(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に収納された野菜を真空冷却作用で冷却するための真空冷却槽と、
前記真空冷却槽内の空気を吸引排気して前記真空冷却槽内の気圧を下げるための真空ポンプと、
前記真空冷却槽から排気された空気を冷却し、該空気中に含まれる水蒸気を凝縮させ分離するコールドトラップと、
前記コールドトラップに送られる冷却媒体を冷却する冷凍機とを備えた野菜の真空冷却システムにおいて、
前記冷凍機は、ＮＨ３が循環する一次回路と、該一次回路に設けられた冷凍サイクル構成機器とで構成され、
前記冷凍サイクル構成機器の一部を構成する熱交換器と前記コールドトラップとに接続され、前記冷却媒体としてＣＯ２が循環する二次回路を備え、
前記二次回路は、前記熱交換器で冷却されて液化したＣＯ２液を貯留するＣＯ２受液器と、前記コールドトラップの出口側で前記二次回路から分岐し、前記ＣＯ２受液器に接続された第１の分岐路と、該第１の分岐路に設けられた蓄熱槽と、該蓄熱槽出口の前記第１の分岐路及び前記ＣＯ２受液器出口側の前記二次回路に接続された第２の分岐路とを有していることを特徴とする野菜の真空冷却システム。
【請求項２】
前記コールドトラップ出口の前記二次回路に設けられ、ＣＯ２の温度を検出する温度検出手段と、
前記蓄熱槽の出口で前記第１の分岐路及び前記第２の分岐路の接続部に設けられた第１の切替弁と、
前記ＣＯ２受液器の出口で前記二次回路と前記第２の分岐路との接続部に設けられた第２の切替弁と、
前記温度検出手段の検出値に応じて前記第１の切替弁及び前記第２の切替弁の作動を制御する制御装置とをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の野菜の真空冷却システム。
【請求項３】
前記蓄熱槽は、
内部空間に前記二次回路に連通した伝熱管が配置され、かつ該内部空間に不凍液が充填され、前記伝熱管を流れるＣＯ２で前記不凍液を冷却するものであることを特徴とする請求項１に記載の野菜の真空冷却システム。
【請求項４】
前記冷凍サイクル構成機器は、
ＮＨ３ガスを圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮されたＮＨ３ガスを凝縮する蒸発式凝縮器と、該蒸発式凝縮器で凝縮されたＮＨ３液を減圧して前記熱交換器に送る膨張手段とを有していることを特徴とする請求項１に記載の野菜の真空冷却システム。
【請求項５】
請求項２に記載された野菜の真空冷却システムを用いた野菜の真空冷却方法であって、
前記温度検出手段の検出値が閾値を上回ったとき、前記熱交換器及び前記蓄熱槽に同時にＣＯ２を循環させ、前記熱交換器で冷却したＣＯ２及び前記蓄熱槽で冷却したＣＯ２を前記コールドトラップに送る急速冷却ステップと、
前記温度検出手段の検出値が前記閾値以下であるとき、前記冷凍機の運転を停止させると共に、ＣＯ２を前記蓄熱槽に循環させ、前記蓄熱槽で冷却したＣＯ２を前記コールドトラップに送る蓄熱冷却ステップと、
前記コールドトラップにＣＯ２を送るのを停止し、前記熱交換器で冷却したＣＯ２を前記蓄熱槽に送り前記蓄熱槽に貯留された不凍液を冷却する蓄熱ステップとを含むことを特徴とする野菜の真空冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境負荷が各段に少ない自然冷媒を用い、熱効率を向上させた野菜の真空冷却システム及び真空冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レタス、キャベツ等の葉菜類を中心に、収穫した野菜は、できるだけ早く品温を下げ、野菜の呼吸作用を抑制することで、流通時の野菜の鮮度を高く保持することができる。
野菜の冷却方式として、通風式冷却方式と、差圧式冷却方式と、真空式冷却方式とがある。このうち、通風式冷却方式は、野菜が収納された冷却槽の中に冷風を形成させ、冷風の対流によって野菜を冷却する方式である。
【０００３】
