凍結冷蔵方法及び凍結冷蔵設備
【課題】フリーザーや凍結庫等に設けられた冷凍装置において、冷凍装置が凍結運転を行なわない時、冷凍装置の非効率な発停や、待機電圧の負荷による消費電力の無駄をなくす。
【解決手段】凍結庫２０に冷蔵庫３０が併設され、凍結庫２０及び冷蔵庫３０は夫々別系統のＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置４０及び５０を備えている。冷蔵庫３０内にＣＯ２液化熱交換器３４が設けられ、ＣＯ２循環回路４４４の戻り路４４８から分岐したＣＯ２液化路３６、３８がＣＯ２液化熱交換器３４に接続されている。凍結庫２０の運転停止時に、ＣＯ２循環回路４４４やＣＯ２受液器４４２で気化したＣＯ２ブラインガスをＣＯ２液化熱交換器３４に送り、冷却液化してＣＯ２循環回路４４４に戻すことで、ＣＯ２受液器４４２やＣＯ２循環回路４４４の昇温昇圧を防止する。
【解決手段】凍結庫２０に冷蔵庫３０が併設され、凍結庫２０及び冷蔵庫３０は夫々別系統のＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置４０及び５０を備えている。冷蔵庫３０内にＣＯ２液化熱交換器３４が設けられ、ＣＯ２循環回路４４４の戻り路４４８から分岐したＣＯ２液化路３６、３８がＣＯ２液化熱交換器３４に接続されている。凍結庫２０の運転停止時に、ＣＯ２循環回路４４４やＣＯ２受液器４４２で気化したＣＯ２ブラインガスをＣＯ２液化熱交換器３４に送り、冷却液化してＣＯ２循環回路４４４に戻すことで、ＣＯ２受液器４４２やＣＯ２循環回路４４４の昇温昇圧を防止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温のＣＯ２ブラインを循環させて食品等の被凍結品を凍結させ、かつ冷蔵保管する凍結冷蔵方法及び凍結冷蔵設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍分野において、地球温暖化防止の観点から、冷媒として使用されているノンフロンのＨＦＣ冷媒を回収する必要に迫られており、かつ回収後の漏洩問題が大きくなっている。また、自然冷媒であるＮＨ３を使用する大型の凍結冷蔵設備が多く見受けられるようになっている。
【０００３】
ＮＨ３は毒性を有するため、ＮＨ３を冷媒として採用する大型の凍結冷蔵設備では、ＮＨ３を一次冷媒として使用した冷凍サイクル構成機器を機械室内に設け、二次冷媒として、該冷凍サイクル構成機器で冷却液化されたＣＯ２ブラインを冷凍ショーケース、フリーザー及び冷蔵庫内の空気冷却器に送って冷蔵庫内を冷却するＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置が、特許文献１に開示されている。
【０００４】
この種のＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置の概要を図３により説明する。図３において、このＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置１００のうち、一次冷媒系装置１０１は、一次冷媒であるＮＨ３の循環回路１０２に、例えばスクリュー圧縮機等で構成される圧縮機１０４と、水冷式凝縮器１０６と、高圧受液器１０８と、膨張弁１１０と、ＣＯ２液化器（カスケードコンデンサ）１１２が設けられて構成されている。
【０００５】
水冷式凝縮器１０６と冷却塔１１４との間は、冷却水循環回路１１６で接続され、冷却塔１１４で冷却された冷却水が冷却水ポンプ１１８によって水冷式凝縮器１０６に循環される。この冷却水によって、水冷式凝縮器１０６でＮＨ３冷媒を冷却し、液化している。
【０００６】
また、ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置１００の二次冷媒系１２０は、二次冷媒としてＣＯ２ブラインが循環するＣＯ２循環回路１２１が設けられている。ＣＯ２循環回路１２１は、送り路１２１Ａと、戻り路１２１Ｂとで構成されている。これら配管はＣＯ２受液器１２２と、凍結庫１２４の内部に配置された複数の空気冷却器１２６とを接続している。ＣＯ２受液器１２２内の液状のＣＯ２ブライン液は、送り路１２１Ａを介し、液ポンプ１２８によって空気冷却器１２６に送られる。ＣＯ２ブライン液は、空気冷却器１２６で庫内空気と熱交換し、庫内空気を冷却すると共に、ＣＯ２ブライン液の一部が気化し、気液二相流となる。気液二相流のＣＯ２ブラインは、戻り路１２１Ｂを通ってＣＯ２受液器１２２に戻る。
【０００７】
ＣＯ２受液器１２２とＣＯ２液化器１１２との間は、第２のＣＯ２循環回路１３０で接続されている。ＣＯ２受液器１２２内のＣＯ２ブラインガスは、第２のＣＯ２循環回路１３０を通ってＣＯ２液化器１１２に送られ、ＣＯ２液化器１１２でＮＨ３冷媒と熱交換して冷却液化される。液状となったＣＯ２ブラインは、第２のＣＯ２循環回路１３０を通って、ＣＯ２受液器１２２に戻される。
【０００８】
特許文献２には、液化天然ガス（ＬＮＧ）を貯蔵するタンクにおいて、ＬＮＧが気化するときに冷熱を有効利用し、該冷熱の一部を、冷凍サイクルを構成する圧縮式ヒートポンプ装置によって回収し、この冷熱でＬＮＧタンク内のＬＮＧを過冷却し、ボイルオフガスの発生を抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００６−３８３５４号再公表特許公報
【特許文献２】特開平５−２４８５９９号公開公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
フリーザーや凍結庫は、休業日等には凍結作業を行なわないので、その期間中ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置１００を停止させる。この停止期間中、ＣＯ２ブラインはＣＯ２受液器１２２に貯留されているが、外部からの侵入熱で昇温昇圧され、許容圧力を超えてしまうおそれがある。
【００１１】
これを防止するために、必要な時に一次冷媒系装置１０１を即時稼動させるため、一次冷媒系装置１０１（例えば、制御盤や、圧縮機、油分離器等に貯留された循環油を加熱するためのヒータ等）に待機電流が通電されている。そして、ＣＯ２受液器１２２の圧力上昇を検知して、自動的にＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置１００を始動させるようにしている。ＣＯ２受液器１２２内のＣＯ２ブラインの液化のためだけに、ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置１００を稼動させると、冷却能力が過大となり、発停を繰り返す効率の悪い運転となる。
【００１２】
また、休業日等にフリーザーや凍結庫を稼動させないときでも、常時一次冷媒系装置１０１に待機電流を通電させているので、無駄な消費電力が発生する。
【００１３】
特に、漁業においては、漁期及び天候等で魚の水揚げの変動が大きく、魚の凍結庫の稼動は、一年のうち１００日程度である。魚の凍結庫は、稼動を停止している時には、庫内の乾燥及び防錆のために、凍結庫の扉を外気に開放している。魚の凍結庫にＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置を設置する場合は、長期に凍結庫の稼動が停止するので、ＮＨ３を冷媒とする一次冷媒系装置に負荷されている待機電圧による無駄な消費電力が増大するという問題がある。
