JP2011196579A

JP2011196579A - Ｃｏ２液化ユニット及び食品冷凍設備、並びに既設食品冷凍設備の改造方法

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Publication number: JP2011196579A
Application number: JP2010061277A
Authority: JP
Inventors: Kazuji Ishizu; 一二石津; Toru Ota; 徹太田; Shigeyuki Nagao; 重幸長尾; Masanori Kanbe; 雅範神戸
Original assignee: Mayekawa Manufacturing Co
Current assignee: Mayekawa Manufacturing Co
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2011-10-06
Anticipated expiration: 2030-03-17
Also published as: JP5512339B2

Abstract

【課題】フロン系冷媒を用いた既設食品冷凍設備を、大幅な改造をせず地球環境に無害な冷凍設備に切り替えることを可能とした。
【解決手段】機械室１０にフロン系冷凍回路２０が配置され、食品冷凍室１にフロン系冷媒により冷却されたＣＯ_２冷媒で食品を凍結させる空気冷却器２が配置されている食品冷凍設備に設けられたＣＯ_２液化ユニット３０であって、該ＣＯ_２液化ユニット３０は、機械室１０側に設けられ、フロン系冷凍回路２０にて凝縮液化後に膨張されたフロン系冷媒が供給されるサージタンク３１と、サージタンク３１からのフロン系冷媒が通流するカスケードコンデンサ３５と、カスケードコンデンサ３５にてフロン系冷媒により冷却されて液化したＣＯ_２冷媒を貯留するＣＯ_２受液器３７とが上方から順に配置された竪型構造を有し、ＣＯ_２受液器３７のＣＯ_２冷媒を空気冷却器２に循環させる構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、フロン系冷媒使用の冷凍サイクルを熱源として食品の凍結を行なう食品冷凍設備が備えるＣＯ_２液化ユニット及び該食品冷凍設備、並びに既設食品冷凍設備の改造方法に関する。

一般に、フロン系冷媒は、分子構造上から特定フロンであるＣＦＣ（クロロフルオロカーボン）と、その代替用途で開発されたフロンであるＲ−２２等ＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）及び代替フロンと一般に呼称されるＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）とに分類される。ＣＦＣ冷媒は化学的に安定なため分解しにくく、成層圏で初めて分解され、そこで発生した塩素がオゾン層を破壊するため１９９５年末に全廃されている。

一方、ＨＣＦＣ冷媒は、化学的にＣＦＣ冷媒ほど安定でないため、成層圏まで達する量が少なく、オゾン層に与える影響がＣＦＣ冷媒の１／２０程度であるが、２０１０年からは１９８９年比で２５％まで生産量及び消費量が規制される。
また、ＨＦＣ冷媒は分子中に塩素を含まないため、オゾン層を破壊しない冷媒であり、ＣＦＣやＨＣＦＣに代わって使用され出した冷媒である。しかし、ＨＣＦＣ冷媒と同様に、ＣＯ_２に比べ数百〜１万倍以上の温室効果をもつことから、これらのフロン系冷媒も地球温暖化の一つの要因として取り上げられ使用上の規制が強化されつつある。

ここで、従来例を示す図６及び図７を参照して、フロン系冷媒を用いて食品の凍結を行なう食品冷凍設備につき説明する。
図６は蒸発式凝縮器５２を備えた食品冷凍設備の構成例である。この食品冷凍設備は、フロン系冷媒使用の冷凍サイクルを備えている。冷凍機（圧縮機）５１で圧縮されたフロン系冷媒は、蒸発式凝縮器５２で凝縮されて液化した後、フロン系高圧受液器５３を介して膨張弁５４に供給されて膨張し、低圧液化したフロン系冷媒は空気冷却器５５で蒸発潜熱により周囲の冷凍空間を冷却した後、冷凍機５１に戻される。そして、空気冷却器５５で冷却された冷却用空気によって食品冷凍室５６の冷凍空間が冷却され、例えば図示されるようにスパイラルコンベア５７上を搬送される食品５８が凍結されるようになっている。
図７は水冷式凝縮器６２を備えた食品冷凍設備の構成例である。この食品冷凍設備は、図６に示した冷凍設備とは凝縮器の構成が異なっており、冷却塔６１で冷却した冷却水をポンプで水冷式凝縮器６２に送り、この水冷式凝縮器６２でフロン系冷媒を凝縮する構成となっている。

