(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉鎖型ガス循環式冷凍装置と、冷凍庫と、ブライン供給装置と、デフロスト装置とを備え、
前記閉鎖型ガス循環式冷凍装置は、駆動装置の単一出力軸に連結された第１の圧縮機及び膨張機と、該第１の圧縮機から吐出した空気又は窒素ガスからなる冷媒ガスを冷却する冷却器と、該膨張機から吐出し冷却された冷媒ガスとＣＯ２ブラインとを熱交換させるブライン冷却器とを有し、
前記冷凍庫は、冷却室と、該冷却室内の空気と前記ＣＯ２ブラインとを熱交換させ、冷却室内空気を冷却する熱交換器とを有し、
前記ブライン供給装置は、前記ブライン冷却器で冷却されたＣＯ２ブライン液を貯留する受液器と、該受液器に貯留されたＣＯ２ブライン液を前記熱交換器に循環させるＣＯ２循環路とを有し、
前記デフロスト装置は、前記膨張機の吐出路から分岐した分岐路と、該分岐路に接続され前記熱交換器の伝熱面に冷媒ガスを噴き付ける噴付装置と、該分岐路に設けられた第２の圧縮機とを有していることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
前記冷凍庫が、前記冷却室の内部に設けられたコンベアと、該コンベアの上方空間に設けられ、該コンベアの搬送面に冷却室内の冷気を噴射する多数のノズルとを備え、被冷却物を前記コンベアで搬送しながら連続的に凍結する連続搬送式フリーザであることを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記第１の圧縮機の吸入路に接続された外気導入路と、該外気導入路に外気を導入する送風装置と、該外気導入路に導入された外気を除湿する除湿装置とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記第１の圧縮機の吸入路と前記冷却室とに接続された戻し路と、該戻し路に設けられた送風装置とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項５】
請求項１に記載の閉鎖型ガス循環式冷凍装置の運転方法において、
前記第１の圧縮機の冷媒ガス吐出圧力をゲージ圧力で０．２ＭＰａ以下にし、かつ前記膨張機の冷媒ガス吐出温度を−５０℃以下にすることを特徴とする冷凍装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気冷媒式冷凍装置に代表される、気相で循環するガスの顕熱によって冷却を行うガス循環式冷凍装置を用い、超低温の冷媒ガスで急速凍結を可能にした冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気又は窒素ガスを冷媒ガスとして用いたガス循環式冷凍装置が知られている。ガス循環式冷凍装置は、冷媒ガスを圧縮機で断熱圧縮して高温高圧とし、これを冷却流体を用いた冷却器で冷却した後、膨張機で断熱膨張させて低温低圧とし、この低温低圧の冷媒ガスの顕熱で冷却を行うものである。フロンやアンモニア等の冷媒を高圧に圧縮する蒸気圧縮式冷凍装置と比べて、ガス循環式冷凍装置は、冷媒ガスを高圧にする必要がなく、安全で環境を害しない利点があると共に、−５０℃以下の超低温冷媒を作ることができる。
【０００３】
ガス循環式冷凍装置には、冷媒ガス循環系の一部に、冷凍庫のような大気開放端を備えた開放型と、冷媒ガス循環系が大気に対して閉鎖されている閉鎖型とがある。開放型は、膨張機出口側の低温冷媒ガスを冷却室内に放出し、この低温冷媒ガスで冷却室内の被冷却物を冷却する方式のものである。開放型の一構成例が特許文献１に開示されている。開放型では、冷却室内に放出された冷媒ガスは、圧縮機の吸入路に戻されるが、冷媒ガスを冷却室から圧縮機に戻す途中の冷媒ガス経路に発生する氷雪を除去することが課題となっている。
【０００４】