【００１４】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、フリーザーや凍結庫等に設けられた冷凍装置において、冷凍装置が休業日等で凍結運転を行なわない時でも、冷凍装置の非効率な発停や、待機電圧の負荷による無駄な消費電力を発生させないようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
かかる目的を達成するため、本発明の凍結冷蔵方法は、一次冷媒の冷凍サイクル構成機器で二次冷媒のＣＯ２ブラインを冷却液化する工程と、液化されたＣＯ２ブラインをＣＯ２循環回路を介して凍結庫に送り、被凍結品を凍結する工程と、凍結した被凍結品を別系統の冷凍装置を備えた冷蔵庫で冷蔵保管する工程とからなる凍結冷蔵方法において、凍結庫の運転停止時に、ＣＯ２循環回路で気化したＣＯ２ブラインの一部を冷蔵庫内に設けられたＣＯ２液化熱交換器に送る送り工程と、該ＣＯ２液化熱交換器でＣＯ２ブラインを冷蔵庫内空気と熱交換させ、冷却液化させる液化工程と、ＣＯ２液化熱交換器で液化されたＣＯ２ブラインをＣＯ２循環回路に戻す戻り工程と、からなるものである。
【００１６】
本発明方法では、凍結庫の運転停止時に、ＣＯ２循環回路で気化したＣＯ２ブラインの一部を稼動中の冷蔵庫の内部に設けられたＣＯ２液化熱交換器に送り、該ＣＯ２液化熱交換器で庫内空気と熱交換させ、冷却液化する。この液化したＣＯ２ブラインをＣＯ２循環回路に戻すことで、ＣＯ２循環回路内のＣＯ２ブラインを低温低圧に保持し、ＣＯ２循環回路及び該ＣＯ２循環回路に設けられたＣＯ２受液器等の内部の昇温昇圧を防止できる。凍結庫が長期に停止される場合でも、冷蔵庫は常時稼動しているため、冷蔵庫内に設けられたＣＯ２液化熱交換器の冷却機能は維持できる。そのため、凍結庫の一次冷媒系装置に待機電流を通電しておく必要がなく、無駄な消費電力の発生がなくなる。
【００１７】
また、冷蔵庫内の低温空気又は被凍結品が保有する蓄冷熱を利用して、ＣＯ２ブラインを液化するので、冷蔵庫内を冷却する冷凍装置の運転に影響を与えない。そのため、該冷凍装置の効率低下を招かない。
【００１８】
本発明方法において、凍結庫の運転停止時に、ＣＯ２液化熱交換器でＣＯ２ブラインを液化させる時、ＣＯ２液化熱交換器に併設されＣＯ２液化熱交換器の伝熱面に空気流を形成する送風機のみを稼動させ、その他の機器をオフ状態とするとよい。これによって、最小限の消費電力でＣＯ２ブラインを液化できる。
【００１９】
本発明方法において、凍結庫の一次冷媒系装置の一次冷媒がＮＨ３であれば、一次冷媒系装置によるＣＯ２ブラインの冷却能力を増大できると共に、自然冷媒であるＮＨ３を使用することで、地球の温暖化防止に寄与できる。
【００２０】
前記本発明方法の実施に直接使用可能な本発明の凍結冷蔵設備は、別系統の冷凍装置を備えた凍結庫と冷蔵庫とが併設され、該凍結庫の冷凍装置が、一次冷媒を用いた冷凍サイクル構成機器と、凍結庫内に設けられた空気冷却器と、該冷凍サイクル構成機器で冷却液化されたＣＯ２ブラインを貯留するＣＯ２受液器と、ＣＯ２ブラインを二次冷媒として受液器と空気冷却器間を循環させるＣＯ２循環回路とからなる凍結冷蔵設備において、冷蔵庫内に設けられたＣＯ２液化熱交換器と、空気冷却器からＣＯ２受液器にＣＯ２ブラインを戻すＣＯ２循環回路から分岐され、該ＣＯ２液化熱交換器を介してＣＯ２受液器に至るＣＯ２液化路と、を備え、凍結庫の運転停止時に、ＣＯ２受液器及びＣＯ２循環回路で気化したＣＯ２ブラインをＣＯ２液化熱交換器で冷却液化してＣＯ２受液器に戻すように構成したものである。
【００２１】
本発明装置では、凍結庫の運転停止時に、ＣＯ２循環回路で気化したＣＯ２ブラインの一部を、常時稼動している冷蔵庫に設けられたＣＯ２液化熱交換器に送る。そして、ＣＯ２ブラインを該ＣＯ２液化熱交換器で庫内空気を熱交換させ冷却液化する。液化したＣＯ２ブラインをＣＯ２循環回路に戻すことで、ＣＯ２循環回路及びＣＯ２循環回路に設けられたＣＯ２受液器の内部を低温低圧に保持できる。
【００２２】
そのため、ＣＯ２循環回路に設けられたＣＯ２受液器に貯留されているＣＯ２ブラインの昇温昇圧を防止できる。凍結庫が長期に停止される場合でも、冷蔵庫は被凍結品を冷蔵保管するため、常時稼動される。そのため、冷蔵庫内に設けられたＣＯ２液化熱交換器の冷却機能は維持できるので、凍結庫の一次冷媒系装置に待機電流を通電しておく必要がない。従って、無駄な消費電力の発生がない。
【００２３】
また、冷蔵庫内の低温空気又は被凍結品が保有する蓄冷熱を利用して、ＣＯ２ブラインを液化するので、冷蔵庫内を冷却する冷凍装置の運転に影響を与えない。そのため、該冷凍装置の効率低下を招かない。
【００２４】
本発明装置において、ＣＯ２液化熱交換器をＣＯ２受液器より重力方向高位置に設け、前記ＣＯ２循環回路とＣＯ２液化路とを選択的に切り替える弁機構を設けず、ＣＯ２液化熱交換器で液化したＣＯ２ブラインをＣＯ２受液器に自然循環させるように構成するとよい。これによって、弁機構やＣＯ２ブラインをＣＯ２液化熱交換器に送るポンプ等を必要とせず、設備費を低減できると共に、液化したＣＯ２ブラインをＣＯ２ブラインに送る動力を必要としない。
【００２５】
本発明装置において、ＣＯ２液化熱交換器の出口側ＣＯ２液化路に液化したＣＯ２ブラインを一時貯留するトラップを設け、該トラップの下流側ＣＯ２液化路にＣＯ２ブラインの液柱を形成させるようにするとよい。これによって、前記トラップを設けるだけの簡単かつ低コストな手段で、ＣＯ２液化熱交換器からＣＯ２循環回路へＣＯ２ブラインを確実に自然循環させることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明方法によれば、一次冷媒の冷凍サイクル構成機器で二次冷媒のＣＯ２ブラインを冷却液化する工程と、液化されたＣＯ２ブラインをＣＯ２循環回路を介して凍結庫に送り、被凍結品を凍結する工程と、凍結した被凍結品を別系統の冷凍装置を備えた冷蔵庫で冷蔵保管する工程とからなる凍結冷蔵方法において、凍結庫の運転停止時に、ＣＯ２循環回路から気化したＣＯ２ブラインの一部を前記冷蔵庫内に設けられたＣＯ２液化熱交換器に送る送り工程と、該ＣＯ２液化熱交換器でＣＯ２ブラインを冷蔵庫内空気で冷却液化させる液化工程と、ＣＯ２液化熱交換器で液化されたＣＯ２ブラインをＣＯ２循環回路に戻す戻り工程と、からなるので、凍結庫の運転停止時に、冷蔵庫が保有する冷熱を用いて、簡単かつ低コストな手段で、ＣＯ２循環回路及び該ＣＯ２循環回路に設けられたＣＯ２受液器でのＣＯ２ブラインの昇温昇圧を防止でき、そのため、凍結庫の一次冷媒系装置に待機電流を通電しておく必要がなくなり、無駄な電力の消費を抑えることができる。
【００２７】
本発明装置によれば、別系統の冷凍装置を備えた凍結庫と冷蔵庫とが併設され、該凍結庫の冷凍装置が、一次冷媒を用いた冷凍サイクル構成機器と、凍結庫内に設けられた空気冷却器と、該冷凍サイクル構成機器で冷却液化されたＣＯ２ブラインを貯留するＣＯ２受液器と、ＣＯ２ブラインを二次冷媒として受液器と空気冷却器間を循環させるＣＯ２循環回路とからなる凍結冷蔵設備において、冷蔵庫内に設けられたＣＯ２液化熱交換器と、空気冷却器からＣＯ２受液器にＣＯ２ブラインを戻すＣＯ２循環回路から分岐され、該ＣＯ２液化熱交換器を介してＣＯ２受液器に至るＣＯ２液化路と、を備え、凍結庫の運転停止時に、ＣＯ２受液器及びＣＯ２循環回路で気化したＣＯ２ブラインをＣＯ２液化熱交換器で冷却液化してＣＯ２受液器に戻すように構成したので、前記本発明方法と同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明方法及び装置の一実施形態に係る凍結冷蔵設備の全体構成図である。
