JPH02133309A - 液体二酸化炭素を分配するシステム及び方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は極低温クーリングに関し、特に極低温冷却の目
的のために液体二酸化炭素を供給するシステムに関する
。

液体二酸化炭素は、毒性が無いこと、及び好ましい冷却
温度範囲を有することのために、商業的冷却の極低温用
に長い開側用されて来た。一般に、液体ＣＯ！は約０’
Ｆ　（−１７，８℃）の温度かつ約３００ｐｓ　ｉｇ　
（２１，１Ｋｇｗ／ａｍ”　）の圧力下で貯蔵される。

多くの応用例では、それは大気圧まで膨張されて、そこ
で一部はＣＯ□雪又はドライアイスと呼ばれる固体にな
り、液体の部分は急速に蒸気になる。液体を過冷却する
と、大きな割合の固体ＣＯ２及び小さな割合のＣＯ２蒸
気（この蒸気によるクーリング特性はしばしば失われて
いる）を生じるので、液体ＣＯ２を分配するのは、θ°
Ｆ（−１７，８°Ｃ）以下の温度が望ましい。

より低温のＣＯ□を分配することは困難であった。と言
うのは、そのようなより低い温度に到達するには、より
低い平衡圧力使用することが必要であり、そして勿論圧
力を一層低下させると三重点圧力に近付く。従って、そ
のような低＠ＣＯ２を分配するシステムは、瞬間的に圧
力降下を生ずる連結部及び構成要素を本質的に有してい
ることになるので、しばしば不満足なものであることか
解った。そのような圧力の三重点以下への降下により、
固体ＣＯ２が形成されて徐々に詰まり物が形成されるの
で、しばしばシステムの停止が必要となり、かくしてそ
のような詰まり物を取り去るのに生産時間にロスを生じ
てしまう。そのような潜在的な困難を克服するしかつ一
層低い温度の００２液体を分配するのを試みるために多
くのシステムが考案された。そのようシステムの例とし
て、米国特許第３，６６０，９８５号、３，７５４，４
０７号、４，６９５，３０２号がある。これらのシステ
ムは特別の応用例においては、良好に作動するが、全て
の問題を解決するものではなく、その結果、この分野で
なおより多くの改良が求められていた。

問題点の解決手段 本発明は、約−３０°Ｆ（−３４，４°Ｃ）以下の温度
及び三重点より十分大きい圧力の液体ＣＯ２を分配する
システムを提供するものであり、これにより瞬間的な圧
力降下に起因する内部の固体ＣＯ□の詰まり物の形成の
可能性を本質的に予じめ排除することが出来る。一つの
面としては、具体的な応用として望まれている如く、過
冷却相又は平衡相の液体ＣＯｔ（その液体は約同−の圧
力、例えば約３００ｐｓ　ｉｇ　（２１，１Ｋｇｗ７ｃ
ｍ２）である）を分配するシステムを提供する。

他の面としては、相当な深さを有する単一の非分割の高
圧液体ＣＯ□タンク又は容器を用意し、該タンク内で二
つの分離した液体ＣＯ２の貯蔵部が実質的に互いに異な
る温度で保たれている。

更に他の面としては、余分の機械的冷却容量を利用する
ことにより、高圧のかつ平衡温度より低い温度の液体Ｃ
Ｏ！を経済的に分配するシステムを提供することであり
、その余分の機械的冷却容量は凍結及び／又は冷蔵操作
が行われる通常の工業的プラントにおいて、夜間及び仕
事時間外の期間中に普通に利用可能なものである。

実施例 第１図及び第２図は、例えば約０’Ｆ（−１７゜８°Ｃ
）の温度及び３００ｐｓ　ｉｇ　（２１，１Ｋｇｗ７ｃ
ｍ２）の圧力の平衡状態、又は約−５０’Ｆ　（−４５
，６°Ｃ）の温度及び平衡状態圧力に静水頭圧力をプラ
スした３２０ｐｓ　ｉｇ　（２２゜５　Ｋ　ｇ　ｗ／　
ｃ　ｍ２）の圧力の過冷却状態の何れかの状態で、液体
ＣＯ２を分配するシステムを示している。

このシステムは、垂直方向に配したタンク１１を有し、
タンク１１はその内部幅寸法よりも大きな高さを有し、
かつ少なくとも深さが６フィート（１，８ｍ）の液体Ｃ
Ｏｘ貯蔵部を保持している。

