JPH1089788A - 被冷却物の冷却方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱負荷変動が大きく、かつ、冷却温度が極低
温領域に及ぶ場合でも、高効率で安定した寒冷を発生さ
せ、寒冷発生動力費を低減するとともに冷却起動時間を
短縮することができる被冷却物の冷却方法及び装置を提
供する。 【解決手段】 一次圧縮機２０，二次圧縮機２２ａ，２
２ｂで圧縮した圧縮空気を、回収熱交換器２４，循環冷
媒熱交換器２５等で冷却した後、被冷却物２９ａの熱負
荷変動に応じて仕様の異なる膨張タービン２７ａ，２７
ｂに切換え導入し、断熱膨張させた低温空気で被冷却物
２９ａを冷却する。被冷却物２９ａを冷却した後の低温
空気を回収し、低温熱交換器２６や蓄冷熱交換器３１で
断熱膨張前の圧縮空気を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被冷却物の冷却方
法及び装置に関し、詳しくは、圧縮冷媒ガスを断熱膨張
させて発生させた低温冷媒ガスにより被冷却物を冷却す
る方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧縮冷媒ガスを断熱膨張させることによ
り得られた低温冷媒ガスで被冷却物を冷却する方法にお
いて、被冷却物を冷却した後の低温冷媒ガスを回収し、
回収した低温冷媒ガスに残る冷熱で、断熱膨張前の圧縮
冷媒ガスを冷却する方法は、従来から種々提案されてい
る。

【０００３】例えば、図２に示す方法は、冷媒ガス圧縮
機１，２で圧縮されて経路１１に導出した圧縮冷媒ガス
は、熱交換器３を通り、膨張タービン４で断熱膨張して
低温冷媒ガスとなり、経路１２に導出して被冷却物収納
装置５に導かれ、該被冷却物収納装置５内の被冷却物５
ａを冷却する。被冷却物５ａを冷却した後、まだ寒冷が
残っている低温冷媒ガスは、経路１３に回収されて前記
熱交換器３に導かれ、該熱交換器３で前記経路１１から
導入される断熱膨張前の圧縮冷媒ガスと熱交換し、圧縮
冷媒ガスを冷却している。

【０００４】また、図３に示す方法は、冷媒ガス圧縮機
１，２で圧縮されて経路１１に導出した圧縮冷媒ガス
は、熱交換器３を通り、膨張タービン４で断熱膨張して
低温冷媒ガスとなり、経路１２を通って蓄冷器６に導入
され、該蓄冷器６内の蓄冷材６ａを冷却することによっ
て蓄冷器６に寒冷を蓄積する。蓄冷材６ａを冷却した後
の低温冷媒ガスは、経路１４に回収されて前記熱交換器
３に導かれ、該熱交換器３で、前記経路１１から導入さ
れる断熱膨張前の圧縮冷媒ガスと熱交換し、圧縮冷媒ガ
スを冷却している。

【０００５】この場合、被冷却物収納装置５内の被冷却
物５ａは、蓄冷器６内の蓄冷材６ａに蓄積された寒冷と
熱交換して経路１５に導出し、冷媒ポンプ７を経由して
被冷却物収納装置５に導入される循環冷媒で間接的に冷
却されている。被冷却物５ａを冷却後の循環冷媒は、経
路１６を介して前記蓄冷器６に循環する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般的に、膨張タービ
ンは、その機能上、予め設定された設計条件で運転する
ことによって最高の寒冷発生効率が得られるものであ
り、設計条件を外れるに従って寒冷発生効率は低下して
しまう。すなわち、規定温度の低温を高効率で安定して
発生させるためには、膨張タービンに導入する圧縮冷媒
ガスの温度を規定の温度範囲に維持する必要がある。