【図２】前記凍結冷蔵設備のＣＯ２液化熱交換器の正面図である。
【図３】凍結庫に設けられた従来のＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００３０】
本発明方法及び装置の一実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。図１において、本実施形態の凍結冷蔵設備１０は、床面Ｆ上で互いに併設された凍結庫２０及び冷蔵庫３０と、該凍結庫２０の庫内空気を冷却するＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置４０と、冷蔵庫３０の庫内空気を冷却するＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置５０とで構成されている。凍結庫２０内には、ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置４０から送られるＣＯ２ブライン液で庫内空気を冷却する複数の空気冷却器２２が配設されている。冷蔵庫３０内には、ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置５０から送られるＣＯ２ブライン液で庫内空気を冷却する複数の空気冷却器３２が配設されている。
【００３１】
空気冷却器２２には、熱交換管の伝熱面に空気流を形成するファン（図示省略）が併設され、空気冷却器３２にも同様の機能をもつファン３３が併設されている。
【００３２】
ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置４０の一次冷媒系装置４２は、一次冷媒であるＮＨ３が循環するＮＨ３循環路４２２に、例えばスクリュー圧縮機等で構成された圧縮機４２４と、蒸発式凝縮器４２６と、高圧受液器４２８と、膨張弁４３０と、ＣＯ２液化器（カスケードコンデンサ）４３２とが介設されて構成されている。
【００３３】
ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置４０の二次冷媒系４４は、ＣＯ２受液器４４２と、該ＣＯ２受液器４４２と空気冷却器２２とを接続するＣＯ２循環回路４４４とで構成されている。該ＣＯ２循環回路４４４は、ＣＯ２ブライン液をＣＯ２受液器４４２から空気冷却器２２に送る送り路４４６と、空気冷却器２２で庫内空気と熱交換して一部が気化した気液二相流のＣＯ２ブラインをＣＯ２受液器４４２に戻す戻り路４４８とで構成されている。送り路４４６又は戻り路４４８と各空気冷却器２２とは分岐管４５２で接続されている。送り路４４６には液ポンプ４５０が設けられている。
【００３４】
ＣＯ２受液器４４２とＣＯ２液化器４３２とは、第２のＣＯ２循環回路４５４で接続されている。ＣＯ２受液器４４２にＣＯ２ブライン液が貯留されている。戻り路４４８からＣＯ２液化器４３２に戻されたＣＯ２ブラインガスは、第２のＣＯ２循環回路４５４を介してＣＯ２受液器４４２に送られ、ＣＯ２液化器４３２でＮＨ３冷媒と熱交換して冷却液化される。液化したＣＯ２ブライン液は、第２のＣＯ２循環回路４５４を介してＣＯ２受液器４４２に戻される。
【００３５】
冷蔵庫３０には、ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置４０と別系統のＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置５０が設けられている。以下、ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置５０の構成を説明する。ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置５０の一次冷媒系装置５２は、一次冷媒として用いられるＮＨ３が循環するＮＨ３循環路５２２に、例えばスクリュー圧縮機等で構成される圧縮機５２４と、水冷式凝縮器５２６と、高圧受液器５２８と、膨張弁５３０と、ＣＯ２液化器（カスケードコンデンサ）５３２が設けられて構成されている。
【００３６】
水冷式凝縮器５２６と冷却塔５３４との間は、冷却水循環回路５３６で接続され、冷却塔５３４で冷却された冷却水が冷却水ポンプ５３８によって水冷式凝縮器５２６に循環される。この冷却水によって、水冷式凝縮器５２６でＮＨ３冷媒を冷却し、液化している。
【００３７】
ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置５０の二次冷媒系５４は、ＣＯ２受液器５４２と、該ＣＯ２受液器５４２と空気冷却器３２とを接続するＣＯ２循環回路５４４とで構成されている。該ＣＯ２循環回路５４４は、ＣＯ２ブライン液をＣＯ２受液器５４２から空気冷却器３２に送る送り路５４６と、空気冷却器３２で庫内空気と熱交換して一部が気化した気液二相流のＣＯ２ブラインをＣＯ２受液器４４２に戻す戻り路５４８とで構成されている。送り路５４６又は戻り路５４８と各空気冷却器３２とは分岐管５５２で接続されている。送り路５４６には、液ポンプ５５０が設けられている。
【００３８】
ＣＯ２受液器５４２とＣＯ２液化器５３２とは、第２のＣＯ２循環回路５５４で接続されている。ＣＯ２受液器５４２にＣＯ２ブライン液が貯留されている。ＣＯ２受液器５４２内のＣＯ２ブラインガスは、第２のＣＯ２循環回路５５４を介してＣＯ２液化器５３２に送られ、ＣＯ２液化器５３２でＮＨ３冷媒と熱交換し冷却液化される。液化したＣＯ２ブラインは、第２のＣＯ２循環回路５５４を介してＣＯ２受液器５４２に戻される。
【００３９】
ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置４０は、被凍結品を凍結するため、ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置５０と比べて大きな冷却能力をもち、ＣＯ２循環回路４４４も、ＣＯ２循環回路５４４と比べて、大きな配管径をもっている。
【００４０】
冷蔵庫３０の冷却空間には、ＣＯ２液化熱交換器３４が配設されている。ＣＯ２循環回路４４４の戻り路４４８からＣＯ２液化路３６が分岐し、該ＣＯ２液化路３６はＣＯ２液化熱交換器３４の熱交換管に接続されている。ＣＯ２液化熱交換器３４の出口側にＣＯ２液化路３８が接続され、該ＣＯ２液化路３８の他端は、ＣＯ２受液器４４２に接続されている。
【００４１】
次に、図２によりＣＯ２液化熱交換器３４の構成を説明する。図２において、ＣＯ２液化熱交換器３４は、庫内空気の流入口３４４と流出口３４６とを有するハウジング３４２の内部に、入口ヘッダー３４８と出口ヘッダー３５０とが互いに対面して配置されている。そして、入口ヘッダー３４８と出口ヘッダー３５０との間に、多数の熱交換管３５２が架設されている。入口ヘッダー３４８にはＣＯ２液化路３６が接続され、出口ヘッダー３５０にはＣＯ２液化路３８が接続されている。
【００４２】
また、ハウジング３４２に取り付けられた支持フレーム３５４に、駆動モータ３５７を介してファン３５６が取り付けられている。このファン３５６が稼動することで、熱交換管３５２の表面に空気流ａが形成される。また、出口ヘッダー３５０の出口側で、ＣＯ２液化路３８に液化したＣＯ２ブライン液を一時貯留するトラップ３５８が形成されている。なお、ＣＯ２受液器４４２は、ＣＯ２液化熱交換器３４に対して、重力方向下方に配置されている。また、空気冷却器２２から戻る気液二相流のＣＯ２ブラインを、戻り路４４８又はＣＯ２液化路３６に切り換える弁機構は設けられていない。