一方、閉鎖型は、冷媒ガス循環系が大気に対して閉鎖され、膨張機出口側の低温冷媒ガスとブラインとを熱交換させ、冷却したブラインで冷却室内の被冷却物を冷却する方式のものである。閉鎖型の一構成例が特許文献２に開示されている。閉鎖型は、開放型の前述の課題は発生しない。しかし、冷却室内に設けられた熱交換器に霜が付着し、伝熱効率を低下させるという問題がある。
【０００５】
特許文献３には、冷凍プラントの冷却コイルに付着した霜を除去するためのデフロスト手段が開示されている。このデフロスト手段は、外部から圧縮空気を導入し、冷凍プラントの作動中に、圧縮気流を冷却コイルに吹き付けることで、除霜するようにしている。
【０００６】
また、冷却室内に貫通配置されたコンベアで搬送中の被冷却物を連続的に冷却することで、高効率な冷却運転を可能にする連続搬送式フリーザが知られている。この装置は、冷凍装置で冷却された冷媒で冷却室内の空気を冷却する冷却装置（エアクーラー）を備え、コンベアの搬送面に向けて冷却空気を噴射し、コンベアで搬送中の被冷却物を連続的に冷却する方式のものである。この連続搬送式フリーザの一構成例が特許文献４に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３１７０８１号公報
【特許文献２】特開平１０−４７８２９号公報
【特許文献３】特開昭５５−３５９０号公報
【特許文献４】特開２０１０−２４３１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述のように、開放型ガス循環式冷凍装置は、冷媒ガスを冷却室から圧縮機に戻す途中の冷媒ガス経路に発生する氷雪を除去する必要がある。また、閉鎖型ガス循環式冷凍装置は、冷却室内に配置した冷却装置に付着した霜によって伝熱効率が低下するという問題がる。そのため、定期的にデフロストする必要がある。特許文献３に開示されたデフロスト手段は、外部から導入する圧縮空気によって冷却空間が暖められ、熱効率が低下するという問題がある。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、安全で環境を害しない利点がある閉鎖型ガス循環式冷凍装置を用いて超低温冷媒を作り、超低温冷媒によって被冷却物の急速凍結を可能にすると共に、冷却装置の除霜を稼働中に熱効率を低下させることなく実施可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる目的を達成するため、本発明の冷凍装置は、閉鎖型ガス循環式冷凍装置と、冷凍庫と、ブライン供給装置と、デフロスト装置とを備えている。前記閉鎖型ガス循環式冷凍装置は、駆動装置の単一出力軸に連結された第１の圧縮機及び膨張機と、第１の圧縮機から吐出した空気又は窒素ガスからなる冷媒ガスを冷却する冷却器と、該膨張機から吐出し冷却された冷媒ガスとＣＯ２ブラインとを熱交換させるブライン冷却器とを有している。この閉鎖型ガス循環式冷凍装置では、第１の圧縮機で冷媒ガスを断熱圧縮して冷媒ガスを高温高圧とし、次に、高温高圧とした冷媒ガスを膨張機で膨張して超低温及び低圧とする。この超低温及び低圧とした冷媒ガスでＣＯ２ブラインを冷却する。
【００１１】
また、前記冷凍庫は、冷却室と、該冷却室内の空気とＣＯ２ブラインとを熱交換させ、冷却室内空気を冷却する熱交換器とを有している。また、前記ブライン供給装置は、前記ブライン冷却器で冷却された超低温のＣＯ２ブライン液を貯留する受液器と、受液器に貯留されたＣＯ２ブライン液を冷凍庫の熱交換器に循環させるＣＯ２循環路とを有している。これによって、閉鎖型ガス循環式冷凍装置によって冷却した超低温のＣＯ２ブライン液を冷却室の熱交換器に供給し、冷却室内空気を、例えば−４５℃以下の超低温とすることができる。そのため、冷却室内の被冷却物を急速凍結できる。
【００１２】
また、前記デフロスト装置は、前記膨張機の吐出路から分岐した分岐路と、分岐路に接続され熱交換器の伝熱面に冷媒ガスを噴き付ける噴付装置と、分岐路に設けられた第２の圧縮機とを有している。デフロスト運転時に、膨張機から吐出された超低温冷媒ガスの一部を分岐路を介し第２の圧縮機で噴付装置に供給する。この超低温冷媒ガスを噴付装置から熱交換器に噴き付け、熱交換器の伝熱面に付着した霜を吹き飛ばすようにする。
