JP2001304704A

JP2001304704A - 冷却システム

Info

Publication number: JP2001304704A
Application number: JP2001075123A
Authority: JP
Inventors: Richard-Charles Ives; − チャールズイブスリチャード
Original assignee: Societe des Produits Nestle SA; Nestle SA
Current assignee: Societe des Produits Nestle SA; Nestle SA
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2001-03-16
Publication date: 2001-10-31
Also published as: EP1134514A1; US20010023594A1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】エネルギー効率の優れた冷却システムの提
供。【解決手段】冷却システムは、第１冷却剤を収容する
第１閉冷却回路１７と第２冷却剤を収容する第２閉冷却
回路１８を備える。２つの冷却回路はカスケード熱交換
器５によって連結され、この熱交換器は、第１凝縮器が
第２蒸発器内の第２液体冷却剤の蒸発によって冷却され
るよう配置された第１凝縮器および第２蒸発器を備え
る。冷却システムは、第１液体冷却剤がほぼＣＯ₂で構
成され、第１蒸発器３が約８２７．４ｋＰａ（約１２０
ｐｓｉｇ）より高い圧力で作動することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、第１および第２閉
冷却回路を備え、第２冷却回路がカスケード（縦続）熱
交換接続部によって第１冷却回路を冷却するよう配置さ
れた冷却システムに関する。本発明による冷却システム
は、エネルギー効率が優れた冷却を提供する。冷却シス
テムは、食品産業の用途に特に適している。本発明は、
冷却方法にも関する。

【０００２】

【従来の技術】冷却産業は、従来の冷却剤およびシステ
ム設計の使用がさらに困難になる幾つかの問題に直面し
ている。環境上の理由から、普及している合成冷却剤の
クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）の多くは、オゾン破
壊の可能性が高いために使用することができない。ハイ
ドロクロロフルオロカーボン（例えばＨＣＦＣ−２２）
などの他の冷却剤も、同じ理由から段階的に減少する。
また、新しい代替冷却剤であるハイドロフルオロカーボ
ン（ＨＦＣ）の使用も、地球温暖化の可能性が高いた
め、制限されるようである。これに加えて、地球温暖化
の問題により、作業のエネルギー効率上昇への圧力が増
大すると予想される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】歴史的に、最も普及し
ている天然冷却剤はアンモニアであり、それは単純で効
率的なシステムが可能だからである。近年、これはＣＦ
ＣおよびＨＣＦＣの好ましい産業的代替品となってい
る。しかし、その有毒性のため、今や世界中でこれに対
する圧力が増大している。多くの国々で、産業用アンモ
ニア冷却システムは現在、安全性の管理のために、より
厳格な化学産業の規格に適合しなければならない。場合
によっては、その使用が厳格に制限されるか、禁止され
ることもある。

【０００４】ＣＦＣおよびＨＣＦＣが導入される前は、
ＣＯ₂が冷却剤として、特にアンモニアの有毒性が許容
できない用途で広く使用されていた。例えば船舶での冷
却にこれが当てはまった。しかし、これは、空気または
水を使用して冷却剤を非常に高圧で凝縮する単数または
複数段階の圧縮システムであった。カスケード・システ
ムは使用されていなかった。このタイプのシステムは、
コンデンサ内の使用圧力が非常に高く、臨界温度が低い
ので、ＣＯ₂を凝縮できる温度が制限されているため、
重大な欠点があった。システムをこの温度より高い（つ
まり超臨界）温度で使用すると、ＣＦＣ、ＨＣＦＣまた
はアンモニアを使用する代替システムより効率が低下し
てしまった。

【０００５】米国特許第５，０４２，２６２号は食品フ
リーザーについて説明し、これは低温冷却剤としてＣＯ
₂を使用し、これをより高温で作動する別の揮発性冷却
剤によってカスケード内で冷却した。米国特許第５，０
４２，２６２号は、ＣＯ₂蒸発器内の圧力を４１６．４
ｋＰａと８２７．４ｋＰａ（６０．４ｐｓｉｇと１２０
ｐｓｉｇ）の間にすることを推奨した。この特許は、Ｃ
Ｏ₂システム全体の圧力を３２５ｐｓｉｇとすることも
推奨した。

