JP2003130478A - 極低温冷却システム - Google Patents
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- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
- F25B9/006—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant containing more than one component
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- F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
- F25B1/10—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with multi-stage compression
-
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- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B19/00—Machines, plants or systems, using evaporation of a refrigerant but without recovery of the vapour
- F25B19/005—Machines, plants or systems, using evaporation of a refrigerant but without recovery of the vapour the refrigerant being a liquefied gas
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F25D16/00—Devices using a combination of a cooling mode associated with refrigerating machinery with a cooling mode not associated with refrigerating machinery
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- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Freezing, Cooling And Drying Of Foods (AREA)
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱負荷のピーク時の冷却要求に満足するため
にＭＧＲシステム（混合気体冷却システム）を大型にす
る必要がなく、付加的な信頼性のためのシステムを付加
する必要のない、ＭＧＲシステムを利用した冷却システ
ムを提供する。 【解決手段】 本発明の極低温冷凍システムは冷却回路
内で再循環している多成分冷却流体を温めることによっ
て熱負荷を冷却することに加え、冷却回路とは別個に、
極低温液体と熱負荷との直接的または間接的な熱交換を
行うことによって熱負荷に冷却を与えることにより、比
較的安価で、付加的なシステムを必要としない改善した
冷却システムを提供する。
にＭＧＲシステム（混合気体冷却システム）を大型にす
る必要がなく、付加的な信頼性のためのシステムを付加
する必要のない、ＭＧＲシステムを利用した冷却システ
ムを提供する。 【解決手段】 本発明の極低温冷凍システムは冷却回路
内で再循環している多成分冷却流体を温めることによっ
て熱負荷を冷却することに加え、冷却回路とは別個に、
極低温液体と熱負荷との直接的または間接的な熱交換を
行うことによって熱負荷に冷却を与えることにより、比
較的安価で、付加的なシステムを必要としない改善した
冷却システムを提供する。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は多成分冷却流体（ま
たは、多成分冷却剤）を使用して冷却を生成し、熱負荷
（heat load）に冷却を与える、熱負荷の冷却に関す
る。
たは、多成分冷却剤）を使用して冷却を生成し、熱負荷
（heat load）に冷却を与える、熱負荷の冷却に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】冷却は、熱負荷（heat load）に冷却を
与えることが要求される、食品の冷凍、薬剤の製造、天
然ガスの液化、または他の多様な用途を含む多様な範囲
で使用されている。
与えることが要求される、食品の冷凍、薬剤の製造、天
然ガスの液化、または他の多様な用途を含む多様な範囲
で使用されている。
【０００３】冷却の分野における最近の重要な進歩は従
来のシステムに対して極めて効率の良い冷却を与えるこ
とができる、多成分冷却剤を使用した冷却システムの開
発である。混合ガス（または、混合気体）冷却システム
またはＭＧＲシステムとして知られているこれらの冷却
システムは特に、−６０℃（−８０Ｆ）以下等の、非常
低い温度の、または極低温の冷却に対して有効である。
来のシステムに対して極めて効率の良い冷却を与えるこ
とができる、多成分冷却剤を使用した冷却システムの開
発である。混合ガス（または、混合気体）冷却システム
またはＭＧＲシステムとして知られているこれらの冷却
システムは特に、−６０℃（−８０Ｆ）以下等の、非常
低い温度の、または極低温の冷却に対して有効である。
【０００４】ＭＧＲシステム（混合ガス冷却システム）
の導入は通常、従来の蒸気圧縮システムよりコスト高で