図３に差圧式冷却方式を示す。冷却槽１００の内部に冷却ユニット１０２と吸引ファン１０４が設けられている。レタス、キャベツ等の葉物野菜Ｖは、ダンボール１０６に収納されている。ダンボール１０６には入口及び出口に入口開口１０６ａ及び出口開口１０６ｂが形成されている。吸引ファン１０４により入口開口１０６ａと出口開口１０６ｂとの間に差圧が形成され、冷却ユニット１０２で冷却された冷風が入口開口１０６ａからダンボール１０６に流入し、均等に冷風が葉物野菜Ｖに当たり、より早く均一に冷却される。
【０００４】
真空式冷却方式は、野菜が収納された冷却槽内の空気を真空ポンプで排気し、冷却槽内を減圧状態（真空）にし、水が蒸発する沸騰圧力０．８ｋｐａ（飽和蒸気温度＋４℃)まで低下させる。これによって、野菜自身がもつ水分を内部から蒸発させる事により、野菜から熱を奪うことが出来、短時間（２０〜３０分）で内部まで冷却を完了できる冷却方式である。必要な水分の蒸発量は重量の２〜４％程度でよく、ほとんど目減りする心配がなく、野菜を痛めるおそれがないという長所をもつ。
図４は、前記３方式の冷却速度を比較した線図である。ラインＣで示される真空式冷却方式が、葉菜類や結球野菜も最も速く冷却できることがわかる。
【０００５】
真空式冷却方式において、真空度を下げると野菜から蒸発する水の体積が液体の１３．５万倍に成ってしまうので、効率良く真空ポンプを運転させる為、冷却槽と真空ポンプ間に設けられた排気路にコールドトラップを設ける必要がある。コールドトラップで水蒸気を冷却管に凝縮水として結露させ、水に戻し水分を除去する。そのため、コールドトラップを冷却するための冷却媒体を送る冷凍機を設ける必要がある。
従来、冷却媒体をコールドトラップに送る冷凍機として、小型の装置では、冷却媒体としてフロンをコールドトラップに送るフロン直膨式もあるが、主としてエチレングリコールなどの不凍液（ブライン）をコールドトラップに循環させる方式が採用されている。
【０００６】
特許文献１には、前述のブライン循環方式を採用した真空冷却システムが開示されている。この真空冷却システムは、蓄熱槽を設けることで負荷の平準化を図っている。また、ブライン循環回路は、蓄熱槽を有する第１のブライン循環回路とコールドトラップに接続された第２のブライン循環回路とに分離され、第１のブライン循環回路は蓄熱槽に適した温度のブラインが循環し、第２のブライン循環回路はコールドトラップに適した温度のブラインが循環している。即ち、コールドトラップの冷却は野菜等が過度に冷却されて凍結することを避けるため、蓄熱を効率良く行う温度よりも高い温度に設定される。
このように、第１のブライン循環回路と第２のブライン循環回路とで、異なる温度のブラインを循環させることで、冷凍機の小型化及び熱効率の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２４１８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示された真空冷却システムのように、ブラインの顕熱を利用してコールドトラップを冷却する方式では冷却能力は大きくならない。冷却能力を増加させるためには、ブライン流量を増加する必要があり、ブライン配管の大径化とブラインポンプの大容量化を招く。
また、特許文献１に開示されたシステムは、第１のブライン循環回路と第２のブライン循環回路とは熱交換器を介して熱の授受を行うので、通常の冷凍機運転及び蓄熱槽に蓄熱された冷熱を用いた蓄熱運転において、該熱交換器での熱伝達損失分だけ冷凍機の熱効率が低下するという問題がある。
また、第１のブライン循環回路に冷凍機と蓄熱槽とが直列に設けられているので、冷凍機又は蓄熱槽のみの個別運転ができず、そのため、冷却負荷に応じた柔軟な冷却運転ができないという問題がある。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑みなされたものであり、環境負荷が各段に少ない自然冷媒を用いた冷却システムと蓄熱槽を設けることで、真空予冷装置に於ける地球温暖化を防止すると共に、コールドトラップの冷却能力を高め、かつさらなる熱効率の向上と冷凍機の小型化を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様に係る野菜の真空冷却システムは、内部に収納された野菜を真空冷却作用で冷却するための真空冷却槽と、該真空冷却槽内の空気を吸引排気し、真空冷却槽内の気圧を下げるための真空ポンプと、真空冷却槽から排気された空気を冷却し、該空気中に含まれる水蒸気を凝縮させるコールドトラップと、該コールドトラップに供給される冷却媒体を冷却する冷凍機とを備えている。
