JPS63502923A - 冷気を生成使用する方法および該方法を実施する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 冷気を生成使用する方法 および該方法を実施する装置 この発明は冷気を生成しその一時的貯蔵および復元の後直接または間接に使用す る方法に関するものであり、冷却室中を少なくとも部分的に満たす冷蓄体および 液（冷気蓄積体および液）中に少なくとも部分的に液状の冷却剤を注入し、この 液中において冷却剤を直接に蒸発させ、冷却室の上部冷蓄体および液の自由表面 上でガス状の冷却剤を回収し、冷蓄体および液をこの冷却室から抜き取り、冷気 活用回路および／または少なくとも１個の冷蔵室中に運搬し、冷却室に再導入す ることにより冷却室中の冷蓄体および液の冷却および／または冷凍を行うもので ある。

この発明なまたかかる方法を実施する装置に関するもので、冷蓄体および液によ り部分的に満たされた少なくとも１個の冷却室と、冷蓄体および液中に少なくと も部分的に液状の冷却剤を注入して蒸発させる手段と、冷却室の上部冷蓄体およ び液の自由表面上でにおいて冷却剤をガス状で回収する手段と、冷蓄体および液 を冷却室から抜き取り冷気活用回路および／または少なくとも１個の冷蔵室に運 搬してこれを冷却室に再導入する手段とを含んでなるものである。

近年冷気を生成濃縮する種々の方法が開発されているが、装置中での冷気活用ダ イアダラムが不規則でしかも一時的な最高状態を経由することからくる問題の解 決にいずれも努めている。

最も有効な方法としては１９７８年１月６日に出願されたスイス特許第６２８４ １７号があり、冷蓄体および液（一般には水または水溶液からなる）の結晶が結 晶室中に生成され、この中に注入された冷却剤を蒸発させ、結晶室上部冷蓄体お よび液の自由表面上においてこの冷却剤をガス状で回収するようになっている。

冷蓄体および液とかくして生成された冷凍液の混合物は冷蔵室中に持たらされ、 これらの結晶は液をしみ込ませた固体の形で濃縮される。

この方法の第１の問題は結晶室内に生成された微細な結晶の比重が冷蓄体および 液のそれより小さく、冷蓄体および液の自由表面の近傍に蓄積して塊となること である。これにより冷蓄体および液の自由表面近傍にプラグができて、注入器上 の空間を迅速に満たし、冷却剤の蒸発を妨げたり中断させたりする。

第２の問題はこれらの結晶を多孔性の均質でコンパクトなものとして運搬蓄積す るのが困難なことである。これは結晶が室から抜き出された冷蓄体および液と均 質な混合物を形成し、数ｃｍにもおよぶ結晶塊に成長して上記の冷蓄体および液 中に現われたりプラグから分離するからである。

第３の問題は注入または蒸発により形成されたガス状の冷却剤が冷蓄体および液 と一緒に運ばれてやがては冷気交換回路中に運ばれる危険があるということであ り、これにより種々の障害が起きるがそのひとつとして、回路中の鎖部を頻繁に 清掃しなければならないということが挙げられる。

第４の問題は既存の装置でこの方法を実施しようとすると、冷却剤の注入器が凍 結することがあることである。この凍結は冷蓄体および液中に浸漬された注入器 の外部に観察されるが、冷却剤が幾分で冷蓄体および液を含んでいる場合には一 部冷却器の内部にも起きる。注入器を解凍するには現在種々の機械的および熱的 な手段が用いられている。しかしこのような手段を用いると装置の熱力学効率が 低下し、しかも冷気生成工程をしばしば中断する必要があって、装置の平均冷凍 能力が減少する。

この発明の目的は上述のような諸欠点を全て緩和することができるような方法と 装置を提供することにある。

その第１の目的はプラグおよび／または固体密度の結晶塊の生成を防止すること により、結晶が生成される冷蓄体および液中にゲルまたは結晶の均質な懸濁液を 維持することにある。

その第２の目的は、冷却剤の直接蒸発による冷却および／または部分冷凍された 冷蓄体および液を含む冷却室中において冷蓄体および液の自由表面近傍にガス状 冷却剤の良い分離を確保することにある。

更に他の目的は、ゲルまたは結晶懸濁液を循環ポンプを用いることなくして有効 かつ経済的に該結晶を冷機貯蔵のために蓄積する室に運搬し、しかもこの室を結 晶室と結合する必要をなくすることにある。

更に最後の目的は、冷却剤注入器の凍結の危険を抑制し、そのような解凍のため に装置を規則的に停止しなければならない作業者の厄介を省くことにある。

これらの目的を達成するためにこの発明の方法においては、閉水圧回路中の液の 流れを該室中に形成し、この流れに少なくとも１個の冷蓄体および液の上昇流れ を含ませるとともにこれを少なくとも部分的に液状で冷却剤の注入域の実質的に 上方に位置せしめてかつ室の水平部の一部の上に位置せしめ、ガス状冷却剤から 自由な冷蓄体および液からなる少なくとも１個の下降流れをも含ませ、この閉水 圧回路中の流れをサイフオン効果により形成するとともに、液と上記注入域上の 蒸発された冷却剤の泡の混合物の平均密度の減少により招くことを特徴とするも のである。