【００４３】
かかる構成において、凍結庫２０で凍結処理を行う時、ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置４０が稼動し、ＣＯ２液化器４３２でＣＯ２ブラインが冷却液化され、ＣＯ２受液器４４２に貯留される。ＣＯ２受液器４４２から、ＣＯ２ブライン液が、送り路４４６及び分岐管４５２を介して空気冷却器２２に送られる。空気冷却器２２で、ＣＯ２ブライン液は庫内空気と熱交換され、庫内空気を冷却すると共に、ＣＯ２ブライン液の一部が気化し、気液二相流となる。気液二相流となったＣＯ２ブラインは、戻り路４４８を介してＣＯ２受液器４４２に戻される。
【００４４】
一方、冷蔵庫３０でも、凍結庫２０で凍結処理された被凍結品を冷蔵保管するため、ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置５０が稼動している。ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置５０の稼動方法は、ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置４０と同様である。即ち、ＣＯ２液化器５３２で冷却液化されたＣＯ２ブライン液が、ＣＯ２受液器５４２、送り路５４６及び分岐管５５２を介して空気冷却器３２に送られ、庫内空気を冷却する。空気冷却器３２で気液二相流となったＣＯ２ブラインは、戻り路５４８を介してＣＯ２受液器５４２に戻される。
【００４５】
凍結庫２０が凍結運転を行なわない休止期間があるのに対し、冷蔵庫３０はほぼ常時運転される。凍結庫の運転停止時に、凍結庫２０の被凍結品搬入搬出用の扉（図示省略）は開放されている。そのため、ＣＯ２受液器４４２内のＣＯ２ブラインが外部からの侵入熱で昇温昇圧し、許容圧力を超えてしまうおそれがある。
【００４６】
そこで、本実施形態では、戻り路４４８を流れる気液二相流のＣＯ２ブラインの一部をＣＯ２液化路３６を介してＣＯ２液化熱交換器３４に導入する。ＣＯ２ブラインは、ＣＯ２液化熱交換器３４の熱交換管３５２を流れている時、庫内空気と熱交換し冷却液化される。液化されたＣＯ２ブラインは、ＣＯ２液化路３８を介してＣＯ２受液器４４２に戻る。
【００４７】
本実施形態によれば、戻り路４４８を流れる気液二相流のＣＯ２ブラインをＣＯ２液化熱交換器３４で液化してＣＯ２受液器４４２に戻すことで、ＣＯ２受液器４４２及びＣＯ２循環回路４４４内のＣＯ２ブラインの昇温昇圧を防止できる。そのため、凍結庫の運転停止時に、凍結庫２０の一次冷媒系装置４２に待機電流を通電しておく必要がなくなるので、無駄な消費電力をなくすことができる。
【００４８】
また、空気冷却器２２を出たＣＯ２ブラインを戻り路４４８又はＣＯ２液化路３６に切り換える弁機構が設けられておらず、かつＣＯ２受液器４４２はＣＯ２液化熱交換器３４より重力方向低位置に配置されているので、ＣＯ２液化路３６及び３８内のＣＯ２ブラインを自然循環でＣＯ２受液器４４２に戻すことができる。
【００４９】
さらには、ＣＯ２液化熱交換器３４の出口側ＣＯ２液化路３８に、ＣＯ２ブライン液を一時貯留するトラップ３５８が設けられているので、ＣＯ２液化路３８でＣＯ２ブライン液の液柱を形成するのが容易になる。これによって、ＣＯ２ブライン液をＣＯ２液化熱交換器３４から自然循環によってＣＯ２受液器４４２に戻すのが容易になる。
このように、戻り路４４８又はＣＯ２液化路３６，３８に切換用弁機構を設けないので、設備費を節減できると共に、ＣＯ２ブライン液をＣＯ２受液器４４２に戻すポンプ動力を不要にできる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明によれば、凍結庫の運転停止時に、簡単かつ低コストな機構で、ＣＯ２受液器等の昇温昇圧を防止でき、冷凍装置の無駄な消費電力を解消できる。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 凍結冷蔵設備
２０，１２４ 凍結庫
２２，３２，１２６ 空気冷却器
３０ 冷蔵庫
３３ ファン
３４ ＣＯ２液化熱交換器
３４２ ハウジング
３４４ 流入口
３４６ 流出口
３４８ 入口ヘッダー
３５０ 出口ヘッダー
３５２ 熱交換管
３５４ 支持フレーム
３５６ ファン（送風機）
３５８ トラップ
３６，３８ ＣＯ２液化路
４０，５０，１００ ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置
４２，５２，１０１ 一次冷媒系装置
４２２，５２２、１０２ ＮＨ３循環路
４２４，５２４，１０４ 圧縮機
４２６ 蒸発式凝縮器
４２８，５２８、１０８ 高圧受液器
４３０，５３０，１１０ 膨張弁
４３２，５３２，１１２ ＣＯ２液化器
４４，５４，１２０ 二次冷媒系
４４２，５４２ ＣＯ２受液器
４４４，５４４，１２１ ＣＯ２循環回路
４４６，５４６，１２１Ａ 送り路
４４８，５４８，１２１Ｂ 戻り路
４５０，５５０，１２８ 液ポンプ
４５２，５５２ 分岐管
４５４，５５４，１３０ 第２のＣＯ２循環回路
５２６，１０６ 水冷式凝縮器
５３４，１１４ 冷却塔
５３６，１１６ 冷却水循環回路
５３８，１１８ 冷却水ポンプ
ａ 空気流
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温のＣＯ２ブラインを循環させて食品等の被凍結品を凍結させ、かつ冷蔵保管する凍結冷蔵方法及び凍結冷蔵設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍分野において、地球温暖化防止の観点から、冷媒として使用されているノンフロンのＨＦＣ冷媒を回収する必要に迫られており、かつ回収後の漏洩問題が大きくなっている。また、自然冷媒であるＮＨ３を使用する大型の凍結冷蔵設備が多く見受けられるようになっている。
【０００３】
ＮＨ３は毒性を有するため、ＮＨ３を冷媒として採用する大型の凍結冷蔵設備では、ＮＨ３を一次冷媒として使用した冷凍サイクル構成機器を機械室内に設け、二次冷媒として、該冷凍サイクル構成機器で冷却液化されたＣＯ２ブラインを冷凍ショーケース、フリーザー及び冷蔵庫内の空気冷却器に送って冷蔵庫内を冷却するＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置が、特許文献１に開示されている。
【０００４】
この種のＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置の概要を図３により説明する。図３において、このＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置１００のうち、一次冷媒系装置１０１は、一次冷媒であるＮＨ３の循環回路１０２に、例えばスクリュー圧縮機等で構成される圧縮機１０４と、水冷式凝縮器１０６と、高圧受液器１０８と、膨張弁１１０と、ＣＯ２液化器（カスケードコンデンサ）１１２が設けられて構成されている。
【０００５】
水冷式凝縮器１０６と冷却塔１１４との間は、冷却水循環回路１１６で接続され、冷却塔１１４で冷却された冷却水が冷却水ポンプ１１８によって水冷式凝縮器１０６に循環される。この冷却水によって、水冷式凝縮器１０６でＮＨ３冷媒を冷却し、液化している。
【０００６】
