(57)【要約】【課題】冷媒ガスに混入した油による被処理物の汚染をなくし、良好な冷凍能力の維持を可能とした冷凍機を提供する。【解決手段】冷凍機１は、主圧縮機１１、冷却器１２、第１熱交換器１３、膨張機１４、第２熱交換器１５を含み、主圧縮機１１、冷却器１２、第１熱交換器１３、膨張機１４、第２熱交換器１５を経た後、再度第１熱交換器１３を経て主圧縮機１１に戻る冷媒ガスの第１循環流路Iと、第２熱交換器１５、冷凍処理室１６を含み、第２熱交換器１５、冷凍処理室１６を経て第２熱交換器１５に戻る冷却媒体である空気の第２循環流路IIとを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、主圧縮機、冷却器、第１熱交換器、膨張機、第２熱交換器を含み、主圧縮機、冷却器、第１熱交換器、膨張機、第２熱交換器を経た後、再度上記第１熱交換器を経て上記主圧縮機に戻る冷媒ガスの第１循環流路と、
少なくとも上記第２熱交換器、冷凍処理室を含み、上記第２熱交換器、上記冷凍処理室を経て上記第２熱交換器に戻る冷却媒体の第２循環流路とを備えたことを特徴とする冷凍機。
【請求項２】
上記第１循環流路に圧力検出可能に設けられた圧力検出器と、上記第１循環流路への昇圧用冷媒ガスの供給が可能に形成され、上記圧力検出器にて検出された圧力値に基づいて、上記第２熱交換器の二次側で、上記第２熱交換器と上記主圧縮機との間の位置での上記第１循環流路の圧力が大気圧よりも高く定められた設定圧力よりも高くなるように、上記昇圧用冷媒ガスの供給の制御がなされる昇圧部とが設けられたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍機。
【請求項３】
上記昇圧用冷媒ガスが乾燥状態にあることを特徴とする請求項２に記載の冷凍機。
【請求項４】
少なくとも、主圧縮機、冷却器、第１熱交換器、膨張機、第２熱交換器を含み、主圧縮機、冷却器、第１熱交換器、膨張機、第２熱交換器を経た後、再度上記第１熱交換器を経て上記主圧縮機に戻る冷媒ガスの第１循環流路と、
少なくとも上記第２熱交換器、冷凍処理室を含み、上記第２熱交換器、上記冷凍処理室を経て上記第２熱交換器に戻る冷却媒体の第２循環流路と、
上記第１循環流路への昇圧用冷媒ガスの供給が可能に形成された昇圧部と、
上記第１循環流路から冷媒ガスの排出が可能に形成された降圧部と、
上記冷凍処理室に室内温度検出可能に設けられた温度検出器とを備え、
上記温度検出器により検出された検出温度が予め定めた許容上限温度よりも高い場合には、上記昇圧部から上記第１循環流路に冷媒ガスを供給させる一方、検出温度が予め定めた許容下限温度よりも低い場合には、上記降圧部に上記第１循環流路から冷媒ガスを排出させることを特徴とする冷凍器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理物を冷凍処理するための冷凍機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、低温空気を被処理物に直接触れさせて、この被処理物を冷凍処理する冷凍機は公知である（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３１１１０６５号公報（段落［００１０］、［００１５］、図１）
【０００３】
