(57)【要約】【課題】経年による冷却管の伝熱能力の劣化を防止できる、冷凍装置システムを提供する。【解決手段】  冷凍装置システム１は、氷蓄熱槽１０と、氷蓄熱槽の内部に配設される冷却管１１と、冷却管と連続してＣＯ２冷媒が循環する第１循環ライン３１と、ＣＯ２冷媒を冷却して液化する冷却機構６０と、を有する冷凍装置システムである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
氷蓄熱槽と、
前記氷蓄熱槽の内部に配設される冷却管と、
前記冷却管と連続してＣＯ２冷媒が循環する循環ラインと、
前記ＣＯ２冷媒を冷却して液化する冷却機構と、を有し、
前記冷却機構は、前記循環ラインから独立して設けられるとともに、冷媒が循環する冷凍サイクルである、冷凍装置システム。
【請求項２】
前記冷却機構は、前記氷蓄熱槽の上部に設けられることを特徴とする、請求項１に記載の冷凍装置システム。
【請求項３】
前記冷却機構は、アンモニア冷媒が循環するアンモニア冷凍サイクルである、請求項１または２に記載の冷凍装置システム。
【請求項４】
前記ＣＯ２冷媒を気液分離する気液分離器と、
前記気液分離器の下方に配置されるとともに、前記ＣＯ２冷媒を貯留する受液器と、
前記受液器に貯留する液状の前記ＣＯ２冷媒を前記気液分離器に送液する液ポンプと、をさらに有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍装置システム。
【請求項５】
前記循環ラインは、
前記冷却管と連結される第１循環ラインと、前記第１循環ラインと独立して前記ＣＯ２冷媒が循環する第２循環ラインと、を有し、
前記第１循環ラインを循環するＣＯ２冷媒および前記第２循環ラインを循環するＣＯ２冷媒は、熱交換器によって熱交換される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍装置システム。
【請求項６】
前記冷却機構は、前記氷蓄熱槽の上方に配置され、
液状の前記ＣＯ２冷媒は、位置エネルギー差によって、前記冷却管内に移動される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍装置システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍装置システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水槽（氷蓄熱槽）内の冷却管に対して、主にフロン系冷媒を供給して循環させ、冷却管の管外に氷を成長させる技術が知られている。
【０００３】
冷却管に冷媒を供給する方法としては、以下の３つの方法が挙げられる。１つ目としては、冷却管の直近に膨張弁を設置し、高圧液を断熱膨張して低圧蒸気になった冷媒を直接冷却管に供給する直膨式が挙げられる（例えば特許文献１）。２つ目としては、冷凍設備の低圧レシーバから液ポンプを用いて直接冷却管に低圧冷媒を供給する液循環方式が挙げられる。３つ目としては、冷却管側近にサージドラムを設置し、液比重差を利用して冷媒を供給するサイフォン方式が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５９０３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの冷媒を供給する方法では、冷却管は冷凍機と直接繋がったシステムとなっているため、長期間の運転で冷凍機油が冷却管内に貯留し、冷却管の伝熱性能が低下する。また、冷却管劣化に伴う冷媒漏れが発生した場合、冷凍設備の運転が不能となる。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために発明されたものであり、経年による冷却管の伝熱能力の劣化を防止できる、冷凍装置システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する冷凍装置システムは、氷蓄熱槽と、前記氷蓄熱槽の内部に配設される冷却管と、前記冷却管と連続してＣＯ２冷媒が循環する循環ラインと、前記ＣＯ２冷媒を冷却して液化する冷却機構と、を有する。前記冷却機構は、前記循環ラインから独立して設けられるとともに、冷媒が循環する冷凍サイクルである。
【発明の効果】
【０００８】
このような冷凍装置システムによれば、冷却機構は、循環ラインから独立して設けられ、冷媒はＣＯ２冷媒の冷却に用いられるため、循環ラインに冷凍機油が含まれた冷媒が循環することがない。このため、循環ラインにはオイルフリーのＣＯ２冷媒のみ供給されることになる。したがって、経年による冷却管の伝熱能力の劣化を防止できる冷凍装置システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る冷凍装置システムを示す系統図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る冷凍装置システムを示す系統図である。
【図３】変形例１に係る冷凍装置システムを示す系統図である。
【図４】本発明の高圧条件下での運用に係る冷凍装置システムを示す系統図である。