従来は上記したようなフロン系冷媒を用いた冷凍設備が多く普及していたが、今後の冷媒問題を考慮して、産業分野においては新規に製造される冷凍設備には地球環境にやさしい自然冷媒を使用することが推進されている。特に一般消費者への対応を重視する観点からも、食品産業の分野においては食品等の凍結を行なう冷凍設備には自然冷媒を使用することが望まれている。しかし、既設のフロン系冷媒を用いた冷凍設備の自然冷媒使用への転換は、改造工事に手間がかかり費用も嵩むことから、進んでいないのが実状である。

そこで、特許文献１（特開２００８−１５７４８１号公報）には、食品や飲料水等の被冷却物を冷却するための冷却設備であって、既設のＲ−２２等フロン系冷媒を用いたブライン冷却設備のブライン循環量を削減可能とし、かつ自然冷媒及びブラインのポンプ動力を低減可能とする自然冷媒冷却設備への改造方法が開示されている。これは、アンモニア冷媒使用の冷凍回路と、二酸化炭素使用の冷凍回路とをカスケードコンデンサを介して接続し、被冷却対象物を冷却するブライン循環ライン側に二酸化炭素冷凍回路を配置し、既存のフロン冷凍回路から前記二酸化炭素冷凍回路に切り替えるようにしている。

特開２００８−１５７４８１号公報

上記したように、近年、フロン系冷媒を用いた冷凍設備においては、地球環境に与える影響が大きいことから規制が進みつつあるが、既設のフロン系冷媒を用いた冷凍設備の自然冷媒使用への転換は、改造工事に手間がかかり費用も嵩むことから、設備を総入れ替えすることは困難であった。
また、食品分野においては、食品冷凍室内に配置される空気冷却器は食品冷凍室内を循環する空気を介して直接食品に接するため、日常の生産機械の衛生管理として清浄維持の洗浄が行われている。しかし、洗浄によって空気冷却器のフィンや配管等が損傷したり耐久性が低下したりすることがあるため、食品への異物混入及びフロン系冷媒の漏出のおそれがある。

そこで、特許文献１に記載される構成を採用することにより、フロン系冷媒を使用する必要がなくなり、地球環境保全の観点からは有効であるが、フロン系冷凍回路を完全に撤去してアンモニア等自然冷媒を使用した冷凍回路と二酸化炭素冷凍回路とに切り替えることは大幅な改造となり、また既存設備で使用していたフロン系冷媒を援用することができないため、コストが増大してしまうという問題があった。

したがって、フロン系冷媒の漏出等の問題を引き起こすことなくこのフロン系冷媒を有効に使用継続でき、コストが安価で地球環境に無害な冷凍設備が望まれている。
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、フロン系冷媒を用いた既設の食品冷凍設備を、大幅な改造をせず地球環境に無害な冷凍設備に切り替えることができるＣＯ_２液化ユニット及び食品冷凍設備、並びに既設食品冷凍設備の改造方法を提供する。

上記の課題を解決するために、本発明に係る食品冷凍設備のＣＯ_２液化ユニットは、機械室又は該機械室に隣接する屋外若しくは屋上（以下、機械室等と略称する）に、フロン系冷媒使用の冷凍サイクルを構成するフロン系冷凍回路が配置されているとともに、食品冷凍室に前記フロン系冷媒により冷却されたＣＯ_２冷媒を用いて食品を凍結させる空気冷却器が配置されている食品冷凍設備に設けられたＣＯ_２液化ユニットであって、前記ＣＯ_２液化ユニットは前記機械室等に設けられ、該ＣＯ_２液化ユニットは、前記フロン系冷凍回路にて凝縮液化後に膨張されたフロン系冷媒が供給されるサージタンクと、前記サージタンクからの前記フロン系冷媒が通流するカスケードコンデンサと、前記カスケードコンデンサにて前記フロン系冷媒により冷却されて液化したＣＯ_２冷媒を貯留するＣＯ_２受液器とが上方から順に配置された竪型構造を有し、前記ＣＯ_２受液器の前記ＣＯ_２冷媒を前記空気冷却器に循環させる構成としたことを特徴とする。

本発明によれば、サージドラムとカスケードコンデンサとＣＯ_２受液器とからＣＯ_２液化ユニットを構成することにより、既設の食品冷凍設備にこのＣＯ_２液化ユニットを追設することで既存設備を大幅に改造することなく地球環境に無害な冷凍設備へ簡単に切り替えることが可能となる。
また、ＣＯ_２液化ユニットは、サージドラム、カスケードコンデンサ、ＣＯ_２受液器の順に高さ位置が低くなるように配置した竪型構造とすることにより、サージドラムとカスケードコンデンサ間でフロン系冷媒を自然循環させることができ、且つカスケードコンデンサとＣＯ_２受液器との間でＣＯ_２冷媒を自然循環させることができ、ポンプの設置コストや動力コストを削減可能となる。さらに、ＣＯ_２液化ユニットを竪型とすることにより設置面積を小さくすることができ、既存の冷凍設備を大幅に拡張することなく機械室側にＣＯ_２液化ユニットを容易に追設することが可能となる。
なお、フロン系冷媒とは、ＣＦＣ（クロロフルカーボン）、ＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）類、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）類を含む。