あり、操作も複雑である。特に、特定の用途において、
ピーク時の冷却要求を満足できるようにするために、通
常要求されるものよりも大型の（または、強力な）ＭＧ
Ｒシステムが設計されなければならない場合、導入時の
コスト高はかなりの不利益を生ずる。さらに、ＭＧＲシ
ステムの導入には、通常、ＭＧＲシステムの複雑性に起
因する信頼性に対する対処のために付加的なコストがか
かる。
の導入は通常、従来の蒸気圧縮システムよりコスト高で
あり、操作も複雑である。特に、特定の用途において、
ピーク時の冷却要求を満足できるようにするために、通
常要求されるものよりも大型の（または、強力な）ＭＧ
Ｒシステムが設計されなければならない場合、導入時の
コスト高はかなりの不利益を生ずる。さらに、ＭＧＲシ
ステムの導入には、通常、ＭＧＲシステムの複雑性に起
因する信頼性に対する対処のために付加的なコストがか
かる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は熱負荷のピーク時の冷却要求を満足するためにＭ
ＧＲシステムを大型化または強力化する必要がなく、さ
らに、基本的なＭＧＲシステムに対して、信頼性のため
の付加的なシステムまたは装置を付加する必要のない、
ＭＧＲシステムを利用した冷却システムを提供すること
である。
目的は熱負荷のピーク時の冷却要求を満足するためにＭ
ＧＲシステムを大型化または強力化する必要がなく、さ
らに、基本的なＭＧＲシステムに対して、信頼性のため
の付加的なシステムまたは装置を付加する必要のない、
ＭＧＲシステムを利用した冷却システムを提供すること
である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述及び、以下の説明を
読むことによって当業者に明らかになる他の目的は以下
の１つの側面を持つ本発明によって達成される。
読むことによって当業者に明らかになる他の目的は以下
の１つの側面を持つ本発明によって達成される。
【０００７】熱負荷に冷却を与えるための方法であっ
て： （Ａ）圧縮された多成分冷却流体を与えるために多成分
冷却流体を圧縮し、圧縮かつ冷却された多成分冷却流体
を与えるために圧縮された多成分冷却流体を冷却し、さ
らに、冷却を持った多成分冷却流体（または、冷却能力
を持った多成分冷却流体）を与えるために圧縮かつ冷却
された多成分冷却流体を膨張させること； （Ｂ）冷却を持った多成分冷却流体（または、冷却能力
を持った多成分冷却流体）から熱負荷に冷却を与え、そ
の後に冷却用の多成分冷却流体との間接的な熱交換によ
って多成分冷却流体を温めること；及び、 （Ｃ）熱負荷に冷却を与えるために熱負荷に極低温流体
を通過させること、から成る方法。
て： （Ａ）圧縮された多成分冷却流体を与えるために多成分
冷却流体を圧縮し、圧縮かつ冷却された多成分冷却流体
を与えるために圧縮された多成分冷却流体を冷却し、さ
らに、冷却を持った多成分冷却流体（または、冷却能力
を持った多成分冷却流体）を与えるために圧縮かつ冷却
された多成分冷却流体を膨張させること； （Ｂ）冷却を持った多成分冷却流体（または、冷却能力
を持った多成分冷却流体）から熱負荷に冷却を与え、そ
の後に冷却用の多成分冷却流体との間接的な熱交換によ
って多成分冷却流体を温めること；及び、 （Ｃ）熱負荷に冷却を与えるために熱負荷に極低温流体
を通過させること、から成る方法。
【０００８】本発明のもう１つの側面が以下に示され
る。
る。
【０００９】冷却を与えるための装置であって：
（Ａ）熱負荷；
（Ｂ）少なくとも１つのコンプレッサー、自動冷却装置
熱交換器（autorefrigerator heat exchanger）、膨張
装置、及び、多成分冷却流体をコンプレッサーから自動
冷却装置熱交換器へ、自動冷却装置熱交換器から膨張装
置へ、膨張装置から熱負荷へ、及び、熱負荷から自動冷
却装置熱交換器へ通過させるための手段；及び、 （Ｃ）極低温流体格納タンク及び、極低温流体を極低温
流体格納タンクから熱負荷へ通過させるための手段、か
ら成る装置。
熱交換器（autorefrigerator heat exchanger）、膨張
装置、及び、多成分冷却流体をコンプレッサーから自動
冷却装置熱交換器へ、自動冷却装置熱交換器から膨張装
置へ、膨張装置から熱負荷へ、及び、熱負荷から自動冷
却装置熱交換器へ通過させるための手段；及び、 （Ｃ）極低温流体格納タンク及び、極低温流体を極低温
流体格納タンクから熱負荷へ通過させるための手段、か
ら成る装置。
【００１０】ここで使用される用語「膨張」は圧力を減
少させることを意味する。用語「膨張装置」は流体を膨
張させる装置を意味する。用語「コンプレッサー」は流
体を圧縮する装置を意味する。用語「多成分冷却流体」
は２つまたはそれ以上の種類から成り、冷却を生成する
ことが可能な流体を意味する。用語「冷却（refrigerat
ion）」は周囲の温度系（subambient temperature syst
em）から熱を除去する能力を意味する。用語「冷却流
体」は低めの温度状態のときに熱を吸収し、高めの温度
状態のときに熱を放出するために温度、圧力、及び（必
ずではないが）位相の変化を受ける、冷却処理で使用さ
れる流体を意味する。
少させることを意味する。用語「膨張装置」は流体を膨
張させる装置を意味する。用語「コンプレッサー」は流
体を圧縮する装置を意味する。用語「多成分冷却流体」
は２つまたはそれ以上の種類から成り、冷却を生成する
ことが可能な流体を意味する。用語「冷却（refrigerat
ion）」は周囲の温度系（subambient temperature syst
em）から熱を除去する能力を意味する。用語「冷却流
体」は低めの温度状態のときに熱を吸収し、高めの温度
