(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の蒸気圧縮式冷凍機を備える冷凍システムにおいて、冷却温度が低い冷凍機の冷却能力と冷却効率とを向上させる。【解決手段】冷却温度が高い蒸気圧縮式冷凍機１の凝縮器１１の出口において冷媒を３つに分流し、その１つの分流を減圧弁１３で減圧して蒸発器１４に流し、残りの分流をそれぞれ減圧弁２７、３７で減圧し、冷却温度が低い蒸気圧縮式冷凍機２、３の凝縮器２２、３２の出口に設けた熱交換器２５、３５を経由して、蒸気圧縮式冷凍機１の圧縮機１１の入口に還流する。蒸気圧縮式冷凍機２、３の凝縮器２２、３２の出口冷媒は、それぞれ熱交換器２５、３５において熱量Ｑ２Ａ，Ｑ３Ａを奪われて過冷却となり、蒸気圧縮式冷凍機２、３は、熱量Ｑ２Ａ，Ｑ３Ａに相当するＱ２Ｂ，Ｑ３Ｂ分だけ吸熱量が増加して、冷却能力と冷却効率とが向上する。【選択図】図１
0003162988.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
複数の蒸気圧縮式冷凍機を備え、
上記蒸気圧縮式冷凍機は、それぞれ圧縮機、凝縮器、減圧弁、蒸発器、これらに順次連通する冷媒経路、及びこの冷媒経路を循環する冷媒を有し、
上記蒸気圧縮式冷凍機の１つは、この蒸気圧縮式冷凍機の蒸発器における冷媒の蒸発温度が、他の蒸気圧縮式冷凍機の蒸発器における冷媒の蒸発温度より相対的に高く、
上記蒸気圧縮式冷凍機の１つは、この蒸気圧縮式冷凍機の凝縮器と減圧弁との間で、この蒸気圧縮式冷凍機の冷媒経路が複数に分流し、
上記複数に分流した冷媒経路の１つは、上記蒸気圧縮式冷凍機の１つの減圧弁に連通し、
上記複数に分流した他の冷媒経路を流れる冷媒は、それぞれ減圧弁で減圧し、この減圧した冷媒は、上記他の蒸気圧縮式冷凍機の凝縮器の出口における冷媒から熱交換器を介して吸熱した後に、上記蒸気圧縮式冷凍機の１つの蒸発器と圧縮機との間の冷媒経路において合流する
ことを特徴とする冷凍システム。
【請求項２】
複数の蒸気圧縮式冷凍機と冷熱槽とを備え、
上記蒸気圧縮式冷凍機は、それぞれ圧縮機、凝縮器、減圧弁、蒸発器、これらに順次連通する冷媒経路、及びこの冷媒経路を循環する冷媒を有し、
上記蒸気圧縮式冷凍機の１つは、この蒸気圧縮式冷凍機の蒸発器における冷媒の蒸発温度が、他の蒸気圧縮式冷凍機の蒸発器における冷媒の蒸発温度より相対的に高く、
上記蒸気圧縮式冷凍機の１つは、この蒸気圧縮式冷凍機の凝縮器と減圧弁との間で、この蒸気圧縮式冷凍機の冷媒経路が２つに分流し、
上記２つに分流した冷媒経路の１つは、上記蒸気圧縮式冷凍機の１つの減圧弁に連通し、
上記２つに分流した他の１つの冷媒経路を流れる冷媒は、減圧弁で減圧し、この減圧した冷媒は、上記冷熱槽内のブラインから吸熱した後に、上記蒸気圧縮式冷凍機の１つの蒸発器と圧縮機との間の冷媒経路において合流し、
上記冷熱槽内のブラインは、ポンプによって上記他の蒸気圧縮式冷凍機の凝縮器の出口に設けた熱交換器に送られて、この凝縮器の出口における冷媒からこの熱交換器を介して吸熱した後に、この冷熱槽内に還流する
ことを特徴とする冷凍システム。
【請求項３】
上記分流した２つの冷媒経路、および上記ポンプと上記他の蒸気圧縮式冷凍機の凝縮器の出口に設けた熱交換器との間のブライン経路に、それぞれ遮断弁を備える
ことを特徴とする請求項２に記載の冷凍システム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、蒸気圧縮式冷凍機に関し、特に例えば食品スーパーに設置される、それぞれ冷凍温度が異なる複数の蒸気圧縮式冷凍機を備える冷凍システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
食品スーパー等においては、各種の商品を低温で保存あるいは展示するために、蒸気圧縮式冷凍機が多用されている。しかるに商品を保存や展示する温度は、商品の種類によって相違する。例えば日配品といわれる牛乳、ジュース、及び豆腐等は、５〜１０℃の温度で保存等され、鮮魚や精肉等は、−５〜０℃の温度で保存等され、アイスクリーム等の冷凍食品は、−２５〜−１８℃の温度で保存等される。このような温度で商品を保存等するためには、冷凍機の蒸発器における冷媒の蒸発温度が、それぞれ商品の保存温度より低い０℃、−１０℃、および−４５〜−３５℃程度にすることが必要になる。このため、それぞれ異なる冷媒の蒸発温度毎に、３系統の冷凍機が必要になる。