また、前記サージドラムと前記カスケードコンデンサとを接続する前記フロン系冷媒の配管、及び前記カスケードコンデンサと前記ＣＯ_２受液器とを接続する前記ＣＯ_２冷媒の配管の少なくとも何れかの機器の配管構造において、主として液体が通流する配管は、配管入口側が前記機器の下部に接続され、主としてガスが通流する配管は、配管入口側が前記機器の上部に接続されていることが好ましい。
このように、ＣＯ_２液化ユニットの各機器（サージドラム、カスケードコンデンサ、ＣＯ_２受液器）の配管構造において、主として液体が通流する配管は、配管入口側を前記機器の下部に接続することで、ポンプ等を使用せずに液体の冷媒を循環することができる。また、主としてガスが通流する配管は、配管入口側を前記機器の上部に接続することで、機器上部に溜まったガスのみを他の機器に循環することができる。

さらに、前記カスケードコンデンサが、プレートシェル型熱交換器であることが好ましい。
プレートシェル型熱交換器はコンパクトな構成であるため、機械室内の、既設のフロン系冷凍回路の近傍に設置可能であり、−４０℃のＣＯ_２液の粘度は非常に小さいため電気的にも消費電力の小さいＣＯ_２液ポンプの追加のみで済み、特に電気設備の変更を必要としないため設置が容易である。

また、本発明に係る食品冷凍設備は、上記したＣＯ_２液化ユニットと、前記フロン系冷媒が順に循環する冷凍機、凝縮器、フロン系高圧受液器、膨張弁又は液面制御弁を含むフロン系冷凍回路と、前記フロン系冷凍回路の前記フロン系冷媒で冷却された前記ＣＯ_２冷媒を循環させるＣＯ_２循環ラインとが機械室等に配置されているとともに、前記ＣＯ_２循環ラインに介装された空気冷却器と、前記空気冷却器により冷却される冷凍空間とが食品冷凍室に配置されていることを特徴とする。

この食品冷凍設備では、機械室等のフロン系冷凍回路の近傍にＣＯ_２液化ユニットを設け、空気冷却器をＣＯ_２冷媒の圧力に対応する構成とし、該ＣＯ_２液化ユニットと該空気冷却器との間にＣＯ_２循環ラインを構成している。
ＣＯ_２液化ユニットにはフロン系冷凍回路の蒸発器を構成するカスケードコンデンサが含まれており、ＣＯ_２冷媒を自然循環させる循環ラインをカスケードコンデンサとＣＯ_２液化ユニット内のＣＯ_２受液器との間で形成する。カスケードコンデンサでフロン系冷媒の蒸発潜熱によってＣＯ_２冷媒を液化し、液化したＣＯ_２冷媒はＣＯ_２受液器を介してＣＯ_２循環ラインにより食品冷凍室内に配置された空気冷却器に送られる。ＣＯ_２冷媒は一部蒸発して周囲から蒸発潜熱を奪うことにより、食品冷凍室内の雰囲気を冷却する。一部気化したＣＯ_２冷媒はＣＯ_２受液器に戻り、カスケードコンデンサでフロン系冷媒により冷却され液化する。
このような構成とすることにより、フロン系冷媒はフロン系冷凍回路とこの近傍のＣＯ_２液化ユニットとの循環ラインに封入されるため、フロン系冷媒の充填量が少量で済み、フロン系冷媒が外部に漏れるおそれもほとんど無くなり、地球環境に無害な食品冷凍設備を提供することが可能となる。

