JP4130121B2

JP4130121B2 - Dual refrigeration system combining ammonia and carbon dioxide

Info

Publication number: JP4130121B2
Application number: JP2002337086A
Authority: JP
Inventors: 英敏金尾
Original assignee: Hachiyo Engineering Co Ltd
Current assignee: Hachiyo Engineering Co Ltd
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2008-08-06
Anticipated expiration: 2022-11-20
Also published as: JP2004170007A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高元側をアンモニアサイクル、低元側を炭酸ガスサイクルで構成した二元冷凍システムに関するものであって、特に二酸化炭素の三重点である摂氏−５６℃以下の温度帯まで効率良く冷却することができる新規な冷凍システムに係るものである。
【０００２】
【発明の背景】
近年、地球を取り巻くオゾン層の破壊防止や地球温暖化防止の目的から、冷凍機あるいは空調設備等に使用する冷媒をフロン系のものから水、空気、二酸化炭素、アンモニア、炭化水素ガス等の自然冷媒（ヒートポンプ・システムへの応用を視野に入れ、国際的には自然作動流体とも呼ばれる）に移行する動きが活発になっている。本出願人も、このような社会的要請から、既に自然冷媒としてアンモニアと二酸化炭素とを適用したヒートポンプ・システム等の開発を試み、国際公開番号ＷＯ００／５０８２２「アンモニアサイクルと炭酸ガスサイクルとを組み合わせたヒートポンプシステム」、特願２００１−３６６６２７「アンモニアサイクルと炭酸ガスサイクルとを組み合わせた二元冷凍システム」等の特許出願に至っている。
【０００３】
ところで、この種の冷凍装置においては、約−４０℃以下の冷却を可能とする超低温用のものがあり、これにも自然冷媒、例えばアンモニアを高元側とし、炭酸ガス（二酸化炭素）を低元側とした冷凍装置が提案されている。
しかしながら、二酸化炭素冷媒は、この三重点（−５６℃）以下の温度域では固体（ドライアイス）になってしまうため、連続した冷凍サイクルを実現することは実質的に困難であった。
このようなことから超低温用の冷凍装置にあっては、他の自然冷媒の適用も考えられているが、経済性、装置の大きさ、爆発引火性等の問題があり、実用できる段階までに至っていないのが実情であった。
【０００４】
【開発を試みた技術的課題】
本発明は、このような背景を認識してなされたものであって、アンモニアと二酸化炭素を冷媒としながらも、二酸化炭素の三重点である摂氏−５６℃以下の温度帯まで効率良く冷却できる新規且つ実用的な冷凍システムの開発を試みたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち請求項１記載のアンモニアと二酸化炭素を組み合わせた二元冷凍システムは、アンモニアを媒体としたアンモニアサイクル(2) を高元側とし、二酸化炭素を媒体とした炭酸ガスサイクル(3) を低元側として組み合わせて成るシステムであって、
前記アンモニアサイクル(2) は、炭酸ガスサイクル(3) 内の二酸化炭素媒体を冷却、液化するカスケードコンデンサ(14)を具えるとともに、
前記炭酸ガスサイクル(3) は、目的の冷却を行う冷却器(19)を具えて成る冷凍システムにおいて、
前記冷却器(19)には、二酸化炭素の三重点以下の温度で凍ることがなく、また二酸化炭素と化学反応をほとんど起こさず、且つまた二酸化炭素が少量しか溶解しないブラインを、炭酸ガスサイクル (3) と合流して搬送できるようにしたブライン回路 (22) の一部を通過させるように構成するものであり、
更にこの炭酸ガスサイクル (3) と一部で合流しているブライン回路 (22) は、冷却器 (19) の下流に設けられた液分離器 (20) において炭酸ガスサイクル (3) と分岐してブラインを再度冷却器 (19) の上流側における炭酸ガスサイクル (3) との合流する部位に至る回路を構成するものであり、
前記炭酸ガスサイクル (3) は、ブライン回路 (22) との合流する部位を挟んで、その上流域が二酸化炭素の三重点相当飽和圧力以上であり、一方、下流域は、二酸化炭素の三重点相当飽和圧力以下とすることにより、この部位で二酸化炭素を膨張させてドライアイスを生起させ、これによりブライン中に固体二酸化炭素の小さな粒子が撹拌した状態を出現させて、ブラインを前記冷却器(19)に搬送するものであり、
冷却器(19)では、ブライン中に混合された微粒子状の固体二酸化炭素が昇華してブラインから熱を奪い、ブラインを目的の温度に保つものであり、
