JPS6099968A - ブライン冷却法 - 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】 この発明は、ブライン冷却法に間するものである。

近年、化学工業の発達とともに各分野でより低温域での
プロセスが開発され、工業規模のより低温域での低温発
生装置の要求が増大してきている。

一般には、これに対応するものとして冷凍機使用による
従来のブライン冷却法が応用されているが、この方法で
は現在望む低温が得がたい。また液化窒素等による直接
冷却の冷熱利用の方法も行われているが、これは局所凍
結になりやず（、かつ精密な温度制御が得がたく、また
その気化ガスの再利用化も困難でありコスト的にも問題
がある。

例えば食品薬品類の急速凍結を行うための冷熱利用ある
いは化学工業界における低温反応のための冷熱利用等そ
の用途は多種多様にわたっており、しかもますまずその
要求温度はより低く、また温度の制御精度もより高いも
のが望まれてきている。

各分野における低温域でのプロセスについてより詳しく
説明すると、食品薬品業界では、食品薬品類の凍結乾燥
の予備凍結を行うための冷却用として一６０℃以下の低
温が要求されており、より低温で急速凍結すると緻密な
氷結粒が得られ、この結果、被冷却物の細胞破壊が防が
れて品質の向上が達成され、しかも凍結時間の短縮化も
実現される。また食品薬品類の冷凍庫においても、現在
のものよりさらに低温にすることにより、保存期間の延
長２品質の維持が計りうるようになる。しかも、これら
の特徴である頻繁な搬出入および搬入時に伴う物、外気
５人等による大きな熱の負荷変動（温度変動）にも速や
かに対処しうるようになる。また医薬品を含むファイン
ケミカル等の低温反応では、例えば−６０°Ｃ以下の超
低温が必要であり、しかも回分反応が主体であるため反
応開始時には、急速冷却を行う必要上−９０°Ｃ程度の
多量の低温ブラインで反応熱除去冷却を行い、その後反
応が安定すれば一９０°Ｃ±２℃程度の高精度のブライ
ンを供給し、常に一定量の反応熱除去を行う必要がある
。しかし、このような超低温で、かつ急激な負荷変動（
温度変動）に充分追従でき高い温度制御精度を要求され
る冷却を行うことば、上述の従来のブライン冷却法なら
びに液化窒素等による直接冷却法では非常に困難である
。しかも多数基の低温反応釜の温度制御を同時に行う場
合等はなおさらである。従来は、より超低温を得るため
の方法として多元蒸気圧縮式冷凍機または多段発生、多
段吸収式冷凍機等の機械式冷凍機を使用した低温ブライ
ンによる方法、あるいは炭酸ガス、液化窒素等の冷熱を
直接利用した方法が用いられていた。しかし、従来の方
法では、下記のように温度条件、設備費用、取扱いの困
難さ等非常に問題点が多く、いずれの方法においても満
足しうる冷却が行えていないのが実情である。

すなわち、従来のブライン冷却法では、ブラインを■蒸
気圧縮式冷凍機または■吸収式冷凍機を用いて冷却し、
この冷却されたブラインを用いて被冷却物を冷却するこ
とが行われているが、一般に、装置自体が大型となるう
え、急激な負荷変動（？Ａ度変動）に追従出来ないとい
う欠点がある。

より詳しく説明すると、上記■の蒸気圧縮式冷凍機を用
いて一６０℃以下の低温のブラインを得る場合には、２
種類以上の異種の冷媒を用いた２元あるいは３元以上の
多元冷凍方式のものが必要となる。上記２元式冷凍機と
は、低温側冷凍機と高温側冷凍機とを備え、低温側冷凍
機の凝縮部を高温側冷凍機で冷却するもので、冷媒とし
て高温側にＲ−５０２，Ｒ−２２等が用いられ、低温側
にＲ−１３，Ｒ−１４等が用いられる。しかし、このよ
うな２元式冷凍機等の多元式冷凍機は、いわば複数の冷
凍機の組合せであり、これらの複数の冷凍機の運転状態
が一致してこそはじめて安定した性能が得られるもので
ある。しかしながら、実際には、このような複数の冷凍
機の運転状態のバランスをとることが困難であり、特に
負荷変動が大きなものを冷却するようなときには、それ
らをバランスよく運転させることが極めて困難である。