冷却剤の注入速度は、その蒸発が運動中の液中に冷凍されたゲルまたは液および 冷蓄体および液の結晶の均質な懸濁液を形成するように、調節するのがよい。

上記の上昇流れは、その速度が冷蓄体および液が動かないときの懸濁液中の結晶 の自発デカンテーション速度の数倍になるように、形成するのがよい。

上記下降流れは、その速度が冷蓄体および液が動かないときの懸濁液中の結晶の 自発デカンテーション速度より劣るように形成して、下降流れの域中に多孔性で コンパクトな集合の形で結晶が蓄積し、冷蓄体および液がこの集合中を通過して 上昇流れの域の底部に戻る前に懸濁液中に含まれた結晶から解放され、かつ冷却 剤の蒸発により形成された結晶によって再充填されるようにする。

一実施態様によれば上記下降流れを、その速度が自発デカンテーション速度の数 倍になるように、形成する。

上記のサイフオン効果を達成するには、上昇流れ中の泡の体ａ濃度を１０〜７０ ％に保つ、これにはこの上昇流れの流度の関数として注入される液状冷却剤の速 度を調節する。このような泡の体積濃度を得るには、この排出速度を上昇流れ中 テ１５０〜３０００ｍ’ガス状冷却副ガス間、ｍ　’４００００〜８０００００ ｋ　ｃ　ａ　１　／　ｈ　ｍ　”に相当する上昇流れ面積で蒸発するようにする 。上昇流れの速度は０．０５〜２ｍ／ｓであるのが好ましい、また下降流れの速 度は０．０５〜２ｍ／ｓであるのが好ましい、冷却剤の蒸発圧Ｐｖは１〜２パー ルに、また室の頂部におけるガス状冷却剤の吸気圧Ｐ、は１〜１．５バール近く にするのがよい、第１の実施態様によれば、上昇流れ中で蒸発される冷却剤の流 度と室から抜出される冷蓄体および液の流度とはゲルまたは懸濁液中の結晶の濃 度が０．１〜２％になるように調節する。

Ｎ２の実施態様によれば、上昇流れ中で蒸発された冷却剤の流度および室から抜 出された液の流度は、ゲルまたは懸濁液中の結晶の濃度が２〜２．５％　になる ように調節される。

他の実施態様によれば、冷蓄体および液は下降流れ域および／または上昇流れ域 中において抜きだされ、少なくとも１個の熱交換器を含む活用回路を通る開閉回 路中に循環されて、かつ室中に再注入される。

他の実施態様によれば、冷蓄体および液は下降流れ域および／または上昇流れ域 中で冷却室から抜出されて、同じく冷蓄体および液を含んだ他の冷蔵室に容され 、ここで多孔性のコンパクトな集合の形で結晶を蓄積し、上昇流れの底部に戻る 前にこれを通って結晶から解放され、冷却剤の蒸発によって生成された結晶を再 充填される。

上記の上昇流れは冷却室中に配置されてかつ少なくとも部分的に液状の冷却剤の ための少なくとも１個の注入器を具えた少なくとも１個の垂直管要素中で生成さ れ、この注入器はこの管要素中に設けられている。この場合、冷却剤の蒸発は冷 蓄体および液との直接接触によりこの要素中で行われ、これを冷却してゲルまた は冷凍液の結晶の懸濁液を生成し、垂直管要素の頂部において室中のゲルまたは 懸濁液の形で液が排出される。

室液が冷凍液の結晶の懸濁液を含む場合には、液の渦流が維持される。

注入器の凍結の問題を解決すべく、冷却剤の注入域近傍における冷却剤および冷 蓄体および液の圧力は冷却剤の飽和蒸気圧より高い値に維持されており、前記液 の自由表面上方のガス状冷却剤の圧力はこの飽和蒸気圧より少・ない吸気圧に維 持されている。

蒸気の注入は、冷蓄体および液の静水圧が飽和蒸気圧より大なる冷却室の域にお いて行われ、冷却剤の蒸発は上昇運動中の冷蓄体および液の注入域より高い高さ において起きる。

この限りにおいて、前記の吸気圧は冷却剤の飽和蒸気圧より０．２〜０．８バー ル低いの値であるのが好ましい。

冷却剤は冷蓄体および液の垂直柱の底部において注入してもよく、注入域近傍に おいてのこの液の全圧力が冷凍温度における冷却剤の飽和蒸気圧よりも大となる 高さとする。

この冷却剤の注入は飽和蒸気圧Ｐｓ・より大なる圧力Ｐ、に保たれた冷蓄体およ び液で満たされた空間中におけるジェット噴射の形で行ってもよい、このジェッ トは、この空間から室中の冷蓄体および液中に圧力Ｐ８・より小なる圧力Ｐ２で 噴出することにより形成され、このジェットは冷却剤のジェットを囲んで注入器 本体から熱的に隔離する。

冷蓄体および液のジェットは冷却剤のジェットと同芯状であってもよく、その流 度は冷却剤ジェットのそれより大なる方が好ましい。

この発明の方法による冷気生成は冷蔵のみならず、活用回路中における冷気運搬 交換にも応用できる。

この場合玲蓄体および液は冷却室外の閉回路中を循環し、流体密度のゲルまたは 結晶懸濁液を充填した冷蓄体および液を室から抜出し、これを少なくとも１個の 熱交換器に循環せしめ、これを室に戻すのである。結晶は少なくとも一部が熱交 換器中で溶け、冷凍結晶塊の生成を避けるべく冷蓄体および液中に渦渣を形成す ることによりこの液が貯蔵室に移される。

