(57)【要約】  【課題】複数冷却器の設定温度が各冷却器で異なるように設定された場合にも、冷却器の蒸発圧力が一定となるように該冷却器への二酸化炭素の供給量を一定に制御し、冷凍システムにおける過負荷や冷却不良を起こさずに安定した運転を実現することができる冷凍システムを提供する。  【解決手段】アンモニアを媒体としたアンモニアサイクル１１と、二酸化炭素を媒体とした炭酸ガスサイクル１２とを組み合わせ、アンモニアサイクル１１で生じる冷熱により、炭酸ガスサイクル１２の媒体を凝縮・液化してレシーバー１５内に貯留し、該レシーバー１５から液化媒体を複数台の負荷側冷却器２２に送る冷凍システムにおいて、レシーバー１５と冷却器２２との間に、レシーバー１５から冷却器２２に供給される液化媒体の量を調整する流量調整弁２１を設け、冷却器２２の中で最も低い蒸発圧力に他の冷却器もなるように流量制御する冷凍システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニアを媒体としたアンモニアサイクルと、二酸化炭素を媒体とした炭酸ガスサイクルとを組み合わせ、前記アンモニアサイクルで生じる冷熱により、前記炭酸ガスサイクルの媒体を凝縮・液化してレシーバー内に貯留し、該レシーバーから液化媒体を複数台の負荷側冷却器に送る冷凍システムにおいて、
前記レシーバーと前記冷却器との間に、前記レシーバーから前記冷却器に供給される前記液化媒体の量を調整する流量調整弁を設け、冷却器の中で最も低い蒸発圧力に他の冷却器もなるように流量制御することを特徴とする冷凍システム。
【請求項２】
上記炭酸ガスサイクルは、上記各冷却器で冷却する被冷却物の温度を検出する温度センサを備えるとともに、該温度センサで検知された被冷却物の温度と設定温度に応じて前記流量調整弁により流量を制御するようにしてな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】
上記炭酸ガスサイクルは、上記冷却器出口における冷媒ガスの温度及び圧力を検出する温度・圧力センサを備えるとともに、該温度・圧力センサで検知された温度及び圧力に応じて前記流量調整弁により流量を制御するようにしてなることを特徴とする請求項１または２記載の冷凍システム。
【請求項４】
上記アンモニアサイクルは、上記レシーバーの圧力を検知し、設定圧力範囲となるように圧縮機の容量制御を行うことを特徴とする請求項１,２または３記載の冷凍システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷凍システムに関するものであり、特に、アンモニア(ＮＨ3)を媒体としたアンモニアサイクルと二酸化炭素(ＣＯ2、別名「炭酸ガス」という)を媒体とした炭酸ガスサイクルを組み合わせてなる冷凍システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日、オゾン層破壊防止や温暖化防止等の地球環境保全の観点から、室内の空調や物品の冷却・冷凍に用いる冷凍装置の冷媒を、従来のフロンに代えて、自然冷媒であってオゾン破壊係数ゼロ、また地球温暖化係数がゼロもしくは限りなくゼロに近いアンモニア(ＮＨ3)が見直され、このアンモニアを冷媒として用いる冷凍装置の採用が増加している。
【０００３】
しかしながら、アンモニアは人体に有毒である。そこで、アンモニアサイクルの冷熱を冷却器側に直接供給するのではなく、該冷却器とアンモニアサイクルとの間に、自然冷媒で毒性の無い二酸化炭素を冷媒とする炭酸ガスサイクルを介在せしめてアンモニアサイクルで発生させた冷熱を炭酸ガスサイクルを介して冷却器に供給するようにした自然冷媒冷却システムが実用に供されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