特許文献１には、閉じた流路に冷媒ガス、例えば空気を循環させるようにした冷凍機が開示されている。この冷凍機では、冷凍処理室（冷熱消費設備２０）での被処理物の冷凍処理の際に生じる水分固化成分が回収冷媒ガス中に混在し、そのまま寒冷回収熱交換器内に流入すると、この水分固化成分による上記寒冷回収熱交換器の閉塞が生じ、冷凍機の正常な運転ができなくなる。このため、この水分固化成分を除去する除湿手段としてフィルタが冷凍処理室の二次側に設けられている。そして、上記寒冷回収熱交換器に向かう冷媒空気から上記水分固化成分を上記フィルタにより除去し、上記水分固化成分による上記寒冷回収熱交換器の閉塞が防止されるようになっている。また、このフィルタにより、回収された冷媒空気中の粉塵も捕集され、清浄な冷媒空気が上記寒冷回収熱交換器を経て、圧縮機に導かれるようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した空気冷凍機では、冷凍処理室で冷媒ガスが被処理物に接触するようになっているため、もしも圧縮機の軸受等から油が漏洩して冷媒ガスに混入した場合、被処理物が冷凍処理室でこの油により汚染されてしまうという問題がある。
【０００５】
また、大気と接触するため、略大気圧の状態にある冷凍処理室内の圧力と圧縮機の吸込み圧とは同等であり、この吸込み圧は略大気圧に等しい。一方、空気冷凍機の冷凍処理室での冷凍能力を向上させるためには、循環する冷媒ガスの流量を増大させる必要があることから、上記フィルタの他、圧縮機、膨張機等も増大した流量に対応して大型化する必要がある。この結果、空気冷凍機が嵩高となり、その占有スペースが大きくなる他、圧縮機、膨張機等の軸受等の大型化に伴い、可動部でのメカニカルロスも増大す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、冷媒ガスに混入した油による被処理物の汚染をなくし、占有スペースや可動部でのメカニカルロスの増大を招くことなく良好な冷凍能力の維持を可能とした冷凍機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、少なくとも、主圧縮機、冷却器、第１熱交換器、膨張機、第２熱交換器を含み、主圧縮機、冷却器、第１熱交換器、膨張機、第２熱交換器を経た後、再度上記第１熱交換器を経て上記主圧縮機に戻る冷媒ガスの第１循環流路と、少なくとも上記第２熱交換器、冷凍処理室を含み、上記第２熱交換器、上記冷凍処理室を経て上記第２熱交換器に戻る冷却媒体の第２循環流路とを備えた構成とした。
【０００８】
また、第２発明は、第１発明の構成に加えて、上記第１循環流路に圧力検出可能に設けられた圧力検出器と、上記第１循環流路への昇圧用冷媒ガスの供給が可能に形成され、上記圧力検出器にて検出された圧力値に基づいて、上記第２熱交換器の二次側で、上記第２熱交換器と上記主圧縮機との間の位置での上記第１循環流路の圧力が大気圧よりも高く定められた設定圧力よりも高くなるように、上記昇圧用冷媒ガスの供給の制御がなされる昇圧部とが設けられた構成とした。
【０００９】
さらに、第３発明は、第２発明の構成に加えて、上記昇圧用冷媒ガスが乾燥状態にある構成とした。
【００１０】
さらに、第４発明は、少なくとも、主圧縮機、冷却器、第１熱交換器、膨張機、第２熱交換器を含み、主圧縮機、冷却器、第１熱交換器、膨張機、第２熱交換器を経た後、再度上記第１熱交換器を経て上記主圧縮機に戻る冷媒ガスの第１循環流路と、少なくとも上記第２熱交換器、冷凍処理室を含み、上記第２熱交換器、上記冷凍処理室を経て上記第２熱交換器に戻る冷却媒体の第２循環流路と、上記第１循環流路への昇圧用冷媒ガスの供給が可能に形成された昇圧部と、上記第１循環流路から冷媒ガスの排出が可能に形成された降圧部と、上記冷凍処理室に室内温度検出可能に設けられた温度検出器とを備え、上記温度検出器により検出された検出温度が予め定めた許容上限温度よりも高い場合には、上記昇圧部から上記第１循環流路に冷媒ガスを供給させる一方、検出温度が予め定めた許容下限温度よりも低い場合には、上記降圧部に上記第１循環流路から冷媒ガスを排出させる構成とした。
【発明の効果】
【００１１】