【０００６】このシステムの調査により、米国特許第
５，０４２，２６２号で特に推奨された圧力正弦によっ
て、システムは従来の産業用冷却システムより大幅に効
率が低下することが判明した。システムの使用者は８２
７．４ｋＰａ（１２０ｐｓｉｇ）未満で使用し、これは
−４２℃（−４４°Ｆ）の飽和温度に対応し、使用者が
必要とする実際の温度とは関係ない。その結果、従来の
必要な温度でしか使用しない冷却プラントよりも電力消
費量が高くなる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】したがって、１つの態様
では、本発明は冷却システムを提供する。冷却システム
は、第１冷却剤を入れた第１閉冷却回路であって、第１
冷却剤の液体を蒸発させる第１蒸発器、第１冷却剤の蒸
気を圧縮する第１圧縮器、第１冷却剤の蒸気を凝縮させ
る第１凝縮器、および低圧側と高圧側との圧力差を制御
する第１制御弁を含む第１閉冷却回路と、第２冷却剤を
入れた第２閉冷却回路であって、第２冷却剤の液体を蒸
発させる第２蒸発器、第２冷却液の蒸気を圧縮する第２
圧縮器、第２冷却剤の蒸気を凝縮させる第２凝縮器、お
よび低圧側と高圧側との圧力差を制御する第２制御弁を
含む第２閉冷却回路と、第１凝縮器が第２蒸発器内の第
２冷却剤液体の蒸発によって冷却されるよう配置された
第１凝縮器および第２凝縮器を含むカスケード熱交換器
とを有し、第１冷却剤がほぼＣＯ₂で構成され、第１蒸
発器が８２７．４ｋＰａ（１２０ｐｓｉｇ）より高い圧
力で作動することを特徴とする。

【０００８】驚いたことに、より高温で作動する別の冷
却剤と直列に作動する高圧ＣＯ₂冷却システムは、従来
の産業用冷却システムと少なくとも同等に効率的にする
ことができ、場合によってはさらに効率的にすることが
できることが判明した。

【０００９】本発明の冷却システムにより、使用者の要
求、特に対応する飽和蒸発温度を決定する第１冷却剤の
蒸発圧の要求に合致するよう、システムに必要な作動条
件を設定することができる。高い使用圧力で作業する冷
却システムの能力により、蒸発器内で−４２℃（−４４
°Ｆ）から−２３℃（−１０°Ｆ）の範囲の飽和温度に
対応する圧力を選択することが可能である。

【００１０】さらに、その結果生じるシステムは、製造
区域のアンモニアを有毒性が非常に低いＣＯ₂と置換す
ることにより、アンモニアのシステムより大幅に安全で
ある。これによって、本発明の冷却システムは、食品産
業に特に適している。また、冷却システムは、資本コス
トおよびエネルギー効率でも競争力があることが判明し
ている。

【００１１】別の態様では、本発明は冷却方法を提供す
る。冷却方法は、特許請求の範囲に記したいずれかの冷
却システムを設ける段階と、第１および第２冷却剤を設
ける段階と、第１冷却回路に第１冷却剤を循環させ、そ
れによって第１冷却剤の液体が第１蒸発器内で蒸発して
冷却効果を提供し、蒸発した第１冷却剤を圧縮器内で圧
縮し、蒸発した第１冷却剤を第１凝縮器内で液体の形態
へと凝縮させ、制御弁を通して第１冷却剤液を第１蒸発
器へと戻す段階と、第２冷却回路内で第２冷却剤を循環
させ、それによって第２冷却剤の液体を第２蒸発器内で
蒸発させ、第１凝縮器を冷却する冷却効果を提供し、圧
縮器内で蒸発した第２冷却剤を圧縮し、凝縮器内で蒸発
した第２冷却剤を液体の形態へと凝縮させ、制御弁を通
して第２冷却剤液を第２蒸発器へと戻す段階とを含み、
提供される第１冷却剤がＣＯ₂であり、第２冷却剤が、
ＣＯ₂の飽和温度に対応する圧力より低い圧力を有する
冷却剤であり、第１蒸発器内のＣＯ₂の蒸発が８２７．
４ｋＰａ（１２０ｐｓｉｇ）より高い使用圧力で生じる
ことを特徴とする。