【０００７】しかし、上述の図２に示した冷却方法で
は、断熱膨張前の圧縮冷媒ガスの冷却源として経路１３
から熱交換器３に導入される回収低温冷媒ガスの温度
が、被冷却物５ａの熱負荷状態、例えば、被冷却物５ａ
の量や種類あるいは冷却工程経時等により変動し、その
結果、該回収低温冷媒ガスと熱交換した後に膨張タービ
ン４に導入される圧縮冷媒ガスの温度も連動して変動
し、膨張タービン４の規定設計条件から外れ、寒冷発生
効率が低下するという問題があった。

【０００８】また、図３に示した冷却方法では、蓄冷器
６から経路１４に導出する回収低温冷媒ガスは、蓄冷材
６ａが一定温度で凝固する液体を使用すれば、一定温度
の蓄冷材の融解温度で寒冷を取出すことができ、断熱膨
張前の圧縮冷媒ガスを一定温度で冷却することが可能で
あるが、被冷却物５ａの熱負荷変動が大きく、かつ、必
要冷却温度が広範囲にわたる場合、例えば、極低温領域
に及ぶ場合等には、被冷却物５ａが規定温度まで冷却さ
れるまでは回収低温冷媒ガスの温度も高いので、蓄冷材
６ａが規定温度に冷却されるまでの冷却途上期間は、圧
縮冷媒ガスも規定温度まで冷却できないから、この間，
寒冷発生効率の低い運転となる。したがって、規定冷却
温度に到達するまでの冷却起動時間が長くなるという問
題があった。

【０００９】さらに、極低温の冷却温度を必要とする場
合は、圧縮冷媒ガスの圧力を高くし、膨張タービンの断
熱膨張比を大きくするか、あるいは断熱膨張比を一定に
した場合は、発生する極低温冷媒ガスの温度に合わせて
断熱膨張前の圧縮冷媒ガスを更に下げるかする必要があ
るが、前者の場合は、圧縮動力費が嵩むという問題があ
る。また、後者の場合は、圧縮冷媒ガスの冷却源となる
蓄冷器６からの回収低温冷媒ガスの温度は、蓄冷材６ａ
の融解温度に依存するから、被冷却物５ａの熱負荷に応
じた断熱膨張前の圧縮冷媒ガスの所望冷却温度を得るこ
とができず、同様に、膨張タービン４での寒冷発生効率
が低下するという不都合があった。

【００１０】そこで本発明は、圧縮冷媒ガスを断熱膨張
させて発生させた低温冷媒ガスで被冷却物を冷却するに
あたり、熱負荷変動が大きく、かつ、冷却温度が極低温
領域に及ぶ場合でも、高効率で安定した低温冷媒ガスを
発生し、発生した低温冷媒ガスで被冷却物を冷却するこ
とができる被冷却物の冷却方法及び装置を提供すること
を目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の被冷却物の冷却方法は、圧縮冷媒ガスを断
熱膨張させて低温冷媒ガスを発生し、発生した低温冷媒
ガスで被冷却物を冷却する方法において、前記圧縮冷媒
ガスを、複数台設けられた仕様の異なる膨張タービンに
被冷却物の熱負荷に応じて切換え導入することにより寒
冷を発生させることを特徴とし、さらに、前記被冷却物
を冷却した後の低温冷媒ガスを回収し、該回収低温冷媒
ガスと断熱膨張前の前記圧縮冷媒ガスとを熱交換させる
ことにより該圧縮冷媒ガスを冷却すること、前記回収低
温冷媒ガスと蓄冷材とを熱交換させて蓄冷材を冷却する
ことにより寒冷を蓄積し、該蓄冷材に蓄積された寒冷を
循環冷媒で取出し、該循環冷媒で断熱膨張前の前記圧縮
冷媒ガスを冷却することを特徴としている。

