JPH05248729A - 低温吸着圧送回路と自動冷凍カスケードシステムとを結合した冷凍システムおよびそれを使用した冷凍方法 - Google Patents

低温吸着圧送回路と自動冷凍カスケードシステムとを結合した冷凍システムおよびそれを使用した冷凍方法

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JPH05248729A
JPH05248729A JP4130784A JP13078492A JPH05248729A JP H05248729 A JPH05248729 A JP H05248729A JP 4130784 A JP4130784 A JP 4130784A JP 13078492 A JP13078492 A JP 13078492A JP H05248729 A JPH05248729 A JP H05248729A
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refrigeration
adsorption
circuit
temperature
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Dale J Missimer
ジェイ ミッシマー デール
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POLYCOLD SYST INTERNATL
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 効率的で信頼性があり、比較的容易に、しか
も経済的に作動させ得る低温システムをもたらすことを
目的とする。 【構成】 第１の冷媒の比較的高い温度の吐出と比較的
低い温度の吐出との異なる時間における二種類の吐出を
交互に行うためにその第１の冷媒を循環させるＡＲＣシ
ステム部12と、複数の吸着床16，18に接続された、第２
の冷媒用の閉ループ状導管46を有する低温吸着圧送回路
14と、それらの吸着床内で前記第２の冷媒の吸着と放出
とのサイクルが生ずる所定時間間隔で前記第１の冷媒の
流れの高い温度の部分と低い温度の部分とを交互に制御
する弁28，30，32，34を有し、ＡＲＣシステム部12と低
温吸着圧送回路14とを接続する導管36，38，40と、閉ル
ープ状導管46内の前記第２の冷媒の温度をさらに低下さ
せるために前記第１の冷媒を利用する過熱低減器50およ
び凝縮器52と、を具えてなるものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、冷凍システムに関
し、特には、低温吸着圧送回路と多効の自動冷凍カスケ
ード（auto-refrigeration cascade：ＡＲＣ）システム
とを利用した、二段階式冷凍システムに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】多く
の工業的過程やシステムは、極低温レベルの冷却を必要
としたり、その冷却から利益を受けたりしており、その
いくつかの例としては、液体窒素が適用できない、そし
て／または安全性とコストとが改善される、生物学的薬
剤の低温貯蔵用冷蔵庫の冷却、超伝導材料と共働する装
置の冷却、低温でより効率的に作動する高速度コンピュ
ーターの冷却、極低温で作動させる必要がある例えばガ
ンマー線センサ等の検出器の冷却等がある。
【０００３】上述の如き極低温システムへの適用に加え
て、より高いエネルギー効率を持つとともに従来のシス
テムに比べてコストと利用性と安全性とがより好ましく
なるように改良された低温システムに対しては、継続的
な要求と、それをもたらさんとする努力とがなされてい
る。そしてこの発明は、上述の如き問題点を充分に軽減
するものである。
【０００４】多効の自動冷凍カスケード（ＡＲＣ）シス
テムは、冷凍技術の分野では周知であり、その例として
は例えば、米国特許番号 3,768,273号、同 4,597,267号
および同 4,763,486号に記載されたものがある。かかる
ＡＲＣシステムは、蒸気圧縮過程と、種々の沸点の構成
要素の混合物を含み共沸混合物を構成しない冷媒を使用
した蒸気−液体吸収冷凍法とを結合してなり、そこでは
加圧蒸気が、吸収過程にて液相へ転化される。
【０００５】代表的なＡＲＣシステムの作動は以下のよ
うに行われる。すなわちそこでは、(1) 圧縮機が上記混
合冷媒の圧力を上昇させ、(2) 凝縮器が上記混合冷媒を
冷却水もしくは大気への排熱により部分的に液化させ、
(3) 効率向上用熱交換器がその混合冷媒をさらに冷却し
てさらに部分的に凝縮させ、(4) 相分離器がその凝縮液
を未凝縮の蒸気から分離させ、(5) 膨張弁がその凝縮液
の圧力を吸引圧まで低下させ、(6) その膨張弁を通った
凝縮液が該システムの温度が低い方の部分から戻った蒸
気と混合され、(7) この低温の流動液が、上記相分離器
から出た高圧蒸気をさらにあるいは完全に凝縮させるた
め多段形の凝縮器内でその高圧蒸気から熱を奪う、とい
う過程が行われる。
【０００６】なおここで、上記部分的凝縮と、相分離
と、凝縮液の膨張との過程は、中間的沸点温度の混合冷
媒液と、最終冷凍用の極低温混合冷媒液とが得られるま
で繰り返される。
【０００７】また、他の種類の冷凍技術としては、大気
圧以上の圧力下で作動する低温吸着ポンプを使用するも
のが、例えば、先に1978年に米国にて出版された文献で
ある「低温技術（Cryogenic Engineering)」VOL.23に米
国テキサス州オースチンのテキサス大学のハートビッヒ
（W.H.Hartwig)が発表した「ゼオライトへの吸着圧送を
利用した低温冷凍コンセプト」中に記載されているもの
や、先に1982年に米国にて出版された文献である「NASA
コントラクトNAS7-100」にカリフォルニア州パサディナ
のカリフォルニア工科大学のジェット推進研究所のヤン
グ（L.C.Yang),ボー（T.D.Vo.)およびバリス（H.H.Burr
is) が発表した「ゼオライトおよび活性炭への窒素の吸
着の等温線」中に記載されているものがある。
【０００８】そして上記低温吸着ポンプを使用する冷凍
技術としては、上記カリフォルニア工科大学のジェット
推進研究所のタワード(E.Tward),マーカス（C.Marcus),
チャン（C.K.Chan),ゲイトウッド（J.Gatewood）および
エレマン（D.Elleman)と、ニューメキシコ州ロスアラモ
スのロスアラモス国立研究所のステヤート（W.A.Steyer
t)とが文献に発表した「木炭への水素とネオンの高圧吸
着の等温線」中に記載されているものもある。
【０００９】上述した文献には、大気圧以上の圧力下で