さらに、本発明に係る既設食品冷凍設備の改造方法は、機械室等にフロン系冷媒使用の冷凍サイクルを構成するフロン系冷凍回路が配置されているとともに、食品冷凍室に前記フロン系冷媒を用いて食品を凍結させる空気冷却器が配置され、前記フロン系冷凍回路と前記空気冷却器の間にフロン系循環ラインが設けられた既設食品冷凍設備の改造方法において、前記機械室等に、前記フロン系冷凍回路に介装され該冷凍回路で凝縮液化後に膨張されたフロン系冷媒が供給されるサージタンクと、前記サージタンクからの前記フロン系冷媒が通流するカスケードコンデンサと、前記カスケードコンデンサにて前記フロン系冷媒により冷却されて液化したＣＯ_２冷媒を貯留するＣＯ_２受液器とが上方から順に配置された竪型構造を有するＣＯ_２液化ユニットを配設する第１のステップと、前記フロン系循環ラインを、前記ＣＯ_２受液器と前記空気冷却器の間を接続したＣＯ_２循環ラインに切り替える第２のステップとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、フロン系冷凍回路を撤去することなく、この冷凍回路をそのままＣＯ_２循環ラインの熱源として利用するようにし、フロン系冷媒が循環する冷凍サイクルを最小限に縮小しているため、Ｒ−２２等フロン系冷媒の規制が一段と強化されても問題なく、地球環境に無害な冷凍設備を提供可能としている。
また、上記したように食品冷凍室内に配置される空気冷却器は、食品冷凍室内を循環する空気を介して直接食品に接するため、日常の生産機械の衛生管理として清浄維持の洗浄が行われる。そのため食品冷凍室内に配置される空気冷却器は、定期的に更新される。それに反して、食品冷凍室の熱源となる冷凍サイクルを構成する冷凍装置は、稼働時間の積算を基に軸受等を定期的に交換することにより故障することなく長期に亘って使用可能であり、生産ラインの更新等の生産規模等の変更がない限り更新されることはない。冷凍装置に比べて短期間で更新となる空気冷却器の更新時期に合わせて、本発明の改造方法を採用することにより、既設の食品冷凍設備を大幅に改造することなく地球環境に無害な設備への改造が可能となる。

以上記載のように本発明によれば、サージドラムとカスケードコンデンサとＣＯ_２受液器とからＣＯ_２液化ユニットを構成することにより、既設の食品冷凍設備にこのＣＯ_２液化ユニットを追設することで既存設備を大幅に改造することなく地球環境に無害な冷凍設備へ簡単に切り替えることが可能となる。
また、ＣＯ_２液化ユニットは、サージドラム、カスケードコンデンサ、ＣＯ_２受液器の順に高さ位置が低くなるように配置した竪型構造とすることにより、サージドラムとカスケードコンデンサ間でフロン系冷媒を自然循環させることができ、且つカスケードコンデンサとＣＯ_２受液器との間でＣＯ_２冷媒を自然循環させることができ、ポンプの設置コストや動力コストを削減可能となる。さらに、ＣＯ_２液化ユニットを竪型とすることにより設置面積を小さくすることができ、既存の冷凍設備を大幅に拡張することなく機械室側にＣＯ_２液化ユニットを容易に追設することが可能となる。

本発明に係る食品冷凍設備の基本構成図である。ＣＯ_２液化ユニットを示す構成図である。ＣＯ_２液化ユニットを示す図であり、（Ａ）は側面図で、（Ｂ）は正面図である。本発明の第１実施形態に係る食品冷凍設備の全体構成図である。本発明の第２実施形態に係る食品冷凍設備の全体構成図である。従来の蒸発式凝縮器を備えた食品冷凍設備の全体構成図である。従来の空冷式凝縮器を備えた食品冷凍設備の全体構成図である。

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。
図１は本発明に係る食品冷凍設備の基本構成図である。この食品冷凍設備は、食品（飲料を含む）を凍結するための冷凍設備である。食品は調理済みのものも未調理のものも含む。
食品冷凍設備は、食品の凍結を行なう食品冷凍室１と、食品冷凍室１を冷却するための冷熱を生成する機械室１０とを備えている。

食品冷凍室１は、空気冷却器２と、スパイラルコンベア３とを有している。
前記空気冷却器２は、後述するＣＯ_２液化ユニットから循環されるＣＯ_２冷媒により食品冷凍室１の冷凍空間を冷却する。
前記スパイラルコンベア３は、食品を搬送する手段である。なお、搬送手段はこれに限定されるものではない。
上記した構成を備える食品冷凍室１では、スパイラルコンベア３により搬送される食品を、空気冷却器２から送風される冷却用空気により凍結させるようになっている。

機械室１０は、フロン系冷媒使用の冷凍サイクルを構成するフロン系冷凍回路２０と、フロン系冷凍回路２０と食品冷凍室１の空気冷却器２との間に設けられたＣＯ_２液化ユニット３０とを備えている。なお、本実施形態では一例として、凝縮器２２、蒸発式凝縮器２５、冷却塔２７を除く機器を機械室１０内に配置した構成を示しているが、各機器の設置場所はこれに限定されるものではなく、ＣＯ_２液化ユニット３０、フロン系冷凍回路２０を含む各機器は、機械室１０又は該機械室１０に隣接する屋外若しくは屋上に設置することができる。