また、ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置１００の二次冷媒系１２０は、二次冷媒としてＣＯ２ブラインが循環するＣＯ２循環回路１２１が設けられている。ＣＯ２循環回路１２１は、送り路１２１Ａと、戻り路１２１Ｂとで構成されている。これら配管はＣＯ２受液器１２２と、凍結庫１２４の内部に配置された複数の空気冷却器１２６とを接続している。ＣＯ２受液器１２２内の液状のＣＯ２ブライン液は、送り路１２１Ａを介し、液ポンプ１２８によって空気冷却器１２６に送られる。ＣＯ２ブライン液は、空気冷却器１２６で庫内空気と熱交換し、庫内空気を冷却すると共に、ＣＯ２ブライン液の一部が気化し、気液二相流となる。気液二相流のＣＯ２ブラインは、戻り路１２１Ｂを通ってＣＯ２受液器１２２に戻る。
【０００７】
ＣＯ２受液器１２２とＣＯ２液化器１１２との間は、第２のＣＯ２循環回路１３０で接続されている。ＣＯ２受液器１２２内のＣＯ２ブラインガスは、第２のＣＯ２循環回路１３０を通ってＣＯ２液化器１１２に送られ、ＣＯ２液化器１１２でＮＨ３冷媒と熱交換して冷却液化される。液状となったＣＯ２ブラインは、第２のＣＯ２循環回路１３０を通って、ＣＯ２受液器１２２に戻される。
【０００８】
特許文献２には、液化天然ガス（ＬＮＧ）を貯蔵するタンクにおいて、ＬＮＧが気化するときに冷熱を有効利用し、該冷熱の一部を、冷凍サイクルを構成する圧縮式ヒートポンプ装置によって回収し、この冷熱でＬＮＧタンク内のＬＮＧを過冷却し、ボイルオフガスの発生を抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００６−３８３５４号再公表特許公報
【特許文献２】特開平５−２４８５９９号公開公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
フリーザーや凍結庫は、休業日等には凍結作業を行なわないので、その期間中ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置１００を停止させる。この停止期間中、ＣＯ２ブラインはＣＯ２受液器１２２に貯留されているが、外部からの侵入熱で昇温昇圧され、許容圧力を超えてしまうおそれがある。
【００１１】
これを防止するために、必要な時に一次冷媒系装置１０１を即時稼動させるため、一次冷媒系装置１０１（例えば、制御盤や、圧縮機、油分離器等に貯留された循環油を加熱するためのヒータ等）に待機電流が通電されている。そして、ＣＯ２受液器１２２の圧力上昇を検知して、自動的にＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置１００を始動させるようにしている。ＣＯ２受液器１２２内のＣＯ２ブラインの液化のためだけに、ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置１００を稼動させると、冷却能力が過大となり、発停を繰り返す効率の悪い運転となる。
【００１２】
また、休業日等にフリーザーや凍結庫を稼動させないときでも、常時一次冷媒系装置１０１に待機電流を通電させているので、無駄な消費電力が発生する。
【００１３】
特に、漁業においては、漁期及び天候等で魚の水揚げの変動が大きく、魚の凍結庫の稼動は、一年のうち１００日程度である。魚の凍結庫は、稼動を停止している時には、庫内の乾燥及び防錆のために、凍結庫の扉を外気に開放している。魚の凍結庫にＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置を設置する場合は、長期に凍結庫の稼動が停止するので、ＮＨ３を冷媒とする一次冷媒系装置に負荷されている待機電圧による無駄な消費電力が増大するという問題がある。
【００１４】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、フリーザーや凍結庫等に設けられた冷凍装置において、冷凍装置が休業日等で凍結運転を行なわない時でも、冷凍装置の非効率な発停や、待機電圧の負荷による無駄な消費電力を発生させないようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
かかる目的を達成するため、本発明の凍結冷蔵方法は、一次冷媒の冷凍サイクル構成機器で二次冷媒のＣＯ２ブラインを冷却液化する工程と、液化されたＣＯ２ブラインをＣＯ２循環回路を介して凍結庫に送り、被凍結品を凍結する工程と、凍結した被凍結品を別系統の冷凍装置を備えた冷蔵庫で冷蔵保管する工程とからなる凍結冷蔵方法において、凍結庫の運転停止時に、ＣＯ２循環回路で気化したＣＯ２ブラインの一部を冷蔵庫内に設けられたＣＯ２液化熱交換器に送る送り工程と、該ＣＯ２液化熱交換器でＣＯ２ブラインを冷蔵庫内空気と熱交換させ、冷却液化させる液化工程と、ＣＯ２液化熱交換器で液化されたＣＯ２ブラインをＣＯ２循環回路に戻す戻り工程と、からなるものである。
【００１６】
本発明方法では、凍結庫の運転停止時に、ＣＯ２循環回路で気化したＣＯ２ブラインの一部を稼動中の冷蔵庫の内部に設けられたＣＯ２液化熱交換器に送り、該ＣＯ２液化熱交換器で庫内空気と熱交換させ、冷却液化する。この液化したＣＯ２ブラインをＣＯ２循環回路に戻すことで、ＣＯ２循環回路内のＣＯ２ブラインを低温低圧に保持し、ＣＯ２循環回路及び該ＣＯ２循環回路に設けられたＣＯ２受液器等の内部の昇温昇圧を防止できる。凍結庫が長期に停止される場合でも、冷蔵庫は常時稼動しているため、冷蔵庫内に設けられたＣＯ２液化熱交換器の冷却機能は維持できる。そのため、凍結庫の一次冷媒系装置に待機電流を通電しておく必要がなく、無駄な消費電力の発生がなくなる。
【００１７】
また、冷蔵庫内の低温空気又は被凍結品が保有する蓄冷熱を利用して、ＣＯ２ブラインを液化するので、冷蔵庫内を冷却する冷凍装置の運転に影響を与えない。そのため、該冷凍装置の効率低下を招かない。
【００１８】
本発明方法において、凍結庫の運転停止時に、ＣＯ２液化熱交換器でＣＯ２ブラインを液化させる時、ＣＯ２液化熱交換器に併設されＣＯ２液化熱交換器の伝熱面に空気流を形成する送風機のみを稼動させ、その他の機器をオフ状態とするとよい。これによって、最小限の消費電力でＣＯ２ブラインを液化できる。
【００１９】
本発明方法において、凍結庫の一次冷媒系装置の一次冷媒がＮＨ３であれば、一次冷媒系装置によるＣＯ２ブラインの冷却能力を増大できると共に、自然冷媒であるＮＨ３を使用することで、地球の温暖化防止に寄与できる。
【００２０】
前記本発明方法の実施に直接使用可能な本発明の凍結冷蔵設備は、別系統の冷凍装置を備えた凍結庫と冷蔵庫とが併設され、該凍結庫の冷凍装置が、一次冷媒を用いた冷凍サイクル構成機器と、凍結庫内に設けられた空気冷却器と、該冷凍サイクル構成機器で冷却液化されたＣＯ２ブラインを貯留するＣＯ２受液器と、ＣＯ２ブラインを二次冷媒として受液器と空気冷却器間を循環させるＣＯ２循環回路とからなる凍結冷蔵設備において、冷蔵庫内に設けられたＣＯ２液化熱交換器と、空気冷却器からＣＯ２受液器にＣＯ２ブラインを戻すＣＯ２循環回路から分岐され、該ＣＯ２液化熱交換器を介してＣＯ２受液器に至るＣＯ２液化路と、を備え、凍結庫の運転停止時に、ＣＯ２受液器及びＣＯ２循環回路で気化したＣＯ２ブラインをＣＯ２液化熱交換器で冷却液化してＣＯ２受液器に戻すように構成したものである。
【００２１】