の低温吸着によるガスの圧送と、冷凍効果を得るために
使用できるかもしれない何種類かのガスについての吸着
ガス対吸着材質量比に対する温度の影響とが詳細に記述
されている。
【００１０】この発明に関する温度範囲（例えば90Ｋ）
に等しい温度をもたらし得る、さらに他の従来の冷凍シ
ステムには、冷媒としてヘリウムガスを採用するととも
に、スターリングサイクル、ソルベイサイクルあるいは
ギフォード−マクマーン（Gifford-McMahon)サイクルも
しくはそれらを変形した冷凍サイクルを利用するものも
含まれる。しかして上述した従来のシステムは、ほとん
ど全て、潤滑油で潤滑された、あるいは潤滑油なしの、
往復動形やタービン形の機械式ガスポンプと、膨張器と
を必要としている。
【００１１】また、温度が低い方の段階の部分に接合さ
れた活性炭を有する、改良形のギフォード−マクマーン
（Gifford-McMahon)形二段階式低温冷凍装置も、大気中
のガスを高真空室から極めて真空度の高い段階へ移すた
めに、低温ポンプを使用しているが、この装置は、典型
的には約10-6〜10-12 気圧の圧力範囲で作動するととも
に、大気中の大部分のガス用の低温凝縮過程と、水素や
ヘリウムの如き最も沸点が低いガス用の低温吸着過程と
を採用しており、かかる装置では、この発明のシステム
の性能と利点とをもたらすことはできない。
【００１２】ヘリウム式低温冷凍装置にはまた、離間し
た場所に位置する熱負荷の冷却には容易には使用できな
いという問題があることがわかる。というのは、その冷
凍装置の固有の構成が、その装置の適用を、ヘリウムガ
スが膨張する部屋に固着された面についての冷却に制限
するからである。この問題を解消するためには、熱パイ
プや熱サイホン回路の如き中間的な伝熱機構を設けるこ
ともできるが、かかる電熱機構は、冷凍システムに、余
計な温度差を要求すると同時に、かなりのコストと、信
頼性の低下を招く複雑化とを付加する。
【００１３】さらに上記装置は、酸素を液化させて大気
中から分離させるに充分な程に、大気中にさらされた面
を冷却することができ、それにより、人体にとって危険
な状態をつくり出してしまう。
【００１４】また大部分のヘリウム式低温冷凍装置は、
潤滑油で潤滑された圧縮機と、複雑な油分離システムと
を使用し、その油分離システムの最終段階には、一般
に、定期的な入替えが不可欠な炭素吸着床が設けられて
おり、このことは、システムの停止を要求し、数年間に
亘るような長期間の連続的作動を許容しない。
【００１５】さらに、上述したシステムの多くは、冷凍
のためにガスの無用の膨張を使用しているが、このこと
は熱力学的に見ると効率的ではなく、しかもその付加し
た膨張手段は、システムの複雑さを増加させる働きをす
る。またかかるシステムは、成熟した技術に基づいてい
るためかなりの信頼性が証明されているが、一方で、特
別な構成部品を必要とするためコストが嵩むものとな
る。
【００１６】この一方、高真空工業の分野では、チタン
の昇華を利用したポンプ、鉄の捕獲を利用したポンプ、
ヘリウム冷却式低温ポンプ等の他の形式のポンプによる
高真空脱気への切換えに先立って、清浄な脱気を行うた
めに、「分子の篩」としてのゼオライトを有する「荒引
き」ポンプが使用されており、かかる荒引きポンプは真
空室内のガスを、約 0.1気圧から始めて、準大気圧範囲
から約五桁の隔たりがある約10-6気圧まで除去する。
【００１７】しかして上記ポンプは、低温吸着脱気を行
うため液体窒素によって約77〜80Ｋまで冷却される一
方、再生あるいは放出過程のために 450〜500 Ｋまで電
気的に加熱され、そのための外部の電熱源は、過熱を防
止するために温度制御される必要がある。しかも上記ポ
ンプは、その設計上から一気圧を越える圧力下では使用
できず、また現状での構成では、機械的な冷凍装置との
結合あるいはこの発明が要求するような共働には適して
いない。
【００１８】上述した従来の低温冷凍システムの説明
は、効率的で信頼性があり、それと同時に比較的容易
に、しかも経済的に作動させ得るように改良されたシス
テムの必要性を示唆しており、それゆえこの発明の目的
の一つは、上述した従来のシステムの欠点を克服し、そ
の問題点を解決した冷凍システムを提供するとともに、
自動冷凍カスケード（ＡＲＣ）システムで今まで可能で
あった温度よりもさらに低い温度を発生させることにあ
る。
【００１９】この発明のもう一つの目的は、種々の構成
の冷媒蒸発器を冷却するため、温度が低い方の段階の冷
媒ガスを整備を要さない作動によって確実に圧送するべ
く、(1)ＡＲＣ技術を、 (2)低温吸着圧送と結合して利
用することにある。大気圧以上の圧力下における、15：
１から25：１の圧力比での低温吸着圧送は、窒素やアル
ゴンガス等のガスの圧送の場合に通常付随する、かかる
高い圧力比における極めて高い排気温度や、圧縮機の潤
滑あるいは密閉、非潤滑圧縮機を使用するのであればそ
の整備、多段圧縮に伴う構成の複雑化等の問題点を解消
することができる。
【００２０】この発明のさらなる目的は、放出の際の吸
着材床の温度制御や、酸素の凝縮を妨げるための最終段
階の蒸発器の温度制御等の機能を、外付けの温度制御装
置その他の、システムを複雑化する装置を必要とするこ
となく行い得る冷凍システムをもたらすことにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段および作用】この発明にお
いては、多効自動冷凍カスケード（ＡＲＣ）システム等
を具える副システムが、二段階式冷凍システムにおける
温度が高い方の段階として、並列のガス吸着床からなる
低温吸着圧送回路を具える第２の段階、もしくは温度が
低い方の段階と結合し、その温度が低い方の段階は、冷
媒ガスの圧送に、非潤滑で非機械的な吸着と放出とを使
用する、蒸気圧縮形の閉回路とされている。
【００２２】ここで、前記副システムは、 (1)高圧の第
１の冷媒ガス流をそのガスの凝縮点付近まで冷却し、
(2)そのガスを少なくとも部分的に凝縮させ、 (3)前記
ガス吸着床の冷却と加熱を交互に行う導管を通る、前記
第１の冷媒の二種類の吐出を行う。そして、その吐出の
内の一種類は、高い方の温度(360〜400 Ｋ）の前記第１
の冷媒を前記吸着床の一つへ供給し、前記副システムか
らの吐出の内の他の一種類は、低い方の温度(120〜150
Ｋ）の前記第１の冷媒を前記吸着床の他の一つへ供給す
る。
【００２３】かかる副システムからの吐出による吸着床
の温度上昇は、その内部の第２の冷媒の放出を開始させ
て、あらかじめ吸着されていた低温の第２の冷媒ガスを
前記閉回路内で、低い方の（吸入）圧力から高い方の
（吐出）圧力まで昇圧させる。一方、前記副システムか
らの吐出による吸着床の温度低下は、前記第２の冷媒の
