(57)【要約】複数の冷凍ユニットを含むカスケード冷凍システムであって、各冷凍ユニットが、  第１の冷凍回路、各第１の冷凍回路は、蒸発器および熱交換器を含む；および  第２の冷凍回路；を含有し、各第１の回路の熱交換器が、そのそれぞれの第１の冷凍回路と第２の冷凍回路との間で熱エネルギーを伝達するように配置されている、前記カスケード冷凍システムを開示する。【選択図】図２
2021531443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カスケード冷凍システムであって、
（ａ）複数の低温冷凍回路、各低温冷凍回路は、
（ｉ）実質的にＨＦＯ−１２３４ｙｆ、Ｒ−４５５Ａ、プロパンおよびこれらの２以上の組み合わせからなり、約１５０以下のＧＷＰを有する可燃性低温冷媒；
（ｉｉ）約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機；および
（ｉｉｉ）前記可燃性低温冷媒が約−５℃〜約−１５℃の温度で凝縮して液体冷媒を生じる熱交換器；および
（ｉｖ）圧縮機に入るガスに熱を加えることによって同凝縮器からの前記液体冷媒を冷却するために、前記圧縮機の上流に接続された吸引ライン熱交換器；
を含む；ならびに
（ｂ）（ｉ）Ｒ５１５Ａ；（ｉｉ）Ｒ５１５Ｂ；（ｉｉｉ）重量に基づき約７０％のＲ１２３４ｙｆおよび約３０％のＣＦ３Ｉを含む混合物（ＦＨ）；（ｉｖ）重量に基づき約７８％のＲ１２３４ｚｅ、約２％のＲ１２３３ｚｄおよび約２０％のＣＦ３Ｉを含む混合物（Ａ１）；および（ｖ）重量に基づき約８４％のＲ１２３４ｚｅ、約２％のＲ１２３３ｚｄおよび約９．６％のＣＦ３Ｉを含む混合物（Ａ２）；からなる群より選択される不燃性中温冷媒を含む中温冷凍回路であって、前記冷媒が、前記低温冷媒凝縮温度未満で約−５℃〜約−１５℃の範囲にある温度で蒸発し、前記中温冷媒が、前記低温冷凍回路内の前記可燃性冷媒から熱を吸収することによって前記熱交換器で蒸発する、前記中温冷凍回路；
を含む、前記カスケード冷凍システム。
【請求項２】
前記低温冷凍回路の２以上が、それぞれ別個のモジュール式冷凍ユニット内にあり、前記少なくとも２つのモジュール式冷凍ユニットが、公衆に開放されている第１の領域に位置付けられている、請求項１に記載のカスケード冷凍システム。
【請求項３】
第２の冷凍回路が、第１の領域と機械室を含む第２の領域との間に第２の冷凍回路を延在させる部分を包含する、請求項２に記載のカスケード冷凍システム。
【請求項４】
第２の冷凍回路が、第２の冷凍回路を第３の領域へ延在させる部分を包含する、請求項３４に記載のカスケード冷凍システム。
【請求項５】
各第１の冷凍回路がさらに流体膨張装置を含み、該流体膨張装置が毛細管および／またはオリフィス管である、請求項１に記載のカスケード冷凍システム。
【請求項６】
前記可燃性低温冷媒がＲ−１２３４ｙｆであり、前記不燃性中温冷媒がＡ１および／またはＡ２である、請求項１に記載のカスケード冷凍システム。
【請求項７】
前記可燃性低温冷媒がＲ−４５５Ａであり、前記不燃性中温冷媒がＡ１および／またはＡ２である、請求項１に記載のカスケード冷凍システム。
【請求項８】
前記可燃性低温冷媒がＲ−４５５Ａであり、前記不燃性中温冷媒がＡ１および／またはＡ２である、請求項１に記載のカスケード冷凍システム。
【請求項９】
前記中温冷凍システムが、前記低温冷凍の実質的に完全に外部に位置付けられている、請求項１〜３２のいずれかに記載のカスケード冷凍システム。
【請求項１０】
前記熱交換器が満液式熱交換器である、請求項に記載のカスケード冷凍システム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001]本出願は、２０１８年７月９日に出願された米国仮出願第６２／６９５６５８号に関連し、その優先権の利益を主張するものである。該米国仮出願を、本明細書中で参考として援用する。
【技術分野】
【０００２】
[0002]本開示は、カスケード冷凍システムおよび方法、とりわけ、限定されるものではないが、特定の低ＧＷＰ冷媒と共に使用する際に例外的な性能を有するカスケード冷凍システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]冷凍産業は、規制変更やその他を通して、Ｒ４０４Ａのような高い地球温暖化係数（ＧＷＰ）の冷媒を、ＧＷＰが１５０未満である冷媒のような低ＧＷＰ冷媒に置き換えるべきとの圧力にますますさらされている。これは、高容量の冷媒が用いられる商業的冷凍システムにおいてとりわけ重要である。
【０００４】
[0004]１つのアプローチは、二酸化炭素（Ｒ７４４）および炭化水素冷媒などの低ＧＷＰ冷媒を使用することであった。しかしながら、これまで使用されてきたこのようなアプローチは、システムのエネルギー効率が悪くて、運転コストが高くなる；システムが非常に複雑で、システムの初期費用が高くなる；システムの耐久性および信頼性が低くて、保守費用が高くなる；および、システムの可燃性が高い；などの重大な安全性および財政上の欠点を有する可能性がある。従来の配置に従った非常に可燃性の高い冷媒を包含するシステムは、安全性のレベルが低くなる可能性があり、規制条例の制約に抵触する可能性があり、冷凍システムの運転員および製造業者に対する負担を増大させる可能性があるため、とりわけ不利であった。スーパーマーケットの冷蔵庫、フリーザーおよびコールドショーケースなど、多くの商業的冷凍用途は公的にアクセス可能であり、しばしば人口密度の高い空間で稼働することを考えると、安全性は特に懸念される。
【０００５】
[0005]したがって、出願人らは、冷凍産業が、既存の技術で用いることができる高ＧＷＰ冷媒の使用を削減するための安全で堅牢かつ持続可能なアプローチを引き続き必要としていることを、認識するようになった。
【０００６】
[0006]これまで使用されてきたそのようなアプローチの１つを、図１Ａに示す。図１は、スーパーマーケットでの商業用冷凍に一般的に使用されている冷凍システム１００を示す。システム１００は、中温冷凍回路１１０および低温冷凍回路１２０を介して中温および低温の両方の冷凍を提供する直接膨張システムである。
【０００７】
[0007]図１Ａで１００とした典型的な従来の構成において、中温冷凍回路１１０は、その冷媒としてＲ１３４ａを有する。中温冷凍回路１１０は、中温冷却を提供するのみならず、熱交換器１３０を介してより低温の冷凍回路１２０から排除された熱の除去ももたらす。中温冷凍回路１１０は、ルーフ１４０、機械室１４１および販売フロア１４２の間に延在する。一方、低温冷凍回路１２０は、その冷媒としてＲ７４４を有する。低温冷凍回路１２０は、機械室１４１と販売フロア１４２の間に延在する。有利なことに、上記したように、Ｒ７４４は低いＧＷＰを有する。
【０００８】
[0008]しかしながら、図１Ａに開示されるタイプの冷凍システムは良好な効率レベルを提供することができるかもしれないが、出願人らは、このタイプのシステムが少なくとも２つの主要な欠点を有することを認識するようになってきた：第１に、このようなシステムは、高ＧＷＰ冷媒のＲ１３４ａ（Ｒ１３４ａは約１３００のＧＷＰを有する）を使用し；第２に、このようなシステムの低温部分では低ＧＷＰ冷媒のＲ７４４が用いられているが、この冷媒は、重大な安全性および財政上の欠点を含む、上記のような多くの欠点を示す。
【発明の概要】
【０００９】
[0009]本発明は、カスケード冷凍システムであって、
（ａ）複数の低温冷凍回路、各低温冷凍回路は、
（ｉ）約１５０以下のＧＷＰを有する可燃性低温冷媒；
（ｉｉ）約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機；および
（ｉｉｉ）前記可燃性低温冷媒が約−５℃〜約−１５℃の温度範囲内で凝縮する熱交換器；
を含む；ならびに
（ｂ）Ｒ５１５Ａ、Ｒ５１５Ｂ、ＦＨ、Ａ１（ＨＤＲ−１２７）、Ａ２（ＨＤＲ−１２８）（すべて、表６ａなどにおいて本明細書中で定義される）からなる群より選択され、前記低温冷媒凝縮温度未満で約−５℃〜約−１５℃の範囲にある温度で蒸発する不燃性中温冷媒を含む中温冷凍回路であって、前記中温冷媒が、前記低温冷凍回路内の前記可燃性冷媒から熱を吸収することによって前記熱交換器で蒸発する、前記中温冷凍回路；
を含む、前記カスケード冷凍システムを包含する。便宜上、このパラグラフによるシステムを、本明細書ではシステム１とよぶことがある。
【００１０】
[0010]本発明は、カスケード冷凍システムであって、
（ａ）複数の低温冷凍回路、各低温冷凍回路は、
（ｉ）実質的にＨＦＯ−１２３４ｙｆおよび／またはＲ−４５５Ａおよび／またはプロパンからなり、約１５０以下のＧＷＰを有する可燃性低温冷媒；
（ｉｉ）約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機；および
（ｉｉｉ）前記可燃性低温冷媒が約−５℃〜約−１５℃の温度範囲内で凝縮する熱交換器；
を含む；ならびに
（ｂ）Ｒ５１５Ａ、Ｒ５１５Ｂ、ＦＨ、Ａ１（ＨＤＲ−１２７）、Ａ２（ＨＤＲ−１２８）（すべて、表６ａなどにおいて本明細書中で定義される）からなる群より選択され、前記低温冷媒凝縮温度未満で約−５℃〜約−１５℃の範囲にある温度で蒸発する不燃性中温冷媒を含む中温冷凍回路であって、前記中温冷媒が、前記低温冷凍回路内の前記可燃性冷媒から熱を吸収することによって前記熱交換器で蒸発する、前記中温冷凍回路；
を含む、前記カスケード冷凍システムを包含する。便宜上、このパラグラフによるシステムを、本明細書ではシステム２とよぶことがある。
【００１１】
[0011]本発明は、カスケード冷凍システムであって、
（ａ）複数の内蔵型低温冷凍回路、そのような回路の少なくとも２つは、別個のモジュール式冷凍ユニットに含有されており、前記モジュール式冷凍ユニットの各々は、公衆に開放されている第１の領域に位置付けられており、各低温冷凍回路は、
（ｉ）実質的にＨＦＯ−１２３４ｙｆおよび／またはＲ−４５５Ａおよび／またはプロパンからなり、約１５０以下のＧＷＰを有する可燃性低温冷媒；
（ｉｉ）約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機；および
（ｉｉｉ）前記可燃性低温冷媒が約−５℃〜約−１５℃の温度範囲内で凝縮する熱交換器；
（ｉｖ）圧縮機に入るガスに熱を加えるために前記圧縮機の上流に接続された吸引ライン熱交換器；
を含む；ならびに
（ｂ）Ｒ５１５Ａ、Ｒ５１５Ｂ、ＦＨ、Ａ１（ＨＤＲ−１２７）、Ａ２（ＨＤＲ−１２８）（すべて、表６ａなどにおいて本明細書中で定義される）からなる群より選択され、前記低温冷媒凝縮温度未満で約−５℃〜約−１５℃の範囲にある温度で蒸発する不燃性中温冷媒を含む中温冷凍回路であって、前記中温冷媒が、前記低温冷凍回路内の前記可燃性冷媒から熱を吸収することによって前記熱交換器で蒸発する、前記中温冷凍回路；
を含む、前記カスケード冷凍システムを包含する。便宜上、このパラグラフによるシステムを、本明細書ではシステム３とよぶことがある。
【００１２】
[0012]本発明は、カスケード冷凍システムであって、
（ａ）複数の低温冷凍回路、各低温冷凍回路は、
（ｉ）実質的にＨＦＯ−１２３４ｙｆおよび／またはＲ−４５５Ａおよび／またはプロパンからなり、約１５０以下のＧＷＰを有する可燃性低温冷媒；
（ｉｉ）約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機；および
（ｉｉｉ）前記可燃性低温冷媒が約−５℃〜約−１５℃の温度範囲内で凝縮する熱交換器；
を含む；ならびに
（ｂ）Ｒ５１５Ａ、Ｒ５１５Ｂ、ＦＨ、Ａ１（ＨＤＲ−１２７）、Ａ２（ＨＤＲ−１２８）（すべて、表６ａなどにおいて本明細書中で定義される）からなる群より選択され、前記低温冷媒凝縮温度未満で約−５℃〜約−１５℃の範囲にある温度で蒸発する不燃性中温冷媒を含む中温冷凍回路であって、前記中温冷媒が、前記低温冷凍回路内の前記可燃性冷媒から熱を吸収することによって前記熱交換器で蒸発する、前記中温冷凍回路；
を含む、前記カスケード冷凍システムを包含する。便宜上、このパラグラフによるシステムを、本明細書ではシステム４とよぶことがある。
【００１３】
[0013]本明細書で使用する場合、冷媒に関する「可燃性」という用語は、冷媒が、条件および装置を定義し、現行法のＡＳＴＭ  Ｅ６８１−０９付属書Ａ１を使用する、ＡＳＨＲＡＥ ３４−２０１６試験プロトコルに基づき、Ａ１に分類されないことを意味する。したがって、条件および装置を定義し、現行法のＡＳＴＭ  Ｅ６８１−０９付属書Ａ１を使用する、ＡＳＨＲＡＥ ３４−２０１６試験プロトコルに基づき、Ａ２Ｌとして分類されるか、Ａ２Ｌ分類よりも可燃性が高い冷媒は、可燃性であるとみなされる。
【００１４】
[0014]逆に、冷媒に関する「不燃性」という用語は、冷媒が、条件および装置を定義し、現行法のＡＳＴＭ  Ｅ６８１−０９付属書Ａ１を使用する、ＡＳＨＲＡＥ ３４−２０１６試験プロトコルに基づき、Ａ１に分類されることを意味する。
【００１５】