【００１３】
このように、安全で環境を害しない閉鎖型ガス循環式冷凍装置を用い、−５０℃以下の超低温冷媒を作り、超低温冷媒による急速冷凍を可能にする。そのため、冷却室内を、例えば、−４５℃という、蒸気圧縮式冷凍装置では経済性が得られにくい温度に維持できる。また、ブラインとして使用するＣＯ２は、三重点が−５６．６℃であり、−５０℃以下の超低温下で固体化してもスラッシュ状になり、固液二相状態で流動性を保持できる。そのため、−５０℃以下の超低温で冷媒としての機能を維持できる。
【００１４】
また、冷凍装置の運転中に、熱交換器の除霜を行うことができると共に、除霜のために超低温の冷媒ガスを用いるので、冷却室の温度上昇を招かず、熱効率を低下させない。また、閉鎖型ガス循環式冷凍装置の第１の圧縮機と膨張機とが単一の出力軸で連結されているため、冷媒ガスの膨張エネルギを圧縮機動力として回収でき、閉鎖型ガス循環式冷凍装置のＣＯＰを向上できる。また、ＣＯ２ブライン液を熱交換器に供給し、ＣＯ２ブライン液の潜熱を利用して冷却室を冷却するので、少量のＣＯ２ブライン液で足りる。そのため、ＣＯ２循環路は小口径管で足り低コスト化できる。
【００１５】
本発明装置において、冷凍庫が、冷却室の内部に設けられたコンベアと、該コンベアの上方空間に設けられ、該コンベアの搬送面に冷却室内の冷気を噴射する多数のノズルとを備え、被冷却物をコンベアで搬送しながら連続的に凍結する連続搬送式フリーザで構成されているとよい。連続搬送式フリーザでは、ノズルから噴射される空気流によって、熱交換器とコンベア間に空気の循環流が形成される。そのため、熱交換器の伝熱面に霜が付きやすいが、前記デフロスト装置によって除霜するので、冷却効率は低下しない。また、除霜のために運転を中断する必要がないので、連続搬送式フリーザの本来の長所である高効率な連続凍結処理を長時間に亘って維持できる。
【００１６】
本発明装置において、第１の圧縮機の吸入路に接続された外気導入路と、該外気導入路に外気を供給する送風装置と、外気導入路に導入された外気を除湿する除湿装置とを備えるようにするとよい。これによって、外気を除湿して第１の圧縮機の吸入路に供給でき、熱交換器のデフロスト運転で消費した冷媒ガスを補給することができる。
【００１７】
本発明装置において、第１の圧縮機の吸入路と冷却室とに接続された戻し路と、戻し路に設けられた送風装置とを備えるようにするとよい。これによって、冷却室内の低湿度の空気の一部を戻し路に導入し、そのまま第１の圧縮機の吸入路に供給できる。このように、冷却室内の低温で低湿度のガスを導入するため、除湿装置が不要になるか、あるいは除湿量を大幅に低減できるので、除湿装置を低コストできる。
【００１８】
前記本発明の冷凍装置を用いた本発明の運転方法は、第１の圧縮機の冷媒ガス吐出圧力を０．２ＭＰａ（ゲージ圧力）以下にし、かつ前記膨張機の冷媒ガス吐出温度を−５０℃以下にするものである。このように、冷媒ガス圧を高圧ガス保安法適用外圧力である０．２ＭＰａ（ゲージ圧力）以下とすることで、閉鎖型ガス循環式冷凍装置が耐圧性を必要としなくなり、その構成を低コスト化できる。また、膨張機の冷媒ガス吐出温度を−５０℃以下にすることで、蒸気圧縮式冷凍装置よりＣＯＰを向上でき、高い熱効率運転が可能になる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の冷凍装置によれば、安全で環境を害しない冷媒ガスを用いた閉鎖型ガス循環式冷凍装置を用い、低コストかつ高効率で冷却室内に−５０℃以下の超低温の冷却空間を形成できる。また、膨張機出口の超低温の冷媒ガスを用いて冷却装置のデフロストを行うことで、冷却室内の温度上昇を伴うことなく、熱交換器の除霜が可能になる。
【００２０】