【０００３】
図５に蒸気圧縮式冷凍機の基本構成を示す。すなわち蒸気圧縮式冷凍機７は、圧縮機７１、凝縮器７２、減圧弁７３、蒸発器７４、及びこれらの構成要素を循環する冷媒を備えている。図６（Ａ）に、蒸気圧縮式冷凍機７のサイクル線図を示す。なお縦軸は冷媒の圧力（Ｐ）を、横軸は冷媒のエンタルピー（Ｈ）を示している。
【０００４】
すなわち冷媒は、図５に示す圧縮機７１によって圧縮されて、点７ｂの昇温した高圧のガス冷媒となり、次いで凝縮器７２において大気中に熱量Ｑ７１を放熱して、点７ｃの、ほぼ飽和液状態まで等圧変化する。次いで減圧弁７３において減圧して、点７ｄの低温の気液混合状態の冷媒にまで、等エンタルピー変化する。そして蒸発器７４において、食品等から熱量Ｑ７２を吸熱して液冷媒が気化することによって、この食品等の温度を低下させて、点７ａのほぼ飽和状態の蒸気まで等圧変化する。
【０００５】
図６の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ蒸発器における冷媒の蒸発温度が相違する蒸気圧縮式冷凍機７、８、および９のサイクル線図を示しており、各蒸気圧縮式冷凍機は、それぞれ図５に示した基本構成を有している。なお図６の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、蒸気圧縮式冷凍機７、８、および９の蒸発器７４等における冷媒の蒸発温度は、図６の（Ａ）が最も高く、次いで（Ｂ）及び（Ｃ）の順に、温度が低くなっている。すなわち図６の（Ａ）に示す蒸気圧縮式冷凍機７では、日配品を冷却し、（Ｂ）に示す蒸気圧縮式冷凍機８では、鮮魚や精肉等を冷却し、（Ｃ）に示す蒸気圧縮式冷凍機９では、アイスクリーム等の冷凍品を冷却する。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した蒸発器における冷媒の蒸発温度が相違する複数の蒸気圧縮式冷凍機の使用には、次の改良すべき課題がある。すなわち冷凍機の冷却能力は、それぞれの蒸発器における吸熱量（Ｑ７２、Ｑ８２、Ｑ９２）であり、それぞれの冷却効率（ＣＯＰ）は、吸熱量（Ｑ７２、Ｑ８２、Ｑ９２）／圧縮機動力（Ｗ７、Ｗ８、Ｗ９）で表わされる。ところが蒸発器における冷媒の蒸発温度が低くなる程、冷却能力（吸熱量）も冷却効率（ＣＯＰ）も低下する。
【０００７】
すなわち蒸発器における冷媒の蒸発温度を低くするためには、減圧弁における減圧比を大きくして、蒸発器における冷媒の圧力を低くする必要がある。しかるに蒸発器における冷媒の圧力が低くなると、ガス冷媒の密度が低下（比容積が増大）し、冷凍機を循環する冷媒の質量（重量）流量が減少する。ここで冷却能力（Ｑ８２等）は、冷凍機を循環する冷媒の質量（重量）流量に比例するため、冷凍機を循環する冷媒の質量（重量）流量が減少すると、冷凍機の冷却能力（Ｑ８２等）も低下してしまう。
【０００８】
さらに凝縮器が放熱する大気温度が一定の場合には、圧縮機の出口圧力も一定に保持される。しかるに蒸発器における冷媒の蒸発温度を低くすると、上述したように、蒸発器における冷媒の圧力も低くなり、圧縮機の吸引圧力も低くなる。したがって圧縮機の圧縮比が大きくなり、冷媒の単位質量当りの圧縮機動力（Ｗ８等）が増加する。ここで上述したように、蒸発器における冷媒温度を低くすると、冷媒の質量（重量）流量が減少するため、吸熱量（Ｑ８２等）も低下する。よって冷却効率（ＣＯＰ）＝吸熱量（Ｑ８２等）／圧縮機動力（Ｗ８等）において、吸熱量（Ｑ８２等）が低下し、かつ圧縮機動力（Ｗ８等）が増加するため、冷却効率（ＣＯＰ）は、大幅に低くなるという問題がある。
【０００９】
