(57)【要約】  【課題】冷蔵あるいは冷凍に利用する比較的蒸発温度が低い水冷式冷凍システムにおいて、簡易な構成で、水冷放熱器の放熱能力を抑制し、循環ポンプのポンプ動力に起因する消費電力の抑制や、直接冷却する際の冷却水の消費量を図ることを目的とする。  【解決手段】二酸化炭素を主成分とする冷媒を用いるとともに、水冷放熱器１１の上流側に空冷放熱器１０を設置することにより、冷媒の温度が比較的高い放熱器前半部を空冷放熱器１０で空冷し、放熱器後半部のみを水冷放熱器１１で水冷することで、水冷放熱器１１の放熱能力を抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を主成分とする冷媒を用いるとともに、前記冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された前記冷媒を冷却する水冷放熱器と、前記水冷放熱器の手前に設置された空冷放熱器と、膨張弁と、蒸発器とを備えた水冷式冷凍システム。
【請求項２】
スパイラルフィンチューブ熱交換器を用いて、前記空冷放熱器を形成した請求項１に記載の水冷式冷凍システム。
【請求項３】
前記蒸発器の除霜水を貯留する蒸発皿を備え、前記空冷放熱器の排熱により前記蒸発皿内の除霜水を蒸発させる請求項１または２に記載の水冷式冷凍システム。
【請求項４】
前記水冷放熱器を二重管で形成し、内管に冷却水、外管に冷媒を流通させるとともに、前記外管に空冷フィンを設けた請求項１から３のいずれか一項に記載の水冷式冷凍システム。
【請求項５】
外気を導入する風路を備え、前記風路内の風上側に前記水冷放熱器を、風下側に空冷放熱器を設けた請求項４に記載の水冷式冷凍システム。
【請求項６】
前記水冷放熱器の内管と外管の間に、冷媒が冷却水配管に侵入しないように外界と連通する漏洩検知管を設け、前記水冷放熱器を三重管構造とした請求項４または５に記載の水冷式冷凍システム。
【請求項７】
前記水冷放熱器内を略超臨界状態として使用するために、低外気温条件で水冷を停止する請求項１から６のいずれか一項に記載の水冷式冷凍システム。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の水冷式冷凍システムを搭載し、貯蔵物を冷凍温度で保存する保冷庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒として二酸化炭素を使用した冷凍システムにおいて、冷蔵あるいは冷凍に利用する比較的蒸発温度が低い水冷式冷凍システムおよび、この水冷式冷凍システムを搭載する保冷庫に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、冷凍システムに使用される冷媒の地球温暖化に対する影響を削減する要求が高まってきており、地球温暖化に対する影響が小さい自然冷媒として、二酸化炭素を使用した冷凍システムが提案されている。
【０００３】
また、二酸化炭素を使用した冷凍システムは、遷臨界サイクルである点を利用して高い出湯温度を得る給湯機に適用されるとともに、不燃性である点を利用して使用時の冷媒漏洩量が大きいカーエアコン等に適用されている。
【０００４】
しかし、冷蔵あるいは冷凍に利用する比較的蒸発温度が低い冷凍システムにおいては、高外気温度条件において効率が著しく低下するとともに、蒸発温度の低下に伴って吐出ガス温度が非常に高くなるという問題があり、適用が進んでいない。
【０００５】
一方、高外気温条件における放熱能力を確保する観点から、水冷式冷凍システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
以下、図面を参照しながら従来の二元冷凍システムを説明する。
【０００７】
図６は、従来の水冷式冷凍システムの冷媒回路図、図７は、従来の水冷式冷凍システムのモリエル線図である。
【０００８】
