(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニア冷凍サイクルと、そのアンモニアの蒸発潜熱を利用してＣＯ２の冷却を行うブラインクーラと、前記ブラインクーラで冷却された液ＣＯ２を冷却負荷の熱交換器（冷却器）側に給送する給送ライン上に液ポンプを備えたアンモニア／ＣＯ２冷凍システムにおいて、
前記ブラインクーラで冷却されたＣＯ２ブラインを受液する受液器と、
給液量可変型の強制循環ポンプで形成した液ポンプと、
前記液ポンプと冷却負荷の熱交換器間に介装した立ち上げ配管と、
前記立ち上げ配管の頂部と前記受液器のＣＯ２ガス層とを連通する連通管と、
前記冷却負荷側の冷却器出口より回収されるＣＯ２が液若しくは気液混合状態（不完全蒸発状態）で前記ブラインクーラもしくは前記受液器に戻るように、前記液ポンプ吐出圧（強制駆動流量）を設定するとともに、
前記立ち上げ配管の立ち上げレベルを前記受液器のＣＯ２ブラインの最高貯留レベルと同等もしくはそれより高く設定し、
更に前記連通管に流量制御弁が設けられたことを特徴とするアンモニア／ＣＯ２冷凍システム。
【請求項２】
アンモニア冷凍サイクルと、そのアンモニアの蒸発潜熱を利用してＣＯ２の冷却を行うブラインクーラと、前記ブラインクーラで冷却された液ＣＯ２を冷却負荷の熱交換器（冷却器）側に給送する給送ライン上に液ポンプを備えたアンモニア／ＣＯ２冷凍システムにおいて、
前記ブラインクーラで冷却されたＣＯ２ブラインを受液する受液器と、
給液量可変型の強制循環ポンプで形成した液ポンプと、
前記液ポンプと冷却負荷の熱交換器間に介装した立ち上げ配管と、
前記立ち上げ配管の頂部と前記受液器のＣＯ２ガス層とを連通する連通管と、
前記冷却負荷側の冷却器出口より回収されるＣＯ２が液若しくは気液混合状態（不完全蒸発状態）で前記ブラインクーラもしくは前記受液器に戻るように、前記液ポンプ吐出圧（強制駆動流量）を設定するとともに、
前記立ち上げ配管の立ち上げレベルを前記受液器のＣＯ２ブラインの最高貯留レベルと同等もしくはそれより高く設定し、
更に前記受液器内の液ＣＯ２の少なくとも一部を過冷却する過冷却器を設け、前記液ポンプ入口側のＣＯ２液を飽和温度以下の過冷却状態に維持させたことを特徴とするアンモニア／ＣＯ２冷凍システム。
【請求項３】
ＣＯ２ブラインサイクル停止時における前記液ポンプ入口までを含む受液器の容積を、該受液器内に回収したＣＯ２ブライン液とともに、その上部にＣＯ２ガス層が存在する容積に設定したことを特徴とする請求項１若しくは２記載のアンモニア／ＣＯ２冷凍システム。
【請求項４】
前記受液器のＣＯ２圧力を検出する圧力センサとその液温を計測する温度センサよりの信号に基づいて、該受液器内のＣＯ２飽和温度と実測液温を比較して過冷却度を演算するコントローラと、該コントローラよりの信号に基づいて導入されるアンモニア冷媒の量が調整される前記過冷却器とを具えた請求項２記載のアンモニア／ＣＯ２冷凍システム。
【請求項５】
前記液ポンプの入口／出口間の差圧を検知する圧力センサを設け、該センサ出力に基づいて、前記液ポンプから戻り配管の立ち上げレベルまでのポンプ実揚程と配管圧力損失以上の圧力になるように前記液ポンプ吐出圧（強制駆動流量）を設定したことを特徴とする請求項１若しくは２記載のアンモニア／ＣＯ２冷凍システム。
【請求項６】
少なくとも過冷却されている液ＣＯ２が貯留されている前記受液器が前記液ポンプ吸込側より高い位置にある請求項１若しくは２記載のアンモニア／ＣＯ２冷凍システム。
【請求項７】
前記ブラインクーラを前記受液器より高い位置に配置し、前記冷却負荷側の冷却器出口より回収される液若しくは気液混合状態のＣＯ２を前記受液器のＣＯ２ガス層に戻し、該受液器のＣＯ２ガス層と前記ブラインクーラを連通して前記ブラインクーラで凝縮液化したＣＯ２ブラインを前記受液器に戻して貯留することを特徴とする請求項１若しくは２記載のアンモニア／ＣＯ２冷凍システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニアサイクルとＣＯ２サイクルで構成したアンモニア／ＣＯ２冷凍システムにかかり、特にアンモニア冷凍サイクルと、そのアンモニアの蒸発潜熱を利用してＣＯ２の冷却を行うブラインクーラと、前記ＣＯ２ブラインで冷却された液ＣＯ２ブラインを冷却負荷側に給送する給送ライン上に液ポンプを備えたアンモニア／ＣＯ２冷凍システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
オゾン層破壊、地球温暖化防止に対する対策が強く要求されてきているなかで、空調、冷凍分野においてオゾン層破壊の観点からの脱フロンばかりでなく、地球温暖化の点より代替冷媒ＨＦＣの回収とエネルギ効率の向上が急務となっている。上記要求に沿うため、自然冷媒であるアンモニア、炭化水素、空気、炭酸ガス等の使用が考えられ、大型の冷却・冷凍設備にはアンモニア冷媒の採用が多く見受けられ、しかも、上記大型冷却・冷凍設備に付随する例えば冷蔵倉庫や荷捌き室や加工室等の小規模冷却・冷凍設備でも、自然冷媒のアンモニアの導入増大の傾向にある。
しかしながらアンモニアは毒性を有するために、アンモニアサイクルとＣＯ２サイクルとを組み合わせＣＯ２を冷却負荷側の二次冷媒として用いる冷凍サイクルが製氷工場、冷蔵倉庫や食品の冷凍工場で多く用いられている。【０００３】
例えば特許文献１には、アンモニアサイクルと炭酸ガスサイクルとを組み合わせたヒートポンプシステムが開示されており、その具体的構成を第１１図（Ａ）に基づいて説明するに、まずアンモニアサイクルでは、圧縮機１０４によって圧縮された気体状のアンモニアが、コンデンサ１０５を通るとき、冷却水または空気によって冷やされて液体となる。液体となったアンモニアは、膨張弁１０６によって必要な低温度に相当する飽和圧力まで膨張した後、カスケードコンデンサ１０７で蒸発して気体となる。このとき、アンモニアは、炭酸ガス冷凍サイクル内の二酸化炭素から熱を奪い、これを液化する。 
一方、炭酸ガスサイクルでは、カスケードコンデンサ１０７によって冷やされて液化した液化炭酸ガスが、液ヘッド差を利用した自然循環現象によって下降し、流量調整弁１０８を通って、目的の冷却を行うボトムフィード型の蒸発器１０９に入り、ここで温められて蒸発し、ガスとなって再びカスケードコンデンサ１０７に戻っていく。 
そして前記従来技術においては、カスケードコンデンサ１０７は、目的の冷却を行う蒸発器１０９よりも高い位置、例えば屋上等に設置され、そしてこのような構成を採ることによって、カスケードコンデンサ１０７とクーラファン１０９ａを有する蒸発器１０９との間に液ヘッド差を形成するものである。
かかる原理を第１図（Ｂ）の圧力線図に基づいて説明するに、図中点線は圧縮機によるヒートポンプサイクルに基づくアンモニアサイクルで、実線が自然循環によるＣＯ２サイクルを示し、本図ではカスケードコンデンサ１０７とボトムフィードの蒸発器１０９との間に液ヘッド差を利用して自然循環可能に構成してある。【０００４】