吸着を開始させ、それによって、その第２の冷媒を前記
低温吸着閉回路内で循環させる。さらに前記副システム
は、低温吸着過程で発生する吸着熱を除去するために、
その低温吸着閉回路内の第２の冷媒の低温への冷却を行
う。なお、前記吸着と放出とからなる圧送サイクルは、
適当な時間間隔設定手段あるいは制御手段に接続され
た、前記副システムの電磁弁によって制御される。
【００２４】上述したこの発明は、それと同等の性能の
従来の低温システムよりも製造コストが安価で、いくつ
かの適用される場合においてエネルギー効率がより良い
冷凍システムをもたらすことができ、ある特定の適用さ
れる場合においては、このシステムが、所要の冷却を実
行可能な唯一の手段となるであろう。さらにこの発明の
システムは、適用される冷却の多くの場合について、コ
ストや利用性や安全性が当面の問題となっている液体窒
素と置換えることができる。
【００２５】
【実施例】この発明のさらに他の目的や利点、特徴等
は、以下に述べるこの発明の実施例の図面に基づく詳細
な説明によって明らかになるであろう。ここで、図１は
この発明の冷凍システムの一実施例の概要を示す構成
図、また図２は自動冷凍カスケードシステムの典型的な
一例を具える上記実施例の二段階式冷凍システムを示す
構成図、そして図３（ａ）および（ｂ）は上記実施例の
システムに用いられている典型的な吸着床を一部切り欠
いて示す斜視図およびその吸着床の代わりに使用し得る
他の吸着床の構成例を部分的に示す拡大図である。
【００２６】図中10は、極低温のレベルを達成し得る上
記実施例の冷凍システムを示し、概説すればこの冷凍シ
ステム10は、第１の冷媒を利用して相対的に温度が高い
方の段階を構成する冷凍副システムとしての、自動冷凍
カスケード（ＡＲＣ）システムからなるＡＲＣシステム
部12を具えており、その温度が高い方の段階であるＡＲ
Ｃシステム部12は、低温吸着圧送回路14の形を採る相対
的に温度が低い方の段階に結合されてそれとともに機能
し、その低温吸着圧送回路14は、蒸気圧縮形の閉回路で
あって、第２の冷媒を利用するとともに、そのガス状の
第２の冷媒の、導管46を通す低温圧送に、非潤滑で非機
械的な吸着と放出とを使用する。
【００２７】ここにおける低温吸着圧送回路14は、複数
の吸着床16，18を具えており、それらの吸着床16，18の
詳細は、図３（ａ）に拡大されて示されている。なお、
図１に示す実施例では二個の吸着床16，18が用いられて
いるが、所要に応じ、さらに一個もしくはそれ以上の付
加的な吸着床を用いても良い。ここで、各吸着床16，18
は、高温のガス状の冷媒および低温の蒸気状の冷媒の一
方を選択的に上記ＡＲＣシステム部12から受け取る。こ
のため第１の冷媒を利用するＡＲＣシステム部12には、
図示のように、第１の組の吐出導管20，22と、第２の組
の吐出導管24，26とが設けられており、その導管20，22
は、電気的に制御可能な弁28，30をそれぞれ有し、また
導管24，26も同様の弁32，34をそれぞれ有している。
【００２８】上記導管20，22は、それらの弁28，30の下
流側で互いに接続されて一本の導管36を形成し、その導
管36は、第１の上記吸着床16へ向かって延在して、その
吸着床16の周囲に巻付けられ、もしくはその吸着床16の
内部に導入されている。また導管24，26も同様に、互い
に接続されて一本の導管38を形成し、その導管38は、第
２の上記吸着床18へ向かって延在して、その吸着床18の
周囲に巻付けられ、もしくはその吸着床18の内部に導入
されている。そしてそれらの導管36，38からの戻り導管
40は、ＡＲＣシステム部12へ向かって戻るように延在し
ている。
【００２９】上記低温吸着圧送回路14にあっては、第１
の吸着床16から弁43を通る吐出導管42と、第２の吸着床
18から弁45を通る吐出導管44とが互いに接続されて、第
２の冷媒用の、温度が低い方の段階の冷媒導管46を形成
し、その冷媒導管46は先ず、水冷もしくは空冷の過熱低
減器48を通った後、冷凍される過熱低減器50と、冷凍さ
れる凝縮器52と、効率向上用熱交換器54と、絞り装置56
と、最終蒸発器58とを順次に通り、その後に再び効率向
上用熱交換器54を通って、上記第１および第２の吸着床
16，18の吸入導管63, 65にそれぞれ接続された一対の弁
60, 62を介し、それらの吸着床16，18へ戻っている。
【００３０】この一方、上記ＡＲＣシステム部12から
は、第１および第２の導管64, 66が、そのＡＲＣシステ
ム部12から冷媒を供給するため、上記冷凍される過熱低
減器50および冷凍される凝縮器52へ向かってそれぞれ延
在しており、それらの導管64,66は、その後それぞれＡ
ＲＣシステム部12へ戻っている。またＡＲＣシステム部
12には、適当な水源からの冷却水が、導入および排出用
の導管68を介し循環している。
【００３１】図１に示す上記実施例の冷凍システムの作
動は、以下に述べるようにして行われる。すなわち、上
記吸着床（16または18）から放出された、弁43，45の位
置では高温（例えば 383Ｋ）で高い吐出圧（25〜35気
圧）のガス流の形をとっている上記第２の冷媒（例えば
アルゴン）は、そのガスを約 296〜310 Ｋの温度に予備
冷却するための上記水冷（または空冷）の過熱低減器48
を通り、その過熱低減器48は外部の供給源（図示せず）
によって、図中出入りする矢印で示す如く冷却水（また
は冷却空気）を供給されて冷却される。
【００３２】次いで上記第２の冷媒の中間段階のガス流
は、冷凍される過熱低減器50によって、そのガスの凝縮
点から20〜40Ｋを越えない範囲内までさらに冷却され、
一方上記ＡＲＣシステム部12からの、中間的に低い沸点
温度の第１の冷媒は、導管64を介しその過熱低減器50を
冷却する。これにより、その過熱低減器50を出た導管46
内のガス流の温度は、約 300Ｋになる。
【００３３】上記ＡＲＣシステム部12からの、最も低い
沸点温度の第１の冷媒は、次に凝縮器52内に入った上記
高圧（吐出圧）のガス流を少なくとも部分的に凝縮さ
せ、これにより第２の冷媒は、約 165Ｋの温度でその凝
縮器52を出る。そして効率向上用熱交換器54は、その高
圧の第２の冷媒からさらに熱を除去して、ある作動状態
下ではその冷媒を前冷却し、他の作動状態下ではその冷
媒を完全に凝縮させる。これにより、その熱交換器54を
出たガス流の温度は、約 140Ｋになる。なお、かかる効
率向上用熱交換器54の冷却については後述する。
【００３４】絞り装置56は、熱交換器54から出た導管46
内の上記高圧（吐出圧）の凝縮液の圧力を、低い圧力
（吸入圧）に低減させて、その冷媒を、このシステム10
内でつくりだされる最も低い温度である約90Ｋの温度に
