(57)【要約】  カスケード型冷凍システムを開示し、本カスケード型冷凍システムは、複数の冷凍ユニットを備え、各冷凍ユニットは、第１の冷凍回路であって、それぞれが、蒸発器と、熱交換器と、を備える、第１の冷凍回路と、第２の冷凍回路と、を収容し、各第１の回路熱交換器は、そのそれぞれの第１の冷凍回路と第２の冷凍回路との間で熱エネルギーを伝達するように配設される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カスケード型冷凍システムであって、
（ａ）複数の低温冷凍回路であって、各低温冷凍回路が、
（ｉ）約１５０以下のＧＷＰを有する可燃性の低温冷媒と、
（ｉｉ）約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機と、
（ｉｉｉ）前記可燃性の低温冷媒が約−５℃〜約−１５℃の温度範囲で凝縮する熱交換器と、を備える、複数の低温冷凍回路と、
（ｂ）前記低温冷媒凝縮温度未満の、かつ約−５℃〜約−１５℃の範囲の温度で蒸発する不燃性の中温冷媒を含む中温冷凍回路であって、前記中温冷媒が前記低温冷凍回路の前記可燃性の冷媒から熱を吸収することによって前記熱交換器内で蒸発する、中温冷凍回路と、を備える、カスケード型冷凍システム。
【請求項２】
各冷凍回路が、モジュール式冷凍ユニット内にあり、前記モジュール式冷凍ユニットのうちの少なくとも１つが、一般に開放されている第１の領域内に配置されている、請求項１に記載のカスケード型冷凍システム。
【請求項３】
前記第２の冷凍回路が、前記第１の領域と第２の領域との間に前記第２の冷凍回路を延在させる部分を含む、請求項２に記載のカスケード型冷凍システム。
【請求項４】
前記第２の領域が、マシンルームである、請求項３に記載のカスケード型冷凍システム。
【請求項５】
前記第２の冷凍回路が、第３の領域へと前記第２の冷凍回路を延在させる部分を含む、請求項４に記載のカスケード型冷凍システム。
【請求項６】
各第１の冷凍回路が、流体膨張デバイスを更に備える、請求項１に記載のカスケード型冷凍システム。
【請求項７】
前記流体膨張デバイスが、キャピラリーチューブである、請求項６に記載のカスケード型冷凍システム。
【請求項８】
前記流体膨張デバイスが、オリフィスチューブである、請求項６に記載のカスケード型冷凍システム。
【請求項９】
前記不燃性の中温冷媒が、Ｒ５１５Ａである、請求項１に記載のカスケード型冷凍システム。
【請求項１０】
前記可燃性の低温冷媒が、少なくとも約５０重量％のＲ７４４、Ｃ３〜Ｃ４炭化水素、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ４５５Ａ、及びこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載のカスケード型冷凍システム。
【請求項１１】
前記可燃性の低温冷媒が、少なくとも約５０重量％のＲ２９０、Ｒ６００ａ、Ｒ１２７０、及びこれらの組み合わせを含む、請求項１０に記載のカスケード型冷凍システム。
【請求項１２】
前記可燃性の低温冷媒が、少なくとも約７５重量％のＲ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ４５５Ａ、及びこれらの組み合わせを含む、請求項１０に記載のカスケード型冷凍システム。
【請求項１３】
中温冷凍システムが、低温冷凍ユニットの実質的に完全に外側に配置され、前記可燃性の低温冷媒が、少なくとも約７５重量％のＲ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ４５５Ａ、及びこれらの組み合わせを含み、前記不燃性の中温冷媒が、Ｒ５１５Ａである、請求項２に記載のカスケード型冷凍システム。
【請求項１４】
カスケード型冷凍システムであって、
（ａ）複数の低温冷凍回路であって、各低温冷凍回路が、
（ｉ）約１５０以下のＧＷＰを有する可燃性の低温冷媒と、
（ｉｉ）約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機と、
（ｉｉｉ）前記可燃性の低温冷媒が約−５℃〜約−１５℃の温度範囲で凝縮する熱交換器と、を備える、複数の低温冷凍回路と、
（ｂ）前記低温冷凍回路内の前記可燃性の冷媒から熱を吸収することによって、前記熱交換器内で蒸発する不燃性の中温冷媒を含む中温冷凍回路であって、前記熱交換器が、満液式熱交換器であり、前記不燃性の中温冷媒が前記低温冷媒凝縮温度未満及び約−５℃〜約−１５℃の範囲の温度を蒸発させる、中温冷凍回路と、を備える、カスケード型冷凍システム。
【請求項１５】
各冷凍回路が、モジュール式冷凍ユニット内にあり、前記モジュール式冷凍ユニットのうちの少なくとも１つが、一般に開放されている第１の領域内に配置されている、請求項１４に記載のカスケード型冷凍システム。
【請求項１６】
各第１の冷凍回路が、流体膨張デバイスを更に備える、請求項１５に記載のカスケード型冷凍システム。
【請求項１７】
前記流体膨張デバイスが、キャピラリーチューブである、請求項１６に記載のカスケード型冷凍システム。
【請求項１８】
前記流体膨張デバイスが、オリフィスチューブである、請求項１６に記載のカスケード型冷凍システム。
【請求項１９】
前記不燃性の中温冷媒が、Ｒ５１５Ａであり、前記可燃性の低温冷媒が、少なくとも約５０重量％のＲ７４４、Ｃ３〜Ｃ４炭化水素、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ４５５Ａ、及びこれらの組み合わせを含む、請求項１４に記載のカスケード型冷凍システム。
【請求項２０】
中温冷凍システムが、低温冷凍ユニットの実質的に完全に外側に配置され、前記可燃性の低温冷媒が、少なくとも約７５重量％のＲ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ４５５Ａ、及びこれらの組み合わせを含み及び、請求項１５に記載のカスケード型冷凍システム
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、各々が参照により本明細書に組み込まれる、２０１７年６月２１日に出願された米国仮出願第６２／５２２，８３６号、及び２０１７年６月２１日に出願された米国仮出願第６２／５２２，８４６号の各々に関し、これらの各々の優先権の利益を主張するものである。
【０００２】
（発明の分野）
本開示は、冷凍システム及び方法に関し、特に、限定されないが、低ＧＷＰ冷媒と共に使用するのに適した冷凍システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
冷凍業界は、規制の変更などを通して、Ｒ４０４Ａなどの高地球温暖化係数（ＧＷＰ）の冷媒を、１５０未満のＧＷＰを有する冷媒などの低ＧＷＰ冷媒に置き換えることをますます迫られている。これは、大量の冷媒が使用される商業用冷凍システムにおいて特に重要である。
【０００４】
１つの手法は、二酸化炭素（Ｒ７４４）冷媒及び炭化水素冷媒などの低ＧＷＰ冷媒を使用することである。しかしながら、これまで使用されてきたような手法は、システムエネルギー効率が低いため運転コストが増加する、システムの複雑性が高いため初期システムコストが高くなる、システムの有用性及び信頼性が低いためメンテナンスコストが高くなる、及びシステムの燃焼性が高い、などの重大な安全性及び財政的欠点を被り得る。従来の構成による、非常に可燃性の高い冷媒を含むシステムは、安全性のレベルが低くなり得ること、規制条例の制約に抵触し得ること、及び冷凍システムの操作者及び製造業者の責任を増大させ得ることにより、特に不都合である。スーパーマーケットの冷蔵庫、冷凍庫、及び低温ディスプレイケースなどの多くが公的にアクセス可能であり、かつしばしば人口密度の高い空間において稼働するなどの商業用冷凍用途を考慮すれば、安全性が特に懸念される。
【０００５】
したがって、出願人らは、冷凍業界が、既存の技術によって使用することができる、高ＧＷＰ冷媒の使用を低減させるための安全、堅牢、かつ持続可能な手法を必要とし続けていることを理解した。
【０００６】
以前より使用されてきた１つのそのような手法を図１Ａに示す。図１は、スーパーマーケットの商業用冷凍に一般的に使用されている冷凍システム１００を示す。システム１００は、中温冷凍回路１１０及び低温冷凍回路１２０を介して中温冷凍と低温冷凍の両方を提供する直接膨張式システムである。
【０００７】
図１Ａにおいて１００とラベル付けされた典型的な従来の構成では、中温冷凍回路１１０は、その冷媒としてＲ１３４ａを有する。中温冷凍回路１１０は、中温冷却の両方を提供し、かつ熱交換器１３０を介してより低温の冷凍回路１２０から排熱を除去する。中温冷凍回路１１０は、ルーフ１４０と、マシンルーム１４１と、セールスフロア１４２との間に延在する。一方、低温冷凍回路１２０は、その冷媒としてＲ７４４を有する。低温冷凍回路１２０は、マシンルーム１４１とセールスフロア１４２との間に延在する。有用には、上記のように、Ｒ７４４は低いＧＷＰを有する。
【０００８】
しかしながら、図１Ａに開示されるタイプの冷凍システムは、良好な効率レベルを提供することが可能であり得るが、出願人らは、このタイプのシステムには、少なくとも２つの大きな欠点、すなわち、第１に、そのようなシステムは、高いＧＷＰ冷媒Ｒ１３４ａ（約１３００のＧＷＰを有するＲ１３４ａ）を使用すること、及び第２に、そのようなシステムの低温部分が低いＧＷＰ冷媒Ｒ７４４を使用する場合であっても、この冷媒が、重大な安全性の及び財政的な欠点を含む、上記の多数の欠点を示すこと、があることを理解した。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、カスケード型冷凍システムを含み、このカスケード型冷凍システムは、複数の第１の冷凍回路であって、各第１の冷凍回路が、可燃性である第１の冷媒と、約２馬力（約１．５キロワット）以下の馬力定格（圧縮機への電力入力の尺度である）を有する圧縮機と、上記の第１の冷媒が凝縮する熱交換器と、を備える、複数の第１の冷凍回路と、不燃性である第２の冷媒を収容している第２の冷凍回路と、上記の第２の冷媒が上記の第１の冷媒凝縮温度未満の温度で蒸発する蒸発器であって、上記の第２の冷媒が上記の第１の冷媒から熱を吸収することによって上記の熱交換器内で蒸発する、蒸発器と、を備える。
【００１０】
本発明は、カスケード型冷凍システムを含み、このカスケード型冷凍システムは、複数の低温冷凍回路であって、各第１の低温冷凍回路が、可燃性の第１の冷媒と、約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機と、上記の第１の冷媒が約−５℃〜約−１５℃温度範囲で凝縮する熱交換器と、を備える、複数の低温冷凍回路と、不燃性の中温冷媒を収容している中温冷凍回路と、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒凝縮温度未満の温度及び約−５℃〜約−１５℃の範囲で蒸発する蒸発器であって、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒から熱を吸収することによって上記の熱交換器内で蒸発する、蒸発器と、を備える。
【００１１】
本明細書で使用するとき、冷媒に関する「可燃性」という用語は、冷媒が、条件及び装置を定義し、現行手法であるＡＳＴＭ  Ｅ６８１−０９  ａｎｎｅｘ  Ａ１を使用する、ＡＳＨＲＡＥ３４−２０１６試験プロトコルの下で、Ａ１）に分類されないことを意味する。したがって、条件及び装置を定義し、現行手法であるＡＳＴＭ  Ｅ６８１−０９  ａｎｎｅｘ  Ａ１を使用する、ＡＳＨＲＡＥ３４−２０１６試験プロトコルの下で、Ａ２Ｌに分類される、又はＡ２Ｌ分類よりも可燃性である冷媒は、可燃性であるとみなされる。
【００１２】
逆に、冷媒に関する「不燃性」という用語は、冷媒が、条件及び装置を定義し、現行手法であるＡＳＴＭ  Ｅ６８１−０９  ａｎｎｅｘ  Ａ１を使用する、ＡＳＨＲＡＥ３４−２０１６試験プロトコルの下で、Ａ１に分類されることを意味する。
【００１３】
本明細書で使用するとき、「中温冷凍」という用語は、回路内を循環している冷媒が約−５℃〜約−１５℃の温度で、好ましくは約−１０℃の温度で蒸発する冷凍回路を指す。温度に関して本明細書で使用するとき、「約」という用語は、指定された温度における±３℃の変動を意味するものと理解されたい。中温回路内を循環している冷媒は、−１０℃±２℃又は−１０℃±１℃の温度で蒸発することができる。
【００１４】
本発明の中温冷凍は、例えば、乳製品、デリミート、及び生鮮食品などの製品を冷却するために使用することができる。異なる製品の個々の温度レベルは、製品要件に基づいて調整される。
【００１５】
低温冷凍は、典型的には、約−２５℃の蒸発レベルで提供される。本明細書で使用するとき、「低温冷凍」という用語は、回路内を循環している冷媒が約−２０℃〜約−３０℃の温度で、好ましくは約−２５℃の温度で蒸発する冷凍回路を指す。低温回路内を循環している冷媒は、−２５℃±２℃又は−２５℃±１℃の温度で蒸発することができる。
【００１６】
本発明の低温冷凍は、例えば、アイスクリーム及び冷凍製品などの製品を冷却するために使用することができ、ここでも、異なる製品の個々の温度レベルは、製品要件に基づいて調整される。