[0015]本明細書で使用する場合、「中温冷凍」という用語は、回路内を循環する冷媒が約−５℃〜約−１５℃の温度、好ましくは約−１０℃の温度で蒸発する冷凍回路をさす。温度に関して本明細書中で使用する場合、「約」という用語は、同定された温度における＋／−３℃の変動を意味するものと理解されたい。中温回路内を循環する冷媒は、−１０℃＋／−２℃、または−１０℃＋／−１℃の温度で蒸発することができる。
【００１６】
[0016]本発明の中温冷凍は、例えば、乳製品、デリミートおよび生鮮食品などの製品を冷却するために使用することができる。異なる製品の個々の温度レベルは、製品の要件に基づき調整される。
【００１７】
[0017]低温冷凍は、典型的には約−２５℃の蒸発レベルで提供される。本明細書で用いる場合、「低温冷凍」という用語は、回路内を循環する冷媒が約−２０℃〜約−３０℃の温度、好ましくは約−２５℃の温度で蒸発する冷凍回路をさす。低温回路内を循環する冷媒は、−２５℃＋／−２℃、または−２５℃ ＋／−１℃の温度で蒸発することができる。
【００１８】
[0018]本発明の低温冷凍は、例えば、アイスクリームおよび冷凍品などの製品を冷却するために使用することができ、この場合も、異なる製品の個々の温度レベルは、製品の要件に基づき調整される。
【００１９】
[0019]本発明はまた、システム１〜４の各々を含むカスケード冷凍システムであって、前記熱交換器（ｉｉｉ）が、前記低温冷媒から熱を吸収することによって前記中温冷媒が前記熱交換器内で蒸発する満液式熱交換器である、前記カスケード冷凍システムも包含する。
【００２０】
[0020]本明細書で使用する場合、「満液式熱交換器」という用語は、液体冷媒を蒸発させて、実質的に過熱を伴うことなく冷媒蒸気を生成する熱交換器をさす。本明細書で使用する場合、「実質的に過熱を伴わない」という用語は、蒸発器を出る蒸気が、熱交換器内の液体冷媒の沸点より１℃以下高い温度にあることを意味する。
【００２１】
[0021]本発明はまた、システム１〜４の各々を含むカスケード冷凍システムであって、複数の低温冷凍回路を含み、各低温冷凍回路が、少なくとも約５０重量％、または少なくとも約７５重量％、または少なくとも９５重量％、または少なくとも９９重量％のＨＦＯ−１２３４ｙｆ、Ｒ４５５Ａ、プロパン、またはこれらの組合せを含む可燃性低温冷媒を含む、前記カスケード冷凍システムも包含する。
【００２２】
[0022]本発明はまた、システム１〜４の各々を含むカスケード冷凍システムであって、複数の低温冷凍回路を含み、各低温冷凍回路が、少なくとも約５０重量％、または少なくとも約７５重量％、または少なくとも９５重量％、または少なくとも９９重量％のＨＦＯ−１２３４ｙｆ、Ｒ４５５Ａ、プロパン、またはこれらの組み合わせを含む可燃性低温冷媒を含み、前記熱交換器が、前記低温冷媒から熱を吸収することによって前記中温冷媒が前記熱交換器内で蒸発する満液式熱交換器である、前記カスケード冷凍システムも包含する。  
【００２３】
[0023]システム１〜４の各々を含む好ましい態様において、第２の回路、好ましくは中温回路は、前記複数の第１の冷凍ユニットの実質的に完全に外部に、好ましくは前記複数の低温回路の外部に、位置付けることができる。本明細書で使用する場合、「実質的に完全に外部」という用語は、第１および第２の冷凍回路の冷媒間の熱交換を提供するために、第２の冷凍回路の一部とみなすことができる輸送管などが第１の冷凍ユニットに入り込むことができる点を除いて、第２の冷凍回路の構成要素が前記第１の冷凍ユニット内部にないことを意味する。
【００２４】
[0024]本明細書で使用する場合、「第１の冷凍ユニット」および「低温冷凍ユニット」という用語は、少なくとも部分的に閉鎖または閉鎖可能な構造物であって、その構造物の少なくとも一部の内部で冷却を提供することができ、上記第２の冷凍回路を全体的に封入または含有する任意の構造物とは構造的に異なる構造物を意味する。このような意味に従って、また、このような意味と一致して、本発明の好ましい第１の冷凍回路および低温冷凍回路は、本明細書中に記載される意味に従って、このような第１（好ましくは低温）の冷凍ユニット内に含有される場合、本明細書では「内蔵された」と表すことがある。
【００２５】
[0025]システム１〜４の各々に含まれる第２の冷凍回路はさらに、流体受容器を含むことができる。
[0026]システム１〜４の各々に含まれる各第１の冷凍回路は、それぞれの冷凍ユニット内に内蔵されていてもよい。
【００２６】
[0027]システム１〜４の各々に含まれる各冷凍ユニットは、第１の領域内に位置付けられることができる。第１の領域は、店舗フロアであってもよい。これは、各第１の冷凍回路（好ましくは低温冷凍回路）を、店舗フロアのような第１の領域内に位置付けることもできることを意味する。
【００２７】
[0028]システム１〜４の各々に含まれる各冷凍ユニットは、チル冷却(chill)される空間内に含有される空間および／または物体を含むことができ、好ましくは、その空間は冷凍ユニット内にある。各蒸発器は、好ましくはチル冷却される空間内の空気を冷却することによって、それぞれの空間／物体をチル冷却すように位置付けることができる。
【００２８】
[0029]上記のように、システム１〜４の各々を含む本発明の第２の冷凍回路、好ましくは中温冷凍回路は、第１の冷凍ユニット（好ましくは低温冷凍ユニット）と第２の領域との間に延在するその構成要素を有することができる。第２の領域は、例えば、第２の冷凍回路の構成要素の実質的部分を収容する機械室であってもよい。
【００２９】
[0030]システム１〜４の各々を含む本発明の第２の冷凍回路（好ましくは中温冷凍ユニット）は、第２および第３の領域へ延在することができる。第３の領域は、第１の冷凍ユニットおよび第２の領域（１以上）が位置付けられる単数または複数の建造物の外部の領域であることができる。これにより、周囲の冷却を利用することが可能になる。
【００３０】
[0031]特定の態様について本明細書で特記しない限り、第１の冷凍回路のそれぞれの冷媒は、第１の冷凍回路の他の冷媒と異なるか、または同じであることができ、それぞれはまた、第２の冷凍回路の冷媒と同じであるか、または異なっていることができる。
【００３１】
[0032]特定の態様について本明細書で特記しない限り、第１の冷凍回路の冷媒および／または第２の冷凍回路の冷媒は、低い地球温暖化係数（ＧＷＰ）を有することができる。
[0033]特定の態様について本明細書で特記しない限り、第１の冷凍回路の冷媒および／または第２の冷凍回路の冷媒は、１５０未満のＧＷＰを有することができる。これは、第１の冷凍回路のそれぞれが、各冷凍ユニットに提供されていることにより可能となる。
【００３２】
[0034]特定の態様について本明細書で特記しない限り、第２の冷凍回路の冷媒は不燃性、すなわち、ＡＳＨＲＡＥ ３４（ＡＳＴＭ  Ｅ６８１によって測定される）に基づきＡ１と分類されるか、またはＡＳＨＲＡＥ  ３４（ＡＳＴＭ  Ｅ６８１によって測定される）に基づきＡ２Ｌと分類されることができる。これは、第２の冷凍回路はかなり長く、建造物の異なる領域間、例えば、店舗フロア（冷凍ユニットが配備される可能性がある場所）と機械室の間に延在する可能性があるため、望ましい可能性がある。したがって、第２の冷凍回路がより広い領域に及ぶにつれ、漏洩のリスクおよび潜在的漏洩の重大性の両方が増大し、その結果、より多くの人および／または構造物が火災の危険にさらされるため、第２の冷凍回路に可燃性冷媒を有することは安全性に欠く可能性がある。
【００３３】
[0035]第１の冷凍回路の冷媒は可燃性であることができる。これは、それぞれの冷凍ユニットに提供されている各第１の冷凍回路が、内部に比較的低出力の圧縮機（１以上）を含有するので、実際には少なくとも部分的に許容可能であり得る。
【００３４】
[0036]システム１〜４の各々に含まれる各第１の冷凍回路は、少なくとも１つの流体膨張装置を含むことができる。少なくとも１つの流体膨張装置は、毛細管またはオリフィス管であることができる。これは、それぞれの冷凍ユニットが比較的一定であることにより各第１の冷凍回路に課せられる条件によって可能となる。これは、毛細管およびオリフィス管のようなより単純な流れ制御装置を、第１の冷凍回路において有利に使用することができ、好ましくは使用することを意味する。
【００３５】
[0037]システム１〜４の各々に含まれる第１の冷凍回路のそれぞれの平均温度は、第２の冷凍回路の平均温度より低くてもよい。これは、第２の冷凍回路を使用して、第１の冷凍回路の冷却を提供する、すなわち、第１の冷凍回路から熱を除去することができ；そして、各第１の冷凍回路は、そのそれぞれの冷凍ユニット内でチル冷却される空間を冷却することができるためである。
【００３６】
[0038]第２の冷凍回路は、第１の冷凍回路のそれぞれを冷却することができる、すなわち、第１の冷凍回路のそれぞれから熱を除去することができる。
[0039]各熱交換器は、それぞれの回路境界(interface)位置において、そのそれぞれの第１の冷凍回路と第２の冷凍回路との間で熱エネルギーを伝達するように配置されていることができる。
【００３７】
[0040]システム１〜４の各々に含まれる第２の冷凍回路は、第２の蒸発器を含むことができる。第２の蒸発器は、回路境界位置と並列に結合されていることができる。
[0041]システム１〜４の各々に含まれる回路境界位置のそれぞれは、互いの回路境界位置と直並列組み合わせで結合されていることができる。有用なことに、これは、回路境界位置、第１の冷凍回路、または第１の冷凍ユニットのうちの１つで欠陥または遮断が検出された場合、欠陥がシステム内で波及しないように、欠陥の生じた位置、回路、またはユニットを第２の冷凍回路によって隔離および／または迂回することができることを意味する。
【００３８】
[0042]システム１〜４の各々に含まれる回路境界位置のそれぞれは、少なくとも１つの他の回路境界位置と直列に結合していることができる。
[0043]システム１〜４の各々に含まれる回路境界位置のそれぞれは、互いの回路境界位置と直列に結合していることができる。
【００３９】
[0044]システム１〜４の各々に含まれる回路境界位置のそれぞれは、少なくとも１つの他の回路境界位置と並列に結合していることができる。
[0045]システム１〜４の各々に含まれる回路境界位置のそれぞれは、互いの回路境界位置と並列に結合していることができる。
【００４０】
[0046]第２の冷媒、好ましくは中温冷媒は、ブレンド冷媒を含むことができる。ブレンド冷媒は、本明細書で定義されるＲ５１５Ａ、Ｒ５１５Ｂ、ＦＨ、Ａ１（ＨＤＲ−１２７）、および本明細書で定義されるＡ２（ＨＤＲ−１２８）のうちの１以上を含むことができる。
【００４１】
[0047]冷媒Ｒ５１５Ａ、Ｒ５１５Ｂ、ＦＨ、Ａ１（ＨＤＲ−１２７）およびＡ２（ＨＤＲ−１２８）はそれぞれ不燃性である。これは、第２の冷媒回路（好ましくは中温冷媒）は多数の領域に及ぶ可能性があるので、不燃性冷媒を有することは潜在的漏洩の重大性を低減するのに重要であるため、有用である。
【００４２】
[0048]システム１〜４の各々を含む本発明は、Ｒ５１５Ａを含むか、実質的にＲ５１５Ａからなるか、またはＲ５１５Ａからなる第２の冷媒を包含する。
[0049]システム１〜４の各々を含む本発明は、ＨＦＯ−１２３４ｙｆを含むか、実質的にＨＦＯ−１２３４ｙｆからなるか、またはＨＦＯ−１２３４ｙｆからなる第１の冷媒と、Ｒ５１５Ａを含む前記第２の冷媒を包含する。
【００４３】
[0050]システム１〜４の各々を含む本発明は、Ｒ−４５５Ａを含むか、実質的にＲ−４５５Ａからなるか、またはＲ−４５５Ａからなる第１の冷媒と、Ｒ５１５Ａを含む前記第２の冷媒を包含する。
【００４４】
[0051]システム１〜４の各々を含む本発明は、プロパンを含むか、実質的にプロパンからなるか、またはプロパンからなる第１の冷媒と、Ｒ５１５Ａを含む前記第２の冷媒を包含する。
【００４５】
[0052]システム１〜４の各々を含む本発明は、Ｒ５１５Ｂを含むか、実質的にＲ５１５Ｂからなるか、またはＲ５１５Ｂからなる第２の冷媒を包含する。
[0053]システム１〜４の各々を含む本発明は、ＨＦＯ−１２３４ｙｆを含むか、実質的にＨＦＯ−１２３４ｙｆからなるか、またはＨＦＯ−１２３４ｙｆからなる第１の冷媒と、Ｒ５１５Ｂを含む前記第２の冷媒を包含する。
【００４６】
[0054]システム１〜４の各々を含む本発明は、Ｒ−４５５Ａを含むか、実質的にＲ−４５５Ａからなるか、またはＲ−４５５Ａからなる第１の冷媒と、Ｒ５１５Ｂを含む前記第２の冷媒を包含する。
【００４７】
[0055]システム１〜４の各々を含む本発明は、プロパンを含むか、実質的にプロパンからなるか、またはプロパンからなる第１の冷媒と、Ｒ５１５Ｂを含む前記第２の冷媒を包含する。
【００４８】
[0056]システム１〜４の各々を含む本発明は、ＦＨを含むか、実質的にＦＨからなるか、またはＦＨからなる第２の冷媒を包含する。
[0057]システム１〜４の各々を含む本発明は、ＨＦＯ−１２３４ｙｆを含むか、実質的にＨＦＯ−１２３４ｙｆからなるか、またはＨＦＯ−１２３４ｙｆからなる第１の冷媒と、ＦＨを含む前記第２の冷媒を包含する。
