JPH1114172A - ドライアイスの蓄熱を利用する二元冷却設備および 二元冷却方法 - Google Patents

ドライアイスの蓄熱を利用する二元冷却設備および 二元冷却方法

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JPH1114172A
JPH1114172A JP18169097A JP18169097A JPH1114172A JP H1114172 A JPH1114172 A JP H1114172A JP 18169097 A JP18169097 A JP 18169097A JP 18169097 A JP18169097 A JP 18169097A JP H1114172 A JPH1114172 A JP H1114172A
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JP
Japan
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low
carbon dioxide
temperature side
heat
dry ice
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JP18169097A
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English (en)
Inventor
Masahiro Nishihara
正博 西原
Michio Shinno
三千雄 新野
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Toyo Seisakusho KK
Original Assignee
Toyo Seisakusho KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】非常に低い温度への冷却を行うため高元冷凍サ
イクル1と低元冷凍サイクル3を有する二元冷却設備に
おいて、夜間電力を利用した蓄熱が行えるように工夫す
る。 【解決手段】低元冷凍サイクル3の蓄熱材を兼ねる低元
冷媒として二酸化炭素を用い、低元蒸発器23をタンク
構造とし、この低元蒸発器23の中に二酸化炭素を固体
(ドライアイス)15Cと液15Aの混合状態で蓄え、
蓄熱を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、非常に低い温度に
冷却するための二元冷却設備及び二元冷却方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、マイナス数十度という非常に低い
温度へ冷却を行うためには、高温側と低温側の2つの冷
凍サイクルを組み合わせた二元冷却設備が用いられる。
すなわち、高温側(以下、高元という)の冷媒が流れる
高元冷凍サイクルと、低温側(以下、低元という)の冷
媒が流れる低元冷凍サイクルとを組み合わせ、カスケー
ドコンデンサを構成する高元冷凍サイクル側の蒸発器に
より、同じくカスケードコンデンサを構成する低元冷凍
サイクルの凝縮器を冷却することによって非常に低い温
度の冷却を行うものである。以上のような冷却設備に用
いられる高元冷媒や低元冷媒にはフロンR13(CF3
CL)やフロンR22(CHF2CL)などが用いられ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
二元冷却設備においては一般的に熱負荷の変動が激し
く、冷却は主に日中に行われ、夜間は熱負荷がないかま
たは非常に小さな低熱負荷となることが多かった。この
ような場合、通常の冷却設備では夜間の安価な電力を利
用して冷熱の蓄熱を行い、これによって冷却設備は冷却
能力の小さなもので済み、設備コストも低く済ませるこ
とができるが、二元冷却設備のように非常に低い温度へ
の冷却を行う冷却設備では蓄熱が行える適格な蓄熱材が
なかったために、夜間電力を利用した蓄熱が行えず、設
備コストを高めてしまうという問題点があった。
【0004】本発明は以上の問題点を解決するためにな
されたもので、適切な蓄熱材を使用して夜間電力による
蓄熱が行える二元冷却設備及び二元冷却方法を提供する
ことを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、請求項1の発明は、高温側の高元冷媒が流れる高
元冷凍サイクルと低温側の低元冷媒が流れる低元冷凍サ
イクルを組み合わせた二元冷却設備において、タンク構
造の低元蒸発器と、低元冷媒として用いられ前記低元蒸
発器内にドライアイスと液の混合状態で蓄えられる二酸
化炭素とを有することを特徴とするドライアイスの蓄熱
を利用する二元冷却設備である。