さらに、このような多元式冷凍方式は装置全体が複雑と
なるため、設備費が極めて高価となるとともに維持にも
多大な費用と要員が必要となる。

また、前記■の吸収式冷凍機は、アンモニアの蒸気を低
温低圧で水に吸収させ、高圧下で加熱してアンモニア蒸
気を分離し、これを凝縮器で液化させ膨張弁を経て蒸発
器を通ずことにより冷却を行うものであるが、この吸収
式冷凍機も前記の多元式冷凍機と同様多段発生、多段吸
収式となり、装置全体が複雑となって設備費も高くなり
、運転状態のバランスをとることが烈しい負荷変動の大
きいものを冷却する時は極めて困難である。さらに冷媒
にアンモニアという毒性・可燃性があるものを使用する
ため、運転および取扱いに極めて注意が必要となるとい
う問題もある。

このように、従来のブライン冷却法は、いずれも多段式
冷凍機や多段発生、多段吸収式冷凍機を用いるため、運
転取扱いが困難で負荷変動（温度変動）にも速やかに対
応できず、またブラインの温度制御を高い精度で行うこ
とも不可能であった。また、他の方法として炭酸ガス、
液化窒素等の冷熱を利用して直接被冷却物を冷却する方
法もあるが、炭酸ガスによる冷却の場合、冷却温度も一
７８℃以上であり、しかもｉ１ｍ常固形炭酸（ドライア
イス）の状態で使用されるため取扱いが非常に不便であ
る。一方液化窒素による直接冷却の場合には、液化窒素
の温度が一１９６℃という超低温であり、被冷却物の温
度とは温度差が大きすぎ被冷却物の温度制御が非常に難
しく、また−１９６℃という超低温であるので冷却方法
によりでは被冷却物が局所凍結を起こす恐れもあり、運
転方法および取扱いに非常に注意を要する。また冷熱源
として使用した超低温気体の気化ガスを再利用すること
は実質上不可能となり非経済的である。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、ブ
ラインを冷却するブライン冷却器と、被冷却物を冷却す
る被冷却物冷却部とをブラインが循環しうるよ・）にブ
ライン流路で結び、ブラインを循環させて被冷却物を冷
却するブライン冷却法であって、ブラインの冷却源とし
て超低温流体を用い、かつこの超低温流体によるブライ
ンの冷却が熱交換により行われることを特徴とするブラ
イン冷却法をその要旨とするものである。

すなわち、このブライン冷却法は、超低温流体をブライ
ンの冷却源として用い、超低温流体のもつ多量の冷熱で
ブラインを冷却するため、低温冷却の要求に充分応えう
るとともに、大きな負荷変動（温度変動）に速やかに対
応でき精密な温度制御をなしうるようになる。しかもこ
の方法は、簡易な設備で実現できるため、設備費も安く
、運転、取扱い、保全等も容易である。なお、この発明
の方法はアンモニア等の毒性・可燃性の強いものを用い
ないため安全である。

ブライン冷却の冷却源となる超低温流体としては、例え
ば液化窒素、液化酸素、液化アルゴン等の超低温の流体
があげられる。しかしながら、通常は液化窒素が用いれ
る。

ブラインとしては、例えは塩化カルシウム、エチレング
リコール、塩化メチレン等が通常使用されるが、これら
は−９０℃以下のブラインとしては不可能であり、超低
温ブラインとしてフロン−１１を用いると凝固点が低く
（−１１１℃）、沸点が高＜（＋２３．８℃）、無毒・
不燃性であり、取扱い容易で一９０℃付近の超低温ブラ
インとしては最適のものである。

つぎに、この発明を実施例にもとづいて詳しく説明する
。

すなわち、この実施例は超低温流体として液化窒素を、
ブラインとしてフロン−１１を用いて＝９０±２°Ｃの
超低温ブラインを得、ブラインの冷却を終えて気化した
窒素ガスを有効に利用する系である。