【００１２】本発明による冷却システムに関して言及す
る好ましい使用条件は、本発明の方法にも同様に当ては
まる。次に、本発明の実施形態を、例示としてのみ説明
する。

【００１３】第１冷却回路全体の使用圧力は８２７．４
ｋＰａと７２８０．９ｋＰａ（１２０ｐｓｉｇと１０５
６ｐｓｉｇ）の間であることが好ましい。７２８０．９
ｋＰａ（１０５６ｐｓｉｇ）はＣＯ₂の臨界点であり、
それを超えるとＣＯ₂は液体に凝縮することができな
い。第１冷却回路全体のより好ましい使用圧力は、８２
７．４ｋＰａから約３９９９．０ｋＰａ（１２０ｐｓｉ
ｇから約５８０ｐｓｉｇ）の範囲である。システムを指
示した範囲で使用すると、蒸発器が冷却される媒体の要
求に最も適合した圧力で作動し、第１冷却剤と第２冷却
剤との間の熱伝達状態を最適にすることができるので、
カスケード・システムのエネルギー効率が改善される。

【００１４】第１圧縮器４は、圧縮器４の放出部で約２
２４０．８ｋＰａ（約３２５ｐｓｉｇ）より高い、好ま
しくは２２４０．８ｋＰａから約２６２０．０ｋＰａ
（３２５ｐｓｉｇから約３８０ｐｓｉｇ）、より好まし
くは２４１３．２ｋＰａから約２９３０．３ｋＰａ（３
５０ｐｓｉｇから約４２５ｐｓｉｇ）の使用圧力を有す
ると有利である。第１回路および第１圧縮器をそれぞれ
上述した使用圧力にすると、特定のエネルギー効率のカ
スケード冷却システムが得られる。

【００１５】本発明の好ましい実施形態では、第２冷却
回路全体の使用圧力は２４１３．２ｋＰａ（３５０ｐｓ
ｉｇ）より低く、したがって標準的な冷却部品を使用す
ることができる。ＣＯ₂の使用圧力を高くすると、カス
ケード熱交換器のＣＯ₂と第２冷却剤間での熱交換の最
適条件を選択し、システムの効率を改善することができ
る。

【００１６】さらに、第１蒸発器は、８２７．４ｋＰａ
から約３９９９．０ｋＰａ（１２０ｐｓｉｇから約５８
０ｐｓｉｇ）、より好ましくは８２７．４ｋＰａから約
１２４１．１ｋＰａ（１２０ｐｓｉｇから約１８０ｐｓ
ｉｇ）、最も好ましくは約８４１．２ｋＰａから約１１
０３．２ｋＰａ（約１２２から約１６０ｐｓｉｇ）の圧
力で作動することが好ましい。

【００１７】第１冷却回路は、第１凝縮器で凝縮した後
の第１冷却剤液を冷却する手段を備えると有利である。
第１冷却剤を冷却する手段は、第１圧縮器に接続された
エコノマイザの容器を備えてもよく、これによって、冷
却の結果生じた蒸気が圧縮器へと前進することができ
る。あるいは、第１冷却剤液の冷却に熱交換器を使用し
てもよい。このように、冷却システムの効率は、液体Ｃ
Ｏ₂がＣＯ₂システムの低圧部分に行く前に、エコノマイ
ザの容器または熱交換器で蒸発させることにより、その
冷却を改善し、その結果生じた蒸気がＣＯ₂圧縮器のエ
コノマイザ・ポートへと進む。これらの措置を第１冷却
に適用し、そのエネルギー効率を上げると特に有利であ
ることが判明している。