状態のときに熱を放出するために温度、圧力、及び（必
ずではないが）位相の変化を受ける、冷却処理で使用さ
れる流体を意味する。
【００１１】用語「可変負荷冷却剤（variable load re
frigerant）」は２つまたはそれ以上の成分の混合物で
あって、それらの成分の液相が混合物の泡立ち点と露点
との間で、混合物が連続的かつ増大する温度変化を受け
るような比で、成分が混合された混合物を意味する。混
合物の泡立ち点とは、任意の圧力において、混合物が完
全に液相であり、かつ、熱を加えることにより液相と均
衡状態で気相の形成を始める温度のことである。露点と
は、任意の圧力において、混合物が完全に液相であり、
かつ、熱を除去することにより気相と均衡状態で液相の
形成を始める温度のことである。したがって、混合物の
泡立ち点と露点との間の温度領域とは、液相と気相の両
者が均衡状態で共存する領域のことである。本発明の好
まれる実施例において、可変負荷冷却剤の泡立ち点と露
点との間の温度差は少なくとも１０°であり、好まれる
ものとしては２０°以上、さらに最適なものとしては５
０℃以上である。
frigerant）」は２つまたはそれ以上の成分の混合物で
あって、それらの成分の液相が混合物の泡立ち点と露点
との間で、混合物が連続的かつ増大する温度変化を受け
るような比で、成分が混合された混合物を意味する。混
合物の泡立ち点とは、任意の圧力において、混合物が完
全に液相であり、かつ、熱を加えることにより液相と均
衡状態で気相の形成を始める温度のことである。露点と
は、任意の圧力において、混合物が完全に液相であり、
かつ、熱を除去することにより気相と均衡状態で液相の
形成を始める温度のことである。したがって、混合物の
泡立ち点と露点との間の温度領域とは、液相と気相の両
者が均衡状態で共存する領域のことである。本発明の好
まれる実施例において、可変負荷冷却剤の泡立ち点と露
点との間の温度差は少なくとも１０°であり、好まれる
ものとしては２０°以上、さらに最適なものとしては５
０℃以上である。
【００１２】ここで使用される用語「熱負荷」は温度を
低下させる、または温度の上昇を防止するためにエネル
ギーの減少、または熱の除去を必要とする流体物や物体
のことを意味する。用語「極低温流体」は液体窒素、液
体二酸化炭素、及び液体アルゴンのうち、少なくとも１
つを含む液体を意味する。
低下させる、または温度の上昇を防止するためにエネル
ギーの減少、または熱の除去を必要とする流体物や物体
のことを意味する。用語「極低温流体」は液体窒素、液
体二酸化炭素、及び液体アルゴンのうち、少なくとも１
つを含む液体を意味する。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明は図面を参照しながら、以
下に、詳細に説明される。図１を参照すると、多成分冷
却流体１は第１コンプレッサーまたは圧縮段階２に送ら
れ、概略的に２７０から１７２０ＫＰａ（４０から２５
０ｐｓｉａ）の範囲の圧力まで圧縮される。圧縮された
多成分冷却流体３は空冷式中間冷却器（air cooled int
ercooler）４を通過することにより冷却され、冷却され
た多成分冷却流体５はコンプレッサーまたは圧縮段階６
に送られ、圧縮された多成分冷却流体７を提供するため
に、概略的に５５０から３４５０ＫＰａ（８０から５０
０ｐｓｉａ）の範囲の圧力まで、さらに圧縮される。
下に、詳細に説明される。図１を参照すると、多成分冷
却流体１は第１コンプレッサーまたは圧縮段階２に送ら
れ、概略的に２７０から１７２０ＫＰａ（４０から２５
０ｐｓｉａ）の範囲の圧力まで圧縮される。圧縮された
多成分冷却流体３は空冷式中間冷却器（air cooled int
ercooler）４を通過することにより冷却され、冷却され
た多成分冷却流体５はコンプレッサーまたは圧縮段階６
に送られ、圧縮された多成分冷却流体７を提供するため
に、概略的に５５０から３４５０ＫＰａ（８０から５０
０ｐｓｉａ）の範囲の圧力まで、さらに圧縮される。
【００１４】圧縮された多成分冷却流体７はオイルフィ
ルター８を通過することにより、オイルの汚染物質が除
去される。次に、圧縮かつ洗浄された多成分冷却流体９
は空冷式過熱低減器（air cooled desuperheater）１０
を通過させることにより、圧縮による熱に対する冷却が
行われる。圧縮された多成分冷却流体１１は次に、自動
冷却装置熱交換器（autorefrigerator heat exchange
r）１２に送られる。
ルター８を通過することにより、オイルの汚染物質が除
去される。次に、圧縮かつ洗浄された多成分冷却流体９
は空冷式過熱低減器（air cooled desuperheater）１０
を通過させることにより、圧縮による熱に対する冷却が
行われる。圧縮された多成分冷却流体１１は次に、自動
冷却装置熱交換器（autorefrigerator heat exchange
r）１２に送られる。
【００１５】本発明の実施で使用される多成分冷却流体
は好まれるものとして、フルオロカーボン（fluorocarb
ons）、ヒドロフルオロカーボン（hydrofluorocarbon
s）、ヒドロクロロフルオロカーボン（hydrochlorofluo
rocarbons）、フルオロエーテル（fluoroethers）、大
気ガス、及び炭化水素（hydrocarbons）から成るグルー
プからの、少なくとも２種類から成り、例えば、２種の
フルオロカーボンから構成されてもよい。好まれるもの
として、本発明の実施のために便利な多成分冷却剤は可
変負荷冷却剤である。
は好まれるものとして、フルオロカーボン（fluorocarb
ons）、ヒドロフルオロカーボン（hydrofluorocarbon