【００１１】
そして、前記目的を達成するため、前記冷凍機は、ＮＨ３が循環する一次回路と、一次回路に設けられた冷凍サイクル構成機器とで構成され、該冷凍サイクル構成機器の一部を構成する熱交換器とコールドトラップとに接続され、コールドトラップを冷却する冷却媒体としてＣＯ２が循環する二次回路をさらに備えている。
前記熱交換器でＮＨ３とＣＯ２とは熱の授受を行い、ＣＯ２はＮＨ３によって冷却され、冷却されたＣＯ２はコールドトラップに送られる。コールドトラップでは真空冷却槽から排気された空気を冷却し、空気に含まれる水蒸気を凝縮し除去させる。
【００１２】
このように、一次回路及び二次回路とも自然冷媒を用いているので、地球温暖化を防止できる。また、一次側に冷媒として冷却効率が最も高いＮＨ３を用いることで、冷媒循環量を極小化できる。また、二次回路を循環する冷却媒体としてＣＯ２を用い、ＣＯ２の蒸発潜熱でコールドトラップを冷却するので、顕熱冷却を行うブラインと比べて冷却能力を大幅に向上でき、かつＣＯ２の搬送量及び搬送動力を大幅に低減できる。また、コールドトラップ前後のＣＯ２の温度差を大きくする必要がないので、冷凍機の蒸発温度を高くして運転できるため、冷凍機のＣＯＰ（成績係数）を向上できる。さらに、フロン直膨式のように、急激な負荷変動による液バック、冷却媒体の供給量不足を防止できる。
【００１３】
さらに、前記二次回路は、前記熱交換器で冷却されて液化したＣＯ２液を貯留するＣＯ２受液器と、コールドトラップの出口側で二次回路から分岐し、ＣＯ２受液器に接続された第１の分岐路と、該第１の分岐路に設けられた蓄熱槽と、該蓄熱槽出口側の第１の分岐路及びＣＯ２受液器出口の二次回路に接続された第２の分岐路とを有している。
これによって、特許文献１のように、ブライン循環回路が第１のブライン循環回路と第２のブライン循環回路とに分離し、これら回路の間に熱交換器が介在しないので、熱交換器の熱伝達損失分に相当する熱効率の低下が生じない。
【００１４】
また、熱交換器が設けられた二次回路と蓄熱槽が設けられた第１の分岐路とはコールドトラップに対して並列に配置されている。そのため、ＣＯ２を熱交換器に循環させ、冷凍機でＣＯ２を冷却する冷却運転と、ＣＯ２を蓄熱槽に循環させ、蓄熱槽でＣＯ２を冷却する蓄熱冷却運転と、前記冷却運転及び前記蓄熱冷却運転を同時に行う急速冷却運転と、冷凍機で蓄熱槽の蓄熱を行う蓄熱運転との選択を、冷却負荷に応じて自由に行うことができる。そのため、余分な動力を節減でき、熱効率を向上できる。
【００１５】
本発明の一態様は、コールドトラップ出口の二次回路を流れるＣＯ２の温度を検出する手段と、蓄熱槽の出口で第１の分岐路及び第２の分岐路の接続部に設けられた第１の切替弁と、ＣＯ２受液器の出口で二次回路と第２の分岐路との接続部に設けられた第２の切替弁と、前記温度検出手段の検出値に応じて第１の切替弁及び第２の切替弁の作動を制御する制御装置とをさらに備えている。
ここで、「温度検出手段」とは、例えば、温度センサであり、あるいはＣＯ２の圧力を検出する圧力検出手段と、ＣＯ２の圧力と温度との相関関係から、該圧力検出手段の検出値を温度に換算する手段とで構成されたものを含む。
【００１６】
この態様においては、温度検出手段で検出されたＣＯ２温度検出値に予め閾値を設定しておき、ＣＯ２温度検出値が閾値を上回ったとき、熱交換器及び蓄熱槽に同時にＣＯ２を循環させ、熱交換器で冷却したＣＯ２及び蓄熱槽で冷却したＣＯ２を同時にコールドトラップに送る急速冷却運転を行う。これによって、コールドトラップの冷却能力を急速に高めることができる。
また、ＣＯ２温度検出値が前記閾値以下である時、冷凍機の運転を停止させると共に、ＣＯ２を蓄熱槽に循環させ、蓄熱槽で冷却したＣＯ２をコールドトラップに送る蓄熱冷却運転を行う。これによって、予め蓄熱槽に蓄えた冷熱を用いた省エネ運転を行うことができる。
【００１７】
また、夜間など野菜を冷却しない時は、熱交換器で冷却したＣＯ２を蓄熱槽に循環させて蓄熱槽の冷熱量を蓄える蓄熱運転を行う。真空冷却システムは大きな電源設備を必要とするが、蓄熱槽を設けたことで、最大ピーク負荷時に使用電力を平準化できる。