【００１８】システムのエネルギー効率のさらなる改善
は、直列で作動する２つ以上の圧縮器によって行われる
ＣＯ₂の圧縮で得られる。特に、エネルギー効率は、第
１冷却回路に２つ以上の圧縮器を使用することによって
改善されることが判明している。ＣＯ₂の蒸気は、中間
冷却器容器または熱交換器の圧縮器間で冷却し、過熱戻
しをすると有利である。それと同時に、液体冷却剤は、
高圧ＣＯ₂容器と低圧ＣＯ₂容器との中間温度まで冷却す
ることができる。この多段圧縮技術は、全体的なシステ
ム効率を改善する。

【００１９】本発明の好ましい実施形態では、第２蒸発
器の使用圧力は、第１凝縮器内にある第１冷却剤の圧力
と同等の飽和温度に可能な限り近い飽和温度に対応す
る。この温度差はわずか２℃（５°Ｆ）であることが好
ましい。これの利点は、第２蒸発器内の圧力が可能な限
り高いことであり、これはシステムの効率を改善する。
次に、本発明を、本発明による好ましい冷却システムの
例を示す図１を参照して、さらに詳細に検討する。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は、カスケード状に配置され
た第１冷却回路１７および第２冷却回路１８を有する冷
却システムを示す。第１冷却剤は、本発明によるとＣＯ
₂である。液体ＣＯ₂は、ポンプ２によって低圧ＣＯ₂容
器１から、並列に作動する１つまたは複数の蒸発器３へ
と送られ、ここで蒸発し、冷却中の媒体から熱（Ｑ）を
除去する。蒸発器への給送速度は、少なくとも蒸発速度
と等しいが、各蒸発器のＣＯ₂側が確実に濡れるよう、
それを超えてもよい。あるいは、液体の供給は、ポンプ
なしで自然の循環を用いて達成することができる。

【００２１】蒸発器３は従来の任意のタイプでよいが、
冷却される媒体の必要に応じた作業圧力に合わせて設計
することができる。例えば板状蒸発器、フィンコイル・
ユニット、スクレープド・サーフェス蒸発器、管状冷却
器である。

【００２２】その後、ＣＯ₂液体と蒸気の混合物は低圧
ＣＯ₂容器１に戻り、ここで分離される。これで、液体
はいつでも蒸発器に送り返すことができる。ＣＯ₂蒸気
はＣＯ₂圧縮器４に進み、ここで好ましくは２２４０．
８ｋＰａ（３２５ｐｓｉｇ）より高いがＣＯ₂の臨界点
（７２８０．９ｋＰａ／１０５６ｐｓｉｇ）より低い圧
力まで圧縮される。この圧縮器４には「エコノマイザ・
ポート」を装備してＣＯ₂エコノマイザ容器７からの追
加の蒸気を受け、システム効率を改善できるので有利で
ある。

【００２３】圧縮器４は、必要な仕事に適した任意のタ
イプでよい。しかし、好ましい圧縮器のタイプは、重力
および凝集オイル分離器を有するオイル噴射のスクリュ
ー圧縮器である。適切な圧縮器は、Mycom、Sabroeまた
はKobelco社から入手することができる。必要な場合
は、活性炭または同様の物質を使用して３次オイル分離
を設けてもよい。本発明の用途に適した圧縮器タイプの
一例は、天然ガス圧縮器である。例えば密封材料、オイ
ル分離、オイル噴射点、防爆性除去の適合など、天然ガ
ス圧縮機を適合させる必要があることもある。

【００２４】次に、圧縮したＣＯ₂をカスケード熱交換
器５で冷却して凝縮し、これは２４１３．２ｋＰａ（３
５０ｐｓｉｇ）より低い圧力で、ＣＯ₂より高い飽和温
度で作動することができる第２冷却材の蒸発によって冷
却されるので、第２冷却在位回路に標準的な市販の冷却
部品を使用することができる。ＣＯ₂の凝縮と第２冷却
剤の蒸発との温度差を最小にするには、板タイプの熱交
換器が好ましく、これでシステムの効率が改善される。
複数のカスケード熱交換器が並列にあってもよい。適切
な板タイプの熱交換器は、例えばAlfa Laval社から入手
することができる。