図６に示すように、従来の水冷式冷凍システムは、冷媒として二酸化炭素を使用し、圧縮機１、水冷放熱器２、膨張弁３、蒸発器４の冷媒回路を主体とし、蒸発器４で生成した冷気を、保冷庫の貯蔵室（図示せず）へ循環する蒸発器ファン５を備えている。
【０００９】
また、水冷放熱器２の冷却水を、水冷放熱器２から冷却水放熱器７へ循環させる循環ポンプ６と、外気を用いて冷却水放熱器７を空冷する空冷ファン８を備えている。
【００１０】
以上のように構成された従来の水冷式冷凍システムについて、その動作を説明する。
【００１１】
圧縮機１で圧縮されて吐出された冷媒は、水冷放熱器２で冷却された後、膨張弁３で減圧されて、蒸発器４で蒸発する。そして、蒸発器４で蒸発したガス冷媒が圧縮機１へ還流する。
【００１２】
また、水冷放熱器２で冷媒と熱交換して加温された冷却水は、循環ポンプ６によって冷却水放熱器７へ送られ、ここで空冷ファン８によって外気温度を利用して冷却される。そして、冷却水は、水冷放熱器２へ還流する。
【００１３】
ここで、従来の水冷式冷凍システムは、循環ポンプ６、冷却水放熱器７、空冷ファン８からなる冷却水循環装置を備えているため、給排水設備なしに水冷放熱器２を冷却することができる利点がある。
【００１４】
また、冷却水が循環する配管を延長して冷却水放熱器７を屋外に設置すれば、室内温度が屋外よりも高い厨房においても水冷放熱器２を効率よく冷却することができる。
【００１５】
さらに、前述の給排水設備を備えている場合は、冷却水回路を冷却水循環装置に替えて水冷放熱器２を流水によって直接冷却する装置とすることができ、外気温度が高い時でも安定して水冷放熱器２を冷却することができる。
【００１６】
次に、従来の水冷式冷凍システムの冷媒の状態変化について図７を用いて詳細に説明する。
【００１７】
図７は、横軸を冷媒のエンタルピーｈ、縦軸を冷媒の圧力Ｐとするモリエル線図であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅの各点は、保冷庫の貯蔵室（図示せず）が所定温度まで低下した定常状態にある安定時の冷媒の状態変化を示す。
【００１８】
安定時において、圧縮機１から吐出された冷媒は、温度Ｔ０のａ点であり、水冷放熱器２で冷却されて温度Ｔ４のｂ点となる。次に、膨張弁３で減圧されて気液混合状態のｃ点となり、蒸発器４に供給される。蒸発器４で蒸発した冷媒はｄ点となり、配管経路内でｅ点まで若干受熱しながら圧縮機１に還流する。
【特許文献１】特開平１１−１０８５２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、上記従来の構成では、冷媒回路の放熱をすべて水冷放熱器で行うため、高能力の冷却水循環装置が必要であり、冷却水放熱器７の大型化や循環ポンプ６のポンプ動力による消費電力の増大が懸念される。
【００２０】
特に、冷却水が循環する配管を延長して、冷却水放熱器７を屋外に設置した場合、延長配管に伴う流通抵抗の増加に起因して循環ポンプによるポンプ動力の増大が問題となる。また、水冷放熱器２を流水によって直接冷却する場合も、多量の冷却水を消費する問題が生じる。
【００２１】
本発明は、従来の課題を解決するもので、二酸化炭素を主成分とする冷媒を用いた水冷式冷凍システムにおいて、冷媒回路の放熱能力を低下させることなく、冷却水循環装置の能力を抑制する水冷式冷凍システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記従来の課題を解決するために、本発明の水冷式冷凍システムおよびこれを搭載した保冷庫は、空冷により冷媒回路の放熱を行う空冷放熱器を備え、この空冷放熱器を水冷放熱器よりも上流に配置したものである。
【００２３】
これによって、水冷放熱器の放熱能力を抑制することができ、冷却水循環装置の能力を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の空冷式冷凍システムおよびこれを搭載した保冷庫は、空冷放熱器を水冷放熱器よりも上流に配置する簡易な構成で、二酸化炭素を主成分とする冷媒を用いた水冷式冷凍システムにおいて、水冷放熱器の放熱能力を抑制することができ、循環ポンプのポンプ動力に起因する消費電力の抑制や、直接冷却する際の冷却水の消費量を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