この発明の一実施例の構成を示す第１図においては、■
はブライン循環系で、ブラインタンク２、ブライン循環
ポンプ３．ブライン冷却器４．熱交換器５を備えている
。６はそのブライン循環系１の高温側配管、７は同じく
そのブライン循環系１の低温側配管である。１０は液化
窒素供給系で、液化窒素貯槽１１．液化窒素蒸発器１２
．液化窒素流量コントロール弁１３．窒素ガス加温器１
４を備えている。１５はその液化窒素供給系１０の液化
窒素貯槽１１から液化窒素をブライン冷却器４に導く液
化窒素配管、１６はブライン冷却器４内において気化し
た窒素ガスを導く気化ガス導出管、１７は蒸発器１２に
より気化された窒素ガスを送り出す窒素ガス側配管であ
る。液化窒素配管１５に設けられた液化窒素流量コント
ロール弁１３は、ブライン循環系１の低温側配管７内を
流れるブライン温度を検出し、このブライン温度が一定
になるように信号を出力する温度指示開節計１８によっ
て制御され、ブライン冷却器４に送り込む液化窒素の量
を自動的に増減するようになっている。２０は窒素ガス
再利用系で、圧力調整弁２１．１８ガスチヤンバー２２
および放出弁２３を備えている。すなわち、この窒素ガ
ス再利用系２０は、液化窒素供給系１０のガス側配管１
７内の気化窒素ガスを、ガス圧を圧力調整弁２１で調整
したのち窒素ガスチャンバー２２に導くとともに、気化
ガス導出管１６内の窒素ガスを同しく窒素ガスチャンバ
ー２２内に導き、それを再利用（この実施例では被冷却
系２４内へ送気する）するようになっている。この被冷
却系２４に送気された窒素ガスはその系内の空気を追い
出して窒素ガス雰囲気にし、それによって被冷却物（図
示せず）の酸化を防止ならびに防爆等の安全に供される
。なお、再利用に必要な置板外の余剰窒素ガスまたは再
利用の必要のないときの全窒素ガスは放出弁２３から大
気中に放出される。

この構成において、被冷却系２４内の被冷却物の冷却は
つぎのようにして行われる。すなわち、装置を作動させ
ると、ブラインタンク２に入れられたブラインがポンプ
３の作用により高温側配管６内を通ってブライン冷却器
４に送られる。このブライン冷却器４には、圧力差を利
用して液化窒素貯槽１１から液化窒素が液化窒素配管１
５を通って送り込まれ、ここでブラインと液化窒素とが
熱交換し、ブラインは低温（−９０℃以下）に冷却され
、液化窒素は気化し一１ｏｏ℃程度のガスとなる。冷却
されたブラインは、低温側配管７を通って被冷却系２４
内の熱交換器５に達し、ここで被冷却物を冷却し、それ
自身は昇温してブラインタンク２的に戻る。そしてブラ
イン循環ポンプ３の作用により、再びブライン冷却器４
に送られ液化窒素と熱交換して低温になり、熱交換器５
に達し被冷却物を冷却する。このようにしてブラインが
循環し、被冷却物の冷却が連続的になされる。この場合
において、低温側配管７に設ＬＪられた温度指示調節計
１８が、その配管７内のブラインの温度を検出してその
温度が一定になるように信号を出力し液化窒素流量コン
トロール弁１３を制御し、それによってブライン冷却器
４内への液化窒素の送入量を調節することにより低温側
配管７内のブラインの温度が高精度で一定に保たれるよ
うになされている。なお、ブライン冷却器４内において
、ブラインを冷却した液化窒素は気化して窒素ガス（−
１００℃程度）となり、気化ガス導出管１６を通って窒
素ガス加温器１４に入り、ここで常温程度まで昇温され
窒素ガスチャンバー２２に送り込まれ、放出＃−２３を
経て大気中に放出されるかもしくは配管２５を経て被冷
却系２４内に送気される。

なお、気化した窒素ガスのみが必要なときは、液化窒素
配管１５の流量コントロール弁１３を閉じ、液化窒素貯
槽１１内の液化窒素を液化窒素蒸発器１２を通して窒素
ガス側配管１７内に送り、これを圧力調整弁２１を経由
させて窒素ガスチャンバー２２に入れ、ここから取り出
すことが行われる。

このように、この実施例は、超低温の極めて大きな冷熱
をもつ液化窒素によりブラインを冷却するため、低温冷
却の要求に充分応えることができるとともに、被冷却物
の負荷変動（温度変動）が大きくても迅速に充分対応す
ることができる。さらにブラインの温度制御を、温度指
示調節計１８と流量コントロール弁１３とによりブライ
ン冷却器４に入る液化窒素の送入量を調節することによ
り行うため、高精度な温度制御が可能になる。また、こ
のように液化窒素の流量の調節によってブラインの温度
制御を行うため、従来の装置に比べて著しく装置が簡単
になり、かつその運転、取扱い、保全等も容易になり、
かつ設備費も安価となる。また、液化窒素の消費量も合
理的となり経済的である。なお、液化窒素を気化して窒
素ガスを他の設備等に使用する際に液化窒素の気化熱を
有効に利用してブライン冷却用に活用すればコストも著
しく低減しうる。