【００２５】凝縮したＣＯ₂は、蒸発器３で必要になる
まで高圧ＣＯ₂容器６に収容する。あるいは、低圧ＣＯ₂
容器１またはＣＯ₂エコノマイザ容器７に収容すること
もできる。この場合、カスケード熱交換器５（第１凝縮
器）内の圧力を維持するため、カスケード熱交換器５の
後に制御弁が必要である。この制御弁は、１９と同様の
機能を有する。

【００２６】システムの低圧部分で必要になった場合
は、圧力を低圧容器１の圧力へと低下させる制御弁１９
を通して、液体ＣＯ₂を低圧ＣＯ₂容器１へと供給し、Ｃ
Ｏ₂の一部は蒸発して液体を冷却する。その結果生じた
液体と蒸気の混合物は、低圧容器１へと流れ、ここで液
体成分と蒸気成分が分離される。蒸気は、蒸発器３から
の蒸気とともにＣＯ₂圧縮器４へと向かう。これで、Ｃ
Ｏ₂の閉回路が完成する。

【００２７】ＣＯ₂回路の効率を改善するため、液体は
最初に制御弁１９に、さらにＣＯ₂エコノマイザ容器ま
たは熱交換器７へと進み、高圧ＣＯ₂容器６と低圧ＣＯ₂
容器１との間の圧力で作動している。この中間圧力で、
液体ＣＯ₂の一部が蒸発し、残りの液体を冷却する。蒸
気は液体から分離し、圧縮器４の「エコノマイザ・ポー
ト」へと進む。

【００２８】任意選択によって、高圧ＣＯ₂容器６およ
びＣＯ₂エコノマイザ容器７も、接続された追加の蒸発
器９および８それぞれを有し、主蒸発器３より高い使用
温度での冷却を提供することができる。液体および蒸気
循環の方法は、３と同じである。

【００２９】ＣＯ₂回路の圧力を制御するため、容器、
蒸発器および熱交換器に安全レリーフ弁および／または
他の圧力作動装置を装備してＣＯ₂回路からの蒸気を解
放し、圧力を低下させることができる。あるいは、ＣＯ
₂回路の容器、蒸発器および熱交換器のいずれか、また
は各々を小さいパッケージ式冷却システム１０に接続
し、主プラントの停止時にＣＯ₂を冷却して圧力を制御
してもよい。この方法により、他の方法では必要となる
圧力より低い安全な作業圧力のＣＯ₂回路を構築し、投
資コストを削減することが可能である。

【００３０】小型ＣＯ₂回路では、停止中の圧力制御
は、回路内の全ＣＯ₂をシステムの安全な作業圧力より
低い圧力で蒸気として収容することができる、通常「フ
ェードアウト」容器と呼ばれる追加の容器を設置して達
成してもよい。

【００３１】変形例として、一段ＣＯ₂圧縮器４を、直
列で作動する２つ以上の圧縮器と置換し、蒸気をその間
で冷却し、過熱戻しを実行してもよい（つまり中間冷却
器での多段操作）。この利点は、システムの効率が改善
されることである。

【００３２】第２冷却回路１８は、第２液体冷却剤を備
える。第２冷却剤は、低圧容器１１からカスケード熱交
換器５へと供給され、ここで蒸発し、ＣＯ₂を冷却して
凝縮させる。液体の第２冷却剤の供給は、給送または自
然の循環による。供給速度は、少なくとも蒸発速度と等
しいが、熱交換器５の第２冷却剤側が確実に濡れるよ
う、それを超えてもよい。

【００３３】第２冷却剤の液体と蒸気の混合物は低圧容
器１１に戻り、ここで分離される。これで、液体はいつ
でもカスケード熱交換器５に送り返すことができる。分
離された第２冷却剤の蒸気は圧縮器１２に進み、ここで
凝縮器１３内で凝縮できる適切な圧力に圧縮される。こ
の圧縮器には「エコノマイザ・ポート」を装備してエコ
ノマイザ容器１５からの追加の蒸気を受け、システム効
率を改善することができる。必要な場合は、並列に作動
する複数の圧縮器があってもよい。