そこで本考案の目的は、複数の蒸気圧縮式冷凍機を備える冷凍システムにおいて、蒸発器における冷媒の蒸発温度が低い冷凍機の冷却能力と冷却効率とを向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決すべく本考案者は、鋭意研究の結果、複数の蒸気圧縮式冷凍機を備える冷凍システムにおいて、蒸発器における冷媒の蒸発温度が高い冷凍機から冷媒の一部を分流し、この分流した冷媒によって、蒸発器における冷媒の蒸発温度が低い冷凍機の凝縮器の出口冷媒を過冷却することにより、この冷媒の蒸発温度が低い冷凍機の冷却能力を増大させ、冷却効率を向上させ得ることを見出して、本考案を完成させた。
【００１１】
すなわち本考案による冷凍システムは、複数の蒸気圧縮式冷凍機を備え、この蒸気圧縮式冷凍機は、それぞれ圧縮機、凝縮器、減圧弁、蒸発器、これらに順次連通する冷媒経路、及びこの冷媒経路を循環する冷媒を有している。上記蒸気圧縮式冷凍機の１つは、この蒸気圧縮式冷凍機の蒸発器における冷媒の蒸発温度が、他の蒸気圧縮式冷凍機の蒸発器における冷媒の蒸発温度より相対的に高く、この蒸気圧縮式冷凍機の１つは、この蒸気圧縮式冷凍機の凝縮器と減圧弁との間で、この蒸気圧縮式冷凍機の冷媒経路が複数に分流している。そして上記複数に分流した冷媒経路の１つは、上記蒸気圧縮式冷凍機の１つの減圧弁に連通し、この複数に分流した他の冷媒経路を流れる冷媒は、それぞれ減圧弁で減圧し、この減圧した冷媒は、上記他の蒸気圧縮式冷凍機の凝縮器の出口における冷媒から熱交換器を介して吸熱した後に、上記蒸気圧縮式冷凍機の１つの蒸発器と圧縮機との間の冷媒経路において合流する。
【００１２】
なお上記蒸気圧縮式冷凍機の１つから分流させた冷媒を、減圧弁を介して低温に温度降下させ、この低温の冷媒によって冷熱槽内のブラインを冷却して冷熱を蓄熱し、この冷熱を蓄熱したブラインによって、上記他の蒸気圧縮式冷凍機の凝縮器の出口における冷媒から、熱交換器を介して吸熱するように構成してもよい。すなわち、この冷凍システムは、複数の蒸気圧縮式冷凍機と冷熱槽とを備え、この蒸気圧縮式冷凍機は、それぞれ圧縮機、凝縮器、減圧弁、蒸発器、これらに順次連通する冷媒経路、及びこの冷媒経路を循環する冷媒を有している。上記蒸気圧縮式冷凍機の１つは、この蒸気圧縮式冷凍機の蒸発器における冷媒の蒸発温度が、他の蒸気圧縮式冷凍機の蒸発器における冷媒の蒸発温度より相対的に高く、この蒸気圧縮式冷凍機の１つは、この蒸気圧縮式冷凍機の凝縮器と減圧弁との間で、この蒸気圧縮式冷凍機の冷媒経路が２つに分流している。
【００１３】
上記２つに分流した冷媒経路の１つは、上記蒸気圧縮式冷凍機の１つの減圧弁に連通し、この２つに分流した他の１つの冷媒経路を流れる冷媒は、減圧弁で減圧し、この減圧した冷媒は、上記冷熱槽内のブラインから吸熱した後に、上記蒸気圧縮式冷凍機の１つの蒸発器と圧縮機との間の冷媒経路において合流する。そして上記冷熱槽内のブラインは、ポンプによって、上記他の蒸気圧縮式冷凍機の凝縮器の出口に設けた熱交換器に送られて、この凝縮器の出口における冷媒からこの熱交換器を介して吸熱した後に、この冷熱槽内に還流する。
【００１４】
また上記分流した２つの冷媒経路、および上記ポンプと上記他の蒸気圧縮式冷凍機の凝縮器の出口に設けた熱交換器との間のブライン経路に、それぞれ遮断弁を備えるように構成してもよい。
【考案の効果】
【００１５】
蒸発器における冷媒の蒸発温度が相対的に高い蒸気圧縮式冷凍機から、冷媒の一部を分流させ、この分流した冷媒により、蒸発器における冷媒の蒸発温度が相対的に低い蒸気圧縮式冷凍機の凝縮器の出口冷媒を過冷却することによって、この蒸発温度が相対的に低い蒸気圧縮式冷凍機の蒸発器における吸熱量を増加させることができる。したがって蒸発温度が相対的に低い蒸気圧縮式冷凍機の冷却能力（吸熱量）と冷却効率（ＣＯＰ）とを向上させることができる。
【００１６】
なお蒸発器における冷媒の蒸発温度が相対的に高い蒸気圧縮式冷凍機は、上述したように冷却効率が高い。また蒸気圧縮式冷凍機の凝縮器の出口冷媒の温度は、商品を冷却するための蒸発器における冷媒の蒸発温度より、大幅に高い。よって、蒸発温度が相対的に高い蒸気圧縮式冷凍機から分流した冷媒によって、蒸発温度が相対的に低い蒸気圧縮式冷凍機の凝縮器の出口冷媒を過冷却するときには、高い冷却効率（ＣＯＰ）が得られる。したがって蒸発器における冷媒の蒸発温度が相対的に高い蒸気圧縮式冷凍機は、日配品に対する冷却効率だけでなく、冷媒の蒸発温度が相対的に低い蒸気圧縮式冷凍機の凝縮器の出口冷媒を過冷却するときの冷却効率も高くすることができる。