上述した自然冷媒冷却システムにおける炭酸ガスサイクルは、アンモニアサイクルにより生じる冷熱を凝縮冷熱として利用し、この凝縮冷熱でＣＯ2媒体を液化してＣＯ2レシーバーに貯留する。また、このＣＯ2液媒体を液ポンプで冷却器に送り、該冷却器で熱交換を終え、気化したＣＯ2媒体はＣＯ2／ＮＨ3カスケードコンデンサーで凝縮してＣＯ2レシーバーに戻すようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２００２−２４３３５０号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来の冷凍システムでは、複数台の冷却器がある場合があり、各冷却器の設定温度が異なる場合に、冷凍機は最も低温側の条件によって運転することとなる。ところが、高い温度を設定したようなとき、冷却器内のＣＯ2蒸発圧力が成り行きとなり、場合によってはＣＯ2供給圧力(ＣＯ2ポンプの吐出圧力や高低差によるＣＯ2供給圧力等)よりも蒸発圧力が高くなり、冷却不良等を引き起こす問題点があった。
【０００７】
そこで、複数冷却器の設定温度が各冷却器で異なるように設定された場合にも、冷却器の蒸発圧力が一定となるように該冷却器への二酸化炭素の供給量を一定に制御し、冷凍システムにおける過負荷や冷却不良を起こさずに安定した運転を実現することができる冷凍システムを提供するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、アンモニアを媒体としたアンモニアサイクルと、二酸化炭素を媒体とした炭酸ガスサイクルとを組み合わせ、前記アンモニアサイクルで生じる冷熱により、前記炭酸ガスサイクルの媒体を凝縮・液化してレシーバー内に貯留し、該レシーバーから液化媒体を複数台の負荷側冷却器に送る冷凍システムにおいて、前記レシーバーと前記冷却器との間に、前記レシ
ーバーから前記冷却器に供給される前記液化媒体の量を調整する流量調整弁を設け、冷却器の中で最も低い蒸発圧力に他の冷却器もなるように流量制御する冷凍システムを提供する。
【０００９】
この構成によれば、レシーバーと冷却器との間に設けた流量調整弁により、レシーバーから冷却器に供給される液化媒体の量を調整して該冷却器内の蒸発圧力を一定に制御することができる。これにより、冷却器の被冷却物の設定温度が変化しても二酸化炭素供給量過大による蒸発圧力の上昇を防止し、二酸化炭素は一定の圧力で例えばカスケードコンデンサーに吸入される。すなわち、冷却器の設定温度が高くまたは低く設定された場合にも、冷却器の蒸発圧力を一定に制御することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、上記炭酸ガスサイクルは、上記各冷却器で冷却する被冷却物の温度を検出する温度センサを備えるとともに、該温度センサで検知された被冷却物の温度と設定温度に応じて前記流量調整弁により流量を制御するようにしてなる冷凍システムを提供する。
【００１１】
この構成によれば、被冷却物の温度と設定温度を基準にして流量制御弁による冷却器への液化媒体供給量を調整して設定温度となるように制御できる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の構成において、上記炭酸ガスサイクルは、上記冷却器出口における冷媒ガスの温度及び圧力を検出する温度・圧力センサを備えるとともに、該温度・圧力センサで検知された温度及び圧力に応じて前記流量調整弁により流量を制御するようにしてなる冷凍システムを提供する。
【００１３】
この構成によれば、冷却器出口における冷媒ガスの温度及び圧力を基準にして流量制御弁による冷却器への液化媒体供給量を調整して冷却器の過熱度が一定となるように制御し、常にシステムの安定した運転を維持することできる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１,２または３記載の構成において、上記アンモニアサイクルは、上記レシーバーの圧力を検知し、設定圧力範囲となるように圧縮機の容量制御を行う冷凍システムを提供する。
【００１５】