【００４９】
[0058]システム１〜４の各々を含む本発明は、Ｒ−４５５Ａを含むか、実質的にＲ−４５５Ａからなるか、またはＲ−４５５Ａからなる第１の冷媒と、ＦＨを含む前記第２の冷媒を包含する。
【００５０】
[0059]システム１〜４の各々を含む本発明は、プロパンを含むか、実質的にプロパンからなるか、またはプロパンからなる第１の冷媒と、ＦＨを含む前記第２の冷媒を包含する。
【００５１】
[0060]システム１〜４の各々を含む本発明は、Ａ１（ＨＤＲ−１２７）を含むか、実質的にＡ１（ＨＤＲ−１２７）からなるか、またはＡ１（ＨＤＲ−１２７）からなる第２の冷媒を包含する。
【００５２】
[0061]システム１〜４の各々を含む本発明は、ＨＦＯ−１２３４ｙｆを含むか、実質的にＨＦＯ−１２３４ｙｆからなるか、またはＨＦＯ−１２３４ｙｆからなる第１の冷媒と、Ａ１（ＨＤＲ−１２７）を含む前記第２の冷媒を包含する。
【００５３】
[0062]システム１〜４の各々を含む本発明は、Ｒ−４５５Ａを含むか、実質的にＲ−４５５Ａからなるか、またはＲ−４５５Ａからなる第１の冷媒と、Ａ１（ＨＤＲ−１２７）を含む前記第２の冷媒を包含する。
【００５４】
[0063]システム１〜４の各々を含む本発明は、プロパンを含むか、実質的にプロパンからなるか、またはプロパンからなる第１の冷媒と、Ａ１（ＨＤＲ−１２７）を含む前記第２の冷媒を包含する。
【００５５】
[0064]システム１〜４の各々を含む本発明は、Ａ２（ＨＤＲ−１２８）を含むか、実質的にＡ２（ＨＤＲ−１２８）からなるか、またはＡ２（ＨＤＲ−１２８）からなる第２の冷媒を包含する。
【００５６】
[0065]システム１〜４の各々を含む本発明は、ＨＦＯ−１２３４ｙｆを含むか、実質的にＨＦＯ−１２３４ｙｆからなるか、またはＨＦＯ−１２３４ｙｆからなる第１の冷媒と、Ａ２（ＨＤＲ−１２８）を含む前記第２の冷媒を包含する。
【００５７】
[0066]システム１〜４の各々を含む本発明は、Ｒ−４５５Ａを含むか、実質的にＲ−４５５Ａからなるか、またはＲ−４５５Ａからなる第１の冷媒と、Ａ２（ＨＤＲ−１２８）を含む前記第２の冷媒を包含する。
【００５８】
[0067]システム１〜４の各々を含む本発明は、プロパンを含むか、実質的にプロパンからなるか、またはプロパンからなる第１の冷媒と、Ａ２（ＨＤＲ−１２８）を含む前記第２の冷媒を包含する。
【００５９】
[0068]他の態様において、不燃性冷媒は、ＨＦＯ−１２３３ｚｄ（Ｅ）を含むことができるか、少なくとも約５０％のＨＦＯ−１２３３ｚｄ（Ｅ）を含むことができるか、少なくとも約７５％のＨＦＯ−１２３３ｚｄ（Ｅ）を含むことができるか、実質的にＨＦＯ−１２３３ｚｄ（Ｅ）からなることができるか、またはＨＦＯ−１２３３ｚｄ（Ｅ）からなることができる。
【００６０】
[0069]第１の冷媒回路（好ましくは低温冷凍回路）に使用される第１の冷媒（好ましくは低温冷媒）は、Ｒ７４４、Ｃ３−Ｃ４炭化水素、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ４５５Ａ、およびこれらの組み合わせのいずれかを含むことができる。炭化水素は、プロパン（Ｒ２９０としても知られる）、Ｒ６００ａまたはＲ１２７０のいずれかを含むことができる。これらの冷媒はＧＷＰが低い。当業者に知られているように、Ｒ４５５Ａは、約７５．５重量％のＲ１２３４ｙｆ、約２１．５重量％のＲ−３２、および約３重量％のＲ７４４（ＣＯ２）からなる。
【００６１】
[0070]第２の冷凍回路は、さらに圧縮機を含むことができる。
[0071]第２の冷凍回路は、周囲冷却分岐部と、圧縮機を含む圧縮機分岐部とを含むことができる。これは、圧縮機分岐部を迂回することができることを意味する。圧縮機分岐部を迂回する利点は、周囲条件が第２の冷媒と比べて十分に冷たい場合、周囲空気によって十分な冷却が提供されるので、圧縮機段階を迂回することができるということである。
【００６２】
[0072]周囲冷却分岐部は、圧縮機分岐部と並列に結合していることができる。並列配置によって、圧縮機分岐部が第２の冷媒によって迂回されることが可能になる。
[0073]周囲冷却分岐部は、外部周囲温度に暴露されることができる。これは、圧縮機段階の代わりに第２の冷媒を冷却するためである。
【００６３】
[0074]周囲冷却分岐部は、第１の領域を含む単数または複数の建造物の外部まで延在することができる。
[0075]周囲空気温度が、周囲冷却分岐部に入る冷媒の温度よりも低い場合、周囲冷却分岐部に入る冷媒は周囲空気温度によって冷却されることができる。
【００６４】
[0076]周囲冷却分岐部は、ポンプと直列に結合していることができる。
[0077]周囲冷却分岐部および圧縮機分岐部のそれぞれにおける冷媒の流れを制御するために、周囲冷却分岐部と圧縮機分岐部との間の接合部の両方の一方に弁を提供することができる。これにより、圧縮機分岐部および／または周囲冷却分岐部が利用されるかどうか、および利用される量の制御が可能になる。
【００６５】
[0078]ポンプ、さらなる蒸発器および回路境界位置は、単数または複数の弁の間に位置付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
[0079]ここで、図面を参照して、本開示の代表的な配置について説明する。  
【図１Ａ】[0080]図１Ａは、以前に用いられた冷凍システムの例を示す。
【図１Ｂ】[0081] 図１Ｂは、本明細書に記載される比較例の基礎である冷凍システムの例を示す。
【図２】[0082]図２は、カスケード冷凍システムを示す。
【図３】[0083]図３は、代替的カスケード冷凍システムを示す。
【図４】[0084]図４は、満液式蒸発器を使用するカスケード冷凍システムを示す。
【図４Ａ】[0085]図４Ａは、満液式蒸発器を使用する代替的カスケード冷凍システムを示す。
【図５Ａ】[0086] 図５Ａは、吸引ライン熱交換器を有さない冷凍システムを示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、吸引ライン熱交換器を有する冷凍システムを示す。
【図６】[0087]図６は、Ｒ５１５ＡおよびＲ７４４冷媒を有する冷凍システムの地球温暖化係数のグラフを示す。
【図７】[0088]図７は、本発明の好ましい態様によるカスケード冷凍システムを示す。
【００６７】
[0089]本明細書の全体にわたり、同様の参照番号は同様の部分をさす。
【発明を実施するための形態】
【００６８】
比較例
[0090]本開示の冷凍回路およびそれら各々の利点に関する当業者の理解を助けるために、図１Ａおよび図１Ｂに示す比較冷凍システムを参照して、冷凍システムの機能について簡単に説明する。
【００６９】
[0091]図１Ｂは、以下に記載するさらなるシステムと比較するための冷凍システム１００の一例を示す。システム１００は、中温冷凍回路１１０および低温冷凍回路１２０を含む。
【００７０】
[0092]低温冷凍回路１２０は、圧縮機１２１、周囲条件に熱を排除するための熱交換器１３０との境界部、膨張弁１２２、および蒸発器１２３を有する。低温冷凍回路１２０は回路間熱交換器１５０を介して中温冷凍回路１１０と連結しており、回路間熱交換器１５０は、低温冷媒から中温冷媒に熱を排除し、それによって低温冷媒サイクルにおいて過冷却冷媒液体を生じさせる働きをする。蒸発器１２３は、フリーザー区画の内部のような、チル冷却される空間と連結している。低温冷凍回路の構成要素は、蒸発器１２３、圧縮機１２１、熱交換器１３０、回路間熱交換器１５０、および膨張弁１２２の順に接続されている。構成要素は、低温冷媒を含有するパイプ１２４を介して互いに接続している。
【００７１】
[0093]中温冷凍回路１１０は、圧縮機１１１、周囲条件に熱を排除するための凝縮器１１３、および流体受容器１１４を有する。受容器１１４からの液体中温冷媒は、膨張弁１１２および１１８のそれぞれに流れるようにマニホールドで分配され、このようにして、膨張装置１１８の下流の低温過冷却分岐部１１７、および膨張装置１１２の下流の中温冷却分岐部１１６という、２つの並列に接続された分岐部が提供される。低温過冷却分岐部は、上記のように低温回路に過冷却を提供する回路間熱交換器を包含する。中温冷却分岐部１１６は中温蒸発器１１９を包含し、この蒸発器は、冷凍区画の内部のような、チル冷却される空間と連結している。
【００７２】
[0094]中温冷媒は、Ｒ１３４ａなどの高ＧＷＰ冷媒である。Ｒ１３４Ａは、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）である。Ｒ１３４ａは不燃性であり、良好な成績係数を提供する。
【００７３】
[0095]システム１００は、建造物の以下の３つの領域にまたがっている：凝縮器１１３および１３０が位置付けられているルーフ；圧縮機１１１、１１２、熱交換器１５０、受入タンク１１４および膨張装置１１８が位置付けられている機械室；ならびに、ＬＴケース、ＭＴケース、およびそれらの各膨張装置が位置付けられている販売フロア１４２。このように、低温冷凍回路１２０および中温冷凍回路１１０はそれぞれ、販売フロア、機械室およびルーフの間に延在している。使用中に、中温回路１１０は、蒸発器１１９を介して、チル冷却される空間に中温チル冷却を提供し、低温回路１２０は、蒸発器１２３を介して、チル冷却される空間に低温チル冷却を提供する。中温回路１１０はまた、低温凝縮器１２０からの液体凝縮物からも熱を除去し、これにより、蒸発器１２３に入る液体に過冷却をもたらす。
【００７４】
[0096]ここで、低温冷凍回路１２０のさまざまな構成要素の個々および全体的な機能について説明する。熱交換器１５０から始めると、熱交換器１３０は、低温冷媒と中温冷媒の間で熱を伝達するのに適した装置である。一例において、熱交換器１５０はシェルアンドチューブ式熱交換器である。プレート式熱交換器および他の設計のもののような他のタイプの熱交換器も使用することができる。使用中に、中温冷媒は低温冷媒から熱を吸収し、これにより低温冷媒はチル冷却される。この熱交換器１５０を介した熱の除去により、凝縮器１３０からの液体低温冷媒は過冷却され、その後、過冷却された低温冷媒は、パイプ１２４の液体ラインを通って膨張弁１２２に流れる。膨張弁１２２の役割は、低温冷媒の圧力を低下させることである。圧力と温度は比例するので、そうすることにより、低温冷媒の温度はそれに応じて低下する。その後、低温低圧の冷媒は蒸発器１２３に流れるか、またはポンプ輸送される。蒸発器１２３は、冷却される空間、例えばスーパーマーケットの低温冷凍ケースから、低温冷媒へ、熱を伝達するために使用される。すなわち、蒸発器１２３では、液体冷媒が、チル冷却される空間から熱を受け取り、その際に蒸発してガスになる。蒸発器１２３の後、ガスは、パイプ１２４の吸引ラインを通って、圧縮機１２１によって圧縮機１２１に引き込まれる。圧縮機１２１に到達すると、低圧で低温のガス状冷媒は圧縮される。これにより、冷媒温度は上昇する。その結果、冷媒は、低温低圧ガスから高温高圧ガスに変換される。高温高圧ガスは、パイプ１２４の排出パイプ中に放出されて熱交換器（凝縮器）１３０に移動し、そこで、ガスは前記方法で液体に凝縮される。これは、低温冷凍回路１２０の動作を具体的に説明しているが、ここで説明した原理は、冷凍サイクルに一般に適用することができる。
【００７５】
[0097]ここで、中温冷凍回路１１０のさまざまな構成要素の個々および全体的な機能について説明する。熱交換器１５０から始めると、上記のように、中温冷媒は熱交換器１５０を介して低温冷媒から熱を吸収する。この熱の吸収により、熱交換器１５０に入る際に低温ガスおよび／またはガスと液体との混合物である中温回路１５０内の冷媒は、液体を気相に変化させ、および／または過熱が生じる場合にはガスの温度を上昇させる。熱交換器１５０を出る際に、ガス状冷媒は（蒸発器１１９からの冷媒とともに）圧縮器１１１中に吸引され、圧縮器１１１によって高温高圧ガスに圧縮される。このガスはパイプ１１５中に放出され、この例では、建造物のルーフ上に位置付けられている凝縮器１１３に移動する。凝縮器１１３では、ガス状中温冷媒が外部周囲空気に熱を放出し、その結果、冷却されて液体に凝縮する。凝縮器１１３の後、液体冷媒は流体受容器１１４内に溜まる。この例では、流体受容器１１４はタンクである。流体受容器１１４を出ると、液体冷媒は、並列に接続された中温分岐部１１６および過冷却分岐部１１７にマニホールドで分配される。中温分岐部１１６において、液体冷媒は、液体冷媒の圧力、ひいては温度を下げるために使用される膨張弁１１２に流れる。その後、比較的冷たい液体冷媒は熱交換器１１９に入り、そこで、蒸発器１１９ｆと連結していて、チル冷却される空間から、熱を吸収する。過冷却分岐部１１７では、液体冷媒は同様に、最初に、冷媒の圧力および温度を低下させる膨張弁１１８に流れる。弁１１８の後、上記のように、冷媒は回路間熱交換器１５０に流れる。そこから、熱交換器からのガス状冷媒は、圧縮機１１１によって圧縮機１１１に吸引され、そこで中温冷却分岐部１１６からの冷媒と再び合流する。