従って、冷凍機を小型できると共に、深夜電力を利用することで、ランニングコストを削減できる。
【００１８】
本発明の一態様は、蓄熱槽の内部空間に二次回路に連通した伝熱管が配置され、かつ該内部空間に不凍液が充填され、伝熱管を流れるＣＯ２で不凍液を冷却することができる。
蓄熱槽の内部に不凍液を充填することで、蓄熱される冷熱量を増加できる。
【００１９】
本発明の一態様は、一次回路に設けられた冷凍サイクル構成機器が、ＮＨ３ガスを圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮されたＮＨ３ガスを凝縮する蒸発式凝縮器と、該蒸発式凝縮器で凝縮されたＮＨ３液を減圧して熱交換器に送る膨張手段とを有している。
このように、ＮＨ３ガスを冷却する能力が高い蒸発式凝縮器を用いたことで、外気温度が高くても、圧縮機の吐出圧力を低減できる。また、二次冷却媒体としてＣＯ２を用いたことで、ＮＨ３液の蒸発温度を高くすることができる。これによって、圧縮機の圧縮比を大幅に低減できるため、冷凍機のＣＯＰ（成績係数）を向上できる。
【００２０】
次に、本発明の真空冷却方法は、コールドトラップ出口の二次回路に設けられ、ＣＯ２の温度を検出する温度検出手段と、蓄熱槽の出口で第１の分岐路及び第２の分岐路の接続部に設けられた第１の切替弁と、ＣＯ２受液器の出口で二次回路と第２の分岐路との接続部に設けられた第２の切替弁と、前記温度検出手段の検出値に応じて第１の切替弁及び第２の切替弁の作動を制御する制御装置とを備えた真空冷却システムによる野菜の真空冷却方法である。
【００２１】
即ち、温度検出手段の検出値が閾値を上回ったとき、熱交換器及び蓄熱槽に同時にＣＯ２を循環させ、前記熱交換器で冷却したＣＯ２及び蓄熱槽で冷却したＣＯ２をコールドトラップに送る急速冷却ステップと、温度検出手段の検出値が前記閾値以下であるとき、冷凍機の運転を停止させると共に、ＣＯ２を蓄熱槽に循環させ、蓄熱槽で冷却したＣＯ２をコールドトラップに送る蓄熱冷却ステップと、コールドトラップにＣＯ２を送るのを停止し、熱交換器で冷却したＣＯ２を蓄熱槽に送り蓄熱槽に貯留された不凍液を冷却する蓄熱ステップとを含むものである。
【００２２】
急速冷却ステップでは、コールドトラップに送るＣＯ２を急速に冷却でき、コールドトラップの冷却能力を急速に高めることができる。また、蓄熱冷却ステップでは、蓄熱槽に蓄えた蓄熱を用いた省エネ運転を行うことができる。さらに、夜間など野菜を冷却しない時は、熱交換器で冷却したＣＯ２を蓄熱槽に循環させて蓄熱槽の冷熱量を蓄える蓄熱ステップを行うので、最大ピーク負荷時に使用電力を平準化でき、かつ冷凍機を小型できると共に、深夜電力を利用することで、ランニングコストを削減できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、自然冷媒を用いた冷却システムと蓄熱槽を設けることで、地球温暖化を防止できると共に、コールドトラップの冷却能力を高め、かつ真空冷却システムの熱効率を向上させ、冷凍機の小型化を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る真空冷却システムのブロック線図である。
【図２】前記真空冷却システムの制御系のブロック線図である。
【図３】従来の野菜の冷却方式を示す模式図である。
【図４】従来の幾つかの野菜の冷却方式の冷却能力を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００２６】
本発明の一実施形態に係る野菜の真空冷却システムを図１に基づいて説明する。図１において、真空冷却システム１０は、野菜Ｖを冷却する真空冷却部１２と、真空冷却部１２を構成するコールドトラップ２２に送られる冷却媒体としてのＣＯ２を冷却して液化させる冷凍機１４と、冷却されたＣＯ２をコールドトラップ２２に循環させる二次回路１６とで構成されている。
【００２７】