【００１２】また、本発明の被冷却物の冷却装置は、被
冷却物収納装置に収納された被冷却物を低温冷媒ガスに
より冷却する冷却装置であって、冷媒ガスを一次圧縮す
る一次圧縮機と、該一次圧縮機を導出した冷媒ガスを二
次圧縮する複数台からなる二次圧縮機と、該二次圧縮機
を導出した圧縮冷媒ガスを被冷却物冷却後の回収低温冷
媒ガスで冷却する回収熱交換器と、該回収熱交換器を導
出した圧縮冷媒ガスを循環冷媒で冷却する循環冷媒熱交
換器と、前記回収低温冷媒ガスで蓄冷材を冷却すること
により蓄冷材に寒冷を蓄積し、該蓄冷材に蓄積した寒冷
を循環冷媒で取出す蓄冷熱交換器と、前記一次圧縮機と
一対で構成され、前記循環冷媒熱交換器を導出した圧縮
冷媒ガスを断熱膨張させて低温冷媒ガスを発生させる複
数台からなる膨張タービンと、該膨張タービンを導出し
た低温冷媒ガスで内部に収納された被冷却物を冷却する
被冷却物収納装置と、上記各機器を接続するための経路
であって、前記冷媒ガスを前記一次圧縮機から前記各二
次圧縮機、前記回収熱交換器及び前記循環冷媒熱交換器
を経て前記各膨張タービンへ導入し、該膨張タービンか
らの低温冷媒ガスを前記被冷却物収納装置に導く経路
と、該被冷却物収納装置からの回収低温冷媒ガスを前記
蓄冷熱交換器、前記循環冷媒熱交換器、前記回収熱交換
器へ帰還させる経路と、前記各二次圧縮機及び膨張ター
ビンを選択する切換弁と、前記循環冷媒を昇圧し、前記
蓄冷熱交換器と前記循環冷媒熱交換器とを循環させる循
環冷媒ポンプ及び循環経路とを備えたことを特徴として
いる。さらに、本発明装置は、前記被冷却物収納装置で
被冷却物を冷却して導出する回収低温冷媒ガスにより、
前記各膨張タービンの内、吸入ガス温度の最も低い膨張
タービンに導入される圧縮冷媒ガスを冷却する低温熱交
換器を備えたこと、前記循環冷媒熱交換器の循環冷媒導
入・導出経路、前記蓄冷熱交換器及び前記低温熱交換器
の回収低温冷媒ガス導入・導出経路をそれぞれ接続する
バイパス経路を備えたことを特徴としている。

【００１３】上記構成によれば、断熱膨張前の圧縮冷媒
ガスを、被冷却物の冷却温度に応じて、その冷却温度に
対して最も効率よく寒冷を発生するように設計された膨
張タービンに切換えて導入することができ、効率よく低
温冷媒ガスを発生して被冷却物を冷却することができる
とともに、被冷却物を冷却した後の低温冷媒ガスに残存
する寒冷を回収し、回収した寒冷で断熱膨張前の圧縮冷
媒ガスを直接及び／又は間接的に冷却することにより、
膨張タービン導入冷媒ガスの温度を規定の一定温度に冷
却することができる。これにより、被冷却物の熱負荷変
動が大きく冷却温度が広範囲にわたり、かつ、極低温領
域にまで及ぶ場合でも、被冷却物の熱負荷変動に左右さ
れることなく、断熱膨張前の圧縮冷媒ガスを一定の温度
で、かつ、必要な低温にまで冷却することが可能とな
り、常に寒冷発生効率の高い状態で低温冷媒ガスを発生
させることができるので、被冷却物を効率よく冷却する
ことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、図１に示す本発
明の一形態例を参照してさらに詳細に説明する。図１
は、本発明を適用した被冷却物の冷却装置の一形態例を
示すものであり、この冷却装置は、冷媒ガスとして空気
を用い、また、被冷却物２９ａには熱負荷変動があって
冷却温度が−１２０℃から−１７０℃の極低温領域まで
の広範囲にわたるものに対応するものであって、この冷
却温度に合わせて吐出温度がそれぞれ−１２０℃と−１
７０℃で、この時の吸入温度がそれぞれ−６０℃と−１
３０℃であり、この吸入温度の時に最高の寒冷発生効率
を持つように設計された仕様の異なる２台の膨張タービ
ン２７ａ，２７ｂと、これと対で対応した仕様の異なる
２台の二次圧縮機２２ａ，２２ｂとを設けたものであ
る。