第１発明によれば、冷凍処理室に供給する冷却媒体の第２循環流路は、第２熱交換器での熱交換を除いては、第１循環流路とは全く別個に独立して設けられ、流路を共有することはなく、万が一主圧縮機内の軸受部等から油が漏洩し、この油が乾燥空気に混入する事態が発生したとしても、冷凍処理室内の、例えば食品のような被冷却物が油により汚染されることは防止されるという効果を奏する。
【００１２】
また、第２発明によれば、第１発明による効果に加えて、主圧縮機の吸込み側の圧力が大気圧よりも高い状態に維持され、この吸込み側からの水分を含む外気の流入は阻止され、これによる第１循環流路内、特に第１熱交換器における氷による流路の閉塞は回避できるとともに、吸込み側を大気圧よりも昇圧することにより冷凍機全体の占有スペースやその可動でのメカニカルロスを少なくとも増大させることなく、冷凍能力を向上させることが可能になるという効果を奏する。
【００１３】
さらに、第３発明によれば、第２発明による効果に加えて、第１循環流路内の冷媒ガスが徐々に外部に漏出していっても、昇圧部から第１循環流路に供給される昇圧用ガスが乾燥しているため、熱交換器、特に第１熱交換器での水分の凍結による閉塞という事態の発生が防止されるという効果を奏する。
【００１４】
さらに、第４発明によれば、第１発明による効果に加えて、上記膨張機における膨張比を一定に保ち、冷凍機の効率を略一定に維持でき、冷凍能力を適宜変更して、部分負荷運転状態の場合でも、適正な冷凍能力でもって運転でき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】
【００１５】
次に、本発明の一実施形態を図面にしたがって説明する。
図１および２は、本発明に係る冷凍機１を示し、この冷凍機１は、主圧縮機１１、冷却器１２、第１熱交換器１３、膨張機１４、第２熱交換器１５を経た後、再度第１熱交換器１３を経て主圧縮機１１に戻る冷媒ガスの第１循環流路Iと、第２熱交換器１５、冷凍処理室１６を経て第２熱交換器１５に戻る冷却媒体である空気の第２循環流路IIとを備えている。また、第１循環流路Iにおける第１熱交換器１３と主圧縮機１１の間の部分には、後述する昇圧部１７Ａから延びる昇圧ガス流路IIIが合流し、昇圧ガス流路IIIにおけるガス流量は、第１循環流路Iにおける第２熱交換器１５と第１熱交換器１３との間の部分に設けられた圧力検出器１８により調節されるようになっている。なお、図示する実施形態では、冷却器１２は、限定するものではないが、水冷式のもので、主圧縮機１１と膨張機１４とは、駆動源としてモータ１９を共有している。
【００１６】
図２に示すように、昇圧部１７Ａは、駆動手段２１、例えばモータにより駆動される補助圧縮機２２と、この吸気フィルタ２３を介して大気に連通する吸込流路２４と、ドライヤ２５、例えば膜式ドライヤが介設された吐出流路でもある上述した昇圧ガス流路IIIとにより形成され、図示する例では、昇圧ガス流路IIIから第１循環流路Iに乾燥空気を供給するものとなっている。
【００１７】
そして、上記構成からなる冷凍機１において、まず昇圧部１７Ａの吸気フィルタ２３、吸込流路２４を経て補助圧縮機２２に吸込まれた空気が圧縮された後、この補助圧縮機２２から昇圧ガス流路IIIに吐出され、ドライヤ２５を経て乾燥空気となって、第１循環流路Iに冷媒ガスとして供給される。第１循環流路Iでは、主圧縮機１１によりこの冷媒ガスである乾燥空気が吸込まれて、圧縮され、圧力：約８kgf/cm2、温度：約１６０℃の状態で主圧縮機１１から冷却器１２に向けて吐出される。冷却器１２で冷却されて、ここを出た乾燥空気は圧力：約８kgf/cm2、温度：約４０℃の状態となって第１熱交換器１３を通過し、後述する対向流をなす乾燥空気と熱交換して、圧力：約８kgf/cm2、温度：約−３０℃の状態となり、膨張機１４に送られる。