て最終蒸発器58内へ供給し、かくしてその低圧の第２の
冷媒は、その最終蒸発器58内で気化して周囲から熱を除
去する。そして蒸発器58を出た導管46内の低圧の冷媒蒸
気（温度が約95Ｋ）は、上記効率向上用熱交換器54内を
通って流れ、これにより、上述した反対方向への高圧の
ガス流から熱を除去する。
【００３５】上記熱交換器54を出た導管46内の未だ低温
の冷媒蒸気は、吸入弁60あるいは62を通って低温吸着床
16あるいは18へ戻り、低温吸着によりそこに捕獲され
て、その吸着床がＡＲＣシステム部12からの温かい冷媒
蒸気により 360〜400 Ｋの温度に昇温されて加熱（再
生）されるまでは、その吸着床内に保持される。なお、
かかる高い温度は、吸着床16，18にその吸着したガスや
蒸気の放出を行わせることになる。
【００３６】しかして、上記吸着床16（あるいは18）
が、もはや所要の低圧（吸入圧）を蒸発器58内で維持す
るに足りる程速くはガス吸着を行えなくなるまでガスを
低温吸着した後は、その吸着床は再生され、かかる再生
は、温度が上昇した第１の冷媒をもたらすようにＡＲＣ
システム部12の弁28（あるいは32）を制御して、吸着床
に放出（再生）サイクルを開始させるようにＡＲＣシス
テム部12からのその混合冷媒で吸着床を加熱することに
よって行われる。そしてこの再生を吸着床16（あるいは
18）が行っている間に、もう一個の吸着床18（あるいは
16）は、その吸着サイクルを開始するため再生後の再冷
却を施される。
【００３７】ここで、上記吸着床16，18の吸入弁60, 62
は、吸着床内のガス圧が上記の低圧（吸入圧）を越えて
上昇すると閉じ、一方、それらの吸着床16，18の吐出弁
43,45は、吸着床内のガス圧が所定の高圧（吐出圧）以
上に上昇すると開く。かかる吸入弁60, 62および吐出弁
43, 45は、圧力差で自動的に作動するスプリング負荷式
のものでも良く、適当な時間間隔設定手段あるいは制御
手段によって電気的に制御されて作動するものでも良
い。
【００３８】ところで、上記実施例の冷凍システムにお
けるＡＲＣシステム部12には、この発明の範囲内で、種
々の構成のＡＲＣシステムを使用することができ、その
適当な一例である、図２に示すＡＲＣシステム部12A
は、吸入管路74から低圧（例えば 280Ｋで２気圧）の蒸
気を吸入するとともに立上げ時や負荷が低い時にはそれ
を膨張式収納容器72から吸入する混合冷媒圧縮機70を具
えている。ここで、その吸入管路74は、多段カスケード
接続された熱交換器76, 78, 80の列を通って延在し、さ
らに、上記膨張式収納容器72への出口に接続される前
に、効率向上用補助凝縮器82を通っており、この一方上
記圧縮機70の吐出導管は、上記補助凝縮器82を通る前
に、冷媒蒸気過熱用熱交換器84と凝縮器86とを通ってい
る。
【００３９】上記補助凝縮器82に接続されているのは、
第１の相分離器88であり、この相分離器88は、その上端
部付近に、上記熱交換器76に接続された蒸気出口90を有
するとともに、その下端部付近に、先に述べた冷媒過熱
低減器50と多段をなす熱交換器76とに接続された液体出
口92を有している。そして、蒸気出口90内の蒸発した冷
媒は、熱交換器76内のコイルを通過し、この一方、相分
離器88からの液体導管92は、分配器93を通って絞り弁94
に接続され、その絞り弁94からの出口96は、上記熱交換
器76および78の間にて上記管路74に接続されている。
【００４０】また、熱交換器76内の上記コイルからの出
口導管98は、分離器100 に接続されており、その分離器
100 からの蒸気出口102 は多段をなす熱交換器78内のコ
イルへの流入導管に接続される一方、その分離器100 か
らの液体導管は絞り弁104 に接続され、その絞り弁104
からの出口106 は、上記熱交換器78および80の間にて上
記管路74に接続されている。さらに、上記熱交換器78内
の上記コイルからの出口108 は、もう一つの分離器110
に接続されており、その分離器110 からの蒸気回路112
は、上記熱交換器の列の最終段の熱交換器80内の、出口
導管114 を有するコイルに接続されている。そして、そ
の蒸気回路112 からは、上記過熱用熱交換器84内のコイ
ルへの入口回路をなす蒸気戻り回路116 が分岐してい
る。
【００４１】上述したＡＲＣシステム部12A には、この
発明に基づき、図１に示す第１および第２の吸着床16，
18が結合されており、ここで、上記熱交換器80からの出
口導管114 に接続された第１の低温吸着床16は、外部コ
イルを有し、その外部コイルの入口導管36は、電磁弁28
を介して出口導管114 に接続されている。またこの入口
導管36は、上記過熱用熱交換器84内のコイルに接続され
た導管22から、弁30を介して蒸気を受け取る。この一方
上記第２の低温吸着床18も外部コイルを有し、その外部
コイルもまた、電磁弁32と出口導管114 の絞り弁とを介
して、上記熱交換器80からの出口導管114 に接続されて
おり、その低温吸着床18への入口導管38と、上記過熱用
熱交換器84からの導管22との間には、電磁弁34を持つ他
の導管26が延在している。
【００４２】図２に示す上記ＡＲＣシステム部12A の作
動は、以下に述べるようにして行われる。すなわち、混
合冷媒圧縮機70は、吸入管路74から、もしくは立上げ時
や負荷の低減時には膨張式収納容器72から、低圧（例え
ば 280Ｋで２気圧）の蒸気を吸入して、圧縮された高圧
の蒸気を過熱用熱交換器84へ吐出する。そして凝縮器86
は、その蒸気流から圧縮熱と凝縮潜熱の一部とを除去
し、その凝縮器86からの導管は、高圧の蒸気と、部分に
凝縮した混合液とを効率向上用補助凝縮器82へ供給し、
その補助凝縮器82内では、そこへ供給された上記比較的
高温で高圧の冷媒から吸入管路74内の比較的低温で低圧
の戻り冷媒への伝熱が行われる。この、さらに冷却され
た高圧で二相の混合冷媒は、第１の相分離器88に入った
後、多段接続された熱交換器76, 78, 80へ流れ、そして
付加的に設けられた部分的あるいは全体的相分離器100,
110へ流れる。
【００４３】しかして各分離点で蒸気から回収された凝
縮液は、より低い圧力になるように絞られ、吸入管路74
内へ供給されて低圧の戻り冷媒流と混合され、そして多
段熱交換器内で低温で蒸発し、これにより、その多段熱
交換器内を戻り方向へ流れながら、相分離器88を出た高
圧の冷媒蒸気をさらに冷却して、少なくとも部分的に凝
縮させる。ここで、最も低温の（最後の）相分離器110
は、液状の冷媒については回路113 へ吐出するためその
底部に保持する一方、ガス状あるいはいくらかは液状の
冷媒についてはそこを通過させて回路112 を介し最終段