【００１５】まず最初に、被冷却物の冷却温度が−１２
０℃である場合について説明する。図示しない空気濾過
器で塵埃が除去された常温・常圧の空気は、経路４１を
通って一次圧縮機２０に導入され、約２ｋｇ／ｃｍ² Ｇ
に圧縮され、発生した圧縮熱を冷却器２０ｃで除去して
経路４２から二次圧縮機切換弁４２ｖの切換により、後
述の高温膨張タービン２７ａの回転力で駆動される二次
圧縮機２２ａに導入される。そして、二次圧縮機２２ａ
で更に約３．６ｋｇ／ｃｍ² Ｇに圧縮され、圧縮熱が冷
却器２２ｃで除去されて常温の圧縮空気となる。

【００１６】上記圧縮空気は、経路４３を通り、切換え
使用される対でなる吸着手段を有する吸着器２３に導入
され、含有する水分や炭酸ガスが吸着除去される。吸着
器２３から経路４４に導出した乾燥圧縮空気は、回収熱
交換器２４に導かれ、後述の回収低温空気と熱交換して
常温以下に冷却され、更に経路４５を通り、循環冷媒熱
交換器２５で循環冷媒と熱交換して−６０℃まで冷却さ
れる。

【００１７】循環冷媒熱交換器２５から経路４６に導出
した−６０℃の圧縮空気は、前記二次圧縮機切換弁４２
ｖと連動して切換えられる膨張タービン切換弁４６ｖの
切換えにより経路４６ａに流れ、吸入温度が−６０℃の
時に最高の寒冷発生効率を持つように設計された高温膨
張タービン２７ａに導入され、略大気圧近くまで断熱膨
張して−１２０℃の低温空気となり、経路４７，５１を
通り、被冷却物収納装置２９に供給され、被冷却物収納
装置２９内の被冷却物２９ａを冷却する。このとき、断
熱膨張により発生するエネルギーは、前記二次圧縮機２
２ａにおける空気の圧縮動力として消費される。

【００１８】被冷却物２９ａを冷却して被冷却物収納装
置２９から経路５２に導出した低温空気は、残存する冷
熱を利用するために回収され、まず、低温濾過器３０に
導入されて被冷却物収納装置２９内で混入する塵埃や析
出物が除去された後、経路５３を通り、前記膨張タービ
ン切換弁４６ｖと連動して切換えられる低温熱交換器切
換弁５３ｖの切換えにより、低温熱交換器２６をバイパ
スして経路５３ｂ，５４を経由して蓄冷熱交換器切換弁
５４ｖに達する。

【００１９】被冷却物収納装置２９から経路５２で導出
する前記回収低温空気の温度は、冷却装置の起動直後は
常温であるが、時間の経過に伴って被冷却物２９ａの冷
却が進行するとともに徐々に降下する。本形態例の場
合、蓄冷熱交換器切換弁５４ｖは、経路５４に設けられ
た回収低温空気温度計５４тの検出温度が−７０℃より
高い温度の範囲では、回収低温空気が蓄冷熱交換器３１
をバイパスして経路５４ｂ側に流れるように切換えらる
ようになっている。したがって、蓄冷熱交換器切換弁５
４ｖに達した回収低温空気は、経路５４ｂ，５６を経て
前記回収熱交換器２４に導かれ、該回収熱交換器２４で
経路４４から導入される前記常温の乾燥圧縮空気と熱交
換して該乾燥圧縮空気を冷却し、自身は昇温して経路５
７に導出し、前記吸着器２３の再生ガスに使用された
後、経路５８から系外に放出される。