膨張機１４では、乾燥空気は、圧力：約２kgf/cm2、温度：約−１００℃の状態に膨張させられ、ここから第２熱交換器１５に至り、ここで後述する対向流をなす冷却媒体である空気と熱交換して圧力：約２kgf/cm2、温度：約−４０℃の状態となり、第１熱交換器１３に向けて送り出される。さらに、第１熱交換器１３において、この圧力：約２kgf/cm2、温度：約−４０℃の乾燥空気と、上述した冷却器１２を経て、圧力：約８kgf/cm2、温度：約４０℃の状態となって流入してきた対向流をなす乾燥空気との間で熱交換し、具体的には、この対向流をなす乾燥空気から熱を奪い、圧力：約２kgf/cm2、温度：約３０℃の状態となって主圧縮機１１に戻る。そして、この乾燥空気は再度主圧縮機１１に吸込まれ、圧縮後、吐出され、第１循環流路I内での循環を繰返す。
【００１８】
一方、第２熱交換器１５には、第１循環流路Iにおける乾燥空気とは対向流をなすように冷凍処理室１６に供給され、循環させられる冷却媒体である空気が流れておりこの両者の間で熱交換が行われ、第１循環流路Iにおける乾燥空気により、冷却媒体である空気が冷却される。具体的には、この空気は圧力：約１．０３３kgf/cm2（大気圧）、温度：約−４０℃の状態で第２熱交換器１５に流入し、上記乾燥空気により冷却されて圧力：約１．０３３kgf/cm2（大気圧）、温度：約−８０℃の極低温の状態となって第２熱交換器１５を出て、冷凍処理室１６に供給される。この冷凍処理室１６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記冷却されて供給された極低温の空気により直接急速冷凍処理し、その後この空気は圧力：約１．０３３kgf/cm2（大気圧）、温度：約−４０℃の状態となって、冷凍処理室１６から第２熱交換器１５に向けて第２循環流路IIに介設された図示しないファン等によって送り出され、第２循環流路II内での循環を繰り返す。
【００１９】
ところで、冷凍機１の稼働中は、その停止時に比して主圧縮機１１の吐出圧が上昇するため、第１循環流路I内の空気量が一定の場合、主圧縮機１１の吸込圧が低下し、主圧縮機１１の軸封部等を介して機外から大気が流入してくる可能性がある。その場合、事前に第１循環流路I内を上述した露点が０℃以下の乾燥空気で置換していても、水蒸気を含む外気が流入することにより、第１熱交換器１３の膨張機１４へと続く出口部での露点が０℃よりも高くなることもあり、単に乾燥空気で置換するだけであれば、第１熱交換器１３において氷により流路の閉塞が生じる可能性がある。
【００２０】
しかしながら、この冷凍機１の場合、上述したように昇圧部１７Ａおよび圧力検出器１８が設けられており、氷による上記流路の閉塞のおそれはない。即ち、冷凍機１では、第１循環流路Iには、より詳しくは、その第１循環流路Iにおける第２熱交換器１５と第１熱交換器１３との間の部分には圧力検出器１８が設けられており、この部分での検出圧力が大気圧より高く定められた設定圧力と比較し、これ以下の場合には、圧力検出器１８から駆動手段２１への制御信号により補助圧縮機２２が作動させられ、上記検出圧力が上記設定圧力よりも高くなるように昇圧部１７Ａの昇圧ガス流路IIIから第１循環流路Iに乾燥空気が供給される。したがって、主圧縮機１１の軸封部等を介して機外からの大気の流入は阻止される。
【００２１】
なお、補助圧縮機２２の駆動手段２１については、圧力検出器１８からこれによる検出圧力を示す圧力信号を図示しない制御手段に入力し、ここで検出圧力が大気圧より高い設定圧力以下か否かを判断し、イエスの場合にはこの制御手段から駆動手段２１に制御信号を出力し、圧力検出器１８による検出圧力が上昇するように補助圧縮機２２を作動させるようにしてもよい。