この構成によれば、１つの冷凍システムで複数の冷却器を異温度帯で運転することができる。また、カスケードコンデンサーでの二酸化炭素凝縮圧力が一定となるので、アンモニアサイクル側においても吸入圧力が一定となり、システム全体として安定した運転となる。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の発明は、各冷却器の設定温度が高くまたは低く設定された場合にも、冷却器の蒸発圧力を一定に制御することができるので、常に安定した運転を維持することができる。
【００１７】
請求項２記載の発明は、被冷却物の温度と設定温度を基準にして流量制御弁による冷却器への液化媒体供給量を調整して設定温度となるように制御するので、請求項１記載の発明の効果に加えて、さらに安定した運転を維持することができる。
【００１８】
請求項３記載の発明は、冷却器出口における冷媒ガスの温度及び圧力を基準にして流量制御弁による冷却器への液化媒体供給量を調整して冷却器の過熱度が一定となるように制御するので、請求項１または２記載の発明の効果に加えて、さらに安定した運転を維持することができる。
【００１９】
請求項４記載の発明は、請求項１,２または３記載の発明の効果に加えて、１の冷凍システムで複数の冷却器を使用する場合に、冷凍システムにおける過負荷や冷却不良を起こさないようにすることができ、常に安定した運転を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施の形態として示す冷凍システムで、冷却器を２台接続した状態の構成図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、複数冷却器の設定温度が各冷却器で異なるように設定された場合にも、冷却器の蒸発圧力が一定となるように該冷却器への二酸化炭素の供給量を一定に制御し、冷凍システムにおける過負荷や冷却不良を起こさずに安定した運転を実現することができる冷凍システムを提供するという目的を達成するために、アンモニアを媒体としたアンモニアサイクルと、二酸化炭素を媒体とした炭酸ガスサイクルとを組み合わせ、前記アンモニアサイクルで生じる冷熱により、前記炭酸ガスサイクルの媒体を凝縮・液化してレシーバー内に貯留し、該レシーバーから液化媒体を負荷側の冷却器に送る冷凍システムにおいて、前記レシーバーと前記冷却器との間に、前記レシーバーから前記冷却器に供給される前記液化媒体の量を調整する流量調整弁を設けたことにより実現した。
【実施例】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の冷凍システムについて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態として示す冷凍システムの構成図である。同図において、この冷凍システム１０は、専ら冷凍のみを行うものであって、高元側のアンモニアサイクル１１と低元側の炭酸ガスサイクル１２を組み合わせて成る。また、以下の説明では、２台の冷却器を1つの炭酸ガスサイクルで運転する場合について説明するが、必ずしも２台に限定されるものではなく、３台以上であってもよいものである。
【００２３】
前記アンモニアサイクル１１は、ＮＨ3圧縮機１３とＮＨ3凝縮器１４とＮＨ3レシーバー１５とＮＨ3膨張弁１６とＣＯ2／ＮＨ3カスケードコンデンサー１７を備えてなるものであり、実質的に該ＣＯ2／ＮＨ3カスケードコンデンサー１７によって、炭酸ガスサイクル１２内のＣＯ2媒体を冷却する。また、該アンモニアサイクル１１は、媒体が毒性のあるアンモニアであることから、ＣＯ2／ＮＨ3ユニット１０１内に収容されて屋外や屋上等に設置される。
【００２４】