この発明の装置によれば、サイフオン効果により冷却室中に閑静水圧回路中の流 れを形成するように注入蒸発手段が作用し、この流れが冷却室中に含まれる冷蓄 体および液の少なくとも１個の上昇流れとガス状冷却剤から解放された下降流れ とを含むものであり、かつ上記の上昇流れが注入蒸発手段の上方に位置しかつ蒸 発冷却剤の泡を含むものである。

以下図面により更に詳細にこの発明を説明する。

第１図は冷気の生成と蓄積が同一室内で行われる例を示し、第２図は異なる室内 でこれらが行われる例を示し、第３図は冷却剤注入器の一例を示し、第５図はこ れらに用いる冷却剤注入器のパイプを示す。

第１図に示すのはこの発明の第１の実施態様であって、冷却室１０は絶縁層１１ によって囲まれており、その内部には熱交換器を含む外部活用回路の冷却剤とし て冷縮液１２が収容されており、排出ライン１３と導入ライン１４とがこれに接 続されている。冷却室１０内の冷縮液１２の自由表面２０の下方には冷却剤１６ の注入器１５が設けられている。また冷却室１０の頂部にはガス状の冷却剤１６ の吸気オリフィス１７が設けられている。

上記の外部回路は例えばオリフィス１７に接続されたコンプレッサー、冷縮液１ ２の流度を制御する弁１８を介して注入器１５に接続されたコンデンサーなどを 含んでなるものである。注入器１５は冷却剤を液状または半液状で冷縮液１２に 注入するためのものである。オリフィス１７は冷縮液１２の自由表面２０上のガ ス状冷却剤を飽和蒸気圧Ｐｓ以下の吸気圧で回収できるようになフている。

注入器１５は両端を開いた円筒煙突状の管状要素１９内に設けられており、管状 要素１９の上端開口は冷縮液１２の自由表面２０より上に位置している。

図示の例の場合冷縮液１２に注入されるときの冷却剤の圧力は冷却室１０の頂部 を満たすガス状冷却剤の圧力を注入器１５上方の液柱の静水圧で倍加したものに 等しい。

この圧力は冷縮液１２の冷凍温度における冷却剤の飽和蒸気圧Ｐ、よりも高い値 に保たれる。この圧力は液相の冷却剤の注入直後の蒸発を防止するのに充分であ る。従ってオリフィスおよび注入器内外の凍結の危険がなくなる。

冷却剤としては例えばイソタン、オクタフルオロブタンＣ４Ｆ８　（Ｒ−Ｃ３１ ８）などが用いられ、制御弁１８の出口における温度如何で液状または部分的に ガス状である。注入器１５を離れる液状冷却剤の小滴１６ａに伴なうガス泡は管 状要素１９内の注入器１５上方の冷縮液１２の全てに上昇運動を引き起こし、こ の結果小滴１６ａはその比重が冷縮液１２より大であるにも拘らずひきずれれて ゆく、上昇中にこれら小滴は蒸発して社中には他の泡１６ｂが形成され、この地 点では圧力がｐ、に近くなる。管状要素１９中の社中の液の平均密度の減少およ び泡の存在により、管状要素１９中にはサイフオン効果により迅速に上昇流れが 形成され冷却室１０と管状要素１９との間の環状空間にも上昇流れが形成される 。

管状要素１９内の玲縮液１２中の冷却剤の蒸発により冷縮液１２の温度が急速に 下がって凍結温度になり、高流度の上昇流れがあるがために、凍結した冷蓄体お よび液の微小結晶のゲルまたは懸濁液が形成され、この結晶の重量濃度は低くて １／１０００部から数％位である。

管状要素１９中の液の上昇流れの速度が液が勅かないときのゲルまたは懸濁液２ ７を構成している結晶の自発デカンテーションの速度よりも大なので、ゲルまた は懸濁液２７は均質となる。

ゲルまたは懸濁液２７に中の結晶は環状空間内の冷蓄体および液とは分離されて いる。これは該空間中の下降流れの速度が結晶の自発デカンテーション速度に劣 るからである。

このような効果は装置の適切な作用上必要なものであるが、これには管状要素１ ９０面積を上記環状空間のそれの分数値として与えることにより得られるもので ある。

実際には結晶が既に冷却室１０中に蓄積されると、自由表面２０が冷凍した冷蓄 体および液の乾燥結晶からなる上側層２１とこの液を含む下側層２２との分離層 を形成する。

ゲルまたは懸濁液の流体密度の故に上側層２１と下側層２２とは多孔性の構造を 有し、これが蓄積された微細な結晶の冷凍可能な液と混ざった塊がある冷蔵室に おいて形成されるものよりもより均質でコンパクトとなる。

冷却室１０中に形成された閉回路の循環の結果、冷縮液１２は永久に上側層２１ と下側層２２とを通って循環し、この液の冷凍温度に非常く近い温度に保たれる 。この冷気を帯びた液は排出ライン１３を経て活用回路に排出される。これは冷 気−蓄積相の間そして一部は冷気−復元相の間管状要素１９を通って完全に循環 される。

装置が適切に機能するためには、即ち注入器のレベルにおける静水圧に関連する 状態が有効に達成されるためには、冷却室ｌＯの高さが充分なものでなければな らない、実際には、冷却剤の性賀、即ち冷却室１０中の自由表面２０上方のガス 状液の吸気圧および自由表面２０の高さは、冷縮液１２の冷凍温度における冷却 剤の飽和上記圧が吸気圧と注入器の高さでの液の静水圧との和より劣るように、 選ばなければならない。