【００２２】
上述したように、冷凍機１では、冷凍処理室１６に供給する冷却媒体の第２循環流路IIは、第２熱交換器１５での熱交換を除いては、第１循環流路Iとは全く別個に独立して設けられ、流路を共有することはなく、万一、主圧縮機１１内の軸受部等から油が漏洩し、この油が乾燥空気に混入する事態が発生したとしても、冷凍処理室１６内の、例えば食品のような被冷却物が油により汚染されることは防止される。
【００２３】
ところで、冷凍機１において、循環する冷媒である乾燥空気の重量流量を一定にすれば冷凍能力は一定に維持される。例えば主圧縮機１１の吸込圧力が大気圧で、流量が約３０m3/minである場合、吸込圧力が３倍の大気圧×３になれば、冷凍能力を一定に維持するには、流量を１／３の約１０m3/minにすればよい。即ち、冷凍能力が同等であるという条件下で、吸込圧力を大気圧よりも高くした冷凍機１の主圧縮機１１を、主圧縮機の吸込圧力が略大気圧である従来の空気冷凍機と比較すると、第１循環流路Iに介在する主圧縮機１１、冷却器１２、第１熱交換器１３、膨張機１４および第２熱交換器１５の方が小型化できることになる。吸込圧力を大気圧よりも高くするために、例えば、乾燥ガス供給部１７Ａのような付帯設備が必要となる点を考慮しても、全体的には、占有スペースの縮小化、主圧縮機１１や膨張機１４の可動部でのメカニカルロスの低減等が可能になるというメリットが大きい。
【００２４】
また、冷凍能力を上げるには、主圧縮機１１や膨張機１４をより大型化して第１循環流路Iでの上記流量を増大させる必要があるが、吸込圧力が略大気圧の主圧縮機を用いた従来の空気冷凍機に比して、吸込圧力が大気圧よりも高い主圧縮機１１を用いた冷凍機１の場合、従来ほどの大型化は要しない。
【００２５】
さらに、第１循環流路I内を循環する乾燥空気は主圧縮機１１や膨張機１４の可動部等から少しずつ機外に漏出してゆくことがあり得るが、昇圧部１７Ａから第１循環流路Iに昇圧用の乾燥空気が供給されるため、第１循環流路Iにおける圧力は、上記漏出により低下することはなく、設定圧力よりも高く維持される。昇圧部１７Ａから第１循環流路Iに供給されるのは、乾燥空気であるため、これにより熱交換器、特に第１熱交換器１３での水分の凍結による閉塞ということも防止される。
【００２６】
上述した実施形態では、昇圧部１７Ａは補助圧縮機２２、ドライヤ２５を用いて乾燥空気を供給するものであったが、本発明はこれに限定するものでない。
図３は、昇圧部１７Ａに代わる昇圧部１７Ｂを示し、窒素ガス供給源３１、例えば窒素ガスボンベと、この窒素ガス供給源３１に一端が接続され、流量調節弁３２が介設され、昇圧部１７Ａの場合と同様に第１循環流路Iに合流する昇圧ガス流路IIIとからなっている。なお、この昇圧部１７Ｂを用いた冷凍機１の場合、冷媒ガスは上述した乾燥空気に代えて、乾燥窒素ガスとなる。そして、上記同様に圧力検出器１８による検出圧力に基づき流量調節弁３２が制御され、昇圧ガス流路IIIから第１循環流路Iに供給される乾燥した窒素ガスの流量が調節されて、第１循環流路I内の圧力が上記同様に維持される。
冷媒ガスを窒素ガスとすれば、窒素ガス供給源３１として窒素ガスボンベを採用することができ、構造上、単純化することができる。
【００２７】
図４は、昇圧部１７Ａ或いは昇圧部１７Ｂに代わる昇圧部１７Ｃを示し、図２に示す昇圧部１７Ａ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。
この昇圧部１７Ｃを用いた冷凍機１の場合、冷媒ガスは乾燥窒素ガスで、この昇圧部１７Ｃでは、一般にＰＳＡ式窒素ガス発生装置と呼ばれる圧力スイング吸着式窒素ガス発生装置４１が補助圧縮機２２からの吐出流路でもある昇圧ガス流路IIIが介設されている。