しかしながら、前記従来技術はアンモニアサイクル内において蒸発器となるカスケードコンデンサ（二酸化炭素媒体を冷やす蒸発器）を、建物の屋上などＣＯ２サイクル内の目的の蒸発器（冷凍ショーケース等）よりも高い位置に設置しなければならないという基本的な欠陥がある。
特に冷凍ショーケースやフリーザユニットは顧客の都合により、中高層ビルの高層階に据え付ける必要があることもあり、このような場合には全く対応できない。
このため、前記従来技術では、図１１（Ｂ）に示すように、二酸化炭素媒体の循環を二次的に補助し、循環をより確実なものとするために、サイクル内に液ポンプ１１０を設ける形態をとっているものもある。しかしながらかかる技術も液ヘッド差を利用した自然循環にとどまり、補助的に液の循環量を制御して二酸化炭素媒体を冷却するものである。
即ち前記従来技術においても自然循環サイクルに並列して補助ポンプ流路を配置するものであるために、液ヘッド差を利用した自然循環経路の存在が前提となるものであり、ＣＯ２自然循環サイクルが形成された上での補助ポンプ流路である。（従って補助ポンプ流路は自然循環サイクルに対して並列接続でなければならない。）
特に前記従来技術も液ヘッド差を確保していることを前提に補助的に液ポンプを利用するもので、カスケードコンデンサ（二酸化炭素媒体を冷やす蒸発器）が炭酸ガスサイクル内の目的の蒸発器より高い位置に設定することが前提となるものであり、前記した基本的な欠点の解消にはつながらない。
しかも前記従来技術は１階と２階に蒸発器（冷凍ショーケース、冷房機等）を設置する場合にそれぞれの蒸発器のカスケードコンデンサとの間の液ヘッド差が異なる場合にもその適用が困難である。【０００５】
又前記従来技術においては、カスケードコンデンサ１０７と蒸発器１０９との間に液ヘッド差を設けるということは図１１に示すように、蒸発器は、ＣＯ２入口側が蒸発器ボトムであり、ＣＯ２出口側が蒸発器トップである、いわゆるボトムフィード構成でなければ自然循環が行われないという制約がある。
しかしながらボトムフィード構造では下方入口側の冷却管の中では、ＣＯ２液が管内に奪熱されながら蒸発するがその蒸発したガスは、冷却管の上方に向かって流れ冷却管の上方位置ではガスのみとなって冷却が十分行われず、下方の冷却管のみが有効に冷却され、また入口側に液ヘッダを設けた場合に冷却管への均一な分配も出来ないという問題がある。実際に第１図（Ｂ）に示す圧力線図でも蒸発器１０９でＣＯ２が完全に蒸発した後回収される線図になっている。【０００６】
また、ＣＯ２を冷却負荷側の二次冷媒として用いる冷凍サイクルが製氷工場、冷蔵倉庫や食品の冷凍工場で多く用いられているが、このような冷凍装置においては、冷凍能力の維持、消毒等から、定期的または随時に、装置を停止してクーラのデフロスト（霜取り）および洗浄作業を行なう必要があり、かかる作業は、当然クーラ（蒸発器）の温度上昇を伴うため、ＣＯ２液がクーラ（蒸発器）付近の循環経路内に滞留していると、ＣＯ２液が爆発的気化（沸騰）を生じるおそれがあるため、運転停止後に、クーラ（蒸発器）近傍におけるＣＯ２液を速やか、かつ完全に回収することが望まれている。【０００７】
【特許文献１】特許第３４５８３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、アンモニア冷凍サイクルと、そのアンモニアの蒸発潜熱を利用してＣＯ２の冷却を行う冷却器と、前記冷却器で冷却された液ＣＯ２を冷却負荷側に給送する給送ライン上に液ポンプを備えたＣＯ２ブライン生成装置を、例えばＣＯ２サイクルの冷却負荷側である冷凍ショーケース等の冷却負荷を顧客の都合により任意の場所に据え付けた場合でも安心してアンモニアサイクルとＣＯ２サイクルとを組み合わせたサイクルが形成できるアンモニア／ＣＯ２冷凍システムを提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、ＣＯ２サイクル側の冷却器の位置、種類（ボトムフィード型、トップフィード型）及びその数、更には蒸発器と冷却器間に高低差を有する場合でも円滑にＣＯ２循環サイクルが形成できる冷凍システムと該システムに使用されるＣＯ２ブライン生成装置を提供することを目的とする。
また、他の目的は、ＣＯ２サイクル側の冷却器のデフロスト（霜取り）および洗浄作業を行なう際の、ＣＯ２サイクルからのＣＯ２液の回収を迅速かつ確実に行なうことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、本発明はかかる課題を解決するために、アンモニア冷凍サイクルと、そのアンモニアの蒸発潜熱を利用してＣＯ２の冷却を行うブラインクーラと、前記ブラインクーラで冷却された液ＣＯ２を冷却負荷の熱交換器（冷却器）側に給送する給送ライン上に液ポンプを備えたアンモニア／ＣＯ２冷凍システムにおいて、
前記ブラインクーラで冷却されたＣＯ２ブラインを受液する受液器と、
給液量可変型の強制循環ポンプで形成した前記液ポンプと、
前記液ポンプと冷却負荷の熱交換器間に介装した立ち上げ配管と、
前記立ち上げ配管の頂部と前記受液器のＣＯ２ガス層とを連通する連通管と、
前記冷却負荷側の冷却器出口より回収されるＣＯ２が液若しくは気液混合状態（不完全蒸発状態）で前記ブラインクーラもしくは前記受液器に戻るように、前記液ポンプ吐出圧（強制駆動流量）を設定するとともに、
前記立ち上げ配管の立ち上げレベルを前記受液器のＣＯ２ブラインの最高貯留レベルと同等もしくはそれより高く設定したことを要旨とする。
この場合に、受液器のＣＯ２ブラインの最高貯留レベルは、ＣＯ２ブラインサイクル停止時における液ポンプ入口までを含む受液器の容積を、受液器内に回収したＣＯ２ブライン液とともに、その上部にＣＯ２ガス層が存在する容積に設定することにより立ち上げ配管の立ち上げレベルを固定できる。
そして請求項１記載の発明は、立ち上げ配管の頂部と受液器のＣＯ２ガス層とを連通管で連結させ、液ポンプ運転時には、ＣＯ２ブラインの一部を受液器に還流するとともに、液ポンプ停止時には、ＣＯ２ガスを立ち上げ配管の頂部へ、受液器のＣＯ２ガス層から導入するように構成し、その連通管に流量制御弁を設ける。
【００１０】
又、本発明は、前記液ポンプの実揚程は戻り配管の立ち上げレベルによって決まるが、前記立ち上げ配管の立ち上げレベルが、戻り配管の立ち上げレベルと同等かそれより低く設定することが好ましい。
より具体的には．前記液ポンプの入口／出口間の差圧を検知する圧力センサを設け、該センサ出力に基づいて、液ポンプから戻り配管の立ち上げレベルまでのポンプ実揚程と配管圧力損失以上の圧力になるように前記液ポンプ吐出圧（強制駆動流量）を設定するのがよい。【００１１】
又請求項２記載の発明は、前記受液器内の液ＣＯ２の少なくとも一部を過冷却する過冷却器を設け、前記液ポンプ入口側のＣＯ２液を飽和温度以下の過冷却状態に維持させる。これにより液ポンプ入口ではキャビテーション防止のために十分な吸込みヘッドを確保できる。
【００１２】
そしてその具体的な構成として、少なくとも過冷却されている液ＣＯ２が貯留されている受液器が液ポンプ吸込側より高い位置にあるのがよい。又前記ＣＯ２受液器のＣＯ２圧力を検出する圧力センサとその液温を計測する温度センサよりの信号に基づいて、受液器内のＣＯ２飽和温度と実測液温を比較して過冷却度を演算するコントローラと、該コントローラよりの信号に基づいて導入されるアンモニア冷媒の量が調整される前記過冷却器とを具えるように構成してもよい。【００１３】