好ましくは、タンク１１は少なくとも１０フイー）　（
３，１ｍ）の高さを有する。もっとも、更に好ましくは
タンクは実質的により一層高い方が好ましい。一般には
、タンク１１はその幅寸法の少なくとも２倍の高さを有
するが、特に効率的に運転されるタンクの一例としては
、５０フィート（１５，２ｍ）の高さををし、かつその
内径が約７フィート（２，１ｍ）で断面円形である。タ
ンク１１は適当に熱的に絶縁されて、内部温度が周囲の
温度より十分に低くなるよう維持されている。タンクは
、約−６０°Ｆ（−５１，１°Ｃ）程度の低い温度と例
えば３５０ｐｓ　ｉｇ　（２４，６Ｋｇｗ／ｃｍ２）程
度の高圧の極低温液体を溜めるに適した金属であり、高
ニツケル合金鋼がしばしば使用される。

しばしば一般には、液体二酸化炭素がタンク１１に充填
されて、少なくとも約６フィート（１゜８ｍ）の深さを
有する液体ＣＯ２の貯蔵部を構成する。そのような４０
フィート（１２，２ｍ）の高さのタンクにおいて、最初
の充填量は例えば３５フィート（１０，７ｍ）の深さで
ある。タンクへの最初の充填に続いて、液体ＣＯ□の貯
蔵部は一般的に略平衡の温度及び圧力状態、例えば３０
０ｐｓ　ｉｇ　（２１．１Ｋｇｗ／ｃｍ’）及び０°Ｆ
（−１７，８°Ｃ）とされる。標準的フレオン冷却ユニ
ット１２が、タンク１１の頂部のヘッド領域１３におい
て所望の平衡状態を維持するのに使用される。

液体ＣＯ２はタンク内の貯蔵部から、好ましくは液体Ｃ
Ｏ２の上面近傍の位置で取り出され、平衡温度以下まで
過冷却されて、タンクの底部近傍の位置へ戻される。こ
の操作の繰り返しにより、タンクｌｌ内で、約２〜３フ
ィート（０，６〜０゜９ｍ）の深さの変温領域１５が形
成される結果となる。変温領域１５より上方の液体ＣＯ
□は、略平衡状態のままであるが、変温領域１５より下
方の液体ＣＯ１は上方領域の液体ＣＯ２の平衡温度より
も低い温度、好ましくは少なくとも２０又は３０°Ｆ　
（−６，７又は−１，１℃）という低温である。その結
果、タンク１１は、通常の高圧貯蔵容器で利用可能のも
のと同様の、上方領域の高圧平衡液体ＣＯ，の在庫量（
＋ｎｖｅ＋＋ｔｏｒｙ）と、変温領域より下方の高圧過
冷却液体ＣＯ２の在庫量とを保持している。これらの在
庫量の片方又は両方からの液体ＣＯ２は、炭酸塩化プラ
ント又は極低温冷却装置の如き特別の００２応用装置に
分配され得る。

更に詳しくは、システムは、液体ＣＯ２をタンク１１に
供給するための充填ライン１７を有する。

充填ライン１７は輸送トラック又はレール車輌が連結さ
れるカップリング１９を有し、容器（環状樋）２１の直
ぐ垂直方向上方の位置でその上端に液体ＣＯ２を放出す
る。環状樋２１は、環状の開放線形状をしており、その
内側壁部には環状の偏向板２３が支持されている。第２
図に最も良く見られるように、環状樋２１の外周壁は内
周壁よりも高さが小さく、従って、樋２１内の液体量が
容量を越えると、液体ＣＯ２は外壁から溢れる。更に、
外壁はタンク１１の内側壁面から、好ましくは約１０ｍ
ｍ以下の距離分僅かに離間している。

その結果、樋２１から溢れた液体は、タンクの内面をフ
ィルム状になって下方へ落下し、その下方の液体ＣＯ２
のプール又は貯蔵部の上面へ至る。

従って、樋２１を設けることにより充填ライン１７を介
して供給される流入組成液体ＣＯ１の運動量は消失する
。かくして、そのような流入により、それまで存在した
変温領域１５（タンク内の液体ＣＯ２貯蔵部の上面から
約２フィート（０，６ｍ）以内の高さに存する）を損す
ることがない。