この圧力スイング吸着式窒素ガス発生装置４１は、特殊吸着材を内蔵した吸着塔を用い、加圧下の吸着塔内で空気から酸素のみを特殊吸着材により選択、除去することによって高純度の窒素ガスを生成するようにした周知の装置である。また、吸着塔内において、加圧下で特殊吸着材により選択的に吸着、除去された酸素は、吸着塔内を減圧することによりパージされ、吸着塔は繰り返し使用される。そして、この圧力スイング吸着式窒素ガス発生装置４１を介して補助圧縮機２２から第１循環流路Iに乾燥した窒素ガスが供給され、上記同様、圧力検出器１８による検出圧力に基づき、補助圧縮機２２から吐出される圧縮空気の流量が制御され、第１循環流路I内の圧力が設定圧力よりも高く維持される。
【００２８】
なお、昇圧部１７Ｂ或いは昇圧部１７Ｃに関しても、圧力検出器１８により開度調節弁３２の開度、駆動手段２１の制御をするようにしてもよく、上述したように図示しない制御手段を介して開度調節弁３２の開度、駆動手段２１の制御をするようにしてよい。
また、昇圧部１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃから第１循環流路Iに乾燥ガスを供給する位置は必ずしも上述した実施形態における位置に限定するものではない。圧力検出器１８の取付け位置についても限定するものでなく、第２熱交換器１５の二次側で、第２熱交換器１５と主圧縮機１１との間のいずれかの位置であればよい。
さらに、冷凍機１の各部における上述した圧力、温度の状態は、参考用として一例を示したもので、本発明はこれらの圧力、温度の値に何等限定されるものでないことは言うまでもない。
【００２９】
また、上述した実施形態では、第２循環流路IIを循環する冷却媒体が空気であり、その冷却媒体が直接、食品等を冷凍処理するものであったが、本発明はこれに限定するものではない。この他、冷却媒体として空気以外のガス、例えば、冷媒ガスとして例示した乾燥窒素ガスを使用してもよい。この場合、冷凍処理室１６の内部の空気が第２循環流路IIに流入したり、第２循環流路IIの冷却媒体が冷凍処理室１６の内部に流出することがないように、第２循環流路IIの冷凍処理室１６内における部分を、冷凍処理室１６内に開放した状態とせず、例えば管路により構成し、第２循環流路IIをその内部の冷却媒体と冷凍処理室１６内の空気が直接接触することのない閉じた流路とするのがよい。
【００３０】
さらに、上述した実施形態では、圧力検出器１８は第１循環流路Iにおける第２熱交換器１５と第１熱交換器１３との間の位置に設けられているが、本発明はこの位置に限定するものでない。圧力検出器１８が第１循環流路Iの他の位置に設けられていても、そこで検出された圧力値に基づき、第２熱交換器１５の二次側で、かつ第２熱交換器１５と主圧縮機１１との間の位置での第１循環流路Iの圧力を一義的に導くことができるため、圧力検出器１８は第１循環流路Iのどの位置に設けられてもよい。ただし、第１循環流路Iにおける昇圧のために使用する最終データが、第２熱交換器１５の二次側で、かつ第２熱交換器１５と主圧縮機１１との間の位置での第１循環流路Iの圧力値であり、その位置で検出された圧力値が最も信頼性のあるものであって、圧力検出器１８は上述した第２熱交換器１５と第１熱交換器１３との間の位置、或いは第１熱交換器１３と主圧縮機１１との間の位置に設けられるのが望ましい。
【００３１】
図５は、本発明に係る別の冷凍機２を示し、図５において図１に示す冷凍機１と共通する部分については、互いに同一番号を付して説明を省略する。