また、本発明の運転方法によれば、閉鎖型ガス循環式冷凍装置の構成を低コスト化できると共に、蒸気圧縮式冷凍装置より高い熱効率で、−５０℃以下の超低温冷媒を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明方法及び装置の第１実施形態に係る冷凍装置の全体構成図である。
【図２】第１実施形態に係る連続搬送式フリーザの横断面図である。
【図３】本発明の冷凍装置と蒸気圧縮式冷凍装置とのＣＯＰを比較した線図である。
【図４】本発明方法及び装置の第２実施形態に係る冷凍装置の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
（実施形態１）
本発明方法及び装置の第１実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１において、本実施形態の冷凍装置１Ａは、超低温のＣＯ２ブラインを作る閉鎖型空気循環式冷凍装置３と、連続搬送式フリーザ５と、閉鎖型空気循環式冷凍装置３で作られた超低温のＣＯ２ブラインを、連続搬送式フリーザ５に供給するブライン供給装置７と、デフロスト装置９とから構成されている。以下、まず閉鎖型空気循環式冷凍装置３の構成を説明する。
【００２４】
冷媒空気が循環する冷媒空気路１０は、１０ａ〜ｆの区間から構成されている。冷媒空気路１０に、圧縮膨張ユニット１２と、水冷式熱交換器１４と、熱回収熱交換器１６と、ブラインクーラー１８とが設けられている。圧縮膨張ユニット１２は、圧縮機２０と、モーター２２と、膨張機２４とから構成され、圧縮機２０及び膨張機２４は、モーター２２の回転軸２２ａに結合され、同軸に回転する。
【００２５】
圧縮機２０の吐出口に接続された冷媒空気路１０ｂは、水冷式熱交換器１４の高温側流路の入口に接続されている。該高温側流路の出口は冷媒空気路１０ｃに接続され、冷媒空気路１０ｃの他端は、熱回収熱交換器１６の高温側流路の入口に接続されている。該高温側流路の出口は冷媒空気路１０ｄに接続され、冷媒空気路１０ｄの他端は膨張機２４の入口に接続されている。
【００２６】
膨張機２４の出口は冷媒空気路１０ｅに接続され、冷媒空気路１０ｅの他端はブラインクーラー１８の入口に接続されている。ブラインクーラー１８の出口は冷媒空気路１０ｆに接続され、冷媒空気路１０ｆの他端は熱回収熱交換器１６の低温側流路の入口に接続されている。該低温側流路の出口は冷媒空気路１０ａに接続され、冷媒空気路１０ａの他端は圧縮機２０の吸入口に接続されている。
【００２７】
冷媒空気路１０ａには、外気導入路２６が接続されている。外気導入路２６には、入口から順に、外気ａ中のゴミ等の混入物を除去するフィルタ２８と、外気ａを吸入する圧縮機３０と、外気ａを除湿する除湿装置３２と、外気導入路２６を開閉する開閉弁３４とが設けられている。これらの装置によって、必要に応じ、常温の外気ａが外気導入路２６に取り入れられ、除湿されて、露点が−７０℃のクリーンドライ空気として冷媒空気路１０ａに供給される。
【００２８】
水冷式熱交換器１４の低温側流路の入口及び出口は、冷却水循環路３６が接続されている。冷却水循環路３６には、冷却水を矢印方向へ循環する冷却水ポンプ３８と、水冷式熱交換器１４で昇温した冷却水を冷却する冷却塔４０と、開閉弁４２とが設けられている。また、ＣＯ２受液器４４に接続されたブライン循環路４６が、ブラインクーラー１８の内部に導設されている。
【００２９】
かかる構成において、冷媒空気は圧縮機２０で断熱圧縮され、吐出圧力が０．２ＭＰａ以下の高温高圧となって吐出される。吐出された冷媒空気は、水冷式熱交換器１４において、冷却水循環路３４を循環する冷却水で一次冷却される。一次冷却された冷媒空気は、熱回収熱交換器１６でブラインクーラー１８から戻った低温の冷媒空気によって二次冷却される。二次冷却された冷媒空気は、膨張機２４で断熱膨張され、吐出側冷媒空気路１０ｅに超低温（−６０℃〜−７０℃）でかつ大気圧以下の低圧の冷媒空気となって吐出される。
【００３０】
