(57)【要約】  ＣＯ２の固体粒子及び液体窒素の混合物を含む冷却組成物であって、−  ＣＯ２の固体粒子の含有量は、７０〜８５重量％であり、及び−  ＣＯ２の固体粒子は、５０μｍ以下の直径を有する、冷却組成物。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＯ２の固体粒子及び液体窒素の混合物を含む冷却組成物であって、
−  ＣＯ２の固体粒子の含有量は、７０〜８５重量％であり、及び
−  前記ＣＯ２の固体粒子は、５０μｍ以下の直径を有する、冷却組成物。
【請求項２】
請求項１に記載の冷却組成物を製造するプロセスであって、
ａ）好ましくは膨張コーンにおけるＣＯ２気体の膨張を含む、前記ＣＯ２の固体粒子を形成するステップと、
ｂ）前記ＣＯ２の粒子と液体窒素とを混合するステップと
を含むプロセス。
【請求項３】
請求項１に記載の冷却組成物を使用して、冷却される素子を冷却するプロセスであって、以下の連続的なステップ：
ａ）１秒あたり１回転未満の速度で前記組成物を撹拌するステップ、
ｃ）冷却される前記素子を前記組成物中に浸漬及び維持するステップ
を含み、ステップｃ）の持続時間を通して、
−  ステップｂ）の前記撹拌は、維持され、及び
−  前記組成物中の液体窒素の割合は、測定され、且つ液体窒素の添加によってプラス又はマイナス５％以内に一定に保持される、プロセス。
【請求項４】
ステップｃ）は、１絶対バール〜１０絶対バールの圧力で実行されることを特徴とする、請求項３に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却組成物及び前記冷却組成物を使用する冷却プロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
全ての産業部門及び一部の医療分野において、反応媒体、金属材料、プラスチック、有機材料、食品材料、ヒト組織、植物組織などを急冷及び深冷するためのかなりの冷却能力を生成することが必要とされている。
【０００３】
全種類の冷蔵機械に加えて、低温流体は、それらが単純設計の装置で高い冷蔵能力の急速生成を可能にすることから広く使用される。
【０００４】
２つの主要な技術：
−  冷却される生産物の液体中の浸漬
−  生産物の表面上で放出されたスプリットジェット
が使用されている。
【０００５】
ほぼ全ての産業事例において、このプロセスは、周囲圧力で実行される。
【０００６】
使用される主要な媒体は、液体窒素、液体アルゴン及び液体又は固体形態の二酸化炭素である。
【０００７】
使用中に蒸気−液体又は固体−蒸気平衡にあるため、冷却される材料との接触直後に、冷却される材料の表面と流体又は固体（加熱層）との間で気体の層が生じる。この層は、液体窒素に関して約０．１〜１ミリメートルである。
【０００８】
この加熱層中、伝導性熱交換は、液体の熱伝導率よりも低く、且つ交換係数を非常に大幅に減少させる気体の熱伝導率によって制限される。
【０００９】
Ｎ２気体の熱伝導率は、液体窒素の熱伝導率よりも約１７倍低く、これは、加熱層が熱伝達を阻害する熱シールドとして作用するという事実を反映する。
【００１０】
これは、
−  単純接触による冷却能力
−  したがって、固体材料の急冷、食品、植物又は植物若しくはヒト組織の冷凍及び保存のための上記媒体の使用
を制限する。
【００１１】
表面温度が、表面の種類及び性質によって可変的なライデンフロスト（Ｌｅｉｄｅｎｆｒｏｓｔ）温度（加熱温度）より高い限り、この加熱現象が続く。
【００１２】
この温度未満では、通常の沸騰様式（核沸騰及び遷移沸騰）で交換が生じ、熱フローは、かなり増加するが、温度差が小さくなる。一例を図１に示す。
【００１３】
実際に、図１は、直径４ｃｍ及び高さ１０ｃｍであり、液体窒素中に浸漬された真ちゅうのバーの液体／固体表面における温度差（表面温度−液体の温度）の関数としてＷ．ｍ−２で表される熱フローを表す。真ちゅうの初期温度は、１５℃である。３つのゾーン：
−  沸騰が核沸騰であるゾーンＡ、
−  遷移沸騰が観察されるゾーンＢ、及び
−  膜沸騰が観察されるゾーンＣ（加熱現象）
を識別することができる。
【００１４】
この限界を回避する試みにおいて、いくつかの策略を実行することができる：
−  冷却される材料周囲で強い乱気流を生じること。これにより、熱フローは、実質的に増加するが、追加的なエネルギー消費及び冷却媒介体の追加的な消費が導かれる。
−  サブクーリング、例えば（気体相の急速排気による）部分的減圧下でプロセスを実行することによる液体窒素。この技術によって熱フローの有意な増加が可能となるが、冷却媒介体の多大な過消費という代償がもたらされる。
−  固体−固体接触による熱交換を促進させる流体中でのシリカなどの微細材料の分散。これにより、熱フローは、有意に増加するが、冷却される生産物からの微細材料の除去が必要とされるか、又は冷却される材料と相溶性である材料を得ることが必要とされる。