【００１７】
以上により蒸発器における冷媒の蒸発温度が相対的に高い蒸気圧縮式冷凍機の容量に余裕を持たせれば、この蒸気圧縮式冷凍機において高い冷却効率（ＣＯＰ）を発揮させ得るだけでなく、冷媒の蒸発温度が相対的に低い他の蒸気圧縮式冷凍機の冷却能力（吸熱量）及び冷却効率（ＣＯＰ）も、効率的に向上させることができる。したがって冷却温度が互いに相違する複数の蒸気圧縮式冷凍機を備える冷凍システム全体について、冷却能力（吸熱量）と冷却効率（ＣＯＰ）とを向上させことができる。
【００１８】
上述した蒸発温度が相対的に高い蒸気圧縮式冷凍機の凝縮器の出口において複数に分流した各々の冷媒経路に、それぞれ冷媒の流路を開閉する遮断弁を設けることによって、次の作用効果を発揮させることができる。すなわち蒸気圧縮式冷凍機は、冷却負荷が少なくなった場合には、減圧弁を絞って、冷媒の質量循環流量を減少させるが、さらに冷却負荷が少なくなった場合、例えば商品の温度が所定の冷却温度に達した場合には、それ以上冷却を行なう必要がないため、通常、圧縮機を停止させる。そして商品の温度が所定の温度以上に再び昇温したときは、圧縮機を始動して、商品の温度を所定の冷却温度に降下させる。すなわち冷凍機の冷却負荷が大幅に減少した場合には、通常、圧縮機の発停を繰り返して、商品の温度を所定の冷却温度に維持する。しかるに圧縮機を発停させる際には、多くの電力が消費される。
【００１９】
本考案による冷凍機システムでは、例えば冷媒の蒸発温度が相対的に低い蒸気圧縮式冷凍機の冷却負荷が低くなった場合には、これらの蒸気圧縮式冷凍機への分流経路を遮断弁で閉じれば、凝縮器から流出する冷媒の過冷却が中断され、これらの蒸気圧縮式冷凍機の冷却能力を低下させることができる。次に、蒸気圧縮式冷凍機の冷却負荷が高くなった場合には、再度遮断弁を開けて、これらの蒸気圧縮式冷凍機への分流経路を開き、凝縮器の出口冷媒に対する過冷却を再開することによって、これらの蒸気圧縮式冷凍機の冷却能力を回復させることができる。また冷媒の蒸発温度が相対的に高い蒸気圧縮式冷凍機の冷却負荷が低くなった場合には、この蒸気圧縮式冷凍機への分流経路を遮断弁によって閉じれば、この蒸気圧縮式冷凍機による商品の冷却を停止させることができる。したがって本考案による冷凍機システムでは、各圧縮式冷凍機の冷却負荷が変動した場合には、それぞれの遮断弁を開閉することによって、それぞれの圧縮式冷凍機の冷却能力を変化させることが可能となり、圧縮機を発停させる従来の手段に較べて、大幅に電力の消費を低減させることができる。さらに圧縮機の頻繁な発停を回避することによって、圧縮機の損耗を減少させることができる。
【００２０】
上記蒸気圧縮式冷凍機の１つから分流させた冷媒によって、冷熱槽内のブラインを冷却して冷熱を蓄熱し、この冷熱を蓄熱したブラインによって、上記他の蒸気圧縮式冷凍機の凝縮器の出口における冷媒から熱交換器を介して吸熱することによって、次の作用効果を発揮させることができる。すなわち上記複数の蒸気圧縮式冷凍機は、冷却商品の量や個数の変動によって、それぞれ冷却負荷が変動する場合が生じる。したがって例えば、冷却温度が低い上記他の蒸気圧縮式冷凍機の冷却負荷が低くなったときには、この蒸気圧縮式冷凍機の冷却能力や冷却効率を向上させる必要性が低くなる。かかる場合には、冷却効率が高い上記蒸気圧縮式冷凍機の１つから分流した冷媒を減圧弁で低温にして、冷熱槽内のブラインに冷熱として蓄熱しておく。そして冷却温度が低い上記他の蒸気圧縮式冷凍機の冷却負荷が高くなったときには、冷熱槽内のブラインによって、この蒸気圧縮式冷凍機の凝縮器の出口冷媒を過冷却すれば、冷却能力や冷却効率が高い上記蒸気圧縮式冷凍機の１つは、日配品を冷却する能力に余裕が得られるため、日配品の量や個数を増やすことが可能となる。
【００２１】
逆に冷却温度が高い上記蒸気圧縮式冷凍機の１つの冷却負荷が低くなったときには、この蒸気圧縮式冷凍機の１つは、冷熱槽内のブラインを冷却する能力に余裕が得られるため、冷熱槽内のブラインに冷熱として蓄熱しつつ、同時に冷却温度が低い上記他の蒸気圧縮式冷凍機の凝縮器の出口冷媒を過冷却して、この他の蒸気圧縮式冷凍機の冷却能力や冷却効率を向上させることできる。そして冷熱槽内のブラインに蓄熱した冷熱は、上記蒸気圧縮式冷凍機の１つの冷却負荷が増大したときに、この蒸気圧縮式冷凍機の冷却能力を減少させることなく、上記他の蒸気圧縮式冷凍機の冷却能力や冷却効率を向上させるために利用することが可能となる。
