JPH0814681A - 高圧一次閉冷凍ループと二次冷凍ループを用いる冷凍装置 - Google Patents
高圧一次閉冷凍ループと二次冷凍ループを用いる冷凍装置Info
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- JPH0814681A JPH0814681A JP7180575A JP18057595A JPH0814681A JP H0814681 A JPH0814681 A JP H0814681A JP 7180575 A JP7180575 A JP 7180575A JP 18057595 A JP18057595 A JP 18057595A JP H0814681 A JPH0814681 A JP H0814681A
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- F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
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- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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- F28F3/04—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
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- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/06—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高圧の一次冷凍ループと二次冷凍ループを用
いる冷却システムを提供すること。 【構成】 冷凍負荷に接続されており、二次冷媒を冷却
するための二次熱交換手段を含む二次冷媒ループと、２
気圧を越える高圧力で作動する一次閉冷凍ループとから
成り、一次冷凍ループは、圧縮された一次冷媒を創生す
るための冷媒圧縮手段と、圧縮された一次冷媒を冷却す
るように該高圧力の３０％以上の圧力にまで膨脹させ、
二次冷媒を冷却するために一次冷媒を二次熱交換手段へ
移送するための膨脹手段を備えた順方向流路と、一次冷
媒を二次熱交換手段から冷媒圧縮手段へ戻す戻り流路と
を含むことを特徴とする冷凍装置。
いる冷却システムを提供すること。 【構成】 冷凍負荷に接続されており、二次冷媒を冷却
するための二次熱交換手段を含む二次冷媒ループと、２
気圧を越える高圧力で作動する一次閉冷凍ループとから
成り、一次冷凍ループは、圧縮された一次冷媒を創生す
るための冷媒圧縮手段と、圧縮された一次冷媒を冷却す
るように該高圧力の３０％以上の圧力にまで膨脹させ、
二次冷媒を冷却するために一次冷媒を二次熱交換手段へ
移送するための膨脹手段を備えた順方向流路と、一次冷
媒を二次熱交換手段から冷媒圧縮手段へ戻す戻り流路と
を含むことを特徴とする冷凍装置。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、低温冷凍を供給するた
めの装置に関し、特に、一次冷凍ループと二次冷凍ルー
プを用いる冷却システムに関する。
めの装置に関し、特に、一次冷凍ループと二次冷凍ルー
プを用いる冷却システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】食品冷凍工業においては、脱水損失の少
ない高品質の冷凍食品を得るために約−１９６°Ｃ（−
３２０°Ｆ）の温度で作動する低温液体窒素による冷凍
装置が用いられる。−４０°Ｃ（−４０°Ｆ）程度の比
較的高い温度で作動するアンモニア・フレオン蒸気圧縮
式機械的冷凍装置は、一般に、経済的に食品を冷凍する
のに用いられているが、冷凍に要する時間が長く、脱水
損失も大きい。
ない高品質の冷凍食品を得るために約−１９６°Ｃ（−
３２０°Ｆ）の温度で作動する低温液体窒素による冷凍
装置が用いられる。−４０°Ｃ（−４０°Ｆ）程度の比
較的高い温度で作動するアンモニア・フレオン蒸気圧縮
式機械的冷凍装置は、一般に、経済的に食品を冷凍する
のに用いられているが、冷凍に要する時間が長く、脱水
損失も大きい。
【０００３】近年、−４０°Ｃ〜−５１°Ｃ（−４０°
Ｆ〜−６０°Ｆ）程度の比較的高い温度で、しかも、脱
水損失の少ない高品質の冷凍食品を生成する高性能の蒸
気圧縮式機械的冷凍装置が開発された。しかし、それら
は比較的高い温度で作動するので、高性能の機械的フリ
ーザ（冷凍器）に随伴する脱水損失の点で改善の余地を
残している。又、それらは、通常、共通の冷媒を使用す
ることに随伴する制約のために低温で作動することはで
きない。もし低温冷媒システム（低温冷媒で作動するシ
ステム）を開発することができれば、脱水損失を相当に
減少させることができるであろう。
Ｆ〜−６０°Ｆ）程度の比較的高い温度で、しかも、脱
水損失の少ない高品質の冷凍食品を生成する高性能の蒸
気圧縮式機械的冷凍装置が開発された。しかし、それら
は比較的高い温度で作動するので、高性能の機械的フリ
ーザ（冷凍器）に随伴する脱水損失の点で改善の余地を
残している。又、それらは、通常、共通の冷媒を使用す
ることに随伴する制約のために低温で作動することはで
きない。もし低温冷媒システム（低温冷媒で作動するシ
ステム）を開発することができれば、脱水損失を相当に
減少させることができるであろう。
【０００４】機械的冷凍装置より低温で作動する逆ブレ
イトンサイクル式冷気直接接触型冷凍装置が開発され
た。このシステムは、冷気（低温空気）を創生してそれ
を高速度で食品に直接吹き付けることによって食品を冷
却する。冷気は、圧縮/ 膨脹によって創生されて、フリ
ーザ内へ噴射される。フリーザから出てきた空気は、濾
過されて粗大粒子を除去され、空気の冷温は熱交換器に
よって回収される。かくして暖まった空気流は、大気へ
排出されるか、圧縮機へ再循還される（例えば、米国特
許第５，２６７，４４９号参照）。このシステムは、比
較的高い温度下で冷凍を創生するので、運転コストの面
で液体窒素式冷凍装置と競合できるが、その運転コスト