本発明装置では、凍結庫の運転停止時に、ＣＯ２循環回路で気化したＣＯ２ブラインの一部を、常時稼動している冷蔵庫に設けられたＣＯ２液化熱交換器に送る。そして、ＣＯ２ブラインを該ＣＯ２液化熱交換器で庫内空気を熱交換させ冷却液化する。液化したＣＯ２ブラインをＣＯ２循環回路に戻すことで、ＣＯ２循環回路及びＣＯ２循環回路に設けられたＣＯ２受液器の内部を低温低圧に保持できる。
【００２２】
そのため、ＣＯ２循環回路に設けられたＣＯ２受液器に貯留されているＣＯ２ブラインの昇温昇圧を防止できる。凍結庫が長期に停止される場合でも、冷蔵庫は被凍結品を冷蔵保管するため、常時稼動される。そのため、冷蔵庫内に設けられたＣＯ２液化熱交換器の冷却機能は維持できるので、凍結庫の一次冷媒系装置に待機電流を通電しておく必要がない。従って、無駄な消費電力の発生がない。
【００２３】
また、冷蔵庫内の低温空気又は被凍結品が保有する蓄冷熱を利用して、ＣＯ２ブラインを液化するので、冷蔵庫内を冷却する冷凍装置の運転に影響を与えない。そのため、該冷凍装置の効率低下を招かない。
【００２４】
本発明装置において、ＣＯ２液化熱交換器をＣＯ２受液器より重力方向高位置に設け、前記ＣＯ２循環回路とＣＯ２液化路とを選択的に切り替える弁機構を設けず、ＣＯ２液化熱交換器で液化したＣＯ２ブラインをＣＯ２受液器に自然循環させるように構成するとよい。これによって、弁機構やＣＯ２ブラインをＣＯ２液化熱交換器に送るポンプ等を必要とせず、設備費を低減できると共に、液化したＣＯ２ブラインをＣＯ２ブラインに送る動力を必要としない。
【００２５】
本発明装置において、ＣＯ２液化熱交換器の出口側ＣＯ２液化路に液化したＣＯ２ブラインを一時貯留するトラップを設け、該トラップの下流側ＣＯ２液化路にＣＯ２ブラインの液柱を形成させるようにするとよい。これによって、前記トラップを設けるだけの簡単かつ低コストな手段で、ＣＯ２液化熱交換器からＣＯ２循環回路へＣＯ２ブラインを確実に自然循環させることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明方法によれば、一次冷媒の冷凍サイクル構成機器で二次冷媒のＣＯ２ブラインを冷却液化する工程と、液化されたＣＯ２ブラインをＣＯ２循環回路を介して凍結庫に送り、被凍結品を凍結する工程と、凍結した被凍結品を別系統の冷凍装置を備えた冷蔵庫で冷蔵保管する工程とからなる凍結冷蔵方法において、凍結庫の運転停止時に、ＣＯ２循環回路から気化したＣＯ２ブラインの一部を前記冷蔵庫内に設けられたＣＯ２液化熱交換器に送る送り工程と、該ＣＯ２液化熱交換器でＣＯ２ブラインを冷蔵庫内空気で冷却液化させる液化工程と、ＣＯ２液化熱交換器で液化されたＣＯ２ブラインをＣＯ２循環回路に戻す戻り工程と、からなるので、凍結庫の運転停止時に、冷蔵庫が保有する冷熱を用いて、簡単かつ低コストな手段で、ＣＯ２循環回路及び該ＣＯ２循環回路に設けられたＣＯ２受液器でのＣＯ２ブラインの昇温昇圧を防止でき、そのため、凍結庫の一次冷媒系装置に待機電流を通電しておく必要がなくなり、無駄な電力の消費を抑えることができる。
【００２７】
本発明装置によれば、別系統の冷凍装置を備えた凍結庫と冷蔵庫とが併設され、該凍結庫の冷凍装置が、一次冷媒を用いた冷凍サイクル構成機器と、凍結庫内に設けられた空気冷却器と、該冷凍サイクル構成機器で冷却液化されたＣＯ２ブラインを貯留するＣＯ２受液器と、ＣＯ２ブラインを二次冷媒として受液器と空気冷却器間を循環させるＣＯ２循環回路とからなる凍結冷蔵設備において、冷蔵庫内に設けられたＣＯ２液化熱交換器と、空気冷却器からＣＯ２受液器にＣＯ２ブラインを戻すＣＯ２循環回路から分岐され、該ＣＯ２液化熱交換器を介してＣＯ２受液器に至るＣＯ２液化路と、を備え、凍結庫の運転停止時に、ＣＯ２受液器及びＣＯ２循環回路で気化したＣＯ２ブラインをＣＯ２液化熱交換器で冷却液化してＣＯ２受液器に戻すように構成したので、前記本発明方法と同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明方法及び装置の一実施形態に係る凍結冷蔵設備の全体構成図である。
【図２】前記凍結冷蔵設備のＣＯ２液化熱交換器の正面図である。
【図３】凍結庫に設けられた従来のＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００３０】
本発明方法及び装置の一実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。図１において、本実施形態の凍結冷蔵設備１０は、床面Ｆ上で互いに併設された凍結庫２０及び冷蔵庫３０と、該凍結庫２０の庫内空気を冷却するＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置４０と、冷蔵庫３０の庫内空気を冷却するＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置５０とで構成されている。凍結庫２０内には、ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置４０から送られるＣＯ２ブライン液で庫内空気を冷却する複数の空気冷却器２２が配設されている。冷蔵庫３０内には、ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置５０から送られるＣＯ２ブライン液で庫内空気を冷却する複数の空気冷却器３２が配設されている。
【００３１】
空気冷却器２２には、熱交換管の伝熱面に空気流を形成するファン（図示省略）が併設され、空気冷却器３２にも同様の機能をもつファン３３が併設されている。
【００３２】
ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置４０の一次冷媒系装置４２は、一次冷媒であるＮＨ３が循環するＮＨ３循環路４２２に、例えばスクリュー圧縮機等で構成された圧縮機４２４と、蒸発式凝縮器４２６と、高圧受液器４２８と、膨張弁４３０と、ＣＯ２液化器（カスケードコンデンサ）４３２とが介設されて構成されている。
【００３３】
ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置４０の二次冷媒系４４は、ＣＯ２受液器４４２と、該ＣＯ２受液器４４２と空気冷却器２２とを接続するＣＯ２循環回路４４４とで構成されている。該ＣＯ２循環回路４４４は、ＣＯ２ブライン液をＣＯ２受液器４４２から空気冷却器２２に送る送り路４４６と、空気冷却器２２で庫内空気と熱交換して一部が気化した気液二相流のＣＯ２ブラインをＣＯ２受液器４４２に戻す戻り路４４８とで構成されている。送り路４４６又は戻り路４４８と各空気冷却器２２とは分岐管４５２で接続されている。送り路４４６には液ポンプ４５０が設けられている。
【００３４】
ＣＯ２受液器４４２とＣＯ２液化器４３２とは、第２のＣＯ２循環回路４５４で接続されている。ＣＯ２受液器４４２にＣＯ２ブライン液が貯留されている。戻り路４４８からＣＯ２液化器４３２に戻されたＣＯ２ブラインガスは、第２のＣＯ２循環回路４５４を介してＣＯ２受液器４４２に送られ、ＣＯ２液化器４３２でＮＨ３冷媒と熱交換して冷却液化される。液化したＣＯ２ブライン液は、第２のＣＯ２循環回路４５４を介してＣＯ２受液器４４２に戻される。
【００３５】