請求項１に記載の発明は、二酸化炭素を主成分とする冷媒を用いるとともに、前記冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された前記冷媒を冷却する水冷放熱器と、前記水冷放熱器の手前に設置された空冷放熱器と、膨張弁と、蒸発器とを備えたものである。
【００２６】
かかる構成とすることにより、前記水冷放熱器の放熱能力を抑制することができ、循環ポンプのポンプ動力に起因する消費電力の抑制や、直接冷却する際の冷却水の消費量を図ることができる。
【００２７】
請求項２に記載の発明は、スパイラルフィンチューブ熱交換器を用いて、前記空冷放熱器を形成したものである。
【００２８】
かかることにより、冷媒の温度変化が比較的大きい空冷放熱器において、温度の異なる冷媒間の伝熱を抑制することができ、空冷放熱器の放熱能力を向上することができる。さらに、循環ポンプのポンプ動力に起因する消費電力の抑制や、直接冷却する際の冷却水の消費量を図ることができる。
【００２９】
請求項３に記載の発明は、前記蒸発器の除霜水を貯留する蒸発皿を備え、前記空冷放熱器の排熱により前記蒸発皿内の除霜水を蒸発させるもので、かかることにより、電気ヒータによる除霜水の蒸発エネルギーが削減できる。
【００３０】
請求項４に記載の発明は、前記水冷放熱器を二重管で形成し、内管に冷却水、外管に冷媒を流通させるとともに、前記外管に空冷フィンを設けたものである。
【００３１】
かかる構成とすることにより、外気温度が低い場合に冷却水回路を停止して、水冷放熱器を空冷することができる。これによって、循環ポンプのポンプ動力や直接冷却する際の冷却水の消費量を削減することができる。
【００３２】
請求項５に記載の発明は、外気を導入する風路を備え、前記風路内の風上側に前記水冷放熱器を、風下側に空冷放熱器を設けたものである。
【００３３】
かかることにより、比較的温度の高い空冷放熱器の熱的影響を受け難くして風上側の水冷放熱器を空冷することができる。これによって、水冷放熱器の放熱能力を確保し、より高い外気温度まで冷却水回路の運転を控え、消費エネルギーの削減をはかることができる。
【００３４】
請求項６に記載の発明は、前記水冷放熱器の内管と外管の間に、冷媒が冷却水配管に侵入しないように外界と連通する漏洩検知管を設け、前記水冷放熱器を三重管構造としたものである。
【００３５】
かかる構成とすることにより、前記水冷放熱器の冷媒配管がリークした場合でも冷却水回路が冷媒の侵入によって異常に高圧となることを防止することができ、装置の耐圧安全性を確保することができる。
【００３６】
請求項７に記載の発明は、前記水冷放熱器内を略超臨界状態として使用するために、低外気温条件で水冷を停止するものである。
【００３７】
かかることにより、低外気温条件で水冷を停止する水冷式冷凍システムであるので、冷媒回路を略遷臨界サイクルとして動作させることができ、空冷放熱器の放熱能力が低下して水冷放熱器の負荷が過大となることを防止することができる。
【００３８】
請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれか一項に記載の水冷式冷凍システムを搭載し、貯蔵物を冷凍温度で保存する保冷庫としたものである。
【００３９】
かかることにより、自然冷媒である二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍システムにおいて、高外気温度条件において放熱能力の低下に起因する効率低下を抑制しながら、冷却水回路の冷却能力を抑制することができ、循環ポンプのポンプ動力に起因する消費電力の抑制や、直接冷却する際の冷却水の消費量を抑制することができる。
【００４０】