上記フロン系冷凍回路２０は、冷凍機（圧縮機）２１と、凝縮器２２と、フロン系高圧受液器２３と、液冷却器２４とを有している。
前記冷凍機２１は、フロン系冷媒を圧縮する手段で、多段で構成されていてもよい。
前記凝縮器２２は、冷凍機２１で圧縮されたフロン系冷媒ガスを凝縮させ液化する。凝縮器２２は、水冷式、空冷式、蒸発式のいずれを用いてもよい。
前記フロン系高圧受液器２３は、フロン系冷媒液が貯留され、主に負荷変動による冷媒量の変化を調整する。
前記液冷却器２４は、フロン系冷媒液を過冷却する手段であり、必要に応じて選択的に設置される。
なお、フロン系冷媒とは、ＣＦＣ（クロロフルカーボン）、ＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）類、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）類を含む。

上記ＣＯ_２液化ユニット３０は、サージドラム３１と、油戻し器３２と、膨張弁３３と、カスケードコンデンサ（ＣＯ_２液化器）３５と、ＣＯ_２受液器３７と、ＣＯ_２液循環ポンプ３８とを有する。
前記サージドラム３１は、液冷却器２４から膨張弁３３を介して供給されるフロン系冷媒液と、カスケードコンデンサ３５から戻ってきたフロン系冷媒ガスとを混合して、気液混合体をガスと液体とに分離し、フロン系冷媒ガスを冷凍機２１に戻してフロン系冷媒液をカスケードコンデンサ３５に送る。
前記油戻し器３２は、サージドラム３１に溜まった冷凍機油を冷凍機２１に戻す。
前記膨張弁３３は、液冷却器２４からの高圧のフロン系冷媒液を膨張させ、低圧のフロン系冷媒液をサージドラム３１に供給する。なお、膨張弁３３は液面制御弁であってもよい。

前記カスケードコンデンサ３５は、ＣＯ_２冷媒をフロン系冷媒により冷却して液化する。このカスケードコンデンサ３５は、プレートシェル型熱交換器であることが好ましい。プレートシェル型熱交換器はコンパクトな構成であるため、機械室１０内の、既設のフロン系冷凍回路２０の近傍に設置可能であり、−４０℃のＣＯ_２液の粘度は非常に小さいため電気的にも消費電力の小さいＣＯ_２液ポンプの追加のみで済み、特に電気設備の変更を必要としないため設置が容易である。
前記ＣＯ_２受液器３７は、ＣＯ_２冷媒液が貯留され、主に負荷変動による冷媒量の変化を調整する。
前記ＣＯ_２液循環ポンプ３８は、ＣＯ_２冷媒液を空気冷却器２に循環させる。

なお、サージドラム３１とカスケードコンデンサ３５との間にはフロン系冷媒を自然循環させる循環ラインが形成されており、またカスケードコンデンサ３５とＣＯ_２受液器３７との間にはＣＯ_２冷媒を自然循環させる循環ラインが形成されている。

上記した構成を備える食品冷凍設備において、機械室１０では、フロン系冷凍回路２０の圧縮機２１でフロン系冷媒ガスが圧縮され、高温高圧のフロン系冷媒ガスは凝縮器２２で冷却され凝縮し、液化したフロン系冷媒液はフロン系高圧受液器２３に貯留され液冷却器２４で過冷却された後、膨張弁３３により膨張され、低圧のフロン系冷媒液はＣＯ_２液化ユニット３０のサージドラム３１に送られる。
サージドラム３１では、フロン系冷媒のガスと液体の気液混合体がフロン系冷媒ガスとフロン系冷媒液とに分離され、フロン系液はカスケードコンデンサ３５に送られる。カスケードコンデンサ３５では、フロン系冷媒液の蒸発潜熱によってＣＯ_２冷媒ガスが液化され、ＣＯ_２冷媒液はＣＯ_２液循環ポンプ３８により食品冷凍室１の空気冷却器２に送られる。空気冷却器２では、ＣＯ_２冷媒液が一部蒸発して周囲の冷凍空間から蒸発潜熱を奪うことにより該冷凍空間を冷却し、スパイラルコンベア３上を搬送される食品が凍結される。

空気冷却器２を通過したＣＯ_２冷媒は、液体とガスの気液混合体としてＣＯ_２受液器３７に戻される。
一方、カスケードコンデンサ３５を通過したフロン系冷媒は、液体とガスの気液混合体としてサージドラム３１に戻される。そして、サージドラム３１で分離されたフロン系冷媒ガスは冷凍機２１に返送される。