s）、ヒドロクロロフルオロカーボン（hydrochlorofluo
rocarbons）、フルオロエーテル（fluoroethers）、大
気ガス、及び炭化水素（hydrocarbons）から成るグルー
プからの、少なくとも２種類から成り、例えば、２種の
フルオロカーボンから構成されてもよい。好まれるもの
として、本発明の実施のために便利な多成分冷却剤は可
変負荷冷却剤である。
【００１６】本発明に便利な多成分冷却剤は好まれるも
のとして、フルオロカーボン、ヒドロフルオロカーボ
ン、及びフルオロエーテルから成るグループからの少な
くとも１つの成分及び、フルオロカーボン、ヒドロフル
オロカーボン、ヒドロクロロフルオロカーボン、フルオ
ロエーテル、大気ガス、及び炭化水素から成るグループ
からの少なくとも１つの成分から成る。
のとして、フルオロカーボン、ヒドロフルオロカーボ
ン、及びフルオロエーテルから成るグループからの少な
くとも１つの成分及び、フルオロカーボン、ヒドロフル
オロカーボン、ヒドロクロロフルオロカーボン、フルオ
ロエーテル、大気ガス、及び炭化水素から成るグループ
からの少なくとも１つの成分から成る。
【００１７】本発明の１つの好まれる実施例において、
多成分冷却剤は（少なくとも２種の）フルオロカーボン
だけから成る。本発明のもう１つの好まれる実施例にお
いて、多成分冷却剤はフルオロカーボン及びヒドロフル
オロカーボンだけから成る。本発明のもう１つの好まれ
る実施例において、多成分冷却剤はフルオロカーボン、
フルオロエーテル、及び大気ガスだけから成る。最も好
まれるものとして、多成分冷却剤の全ての成分はフルオ
ロカーボン（fluorocarbon）、ヒドロフルオロカーボン
（hydrofluorocarbon）、フルオロエーテル（fluoroeth
er）、大気ガスのどれかである。
多成分冷却剤は（少なくとも２種の）フルオロカーボン
だけから成る。本発明のもう１つの好まれる実施例にお
いて、多成分冷却剤はフルオロカーボン及びヒドロフル
オロカーボンだけから成る。本発明のもう１つの好まれ
る実施例において、多成分冷却剤はフルオロカーボン、
フルオロエーテル、及び大気ガスだけから成る。最も好
まれるものとして、多成分冷却剤の全ての成分はフルオ
ロカーボン（fluorocarbon）、ヒドロフルオロカーボン
（hydrofluorocarbon）、フルオロエーテル（fluoroeth
er）、大気ガスのどれかである。
【００１８】多成分冷却流体は自動冷却装置熱交換器１
２内で、後で説明される、温められる多成分冷却流体と
の間接的な熱交換によって冷却される。圧縮かつ冷却さ
れた多成分冷却流体１３は自動冷却装置熱交換器１２か
ら膨張装置１４に送られ、冷却を生成するために膨張さ
せられる。好まれるものとして、膨張装置はジュール−
トムソン弁であり、膨張は等エンタルピー膨張である。
好まれるものとして、その時点で部分的または完全に液
相である、冷却を持った多成分冷却流体（または、冷却
能力を持った多成分冷却流体）１５は次に、熱負荷１６
に冷却を与えるために熱負荷１６に送られる。
２内で、後で説明される、温められる多成分冷却流体と
の間接的な熱交換によって冷却される。圧縮かつ冷却さ
れた多成分冷却流体１３は自動冷却装置熱交換器１２か
ら膨張装置１４に送られ、冷却を生成するために膨張さ
せられる。好まれるものとして、膨張装置はジュール−
トムソン弁であり、膨張は等エンタルピー膨張である。
好まれるものとして、その時点で部分的または完全に液
相である、冷却を持った多成分冷却流体（または、冷却
能力を持った多成分冷却流体）１５は次に、熱負荷１６
に冷却を与えるために熱負荷１６に送られる。
【００１９】図１に図示されている実施例において、熱
負荷は、例えば食品の冷凍器であり、多成分冷却流体か
らの冷却は食品の冷凍器内の空気（または、気体）に伝
達される。本発明の極低温冷却システムの使用によって
冷却を与えることが可能な他の熱負荷は他の冷凍装置に
加え、化学処理産業の反応器、凍結乾燥器、生物学的保
管庫、超伝導、電気通信、天然ガスの液化、医療上の撮
像等を含む。
負荷は、例えば食品の冷凍器であり、多成分冷却流体か
らの冷却は食品の冷凍器内の空気（または、気体）に伝
達される。本発明の極低温冷却システムの使用によって
冷却を与えることが可能な他の熱負荷は他の冷凍装置に
加え、化学処理産業の反応器、凍結乾燥器、生物学的保
管庫、超伝導、電気通信、天然ガスの液化、医療上の撮
像等を含む。
【００２０】図１を再び参照すると、冷却を持った多成
分冷却流体（または、冷却能力を持った多成分冷却流
体）１５は食品の冷凍器１６に送られ、冷凍器１６の空
気（または、気体）との間接的な熱交換によって熱負荷
に冷却を与える。通常、熱負荷に冷却を与える過程にお
いて、少なくともある程度の多成分冷却流体が気化す
る。図１に図示されている実施例において、食品冷凍用
の空気（または、気体）は吸入のための手段１７によっ
て食品用冷凍器１６に送られ、排出のための手段１８に
よって冷凍器１６から除去される。
分冷却流体（または、冷却能力を持った多成分冷却流
体）１５は食品の冷凍器１６に送られ、冷凍器１６の空
気（または、気体）との間接的な熱交換によって熱負荷
に冷却を与える。通常、熱負荷に冷却を与える過程にお
いて、少なくともある程度の多成分冷却流体が気化す
る。図１に図示されている実施例において、食品冷凍用
の空気（または、気体）は吸入のための手段１７によっ
て食品用冷凍器１６に送られ、排出のための手段１８に
よって冷凍器１６から除去される。
【００２１】次に、多成分冷却流体はストリーム（また
は、流体の流れ）１９を通って、熱負荷から自動冷却装
置熱交換器１２へ送られ、自動冷却装置熱交換器１２