熱回収熱交換器１６の低温側流路から出た冷媒空気は、圧縮機２０の吸入口に吸入される。冷媒空気路１０ｅに吐出された超低温で低圧の冷媒空気は、ブラインクーラー１８において、ブライン循環路４６を循環するＣＯ２ブラインを−５０℃以下に冷却し液化させる。液化したＣＯ２ブラインはＣＯ２受液器４４に貯留される。
【００３１】
次に、連続搬送式フリーザ５の構成を図１及び図２により説明する。横長のハウジング５０が設けられ、ハウジング５０の隔壁は断熱壁で構成されている。ハウジング５０は、細長い凍結室５２と、凍結室５２の長手方向両端に配置された緩衝室５４及び５６とに区画されている。これら各室の隔壁には、後述するコンベアベルト６８が出入りする開口５４ａ、５２ａ、５２ｂ及び５６ａが設けられ、これら開口以外で、ハウジング５０は密閉構造になっている。
【００３２】
一対の支持フレーム５８，５８が前記開口を通してハウジング５０の長手方向に配置され、支持フレーム５８，５８は支柱６０によって支持されている。支持フレーム５８，５８間の間隔はコンベアベルト６８の幅以上に設定されている。支持フレーム５８，５８間には、従動ローラ６２、駆動ローラ６４及び調節ローラ６６が架設され、これらローラに無端状のコンベアベルト６８が巻回されている。コンベアベルト６８は、開口５４ａからハウジング５０の内部に進入し、緩衝室５４、凍結室５２及び緩衝室５６を縦断し、緩衝室５６の開口５６ａの外側へ突出するように配置されている。
【００３３】
駆動ローラ６４が駆動装置７０によって駆動され、コンベアベルト６８は駆動ローラ６４によって矢印方向に走行し、調節ローラ６６によってそのたるみ度が調節される。コンベアベルト６８は、ベルト壁にメッシュ状の冷気通過孔が設けられ、コンベアベルト６８の材質は熱伝達率が良い材料で構成されている。凍結室５２には、保守点検用扉７２が設けられている。
【００３４】
図２に示すように、支持フレーム５８，５８の上端にフード７４が設けられ、コンベアベルト６８の上方空間はフード７４で覆われている。フード７４の長手方向４か所に円形の通風筒７６が設けられ、通風筒７６の内部に、軸流ファン７８が設けられている。凍結室５２の上部空間には、凍結室５２の横断方向及び長手方向に夫々２台ずつ合計４台のエアクーラー８０が設けられている。各エアクーラー８０には、ハウジング５０の中心側に、エアクーラー８０側にノズル口を向けて、複数のデフロスト用圧縮空気噴射ノズル８２が設けられている。フード７４の下方でコンベアベルト６８の往路６８ａの上方には、上部噴射部８４が設けられ、往路６８ａと復路６８ｂの間で往路６８ａの直下に位置して、下部噴射部８８が設けられている。
【００３５】
上部噴射部８４は、その両端が支持フレーム５８，５８に支持され、横断方向に向けられたダクト８６がコンベアベルト６８の搬送方向へ多数並設されている。ダクト８６は、支持フレーム５８，５８の外側に形成された空間ｓ１に開口する開口８６ａを有すると共に、各ダクト８６間には空気が流通可能な間隔ｉが設けられている。また、ダクト８６の下端は、ダクト内の冷気を往路６８ａの搬送面に向けて噴射するノズル口８６ｂが形成されている。下部噴射部８８は、多数の打抜き孔が形成された平坦な噴射板で構成されている。上部噴射部８４及び下部噴射部８８は、凍結室５２の長手方向に凍結室５２のほぼ全長に亘って設けられている。凍結室５２内には、凍結室内の温度を検出する温度センサー９０が設けられている。
【００３６】
かかる構成の連続搬送式フリーザ５において、凍結室５２内の空気は、軸流ファン７８によって上部中央域で上昇流が形成される。この上昇流はエアクーラ８０に入って冷却される。その後、冷却空気は外側空間ｓ１に流れ、外側空間ｓ１で下降流を形成する。この下降流の一部は、開口８６ａからダクト８６に入り、下部ノズル口８６ｂから食品ｆに向けて噴射し、食品ｆを冷却する。下降流の残りは、下部噴射部８８の下方に流入し、下部噴射部８６に設けられた打抜き孔から往路６８ａの下面に向かって噴き出す。コンベアベルト５２は冷気が通過可能なように多数の細孔が設けられているので、下部噴射部８６から噴き出す冷気によっても冷却される。食品ｆを冷却した後の空気は、軸流ファン７８によって吸引され、ダクト８６間の間隔ｉを通って上昇する。