冷却室４０のコストを少なくするには、吸引圧Ｐ、が大気圧に近くなるように、 更に冷却室１０中への大気の侵入の危険を避けるにはこれより若干大になるよう に、冷却剤を選ぶ、これには上記したイソブタンおよびＲ−Ｃ３１８などを用い ればよい。

小滴１６ａの蒸発レベル２３までの注入器上の液柱の高さをり、とじ、このレベ ル２３から自由表面２０までの柱の高さをｈ２とし、自由表面２０と管状要素１ ９の上端との間の高さをり、とすると、ｈ３は上側層２１の最大厚さよりも大で なければならない、高さｈｌは好ましくは０．５〜２ｍｍであり、高さくｈｚ　 ＋ｈｓ　）は０．４〜４ｍｍである。高さくｈｚ　＋ｈｓ　）が大き過ぎるとレ ベル２３における冷却剤の飽和蒸気圧Ｐｓと冷却室１０の頂部における吸気圧Ｐ 、との差が大きくなり過ぎて、圧縮を大きく掛ける必要が生じ、装置の熱力学効 率が低くなる。高さくｈａ　＋ｈｓ　）を制限するには、冷却室１０の高さが大 きいときには注入器１５を管状要素１９内である高さり、に設けるとよい。

上側層２１と下側層２２によフて形成される結晶の最大高さが３〜４　ｍを越え ると、高さくｈ＋　＋ｈ２　＋ｈｓ　）を制限すべく高さｈｏを充分な値例えば ３ｍとするのがよい、これにより冷却剤の吸気圧が飽和蒸気圧Ｐｓより遥かに下 になるのを避けることができる。

装置が適正に作用して上側層２１および下側層２２と冷蓄体および液との間の熱 交換が良（行われるためには、冷却室１０中において注入器の上方の液柱に沿っ てサイフオン効果により強い上昇流れがまたこの柱の周りに下降流れが形成され るべく、下記の関係が満足されなければならない。

（１）　ΔＰ謔ρ１　・ｇ’ｈ２− ρ、・８・　（ｈｚ　＋ｈｓ　）　＞０ここでρ１は冷蓄体および液の比重であ り、ρ、はレベル２３上の泡を含んだ冷蓄体および液柱の平均比重である。

（２）　ρ、冨ρ１　・（１−Ｃ） ここでＣは上記社中のガス状冷却剤泡の平均体積濃度である。

泡濃度Ｃが２０％とすると、ρ、＝０．８ρ□となり、式％式％） ここでＨを蓄積相の最後における下側層２２の最大高さとする。自由表面２０上 の上側層２１の孔度が下側層２２のそれと同じだとすると、実質的に水からなる 冷蓄体および液の場合上側層２１の厚さは０．ＩＨとなる。

例えばＨｗ３ｍならば、この厚さは０．３ｍとなり、かつ蓄積液の正しくオーバ ーフローを行わせるにはり、＝ｏ、ｓｍとなる。

すると式（４）はｈ２＞２ｍとなる。

実際には管状要素１９中に充分な流度の上昇流れを得るには例えばｈ２富２．５ ｍとする。

従って（ｈ、　十り、）ｗ３ｍとなる。

蒸発レベル上方の液柱の静水圧ΔＰは （５）　ΔＰ−ρ、・ｇ・（ｈａ　＋ｈｓ　）となる。

一例を挙げるとρ、−０．８−１０３ｋｇ／ｍ’ならｐ＝０．２４パールとなる 。

従って冷却室１０上方におけるガス状冷却剤の吸気圧Ｐ。

は蒸発レベル２３における煙突中の圧力より０／２４バール低くなければならな い、この圧力とは液の冷凍温度における冷却剤の飽和蒸気圧Ｐ３にほぼ等しく、 この例の場合は０゜である。

０°ＣにおけるＰ３が１．２８バールだとすると（Ｒ−Ｃ３１Ｂ？４ｊ却剤）、 吸引圧ｐ、は約１．０４バールとなる。

注入器１５の凍結を防止すべ（ｈｌｘｌｍとすると、冷却剤注入域付近での液の 圧力Ｐ、は１．２８＋０．１−１．３８バールとなる。

経験からすると上記の装置により得られる平均体積濃度Ｃは管状要素１９の頂部 で１０〜７０％であり、管状要素１９の頂部から排出された液中のゲルまたは懸 濁液を形成する微小結晶の濃度は１から数％である。

冷却剤がイソブタン（Ｒ−６００＆）またはオクタフルオロシクロブタン（Ｒ− Ｃ３１８）から構成されているとき、このシステムにおける煙突の面ａｍ２当り の冷却能力は通常４００００〜８０００００ｋ　ｇ　、　ｃ　ａ　１　／　ｈ　 、　ｍ２であり、これに対応する蒸発された冷却剤の排出度は１５０〜３０００ ｍ”　／ｂ、ｍ″である。

上昇流れの速度は煙突の上部をふさぎ易い塊状の凍結結晶のプラグがデカンデー ジジンにより形成されるのを防止できるに充分なものでなければならない、この 速度は通常０．０５〜２ｍ／ｓｉ’！、す、好ましくは０　、３　ｍ　／　ｓよ り大である。