で、（先に説明された）冷却用の圧縮された多成分冷却
流体１１との間接的な熱交換によって温められ、残って
いる全ての（または、大部分の）液相部分が気化され
る。温められた多成分冷却流体２０はアキュムレーター
２１に送られ、（もし残っていれば）残っている液体が
除去される。次に、気相の多成分冷却流体は、ストリー
ム（または、流体の流れ）１として、アキュムレーター
２１からコンプレッサー２に送られ、次の多成分冷却流
体冷却サイクルが始まる。
は、流体の流れ）１９を通って、熱負荷から自動冷却装
置熱交換器１２へ送られ、自動冷却装置熱交換器１２
で、（先に説明された）冷却用の圧縮された多成分冷却
流体１１との間接的な熱交換によって温められ、残って
いる全ての（または、大部分の）液相部分が気化され
る。温められた多成分冷却流体２０はアキュムレーター
２１に送られ、（もし残っていれば）残っている液体が
除去される。次に、気相の多成分冷却流体は、ストリー
ム（または、流体の流れ）１として、アキュムレーター
２１からコンプレッサー２に送られ、次の多成分冷却流
体冷却サイクルが始まる。
【００２２】図１をさらに参照すると、極低温液体格納
タンク２２には極低温液体が格納されている。好まれる
極低温液体は液体窒素である。極低温液体はストリーム
２３を通って格納タンク２２から熱負荷１６へ送られ
る。そこにおいて極低温液体は熱負荷に冷却を与えるた
めに温められ、好まれるものとして、気化される。極低
温液体の熱負荷への送出は、冷却を持った多成分冷却流
体から熱負荷への冷却の供給の前、及び（または）、冷
却の供給中、及び（または）、冷却の供給後に行うこと
ができる。多成分冷却流体からの冷却の供給中に熱負荷
への送出が行われる場合、極低温液体は好まれるものと
して、供給中の一部の期間、すなわち、冷却要求のピー
ク時だけに送出される。図１に図示されている実施例に
おいて、極低温液体は間接的な熱交換によって熱負荷に
冷却を与える。温められ、好まれるものとして気化され
る極低温流体は排出ストリーム２４を通って熱負荷１６
から除去される。
タンク２２には極低温液体が格納されている。好まれる
極低温液体は液体窒素である。極低温液体はストリーム
２３を通って格納タンク２２から熱負荷１６へ送られ
る。そこにおいて極低温液体は熱負荷に冷却を与えるた
めに温められ、好まれるものとして、気化される。極低
温液体の熱負荷への送出は、冷却を持った多成分冷却流
体から熱負荷への冷却の供給の前、及び（または）、冷
却の供給中、及び（または）、冷却の供給後に行うこと
ができる。多成分冷却流体からの冷却の供給中に熱負荷
への送出が行われる場合、極低温液体は好まれるものと
して、供給中の一部の期間、すなわち、冷却要求のピー
ク時だけに送出される。図１に図示されている実施例に
おいて、極低温液体は間接的な熱交換によって熱負荷に
冷却を与える。温められ、好まれるものとして気化され
る極低温流体は排出ストリーム２４を通って熱負荷１６
から除去される。
【００２３】図１はまた、好まれる構成として、システ
ムの高圧力側と低圧力側の圧力をそれらの設定値に維持
するための、サージ容量（または、急激な圧力変化を防
止するための容量）を与えるためのサージタンク４０の
使用を図示している。このサージタンクシステムは点線
を使用して図示されている。例えば、高圧力側の圧力が
高くなりすぎた場合、流体は弁４１を通って、コンプレ
ッサーの排出口からサージタンク４０に送られる。逆に
高圧力側の圧力が低くなりすぎた場合、流体は弁４２を
通って、サージタンク４０からコンプレッサーの吸入口
の上流側に送られる。サージタンクはまた、システムの
一部または全体が分離または隔離される必要がある場合
に、冷却保持容量として利用される。この場合、流体は
１つまたは複数のポンプ４３、弁４４、及び気化器４５
を通ってサージタンクに送られる。
ムの高圧力側と低圧力側の圧力をそれらの設定値に維持
するための、サージ容量（または、急激な圧力変化を防
止するための容量）を与えるためのサージタンク４０の
使用を図示している。このサージタンクシステムは点線
を使用して図示されている。例えば、高圧力側の圧力が
高くなりすぎた場合、流体は弁４１を通って、コンプレ
ッサーの排出口からサージタンク４０に送られる。逆に
高圧力側の圧力が低くなりすぎた場合、流体は弁４２を
通って、サージタンク４０からコンプレッサーの吸入口
の上流側に送られる。サージタンクはまた、システムの
一部または全体が分離または隔離される必要がある場合
に、冷却保持容量として利用される。この場合、流体は
１つまたは複数のポンプ４３、弁４４、及び気化器４５
を通ってサージタンクに送られる。
【００２４】図２は、極低温液体が熱負荷に、直接的な
熱交換によって冷却を与える、本発明のもう１つの実施
例を図示している。図２に図示されている本発明の実施
例において、多成分冷却流体冷却回路は実質的に、図１
と共に説明された方法と同じ方法で動作するので、それ
らの詳細な説明は省略する。図２において、多成分冷却
流体冷却回路は熱負荷６０への出力側の区間５１及び、
熱負荷６０からの入力側の区間５２と共に、箱５０とし
て概略的に表されている。
熱交換によって冷却を与える、本発明のもう１つの実施
例を図示している。図２に図示されている本発明の実施
例において、多成分冷却流体冷却回路は実質的に、図１
と共に説明された方法と同じ方法で動作するので、それ
らの詳細な説明は省略する。図２において、多成分冷却
流体冷却回路は熱負荷６０への出力側の区間５１及び、
熱負荷６０からの入力側の区間５２と共に、箱５０とし
て概略的に表されている。
【００２５】図２を参照すると、極低温液体格納タンク
６２からの極低温液体６１は弁６３を通って、図示され