又、ブラインクーラを前記受液器より高い位置に配置し、冷却負荷側の冷却器出口より回収される液若しくは気液混合状態のＣＯ２を受液器のＣＯ２ガス層に戻し、この受液器のＣＯ２ガス層とブラインクーラを配管で連通して、ブラインクーラで凝縮液化したＣＯ２ブラインを受液器に戻して、貯留するように構成してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
前記冷却負荷側の冷却器６の出口より回収されるＣＯ２が液若しくは気液混合状態（不完全蒸発状態）でブラインクーラ３もしくは受液器４に戻るように、前記液ポンプ５の吐出圧（強制駆動流量）を設定するものであり、まず、ブラインクーラ３に戻す場合の効果を、図６（ａ）を参照して説明する。【００１５】
前記のごとく本発明は、前記液ポンプ５が給液量可変型の強制循環ポンプであって、前記冷却負荷側の冷却器６の出口より回収されるＣＯ２が液若しくは気液混合状態（不完全蒸発状態）でブラインクーラに戻るようにするために、前記液ポンプ５の強制循環量を冷却器４側の必要循環量の２倍以上に、好ましくは３〜４倍に、更に言い換えれば液ポンプ５から戻り配管の立ち上げレベルまでのポンプ実揚程と配管圧力損失以上の圧力になるように前記液ポンプ５の吐出圧（強制駆動流量）を設定したために、アンモニアサイクル内においてブラインクーラ３を、建物の地下等に配置してＣＯ２サイクル内の前記液若しくは気液混合状態（不完全蒸発状態）での蒸発機能を有する冷却器６（冷凍ショーケース等）を地上の任意の位置に配置しても円滑にＣＯ２サイクルを循環することができるとともに、例えば、１階と２階に冷却器６（冷凍ショーケース、冷房機等）を設置する場合にそれぞれの冷却器６とブラインクーラ３との間の液ヘッド差と無関係にＣＯ２サイクルを運転できる。
この場合に冷却負荷側熱交換器出口より回収されるＣＯ２が戻り配管経路を通って液若しくは気液混合状態でブラインクーラ３に戻るように構成してあるために、ボトムフィード構造の冷却器であっても、該冷却器の冷却管の上方位置でも気液混合状態が維持できるためにガスのみとなって冷却が十分行われないことがなく、冷却管全体にわたって円滑な冷却が可能である。【００１６】
なお、アンモニアサイクル内においてブラインクーラ３と、ＣＯ２サイクル内の前記液若しくは気液混合状態（不完全蒸発状態）での蒸発機能を有する冷却器６（冷凍ショーケース等）とを、同等階、またはアンモニアサイクル内においてブラインクーラを階上に、そして階下にＣＯ２サイクル内の前記液若しくは気液混合状態（不完全蒸発状態）での蒸発機能を有する冷却器６（冷凍ショーケース等）を配置した場合においても、上記同様に円滑にＣＯ２サイクルを循環することができる。【００１７】
前記液ポンプ５と冷却負荷の熱交換器（冷却器６）との間に立ち上げ配管９０を有し、前記立ち上げ配管９０の立ち上げレベルを受液器のＣＯ２ブラインの最高貯留レベルより同等かそれより高く設定し、立ち上げ配管の頂部と受液器のＣＯ２ガス層とを連通管で連結させる理由について詳細に説明する。【００１８】
先ず、本システムのＣＯ２ブラインサイクルは前記自然循環方式の従来技術と異なり、前記冷却負荷側の冷却器出口より回収されるＣＯ２が液若しくは気液混合状態（不完全蒸発状態）でブラインクーラ３に戻るようにＣＯ２ブラインサイクル内のブラインは基本的に実質的液状態の飽和状態に設定されており、受液器４のＣＯ２ブラインの最高貯留レベルは、ＣＯ２ブラインサイクル停止時における液ポンプ５入口までを含む受液器の容積を、受液器内に回収したＣＯ２ブライン液とともに、その上部にＣＯ２ガス層４ａが存在する容積に設定して、前記立ち上げ配管９０の立ち上げレベルを受液器４のＣＯ２ブライン液の最高貯留レベルより同等かそれより高く設定し、さらに、立ち上げ配管の頂部と受液器４のＣＯ２ガス層４ａとを連通管で連結させているので、液ポンプ５停止直後のＣＯ２ブライン液の移動を円滑に遮断できる。【００１９】
その際に、液ポンプ５停止直後の熱バランス状態を説明すると、図６（ａ）に示すように、例えば、液ポンプ５が停止するとＢ点にある液は、レベルＬにバランスしようとしてＡ点もしくは、Ａ’点に落ちようとする。Ｂ点の頂上部に設けた連通管１００を通って、受液器４のＣＯ２ガス層４ａからガスが流入し、Ｂ点の液はレベルＬまで自動落下する。すなわちＣＯ２ブラインサイクルは、液ポンプ停止と同時にＣＯ２ブライン液の移動を円滑に遮断し、熱移動の停止が可能になる。【００２０】
次に、ポンプを起動しＣＯ２が循環している状態の場合を説明する。
前記停止後に液ポンプ５を再駆動するには、液ポンプ５入ロではキャビテーション防止のために十分な吸込みヘッドが必要であり、このため液入口を過冷却状態にした後に駆動する必要がある。
従って、本発明は受液器４、若しくはポンプ入口側までの過冷却状態を維持するための受液器４のＣＯ２を過冷却する過冷却器を設けるのがよい。
具体的には前記受液器４の過冷却状態の判断が、前記冷却液化後のＣＯ２を液溜する受液器４の圧力と液温を計測して、前記圧力に基づく飽和温度と実測液温を比較して過冷却度を演算するコントローラによりおこなわれるのがよい。
たとえば図６（ａ）において、受液器４の液は飽和状態で過冷却度を飽和温度より１〜５℃程度低く設定した状態で液ポンプ５の駆動を行うと円滑な駆動が可能となる。
又立ち上げ配管９０のＡ−Ｂ間の垂直高さは約２．５ｍであるので圧力差に換算すると約０．０２７９Ｍｐａであるので、このヘッド（高さ）は液ポンプ５で打ち勝つ必要がある。この液ポンプ５の吐出圧がないとＣＯ２ブライン液は強制循環しない。
従って、本発明では前記液ポンプ５の入口／出口間の差圧を検知する圧力センサを設け、該センサ出力に基づいて、液ポンプ５から戻り配管の立ち上げレベルまでのポンプ実揚程と配管圧力損失以上の圧力になるように前記液ポンプ５の吐出圧（強制駆動流量）を設定している。なお、連通管１００を通じてＣＯ２ブライン液の一部は、受液器４に還流されるが、大部分は冷却器６に供給される。連通管１００の径、または流量制御弁１０２によって還流量が制御される。
液ポンプ５を運転してシステムが正常に運転される状態でポンプを停止すると上記の２．５ｍのヘッドを打ち勝つ力がなくなるので液循環が停止する。停止と同時に、連通管１００を通って受液器４のＣＯ２ガス層からＣＯ２ガスが立ち上げ管９０の頂部に導入される。
従って、液ポンプ５停止中は、常にブライン液の循環がなされない状態になっている。
即ち、受液器の液面Ｌと同一レベルの立ち上げ配管９０のＡ点以上の配管中の液が落ち、立ち上げ配管９０のＡ−Ｂ−Ａ‘中に飽和蒸気が満たされており、液循環が不可能となることは前記した通りである。【００２１】
従って、このような前記立ち上げ配管９０を有する液ポンプ５を具えたＣＯ２循環サイクルにおいて、前記戻り配管５３側を前記液若しくは気液混合状態（不完全蒸発状態）の実質的な液状態で循環させるのは冷却負荷熱交換器（冷却器６）側の必要循環量の２倍以上に、好ましくは３〜４倍に設定する必要があることは前記した通りであるが、起動時は常温から運転するために、無用な圧力上昇が起こり、ポンプ設計圧力を超えてしまう恐れがある。