このような構成とすることにより、フロン系冷媒はフロン系冷凍回路２０とこの近傍のＣＯ_２液化ユニットとの循環ラインに封入されるため、フロン系冷媒の充填量が少量で済み、フロン系冷媒が外部に漏れるおそれもほとんど無くなり、地球環境に無害な食品冷凍設備を提供することが可能となる。

図２及び図３を参照して、本発明に係るＣＯ_２液化ユニットの好適な一例につき具体的に説明する。図２はＣＯ_２液化ユニットを概略的に示した構成図であり、図３はＣＯ_２液化ユニットを示す図であり、（Ａ）は側面図で、（Ｂ）は正面図である。

図２及び図３に示すようにＣＯ_２液化ユニット３０は、サージドラム３１とカスケードコンデンサ３５とＣＯ_２受液器３７とが縦方向に配置された竪型の装置構成を有している。具体的には、サージドラム３１、カスケードコンデンサ３５、ＣＯ_２受液器３７はいずれも、それぞれ横置き円筒状に形成されており、この順に上方から配置されている。なお、図３に示されるＣＯ_２液化ユニット３０は、配管の構造上、サージドラム３１とカスケードコンデンサ３５とを鉛直方向に対してずらして配置している。このように、サージドラム３１、カスケードコンデンサ３５、ＣＯ_２受液器３７の位置関係は、高さ位置が上記した関係となっていればそれぞれが鉛直方向に対してずれて配置されていてもよいし、鉛直方向に直線上に配置されていてもよい。

上記したように、サージドラム３１とカスケードコンデンサ３５とＣＯ_２受液器３７とからＣＯ_２液化ユニット３０を構成することにより、既設の食品冷凍設備にこのＣＯ_２液化ユニット３０を追設することで既存設備を大幅に改造することなく地球環境に無害な冷凍設備へ簡単に切り替えることが可能となる。
また、ＣＯ_２液化ユニット３０は、サージドラム３１、カスケードコンデンサ３５、ＣＯ_２受液器３７の順に高さ位置が低くなるように配置した竪型構造とすることにより、サージドラム３１とカスケードコンデンサ３５間でフロン系冷媒を自然循環させることができ、且つカスケードコンデンサ３５とＣＯ_２受液器３７との間でＣＯ_２冷媒を自然循環させることができ、ポンプの設置コストや動力コストを削減可能となる。さらに、ＣＯ_２液化ユニット３０を竪型とすることにより設置面積を小さくすることができ、既存の冷凍設備を大幅に拡張することなく機械室側にＣＯ_２液化ユニット３０を容易に追設することが可能となる。

また、サージドラム３１とカスケードコンデンサ３５との間を接続するフロン系冷媒の配管（ライン）、及びカスケードコンデンサ３５とＣＯ_２受液器３７との間を接続するＣＯ_２冷媒の配管（ライン）の構造において、主として液体が通流する配管は、配管入口側が上記機器（サージドラム３１、カスケードコンデンサ３５、ＣＯ_２受液器３７）の下部に接続され、主としてガスが通流する配管は、配管入口が上記機器の上部に接続されていることが好ましい。

具体的には、以下の構成とすることが好ましい。
サージドラム３１の下部には、液冷却器２４（図１参照）からのフロン系冷媒液が供給される供給ライン４１が接続されている。供給ライン４１には膨張弁３３が設けられている。
また、サージドラム３１の上部には、冷凍機２１へフロン系冷媒ガスを戻す戻りライン４４が接続されている。
さらに、サージドラム３１の下部には、フロン系冷媒液をカスケードコンデンサ３５に供給する供給ライン４２が接続されており、この供給ライン４２は、カスケードコンデンサ３５の横方向一端部に接続されている。
カスケードコンデンサ３５の横方向両端の上部には、フロン系冷媒ガスをサージドラム３１に戻す戻りライン４３が接続されており、この戻りライン４３は、サージドラム３１の横方向両端に接続されている。

ＣＯ_２受液器３７の上部には、ＣＯ_２冷媒ガスをカスケードコンデンサ３５に供給する供給ライン４５が接続されており、この供給ライン４５は、カスケードコンデンサ３５の上部に接続されている。
また、カスケードコンデンサ３５の下部には、ＣＯ_２冷媒液をＣＯ_２受液器３７に戻す戻りライン４６が接続されており、この戻りライン４６はＣＯ_２受液器３７の上部に接続されている。
さらに、ＣＯ_２受液器３７の下部には、空気冷却器２（図１参照）にＣＯ_２冷媒液を供給するＣＯ_２循環ライン４７ａが接続されているとともに、ＣＯ_２受液器３７の上部には、ＣＯ_２冷媒のガスと液体との気液混合体を空気冷却器２から戻すＣＯ_２循環ライン４７ｂが接続されている。