【0006】請求項2の発明は、請求項1に記載のドラ
イアイスの蓄熱を利用する二元冷却設備を用い、熱負荷
がないときまたは低熱負荷のときにも、設備の運転を続
けることでタンク構造の低元蒸発器内にドライアイスと
液の混合状態で冷熱の蓄熱を行うことを特徴とするドラ
イアイスの蓄熱を利用する二元冷却方法である。
【0007】
【発明の実施の形態】この発明の一実施形態に係る二元
冷却設備を図1において説明する。この二元冷却設備を
構成する二つの冷凍サイクル1、3のうち、一方の高元
冷凍サイクル1は従来と同様の冷媒であるフロンR22
(CHF2CL)を用いる。この高元冷凍サイクル1
は、従来と同様に高元圧縮機5の下流側に管路4を介し
て高元凝縮器7が接続され、さらに下流側に管路6を介
して余剰の高元冷媒8を受ける高元受液器9が設けら
れ、さらに下流側に管路10を介して高元側膨脹弁11
が設けられ、さらに下流側に管路12を介して高元熱交
換器13が設けられた後に、管路14を介して始めの高
元圧縮機5へ接続される。
【0008】他方、低元冷凍サイクル3は低元冷媒15
として二酸化炭素を用いる。この低元冷凍サイクル3に
おいて低元圧縮機17の下流側には管路18を介して低
元凝縮器19が接続され、さらに下流側には管路20を
介して低元膨脹弁21が接続され、さらに下流側に管路
22を介してタンク構造の低元蒸発器23が接続され
る。この低元蒸発器23は、液体二酸化炭素15Aが二
酸化炭素ガス15Bに蒸発して周囲から熱を奪う蒸発器
の働きのみならず、二酸化炭素を蓄熱材として液体15
Aと個体(ドライアイス15C)の状態で蓄える蓄熱タ
ンクおよび低元受液器をも兼ねる。このように低元蒸発
器23内には液状の二酸化炭素が満たされ、満液型冷却
を行う。
【0009】また、下流側の管路24はタンク構造の低
元蒸発器23の頂部に接続された後に始めの低元圧縮器
17へ接続される。さらに、タンク構造の低元蒸発器2
3の上部には大気へ開放する安全弁25が設けられてお
り、低元蒸発器23内部の圧力がある程度以上になると
内部を大気に開放して安全を維持する構成となってい
る。また、前記高元冷凍サイクル1の高元蒸発器13
と、低元冷凍サイクル3の低元凝縮器19は1つのカス
ケードコンデンサ25を構成する。
【0010】そして、低元蒸発器23内部には管路26
が接続され、下流側のポンプ27を介して熱負荷側へ接
続される。熱負荷側から戻ってきた管路28は低元蒸発
器23に接続される。熱負荷側としては、例えば空調機
の冷却用熱交換器や塩素ガス凝縮用冷凍装置の冷却用熱
交換器等が挙げられる。
【0011】(作用)以下、この実施形態の作用を説明
する。ガス状の高元冷媒が高元圧縮機5で圧縮され、高
元凝縮器7で例えば外気と熱交換し液体となった後に高
元受液器9に受けられる。その後に高元膨脹弁11にて
圧力が下げられ、高元蒸発器13で低元凝縮器19から
熱を奪い冷却する。熱を奪ってガス状になった高元冷媒
は再び高元圧縮機5で圧縮される。
【0012】他方、低元冷凍サイクル3では、ガス状の
低元冷媒である二酸化炭素ガス15Bが低元圧縮器17
で圧縮され、高温になって低元凝縮器19へ送られ、前
述したように高元蒸発器13から熱を奪われ、冷却され
て凝縮する。凝縮した液体の二酸化炭素は低元膨脹弁2
1を通って降圧させられ、低元蒸発器23内の冷却を行
い、内部に蓄えられていた液状の二酸化炭素15Aをド
ライアイス15Cへと固化せしめる。これにより、低元
蒸発器23の内部に蓄えられる二酸化炭素は、液状のも
の15Aに対しドライアイス15Cの割合が大きくな
り、蓄熱が行われる。また、低元蒸発器23内部の液状
の低温の二酸化炭素はポンプ27によって、熱負荷側へ
送られる。
【0013】熱負荷側から戻ってきた液状の二酸化炭素
は温度が上昇しており、低元蒸発器23の内部の温度を
上昇させるので、内部における二酸化炭素の液状のもの
15Aに対するドライアイス15Cの割合を小さくし、
さらには液状の二酸化炭素15Aが蒸発して二酸化炭素
ガス15Bとなる。この二酸化炭素ガス15Bは低元圧
縮機17へ送られ、再び圧縮される。
【0014】なお、二酸化炭素は大気圧(1.033k
g/平方cmG)などの低い圧力では温度上昇にともな
い固体から気体へ昇華するが、圧力が大きくなると温度
上昇にともない固体から一度液体となった後に沸騰して
気体となる。この二つの現象のいずれが起きるかの境目
である三重点は、圧力が5.28kg/平方cmGで温
度が−56.6℃である。
【0015】この実施形態の特に低元蒸発器23内部で
は、二酸化炭素を前記三重点よりも圧力が大きく及び/
又は温度が低い範囲で使用する。例えば温度−56.6
℃よりも低い範囲で二酸化炭素を蒸発させたり、あるい
は圧力が5.28kg/平方cmGより大きな範囲で二
酸化炭素の液の中に固体(ドライアイス)を形成して蓄
熱を行う。