は、たとえ脱水損失の改善を考慮に入れたとしても、高
性能の機械的フリーザのそれよりは高い。
イトンサイクル式冷気直接接触型冷凍装置が開発され
た。このシステムは、冷気（低温空気）を創生してそれ
を高速度で食品に直接吹き付けることによって食品を冷
却する。冷気は、圧縮/ 膨脹によって創生されて、フリ
ーザ内へ噴射される。フリーザから出てきた空気は、濾
過されて粗大粒子を除去され、空気の冷温は熱交換器に
よって回収される。かくして暖まった空気流は、大気へ
排出されるか、圧縮機へ再循還される（例えば、米国特
許第５，２６７，４４９号参照）。このシステムは、比
較的高い温度下で冷凍を創生するので、運転コストの面
で液体窒素式冷凍装置と競合できるが、その運転コスト
は、たとえ脱水損失の改善を考慮に入れたとしても、高
性能の機械的フリーザのそれよりは高い。
【０００５】逆ブレイトンサイクル式冷気直接接触型冷
凍装置の動力所要量は、幾つかの理由から機械的冷凍装
置に比べて高い。空気循環流量が低い運転状態では、製
品を冷却するのに十分な冷凍を供給するには、フリーザ
の前後間の空気の温度上昇を大きくしなければならな
い。フリーザは大気圧で作動しているので、圧縮機及び
タービン（膨脹機）の前後間の圧力比を大きくしなけれ
ばならない。その結果、動力所要量が高くなる。空気循
環流量が高い運転状態では、フリーザを通しての空気の
温度上昇が小さく、圧縮機及びタービンの前後間の圧力
比も小さい。しかしながら、フリーザは大気圧で作動し
ているので、例えばフィルタや事前浄化機を通しての圧
力損失が、動作圧力に比べて比較的大きい。従って、や
はり動力所要量が高くなる。動力所要量が最少限になる
点は、これらの２つの駆動力（空気循環流量が低い運転
状態での駆動力と空気循環流量が高い運転状態での駆動
力）の組み合わせが最少限にされる点であるが、その最
少限の動力所要量でさえも、一般には、機械的冷凍装置
に比べて大きい。
凍装置の動力所要量は、幾つかの理由から機械的冷凍装
置に比べて高い。空気循環流量が低い運転状態では、製
品を冷却するのに十分な冷凍を供給するには、フリーザ
の前後間の空気の温度上昇を大きくしなければならな
い。フリーザは大気圧で作動しているので、圧縮機及び
タービン（膨脹機）の前後間の圧力比を大きくしなけれ
ばならない。その結果、動力所要量が高くなる。空気循
環流量が高い運転状態では、フリーザを通しての空気の
温度上昇が小さく、圧縮機及びタービンの前後間の圧力
比も小さい。しかしながら、フリーザは大気圧で作動し
ているので、例えばフィルタや事前浄化機を通しての圧
力損失が、動作圧力に比べて比較的大きい。従って、や
はり動力所要量が高くなる。動力所要量が最少限になる
点は、これらの２つの駆動力（空気循環流量が低い運転
状態での駆動力と空気循環流量が高い運転状態での駆動
力）の組み合わせが最少限にされる点であるが、その最
少限の動力所要量でさえも、一般には、機械的冷凍装置
に比べて大きい。
【０００６】冷凍ガスを冷凍すべき製品に直接接触させ
て通した後、再循環し、圧縮し、膨脹させて再使用する
直接接触型冷凍装置は、幾つかの先行特許に開示されて
いるが、それらの従来技術のシステムは直接接触型であ
り、大気圧の冷媒ガスを適用するので、ガス中に帯同さ
れた粒状物や水が冷凍装置の過度の劣化を惹起すること
がないようにするためにガスの戻り流路内にフィルタや
脱水機等を配設する必要がある。このような開放ループ
型冷凍装置は、上述した米国特許第５，２６７，４４９
号を始め、米国特許第３，６９６，６３７号、３，８６
８，８２７号、４，３１５，４０９号、４，３１７，６
６５号及び４，７３０，４６４号に開示されている。
て通した後、再循環し、圧縮し、膨脹させて再使用する
直接接触型冷凍装置は、幾つかの先行特許に開示されて
いるが、それらの従来技術のシステムは直接接触型であ
り、大気圧の冷媒ガスを適用するので、ガス中に帯同さ
れた粒状物や水が冷凍装置の過度の劣化を惹起すること
がないようにするためにガスの戻り流路内にフィルタや
脱水機等を配設する必要がある。このような開放ループ
型冷凍装置は、上述した米国特許第５，２６７，４４９
号を始め、米国特許第３，６９６，６３７号、３，８６
８，８２７号、４，３１５，４０９号、４，３１７，６
６５号及び４，７３０，４６４号に開示されている。
【０００７】一方、閉ループ型冷凍装置も広く用いられ
ている。閉ループ型冷凍装置は、閉流路内に維持され
る、通常高い圧力下で一次冷媒を用いて作動され、熱交
換器を通して熱交換が行われる。このような閉ループ型
冷凍装置は、例えば、ガス液化プロセスに利用されてお
り、液化すべきガスを熱交換器の一方の流路を通して通
流させ、一次冷媒を熱交換器の他方の独立した流路を通
して通流させる。この種のシステムは、米国特許第３，
１４４，３１６号及び４，７７８，４９７号に開示され
ている。
ている。閉ループ型冷凍装置は、閉流路内に維持され
る、通常高い圧力下で一次冷媒を用いて作動され、熱交
換器を通して熱交換が行われる。このような閉ループ型
冷凍装置は、例えば、ガス液化プロセスに利用されてお
り、液化すべきガスを熱交換器の一方の流路を通して通
流させ、一次冷媒を熱交換器の他方の独立した流路を通
して通流させる。この種のシステムは、米国特許第３，
１４４，３１６号及び４，７７８，４９７号に開示され
ている。
【０００８】上記米国特許第３，６９６，６３７号は、
一次冷媒の多段階圧縮と２段階膨脹を実施し、膨脹段階
によって創生された馬力を利用して最終段階の冷媒圧縮
の動力とする冷凍創生装置を開示している。
一次冷媒の多段階圧縮と２段階膨脹を実施し、膨脹段階
によって創生された馬力を利用して最終段階の冷媒圧縮
の動力とする冷凍創生装置を開示している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、冷却
すべき製品に接触する冷媒ガスを冷凍サイクル中の事後
の圧縮及び膨脹工程にかけることを回避するようにした
改良型冷凍装置を提供することである。
すべき製品に接触する冷媒ガスを冷凍サイクル中の事後
の圧縮及び膨脹工程にかけることを回避するようにした
改良型冷凍装置を提供することである。
【００１０】本発明の他の目的は、主（一次）冷凍創生
ループを高圧下で作動させ、それによって所要動力を低
減し、冷凍装置の構成機器の小型化を可能にする改良型
