(57)【要約】【課題】  被冷却物の冷凍冷却に使用された低温ガスの大気への無駄な放出をなくし、その冷熱エネルギの有効利用を可能とした冷凍装置を提供する。【解決手段】  圧縮機１１、冷却器１２、熱交換器１３、膨張機１４、冷凍処理室１５を含み、圧縮機１１、冷却器１２、熱交換器１３、膨張機１４、冷凍処理室１５を経た後、再度熱交換器１３を経て圧縮機１１に戻る冷媒ガスの循環流路Ｌ１と、液化冷媒ガス供給源１６から液化冷媒ガスを供給用噴霧手段１７に導き、この供給用噴霧手段１７から液化冷媒ガスを冷凍処理室１５内に噴射させる液化冷媒ガス供給流路Ｌ２とを備えた構成としてある。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、冷却器、熱交換器、膨張機、冷凍処理室を含み、圧縮機、冷却器、熱交換器、膨張機、冷凍処理室を経た後、再度上記熱交換器を経て上記圧縮機に戻る冷媒ガスの循環流路と、
液化冷媒ガス供給源から液化冷媒ガスを供給用噴霧手段に導き、この供給用噴霧手段から液化冷媒ガスを上記冷凍処理室内に噴射させる液化冷媒ガス供給流路と
を備えたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
上記熱交換器から直接上記圧縮機に至る上記循環流路の部分にて分岐し、流量調節弁及び送風機が設けられた分岐流路と、
上記部分に圧力検出可能に設けられ、検出圧力が設定圧力よりも高い場合には、上記流量調節弁の開度を大きくする一方、上記検出圧力が設定圧力よりも低い場合には、上記流量調節弁の開度を小さくする圧力調節器と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
上記圧縮機内の軸封部及び／または上記膨張機内の軸封部から上記流量調節弁の一次側における上記分岐流路の部分に至る連通流路を備えたことを特徴とする請求項２に記載の冷凍装置。
【請求項４】
上記圧縮機内の軸封部及び／または上記膨張機内の軸封部から外部に至り、流量調節弁及び送風機が設けられた排気流路と、
上記熱交換器から直接上記圧縮機に至る上記循環流路の部分に圧力検出可能に設けられ、検出圧力が設定圧力よりも高い場合には、上記流量調節弁の開度を大きくする一方、上記検出圧力が設定圧力よりも低い場合には、上記流量調節弁の開度を小さくする圧力調節器とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項５】
上記熱交換器から直接上記圧縮機に至る上記循環流路の部分にて分岐し、流量調節弁及び送風機が設けられた分岐流路と、
上記冷凍処理室に圧力検出可能に設けられ、検出圧力が設定圧力よりも高い場合には、上記流量調節弁の開度を大きくする一方、上記検出圧力が設定圧力よりも低い場合には、上記流量調節弁の開度を小さくする圧力調節器と、
上記液化冷媒ガス供給流路に介設された流量調節弁と、
上記冷凍処理室に温度検出可能に設けられ、検出温度が設定温度より高い場合には、上記流量調節弁の開度を大きくする一方、上記検出温度が設定温度より低い場合には、上記流量調節弁の開度を小さくする温度調節器と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項６】
圧縮機、熱交換器、膨張機、冷凍処理室を含み、圧縮機、熱交換器、膨張機、冷凍処理室を経た後、再度上記熱交換器を経て上記圧縮機に戻る冷媒ガスの循環流路と、
液化冷媒ガス供給源から液化冷媒ガスを供給用噴霧手段に導き、この供給用噴霧手段から上記冷凍処理室内に液化冷媒ガスを噴射させる液化冷媒ガス供給流路と、
上記液化冷媒ガス供給源からの液化冷媒ガスを冷却用噴霧手段に導き、この冷却用噴霧手段から液化冷媒ガスを上記圧縮機から直接上記熱交換器に至る上記循環流路の部分に噴射させる冷却流路と