以下、本発明による冷凍システムの実施の形態について図面を参照しながら説明するが、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。なお、従来と同一の構成要素については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における水冷式冷凍システムの冷媒回路図、図２は、本実施の形態１における水冷式冷凍システムに用いた水冷放熱器の模式図、図３は、本実施の形態１の水冷式冷凍システムにおける冷媒のモリエル線図である。
【００４２】
図１および図２に示すように、水冷式冷凍システムは、冷媒回路部として、冷媒に二酸化炭素を使用し、圧縮機１、空冷放熱器１０、水冷放熱器１１、膨張弁３、蒸発器４の冷媒回路と、蒸発器４で生成した冷気を保冷庫の貯蔵室等の如く所定の場所（図示せず）へ送風する蒸発器ファン５と、空冷放熱器１０および水冷放熱器１１を空冷する放熱器ファン１２を備えている。また、冷却水回路として、冷却水を水冷放熱器１１から冷却水放熱器７へ循環させる循環ポンプ６と、外気を用いて冷却水放熱器７を空冷する空冷ファン８とを備えている。
【００４３】
ここで、空冷放熱器１０は、１枚のフィンを１本の冷媒配管に巻きつけてなるスパイラルフィンチューブ熱交換器で構成している。また、水冷放熱器１１は、図２に示すように、冷却水が通過する内管１３と、冷媒が通過する外管１４からなる二重管構造の配管と、外管１４の外郭に巻きつけられた１枚の空冷フィン１５とを備えた構成となっている。
【００４４】
そして、放熱器ファン１２により形成される風路の風上側に水冷放熱器１１を、風下側に空冷放熱器１０をそれぞれ配置して、放熱器ファン１２により導入される外気が水冷放熱器１１を冷却した後に、空冷放熱器１０を冷却するものである。
【００４５】
以上のように構成された実施の形態１の水冷式冷凍システムについて、以下その動作を説明する。
【００４６】
圧縮機１で圧縮され、吐出された冷媒は、空冷放熱器１０で冷却された後、さらに水冷放熱器１１で冷却され、その後膨張弁３で減圧されて、蒸発器４で蒸発する。そして、蒸発器４で蒸発したガス冷媒が圧縮機１へ還流する。
【００４７】
また、水冷放熱器１１で冷媒と熱交換して加温された冷却水は、循環ポンプ６によって冷却水放熱器７へ送られ、ここで空冷ファン８によって外気で冷却される。そして、冷却水は、水冷放熱器１１へ還流する。
【００４８】
ここで、空冷放熱器１０は、１枚のフィンを１本の冷媒配管に巻きつけた構成のスパイラルフィンチューブ熱交換器で構成しているため、超臨界状態に維持しながら空冷放熱器１０で放熱した場合においても、入口近傍の高温冷媒と出口近傍の低温冷媒が直接熱交換することがなく、効率よく放熱することができる。
【００４９】
また、水冷放熱器１１は、冷却水が通過する内管１３と、冷媒が通過する外管１４からなる二重管構造の配管と、外管１４の外郭に巻きつけられた１枚の空冷フィン１５を備えているため、外気温度が低下した場合に冷却水循環装置（循環ポンプ６等）を停止しても、放熱器ファン１２によって導入される外気に対して放熱することができる。これによって、冷却水循環装置の循環ポンプ６に起因する消費電力を削減することができる。このとき、比較的温度が高い空冷放熱器１０を風下側に設置する方が、空冷放熱器１０と水冷放熱器１１を効率よく空冷することができる。
【００５０】
次に、実施の形態１の水冷式冷凍システムにおける冷媒の状態変化について、図３を用いて詳細に説明する。
【００５１】
図３は、横軸を冷媒のエンタルピー、縦軸を冷媒の圧力とするモリエル線図であり、ｐ、ｑ、ｒ、ｓ、ｔ、ｕの各点は、保冷庫の貯蔵室（図示せず）が所定温度まで低下した定常状態にある安定時の冷媒の状態変化を示す。
【００５２】
安定時において、圧縮機１から吐出された冷媒は、温度Ｔ０のｐ点であり、空冷放熱器１０で冷却されて外気温度の近傍にある温度Ｔ２のｑ点となり、さらに水冷放熱器１１で冷却されて温度Ｔ４のｒ点となる。ｐ点、ｑ点、ｒ点において冷媒は超臨界状態にあり液化しないことが遷臨界サイクルの特長である。