【００３４】圧縮した冷却剤を第２凝縮器で冷却して凝
縮し、これは空気、水または他の適切な冷却媒体によっ
て冷却される。除去された熱は、回復し、他の目的に使
用して全体的なシステムの効率を改善する。並列の複数
の凝縮器１３があってもよい。

【００３５】次に、凝縮した第２冷却剤は、カスケード
熱交換器５で必要になるまで高圧容器１４に収容するこ
とができる。あるいは、低圧容器１１に収容することも
できる。この場合、第２凝縮器１３内の圧力を維持する
ため、凝縮器１３の後に制御弁が必要である。この制御
弁は、１９と同様の機能を有する。

【００３６】第２冷却剤システムの低圧部分で必要にな
った場合は、制御弁２０を通して、液体第２冷却剤が低
圧容器１１へと進み、ここで圧力は低圧容器１１の圧力
へと低下し、第２冷却剤の一部が蒸発して液体を冷却す
る。その結果生じた液体と蒸気の混合物は、低圧容器１
１へと流れ、ここで液体成分と蒸気成分が分離される。
蒸気は、第２蒸発器５からの蒸気とともに第２冷却剤圧
縮器１２へと進む。これで、第２冷却剤の閉回路が完成
する。

【００３７】第２冷却剤回路の効率を改善するため、液
体は最初に制御弁２０に、さらにエコノマイザ容器また
は熱交換器１５へと進み、高圧容器１４と低圧容器１１
との間の圧力で作動している。この中間圧力で、液体の
一部が蒸発し、残りの液体を冷却する。蒸気は液体から
分離し、圧縮器１２の「エコノマイザ・ポート」へと進
む。

【００３８】任意選択によって、高圧容器１１も蒸発器
１６に接続し、ＣＯ₂回路の使用条件より高い温度での
冷却を提供することができる。液体および蒸気循環の方
法は、ＣＯ₂蒸発器３の場合と同じである。

【００３９】好ましい第２冷却剤はアンモニアである。
しかし、凝縮器１３の設計飽和凝縮温度と一致する許容
可能な圧力で動作できる任意の入手可能な冷却剤でよ
い。他の適切な冷却剤の例はＨＦＣ−１３４Ａである。

【００４０】ＣＯ₂回路の圧力に合わせて設計しなけれ
ばならないカスケード熱交換器を除き、第２冷却剤回路
の好ましい構築方法は、全て標準的で利用可能な冷却部
品を使用する。適切な構成部品は、例えばMycom、York
およびGEA/Grasso社から入手することができる。高圧熱
交換器は、例えば石油化学産業で知られている。このよ
うな高圧熱交換器は、蒸発して凝縮する冷却剤などを扱
う回路を含むようにしてもよい。

【００４１】変形例として、一段圧縮器１２を、直列で
作動する２つ以上の圧縮器と置換し、蒸気をその間で冷
却し、過熱戻しを実行してもよい（つまり中間冷却器で
の多段操作）。この利点は、システムの効率が改善され
ることである。

【００４２】本発明による冷却システムは、任意の冷凍
器または冷却器に適用することができる。冷却システム
は、その安全性、効率および環境に優しい動作のため、
食品冷凍器の用途に特に適切であることが判明してい
る。以下は、冷却システムが特に適切な用途の例であ
る。

【００４３】板状冷凍器は、冷凍すべき製品を、それが
冷凍するまで板の間に配置し、低温に維持する冷凍器で
ある。製品は、通常は箱に梱包し、これを自動装填およ
び放出システムで装填し、放出する。熱伝達は、板と箱
に入れた製品との直接接触による。これらの板は第１蒸
発回路である。冷却は、板内のＣＯ₂の蒸発効果であ
る。好ましい蒸発圧力は、−４２℃（−４３°Ｆ）の飽
和温度に対応する約８４１．２ｋＰａ（約１２２ｐｓｉ
ｇ）である。蒸気の装置全体を、絶縁した外被に入れ
る。