更に液分離器 (20) において冷却器 (19) で昇華した二酸化炭素とブラインとを分離し、炭酸ガスを炭酸ガスサイクル (3) に送り、一方、ブラインをブライン回路 (22) に送るものであり、
かかる構成により、少量のブラインを循環させるだけで、二酸化炭素の三重点以下の温度帯における目的の冷却が連続的且つ効率的に行えるようにしたことを特徴として成るものである。
この発明によれば、冷媒として二酸化炭素を適用しながらも超低温冷却の効率的な連続運転を実用可能なものとする。また、超低温冷却運転が、より効率的に行える。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下本発明のアンモニアと二酸化炭素を組み合わせた二元冷凍システム１を図示の実施の形態に基づいて説明する。本発明の冷凍システムは、このような自然冷媒を適用しながらも、二酸化炭素の三重点（−５６℃）以下の超低温域での冷却が効率的に行えるようにしたものである。このため、本発明の二元冷凍システム１は、一例として図１に示すように、高元側にアンモニアサイクル２と、低元側に炭酸ガスサイクル３とを組み合わせて成るものである。以下、各サイクルについて説明する。
【０００７】
アンモニアサイクル２は、一例としてＮＨ₃ 圧縮機１１と、コンデンサ１２と、ＮＨ₃ 流量調整弁１３と、カスケードコンデンサ１４とを具えて成るものであって、実質的にこのカスケードコンデンサ１４によって、炭酸ガスサイクル３内の二酸化炭素媒体を冷却するものである。またこのアンモニアサイクル２は、媒体が毒性のあるアンモニアであることから、封入量が極力少量に設定されるとともに、アンモニアサイクル２を構成する部材が、一例として機械室内に設置され、目的の冷却器から隔離される。
【０００８】
一方、炭酸ガスサイクル３は、一例として上述したカスケードコンデンサ１４の他、ＣＯ₂ 圧縮機１５、ＣＯ₂ 受液器１６、ＣＯ₂ 流量調整弁１７、混合器１８、冷却器１９、液分離器２０、液ポンプ２１とを具えて成るものである。
なお本発明の冷凍システムは、上述したように超低温冷却が効率的に行えるようにしたものであり、この運転を行う場合には、例えばブライン中に固体二酸化炭素の微粒子を撹拌状態で混合させて冷却器１９に送り、ここで固体二酸化炭素を昇華させて目的の冷却を行うものである。従って液分離器２０、液ポンプ２１、冷却器１９の間には主にブラインを循環させる回路を形成するものであり、これをブライン回路２２とする。
【０００９】
なお混合器１８は、ブラインと液体二酸化炭素とを混合するものであり、例えばオリフィス構造によって、液体二酸化炭素をブライン中に含有させるものである。また液分離器２０は、冷却器１９での作用（冷却）を終了した、二酸化炭素を含むブラインを貯留するとともに、これをブライン（液状）と炭酸ガス（ガス状）とに分離する部位である。更に液ポンプ２１は、主にブラインを冷却器１９（混合器１８）に搬送するためのものである。
【００１０】
また本発明においては、ブラインを適宜、二酸化炭素と混合・分離させ、超低温冷却を行い得るようにしているため、ブラインには以下のような性能が要求される。すなわちブラインは、二酸化炭素の三重点（−５６℃）以下の目的の温度域で凍らない性能、二酸化炭素と化学反応をほとんど起こさない性能、二酸化炭素を少ししか溶解しない性能が要求される。なおこのようなブラインとしては、一例としてエチルアルコール、メチルアルコール、蟻酸カリウム水溶液、トルエン等が挙げられる。
【００１１】
次に本発明の二元冷凍システム１の作動態様について説明する。説明にあたっては、本システムによって効率的に行える超低温冷却運転について主に説明する。
まずアンモニアサイクル２では、ＮＨ₃ 圧縮機１１によって圧縮された気体状のアンモニア媒体が、コンデンサ１２を通るとき、冷却水または空気によって冷やされて液体となる。液体となったアンモニア媒体は、ＮＨ₃ 流量調整弁１３によって流量制御されながら必要な低温度に相当する飽和圧力まで膨張した後、カスケードコンデンサ１４で蒸発して気体となる。このとき、アンモニア媒体は、炭酸ガスサイクル３内の二酸化炭素媒体から熱を奪い、これを液化する。
【００１２】
一方、炭酸ガスサイクル３では、ＣＯ₂ 圧縮機１５によって圧縮された気体状の二酸化炭素媒体（炭酸ガス）が、カスケードコンデンサ１４を通るときに冷やされて液体となり、ＣＯ₂ 受液器１６に貯留される。
液体となった二酸化炭素は、その後、ＣＯ₂ 流量調整弁１７によって流量が制御されながら混合器１８に送られ、ここでブラインと混合される。この際、混合前のブラインを二酸化炭素の三重点相当飽和圧力以下に設定しておけば、混合時、液体二酸化炭素は圧力差ないしは温度差によって小さな泡と、フレークアイスのような固体微粒子となり、ブライン中に激しく混合した状態となる。
【００１３】