【００７６】
[0098]上記してはいないが、意図したように機能するために、熱交換器１５０に入るときの中温回路１１０内の冷媒の温度は、熱交換器１５０に入るときの低温回路１２０内の冷媒の温度よりも低くなければならないことは、明らかであろう。これがそわなければ、中温回路１１０は、回路１２０内の低温冷媒に所望の過冷却を提供しないであろう。
【００７７】
[0099]上記は、図１Ｂに例示するような冷凍システム１００の比較例の動作を記載している。図１Ｂを参照して説明した冷凍の原理は、本開示の他の冷凍システムにも同等に良好に適用することができる。
好ましい態様の概説
[0100]本発明の好ましい態様にしたがったいくつかの冷凍システムを以下に記載する。各システムはいくつかの冷凍ユニットを有し、冷凍ユニットの各々は、その内部に位置付けられた少なくとも１つの専用冷凍回路を有する。すなわち、各冷凍ユニットは、少なくとも１つの冷凍回路を含有する。
【００７８】
[0101]冷凍ユニット内に含有される冷凍回路は、回路内の冷媒に熱を除去する少なくとも１つの熱交換器と、冷媒に熱を加える蒸発器とを含むことができる。
[0102]冷凍ユニット内に含有される冷凍回路は、圧縮機と、（好ましくは圧縮機を出る冷媒蒸気から熱を除去することによって）回路内の冷媒から熱を除去する少なくとも１つの熱交換器と、（好ましくは、冷凍ユニットのチル冷却される領域を冷却することによって）冷媒に熱を加える蒸発器とを含むことができる。出願人らは、本発明の好ましい第１の冷凍回路（および好ましくは低温冷凍回路）に使用される圧縮機のサイズが、本発明の好ましい態様の非常に有利で予想外の結果の少なくともいくつかを達成するために重要であり、とりわけ、回路内の各圧縮機は小型圧縮機であることが好ましいことを見いだした。本明細書で使用される場合、「小型圧縮機」という用語は、圧縮機が約２馬力以下の電力定格を有することを意味する。本明細書で圧縮機の電力定格に関して使用される場合、この値は圧縮機の入力電力定格によって決定される。圧縮機の馬力定格に関して使用される場合、「約」は、示された馬力＋／−０．５馬力を意味する。好ましい態様における圧縮機のサイズは、０．１馬力〜約２馬力、または０．１馬力〜約１馬力であることができる。圧縮機のサイズは、０．１馬力〜最大０．７５馬力、または０．１馬力〜最大０．５馬力であることができる。
【００７９】
[0103]冷凍ユニットは、一体化された物理的実体、すなわち、構成部品に分解されるように設計されていない実体であることができる。冷凍ユニットは、例えば、冷蔵庫またはフリーザーであってもよい。１より多くの冷凍回路（とりわけ、１より多くの低温冷凍回路を含む）が各冷凍ユニット（好ましくは、各低温冷凍ユニットを含む）内に包含されることができることは、理解されるであろう。
【００８０】
[0104]各冷凍ユニット内に提供される冷凍回路は、それ自体が、少なくとも部分的に冷凍ユニットの外部にある共通の冷凍回路によって冷却されてもよい。各冷凍ユニット内に含有される専用の冷凍回路とは対照的に、共通の冷凍回路（本明細書では一般に第２および第３の冷凍回路とよぶ）は、販売フロア（冷凍ユニットが位置付けられている）と機械室および／またはルーフまたは外部領域との間など、ユニットを収容する建造物の複数領域の間に延在する延長回路であってもよい。
【００８１】
[0105]各冷凍ユニットは、腐敗しやすい商品などの商品を貯蔵するための少なくとも１つの区画を含むことができる。区画は、冷蔵ユニット内に含有される冷凍回路によってチル冷却される空間を画定することができる。
カスケード冷凍システム
[0106]本発明による冷凍システムの一態様を図２に概略的に例示し、以下に詳細に記載する。
【００８２】
[0107]図２は、カスケード冷凍システム２００を示す。より具体的には、図２は、３つの第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂおよび２２０ｃを有する冷凍システム２００を示す。第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃはそれぞれ、蒸発器２２３、圧縮機２２１、熱交換器２３０、および膨張弁２２２を有する。回路内の圧縮機、蒸発器および熱交換器の各々は単一のアイコンで例示されているが、圧縮機、蒸発器、熱交換器、膨張弁などはそれぞれ、複数のそのようなユニットを含むことができることは、理解されるであろう。各回路２２０ａ、２２０ｂおよび２２０ｃにおいて、蒸発器２２３、圧縮機２２１、熱交換器２３０および膨張弁２２２は、挙げた順序で互いに直列に接続されている。第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂおよび２２０ｃのそれぞれは、別個の各冷凍ユニット（図示していない）内に包含されている。この例において、３つの冷凍ユニットはそれぞれフリーザーユニットであり、該フリーザーユニットは、それぞれ第１の冷凍回路を収容している。このようにして、各冷凍ユニットは、内蔵型の専用冷凍回路を含む。冷凍ユニット（図示していない）、したがって第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃは、スーパーマーケットの販売フロア２４２に配置される。
【００８３】
[0108]この例において、第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃのそれぞれにおける冷媒は、Ｒ７４４、Ｃ３−Ｃ４炭化水素（Ｒ２９０、Ｒ６００ａ、Ｒ１２７０）、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）またはＲ４５５Ａなどの低ＧＷＰ冷媒である。当業者には理解されるように、第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃの各々における冷媒は、それぞれ他の第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃにおける冷媒と同じであっても異なっていてもよい。
【００８４】
[0109]冷凍システム２００は、第２の冷凍回路２１０も有する。第２の冷凍回路２１０は、圧縮機２１１、凝縮器２１３、および流体受容器２１４を有する。圧縮機２１１、凝縮器２１３および流体受容器２１４は、直列に、挙げた順序で接続されている。第２の回路内の圧縮機、凝縮器、流体受容器などのそれぞれは、単一のアイコンによって例示されているが、圧縮機、蒸発器、熱交換器、膨張弁などはそれぞれ、複数のそのようなユニットを含むことができることは、理解されるであろう。また、第２の冷凍回路２１０は、３つの中温冷却分岐部２１７ａ、２１７ｂおよび２１７ｃ；ならびに１つの低温冷却分岐部２１６という、４つの並列に接続された分岐部を有する。４つの並列に接続された分岐部２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃおよび２１６は、流体受容器２１４と圧縮機２１１との間に接続される。中温冷却分岐部２１７ａ、２１７ｂおよび２１７ｃのそれぞれは、膨張弁２１８ａ、２１８ｂおよび２１８ｃと、蒸発器２１９ａ、２１９ｂおよび２１９ｃとをそれぞれ有する。膨張弁２１８および蒸発器２１９は、流体受容器２１４と凝縮器２１１との間に直列に、挙げた順序で接続されている。低温冷却分岐部２１６は、膨張弁２１２と、第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃの各熱交換器２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃへの第２の冷媒の出し入れをもたらす出入口配管、導管、弁などの形態にある境界部（それぞれ２６０ａ、２６０ｂおよび２６０ｃとして集合的に表す）とを有する。低温冷却分岐部２１６は、第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃの各熱交換器２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃとそれぞれ回路境界位置２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃで連結している。各回路境界位置２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃは、それぞれ他の回路境界位置２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃと直並列に組み合わせて配置されている。
【００８５】
[0110]中温冷凍回路２１０は、販売フロア２４２、機械室２４１およびルーフ１４０との間に延在する構成要素を有する。中温冷凍回路２１０の低温冷却分岐部２１６および中温冷却分岐部２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃは、販売フロア２４２に位置付けられている。圧縮機２１１および流体受容器２１４は、機械室２４１に位置付けられている。凝縮器２１３は、周囲条件に容易に暴露されることができる場所、例えばルーフ２４０上に位置付けられている。
【００８６】
[0111]この例において、中温冷凍回路２１０内の冷媒は、Ｒ５１５Ａを含むブレンドである。Ｒ５１５Ａは、約８８重量％のハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）１２３４ｚｅ（Ｅ）および約１２％のＨＦＣ２２７ｅａ(ヘプタフルオロプロパン）から実質的になり、好ましくはそれらからなる冷媒である。有用なことに、該ブレンドは不燃性冷媒をもたらし、これにより安全性が改善される。さらに有利なことに、該ブレンドは低ＧＷＰを有するので、環境に優しい溶液になっている。
【００８７】
[0112]図２に例示するような好ましい態様の使用は、以下のように要約することができる：
[0113]−第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃのそれぞれは、それらの蒸発器２２３を介して熱を吸収して、チル冷却される空間（図示していない）に低温冷却を提供する；
[0114]−第２の冷凍回路２１０は、各熱交換器２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃからの熱を吸収して、第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃを冷却する；
[0115]−第２の冷凍回路２１０は蒸発器２１９のそれぞれで熱を吸収して、チル冷却される空間（図示していない）に中温冷却を提供する；および
[0116]−熱は、チラー２１３において第２の冷凍回路２１０内の冷媒から除去される。
【００８８】
[0117]とりわけ、各第１の冷凍回路２３０がそれぞれの冷凍ユニットに内蔵されていることから、図２に示すタイプの本発明の配置を用いて、いくつかの有益な結果を達成することができる。
【００８９】
[0118]例えば、冷凍ユニットおよびカスケード冷凍システム２００全体の設置および取り外しは、簡略化される。これは、ビルトイン式で内蔵型の第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃを有する冷凍ユニットが、第１の冷凍回路２２０、２２０ｂ、２２０ｃの改良を必要とすることなく、第２の冷凍回路２１０と容易に接続または分離することができるためである。言い換えれば、冷凍ユニットは、第２の冷凍回路２１０に単に「差し込まれる」か、または、そこから外すことができる。  
【００９０】
[0119]他の利点は、それぞれ第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃを包含する各冷凍ユニットを、動いている(live)冷凍システム２００中に設置する前に、デフォルト(default)について工場で試験できることである。これにより、潜在的に有害な冷媒の漏洩を包含することができる欠陥の可能性が軽減する。したがって、漏洩率の低下を達成することができる。
【００９１】
[0120]他の利点は、各回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃがそれぞれの冷凍ユニット内に配置されていて、一連のユニット間には延在しないため、第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃの長さを短くすることができる点である。回路の長さが短くなると、表面積が小さくなるため、より短いラインにおける熱浸透が減少するので、効率の改善をもたらすことができる。さらに、回路の長さが短くなると、圧力降下の減少ももたらされる可能性があり、これによりシステム２００の効率が改善される。
【００９２】