そこでポンプ起動時に間欠運転と回転数可変制御を組み合わせてポンプ吐出圧力を設計圧力以下で運転し、その後回転数可変制御で運転を行うのがよい。
更に安全設計思想として、前記冷却器出口側とブラインクーラ３を結ぶＣＯ２回収経路と別個に冷却器とブラインクーラ３若しくはその下流側の受液器４を結ぶ圧力逃がし経路を設け、常温時のポンプ起動時のように冷却器内圧力が所定圧力（設計圧力の近傍例えば９０％負荷）以上の場合に圧力逃がし経路を介してＣＯ２圧力を逃がして安全設計思想を組み込むのがよい。
又前記冷却器は複数組設けてもよく、液ポンプ５の給液経路を分岐させる場合や冷却負荷の変動が大きい場合であっても対応でき、少なくともその１つがトップフィード型冷却器であっても対応できる。
又、前記液ポンプ５出口側とブラインクーラ３間を、開閉制御弁を介してバイパスするバイパス通路を設けるのがよい。
更に、液ポンプ５の入口／出口間の差圧検知結果に基づいてアンモニア冷凍サイクルの冷凍機を強制アンロードするコントローラを備えているのがよく、又前記ブライン生成装置の給送ラインと冷却負荷との接続部に、断熱継手が介装されているのがよい。【００２２】
次に、冷却負荷側の冷却器６の出口より回収される液若しくは気液混合状態（不完全蒸発状態）のＣＯ２を、受液器４に戻す場合の効果を図６（ｂ）を参照して説明する。
図６（ｂ）に示すように、ブラインクーラ３を受液器４より高い位置に配置し、冷却負荷側の冷却器６出口より回収される液若しくは気液混合ガス状態ＣＯ２を受液器４のＣＯ２ガス層４ａに戻し、受液器４のＣＯ２ガス層４ａとブラインクーラ３を配管１０４で連結して凝縮液化したＣＯ２ブラインを受液器４に貯留するように構成する。
冷却負荷側の冷却器６の出口より回収されるＣＯ２が液若しくは気液混合状態（不完全蒸発状態）であるため、ブラインクーラ３に戻すと、ブラインクーラ３内の流路抵抗が増大して、液ポンプ５に対する圧力負荷が過大となり、液ポンプの大型化、装置の大型化をまねくおそれがあるが、受液器４のＣＯ２ガス層４ａに戻すことによって、液ポンプ５の背圧の低下を図ることができる。さらに、受液器４のＣＯ２ガス層４ａを配管１０４でブラインクーラ３へ導き、受液器４のＣＯ２ガス層４ａ部分のＣＯ２を凝縮液化し、液化したＣＯ２を受液器４へ戻して貯留することによって、凝縮サイクルを形成することができるため、ブラインクーラ３へ戻さなくても、ＣＯ２ガスの凝縮液化を行なうことができる。
なお、その他効果については、前述した図６（ａ）と同様のことがいえる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】アンモニアサイクルとＣＯ２サイクルとを組み合わせた冷凍システムの圧力／エンタルピー線図で（Ａ）が本発明、（Ｂ）が従来技術を示す図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｅ）は本発明の種々の対応を示す概要図である。
【図３】アンモニア冷凍サイクル部とアンモニア／ＣＯ２熱交換部が組み込まれたマシンユニット（ＣＯ２ブライン生成装置）、と冷却負荷をマシンユニット側で液冷却したＣＯ２ブラインを利用してその蒸発潜熱により負荷を冷却（冷凍）するフリーザユニットを示す全体概要図である。
【図４】図３の制御フロー図である。
【図５】本発明の液ポンプの起動運転（回転数変化とポンプ差圧変化）状況を示すグラフ図である。
【図６】本発明のＣＯ２ブラインサイクルに配置した立ち上げ配管の特徴を示す作用説明図である。
【図７】本発明を製氷工場に適用した実施例を示す概略図である。
【図８】本発明を冷蔵倉庫に適用した実施例を示す概略図である。
【図９】本発明をフリーザ室に適用した実施例を示す概略図である。
【図１０】本発明の冷凍器に適用するとともに、戻し配管を受液器に連結した実施例を示す概略図である。
【図１１】従来のアンモニアサイクルとＣＯ２サイクルとを組み合わせたヒートポンプシステムの構成図である。
【符号の説明】
【００２４】
１    アンモニア冷凍機（圧縮機）
２    エバコン式凝縮器
３    ブラインクーラ
４    受液器
５    液ポンプ
６    冷却器
７    アンモニア除害水槽
８    過冷却器
５３  戻し配管
５４  給液配管
９０  立ち上げ配管
１００  連通管
１０２  流量制御弁
Ａ    マシンユニット（ＣＯ２ブライン生成装置）
Ｂ    フリーザユニット
ＣＬ  コントローラ
Ｐ１〜Ｐ２  圧力センサ
Ｔ１〜Ｔ４  温度センサ
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。【００２６】
第１図（Ａ）は本発明の基本構成を示す圧力線図で、本発明の原理を説明するに、図中点線は圧縮機によるヒートポンプサイクルに基づくアンモニアサイクルで、実線が強制循環によるＣＯ２サイクルを示し、本図ではブラインクーラ３及び受液器４で冷却後の液ＣＯ２を冷却負荷側に給送する前記液ポンプ５が給液量可変型の強制循環ポンプであって、前記冷却負荷側の冷却器出口より回収されるＣＯ２が液若しくは気液混合状態で回収されるように、前記液ポンプ５強制循環量を前記液若しくは気液混合状態（不完全蒸発状態）での蒸発機能を有する冷却器側の必要循環量の２倍以上に設定している。この結果冷却負荷側のＣＯ２サイクルでは、受液器側ポンプ吐出ヘッドより低いＣＯ２吐出ヘッドで冷却負荷側の冷却器入口側に給送され、冷却器出口給送ラインよりブラインクーラ３の間に圧力差が十分とれ、前記冷却負荷側の冷却器出口より回収されるＣＯ２が液若しくは気液混合状態で回収される（第１図（Ａ）の右側圧力線図の内側で反転して回収される）ように構成することができる。
これにより冷却負荷の冷却器とブラインクーラ３間に高低差や距離があっても、前記液若しくは気液混合状態（不完全蒸発状態）での蒸発機能を有する冷却器を構成したために、単一及び複数ポンプによる多室（冷却器）冷却管理及び冷却器のボトムフィード及びトップフィード方式等あらゆる冷却サイクルに対応できる。【００２７】
その対応を第２図に示す。Ａは、アンモニア冷凍サイクル部とアンモニア／ＣＯ２熱交換部（ブラインクーラ３とＣＯ２液ポンプ５を含む）が組み込まれたマシンユニット（ＣＯ２ブライン生成装置）、Ｂは冷却負荷をマシンユニット側で液冷却したＣＯ２ブラインを利用してその蒸発潜熱と顕熱により負荷を冷却（冷凍）するフリーザユニットである。
次にマシンユニットの構成について説明する。
１はアンモニア冷凍機（圧縮機）で、該冷凍機１で圧縮されたガスは、凝縮器２で凝縮された後、その液アンモニアを膨張弁で膨張させ、ついでライン２４（第３図参照）を介してＣＯ２ブライン冷却用ブラインクーラ３でＣＯ２と熱交換させながら蒸発させて再度冷凍機１に導入してアンモニア冷凍サイクルを構成する。
ＣＯ２ブラインはフリーザユニットＢ側からＣＯ２気液を回収した後、ＣＯ２ブライン冷却用ブラインクーラ３に導き、アンモニア冷媒との熱交換によりＣＯ２を冷却凝縮した後、該凝縮した液ＣＯ２を受液器４に貯留させた後、インバータモータにより回転数可変及び間欠運転可能な液ポンプ５で圧送されて、立ち上げ配管９０を介してフリーザユニットＢ側に導く。