このように、ＣＯ_２液化ユニット３０の各機器の配管構造において、主として液体が通流する配管は、配管入口側を前記機器の下部に接続することで、ポンプ等を使用せずに液体の冷媒を循環することができる。また、主としてガスが通流する配管は、配管入口側を前記機器の上部に接続することで、機器上部に溜まったガスのみを他の機器に循環することができる。

次に、本発明の具体的な実施形態につき以下に説明する。第１実施形態は蒸発式凝縮器を備えた食品冷凍設備に関し、第２実施形態は空冷式凝縮器を備えた食品冷凍設備に関する。
なお、以下の実施形態において、図１乃至図３に示した装置構成と同一の構成については、その詳細な説明を省略する。また、図４及び図５の符号は、図１乃至図３と同一である。

（第１実施形態）
図４は本発明の第１実施形態に係る食品冷凍設備の全体構成図である。
この食品冷凍設備は、蒸発式凝縮器（エバコン：Evaporative Condenser）２５を備えている。蒸発式凝縮器２５は、配管内にフロン系冷媒を流し、この配管に上部より水を噴霧しながら配管間に空気を送り、噴霧水の一部を蒸発させて蒸発潜熱を奪うことにより配管内のフロン系冷媒を冷却する公知の装置が用いられる。

冷凍機２１で圧縮された高温高圧のフロン系冷媒ガスは、ライン４８を通って蒸発式凝縮器２５に送られ、該蒸発式凝縮器２５で凝縮液化された後、ライン４９を通ってフロン系高圧受液器２３に送られる。フロン系高圧受液器２３から送られるフロン系冷媒液は、供給ライン４１を通って膨張弁３３で膨張され、低圧のフロン系冷媒液となってサージドラム３１に供給される。
サージドラム３１では、供給ライン４２を通ってフロン系冷媒液がカスケードコンデンサ３５に供給され、カスケードコンデンサ３５でＣＯ_２冷媒の冷却に用いられたフロン系冷媒ガスは、戻りライン４３を通ってサージドラム３１に戻される。サージドラム３１のフロン系冷媒ガスは、戻りライン４４を通って冷凍機２１に戻される。

一方、ＣＯ_２受液器３７のＣＯ_２冷媒気液混合体は、供給ライン４５を通ってカスケードコンデンサ３５に供給される。カスケードコンデンサ３５でフロン系冷媒液により冷却されたＣＯ_２冷媒は、戻りライン４６を通ってＣＯ_２受液器３７に戻される。ＣＯ_２受液器３７のＣＯ_２冷媒液は、ＣＯ_２循環ライン４７ａを通って空気冷却器２に供給される。空気冷却器２では、ＣＯ_２冷媒の蒸発潜熱により冷却用空気を冷却し、該冷却用空気を食品冷凍室１の冷凍空間に送風する。食品冷凍室１では、スパイラルコンベア３上を搬送される食品が、この冷却用空気により凍結される。空気冷却器２を通過したＣＯ_２冷媒は、液体にガスが含まれた状態でＣＯ_２循環ライン４７ｂを通ってＣＯ_２受液器３７に戻される。
このように、第１実施形態によれば、蒸発式凝縮器２５によりフロン系冷媒を凝縮させる構成としているため、冷媒の凝縮効率を高く維持でき、且つ凝縮に用いられる冷却水量を少なくすることが可能である。

（第２実施形態）
図５は本発明の第１実施形態に係る食品冷凍設備の全体構成図である。
この冷凍設備では、水冷式凝縮器２６を備えている。水冷式凝縮器２６は、冷却塔２７で冷却した水を冷却水ポンプ２８で循環させ、この冷却水により水冷式凝縮器２６内のフロン系冷媒を冷却して凝縮させる公知の装置が用いられる。
この第２実施形態の他の構成は、上記した第１実施形態と同一であるため説明を省略する。
このように第２実施形態によれば、水冷式凝縮器２６によりフロン系冷媒を凝縮させる構成としているため、設置コストが安価であり、またポンプ等が不要であるため動力コストを低減できる。

上記した本発明の実施形態に係る食品冷凍設備は、図６又は図７に示す従来の冷凍設備を改造して製造してもよい。この改造方法を以下に説明する。
なお、既設冷凍設備は、機械室にフロン系冷媒使用の冷凍サイクルを構成するフロン系冷凍回路が配置されているとともに、食品冷凍室にフロン系冷媒を用いて食品を凍結させる空気冷却器が配置され、フロン系冷凍回路と空気冷却器の間にフロン系循環ラインが設けられた構成を備える。