フレオン冷却ユニット１２１１通常のコンプレッサー及
びコンデンサーを有し、これらは一般的に第１図に示す
如く、７レオン蒸気を圧縮した後凝縮して周囲の大気中
に熱を放散することにより液体にするものである。ユニ
ット１２は更に蒸発器２５（第２図）に伸びる絶縁パイ
プ２４を有し、この蒸発器２５は好ましくはコイル状で
、タンク１１のヘッド領域１３へ至っている。コイル２
５の配置は、凝縮した蒸気が垂直方向下方の樋２１内へ
、又は樋２１方向へ案内する偏向板２３の上へ滴となっ
て落下するようになっている。前述しｔ；如く、フレオ
ン冷却ユニット１２はタンクのヘッド領域１３内で蒸気
を凝縮することにより、所望の平衡圧力又は温度を維持
するように運転される。

蒸気は側方室又は外方位置に引き込まれそこで戻された
液体と一緒になって凝縮される。蒸発器コイル２５等は
タンク１１の上方領域に、好ましくは開放樋２１の上方
に配置するのが好都合でありかつ望ましい。

当業界で周知の如く、タンクのヘッド領域１３での温度
又は圧力は監視され、冷却ユニット１２は所望の範囲内
で監視された特性を維持するように適切に運転される。

例えば、圧力は監視されて約２９０〜３１０ｐｓｉｇ（
２０，４〜２１．８Ｋｇｗ／ｃｍ’）に維持される。ヘ
ッド領域１３の圧力としては約１５０ｐｓ　ｉｇ　（１
０，５Ｋｇｗ／ａｍ２）の低いものが使用されるが、通
常は少なくとも約２００ｐｓ　ｉｇ　（１４，１Ｋｇｗ
７ｃｍ２）の圧力、好ましくは少なくとも約２５０ｐ　
ｓ　ｉ　ｇ　（１７，６Ｋｇｗ／（：ｍ”　）或は−層
好ましくは少なくとも約２９０ｐｓ　ｉｇ　（２０，４
Ｋｇｗ／ａｍ２）の圧力がタンクのヘッド領域１３内で
維持される。又、それらより若干高い圧力が使用出来な
いという理由も無い。しかしながら、極低温タンクを作
る構造材料はより高い設計運転圧力用には高価となるゆ
え、又炭酸塩化の目的等には３００ｐｓ　４ｇ　（２１
，１Ｋｇｗ７ｃｍ２）及びＯ’Ｆ　（−１７，８°Ｃ）
の液体ＣＯ２を分配し得ることが望ましいゆえ、約３０
５〜３１０ｐｓ　ｉｇ　（２１，４〜２１．８Ｋｇｗ／
Ｃｍ”　）の上限値が一般的に守られる。タンク１１の
底部の圧力は平衡圧力に静止液体ヘッド、例えば多用す
るものとして約２０ｐｓ　ｉｇ　（１，４Ｋｇｗ／ｃｍ
２）をプラスした圧力である。この一般的タイブの全て
の圧力容器においては適当なリリーフ弁２７が設けられ
、このリリーフ弁２７により、ヘッド領域１３の蒸気圧
力が７レオンユニソト１２により維持する上限圧力以上
の許容量以上になったときは、適切にＣＯ□蒸気を大気
等中に逃がすようになっている。

適当な分配出口ライン２９（このライン中の流れは弁３
１により制御される）が、タンク１１の底部か又はタン
クの側壁位置に配置されるが、該側壁位置は上記底部の
近傍か又は該底部の略近傍の位置に連通ずるようになっ
ている。タンク１１の側壁において垂直方向に間隔を置
いて配置されているのは、共通排出ヘッダー３７に連結
される一連の排出パイプ３５である。各排出パイプ３５
はソレノイド動作の制御弁等３９を設けられている。所
望の個数の排出パイプ３５が設けられる。

例えば４０フイー）　（１２，２ｍ）の高さのタンクに
おいて、最下方の排出パイプ３５は底部から約６フィー
ト（１，８ｍ）の高さであり、そこから上方へ４フィー
ト（１，２ｍ）間隔で他の排出バイブ３５が設けられる
。排出ヘッダー３７は三方弁４１に連結され、三方弁４
１はタンクからの液体ＣＯ２を、オンオフ弁４４を有す
る分配ライン４３及び他の分配ライン４５の一方か又は
双方に分配するよう操作される。後者の分配ライン４５
は主熱交換器４７に接続され、かつ所望の場合は温度検
出弁４９を含んでよい。排出された液体ＣＯ２は後に説
明する如く、主熱交換器４７内で過冷却され、戻りライ
ン５１（ポンプ５３及び三方弁５５を有する）を介して
タンク１１に戻る。