この冷凍機２では、モータ１９の出力軸に取り付けた駆動側歯車５１と、主圧縮機１１、膨張機１４のそれぞれのロータ軸に取り付けた従動側歯車５２，５３とを噛み合わせて主圧縮機１１、膨張機１４のそれぞれを作動させている。ただし、図１と同様にモータ１９により、直接主圧縮機１１、膨張機１４のそれぞれを作動させるようにしてもよい。この冷凍機２では、第１循環流路Iから冷媒ガスの排出が可能に形成された降圧部５４と、冷凍処理室１６に室内温度検出可能に温度検出器５５とが設けられている。そして、温度検出器５５による検出温度が予め定めた許容上限温度よりも高い場合、即ち冷凍能力が過小である場合には、温度検出器５５からの制御信号により昇圧部１７Ａから第１循環流路Iに冷媒ガスを供給させ、降圧部５４を閉塞させる一方、検出温度が予め定めた許容下限温度よりも低い場合には、温度検出器５５からの制御信号により降圧部５４に第１循環流路Iから冷媒ガスを排出させ、昇圧部１７Ａを閉塞させるようにしてある。なお、降圧部５４は、第１循環流路Iにおける主圧縮機１１の吐出側で膨張機１４の入口側の部分における冷媒ガスを排出するように設けるのが望ましい。図示する例では、第１熱交換器１３と膨張機１４との間における第１循環流路Iの部分から分岐して降圧部５４に至る降圧ガス流路IVが設けてあり、この降圧ガス流路IVの分岐点では冷媒ガスが高圧であるため、冷媒ガスを容易に排出できる。また、この冷凍機２では、第２熱交換器１５において第１循環流路Iの冷媒と第２循環流路IIの冷却媒体が対向流をなす構成となっているが、冷凍機１についても同様の構成にしてもよい。
【００３２】
斯かる構成により、この冷凍機２の場合、モータ１９の回転数を一定に保ったままで、昇圧部１７Ａと降圧部５４とにより冷凍能力の調整が可能となっており、例えば冷凍能力を下げたい場合でも、モータ１９の回転数を減少させて部分負荷運転に移行させる必要はない。したがって、冷凍機２におけるモータ１９は回転数可変のものである必要はない。なお、温度検出器５５には、冷凍処理室１６の室内温度を検出するとともに、制御信号を発して、昇圧部１７Ａ、降圧部５４を制御するものを示した。これに代え、温度検出器５５から冷凍処理室１６の室内温度を示す温度信号を図示しない制御手段に入力し、この制御手段により昇圧部１７Ａ、降圧部５４を制御するようにしてもよい。
【００３３】
上記冷凍機１及び２の場合、冷凍処理室１６で被処理物を冷却する能力である冷却能力は、冷凍処理室１６を経て第２循環流路II内を循環する冷却媒体（例：空気）の温度と重量流量に依存する。この冷却媒体は第２熱交換器１５にて第１循環流路I内の冷媒と熱交換する故、結局、上記冷却能力は第１循環流路I内を循環する冷媒の温度と重量流量に依存するといえる。そして、冷凍機１の場合、上記冷凍能力が過大であれば、この冷凍能力を下げて適正にするために部分負荷運転が必要となる。この場合、例えば、主圧縮機１１及び膨張機１４の回転数を低下させることにより冷媒の重量流量を減ずる部分負荷運転が行われる。ところで、主圧縮機１１が、例えばスクリュ圧縮機の場合、作動ガスの流量は回転数に略比例するのに対して、膨張機１４が、例えば膨張タービンの場合、作動ガスの流量は上記スクリュ圧縮機の場合ほど比例しない。このため、上述した部分負荷運転の場合、膨張機１４の入口圧力が低下し、膨張比が小さくなる。一方、一般的に、膨張タービンは回転数が最大値のときに効率が最高になるように設計されている。したがって、冷凍機１において膨張タービンを採用した場合、膨張比が小さくなる上述した部分負荷運転時には、膨張機１４の効率は低下する。しかしながら、上述したように、冷凍機２では、モータ１９の回転数を変えることなく冷凍能力の調整が可能となっているため、上述したように膨張機１４の効率が低下するという事態は回避される。
【００３４】