冷凍装置を提供することである。
ループを高圧下で作動させ、それによって所要動力を低
減し、冷凍装置の構成機器の小型化を可能にする改良型
冷凍装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、二次冷媒を大気圧又はそれに近い圧力で
冷凍負荷（冷却又は冷凍すべき食品等の製品を収容した
フリーザ室）に導入するために該冷凍負荷に接続されて
おり、二次冷媒を冷却するための二次熱交換手段を含む
二次冷媒ループと、２気圧を越える高圧力で作動する一
次閉冷凍ループとから成り、該一次閉冷凍ループは、圧
縮された一次冷媒を創生するための一次冷媒圧縮手段
と、該圧縮された一次冷媒を受取り冷却するための一次
熱交換器と、前記二次冷媒を冷却するために、該膨脹せ
しめられた一次冷媒を更に冷却し、前記二次熱交換手段
へ移送するための膨脹手段を備えた順方向流路と、該一
次冷媒を該二次熱交換手段から一次熱交換器へ、次いで
一次冷媒圧縮手段へ戻す戻り流路とを含むことを特徴と
する冷凍装置を提供する。かくして、一次熱交換器は、
戻り流路の冷媒と順方向流路の冷媒との間で熱交換さ
せ、順方向流路の冷媒を冷却する作用をする。
決するために、二次冷媒を大気圧又はそれに近い圧力で
冷凍負荷（冷却又は冷凍すべき食品等の製品を収容した
フリーザ室）に導入するために該冷凍負荷に接続されて
おり、二次冷媒を冷却するための二次熱交換手段を含む
二次冷媒ループと、２気圧を越える高圧力で作動する一
次閉冷凍ループとから成り、該一次閉冷凍ループは、圧
縮された一次冷媒を創生するための一次冷媒圧縮手段
と、該圧縮された一次冷媒を受取り冷却するための一次
熱交換器と、前記二次冷媒を冷却するために、該膨脹せ
しめられた一次冷媒を更に冷却し、前記二次熱交換手段
へ移送するための膨脹手段を備えた順方向流路と、該一
次冷媒を該二次熱交換手段から一次熱交換器へ、次いで
一次冷媒圧縮手段へ戻す戻り流路とを含むことを特徴と
する冷凍装置を提供する。かくして、一次熱交換器は、
戻り流路の冷媒と順方向流路の冷媒との間で熱交換さ
せ、順方向流路の冷媒を冷却する作用をする。
【００１２】
【実施例】以下の説明から明らかになるように、本発明
は、冷凍を創生し、冷凍を２つの別個の流れとして送給
することによって食品又はその他の製品の冷却又は冷凍
を可能にする。冷凍は、一次閉ループ圧縮／膨脹サイク
ルで創生される。冷媒として使用するガスは空気が好ま
しい。冷媒ガスとしての空気を圧縮し、冷却し、膨脹さ
せて低温にする。次いで、その空気をフリーザ室の内部
又は外部に配置された熱交換器に通し、二次開放冷媒ル
ープ内の二次冷媒流を冷却させる。この二次冷媒は、ガ
ス、液体又は固形粒子であってよい。この冷却された二
次冷媒、例えば空気がフリーザ室内の製品へ冷凍を供給
し、製品を冷却する。
は、冷凍を創生し、冷凍を２つの別個の流れとして送給
することによって食品又はその他の製品の冷却又は冷凍
を可能にする。冷凍は、一次閉ループ圧縮／膨脹サイク
ルで創生される。冷媒として使用するガスは空気が好ま
しい。冷媒ガスとしての空気を圧縮し、冷却し、膨脹さ
せて低温にする。次いで、その空気をフリーザ室の内部
又は外部に配置された熱交換器に通し、二次開放冷媒ル
ープ内の二次冷媒流を冷却させる。この二次冷媒は、ガ
ス、液体又は固形粒子であってよい。この冷却された二
次冷媒、例えば空気がフリーザ室内の製品へ冷凍を供給
し、製品を冷却する。
【００１３】本発明の一次閉冷凍ループ（「一次冷凍ル
ープ」又は単に「一次ループ」とも称する）は、高圧下
で作動し、内部圧縮機及びタービン膨脹機（回転膨脹
機）の前後間の圧力比を高くすることなく、冷凍を創生
することを可能にする。一次閉ループは、高い圧力で作
動するので、圧力損失が動力所要量に余り影響しない。
更に、内部圧縮機及びタービン膨脹機の前後間の圧力比
が低いので、圧力損失（圧力降下）が少なく、圧縮に要
する動力が比較的少なくてすむ。二次開放ループ内を流
れる熱交換流体（二次冷媒）が、直接吹き付け接触によ
って固体又は液体製品を好ましくは冷却し、又は冷凍す
る。
ープ」又は単に「一次ループ」とも称する）は、高圧下
で作動し、内部圧縮機及びタービン膨脹機（回転膨脹
機）の前後間の圧力比を高くすることなく、冷凍を創生
することを可能にする。一次閉ループは、高い圧力で作
動するので、圧力損失が動力所要量に余り影響しない。
更に、内部圧縮機及びタービン膨脹機の前後間の圧力比
が低いので、圧力損失（圧力降下）が少なく、圧縮に要
する動力が比較的少なくてすむ。二次開放ループ内を流
れる熱交換流体（二次冷媒）が、直接吹き付け接触によ
って固体又は液体製品を好ましくは冷却し、又は冷凍す
る。
【００１４】本発明の冷凍装置は、好ましくは−５１°
Ｃ（−６０°Ｆ）未満の温度で作動する逆ブレイトンサ
イクルを利用する。かくして、冷凍食品の脱水損失の著
しい改善が達成される。本発明は、フリーザ（冷凍負
荷）を約−６８°Ｃ（−９０°Ｆ）の温度で作動させた
場合に、脱水損失及び所要動力を最少限にする上で最適
であることが認められた。
Ｃ（−６０°Ｆ）未満の温度で作動する逆ブレイトンサ
イクルを利用する。かくして、冷凍食品の脱水損失の著
しい改善が達成される。本発明は、フリーザ（冷凍負
荷）を約−６８°Ｃ（−９０°Ｆ）の温度で作動させた
場合に、脱水損失及び所要動力を最少限にする上で最適
であることが認められた。
【００１５】図１を参照して、本発明の方法の好ましい
実施例を組み入れた冷凍装置を説明する。この説明は、
単に例示の目的で、図１の冷凍装置が０°Ｃ（３２°
Ｆ）のフリーザ入口温度を有する（フリーザの入口に入
ってくるときの温度が０°Ｃである）導入製品（食品）
の流れを冷却し、−１８°Ｃ（０°Ｆ）の温度を有する
冷凍製品を生成する場合を想定している。即ち、フリー
ザ室（単に「フリーザ」とも称する）１０へは、導入製
品の流れ１２が０°Ｃ（３２°Ｆ）の温度で導入され、
排出製品（冷凍済み製品）の流れ１４は、−１８°Ｃ
（０°Ｆ）の出口温度でフリーザ室から排出される。フ
リーザ１０内へ噴射される冷凍空気（冷気）は、フリー
ザ室１０内で製品に直接吹き付けられて冷凍作用を行
う。フリーザへの冷気（冷却された冷媒）の導入温度
（入口温度）を−７３°Ｃ（−１００°Ｆ）とし、フリ
ーザからの排出温度（出口温度）を−６８°Ｃ（−９０