そしてＣＯ２ブラインサイクル停止時における液ポンプ５入口までを含む受液器４の容積を、受液器内に回収したＣＯ２ブライン液とともに、その上部にＣＯ２ガス層が存在する容積に設定されており、又前記立ち上げ配管９０の立ち上げレベルを受液器のＣＯ２ブライン液の最高貯留レベルＬより同等かそれより高く設定されている。
立ち上げ配管９０の頂部と受液器４内の上部のＣＯ２ガス層とは、連通管１００で連通され、液ポンプ５の作動時には、ＣＯ２ブライン液の一部が連通管１００を経由して受液器４内に還流され、液ポンプ５の停止時には、受液器４内の上部のＣＯ２ガスが立ち上げ配管９０の頂部に流れる。【００２８】
次にフリーザユニットＢの説明を行う。
フリーザユニットＢは液ポンプ５吐出側とブラインクーラ３吸込側間にＣＯ２ブラインラインが形成されており、そのライン上に前記液若しくは気液混合状態（不完全蒸発状態）での蒸発機能を有する冷却器６が一又は複数個配設されており、フリーザユニットに導入された液ＣＯ２を冷却器６でその一部が蒸発して液若しくは気液混合ガス状態でマシンユニット内のＣＯ２ブライン冷却用ブラインクーラ３に戻され、ＣＯ２二次冷媒サイクルが構成される。
そして第２図（Ａ）は前記ポンプ吐出側にトップフィード方式の冷却器６とボトムフィード方式の冷却器６が並列配置されている。
そしてボトムフィードの冷却器６の場合にガス化されたＣＯ２による無用の圧力上昇を防ぐため、又起動時の圧力上昇を防ぐために、前記液若しくは気液混合状態（不完全蒸発状態）での蒸発機能を有する冷却器６出口側とブラインクーラ３を結ぶＣＯ２回収ライン５３と別個に冷却器６とブラインクーラ３若しくはその下流側の受液器４を結ぶ安全弁若しくは圧力調整弁３１が介装された圧力逃がしライン３０を設け、冷却器６内圧力が所定圧力以上の場合に安全弁若しくは圧力調整弁３１が開き圧力逃がしライン３０を介してＣＯ２圧力を逃がすように構成している。【００２９】
第２図（Ｂ）はトップフィード方式の冷却器を接続した例である。
この場合も起動時の圧力上昇を防ぐために、前記液若しくは気液混合状態（不完全蒸発状態）での蒸発機能を有する冷却器６出口側とブラインクーラ３を結ぶＣＯ２回収ライン５３と別個に冷却器とブラインクーラ３若しくはその下流側の受液器４を結ぶ安全弁若しくは圧力調整弁３１が介装された圧力逃がしライン３０を設けている。本実施例の場合もＣＯ２ブラインは液ポンプ５で圧送されて、立ち上げ配管９０を介してフリーザユニットＢ側に導くように構成されている。
第２図（Ｃ）はブラインクーラ３出口側に給送路５２上に複数のポンプ５を設け、夫々独立してボトムフィードの冷却器６との間で強制循環可能に構成してある。本実施例の場合もＣＯ２ブラインは液ポンプ５で圧送されて、立ち上げ配管９０を介してフリーザユニットＢ側に導くように構成されている。
このように構成すれば冷却器毎の高低差や距離が大きく異なる場合でもそれに適した強制循環容量に設定できるが、いずれも前記冷却負荷側の冷却器出口より回収されるＣＯ２が液若しくは気液混合状態で回収されるように、前記液ポンプ５強制循環量を冷却器側の必要循環量の２倍以上に設定する必要がある。【００３０】
第２図（Ｄ）はボトムフィード方式の冷却器を接続した例である。本実施例の場合もＣＯ２ブラインは液ポンプ５で圧送されて、立ち上げ配管９０を介してフリーザユニットＢ側に導くように構成されている。
この場合もボトムフィードの冷却器６の場合にガス化されたＣＯ２による無用の圧力上昇を防ぐため、起動時の圧力上昇を防ぐために、前記冷却器出口側とブラインクーラ３を結ぶＣＯ２回収ライン５３と別個に冷却器とブラインクーラ３若しくはその下流側の受液器を結ぶ安全弁若しくは圧力調整弁３１が介装された圧力逃がしライン３０を設けている。【００３１】
なお、第２図（Ａ）〜（Ｄ）において、フリーザユニットに導入されたＣＯ２液を冷却器６でその一部が蒸発して、液若しくは気液混合ガス状態でマシンユニット内のブラインクーラ３に戻される構成について説明したが、受液器４のＣＯ２ガス層に戻す構成であってもよい。例えば、代表的に第２図（Ａ）に示す例について、受液器４のＣＯ２ガス層に戻す構成を、第２図（Ｅ）に例示する。
【実施例１】
【００３２】
第３図は冷却負荷をその蒸発潜熱により冷却後回収したＣＯ２ブラインをアンモニア冷媒との熱交換により冷却制御しながら負荷冷却サイクルを構成するＣＯ２強制循環型負荷冷却装置の実施例１の概要図である。
Ａは、アンモニア冷凍サイクル部とアンモニア／ＣＯ２熱交換部（ブラインクーラ３）が組み込まれたマシンユニット（ＣＯ２ブライン生成装置）、Ｂは冷却負荷をマシンユニット側で液冷却したＣＯ２ブラインを利用してその蒸発潜熱により負荷を冷却（冷凍）するフリーザユニットである。
次にマシンユニットの構成について説明する。
１はアンモニア冷凍機（圧縮機）で、該冷凍機１で圧縮されたガスは、エバコン式凝縮器２で凝縮された後、その液アンモニアを膨張弁２３で膨張させ、ついでライン２４を介してＣＯ２ブライン冷却用ブラインクーラ３でＣＯ２と熱交換させながら蒸発させて再度冷凍機１に導入してアンモニア冷凍サイクルを構成する。８は膨張弁２３出口側とＣＯ２ブライン冷却用ブラインクーラ３入口側間のライン２４をバイパスさせたバイパス管に接続させた過冷却器８で、ＣＯ２受液器４内に内蔵されている。
７はアンモニア除害水槽で、エバコン式アンモニア凝縮器２を散布した水をポンプ２６を介して繰り返し循環している。
ＣＯ２ブラインはポンプ５の吐出側に前記立ち上げ配管９０を設けた後、断熱継手１０を介してフリーザユニットＢ側からＣＯ２ガスを回収した後、ＣＯ２ブライン冷却用ブラインクーラ３に導き、アンモニア冷媒との熱交換によりＣＯ２を冷却凝縮した後、該凝縮した液ＣＯ２を受液器４に導き、該受液器４内で過冷却器８により飽和点より１〜５℃低い温度で過冷却する。
そして過冷却された液ＣＯ２は、インバータモータ５１により給送路５２上の回転数可変な液ポンプ５を介して断熱継手１０よりフリーザユニットＢ側に導く。【００３３】
立ち上げ配管９０の頂部と受液器４内の上部のＣＯ２ガス層とは連通管１００で連通され、連通管１００の径の大きさ、流量制御弁１０２を制御することによって、受液器４に還流されるＣＯ２ブライン液は、液ポンプ５によって供給される量の一部となっており、大部分は、冷却器６に供給される。また、液ポンプ５の停止時には、受液器４内の上部のＣＯ２ガスが立ち上げ配管９０の頂部に供給される。【００３４】
９は液ポンプ５出口側とＣＯ２ブライン冷却用ブラインクーラ３をバイパスするバイパス通路、１１はアンモニア除害ラインで、開閉弁を介してＣＯ２ブライン冷却用ブラインクーラ３よりの液若しくは液ガス混合ＣＯ２をアンモニア冷凍機１と対面する位置等のアンモニア漏洩区域に放出する除害ノズル９１と接続している。
１２は中和ラインでブラインクーラ３よりのＣＯ２を除害水槽７に導入してアンモニアを炭酸アンモニアへと中和させて除害している。