戻すライン５１はタンクの底部の近傍で該タンク内に再
び入る。三方弁５５は所望の場合は側方の補給ライン５
７にも連結されるが、この補給ライン５７は第２図に良
く見られる如く、樋２１の直ぐ上方位置でタンク１１に
戻る。側方ライン５７の目的は後に説明する。

タンクから排出された液体ＣＯ２は、ヘッダ３７及びラ
イン４５を通って主熱交換器４７に至り、そこで望まし
くは約−５０°Ｆ（−４５，６℃）まで過冷却される。

もっと低い温度、即も約−６０°Ｆ（−５１，１°Ｃ）
までの過冷却も許容されるが、約−７０°Ｆ　（−５６
，７°Ｃ）の三重点温度に余り近接しない方が好ましい
。

般的に、システム全体の効率は、過冷却の高圧液体ＣＯ
２を分配出来ることから得られ、又経済的効果は、分配
される液体温度が低くなるほど増大する。それゆえ、変
温領域より下方の液体はその平衡温度より少なくとも約
２０°ＦＣ１１，１℃）分低い所まで過冷却され、好ま
しくは少なくとも約４０’　Ｆ　（２２，２°Ｃ）分低
く過冷却される。

この過冷却は適当な冷媒を使用して熱伝達により行われ
るが、冷媒は入口ライン６１を介して熱交換器４７に入
り出口ライン６３を介して出て行く。

そのような冷媒を供給するために機械的冷却クーリング
ユニット６５が設けられ、このユニット６５はコンプレ
ッサー６７及びコンデンｔ−６９からなる。これらは、
水やその他の凝縮液体も使用され得るが、周囲の空気に
対して作動するように例示されている。図示した例の一
例としては、適当な７レオン冷却ユニツトがあり、この
ユニットはＲ−１２、Ｒ−２２又はＲ−５０２の如き冷
媒を使用する。これらの冷媒は約８４〜２４５ｐｓ　ｉ
　ｇ　（５，９〜！　７．２Ｋｇｗ／ｃｍ２）の圧力か
つ約８０〜１１００Ｆ　（２６，７〜４３．３０Ｃ）の
温度で凝縮する。しかしながら、分離形式の７レオンユ
ニ・ノドを使用する代わりに、もし本システムのプラン
トが、相当の冷媒圧縮及び凝縮能力を有する王冷却ユニ
ット（例えば大型のアンモニア冷却ユニット）をすでに
設けられているならば、その冷却ユニットが使用されて
いないとき又は実質的に余り使用されていないとき、つ
まり夜間及び非仕事時間中に、既存のその冷却ユニット
を使用することにより投資コストを容易に節約すること
ができる。モのような既存のアンモニアユニンｈが熱交
換器４７に凝縮した冷媒を供給するのに使用される場合
は、システム全体の運転特性に依存して、補助コンプレ
ッサーを設ける必要があるかもしれず、その場合補助コ
ンプレッサは第１図中略コンプレッサー６７の位置に配
置されるであろう。

比較的高価な機械的冷却ユニット６５が、主熱交換器４
７の低温側の所望の低温クーリングを達成するために使
用され得るが、実質的な効率向上及び投資コストの低減
は、Ｒ−１２、Ｒ−２２又はＲ−５０２等の冷媒を使用
した７レオンユニツトからの凝縮物を過冷却することに
より達成されることが見いだされた。これらの効率向上
のため、第２の熱交換器７３か設けられて、周囲の空気
コンデンサー６９から出て来た凝縮冷媒を過冷却させる
。尚コンデンサー６９は入口ライン７５を介して第２の
熱交換器７３に連結されている。過冷却された冷媒はそ
こで第２の熱交換器７３をその上方出口から出て、入口
ライン６１を介して主熱交換器４７に至る。ライン６１
は弁７７を設けで良く、この弁７７は、該ライン６１の
下流圧力が所定レベルより低くなるまで低下したなら、
この下流圧力を検知して自動的に弁を閉じる。この所定
レベルとは、主熱交換器４７の低温側が冷媒により満た
されて若干の蒸発を生じている状況を示すものである。

熱交換器４７の低温側で蒸発した冷媒の蒸気は、ライン
６３を介してコンプレッサー６７の吸込側へ流入する。

コンプレッサー６７は同様に適当な制御装置を有し、こ
の制御装置により入口圧力が所定レベル以下になったと
きコンプレッサーを停止させる。コンプレッサー６７の
排出側はライン７９を介して周囲空気コンデンサー６９
の入口側に連結されている。