°Ｆ）とすることによって最適な−６８°Ｃ（−９０°
Ｆ）の冷凍温度が得られる。
実施例を組み入れた冷凍装置を説明する。この説明は、
単に例示の目的で、図１の冷凍装置が０°Ｃ（３２°
Ｆ）のフリーザ入口温度を有する（フリーザの入口に入
ってくるときの温度が０°Ｃである）導入製品（食品）
の流れを冷却し、−１８°Ｃ（０°Ｆ）の温度を有する
冷凍製品を生成する場合を想定している。即ち、フリー
ザ室（単に「フリーザ」とも称する）１０へは、導入製
品の流れ１２が０°Ｃ（３２°Ｆ）の温度で導入され、
排出製品（冷凍済み製品）の流れ１４は、−１８°Ｃ
（０°Ｆ）の出口温度でフリーザ室から排出される。フ
リーザ１０内へ噴射される冷凍空気（冷気）は、フリー
ザ室１０内で製品に直接吹き付けられて冷凍作用を行
う。フリーザへの冷気（冷却された冷媒）の導入温度
（入口温度）を−７３°Ｃ（−１００°Ｆ）とし、フリ
ーザからの排出温度（出口温度）を−６８°Ｃ（−９０
°Ｆ）とすることによって最適な−６８°Ｃ（−９０°
Ｆ）の冷凍温度が得られる。
【００１６】二次冷却ループ（「二次冷凍ループ」又は
単に「二次ループ」とも称する）１６は、開放ループで
あっても、閉ループであってもよく、ブロア１８と、二
次熱交換器２０と、フリーザ室１０をブロア１８を経て
熱交換器２０に接続する導管１９と、熱交換器２０をフ
リーザ室１０に接続する導管２２から成る。ブロア１８
は、フリーザ室１０からの排出空気を導管１９を通して
二次熱交換器２０へ供給し、そこから導管２２を通して
フリーザ室１０へ戻す。１８°Ｃ（３２°Ｆ）の製品温
度差を得る（即ち、０°Ｃから−１８°Ｃに冷凍する）
ためには製品から相当な量の熱を除去しなければならな
い。フリーザ室１０に導入される空気の圧力は、通常は
大気圧とするが、１気圧から２気圧の範囲とすることが
できる。二次冷却ループ１６内を流れる二次冷媒は、必
ずしも全部を熱交換器２０に通さなくてもよい。
単に「二次ループ」とも称する）１６は、開放ループで
あっても、閉ループであってもよく、ブロア１８と、二
次熱交換器２０と、フリーザ室１０をブロア１８を経て
熱交換器２０に接続する導管１９と、熱交換器２０をフ
リーザ室１０に接続する導管２２から成る。ブロア１８
は、フリーザ室１０からの排出空気を導管１９を通して
二次熱交換器２０へ供給し、そこから導管２２を通して
フリーザ室１０へ戻す。１８°Ｃ（３２°Ｆ）の製品温
度差を得る（即ち、０°Ｃから−１８°Ｃに冷凍する）
ためには製品から相当な量の熱を除去しなければならな
い。フリーザ室１０に導入される空気の圧力は、通常は
大気圧とするが、１気圧から２気圧の範囲とすることが
できる。二次冷却ループ１６内を流れる二次冷媒は、必
ずしも全部を熱交換器２０に通さなくてもよい。
【００１７】二次冷却ループ１６内の循環空気（二次冷
媒）を冷却するための冷凍は、二次熱交換器２０を含む
高圧の一次閉冷凍ループ２４内で創生される。一次閉冷
凍ループ２４内の冷媒（一次冷媒）としては、空気を用
いることが好ましい。一次閉冷凍ループ２４の一次冷媒
（冷却された空気）は、導管２６を通して例えば−７３
°Ｃ（−１００°Ｆ）の温度で、１０．４０Ｋｇ／ｃｍ
2 （絶対圧）（１４８ｐｓｉａ）の圧力で二次熱交換器
２０へ導入され、二次開放冷却ループ１６内の低圧循環
空気流との熱交換によって温められ、二次熱交換器２０
から約−７１°Ｃ（−９５°Ｆ）の温度で導管２８内へ
戻される。次いで、この戻り一次冷媒は、一次熱交換器
３０に流入して、そこで導管３２内を通る供給一次冷媒
流との熱交換によって更に温められて、約２０°Ｃ（６
８°Ｆ）の温度で、１０．４０Ｋｇ／ｃｍ2 （絶対圧）
（１４８ｐｓｉａ）の圧力で一次熱交換器３０から導管
３４を通って流出する。変型実施例として、フリーザ１
０を図１に示されるように二次熱交換器２０と別体とせ
ず、一体にしてもよい。
媒）を冷却するための冷凍は、二次熱交換器２０を含む
高圧の一次閉冷凍ループ２４内で創生される。一次閉冷
凍ループ２４内の冷媒（一次冷媒）としては、空気を用
いることが好ましい。一次閉冷凍ループ２４の一次冷媒
（冷却された空気）は、導管２６を通して例えば−７３
°Ｃ（−１００°Ｆ）の温度で、１０．４０Ｋｇ／ｃｍ
2 （絶対圧）（１４８ｐｓｉａ）の圧力で二次熱交換器
２０へ導入され、二次開放冷却ループ１６内の低圧循環
空気流との熱交換によって温められ、二次熱交換器２０
から約−７１°Ｃ（−９５°Ｆ）の温度で導管２８内へ
戻される。次いで、この戻り一次冷媒は、一次熱交換器
３０に流入して、そこで導管３２内を通る供給一次冷媒
流との熱交換によって更に温められて、約２０°Ｃ（６
８°Ｆ）の温度で、１０．４０Ｋｇ／ｃｍ2 （絶対圧）
（１４８ｐｓｉａ）の圧力で一次熱交換器３０から導管
３４を通って流出する。変型実施例として、フリーザ１
０を図１に示されるように二次熱交換器２０と別体とせ
ず、一体にしてもよい。
【００１８】次いで、戻り一次冷媒は、第１圧縮機３６
と第２圧縮機３８から成る２段階圧縮システム内で圧縮
される。即ち、戻り冷媒空気流は、第１圧縮機３６にお
いて１０．４０Ｋｇ／ｃｍ2 （絶対圧）（１４８ｐｓｉ
ａ）から１１．６７Ｋｇ／ｃｍ2 （絶対圧）（１６６ｐ
ｓｉａ）の圧力にまで圧縮される。第１圧縮機３６の出
口での圧縮空気流の温度は３１°Ｃ（８７°Ｆ）であ
る。この圧縮空気流は、中間冷却器４０で（冷却水を用
いて）約２１°Ｃ（７０°Ｆ）にまで冷却された後、第
２圧縮機３８へ送られ、そこで１２．６５Ｋｇ／ｃｍ2
（絶対圧）（１８０ｐｓｉａ）の圧力にまで圧縮され
る。第２圧縮機３８は、下流のタービン膨脹機４２に機
械的に連結されている。この機械的連結は、線４４，４
６によって図解的に示されている。圧縮機３６，３８の
動力所要量は、第２圧縮機３８を下流のタービン膨脹機
４２によって直接駆動することができるように調節する
ことができる。即ち、タービン膨脹機４２において生じ
る流体の膨脹から得られる仕事を第２圧縮機３８に直接
伝達することができるようにする。
と第２圧縮機３８から成る２段階圧縮システム内で圧縮
される。即ち、戻り冷媒空気流は、第１圧縮機３６にお
いて１０．４０Ｋｇ／ｃｍ2 （絶対圧）（１４８ｐｓｉ
ａ）から１１．６７Ｋｇ／ｃｍ2 （絶対圧）（１６６ｐ
ｓｉａ）の圧力にまで圧縮される。第１圧縮機３６の出
口での圧縮空気流の温度は３１°Ｃ（８７°Ｆ）であ
る。この圧縮空気流は、中間冷却器４０で（冷却水を用