【００２２】
分流した２つの冷媒経路、およびポンプと他の蒸気圧縮式冷凍機の凝縮器の出口に設けた熱交換器との間のブライン経路に、それぞれ遮断弁を備えることによって、上述したように、複数の蒸気圧縮式冷凍機における冷却負荷の変動に対して、分流したそれぞれの冷媒やブラインの供給を、停止させたり再開させたりすることが可能となり、複数の蒸気圧縮式冷凍機と冷熱槽とを備えた冷凍システム全体について、冷却効率の最適化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】冷凍システムの基本構成図である。
【図２】冷凍システムの他の基本構成図である。
【図３】冷凍システムを構成する複数の蒸気圧縮式冷凍機のサイクル線図である。
【図４】冷凍システムを構成する他の複数の蒸気圧縮式冷凍機のサイクル線図である。
【図５】従来例による蒸気圧縮式冷凍機の基本構成図である。
【図６】従来例による複数の蒸気圧縮式冷凍機のサイクル線図である。
【考案を実施するための形態】
【００２４】
図１を参照しつつ、本考案による冷凍システムの基本構成を説明する。さて本考案による冷凍システムは、３つの蒸気圧縮式冷凍機１、２及び３を備えている。蒸気圧縮式冷凍機１、２及び３は、それぞれ往復動圧縮機１１、２１および３１、凝縮器１２、２２および３２、減圧弁１３、２３および３３、蒸発器１４、２４および３４、これらに順次連通する冷媒経路、並びにこの冷媒経路を循環する冷媒を有している。なお蒸気圧縮式冷凍機１、２及び３の冷媒としては、冷却温度に対応すべく、それぞれ例えばＲ１３４ａ、Ｒ７１７およびＲ４０４Ａを使用する。なお冷媒は、これらに限らず、他の冷媒を使用してもよい。
【００２５】
ここで蒸気圧縮式冷凍機１は、日配品と呼ばれる牛乳、ジュース、あるいは豆腐等を、５〜１０℃の温度に冷却するものであって、蒸発器１４における冷媒の蒸発温度は、０℃前後に設定してある。また蒸気圧縮式冷凍機２は、鮮魚や精肉等を−５〜０℃の温度に冷却するものであって、蒸発器２４における冷媒の蒸発温度は、−１０℃前後に設定してある。そして蒸気圧縮式冷凍機３は、アイスクリーム等のいわゆる冷凍品を−２５〜−１８℃の温度に保持するものであって、蒸発器３４における冷媒の蒸発温度は、−４０〜−３５℃に設定してある。したがって蒸気圧縮式冷凍機１の冷媒の蒸発温度は、蒸気圧縮式冷凍機２および３の冷媒の蒸発温度に較べて高くなっている。
【００２６】
図１に示すように、蒸気圧縮式冷凍機１は、この蒸気圧縮式冷凍機の凝縮器１２と減圧弁１３との間で、この蒸気圧縮式冷凍機の冷媒経路が３つに分流しており、この分流した冷媒経路の１つは、冷媒の遮断弁１６を経由して、減圧弁１３に連通している。また分流した他の２つの冷媒経路を流れる冷媒は、それぞれ冷媒の遮断弁２６、３６を経由して、減圧弁２７、３７において減圧し、この減圧した冷媒は、それぞれ蒸気圧縮式冷凍機２、３の凝縮器２２、３２の出口に設けた熱交換器２５、３５を介して、蒸気圧縮式冷凍機２、３の冷媒から熱量Ｑ２Ａ，Ｑ３Ａを吸熱し、蒸気圧縮式冷凍機１の蒸発器１４と圧縮機１１との間の冷媒経路において合流する。
【００２７】
図２は、本考案による冷凍システムの他の基本構成を示している。この冷凍システムは、蒸気圧縮式冷凍機４の凝縮器４２の出口において、冷媒経路が２つに分流すること、この２つに分流した一方の冷媒が、減圧弁１０７で減圧されて低温になった後に、冷熱槽１０１内のブラインから吸熱して、蒸気圧縮式冷凍機４の圧縮機４１入口に還流すること、および冷熱槽１０１内において冷やされたブラインが、他の蒸気圧縮式冷凍機５、６の凝縮器５２、６２の出口冷媒を過冷却すること以外は、上述した冷凍システムと同等の基本構成になっている。なお図１及び図２に示した蒸気圧縮式冷凍機１〜６の構成部品については、参照の便宜等のため、同等なものは、それぞれ１０〜６０を加えた部品番号にしてある。
【００２８】