管状要素１９の上部に設けられた偏向板２４は液がオリフィス１７に達するのを 防ぐとともに、煙突内の冷却剤の蒸発により形成された結晶のゲルまたは懸濁液 が上側層２１上面に均一に排出されるためのものである。

冷縮液１２が冷却室１０中で閉回路を循環するため、液は管状要素１９内を充分 な速度で上昇し、煙突頂部にデカンデージジンにより凍結結晶のプラグが形成さ れるのを防止する。またこの速度により煙突から排出される際のガス状冷却剤と 液との分離が良くなり、この領域では液の流れの厚さが小となる。

管状要素１９の上端でオーバーフローが起きるので、オリフィス１７に接続され たコンプレッサーに吸引されるガス状冷却剤に液がついてゆかない。

導入ライン１４にはスプレー２５が設けられていて、活用回路から戻った再加熱 された冷蓄体および液を乾燥結晶の上に均一に散布する。

冷却室１０の底部の排出ライン１３上方にはスクリーン２６が設けられており、 下側層２２が厚くなって冷気−蓄積相の最後に冷却室１０を満たしたときに固化 した液の触媒により底部が詰まるのを防止している。

かくすることにより爾後の冷気−復元相中液の流れが結晶上に濃縮されて不均一 になることを回避できる。また排出ライン１３の詰まりの危険も回避できる。

図示の例の場合には冷却室１ｏと管状要素１９とはともに円筒状であり、その壁 面が結晶層２１．２２を捕捉するようなことなない、冷気を生成蓄積する相の間 管状要素１９の上部から絶えず新たな結晶が排出されるからこれらの結晶層は厚 くなる。この結果結晶の沈積を来す、貯蔵された冷気を活用する相の間、硬化し た液の結晶の溶解はその底部におけるよりも頂部において速くなる。上側層には 絶えず再加熱された液が散布され徐々に冷却される。このより速い表面溶解の故 に、液上に浮いているものは浮力により上昇する。この上昇は亀裂や構造再組織 を伴なうことなく、表面が平滑で結晶の変位を妨げないならば、それにに沿フた ピストン摺動の形で球状に起きる。

第２図に示す実施態様においては、その作用原理は上記のものと同じであるが、 冷気貯蔵のための凍結結晶蓄積機能と結晶生成機能とが分離されたものである。

冷却室３ｏは絶縁層３１および図示しない結晶−貯蔵室により囲まれている。

冷却室３０の底部には注入器３２が設けられており、制御弁３４を具えた導入ラ インから冷却剤３３を供給される。これ制御弁３４は蒸発された液状冷却剤の流 度を調節するもので、その圧力はコンデンサーを離れるときに４バ一ル程度で液 に注入されるときに２パ一ル程度である。冷却室３ｏの頂部には蒸気状の冷却剤 の吸気のための排出ライン３５が接続されており、例えば１パ一ル程度で吸気す る。

先の場合と同様に、冷却剤がときにはいくらかの蒸気泡も含んで液状で注入され 冷却室３０中ある特定の高さり、においてのみ蒸発されるように、注入圧および ／または蓄積液柱の高さを選ぶ、この蒸発により液の冷却が起き、この冷凍液の 微細な結晶が形成される。これらの結晶は液と混合されてゲルまたは非常に液状 の懸濁液を形成し、汲みあげられて円筒状の貯蔵室中において濃縮される。この 貯蔵室は冷却室１０と同じではあるが、管状要素１９は具えていない、排出ライ ン３６は液の自由表面３８近くに開口部３７を有しており、これにより懸濁液を 回収してポンプ３９を介して前記の貯蔵室に移送する。戻りライン４０により貯 蔵室から解放されて結晶を含まない液を冷却室３０の底部に供給する。

矢印Ａ％　Ｂ％Ｃで示すように、サイフオン効果により冷却室３０中には流れが 形成され、中央部において上昇し外壁４４近傍において下降する。この流度はポ ンプ３９により冷却室３０から抜出される液のそれの数倍である。

このような閉回路流れが冷却室３０中に形成されることにより、自由表面３８近 くにおける結晶のデカンテーションによる結晶塊プラグの形成が防止され、蒸発 したガス状冷却剤の分離が良くなる。

上記に代えてポンプ３９により冷却室３０から抜出した液を熱交換器に循環させ てもよい、この場合冷却室３ｏは結晶のゲルまたは懸濁液が形成される結晶室と してもまた液を凍結なしに冷却する室としても機能できるが、これは熱交換器を 循環する液の流度による。いずれにしても閉回路流れの故に液とその中のガス状 冷却剤の自由表面近傍における分離が良くなる。

、冷却室３０が結晶室として機能する場合には、蓄積液の流度はライン３６やポ ンプ３９を含む水圧回路に渦流を引き起こすに充分な値とする。これによりこの 水圧回路中には結晶のデカンテーションおよびプラグの形成などが起きないので ある。

この冷却／結晶室は特に簡単であり、その形成には標準的な円筒容器を用いれば よい、また種々の組合せも可能となる。また貯蔵室の横断面は円形でも方形でも 自由にできる。

結晶室は必要に応じて冷気貯蔵室の近くに設けても離して設けてもよい、できれ ばプログラム化された集中制御により全装置を自動監視する。即ち必要に応じて 全体のシステム中で貯蔵室を適宜加減できるのである。また保全の目的などで各 部を適宜結合分離することもできる。

