(57)【要約】【課題】  ＣＯ2冷媒を用いても、圧縮機の耐久性低下を招くことなく良好な冷凍能力を有する冷凍システム、及びこの冷凍システムを用いたショーケースを提供する。【解決手段】  冷凍システム２は凝縮ユニット１４を備え、ＣＯ2冷媒が流れる凝縮ユニット１４の凝縮流路２２には、ＣＯ2冷媒の流れ方向でみて、ガスクーラ２４、膨張器２６、第１熱交換器２８、レシーバ３０及び第２熱交換器３２が順次介挿されている。膨張器２６は、ＣＯ2冷媒を膨張させ、第１熱交換器２８に湿り状態のＣＯ2冷媒を供給する。レシーバ３０は、ＣＯ2冷媒のうち液状のＣＯ2冷媒のみを第２熱交換器３２に供給する。また、冷凍システム２は、冷却流体循環回路１９を備え、冷却流体循環回路１９は、第１及び第２熱交換器２８,３２の各々にＣＯ2冷媒の凝縮温度よりも低温の冷却流体を供給する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＯ2冷媒が循環する循環流路に前記冷媒の流れ方向でみて圧縮機、凝縮ユニット、膨張弁及び蒸発器が順次介挿された冷凍システムであって、
前記凝縮ユニットは、
前記循環流路の一部を構成する前記ＣＯ2冷媒の凝縮流路と、
前記凝縮流路に介挿され、前記ＣＯ2冷媒を空冷するガスクーラと、
前記凝縮流路中、前記ガスクーラの下流に介挿され、前記ガスクーラから送出されたＣＯ2冷媒を膨張させて、湿り状態のＣＯ2冷媒を送出する膨張器と、
前記凝縮流路中、前記膨張器の下流に介挿され、前記膨張器から送出されたＣＯ2冷媒を熱交換により冷却する第１熱交換器と、
前記凝縮流路中、前記第１熱交換器の下流に介挿され、前記第１熱交換器から送出されたＣＯ2冷媒のうち液状のＣＯ2冷媒のみを送出するレシーバと、
前記凝縮流路中、前記レシーバよりも下流に介挿され、前記レシーバからの前記液状のＣＯ2冷媒を熱交換により冷却する第２熱交換器と、
前記第１及び第２熱交換器のそれぞれに前記ＣＯ2冷媒の凝縮温度よりも低い温度の冷却流体を供給する冷却流体循環回路と
を具備したことを特徴とする冷凍システム。
【請求項２】
前記冷却流体は冷却水であることを特徴とする請求項１記載の冷凍システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の冷凍システムを備えたことを特徴とするショーケース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＯ2冷媒を用いた冷凍システム及び当該冷凍システムを用いたショーケースに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境への配慮から、その地球温暖化係数が小さい冷媒を用いた冷凍回路の開発が進められている。この種の冷媒の一例としては自然系のＣＯ2（炭酸）ガスがある。ＣＯ2ガスを冷媒に用いた場合、圧縮機で圧縮された冷媒はガスクーラにて冷却されるが、従来の冷媒が凝縮器で凝縮する場合に比べ、ガスクーラでのＣＯ2冷媒のエンタルピ変化量は小さい。従って、この場合、蒸発器での冷媒の吸熱量も小さくなり、冷凍回路の冷凍能力も低下してしまう。
【０００３】
そこで、特許文献１が開示する冷凍回路では、ガスクーラで冷却された冷媒を更に内部熱交換器で冷却している。この冷凍回路によれば、内部熱交換器によりＣＯ2冷媒のエンタルピを更に減少させることで、冷凍能力が向上するものと考えられる。
【特許文献１】特開2002-225549号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の冷凍回路では、蒸発器からのＣＯ2冷媒が内部熱交換器を経て圧縮機へ戻る構成となっているため、圧縮機に吸入されるＣＯ2冷媒の吸入温度が上昇してしまう。この結果、圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度も上昇するので、圧縮機への熱的負荷が大きくなり、圧縮機の耐久性が低下するという問題がある。
本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、ＣＯ2冷媒を用いても、圧縮機の耐久性低下を招くことなく良好な冷凍能力を有する冷凍システム、及びこの冷凍システムを用いたショーケースを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するべく、本発明によれば、ＣＯ2冷媒が循環する循環流路に前記冷媒の流れ方向でみて圧縮機、凝縮ユニット、膨張弁及び蒸発器が順次介挿された冷凍システムであって、前記凝縮ユニットは、前記循環流路の一部を構成する前記ＣＯ2冷媒の凝縮流路と、前記凝縮流路に介挿され、前記ＣＯ2冷媒を空冷するガスクーラと、前記凝縮流路中、前記ガスクーラの下流に介挿され、前記ガスクーラから送出されたＣＯ2冷媒を膨張させて、湿り状態のＣＯ2冷媒を送出する膨張器と、前記凝縮流路中、前記膨張器の下流に介挿され、前記膨張器から送出されたＣＯ2冷媒を熱交換により冷却する第１熱交換器と、前記凝縮流路中、前記第１熱交換器の下流に介挿され、前記第１熱交換器から送出されたＣＯ2冷媒のうち液状のＣＯ2冷媒のみを送出するレシーバと、前記凝縮流路中、前記レシーバよりも下流に介挿され、前記レシーバからの前記液状のＣＯ2冷媒を熱交換により冷却する第２熱交換器と、前記第１及び第２熱交換器のそれぞれに前記ＣＯ2冷媒の凝縮温度よりも低い温度の冷却流体を供給する冷却流体循環回路とを具備したことを特徴とする冷凍システム（請求項１）及び当該冷凍システムを備えたことを特徴とするショーケース（請求項３）が提供される。
【０００６】
好適な態様として、前記冷却流体は冷却水である（請求項２）。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の請求項１及び２の冷凍システムは、冷媒としてＣＯ2ガスを用いているので、地球環境に優しい。
その上、これらの冷凍システムは、冷媒としてＣＯ2ガスを用いているけれども、圧縮機の耐久性低下を招くことなく良好な冷凍能力を有する。これらの冷凍システムでは、圧縮機から吐出されたＣＯ2冷媒は、凝縮ユニットのガスクーラにて冷却され、そのエンタルピが減少する。この後、ＣＯ2冷媒は膨張器により膨張して湿り状態になり、湿り状態のＣＯ2冷媒は、第１熱交換器にて冷却されることで、そのエンタルピが更に減少する。そして、第１熱交換器から流出したＣＯ2冷媒のうち、レシーバにより液状態のＣＯ2冷媒のみが第２熱交換器に供給され、液状態のＣＯ2冷媒は第２熱交換器にて過冷却されることで、そのエンタルピがまた更に減少する。このように、この冷凍システムの場合、凝縮ユニットによりＣＯ2冷媒が過冷却され、凝縮ユニットでのＣＯ2冷媒のエンタルピ減少量が大きいので、蒸発器でのＣＯ2冷媒の吸熱量も大きい。この結果、この冷凍システムは良好な冷凍能力を有する。そして、この冷凍システムの場合、第１及び第２熱交換器には、冷却流体循環回路によりＣＯ2冷媒の凝縮温度よりも低温の冷却流体が供給されるので、蒸発器から圧縮機に戻る過程にてＣＯ2冷媒の温度が上昇することはない。従って、この冷凍システムは、温度上昇による圧縮機の耐久性低下を招くことなく、良好な冷凍能力を有する。
【０００８】
とりわけ、請求項２の冷凍システムは、冷却水を使用することで新たな設備や動力を必要とせず、省エネの観点からも地球環境に優しい。
請求項３のショーケースは固定して設置されることから、凝縮ユニットの第１及び第２熱交換器は、冷却流体循環回路の設置も容易であり、請求項１及び２の冷凍システムに好適する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、一実施例のショーケースに適用された冷凍システム２の概略を示し、冷凍システム２によりショーケースの商品収納室４は所望の設定温度に冷却される。
冷凍システム２は、自然系冷媒であるＣＯ2冷媒（以下、単に冷媒と称す）を循環させる循環流路６を有し、この循環流路６は、ショーケースの底に設けられた機械室８から、商品収納室４の下部に底板により区画された冷却ユニット収容室１０に亘って設置されている。機械室８内を延びる循環流路６の部分には、圧縮機１２、凝縮ユニット１４、膨張弁１６が順次介挿され、冷却ユニット収容室１０内を延びる循環流路６の部分に蒸発器１８が介挿されている。また、冷凍システム２は、凝縮ユニット１４に冷却水を供給する冷却流体循環回路１９を有し、具体的には、冷却流体循環回路１９は、冷却水の供給源として、ショーケースを設置する建物に既設された冷却水循環装置２０を含む。
【００１０】
この冷凍システム２の凝縮ユニット１４は、圧縮機１２から膨張弁１６に亘る循環流路６の流域（以下、凝縮流路といい、符号２２を付す）に設けられ、凝縮流路２２には、冷媒の流れ方向でみて、ガスクーラ２４、膨張器２６、第１熱交換器２８、レシーバ３０、及び第２熱交換器３２が順次介挿されている。ガスクーラ２４の近傍には、ガスクーラ２４を空冷するためのファン３４が設けられており、一方、第１及び第２熱交換器２８,３２の各々には、冷却水循環装置２０から冷媒の凝縮温度よりも低温の冷却水を供給するための冷却水流路３６が接続されている。
【００１１】
以下、図３に示したモリエル線図を参照し、冷凍システム２の動作について説明する。
圧縮機１２は給電を受けてその電動モータが作動されることで、循環流路６の復路からガス状態の冷媒（ａ）を吸い込んで圧縮し、高温高圧の超臨界状態の冷媒（ｂ）にして循環流路６の往路に吐出する。つまり、圧縮機１２は冷媒を圧縮しながら冷媒の流動を生成させる。