すなわち図２に示す冷凍システムは、３つの蒸気圧縮式冷凍機４、５、６と冷熱槽１０１とを備え、この蒸気圧縮式冷凍機４、５、６は、それぞれ圧縮機４１、５１、６１、凝縮器４２、５２、６２、減圧弁４３、５３、６３、蒸発器４４、５４、６４、これらに順次連通する冷媒経路、及びこの冷媒経路を循環する冷媒を有している。蒸気圧縮式冷凍機４は、この蒸気圧縮式冷凍機の蒸発器４４における冷媒の蒸発温度が、他の蒸気圧縮式冷凍機５、６の蒸発器５４、６４における冷媒の蒸発温度より相対的に高く運転される。蒸気圧縮式冷凍機４は、この蒸気圧縮式冷凍機の凝縮器４２と減圧弁４３との間で、この蒸気圧縮式冷凍機の冷媒経路が２つに分流している。
【００２９】
２つに分流した冷媒経路の１つは、遮断弁４６を経由して、蒸気圧縮式冷凍機４の減圧弁４３に連通し、２つに分流した他の１つの冷媒経路を流れる冷媒は、遮断弁１０６を経由して減圧弁１０７で減圧し、この減圧した冷媒は、冷熱槽１０１内に設けた熱交換器１０２を介してブラインから吸熱した後に、蒸気圧縮式冷凍機４の蒸発器４４と圧縮機４１との間の冷媒経路において合流する。冷熱槽１０１内において冷却されたブラインは、ポンプ１０８によって、それぞれ遮断弁５６、６６を経由して、他の蒸気圧縮式冷凍機５、６の凝縮器５２、６２の出口に設けた熱交換器５５、６５に送られて、これらの凝縮器の出口を出た冷媒から、それぞれ熱量Ｑ５Ａ、Ｑ６Ａを吸熱した後に昇温して、この冷熱槽内に還流する。
【００３０】
なお図１および図２に示す蒸気圧縮式冷凍機２および３、あるいは蒸気圧縮式冷凍機５および６のうち１つを、それぞれ省いてもよく、さらに３つ以上に増設してもよい。また図１および図２に示す冷媒の遮断弁１６〜６６及び１０６の一部を省いてもよい。なお図１および図２は、上述したように蒸気圧縮式冷凍機１〜６の基本構成を示すものであるため、他の構成部品、例えば圧縮機１１〜６１の入口における冷媒の気液分離器、あるいは冷却負荷の変動に応じて減圧弁１４〜６４の開度を調整し、冷媒の流量を増減させる制御機構を適宜設けてもよい。
【００３１】
次に図３は、図１に示した蒸気圧縮式冷凍機１、２および３について、それぞれのサイクル線図を示している。以下図３を参照しつつ、図１に示した冷凍システムの作用を説明する。さて図３（Ａ）は、蒸気圧縮式冷凍機１のサイクル線図を示しており、上述したように、蒸発器１４における冷媒の蒸発温度は、０℃前後に設定してある。また図３（Ｂ）は、蒸気圧縮式冷凍機２のサイクル線図を示しており、上述したように、蒸発器２４における冷媒の蒸発温度は、−１０℃前後に設定してある。さらに蒸気圧縮式冷凍機３は、蒸発器３４における冷媒の蒸発温度は、−４０〜−３５℃に設定してある。
【００３２】
図３（Ａ）に示すように蒸気圧縮式冷凍機１においては、冷媒は、圧縮機１１によって圧縮されて、点１ｂの高圧、高温のガス冷媒となり、次いで凝縮器１２において大気中に熱量Ｑ１１を放熱して、点１ｃの、ほぼ飽和液状態に等圧変化する。ここで凝縮器１２から流出した飽和液状態の冷媒は、３つの冷媒経路に分流する。分流した冷媒経路の１つは、遮断弁１６を介して蒸気圧縮式冷凍機１の減圧弁１３に連通しており、冷媒は、この減圧弁において減圧し、点１ｄの低温の気液混合状態に等エンタルピー変化する。次に低温の気液混合状態の冷媒は、蒸発器１４において牛乳等の日配品から熱量Ｑ１２を吸熱して気化し、点１ａの、飽和蒸気状態をわずかに超える程度の過熱蒸気の状態になって、圧縮機１１に吸引される。
【００３３】
一方分流した冷媒経路の他の２つは、それぞれ減圧弁２７、３７において減圧して、低温の気液混合状態に等エンタルピー変化する。この低温の気液混合状態の冷媒は、図３（Ｂ）および（Ｃ）に示す蒸気圧縮式冷凍機２、３の凝縮器の出口に設けた熱交換機２５、３５を介して、これらの凝縮器より流出した冷媒から、それぞれ熱量Ｑ２Ａ，Ｑ３Ａを吸熱して気化し、図３（Ａ）に示す点１ａの飽和蒸気状態をわずかに超える程度の過熱蒸気の状態になって、蒸気圧縮式冷凍機１の蒸発器１４より流出した冷媒ガスと合流して、圧縮機１１に吸引される。
【００３４】