真空冷却部１２は内部に被冷却物としての野菜Ｖが収納される収納空間ｓを有する２個の真空冷却槽２０Ａ及び２０Ｂと、真空冷却槽２０Ａ及び２０Ｂと管路２６で接続されたコールドトラップ２２と、コールドトラップ２２と管路２８で接続された真空ポンプ２４ａ及び２４ｂとで構成されている。また、コールドトラップ２２に後述する二次回路１６が接続されている。コールドトラップ２２は内部空間を有し、該内部空間に二次回路１６と連通した伝熱管２２ａが設けられている。
収納空間ｓの空気は真空冷却槽２０Ａ又は２０Ｂから吸引排気され、コールドトラップ２２に流入する。収納空間ｓに含まれる水分は二次回路１６から送られる低温のＣＯ２液で冷却され凝縮して空気から分離される。コールドトラップ２２の構成は公知である。
【００２８】
管路２６及び２８とは別に、真空冷却槽２０Ａ及び２０Ｂと真空ポンプ２４ａ及び２４ｂとは管路３０を介して直接接続されている。真空冷却槽２０Ａ及び２０Ｂには、夫々大気開放弁３４ａ及び３４ｂが設けられている。後述する一次減圧工程では、管路３０を介して収納空間ｓからの排気が行われる。
【００２９】
冷凍機１４は、一次回路４０に一次冷媒としてＮＨ３が循環し、一次回路４０に、圧縮機４２、蒸発式凝縮器４４、ＮＨ３受液器４６、膨張弁４８及び熱交換器（カスケードコンデンサ）５０で構成された冷凍サイクル構成機器が設けられている。
蒸発式凝縮器４４には一次回路４０に連通し蛇行した伝熱管５２が設けられている。伝熱管５２はファン５４によって形成された外気ａの通路に配置され、かつ伝熱管５２の表面に冷却水ポンプ５６で散水管５８に汲み上げられた冷却水ｗが噴霧される。こうして伝熱管５２を流れるＮＨ３ガスは冷却水ｗの蒸発により直接熱が奪われ凝縮される。こうして、ＮＨ３ガスの冷却能力を向上できる。
【００３０】
二次回路１６は、熱交換器５０とコールドトラップ２２との間に接続されている。熱交換器５０の下流にはＣＯ２受液器６０が設けられ、ＣＯ２受液器６０の下流にはＣＯ２液ポンプ６２が設けられている。二次回路１６を循環するＣＯ２は熱交換器５０でＮＨ３液と熱交換して冷却され液化する。熱交換器５０で液化したＣＯ２液は、一旦ＣＯ２受液器６０に貯留された後、ＣＯ２液ポンプ６２によってコールドトラップ２２又は後述する蓄熱槽６６に送られる。
【００３１】
また、コールドトラップ２２と熱交換器５０間の二次回路１６とＣＯ２受液器６０とを接続する第１分岐路６４が設けられ、第１分岐路６４に蓄熱槽６６が設けられている。蓄熱槽６６は内部空間を有し、内部空間には二次回路１６に連通した伝熱管６６ａが設けられている。また、内部空間には、例えばエチレングリコールなどの不凍液が充填されている。
蓄熱槽６６の下流で第１分岐路６４とＣＯ２液ポンプ６２の下流側の二次回路１６とを接続する第２分岐路６８が設けられている。そして、第１分岐路６４と第２分岐路６８との接続部に第１切替弁７０が設けられ、二次回路１６と第２分岐路６８との接続部に第２切替弁７２が設けられている。
【００３２】
また、コールドトラップ２２の入口側の二次回路１６に温度センサ７４が設けられている。管路２８には開閉弁２８ａ及び２８ｂが設けられ、管路３０には開閉弁３２ａ及び３２ｂが設けられている。
【００３３】
図２は真空冷却システム１０の制御系を示している。図２において、温度センサ７４の検出値は制御装置８２に入力され、制御装置８２は温度センサ７４の検出値に基づいて、あるいは真空冷却システム１０の運転条件に応じて、第１切替弁７０及び第２切替弁７２を切替え制御すると共に、開閉弁２８ａ、２８ｂ、３２ａ、３２ｂの開閉動作を制御すると共に、冷凍機１４及び真空ポンプ２４ａ、２４ｂを作動させる。
【００３４】
かかる構成において、真空冷却部１２を稼働させない夜間などにおいて、冷凍機１４を作動させ、蓄熱槽６６に貯留された不凍液を冷却する（蓄熱運転）。蓄熱運転では、第１切替弁７０をオフ（矢印ｃ方向の流路を開）、第２切替弁７２をオン（矢印ｂ方向の流路を開）に切り替え、冷却されたＣＯ２液を蓄熱槽６６に循環させる。
真空冷却部１２を稼働させる場合、第１切替弁７０、第２切替弁７２及び他の開閉弁を作動させ、熱交換器５０又は蓄熱槽６６で冷却された低温のＣＯ２液をコールドトラップ２２に送る。
【００３５】