【００１７】
本発明はまた、カスケード型冷凍システムも含み、このカスケード型冷凍システムは、複数の低温冷凍回路であって、可燃性の第１の冷媒を含と、約２馬力以下の電力定格を有する圧縮機と、上記の第１の冷媒が約−５℃〜約−１５℃の温度の範囲で凝縮する熱交換器であって、上記の低温冷凍回路のそれぞれが、別個の低温冷凍ユニット内に収容されている、熱交換器と、を備える、複数の低温冷凍回路と、不燃性の中温冷媒を収容している中温冷凍回路と、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒凝縮温度未満の温度及び約−５℃〜約−１５℃の範囲で蒸発する蒸発器であって、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒から熱を吸収することによって上記の熱交換器内で蒸発する、蒸発器と、を備える。
【００１８】
本発明はまた、カスケード型冷凍システムも含み、このカスケード型冷凍システムは、複数の低温冷凍回路であって、可燃性の低温冷媒と、約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機と、上記の低温冷媒が約−５℃〜約−１５℃温度範囲で凝縮する熱交換器と、を備える、複数の低温冷凍回路と、不燃性の中温冷媒を収容している中温冷凍回路と、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒凝縮温度未満の温度及び約−５℃〜約−１５℃の範囲で蒸発する蒸発器であって、上記の熱交換器は、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒から熱を吸収することによって上記の熱交換器内で蒸発する、満液式熱交換器である、蒸発器と、を備える。
【００１９】
本明細書で使用するとき、「満液式熱交換器」という用語は、液体冷媒を蒸発させて、実質的にいかなる過熱状態も伴うことなく冷媒蒸気を生成する、熱交換器を指す。本明細書で使用するとき、「実質的にいかなる過熱状態も伴わない」という用語は、蒸発器を出る蒸気が、熱交換器内の液体冷媒の沸騰温度を１℃超えない温度であることを意味する。
【００２０】
本発明はまた、カスケード型冷凍システムも含み、このカスケード型冷凍システムは、複数の低温冷凍回路であって、可燃性の低温冷媒と、約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機と、上記の低温冷媒が約−５℃〜約−１５℃温度範囲で凝縮する熱交換器と、を備える、複数の低温冷凍回路であって、上記の低温冷凍回路のそれぞれが、別個の低温冷凍ユニット内に収容されている、複数の低温冷凍回路と、不燃性の中温冷媒を収容している中温冷凍回路であって、上記の熱交換器は、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒凝縮温度未満の温度及び約−５℃〜約−１５℃の範囲で蒸発する蒸発器を備え、上記の熱交換器は、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒から熱を吸収することによって蒸発する、満液式熱交換器である、中温冷凍回路と、を備える。
【００２１】
本発明はまた、カスケード型冷凍システムも含み、このカスケード型冷凍システムは、複数の低温冷凍回路であって、各低温冷凍回路が、少なくとも約５０重量％、又は少なくとも約７５重量％、又は少なくとも９５重量％、又は少なくとも９９重量％のＨＦＯ−１２３４ｙｆ、ｔｒａｎｓＨＦＯ−１２３４ｚｅ、又はこれらの組み合わせを含む、可燃性の低温冷媒と、約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機と、上記の低温冷媒が約−５℃〜約−１５℃温度範囲で凝縮する熱交換器と、を備える、複数の低温冷凍回路と、不燃性の中温冷媒を収容している中温冷凍回路であって、上記の熱交換器は、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒凝縮温度未満の温度及び約−５℃〜約−１５℃の範囲で蒸発する蒸発器を備え、上記の中温冷媒は、上記の低温冷媒から熱を吸収することによって上記の熱交換器内で蒸発する、中温冷凍回路と、を備える。
【００２２】
本発明はまた、カスケード型冷凍システムも含み、このカスケード型冷凍システムは、複数の低温冷凍回路であって、各低温冷凍回路が、少なくとも約５０重量％、又は少なくとも約７５重量％、又は少なくとも９５重量％、又は少なくとも９９重量％のＨＦＯ−１２３４ｙｆ、ｔｒａｎｓＨＦＯ−１２３４ｚｅ、又はこれらの組み合わせを含む、可燃性の低温冷媒と、約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機と、上記の低温冷媒が約−５℃〜約−１５℃温度範囲で凝縮する熱交換器と、を備える、複数の低温冷凍回路と、中温冷媒を収容している中温冷凍回路であって、上記の中温冷媒は、不燃性であり、上記の熱交換器は、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒凝縮温度未満の温度及び約−５℃〜約−１５℃の範囲で蒸発する蒸発器を備え、上記の中温冷媒は、上記の低温冷媒から熱を吸収することによって上記の熱交換器内で蒸発する、中温冷凍回路と、を備える。
【００２３】
本発明はまた、カスケード型冷凍システムも含み、このカスケード型冷凍システムは、複数の低温冷凍回路であって、各低温冷凍回路が、少なくとも約５０重量％、又は少なくとも約７５重量％、又は少なくとも９５重量％、又は少なくとも９９重量％のＨＦＯ−１２３４ｙｆ、ｔｒａｎｓＨＦＯ−１２３４ｚｅ、又はこれらの組み合わせを含む、可燃性の低温冷媒と、約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機と、上記の低温冷媒が約−５℃〜約−１５℃温度範囲で凝縮する熱交換器と、を備える、複数の低温冷凍回路と、中温冷媒を収容している中温冷凍回路であって、上記の中温冷媒は、不燃性であり、上記の熱交換器は、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒凝縮温度未満の温度及び約−５℃〜約−１５℃の範囲で蒸発する蒸発器を備え、上記の中温冷媒は、上記の低温冷媒から熱を吸収することによって上記の熱交換器内で蒸発する、中温冷凍回路と、を備える。
【００２４】
本発明はまた、カスケード型冷凍システムも含み、このカスケード型冷凍システムは、複数の低温冷凍回路であって、可燃性の低温冷媒と、約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機と、上記の低温冷媒が約−５℃〜約−１５℃温度範囲で凝縮する熱交換器と、を備える、複数の低温冷凍回路と、中温冷媒を収容している中温冷凍回路であって、上記の中温冷媒が、不燃性であり、上記の熱交換器は、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒凝縮温度未満の温度及び約−５℃〜約−１５℃の範囲で蒸発する蒸発器を備え、上記の熱交換器は、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒から熱を吸収することによって上記の熱交換器内で蒸発する、満液式熱交換器である、中温冷凍回路と、を備える。
【００２５】
好ましい実施形態では、第２の回路、好ましくは中温回路は、上記の複数の第１の冷凍ユニットの実質的に完全に外側に、好ましくは上記の複数の低温度回路の外側に配置され得る。本明細書で使用するとき、「実質的に完全に外側に」という用語は、第１及び第２の冷凍回路の冷媒間の熱交換を提供するために、第２の冷凍回路の一部と見なされ得る輸送配管などが第１の冷凍ユニット内に入り込み得ることを除いて、第２の冷凍回路の構成要素が上記の第１の冷凍ユニット内にないことを意味する。
【００２６】
本明細書で使用するとき、「第１の冷凍ユニット」及び「低温冷凍ユニット」という用語は、少なくとも部分的に閉鎖された又は閉鎖可能な構造であって、その構造の少なくとも一部分の内部で冷却を提供することができ、上記の第２の冷凍回路を全体的に包囲又は収容しているいずれの構造とも構造的に別個である、構造を意味する。そのような意味に従い及び一致して、本発明の好ましい第１の冷凍回路及び低温冷凍回路は、本明細書に記載される意味に従って、そのような第１の（好ましくは低温）冷凍ユニット内に収容されているとき、本明細書において「内蔵された」と称される。
【００２７】
第２の冷凍回路は、流体受容器を更に含んでよい。
【００２８】
各第１の冷凍回路は、そのそれぞれの冷凍ユニット内に内蔵されてよい。
【００２９】
各冷凍ユニットは、第１の領域に配置されてよい。第１の領域は、ショップフロアであってよい。これは、各第１の冷凍回路（好ましくは低温冷凍回路）も、ショップフロアなどの第１の領域内に配置されてよいことを意味する。
【００３０】
各冷凍ユニットは、冷却されるべき空間内に収容された空間及び／又は物体を含んでよく、好ましくは、その空間は冷凍ユニットの内部にある。各蒸発器は、好ましくは冷却されるべき空間内の空気を冷却することによって、そのそれぞれの空間／物体を冷却するように配置されてよい。
【００３１】
上で述べたように、第２の冷凍回路、及び好ましくは中温冷凍回路は、第１の冷凍ユニット（好ましくは低温冷凍ユニット）と第２の領域との間に延在する、その構成要素を有してよい。第２の領域は、例えば、第２の冷凍回路の構成要素の相当な部分を収容するマシンルームであってよい。
【００３２】
第２の冷凍回路（好ましくは中温冷凍ユニット）は、第２及び第３の領域まで延在してよい。第３の領域は、第１の冷凍ユニット及び第２の領域が配置されている建物又は建物の外側の領域であってよい。これにより、周囲冷却を利用することが可能になる。
【００３３】
特定の実施形態について本明細書で別途指示されない限り、第１の冷凍回路のそれぞれの冷媒は、第１の冷凍回路内の他の冷媒と異なっていても同じてあってもよくて、それぞれはまた、第２の冷凍回路内の冷媒と異なっていても同じてあってもよい。
【００３４】
特定の実施形態について本明細書で別途指示されない限り、第１の冷凍回路の冷媒及び／又は第２の冷凍回路の冷媒は、低地球温暖化係数（ＧＷＰ）を有し得る。
【００３５】
特定の実施形態について本明細書で別途指示されない限り、第１の冷凍回路の冷媒及び／又は第２の冷凍回路の冷媒は、１５０未満であるＧＷＰを有し得る。これは、それぞれの冷凍ユニット内に提供される各第１の冷凍回路によって可能になる。
【００３６】
特定の実施形態について本明細書で別途指示されない限り、第２の冷凍回路の冷媒は、ＡＳＨＲＡＥ  ３４（ＡＳＴＭ  Ｅ６８１によって測定される）の下でＡ１に分類されるか、又はＡＳＨＲＡＥ  ３４（ＡＳＴＭ  Ｅ６８１によって測定される）の下でＡ２Ｌに分類される、不燃性であってよい。これは、第２の冷凍回路が非常に長くなり得るので、及び建物の異なる領域の間に、例えば、ショップフロア（冷凍ユニットが配備され得る）とマシンルームとの間に延在し得るので、望ましくなり得る。したがって、第２の冷凍回路がより広い領域に及び、したがってより多くの人及び／又は構造を火災のリスクに曝すので、漏れのリスク及び潜在的な漏れの深刻度の両方から、第２の冷凍回路内に可燃性の冷媒を有することは危険であり得る。
【００３７】
第１の冷凍回路の冷媒は、可燃性であってよい。これは、それぞれの冷凍ユニット内に提供されている各第１の冷凍回路が、その中に収容されている比較的低電力の圧縮機（複数可）を有するので、実際には少なくとも部分的に許容可能であり得る。
【００３８】
各第１の冷凍回路は、少なくとも１つの流体膨張デバイスを含んでよい。少なくとも１つの流体膨張デバイスは、キャピラリーチューブ又はオリフィスチューブであってよい。これは、その対応の冷凍ユニットが比較的一定であることにより各第１の冷凍回路に課される条件によって有効化される。これは、キャピラリーチューブ及びオリフィスチューブなど、より単純な流量制御デバイスが、第１の冷凍回路で役立つために使用され得る、好ましくは使用される、ことを意味する。
【００３９】
第１の冷凍回路のそれぞれの平均温度は、第２の冷凍回路の平均温度よりも低くてよい。これは、第２の冷凍回路が、第１の冷凍回路を冷却することを提供するため、すなわち、第１の冷凍回路から熱を除去するために使用されてよいからであり、各第１の冷凍回路は、その対応の冷凍ユニット内で冷却されるべき空間を冷却してよい。
【００４０】
第２の冷凍回路は、第１の冷凍回路のそれぞれを冷却して、すなわち、第１の冷凍回路のそれぞれから熱を除去してよい。
【００４１】
各熱交換器は、その対応の第１の冷凍回路と第２の冷凍回路との間で対応の回路インターフェース位置において熱エネルギーを伝達するように配設されてよい。
【００４２】
第２の冷凍回路は、第２の蒸発器を含んでよい。第２の蒸発器は、回路インターフェース位置と並列に連結されてよい。
【００４３】
回路インターフェース位置のそれぞれは、他の回路インターフェース位置のそれぞれと直並列の組み合わせで連結されてよい。有用には、これは、回路インターフェース位置、第１の冷凍回路、又は第１の冷凍ユニットのうちの１つで欠陥又は遮断が検出されたとき、欠陥がシステム内で波及しないように、欠陥の発生している位置、回路、又はユニットが、第２の冷凍回路によって隔離及び／又はバイパスされ得ることを意味する。