[0121]回路の長さを短くし、それぞれの冷凍ユニット内に内蔵された回路を提供することにより、システム１〜４の各々を含む本発明の第１の回路において、出願人らが認めるようになったより可燃性の高い冷媒、例えば、Ｒ１２３４ｙｆ、炭化水素（とりわけプロパン（Ｒ２９０）を含む）、またはＲ４５５Ａを使用する能力も提供されることは、非常に有益な結果である。これは、冷媒が漏洩する可能性が低減される（上記のように）と共に、冷媒が漏洩したとしても、その漏洩が各冷凍ユニットの比較的小さな領域および含有可能領域に含有されることになるため、および、ユニットのサイズが小さいため、比較的少量の冷媒仕込み量しか使用されないためである。さらに、この配置は、潜在的に可燃性の材料を含有する領域がはるかに小さく、限定的で、均一であるので、比較的低コストの不測の火炎事象の軽減(flame mitigation contingency)手順および／または装置の使用が可能になる。このようなより可燃性の高い冷媒は、より低い地球温暖化係数（ＧＷＰ）を有する可能性がある。したがって、有利なことに、システムの安全性を損なうことなく、低ＧＷＰ冷媒の使用に関する政治的および社会的目標を満たし、潜在的に超過することができる。
【００９３】
[0122]他の利点は、各第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃがそれぞれの冷凍ユニットだけを冷却することができる点である。これは、第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃそれぞれの負荷が比較的一定のままであることができることを意味する。すなわち、第１の冷凍回路２２０の凝縮段階２３１および蒸発段階２２３には一定条件が適用される。これにより、毛細管またはオリフィス管などの受動的膨張装置２２２を使用できるという点で、第１の冷凍回路２２０の設計の簡素化が可能になる。これは、電子膨張装置およびサーモスタット膨張弁を使用する必要がある、より複雑な回路とは対照的である。このような複雑な装置の使用が回避されるため、コストを削減することができ、信頼性を高めることができる。
【００９４】
[0123]さらに、重要なことには、システム１〜４の各々を含むそのような態様による第２の冷凍回路に満液式熱交換器を提供すると、第１の回路と第２の回路の間の熱伝達が改善される。したがって、冷凍システム全体の効率が向上する。
【００９５】
[0124]回路境界位置が他の回路境界位置と並列に結合されることに起因する可能性がある利点がいくつかある。１つの利点は、１つの回路境界位置に関連するか、そこで生じる欠陥は、他の回路境界位置に影響を与えないので、システムに回復力が提供されることであり得る。これは、各回路境界位置が第２の冷凍回路の各分岐部によって使用可能になる (serviced)ためである。他の利点は、各回路境界位置の前の第２の冷媒の温度を比較的一定に保つことができるので、第１の冷凍回路と第２の冷凍回路との間の熱伝達効率が改善されることであり得る。対照的に、２つの回路境界位置が直列に結合された場合、第２の冷凍回路内の冷媒の温度は、下流の回路境界位置の前の方が、上流の回路境界位置の前よりも高い可能性がある。
【００９６】
[0125]全体として、システム１〜４の各々を含む本発明による複数の第１の冷凍回路を、各々をそれぞれの冷凍ユニットに配置し、好ましくは内蔵型冷凍回路として配置して提供することは、以下のような利益を有する：漏洩率が低下する；全体的な冷凍システムが単純化される；通常なら安全ではない低ＧＷＰ冷媒の使用が可能になる；維持および設置が改善される；および、圧力降下が低下して、システム効率の改善がもたらされる。
【００９７】
[0126]システム１〜４の各々を含む好ましい態様において、本発明はまた、カスケード冷凍システムであって、
複数の低温冷凍回路、各低温冷凍回路は以下を含む：約１５０以下のＧＷＰを有し、少なくとも約５０重量％、または少なくとも約７５重量％、または少なくとも９５重量％、または少なくとも９９重量％のプロパン（Ｒ２９０）、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ４５５Ａおよびこれらの組み合わせを含む、可燃性低温冷媒；約３．５キロワット以下の仕事出力を有する圧縮機；前記低温冷媒が約−５℃〜約−１５℃の温度範囲で凝縮する熱交換器；ならびに
以下を含有する中温冷凍回路：中温冷媒、前記中温冷媒は、不燃性であり、最大約５００のＧＷＰを有し、少なくとも約５０重量％、または少なくとも約７５重量％、または少なくとも８５重量％のＲ５１５Ａ、Ｒ５１５Ｂ、ＦＨ、Ａ１、Ａ２、およびこれらの組み合わせを含む；および、前記中温冷媒が前記低温冷媒凝縮温度未満で約−５℃〜約−１５℃の範囲にある温度で蒸発する蒸発器、前記中温冷媒は、前記低温冷媒から熱を吸収することによって前記熱交換器で蒸発する；
を含む、前記カスケード冷凍システムを包含する。
【００９８】
[0127]システム１〜４の各々を含む好ましい態様において、本発明はまた、カスケード冷凍システムであって、
複数の低温冷凍回路、各低温冷凍回路は以下を含む：約１５０以下のＧＷＰを有し、少なくとも約５０重量％、または少なくとも約７５重量％、または少なくとも９５重量％、または少なくとも９９重量％のプロパン（Ｒ２９０）、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ４５５Ａおよびこれらの組み合わせを含む、可燃性低温冷媒；２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機；前記低温冷媒が約−５℃〜約−１５℃の温度範囲で凝縮する熱交換器；ならびに
以下を含有する中温冷凍回路：中温冷媒、前記中温冷媒は、不燃性であり、最大約５００のＧＷＰを有し、少なくとも約５０重量％、または少なくとも約７５重量％、または少なくとも８５重量％のＲ５１５Ａ、Ｒ５１５Ｂ、ＦＨ、Ａ１、Ａ２、およびこれらの組み合わせを含む；および、前記中温冷媒が前記低温冷媒凝縮温度未満で約−５℃〜約−１５℃の範囲にある温度で蒸発する蒸発器、前記中温冷媒は、前記低温冷媒から熱を吸収することによって前記熱交換器で蒸発する；
を含む、前記カスケード冷凍システムを包含する。
カスケード冷凍システム−代替物
[0128]当業者ならここに含有される教示に鑑みて理解するように、システム１〜４の各々を含む本発明によれば、任意の数の第１の冷却回路２２０が存在することができる。とりわけ、冷却される冷凍ユニットが存在するのと同数の第１の冷凍回路２２０が存在することができる。したがって、第２の冷凍回路２１０は、任意の数の第１の冷凍回路２２０と連結していることができる。
【００９９】
[0129]ここに含有される教示に鑑みて当業者には明らかなように、システム１〜４の各々を含む本発明によれば、任意の数および配置の中温冷却分岐部２１７および蒸発器２１８が存在することができる。
【０１００】
[0130]システム１〜４の各々を含む本発明による代替的配置において、各第１の冷凍回路２２０は、それぞれ他の第１の冷凍回路２２０と完全に並列に配置されることができる。このような配置の一例を図３に示す。図３は、各回路境界位置２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃが、それぞれ他の回路境界位置２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃと完全に並列に配置されたシステム３００を示す。システム３００の構成要素は他の点ではシステム２００（図２を参照して記載した）と同じであり、システム３００の構成要素はシステム２００と実質的に同じように機能するが、システム全体の性能およびシステム全体の他の重要な特徴は、この配置変更によって著しく影響を受ける可能性があることは、理解されるであろう。
【０１０１】
[0131]有用なことに、これは、第２の冷凍回路２１０からの冷媒の所定の一部が１つの熱交換器２３０のみを通過してから圧縮機２１１に戻ることを意味する。したがって、この配置は、熱交換器のいずれかが、直列配置の場合のように上流の熱交換器を通過する結果として予め温められた冷媒の一部を受け取るのを防止するので、各熱交換器２３０がほぼ同じ温度で第２の冷媒を受け取ることを確実にする。
【０１０２】
[0132]ここに含有される教示に鑑みて当業者には明らかなように、１つおよび第２の冷凍回路２１０に対する回路境界位置２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃの多くの他の配置が、
システム１〜４の各々を含む本発明に従って達成されることができ、実際に想定される。
【０１０３】
[0133]ここに含有される教示に鑑みて当業者には明らかなように、好ましいモジュール式の第１の冷凍回路設計に基づき、システム１〜４の各々を含む本発明の好ましい態様の冷凍システムによって、比較的低いＧＷＰを有する不燃性低圧冷媒を第２の冷凍回路２１０内で使用することが可能になる。さらに、システム１〜４の各々を含む本発明の好ましいシステムは、ＧＷＰが低い可燃性低圧冷媒が第１の冷凍回路において比較的安全で効率的に使用されるという予期せぬ結果をもたらし、それによって、環境への影響が低減し、優れた環境特性、優れた安全性特徴および改善されたシステム効率を有する冷凍システムが提供される。
満液式蒸発器を有するカスケード冷凍システム
[0134]本発明の好ましい冷凍システムを例示し、ここで、図４を参照して説明する。
【０１０４】
[0135]図４は、液体状の第２の冷媒を送達する受容器を有する第２の冷凍回路４１０を備えたカスケード冷凍システム４００を概略的に示す。この受容器が第１の冷凍回路において満液式蒸発器動作をもたらす。より具体的には、図４は、２つの第１の冷凍回路４２０ａ、４２０ｂを有する冷凍システム４００を示す。第１の冷凍回路４２０ａ、４２０ｂはそれぞれ、蒸発器４２３、圧縮機４２１、熱交換器４３０および膨張弁４２２を有する。各回路４２０ａ、４２０ｂにおいて、蒸発器４２３、圧縮機４２１、熱交換器４３０および膨張弁４２２は、挙げた順序で、互いに直列に接続されている。第１の冷凍回路４２０ａ、４２０ｂの各々は、各冷凍ユニット（図示してない）に提供されている。この例において、各冷凍ユニットはフリーザーユニットであり、該フリーザーユニットは、それぞれ第１の冷凍回路を収容している。このようにして、内蔵型で専用の冷凍回路が各冷凍ユニットに提供される。冷凍ユニット（図示していない）、したがって第１の冷凍回路４２０ａ、４２０ｂは、スーパーマーケットの販売フロア４６２に位置付けられる。
【０１０５】
[0136]この例において、第１の冷凍回路４２０ａ、４２０ｂ内の冷媒は、炭化水素（好ましくはプロパン（Ｒ２９０）、Ｒ１２３４ｙｆまたはＲ４５５Ａを含む）などの低ＧＷＰ冷媒である。当業者には理解されるように、第１の冷凍回路４２０ａ、４２０ｂの各々における冷媒は、他の第１の冷凍回路４２０ａ、４２０ｂにおける冷媒と同じであっても異なっていてもよい。
【０１０６】
[0137]冷凍システム４００は、第２の冷凍回路４１０も有する。第２の冷凍回路４１０は、圧縮機分岐部４５０および周囲冷却分岐部４５１を有する。圧縮機分岐部４５０は、周囲冷却分岐部４５１と並列に接続されている。
【０１０７】
[0138]圧縮機分岐部４５０は、圧縮機４１１、凝縮器４１３、膨張弁４１８、および受容器４１４を有する。圧縮機４１１、凝縮器４１３および膨張弁４１８は、所定の順序で直列に接続されている。受容器４１４は、圧縮機４１１の入口と膨張弁４１８の出口との間に接続されている。周囲冷却分岐４５１は、チラー４５２を有する。
【０１０８】
[0139]圧縮機分岐４５０および周囲冷却分岐４５１は、第１の制御可能弁４４０および第２の制御可能弁４４１によって並列に接続されている。制御可能弁４４０、４４１は、圧縮機分岐部４５０および周囲冷却分岐部４５１のそれぞれに流れる冷媒の量を制御することができるように制御可能である。第１の制御弁４４０は、ポンプ４４２と直列に接続されている。
【０１０９】
[0140]第２の冷凍回路４１０はまた、中温冷却分岐部４１７および低温冷却分岐部４１６という、互いに並列に接続された２つのさらなる分岐部を有する。中温冷却分岐部４１７および低温冷却分岐部４１６は、ポンプ４４２と第２の制御可能弁４４１との間に接続されている。
【０１１０】
[0141]中温冷却分岐部４１７は蒸発器４１９を有する。低温冷却分岐部４１６は、第１の冷凍回路４２０ａ、４２０ｂの各熱交換器４３０ａ、４３０ｂとそれぞれの回路境界位置４３１ａ、４３１ｂで連結している。回路境界位置４３１ａ、４３１ｂの各々は、他の回路境界位置４３１ａ、４３１ｂと直並列に組み合わせられている。
【０１１１】
[0142]第２の冷凍回路４１０は、販売フロア４６２と機械室４６１とルーフ４４０との間に回路を延在させる構成要素を包含する。中温冷却回路４１０の低温冷却分岐部４１６および中温冷却分岐部４１７は、主に販売フロア４６２に位置付けられることが好ましい。主として販売フロア４６２上に配置されるとは、回路位置４３１ａ、４３１ｂおよび蒸発器４１９が、販売フロア４６２またはその非常に近くに配置されることを意味する。しかしながら、低温冷却分岐部４１６および中温冷却分岐部４１７と、低温冷却分岐部４１６および中温冷却分岐部４１７のパイプのいくつかとの間の接合部は、機械室４６１内に位置付けられる。