を備えたことを特徴とする冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば食品を急速冷凍するための冷凍装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、図６に示す冷凍装置５０が公知であり、この冷凍装置５０は、内部にコンベア５１が配置され、その一方に食品入口５２、他方に食品出口５３が形成された冷凍室５４を備える他、攪拌ファン５５と、コールドエバポレータ５６からの液化ガスをコンベア５１上の食品に噴射するためのスプレーノズル５７と、このガスをダンパー５８を介して大気放出させる排気ブロア５９とを備えている（非特許文献１）。この冷凍装置５０は、低温に保たれた冷凍室５４内の食品等の被処理物に例えば液体窒素をスプレーノズル５７により噴霧状にして直接吹き付けることによって、被処理物を急速に冷凍するもので、被処理物を例えば−１９６℃で気化する液体窒素による冷却を行うため、被処理物を急速冷凍する用途に適している。冷凍室５４は、低温、例えば−７０℃から−１００℃程度に保たれており、この冷却媒体に気化した窒素ガスが使用され、凍結前の被冷却物の予冷や凍結後の被冷却物の保冷に利用されている。
【０００３】
この他、搬送手段により運ばれる対象物に低温液体を順次的にスプレーするようにした冷凍装置（特許文献１）、液体窒素を冷媒として使用し、食品の凍結をバッチ式に行うようにした冷凍装置（特許文献２）が公知である。
【非特許文献１】岩谷産業株式会社、カタログ“ハイレーＬＮ 液化ガス凍結（液化窒素・液化炭酸）”
【特許文献１】特開平１１−１２７８３０号公報
【特許文献２】特開２００３−１４３５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１に記載の冷凍装置５０の場合、液体窒素は被冷却物の冷凍冷却の過程で気化し、窒素ガスとなる。この窒素ガスは冷凍室５４内の冷却、保存に使用された後、大気放出される。放出ガスは冷凍室５４内の雰囲気温度、例えば−７０℃から−１００℃程度の低温であるにも拘わらず、冷熱源として再利用されることなく、この冷熱エネルギが無駄になっているという問題がある。
【０００５】
特許文献１及び２に記載の冷凍装置についても、上記同様に、液体窒素の冷熱エネルギを十分に活用しておらず、無駄にしているという問題がある。
【０００６】
本発明は、斯かる従来の問題をなくすことを課題としてなされたもので、被冷却物の冷凍冷却に使用された低温ガスの大気への無駄な放出をなくし、その冷熱エネルギの有効利用を可能とした冷凍装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、第１発明は、圧縮機、冷却器、熱交換器、膨張機、冷凍処理室を含み、圧縮機、冷却器、熱交換器、膨張機、冷凍処理室を経た後、再度上記熱交換器を経て上記圧縮機に戻る冷媒ガスの循環流路と、液化冷媒ガス供給源から液化冷媒ガスを供給用噴霧手段に導き、この供給用噴霧手段から液化冷媒ガスを上記冷凍処理室内に噴射させる液化冷媒ガス供給流路とを備えた構成とした。
【０００８】
第２発明は、第１発明の構成に加えて、上記熱交換器から直接上記圧縮機に至る上記循環流路の部分にて分岐し、流量調節弁及び送風機が設けられた分岐流路と、上記部分に圧力検出可能に設けられ、検出圧力が設定圧力よりも高い場合には、上記流量調節弁の開度を大きくする一方、上記検出圧力が設定圧力よりも低い場合には、上記流量調節弁の開度を小さくする圧力調節器とを備えた構成とした。
【０００９】
第３発明は、第２発明の構成に加えて、上記圧縮機内の軸封部及び／または上記膨張機内の軸封部から上記流量調節弁の一次側における上記分岐流路の部分に至る連通流路を備えた構成とした。
【００１０】
第４発明は、第１発明の構成に加えて、上記圧縮機内の軸封部及び／または上記膨張機内の軸封部から外部に至り、流量調節弁及び送風機が設けられた排気流路と、上記熱交換器から直接上記圧縮機に至る上記循環流路の部分に圧力検出可能に設けられ、検出圧力が設定圧力よりも高い場合には、上記流量調節弁の開度を大きくする一方、上記検出圧力が設定圧力よりも低い場合には、上記流量調節弁の開度を小さくする圧力調節器とを備えた構成とした。
【００１１】