一方図３（Ｂ）および（Ｃ）に示す蒸気圧縮式冷凍機２、３においては、凝縮器２２、３２より流出する点（２ｃ）、点（３ｃ）の冷媒は、上述した熱量Ｑ２Ａ，Ｑ３Ａを奪われて（放熱して）、それぞれ点２ｃ、３ｃまで過冷却されて、より低温の飽和液状態の冷媒に等圧変化する。この過冷却された飽和液状態の冷媒は、それぞれ図１に示す減圧弁２３、３３で減圧されて、点２ｄ、３ｄの、低温の気液混合状態の冷媒に等エンタルピー変化する。そして低温の気液混合状態の冷媒のうち液冷媒の部分は、それぞれ蒸発器２４、３４において、鮮魚等およびアイスクリーム等から吸熱して気化し、点２ａ，２ｂの過熱蒸気になり、圧縮機２１、３１に吸引される。
【００３５】
すなわち図３（Ｂ）および（Ｃ）に示す蒸気圧縮式冷凍機２、３においては、
それぞれ凝縮器２２、３２より流出する冷媒が、点（２ｃ）、（３ｃ）から、点２ｃ、３ｃに過冷却されるため、蒸発器２４、３４における吸熱量は、過冷却されない場合の熱量Ｑ２２、Ｑ３２に、過冷却された熱量に相当する熱量Ｑ２Ｂ、Ｑ３Ｂをそれぞれ加えたものになる。したがって蒸気圧縮式冷凍機２、３の冷却能力（吸熱量）は、それぞれ増加し、また冷却効率（ＣＯＰ＝吸熱量／Ｗ）も向上する。
【００３６】
次に図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、図２に示した蒸気圧縮式冷凍機４、５および６について、それぞれのサイクル線図を示している。以下図４を参照しつつ、図２に示した冷凍システムの作用を説明する。なお図２に示す蒸発器４４、５４、６４における冷媒の蒸発温度は、それぞれの０℃前後、−１０℃前後、及び−４０〜−３５℃に設定してある。
【００３７】
さて図４（Ａ）に示すように蒸気圧縮式冷凍機４においては、冷媒は、圧縮機４１によって圧縮されて、点４ｂの高圧、高温のガス冷媒となり、次いで凝縮器４２において大気中に熱量Ｑ４１を放熱して、点４ｃの、ほぼ飽和液状態に等圧変化する。ここで凝縮器４２から流出したほぼ飽和液状態の冷媒は、２つの冷媒経路に分流する。分流した冷媒経路の１つは、蒸気圧縮式冷凍機４の減圧弁４３に連通し、ほぼ飽和液状態の冷媒は、この減圧弁において減圧し、点４ｄの低温の気液混合状態に等エンタルピー変化する。次に低温の気液混合状態の冷媒は、蒸発器４４において牛乳等の日配品から熱量Ｑ４２を吸熱して気化し、点４ａの、飽和蒸気状態をわずかに超える程度の過熱蒸気の状態になって、圧縮機４１に吸引される。
【００３８】
一方分流した冷媒経路の他の冷媒は、減圧弁１０７において減圧して、低温の気液混合状態に等エンタルピー変化する。この低温の気液混合状態の冷媒は、冷熱槽１０１内のブラインから熱交換器１０２を介して吸熱して気化した後に、図４（Ａ）に示す点４ａの飽和蒸気状態をわずかに超える程度の過熱蒸気の状態になって、蒸気圧縮式冷凍機４の圧縮機４１入口の冷媒経路に合流する。
【００３９】
冷熱槽１０１内において吸熱されて低温になったブラインは、図４（Ｂ）および（Ｃ）に示す蒸気圧縮式冷凍機５、６の凝縮器５２、６２の出口に設けた熱交換機５５、６５を介して、これらの凝縮器より流出した冷媒から、それぞれ熱量Ｑ５Ａ，Ｑ６Ａを吸熱して、冷熱槽１０１内に還流する。
【００４０】
一方図４（Ｂ）および（Ｃ）に示す蒸気圧縮式冷凍機５、６においては、凝縮器５２、６２より流出する点（５ｃ）、点（６ｃ）の冷媒は、上述した熱量Ｑ５Ａ，Ｑ６Ａをブラインに奪われて（放熱して）、それぞれ点５ｃ、６ｃまで過冷却されて、より低温の飽和液状態の冷媒に等圧変化する。この過冷却された飽和液状態の冷媒は、それぞれ減圧弁５３、６３で減圧されて、点５ｄ、６ｄの、低温の気液混合状態の冷媒に等エンタルピー変化する。そして低温の気液混合状態の冷媒のうち液冷媒の部分は、それぞれ蒸発器５４、６４において、鮮魚等およびアイスクリーム等から吸熱して気化し、点５ａ、６ａの過熱蒸気に等圧変化して、圧縮機５１、６１に吸引される。
【００４１】
すなわち図４（Ｂ）および（Ｃ）に示す蒸気圧縮式冷凍機５、６においては、
それぞれ凝縮器５２、６２より流出する冷媒が、点（５ｃ）、（６ｃ）から、点５ｃ、６ｃに過冷却されるため、蒸発器５４、６４における吸熱量は、過冷却されない場合の熱量Ｑ５２、Ｑ６２に、過冷却された熱量に相当する熱量Ｑ５Ｂ、Ｑ６Ｂをそれぞれ加えたものになる。したがって蒸気圧縮式冷凍機５、６の冷却能力（吸熱量）は、それぞれ増加し、また冷却効率（ＣＯＰ＝吸熱量／Ｗ）も向上する。