１３は消火ラインで、ユニット内で火災等が発生した場合は、その温度上昇を検知して開放する温度検知バルブもしくはブラインクーラ３内のＣＯ２系統の異常圧力上昇を検知する安全弁等で構成されたバルブ１３１を開いてノズル１３２よりＣＯ２を噴射させて消火を行う。
１４はＣＯ２放出ラインで、ＣＯ２ブライン冷却用ブラインクーラ３よりの液ＣＯ２を受液器４を巻回した自冷装置１５を介してバルブ１５１を開放してユニットＡ内に放出して該ユニット内が温度上昇した場合の自冷を行う。そして前記バルブ１５１は負荷運転停止中にブラインクーラ３内圧力が規定圧力以上に上昇した場合に開放される安全弁で構成されている。【００３５】
次にフリーザユニットＢの説明を行う。
フリーザユニットＢは被冷凍品を搬送するコンベア２５の上方にＣＯ２ブライン冷却器６がコンベア搬送方向に沿って複数個配設されており、断熱継手１０を介して導入された液ＣＯ２を冷却器６で一部蒸発（液若しくは気液混合状態）して、その冷気をクーラファン２９により被冷凍品２７にむけて噴射する。
クーラファン２９はコンベア２５に沿って複数配列され、インバータモータ２６１により回転制御可能に構成されている。
クーラファン２９と冷却器６の間にはデフロスト熱源に接続されたデフロスト散布ノズル２８が介装されている。
そして冷却器により一部ＣＯ２が蒸発して気液混合ＣＯ２は断熱継手１０よりマシンユニット内のＣＯ２ブライン冷却用ブラインクーラ３に戻され、ＣＯ２二次冷媒サイクルが構成される。
又前記液若しくは気液混合状態（不完全蒸発状態）での蒸発機能を有する冷却器には夫々一部がガス化されたＣＯ２による無用の圧力上昇を防ぐため、起動時の圧力上昇を防ぐために、前記冷却器出口側とブラインクーラ３を結ぶＣＯ２回収ラインと別個に冷却器６とブラインクーラ３若しくはその下流側の受液器４を結ぶ安全弁若しくは圧力調整弁３１が介装された圧力逃がしライン３０を設けている。【００３６】
かかる実施例の作用を第４図に基づいて説明する。
第３図及び第４図のＴ１は受液器内ＣＯ２液温を検知する温度センサ、Ｔ２はフリーザユニット入口側のＣＯ２温度を検知する温度センサ、Ｔ３はフリーザユニット出口側のＣＯ２温度を検知する温度センサ、Ｔ４はフリーザユニット内庫内温度を検知する温度センサ、又Ｐ１は受液器内圧力を検知する圧力センサ、Ｐ２は冷却器圧力を検知する圧力センサ、Ｐ３はポンプ差圧を検知する圧力センサ、ＣＬは液ポンプインバータモータ５１とクーラファンインバータモータ２６１制御用のコントローラ、２０は過冷却器８へアンモニアを供給するバイパス管８１の開閉制御弁、２１は液ポンプ５出口側のバイパスライン９の開閉制御弁である。
本実施例はＣＯ２受液器４のＣＯ２圧力と液温を計測するセンサＰ１，Ｔ１よりの信号に基づいて、飽和温度と実測液温を比較して過冷却度を演算するコントローラＣＬを設けてバイパス管８１に導入するアンモニア冷媒の量を調整可能に構成しており、これにより受液器４内のＣＯ２温度は飽和点より１〜５℃低く制御されている。【００３７】
尚、過冷却器８は必ずしも受液器４の内部ではなく、外部に独立して設けてもよい。
このように構成することにより受液器４の液の全量もしくは一部を、受液器４の内部もしくは外部に装備したＣＯ２液を冷却する過冷却器８で安定した過冷却度を確保できる。
又前記液若しくは気液混合状態（不完全蒸発状態）での蒸発機能を有する冷却器６の内部圧力を検知する圧力センサＰ２の信号は液ポンプ５の送液量を可変させるインバータモータ５１を制御するコントローラＣＬに入力されて、（間欠給液や連続可変を含む）インバータ制御により安定給液を行う。
更に前記圧力センサＰ２の信号はフリーザユニットＢ内のクーラファン２９の送風量を可変するインバータモータ２６１のコントローラＣＬにも入力されて、液ポンプ５とともにクーラファン２９のインバータ制御によりＣＯ２液の安定給液を行うように構成されている。
又前記ＣＯ２ブラインをフリーザユニットＢ側に給送する液ポンプ５は、冷却負荷側（フリーザユニット側）が必要とするＣＯ２ブライン循環量の３〜４倍のポンプ容量を持たせて強制循環を行うとともに、該ポンプ５のインバータモータ５１を利用して冷却器６に液ＣＯ２を満たし管内の液ＣＯ２速度を上昇させ伝熱性能を向上させている。【００３８】
さらに、冷却負荷の必要循環量の３〜４倍のポンプ容量を持つ容量可変式（インバータモータ付き）ポンプ５によって液ＣＯ２の強制循環を行うために、冷却器６が複数台の場合においても該冷却器６への液ＣＯ２の分配を良くすることができる。
更に液ポンプ５の起動時や冷却負荷変動時に過冷却度が低下した場合、ポンプの差圧が低下してキャビテーション状態になった場合は、まず前記ポンプの差圧を検知する圧力センサＰ３が、ポンプ５の差圧が低下したことを検知し、コントローラＣＬが液ポンプ出口側のバイパスライン９の開閉制御弁２１を開放してポンプ５からＣＯ２ブライン冷却用ブラインクーラ３へのバイパスを行うことにより、キャビテーション状態にある液ガス混合ＣＯ２ガスを液化することができる。
又前記制御はアンモニア冷凍サイクル側で行うこともできる。
すなわち、液ポンプ５の起動時や冷却負荷変動時に過冷却度が低下してポンプ５の差圧が低下してキャビテーション状態になった場合、圧力センサＰ３がポンプの差圧が低下したことを検知し、これをコントローラＣＬ側で早期復帰のために冷凍機（容積型圧縮機）の制御弁３３を利用して強制アンロードさせ、ＣＯ２の飽和温度を擬似的に上昇させ過冷却度を確保するようにしてもよい。【００３９】
次に本発明の実施例の運転方法について第５図の実施例に基づき説明する。
まずアンモニアサイクル側の冷凍機１を運転し、ブラインクーラ３及び受液器４の液ＣＯ２を冷却運転しておく。この状態で液ポンプ５はポンプ差圧を見ながら起動時は間欠／周波数運転を行う。
具体的には０→１００％→６０％→０→１００％→６０％である。このように構成することによりポンプ差圧が設計圧力以上になるのを防ぐことができる。
また、具体的には液ポンプを１００％で運転して、ポンプ差圧が運転全負荷（ポンプヘッド）に達したら６０％に落とし、更に液ポンプ５の運転を所定時間停止してその後１００％運転を行い、ポンプ差圧が運転全負荷（ポンプヘッド）に達したら６０％に落とし更にその後インバータ周波数（ポンプ回転数）を増加させながら定常運転に移行する。
このように構成することで前記液ポンプ５強制循環量を前記液若しくは気液混合状態（不完全蒸発状態）での蒸発機能を有する冷却器６側の必要循環量の２倍以上に、好ましくは３〜４倍に設定した場合でも起動時は常温から運転するために、無用な圧力上昇が起こり、ポンプ設計圧力を超えてしまう恐れを解消できる。
また、立ち上げ配管９０の頂部と受液器４内の上部のＣＯ２ガス層とは連通管１００で連通され、連通管１００の径の大きさ、流量制御弁１０２を制御することによって、還流量が制御されるので、冷却負荷の自由な調整が可能である。【００４０】
更に凍結作業が終了し、フリーザユニットを消毒する際は、フリーザユニットＢ内のＣＯ２をマシンユニット側のブラインクーラ３を通じて受液器４に回収する必要があるが、この場合はフリーザユニットＢの冷却器の入口側液ＣＯ２温度と出口側のガスＣＯ２の温度を温度センサで計測し、前記ＣＯ２液回収時に前記２つの温度センサＴ２，Ｔ３の検知温度差をコントローラＣＬで把握して、フリーザユニットＢ内のＣＯ２残量を判断しながら回収制御を行うことができる。すなわち前記温度差がなくなれば回収が終了したと判断する。