第３図に示す実施態様は′ｔＳ２図に示すものの変形であって、冷却室５０は絶 縁層５１により囲まれており、それに含まれた冷縮液５２は管状要素５５と室壁 との間の環状空間から排出ライン５３を経て抜き出され、ポンプ３９の働きによ り戻りライン５４から頂部に偏向板５６を具えた管状要素５５の底部に再注入さ れる。この管状要素５５は液と冷凍液の結晶または冷却液を矢印Ａの方向に排出 しガス抜きをするものである。これによりガス状冷却剤が液から分離される。

図示の例では排出ライン５３は環状空間内に開口しているが、管状要素５５の内 部から冷却液を抜出すようにしてもよい、即ち鎖線５３“で示したのがそれで、 冷却剤の注入域より下側に開口している。

管状要素５５中には第４．５図に示すような構成の注入器５７が少なくとも１個 設けられており、ポンプ６４の働きにより制御弁５９を具えたライン５８から冷 却剤を供給される。冷却剤は冷却室５ｏの頂部においてガス状でライン６゜に回 収される。

冷却剤の蒸発により形成された泡はサイフオン効果により矢印Ａで示すように管 状要素５５を上昇する液の流れとその外側を下降する液の流れとを引き起こす、 冷却液またはその結晶との混合の一部は矢印Ｂで示すように再循環する。また極 く一部は出口側を活用回路に接続されたポンプ３９の働きにより排出ライン５３ を経て抜き出される。

ここでも活用回路は結晶蓄積室および／または熱交換器を含んでなるものである 。活用回路の出口では液は一部または完全に結晶から解放されている。

制御弁５９を調節することにより蒸発冷却剤の流度を変えて装置の冷却能力を決 めることができる。即ち閉回路中の液の流度を充分なものとして、デカンテーク ３ンにより凍結結晶のプラグが自由表面６３の近傍に形成されるのを阻止できる のである、ポンプ６１により抽出される液の流度を蒸発した冷却剤の流膜の関数 として調節することにより、閉回路中のゲルまたは懸濁液の濃度を例えば０．１ 〜２５％位に抑えることもできるのである。

３４１．２図に関連して述べたように、液相にある冷却剤は冷蓄体および液より も多少濃い、この場合には第１〜３図に示した室の底部に吸気ポンプに接続した 排出オリフィスを設けて、注入後に蒸発せずに底部に蓄積した冷却剤を回収する とよい、また室中の注入器の凍結を防止するべく、特に室の全高が限られている ときには、この抑制をダイナミックに得ることができる。

このため第３図の注入器５７は第４図に示すような構造を有している。即ちポン プ６５によって冷蓄体および液を供給される房室７１が設けられており、その圧 力は液の冷凍温度における冷却剤の飽和蒸気圧より大に保たれ、かつこの房室は 少なくとも１個の出口オリフィス７３を介して結晶室中液圧が飽和蒸気圧Ｐｓ以 下の領域に開口している。制御弁５９からの冷却剤は圧力下にオリフィス７３に 向けて房室７１中に注入される。かくして液状冷却剤のジェットは液の鞘によっ て囲まれて注入器から熱的に遮断されるから、オリフィス７３内において既に冷 却剤の凍結が起きるにも拘らず注入器の凍結が防止されるのである。

第５図に注入器の他の例を示す、ここでは第４図の注入器に代えてバイブ注入器 ８０が用いられており、オリフィス８２を具えた中管８１とオリフィス８４を具 えた外管８３とから構成され、両オリ、アイスはそれぞれ対向している。中管８ １は圧力下の冷却剤を運ぶものであり、外管８３は圧力下の液を運ぶものである ０両オリフィス８２．８４の配置の故に冷却剤は微細の矢印Ａで示すジェットの 形で矢印Ｂで示すように冷蓄体および液の鞘中に注入される。

実際には液の流度が冷却剤のそれの２〜２０倍となるようにオリフィス８４を設 定する。先と同様に冷却剤は液の鞘によって囲まれ注入器８３から遮断されるか ら、注入器８３中で既に冷却剤の蒸発が起きるにも拘らず注入器の凍結が防止さ れる。

このような注入器を用いたことにより、液を収容する室が充分な高さを有してい るときの注入器のレベルにおける静水圧により静的に得られる状態と等価のもの が得られるのである。冷却剤の蒸発が注入器５７０レベルで起診るのであるから 、高さの小さな結晶室を用いることが可能となる。

第５図において注入ノズル７０中又は中管８１中の冷却剤の圧力をｐｔとし、房 室７１または外管８３中の蓄積液の圧力を２１とし、かつ冷却室５０中オリフイ ス近傍におけるその圧力をＰ２とすると、次の関係が成立する。

Ｐｔ＞Ｐｌ＞Ｐｓ 更に次の関係も得られる。

Ｐｓ＞ＰｓでしかもＰｇ　＞Ｐ。

第２〜５図において結晶室に生成される液中の懸濁結晶の襟度は室から抜出され る液の流度と蒸発冷却剤の流度によりて決る装置の冷却能力との比の関数となる 。

この比を充分に増加することにより、室から抜出された液を凍結なしに冷却する ことができる。この場合結晶室は非常に効率よく機能するとともに、ガス状冷却 剤と液との分離が非常に良くなる。

国際調査報告 ７ＡｍｋＰＣＴ／ＣＨ８７１００００８ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＦｊ　ＩＮＴＥＲ ＮＡＴ、ｌ０ＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥＰＯＲＴ　ＯＮυ５−Ａ−２０２０７１ ９Ｎｏｎｅ