一方、炭酸ガスサイクル１２は、上述したＣＯ2／ＮＨ3カスケードコンデンサー１７の他、ＣＯ2レシーバー１８と、ＣＯ2液ポンプ１９と、給液電磁弁２０と、流量調整弁２１と、複数の冷却器(蒸発器)２２，２２等を備えてなるものである。そして、この炭酸ガスサイクル１２の中、ＣＯ2レシーバー１８とＣＯ2液ポンプ１９は、前記ＣＯ2／ＮＨ3ユニット１０１内に設置される。一方、冷却器(蒸発器)２２と給液電磁弁２０及び流量調整弁２１等は冷凍倉庫等の被冷却室１０２ａ，１０２ｂ内に各々設置されて該被冷却室１０２内の冷却を行う。
【００２５】
また、炭酸ガスサイクル１２には、被冷却室１０２内に、温度センサ２３と、温度調節計２４と、ＣＯ2圧力センサ２５，２６と、ＣＯ2温度センサ２７と、過熱度調節計２８と、圧力調節計２９が設置されている。
【００２６】
次に、このように構成された二元冷凍システム１０の動作について説明する。なお、このシステムでは、冷凍運転の操作はシステム全体を制御する制御部３０を介して行われる。該制御部３０は、一例としてマイクロコンピュータ(通称「マイコン」)であり、該制御
部３０には該二元冷凍システム１０の全体を予め決められた手順に従って制御するプログラム等が格納されている。
【００２７】
まず、アンモニアサイクル１１のＮＨ3媒体の流れについて説明する。ＮＨ3レシーバー１５に蓄えられているＮＨ3冷媒は、該ＮＨ3レシーバー１５から液冷媒としてＮＨ3膨張弁１６に送られ、該ＮＨ3膨張弁１６で必要な低温度に相当する飽和圧力まで膨張した後、ＣＯ2／ＮＨ3カスケードコンデンサー１７に送られ、該ＣＯ2／ＮＨ3ガスケードコンデンサー１７で蒸発して気体となる。このとき、ＮＨ3媒体は後述する炭酸ガスサイクル１２内のＣＯ2冷媒から熱を奪い、該ＣＯ2冷媒を冷却して液化する。
【００２８】
また、前記ＣＯ2／ＮＨ3カスケードコンデンサー１７においてＣＯ2冷媒を冷却液化したＮＨ3冷媒は、ＮＨ3圧縮機１３により圧縮されて高温の高圧ガスとなり、さらにＮＨ3凝縮器１４を通るとき、冷却水によって冷やされて液化されたＮＨ3媒体となる。この液化されたＮＨ3媒体はＮＨ3レシーバー１５に貯えられ、再び冷却に使用される。以下、このサイクルを繰り返す。
【００２９】
一方、炭酸ガスサイクル１２では、前記ＣＯ2／ＮＨ3カスケードコンデンサー１７内でＮＨ3媒体によって冷やされて液化したＣＯ2冷媒は、ＣＯ2レシーバー１５に貯えられる。該ＣＯ2レシーバー１５に貯えられたＣＯ2冷媒は、ＣＯ2液ポンプ１９により、給液電磁弁２０と流量調整弁２１を通って冷却器２２に送られ、該冷却器２２で温められて蒸発し、ガスとなって再びＣＯ2／ＮＨ3カスケードコンデンサー１７側に向かう。ガス化されたＣＯ2媒体はＣＯ2／ＮＨ3カスケードコンデンサー１７内でＮＨ3媒体によって冷やされて液化し、その後ＣＯ2レシーバー１５に戻っていく。以下、このサイクルを繰り返す。
【００３０】
なお、この炭酸ガスサイクル１２において、ＣＯ2液媒体の前記冷却器２２への供給は、通常、被冷却室１０２内の温度(以下、被冷却物の温度という)を温度センサ２３で検知し、該被冷却物の温度が予め温度調節計２４で設定された温度となるように、該温度調節計２４で流量調整弁２１によるＣＯ2液媒体の流量を制御したり、給液電磁弁２０を開閉制御しながら行う。
【００３１】
また、前記冷却器２２を運転するときには、冷却器２２の出口側において、該冷却器２２内でガス化されたＣＯ2媒体の蒸発圧力及び温度状態をＣＯ2圧力センサ２５及びＣＯ2温度センサ２７で検知し、この値を過熱度調節計２８に送る。該過熱度調節計２８では、この検知された圧力及び温度を基に該冷却器２２における過熱度を求め、該過熱度調節計２８で設定された過熱度一定となるように前記流量調整弁２１を開閉制御し、前記冷却器２２へのＣＯ2媒体の供給量を制御する。これにより、冷却器２２の過熱度が一定となるように制御されてシステム全体の運転条件をほぼ一定に保つ。
【００３２】
一方、前記冷却器２２を他の冷却器の設定条件よりも高い温度で運転するときには、冷却器２２の出口側において、該冷却器２２内でガス化されたＣＯ2媒体の蒸発圧力をＣＯ2圧力センサ２５で検知し、この値を圧力調節計２９に送る。該圧力調節計２９では、この検知された圧力を基に、各冷却器２２の設定温度に対応した蒸発圧力の中、最も低い蒸発圧力と同じ圧力となるように前記流量調整弁２１を制御し、前記冷却器２２へのＣＯ2媒体の供給量を制御する。これにより、炭酸ガスサイクル１２内におけるＣＯ2圧力が一定となるように制御されてシステム全体の運転条件をほぼ一定に保つ。