第２の熱交換器７３の低温側に供給を行うために、樋２
１の底部から出た供給ライン８３が設けられ、このライ
ン８３により約３００ｐｓ　ｉｇ（２１，１Ｋｇｗ／ｃ
ｍ”　）及び０°Ｆ（−１７゜８°Ｃ）の液体ＣＯ□が
第２０熱交換器７３の底部へ供給される。第２の熱交換
器７３において、液体ＣＯ□はこれより暖かい凝縮した
冷媒から熱を吸収して蒸発し、ＣＯ２蒸気は上方出口か
ら出てライン８５を介してタンク１１に対し、第２図に
示す如く開放樋２１の上方位置において戻る。

戻ったＣＯ□蒸気は今度はフレオンユニット１２により
凝縮される。この７レオンユニツト１２は、通常の装備
においては、時間のより少ない部分でのみ運転され、か
くして−層効率的に使用される。

従って、樋２１内の低温液体ＣＯｔは第２の熱交換器７
３のために低温クーリンダ液体を予じめ準備して供給す
ることになり、充填ライン１７を介してタンク１１にＣ
Ｏ□が供給されない期間中においても、蒸発器コイル２
５により凝縮される十分なＣＯ３蒸気があるので、ライ
ン８３への液体ＣＯ□の適切な供給が保証される。しか
しながら、樋２１内の液体ＣＯ□のレベルがＣＯ□蒸気
の凝縮によっては十分に補給されない可能性をカバーす
るために、樋２１内に液体レベル検知器８７を設けても
良く、この検知器８７により樋２１内の液体の低レベル
が検知されて主制御ユニット８９にその信号が送られる
。制御ユニット８９はその信号を受け取ると、三方弁５
５を操作して、十分な液体ＣＯ２を補給用側方ライン５
７を介しポンピングさせて、樋２１内で液体ＣＯ□の供
給量を実質的に補給させる。

制御ユニット８９は、液体の低レベル検知器８７からの
信号を受け取るに加えて、一連の熱電対９１にも連結さ
れており、これら熱電対９１は例えばタンク１１の全高
にわたり２フィート（０゜６ｍ）の間隔で配置されてい
る。制御ユニット８９の温度表示の結果は、垂直方向に
間隔を置いて配設した熱電対９１から受け取られるので
、熱電対領域が位置する個所ではかなり正確に測定され
得る。この情報は、如何なるときでもタンクｌｌ内に存
在する過冷却されたＣＯ３液体の在庫量を確かめるのに
使用され得、又急な将来の要求に応じても、液体の連続
的過冷却が行われる速度は適当に調節され得る。

更に加えて、制御ユニット８９は、タンク１１内の液体
ＣＯ□の全深さを測定する装置９３からの信号を受け取
り、この情報は、過冷却される液体ＣＯ□が如何なるレ
ベルでタンクから最も効率的に排出されるかを測定する
のに使用される。すでに述べた如く、排出パイプ３５が
連結されたポートはタンク側壁の垂直方向に間隔を置い
て配置されており、これらのパイプ３５の各々は、適当
に個別かつ電気的に制御ユニット８９に連結されたソレ
ノイド動作弁３９を有している。制御ユニット８９は、
液体ＣＯ□の表面より低くかつ最も高いレベルの排出パ
イプ３５の弁３９を開くように予じめ設定されている。

これにより、変温領域１５から最も離れた液体ＣＯ□の
排出が行われることになる。このようにして、変温領域
１５に対し最低限の妨害を与えるのみでよく、又高圧の
過冷却液体ＣＯ□の在庫の最も効率的な製作がタンク１
１の下方領域内で達成されることが見いだされＩこ　。

タンクｌｌ内の液体レベルは、分配ライン２９を介して
高圧の過冷却された液体ＣＯ□が分配されるか又は分配
ライン４３を介して平衡液体ＣＯ□が分配されるかの結
果として下降するので、表面レベルも下降する。そして
、このレベルが使用されている所定の排出パイプ３５の
垂直方向レベルで数インチ以内に到達したとき、制御ユ
ニット８９はこの排出パイプの弁３９を閉じさせ、かつ
次の下方の排出パイプの弁３９を開かせる。制御ユニッ
ト８９は更に熱電対９１の表示を使用して、タンク１１
が十分に充填されたときを測定する。