【００２０】被冷却物２９ａの冷却が進行し、回収低温
空気温度計５４тの測定値が−７０℃以下になると、蓄
冷熱交換器切換弁５４ｖは、前記回収低温空気が経路５
４ａを経由して蓄冷熱交換器３１に流れるように切換え
られる。蓄冷熱交換器３１の内部には、その凝固温度が
−６５℃になるように調合されたアルコール系混合液体
の蓄冷材３１ａが充填されており、回収低温空気は、蓄
冷熱交換器３１で蓄冷材３１ａと熱交換し、その寒冷
を、蓄冷材３１ａに凝固潜熱として与えて−６５℃の一
定温度で蓄積する。蓄冷材３１ａに寒冷を与えることに
より昇温した回収低温空気は、経路５６を経由して前記
回収熱交換器２４に導かれ、前記同様に常温の乾燥圧縮
空気の冷却に供される。

【００２１】このように、回収低温空気の温度が蓄冷材
３１ａの凝固温度以下の場合のときのみ、蓄冷材３１ａ
に寒冷を蓄積することにより、回収低温空気の持つ寒冷
を、蓄冷材３１ａの凝固温度の一定温度で回収して蓄積
することができる。

【００２２】一方、蓄冷熱交換器３１で回収低温空気の
寒冷により蓄冷材３１ａに蓄積された寒冷は、経路６０
を流れる循環冷媒と熱交換し、循環冷媒を冷却すること
により、凝固した蓄冷材３１ａを融解する形で取出さ
れ、前記循環冷媒熱交換器２５で断熱膨張前の圧縮空気
を冷却することにより消費される。すなわち、蓄冷材３
１ａの凝固温度−６５℃より低い温度、例えば−７５℃
の凝固温度を有する循環冷媒は、蓄冷材３１ａと熱交換
し、その融解温度の−６５℃の一定温度に冷却され、冷
却されても固化せずに液状で経路６０に導出し、循環冷
媒調節弁６０ｖ，経路６０ａを通って前記循環冷媒熱交
換器２５に導入され、該循環冷媒熱交換器２５で、経路
４５から導入されて経路４６に導出する断熱膨張前の圧
縮空気と熱交換し、圧縮空気を一定温度の−６０℃に冷
却する。断熱膨張前の圧縮空気を冷却することにより昇
温した循環冷媒は、経路６１に導出し、循環冷媒ポンプ
６２で圧力が付与されて再び蓄冷熱交換器３１に導入さ
れ、蓄冷材３１ａと熱交換して冷却され、前記経路６０
に再び導出する。

【００２３】このように、循環冷媒は、経路６０，循環
冷媒熱交換器２５の循環冷媒通路，経路６１，循環冷媒
ポンプ６２，蓄冷熱交換器３１の循環冷媒通路から形成
される循環冷媒循環経路を循環しながら、蓄冷材３１ａ
を凝固させることにより蓄積された寒冷を、凝固した蓄
冷材３１ａを融解することにより一定温度で取出すか
ら、該循環冷媒と熱交換する断熱膨張前の圧縮空気も一
定温度で冷却することができる。

【００２４】高温膨張タービン２７ａに導入する断熱膨
張前の圧縮空気の冷却温度を一定にするために、経路４
６に設けた温度調節計４６тの信号により、循環冷媒調
節弁６０ｖの開度を調節し、循環冷媒の一部を循環冷媒
熱交換器２５をバイパスして、経路６０ｂに流すように
してもよい。このように断熱膨張前の圧縮空気を規定の
−６０℃に一定に冷却することにより、高温膨張タービ
ン２７ａで最も効率よく寒冷を発生し，被冷却物２９ａ
の必要冷却温度の−１２０℃の低温空気を得ることがで
きるから、被冷却物２９ａを効率よく冷却することがで
きる。被冷却物２９ａの必要冷却温度が−１２０℃の場
合はこの状態で運転を続行する。

【００２５】次に、被冷却物２９ａの冷却温度が更に低
い温度を必要とし、その冷却温度が−１７０℃の場合に
ついて説明する。この場合は、前記−１２０℃の冷却運
転状態から、別に設けられた二次圧縮機２２ｂと低温膨
張タービン２７ｂとに切換える。すなわち、二次圧縮機
切換弁４２ｖと、これと連動して切換えられる膨張ター
ビン切換弁４６ｖとを切換え、一次圧縮機２０で約２ｋ
ｇ／ｃｍ² Ｇに圧縮され、経路４２を導出する圧縮空気
を、今度は二次圧縮機２２ｂ側に導入し、ここで約２．
９ｋｇ／ｃｍ² Ｇに圧縮した後、前記同様に冷却器２２
ｃ，吸着器２３，回収熱交換器２４，循環冷媒熱交換器
２５を経て−６０℃に冷却する。