−  加熱相を減少又はさらに破壊するために、冷却される生産物の表面に高速で液体ジェットを放出すること。これにより、熱フローは、大いに増加することが可能となるが、有意なエネルギー消費及び流体の過消費という代償がもたらされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって、素子を冷却するための改善された解決策を提供するという課題が生じる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の解決策は、ＣＯ２の固体粒子及び液体窒素の混合物を含む冷却組成物であって、
−  ＣＯ２の固体粒子の含有量は、７０〜８５重量％であり、及び
−  ＣＯ２の固体粒子は、５０μｍ以下の直径を有する、冷却組成物である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】直径４ｃｍ及び高さ１０ｃｍであり、液体窒素中に浸漬された真ちゅうのバーの液体／固体表面における温度差（表面温度−液体の温度）の関数としてＷ．ｍ−２で表される熱フローを表す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明による冷却組成物は、好ましくは、
ａ）好ましくは膨張コーンにおけるＣＯ２気体の膨張を含む、ＣＯ２の粒子を形成するステップと、
ｂ）ＣＯ２の粒子と液体窒素とを混合するステップと
を含むプロセスによって製造される。
【００１９】
これらの粒子は、わずかに撹拌することで液体窒素中に分散可能であるか、又は容器に含まれる粒子上に液体窒素を注ぎ入れる。得られるＣＯ２粒子の径に対して実施の順序が影響しないことが留意されるべきである。
【００２０】
冷却組成物中、液体窒素は、粒子の集塊を完全に湿潤させなければならない。
【００２１】
固体ＣＯ２の量に対する液体窒素の量は、
−  液体窒素が全ての固体ＣＯ２粒子を湿潤させるため、及び
−  冷却される対象物の最初の数秒のクエンチ中に生じ、且つ表面において液体窒素の相補的注入によって埋め合わせることが困難である、固体ＣＯ２集塊（ペースト）の非常に急速な乾燥を防ぐために十分な過剰量の液体窒素が存在するため
に必要な量に可能な限り近くなるべきである。
【００２２】
この構造において、液体窒素の温度において冷却された固体ＣＯ２粒子は、直接的な固体／固体接触による熱交換に関与する熱交換の主要媒介体であり、且つ熱効果を最小化する。この冷却組成物は、同一条件下で液体窒素と比較して非常に増加した熱交換容量を示す。
【００２３】
本発明による冷却組成物は、加熱ゾーンにおいて２３０Ｗ．Ｍ−２．Ｋ−１以上、すなわち同一条件下の液体窒素のほぼ２倍及び核沸騰ゾーンにおいて条件に応じて最大で２１０Ｗ．Ｍ−２．Ｋ−１の範囲、すなわち同一条件下の液体窒素の１０倍であり得る熱交換係数を得ることを可能にする。
【００２４】
この冷却組成物は、十分に流体であり、且つ金属、プラスチック、食品、植物及びヒト組織の深冷のために浸漬浴を構成するために操作可能である。これは、「深凍結」として知られている低温冷却を含む。組成物は、低温流体の伝達のための通常の手段によって伝達可能であり、且つ「ポンプ輸送可能」である。
【００２５】
本発明の主題は、請求項１において定義される冷却組成物を使用して、冷却される素子を冷却するためのプロセスであって、以下の連続的なステップ：
ａ）１秒あたり１回転未満の速度で組成物を撹拌するステップ、
ｃ）冷却される素子を組成物中に浸漬及び維持するステップ
を含み、ステップｃ）の持続時間を通して、
−  ステップｂ）の撹拌は、維持され、及び
−  組成物中の液体窒素の割合は、測定され、且つ液体窒素の添加によってプラス又はマイナス５％以内に一定に保持される、プロセスでもある。
【００２６】
本発明による冷却プロセスにより、冷却される素子の低温での冷却が可能となる。
【００２７】
好ましくは、ステップｃ）は、１絶対バール〜１０絶対バールの圧力で実行される。
【００２８】
冷却時間は、冷却される素子のサイズ、その形状、材料の種類及びまたその温度に依存することが留意されるべきである。同一条件下において且つ１つ及び同一の対象物に関して、本発明によるプロセスを実施することによって得られる標的温度に達するまでの冷却時間の増加は、少なくとも３０％であると言われ得る。
【００２９】
例として、真ちゅう（７０％Ｃｕ／３０％Ｚｎ）から製造された直径４０ｍｍ及び高さ１００ｍｍのバーに関して、（Ｐｔ１００サーマルプローブを使用してバーの端から３ｍｍにおいて測定される）その表面温度が１３℃から−１９６℃まで低下するように、バーは、約３分３０秒間浸漬されなければならない。
【００３０】
組成物の撹拌により、粒子は、均質懸濁液中に維持されることが可能となることが留意されるべきである。
【図１】
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【国際調査報告】
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