の熱交換器80へ供給し、その熱交換器80を出た低温の凝
縮した冷媒は、絞り装置としての電磁弁28, 32によって
絞られる。
【００４４】ここにおける液状冷媒用の電磁弁28, 32
は、励磁されると開いて、その低温の冷媒を管路36, 38
を介し冷却−加熱兼用コイル17，19へ向かわせ、この低
温の冷媒が、低温吸着圧送の準備のために吸着床16，18
を冷却する。そしてその冷却を行っている間、高温の冷
媒蒸気用の電磁弁30，34は消磁されて閉じており、吸着
床16，18が冷えると、ガスの低温吸着が開始されるが、
その冷却は、吸着に伴う熱を除去するため、吸着床16，
18が最大ガス保持容量に到達して放出による再生が必要
となるまで継続される。
【００４５】また、上記放出による再生を行うために吸
着床16，18を加熱する際には、液状冷媒用の電磁弁28,
32を閉じるとともに高温の冷媒蒸気用の電磁弁30，34を
開くことにて、上記冷却が停止される。かかる高温の冷
媒蒸気の源は、分離器110 を出た後回路116 を介して過
熱用熱交換器84に入った低温の圧縮されたガス状冷媒で
あり、その冷媒蒸気は、電磁弁30，34を通り、さらに管
路36, 38を通って、吸着床16，18用の冷却−加熱兼用コ
イル17，19内へ入る。
【００４６】そしてここでは、上述した吸着材の冷却の
際と加熱の際とを含み常に、低圧の冷媒流が、上記冷却
−加熱兼用コイル17，19を出て戻り管路40を介しＡＲＣ
システム部12a へ戻り、管路74を介し多段熱交換器76,
78, 80内を通り、さらに補助凝縮器82を通って圧縮機70
へ流れ、それらの多段接続された熱交換器76, 78, 80
は、各々の内部の絞り装置を通った液状冷媒流が上記低
圧の戻り冷媒流と混合されて蒸発することにより、吸着
材の加熱サイクルの間も冷却される。
【００４７】この一方、熱交換器80を出た前記液状冷媒
の一部は、絞り装置118 を通って流れて、前記冷凍され
る凝縮器52を継続的に冷凍し、また、相分離器88を出て
管路92を通り分配器93へ流れた前記液状冷媒の一部は、
そこから導管64を通り絞り装置120 へ流れ、次いで導管
46内の前記第２の冷媒のさらなる継続的な冷却を行うた
めに、前記冷凍される過熱低減器50内へ流れる。そして
この過熱低減器50を出た冷媒蒸気は、ＡＲＣシステム部
12a の上記低圧の戻り管路74の中間点へ戻る。かかる過
熱低減器50による導管46内の第２の冷媒の付加的な冷却
は、前記低温吸着回路14が低温レベルの作動を達成する
のを可能ならしめる。
【００４８】上述したＡＲＣシステム部12a の構成は、
この発明に用い得るＡＲＣ副システムとしてのＡＲＣシ
ステム部の一典型例であって、その変形の排除を意図す
るものではなく、従ってこの発明におけるＡＲＣ副シス
テムとしては、他の構成を採用することも可能である。
【００４９】すなわち例えば、上記実施例の冷凍システ
ム10の一変形例では、図４に示す如く、その冷凍システ
ム10の一個の過熱低減器50が、温度が低い方の段階の冷
媒導管46がそれらの各々を通って延在するような三個の
互いに分離して列をなす過熱低減部50A, 50Bおよび50C
の形で設けられていても良く、ここにおける各過熱低減
部は、ＡＲＣシステム部から供給される順次に温度が低
くなっている冷媒の蒸発によって冷凍され、それらの液
状冷媒は、ＡＲＣシステム部内の液相−気相分離器88,
100 および110 からそれぞれ回収され、絞られて低圧に
された後、過熱低減部50A, 50Bおよび50C の熱交換器内
で蒸発して、上記温度が低い方の段階のガスの過熱の程
度を、約 290Ｋの温度から、そのガスの凝縮点に近い温
度まで低減させる。
【００５０】ここで上記過熱低減部50A は、図４に示す
ように、相分離器88から導管64A および絞り弁49A を介
して冷媒を受け取り、その冷媒を導管65A を介して吸入
管路74へ戻す。また上記過熱低減部50B は、回路98から
導管64B および絞り弁49B を介して冷媒を受け取り、そ
の冷媒を導管65B を介し熱交換器76と熱交換器78との間
にて吸入管路74へ戻す。同様に上記過熱低減部50C は、
回路104 から導管64Cおよび絞り弁49C を介して冷媒を
受け取り、その冷媒を導管65C を介し熱交換器78と熱交
換器80との間にて吸入管路74へ戻す。
【００５１】かくして図４に示す構成のシステムは、図
２に示す構成と異なって、その連続的な過熱低減部50A,
50Bおよび50C を通る冷媒の逐次的な冷凍をもたらすこ
とができ、従って、その稼働に際し熱力学的により効率
的であり、それゆえ、その構成がもたらす逐次的な冷凍
によって、図２に示すシステムと比較すると、より少な
い駆動入力しか必要としないで済む。
【００５２】図５は、上記実施例のもう一つの変形例を
示し、ここにおけるＡＲＣシステム部には、三重共軸型
もしくは複式二重共軸型の熱交換器が利用されており、
かかるＡＲＣシステム部では、管路46内にて過熱低減器
48から流れて来る冷媒が、吸入管路74内の低圧流と反対
の方向へ、凝縮器82と、熱交換器76, 78, 80とを順次に
通って流れる。従って管路46内の、温度が低い方の段階
の冷媒ガスは、補助凝縮器82および多段接続された熱交
換器76, 78, 80内で直接的にその過熱の程度を低減さ
れ、これにより、過熱低減器50は除去されている。
【００５３】かかる構成のシステムは、上述した図４に
示す構成と同様の利点をもたらすとともに、その熱交換
器の構造の本質的な作用に基づいて伝熱損失を低減させ
ることができる。ただし、上記三重共軸型もしくは複式
二重共軸型の熱交換器の設計および製造は、他の構造の
熱交換器と比較するといくらか複雑なものになる。
【００５４】上記図５の構成ではまた、圧縮機70から吐
出された高温の冷媒を、吸着回路14の吸着床の加熱およ
び再生のため、所要に応じ、適当な油除去手段（図示せ
ず）を通した後に直接的に導管22内へ供給することも可
能であり、このようにした場合には、蒸気過熱用熱交換
器84と管路116 とを除去することができる。
【００５５】ところで、上記吸着床16および18は、例え
ば吸着床16について図３（ａ）に示すように、各々本質
的に圧力容器であって基本的に円筒状をなしており、最
小限の熱容量とするため肉厚を薄くされたステンレス鋼
製のハウジング122 によって構成されている。そしてそ
のハウジング122 の内部には、例えば活性炭や分子の篩
の如き適当な吸着材124 が、隙間が空いた高熱伝導率の
基材126 の周囲の隙間を満たすように詰められ、またそ
のハウジング122 の周囲は、そのハウジングの壁部に熱
的に接触している冷却−加熱兼用の導管36，38からなる
コイル17，19によって囲繞されている。