【００４４】
回路インターフェース位置のそれぞれは、少なくとも１つの他の回路インターフェース位置と直列に連結されてよい。
【００４５】
回路インターフェース位置のそれぞれは、他の回路インターフェース位置のそれぞれと直列に連結されてよい。
【００４６】
回路インターフェース位置のそれぞれは、少なくとも１つの他の回路インターフェース位置と並列に連結されてよい。
【００４７】
回路インターフェース位置のそれぞれは、他の回路インターフェース位置のそれぞれと並列に連結されてよい。
【００４８】
第２の冷媒、好ましくは中温冷媒は、混合冷媒を含んでよい。混合冷媒は、Ｒ５１５Ａを含んでよい。
【００４９】
Ｒ５１５Ａ冷媒は、不燃性である。この冷媒は、第２の冷媒回路（好ましくは中温冷媒）が多数の領域にわたり得るので有用であり、その結果、不燃性冷媒を有することは、潜在的な漏れの深刻度を低減させるために重要である。
【００５０】
他の実施形態では、不燃性冷媒は、ＨＦＯ−１２３３ｚｄ（Ｅ）を含んでよく、又は少なくとも約５０％含んでよく、又は少なくとも７５％含んでよく、又はＨＦＯ−１２３３ｚｄ（Ｅ）から本質的になってよく、又はなってよい。
【００５１】
第１の冷媒回路（好ましくは低温冷凍回路）に使用される第１の冷媒（好ましくは低温冷媒）は、Ｒ７４４、Ｃ３〜Ｃ４炭化水素、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ４５５Ａ、及びこれらの組み合わせのうちのいずれかを含んでよい。炭化水素は、Ｒ２９０、Ｒ６００ａ又はＲ１２７０のいずれかを含んでよい。これらの冷媒は低いＧＷＰである。
【００５２】
第２の冷凍回路は、圧縮機を更に備えてよい。
【００５３】
第２の冷凍回路は、圧縮機を備える周囲冷却ブランチと、圧縮機ブランチと、を備えてよい。これは、圧縮機ブランチをバイパスさせてよいことを意味する。圧縮機ブランチをバイパスさせる利益は、周囲条件が第２の冷媒に対して十分に冷たい場合、周囲空気によって十分な冷却が提供されるように圧縮機段をバイパスさせることができることである。
【００５４】
周囲冷却ブランチは、圧縮機ブランチと並列に連結されてよい。並列の構成は、圧縮機ブランチを第２の冷媒によってバイパスすることを可能にする。
【００５５】
周囲冷却ブランチは、外部の周囲温度に曝されてよい。これは、圧縮機段の場所において第２の冷媒を冷却するためである。
【００５６】
周囲冷却ブランチは、第１の領域を備える１つ又は複数の建物の外に延在してよい。
【００５７】
周囲冷却ブランチに入る冷媒は、周囲気温が周囲冷却ブランチに入る冷媒の温度よりも低いときに、周囲気温によって冷却され得る。
【００５８】
周囲冷却ブランチは、ポンプと直列に連結されてよい。
【００５９】
弁は、周囲冷却ブランチと圧縮機ブランチとの間の接合部の一方又は両方に提供して、周囲冷却ブランチ及び圧縮機ブランチのそれぞれの冷媒の流れを制御してよい。これは、圧縮機ブランチ及び／又は周囲冷却ブランチを利用するかどうか、及びどのくらい利用するかを制御することを可能にする。
【００６０】
ポンプ、更なる蒸発器、及び回路インターフェースの位置は、１つ又は複数の弁の間に配置されてよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
ここで、本開示の例示的な構成を、図面を参照しながら説明する。
【図１Ａ】以前に使用された冷凍システムの実施例を示す図である。
【図１Ｂ】本明細書に記載される比較実施例の基礎である冷凍システムの実施例を示す図である。
【図２】カスケード型冷凍システムを示す図である。
【図３】代替的なカスケード型冷凍システムを示す図である。
【図４】満液式蒸発器を使用するカスケード型冷凍システムを示す図である。
【図４Ａ】満液式蒸発器を使用する代替的なカスケード型冷凍システムを示す図である。
【図５Ａ】吸引ライン熱交換器を有する及び有しない冷凍システムを示す図である。
【図５Ｂ】吸引ライン熱交換器を有する及び有しない冷凍システムを示す図である。
【図６】Ｒ５１５Ａ冷媒及びＲ７４４冷媒を有する冷凍システムの地球温暖化係数のグラフである。
【００６２】
本明細書の全体を通して、同じ参照番号は、同じ部品を指す。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
比較実施例
当業者が本開示の冷凍回路及びそれらのそれぞれの利点を理解するのを援助するために、冷凍システムの機能の簡単な説明を、図１Ａ及び図１Ｂに示される比較の冷凍システムに関して行う。
【００６４】
図１Ｂは、下に記載する更なるシステムと比較するための冷凍システム１００の実施例を示す。システム１００は、中温冷凍回路１１０と、低温冷凍回路１２０と、を備える。
【００６５】
低温冷凍回路１２０は、圧縮機１２１、周囲条件に熱を排出するための熱交換器１３０を有するインターフェースと、膨張弁１２２と、蒸発器１２３と、を有する。低温冷凍回路１２０は、回路間熱交換器１５０を通して中温冷凍回路１１０と相互作用し、この回路間熱交換器は、低温冷媒から中温冷媒に熱を排出し、それによって、低温冷媒サイクル内の過冷却冷媒液体を生成する役割を果たす。蒸発器１２３は、冷凍庫区画の内部など、冷却されるべき空間と相互作用する。低温冷凍回路の構成要素は、蒸発器１２３、圧縮機１２１、熱交換器１３０、回路間熱交換器１５０、及び膨張弁１２２の順序で接続されている。構成要素は、低温冷媒を収容するパイプ１２４を介して共に接続されている。
【００６６】
中温冷凍回路１１０は、圧縮機１１１と、周囲条件に熱を排出するための凝縮器１１３と、流体受容器１１４と、を有する。受容器１１４からの液体中温冷媒は、膨張弁１１２及び１１８のそれぞれに流れるようにマニホールドされ、したがって、２つの並列に接続されたブランチ、すなわち、膨張デバイス１１８の下流の過冷却低温ブランチ１１７、及び膨張デバイス１１２の下流の中温冷却ブランチ１１６を提供する。低温過冷却ブランチは、上述のように過冷却を低温回路に提供する回路間熱交換器を含む。中温冷却ブランチ１１６は、冷蔵区画の内部などの冷却されるべき空間と相互作用する中温蒸発器１１９を含む。
【００６７】
中温冷媒は、高ＧＷＰ冷媒（例えばＲ１３４ａ）である。Ｒ１３４ａは、ヒドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）である。Ｒ１３４ａは、不燃性であり、かつ良好な成績係数を提供する。
【００６８】
システム１００は、建物の３つの領域、すなわち、凝縮器１１３及び１３０が配置されているルーフ、圧縮機１１１、１１２、熱交換器１５０、受容タンク１１４、及び膨張デバイス１１８が配置されているマシンルーム、並びにＬＴケース、ＭＴケース、及びそれらのそれぞれの膨張デバイスが配置されているセールスフロア１４２、にわたる。したがって、低温冷凍回路１２０及び中温冷凍回路１１０はそれぞれ、セールスフロアと、マシンルームと、ルーフとの間に延在する。使用中、中温回路１１０は、蒸発器１１９を介して冷却される空間に中温冷却を提供し、低温回路１２０は、蒸発器１２３を介して冷却される空間に低温冷却を提供する。中温回路１１０はまた、低温凝縮器１２０からの液体凝縮物からも熱を除去し、その結果、蒸発器１２３に入る液体に過冷却をもたらす。
【００６９】
ここで、低温冷凍回路１２０の様々な構成要素の個々の及び全体的な機能を説明する。熱交換器１５０から始めると、熱交換器１３０は、低温冷媒と中温冷媒との間で熱を伝達するのに好適なデバイスである。１つの例において、熱交換器１５０は、シェルアンドチューブ式熱交換器である。プレート式熱交換器及び他の設計のものなどの他のタイプの熱交換器もまた使用してよい。使用中に、中温冷媒は、低温冷媒から熱を吸収し、よって、低温冷媒が冷却される。この熱交換器１５０を介した熱の除去は、過冷却凝縮器１３０からの液体低温冷媒を過冷却させることになり、過冷却の後に、低温度冷媒は、パイプ１２４の液ラインを介して膨張弁１２２へと流れる。膨張弁１２２の役割は、低温冷媒の圧力を低減させることである。こうすることによって、圧力と温度とが比例しているので、低温冷媒の温度がそれに応じて低下する。次いで、低温低圧の冷媒が流れるか、又は蒸発器１２３にポンプ圧送される。蒸発器１２３は、冷却されるべき空間、例えばスーパーマーケット内の低温冷凍ケースから、低温冷媒に熱を伝達するために使用される。すなわち、蒸発器１２３において、液体冷媒は、冷却されるべき空間から熱を受け取り、その際に気体に蒸発する。蒸発器１２３の後、気体は、パイプ１２４の吸気ラインを通して、圧縮機１２１によって圧縮機１２１に引き込まれる。圧縮機１２１に到達すると、低圧低温の気体冷媒が圧縮される。これは、冷媒の温度を上昇させる。したがって、冷媒は、低温低圧の気体から高温かつ高圧の気体に変換される。高温高圧気体は、パイプ１２４の排出パイプの中へ放出されて、熱交換器（凝縮器）１３０へと進行し、そこで、上に記載した様態で、気体が液体に凝縮される。これは、低温冷凍回路１２０の動作を具体的に説明するが、ここで説明される原理は、一般に、冷凍サイクルに適用することができる。
【００７０】
ここで、中温冷凍回路１１０の様々な構成要素の個々の及び全体的な機能について説明する。熱交換器１５０から始めると、上述のように、中温冷媒は、熱交換器１５０を介して低温冷媒から熱を吸収する。この熱吸収により、熱交換器１５０に入るときに低温気体である及び／又は気体と液体の混合物である、中温回路１５０内の冷媒に、液体を気相に変化させ、及び／又は過熱を発生させる場合は気体の温度を上昇させる。熱交換器１５０を出ると、気体冷媒は、（蒸発器１１９からの冷媒と共に）圧縮機１１１に吸入され、圧縮機１１１によって高温かつ高圧の気体に圧縮される。この気体は、パイプ１１５の中へ放出され、この実施例では、建物のルーフに配置されている凝縮器１１３へと移動する。凝縮器１１３では、気体状の中温冷媒は、外部周囲空気に熱を放出し、その結果、冷却されて液体に凝縮する。凝縮器１１３の後、液体冷媒は、流体受容器１１４内に溜まる。この例では、流体受容器１１４はタンクである。流体受容器１１４を出ると、液体冷媒は、並列接続された中温ブランチ１１６及び過冷却ブランチ１１７にマニホールドされる。中温ブランチ１１６では、液体冷媒は、液体冷媒の圧力、ひいては温度を低下させるために使用される膨張弁１１２へと流れる。次いで、相対的に低温の液体冷媒は、熱交換器１１９に入り、蒸発器１１９ｆと相互作用している、冷却する空間から熱を吸収する。過冷却ブランチ１１７では、液体冷媒は、最初に、冷媒の圧力及び温度を低下させる膨張弁１１８へと同様に流れる。弁１１８の後、冷媒は、上述のように、回路間熱交換器１５０へと流れる。そこから、熱交換器からの気体冷媒は、圧縮機１１１によって圧縮機１１１に吸入され、中温冷却ブランチ１１６からの冷媒と再び合流する。
【００７１】
上述したものではないが、意図したとおりに機能するために、熱交換器１５０に入るときの中温回路１１０内の冷媒の温度は、熱交換器１５０に入るときの低温回路１２０内の冷媒の温度よりも低くなければならないことは明らかであろう。そうなっていなければ、中温回路１１０は、回路１２０内の低温冷媒に所望の過冷却をもたらすことはない。
【００７２】
上記は、図１Ｂに例示されるように、冷凍システム１００の比較実施例の動作を記載している。図１Ｂに関して記載されている冷凍の原理は、本開示の他の冷凍システムに、等しく十分に適用することができる。
【００７３】
好ましい実施形態の概要
本発明の好ましい実施形態によるいくつかの冷凍システムを以下に記載する。各システムは、いくつかの冷凍ユニットを有し、冷凍ユニットのそれぞれは、その内部に配置された少なくとも１つの専用冷凍回路を有する。すなわち、各冷凍ユニットは、少なくとも１つの冷凍回路を含む。
【００７４】
冷凍ユニット内に含まれる冷凍回路は、少なくとも、回路内の冷媒に熱を除去する熱交換器と、冷媒に熱を加える蒸発器と、を含んでよい。
【００７５】
冷凍ユニット内に含まれる冷凍回路は、圧縮機と、少なくとも（好ましくは圧縮機を出た冷媒蒸気から熱を除去することによって）回路内の冷媒から熱を除去する熱交換器と、（好ましくは冷凍ユニットの冷却領域を冷却することによって）冷媒に熱を加える蒸発器と、を含んでよい。出願人らは、本発明の好ましい第１の冷凍回路（及び好ましくは低温冷凍回路）内で使用される圧縮機のサイズは、本発明の好ましい実施形態の非常に有利かつ予想外の結果のうちの少なくともいくつかを達成するために重要であること、特に、回路内のそれぞれの圧縮機は、好ましくは小型圧縮機であることを見出した。本明細書で使用するとき、「小型圧縮機」という用語は、圧縮機が約２馬力以下の電力定格を有することを意味する。圧縮機電力定格に関して本明細書で使用するとき、この値は、圧縮機の入力電力定格によって決定される。圧縮機馬力定格に関して使用するとき、「約」は、示される馬力±０．５馬力を意味する。圧縮機サイズは、好ましい実施形態では、０．１馬力〜約２馬力、又は０．１馬力〜約１馬力であってよい。圧縮機サイズは、０．１馬力〜最高０．７５馬力、又は０．１馬力〜最高０．５馬力であってよい。
【００７６】