【００３７】
次に、ブライン供給装置７の構成を説明する。ＣＯ２受液器４４と連続搬送式フリーザ５のエアクーラ８０との間に、ＣＯ２循環路９２が接続されている。往路９２ａにはＣＯ２液ポンプ９４が介設され、ＣＯ２受液器４４からＣＯ２ブライン液をエアクーラ８０に供給する。往路９２ａは４本の分岐路９４ａに分かれ、各分岐路は夫々４個のエアクーラ８０に接続されている。エアクーラ８０に送られた液状のＣＯ２ブラインは、エアクーラ８０で凍結室５２内の空気を冷却し、一部が気化する。一部が気化した気液混合流は、４本の分岐路９４ｂ及び復路９２ｂを介してＣＯ２受液器４４に戻る。
【００３８】
次に、デフロスト装置９の構成を説明する。閉鎖型空気循環式冷凍装置３の冷媒空気路１０ｅには、圧縮空気供給路９６が接続されている。圧縮空気供給路９６には電磁弁９８及び圧縮機１００が設けられている。また、圧縮空気供給路９６の下流端にエアヘッダー１０２が設けられている。図２に示すように、エアヘッダー１０２には、４台のエアクーラ８０に配置された複数の圧縮空気噴射ノズル８２に接続される４本の圧縮空気供給路１０４（図２では２本のみを図示し、他を省略している。）が接続されている。各圧縮空気供給路１０４には、開閉弁１０６及び電磁弁１０８が介設されている。また、デフロスト運転時に、電磁弁９８及び１０８の開閉を制御する制御装置１１０が設けられている。制御装置１１０は、温度センサー９０の検出値に基づいて、電磁弁９８及び４個の電磁弁１０８の開閉を制御する。
【００３９】
かかる構成の冷凍装置１Ａにおいて、凍結室５２内の空気は、エアクーラー８０で−５０℃以下のＣＯ２ブライン液によって−４５℃に冷却される。冷却された空気は、外側空間ｓ１で下降し、内側空間ｓ２で上昇する循環流を形成し、往路６８ａに載置された食品ｆを連続的に凍結する。凍結された食品ｆは、緩衝室５６を通って外部に搬出される。冷却運転中、エアクーラー８０の伝熱面に付着する霜の量が多くなると、不可避的にエアクーラ７８の冷却能力は低下する。その結果、凍結室５２内の温度は上昇する。
【００４０】
そのため、制御装置１１０では、予め設定された閾値温度と温度センサー９０で検出された検出温度とを比較し、検出温度＞閾値温度となったとき、電磁弁９８及び１０８を開放し、圧縮空気噴射ノズル８２から冷媒空気を噴射して、エアクーラ８０のデフロスト運転を行うようにする。デフロスト運転の結果、消費した冷媒空気を補うため、必要に応じ、常温の外気ａを外気導入路２６に取り入れ、除湿装置３２で除湿し、露点が−７０℃のクリーンドライ空気として冷媒空気路１０ａに供給する。
【００４１】
本実施形態によれば、冷媒空気を用い、安全で環境を害しない閉鎖型空気循環式冷凍装置３を用いることで、連続搬送式フリーザ５に、蒸気圧縮式冷凍装置では経済性が得られにくい−４５℃という超低温の冷凍空間を形成でき、これによって、急速凍結を可能にする。また、ブラインとしてＣＯ２ブラインを使用しているので、−５０℃以下の超低温下で流動性を維持でき、冷媒機能を維持できる。また、連続搬送式フリーザ５のエアクーラー８０のデフロストを冷凍装置１Ａの稼働中に実施できると共に、吐出路１０ｅから分岐した超低温の冷媒空気を用いるので、凍結室５２内の温度上昇がなく、熱効率を低下させるおそれがない。
【００４２】
また、閉鎖型空気循環式冷凍装置３では、冷媒空気の膨張エネルギを膨張機２４で回収し、圧縮機２０の動力に利用できるため、ＣＯＰを向上できる。また、閉鎖型ガス循環式冷凍装置３では、水冷式熱交換器１４で昇温した冷却水を温熱源として利用できる。また、ブライン供給装置７では、ＣＯ２ブライン液をエアクーラ８０に送り、ＣＯ２ブライン液の潜熱を利用して凍結室５２内を冷却するので、少量のＣＯ２ブライン液で足りる。そのため、ＣＯ２循環路９２及び分岐路９４ａ、９４ｂを小口径にでき、低コスト化できる。