【0016】また、例えば−56.6℃のドライアイス
の昇華熱は129.88kcal/kgであり、二酸化
炭素の液から気体への気化熱は、83.12kcal/
kgであり、蓄熱として46.76kcal/kgが可
能である。よって、十分な蓄熱が行われる。
【0017】(効果)以上の実施形態によれば、以下の
効果を奏し得る。すなわち、熱負荷が無いとき、又は低
熱負荷のときにも冷却設備の運転を続けることで、タン
ク構造の低元蒸発器23内における二酸化炭素の液状の
もの15Aに対する固体(ドライアイス15C)の割合
を大にし、これにより非常に低い温度(例えば−56
℃)での冷熱の蓄熱を行うことができる。
【0018】また、二酸化炭素は、低元冷媒と蓄熱材を
兼ねるものであり、両者を別々に採用する場合に比べ、
両者間の熱交換器を介さずに熱の移動ができ、蓄熱効率
を高めることができる。さらに、低元蒸発器23内で十
分に冷却された液状の二酸化炭素15Aをポンプ27に
より直接に熱負荷側へ送るため、熱負荷に対する冷却効
率を高めることができる。
【0019】高負荷時には、低元蒸発器23内に蓄えら
れた二酸化炭素により蓄熱された冷熱を用いて対応でき
る。すなわち、二酸化炭素を蓄熱材とすることで、非常
に低い低温液で蓄熱を行うことが可能となり、夜間電力
を使用した蓄熱が行え、日中の高負荷に対応できる。
【0020】したがって、冷却設備としてのランニング
コストを低減でき、日中に大容量の電力を受電する必要
がなくなり、受電設備費を低減でき、さらには、日中に
おける電力消費を小にし、夜間における電力消費を大に
でき、電力の標準化に貢献することができる。
【0021】また、二酸化炭素は自然界に存在する物質
であり、従来の冷媒として用いられるフロンなどに比べ
環境に対する影響も少なくできる。 (他の実施形態)以上の実施形態では熱負荷側への冷熱
の供給は液状の二酸化炭素を直接に送ることで行ってい
るが、他の実施形態においては例えば図2に示すよう
に、二酸化炭素を直接に送るものではなく、非常な低温
(例えば−56℃)でも凍結せずに液の状態を保つこと
ができるブラインを用いることが可能である。
【0022】この場合には、タンク構造の低元蒸発器2
3の内部にブラインを取り込んで熱交換を行う熱交換器
31を設置し、この熱交換器31を通ったブラインを管
路33を介して熱負荷側へ送る。熱負荷側から戻るブラ
インは管路35を介してポンプ37により前記熱交換器
31へ送られる。なお、図2において図1と同様の部分
は同一の符号を付す。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1または2
の発明によれば、冷媒を兼ねる蓄熱材に二酸化炭素を用
い、低元冷凍サイクルの低元蒸発器をタンク構造とし
て、この低元蒸発器の中に前記二酸化炭素を固体(ドラ
イアイス)と液の混合状態で蓄えることにより、非常に
低い温度においても蓄熱が可能となり、しかも低元冷媒
と蓄熱材を同じ二酸化炭素とすることで、蓄熱効率をよ
くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す二元冷却設備の全体
概略回路図。
【図2】本発明の他の実施形態を示す二元冷却設備の全
体概略回路図。
【符号の説明】
1 高元冷凍サイクル 3 低元冷凍サイクル 5 高元圧縮器 11 膨脹弁 13 高元蒸発器 15A 液体の二酸化炭素 15B 二酸化炭素ガス 15C 固体の二酸化炭素(ドライアイス) 17 低元圧縮器 19 低元凝縮器 23 低元蒸発器 25 カスケードコンデンサ 27 ポンプ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高温側の高元冷媒が流れる高元冷凍サイク
    ルと低温側の低元冷媒が流れる低元冷凍サイクルを組み
    合わせた二元冷却設備において、タンク構造の低元蒸発
    器と、低元冷媒として用いられ前記低元蒸発器内にドラ
    イアイスと液の混合状態で蓄えられる二酸化炭素とを有
    することを特徴とするドライアイスの蓄熱を利用する二
    元冷却設備。
  2. 【請求項2】請求項1に記載のドライアイスの蓄熱を利
    用する二元冷却設備を用い、熱負荷がないときまたは低
    熱負荷のときにも設備の運転を続けることでタンク構造
    の低元蒸発器内にドライアイスと液の混合状態で冷熱の
    蓄熱を行うことを特徴とするドライアイスの蓄熱を利用
    する二元冷却方法。
JP18169097A 1997-06-23 1997-06-23 ドライアイスの蓄熱を利用する二元冷却設備および 二元冷却方法 Pending JPH1114172A (ja)

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