【図５】変形例２に係る冷凍装置システムを示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態を、図１を参照しつつ説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１１】
図１は、本発明の第１実施形態に係る冷凍装置システム１を示す系統図である。まず、図１を参照して、冷凍装置システム１の構成について説明する。
【００１２】
第１実施形態に係る冷凍装置システム１は、図１に示すように、水が貯留される氷蓄熱槽１０と、氷蓄熱槽１０の内部に配設される冷却管１１と、ＣＯ２冷媒が循環する第１循環ライン３１（循環ラインに相当）と、ＣＯ２冷媒を冷却して液化する冷却機構６０と、を有する。
【００１３】
氷蓄熱槽１０は水槽であり、内部には水が供給され、供給された水は氷蓄熱槽１０において冷却され、冷水は氷蓄熱槽１０の外部に供給される。冷水は、例えばプロセス冷却に用いられる。
【００１４】
冷却管１１は、氷蓄熱槽１０の内部に配設されている。冷却管１１は、例えば、断面が円形、楕円形または長円形の管を用いることができる。冷却管１１内を流通するＣＯ２冷媒の蒸発潜熱を利用して、氷蓄熱槽１０の内部の水を冷却する。第１実施形態において、氷蓄熱槽１０の内部には、１本の冷却管１１が配設されている。
【００１５】
第１循環ライン３１は、ＣＯ２冷媒が循環するように構成されている。また、第１循環ライン３１は、冷却管１１と連続して設けられる。第１循環ライン３１には、圧力センサ８０が配置されている。圧力センサ８０は、第１循環ライン３１を流れるＣＯ２冷媒の圧力を検知し、検知した圧力の信号を制御部９０に送信する。制御部９０は、受信した圧力の信号に基づいて、冷却機構６０の冷媒の流量制御を行う。具体的には、制御部９０は、圧力センサ８０において検知した圧力の数値が所望の数値より高い場合、冷却機構６０の冷媒の温度を下げるように、冷却機構６０の冷媒の流量制御を行う。
【００１６】
冷却機構６０は、ＣＯ２冷媒を冷却して液化するように構成されている。冷却機構６０は、圧縮機６１と、凝縮器６２と、膨張弁６３と、蒸発器としての熱交換器６４と、冷媒ライン６５と、を有する。冷却機構６０は一般的な冷凍サイクルであるため、詳細な説明は省略する。なお、本実施例では冷却機構６０に用いる冷媒の一例として以降アンモニアを用いて説明する。ただし、本発明はこれに限らず冷却機構６０の冷媒としてフロンや他の自然冷媒を用いてもよい。
【００１７】
以上のように構成された冷凍装置システム１によれば、アンモニア冷媒が循環する冷却機構６０は、ＣＯ２冷媒が循環する第１循環ライン３１と独立して設けられる。このため、循環ライン３０にはオイルフリーのＣＯ２冷媒のみ供給されアンモニア冷媒が循環することがなくなるため、経年による冷却管１１の伝熱能力の劣化を防止することができる。
【００１８】
冷却機構６０は図１に示すように、氷蓄熱槽１０の上部に配置されている。このように構成された冷凍装置システム１によれば、熱交換器６４によって冷却され液化した第１循環ライン３１内のＣＯ２冷媒は、位置エネルギー差により冷却機構６０下部の冷却管１１に移動し、氷蓄熱槽１０内部の水の冷却に用いられて少なくとも一部が気化したＣＯ２冷媒はサイフォンの原理により熱交換器６４に移動する。よって、液ポンプを必要とすることなくＣＯ２冷媒を循環させることができ、省エネルギー化できる。
【００１９】
以上説明したように、本実施形態に係る冷凍装置システム１は、氷蓄熱槽１０と、氷蓄熱槽１０の内部に配設される冷却管１１と、冷却管１１と連続してＣＯ２冷媒が循環する第１循環ライン３１と、ＣＯ２冷媒を冷却して液化する冷却機構６０と、を有する。また、冷却機構６０は、第１循環ライン３１から独立して設けられるとともに、アンモニア冷媒が循環するアンモニア冷凍サイクルである。このように構成された冷凍装置システム１によれば、冷却機構６０は、第１循環ライン３１から独立して設けられ、アンモニア冷媒はＣＯ２冷媒の冷却に用いられるため、第１循環ライン３１にアンモニア冷媒が循環することがない。このため、第１循環ライン３１にはオイルフリーのＣＯ２冷媒のみ供給されることになる。したがって、経年による冷却管１１の伝熱能力の劣化を防止できる冷凍装置システム１を提供することができる。
【００２０】
＜第２実施形態＞
次に、図２を参照して、本発明の第２実施形態に係る冷凍装置システム２の構成について説明する。
【００２１】
図２は、第２実施形態に係る冷凍装置システム２を示す系統図である。第１実施形態と共通する部分は説明を省略し、第２実施形態のみに特徴のある個所について説明する。なお、上述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付して説明し、重複した説明は省略する。第２実施形態は、第１実施形態と比較して、ＣＯ２冷媒を気液分離する気液分離器４０を設ける点や、冷却機構６０が設けられる位置などが異なる。
【００２２】