いて）約２１°Ｃ（７０°Ｆ）にまで冷却された後、第
２圧縮機３８へ送られ、そこで１２．６５Ｋｇ／ｃｍ2
（絶対圧）（１８０ｐｓｉａ）の圧力にまで圧縮され
る。第２圧縮機３８は、下流のタービン膨脹機４２に機
械的に連結されている。この機械的連結は、線４４，４
６によって図解的に示されている。圧縮機３６，３８の
動力所要量は、第２圧縮機３８を下流のタービン膨脹機
４２によって直接駆動することができるように調節する
ことができる。即ち、タービン膨脹機４２において生じ
る流体の膨脹から得られる仕事を第２圧縮機３８に直接
伝達することができるようにする。
【００１９】第２圧縮機３８から出たとき、圧縮空気流
（供給一次冷媒）は、１２．６５Ｋｇ／ｃｍ2 （絶対
圧）（１８０ｐｓｉａ）の圧力を有し、３１°Ｃ（８７
°Ｆ）の温度を有する。この圧縮空気流は、中間冷却器
４８で冷却され、２１°Ｃ（７０°Ｆ）の温度で導管３
２を通して一次熱交換器３０に通され、そこで導管２８
を通る戻り空気流（戻り一次冷媒）との熱交換によって
冷却される。その結果、一次熱交換器３０から導管５０
を通って出てくる供給一次冷媒空気は、−６９°Ｃ（−
９２°Ｆ）である。次いで、この圧縮空気流は、タービ
ン膨脹機４２において膨脹せしめられ、先に述べたよう
に、圧縮機３８を直接駆動するのに十分な仕事を創生す
る。タービン膨脹機４２から出てきた膨脹済み空気流
は、−７８．９°Ｃ（１１０°Ｆ）の温度、１０．４０
Ｋｇ／ｃｍ2 （絶対圧）（１４８ｐｓｉａ）を有し、導
管２６を通して二次熱交換器２０へ送られる。このよう
に、供給一次冷媒空気流は、高圧時の圧力（１８０ｐｓ
ｉａ）の約８２％の圧力に低下するまで膨脹せしめられ
る。この圧力比（１８０／１４８）は、僅か１．２であ
る。
（供給一次冷媒）は、１２．６５Ｋｇ／ｃｍ2 （絶対
圧）（１８０ｐｓｉａ）の圧力を有し、３１°Ｃ（８７
°Ｆ）の温度を有する。この圧縮空気流は、中間冷却器
４８で冷却され、２１°Ｃ（７０°Ｆ）の温度で導管３
２を通して一次熱交換器３０に通され、そこで導管２８
を通る戻り空気流（戻り一次冷媒）との熱交換によって
冷却される。その結果、一次熱交換器３０から導管５０
を通って出てくる供給一次冷媒空気は、−６９°Ｃ（−
９２°Ｆ）である。次いで、この圧縮空気流は、タービ
ン膨脹機４２において膨脹せしめられ、先に述べたよう
に、圧縮機３８を直接駆動するのに十分な仕事を創生す
る。タービン膨脹機４２から出てきた膨脹済み空気流
は、−７８．９°Ｃ（１１０°Ｆ）の温度、１０．４０
Ｋｇ／ｃｍ2 （絶対圧）（１４８ｐｓｉａ）を有し、導
管２６を通して二次熱交換器２０へ送られる。このよう
に、供給一次冷媒空気流は、高圧時の圧力（１８０ｐｓ
ｉａ）の約８２％の圧力に低下するまで膨脹せしめられ
る。この圧力比（１８０／１４８）は、僅か１．２であ
る。
【００２０】この高圧ガス冷凍装置において失われた一
次冷媒のガスを補給するために、一次閉冷凍ループ２４
に補給冷媒供給源５２が接続されている。補給冷媒供給
源５２は、浄化作用を高めるために線６１で図解的に示
されるようにループ２４に熱的に接続された浄化機６０
を備えている。
次冷媒のガスを補給するために、一次閉冷凍ループ２４
に補給冷媒供給源５２が接続されている。補給冷媒供給
源５２は、浄化作用を高めるために線６１で図解的に示
されるようにループ２４に熱的に接続された浄化機６０
を備えている。
【００２１】二次熱交換器２０は、図３及び４を参照し
て以下に説明するように、二次冷却ループ１６の冷媒空
気に帯同された水分が凍結することによって生じる粒状
物及び、又は霜による管の詰まりを防止するように設計
される。そのような詰まりの問題を回避するために、二
次冷却ループ１６の冷媒空気を通す二次熱交換器２０内
の冷媒流路即ち空気流チャンネル（「熱交換チャンネ
ル」とも称する）を直線状とし、それらの空気流チャン
ネル内を通る冷媒空気の流速を３．０５〜９．１４ｍ
（１０〜３０ｆｔ）／秒の範囲とすることが好ましい。
空気流チャンネルを直線状にすることと、空気流の流速
を上記の範囲に選択することとが相俟って、湾曲した空
気流チャンネルや、遅い空気流が使用されたとすれば起
るであろう熱交換器２０内の詰まりを効果的に防止す
る。
て以下に説明するように、二次冷却ループ１６の冷媒空
気に帯同された水分が凍結することによって生じる粒状
物及び、又は霜による管の詰まりを防止するように設計
される。そのような詰まりの問題を回避するために、二
次冷却ループ１６の冷媒空気を通す二次熱交換器２０内
の冷媒流路即ち空気流チャンネル（「熱交換チャンネ
ル」とも称する）を直線状とし、それらの空気流チャン
ネル内を通る冷媒空気の流速を３．０５〜９．１４ｍ
（１０〜３０ｆｔ）／秒の範囲とすることが好ましい。
空気流チャンネルを直線状にすることと、空気流の流速
を上記の範囲に選択することとが相俟って、湾曲した空
気流チャンネルや、遅い空気流が使用されたとすれば起
るであろう熱交換器２０内の詰まりを効果的に防止す
る。
【００２２】図２は、二次熱交換器２０をフリーザ室１
０に並置した構成を示す。冷却すべき空気は、導管１９
を通して二次熱交換器２０に導入され、二次熱交換器２
０において一次閉冷凍ループ２４の冷媒との熱交換によ
って冷却され、二次熱交換器２０から導管２２を通って
流出し、フリーザ室１０へ供給され、冷却又は冷凍すべ
き製品に吹き付けられた後、ブロア２８へ吸引される。
一次閉冷凍ループ２４の冷媒は、導管２６を通して二次
熱交換器２０に導入され、二次熱交換器２０から導管２
８を通って流出する。
０に並置した構成を示す。冷却すべき空気は、導管１９
を通して二次熱交換器２０に導入され、二次熱交換器２
０において一次閉冷凍ループ２４の冷媒との熱交換によ
って冷却され、二次熱交換器２０から導管２２を通って
流出し、フリーザ室１０へ供給され、冷却又は冷凍すべ
き製品に吹き付けられた後、ブロア２８へ吸引される。
一次閉冷凍ループ２４の冷媒は、導管２６を通して二次
熱交換器２０に導入され、二次熱交換器２０から導管２
８を通って流出する。
【００２３】図３は、二次熱交換器２０の上部の拡大透
視図であり、二次熱交換器２０内を通過した一次閉冷凍
ループ２４の冷媒を排出導管２８に送る高圧マニホール
ド６８の位置を示す。図３及び４では、内部構造がみら
れるように二次熱交換器２０及びその熱伝達構造体７０