又前記ＣＯ２回収制御は、庫内温度検知センサＴ４と冷却器６側の圧力センサＰ２でＣＯ２圧力を検知し、そのＣＯ２圧力の飽和温度と庫内温度をコントローラで比較して前記飽和温度と庫内温度の差に基づいて庫内のＣＯ２残量がなくなったと判断することも可能である。
又冷却器が、散水デフロスト方式のクーラの場合、散水の熱量を利用してＣＯ２の回収時間を短縮するように制御することができるが、この場合に冷却器６側の圧力センサＰ２にてＣＯ２の圧力を監視して散水熱量を調整するデフロスト制御を行うのがよい。
更に、フリーザユニットＢは食品の凍結を行うために、各作業終了時に高温殺菌する場合がある、このとき温度が配管を伝わってマシンユニットＡ側のＣＯ２の連絡管全体を昇温しないようフリーザユニットＢの接続部に強化ガラス等の低伝熱性の断熱継手を使用したＣＯ２連絡管で構成している。【００４１】
凍結作業が終了して液ポンプ５を停止すると、停止と同時に、連通管１００を通って受液器４のＣＯ２ガス層からＣＯ２ガスが立ち上げ管９０の頂部に導入される。その結果、ＣＯ２液の循環が遮断され、連通管１００接続部より流れ方向上流側の立ち上げ部にあるＣＯ２は、受液器４の液面レベル１１０で、ＣＯ２ガスと釣り合い、立ち上げ配管９０の頂部を既に通過したＣＯ２液は、冷却器６に至り、デフロストのための熱量、高温殺菌のための熱量を受けて、速やかに蒸発して液ポンプ５へと回収される。このため、散水デフロスト、高温音殺菌を行なう場合に、ＣＯ２液が冷却器６付近の循環経路内に滞留していると、ＣＯ２液の爆発的気化（沸騰）を生じるおそれがあるが、ＣＯ２液の速やかに、かつ完全な回収によって、ＣＯ２液の爆発的気化（沸騰）の生じるおそれが防止される。
【実施例２】
【００４２】
次に本発明を製氷工場に適用した実施例２を図７に基づいて説明する。
本実施例２は（ＮＨ３）エバコンユニットＡ１、マシンユニットＡ２、及び製氷室Ｂの三ユニットからなり、いずれのユニットもグラウンドライン（地上ライン）に設置されており、ユニット間での高低差はない。
（ＮＨ３）エバコンユニットＡ１はアンモニア圧縮機１、該圧縮機１で圧縮されたアンモニアガスを水散布によるクーリングファン２ａにより冷却凝縮するエバコン２（エバポレータコンデンサ）凝縮されたアンモニア液を膨張気化させる膨張弁２３及び、アンモニアの気化熱（奪熱）を利用してＣＯ２の冷却を行うブラインクーラ３からなるアンモニア冷凍サイクルが形成されており、ブラインクーラ３はエバコンユニット２の天井付近の高い位置に配置されている。
マシンユニットＡ２は前記エバコンユニットＡ１に隣接して、グラウンドレベルは一致しているが、天井高はエバコンユニットＡ１より僅かに低く建物高さを形成し、その内部に前記エバコンユニットＡ１側のブラインクーラ３で液化冷却されたＣＯ２を受液する受液器４と、回転数可変なブライン液ポンプ５と、立ち上がり配管９０とからなり、前記立ち上がり配管は、ＣＯ２受液器液面より高くブラインクーラ３の高さと同等若しくはそれ以上の高さの製氷室よりの戻り配管５３と同等か僅かに低い高さに設定する。
基本的には前記立ち上げ配管９０の立ち上げレベルは受液器４のＣＯ２ブラインの最高貯留レベルより高く設定すればいいのであって、本実施例によればブラインポンプ５の実揚程＋管の圧損を考慮して設定された戻し配管５３が施設される天井裏連絡ダクト内に設置している。
また、立ち上げ配管９０の頂部と受液器４内の上部のＣＯ２ガス層とは連通管１００によって、液ポンプ５の作動時には、連通管１００を通じてＣＯ２ブライン液の一部は、受液器４に還流される。還流量は、連通管１００の径、例えば、給液配管５４の径より小さく設定、または流量制御弁１０２によって制御される。また、液ポンプ５の停止時には、受液器４内の上部のＣＯ２ガスが立ち上げ配管９０の頂部に供給される。
尚、受液器４の容積はＣＯ２ブラインサイクル停止時における液ポンプ５入口までを含む受液器４の容積を、ブラインサイクルを流れるＣＯ２ブライン液とともに、その上部にＣＯ２ガス層が存在する容積に設定している。
又前記ブライン液ポンプ５は強制循環ポンプであって、前記冷却負荷側の冷却器出口よりブラインクーラ３に回収されるＣＯ２が液か若しくは実質的に液状態の気液混合状態で回収されるように、少なくとも前記ブラインポンプ吐出流量を冷却器側の必要循環量の２倍以上に設定している。
具体的にはブラインポンプは実揚程と配管圧損を考慮した全揚程を有する駆動力を持たせるとともに、該ブライン液ポンプ５は吸込みヘッドを十分確保した配置とする。この吸込ヘッドとはポンプの吐出流量が最大でも、ポンプ吸込側が飽和圧力以上に維持されている状態をいい、少なくとも過冷却されている液ＣＯ２が貯留されている受液器がポンプ吸込側より高い位置にあることが必要である。
製氷室ＢはマシンユニットＡ２及びエバコンユニットＡ１とから離れて配置しているが、グラウンドレベルは一致している。そして製氷室Ｂ内にはＣＯ２ブライン型へリングボンコイル６Ａ（蒸発器）が収納された塩カルブライン槽７１が配設され、前記コイル６Ａ（蒸発器）に下側より前記立ち上がり配管より給液されたＣＯ２液がバルブ７２を介して給液され、コイル６Ａ内で該ＣＯ２液の気化潜熱にて塩カルブラインが奪熱冷却して、液ガス混合状態でブラインクーラ３より高い位置に配設してなる戻り配管５３（天井裏連絡ダクト７３）を介してエバコンユニットＡ１のブラインクーラ３に戻るように構成されている。【００４３】
次に係る装置の作用を説明する。
エバコンユニットＡ１側ではアンモニア圧縮機１で圧縮されたガスが、エバコン式凝縮器２で凝縮された後、その液アンモニアを膨張弁２３で膨張させ、ついでブラインクーラ３でＣＯ２と熱交換させながらアンモニアを蒸発させて再度圧縮機１に導入してアンモニア冷凍サイクルを構成する。
一方ブラインクーラ３と製氷室内のＣＯ２サイクルは、ブラインクーラ３内でのアンモニア冷媒との熱交換によりＣＯ２を冷却凝縮した後、該凝縮した液ＣＯ２をマシンユニットＡ２側の受液器４に導き、該受液器４内の過冷却器（図３参照）により飽和点より１〜５℃低い温度に過冷却する。
そして過冷却された液ＣＯ２は、ブライン液ポンプ５の強制循環量を冷却器６側の必要循環量の２倍以上に設定しているために、該ブラインポンプ５により立ち上がり配管９０の実揚程高さまで容易に圧送される。
そして立ち上がり配管９０まで揚程されたＣＯ２液は、更にその圧送力を利用して、製氷室の冷却器（ヘリングボンコイル）６Ａに給液される。（ＣＯ２液のブラインクーラ３より冷却器までの給送側搬送工程）
そして該冷却器内で該ＣＯ２液の気化潜熱にて塩カルブラインを奪熱冷却するが、前記ブラインポンプ吐出流量を少なくとも冷却器側の必要循環量の２倍以上の実揚程高さ以上に設定しているために最大負荷時でもＣＯ２ブラインの全てが蒸発することなく、戻り配管経路５３では液もしくは気液混合状態（液ミスト状態）で戻り搬送されて、その頂部がブラインクーラ３より高い位置に配設してなる戻り配管５３（天井裏連絡）を介してブラインクーラ３に液もしくは気液混合状態で戻すことができる。