【００３３】
したがって、この実施例における冷凍サイクルでは、冷却器２２側の設定温度が高い温度に設定された場合でも、冷却器２２へのＣＯ2媒体の供給量を制御してシステム全体の運転条件をほぼ一定に維持することができる。これにより、過負荷や冷却不良を起こさないようにすることができ、常にシステム全体の運転条件をほぼ一定に維持して安定した運
転を行うことができる。
【００３４】
また、アンモニアサイクル１１は、レシーバーの圧力を検知し、設定圧力範囲となるようにＮＨ3圧縮機１３の容量制御を行うので、１つの冷凍システムで複数の冷却器２２を異温度帯で運転することができる。また、ＣＯ2／ＮＨ3カスケードコンデンサー１７での二酸化炭素凝縮圧力が一定となるので、アンモニアサイクル側においても吸入圧力が一定となり、システム全体として安定した運転となる。
【００３５】
これにより、１つの冷凍システムで複数台の冷却器２２を異なる温度で運転する場合であっても、システム全体の運転条件をほぼ一定に維持することが可能となり、過負荷や冷却不良を起こさないで常に安定した運転を行うことができる。
【００３６】
なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上説明したように、本発明は冷凍倉庫等の被冷却室内の冷凍に限らず、例えば冷凍ショーケースや空調システム等にも応用できる。
【符号の説明】
【００３８】
１０      冷凍システム
１１      アンモニアサイクル
１２      炭酸ガスサイクル
１３      ＮＨ3圧縮機
１４      ＮＨ3凝縮器
１５      ＮＨ3レシーバー
１６      ＮＨ3膨張弁
１７      ＣＯ2／ＮＨ3カスケードコンデンサー
１８      ＣＯ2レシーバー
１９      ＣＯ2液ポンプ
２０      給液電磁弁
２１      流量調整弁
２２      冷却器(蒸発器)
２３      温度センサ
２４      温度調節計
２５      ＣＯ2圧力センサ
２６      ＣＯ2圧力センサ
２７      ＣＯ2温度センサ
２８      過熱度調節計
２９      圧力調節計
１０１    ＣＯ2／ＮＨ3ユニット
１０２ａ，１０２ｂ      被冷却室
【図１】
2011163713.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成22年2月12日(2010.2.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
次に、このように構成された冷凍システム１０の動作について説明する。なお、このシステムでは、冷凍運転の操作はシステム全体を制御する制御部３０を介して行われる。該制御部３０は、一例としてマイクロコンピュータ(通称「マイコン」)であり、該制御部３０には該冷凍システム１０の全体を予め決められた手順に従って制御するプログラム等が格納されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
また、前記冷却器２２を運転するときには、冷却器２２の出口側において、該冷却器２２内でガス化されたＣＯ2媒体の蒸発圧力及び温度状態をＣＯ2圧力センサ２５及びＣＯ2温度センサ２７で検知し、この値を過熱度調節計２８に送る。該過熱度調節計２８では、この検知された圧力及び温度を基に該冷却器２２における過熱度を求め、該過熱度調節計２８で設定された過熱度一定となるように前記流量調整弁２１を制御し、前記冷却器２２へのＣＯ2媒体の供給量を制御する。これにより、冷却器２２の過熱度が一定となるように制御されてシステム全体の運転条件をほぼ一定に保つ。