ている実施例においては食品用フリーザー（または、食
品用冷凍器）である、熱負荷６０に送られる。食品、例
えばハンバーガー用パティは、矢印６４によって表され
ているベルトコンベヤー等によって、食品用フリーザー
６０を通過させられる。食品用フリーザー６０内におい
て、極低温液体、例えば液体窒素がスプレーヘッド（sp
rayer head）６５から食品にスプレー（または、噴霧）
され、それにより食品が冷却され、冷凍されるか、また
は、食品の冷凍状態が保たれる。結果的に生ずる、気化
した極低温液体は食品用フリーザーから排気される。
６２からの極低温液体６１は弁６３を通って、図示され
ている実施例においては食品用フリーザー（または、食
品用冷凍器）である、熱負荷６０に送られる。食品、例
えばハンバーガー用パティは、矢印６４によって表され
ているベルトコンベヤー等によって、食品用フリーザー
６０を通過させられる。食品用フリーザー６０内におい
て、極低温液体、例えば液体窒素がスプレーヘッド（sp
rayer head）６５から食品にスプレー（または、噴霧）
され、それにより食品が冷却され、冷凍されるか、また
は、食品の冷凍状態が保たれる。結果的に生ずる、気化
した極低温液体は食品用フリーザーから排気される。
【００２６】本発明は特定の好まれるもの実施例への参
照と共に詳細に説明されてきたが、当業者には、請求の
範囲によって規定される本発明の意図及び範囲に入る本
発明の多様な実施例が明白であるだろう。
照と共に詳細に説明されてきたが、当業者には、請求の
範囲によって規定される本発明の意図及び範囲に入る本
発明の多様な実施例が明白であるだろう。
【００２７】
【発明の効果】上述の本発明の構成により、大型の、ま
たは強力なＭＧＲシステム（混合ガス冷却システム）を
必要とせずに、また、信頼性のための付加的な装置を必
要せずに、ピーク時の冷却要求を満足することができる
能力を持った、ＭＧＲシステムを利用した冷却システム
が提供される。本発明のこの特徴により、特にピーク時
の冷却要求に対して高い能力を持ちながらも、比較的小
型で、比較的安価な冷却システムを提供することができ
る。
たは強力なＭＧＲシステム（混合ガス冷却システム）を
必要とせずに、また、信頼性のための付加的な装置を必
要せずに、ピーク時の冷却要求を満足することができる
能力を持った、ＭＧＲシステムを利用した冷却システム
が提供される。本発明のこの特徴により、特にピーク時
の冷却要求に対して高い能力を持ちながらも、比較的小
型で、比較的安価な冷却システムを提供することができ
る。
【図１】本発明の極低温冷却システムの１つの好まれる
実施例の概略図である。
実施例の概略図である。
【図２】本発明の極低温冷却システムのもう１つの実施
例の、簡略化された概略図である。
例の、簡略化された概略図である。
１ 多成分冷却流体の流れ
２ 初期段階のコンプレッサー
３ 多成分冷却流体の流れ
４ 中間冷却器
５ 多成分冷却流体の流れ
６ 後続段階のコンプレッサー
７ 多成分冷却流体の流れ
８ オイルフィルター
９ 多成分冷却流体の流れ
１０ 空冷式過熱低減器
１１ 多成分冷却流体の流れ
１２ 自動冷却装置熱交換器
１３ 多成分冷却流体の流れ
１４ 膨張装置（ジュール‐トムソン弁）
１６ 熱負荷（食品用冷凍器）
１７ 熱負荷の吸入手段
１８ 熱負荷の排出手段
１９ 多成分冷却流体の流れ
２０ 多成分冷却流体の流れ
２１ アキュムレーター
２２ 極低温液体格納タンク
２３ 極低温流体の吸入の流れ
２４ 極低温流体の排出の流れ
４０ サージタンク
４１ 弁
４２ 弁
４３ ポンプ
４４ 弁
４５ 気化器
５０ 多成分冷却流体冷却回路
５１ 多成分冷却流体冷却回路の出力側の区間
５２ 多成分冷却流体冷却回路の入力側の区間
６０ 熱負荷（食品用フリーザー）
６１ 極低温液体の流れ
６２ 極低温液体格納タンク
６３ 弁
６４ ベルトコンベヤーの動き
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 リチャード・エイ・ノーバク
アメリカ合衆国イリノイ州ネイパビル、セ
レスト・レイン3820
(72)発明者 マイケル・ジョン・シニクロピ
アメリカ合衆国コネティカット州ニュー・
ミルフォード、ウィーンティノック・ドラ
イブ29
(72)発明者 ダンテ・パトリック・ボナキスト
アメリカ合衆国ニューヨーク州グランド・
アイランド、ランサム・ロード1036
Ｆターム(参考） 4B022 LF01 LN01 LP01 LT06
Claims (10)
- 【請求項１】 熱負荷に冷却を与えるための方法であっ
て： （Ａ）圧縮された多成分冷却流体を与えるために多成分
冷却流体を圧縮し、圧縮かつ冷却された多成分冷却流体
を与えるために前記圧縮された多成分冷却流体を冷却
し、さらに、冷却を持った多成分冷却流体を与えるため
に前記圧縮かつ冷却された多成分冷却流体を膨張させる
こと； （Ｂ）前記冷却を持った多成分冷却流体から前記熱負荷
に冷却を与え、その後に冷却用の多成分冷却流体との間
接的な熱交換によって前記多成分冷却流体を温めるこ
と；及び、 （Ｃ）前記熱負荷に冷却を与えるために熱負荷に極低温
流体を通過させること、から成る方法。 - 【請求項２】 前記極低温液体が、前記冷却を持った多
成分冷却流体から前記熱負荷に冷却が与えられている期
間中の少なくとも一部の期間中に前記熱負荷に冷却を与
えるために、前記熱負荷を通過させられる、請求項１に
記載の方法。 - 【請求項３】 前記極低温液体が、前記冷却を持った多
成分冷却流体から前記熱負荷に冷却が与えられている期
間中の一部の期間中だけに前記熱負荷に冷却を与えるた
めに、前記熱負荷を通過させられる、請求項２に記載の
方法。 - 【請求項４】 前記極低温液体が間接的な熱交換によっ