第５発明は、第１発明の構成に加えて、上記熱交換器から直接上記圧縮機に至る上記循環流路の部分にて分岐し、流量調節弁及び送風機が設けられた分岐流路と、上記冷凍処理室に圧力検出可能に設けられ、検出圧力が設定圧力よりも高い場合には、上記流量調節弁の開度を大きくする一方、上記検出圧力が設定圧力よりも低い場合には、上記流量調節弁の開度を小さくする圧力調節器と、上記液化冷媒ガス供給流路に介設された流量調節弁と、上記冷凍処理室に温度検出可能に設けられ、検出温度が設定温度より高い場合には、上記流量調節弁の開度を大きくする一方、上記検出温度が設定温度より低い場合には、上記流量調節弁の開度を小さくする温度調節器とを備えた構成とした。
【００１２】
第６発明は、圧縮機、熱交換器、膨張機、冷凍処理室を含み、圧縮機、熱交換器、膨張機、冷凍処理室を経た後、再度上記熱交換器を経て上記圧縮機に戻る冷媒ガスの循環流路と、液化冷媒ガス供給源から液化冷媒ガスを供給用噴霧手段に導き、この供給用噴霧手段から上記冷凍処理室内に液化冷媒ガスを噴射させる液化冷媒ガス供給流路と、上記液化冷媒ガス供給源からの液化冷媒ガスを冷却用噴霧手段に導き、この冷却用噴霧手段から液化冷媒ガスを上記圧縮機から直接上記熱交換器に至る上記循環流路の部分に噴射させる冷却流路とを備えた構成とした。
【発明の効果】
【００１３】
第１発明に係る冷凍装置によれば、被冷却物の冷凍冷却に使用された低温ガスの大気への無駄な放出をなくし、その冷熱エネルギの有効利用が可能になるという効果を奏する。
【００１４】
第２発明に係る冷凍装置によれば、第１発明による効果に加えて、循環流路内、特に圧縮機及び膨張機内への大気の侵入を防ぐことが可能になるという効果を奏する。
【００１５】
第３発明に係る冷凍装置によれば、第２発明による効果に加えて、圧縮機及び／または膨張機内の冷媒ガスが流動する空間内への潤滑油の侵入を防止することが可能になるという効果を奏する。
【００１６】
第４発明に係る冷凍装置によれば、第３発明とほぼ同等の効果を奏する。
【００１７】
第５発明に係る冷凍装置によれば、第１発明による効果に加えて、被冷却物を冷却するのに必要な冷却負荷量の変化に応じて、供給するべき冷却能力を適切に調整することができるという効果を奏する。
【００１８】
第６発明に係る空気圧縮機によれば、第１発明の場合と同様に、被冷却物の冷凍冷却に使用された低温ガスの大気への無駄な放出をなくし、その冷熱エネルギの有効利用が可能になるとともに、第１発明に比して構造が簡単化されるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係る冷凍装置１を示し、この冷凍装置１は、圧縮機１１、冷却器１２、熱交換器１３、膨張機１４、冷凍処理室１５を含み、圧縮機１１、冷却器１２、熱交換器１３、膨張機１４、冷凍処理室１５を経た後、再度熱交換器１３を経て圧縮機１１に戻る冷媒ガスである窒素ガスの循環流路Ｌ１と、液化冷媒ガス供給源１６から液化冷媒ガスを供給用噴霧手段１７に導き、この供給用噴霧手段１７から液化冷媒ガスを噴霧状にして冷凍処理室１５内に噴射させる液化冷媒ガス供給流路Ｌ２とを備えている。
【００２０】
圧縮機１１及び膨張機１４のそれぞれのロータはモータ２１の出力軸に取り付けられた駆動歯車２２に噛み合う従動歯車２３，２４を介して回転させられる。
【００２１】
上記構成からなる冷凍装置１において、まず、窒素ガスが液化冷媒ガス供給源１６から液化冷媒ガス供給流路Ｌ２、供給用噴霧手段１７を経て冷凍処理室１５に供給され、循環流路Ｌ１内にて窒素ガスの循環が開始されるとともに、冷凍処理室１５に設けられた図示しない排気ブロワが作動させられ、冷凍処理室１５内のガスが排気され、循環流路Ｌ１内の空気が窒素ガスに置換されてゆき、循環流路Ｌ１内が完全に窒素ガスにより充填された後、排気ブロアが停止させられる。循環流路Ｌ１内が窒素ガスにより充填された状態下、圧縮機１１により圧縮された窒素ガスは冷却器１２で冷却されて熱交換器１３に至り、ここで後述する対向流をなす冷凍処理室１５からの窒素ガスと熱交換することにより温度降下し、膨張機１４に吸い込まれる。膨張機１４に導かれた窒素ガスは、膨張させられて、圧力を下げるとともに、さらに極低温の領域にまで温度降下し、膨張機１４から冷凍処理室１５に送り込まれる。この冷凍処理室１５は、例えば食品を冷凍処理する冷凍倉庫であり、この食品のような被処理物を上述した極低温の領域にまで温度降下した乾燥状態の窒素ガスに直接触れさせて急速冷凍処理するものである。