制御ユニット８９は、変温領域１５の位置とタンク内の
液体ＣＯ２の深さとを比較することにより、変温領域１
５の上方境界が液体表面頂部からどれだけ下方に位置す
るかを測定し得る。この距離が例えば約２．５フィート
（０，８ｍ）になると、制御ユニット８９が作用して三
方弁４１を動作させて、液体ＣＯ！がライン４５を介し
て流れて過冷却されるような流れを阻止させる。そして
、この距離が例えば約２フィート（０，６ｍ）になると
、三方弁４１が動作して、排出ヘッダー３７からの如何
なる流れも阻止される。温度検出弁４９はこの装置にお
いてバンクアップとして機能し、温度の低下、即ちライ
ン４５内の液体ＣＯ２が変温領域１５から又は下方の過
冷却領域から排出されたことの表示が検出されＩ；場合
は、該弁４９は直ちに閉じて、それ以上の過冷却作業を
停止させる。

第３図に示される他の具体例では、樋２１の底部から導
出されるライン８３が除去され、その代わりに液体ＣＯ
□は排出へ７ダー３７の底部の相互連結部からか又は主
熱交換器４７へ統くライン４５との相互連結部を経由し
て、第２の熱交換器７３に供給される。そのような例で
は、樋２１は単に運動量を消失させるためのみに機能し
、従って、樋が最小限深さの液体ＣＯ□を収容すること
を保証する必要は無い。それゆえ、三方弁５５及び補給
ライン５７も除去される。

全体として、本発明は、相当量の高圧過冷却液体ＣＯｚ
を、意図された使用に応じて速やかに分配する条件下で
在庫管理する方法を提供し、しかも、同時に同一のタン
クにおいて、平衡の温度及び圧力の液体ＣＯ２を分配す
る能力を提供するものである。この方法の実行を容易化
するよう設計されたシステムは、好ましくは幅寸法より
高さ寸法の方が大きいタンク内に変温領域を簡単ではあ
るが上手に創設することにより、単一のタンク内に二つ
のかかる貯蔵部を創設している。更に、重要な他の効果
が、この二重の在庫管理が単一の非分割のタンク内で驚
くほど安定して達成され得、かつ比較的長期間にわたっ
て維持されるという事実から得られる。即ち、これによ
り、電気料金が普通比較的高い通常の仕事時間中は必要
な高圧の過冷却液体ＣＯ□の相当量を分配することがで
き、又電気コストが比較的低くかつ補助機械的冷却ユニ
ットがアイドル状態又は待機状態にあって更に倹約のた
め低温側冷媒を供給し得るような非仕事時間中は、上方
貯蔵部内に現存するか又は加えられた液体ＣＯ２から、
使い尽くされた下方の貯蔵部の補給を行うことができる
。

本発明は、発明者が本発明を実行するについて現在知ら
れている最良のモードを構成すると確信した好ましい具
体例について記述してきたが、冷却の分野の当業者にと
って自明の変更や変形は、本出願の請求の範囲の記載か
ら逸脱することなく本発明の範囲に含まれるものである
。例えば、冷却用コイルはタンクの底部領域に配置して
もよく、適当な冷媒が循環されて液体ＣＯ２の過冷却及
びその上方の変温領域の創設が行われる。