て前記熱負荷に冷却を与える、請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】 前記極低温液体が直接的な熱交換によっ
て前記熱負荷に冷却を与える、請求項１に記載の方法。 - 【請求項６】 前記熱負荷が食品である、請求項１に記
載の方法。 - 【請求項７】 前記極低温液体が液体窒素である、請求
項１に記載の方法。 - 【請求項８】 冷却を与えるための装置であって： （Ａ）熱負荷； （Ｂ）少なくとも１つのコンプレッサー、自動冷却装置
熱交換器、膨張装置、及び、多成分冷却流体を前記コン
プレッサーから前記自動冷却装置熱交換器へ、前記自動
冷却装置熱交換器から前記膨張装置へ、前記膨張装置か
ら前記熱負荷へ、及び、前記熱負荷から前記自動冷却装
置熱交換器へ通過させるための手段；及び、 （Ｃ）極低温流体格納タンク及び、極低温流体を極低温
流体格納タンクから前記熱負荷へ通過させるための手
段、から成る装置。 - 【請求項９】 前記熱負荷が食品用冷凍器である、請求
項８に記載の装置。 - 【請求項１０】 前記コンプレッサーが初期段階及び後
続段階、並びに、前記初期段階と前記後続段階との間の
中間冷却器から成る、請求項８に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/930199 | 2001-08-16 | ||
| US09/930,199 US6425264B1 (en) | 2001-08-16 | 2001-08-16 | Cryogenic refrigeration system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003130478A true JP2003130478A (ja) | 2003-05-08 |
| JP2003130478A5 JP2003130478A5 (ja) | 2005-06-02 |
Family
ID=25459045
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002236301A Pending JP2003130478A (ja) | 2001-08-16 | 2002-08-14 | 極低温冷却システム |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6425264B1 (ja) |
| EP (1) | EP1284397A2 (ja) |
| JP (1) | JP2003130478A (ja) |
| KR (1) | KR20030015857A (ja) |
| CN (1) | CN1407301A (ja) |
| BR (1) | BR0203270A (ja) |
| CA (1) | CA2398008A1 (ja) |
| MX (1) | MXPA02007881A (ja) |
| NO (1) | NO20023842L (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010139214A (ja) * | 2008-12-15 | 2010-06-24 | Chubu Electric Power Co Inc | 冷凍機用ガス浄化装置 |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7059138B2 (en) * | 2003-09-23 | 2006-06-13 | Praxair Technology, Inc. | Biological refrigeration system |
| US7849700B2 (en) * | 2004-05-12 | 2010-12-14 | Electro Industries, Inc. | Heat pump with forced air heating regulated by withdrawal of heat to a radiant heating system |
| US20080098760A1 (en) * | 2006-10-30 | 2008-05-01 | Electro Industries, Inc. | Heat pump system and controls |
| US7802441B2 (en) * | 2004-05-12 | 2010-09-28 | Electro Industries, Inc. | Heat pump with accumulator at boost compressor output |
| US20060260657A1 (en) * | 2005-05-18 | 2006-11-23 | Jibb Richard J | System and apparatus for supplying carbon dioxide to a semiconductor application |
| EP2054682A4 (en) * | 2006-08-21 | 2012-03-21 | Carrier Corp | VAPOR COMPRESSION SYSTEM WITH INTERMEDIATE COOLING OF CONDENSATE BETWEEN COMPRESSION STAGES |
| US9121636B2 (en) * | 2006-11-16 | 2015-09-01 | Conocophillips Company | Contaminant removal system for closed-loop refrigeration cycles of an LNG facility |
| WO2010027629A2 (en) * | 2008-09-08 | 2010-03-11 | Conocophillips Company | System for incondensable component separation in a liquefied natural gas facility |
| CN110553454A (zh) * | 2019-08-27 | 2019-12-10 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种分体式超低温冷库及供冷系统 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4856285A (en) | 1988-09-20 | 1989-08-15 | Union Carbide Corporation | Cryo-mechanical combination freezer |
| US5524442A (en) | 1994-06-27 | 1996-06-11 | Praxair Technology, Inc. | Cooling system employing a primary, high pressure closed refrigeration loop and a secondary refrigeration loop |
| NO954600A (no) * | 1995-11-14 | 1997-04-28 | Kvaerner Asa | Fremgangsmåte til kjøling av beholdere samt et kjølesystem for utførelse av fremgangsmåten |
| US5706663A (en) | 1995-11-20 | 1998-01-13 | Apd Cryogenics, Inc. | High efficiency throttle cryogenic refrigerator based on one stage compressor |
| US5729993A (en) | 1996-04-16 | 1998-03-24 | Apd Cryogenics Inc. | Precooled vapor-liquid refrigeration cycle |
| US6176102B1 (en) | 1998-12-30 | 2001-01-23 | Praxair Technology, Inc. | Method for providing refrigeration |
| US6250096B1 (en) | 2000-05-01 | 2001-06-26 | Praxair Technology, Inc. | Method for generating a cold gas |
-
2001
- 2001-08-16 US US09/930,199 patent/US6425264B1/en not_active Expired - Lifetime
-
2002
- 2002-08-14 BR BR0203270-8A patent/BR0203270A/pt not_active Application Discontinuation
- 2002-08-14 JP JP2002236301A patent/JP2003130478A/ja active Pending
- 2002-08-14 CN CN02127881A patent/CN1407301A/zh active Pending
- 2002-08-14 MX MXPA02007881A patent/MXPA02007881A/es not_active Application Discontinuation
- 2002-08-14 CA CA002398008A patent/CA2398008A1/en not_active Abandoned
- 2002-08-14 KR KR1020020048039A patent/KR20030015857A/ko not_active Application Discontinuation
- 2002-08-14 NO NO20023842A patent/NO20023842L/no not_active Application Discontinuation
- 2002-08-14 EP EP02018372A patent/EP1284397A2/en not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010139214A (ja) * | 2008-12-15 | 2010-06-24 | Chubu Electric Power Co Inc | 冷凍機用ガス浄化装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20030015857A (ko) | 2003-02-25 |
| US6425264B1 (en) | 2002-07-30 |
| NO20023842D0 (no) | 2002-08-14 |
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| CA2398008A1 (en) | 2003-02-16 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040816 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060905 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070213 |