窒素ガスは冷凍処理室１５内で被処理物から熱を奪って、冷凍処理室１５への流入時よりも高い温度状態で、即ち冷凍処理室１５内の雰囲気温度、例えば−７０℃から−１００℃程度の状態で冷凍処理室１５から熱交換器１３に向けて流出する。そして、熱交換器１３にて、冷却器１２からの対向流をなす圧縮された窒素ガスと熱交換して温度上昇し、再度圧縮機１１に吸い込まれて、圧縮された後、吐出され、上記同様、循環流路Ｌ１内での循環を繰り返す。なお、現実には、冷凍処理室１５への被処理物の出入りのために幾分かの窒素ガスの室外への漏出は避けられないが、それによる窒素ガスの減少分は液化冷媒ガス供給源１６から補給される。
【００２２】
このように、この冷凍装置１では、冷凍処理室１５内の被処理物を冷凍処理した後の窒素ガスが、室外に積極的に放出されることなく、基本的に再利用されるため、窒素ガスの冷熱エネルギの有効利用が可能となっている。
【００２３】
図２は、本発明の第２実施形態に係る冷凍装置２を示し、この冷凍装置２において図１に示す冷凍装置１と互いに共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
この冷凍装置２では、循環流路Ｌ１における熱交換器１３を出て、直接圧縮機１１に至る部分にて分岐し、流量調節弁２６及び送風機２７が設けられた分岐流路Ｌ３と、上記部分に圧力検出可能に設けられ、検出圧力が予め定められた設定圧力よりも高い場合には、流量調節弁２６の開度を大きくする一方、上記検出圧力が設定圧力よりも低い場合には、流量調節弁２６の開度を小さくする圧力調節器２８とが設けられている。
【００２４】
そして、斯かる構成により、熱交換器１３にて冷凍処理室１５を出た窒素ガスにより膨張機１４への窒素ガスを冷却した後に、過剰な窒素ガスが送風機２７から装置外に放出されるようになり、冷熱エネルギを循環流路Ｌ１内の圧力が所定圧力に保たれ、安定した運転が可能となっている。また、上記設定圧力を大気圧よりも高くすることにより、循環流路Ｌ１内、特に圧縮機１１及び膨張機１４内への大気の侵入を防ぐことが可能となる。
【００２５】
図３は、本発明の第３実施形態に係る冷凍装置３を示し、この冷凍装置３において図２に示す冷凍装置２と互いに共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
この冷凍装置３では、圧縮機１１内の軸封部から開閉弁３１を介して上記分岐流路Ｌ３における流量調節弁２６の一次側の部分に通じる連通流路Ｌ４と、膨張機１４内の軸封部から開閉弁３２を介して上記分岐流路Ｌ３における流量調節弁２６の一次側の部分に通じる連通流路Ｌ５とが設けられている。なお、上記設定圧力は大気圧以上の値とする。
【００２６】
そして、斯かる構成により、圧縮機１１及び膨張機１４のそれぞれの軸封部の圧力を上記設定圧力以上の特定の値に維持することができ、軸封部に隣接する軸受部に供給される潤滑油が軸封部側に侵入すること、ひいては、潤滑油が圧縮機１１と膨張機１４内の窒素ガスが流動する空間内に侵入することを防止できる。
【００２７】
図４は、本発明の第４実施形態に係る冷凍装置４を示し、この冷凍装置４において、図３に示す冷凍装置３と互いに共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
この冷凍装置４では、図３に示す冷凍装置３の分岐流路Ｌ３、連通流路Ｌ４，Ｌ５に代え、上記圧縮機１１内の軸封部から開閉弁３１を介して外部に至り、また、上記膨張機１４内の軸封部から開閉弁３２を介して外部に至る排気流路Ｌ７が設けられている。なお、排気流路Ｌ７には、上記圧縮機１１内の軸封部からの流路と上記膨張機１４内の軸封部からの流路が合流している部分において、上記圧力調節器２８によってその開度が調節される流量調節弁２６と送風機２７とが設けられている。また、上記設定圧力は、図３に示す冷凍装置３の場合と同様に、大気圧以上の値とされている。
【００２８】
そして、斯かる構成により、上述した第３実施形態に係る冷凍装置３とほぼ同等の作用効果が得られる。
【００２９】