冷蔵庫３０には、ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置４０と別系統のＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置５０が設けられている。以下、ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置５０の構成を説明する。ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置５０の一次冷媒系装置５２は、一次冷媒として用いられるＮＨ３が循環するＮＨ３循環路５２２に、例えばスクリュー圧縮機等で構成される圧縮機５２４と、水冷式凝縮器５２６と、高圧受液器５２８と、膨張弁５３０と、ＣＯ２液化器（カスケードコンデンサ）５３２が設けられて構成されている。
【００３６】
水冷式凝縮器５２６と冷却塔５３４との間は、冷却水循環回路５３６で接続され、冷却塔５３４で冷却された冷却水が冷却水ポンプ５３８によって水冷式凝縮器５２６に循環される。この冷却水によって、水冷式凝縮器５２６でＮＨ３冷媒を冷却し、液化している。
【００３７】
ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置５０の二次冷媒系５４は、ＣＯ２受液器５４２と、該ＣＯ２受液器５４２と空気冷却器３２とを接続するＣＯ２循環回路５４４とで構成されている。該ＣＯ２循環回路５４４は、ＣＯ２ブライン液をＣＯ２受液器５４２から空気冷却器３２に送る送り路５４６と、空気冷却器３２で庫内空気と熱交換して一部が気化した気液二相流のＣＯ２ブラインをＣＯ２受液器４４２に戻す戻り路５４８とで構成されている。送り路５４６又は戻り路５４８と各空気冷却器３２とは分岐管５５２で接続されている。送り路５４６には、液ポンプ５５０が設けられている。
【００３８】
ＣＯ２受液器５４２とＣＯ２液化器５３２とは、第２のＣＯ２循環回路５５４で接続されている。ＣＯ２受液器５４２にＣＯ２ブライン液が貯留されている。ＣＯ２受液器５４２内のＣＯ２ブラインガスは、第２のＣＯ２循環回路５５４を介してＣＯ２液化器５３２に送られ、ＣＯ２液化器５３２でＮＨ３冷媒と熱交換し冷却液化される。液化したＣＯ２ブラインは、第２のＣＯ２循環回路５５４を介してＣＯ２受液器５４２に戻される。
【００３９】
ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置４０は、被凍結品を凍結するため、ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置５０と比べて大きな冷却能力をもち、ＣＯ２循環回路４４４も、ＣＯ２循環回路５４４と比べて、大きな配管径をもっている。
【００４０】
冷蔵庫３０の冷却空間には、ＣＯ２液化熱交換器３４が配設されている。ＣＯ２循環回路４４４の戻り路４４８からＣＯ２液化路３６が分岐し、該ＣＯ２液化路３６はＣＯ２液化熱交換器３４の熱交換管に接続されている。ＣＯ２液化熱交換器３４の出口側にＣＯ２液化路３８が接続され、該ＣＯ２液化路３８の他端は、ＣＯ２受液器４４２に接続されている。
【００４１】
次に、図２によりＣＯ２液化熱交換器３４の構成を説明する。図２において、ＣＯ２液化熱交換器３４は、庫内空気の流入口３４４と流出口３４６とを有するハウジング３４２の内部に、入口ヘッダー３４８と出口ヘッダー３５０とが互いに対面して配置されている。そして、入口ヘッダー３４８と出口ヘッダー３５０との間に、多数の熱交換管３５２が架設されている。入口ヘッダー３４８にはＣＯ２液化路３６が接続され、出口ヘッダー３５０にはＣＯ２液化路３８が接続されている。
【００４２】
また、ハウジング３４２に取り付けられた支持フレーム３５４に、駆動モータ３５７を介してファン３５６が取り付けられている。このファン３５６が稼動することで、熱交換管３５２の表面に空気流ａが形成される。また、出口ヘッダー３５０の出口側で、ＣＯ２液化路３８に液化したＣＯ２ブライン液を一時貯留するトラップ３５８が形成されている。なお、ＣＯ２受液器４４２は、ＣＯ２液化熱交換器３４に対して、重力方向下方に配置されている。また、空気冷却器２２から戻る気液二相流のＣＯ２ブラインを、戻り路４４８又はＣＯ２液化路３６に切り換える弁機構は設けられていない。
【００４３】
かかる構成において、凍結庫２０で凍結処理を行う時、ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置４０が稼動し、ＣＯ２液化器４３２でＣＯ２ブラインが冷却液化され、ＣＯ２受液器４４２に貯留される。ＣＯ２受液器４４２から、ＣＯ２ブライン液が、送り路４４６及び分岐管４５２を介して空気冷却器２２に送られる。空気冷却器２２で、ＣＯ２ブライン液は庫内空気と熱交換され、庫内空気を冷却すると共に、ＣＯ２ブライン液の一部が気化し、気液二相流となる。気液二相流となったＣＯ２ブラインは、戻り路４４８を介してＣＯ２受液器４４２に戻される。
【００４４】
一方、冷蔵庫３０でも、凍結庫２０で凍結処理された被凍結品を冷蔵保管するため、ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置５０が稼動している。ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置５０の稼動方法は、ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置４０と同様である。即ち、ＣＯ２液化器５３２で冷却液化されたＣＯ２ブライン液が、ＣＯ２受液器５４２、送り路５４６及び分岐管５５２を介して空気冷却器３２に送られ、庫内空気を冷却する。空気冷却器３２で気液二相流となったＣＯ２ブラインは、戻り路５４８を介してＣＯ２受液器５４２に戻される。
【００４５】
凍結庫２０が凍結運転を行なわない休止期間があるのに対し、冷蔵庫３０はほぼ常時運転される。凍結庫の運転停止時に、凍結庫２０の被凍結品搬入搬出用の扉（図示省略）は開放されている。そのため、ＣＯ２受液器４４２内のＣＯ２ブラインが外部からの侵入熱で昇温昇圧し、許容圧力を超えてしまうおそれがある。
【００４６】
そこで、本実施形態では、戻り路４４８を流れる気液二相流のＣＯ２ブラインの一部をＣＯ２液化路３６を介してＣＯ２液化熱交換器３４に導入する。ＣＯ２ブラインは、ＣＯ２液化熱交換器３４の熱交換管３５２を流れている時、庫内空気と熱交換し冷却液化される。液化されたＣＯ２ブラインは、ＣＯ２液化路３８を介してＣＯ２受液器４４２に戻る。
【００４７】
本実施形態によれば、戻り路４４８を流れる気液二相流のＣＯ２ブラインをＣＯ２液化熱交換器３４で液化してＣＯ２受液器４４２に戻すことで、ＣＯ２受液器４４２及びＣＯ２循環回路４４４内のＣＯ２ブラインの昇温昇圧を防止できる。そのため、凍結庫の運転停止時に、凍結庫２０の一次冷媒系装置４２に待機電流を通電しておく必要がなくなるので、無駄な消費電力をなくすことができる。
【００４８】
また、空気冷却器２２を出たＣＯ２ブラインを戻り路４４８又はＣＯ２液化路３６に切り換える弁機構が設けられておらず、かつＣＯ２受液器４４２はＣＯ２液化熱交換器３４より重力方向低位置に配置されているので、ＣＯ２液化路３６及び３８内のＣＯ２ブラインを自然循環でＣＯ２受液器４４２に戻すことができる。
【００４９】
さらには、ＣＯ２液化熱交換器３４の出口側ＣＯ２液化路３８に、ＣＯ２ブライン液を一時貯留するトラップ３５８が設けられているので、ＣＯ２液化路３８でＣＯ２ブライン液の液柱を形成するのが容易になる。これによって、ＣＯ２ブライン液をＣＯ２液化熱交換器３４から自然循環によってＣＯ２受液器４４２に戻すのが容易になる。