本発明の特別の特許請求の範囲内で強調される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の種々の特徴を具体化したシステムを
その一部を切断しかつ多くの略図的部品を付加して示し
た斜視図、 第２図は、第１図中２−２線に沿う部分断面図、第３図
は、第１図に示されたシステムの他の具体例の部分概略
図である。 １１・・・タンク １２・・・７レオン冷却ユニツト １３・・・ヘッド領域　　１５・・・変温領域１７・・
・充填ライン　　２１・・・樋２３・・・環状偏向板　
　２５・・・蒸発器（冷却コイル）２９・・・分配出口
ライン ３５・・・排出パイプ　　３７・・・共通排出ヘッダー
３９・・・ソレノイド動作弁 ４１．５５・・・三方弁　４３．４５・・・分配ライン
４４・・・オンオフ弁　　４７・・主熱交換器９・・・
温度検出弁 ３・・・ポンプ ５・・・機械的冷却クー ７・・・コンプレッサー ９・・・コンデンサー ７・・・圧力検知弁 １・・・熱電対 ５１・・・戻りライン ５７・・・補給ライン リングユニツ ７３・・・Ｍ２の熱交換器 ８９・・・制御ユニット ９３・・・全液体深さ検出装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも約６フィート（１．８ｍ）の深さまで液
   体ＣＯ＿２を保持する断熱タンクと、タンクへＣＯ＿２
   を供給する入口手段と、 タンクから液体ＣＯ＿２を分配する下方出口手段と、 タンク内の上方領域に存在するＣＯ＿２蒸気を凝縮する
   手段であって、タンクの頂部で１５０ｐｓｉｇ（１０．
   ５Ｋｇｗ／ｃｍ＾２）より大なる所望圧力を維持する前
   記凝縮手段と、 熱交換手段と、 冷媒コンプレッサー及び冷媒コンデンサーを有する機械
   的冷却型クーリングユニットと、タンクから液体ＣＯ＿
   ２の第１の流れを導出し、前記熱交換手段へ分配させる
   手段と、 前記コンデンサーからの出口を前記熱交換手段に連結す
   ることにより、凝縮された液体冷媒が蒸発されて前記熱
   交換手段内のＣＯ＿２を過冷却させる連結手段と、 過冷却された液体ＣＯ＿２を前記熱交換手段からタンク
   の下方領域へ戻し、該戻り液体がタンクの底部領域に留
   どまりかつタンク内の変温領域の下方で高圧の過冷却さ
   れた液体ＣＯ＿２を形成させるような戻し手段と、 から構成してなることを特徴とする液体二酸化炭素を分
   配するシステム。 ２、前記上方領域の凝縮手段を制御して前記頂部圧力を
   約２００〜３００ｐｓｉｇ（１４．１〜２１．１Ｋｇｗ
   ／ｃｍ＾２）に維持する手段が設けられていることを特
   徴とする請求項１記載のシステム。 ３、前記ＣＯ＿２を供給する入口手段は、タンク内の液
   体レベル上方の前記上方領域内に配置され、タンクは該
   タンク内の液体レベル上方に配置された液体ＣＯ＿２を
   保持するための上方容器を有することを特徴とする請求
   項１又は２記載のシステム。 ４、前記熱交換手段は、 第１及び第２の熱交換器と、 タンクから導出された液体ＣＯ＿２の第２の流れを該第
   １の熱交換器へ移送させる手段と、 前記コンデンサーからの出口を前記第１の熱交換器に連
   結して、前記凝縮された液体冷媒が、前記導出された液
   体ＣＯ＿２と熱交換する関係で流れ、かつ該液体ＣＯ＿
   ２へ熱を与えることにより過冷却されるようにさせる第
   １の導管手段と、 前記第１の熱交換器からのＣＯ＿２をタンクへ前記容器
   の上方位置で戻す手段と、 前記第１の熱交換器からの液体冷媒出口を前記第２の熱
   交換器へ連結し、該第２の熱交換器内で前記過冷却され
   た液体冷媒が膨張して蒸気になるのを許容する第２の導
   管手段とを具備し、 タンクからの前記液体ＣＯ＿２の第１の流れが前記第２
   の熱交換器へ分配され、そこで前記膨張する過冷却の冷
   媒と過冷却熱交換をする状態で流れる、 ことを特徴とする請求項３記載のシステム。 ５、タンクの頂部のヘッド部スペース内に約２００〜３
   ００ｐｓｉｇ（１４．１〜２１．１Ｋｇｗ／ｃｍ＾２）
   の圧力を保持する手段が設けられ、これにより、タンク
   内に形成される変温領域は、過冷却された液体ＣＯ＿２
   がタンク内の液体上面近傍の液体ＣＯ＿２より少なくと
   も約３０°Ｆ（１６．７℃）分温度が低い該変温領域よ
   り下方に存するよう、形成されることを特徴とする請求