【００５３】
次に、膨張弁３で減圧されて気液混合状態のｓ点となり、蒸発器４に供給される。蒸発器４で蒸発した冷媒はｔ点となり、配管経路内でｕ点まで若干受熱しながら圧縮機１に還流する。
【００５４】
ここで、ｐ点とｑ点のエンタルピー差は、空冷放熱器１０での放熱量を示し、ｑ点とｒ点のエンタルピー差は、水冷放熱器１１での放熱量を示す。また、ｑ点とｒ点のエンタルピー差で示される水冷放熱器１１での放熱量は、冷却水循環装置による冷却量とほぼ一致する。
【００５５】
したがって、空冷放熱器１０を空冷することで、比較的小さな冷却水循環装置で水冷放熱器１１での放熱量のみを冷却することができるので、冷却水循環装置で使用される循環ポンプ６に起因する消費電力を低減することができる。
【００５６】
なお、空冷放熱器１０と水冷放熱器１１の放熱量の割合は、外気温度とｐ、ｑ、ｒの各点で示される高圧圧力でほぼ決定されるので、本実施の形態１の水冷式冷凍システムを搭載する冷凍機器（例えば、保冷庫等）が使用される外気温度条件に合わせて高圧圧力を設計することが望ましい。
【００５７】
外気温度が冷媒である二酸化炭素の臨界温度３１℃近傍より低い場合は、本実施の形態１と同じ高圧圧力を８ＭＰａ前後に設計すれば、空冷放熱器１０の放熱量の割合をある程度確保することができ、比較的小さな冷却水循環装置で水冷放熱器１１を冷却することにより、冷却水循環装置で使用される循環ポンプ６に起因する消費電力を低減する効果が期待できる。
【００５８】
一方、外気温度が想定した設計温度より低下した場合は、高圧圧力を８ＭＰａ前後に維持するように冷却水循環装置を断続運転することが望ましい。高圧圧力が８ＭＰより大幅に低下すると、ｐ点とｑ点のエンタルピー差が小さくなり、空冷放熱器１０での放熱量が十分確保できず、冷却水循環装置で使用される循環ポンプ６に起因する消費電力を低減する効果が小さくなる。
【００５９】
また、想定される外気温度が臨界温度３１℃近傍よりさらに高い場合は、高圧圧力を若干高い８〜１２ＭＰａ程度に設計すれば、空冷放熱器１０の放熱量の割合を十分に確保することができる。このとき、圧縮機１の吐出ガス温度が異常に上昇する可能性があるので、高圧圧力を１２ＭＰａ以上に上げることは望ましくない。
【００６０】
以上のように、本実施の形態１においては、水冷放熱器１１の上流側に空冷放熱器１０を備えることで、冷却水循環装置で使用される循環ポンプ６に起因する消費電力を低減することができる。
【００６１】
また、冷却水が通過する内管１３と、冷媒が通過する外管１４からなる二重管構造の配管と、外管１４の外郭に巻きつけられた１枚の空冷フィン１５を具備した水冷放熱器１１を備えるとともに、比較的温度が高い空冷放熱器１０を水冷放熱器１１の風下側に設置することにより、外気温度が低下した場合に、冷却水循環装置を停止しても放熱器ファン１２によって導入される外気に対して十分に放熱することができ、これによって、冷却水循環装置の循環ポンプ６に起因する消費電力を削減することができる。
【００６２】
さらに、外気温度が想定した設計温度より低下した場合は、高圧圧力を８ＭＰａ前後に維持するように冷却水循環装置を断続運転することで、空冷放熱器１０での放熱量を十分確保することができ、冷却水循環装置で使用される循環ポンプ６に起因する消費電力を低減することができる。
【００６３】
なお、実施の形態１の水冷式冷凍システムは、循環ポンプ６、冷却水放熱器７、空冷ファン８を具備した冷却水循環装置を備えているため、給排水設備なしに水冷放熱器１１を冷却することができる利点がある。
【００６４】
また、冷却水が循環する配管を延長して冷却水放熱器７を屋外に設置すれば、室内温度が屋外よりも高い厨房においても水冷放熱器１１を効率よく冷却することができる。給排水設備を備えている場合は、冷却水回路を冷却水循環装置に替えて水冷放熱器１１を流水によって直接冷却する装置としてもよく、外気温度が高い時でも安定して水冷放熱器１１を冷却することができる。このとき、冷却水回路の冷却負荷量が低下すると、流水量の低減が図れる。