の一部が破除されている。二次熱交換器２０の空気流路
内に、一次閉冷凍ループ２４の冷媒を通すための複数の
熱伝達構造体７０が配置されている。
視図であり、二次熱交換器２０内を通過した一次閉冷凍
ループ２４の冷媒を排出導管２８に送る高圧マニホール
ド６８の位置を示す。図３及び４では、内部構造がみら
れるように二次熱交換器２０及びその熱伝達構造体７０
の一部が破除されている。二次熱交換器２０の空気流路
内に、一次閉冷凍ループ２４の冷媒を通すための複数の
熱伝達構造体７０が配置されている。
【００２４】図４に示されるように、熱伝達構造体７０
は、一次閉冷凍ループ２４の冷媒を小マニホールド７４
へ通す複数の垂直チャンネル７２と、二次冷却ループ１
６の冷媒空気を導管１９から受取り、それを通す複数の
直線状空気流チャンネル即ち熱交換チャンネルを画定す
るフィン（熱交換表面）７６を備えている。かくして、
二次冷却ループ１６の冷媒空気は、熱伝達構造体７０に
おいて一次閉冷凍ループ２４の冷媒との熱交換により冷
却される。隣接するフィン７６と７６の間の間隔は、約
２．５４〜１２．７ｍｍ（約０．１〜０．５ｉｎ) と
し、好ましくは約７．６２ｍｍ（約０．３ｉｎ) とす
る。
は、一次閉冷凍ループ２４の冷媒を小マニホールド７４
へ通す複数の垂直チャンネル７２と、二次冷却ループ１
６の冷媒空気を導管１９から受取り、それを通す複数の
直線状空気流チャンネル即ち熱交換チャンネルを画定す
るフィン（熱交換表面）７６を備えている。かくして、
二次冷却ループ１６の冷媒空気は、熱伝達構造体７０に
おいて一次閉冷凍ループ２４の冷媒との熱交換により冷
却される。隣接するフィン７６と７６の間の間隔は、約
２．５４〜１２．７ｍｍ（約０．１〜０．５ｉｎ) と
し、好ましくは約７．６２ｍｍ（約０．３ｉｎ) とす
る。
【００２５】かくして、図２〜４に示されるような構造
とされた二次熱交換器２０は、効率的な熱伝達を達成す
るとともに、空気流チャンネル内に霜及び、又は粒状物
が堆積するのを防止する。即ち、空気流チャンネルを直
線状にすることと、空気流チャンネル内を通る空気流の
流速を高速にすることによって、詰まりを起させるよう
な物質の堆積を防止する。又、この二次熱交換器２０
は、製品を冷却又は冷凍するために循環冷媒を用いるこ
とができるように、フリーザ１０内に配置されたコンパ
クトなフィン付き管タイプとすることもできる。
とされた二次熱交換器２０は、効率的な熱伝達を達成す
るとともに、空気流チャンネル内に霜及び、又は粒状物
が堆積するのを防止する。即ち、空気流チャンネルを直
線状にすることと、空気流チャンネル内を通る空気流の
流速を高速にすることによって、詰まりを起させるよう
な物質の堆積を防止する。又、この二次熱交換器２０
は、製品を冷却又は冷凍するために循環冷媒を用いるこ
とができるように、フリーザ１０内に配置されたコンパ
クトなフィン付き管タイプとすることもできる。
【００２６】上述実施例においては、一次閉冷凍ループ
２４内の圧力差は、僅か２０％未満であることに注目す
べきである。即ち、導管２６内の膨脹空気流の圧力は、
導管５０内の圧縮空気流の圧力の８０％より大きい。一
般的に、膨脹空気流の圧力は、圧縮空気流の圧力の３０
％〜９０％の範囲であり、好ましい範囲は４０％〜９０
％、特に好ましい範囲は５０％〜８０％である。更に、
一次閉冷凍ループ２４を、膨脹操作の前後間の圧力降下
を小さくし、高い圧力下で作動させることによって、密
度の高い流体の流れを得ることができ、一次閉冷凍ルー
プ２４の構成機器として物理的に小型の機器を用いるこ
とを可能にする。
２４内の圧力差は、僅か２０％未満であることに注目す
べきである。即ち、導管２６内の膨脹空気流の圧力は、
導管５０内の圧縮空気流の圧力の８０％より大きい。一
般的に、膨脹空気流の圧力は、圧縮空気流の圧力の３０
％〜９０％の範囲であり、好ましい範囲は４０％〜９０
％、特に好ましい範囲は５０％〜８０％である。更に、
一次閉冷凍ループ２４を、膨脹操作の前後間の圧力降下
を小さくし、高い圧力下で作動させることによって、密
度の高い流体の流れを得ることができ、一次閉冷凍ルー
プ２４の構成機器として物理的に小型の機器を用いるこ
とを可能にする。
【００２７】又、一次閉冷凍ループ２４内の冷媒は、冷
却すべき製品と接触することがないので、汚染を防止す
るとともに、一次閉冷凍ループ２４内に脱水機やフィル
タを設ける必要性を排除する。二次冷却ループ１６は、
大気圧で作動し、冷凍すべき製品の特性に応じて必要な
らば、フィルタを用いることができる。
却すべき製品と接触することがないので、汚染を防止す
るとともに、一次閉冷凍ループ２４内に脱水機やフィル
タを設ける必要性を排除する。二次冷却ループ１６は、
大気圧で作動し、冷凍すべき製品の特性に応じて必要な
らば、フィルタを用いることができる。
【００２８】以上、本発明を特定の実施例に関連して説
明したが、一次閉冷凍ループ２４に使用される冷媒は必
ずしも空気である必要はなく、高い圧力下で作動するこ
とができる、窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素又
はそれらの混合物等の他の抵当な冷媒であってよい。
又、二次冷凍ループ１６に使用される好ましい冷媒は空
気であるが、一次閉冷凍ループ２４に用いることができ
るような他のガスを用いることもできる。一次閉冷凍ル
ープ２４内の高圧は、２気圧未満にすべきではなく、
７．０３〜１４．０６Ｋｇ／ｃｍ2 （絶対圧）（１００
〜２００ｐｓｉａ）の範囲とするのが好ましい。
明したが、一次閉冷凍ループ２４に使用される冷媒は必
ずしも空気である必要はなく、高い圧力下で作動するこ
とができる、窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素又
はそれらの混合物等の他の抵当な冷媒であってよい。
又、二次冷凍ループ１６に使用される好ましい冷媒は空
気であるが、一次閉冷凍ループ２４に用いることができ
るような他のガスを用いることもできる。一次閉冷凍ル
ープ２４内の高圧は、２気圧未満にすべきではなく、
７．０３〜１４．０６Ｋｇ／ｃｍ2 （絶対圧）（１００
〜２００ｐｓｉａ）の範囲とするのが好ましい。
【００２９】当業者には明らかなように、高圧の一次冷
凍ループを用いることは、必然的に、若干の利用可能な