そして、二酸化炭素の固体微粒子を含んだブラインは、その後、液ポンプ２１の作用により冷却器１９に送られ、ここで目的の冷却を行う。具体的には外部から冷却器１９に負荷が掛かかるとブラインが温まり、固体二酸化炭素に熱が伝えられる。ここで微粒子状の固体二酸化炭素が昇華してブラインから熱を奪い、これにより、ブラインを目的の温度に保ち、所望の冷却が行われるものである。なお冷却器１９の圧力は、目的の温度の二酸化炭素相当飽和圧力以下に調整されるものである。
【００１４】
このようにして冷却器１９で目的の冷却を終えた、二酸化炭素を含むブラインは、液分離器２０に搬送される。なおブラインに混合されていた固体二酸化炭素は、冷却器１９において昇華し、ほぼガス化しているため、液分離器２０では、液体状のブラインと、気体状の炭酸ガスとに分離されるものである。なおこのように本願では、ブラインと二酸化炭素を混合させたり、分離したりして、超低温冷却を行うため、ブラインは二酸化炭素の三重点以下の温度域で凍ることがないことに加え、二酸化炭素と化学反応をほとんど起こさず、また二酸化炭素をあまり溶解させないものが適用される。
その後、液分離器２０内の炭酸ガスは、ＣＯ₂ 圧縮機１５に送られる。一方、二酸化炭素をほとんど含まないブラインは、液ポンプ２１によってブライン回路２２を通って混合器１８（冷却器１９）へと搬送される。
【００１５】
このように本発明においては、二酸化炭素の潜熱を利用して目的の冷却を行うため、少量のブラインを循環させるだけで、効率的な冷却が行えるものである。特に固体二酸化炭素を混合したブラインを一旦、冷却器１９に充填してしまえば、液ポンプ２１やＣＯ₂ 流量調整弁１７等を一時停止させて、ブラインの流れを止めても、固体二酸化炭素が存在する限りは、昇華によってブラインの熱を奪うため、液ポンプ２１の動力負荷は極めて少なくて済み、より一層効率的な冷却運転が行えるものである。
【００１６】
なお運転にあたっては、ＣＯ₂ 圧縮機１５と液ポンプ２１のうち、どちらか一方または双方を制御して冷却器１９や液分離器２０の圧力を調整し、二酸化炭素の気化温度を変えて、冷却器１９を目的の温度に冷却することが可能である。また本発明では、上述した超低温冷却運転のみならず、通常の冷凍運転も可能であり、例えば二酸化炭素と混合される前のブライン側の圧力を二酸化炭素の三重点相当飽和圧力以上に設定することで、このような通常の運転が行えるものである。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、目的の冷却器１９にブラインと二酸化炭素の混合冷媒を作用させるため、二酸化炭素冷媒を適用しながらも、二酸化炭素の三重点以下の温度域での超低温連続運転を実用的なものとする。
また、二酸化炭素の固体微粒子をブライン中に混合させることにより、二酸化炭素の昇華による効率的な超低温冷却が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアンモニアと二酸化炭素を組み合わせた二元冷凍システムを骨格的に示す流れ図である。
【符号の説明】
１二元冷凍システム
２アンモニアサイクル
３炭酸ガスサイクル
１１ＮＨ₃ 圧縮機
１２コンデンサ
１３ＮＨ₃ 流量調整弁
１４カスケードコンデンサ
１５ＣＯ₂ 圧縮機
１６ＣＯ₂ 受液器
１７ＣＯ₂ 流量調整弁
１８混合器
１９冷却器
２０液分離器
２１液ポンプ
２２ブライン回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a binary refrigeration system having an ammonia cycle on the high element side and a carbon dioxide gas cycle on the low element side, and particularly efficiently cools to a temperature range of −56 ° C. or less, which is the triple point of carbon dioxide. It relates to a novel refrigeration system that can be used.
[0002]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In recent years, for the purpose of preventing destruction of the ozone layer surrounding the earth and preventing global warming, refrigerants used in refrigerators and air conditioning equipment have been changed from chlorofluorocarbons to natural substances such as water, air, carbon dioxide, ammonia and hydrocarbon gases. There is an active movement to transition to