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. １．冷却室に部分的に含まれた冷蓄体および液の冷却および／または部分冷凍が 少なくとも部分的に液状の冷却剤を冷却室内の冷蓄体および液中に注入し、この 液中で直接にこの冷却剤を蒸発させ、冷却室の頂部においてガス状の冷却剤を冷 蓄体および液の自由表面上方で回収しすることにより行われ、かつ冷却室の底部 から冷蓄体および液が抜出され冷気活用回路および／または少なくとも１個の液 貯蔵室に運搬され、再び冷却室に導入されるに際して、冷却室中に閉水圧回路の 液流れが形成され、この流れが、少なくとも一部液相の冷却室の注入域上方に位 置する冷蓄体および液の少なくとも１個の上昇流れと、ガス状冷却剤から解放さ れた実質的に冷蓄体および液からなる下降流れとを有しててなり、 閉回路中のこの流れがサイフォン効果により形成され、かつ液と上記注入域上方 の蒸発冷却剤の泡との混合物の平均密度の減少により形成される ことを特徴とする冷気を形成して一時的貯蔵と復元の直接または間接後に使用す る方法。
2. ２．冷却剤の蒸発がゲルまたは液およびこの動いている冷蓄体および液の結晶の 均質懸濁液を形成するように冷却剤の注入器が調節される ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。
3. ３．冷蓄体および液が動かないときに、上昇流れの速度が懸濁状の結晶の自発デ カンテーション速度の数倍となるように上昇流れが形成される ことを特徴とする請求の範囲第２項記数の方法。
4. ４．冷蓄体および液が動かないときに、上昇流れの速度が懸濁状の結晶の自発デ カンテーションの速度に劣るように上昇流れが形成され、これにより下降流れの 領域に結晶が多孔性のコンパクトな集合の形で蓄積され、冷蓄体および液がこの 集合を通過して下降流れの底部に戻る前にその中に含む結晶から解放され、更に 冷却剤の蒸発により形成された結晶を再充填される ことを特徴とする請求の範囲第２項記載の方法。
5. ５．下降流れの速度が自発デカンテーションの速度の数倍となるように下降流れ が形成される ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。
6. ６．下降流れおよび／または上昇流れの領域中でかつ注入域の下側で冷蓄体およ び液が抜出されて、少なくとも１個の熱交換器を含む活用回路を通る閉回路中を 循環して、冷却室に再充填される ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。
7. ７．下降流れおよび／または上昇流れの領域中でかつ注入域の下側で冷蓄体およ び液が抜出されて、これが更に同様に冷蓄体および液を含む別設の冷気貯蔵室に 運ばれ、この際多孔性のコンパクトな集合の形の結晶が該貯蔵室中に蓄積され、 冷蓄体および液がこの集合中を通過して上昇流れの底部に戻る前にその含む結晶 から解放され、冷却剤の蒸発により形成された結晶を再充填されることを特徴と する請求の範囲第２項記載の方法。
8. ８．上昇流れが冷却室中に設けられた少なくとも１個の垂直管状要素中に形成さ れ、この管状要素中には少なくとも部分的に液状の冷却剤のための注入器が設け られており、この冷却剤の蒸発が冷蓄体および液との直接接触によりこの要素中 で引き起こされて、この液が冷却されて冷凍された冷蓄体および液のゲルまたは 懸濁液が形成され、管状要素の頂部においてこの液がゲルまたは懸濁液の形で排 出され、かつ 冷却室の頂部において冷却剤がガス状で回収されることを特徴とする請求の範囲 第４項記載の方法。
9. ９．冷却室に含まれた冷蓄体および液が冷凍液のゲルまたは懸濁液を含んでおり 、該液がその渦流を保つことにより貯蔵室に運ばれて、これにより冷凍結晶塊の プラグの形成が阻止される ことを特徴とする請求の範囲第７項記載の方法。
10. １０．冷却剤の液中への注入域近傍における冷却剤および冷蓄体および液の圧力 が冷蓄体および液の冷凍温度における冷却剤の飽和蒸気圧より勝る値に保たれ、 かつ液の自由表面上方の冷却剤の圧力がこの飽和蒸気圧より低い吸気圧に保たれ る ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。
11. １１．注入が冷却室中の特定領域において行われ、この領域においては自由表面 上のガス状の冷却剤の吸気圧により倍加された冷蓄体および液の静水圧が飽和蒸 気圧より大であり、注入域より高い位置において上昇運動中に冷蓄体および液中 で冷却剤の蒸発が起きる ことを特徴とする請求の範囲第１０項記載の方法。
12. １２．吸気圧が、冷蓄体および液の冷凍温度における冷却剤の飽和蒸気圧より０ ．２〜０．８バール低いことを特徴とする請求の範囲第１１項記載の方法。
13. １３．冷却剤が冷蓄体および液の垂直柱の底部において注入され、注入域近傍の 液の全圧が冷凍温度における冷却剤の飽和蒸気圧より勝るようにその高さが選ば れていることを特徴とする請求の範囲第１１項記載の方法。