真空冷却部１２では、制御装置８２により開閉弁２８ａ及び２８ｂを閉、開閉弁３２ａ又は３２ｂを開とし、真空ポンプ２４ｂを作動させ、管路３２ａ又は３２ｂを介して真空冷却槽２０Ａ又は２０Ｂの収納空間ｓを減圧する（一次減圧工程）。一次減圧工程では、収納空間ｓに収納された野菜Ｖに含まれる水分が蒸発を開始する圧力近くになるまで収納空間ｓを減圧する。一次減圧工程は、真空冷却槽２０Ａ及び２０Ｂで同時に行ってもよいし、あるいは交互に行ってもよい。
【００３６】
次に、制御装置８２により開閉弁３２ａ及び３２ｂを閉とし、開閉弁２８ａ又は２８ｂを開として真空ポンプ２４ａを作動させる。これによって、管路２６及び２８を介して真空冷却槽２０Ａ又は２０Ｂの収納空間ｓをさらに減圧し、野菜Ｖに含まれる水分を蒸発させる。水分の蒸発によって野菜Ｖから熱が奪われ、野菜Ｖは冷却される（二次減圧工程）。二次減圧工程は、真空冷却槽２０Ａ及び２０Ｂを交互に行うようにする。
【００３７】
温度センサ７４の検出値にある閾値が設定され、温度センサ７４の検出値が該閾値を上回ったとき、制御装置８２はコールドトラップ２２を急速冷却する必要ありと判定する。そして、コールドトラップ出口のＣＯ２を熱交換器５０及び蓄熱槽６６に同時に循環し、熱交換器５０及び蓄熱槽６６で冷却されたＣＯ２液をコールドトラップ２２に送る（急速冷却運転）。この場合、第１切替弁７０をオン、第２切替弁７２をオフとする。
これによって、低温のＣＯ２液を大量にコールドトラップ２２に送り、コールドトラップ２２を急速冷却できる。
【００３８】
温度センサ７４の検出値が閾値以下のとき、コールドトラップ２２を急速冷却する必要がないので、冷凍機１４を停止させ、蓄熱槽６６で冷却されたＣＯ２液のみをコールドトラップ２２に送る（蓄熱冷却運転）。
図１中の蒸発温度ＴＥ、凝縮温度ＴＣ等の数値（温度）は真空冷却システム１０の運転条件の一例を示す。
【００３９】
本実施形態によれば、一次回路４０及び二次回路１６とも自然冷媒を用いるので、地球温暖化を防止できると共に、急速冷却が可能な真空式冷却方式を用いているので、短時間で野菜Ｖの冷却が可能になる。また、一次回路４０を循環する一次冷媒として冷却効率が最も高いＮＨ３を用いることで、冷媒循環量を極小化できる。また、二次回路１６を循環する冷却媒体としてＣＯ２を用い、ＣＯ２の蒸発潜熱でコールドトラップを冷却するので、顕熱冷却を行うブラインと比べて冷却能力を大幅に向上できるため、二次回路１６のＣＯ２の循環量及び搬送動力を大幅に低減できる。
【００４０】
また、コールドトラップ前後のＣＯ２の温度差を大きくする必要がないので冷凍機１４の蒸発温度を高くして運転できるため、冷凍機１４のＣＯＰを向上できると共に、フロン直膨式のように、急激な負荷変動による液バック、冷却媒体の供給量不足を防止できる。
また、特許文献１のように、ブライン循環回路に熱交換器が介在していないので、熱交換器の熱伝達損失分に相当する熱効率の低下が生じない。
【００４１】
また、熱交換器５０が設けられた二次回路１６と蓄熱槽６６が設けられた第１分岐路６４とはコールドトラップに対して並列に配置されているため、コールドトラップ２２から出たＣＯ２を熱交換器５０及び蓄熱槽６６に同時に循環させてＣＯ２を冷却する急速冷却運転と、コールドトラップ２２から出たＣＯ２を熱交換器５０のみに送り、熱交換器５０でＣＯ２を冷却する通常冷却運転と、コールドトラップ２２から出たＣＯ２を蓄熱槽６６に循環させ、蓄熱槽６６でＣＯ２を冷却する蓄熱冷却運転と、蓄熱槽６６の蓄熱を行う蓄熱運転との選択を、コールドトラップ２２の冷却負荷に応じて自由に行うことができる。そのため、余分な動力を節減でき、熱効率を向上できる。
【００４２】
また、温度センサ７４の検出値に予め閾値を設定しておき、該閾値に応じて運転方式を使い分けるので、蓄熱槽６６に蓄えた蓄熱を用いた省エネ運転を行うことができる。
また、夜間など野菜を冷却しない時は、安価な深夜電力を利用して蓄熱槽６６を蓄熱する蓄熱運転を行い、最大ピーク負荷時に蓄熱槽６６の蓄熱を用いることで、使用電力を平準化できる。従って、冷凍機を小型できると共に、ランニングコストを削減できる。
また、蓄熱槽６６に不凍液を充填するので、蓄熱される冷熱量を増加できる。
【００４３】
さらに、一次回路４０に蒸発式凝縮器４４を設けたことで、ＮＨ３ガスの冷却能力を向上でき、圧縮機４２の吐出圧力を低減できると共に、二次回路１６の冷却媒体としてＣＯ２を用いたことで、ＮＨ３液の蒸発温度を高くすることができる。これによって、圧縮機４２の圧縮比を大幅に低減できるため、冷凍機１４のＣＯＰ（成績係数）を大幅に向上できる。