refrigerants (also called natural working fluids internationally with a view to application to heat pump systems). The applicant has also attempted to develop a heat pump system that uses ammonia and carbon dioxide as natural refrigerants in response to such social demands. International publication number WO 00/50822 “Combination of ammonia cycle and carbon dioxide cycle Have been filed for patents such as “Heat Pump System”, Japanese Patent Application No. 2001-366627 “Dual Refrigeration System Combining Ammonia Cycle and Carbon Dioxide Cycle”.
[0003]
By the way, in this kind of freezing apparatus, there exists a thing for ultra-low temperature which enables the cooling of about -40 degrees C or less, and also this uses a natural refrigerant, for example, ammonia as a high origin side, and carbon dioxide gas (carbon dioxide) is low. A refrigeration system on the original side has been proposed.
However, since the carbon dioxide refrigerant becomes solid (dry ice) in the temperature range below this triple point (−56 ° C.), it has been substantially difficult to realize a continuous refrigeration cycle.
In the refrigeration system for cryogenic this reason, it has been considered also applicable for other natural refrigerants, economics, device size, there are problems such as explosive flammable, to a practical possible stage The situation was not reached.
[0004]
[Technical issues for which development was attempted]
The present invention has been made in view of such a background, and is capable of efficiently cooling to a temperature range of −56 ° C. or lower, which is the triple point of carbon dioxide, while using ammonia and carbon dioxide as refrigerants. And we tried to develop a practical refrigeration system.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
That is, the dual refrigeration system combining ammonia and carbon dioxide according to claim 1 has an ammonia cycle (2) using ammonia as a medium and a carbon dioxide gas cycle (3) using carbon dioxide as a medium. A system that combines as a side,
The ammonia cycle (2) includes a cascade capacitor (14) for cooling and liquefying the carbon dioxide medium in the carbon dioxide gas cycle (3).