【０１１２】
[0143]圧縮機分岐部４５０は、機械室４６１とルーフ４６０との間に分岐部を延在させる構成要素を包含する。より具体的には、圧縮機４１１、膨張弁４１８および満液受容器４１４は機械室４６１内に位置付けられている。凝縮器４１３は、ルーフ４６０上など周囲空気にすぐにアクセスできる場所に位置付けられる。
【０１１３】
[0144]周囲冷却分岐部４５０は、機械室４６１とルーフ４６０との間に分岐部を延在させる構成要素を包含する。チラー４５２も、ルーフ６０３上など周囲空気にすぐにアクセスできる場所に位置付けられる。
【０１１４】
[0145]第１および第２の制御可能弁４４０、４４１は、機械室４６１に位置付けられる。ポンプ４４２は、機械室４４２に位置付けられる。
[0146]この例では、第２の冷凍回路４１０内の冷媒は、上記のようなＲ５１５Ａである。
【０１１５】
[0147]構造的には異なるが、使用中に冷凍システム４００は冷凍システム２００と同様に動作するが、以下の重要な相違点がある。
[0148]第１に、冷凍システム４００における第２の冷凍回路４１０の受容器により、蒸発器４１９、４３０ａおよび４３０ｂは満液式蒸発器になる、すなわち、冷媒は液体として蒸発器に入り、液体冷媒の一部はガスになるまで完全には気化しない、つまり、蒸発器で実質的に過熱が生じないことを意味する。液体のままである冷媒の量は、システム４００の操作条件に依存する。冷凍システム４００の１つの特徴は受容器４１４である。受容器４１４は、膨張弁４１８を通過した後のガス状冷媒と液体状冷媒を分離するように配置され、その結果、中温冷却分岐部４１７および低温冷却分岐部４１６−したがって、蒸発器４１９および熱交換器４３０ａ、４３０ｂ−を通過することができる冷媒は、実質的に１００％液体になる。冷凍システム４００の別の重要な特徴は、ポンプ４４２である。ポンプ４４２は、冷媒を中温分岐部４１７および低温分岐部４１６に至らせる。他のシステム配置では、冷媒の液相と気相の間の密度差がシステムを駆動し、ポンプまたはファンは不要である。
【０１１６】
[0149]本明細書に含有される開示および教示に基づいて当業者なら理解するように、例えばシステム４００で開示されるような満液式蒸発器を使用する、システム１〜４の各々を含む本発明による冷凍配置を使用することに関連して、いくつかの利点がある。出願人らは、そのような利点の１つが、および成績係数（ＣＯＰ）の予期せぬ改善であることを見いだした。いずれかの特定の理論に結び付ける必要はないが、この利点は、予期せぬものであり、部分的には、より少ない圧縮機４１１の仕事が必要とされるほか、該システムにより、圧縮機に入る前に冷媒を過熱状態で操作することが可能になるので、第２の冷凍回路４１０の冷却能力が向上することに起因すると考えられる。
【０１１７】
[0150]冷凍システム２００と比較しての冷凍システム４００が動作する方法の第２の違いは、周囲冷却分岐部４５１および制御可能弁４４０、４４１の提供にある。周囲冷却分岐部４５１により、周囲温度が冷媒をチル冷却するのに十分に低いときに、圧縮機分岐部４５０を迂回することが可能になる。これは、周囲冷却分岐部４５１をルーフ４６０に出して、冷媒を周囲空気温度に最大限暴露することによって達成される。これは、冬季運転とよばれることもある。有用なことに、これは、第２の冷凍回路４１０内の冷媒の実質的に無料のチル冷却を提供する。明らかに、これは、圧縮機分岐部４５０を運転する場合に比べてエネルギー消費が大幅に低減されるので、コストおよび環境の観点の両方から有利である。
【０１１８】
[0151]便宜上、「満液式システム」、「満液式カスケードシステム」などの用語は、前記第１の冷媒（好ましくは低温冷媒）を凝縮するための第１の冷凍回路（好ましくは低温回路）内の熱交換器の少なくとも１つ、好ましくはすべてが、第２の冷媒（好ましくは中温冷媒）のための満液式蒸発器である、本開示のシステムをさす。システム１〜４の各々を含む本発明による好ましい態様では、中温蒸発器が満液式蒸発器でもある。カスケード冷凍システムに関して記載した潜在的利点は、満液式カスケード冷凍システムにも同様に良好に当てはまる：満液式および非満液式カスケード冷凍システムを記載するために使用される用語は同等である。
【０１１９】
[0152]システム１〜４の各々を含む本発明による満液式カスケード冷凍システムのさらなる利点は、以下を包含することができる：周囲冷却分岐部（冬期運転）の開発によりエネルギー消費が低減する；満液式での運転による熱交換器および蒸発器における熱伝達性能が向上する；回路内にポンプを提供することにより、サーモスタット膨張弁が不要になる；低圧冷媒に適しているため、低コストの材料を使用して第２の冷凍回路を製造することができる。
【０１２０】
[0153]とりわけ、本明細書に記載される利点を考慮して、システム１〜４の各々を含む本発明は、カスケード冷凍システムであって、
複数の第１の冷凍回路、各第１の冷凍回路は以下を含む：可燃性であり、約１５０以下のＧＷＰを有する第１の冷媒；約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機；および、前記第１の冷媒が凝縮する熱交換器；ならびに
以下を含有する第２の冷凍回路：不燃性である第２の冷媒；および、前記第２の冷媒が前記第１の冷媒の凝縮温度未満の温度で蒸発する満液式蒸発器、前記第２の冷媒は、前記第１の冷媒から熱を吸収することによって前記熱交換器内で蒸発する；
を含む、前記カスケード冷凍システムを包含する。
【０１２１】
[0154]とりわけ、本明細書に記載される利点を考慮して、システム１〜４の各々を含む本発明はまた、カスケード冷凍システムであって、
複数の第１の冷凍回路、各第１の冷凍回路は以下を含む：可燃性であり、約１５０以下のＧＷＰを有する第１の冷媒；約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機；および、前記第１の冷媒が凝縮する熱交換器；ならびに
以下を含有する第２の冷凍回路：不燃性であり、最大約５００のＧＷＰを有する第２の冷媒；および、前記第２の冷媒が前記第１の冷媒の凝縮温度未満の温度で蒸発する満液式蒸発器、前記第２の冷媒は、前記第１の冷媒から熱を吸収することによって前記熱交換器内で蒸発する；
を含む、前記カスケード冷凍システムを包含する。
【０１２２】
[0155]本発明は、システム１〜４の各々を含むカスケード冷凍システムであって、
複数の低温冷凍回路、各第１の低温冷凍回路は以下を含む：約１５０以下のＧＷＰを有する可燃性の第１の冷媒；約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機；前記第１の冷媒が約−５℃〜約−１５℃の温度範囲で凝縮する熱交換器；ならびに
以下を含有する中温冷凍回路：不燃性中温冷媒；および、前記中温冷媒が前記低温冷媒凝縮温度未満で約−５℃〜約−１５℃の範囲にある温度で蒸発する満液式蒸発器、前記中温冷媒は、前記低温冷媒から熱を吸収することによって前記熱交換器で蒸発する；
を含む、前記カスケード冷凍システムを包含する。
【０１２３】
[0156]本発明は、システム１〜４の各々を含むカスケード冷凍システムであって、
複数の低温冷凍回路、各第１の低温冷凍回路は以下を含む：約１５０以下のＧＷＰを有する可燃性の第１の冷媒；約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機；前記第１の冷媒が約−５℃〜約−１５℃の温度範囲で凝縮する熱交換器；ならびに
以下を含有する中温冷凍回路：最大約５００のＧＷＰを有する不燃性中温冷媒；および、前記中温冷媒が前記低温冷媒凝縮温度未満で約−５℃〜約−１５℃の範囲にある温度で蒸発する満液式蒸発器、前記中温冷媒は、前記低温冷媒から熱を吸収することによって前記熱交換器で蒸発する；
を含む、前記カスケード冷凍システムを包含する。
【０１２４】
[0157]好ましい態様において、本発明はまた、システム１〜４の各々を含むカスケード冷凍システムであって、
複数の低温冷凍回路、各低温冷凍回路は以下を含む：約１５０以下のＧＷＰを有し、少なくとも約５０重量％、または少なくとも約７５重量％、または少なくとも９５重量％、または少なくとも９９重量％のプロパン（Ｒ２９０）、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ４５５Ａおよびこれらの組み合わせを含む、可燃性低温冷媒；約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機；前記低温冷媒が約−５℃〜約−１５℃の温度範囲で凝縮する熱交換器；ならびに
以下を含有する中温冷凍回路：中温冷媒、前記中温冷媒は、不燃性であり、Ｒ５１５Ａ、Ｒ５１５Ｂ、ＦＨ、Ａ１（ＨＤＲ−１２７）およびＡ２（ＨＤＲ−１２８）から選択される；および、前記中温冷媒が前記低温冷媒凝縮温度未満で約−５℃〜約−１５℃の範囲にある温度で蒸発する満液式蒸発器、前記中温冷媒は前記低温冷媒から熱を吸収することによって前記熱交換器で蒸発する；
を含む、前記カスケード冷凍システムを包含する。
満液式カスケード冷凍システム−代替物
[0158]カスケード冷凍システムに関連して上記した代替物は、満液式カスケード冷凍システムに同等に良好に適用される：第１および第２の冷凍回路、回路境界位置および熱交換器という用語は同等である。他の代替物は、周囲冷却分岐部４５１の除去および／または満液式システムの直接膨張システムへの転換を包含する。
【０１２５】
[0159]システム１〜４の各々を含むシステム４００のさらに他の変更は、周囲冷却分岐部４５１を、圧縮機分岐部全体ではなく、圧縮機４１１のみを迂回するように、短くし、単純化することができることを想定している。この配置を図４Ａに示す。
【０１２６】
[0160]図４Ａは、以下の点を除いて、図４を参照して記載したものとほぼ同じである冷凍システム４００を示す：
[0161]図４のチラー４５２は、もはや必要とされないので、存在しない。これは、周囲冷却分岐部４５１がもはやチラー４１３を迂回しないため、それ自体の専用チラーを必要としないからである。
【０１２７】
[0162]第１の制御可能弁４４０は、もはや必要とされないので、存在しない。これは、周囲冷却分岐部４５１からの冷媒が、分岐部の接合部と合流するのではなく、単にチラー４１３ラインに送り込まれるためである。
【０１２８】
[0163]周囲冷却分岐部４５１は、第２の制御可能弁４４１と、圧縮機４１１とチラー４１３の間のラインとの間で、圧縮機４１１と並列に接続される。
[0164]有利なことに、短縮された周囲チル冷却分岐部、すなわち、分岐部が受容器出口から凝縮器入口へ液体冷媒を送るものの使用は、以下をもたらす：第１に、受容器ポンプの入口におけるチラーおよび第１の制御可能弁はもはや必要ではないので、回路が単純化される；および、第２に、周囲チル冷却分岐部のための余分な配管の量および構成要素の数が減少し、これにより材料コストが低減されることに起因して、より回路のコストが低下する。
【０１２９】
[0165]本明細書に含有される教示に鑑みて当業者には明らかなように、好ましいモジュール式の第１の冷凍回路設計によって、システム１〜４の各々を含む本発明の好ましい態様の冷凍システムは、第２の冷凍回路において、比較的低いＧＷＰを有する不燃性低圧冷媒を使用することを可能にする。さらに、システム４００は、第１の冷凍回路において、ＧＷＰの低い可燃性低圧冷媒を使用することを可能にする。さらに、周囲冷却分岐部を使用することにより、このシステムは、エネルギー使用量の削減をもたらすことができる。さらに、満液式の設計により、このシステムでは、システム効率の向上が達成されている。したがって、低減したＧＷＰ冷媒の使用、エネルギー使用量の削減、およびシステム効率の向上により、環境への影響が低減した冷凍システムが提供される。
吸引ライン熱交換器
[0166]システム１〜４の各々を含む本開示の一部を形成するシステムのいずれかのさらなる考えうる変更は、任意の数の内蔵型冷凍回路が吸引ライン熱交換器（ＳＬＨＸ）を包含していてもよいことである。
【０１３０】
[0167]より具体的には、システム１〜４の各々を含む、システム２００内の第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃのいずれかは、ＳＬＨＸを包含することができ；第１の冷凍回路４２０ａ、４２０ｂのいずれかは、ＳＬＨＸを包含することができる。比較のために、図５ＡはＳＬＨＸを有さない冷凍回路７００を示し；一方、図５Ｂは、ＳＬＨＸ７６０を有する冷凍回路７５０を示す。
【０１３１】