冷凍ユニットは、一体化された物理的実体、すなわち、構成部品に解体されるように設計されていない実体であってよい。冷凍ユニットは、例えば、冷蔵庫又は冷凍庫であってよい。１つを超える冷凍回路（特に１つを超える低温冷凍回路を含む）が、各冷凍ユニット（好ましくは各低温冷凍ユニットを含む）の内部に含まれてよいことが理解されるであろう。
【００７７】
各冷凍ユニットの内部に提供される冷凍回路は、それ自体が、少なくとも部分的に冷凍ユニットの外部にある共通の冷凍回路によって冷却されてよい。各冷凍ユニットの内部に収容された専用冷凍回路とは対照的に、共通の冷凍回路（本明細書では一般に第２及び第３の冷凍回路と称される）は、セールスフロア（冷凍ユニットが配置されている）と、マシンルーム及び／又はルーフ又は外側領域と、の間など、ユニットを収容している建物の複数の領域の間に延在する広範囲の回路であってよい。
【００７８】
各冷凍ユニットは、腐敗しやすい商品など、商品を保管するための少なくとも１つの区画を含んでよい。区画は、冷凍ユニットの内部に収容された冷凍回路によって冷却される空間を画定してよい。
【００７９】
カスケード型冷凍システム
本発明による冷凍システムの一実施形態を図２に概略的に例示し、下で詳細に説明する。
【００８０】
図２は、カスケード型冷凍システム２００を示す。より具体的には、図２は、３つの第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、及び２２０ｃを有する冷凍システム２００を示す。第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃのそれぞれは、蒸発器２２３、圧縮機２２１、熱交換器２３０、及び膨張弁２２２を有する。回路内の圧縮機、蒸発器、及び熱交換器のそれぞれは、単一のアイコンによって例示されているが、圧縮機、蒸発器、熱交換器、膨張弁などは、それぞれが複数のそのようなユニットを含み得ることが理解されるであろう。各回路２２０ａ、２２０ｂ、及び２２０ｃにおいて、蒸発器２２３、圧縮機２２１、熱交換器２３０、及び膨張弁２２２は、列挙された順序で互いと直列に接続される。第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、及び２２０ｃのそれぞれは、別個のそれぞれの冷凍ユニット（図示せず）の内部に含まれている。この例では、３つの冷凍ユニットのそれぞれは、冷凍庫ユニットであり、冷凍庫ユニットは、その対応の第１の冷凍回路を収容している。このようにして、各冷凍ユニットは、内蔵された専用の冷凍回路を含む。冷凍ユニット（図示せず）、ひいては第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃは、スーパーマーケットのセールスフロア２４２上に配設される。
【００８１】
この実施例では、第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃのそれぞれにおける冷媒は、Ｒ７４４、Ｃ３〜Ｃ４炭化水素（Ｒ２９０、Ｒ６００ａ、Ｒ１２７０）、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、又はＲ４５５Ａなどの低ＧＷＰ冷媒である。当業者であれば理解されるように、第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃのそれぞれにおける冷媒は、他の第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃのそれぞれにおける冷媒と同じであっても異なっていてもよい。
【００８２】
冷凍システム２００はまた、第２の冷凍回路２１０も有する。第２の冷凍回路２１０は、圧縮機２１１、凝縮器２１３、及び流体受容器２１４を有する。圧縮機２１１、凝縮器２１３、及び流体受容器２１４は、直列に、所与の順序で接続されている。第２の回路内の圧縮機、凝縮器、流体受容器などのそれぞれは、単一のアイコンによって例示されているが、圧縮機、蒸発器、熱交換器、膨張弁などは、それぞれが複数のそのようなユニットを含み得ることが理解されるであろう。第２の冷凍回路２１０はまた、４つの並列接続されたブランチ、すなわち、３つの中温冷却ブランチ２１７ａ、２１７ｂ、及び２１７ｃ、並びに１つの低温冷却ブランチ２１６も有する。４つの並列接続されたブランチ２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃ及び２１６は、流体受容器２１４と圧縮機２１１との間に接続されている。中温冷却ブランチ２１７ａ、２１７ｂ、及び２１７ｃのそれぞれは、膨張弁２１８ａ、２１８ｂ、及び２１８ｃと、蒸発器２１９ａ、２１９ｂ、及び２１９ｃと、それぞれ有する。膨張弁２１８及び蒸発器２１９は、流体受容器２１４と凝縮器２１１との間に直列に所与の順序で接続されている。低温冷却ブランチ２１６は、膨張弁２１２と、第２の冷媒を第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃの熱交換器２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃのそれぞれに導き及びそこから引き出す入口及び出口の配管、導管、弁などの形態である（それぞれ２６０ａ、２６０ｂ及び２６０ｃとして集合的に表される）、インターフェースと、を有する。低温冷却ブランチ２１６は、第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃの熱交換器２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃのそれぞれに、対応の回路インターフェース位置２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃにおいて相互作用する。各回路インターフェース位置２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃは、他の回路インターフェース位置２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃのそれぞれと直並列の組み合わせで配設されている。
【００８３】
中温冷凍回路２１０は、セールスフロア２４２と、マシンルーム２４１と、ルーフ１４０との間に延在する構成要素を有する。中温冷凍回路２１０の低温冷却ブランチ２１６及び中温冷却ブランチ２１７ａ、２１７ｂ、２１７ｃは、セールスフロア２４２上に位置する。圧縮機２１１及び流体受容器２１４は、マシンルーム２４１内に位置する。凝縮器２１３は、ルーフ２４０上など、周囲条件に容易に曝されることができる場所に位置する。
【００８４】
この実施例では、中温冷凍回路２１０の冷媒は、Ｒ５１５Ａを備含む混合物である。Ｒ５１５Ａは、約８８重量％のハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）１２３４ｚｅ（Ｅ）及び約１２重量％のＨＦＣ２２７ｅａ（ヘプタフルオロプロパン）から本質的になり、及び好ましくはこれらからなる冷媒である。有用には、混合物は、安全性が向上する不燃性の冷媒をもたらす。更に有利なことに、混合物は、この混合物を環境にやさしい溶液にする低ＧＷＰを有する。
【００８５】
図２に例示される好ましい実施形態の使用は、以下のように要約することができる。
−第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃのそれぞれは、それらの蒸発器２２３を介して熱を吸収して、冷却されるべき空間（図示せず）に低温冷却を提供し、
−第２の冷凍回路２１０は、熱交換器２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃのそれぞれから熱を吸収して、第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃを冷却し、
−第２の冷凍回路２１０は、蒸発器２１９のそれぞれにおいて熱を吸収して、冷却されるべき空間（図示せず）に中温冷却を提供し、
−熱は、冷却装置２１３内の第２の冷凍回路２１０において冷媒から除去される。
【００８６】
図２に示されるタイプの本発明の構成を使用して、特に、各第１の冷凍回路２３０が対応の冷凍ユニット内に内蔵されていることから、いくつかの有益な結果が達成され得る。
【００８７】
例えば、冷凍ユニット及び全体的なカスケード化された冷凍システム２００の取り付け及び取り外しが単純化される。これは、組込み式の内蔵された第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃを有する冷凍ユニットは、第１の冷凍回路２２０、２２０ｂ、２２０ｃへの修正を必要とせずに、第２の冷凍回路２１０と容易に接続又は接続解除されることができるためである。換言すれば、冷凍ユニットは、第２の冷凍回路２１０に対して単純に「抜き差し」され得る。
【００８８】
別の利点は、各冷凍ユニットは、対応の第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃを含めて、ライブ冷凍システム２００内に取り付けられる前に、デフォルトでの工場試験を実施することができることである。これにより、潜在的に有害な冷媒の漏れを含み得る、欠陥のある可能性が軽減される。したがって、減少した漏れ率が実現され得る。
【００８９】
別の利点は、各回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃが、その対応の冷凍ユニット内に配設され、一連のユニット間に延在しないことから、第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃの長さを短くすることができることである。短くされた回路長さは、減少した表面積に起因してより短いラインでの減少した熱侵入が存在するので、改善された効率をもたらすことができる。更に、短くされた回路長さはまた、減少した圧力低下ももたらすことができ、これにより、システム２００の効率が改善される。
【００９０】
短くされた回路長さ、及びそれぞれの冷凍ユニットの内部に内蔵された回路を設けることはまた、出願人らが非常に有益な結果であることを理解することになった、Ｒ７４４、炭化水素（Ｒ２９０、Ｒ６００ａ、Ｒ１２７０）、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、又はＲ４５５Ａなどの、より可燃性の高い冷媒を使用する能力も提供する。これは、（上述のように）冷媒漏れの可能性が低減されることによるのと同時に、冷媒が漏れてしまったとしても、漏れが対応の冷凍ユニットの比較的小さい領域及び収容可能な領域に収容されることになり、ユニットのサイズが小さいため、比較的少量の冷媒充填しか使用されないからである。加えて、この構成は、潜在的に可燃性である材料を含有する領域がはるかに小さく、限定され、均一であるため、比較的低コストの火災軽減偶発時用手続き及び／又はデバイスの使用を可能にするであろう。このようなより可燃性の高い冷媒は、より低い地球温暖化係数（ＧＷＰ）を有し得る。したがって、有利なことに、低ＧＷＰ冷媒の使用に関する政府及び社会の目標は、システムの安全性を損なうことなく満たされ得、潜在的には更にそれを超え得る。
【００９１】
別の利点は、各第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃが、その対応の冷凍ユニットのみを冷却し得ることである。これは、各第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ上の負荷が比較的一定のままであり得ることを意味する。すなわち、一定条件が、第１の冷凍回路２２０の凝縮段階２３１及び蒸発段階２２３に適用される。これは、キャピラリーチューブ又はオリフィスチューブなど、受動的な膨張デバイス２２２を使用することができるという点において、第１の冷凍回路２２０の設計を単純化することを可能にする。これは、電子膨張デバイス及び恒温式膨張弁を使用する必要がある、より複雑な回路とは対照的である。このような複雑なデバイスの使用が回避されることから、コストは削減され得、信頼性は高まり得る。
【００９２】
更にまた、重要なことに、このような実施形態による第２の冷凍回路内に満液式熱交換器を設けることにより、第１の回路と第２の回路との間の熱伝達が向上する。したがって、全体的な冷凍システムの効率が向上する。
【００９３】
回路インターフェース位置が他の回路インターフェース位置と並列に連結されていることから生じ得るいくつかの利点がある。１つの利点は、１つの回路インターフェース位置に関連した又はそこに発生した欠陥が、他の回路インターフェース位置に影響しないので、システム内に弾力性が提供されることであり得る。これは、各回路インターフェース位置が、第２の冷凍回路の対応のブランチによって供されることによる。別の利点は、各回路インターフェース位置の前での第２の冷媒の温度が比較的一定に保たれることができることから、第１の冷凍回路と第２の冷凍回路との間の熱伝達効率が改善されることであり得る。対照的に、２つの回路インターフェース位置が直列に連結されている場合、第２の冷凍回路内の冷媒の温度は、上流側回路インターフェース位置の前でよりも下流側回路インターフェース位置の前での方が高くなり得る。