冷凍容量を犠牲にしなければならないことを意味する。
なぜなら、冷媒ガスが利用可能な最低圧力、例えば大気
圧にまで完全に膨脹されないからである。しかしなが
ら、一次冷凍ループ２４内に高圧を維持することによっ
て、冷凍を創生するのに必要とされる動力を少なくする
ことができ、ループ内の流体の容積流量を低くすること
ができるので、一次冷凍ループに比較的低い圧力を用い
る場合に比べて、冷媒流を搬送するのに必要とされる機
器の動力及びサイズを小さくすることができる。ループ
内の流体の容積流量が低いということは、又、ループを
構成する導管及び機器を通しての圧力降下を小さくする
ので、ガス圧縮の大部分をガス膨脹による冷凍の創生に
利用することができる。
凍ループを用いることは、必然的に、若干の利用可能な
冷凍容量を犠牲にしなければならないことを意味する。
なぜなら、冷媒ガスが利用可能な最低圧力、例えば大気
圧にまで完全に膨脹されないからである。しかしなが
ら、一次冷凍ループ２４内に高圧を維持することによっ
て、冷凍を創生するのに必要とされる動力を少なくする
ことができ、ループ内の流体の容積流量を低くすること
ができるので、一次冷凍ループに比較的低い圧力を用い
る場合に比べて、冷媒流を搬送するのに必要とされる機
器の動力及びサイズを小さくすることができる。ループ
内の流体の容積流量が低いということは、又、ループを
構成する導管及び機器を通しての圧力降下を小さくする
ので、ガス圧縮の大部分をガス膨脹による冷凍の創生に
利用することができる。
【００３０】
【発明の効果】叙上のように、本発明の一次冷凍ループ
は、ループの各構成機器を通しての圧力降下を小さくす
るのみならず、圧縮された冷媒の容積流量を低くするこ
とにより導管及びその他の機器のサイズを小型化するこ
とを可能にする高い、圧力で作動する。本発明の一次冷
凍ループのもう１つの極めて重要な特徴は、冷媒膨脹に
随伴する圧力比を比較的小さくすることである。従来一
般に用いられている技術では、創生される冷凍容量を最
大限にし、より低い冷凍温度を得るために、圧縮された
冷媒を完全に膨脹させる。そのためには、一般に、圧縮
された冷媒を少くとも約１気圧に低下するまで膨脹させ
る必要がある。場合によっては、創生される冷凍容量を
一層大きくするために圧縮冷媒を大気圧以下の圧力にま
で膨脹させることもある。従って、従来技術では、冷凍
ループの大型機器、例えば、３〜８の圧力比で作動する
膨脹機を用いて冷凍容量を最大限にする。このような方
法とは異なり、本発明の一次冷凍ループは、冷媒の膨脹
時の圧力を従来の方法では約１気圧という低い圧力とす
るのに対して７．０３Ｋｇ／ｃｍ2 （絶対圧）（１００
ｐｓｉａ）台の高い圧力とし、圧力比を通常３未満、好
ましくは２未満とする。冷媒の膨脹時の圧力を高くする
ことと、圧力比を低くすることとのこの独特の組み合わ
せにより、冷媒の容積流量を高くする必要なしに所要の
冷凍容量を供給することができる。この組み合わせは、
又、製品冷却又は冷凍にとって望ましい冷凍レベルを正
確に達成することを可能にする。
は、ループの各構成機器を通しての圧力降下を小さくす
るのみならず、圧縮された冷媒の容積流量を低くするこ
とにより導管及びその他の機器のサイズを小型化するこ
とを可能にする高い、圧力で作動する。本発明の一次冷
凍ループのもう１つの極めて重要な特徴は、冷媒膨脹に
随伴する圧力比を比較的小さくすることである。従来一
般に用いられている技術では、創生される冷凍容量を最
大限にし、より低い冷凍温度を得るために、圧縮された
冷媒を完全に膨脹させる。そのためには、一般に、圧縮
された冷媒を少くとも約１気圧に低下するまで膨脹させ
る必要がある。場合によっては、創生される冷凍容量を
一層大きくするために圧縮冷媒を大気圧以下の圧力にま
で膨脹させることもある。従って、従来技術では、冷凍
ループの大型機器、例えば、３〜８の圧力比で作動する
膨脹機を用いて冷凍容量を最大限にする。このような方
法とは異なり、本発明の一次冷凍ループは、冷媒の膨脹
時の圧力を従来の方法では約１気圧という低い圧力とす
るのに対して７．０３Ｋｇ／ｃｍ2 （絶対圧）（１００
ｐｓｉａ）台の高い圧力とし、圧力比を通常３未満、好
ましくは２未満とする。冷媒の膨脹時の圧力を高くする
ことと、圧力比を低くすることとのこの独特の組み合わ
せにより、冷媒の容積流量を高くする必要なしに所要の
冷凍容量を供給することができる。この組み合わせは、
又、製品冷却又は冷凍にとって望ましい冷凍レベルを正
確に達成することを可能にする。
【００３１】本発明の冷凍しステムの利用可能な用途と
しては、食品の冷却及び、又は冷凍、タイヤの低温研
磨、薬品工業の冷凍乾燥、及び結晶化やガス凝縮等の化
学プロセスにおける熱除去等がある。
しては、食品の冷却及び、又は冷凍、タイヤの低温研
磨、薬品工業の冷凍乾燥、及び結晶化やガス凝縮等の化
学プロセスにおける熱除去等がある。
【００３２】以上、本発明を実施例に関連して説明した
が、本発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に
限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸
脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、い
ろいろな変更及び改変を加えることができることを理解
されたい。
が、本発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に
限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸
脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、い
ろいろな変更及び改変を加えることができることを理解
されたい。
【図１】図１は、本発明の一実施例による冷凍装置の概
略説明図である。
略説明図である。
【図２】図２は、図１のシステムに使用される好ましい
熱交換器とフリーザ室の透視図である。
熱交換器とフリーザ室の透視図である。
【図３】図３は、図２に示された熱交換器の一部分の透
視図である。
視図である。
【図４】図４は、図２に示された熱交換器の内部熱交換
構造体の一部分の透視図である。
構造体の一部分の透視図である。