【００２６】そして、上記−６０℃の圧縮空気は、今度
は膨張タービン切換弁４６ｖの切換えにより、経路４８
を経て低温熱交換器２６に導入され、回収低温空気と熱
交換して−１３０℃に冷却され、経路４９に導出して吸
入温度が−１３０℃の時に最高の寒冷発生効率を持つよ
うに設計された低温膨張タービン２７ｂに導入され、略
大気圧近くまで断熱膨張して−１７０℃の低温空気とな
り、経路５０，５１を通って被冷却物収納装置２９に供
給され、被冷却物２９ａを冷却する。なお、低温膨張タ
ービン２７ｂで発生する膨張エネルギーは、前記同様に
二次圧縮機２２ｂの圧縮動力として消費される。

【００２７】被冷却物２９ａを冷却して被冷却物収納装
置２９から経路５２に回収される低温空気は、被冷却物
収納装置２９内で混入した塵埃や析出物が前記同様に低
温濾過器３０で除去された後、経路５３を通り、前記膨
張タービン切換弁４６ｖと連動して切換えられる低温熱
交換器切換弁５３ｖの切換により、経路５３ａを通って
低温熱交換器２６に導入され、該低温熱交換器２６で経
路４８から導入され、経路４９を経由して低温膨張ター
ビン２７ｂに導入される断熱膨張前の圧縮空気と熱交換
し、該圧縮空気を−６０℃から−１３０℃に冷却する。

【００２８】この場合も、低温膨張タービン２７ｂに導
入する断熱膨張前の圧縮空気の冷却温度を一定にするた
め、経路４９に設けた温度調節計４９тの信号により、
低温熱交換器切換弁５３ｖの開度を調節し、回収低温空
気の一部を、低温熱交換器２６をバイパスして、経路５
３ｂに流すようにしてもよい。このように、断熱膨張前
の圧縮空気を規定の−１３０℃の低温にまで一定に冷却
することにより、低温膨張タービン２７ｂで最も効率よ
く寒冷を発生し、被冷却物２９ａの必要冷却温度の−１
７０℃の低温空気を得ることができるから、被冷却物２
９ａを効率よく冷却することができる。

【００２９】なお、本形態例では、２台の膨張タービン
２７ａ，２７ｂを設置した例で説明したが、本形態例に
おいて、さらにもう１台の膨張タービン、例えば−８０
℃の低温空気を発生するときに寒冷発生効率が最高とな
るように設計された第３の膨張タービンと、該第３の膨
張タービンの回転力で駆動される第３の二次圧縮機とを
設け、冷却途上の最初、すなわち、該第３の膨張タービ
ンの吐出温度が−８０℃に到達するまでの間は、該第３
の膨張タービンと第３の二次圧縮機とを運転することに
より、冷却装置全体としての寒冷発生効率をさらに向上
させることができる。

【００３０】このように、圧縮冷媒ガスを、被冷却物２
９ａの必要冷却温度や冷却途上での冷却温度に応じて複
数台設けられた膨張タービンの内、最も効率よく寒冷を
発生する膨張タービンに切換えて導入することにより、
効率よく寒冷を発生し、また、被冷却物２９ａを冷却し
た後の寒冷を低温から常温まで、温度勾配に従って効率
よく回収するから、寒冷発生動力費を低減できるととも
に、冷却起動時間を短縮することができる。