さらに詳述すれば、例えば、主圧縮機１１がスクリュ圧縮機である場合、その体積流量はロータの回転数により決まり、上述のように、モータ１９は一定の回転数で回転される故、主圧縮機１１の体積流量は一定である。また、例えば、膨張機１４が膨張タービンである場合、その体積流量は膨張比が同じであれば、一定である。この膨張比が一定であれば、冷媒が循環する系内の温度レベルも同じである。一方、冷凍機２のように冷媒ガス（乾燥空気）の供給或いは排出を行えば、上記系内における圧力レベルは変化する。したがって、冷凍機２では、冷媒ガスの供給及び排出により、“膨張比一定”、“体積流量一定”、“上記系内の温度レベル一定”及び“上記系内の圧力レベル変化”の状態が実現されることになる。ところで、冷却熱量に依存する冷却能力は、冷媒の重量流量（体積流量）及び温度に比例するため、体積流量一定、系内の温度レベル一定の本発明に係る冷凍機２の場合、系内の圧力レベル変化により冷凍能力を変化させることができる。また、膨張機１４の膨張比は一定である故、膨張機１４の効率、ひいては冷凍機２の効率は一定に維持される。つまり、冷凍機２の場合、その効率を一定に維持しつつ、冷凍能力を適宜変更し、適正な冷凍能力でもって運転することが可能となっている。なお、上述したように、一般に、膨張タービンは最高回転数において最も高い効率になるように設計されており、その一定回転数を最高回転数になるようにしておけば、常に最高の効率を維持しつつ、冷凍能力を適正に変化させることが可能となる。
【００３５】
図６（横軸：冷凍能力（％）、縦軸：成績係数（ＣＯＰ））は、冷凍能力の最大値を１００％とし、この状態から冷凍能力を低下させた場合における上記効率に対応する成績係数（ＣＯＰ）が変化する態様を、冷凍機２については実線Ａで、降圧部５４を備えず、モータの回転数を下げることにより部分負荷運転するようにした冷凍機については一点鎖線Ｂにより示したものである。図示するように、冷凍機２の場合は略一定の成績係数、即ち効率を維持するのに対して、もう一方の冷凍機の場合は冷凍能力を低下させる程、成績係数も大きく低下してゆくことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る冷凍機の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す冷凍機における昇圧部の詳細を示すブロック図である。
【図３】図２に示す昇圧部に代えて図１に示す冷凍機に用いられる別の昇圧部を示すブロック図である。
【図４】図２に示す昇圧部に代えて図１に示す冷凍機に用いられるさらに別の昇圧部を示すブロック図である。
【図５】本発明に係る他の冷凍機の全体構成を示すブロック図である。
【図６】冷凍能力と成績係数との関係を本発明に係る冷凍機と他の降圧部を備えていない冷凍機について示した図である。
【符号の説明】
【００３７】
１，２  冷凍機
１１  主圧縮機
１２  冷却器
１３  第１熱交換器
１４  膨張機
１５  第２熱交換器
１６  冷凍処理室
１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ  昇圧部
１８  圧力検出器
１９  モータ
２１  駆動手段
２２  補助圧縮機
２３  吸気フィルタ
２４  吸込流路
２５  ドライヤ
３１  窒素ガス供給源
３２  流量調節弁
４１  圧力スイング吸着式窒素ガス発生装置
５１  駆動側歯車
５２，５３  従動側歯車
５４  降圧部
５５  温度検出器
I     第１循環流路
II    第２循環流路
III   昇圧ガス流路
IV  降圧ガス流路
【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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