   項１乃至４のうち何れか１項記載のシステム。 ６、前記機械的冷却ユニット及び前記第１及び第２の熱
   交換器は、液体ＣＯ＿２を少なくとも約−４０°Ｆ（−
   ４０℃）まで過冷却させ得ることを特徴とする請求項４
   記載のシステム。 ７、前記機械的冷却システムは、約８４〜２４５ｐｓｉ
   ｇ（５．９〜１７．２Ｋｇｗ／ｃｍ＾２）の圧力下で８
   ０〜１１０°Ｆ（２６．７〜４３．３°Ｃ）の温度で凝
   縮するフレオン冷媒を使用していることを特徴とする請
   求項３乃至６のうち何れか１項記載のシステム。 ８、前記容器は上方が開放した樋手段であり、しかも前
   記ＣＯ＿２蒸気の凝縮手段が、前記樋手段の垂直方向上
   方に配置された蒸発手段を含むことを特徴とする請求項
   ４記載のシステム。 ９、前記上方入口手段が前記樋手段へ液体ＣＯ＿２を供
   給しており、前記樋手段は環状でかつタンクは円形断面
   を有しており、しかも前記樋手段は、前記液体ＣＯ＿２
   が樋手段の外周壁から溢れかつタンクの内壁に沿って下
   方へ流れるよう、設計されかつ配置されていることを特
   徴とする請求項８記載のシステム。 １０、前記タンクから液体ＣＯ＿２を導出する手段は、
   異なる垂直方向レベルの出口ポートへの複数の連結部分
   を含み、 タンク内の液体ＣＯ＿２の深さを測定する手段が更に設
   けられ、しかもタンクから液体ＣＯ＿２を導出させるた
   めに前記液体の上面下方に最も近い前記出口ポートを選
   択する制御手段が設けられたことを特徴とする請求項４
   記載のシステム。 １１、断熱された包囲体内に少なくとも約６フィート（
   １．８ｍ）の深さを有する液体ＣＯ＿２の貯蔵部を設定
   するステップと、 該包囲体内で上方領域からのＣＯ＿２蒸気を凝縮させて
   、１５０ｐｓｉｇ（１０．５Ｋｇｗ／ｃｍ＾２）より大
   きな所望の頂部圧力を維持するステップと、液体ＣＯ＿
   ２を過冷却して前記貯蔵部の底部領域に一たまりの高圧
   の過冷却された液体を作り出し、これにより垂直方向の
   中間領域に変温領域を設定するステップと、 前記過冷却のたまりから意図された使用に向けて液体Ｃ
   Ｏ＿２を分配するステップと、 からなることを特徴とする液体二酸化炭素を分配する方
   法。 １２、前記凝縮は、前記頂部圧力を約２００〜３００ｐ
   ｓｉｇ（１４．１〜２１．１Ｋｇｗ／ｃｍ＾２）に維持
   するよう制御されることを特徴とする請求項１１記載の
   方法。 １３、前記過冷却は、前記貯蔵部から液体ＣＯ＿２を導
   出しかつ前記導出した液体ＣＯ＿２の温度を低下させて
   前記液体ＣＯ＿２を過冷却させ、過冷却された液体ＣＯ
   ＿２を前記貯蔵部の下方領域へ戻すことにより行われる
   ことを特徴とする請求項１１又は１２記載の方法。 １４、前記貯蔵部内の液体ＣＯ＿２の深さが測定され、
   前記液体ＣＯ＿２の導出は、液体ＣＯ＿２の上面の近傍
   かつ下方の垂直方向レベルで行われることを特徴とする
   請求項１３記載の方法。 １５、前記過冷却は、より低温の流体との熱交換により
   行われることを特徴とする請求項１１乃至１４のうち何
   れか１項記載の方法。 １６、前記熱交換は、約８４〜２４５ｐｓｉｇ（５．９
   〜１７．２Ｋｇｗ／ｃｍ＾２）の圧力下で約８０〜１１
   ０°Ｆ（２６．７〜４３．３℃）の温度で凝縮する蒸発
   冷媒との間で行われることを特徴とする請求項１５記載
   の方法。 １７、前記変温領域の下方に存する前記過冷却液体ＣＯ
   ＿２は、前記貯蔵部内の変温領域上方の液体ＣＯ＿２よ
   り少なくとも約３０°Ｆ（１６．７℃）分温度が低いこ
   とを特徴とする請求項１１乃至１６のうち何れか１項記
   載の方法。 １８、前記過冷却された液体ＣＯ＿２は約−４０°Ｆ（
   −４０℃）又はそれ以下の温度であることを特徴とする
   請求項１１乃至１７のうち何れか１項記載の方法。 １９、ＣＯ＿２蒸気の凝縮は、前記断熱包囲体内で上方
   へ開放した樋手段の垂直方向上方位置で行われ、該樋手
   段は前記包囲体内で前記凝縮されたＣＯ＿２蒸気を受け
   取るよう位置決めされていることを特徴とする請求項１
   １乃至１８のうち何れか１項記載の方法。 ２０、補給液体ＣＯ＿２が前記包囲体へ供給され、該供
   給される液体ＣＯ＿２は、該包囲体の内壁に沿って下方
   へ流れることを特徴とする請求項１１乃至１９のうち何
   れか１項記載の方法。