【００９４】
全体的に、各１つがそれぞれの冷凍ユニット内に配設される、好ましくは内蔵型冷凍回路として配設される、本発明による複数の第１の冷凍回路を設けることは、漏れ速度を低減させること、冷凍システム全体を単純化すること、さもなければ危険な低ＧＷＰ冷媒の使用を可能にすること、メンテナンス及び設置を改善すること、及び圧力低下を低減させること、などの利益を有し、システム効率の向上につながる。
【００９５】
特に、本明細書に記載される地点の観点から、本発明は、カスケード型冷凍システムを含み、このカスケード型冷凍システムは、複数の第１の冷凍回路であって、各第１の冷凍回路が、可燃性であり、かつ約１５０以下のＧＷＰを有する第１の冷媒と、約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機と、上記の第１の冷媒が凝縮する熱交換器と、を備える、複数の第１の冷凍回路と、不燃性である第２の冷媒を収容している第２の冷凍回路と、上記の第２の冷媒が上記の第１の冷媒凝縮温度未満の温度で蒸発する蒸発器であって、上記の第２の冷媒が上記の第１の冷媒から熱を吸収することによって上記の熱交換器内で蒸発する、蒸発器と、を備える。
【００９６】
特に、本明細書に記載される地点の観点から、本発明はまた、カスケード型冷凍システムも含み、このカスケード型冷凍システムは、複数の第１の冷凍回路であって、各第１の冷凍回路が、可燃性であり、かつ約１５０以下のＧＷＰを有する第１の冷媒と、約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機と、上記の第１の冷媒が凝縮する熱交換器と、を備える、複数の第１の冷凍回路と、不燃性であり、かつ最高約５００のＧＷＰを有する第２の冷媒を収容している第２の冷凍回路と、上記の第２の冷媒が上記の第１の冷媒凝縮温度未満の温度で蒸発する蒸発器であって、上記の第２の冷媒が上記の第１の冷媒から熱を吸収することによって上記の熱交換器内で蒸発する、蒸発器と、を備える。
【００９７】
本発明は、カスケード型冷凍システムを含み、このカスケード型冷凍システムは、複数の低温冷凍回路であって、各第１の低温冷凍回路が、可燃性であり、かつ約１５０以下のＧＷＰを有する第１の冷媒と、約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機と、上記の第１の冷媒が約−５℃〜約−１５℃温度範囲で凝縮する熱交換器と、を備える、複数の低温冷凍回路と、不燃性の中温冷媒を収容している中温冷凍回路と、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒凝縮温度未満の温度及び約−５℃〜約−１５℃の範囲で蒸発する蒸発器であって、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒から熱を吸収することによって上記の熱交換器内で蒸発する、蒸発器と、を備える。
【００９８】
本発明は、カスケード型冷凍システムを含み、このカスケード型冷凍システムは、複数の低温冷凍回路であって、各第１の低温冷凍回路が、可燃性であり、かつ約１５０以下のＧＷＰを有する第１の冷媒と、約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機と、上記の第１の冷媒が約−５℃〜約−１５℃温度範囲で凝縮する熱交換器と、を備える、複数の低温冷凍回路と、最高約５００のＧＷＰを有する不燃性の中温冷媒を収容している中温冷凍回路と、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒凝縮温度未満の温度及び約−５℃〜約−１５℃の範囲で蒸発する蒸発器であって、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒から熱を吸収することによって上記の熱交換器内で蒸発する、蒸発器と、を備える。
【００９９】
好ましい実施形態では、本発明はまた、カスケード型冷凍システムも含み、このカスケード型冷凍システムは、複数の低温冷凍回路であって、各低温冷凍回路が、約１５０以下のＧＷＰを有し、かつ少なくとも約５０重量％、又は少なくとも約７５重量％、又は少なくとも９５重量％、又は少なくとも９９重量％のＲ７４４、Ｒ２９０、Ｒ６００ａ、Ｒ１２７０、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ４５５Ａ、及びこれらの組み合わせを含む、可燃性の低温冷媒と、約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機と、上記の低温冷媒が約−５℃〜約−１５℃温度範囲で凝縮する熱交換器と、を備える、複数の低温冷凍回路と、中温冷媒を収容している中温冷凍回路であって、上記の中温冷媒が、不燃性である、中温冷凍回路と、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒凝縮温度未満の温度及び約−５℃〜約−１５℃の範囲で蒸発する蒸発器であって、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒から熱を吸収することによって上記の熱交換器内で蒸発する、蒸発器と、を備える。
【０１００】
好ましい実施形態では、本発明はまた、カスケード型冷凍システムも含み、このカスケード型冷凍システムは、複数の低温冷凍回路であって、各低温冷凍回路が、約１５０以下のＧＷＰを有し、かつ少なくとも約５０重量％、又は少なくとも約７５重量％、又は少なくとも９５重量％、又は少なくとも９９重量％のＲ７４４、Ｒ２９０、Ｒ６００ａ、Ｒ１２７０、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ４５５Ａ、及びこれらの組み合わせを含む、可燃性の低温冷媒と、約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機と、上記の低温冷媒が約−５℃〜約−１５℃温度範囲で凝縮する熱交換器と、を備える、複数の低温冷凍回路と、中温冷媒を収容している中温冷凍回路であって、上記の中温冷媒が、不燃性であり、かつ最高約５００のＧＷＰを有する、中温冷凍回路と、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒凝縮温度未満の温度及び約−５℃〜約−１５℃の範囲で蒸発する蒸発器であって、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒から熱を吸収することによって上記の熱交換器内で蒸発する、蒸発器と、を備える。
【０１０１】
好ましい実施形態では、本発明はまた、カスケード型冷凍システムも含み、このカスケード型冷凍システムは、複数の低温冷凍回路であって、各低温冷凍回路が、約１５０以下のＧＷＰを有し、かつ少なくとも約５０重量％、又は少なくとも約７５重量％、又は少なくとも９５重量％、又は少なくとも９９重量％のＲ７４４、Ｒ２９０、Ｒ６００ａ、Ｒ１２７０、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ４５５Ａ、及びこれらの組み合わせを含む、可燃性の低温冷媒と、約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機と、上記の低温冷媒が約−５℃〜約−１５℃温度範囲で凝縮する熱交換器と、を備える、複数の低温冷凍回路と、中温冷媒を収容している中温冷凍回路であって、上記の中温冷媒が、最高約５００のＧＷＰを有し、かつ少なくとも約５０重量％、又は少なくとも約７５重量％、又は少なくとも８５重量％のＲ１２３４ｚｅ（Ｅ）を含む、不燃性である、中温冷凍回路と、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒凝縮温度未満の温度及び約−５℃〜約−１５℃の範囲で蒸発する蒸発器であって、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒から熱を吸収することによって上記の熱交換器内で蒸発する、蒸発器と、を備える。
【０１０２】
好ましい実施形態では、本発明はまた、カスケード型冷凍システムも含み、このカスケード型冷凍システムは、複数の低温冷凍回路であって、各低温冷凍回路が、約１５０以下のＧＷＰを有し、かつ少なくとも約５０重量％、又は少なくとも約７５重量％、又は少なくとも９５重量％、又は少なくとも９９重量％のＲ７４４、Ｒ２９０、Ｒ６００ａ、Ｒ１２７０、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ４５５Ａ、及びこれらの組み合わせを含む、可燃性の低温冷媒と、約３．５キロワット以下の仕事出力を有する圧縮機と、上記の低温冷媒が約−５℃〜約−１５℃温度範囲で凝縮する熱交換器と、を備える、複数の低温冷凍回路と、中温冷媒を収容している中温冷凍回路であって、上記の中温冷媒が、最高約５００のＧＷＰを有し、かつ少なくとも約５０重量％、又は少なくとも約７５重量％、又は少なくとも８５重量％のＲ１２３４ｚｅ（Ｅ）及び約１０重量％〜約１５重量％のＲ２２７ｅａを含む、不燃性である、中温冷凍回路と、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒凝縮温度未満の温度及び約−５℃〜約−１５℃の範囲で蒸発する蒸発器であって、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒から熱を吸収することによって上記の熱交換器内で蒸発する、蒸発器と、を備える。
【０１０３】
好ましい実施形態では、本発明はまた、カスケード型冷凍システムも含み、このカスケード型冷凍システムは、複数の低温冷凍回路であって、各低温冷凍回路が、約１５０以下のＧＷＰを有し、かつ少なくとも約５０重量％、又は少なくとも約７５重量％、又は少なくとも９５重量％、又は少なくとも９９重量％のＲ７４４、Ｒ２９０、Ｒ６００ａ、Ｒ１２７０、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ４５５Ａ、及びこれらの組み合わせを含む、可燃性の低温冷媒と、約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機と、上記の低温冷媒が約−５℃〜約−１５℃温度範囲で凝縮する熱交換器と、を備える、複数の低温冷凍回路と、中温冷媒を収容している中温冷凍回路であって、当該中温冷媒が、最高約５００のＧＷＰを有し、かつ約８８重量％のＲ１２３４ｚｅ（Ｅ）及び約１２重量％のＲ２２７ｅａを含む、不燃性である、中温冷凍回路と、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒凝縮温度未満の温度及び約−５℃〜約−１５℃の範囲で蒸発する蒸発器であって、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒から熱を吸収することによって上記の熱交換器内で蒸発する、蒸発器と、を備える。
【０１０４】
好ましい実施形態では、本発明はまた、カスケード型冷凍システムも含み、このカスケード型冷凍システムは、複数の低温冷凍回路であって、各低温冷凍回路が、約１５０以下のＧＷＰを有し、かつ少なくとも約５０重量％、又は少なくとも約７５重量％、又は少なくとも９５重量％、又は少なくとも９９重量％のＲ７４４、Ｒ２９０、Ｒ６００ａ、Ｒ１２７０、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ４５５Ａ、及びこれらの組み合わせを含む、可燃性の低温冷媒と、約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機と、上記の低温冷媒が約−５℃〜約−１５℃温度範囲で凝縮する熱交換器と、を備える、複数の低温冷凍回路と、中温冷媒を収容している中温冷凍回路であって、上記の中温冷媒が、最高約５００のＧＷＰを有し、かつ少なくとも約７０重量％のＲ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ１２３４ｙｆ、又はこれらの組み合わせを含む、不燃性である、中温冷凍回路と、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒凝縮温度未満の温度及び約−５℃〜約−１５℃の範囲で蒸発する蒸発器であって、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒から熱を吸収することによって上記の熱交換器内で蒸発する、蒸発器と、を備える。
【０１０５】