【００５６】ガスの適度な流動を可能とするため隙間が
空いている必要がある上記基材126としては幾つかの形
態を選択することができ、図３（ｂ）に示すその形態の
一例は、銅もしくはアルミニウム製の仕切り円盤が複数
枚、それらの端縁が壁部122に熱的に接触し、かつ各隙
間内に適当な量の吸着材124 を保持するように、等間隔
に配置されて列をなす構成とされている。なお、６イン
チの直径の吸着床用の上記仕切り円盤の適当な間隔は、
0.5 インチ以下であり、この直径では、上記仕切り円盤
は吸着材が入る空間を含めて中実な金属の約２％に相当
する密度を有するべきである。すなわち言い換えれば、
その金属は、吸着床の全容積の２％を占める必要があ
る。
【００５７】またハウジングの壁部と上記円盤の中心部
との間の温度差を一定に維持するためには、その円盤の
密度をハウジングの直径の２乗で変化させる必要があ
り、かかる円盤を形成するための材質は、アルミニウム
よりも銅の方が、熱拡散性が良いため好ましい。
【００５８】上記基材126 の他の形態としては、上述し
た仕切り板と同様の方法で配置された銅もしくはアルミ
ニウムの孔空きの薄板もしくは板にて構成されたものを
用いても良く、その基材126 のさらに他の形態として
は、図３（ａ）に示す如き、骨状（泡が開いた発泡材料
状）の金属であって、適当な大きさの吸着材の粒もしく
は小片124 がその内部を満たし得るに充分な大きさの空
隙（泡）を有するものを用いても良い。
【００５９】すなわち、上記吸着床の設計のための規準
には、放出のための最高温度と吸着のための最低温度と
の間の過渡的な時間をかなり短くし得るのに充分な程
（基材と吸着材とを併せた）全体的な熱拡散性が良好で
あるという点、加熱及び冷却に必要なエネルギーの量を
減少させるため非吸着材料である基材126 の熱質量が小
さいという点、および、吸着材124 を収容する空隙内へ
前記第２の冷媒が自由に流入し得るように適当に開いた
内部構造を有するという点が含まれる。従って、加熱及
び冷却に必要なエネルギーの量が最も少なく、最も短い
時間で温度平衡に達し、最も少ない体積で最も多量の上
記第２の冷媒を吸着および放出する、というような、吸
着材と基材との組合せが、最も好ましい選択となる。
【００６０】またゼオライトの分子の篩あるいは活性炭
（木炭）等からなる上記吸着材は、アルゴンもしくは窒
素でも良くそれらを混合したものでも良い前記温度が低
い方の段階の第２の冷媒の最も望ましい低温吸着および
放出特性をもたらすのに最適な空隙構造を有するように
選択される。
【００６１】上記吸着床16，18の加熱および冷却の温度
サイクルは、時間、温度、圧力あるいはそれらのパラメ
ーターの組合せによって決定することができるが、時間
制御は、最も簡単ではあるものの該冷凍システムへの熱
負荷の変化に対応できないという不都合がある。なお、
上記温度が低い方の段階での低温吸着時および再生放出
時の間には吸引および放出ガス圧が変化するので、その
変化を上記サイクル的作動の時間の調節に使用すること
もできる。同様に上記吸着床の温度を、その変化の状態
から吸着床の飽和や放出完了が近いことを予測すること
にて、上記サイクル的作動の改善と、圧力変動の制御と
に使用することもできる。
【００６２】ここで、放出（再生）に要する時間が長す
ぎ、それゆえ吸着温度へ向けて予備冷却を維持する時間
が短くなりすぎる場合には、上記回路に付加的吸着床を
さらに付加しても良い。そして吸着床に充分な容量があ
る場合には、一般的な多気筒往復動型圧縮機と異なっ
て、加熱（放出）および冷却（吸着）の繰り返しを使用
することにより、連続的な圧送作動が行われる。なお、
上記吸着床16，18は、該回路の「吸入圧」以下にハウジ
ング内の圧力を下げるに充分な程その吸着床の温度が冷
たくなるまでは、「吸入」管路63, 65からの冷媒ガスの
吸入を開始せず、そして該回路の「吐出圧」以上にハウ
ジング内の圧力を上げるに充分な程その吸着床の温度が
熱くなるまでは、「吐出」管路42, 44への吐出を開始し
ない。
【００６３】活性炭を吸着材として使用するとともにア
ルゴンもしくは窒素を冷媒として使用する圧送回路の吸
着（低温吸着吸入）のための典型的な作動温度は 120〜
150Ｋであり、また放出のための典型的な作動温度は 36
0〜400 Ｋである。そして上記実施例の冷凍システム10
にてアルゴンガスを冷媒として使用した場合には、その
冷媒の蒸発温度を約85〜95Ｋまで下げることができる。
【００６４】この一方、電気的に制御可能な前記冷媒流
制御弁28，30，32，34は、前記自動冷凍カスケードシス
テム部12からの導管36，38内の高温の冷媒ガスもしくは
低温の冷媒蒸気の流れを交互に制御し、各吸着床につい
ては一つの高温弁と一つの低温弁との対がその制御をも
たらす。そして周期的な冷却あるいは加熱機能をもたら
すようにそれらの弁を適当な手順で励磁するためには、
適当な時間間隔設定手段や他の適当な制御手段（図示せ
ず）を用いることができる。
【００６５】かかる低温吸着圧送回路にあっては、自動
冷凍カスケードシステム部12から吐き出された熱が吸着
床16および18の再生のための熱になるので、外部の熱源
も、その温度を制御する装置も必要とされない。従っ
て、前記実施例の冷凍システム10に必要なエネルギー
は、ＡＲＣ冷凍システム部12を駆動するための電力だけ
で済み、他には利便的要求として、ＡＲＣ冷凍システム
部12から熱を除去するための冷却水と、ガス過熱低減器
48とだけが求められる。
【００６６】上記温度が低い方の段階の冷媒ガスとして
は、何種類かの、単一の構成要素からなるガスもしく
は、複数の構成要素を混合したガスを使用でき、それら
のガスには、窒素、アルゴン、あるいはそれらの混合ガ
ス、そしておそらくは窒素もしくはアルゴンとクリプト
ンとの混合ガスが含まれる。ただし混合ガスの使用は、
採用する吸着材の選択的な吸着特性によって規制され
る。
【００６７】しかしてかかる混合ガスを使用する場合に
は、前記効率向上用熱交換器54の役割がより重要なもの
となる。すなわちこの場合には、その効率向上用熱交換
器54内で、高圧の混合冷媒の最終的な凝縮と低圧の混合
冷媒の最終的な蒸発とが行われ、これにより、単相の冷
媒の液体の前段冷却やそのガスの過熱が行われる場合に
比べて、ずっと大量の熱の移動が行われるので、冷凍シ
ステム10の前記冷凍される凝縮器52は、その混合冷媒を
部分的に凝縮させるだけで済む。
【００６８】以上の内容を概説すると、この発明を利用
した上記冷凍システム10は、 (1)高圧で低温の冷媒ガス
の段階的な予備冷却のための、エネルギー効率の良いＡ
ＲＣシステム部12の作動と、 (2)放出と再冷却とが必要
とされる際の、温度が低い方の段階の吸着床の制御され