【００４４】
なお、本実施形態において、温度センサ７４の代わりに、ＣＯ２の圧力を検出する圧力センサと、ＣＯ２の圧力と温度との相関関係から、該圧力センサの検出値をＣＯ２温度に換算する換算手段とで構成された温度検出手段を用いてもよい。
また、２個の真空冷却槽２０Ａ及び２０Ｂの代わりに、１個の真空冷却槽を設けるようにしてもよい。
【００４５】
１個の真空冷却槽を設けた場合、従来の不凍液（エチレングリコール）循環冷却方式の場合、エチレングリコールの熱搬送能力は温度差を利用した顕熱利用であり、エチレングリコールの比熱は０．５５ｋｃａｌ／ｋ・ｋｇなので、温度差が［−２℃→−５℃］のとき、単位搬送熱量は１．６５ｋｃａｌ／ｋｇになり、エチレングリコールの必要流量は、例えば、負荷が２５９，７２０ｋｃａｌ／ｈの場合、
２５９，７２０ｋｃａｌ／ｈ  ÷  １．６５ｋｃａｌ／ｋｇ＝１５７，４０６ｌ／ｈ（２，６２３ｌ／ｍｉｎ）
となる。そのため、二次回路１６、第１分岐路６４及び第２分岐路６８を構成する配管の径は、１２５Ａ〜１５０Ａのサイズとなり、選定される液ポンプは、２，８００ｌ／ｍｉｎ×２５ｍｈ×１８．５ｋｗが必要になる。
【００４６】
一方、本実施形態のように、ＣＯ２循環冷却方式では、ＣＯ２の蒸発潜熱を利用するので、−３℃で５８．２ｋｃａｌ／ｋｇと極めて大きな熱搬送量となり、単位流量で不凍液循環冷却方式の約３５倍の熱量を搬送できる。そのため、ＣＯ２の必要流量は、
２，６２３ｌ／ｍｉｎ  ÷  ３５  ＝  ７５．９ｌ／ｍｉｎ
となる。そのため、二次回路１６、第１分岐路６４及び第２分岐路６８を構成する配管の径は４０Ａ〜５０Ａと小口径で済み、選定される液ポンプは、７５．９ｌ／ｍｉｎ×２０ｍｈ×１．５ｋｗ程度でよい。
このように、本実施形態によれば、従来方式と比べて大幅に搬送動力を節減でき、大幅に電力消費量を節減できる。
【００４７】
また、本実施形態では、一次回路４０に蒸発式凝縮器４４を用いているので、圧縮機４２出口のＮＨ３吐出圧力を低減できる（ＮＨ３凝縮温度ＴＣ＋３５℃）。また、二次回路１６の冷却媒体としてＣＯ２を用いているので、ＮＨ３の蒸発温度ＴＥを高くすることができる（ＴＣ＋３５℃／ＴＥ−８℃）。そのため、従来の不凍液循環方式（ＴＣ＋４８℃／ＴＥ−１０℃）と比べて大幅に低圧縮比になり、１．５倍の高効率運転が可能になる。
即ち、外気乾球温度ＤＢ；＋３５℃、相対湿度；５７％、外気湿球温度ＷＢ；＋２７℃のとき、空冷式凝縮器を用いた場合、外気の顕熱差を利用するだけなので、冷却能力は外気乾球温度ＤＢで決まる。そのため、外気とＮＨ３とは大きな温度差が必要となり、ＮＨ３は高い温度の外気に熱を捨てることになるので、ＮＨ３の凝縮温度ＴＣは＋４８℃となる。
【００４８】
一方、蒸発式凝縮器４４を用いた場合、蒸発式凝縮器４４は散水する冷却水の蒸発潜熱を利用するので、その冷却能力は外気湿球温度ＷＢ(＋２７℃)で決まる。そのためＮＨ３はより低い温度の外気に熱を捨てることが可能になり、凝縮温度ＴＣは＋３５℃となる。
【００４９】
また、熱交換器５０では、ブライン循環冷却方式の場合、ＮＨ３が不凍液から熱を取り込む際に、ＮＨ３とブライン間に温度差が必要となり、両者の熱交換でブラインの温度は−２℃から−５℃となり、ＮＨ３の蒸発温度ＴＥは−１０℃となる。
ＣＯ２循環冷却方式では、ＮＨ３はＣＯ２の蒸発潜熱を取り込むので、両者の温度差は必要なく、ＮＨ３は高い温度帯のＣＯ２から熱を取り込むことができる。そのため、ＮＨ３の蒸発温度ＴＥは−８℃となる。
【００５０】
従って、従来の空冷式・ブライン循環冷却方式では、ＴＣ；＋４８℃、ＴＥ；−１０℃（温度差５８℃）、冷却能力５３．０ｋｗ、圧縮機の軸動力２１．０ｂｋｗで、ＣＯＰは２．５２となる。一方、本実施形態では、ＴＣ；＋３５℃、ＴＥ；−８℃（温度差４３℃）、冷却能力７３．８ｋｗ、圧縮機の軸動力１９．０ｂｋｗで、ＣＯＰは３．８８となる。そのため、本実施形態はブライン循環冷却能力方式に対してＣＯＰが１．５４倍となる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明によれば、地球温暖化を防止し、コールドトラップの冷却能力を高め、かつさらなる熱効率の向上と冷凍機の小型化が可能な野菜の真空冷却システムを実現できる。