The carbon dioxide gas cycle (3) is a refrigeration system comprising a cooler (19) for performing desired cooling,
In the cooler (19), brine that does not freeze at a temperature below the triple point of carbon dioxide, causes little chemical reaction with carbon dioxide, and dissolves only a small amount of carbon dioxide is added to a carbon dioxide gas cycle ( It is configured to pass a part of the brine circuit (22) that can be transported by joining with 3) ,
Moreover brine circuit are merged in some this carbon dioxide cycle (3) (22) is branched in the liquid separator provided downstream of the cooler (19) (20) and the carbon dioxide cycle (3) And the brine again constitutes a circuit that reaches the part where it merges with the carbon dioxide gas cycle (3) on the upstream side of the cooler (19) ,
The carbon dioxide gas cycle (3) sandwiches the portion where it joins the brine circuit (22), and its upstream region is equal to or higher than the triple point equivalent saturation pressure of carbon dioxide, while the downstream region is the triple point of carbon dioxide. By making the carbon dioxide expand at this site by causing the equivalent saturation pressure or less to occur, dry ice is generated, whereby a state where small particles of solid carbon dioxide are stirred in the brine appears, and the brine is cooled by the cooler ( is intended to convey to 19),
In the cooler (19), the particulate solid carbon dioxide mixed in the brine sublimates, takes heat from the brine, and maintains the brine at the target temperature.
Further separating the carbon dioxide and brine sublimated by a cooler (19) in the liquid separator (20), sends the carbon dioxide in the carbon dioxide cycle (3), whereas, those sent brine brine circuit (22) a Yes,
This configuration is characterized in that the desired cooling can be performed continuously and efficiently in a temperature zone below the triple point of carbon dioxide only by circulating a small amount of brine.
According to this invention, efficient continuous operation of ultra-low temperature cooling can be put into practical use while applying carbon dioxide as a refrigerant. In addition, the ultra-low temperature cooling operation can be performed more efficiently.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a binary refrigeration system 1 combining ammonia and carbon dioxide according to the present invention will be described based on the illustrated embodiment. The refrigeration system of the present invention can efficiently cool in an ultra-low temperature region below the triple point (-56 ° C.) of carbon dioxide while applying such a natural refrigerant. For this reason, as shown in FIG. 1 as an example, the binary refrigeration system 1 of the present invention is configured by combining an ammonia cycle 2 on the high element side and a carbon dioxide gas cycle 3 on the low element side. Hereinafter, each cycle will be described.
[0007]
As an example, the ammonia cycle 2 includes an NH ₃ compressor 11, a condenser 12, an NH ₃ flow rate adjusting valve 13, and a cascade condenser 14, and carbon dioxide gas is substantially produced by the cascade condenser 14. The carbon dioxide medium in the cycle 3 is cooled. Further, in this ammonia cycle 2, since the medium is toxic ammonia, the enclosed amount is set as small as possible, and the members constituting the ammonia cycle 2 are installed in the machine room as an example, and the target cooler Isolated from.
[0008]
On the other hand, the carbon dioxide gas cycle 3 includes, as an example, the cascade condenser 14 described above, a CO ₂ compressor 15, a CO ₂ liquid receiver 16, a CO ₂ flow rate adjustment valve 17, a mixer 18, a cooler 19, and a liquid separator 20. The liquid pump 21 is provided.
Note that the refrigeration system of the present invention is designed to efficiently perform ultra-low temperature cooling as described above. When performing this operation, for example, solid carbon dioxide particles are mixed in a stirred state in brine. It is sent to the cooler 19 where the solid carbon dioxide is sublimated for the desired cooling. Accordingly, a circuit for mainly circulating brine is formed between the liquid separator 20, the liquid pump 21, and the cooler 19, and this is referred to as a brine circuit 22.