１０：フリーザ（フリーザ室）（冷凍負荷） １６：二次冷凍（冷却）ループ １８：ブロア ２０：二次熱交換器 ２４：一次冷凍ループ ３０：一次熱交換器 ３６：圧縮機 ３８：圧縮機 ４２：タービン膨脹機 ５２：補給冷媒供給源 ６０：浄化機 ７０：熱伝達構造体 ７２：垂直チャンネル ７４：マニホールド ７６：フィン（熱交換表面）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーク・ジュリアン・ロバーツ アメリカ合衆国ニューヨーク州グランド・ アイランド、ハービー・ロード1966 (72)発明者 アラン・アチャーリヤ アメリカ合衆国ニューヨーク州イースト・ アマスト、トワイライト・レイン85 (72)発明者 カール・ジョゼフ・ハイム アメリカ合衆国ニューヨーク州アマスト、 トナウォンダ・クリーク・ロード3365 (72)発明者 アルフレッド・マイケル・チック アメリカ合衆国ニューヨーク州アマスト、 ヘリテジ・ロード・ウェスト69
Claims (20)
- 【請求項１】 二次冷媒を冷凍負荷に導入するために該
冷凍負荷に接続されており、二次冷媒を冷却するための
二次熱交換手段を含む二次冷媒ループと、２気圧を越え
る高圧力で作動する一次閉冷凍ループとから成り、該一
次閉冷凍ループは、圧縮された一次冷媒を創生するため
の一次冷媒圧縮手段と、該圧縮された一次冷媒を冷却す
るように該高圧力の３０％以上の圧力にまで膨脹させ、
前記二次冷媒を冷却するために該膨脹せしめられた一次
冷媒を前記二次熱交換手段へ移送するための膨脹手段を
備えた順方向流路と、該一次冷媒を該二次熱交換手段か
ら冷媒圧縮手段へ戻す戻り流路とを含むことを特徴とす
る冷凍装置。 - 【請求項２】 前記一次閉冷凍ループは、前記順方向流
路において前記冷媒圧縮手段からの圧縮された一次冷媒
を受けとり、前記戻り流路において前記二次熱交換手段
からの一次冷媒を受取り、該順方向流路と戻り流路との
間で熱交換させて該順方向流路の前記圧縮された一次冷
媒を冷却するための一次熱交換手段を含むことを特徴と
する請求項１に記載の冷凍装置。 - 【請求項３】 前記膨脹手段は、前記圧縮された一次冷
媒を前記高圧力の４０％〜９０％の範囲内の圧力にまで
膨脹させることを特徴とする請求項１に記載の冷凍装
置。 - 【請求項４】 前記膨脹手段は、前記圧縮された一次冷
媒を前記高圧力の５０％〜８０％の範囲内の圧力にまで
膨脹させることを特徴とする請求項１に記載の冷凍装
置。 - 【請求項５】 前記二次冷媒は冷却又は冷凍すべき製品
に直接吹き付けるられることを特徴とする請求項１に記
載の冷凍装置。 - 【請求項６】 前記圧縮手段は、第１圧縮機と第２圧縮
機とから成り、前記膨脹手段は、回転膨脹機から成り、
該第２圧縮機の動力所要量は、該第２圧縮機と前記回転
膨脹機とを直接機械的に連結することを可能にする大き
さに定められていることを特徴とする請求項１に記載の
冷凍装置。 - 【請求項７】 前記一次冷媒は、空気であることを特徴
とする請求項１に記載の冷凍装置。 - 【請求項８】 前記一次冷媒は、−５１°Ｃ（−６０°
Ｆ）未満の温度にまで冷却されることを特徴とする請求
項１に記載の冷凍装置。 - 【請求項９】 前記一次閉冷凍ループは、７．０３Ｋｇ
／ｃｍ2 （絶対圧）（１００ｐｓｉａ）を越える圧力に
維持されていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍
装置。 - 【請求項１０】 前記二次熱交換手段は、冷媒入口から
冷媒出口まで直線状の熱交換流路を有する熱交換構造体
を有することを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。 - 【請求項１１】 水分の冷凍によって生じる粒状物又は
霜により熱交換流路が詰まるのを防止するように、冷却
された冷媒ガスの流速を３．０５〜９．１４ｍ（１０〜
３０ｆｔ）／秒の範囲にするブロアが、前記二次熱交換
手段の前記冷媒入口に接続されていることを特徴とする
請求項１０に記載の冷凍装置。 - 【請求項１２】 前記二次熱交換手段の各隣接する熱交
換表面は、２．５４〜１２．７ｍｍ（０．１〜０．５ｉ
ｎ）の範囲の間隔をおいて配置されていることを特徴と
する請求項１１に記載の冷凍装置。 - 【請求項１３】 前記一次冷媒は、圧縮冷媒として機能
するのに適した熱力学的特性を有する空気及びその他の
ガス混合物から成る群から選択されたものであることを
特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。 - 【請求項１４】 前記一次閉冷凍ループは、浄化機を含
む補給冷媒供給源を備えており、該浄化機は、該一次閉
冷凍ループに熱的に連結されていることを特徴とする請
求項１に記載の冷凍装置。 - 【請求項１５】 前記冷凍負荷は、冷却又は冷凍すべき
製品を保持するための冷凍ユニットを含むことを特徴と
する請求項１に記載の冷凍装置。 - 【請求項１６】 二次冷媒を冷却するための二次熱交換
手段を含む二次冷媒ループを用いて二次冷媒を冷凍負荷
に導入し、 冷媒圧縮手段と膨脹手段を備えた順方向流路を含む一次
閉冷凍ループを準備し、該一次閉冷凍ループの冷媒圧縮
手段を通して一次冷媒を２気圧を越える高圧力に圧縮
し、 該圧縮された一次冷媒を冷却するように該高圧力の３０
％以上の圧力にまで膨脹させ、 前記二次冷媒を冷却するために前記該膨脹手段から膨脹
せしめられた一次冷媒を前記二次熱交換手段へ移送し、 次いで、該一次冷媒を戻り流路を通して前記冷媒圧縮手
段へ送給することから成る冷凍方法。 - 【請求項１７】 前記膨脹工程において、前記圧縮され
た一次冷媒を前記高圧力の４０％〜９０％の範囲内の圧
力にまで膨脹させることを特徴とする請求項１６に記載
の冷凍方法。 - 【請求項１８】 前記一次冷媒は、−５１°Ｃ（−６０
°Ｆ）未満の温度にまで冷却されることを特徴とする請
求項１７に記載の冷凍方法。 - 【請求項１９】 前記一次閉冷凍ループは、７．０３Ｋ
ｇ／ｃｍ2 （絶対圧）（１００ｐｓｉａ）を越える圧力
に維持されることを特徴とする請求項１８に記載の冷凍
方法。 - 【請求項２０】 前記二次冷媒は、冷却又は冷凍すべき
製品に直接吹き付けるられることを特徴とする請求項１
６に記載の冷凍方法。
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