即ち、冷却器６Ａの位置はブラインクーラ３の位置より低い位置にあり、その戻りＣＯ２は実質的に液若しくは液ミスト（戻り配管５３内）状態であるために重力の作用により戻り経路５３の頂部に至るまでの冷却器６Ａ側では降下が生じるが、ブラインポンプの強制循環量を冷却器側の必要循環量の２倍以上に設定し、ブラインポンプ５の圧送力がＣＯ２の液若しくは液ミスト（気液混合）状態（戻り配管側）でブラインクーラ３側に搬送できる。
即ち、製氷室のヘリングボンコイル６Ａ側からブラインクーラ３への戻り配管側の戻り搬送は気液混合状態（液ミスト状態）の搬送であるために、言い換えればガス状態でないために、戻り配管の小径化が可能であり、戻り配管の口径を、蒸発器入口側の立ち上げ配管９０の口径と同等か小に出来、天井裏配管も容易である。
従ってブラインクーラ３→蒸発器（ヘリングボンコイル）→ブラインクーラ３の循環はブライン液ポンプ５による実質的液状態の強制循環であるために戻り配管径を小径化できるとともに立ち上げ配管９０及び戻り配管はいずれもブラインクーラ３より高い位置に配設、言い換えれば冷却器６Ａが地上設置でも立ち上げ配管９０及び戻り配管を天井設置にすることができ、蒸発器やブラインポンプ回りに配管系が延在することなく作業環境が大幅に改善する。
また、立ち上げ配管９０、および連通管１００の作用については、実施例１で説明した作用と同様のことがいえる。
【実施例３】
【００４４】
図８に示す実施例３は冷蔵倉庫に関するもので、前記「（ＮＨ３）エバコンユニット、機械室」を一体化して屋外ユニットＡとして、そして冷蔵倉庫Ｂ内に天吊りＣＯ２ブライン型空気冷却器６Ｂを配設し、屋外ユニットＡ側に配設したブラインポンプ５と冷凍倉庫Ｂ側の空気冷却器６Ｂ間に立ち上がり配管９０を配設したもので、屋外ユニットＡ及び冷凍倉庫Ｂのいずれもグラウンドライン（地上ライン）に設置されている。
そして屋外ユニット側には、アンモニア圧縮機１、エバコン２、膨張弁２３及ブラインクーラ３からなるアンモニア冷凍サイクルが形成されており、ブラインクーラ３．受液器４とブライン液ポンプ５が配設されており、ブライン液ポンプ５の実揚程＋管圧損に相当する高さ位置まで立ち上げた立ち上がり配管９０を介して冷蔵倉庫Ｂ内の空気冷却器６Ｂに接続されている。
尚、前記空気冷却器６Ｂはブラインクーラ３の高さ以上の高さの冷蔵倉庫内の天井部に設置されているために、冷却器の前記立ち上がり配管９０の立ち上げ頂部は、自動的に冷却器よりの戻り配管５３と同等高さに設定することが出来る。
その他の構成は実施例２と同様であるが、冷蔵倉庫内に配設した空気冷却器が天井よりつり下げられた天吊りＣＯ２ブライン型空気冷却器であり、ブラインクーラ３より冷却器が重力的に高い位置にあり、本発明は前記先行技術と異なり、このような場合でも問題なく実施できる。
【実施例４】
【００４５】
図９に示す実施例４は冷凍工場で、本実施例４はＣＯ２ブライン型フリーザ（フリーザ型冷却器）を収納している冷凍庫の天井に前記「（ＮＨ３）エバコンユニット、機械室」を一体化して屋外ユニットＡを配置し、屋外ユニット側に配設したブラインポンプと冷凍倉庫側の空気冷却器間に立ち上がり配管９０を配設したものである。そして、前記立ち上がり配管９０は、ブラインクーラ３の取り付け位置以上の高さ位置に冷却器よりの戻り配管５３と同等高さに設定されている。
その他の構成は前記実施例と同様であるが、フリーザ室内に配設したフリーザ冷却器６Ｃは、フリーザ室Ｂ天井に設置した屋外ユニットＡのブラインクーラ３より重力的に低い位置にあるが、立ち上げ配管９０及び戻り配管５３はいずれも受液器４のＣＯ２ブライン液の最高貯留レベルＬ、好ましくはブラインクーラ３より高い位置に配設している。
【実施例５】
【００４６】
図１０に示す実施例５は、建物の１階部分に冷却器６が設置され、階上の４階部分に機械室が設けられて、エバコンユニットＡ１、マシンユニットＡ２が設置されている例である。
本実施例５は、（ＮＨ３）エバコンユニットＡ１は、図示しないが、アンモニア圧縮機、エバポレータコンデンサ、膨張弁、からなり、マシンユニットＡ２側に、ブラインクーラ３が設けられて、アンモニア冷凍サイクルが形成されている。
マシンユニットＡ２は、前記エバコンユニットＡ１に隣接して設けられ、ブラインクーラ３で液化冷却されたＣＯ２を受液する受液器４と、回転数可変な液ポンプ５と、立ち上がり配管９０とからなり、前記立ち上がり配管９０の頂部には、ＣＯ２の受液器４の液面より高く設定されている。そして、その頂部には、受液器４のＣＯ２ガス層４ａに連通管１００で連結し、連通管１００には流量制御弁１０２が設けられている。
また、受液器４より下に設けられた液ポンプ５の吐出圧力によって、立ち上がり配管９０の頂部を経由して、ＣＯ２ブライン液は、給液配管５４を通過して、バルブ７２から冷却器６へ流入する。冷却器６内で、負荷との熱交換によりＣＯ２ブライン液の一部が気化して気液混合状態となったＣＯ２が、戻し配管５３を通過して受液器４に戻る。【００４７】
立ち上げ配管９０、連通管１００については実施例１の説明と同様である。
また、実施例５は、ブラインクーラ３を受液器４より高い位置に配置し、冷却負荷側の冷却器６出口より回収されるＣＯ２をブラインクーラ３ではなく、受液器４のＣＯ２ガス層４ａに戻している。そして、受液器４のＣＯ２ガス層４ａとブラインクーラ３を配管１０４で連結して凝縮液化したＣＯ２ブラインを受液器４に貯留するように構成している。
冷却負荷側の冷却器６出口より回収されるＣＯ２は、液若しくは気液混合ガス状態であるため、ブラインクーラ３に戻されると、ブラインクーラ３内の流路抵抗が増大して、液ポンプ５に対する圧力負荷が過大となるので、受液器４のＣＯ２ガス層４ａに戻すことによって、液ポンプ５の背圧の低下を図ることができる。さらに、受液器４のＣＯ２ガス層４ａをブラインクーラ３へ配管１０４で導き、受液器４のＣＯ２ガス層４ａ部分のＣＯ２を凝縮液化し、液化したＣＯ２を管路１０６で受液器４へ戻して貯留することによって、凝縮サイクルを形成することができるため、ブラインクーラ３へ戻さなくても、ＣＯ２ガスの凝縮液化を行なうことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上記載したごとく本発明によれば、アンモニア冷凍サイクルと、そのアンモニアの蒸発潜熱を利用してＣＯ２の冷却液化を行うブラインクーラと、前記ブラインクーラで冷却された液ＣＯ２を冷却負荷側に給送する給送ライン上に液ポンプを備えたＣＯ２ブライン生成装置を一つのユニット化して、例えばＣＯ２サイクルの冷却器側である冷凍ショーケース等を顧客の都合により任意の場所に据え付けた場合でも安心してアンモニアサイクルとＣＯ２サイクルとを組み合わせたサイクルが形成できる。
又本発明によれば、ＣＯ２サイクル側の冷却器の位置、種類（ボトムフィード型、トップフィード型）及びその数、更にはブラインクーラと冷却器間に高低差を有する場合でも円滑にＣＯ２循環サイクルが形成できる。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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