けられる再生ガスの速度が、９０〜２００ｍ／秒である
    ことを特徴とする請求項１０記載の低温ガス発生方法。
12. 【請求項１２】前記噴出ノズルから前記補集材に吹き付
    けられる再生ガスの温度が、前記補集材の温度より低い
    ことを特徴とする請求項１０記載の低温ガス発生方法。
13. 【請求項１３】前記噴出ノズルから前記捕集材に吹き付
    けられる再生ガスの温度が、一４℃以下で且つ前記捕集
    材の温度との差が２５℃以内であることを特徴とする請
    求項１０記載の低温ガス発生方法。