【００４４】空気ブラスト冷凍器も、本発明の冷却シス
テムに基づく冷却を提供することができる。これらの冷
凍器では、製品をチェーン・メッシュまたは同様のコン
ベヤ上で冷凍器に通して搬送する。このコンベヤは、螺
旋状または直線のベルトでよい。製品は、第１冷却回路
内で蒸発するＣＯ₂によって冷却されたフィンコイルの
空気によって冷却され再循環した空気で冷却される。フ
ィンコイル空気冷却器は、コイル内で蒸発するＣＯ₂に
よって冷却される。蒸発圧は、−４２℃（−４３°Ｆ）
の飽和温度に対応する約８４１．２ｋＰａ（約１２２ｐ
ｓｉｇ）である。

【００４５】本発明の別の有利な用途は、スクレープド
・サーフェス冷却器の冷却である。スクレープド・サー
フェス冷却器は、円筒形バレルを通して急送されるにつ
れ、液体またはペースト状製品が冷却される冷却器であ
る。バレルの内側には回転するスクレーパがあり、これ
が製品を撹拌し、冷凍製品をバレルの壁から外す。バレ
ルは、周囲のジャケットの内側で蒸発するＣＯ₂によっ
て冷却される。ＣＯ₂の循環は、自然の熱サイホン効果
または給送される過剰供給によって達成される。好まし
い蒸発圧力は、−３４℃（−３０°Ｆ）の飽和温度に対
応する約１０８９．４ｋＰａ（約１５８ｐｓｉｇ）であ
る。製品の温度は、バレル内のＣＯ₂の圧力を変動させ
ることによって制御することができる。

【００４６】本発明による冷却システムを都合よく適用
できる他の例は、流動床冷凍器、接触帯冷凍器、冷凍庫
および調温室である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、カスケード状に配置された第１冷却回
路および第２冷却回路を有する冷却システムを示す。