【００３１】前記冷媒ガスとしては、前記空気の他に断
熱膨張して低温になったとき、膨張タービンを閉塞する
ような析出物を含まないものなら何でも使用できる。例
えば，被冷却物２９ａに油分等の可燃物が付着している
場合等は、安全上の見地から窒素を使用することが望ま
しい。この場合の冷媒ガスとしての窒素の供給源として
は、液体窒素貯槽，ガスボンベ，可搬式ガス容器，外部
からのパイプライン等を使用することができる。このよ
うな窒素等の析出不純物を含まないガスを冷媒ガスとし
て使用する場合は、吸着器２３を省略することができ
る。また、回収低温冷媒ガスは、回収熱交換器２４で常
温まで温度回復して導出した後、必要に応じて一次圧縮
機２０の吸入側へ導入して循環使用することもできる。

【００３２】前記被冷却物２９ａとしては、古タイヤや
家電廃品等の低温破砕を行う物品等の他、発生低温冷媒
ガスの温度選定により、冷凍倉庫や凍結装置等にも適用
することができる。

【００３３】前記蓄冷熱交換器３１で使用する蓄冷材３
１ａ及び循環冷媒としては、１種類のアルコール，２種
類以上のアルコール類の混合物，アルコール類と水との
混合物等を使用することができる。また、必要な凝固温
度や融点は、アルコールの種類や混合物の調合割合の選
択により容易に得ることができる。

【００３４】また、低温冷媒ガスによる被冷却物２９ａ
の冷却方法は、図１に破線で示すように、被冷却物収納
装置２９内に低温冷媒ガス経路２９ｂを設けて間接的に
冷却するようにしてもよい。この場合は，低温濾過器３
０を省略することもできる。さらに、被冷却物収納装置
２９は，被冷却物２９ａの冷却温度に応じて複数個設
け、膨張タービン２７ａ，２７ｂからの低温冷媒ガスを
切換えて導入するように構成してもよい。

【００３５】また、上記説明では、各弁を三方弁形式と
しているが、それぞれの経路にそれぞれ二方弁を別個に
設けてもよいことは言うまでもない。さらに、上記の各
数値は、一例を示すものであってこれに限定されるもの
ではない。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の被冷却物
の冷却方法及び装置によれば、圧縮冷媒ガスを、被冷却
物の各熱負荷に対応して最も効率よく寒冷を発生するよ
うに設計された複数台の膨張タービンに、被冷却物の熱
負荷に対応して切換え導入するとともに、被冷却物を冷
却した後の低温冷媒ガスに残存する寒冷を、低温から常
温近くまで温度勾配に従って効率的に回収し、回収した
寒冷で断熱膨張前の圧縮冷媒ガスを冷却することによ
り、膨張タービン導入温度を各膨張タービンに応じた一
定温度にでき、効率的に寒冷を発生させることができる
ので、被冷却物を効率よく冷却することができる。これ
により、被冷却物の熱負荷変動が大きく、冷却温度が広
範囲にわたり、かつ、極低温領域にまで及ぶ場合でも、
被冷却物の熱負荷変動に左右されることなく、断熱膨張
前の圧縮冷媒ガスを一定の温度で、しかも必要な極低温
にまで冷却することができ、常に寒冷発生効率の高い状
態で低温冷媒ガスを発生させることができるから、被冷
却物を効率よく冷却して寒冷発生動力費を低減できると
ともに、冷却起動時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を適用した冷却装置の一形態例を示す
系統図である。