【００１２】
圧縮機１２からの冷媒（ｂ）は、凝縮流路２２に流入して凝縮ユニット１４を通過する。この際、冷媒（ｂ）は、ガスクーラ２４を流れるときに、ガスクーラ２４がファン３４からの送風を受けることで空冷され、エンタルピｉが減少した状態の冷媒（ｃ）になる。この後、冷媒（ｃ）は、膨張器２６を流れるときに膨張し、圧力Ｐ及び温度が低下した状態の冷媒（ｄ）になる。この冷媒（ｄ）は、図３から明らかなように、気相及び液相の冷媒を含む湿り状態にある。冷媒（ｄ）は、第１熱交換器２８により冷媒（ｄ）の凝縮温度よりも低温の循環冷却水との熱交換により冷却された後、レシーバ３０により気相の冷媒と液相の冷媒（ｅ）とに分離される。レシーバ３０からは液相の冷媒（ｅ）のみが凝縮流路２２に流出し、冷媒（ｅ）は、第２熱交換器３２にて冷媒（ｅ）の凝縮温度よりも低温の循環冷却水との熱交換により冷却され、過冷却状態の冷媒（ｆ）になる。
【００１３】
第２熱交換器３２つまり凝縮ユニット１４から流出した冷媒（ｆ）は、膨張弁１６を通過する際に膨張して圧力Ｐ及び温度が低下した状態の冷媒（ｇ）になる。この後、冷媒（ｇ）は、蒸発器１８内にて、冷媒（ｇ）に含まれる液相の冷媒が気化熱を吸収し、エンタルピｉが増加したガス状態の冷媒（ａ）になる。この際、図示しない送風ファンにより蒸発器１８から商品収納室４内に向かう風を起こせば、蒸発器１８を通過する際に気化熱を奪われた冷風が商品収納室４内に送風され、これにより商品収納室４の温度が調整される。なお、蒸発器１８で気化したガス状態の冷媒（ａ）は圧縮機１２に吸入され、上述したａ〜ｇのサイクルが繰り返される。
【００１４】
上述したショーケースは、冷凍システム２の冷媒としてＣＯ2ガスを用いているので、地球環境に優しい。
また、冷凍システム２は、冷媒としてＣＯ2ガスを用いているけれども、圧縮機１２の耐久性低下を招くことなく良好な冷凍能力を有する。冷凍システム２では、凝縮ユニット１４によりＣＯ2冷媒が過冷却され、凝縮ユニット１４でのＣＯ2冷媒のエンタルピ減少量が大きいので、蒸発器１８でのＣＯ2冷媒の吸熱量も大きい。この結果、この冷凍システム２は良好な冷凍能力を有する。そして、冷凍システム２の場合、第１及び第２熱交換器２８,３２には、冷却流体循環回路１９により、それぞれの内部を流れるＣＯ2冷媒の凝縮温度よりも低温の冷却流体が供給されるので、蒸発器１８から圧縮機１２に戻る過程にてＣＯ2冷媒の温度が上昇することはない。従って、この冷凍システム２は、温度上昇による圧縮機１２の耐久性低下を招くことなく、良好な冷凍能力を有する。
【００１５】
本発明は、上述した一実施例に限定されるものではなく種々の変更が可能である。
例えば、一実施例では、第１及び第２熱交換器２８,３２に冷却流体として冷却水を供給したけれども、他の流体を供給してもよい。ただし、冷凍システム２の第１及び第２熱交換器２８,３２に対して、建物に既設された冷却水循環装置２０から循環冷却水を供給すれば、冷却流体を供給するための新たな設備や動力を必要とせず、省エネの観点からも地球環境に優しい。なお、第１及び第２熱交換器２８,３２と冷却水循環装置２０との間を接続する冷却水流路３６の構成は特に限定されない。
【００１６】
また、一実施例のショーケースに適用された冷凍システム２は、冷凍冷蔵庫や室内用空調装置等にも好適する。これら冷凍冷蔵庫や空調装置も、ショーケースと同様に床や天井等に固定して設置されることから、第１及び第２熱交換器２８,３２と建物に既設された冷却水循環装置２０との間に冷却水流路３６を容易に設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施例のショーケースを構成する冷凍システムの概略を示した図である。
【図２】図１の冷凍システムに適用された凝縮ユニットの概略を示す図である。
【図３】図１の冷凍システムの動作を説明するモリエール線図である。
【符号の説明】
【００１８】
２    冷凍システム
４    商品収納室
６    循環流路
８    機械室
１２    圧縮機
１４    凝縮ユニット
１６    膨張弁
１８    蒸発器
１９    冷却流体循環回路
２０    冷却水循環装置
２２    凝縮流路
２４    ガスクーラ
２６    膨張器
２８    第１熱交換器
３０    レシーバ
３２    第２熱交換器
【図１】
2006194569.tif 000003
【図２】
2006194569.tif 000004
【図３】
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