このように、戻り路４４８又はＣＯ２液化路３６，３８に切換用弁機構を設けないので、設備費を節減できると共に、ＣＯ２ブライン液をＣＯ２受液器４４２に戻すポンプ動力を不要にできる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明によれば、凍結庫の運転停止時に、簡単かつ低コストな機構で、ＣＯ２受液器等の昇温昇圧を防止でき、冷凍装置の無駄な消費電力を解消できる。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 凍結冷蔵設備
２０，１２４ 凍結庫
２２，３２，１２６ 空気冷却器
３０ 冷蔵庫
３３ ファン
３４ ＣＯ２液化熱交換器
３４２ ハウジング
３４４ 流入口
３４６ 流出口
３４８ 入口ヘッダー
３５０ 出口ヘッダー
３５２ 熱交換管
３５４ 支持フレーム
３５６ ファン（送風機）
３５８ トラップ
３６，３８ ＣＯ２液化路
４０，５０，１００ ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置
４２，５２，１０１ 一次冷媒系装置
４２２，５２２、１０２ ＮＨ３循環路
４２４，５２４，１０４ 圧縮機
４２６ 蒸発式凝縮器
４２８，５２８、１０８ 高圧受液器
４３０，５３０，１１０ 膨張弁
４３２，５３２，１１２ ＣＯ２液化器
４４，５４，１２０ 二次冷媒系
４４２，５４２ ＣＯ２受液器
４４４，５４４，１２１ ＣＯ２循環回路
４４６，５４６，１２１Ａ 送り路
４４８，５４８，１２１Ｂ 戻り路
４５０，５５０，１２８ 液ポンプ
４５２，５５２ 分岐管
４５４，５５４，１３０ 第２のＣＯ２循環回路
５２６，１０６ 水冷式凝縮器
５３４，１１４ 冷却塔
５３６，１１６ 冷却水循環回路
５３８，１１８ 冷却水ポンプ
ａ 空気流
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次冷媒の冷凍サイクル構成機器で二次冷媒のＣＯ２ブラインを冷却液化する工程と、液化されたＣＯ２ブラインをＣＯ２循環回路を介して凍結庫に送り、被凍結品を凍結する工程と、凍結した被凍結品を別系統の冷凍装置を備えた冷蔵庫で冷蔵保管する工程とからなる凍結冷蔵方法において、
前記凍結庫の運転停止時に、前記ＣＯ２循環回路から気化したＣＯ２ブラインの一部を前記冷蔵庫内に設けられたＣＯ２液化熱交換器に送る送り工程と、
該ＣＯ２液化熱交換器でＣＯ２ブラインを冷蔵庫内空気で冷却液化させる液化工程と、
前記ＣＯ２液化熱交換器で液化されたＣＯ２ブラインをＣＯ２循環回路に戻す戻り工程と、からなることを特徴とする凍結冷蔵方法。
【請求項２】
前記ＣＯ２液化熱交換器に併設され該ＣＯ２液化熱交換器の伝熱面に空気流を形成する送風機のみを稼動させ、その他の機器をオフ状態とすることを特徴とする請求項１に記載の凍結冷蔵方法。
【請求項３】
前記一次冷媒がＮＨ３であることを特徴とする請求項１又は２に記載の凍結冷蔵方法。
【請求項４】
別系統の冷凍装置を備えた凍結庫と冷蔵庫とが併設され、該凍結庫の冷凍装置が、一次冷媒を用いた冷凍サイクル構成機器と、凍結庫内に設けられた空気冷却器と、該冷凍サイクル構成機器で冷却液化されたＣＯ２ブラインを貯留するＣＯ２受液器と、ＣＯ２ブラインを二次冷媒として受液器と空気冷却器間を循環させるＣＯ２循環回路とからなる凍結冷蔵設備において、
前記冷蔵庫内に設けられたＣＯ２液化熱交換器と、前記空気冷却器からＣＯ２受液器にＣＯ２ブラインを戻すＣＯ２循環回路から分岐され、該ＣＯ２液化熱交換器を介して前記ＣＯ２受液器に至るＣＯ２液化路と、を備え、
前記凍結庫の運転停止時に、ＣＯ２受液器又はＣＯ２循環回路で気化したＣＯ２ブラインを前記ＣＯ２液化熱交換器で冷却液化してＣＯ２受液器に戻すように構成したことを特徴とする凍結冷蔵設備。
【請求項５】
前記ＣＯ２液化熱交換器をＣＯ２受液器に対し重力方向高位置に設け、前記ＣＯ２循環回路とＣＯ２液化路とを選択的に切り替える弁機構を設けず、ＣＯ２液化熱交換器で液化したＣＯ２ブラインをＣＯ２受液器に自然循環させるように構成したことを特徴とする請求項４に記載の凍結冷蔵設備。
【請求項６】
前記ＣＯ２液化熱交換器の出口側ＣＯ２液化路に液化したＣＯ２ブラインを一時貯留するトラップを設け、該トラップの下流側ＣＯ２液化路にＣＯ２ブラインの液柱を形成させるようにしたことを特徴とする請求項５に記載の凍結冷蔵設備。
【請求項１】
一次冷媒の冷凍サイクル構成機器で二次冷媒のＣＯ２ブラインを冷却液化する工程と、液化されたＣＯ２ブラインをＣＯ２循環回路を介して凍結庫に送り、被凍結品を凍結する工程と、凍結した被凍結品を別系統の冷凍装置を備えた冷蔵庫で冷蔵保管する工程とからなる凍結冷蔵方法において、
前記凍結庫の運転停止時に、前記ＣＯ２循環回路から気化したＣＯ２ブラインの一部を前記冷蔵庫内に設けられたＣＯ２液化熱交換器に送る送り工程と、
該ＣＯ２液化熱交換器でＣＯ２ブラインを冷蔵庫内空気で冷却液化させる液化工程と、
前記ＣＯ２液化熱交換器で液化されたＣＯ２ブラインをＣＯ２循環回路に戻す戻り工程と、からなることを特徴とする凍結冷蔵方法。
【請求項２】
前記ＣＯ２液化熱交換器に併設され該ＣＯ２液化熱交換器の伝熱面に空気流を形成する送風機のみを稼動させ、その他の機器をオフ状態とすることを特徴とする請求項１に記載の凍結冷蔵方法。
【請求項３】
前記一次冷媒がＮＨ３であることを特徴とする請求項１又は２に記載の凍結冷蔵方法。
【請求項４】
別系統の冷凍装置を備えた凍結庫と冷蔵庫とが併設され、該凍結庫の冷凍装置が、一次冷媒を用いた冷凍サイクル構成機器と、凍結庫内に設けられた空気冷却器と、該冷凍サイクル構成機器で冷却液化されたＣＯ２ブラインを貯留するＣＯ２受液器と、ＣＯ２ブラインを二次冷媒として受液器と空気冷却器間を循環させるＣＯ２循環回路とからなる凍結冷蔵設備において、
前記冷蔵庫内に設けられたＣＯ２液化熱交換器と、前記空気冷却器からＣＯ２受液器にＣＯ２ブラインを戻すＣＯ２循環回路から分岐され、該ＣＯ２液化熱交換器を介して前記ＣＯ２受液器に至るＣＯ２液化路と、を備え、
前記凍結庫の運転停止時に、ＣＯ２受液器又はＣＯ２循環回路で気化したＣＯ２ブラインを前記ＣＯ２液化熱交換器で冷却液化してＣＯ２受液器に戻すように構成したことを特徴とする凍結冷蔵設備。
【請求項５】
前記ＣＯ２液化熱交換器をＣＯ２受液器に対し重力方向高位置に設け、前記ＣＯ２循環回路とＣＯ２液化路とを選択的に切り替える弁機構を設けず、ＣＯ２液化熱交換器で液化したＣＯ２ブラインをＣＯ２受液器に自然循環させるように構成したことを特徴とする請求項４に記載の凍結冷蔵設備。
【請求項６】
前記ＣＯ２液化熱交換器の出口側ＣＯ２液化路に液化したＣＯ２ブラインを一時貯留するトラップを設け、該トラップの下流側ＣＯ２液化路にＣＯ２ブラインの液柱を形成させるようにしたことを特徴とする請求項５に記載の凍結冷蔵設備。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１０２９４６（Ｐ２０１２−１０２９４６Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５２７７７（Ｐ２０１０−２５２７７７）
【出願日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【出願人】（０００１４８３５７）株式会社前川製作所 (267)
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【出願人】（０００１４８３５７）株式会社前川製作所 (267)
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