【００６５】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における保冷庫のシステム構成図、図５は、実施の形態２の保冷庫に搭載された水冷放熱器の模式図である。なお、実施の形態１の水冷式冷凍システムと同一の構成要素については同一の番号を付して、詳細な説明は省略する。
【００６６】
図４に示すように、実施の形態２の保冷庫に搭載された水冷式冷凍システムは、実施の形態１と同様に、冷媒回路部として、冷媒に二酸化炭素を使用し、圧縮機１、空冷放熱器１０、水冷放熱器２０、膨張弁３、蒸発器４の冷媒回路と、蒸発器４で生成した冷気を保冷庫の貯蔵室２１へ循環する蒸発器ファン５と、空冷放熱器１０および水冷放熱器２０を空冷する放熱器ファン１２を備えている。また、冷却水回路として、冷却水を水冷放熱器２０から冷却水放熱器７へ循環させる循環ポンプ６と、外気を用いて冷却水放熱器７を空冷する空冷ファン８とを備えている。
【００６７】
保冷庫の筐体は、食品等を保管する貯蔵室２１と、水冷式冷凍システムの構成部品を設置する機械室２２と、断熱材を具備した構成であり、貯蔵室２１と機械室２２を区画するとともに蒸発器４を収納する蒸発器室２３とを備えている。また、屋外に設置された室外機２４内には、循環ポンプ６、冷却水放熱器７、空冷ファン８を具備する冷却水回路の一部が配置されている。
【００６８】
また、蒸発器４を除霜した際に発生する除霜水は、ドレンホース２５を介して機械室２２の空冷放熱器１０の風下側に設置された蒸発皿２６に一時貯留される。
【００６９】
そして、冷媒回路が稼動した時に、空冷放熱器１０の排熱により加温された外気により、蒸発皿２６内に貯留された除霜水を吸湿したろ紙２７（吸水性繊維布でもよい）を乾かす。これによって、蒸発器４を除霜した際に発生する除霜水を、大気へ蒸発して処理することができる。
【００７０】
ここで、空冷放熱器１０は、１枚のフィンを１本の冷媒配管に巻きつけてなるスパイラルフィンチューブ熱交換器で構成している。また、水冷放熱器２０は、図５に示すように、冷却水が通過する内管２８と、冷媒が通過する外管２９と、内管２８と外管２９の間に形成され、外気と連通する漏洩検知管３０からなる三重管構造の配管と、外管２９の外郭に巻きつけられた１枚の空冷フィン３１とを備えた構成である。
【００７１】
そして、放熱器ファン１２により形成される風路の風上側に水冷放熱器２０、風下側に空冷放熱器１０を配置して、放熱器ファン１２により導入される外気が、水冷放熱器２０を冷却した後に、空冷放熱器１０を冷却するものである。
【００７２】
以上のように構成された実施の形態２の保冷庫について、以下にその動作を説明する。
【００７３】
圧縮機１で圧縮され、吐出された冷媒は、空冷放熱器１０で冷却された後、さらに水冷放熱器２０で冷却され、その後膨張弁３で減圧されて、蒸発器４で蒸発する。そして、蒸発器４で蒸発したガス冷媒が圧縮機１へ還流する。
【００７４】
また、水冷放熱器２０で冷媒と熱交換して加温された冷却水は、循環ポンプ６によって冷却水放熱器７へ送られ、空冷ファン８によって外気で冷却される。そして、冷却水は水冷放熱器２０へ還流する。
【００７５】
ここで、空冷放熱器１０は、１枚のフィンを１本の冷媒配管に巻きつけてなるスパイラルフィンチューブ熱交換器で構成しているため、超臨界状態に維持しながら空冷放熱器１０で放熱した場合においても、入口近傍の高温冷媒と出口近傍の低温冷媒が直接熱交換することがなく、効率よく放熱することができる。
【００７６】
また、水冷放熱器２０は、冷却水が通過する内管２８と、冷媒が通過する外管２９と、内管２８と外管２９の間に形成され外気と連通する漏洩検知管３０からなる三重管構造の配管と、外管２９の外郭に巻きつけられた１枚の空冷フィン３１を備えているため、外気温度が低下した場合に、冷却水循環装置を停止しても放熱器ファン１２によって導入される外気に対して放熱することができるとともに、外管２９と漏洩検知管３０の間に形成された冷媒配管がリークした場合でも、冷却水回路である内管２８に冷媒が侵入することがなく、冷却水回路が冷媒の侵入によって異常に高圧となることを防止することができ、装置の耐圧安全性を確保することができる。