なお、上記の実施例では、液化窒素の流量の調節により
ブラインの温度制御を行っているが、ブラインの温度制
御は液化窒素の流量の調節による方法に限るものではな
く、ブライン流量を調節することによって、ブライン温
度制御を行う方法等信の方法によって行うようにしても
よい。また上記の実施例では、熱交換器５を被冷却系２
４内に設置して被冷却物を冷却するようにしているが熱
交換器５を用いず、ブラインを直接被冷却物に注いだり
、あるいはブライン回路中に被冷却物を浸漬したりして
冷却するようにしてもよい。

この発明のブライン冷却法は、大きな冷熱をもつ超低温
流体でブラインを冷却し、それによって被冷却物を冷却
するため、低温冷却の要求に充分応えることができると
ともに被冷却物の大きな負荷変動（温度変動）に速やか
に対応しうるようになり精密な温度制御をなしうるよう
になる。また、ブラインの冷却を終えて気化したガスを
再利用しうる。さらに、この方法は、簡単な設備で実現
できるため、設備費も安く、運転、取扱い、保全等も容
易である。また、ブラインの温度制御を、ブライン流路
中のブラインの温度を基準にし超低温流体の送入量を調
節することによって行うようにするときは、一層精密な
ブラインの温度制御をなしうるようになり、超低温流体
の消費量も合理的となり経済的である。なお、この発明
の方法は、アンモニア等の毒性・可燃性の強いものを用
いないため安全である。

【図面の簡単な説明】

図面ばこの発明の一実施例の構成図である。 ２・・・ブライン流路中　３・・・ブライン循環ポンプ
４・・・ブライン冷却器　５・・・熱交換器（１１・・
・液化窒素貯槽　１３・・・液化窒素流量コントロール
弁１８・・・温度指示調節計 特許出願人　藤沢薬品工業株式会社 大同酸素株式会社 代理人　弁理士　西　藤　征　彦 （１５） 手続補正書（自発 １．事件の表示 昭ｆロ５８年特詐願第ジ０７１８０号 ２、発明の名称 ブライン冷却法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　大阪府大阪ｒ−＋ｉ区道（−口の３名　称　藤沢
薬品工業株式会社 代表者　代表取締役藤　澤友吉部 住　所　大阪府大阪市南区鰻谷中之町７２番地の１名称
　大同酸素株式会社 代表者　代表取締役　山　田川部 明細書 ６、　７ｉｌｉ正の内容 ＋１１　明細書第２頁第４行目、「ブライン冷却法に間
する」とあるを「ブライン冷却法に関する」と訂正する
。 （２）明細書第３頁第１９行目、ｒ−９０’Ｃ±２℃」
とあるを「−９０±２℃」と訂正する。 （３）明細書第６頁第９行目、「難しい負荷変動の」と
あるを「難しく、負荷変動の」と訂正する。 （４）明細書第６頁第１５行目、「多段式冷凍機」とあ
るを「多元式冷凍機」と訂正する。 （５）明細書第７頁第１１行目、「超低温気体」とある
を「超低温流体」と訂正する。 （６）明細書第８頁第１５行目、「液化窒素が用いれる
。」とあるを「液化窒素が用いられる。」と訂正する。 （７）　明細書第８頁第１６行目、「例えは」とあるを
「例えば」と　訂正する。 （８）明細書第９頁第９行目、「利用する系」とあるを
「利用した系」と訂正する。 （９）明細書第９頁第１２行目、［では、１はブライン
」とあるを「て、１はブライン」と訂正する。 以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＋１１　ブラインを冷却するブライン冷却器と、被冷却
   物を冷却する被冷却物冷却部とをブラインが循環しうる
   ようにブライン流路で結び、ブラインを循環させて被冷
   却物を冷却するブライン冷却法であつη、ブラインの冷
   却源として超低温流体を用い、かっこの超低温流体によ
   るブラインの冷却が熱交換により行われることを特徴と
   するブライン冷却法。 （２）超低温流体によるブラインの冷却の制御が、ブラ
   インの温度を基準にし、この温度が一定になるようにブ
   ライン冷却器内への超低温流体の送入量を調節すること
   により行われる特許請求の範囲第１項記載のブライン冷
   却法。 （３）超低温流体が、液化窒素である特許請求の１ｉ２
   ＵＪＩ第２ＵＪＩは第２項記載のブライン冷却法。 （４）　ブラインがフロンである特許請求の範囲第１項
   ないし第３項のいずれかに記載のブライン冷却法。