[0009]
The mixer 18 mixes brine and liquid carbon dioxide. For example, the mixer 18 contains liquid carbon dioxide in the brine by an orifice structure. The liquid separator 20 is a part that stores the brine containing carbon dioxide that has finished the action (cooling) in the cooler 19 and separates it into brine (liquid) and carbon dioxide (gaseous). . Furthermore, the liquid pump 21 is mainly for conveying brine to the cooler 19 (mixer 18).
[0010]
In the present invention, brine is appropriately mixed and separated with carbon dioxide so that ultra-low temperature cooling can be performed. Therefore, the following performance is required for the brine. That is, the brine is required to have a performance that does not freeze in the target temperature range below the triple point (−56 ° C.) of carbon dioxide, a performance that hardly causes a chemical reaction with carbon dioxide, and a performance that only slightly dissolves carbon dioxide. Examples of such brine include ethyl alcohol, methyl alcohol, potassium formate aqueous solution, toluene and the like.
[0011]
Next, the operation | movement aspect of the binary refrigeration system 1 of this invention is demonstrated. In the description, the cryogenic cooling operation that can be efficiently performed by the present system will be mainly described.
First, in the ammonia cycle 2, when the gaseous ammonia medium compressed by the NH ₃ compressor 11 passes through the condenser 12, it is cooled by cooling water or air to become a liquid. The ammonia medium that has become liquid expands to a saturation pressure corresponding to the required low temperature while being controlled in flow rate by the NH ₃ flow rate adjustment valve 13, and then evaporates in a cascade condenser 14 to become a gas. At this time, the ammonia medium takes heat from the carbon dioxide medium in the carbon dioxide cycle 3 and liquefies it.
[0012]
On the other hand, in the carbon dioxide gas cycle 3, the gaseous carbon dioxide medium (carbon dioxide) compressed by the CO ₂ compressor 15 is cooled to become liquid when passing through the cascade condenser 14 and stored in the CO ₂ receiver 16. Is done.
The carbon dioxide that has become liquid is then sent to the mixer 18 while the flow rate is controlled by the CO ₂ flow control valve 17, where it is mixed with brine. At this time, if the brine before mixing is set below the saturation pressure equivalent to the triple point of carbon dioxide, during mixing, the liquid carbon dioxide becomes small bubbles and solid fine particles like flake ice due to pressure difference or temperature difference, The mixture is vigorously mixed in brine.
[0013]
The brine containing the solid fine particles of carbon dioxide is then sent to the cooler 19 by the action of the liquid pump 21 to perform the desired cooling. Specifically, when a load is applied to the cooler 19 from the outside, the brine is warmed and heat is transferred to the solid carbon dioxide. Here, the particulate solid carbon dioxide sublimates and takes heat from the brine, thereby maintaining the brine at a target temperature and performing desired cooling. The pressure of the cooler 19 is adjusted to a carbon dioxide equivalent saturation pressure or lower at the target temperature.
[0014]
The brine containing carbon dioxide, which has finished the target cooling by the cooler 19 in this way, is conveyed to the liquid separator 20. The solid carbon dioxide mixed in the brine is sublimated in the cooler 19 and is almost gasified. Therefore, the liquid separator 20 is separated into liquid brine and gaseous carbon dioxide. is there. In this way, in this application, since brine and carbon dioxide are mixed or separated to perform ultra-low temperature cooling, the brine does not freeze in the temperature range below the triple point of carbon dioxide. And those that cause little chemical reaction and do not dissolve carbon dioxide so much.
Thereafter, the carbon dioxide gas in the liquid separator 20 is sent to the CO ₂ compressor 15. On the other hand, the brine containing almost no carbon dioxide is conveyed by the liquid pump 21 through the brine circuit 22 to the mixer 18 (cooler 19).