【００７７】
以上のように、本実施の形態２においては、水冷放熱器２０の上流側に空冷放熱器１０を備えることで、冷却水循環装置で使用される循環ポンプ６に起因する消費電力を低減することができる。
【００７８】
また、冷媒回路が稼動した時に、空冷放熱器１０の排熱により加温された外気が、蒸発皿２６内に貯留された除霜水を蒸発させることにより、除霜水を電気ヒータのみで加温して蒸発させる場合に比べて、ヒータ容量の低減化あるいはヒータの廃止が可能であり、ヒータ電力を削減することができる。
【００７９】
さらに、水冷放熱器２０において外管２９と漏洩検知管３０の間に形成された冷媒配管がリークした場合でも、冷却水回路である内管２８に冷媒が侵入することなく、冷却水回路が冷媒の侵入によって異常に高圧となることを防止することができ、装置の耐圧安全性を確保することができる。
【００８０】
なお、実施の形態２の保冷庫に搭載された水冷式冷凍システムは、循環ポンプ６、冷却水放熱器７、空冷ファン８からなる冷却水循環装置を室外機２４に備えているため、室内温度が屋外よりも高い厨房においても、水冷放熱器２０を効率よく冷却することができるが、給排水設備を備えている場合は、冷却水回路を冷却水循環装置に替えて水冷放熱器２０を流水によって直接冷却する装置としてもよく、外気温度が高い時でも安定して水冷放熱器２０を冷却することができる。このとき、冷却水回路の冷却負荷量が低下すると、流水量の低減が図れる。
【００８１】
さらに、上記各実施の形態１、２においては、空冷放熱器に、スパイラルフィン型の熱交換器を採用した構成として説明したが、独立した複数のフィンを冷媒配管に取り付けた独立フィン型熱交換器としても、各列あるいは各段の冷媒配管同士でフィンを共有しないため、熱結合が生じないので同様の効果が期待できる。また、水冷放熱器についても、相互の冷媒配管の間で行われる熱伝達を抑制する場合は、同様の構成を採用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
以上のように、本発明にかかる水冷式冷凍システムおよびこれを搭載した保冷庫は、空冷放熱器を水冷放熱器よりも上流に配置する簡易な構成で、二酸化炭素を主成分とする冷媒を用いた水冷式冷凍システムにおいて、水冷放熱器の放熱能力を抑制することができ、循環ポンプのポンプ動力に起因する消費電力の抑制や、直接冷却する際の冷却水の消費量を図ることができるので、冷媒のノンフロン化や機器の省エネルギー化が要求されるショーケースや業務用冷凍冷蔵庫、自動販売機等の冷蔵あるいは冷凍機器にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施の形態１における水冷式冷凍システムの冷媒回路図
【図２】同実施の形態１における水冷放熱器の模式図
【図３】同実施の形態１における水冷式冷凍システムのモリエル線図
【図４】本発明の実施の形態２における保冷庫のシステム構成図
【図５】同実施の形態２における水冷放熱器の模式図
【図６】従来技術の二元冷凍システムの冷媒回路図
【図７】従来技術の二元冷凍システムのモリエル線図
【符号の説明】
【００８４】
１    圧縮機
３    膨張弁
４    蒸発器
６    循環ポンプ
７    冷却水放熱器
１０  空冷放熱器
１１  水冷放熱器
１３  内管
１４  外管
１５  空冷フィン
２０  水冷放熱器
２６  蒸発皿
２８  内管
２９  外管
３０  漏洩検知管
３１  空冷フィン
【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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