図５は、本発明の第５実施形態に係る冷凍装置５を示し、この冷凍装置５において図２に示す冷凍装置２と互いに共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
この冷凍装置５では、圧力調節器２８が上述した熱交換器１３と圧縮機１１との間の部分に代えて冷凍処理室１５に、その内部の圧力を検出するように設けられている。さらに、この冷凍装置５では、液化冷媒ガス供給流路Ｌ２に流量調節弁３３が介設されるとともに、冷凍処理室１５に、その内部の温度を検出するように温度調節器３４が設けられており、この温度調節器３４により、その検出温度が予め定められた設定温度より高い場合には、上記流量調節弁３３の開度は拡大される一方、上記検出温度が設定温度より低い場合には、上記流量調節弁３３の開度は縮小される。
【００３０】
そして、斯かる構成により、冷凍処理室１５に供給する液化冷媒ガス（窒素ガス）の量を冷凍処理室１５の内部の温度に応じて調整することが可能となり、被冷却物を冷却するのに必要な冷却負荷量が運転中に変動しても、安定した冷却運転を継続することが可能となる。また、停電などの突発的な事象により、圧縮機・膨張機の運転が継続できなくなった場合でも液化冷媒ガス（窒素ガス）の供給量を増やし、冷却運転を継続することが可能となる。
【００３１】
図６は、本発明の第６実施形態に係る冷凍装置６を示し、この冷凍装置６において図３に示す冷凍装置３と互いに共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
この冷凍装置６では、循環流路Ｌ１に代えて、そこから冷却器１２を省いた循環流路Ｌ１’が形成されている。また、この冷凍装置６では、冷却器１２に代えて、圧縮機１１から直接熱交換器１３に至る循環流路Ｌ１’の部分に冷却用噴霧手段３５が設けられるとともに、液化冷媒ガス供給源１６から流量調節弁３６を介して冷却用噴霧手段３５に導く冷却流路Ｌ６とが設けられ、冷却用噴霧手段３５から液化窒素をガス状にして循環流路Ｌ１’内に噴射することにより冷却器１２と同様に、圧縮された窒素ガスの冷却が可能となっている。
【００３２】
そして、斯かる構成により、圧縮された窒素ガスの冷却に冷却器１２を用いた場合に比して、構造が簡単化されている。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る冷凍装置の全体構成を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る冷凍装置の全体構成を示す図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る冷凍装置の全体構成を示す図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る冷凍装置の全体構成を示す図である。
【図５】本発明の第５実施形態に係る冷凍装置の全体構成を示す図である。
【図６】本発明の第６実施形態に係る冷凍装置の全体構成を示す図である。
【図７】従来の冷凍装置の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１〜６  冷凍装置
１１  圧縮機
１２  冷却器
１３  熱交換器
１４  膨張機
１５  冷凍処理室
１６  液化冷媒ガス供給源
１７  供給用噴霧手段
２１  モータ
２２  駆動歯車
２３，２４  従動歯車
２６  流量調節弁
２７  送風機
２８  圧力調節器
３１，３２  開閉弁
３３  流量調節弁
３４  温度調節器
３５  冷却用噴霧手段
３６  流量調節弁
Ｌ１，Ｌ１’循環流路
Ｌ２  液化冷媒ガス供給流路
Ｌ３  分岐流路
Ｌ４，Ｌ５  連通流路
Ｌ６  冷却流路
Ｌ７  排気流路
【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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【図６】
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【図７】
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