[0015]
As described above, in the present invention, since the target cooling is performed using the latent heat of carbon dioxide, efficient cooling can be performed only by circulating a small amount of brine. In particular, once the brine mixed with solid carbon dioxide is once filled in the cooler 19, even if the liquid pump 21 or the CO ₂ flow rate adjusting valve 17 is temporarily stopped to stop the flow of the brine, the solid carbon dioxide is not generated. As long as it exists, the heat of the brine is deprived by sublimation, so the power load of the liquid pump 21 is very small, and a more efficient cooling operation can be performed.
[0016]
In operation, either or both of the CO ₂ compressor 15 and the liquid pump 21 are controlled to adjust the pressure of the cooler 19 and the liquid separator 20 to change the vaporization temperature of carbon dioxide, thereby cooling. It is possible to cool the vessel 19 to the desired temperature. In the present invention, not only the above-described ultra-low temperature cooling operation but also normal refrigeration operation is possible, for example, the pressure on the brine side before being mixed with carbon dioxide is set to be equal to or higher than the triple point equivalent saturation pressure of carbon dioxide. Such normal operation can be performed.
[0017]
【The invention's effect】
According to the present invention, since a mixed refrigerant of brine and carbon dioxide acts on the target cooler 19, a super low temperature continuous operation in a temperature range below the triple point of carbon dioxide is practical while applying the carbon dioxide refrigerant. It shall be
Also, by mixing solid fine particles of carbon dioxide in brine, efficient ultra-low temperature cooling by sublimation of carbon dioxide can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flow chart showing a skeletal dual refrigeration system combining ammonia and carbon dioxide according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 two-stage refrigeration system 2 ammonia cycle 3 the carbon dioxide cycle 11 NH ₃ compressor 12 condenser 13 NH ₃ flow rate adjusting valve 14 cascade condenser 15 CO ₂ compressor 16 CO ₂ receiver 17 CO ₂ flow regulating valve 18 mixer 19 cooled 20 Liquid separator 21 Liquid pump 22 Brine circuit

Claims

A system comprising a combination of an ammonia cycle (2) using ammonia as a high side and a carbon dioxide cycle (3) using carbon dioxide as a low side.
The ammonia cycle (2) includes a cascade capacitor (14) for cooling and liquefying the carbon dioxide medium in the carbon dioxide gas cycle (3).
The carbon dioxide gas cycle (3) is a refrigeration system comprising a cooler (19) for performing desired cooling,
In the cooler (19), brine that does not freeze at a temperature below the triple point of carbon dioxide, causes little chemical reaction with carbon dioxide, and dissolves only a small amount of carbon dioxide is added to a carbon dioxide gas cycle ( It is configured to pass a part of the brine circuit (22) that can be transported by joining with 3) ,
Moreover brine circuit are merged in some this carbon dioxide cycle (3) (22) is branched in the liquid separator provided downstream of the cooler (19) (20) and the carbon dioxide cycle (3) And the brine again constitutes a circuit that reaches the part where it merges with the carbon dioxide gas cycle (3) on the upstream side of the cooler (19) ,
The carbon dioxide gas cycle (3) sandwiches the portion where it joins the brine circuit (22), and its upstream region is equal to or higher than the triple point equivalent saturation pressure of carbon dioxide, while the downstream region is the triple point of carbon dioxide. By making the carbon dioxide expand at this site by causing the equivalent saturation pressure or less to occur, dry ice is generated, whereby a state where small particles of solid carbon dioxide are stirred in the brine appears, and the brine is cooled by the cooler ( is intended to convey to 19),
In the cooler (19), the particulate solid carbon dioxide mixed in the brine sublimates, takes heat from the brine, and maintains the brine at the target temperature.
Further separating the carbon dioxide and brine sublimated by a cooler (19) in the liquid separator (20), sends the carbon dioxide in the carbon dioxide cycle (3), whereas, those sent brine brine circuit (22) a Yes,
With such a configuration, the combined cooling of ammonia and carbon dioxide is characterized in that the target cooling can be performed continuously and efficiently in a temperature zone below the triple point of carbon dioxide simply by circulating a small amount of brine. Original refrigeration system.