好ましい実施形態では、本発明はまた、カスケード型冷凍システムも含み、このカスケード型冷凍システムは、複数の低温冷凍回路であって、各低温冷凍回路が、約１５０以下のＧＷＰを有し、かつ少なくとも約５０重量％、又は少なくとも約７５重量％、又は少なくとも９５重量％、又は少なくとも９９重量％のＲ７４４、Ｒ２９０、Ｒ６００ａ、Ｒ１２７０、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ４５５Ａ、及びこれらの組み合わせを含む、可燃性の低温冷媒と、約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機と、上記の低温冷媒が約−５℃〜約−１５℃温度範囲で凝縮する熱交換器と、を備える、複数の低温冷凍回路と、中温冷媒を収容している中温冷凍回路であって、上記の中温冷媒が、最高約５００のＧＷＰを有し、かつ少なくとも約７０重量％のＲ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ１２３４ｙｆ、又はこれらの組み合わせを含み、更にＲ１２３３ｚｄ（Ｅ）及びＣＦ３Ｉのうちの１つ又は２つ以上を含む、不燃性である、中温冷凍回路と、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒凝縮温度未満の温度及び約−５℃〜約−１５℃の範囲で蒸発する蒸発器であって、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒から熱を吸収することによって上記の熱交換器内で蒸発する、蒸発器と、を備える。
【０１０６】
カスケード型冷凍システム−代替物
本明細書に含まれる教示を考慮して当業者には理解されるように、任意の数の第１の冷凍回路２２０が存在してよい。特に、冷却される冷凍ユニットと同数の第１の冷凍回路２２０が存在してよい。したがって、第２の冷凍回路２１０は、任意の数の第１の冷凍回路２２０と相互作用してよい。
【０１０７】
本明細書に含まれる教示を考慮して当業者には明らかであるように、任意の数及び構成の中温冷却ブランチ２１７及び蒸発器２１８が存在してよい。
【０１０８】
代替的な構成では、各第１の冷凍回路２２０は、他の各第１の冷凍回路２２０と完全に並列に配設されてよい。そのような構成の実施例を図３に示す。図３は、各回路インターフェース位置２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃが、他の各回路インターフェース位置２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃと完全に並列に配設されているシステム３００を示す。システム３００の構成要素は、その他の点では（図２を参照して説明した）システム２００の場合と同じであり、システム３００の構成要素は、システム２００と実質的に同じ方式で機能し、ただし、全体的なシステムの性能及び全体的なシステムの他の重要な特徴は、この構成の変化によって著しく影響され得ることが理解されるであろう。
【０１０９】
有用には、第２の冷凍回路２１０からの冷媒の所与の部分のみが、圧縮機２１１に戻る前に１つの熱交換器２３０を通過する。したがって、この構成は、直列構成の場合と同様に、上流側熱交換器の通過により予熱される冷媒の部分をいずれの熱交換器にも受容させないので、熱交換器２３０のそれぞれがほぼ同じ温度で第２の冷媒を受容することを確実にする。
【０１１０】
本明細書に含まれる教示を考慮して当業者には明らかであるように、１つ及び第２の冷却回路２１０に関して回路インターフェース位置２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃの多くの他の構成が達成され得、実際に想定される。
【０１１１】
本明細書に含まれる教示の観点から当業者には明らかであるように、好ましいモジュール式の第１の冷凍回路設計によって、本発明の好ましい実施形態の冷凍システムは、第２の冷凍回路２１０において、比較的低いＧＷＰを有する不燃性低圧冷媒の使用を可能にする。更に、本発明の好ましいシステムは、第１の冷凍回路における低ＧＷＰを有する可燃性低圧冷媒の比較的安全で、かつ効率的な使用の予想外の結果をもたらし、それによって、周囲への影響を低減させ、かつ優れた環境特性、優れた安全機構、及び向上したシステム効率を有する冷凍システムを提供する。
【０１１２】
満液式蒸発器を有するカスケード型冷凍システム
本発明の好ましい冷凍システムを例示し、ここで、図４を参照して説明する。
【０１１３】
図４は、第１の冷凍回路内の満液式蒸発器の動作をもたらす液体の第２の冷媒を送達する受容器を有する第２の冷凍回路４１０を有するカスケード型冷凍システム４００を概略的に示す。より具体的には、図４は、２つの第１の冷凍回路４２０ａ、４２０ｂを有する冷凍システム４００を示す。第１の冷凍回路４２０ａ、４２０ｂのそれぞれは、蒸発器４２３と、圧縮機４２１と、熱交換器４３０と、膨張弁４２２と、を有する。各回路４２０ａ、４２０ｂにおいて、蒸発器４２３、圧縮機４２１、熱交換器４３０、及び膨張弁４２２は、列挙された順序で互いと直列に接続される。第１の冷凍回路４２０ａ、４２０ｂのそれぞれは、それぞれの冷凍ユニット（図示せず）内に提供される。この実施例では、各冷凍ユニットは、冷凍庫ユニットであり、冷凍庫ユニットは、そのそれぞれの第１の冷凍回路を収容している。このようにして、内蔵された専用の冷凍回路が各冷凍ユニットに提供される。冷凍ユニット（図示せず）、ひいては第１の冷凍回路４２０ａ、４２０ｂは、スーパーマーケットのセールスフロア４６２上に配置される。
【０１１４】
この実施例では、第１の冷凍回路４２０ａ、４２０ｂ内の冷媒は、Ｒ７４４、炭化水素（Ｒ２９０、Ｒ６００ａ、Ｒ１２７０）、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、又はＲ４５５Ａなどの低ＧＷＰ冷媒である。当業者であれば理解されるように、第１の冷凍回路４２０ａ、４２０ｂのそれぞれにおける冷媒は、他の第１の冷凍回路４２０ａ、４２０ｂのそれぞれにおける冷媒と同じであっても異なっていてもよい。
【０１１５】
冷凍システム４００はまた、第２の冷凍回路４１０も有する。第２の冷凍回路４１０は、圧縮機ブランチ４５０と、周囲冷却ブランチ４５１と、を有する。圧縮機ブランチ４５０は、周囲冷却ブランチ４５１と並列に接続されている。
【０１１６】
圧縮機ブランチ４５０は、圧縮機４１１と、凝縮器４１３と、膨張弁４１８と、受容器４１４と、を有する。圧縮機４１１、凝縮器４１３、及び膨張弁４１８は、直列に、所与の順序で接続されている。受容器４１４は、圧縮機４１１入口と膨張弁４１８出口との間に接続されている。周囲冷却ブランチ４５１は、チラー４５２を有する。
【０１１７】
圧縮機ブランチ４５０及び周囲冷却ブランチ４５１は、第１の制御可能な弁４４０及び第２の制御可能な弁４４１によって並列に接続されている。制御可能な弁４４０、４４１は、圧縮機ブランチ４５０及び周囲冷却ブランチ４５１のそれぞれを流れる冷媒の量を制御することができるように制御可能である。第１の制御弁４４０は、ポンプ４４２と直列に接続されている。
【０１１８】
第２の冷凍回路４１０はまた、互いと並列に接続されている２つの更なるブランチ、すなわち、中温冷却ブランチ４１７及び低温冷却ブランチ４１６も有する。中温冷却ブランチ４１７及び低温冷却ブランチ４１６は、ポンプ４４２と第２の制御可能な弁４４１との間に接続されている。
【０１１９】
中温冷却ブランチ４１７は、蒸発器４１９を有する。低温冷却ブランチ４１６は、それぞれの回路インターフェース位置４３１ａ、４３１ｂにおいて、第１の冷凍回路４２０ａ、４２０ｂの熱交換器４３０ａ、４３０ｂのそれぞれと相互作用する。回路インターフェース位置４３１ａ、４３１ｂのそれぞれは、他の回路インターフェース位置４３１ａ、４３１ｂと直並列の組み合わせである。
【０１２０】
第２の冷凍回路４１０は、回路を売り場４６２と、マシンルーム４６１と、ルーフ４４０との間に延在させる構成要素を含む。中温冷凍回路４１０の低温冷却ブランチ４１６及び中温冷却ブランチ４１７は、好ましくは主にセールスフロア４６２上に配置される。主にセールスフロア４６２上に配設されるとは、回路位置４３１ａ、４３１ｂ及び蒸発器４１９がセールスフロア４６２上に又はその極めて近くに配設されることを意味する。しかしながら、低温冷却ブランチ４１６と中間冷却ブランチ４１７との接合部、及び低温冷却ブランチ４１６及び中間冷却ブランチ４１７のパイプのいくつかは、マシンルーム４６１内に配置される。
【０１２１】
圧縮機ブランチ４５０は、ブランチをマシンルーム４６１とルーフ４６０との間に延在させる構成要素を含む。より具体的には、圧縮機４１１、膨張弁４１８、及び満液式受容器４１４は、マシンルーム４６１内に配置される。凝縮器４１３は、ルーフ４６０上などの、周囲空気への容易なアクセスが可能である場所に配置される。
【０１２２】
周囲冷却ブランチ４５０は、ブランチをマシンルーム４６１とルーフ４６０との間に延在させる構成要素を含む。チラー４５２もまた、ルーフ６０３などの、周囲空気への容易なアクセスが可能である場所に配置される。
【０１２３】
第１の制御可能な弁４４０及び第２の制御可能な弁４４１は、マシンルーム４６１内に配置される。ポンプ４４２は、マシンルーム４４２内に配置される。
【０１２４】
この実施例において、上述のように、第２の冷凍回路４１０の冷媒は、Ｒ５１５Ａである。
【０１２５】
構造的に異なるが、使用中に、冷凍システム４００は、以下の鍵となる違いを伴って、冷凍システム２００と類似する様態で動作する。
【０１２６】
第１に、冷凍システム４００内の第２の冷凍回路４１０内の受容器は、満液式蒸発器である蒸発器４１９、４３０ａ、及び４３０ｂとなり、すなわち、冷媒が液体として蒸発器に入り、液体冷媒の一部が完全に気体に蒸発しないが、これは、いかなる過熱も蒸発器内で本質的に起こらないことを意味する。どのくらいの冷媒が液体のままであるのかは、システム４００の作動条件に依存する。冷凍システム４００の１つの特徴は、受容器４１４である。受容器４１４は、気体及び液体の冷媒が膨張弁４１８を通過した後にそれらを分離するように配設され、よって、中温冷却ブランチ４１７及び低温冷却ブランチ４１６へと通過すること−したがって、蒸発器４１９及び熱交換器４３０ａ、４３０ｂへと通過すること−が可能である冷媒は、本質的に１００％液体である。冷凍システム４００の別の鍵となる特徴は、ポンプ４４２である。ポンプ４４２は、中温ブランチ４１７及び低温ブランチ４１６へと冷媒を駆動する。代替的なシステム構成では、冷媒の液相と気相との濃度差がシステムを駆動し、いかなるポンプ又は送風機も必要としない。
【０１２７】
当業者は、本明細書に含まれる本開示及び教示に基づいて、例えばシステム４００において開示されるような、本発明に従って満液式蒸発器使用する冷凍構成を使用することと関連付けられるいくつかの利点があることを理解するであろう。出願人らは、１つのそのような利点が、成績係数（ＣＯＰ）の予想外の向上であることを見出した。必ずしも任意の特定の理論に束縛されるものではないが、この予想外の利点は、一部には、必要とされる圧縮機４１１の作業がより少ないこと、及び冷媒が圧縮機に入る前に過熱することを伴う動作をシステムが可能にするので第２の冷凍回路４１０の冷却能力が向上すること、により生じると考えられる。
【０１２８】
第２の違いは、冷凍システム２００と比較して、冷凍システム４００が動作する方式が、周囲冷却ブランチ４５１及び制御可能な弁４４０、４４１を提供することにある。周囲冷却ブランチ４５１は、周囲温度が十分に低いときに、圧縮機ブランチ４５０をバイパスして、冷媒を冷却すること可能にする。これは、周囲冷却ブランチ４５１をルーフ４６０へとルーティングして、冷媒の周囲温度への最大限の曝露を提供することによって達成される。これは、あるときには冬期動作と呼ばれる。有用には、これは、第２の冷凍回路４１０における冷媒の冷却を本質的に含まないことを提供する。明らかには、これは、圧縮機ブランチ４５０を稼働させることと比較して、エネルギー消費が大幅に低減されるので、コスト及び環境の観点から有利である。
【０１２９】
便宜上の目的ので、「満液式システム」、「満液式カスケード型システム」などの用語は、上記の第１の冷媒（好ましくは低温冷媒）を凝縮するための第１の冷凍回路（好ましくは低温回路）内の少なくとも１つの、好ましくは全ての熱交換器が、第２の冷媒（好ましくは中温冷媒）のための満液式蒸発器である、本開示のシステムを指す。好ましい実施形態では、中温蒸発器もまた、満液式蒸発器である。カスケード型冷凍システムに関して記載される潜在的利点は、満液式カスケード型冷凍システムに十分に等しく当てはまり、満液式冷凍システム及び非満液式カスケード型冷凍システムを説明するために使用される用語は、同等である。
【０１３０】
満液式カスケード型冷凍システムの更なる利点としては、周囲冷却ブランチ（冬期動作）の活用によるエネルギー消費の低減、熱交換器及び蒸発器の満液式動作による熱伝達性能の向上、回路内にポンプを提供することにより温度調節膨張弁が不要であること、並びに第２の冷凍回路低圧冷媒に好適であることによりそれを製造するために低コスト材料を使用することができること、を挙げることができる。
【０１３１】
特に、本明細書に記載される地点の観点から、本発明は、カスケード型冷凍システムを含み、このカスケード型冷凍システムは、複数の第１の冷凍回路であって、各第１の冷凍回路が、可燃性であり、かつ約１５０以下のＧＷＰを有する第１の冷媒と、約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機と、上記の第１の冷媒が凝縮する熱交換器と、を備える、複数の第１の冷凍回路と、不燃性である第２の冷媒を収容している第２の冷凍回路と、上記の第２の冷媒が上記の第１の冷媒凝縮温度未満の温度で蒸発する満液式蒸発器であって、上記の第２の冷媒が上記の当該第１の冷媒から熱を吸収することによって上記の熱交換器内で蒸発する、満液式蒸発器と、を備える。