【００４３】
また、連続搬送式フリーザ５を用いることで、高効率な連続凍結処理が可能となる。連続搬送式フリーザ５は、凍結室５２内で軸流ファン７８によって循環流が形成される。そのため、エアクーラ８０の伝熱面に霜がつき易いが、冷媒ガスの稼働中にデフロスト装置９によって除霜するので、冷却効率は低下せず、かつ長時間の連続運転が可能になる。また、外気導入路２６から外気ａを導入し、これを除湿装置３２で除湿した後、圧縮機２０の吸入路１０ａに供給することで、エアクーラー８０のデフロスト運転で消費した冷媒空気を補給ができる。
【００４４】
また、閉鎖型空気循環式冷凍装置３では、圧縮機２０の冷媒空気吐出圧力を０．２ＭＰａ（ゲージ圧力）以下にし、かつ膨張機２４の冷媒空気吐出温度を−５０℃以下に冷却する運転を行っている。このように、冷媒空気圧を高圧ガス保安法適用外圧力である０．２ＭＰａ（ゲージ圧力）以下とすることで、閉鎖型空気循環式冷凍装置３が耐圧性を必要としなくなり、その構成を低コスト化できる。また、膨張機２４の冷媒空気吐出温度を−５０℃以下にすることで、蒸気圧縮式冷凍装置よりＣＯＰを向上でき、高い熱効率の運転が可能になる。
【００４５】
図３は、空気循環式冷凍装置と蒸気圧縮式冷凍装置とのＣＯＰを比較したグラフである。図中、曲線Ａが空気循環式冷凍装置であり、曲線Ｂが蒸気圧縮式冷凍装置である。図３に示すように、−５０℃以下では空気循環式冷凍装置のＣＯＰが蒸気圧縮式冷凍装置より高くなる。また、空気循環式冷凍装置のＣＯＰは、−５０℃〜−１００℃の間で徐々に低下していく程度で大きな変動はない。
【００４６】
（実施形態２）
次に、本発明の第２実施形態を図４により説明する。本実施形態の冷凍装置１Ｂでは、凍結室５２の内部と圧縮機２０の吐出路１０ａとを接続する戻し路１１２を設け、この戻し路１１２に、フィルタ２８、圧縮機３０、除湿装置３２及び開閉弁３４を設けている。その他の構成は第１実施形態と同一である。
【００４７】
本実施形態では、連続搬送式フリーザ５のデフロスト運転で消費した冷媒空気の不足分を凍結室５２内の空気で補充するようにしている。即ち、凍結室５２内の空気を圧縮機３０で戻し路１１２に導入し、フィルタ２８でゴミ等の混入物を除去する。次に、該空気を除湿装置３２で除湿した後、冷媒空気路１０ａに導入する。このように、連続搬送式フリーザ５のデフロスト運転で消費した冷媒空気の不足分を、凍結室５２内の低温で低湿度のガスを導入することで補充できるため、除湿装置３２の除湿能力を大幅に低減でき、低コスト化できる。
【００４８】
なお、前記第１実施形態及び第２実施形態は、本発明を直線状に配置されたコンベアベルトを備えた連続搬送式フリーザに適用したものであるが、これに限らず、本発明は螺旋形状のコンベアベルトを備えた連続搬送式フリーザにも適用できる。さらに、単に被冷却物を冷凍保管する通常の冷凍庫にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明によれば、安全で環境を害せず、かつ低コストで超低温の冷却空間を形成可能な冷凍装置を実現できる。
【符号の説明】
【００５０】
１Ａ、１Ｂ                    冷凍装置
３                            閉鎖型空気循環式冷凍装置
５                            連続搬送式フリーザ
７                            ブライン供給装置
９                            デフロスト装置
１０、１０ａ〜ｆ              冷媒空気路
１２                          圧縮膨張ユニット
１４                          水冷式熱交換器
１６                          熱回収熱交換器
１８                          ブラインクーラー