【符号の説明】
【００５２】
１０                                      真空冷却システム
１２                                      真空冷却部
１４                                      冷凍機
１６                                      二次回路
２０Ａ、２０Ｂ                            真空冷却槽
２２                                      コールドトラップ
２４ａ、２４ｂ                            真空ポンプ
２６、２８、３０                          管路
２８ａ、２８ｂ、３２ａ、３２ｂ            開閉弁
３４ａ、３４ｂ                            大気開放弁
４０                                      一次回路
４２                                      圧縮機
４４                                      蒸発式凝縮器
４６                                      ＮＨ３受液器
４８                                      膨張弁
５０                                      熱交換器（カスケードコンデンサ）
５２                                      伝熱管
５４                                      ファン
５６                                      冷却水ポンプ
５８                                      散水管
６０                                      ＣＯ２受液器
６２                                      ＣＯ２液ポンプ
６４                                      一次分岐路
６６                                      蓄熱槽
６８                                      二次分岐路
７０                                      第１切替弁
７２                                      第２切替弁
７４                                      温度センサ
８２                                      制御装置
１００                                    冷却槽
１０２                                    冷却ユニット
１０４                                    吸引ファン
１０６                                    ダンボール
１０６ａ                                入口開口
１０６ｂ                                出口開口
Ｖ                                        葉物野菜
ｗ                                        冷却水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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