た温度サイクルをもたらすＡＲＣシステム部12の能力
と、 (3)二段階式冷凍システムの温度が低い方の段階の
予備冷却された高圧で低温の冷媒を凝縮させる、そのＡ
ＲＣシステム部12からもたらされる継続的な低温冷却
と、を組み合わせることによって、多くの利点と冷凍効
率の向上とをもたらすことができる。
【００６９】しかもこの冷凍システム10にあっては、そ
の温度が低い方の段階の回路において低温吸着と加熱放
出とを交互に行う、吸着床16，18と呼ばれる「圧縮機」
が、完全に非潤滑であり、かつそのガス吸入吐出用弁を
除き可動部分を全く有していないので、圧縮機や膨張器
のための複雑な特別に機械加工された部品や機構は必要
とされない。従ってこの冷凍システム10は、より経済的
に製造することができるとともに、より高い信頼性を具
備している。
【００７０】そしてこの冷凍システム10では、高圧の冷
媒液が最終段階での冷却を行うために絞られており、こ
のことは、何の働きもない、ガスのジュール−トンプソ
ン絞り（膨張）を行う場合と比較して、熱力学的により
効率的である。またその温度が低い方の段階の冷媒は、
広い範囲の形態の熱交換器内で蒸発することができるの
で、その熱交換器はシステム内にあってもそこから離れ
ていても良い。それゆえ後者の場合でも、この冷凍シス
テム10では二次的な伝熱手段は不要となる。
【００７１】さらにこの冷凍システム10は、その固有の
特性により、常に適正に作動するとは限らない特別な安
全装置に頼ることなしに、大気中の酸素の液化分離を防
止することができる。またここにおける吸着床の再生の
ための加熱は、使わなければ冷却水へ排出されるＡＲＣ
システム部12の高温の方の段階の熱の一部を適当な温度
でそれに利用できるので、「無料」であり、しかもその
熱は本質的に、ＡＲＣシステム部から適当な程度だけ排
出されるので、その熱源の温度を制御する装置も不要で
ある。加えて、上記温度が低い方の段階のガス回路内に
は潤滑油で潤滑される部品が存在しないので、その回路
の吸着床内には汚染物質が入り込むことがない。
【００７２】なお、上記温度が低い方の段階の低温吸着
回路14に用いられる冷媒としては、何種類かの、単一の
構成要素からなるガスもしくは、複数の構成要素を混合
したガスを使用できるので、この冷凍システム10は、種
々の用途に適用するに際し、その用途に最適な作動を行
うように仕立てることができる。
【００７３】以上、図示例に基づき説明したが、この発
明は上述の例に限定されるものでなく、この発明の範囲
内であれば、種々の変形が可能なことはいうまでもな
い。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の冷凍システムの一実施例の概要を示
す構成図である。
【図２】自動冷凍カスケードシステムの典型的な一例を
具える上記実施例の冷凍システムを示す構成図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は上記実施例のシステムに
用いられている典型的な吸着床を一部切り欠いて示す斜
視図およびその吸着床の代わりに使用し得る他の吸着床
の構成例を部分的に示す拡大図である。
【図４】自動冷凍カスケードシステムの構成が異なる、
上記実施例の一変形例を示す構成図である。
【図５】自動冷凍カスケードシステムの構成が異なる、
上記実施例の他の変形例を示す構成図である。
【符号の説明】
10 冷凍システム 12 ＡＲＣシステム部 14 低温吸着圧送回路 16, 18 吸着床 20，22，24，26 吐出導管 28，30，32，34 電磁弁 36，38 導管 40 戻り導管 42, 44 吐出導管 43，45 弁 46 冷媒導管 48, 50 過熱低減器 52 凝縮器 54 効率向上用熱交換器 56 絞り装置 58 最終蒸発器 60, 62 弁 63, 65 吸入導管

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の冷媒の比較的高い温度の第１の吐
    出と比較的低い温度の第２の吐出との異なる時間におけ
    る二種類の吐出を交互に行うために前記第１の冷媒を循
    環させる手段を有する冷凍副システムと、 第２の冷媒用の閉ループ状導管を有し、前記導管回路が
    複数の吸着床に接続されている、低温吸着圧送回路と、 前記吸着床内で前記第２の冷媒の吸着と放出とのサイク
    ルが生ずる所定時間間隔で前記第１の冷媒の流れの高い
    温度の部分と低い温度の部分とを交互に制御する弁手段
    を有し、前記冷凍副システムと前記低温吸着圧送回路と
    を接続する導管手段と、 前記低温吸着圧送回路の前記閉ループ状導管内の前記第
    ２の冷媒のさらなる温度低下をもたらすために前記第１
    の冷媒を利用する外的調節手段と、 を具えてなる、冷凍システム。
  2. 【請求項２】 前記冷凍副システムは、自動冷凍カスケ
    ードシステムを具えることを特徴とする、請求項１に記
    載の冷凍システム。
  3. 【請求項３】 前記第１の冷媒は、種々の沸点を持つ複
    数種類の構成要素を具えることを特徴とする、請求項１
    に記載の冷凍システム。
  4. 【請求項４】 前記低温吸着圧送回路は、二個の吸着床
    を具えることを特徴とする、請求項１に記載の冷凍シス
    テム。
  5. 【請求項５】 前記低温吸着圧送回路内の前記第２の冷
    媒は、窒素とアルゴンとの混合冷媒であることを特徴と
    する、請求項１に記載の冷凍システム。
  6. 【請求項６】 前記第２の冷媒用の前記低温吸着圧送回
    路の前記導管は、前記吸着床の吐出口に接続されるとと
    もに、その低温吸着圧送回路のための前記外的調節手段
    を通って前記吸着床の吸入口まで延在することを特徴と
    する、請求項４に記載の冷凍システム。
  7. 【請求項７】 前記各吸着床は、前記第２の冷媒が出入
    りし得る手段を有する圧力容器と、前記容器内に収容さ
    れて吸着材の粒で周囲を囲繞され、その吸着材ととも
    に、前記第２の冷媒がその容器内を自由に通流し得るよ
    うな内部構造を構成する、隙間が空いた高熱伝導率の基
    材と、を具えることを特徴とする、請求項４に記載の冷
    凍システム。
  8. 【請求項８】 前記基材は、互いに間隔を空けて列をな
    すとともにそれらの間に吸着材の粒を有する複数枚の仕
    切り板を具えることを特徴とする、請求項４に記載の冷
    凍システム。
  9. 【請求項９】 前記外的調節手段は、前記低温吸着圧送
    回路の前記閉ループ状導管の一部がそこを通る過熱低減
    手段を有することを特徴とする、請求項１記載の冷凍シ
    ステム。