[0168]図５Ａの回路７００は、圧縮機７１０、熱交換器７２０、膨張弁７３０および蒸発器７４０を有する。圧縮機７１０、熱交換器７２０、膨張弁７３０および蒸発器７４０は、直列に、挙げた順序で接続されている。使用中に、冷凍回路７００は、先に記載したように機能する。
【０１３２】
[0169]図５Ｂの回路７５０は、回路７００と同じ構成要素に加えて、追加的にＳＬＨＸ７６０を有する。ＳＬＨＸは、蒸発器７４０と圧縮器７１０を接続するラインと、熱交換器７２０と膨張弁７３０を接続するラインとの間の熱交換境界部を提供する。言い換えれば、ＳＬＨＸ７６０は、蒸発器７４０と圧縮器７１０を接続するライン（本明細書では蒸気ラインとよぶ）と、熱交換器７２０と膨張弁７３０を接続するライン（本明細書では液体ラインとよぶ）との間に位置付けられる。
【０１３３】
[0170]使用中に、ＳＬＨＸは、熱交換器７２０の後の液体ラインから、蒸発器７４０の後の蒸気ラインに熱を伝達する。これにより２つの効果が生じる：第１に、回路７００の効率が改善する；および、第２に、回路７００の効率が低下する。
【０１３４】
[0171]第１に、有利なことに、液体ライン側−すなわち高圧側−において、液体冷媒の過冷却が増大する。これは、余分な熱が液体膨張側に排除され、膨張弁７３０に入る冷媒の温度が低下するためである。この追加的な過冷却は、膨張弁７３０プロセス後の蒸発器７４０における入口品質の低下につながる。これにより、エンタルピー差が増大し、したがって、蒸発器７４０段階で熱を吸収する冷媒の能力が増大する。したがって、蒸発器７４０の性能が向上する。
【０１３５】
[0172]第２に、不都合なことには、蒸気ライン側−すなわち低圧側−において、蒸発器７４０から出てくる冷媒は液体ラインから余分な熱を受け取り、これが、過熱を効果的に増加させる。これは、より高い吸引ライン温度をもたらす。圧縮機７１０への吸入ライン温度が高くなる結果、圧縮プロセスのエンタルピー差が大きくなる。これにより、冷媒を圧縮するために必要な圧縮機の電力が増大する。したがって、これは、システム性能に有害な影響を及ぼす。
【０１３６】
[0173]要約すると、ＳＬＨＸを導入することが全体的に有益な効果をもたらすか否かを決定するためには、改善された蒸発器能力および改善された圧縮機の所用電力という第１および第２の効果の両方を考慮する必要がある。Ｒ７１７ などの特定の冷媒では、ＳＬＨＸを使用するとシステム効率の全体的な低下につながる。しかしながら、対照的に、システム１〜４の各々、特に、本明細書の図７に関連して例示し記載するようなシステム２００および３００を含む、本発明によるＳＬＨＸの使用は、全体的に肯定的かつ予想外に有益な効果をもたらす。
裏付けデータ
[0174]ここで、本開示のさまざまな配置の技術的効果を実証し、さまざまな配置を実践する際に当業者を助けることを意図したデータを提示する。
【０１３７】
[0175]表１は、冷凍システムにおけるＲ５１５ＡおよびＲ７４４冷媒の比率を変動させた場合の全体的ＧＷＰを示している：１は最大総合値、すなわち１００％である。気候変動に関する第５回政府間パネルによると、Ｒ５１５ＡのＧＷＰは４０３であり、Ｒ７５５のＧＷＰは１である。したがって、比率０のＲ５１５Ａおよび比率１のＲ７４４に対する全体的ＧＷＰは、［（１×１）＝１］のように１である。反対に、比率０．０５のＲ５１５Ａおよび比率０．９５のＲ７５５に対する全体的ＧＷＰは、［（０．０５×４０３）＋（０．９５×１）＝２１．１］から、２１．１である。このように、表１は、ＧＷＰ基準を考慮した仕込み量の比率の制限を示している。
【０１３８】
【表１】
2021531443.tif 000003
【０１３９】
[0176]図６は、表１のデータをグラフ形式で示したものである。Ｒ５１５Ａの比率をｘ軸に示し、全体的ＧＷＰをｙ軸に示す。このグラフから明らかなように、Ｒ５１５ＡおよびＲ７４４の相対的比率とＧＷＰの間には正比例関係がある：Ｒ５１５Ａの比率が増大するにつれて、システムのＧＷＰも増大する。これは、Ｒ５１５ＡがＲ７４４よりもはるかに高いＧＷＰを有するためであり、正比例関係は、比率０のＲ５１５Ａにおける１のＧＷＰから、比率１のＲ５１５Ａにおける約４００のＧＷＰに至るグラフ上の直線によって示される。このグラフから、好ましい態様における１５０の最大許容システムＧＷＰは、重量比率が約０．３５のＲ５１５Ａで見いだされることが明らかである。  
実施例１
[0177]表２ａは、本開示において上記していないが、表２ｂにおいて考慮されるブレンドを示す。
【０１４０】
【表２】
2021531443.tif 000004
【０１４１】
[0178]表２ｂは、図１Ｂを参照して記載した、しかし機械的過冷却器を有さない、比較冷凍システム（「比較例」）；図１Ｂを参照して記載した、機械的過冷却器を有する、比較冷凍システム（「機械的過冷却器を有する比較例」）；図２を参照して記載したカスケード冷凍システム（「オプション１」）；および、図４を参照して記載した満液式カスケード冷凍回路（「オプション２」）の、冷媒の異なる組み合わせに関する特性の比較を示す。
【０１４２】
【表３】
2021531443.tif 000005
【０１４３】
[0179]表２ｂは、各システムの成績係数（ＣＯＰ）に関する情報を包含する。ＣＯＰは、システムからの有用な冷却出力とシステムへの仕事入力との比である。ＣＯＰが高いほど、運転コストは下がることになる。相対的ＣＯＰは、比較例の冷凍システムに対するＣＯＰである。
【０１４４】
[0180]表２ｂから、満液式カスケード冷凍回路は、そのＣＯＰ値が全ての場合において他のシステムよりも高いので、最良のＣＯＰを達成することが明らかである。
[0181]表２ｂに示した結果は、以下の仮定に基づいており、表中、ＭＴは中温（第２の冷凍回路）を意味し、ＬＴは低温（第１の冷凍回路）を意味し、単位は与えられたとおりである。
【０１４５】
・ＭＴおよびＬＴシステムを組み合わせた比較例Ｒ４０４Ａ
・負荷分布
・ＬＴ：１／３（３３０００Ｗ）
・ＭＴ：２／３（６７０００Ｗ）
・体積効率：ＭＴおよびＬＴの両方について９５％
・等エントロピー効率
・Ｒ４０４Ａ：ＭＴ／ＬＴ、０．７２／０．６８
・Ｒ１３４ａ：ＭＴ、０．６８７
・Ｒ７４４：ＬＴ、０．６７１
・凝縮温度：１０５Ｆ
・ＭＴ蒸発温度：２０Ｆ（内蔵型ユニットの場合は圧力降下が小さいため２２Ｆ）
・ＬＴ蒸発温度：−２５Ｆ
・蒸発器過熱：１０Ｆ
・吸引ライン温度上昇
・比較例：ＭＴ：２５Ｆ；ＬＴ：５０Ｆ
・カスケード／内蔵型：ＭＴ：１０Ｆ；ＬＴ：２５Ｆ（内蔵型ユニットはより短いラインを有し、したがって、より少ない熱浸透を有する）
・カスケード／ポンプ輸送：ＭＴ：１０Ｆ；ＬＴ：２５Ｆ
・使用時のＳＬＨＸ効率：３５％
・機械的過冷却器出口温度：５０Ｆ
[0182]この例のＬＴ負荷（３３０００ワット）は、本発明の好ましい観点にしたがって、多数の小型圧縮機の累積電力定格によって提供されることが理解されるであろう。例えば、約１５００ワット（約２馬力）と定格された圧縮機が冷凍システムのＬＴ部分で使用される場合、本発明にしたがって、そのような小型圧縮機が多数（例えば２０個）使用されるであろう。対照的に、中温システムによって運ばれる圧縮機負荷は、６７０００ワット（約９０馬力）の冷却を提供するために、一連のより大きな圧縮機（５馬力以上の電力定格を有するもの）によって取り扱うことが可能であることが意図される。
【０１４６】
[0183]表３は、カスケード冷凍システムにおいて冷媒をさまざまに組み合わせ、第２の冷凍回路（中温段階）に吸引ライン液体ライン（ＳＬＨＸ）を用いた場合の、図１を参照して記載した比較例の冷凍システムと、図２を参照して説明したカスケード冷凍システムの特性の比較を示す。表２ｂと同様に、表３は、各システムの実際のＣＯＰおよび相対的ＣＯＰに関する情報を包含する。
【０１４７】
【表４】
2021531443.tif 000006
【０１４８】
表３から、ＳＬＨＸを使用しない場合と比較して、ＳＬＨＸを使用することによって、より高いＣＯＰが達成されることが明らかである。これは、カスケード冷媒システムの同じ冷媒の組み合わせに関し、表５のＣＯＰの値が表２ｂの値よりも高いことによって実証される。
実施例２Ａ−  １２３４ｙｆ および吸引ライン熱交換器との好ましい組み合わせ
[0184]表４ａは、本実施例に記載される試験作業に関連して使用されるブレンドを示す（以下に示す量の各々は、「量」という語が先行する(preceeded)と理解され、また好ましくは＋／−０．５重量％の加減があると理解される）。
【０１４９】
【表５】
2021531443.tif 000007
【０１５０】
[0185]以下の表４ｂは、図７に関連してここで詳述するタイプの比較冷凍システムの特性の比較を示す。
[0186]図７は、カスケード冷凍システム８００を示す。より具体的には、図７は、本発明のシステム、例えば、限定されるものではないが、システム１〜４の各々に従った、第１の冷凍回路８２０を有する冷凍システム８００を示す。第１の冷凍回路８２０はそれぞれ、蒸発器８２３、圧縮機８２１、熱交換器８３０および膨張装置（例えば、膨張弁）８２２を有する。回路内の圧縮機、蒸発器、熱交換器および膨張装置の各々は単一のアイコンによって例示されているが、圧縮機、蒸発器、熱交換器、膨張弁などはそれぞれ、複数のそのようなユニットを含むことができることは、理解されるであろう。各回路８２０において、蒸発器８２３、圧縮機８２１、熱交換器８３０および膨張装置８２２は、図７に例示されているように、吸引ライン熱交換器８７０が、図５Ｂに関連して表し説明した流れスキームに従って、熱交換器８３０から下流で膨張装置８２２の上流の熱排除側、および蒸発器８２３の下流で圧縮機８２１の上流の熱吸収側に接続されることを除いて、挙げた順序で互いに直列に接続されている。第１の冷凍回路８２０は、別個の各冷凍ユニット（図示していない）内に包含されることが好ましい。この例において、第１の冷凍ユニットはフリーザーユニットであり、該フリーザーユニットは第１の冷凍回路の１つを収容している。このようにして、各冷凍ユニットは、内蔵型の専用冷凍回路を含む。冷凍ユニット（図示していない）、したがって第１の冷凍回路８２０は、例えばスーパーマーケットの販売フロア（図示していない）など、公衆が接近可能な領域に配置し、位置付けることができる。
【０１５１】
[0187]この例において、第１の冷凍回路８２０に含有される冷媒は、低ＧＷＰ冷媒のＲ−１２３４ｙｆである。
[0188]冷凍システム８００は、第２の冷蔵回路８１０も有する。第２の冷凍回路８１０は、圧縮機８１１、凝縮器８１３、および流体受容器８１４を有する。圧縮機８１１、凝縮器８１３、および流体受容器８１４は、図７に例示され、以下に記載するような特定の配置において、吸引ライン熱交換器８８０が、図５Ｂに関連して表し説明した流れスキームに従って、凝縮器８１３から下流で流体受容器８１４の上流の熱排除側、および蒸発器８１９の下流で圧縮機８１１の上流の熱吸収側に接続されることを除いて、直列に、所定の順序で接続されている。第２の回路内の圧縮機、凝縮器、流体受容器などの各々は単一のアイコンによって例示されているが、圧縮機、蒸発器、熱交換器、膨張装置などはそれぞれ、複数のそのようなユニットを含むことができることは、理解されるであろう。また、第２の冷凍回路８１０は、中温冷却分岐部８１７および１つの低温冷却分岐部８１６という、２つの並列に接続された分岐部を有する。分岐部８１７は流体受容器８１４と圧縮機８１１の間に接続され、膨張装置（例えば、膨張弁など）８１８および蒸発器８１９を有する。膨張装置８１８および蒸発器８１９は、流体受容器８１４と吸入ライン熱交換器８８０との間に直列に、上記したように接続され、次いで、圧縮器８１１に供給される。低温冷却分岐部８１６は、膨張装置（例えば、膨張弁など）８１２と、第１の冷凍回路８２０の各熱交換器８３０への第２の冷媒の出し入れをもたらす出入口配管、導管、弁などの形態にある境界部（集合的に８６０として表す）とを有する。低温冷却部８１６は、回路境界位置８３１で第１の冷凍回路８２０の熱交換器８３０と連結している。
【０１５２】
[0189]この例において、表４ａで確認された冷媒はそれぞれ、中温冷凍回路８１０において個別の試験で使用される。これらのブレンドは不燃性冷媒であり、これにより安全性が改善されるので有用であり、さらに有利なことに、各ブレンドは低ＧＷＰを有するので、環境に優しい溶液になっている。
【０１５３】
[0190]図７に例示するような好ましい態様の使用は、以下のように要約することができる：
−第１の冷凍回路８２０は蒸発器８２３を介して熱を吸収して、チル冷却される空間（図示していない）に低温冷却を提供する；
−第２の冷凍回路８１０は、熱交換器８３０からの熱を吸収して、第１の冷凍回路８２０を冷却する；
−第２の冷凍回路８１０は蒸発器８１９で熱を吸収して、チル冷却される空間（図示していない）に中温冷却を提供する；および
−熱は、チラー８１９において第２の冷凍回路８１０内の冷媒ブレンドから除去される。
【０１５４】
[0191]とりわけ、各第１の冷凍回路８３０がそれぞれの冷凍ユニットに内蔵されていることから、図７に示すタイプの本発明の配置を用いて、いくつかの有益な結果を達成することができる。