第２実施形態に係る冷凍装置システム２は、図２に示すように、氷蓄熱槽１０と、冷却管１１と、循環ライン３０と、ＣＯ２冷媒を気液分離する気液分離器４０と、ＣＯ２冷媒を貯留する受液器５０と、冷却機構６０と、受液器５０内の液状のＣＯ２冷媒を気液分離器４０に送液する液ポンプ７０と、を有する。氷蓄熱槽１０、冷却管１１、および冷却機構６０の構成は、上述した第１実施形態に係る冷凍装置システム１と同様であるため、説明は省略する。
【００２３】
循環ライン３０は、ＣＯ２冷媒が循環するように構成されている。循環ライン３０は、図２に示すように、冷却管１１および気液分離器４０の間に配置される第１循環ライン３１と、気液分離器４０および受液器５０の間に配置される第２循環ライン３２と、を有する。第１循環ライン３１には、電磁弁３１Ａおよび流量調整弁３１Ｂが配置されている。
【００２４】
気液分離器４０は、第１循環ライン３１を介して冷却管１１と接続されている。また、気液分離器４０は、第２循環ライン３２を介して受液器５０と接続されている。
【００２５】
気液分離器４０は、氷蓄熱槽１０の内部の水の冷却に用いられて少なくとも一部が気化したＣＯ２冷媒を受け入れ、このＣＯ２冷媒を気液分離するように構成されている。気液分離器４０において分離された液状のＣＯ２冷媒は、再度、第１循環ライン３１を介して冷却管１１に供給される。また、気液分離器４０において分離されたガス状のＣＯ２冷媒は、第２循環ライン３２を介して受液器５０に供給される。
【００２６】
また、気液分離器４０は氷蓄熱槽１０よりも上部に配置されている。この構成によれば気液分離器４０内の液状のＣＯ２冷媒は、位置エネルギー差によって冷却管１１の下部に移動し、少なくとも一部が気化したＣＯ２冷媒はサイフォンの原理により気液分離器４０に戻るため、ポンプ動力を必要とすることがなくなり省エネルギー化できる。
【００２７】
受液器５０は、ＣＯ２冷媒を貯留するように構成されている。受液器５０に貯留されるＣＯ２冷媒は、主として冷却機構６０において液化されたＣＯ２冷媒である。
【００２８】
受液器５０には、送りライン５１が接続されており、受液器５０内のガス状のＣＯ２冷媒が送りライン５１を介して、冷却機構６０に送られる。また、受液器５０には、戻りライン５２が接続されており、冷却機構６０で液化されたＣＯ２冷媒が受液器５０に戻される。受液器５０に貯留されている液状のＣＯ２冷媒は、液ポンプ７０によって、気液分離器４０に送られる。
【００２９】
以上のように構成された冷凍装置システム２によれば、氷蓄熱槽１０の上部に冷却機構６０を設置できない場合や冷却機構６０を氷蓄熱槽１０から離れた場所に設置する場合においても、循環ライン３０にオイルフリーのＣＯ２冷媒を循環させることができ、経年による冷却管１１の伝熱能力の劣化を防止することができる。
【００３０】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々改変することができる。
【００３１】
例えば、上述した第１実施形態では、氷蓄熱槽１０に１つの第１循環ライン３１が接続されていた。しかしながら、図３に示すように、冷凍装置システム３は、氷蓄熱槽１０に、複数（図３では３つ）の第１循環ライン３１が接続される構成であってもよい。このように構成された冷凍装置システム３によれば、３つの第１循環ライン３１を流れるＣＯ２冷媒の循環をオン／オフにすることによって、冷却効率を可変にすることができる。
【００３２】
また、より高圧条件のＣＯ２冷媒を用いたシステムとする場合にも上述した冷凍システムを用いて対応することが可能となる。すなわち、冷却管１１の設計圧力を超えるＣＯ２冷媒が供給される場合においては、図４に示すように、第２循環ライン３２の気液分離器４０の手前に減圧弁３２Ａを設けることで、上述の冷凍システムと同様の運用が可能となる。
【００３３】
また、上述した第２実施形態では、第１循環ライン３１および第２循環ライン３２の間に、気液分離器４０が設けられ、気液分離器４０において、ＣＯ２冷媒の気液分離が行われた。しかしながら、図５に示すように、冷凍装置システム４は、第１循環ライン３１および第２循環ライン３２の間に熱交換器１５０が設けられてもよい。このとき、熱交換器１５０において、第１循環ライン３１を循環するＣＯ２冷媒は、冷却されて液化される。また、熱交換器１５０において、第２循環ライン３２を循環するＣＯ２冷媒は、加熱されたガス化される。このように構成された冷凍装置システム４によれば、熱交換器１５０を介して第１循環ライン３１および第２循環ライン３２が互いに独立して設けられるため、第１循環ライン３１を循環するＣＯ２冷媒が高温高圧になったとしても、第２循環ライン３２に影響を及ぼすことを防止できる。
【符号の説明】
【００３４】
１、２、３、４    冷凍装置システム、
１０  氷蓄熱槽、
１１  冷却管、
３０  循環ライン、
３１  第１循環ライン、
３２  第２循環ライン、
４０  気液分離器、
５０  受液器、
６０  冷却機構、
７０  液ポンプ、
１５０  熱交換器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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