【００４２】
次に図１に示された冷媒の遮断弁１６、２６、３６の使用について、具体例を挙げて説明する。すなわち、蒸気圧縮式冷凍機２、３の冷却負荷が高い場合には、冷媒の遮断弁１６、２６、３６を開いた状態にしておけば、上述したように元々冷却効率が高い蒸気圧縮式冷凍機１によって、この蒸気圧縮式冷凍機の商品を効率的に冷却すると共に、蒸気圧縮式冷凍機２、３の冷媒を過冷却して、蒸気圧縮式冷凍機２、３の冷却効率を向上させることができる。したがって冷凍システム全体としての冷却効率が向上する。なお蒸気圧縮式冷凍機２、３の冷却負荷の変動は、例えば蒸発器２４、３４の出口における冷媒温度、あるいは減圧弁２３、３３の前後の冷媒の差圧を計測することによって検出することができる。
【００４３】
逆に蒸気圧縮式冷凍機２、３の冷却負荷が低い場合には、減圧弁２３、３３の開度が絞られて、これらの蒸気圧縮式冷凍機を循環する冷媒の質量流量は、少なくなっている。したがって蒸気圧縮式冷凍機２、３の冷媒を過冷却して、さらに冷却能力を増大させる必要はない。そこで冷媒の遮断弁１６を開いた状態にすると共に、遮断弁２６、３６を閉じて、蒸気圧縮式冷凍機２、３の凝縮器２２、３３の出口に設けた熱交換器２５、３５への冷媒流量を停止させ、これらの凝縮器の出口冷媒の過冷却を停止させる。かかる場合には、元々冷却効率が高い蒸気圧縮式冷凍機１の冷却能力を増大させることができる。
【００４４】
次に図２に示された冷媒の遮断弁４６、５６、６６、１０６の使用について、１例を挙げて説明する。例えば、冷却温度が低い他の蒸気圧縮式冷凍機５、６の冷却負荷が低くなったときには、上述したように、この蒸気圧縮式冷凍機の冷却能力や冷却効率を向上させる必要がなくなる。そこでポンプ１０８を停止させると共に、遮断弁５６、６６を閉じて、ブラインの循環を止める。かかる場合には、
冷却効率が高い蒸気圧縮式冷凍機４から分流した冷媒を、減圧弁１０７によって低温にして、冷熱槽１０１内のブラインと熱交換させて、このブラインに冷熱として蓄熱することができる。そして冷却温度が低い他の蒸気圧縮式冷凍機５、６の冷却負荷が高くなったときには、冷熱槽１０１内のブラインによって、この蒸気圧縮式冷凍機の凝縮器５２、６２の出口冷媒を過冷却すれば、蒸気圧縮式冷凍機４は、自己の商品を冷却する能力に余裕が得られるため、自己の冷却する商品の量や個数を増やすことが可能となる。
【００４５】
逆に冷却温度が高い蒸気圧縮式冷凍機４の冷却負荷が低くなったときには、この蒸気圧縮式冷凍機は、冷熱槽１０１内のブラインを冷却する能力に余裕が得られるため、この冷熱槽内のブラインに冷熱として蓄熱しつつ、さらに冷却温度が低い他の蒸気圧縮式冷凍機５、６の凝縮器５２、６２の出口冷媒を過冷却して、これらの蒸気圧縮式冷凍機の冷却能力や冷却効率を向上させることできる。そして冷熱槽１０１内のブラインに蓄熱した冷熱は、蒸気圧縮式冷凍機４の冷却負荷が増大したときに、この蒸気圧縮式冷凍機の冷却能力を減少させることなく、他の蒸気圧縮式冷凍機５、６の冷却能力や冷却効率を向上させるために利用することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
複数の蒸気圧縮式冷凍機を備える冷凍システムにおいて、蒸発器における冷媒の蒸発温度が低い冷凍機の冷却能力と冷却効率とを向上させることができるので、冷凍に関する産業に広く利用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１〜９          蒸気圧縮式冷凍機
１１〜７１      圧縮機
１２〜７２      凝縮器
１３〜７３      減圧弁
１４〜７４      蒸発器
１６〜６６      遮断弁
２５〜６５      熱交換器
２７，３７      減圧弁
１０１          冷熱槽
１０２          熱交換器
１０６          遮断弁
１０７          減圧弁
１０８          ポンプ
【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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