【０１５５】
[0192]例えば、冷凍ユニットおよびカスケード冷凍システム８００全体の設置および取り外しは、簡略化される。これは、ビルトイン式で内蔵型の第１の冷凍回路８２０を有する冷凍ユニットが、第１の冷凍回路８２０を改良することなく、第２の冷凍回路８１０と容易に接続または分離することができるためである。言い換えれば、冷凍ユニットは、第２の冷凍回路８１０に単に「差し込まれる」か、または、そこから外すことができる。  
【０１５６】
[0193]他の利点は、それぞれ第１の冷凍回路８２０を包含する各冷凍ユニットを、動いている冷凍システム８００に設置する前に、デフォルトについて工場で試験できることである。これにより、潜在的に有害な冷媒の漏洩を包含することができる欠陥の可能性が軽減する。したがって、漏洩率の低下を達成することができる。
【０１５７】
[0194]他の利点は、各回路がそれぞれの冷凍ユニット内に配置されていて、一連のユニット間には延在しないため、第１の冷凍回路８２０の長さを短くすることができる点である。回路の長さが短くなると、表面積が小さくなるため、より短いラインにおける熱浸透が減少するので、効率の改善をもたらすことができる。さらに、回路の長さが短くなると、圧力降下の減少ももたらされる可能性があり、これによりシステム８００の効率が改善される。
【０１５８】
[0195]回路の長さを短くし、それぞれの冷凍ユニット内に内蔵された回路を提供することにより、出願人らが認めるようになったＲ１２３４ｙｆのようなより可燃性の高い冷媒を使用する能力も提供されることは、非常に有益な結果である。これは、冷媒が漏洩する可能性が低減される（上記のように）と共に、冷媒が漏洩したとしても、その漏洩が各冷凍ユニットの比較的小さな領域および含有可能領域に含有されることになるため、および、ユニットのサイズが小さいため、比較的少量の冷媒仕込み量しか使用されないためである。さらに、この配置は、潜在的に可燃性の材料を含有する領域がはるかに小さく、限定的で、均一であるので、比較的低コストの不測の火炎事象の軽減手順および／または装置の使用が可能になる。このようなより可燃性の高い冷媒は、より低い地球温暖化係数（ＧＷＰ）を有する可能性がある。したがって、有利なことに、システムの安全性を損なうことなく、低ＧＷＰ冷媒の使用に関する政治的および社会的目標を満たし、潜在的に超過することができる。
【０１５９】
[0196]他の利点は、各第１の冷凍回路８２０がそれぞれの冷凍ユニットだけを冷却することができる点である。これは、各第１の冷凍回路８２０の負荷が比較的一定のままであることができることを意味する。すなわち、第１の冷凍回路８２０の凝縮段階８３１および蒸発段階８２３には一定条件が適用される。これにより、毛細管またはオリフィス管などの受動的膨張装置８２２を使用できるという点で、第１の冷凍回路８２０の設計の簡素化が可能になる。これは、電子膨張装置およびサーモスタット膨張弁を使用する必要がある、より複雑な回路とは対照的である。このような複雑な装置の使用が回避されるため、コストを削減することができ、信頼性を高めることができる。
【０１６０】
[0197]さらに、重要なことには、そのような態様による第２の冷凍回路に満液式熱交換器を提供すると、第１の回路と第２の回路の間の熱伝達が改善される。したがって、冷凍システム全体の効率が向上する。
【０１６１】
[0198]回路境界位置が他の回路境界位置と並列に結合されることに起因する可能性がある利点がいくつかある。１つの利点は、１つの回路境界位置に関連するか、そこで生じる欠陥は、他の回路境界位置に影響を与えないので、システムに回復力が提供されることであり得る。これは、各回路境界位置が第２の冷凍回路の各分岐部によって使用可能になるためである。他の利点は、各回路境界位置の前の第２の冷媒の温度を比較的一定に保つことができるので、第１の冷凍回路と第２の冷凍回路との間の熱伝達効率が改善されることであり得る。対照的に、２つの回路境界位置が直列に結合された場合、第２の冷凍回路内の冷媒の温度は、下流の回路境界位置の前の方が、上流の回路境界位置の前よりも高い可能性がある。
【０１６２】
[0199]表４ａのブレンドに関連して上記したシステム試験の結果を、以下の表４ｂに要約する：
【０１６３】
【表６】
2021531443.tif 000008
【０１６４】
表４ｂは、各システムの成績係数（ＣＯＰ）に関する情報を包含する。ＣＯＰは、システムからの有用な冷却出力とシステムへの仕事入力との比である。ＣＯＰが高いほど、運転コストは下がることになる。相対的ＣＯＰは、比較例の冷凍システムに対するＣＯＰである。
【０１６５】
[0200]上記の試験結果からわかるように、本明細書に一般的に記載され、図７のシステムに関連して具体的に記載されるような好ましいシステム配置で使用される組み合わせのそれぞれにおいて、劇的かつ予想外に向上したＣＯＰおよび削減されたエネルギー消費が達成される。
【０１６６】
[0201]表４ｂに示した結果は、以下に記載する特定のシステム試験条件に基づいており、表中、ＭＴは中温（第２の冷凍回路）を意味し、ＬＴは低温（第１の冷凍回路）を意味し、単位は与えられたとおりである。
【０１６７】
・ＭＴおよびＬＴシステムを組み合わせた比較例Ｒ４０４Ａ
・負荷分布
・ＬＴ：１／３（３３０００Ｗ）
・ＭＴ：２／３（６７０００Ｗ）
・体積効率：ＭＴおよびＬＴの両方について９５％
・等エントロピー効率
・Ｒ４０４Ａ：ＭＴ／ＬＴ、０．７２／０．６８
・凝縮温度：１０５Ｆ
・ＭＴ蒸発温度：２０Ｆ（内蔵型ユニットの場合は圧力降下が小さいため２２Ｆ）
・ＬＴ蒸発温度：−２０Ｆ
・蒸発器過熱：１０Ｆ
・吸引ライン温度上昇
・比較例：ＭＴ：２５Ｆ；ＬＴ：５０Ｆ
・吸引ライン熱交換器（ＳＬＨＸ）を有さないカスケード／内蔵型：ＭＴ：１０Ｆ；ＬＴ：２５Ｆ
・吸引ライン熱交換器（ＳＬＨＸ）を有するカスケード／内蔵型：ＭＴ：１０Ｆ；ＬＴ：１５Ｆ
・使用時のＳＬＨＸ効率：６５％
・機械的過冷却器出口温度：５０Ｆ
[0202]この例のＬＴ負荷（３３０００ワット）は、本発明の好ましい観点にしたがって、多数の小型圧縮機の累積電力定格によって提供されることが理解されるであろう。例えば、約１５００ワット（約２馬力）と定格された圧縮機が冷凍システムのＬＴ部分で使用される場合、本発明にしたがって、そのような小型圧縮機が多数（例えば２０個）使用されるであろう。対照的に、中温システムによって運ばれる圧縮機負荷は、６７０００ワット（約９０馬力）の冷却を提供するために、一連のより大きな圧縮機（５馬力以上の電力定格を有するもの）によって取り扱うことが可能であることが意図される。
【０１６８】
[0203]実施例２Ｂ−  Ｒ−４５５Ａおよび吸引ライン熱交換器との好ましい組み合わせ
[0204]各場合で第１の冷凍回路におけるＲ−１２３４ｙｆ冷媒をＲ−４５５Ａで置き換えた点を除き、実施例２Ａを繰り返す。結果を以下の表４ｃに報告する：
【０１６９】
【表７】
2021531443.tif 000009
【０１７０】
[0205]上記試験結果からわかるように、本明細書に一般的に記載され、図７のシステムに関連して具体的に記載されるような好ましいシステム配置で使用される組み合わせのそれぞれにおいて、劇的かつ予想外に向上したＣＯＰおよび削減されたエネルギー消費が達成される。
実施例２Ｃ−  プロパンおよび吸引ライン熱交換器との好ましい組み合わせ
[0206]各場合で第１の冷凍回路におけるＲ−１２３４ｙｆ冷媒をプロパンで置き換えた点を除き、実施例２Ａを繰り返す。結果を以下の表４ｄに報告する：
【０１７１】
【表８】
2021531443.tif 000010
【０１７２】
[0207]上記結果からわかるように、本明細書に一般的に記載され、図７のシステムに関連して具体的に記載されるような好ましいシステム配置で使用される組み合わせのそれぞれにおいて、劇的かつ予想外に向上したＣＯＰおよび削減されたエネルギー消費が達成される。
実施例３Ａ−  Ｒ−１２３４ｙｆおよび吸引ライン熱交換器なしとの好ましい組み合わせ
[0208]上記表４ａに記載したような冷媒ブレンドの各々を、低温回路にＲ−１２３４ｙｆを用いて、中温回路において試験する。使用される特定の回路は図２に例示する通りであり、条件は、実施例２Ａに関連して上記した通りである。達成された結果を以下の表５ａに報告する：
【０１７３】
【表９】
2021531443.tif 000011
【０１７４】
上記表４ｂと比較して上記表５ａから、ＳＬＨＸを使用しない場合と比較して、ＳＬＨＸを使用することによって、より高いＣＯＰおよびより高い能力が達成されることが明らかである。これは、カスケード冷媒システムにおける同じ冷媒の組み合わせに関し、表４ｂのＣＯＰおよび能力の両方の値が、表５ａの値よりも著しく大きいことによって実証される。
実施例３Ｂ−  Ｒ４５５Ａおよび吸引ライン熱交換器なしとの好ましい組み合わせ
[0209]上記表４ａに記載したような冷媒ブレンドの各々を、低温回路にＲ−４５５ａを用いて、中温回路において試験する。使用される特定の回路は図２に例示する通りであり、条件は、実施例２Ａに関連して上記した通りである。達成された結果を以下の表５ｂに報告する：
【０１７５】
【表１０】
2021531443.tif 000012
【０１７６】
上記表４ｃと比較して上記表５ｂから、ＳＬＨＸを使用しない場合と比較して、ＳＬＨＸを使用することによって、より高いＣＯＰおよびより高い能力が達成されることが明らかである。これは、カスケード冷媒システムにおける同じ冷媒の組み合わせに関し、表４ｂのＣＯＰおよび能力の両方の値が、表５ｂの値よりも著しく大きいことによって実証される。
【符号の説明】
【０１７７】
１００  冷凍システム
１１０  中温冷凍回路
１１１  圧縮機
１１２  膨張弁
１１３  凝縮器
１１４  流体受容器
１１５  パイプ
１１６  中温冷却分岐部
１１７  低温過冷却分岐部
１１８  膨張弁
１１９  中温蒸発器
１２０  低温冷凍回路
１２１  圧縮機
１２２  膨張弁
１２３  蒸発器
１２４  パイプ
１３０  熱交換器
１４０  ルーフ
１４１  機械室
１４２  販売フロア
１５０  回路間熱交換器
２００  カスケード冷凍システム
２１０  第２の冷凍回路
２１１  圧縮機
２１２  膨張弁
２１３  凝縮器
２１４  流体受容器
２１６  低温冷却分岐部
２１７ａ  中温冷却分岐部
２１７ｂ  中温冷却分岐部
２１７ｃ  中温冷却分岐部
２１８ａ  膨張弁
２１８ｂ  膨張弁
２１８ｃ  膨張弁
２１９ａ  蒸発器
２１９ｂ  蒸発器
２１９ｃ  蒸発器
２２０ａ  第１の冷凍回路
２２０ｂ  第１の冷凍回路
２２０ｃ  第１の冷凍回路
２２１  圧縮機
２２２  膨張弁
２２３  蒸発器
２３０  熱交換器
２３１ａ  回路境界位置
２３１ｂ  回路境界位置
２３１ｃ  回路境界位置
２４１  機械室
２４２  販売フロア
２６０ａ  境界部
２６０ｂ  境界部
２６０ｃ  境界部
３００  システム
４００  カスケード冷凍システム
４１０  第２の冷凍回路
４１１  圧縮機
４１３  凝縮器
４１４  受容器
４１６  低温冷却分岐部
４１７  中温冷却分岐部
４１８  膨張弁
４１９  蒸発器
４２０ａ  第１の冷凍回路
４２０ｂ  第１の冷凍回路
４２１  圧縮機
４２２  膨張弁
４２３  蒸発器
４３０ａ  熱交換器
４３０ｂ  熱交換器
４３１ａ  回路境界位置
４３１ｂ  回路境界位置
４４０  第１の制御可能弁
４４１  第２の制御可能弁
４４２  ポンプ
４５０  圧縮機分岐部
４５１  周囲冷却分岐部
４５２  チラー
４６０  ルーフ
４６１  機械室
４６２  販売フロア
７００  ＳＬＨＸを有さない冷凍回路
７１０  圧縮機
７２０  熱交換器
７３０  膨張弁
７４０  蒸発器
７５０  ＳＬＨＸを有する冷凍回路
８００  カスケード冷凍システム
８１０  第２の冷凍回路
８１１  圧縮機
８１２  膨張装置
８１３  凝縮器
８１４  流体受容器
８１６  低温冷却分岐部
８１７  中温冷却分岐部
８１８  膨張装置
８１９  蒸発器
８２０  第１の冷凍回路
８２１  圧縮機
８２２  膨張装置
８２３  蒸発器
８３０  熱交換器
８３１  回路境界位置
８６０  境界部
８７０  吸引ライン熱交換器
８８０  吸引ライン熱交換器
【図１Ａ】
2021531443.tif 000013
【図１Ｂ】
2021531443.tif 000014
【図２】
2021531443.tif 000015
【図３】
2021531443.tif 000016
【図４】
2021531443.tif 000017
【図４Ａ】
2021531443.tif 000018
【図５Ａ】
2021531443.tif 000019
【図５Ｂ】
2021531443.tif 000020
【図６】
2021531443.tif 000021
【図７】
2021531443.tif 000022
【国際調査報告】
2021531443.tif 000023
2021531443.tif 000024