【０１３２】
特に、本明細書に記載される地点の観点から、本発明はまた、カスケード型冷凍システムも含み、このカスケード型冷凍システムは、複数の第１の冷凍回路であって、各第１の冷凍回路が、可燃性であり、かつ約１５０以下のＧＷＰを有する第１の冷媒と、約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機と、上記の第１の冷媒が凝縮する熱交換器と、を備える、複数の第１の冷凍回路と、不燃性であり、かつ最高約５００のＧＷＰを有する第２の冷媒を収容している第２の冷凍回路と、上記の第２の冷媒が上記の第１の冷媒凝縮温度未満の温度で蒸発する満液式蒸発器であって、上記の第２の冷媒が上記の当該第１の冷媒から熱を吸収することによって上記の熱交換器内で蒸発する、満液式蒸発器と、を備える。
【０１３３】
本発明は、カスケード型冷凍システムを含み、このカスケード型冷凍システムは、複数の低温冷凍回路であって、各第１の低温冷凍回路が、可燃性であり、かつ約１５０以下のＧＷＰを有する第１の冷媒と、約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機と、上記の第１の冷媒が約−５℃〜約−１５℃温度範囲で凝縮する熱交換器と、を備える、複数の低温冷凍回路と、不燃性の中温冷媒を収容している中温冷凍回路と、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒凝縮温度未満の温度及び約−５℃〜約−１５℃の範囲で蒸発する満液式蒸発器であって、上記の中温冷媒は、上記の低温冷媒から熱を吸収することによって上記の熱交換器内で蒸発する、満液式蒸発器と、を備える。
【０１３４】
本発明は、カスケード型冷凍システムを含み、このカスケード型冷凍システムは、複数の低温冷凍回路であって、各第１の低温冷凍回路が、可燃性であり、かつ約１５０以下のＧＷＰを有する第１の冷媒と、約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機と、上記の第１の冷媒が約−５℃〜約−１５℃温度範囲で凝縮する熱交換器と、を備える、複数の低温冷凍回路と、最高約５００のＧＷＰを有する不燃性の中温冷媒を収容している中温冷凍回路と、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒凝縮温度未満の温度及び約−５℃〜約−１５℃の範囲で蒸発する満液式蒸発器であって、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒から熱を吸収することによって上記の熱交換器内で蒸発する、満液式蒸発器と、を備える。
【０１３５】
好ましい実施形態では、本発明はまた、カスケード型冷凍システムも含み、このカスケード型冷凍システムは、複数の低温冷凍回路であって、各低温冷凍回路が、約１５０以下のＧＷＰを有し、かつ少なくとも約５０重量％、又は少なくとも約７５重量％、又は少なくとも９５重量％、又は少なくとも９９重量％のＲ７４４、Ｒ２９０、Ｒ６００ａ、Ｒ１２７０、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ４５５Ａ、及びこれらの組み合わせを含む、可燃性の低温冷媒と、約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機と、上記の低温冷媒が約−５℃〜約−１５℃温度範囲で凝縮する熱交換器と、を備える、複数の低温冷凍回路と、中温冷媒を収容している中温冷凍回路であって、上記の中温冷媒が、不燃性である、中温冷凍回路と、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒凝縮温度未満の温度及び約−５℃〜約−１５℃の範囲で蒸発する満液式蒸発器であって、上記の中温冷媒は、上記の低温冷媒から熱を吸収することによって上記の熱交換器内で蒸発する、満液式蒸発器と、を備える。
【０１３６】
好ましい実施形態では、本発明はまた、カスケード型冷凍システムも含み、このカスケード型冷凍システムは、複数の低温冷凍回路であって、各低温冷凍回路が、約１５０以下のＧＷＰを有し、かつ少なくとも約５０重量％、又は少なくとも約７５重量％、又は少なくとも９５重量％、又は少なくとも９９重量％のＲ７４４、Ｒ２９０、Ｒ６００ａ、Ｒ１２７０、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ４５５Ａ、及びこれらの組み合わせを含む、可燃性の低温冷媒と、約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機と、上記の低温冷媒が約−５℃〜約−１５℃温度範囲で凝縮する熱交換器と、を備える、複数の低温冷凍回路と、中温冷媒を収容している中温冷凍回路であって、上記の中温冷媒が、不燃性であり、かつ最高約５００のＧＷＰを有する、中温冷凍回路と、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒凝縮温度未満の温度及び約−５℃〜約−１５℃の範囲で蒸発する満液式蒸発器であって、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒から熱を吸収することによって上記の熱交換器内で蒸発する、満液式蒸発器と、を備える。
【０１３７】
好ましい実施形態では、本発明はまた、カスケード型冷凍システムも含み、このカスケード型冷凍システムは、複数の低温冷凍回路であって、各低温冷凍回路が、約１５０以下のＧＷＰを有し、かつ少なくとも約５０重量％、又は少なくとも約７５重量％、又は少なくとも９５重量％、又は少なくとも９９重量％のＲ７４４、Ｒ２９０、Ｒ６００ａ、Ｒ１２７０、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ４５５Ａ、及びこれらの組み合わせを含む、可燃性の低温冷媒と、約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機と、上記の低温冷媒が約−５℃〜約−１５℃温度範囲で凝縮する熱交換器と、を備える、複数の低温冷凍回路と、中温冷媒を収容している中温冷凍回路であって、上記の中温冷媒が、最高約５００のＧＷＰを有し、かつ少なくとも約５０重量％、又は少なくとも約７５重量％、又は少なくとも８５重量％のＲ１２３４ｚｅ（Ｅ）を含む、不燃性である、中温冷凍回路と、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒凝縮温度未満の温度及び約−５℃〜約−１５℃の範囲で蒸発する満液式蒸発器であって、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒から熱を吸収することによって上記の熱交換器内で蒸発する、満液式蒸発器と、を備える。
【０１３８】
好ましい実施形態では、本発明はまた、カスケード型冷凍システムも含み、このカスケード型冷凍システムは、複数の低温冷凍回路であって、各低温冷凍回路が、約１５０以下のＧＷＰを有し、かつ少なくとも約５０重量％、又は少なくとも約７５重量％、又は少なくとも９５重量％、又は少なくとも９９重量％のＲ７４４、Ｒ２９０、Ｒ６００ａ、Ｒ１２７０、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ４５５Ａ、及びこれらの組み合わせを含む、可燃性の低温冷媒と、約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機と、上記の低温冷媒が約−５℃〜約−１５℃温度範囲で凝縮する熱交換器と、を備える、複数の低温冷凍回路と、中温冷媒を収容している中温冷凍回路であって、上記の中温冷媒が、最高約５００のＧＷＰを有し、かつ少なくとも約５０重量％、又は少なくとも約７５重量％、又は少なくとも８５重量％のＲ１２３４ｚｅ（Ｅ）及び約１０重量％〜約１５重量％のＲ２２７ｅａを含む、不燃性である、中温冷凍回路と、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒凝縮温度未満の温度及び約−５℃〜約−１５℃の範囲で蒸発する満液式蒸発器であって、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒から熱を吸収することによって上記の熱交換器内で蒸発する、満液式蒸発器と、を備える。
【０１３９】
好ましい実施形態では、本発明はまた、カスケード型冷凍システムも含み、このカスケード型冷凍システムは、複数の低温冷凍回路であって、各低温冷凍回路が、約１５０以下のＧＷＰを有し、かつ少なくとも約５０重量％、又は少なくとも約７５重量％、又は少なくとも９５重量％、又は少なくとも９９重量％のＲ７４４、Ｒ２９０、Ｒ６００ａ、Ｒ１２７０、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ４５５Ａ、及びこれらの組み合わせを含む、可燃性の低温冷媒と、約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機と、上記の低温冷媒が約−５℃〜約−１５℃温度範囲で凝縮する熱交換器と、を備える、複数の低温冷凍回路と、中温冷媒を収容している中温冷凍回路であって、当該中温冷媒が、最高約５００のＧＷＰを有し、かつ約８８重量％のＲ１２３４ｚｅ（Ｅ）及び約１２重量％のＲ２２７ｅａを含む、不燃性である、中温冷凍回路と、上記の中温冷媒が上記の低温冷媒凝縮温度未満の温度及び約−５℃〜約−１５℃の範囲で蒸発する満液式蒸発器であって、上記の中温冷媒は、上記の低温冷媒から熱を吸収することによって上記の熱交換器内で蒸発する、満液式蒸発器と、を備える。
【０１４０】
満液カスケード型冷凍システム−代替物
カスケード型冷凍システムに関する上記の代替物は、満液式カスケード型冷凍システムに十分に等しく当てはまり、第１及び第２の冷凍回路、回路インターフェース位置、及び熱交換器という用語は、同等である。他の代替物は、周囲冷却ブランチ４５１の除去及び／又は満液式システムの直接膨張式システムへの転換を含む。
【０１４１】
周囲冷却ブランチ４５１が圧縮機ブランチ全体ではなく圧縮機４１１のみをバイパスするように、周囲冷却ブランチが短く、かつ単純化され得る、システム４００の更に他の変更が想定される。この構成を図４Ａに示す。
【０１４２】
図４Ａは、以下を除いて、図４に関する説明と大部分が同じである冷凍システム４００を示す。
−もはや必要とされないので、図４のチラー４５２が存在しない。
これは、周囲冷却ブランチ４５１がチラー４１３をもはやバイパスしないので、周囲冷却ブランチ専用のチラーを必要としないからである。
−もはや必要とされないので、第１の制御可能な弁４４０が存在しない。これは、周囲冷却ブランチ４５１からの冷媒を、ブランチの接合部に接触させるのではなく、単純に、チラー４１３ラインに送給するからである。
−周囲冷却ブランチ４５１が、第２の制御可能な弁４４１と、圧縮機４１１とチラー４１３との間のラインとの間で、圧縮機４１１と並列に接続されている。
【０１４３】
有利なことに、短くした周囲冷却ブランチを使用することで、すなわち、ブランチを受容器出口から凝縮器入口へとルーティングすることで、第１に、受容器ポンプの入口にはチラー及び第１の制御可能な弁がもはや必要とされないことによる回路の簡略化、並びに第２に、周囲冷却ブランチのための余分の配管の量、及び構成要素の数が低減され、したがって、材料コストが低減されることによるより低コストの回路、がもたらされる。
【０１４４】
本明細書に含まれる教示の観点から当業者には明らかであるように、好ましいモジュール式第１の冷凍回路設計によって、本発明の好ましい実施形態の冷凍システムは、第２の冷凍回路において、比較的低いＧＷＰを有する不燃性低圧冷媒の使用を可能にする。更に、システム４００は、第１の冷凍回路において、低ＧＷＰを有する可燃性低圧冷媒の使用を可能にする。更に、周囲冷却ブランチの使用によって、システムは、低減されたエネルギーの使用を提供する。なお更に、その満液式設計によって、システムは、向上したシステム効率を提供する。したがって、環境への影響が低減された冷凍システムは、低減されたＧＷＰ冷媒の使用、低減されたエネルギーの使用、及び向上したシステム効率を通して提供される。
【０１４５】
吸気ライン熱交換器
本開示の一部を形成するシステムのいずれかの更なる可能性のある変更の例は、任意の数の内蔵された冷凍回路が、吸気ライン熱交換器（ＳＬＨＸ）を含み得ることである。
【０１４６】
より具体的には、システム２００内の第１の冷凍回路２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃのうちのいずれかは、ＳＬＨＸを含んでよく、第１の冷凍回路４２０ａ、４２０ｂのうちのいずれかは、ＳＬＨＸを含んでよい。比較のために、図７Ａは、ＳＬＨＸを有しない冷凍回路７００を示し、一方で、図７Ｂは、ＳＬＨＸ７６０を有する冷凍回路７５０を示す。
【０１４７】