14. １４．冷却剤の注入が飽和蒸気圧Ｐｓ・より大なる圧力Ｐ１に保たれた冷蓄体お よび液によって満たされた冷却室中の空間に排出されるジェットの形を取り、 液のジェットがＰ１より小なる圧力Ｐ２で冷却室中に含まれた冷蓄体および液中 にこの空間から排出することにより形成され、かつ このジェットが冷却剤のジェットを鞘状に囲んで注入器から遮断する ことを特徴とする請求の範囲第１０項記載の方法。
15. １５．冷蓄体および液のジェットが冷却剤のジェットと同芯状であり、液の排出 速度が冷却剤のそれより大であることを特徴とする請求の範囲第１４項記載の方 法。
16. １６．結晶のゲルまたは懸濁液を充填した冷蓄体および液を冷却室から抜き出だ して少なくとも１個の熱交換器を通って循環させかつ冷却室に戻らせることによ り、冷蓄体および液を冷却室外の閉回路に循環させ、 結晶の少なくとも一部を上記熱交換器において溶解させ、かつ 閉回路と干渉することなく各点において渦流を保つべく冷蓄体および液の流れを 維持する ことを特徴とする請求の範囲第５項記載の方法。
17. １７．部分的に冷蓄体および液を含んだ少なくとも１個の冷却室と、少なくとも 部分的に液状の冷却剤を冷蓄体および液中に注入蒸発させる注入手段と、冷却量 の上部でかつ冷蓄体および液の自由表面上方でガス状の冷却剤を回収する回収手 段と、冷蓄体および液を冷却室から抜き出して少なくとも１個の熱交換器を含む 閉回路に運びこれを冷却室に再導入する循環手段とを有してなり、 冷却室中にサイフォン効果により開閉静水圧回路の液の流れを形成するように注 入手段が冷却室中の特定の水平部において冷却剤の注入蒸発を行い、 この流れが、注入手段の上方に位置してかつ蒸発冷却剤の泡を含んだ冷蓄体およ び液の少なくとも１個の上昇流れと、ガス状冷却剤から解放された少なくとも１ 個の下降流れとを、含んでいる ことを特徴とする請求の範囲第１項の方法を実施する装置。
18. １８．注入手段が冷蓄体および液の垂直柱下に少なくとも１個の注入器（１５、 ３２、５７）を有しており、冷却室の頂部におけるガス状冷却剤の吸気圧により 倍加された注入域中での静水圧が冷蓄体および液の冷凍温度における冷却剤の飽 和蒸気圧より大となるべく、注入器の高さが選ばれている ことを特徴とする請求の範囲第１７項記載の装置。
19. １９．冷却室（１０、５０）が少なくとも１個の円筒周壁を具えた垂直煙突を構 成する管状要素（１９、５５）を有してかつ注入手段がこの煙突内に設けられて おり、この煙突が下端において開口して冷蓄体および液の導入を可能とするとと もに、その上端において冷蓄体および液または冷凍液の結晶とこの液とからなる ゲルまたは懸濁液の管状要素と冷却室の周壁間の環状空間内への排出を可能とし ている ことを特徴とする請求の範囲第１８項記載の装置。
20. ２０．管状要素（２２）の面積が環状空間の面積と同じであることを特徴とする 請求の範囲第１３項記載の装置。
21. ２１．結晶を形成蓄積する単一室（１０）が設けられており、かつ管状要素（１ ９）の面積が環状空間の面積の分数であることを特徴とする請求の範囲第１９項 記載の装置。
22. ２２．冷却室（１０、３０、５０）と注入手段（７０、７１、７２、７３）とが 冷蓄体および液および注入域近傍の冷却剤の圧力を冷蓄体および液の冷凍温度に おける冷却剤の蒸気圧より大な値に保つように構成されていることを特徴とする 請求の範囲第１７項記載の装置。
23. ２３．注入手段が少なくとも１個の注入器（１５、３２）を有しており、 この注入器が冷蓄体および液中でかつ該液の垂直柱下に配置されており、かつ ガス状の冷却剤の吸気圧により倍加された注入域中の静水圧が冷蓄体および液の 冷凍温度における冷却剤の飽和蒸気圧より大となるように、注入器の高さが選ば れていることを特徴とする請求の範囲第２２項記載の装置。
24. ２４．垂直煙突の上端が冷却室中の冷蓄体および液の自由表面より上方に位置し 、かつ その上部に設けられた偏向板（２４、５７）が含液結晶を通して、冷却室の頂部 においてコンプレッサーに吸気されるガス状冷却剤に伴なわれるのを防止するこ とを特徴とする請求の範囲第１９項記載の装置。
25. ２５．冷却室（３０）と冷気を蓄積する第２の室とを有しており、これらの室を 連通する回路が冷蓄体および液と結晶との混合物を運ぶように構成されており、 かつ冷却剤の注入手段（３２）が冷却室の下部に設けられている ことを特徴とする請求の範囲第２３項記載の装置。
26. ２６．注入手段が房室（７１）を有しており、この房室が圧力下の冷蓄体および 液のための通路（７２）に接続されるとともに冷却室に開口する出口（７３）を 具えており、更にこの房室（７１）の出口（７３）に向けて冷却剤を注入するノ ズル（７０）が設けられており、かくして形成された冷却剤のジェットが冷蓄体 および液の鞘に囲まれて房室（７１）の壁から遮断される ことを特徴とする請求の範囲第２２項記載の装置。
27. ２７．一連のオリフィス（８２）を具えた中等（８１）と該オリフィスに対面す る一連のオリフィス（８４）を具えた同芯状の外管（８３）とからなる注入パイ プが設けられており、かつこれらのオリフィスが組になって一連の注入器（８０ ）を構成する ことを特徴とする請求の範囲第２２項記載の装置。