  10. 【請求項１０】 前記過熱低減手段は、互いに列をなす
    ように配置された複数の熱交換器を有することを特徴と
    する、請求項９に記載の冷凍システム。
  11. 【請求項１１】 前記過熱低減手段は、前記低温吸着圧
    送回路の前記閉ループ状導管の、前記第１の冷媒が通る
    回路の熱交換器を通ってその第１の冷媒と反対方向へ前
    記第２の冷媒を流す部分を具えることを特徴とする、請
    求項９に記載の冷凍システム。
  12. 【請求項１２】 前記外的調節手段は、 前記吸着床から来る前記第２の冷媒の初期冷却用の流体
    源に接続された、温度が低い方の段階の過熱低減器と、 前記閉ループ状導管内の前記第２の冷媒の蒸気のさらな
    る冷却用に前記冷凍副システムに接続された、冷凍され
    る二次的過熱低減器と、 前記閉ループ状導管内の前記第２の冷媒の少なくとも一
    部の凝縮用に前記冷凍副システムに接続された、冷凍さ
    れる凝縮器と、 列をなすように配置された、効率向上用熱交換器、絞り
    弁および蒸発器と、 前記閉ループ状導管の、前記蒸発器と前記吸着床との間
    にて前記効率向上用熱交換器を通って戻るように延在す
    る部分と、 を具えることを特徴とする、請求項６に記載の冷凍シス
    テム。
  13. 【請求項１３】 前記冷凍される過熱低減器と前記冷凍
    される凝縮器とは、前記閉ループ状導管内の前記第２の
    冷媒の付加的な冷却のため前記第１の冷媒を受け取るよ
    うに、前記冷凍副システムに接続されていることを特徴
    とする、請求項12に記載の冷凍システム。
  14. 【請求項１４】 前記外的調節手段は、前記第１の冷媒
    の凝縮した部分を絞り弁を介し前記二次的過熱低減器へ
    供給するとともにその冷媒を蒸気の形で前記冷凍副シス
    テムへ戻す手段を具えることを特徴とする、請求項12に
    記載の冷凍システム。
  15. 【請求項１５】 前記二次的過熱低減器は、互いに直列
    に配置された複数の熱交換器を具え、 前記熱交換器は各々、前記冷凍副システムから個々に絞
    り弁を介し供給される前記第１の冷媒の凝縮した部分に
    よって冷却されることを特徴とする、請求項14に記載の
    冷凍システム。
  16. 【請求項１６】 前記冷凍副システムは、 多段カスケード接続されて列をなすとともに各々前記第
    １の冷媒の蒸気の部分によって冷却される複数の熱交換
    器と、 前記熱交換器の各々を通って延在する前記第１の冷媒用
    の蒸気戻り回路と、 を有することを特徴とする、請求項12に記載の冷凍シス
    テム。
  17. 【請求項１７】 前記第１の冷媒用の蒸気戻り回路は、
    前記第２の冷媒用の前記閉ループ状導管の、前記多段カ
    スケード接続された熱交換器内を通る部分を通る、前記
    第２の冷媒の逆向きの流れによってさらに冷却されるこ
    とを特徴とする、請求項16に記載の冷凍システム。
  18. 【請求項１８】 比較的高い温度の第１の冷媒をもたら
    す第１の吐出手段と比較的低い温度の前記冷媒をもたら
    す第２の吐出手段との二種類の吐出手段を有する第１の
    閉ループ冷凍回路と、 第２の冷媒を収容するとともに、前記第１の冷凍回路に
    接続され、かつその第１の冷凍回路に含まれるコイルに
    よって加熱もしくは冷却される一対の吸着床を有する、
    第２の閉ループ冷凍回路と、 熱交換手段と、分離手段と、絞り手段とを有する、前記
    第２の冷凍回路内の前記第２の冷媒をさらに冷却するた
    めの外的調節手段と、 そこを通って流れる前記第２の冷媒のさらなる冷却のた
    めの前記外的調節手段に接続された、前記第１の冷凍回
    路からの第３の吐出手段と、 を具えてなる、冷凍システム。
  19. 【請求項１９】 第１の冷媒の比較的高い温度のものと
    比較的低い温度のものとの二種類の制御可能な交互の吐
    出をもたらすために、前記第１の冷媒用の第１の閉ルー
    プ冷凍副システムを設け、 第２の冷媒用の、一対の吸着床を含む第２の閉ループ冷
    凍回路を設け、 前記吸着床に前記第２の冷媒の吸着を行わせるために、
    前記副システムの前記比較的低い温度の前記第１の冷媒
    の吐出を利用し、 前記吸着床に前記第２の冷媒の放出を行わせるために、
    前記副システムの前記比較的高い温度の前記第１の冷媒
    の吐出を利用し、それによって前記第２の冷凍回路内の
    低温の冷媒を低い方の圧力から高い方の圧力まで昇圧さ
    せて圧送し、 前記吸着床からの放出後、前記第２の冷媒から熱を除去
    する、 という工程を行う、冷凍方法。
  20. 【請求項２０】 前記第２の冷媒から熱を除去する工程
    は、前記冷凍副システムの、前記比較的低い温度の前記
    第１の冷媒の吐出を利用して遂行することを特徴とす
    る、請求項19に記載の冷凍方法。
  21. 【請求項２１】 前記冷凍副システムは、混合冷媒を利
    用して、その混合冷媒を圧縮し、部分的に液化するよう
    に冷却し、高圧蒸気部分と液体部分とに相分離し、その
    高圧蒸気部分を絞り、それを完全に凝縮させるために前
    記冷媒からさらに熱を除去する、という副工程を行うと
    ともに、その副工程を、中間的な沸点温度と、前記吸着
    床による最終段階の冷却のための極めて低い温度とをも
    たらすために必要とされる回数だけ繰り返すことを特徴
    とする、請求項19に記載の冷凍方法。
  22. 【請求項２２】 冷媒の吸入および吐出のための手段を
    持つ壁部を有する強固な容器と、 前記容器内を満たすとともに、吸着材の粒で周囲を囲繞
    され、それによって実質的に前記容器内の全ての無駄な
    空間を排除する、隙間が空いた高熱伝導率の基材と、 比較的高い温度か比較的低い温度かの何れかの第１の冷
    媒が循環するための、前記容器壁部に隣接するコイル状
    の導管と、 吸入もしくは吐出されるべき第２の冷媒の、その容器に
    対する出入りを可能とするために、前記吸入および吐出
    のための手段に接続された導管手段と、 を具えてなる、吸着床。
  23. 【請求項２３】 前記基材は、銅もしくはアルミニウム
    製の仕切り板の列を具えることを特徴とする、請求項22
    に記載の吸着床。
  24. 【請求項２４】 前記吸着材は、活性炭もしくは分子の
    篩であることを特徴とする、請求項22に記載の吸着床。
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