図５Ａの回路７００は、圧縮機７１０と、熱交換器７２０と、膨張弁７３０と、蒸発器７４０と、を有する。圧縮機７１０、熱交換器７２０、膨張弁７３０、及び蒸発器７４０は、直列に、列挙された順序で接続されている。使用中に、冷凍回路７００は、先に説明したように機能する。
【０１４８】
図５Ｂの回路７５０は、回路７００と同じ構成要素を有するが、追加のＳＬＨＸ７６０が加えられる。ＳＬＨＸは、蒸発器７４０及び圧縮機７１０を接続しているラインと、熱交換器７２０及び膨張弁７３０を接続しているラインとの間の熱交換インターフェースを提供する。換言すれば、ＳＬＨＸ７６０は、蒸発器７４０及び圧縮機７１０を接続しているライン（本明細書で蒸気ラインと称される）と、熱交換器７２０及び膨張弁７３０を接続しているライン（本明細書で液体ラインと称される）との間に位置付けられる。
【０１４９】
使用中に、ＳＬＨＸは、熱交換器７２０の後の液体ラインから蒸発器７４０の後の蒸気のラインに熱を伝達する。これは、２つの効果をもたらし、すなわち、第１に、回路７００の効率の向上、及び第２に、回路７００の効率の低減を行う。
【０１５０】
第１に、有利なことに、液体ライン側−すなわち高圧側−では、液体冷媒の過冷却が増加する。これは、余分な熱が液体膨張側に排出されるからであり、これは膨張弁７３０に入る冷媒の温度を低下させる。この追加の過冷却は、膨張弁７３０の後の蒸発器７４０においてより低い入口の質につながる。これは、エンタルピーの差を増加させるので、蒸発器７４０の段において冷媒が熱を吸収する能力が向上する。したがって、蒸発器７４０の性能が向上する。
【０１５１】
第２に、不都合には、蒸気ライン側−すなわち低圧側−では、蒸発器７４０を出る冷媒が液体ラインから余分な熱を受容し、これが、事実上、過熱を増加させる。これは、より高い吸気ライン温度をもたらす。圧縮機７１０へのより高い吸気ライン温度の結果、圧縮プロセスのエンタルピー差が増加する。これは、冷媒を圧縮するために必要な圧縮機の電力を増加させる。したがって、これは、システムの性能に有害な影響を及ぼす。
【０１５２】
要約すると、ＳＬＨＸを導入することが全体的な有益効果をもたらすかどうかを判定するために、改善された蒸発器能力の第１及び第２の効果、並びに改善された圧縮機電力要件の両方を考慮することが必要である。Ｒ７１７などの特定の冷媒の場合、ＳＬＨＸの使用は、システム効率の全体的な低下につながる。しかしながら、対照的に、ＳＬＨＸの使用は、本明細書でシステム２００及び３００として図面に例示されるタイプのシステムの全体的な好影響につながる。
【０１５３】
サポートデータ
ここで、本開示の様々な構成の技術的効果を示すこと、及び、当業者が様々な構成を実践する際に援助することを意図するデータを提示する。
【０１５４】
表１は、冷凍システムにおけるＲ５１５Ａ冷媒及びＲ７４４冷媒の比率を変動させた場合の全体的なＧＷＰを示し、１は、最大の組み合わせ値、すなわち１００％である。第５回気候変動に関する政府間パネルによれば、Ｒ５１５Ａは、４０３のＧＷＰを有し、Ｒ７５５は、１のＧＷＰを有する。したがって、比率が０のＲ５１５Ａ及び比率が１のＲ７４４の全体的なＧＷＰは、１［（１×１）＝１］である。逆に、比率が０．０５のＲ５１５Ａ及び比率が０．９５のＲ７５５の全体的なＧＷＰは、２１．１［（０．０５×４０３）＋（０．９５×１）＝２１．１］である。このようにして、表１は、ＧＷＰ基準を考慮した電荷比制限事項を示す。
【０１５５】
【表１】
2020525745.tif 000003
【０１５６】
図６は、グラフィカル形態で表１のデータを示す。Ｒ５１５Ａの比率をｘ軸に示し、全体的なＧＷＰをｙ軸に示す。このグラフから、Ｒ５１５Ａ及びＲ７４４の相対比率とＧＷＰとの正比例関係が存在することは明らかであり、Ｒ５１５Ａの比率が増加するにつれて、システムのＧＷＰが増加する。これは、Ｒ５１５ＡがＲ７４４よりも非常に高いＧＷＰを有するからである。正比例の関係は、比率が０のＲ５１５Ａでの１のＧＷＰから比率が１のＲ５１５Ａでの約４００のＧＷＰまで進むグラフ上の直線によって示される。このグラフから、好ましい実施形態において１５０の最大の許容されたシステムＧＷＰが、重量比率が約０．３５のＲ５１５Ａにおいて見出されることは明らかである。
【０１５７】
表２は、Ｒ１２３３ｚｄ（Ｅ）冷媒、比率が５０重量％のＲ１２３３ｚｄ（Ｅ）及び比率が５０重量％のＲ１２３４ｚｅの混合物、並びに３３重量％のＲ１２３３ｚｄ（Ｅ）及び６７重量％のＲ１２３４ｚｅの混合物、に関する、沸騰温度を変動させた際の沸騰圧力温度を示す。
【０１５８】
【表２】
2020525745.tif 000004
【０１５９】
試験冷凍システムは、屋内の冷媒によって動作する。Ｒ１２３３ｚｄ（Ｅ）、ｔｒａｎｓＨＣＦＯ−１２３３ｚｄ、及びＲ１２３４ｚｅは、ｔｒａｎｓＨＦＯ−１２３４ｚｅである。
【０１６０】
表２の結果は、ｔｒａｎｓＨＦＯ−１２３４ｚｅの量が少なくとも５０重量％である組成は、屋内の回路が１気圧を超える圧力の下で動作することを可能にすることを示す。そのような低圧システムは、パージシステム−システムの複雑さを援助する−の必要性を回避するので、一方で、同時に、比較的低コストの容器及び導管の使用を可能にするために十分に低いシステム圧力を提供するので有利である。なお更に、低圧は、他の場合に高圧システムにおいて起こり得る冷媒漏れを回避する。
【０１６１】
混合物中のＲ１２３３ｚｄ（Ｅ）及びＲ１２３４ｚｅの比率が変動する別の特性は、冷凍システムからの漏れが生じた場合の冷媒の燃焼性である。表３は、Ｒ１２３３ｚｄ（Ｅ）及びＲ１２３４ｚｅの混合物の様々な重量組成、並びに各組成のそれぞれの燃焼性を示す。表３から明らかなように、米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）６８１に従って測定したときに、６７重量％を超えるｔｒａｎｓＨＦＯ−１２３４ｚｅを有する配合物は、可燃性である。
【０１６２】
【表３】
2020525745.tif 000005
【０１６３】
表４ａは、本開示において先に述べていないが、表４ｂにおいて考慮される配合物を示す。
【０１６４】
【表４ａ】
2020525745.tif 000006
【０１６５】
表４ｂは、図１Ｂに関して記載した機械的過冷却器を伴わない比較の冷凍システム（「比較実施例」）、機械的過冷却器を有する図１Ｂに関して記載した比較の冷凍システム（「機械的過冷却器を有する比較実施例」）、図２に関して記載したカスケード型冷凍システム（「オプション１」）、及び図４に関して記載した満液カスケード型冷凍回路（「オプション２」）、の異なる冷媒の組み合わせに関する特性の比較を示す。
【０１６６】
【表４ｂ】
2020525745.tif 000007
【０１６７】
表４ｂは、各システムの成績係数（ＣＯＰ）に関する情報を含む。ＣＯＰは、システムに入力された仕事に対するシステムから出力された有用な冷却の比である。ＣＯＰが高いということは、動作コストが低いということと同じである。相対ＣＯＰは、比較実施例の冷凍システムに対するＣＯＰである。
【０１６８】
表４ｂから、ＣＯＰに関するその値が全ての場合において他のシステムに関する値よりも高いので、満液式カスケード型冷凍回路が、最良のＣＯＰを達成することは明らかである。
【０１６９】
表４ｂに示される結果は、以下の仮定に基づくものであり、表中、ＭＴは、中温（第２の冷凍回路）を意味し、ＬＴは、低温（第１の冷凍回路）を意味し、単位は、所与のとおりである。
●比較実施例のＲ４０４Ａは、ＭＴシステムとＬＴシステムとを組み合わせた
●負荷分布
○ＬＴ：１／３（３３，０００Ｗ）
○ＭＴ：２／３（６７，０００Ｗ）
●容積効率：ＭＴ及びＬＴのどちらも９５％
●断熱効率
○Ｒ４０４Ａ：ＭＴ／ＬＴ、０．７２／０．６８
○Ｒ１３４ａ：ＭＴ、０．６８７
○Ｒ７４４：ＬＴ、０．６７１
●凝縮温度：１０５Ｆ
●ＭＴ蒸発温度：２０Ｆ（内蔵されたユニットでは、より少ない圧力低下により２２Ｆ）
●ＬＴ蒸発温度：−２５Ｆ
●蒸発器過熱：１０Ｆ
●吸気ライン温度上昇
○比較実施例：ＭＴ：２５Ｆ、ＬＴ：５０Ｆ
○カスケード／内蔵型：ＭＴ：１０Ｆ、ＬＴ：２５Ｆ（内蔵されたユニットは、より短いラインを有し、したがってより少ない熱侵入を有する）
○カスケード／ポンプ型：ＭＴ：１０Ｆ、ＬＴ：２５Ｆ
●使用時のＳＬＨＸ効率：３５％
●機械的過冷却器出口温度：５０Ｆ
【０１７０】
この例（３３，０００ワット）のＬＴ負荷は、多数の小型圧縮機の累積電力定格によって、好ましい本発明の態様に従って提供されることを理解するであろう。例えば、冷凍システムのＬＴ部分が約１５００ワット（約２馬力）に定格された圧縮機を使用する場合、多数（例えば、２０台）のそのような小型圧縮機が本発明に従って使用される。対照的に、中温システムによって担持される圧縮機負荷は、６７，０００ワット（約９０馬力）の冷却を提供するために直列のより大型の圧縮機（５馬力以上の電力評価を有する）によって取り扱うことができることが想到される。
【０１７１】
表５は、カスケード型冷凍システム内の冷媒の異なる組み合わせに関する、及び第２の冷凍回路（中温ステージ）内の吸気ライン液体ライン（ＳＬＨＸ）を有する、図１を参照して説明した比較実施例の冷凍システムと、図２を参照して説明したカスケード型冷凍システムとの特性の比較を示す。表４ｂのように、表５は、各システムの実際の及び相対ＣＯＰに関する情報を含む。
【０１７２】
【表５】
2020525745.tif 000008
【０１７３】
表５から、ＳＬＨＸを使用することによって、ＳＬＨＸを使用しないものと比較してより高いＣＯＰが達成されることは明らかである。これは、カスケード型冷媒システム内の冷媒の同じ組み合わせについて、ＣＯＰに関する値が、表４ｂよりも表５において高いことによって示されている。
【図１Ａ】
2020525745.tif 000009
【図１Ｂ】
2020525745.tif 000010
【図２】
2020525745.tif 000011
【図３】
2020525745.tif 000012
【図４】
2020525745.tif 000013
【図４Ａ】
2020525745.tif 000014
【図５Ａ】
2020525745.tif 000015
【図５Ｂ】
2020525745.tif 000016
【図６】
2020525745.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】令和2年2月17日(2020.2.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１Ａ】
2020525745.tif 000018
【図１Ｂ】
2020525745.tif 000019
【図２】
2020525745.tif 000020
【図３】
2020525745.tif 000021
【図４】
2020525745.tif 000022
【図４Ａ】
2020525745.tif 000023
【図５Ａ】
2020525745.tif 000024
【図５Ｂ】
2020525745.tif 000025
【図６】
2020525745.tif 000026
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カスケード型冷凍システムであって、
（ａ）複数の低温冷凍回路であって、各低温冷凍回路が、
（ｉ）約１５０以下のＧＷＰを有する可燃性の低温冷媒と、
（ｉｉ）約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機と、
（ｉｉｉ）前記可燃性の低温冷媒が約−５℃〜約−１５℃の温度範囲で凝縮する熱交換器と、を備える、複数の低温冷凍回路と、
（ｂ）前記低温冷媒凝縮温度未満の、かつ約−５℃〜約−１５℃の範囲の温度で蒸発する不燃性の中温冷媒を含む中温冷凍回路であって、前記中温冷媒が前記低温冷凍回路の前記可燃性の冷媒から熱を吸収することによって前記熱交換器内で蒸発する、中温冷凍回路と、を備える、カスケード型冷凍システム。
【請求項２】
カスケード型冷凍システムであって、
（ａ）複数の低温冷凍回路であって、各低温冷凍回路が、
（ｉ）約１５０以下のＧＷＰを有する可燃性の低温冷媒と、
（ｉｉ）約２馬力以下の馬力定格を有する圧縮機と、
（ｉｉｉ）前記可燃性の低温冷媒が約−５℃〜約−１５℃の温度範囲で凝縮する熱交換器と、を備える、複数の低温冷凍回路と、
（ｂ）前記低温冷凍回路内の前記可燃性の冷媒から熱を吸収することによって、前記熱交換器内で蒸発する不燃性の中温冷媒を含む中温冷凍回路であって、前記熱交換器が、満液式熱交換器であり、前記不燃性の中温冷媒が前記低温冷媒凝縮温度未満及び約−５℃〜約−１５℃の範囲の温度を蒸発させる、中温冷凍回路と、を備える、カスケード型冷凍システム。
【請求項３】
各冷凍回路が、モジュール式冷凍ユニット内にあり、前記モジュール式冷凍ユニットのうちの少なくとも１つが、一般に開放されている第１の領域内に配置されていて、
中温冷凍システムが、低温冷凍ユニットの実質的に完全に外側に配置され、前記可燃性の低温冷媒が、少なくとも約７５重量％のＲ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ４５５Ａ、及びこれらの組み合わせ、及び前記不燃性の中温冷媒が、Ｒ５１５Ａである事を含む、請求項２に記載のカスケード型冷凍システム。
【国際調査報告】
2020525745.tif 000027
2020525745.tif 000028