【符号の説明】

１低圧ＣＯ₂容器２ポンプ３，８，９，１６蒸発器４，１２圧縮器５カスケード熱交換器６高圧ＣＯ₂容器７エコノマイザ容器１０冷却システム１１低圧容器１３凝縮器１４高圧容器１５エコノマイザ容器１７第１閉冷却回路１８第２冷却回路１９，２０制御弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷却システムであって、第１冷却剤を収容する第１閉冷却回路（１７）にして、
第１冷却剤の液を蒸発させる第１蒸発器（３）、第１冷
却剤の蒸気を圧縮する第１圧縮器（４）、第１冷却剤の
蒸気を凝縮する第１凝縮器（５）、そして高圧側と低圧
側との間の圧力差を制御する第１制御弁（１９）を含む
第１閉冷却回路（１７）と、第２冷却剤を収容する第２閉冷却回路（１８）にして、
第２冷却剤の液体を蒸発させる第２蒸発器（５）、第２
冷却剤の蒸気を圧縮する第２圧縮器（１３）、第２冷却
剤の蒸気を凝縮する第２凝縮器（１３）、そして高圧側
と低圧側との間の圧力差を制御する第２制御弁（２０）
を含む第２閉冷却回路（１８）と、第１凝縮器が第２蒸発器内の第２液冷却剤の蒸発によっ
て冷却されるよう配置された第１凝縮器および第２凝縮
器を含むカスケード熱交換器（５）とを有し、前記第１冷却剤がほぼＣＯ₂で構成され、第１蒸発器
（３）が８２７．４ｋＰａ（１２０ｐｓｉｇ）より高い
圧力で作動することを特徴とする冷却システム。
【請求項２】第１冷却回路全体の使用圧力が８２７．
４ｋＰａと７２８０．９ｋＰａ（１２０ｐｓｉｇと１０
５６ｐｓｉｇ）の間である、請求項１に記載の冷却シス
テム。
【請求項３】第１圧縮器（４）が、圧縮器（４）の放
出部で約２２４０．８ｋＰａ（約３２５ｐｓｉｇ）の使
用圧力である、請求項１または２に記載の冷却システ
ム。
【請求項４】第１冷却回路が、第１凝縮器（５）内で
凝縮した後に第１液体冷却剤を冷却する手段を有する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の冷却システム。
【請求項５】第１液体冷却剤を冷却する手段が、第１
圧縮器（４）のエコノマイザ・ポートに接続されたエコ
ノマイザ容器（７）を有し、これによって冷却による蒸
気が圧縮器（４）へと前進することができる、請求項１
から４のいずれか１項に記載の冷却システム。
【請求項６】第１液体冷却剤を冷却する手段が、熱交
換器と、冷却の結果生じた蒸気を圧縮器（４）へと搬送
する手段とを有する、請求項４または５に記載の冷却シ
ステム。
【請求項７】第１閉冷却回路（１７）が、直列に作動
する２つ以上の圧縮器を有する、請求項１から４および
６のいずれか１項に記載の冷却システム。
【請求項８】第１冷却回路（１７）が、第１冷却剤の
蒸気を冷却し、過熱戻しを実行するため、圧縮器間に配
置された中間冷却器容器および／または熱交換器を有す
る、請求項７に記載の冷却システム。
【請求項９】第１冷却剤の液体を、高圧容器（６）と
定圧容器（１）の第１冷却剤液体の温度間の温度に冷却
する手段を設ける、請求項８に記載の冷却システム。
【請求項１０】第１蒸発器（３）が８２７．４ｋＰａ
から約３９９９．０ｋＰａ（１２０ｐｓｉｇから約５８
０ｐｓｉｇ）、好ましくは８２７．４ｋＰａから約１２
４１．１ｋＰａ（１２０ｐｓｉｇから約１８０ｐｓｉ
ｇ）の圧力で作動する、請求項１から９のいずれか１項
に記載の冷却システム。
【請求項１１】第２蒸発器（５）の使用圧力が、２℃
（５°Ｆ）以下である第２蒸発器（５）と第１凝縮器
（５）の温度差に対応する、請求項１から９のいずれか
１項に記載の冷却システム。
【請求項１２】第１閉冷却回路（１７）が、冷却シス
テムを使用していない場合にＣＯ₂を冷却することによ
って第１冷却回路（１７）内の圧力を制御する冷却シス
テム（１０）を有する、請求項１から１１のいずれか１
項に記載の冷却システム。
【請求項１３】冷却方法であって、請求項１から１２いずれか１項に記載の冷却システムを
設ける段階と、第１および第２冷却剤を設ける段階と、第１冷却剤を第１冷却回路内で循環させ、それによって
第１冷却剤の液体が第１蒸発器（３）内で蒸発して冷却
効果を提供し、蒸発した第１冷却剤を圧縮器（４）内で
圧縮し、蒸発した第１冷却剤を第１凝縮器（５）内で液
体の形態へと凝縮させ、制御弁（１９）を通して第１冷
却剤の液体を第１蒸発器（３）へと戻す段階と、第２冷却剤を第２冷却回路内で循環させ、これによって
第２冷却剤の液体が第２蒸発器（５）内で蒸発して第１
凝縮器（５）を冷却する冷却効果を提供し、蒸発した第
２冷却剤を圧縮器（１２）内で圧縮し、蒸発した第２冷
却剤を凝縮器（１３）内で液体の形態へと凝縮させ、制
御弁（２０）を通して第２冷却剤の液体を第２蒸発器
（５）へと戻す段階とを含み、設けられる第１液体冷却剤がＣＯ₂であり、第２液体冷
却剤が、ＣＯ₂より低い飽和温度に対応する圧力を有す
る冷却剤であり、第１蒸発器（３）内のＣＯ₂の蒸発が
約８２７．４ｋＰａ（約１２０ｐｓｉｇ）の使用圧力で
生じることを特徴とする方法。