【図２】 従来の冷却装置の一例を示す系統図である。

【図３】 従来の冷却装置の他の例を示す系統図であ
る。

【符号の説明】

２０…一次圧縮機、２２ａ，２２ｂ…二次圧縮機、２３
…吸着器、２４…回収熱交換器、２５…循環冷媒熱交換
器、２６…低温熱交換器、２７ａ…高温膨張タービン、
２７ｂ…低温膨張タービン、２９…被冷却物収納装置、
２９ａ…被冷却物、３０…低温濾過器、３１…蓄冷熱交
換器、３１ａ…蓄冷材、４２ｖ…二次圧縮機切換弁、４
６т…温度調節計、４６ｖ…膨張タービン切換弁、４９
т…温度調節計、５３ｖ…低温熱交換器切換弁、５４т
…回収低温空気温度計、５４ｖ…蓄冷熱交換器切換弁、
６０ｖ…循環冷媒調節弁、６２…循環冷媒ポンプ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮冷媒ガスを断熱膨張させて低温冷媒
   ガスを発生し、発生した低温冷媒ガスで被冷却物を冷却
   する方法において、前記圧縮冷媒ガスを、複数台設けら
   れた仕様の異なる膨張タービンに被冷却物の熱負荷に応
   じて切換え導入することにより寒冷を発生させることを
   特徴とする被冷却物の冷却方法。
2. 【請求項２】 前記被冷却物を冷却した後の低温冷媒ガ
   スを回収し、該回収低温冷媒ガスと断熱膨張前の前記圧
   縮冷媒ガスとを熱交換させ、該圧縮冷媒ガスを冷却する
   ことを特徴とする請求項１記載の被冷却物の冷却方法。
3. 【請求項３】 前記回収低温冷媒ガスと蓄冷材とを熱交
   換させて蓄冷材を冷却することにより寒冷を蓄積し、該
   蓄冷材に蓄積された寒冷を循環冷媒で取出し、該循環冷
   媒で断熱膨張前の前記圧縮冷媒ガスを冷却することを特
   徴とする請求項２記載の被冷却物の冷却方法。
4. 【請求項４】 被冷却物収納装置に収納された被冷却物
   を低温冷媒ガスにより冷却する冷却装置であって、冷媒
   ガスを一次圧縮する一次圧縮機と、該一次圧縮機を導出
   した冷媒ガスを二次圧縮する複数台からなる二次圧縮機
   と、該二次圧縮機を導出した圧縮冷媒ガスを被冷却物冷
   却後の回収低温冷媒ガスで冷却する回収熱交換器と、該
   回収熱交換器を導出した圧縮冷媒ガスを循環冷媒で冷却
   する循環冷媒熱交換器と、前記回収低温冷媒ガスで蓄冷
   材を冷却することにより蓄冷材に寒冷を蓄積し、該蓄冷
   材に蓄積した寒冷を循環冷媒で取出す蓄冷熱交換器と、
   前記一次圧縮機と一対で構成され、前記循環冷媒熱交換
   器を導出した圧縮冷媒ガスを断熱膨張させて低温冷媒ガ
   スを発生させる複数台からなる膨張タービンと、該膨張
   タービンを導出した低温冷媒ガスで内部に収納された被
   冷却物を冷却する被冷却物収納装置と、上記各機器を接
   続するための経路であって、前記冷媒ガスを前記一次圧
   縮機から前記各二次圧縮機、前記回収熱交換器及び前記
   循環冷媒熱交換器を経て前記各膨張タービンへ導入し、
   該膨張タービンからの低温冷媒ガスを前記被冷却物収納
   装置に導く経路と、該被冷却物収納装置からの回収低温
   冷媒ガスを前記蓄冷熱交換器、前記循環冷媒熱交換器、
   前記回収熱交換器へ帰還させる経路と、前記各二次圧縮
   機及び膨張タービンを選択する切換弁と、前記循環冷媒
   を昇圧し、前記蓄冷熱交換器と前記循環冷媒熱交換器と
   を循環させる循環冷媒ポンプ及び循環経路とを備えたこ
   とを特徴とする被冷却物の冷却装置。
5. 【請求項５】 前記被冷却物収納装置で被冷却物を冷却
   して導出する回収低温冷媒ガスにより、前記各膨張ター
   ビンの内、吸入ガス温度の最も低い膨張タービンに導入
   される圧縮冷媒ガスを冷却する低温熱交換器を備えたこ
   とを特徴とする請求項４記載の被冷却物の冷却装置。
6. 【請求項６】 前記循環冷媒熱交換器の循環冷媒導入・
   導出経路、前記蓄冷熱交換器及び前記低温熱交換器の回
   収低温冷媒ガス導入・導出経路をそれぞれ接続するバイ
   パス経路を備えたことを特徴とする請求項４又は５記載
   の被冷却物の冷却装置。