２０                          圧縮機（第１の圧縮機）
２２                          モーター
２４                          膨張機
２６                          外気導入路
２８                          フィルタ
３０                          圧縮機
３２                          除湿装置
３４、４２，１０６            開閉弁
３６                          冷却水循環路
３８                          冷却水ポンプ
４０                          冷却塔
４４                          ＣＯ２受液器
４６                          ブライン循環路
５０                          ハウジング
５２                          凍結室
５４，５６                    緩衝室
５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５６ａ    開口
５８                          支持フレーム
６０                          支柱
６２                          従動ローラ
６４                          駆動ローラ
６６                          調節ローラ
６８                          コンベアベルト
７０                          駆動装置
７２                          保守点検用扉
７４                          フード
７６                          通風筒
７８                          軸流ファン
８０                          エアクーラー
８２                          圧縮空気噴射ノズル
８４                          上部噴射部
８６                          ダクト
８６ａ                      開口
８６ｂ                      ノズル口
８８                          下部噴射部
９０                          温度センサー
９２                          ＣＯ２循環路
９４                          ＣＯ２液ポンプ
９６，１０４                  圧縮空気供給路
９８，１０８                  電磁弁
１００                        圧縮機（第２の圧縮機）
１０２                        エアヘッダー
１１０                        制御装置
１１２                        戻し路
ａ                            外気
ｉ                            間隔
ｓ１                          外側空間
ｓ２                          内側空間
【図１】
0005877744.tif 000002
【図２】
0005877744.tif 000003
【図３】
0005877744.tif 000004
【図４】
0005877744.tif 000005