まず、第１のステップとして、図２及び図３に示したように、機械室１０側に、フロン系冷凍回路２０に介装され該冷凍回路２０で凝縮液化後に膨張されたフロン系冷媒が供給されるサージタンク３１と、サージタンク３１からのフロン系冷媒が通流するカスケードコンデンサ３５と、カスケードコンデンサ３５にてフロン系冷媒により冷却されて液化したＣＯ_２冷媒を貯留するＣＯ_２受液器３７とが上方から順に配置された竪型構造を有するＣＯ_２液化ユニットを配設する。これは、フロン系高圧受液器２３からのフロン系冷媒液がサージドラム３１に供給されるように供給ライン４１でこれらを接続し、該供給ライン４１上に膨張弁３３を配設している。また、サージドラム３１からのフロン系冷媒ガスが冷凍機２１に戻るように戻りライン４４でこれらを接続している。

次に、第２のステップとして、既設冷凍設備における、フロン系高圧受液器から空気冷却器を通って冷凍機に戻るフロン系冷媒のフロン系循環ラインを、ＣＯ_２受液器３７と空気冷却器２との間を接続したＣＯ_２循環ライン４７ａ、４７ｂに切り替える。なお、ＣＯ_２循環ライン４７ａ上にはＣＯ_２液循環ポンプが設けられる。
これらのステップにより改造工事が完了する。

この食品冷凍設備の改造方法によれば、フロン系冷凍回路２０を撤去することなく、この冷凍回路をそのままＣＯ_２循環ライン４７ａ、４７ｂの熱源として利用するようにし、フロン系冷媒が循環する冷凍サイクルを最小限に縮小しているため、Ｒ−２２等フロン系冷媒の規制が一段と強化されても問題なく、地球環境に無害な冷凍設備を提供可能としている。
また食品冷凍室１内に配置される空気冷却器２の更新時期に合わせて、上記した改造方法を採用することにより、既設の食品冷凍設備を大幅に改造することなく地球環境に無害な設備への改造が可能となる。

１食品冷凍室
２空気冷却器
３スパイラルコンベア
１０機械室
２０フロン系冷凍回路
２１冷凍機
２２凝縮器
２３フロン系高圧受液器
２４液冷却器
３０ＣＯ_２液化ユニット
３１サージドラム
３５カスケードコンデンサ
３７ＣＯ_２受液器
３８ＣＯ_２液循環ポンプ

Claims

機械室又は該機械室に隣接する屋外若しくは屋上（以下、機械室等と略称する）に、フロン系冷媒使用の冷凍サイクルを構成するフロン系冷凍回路が配置されているとともに、食品冷凍室に前記フロン系冷媒により冷却されたＣＯ_２冷媒を用いて食品を凍結させる空気冷却器が配置されている食品冷凍設備に設けられたＣＯ_２液化ユニットであって、
前記ＣＯ_２液化ユニットは前記機械室等に設けられ、該ＣＯ_２液化ユニットは、前記フロン系冷凍回路にて凝縮液化後に膨張されたフロン系冷媒が供給されるサージタンクと、前記サージタンクからの前記フロン系冷媒が通流するカスケードコンデンサと、前記カスケードコンデンサにて前記フロン系冷媒により冷却されて液化したＣＯ_２冷媒を貯留するＣＯ_２受液器とが上方から順に配置された竪型構造を有し、
前記ＣＯ_２受液器の前記ＣＯ_２冷媒を前記空気冷却器に循環させる構成としたことを特徴とする食品冷凍設備のＣＯ_２液化ユニット。
前記サージドラムと前記カスケードコンデンサとを接続する前記フロン系冷媒の配管、及び前記カスケードコンデンサと前記ＣＯ_２受液器とを接続する前記ＣＯ_２冷媒の配管の少なくとも何れかの機器の配管構造において、主として液体が通流する配管は、配管入口側が前記機器の下部に接続され、主としてガスが通流する配管は、配管入口側が前記機器の上部に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の食品冷凍設備のＣＯ_２液化ユニット。
前記カスケードコンデンサが、プレートシェル型熱交換器であることを特徴とする請求項１又は２に記載の食品冷凍設備のＣＯ_２液化ユニット。
請求項１に記載のＣＯ_２液化ユニットと、前記フロン系冷媒が順に循環する冷凍機、凝縮器、フロン系高圧受液器、膨張弁又は液面制御弁を含むフロン系冷凍回路と、前記フロン系冷凍回路の前記フロン系冷媒で冷却された前記ＣＯ_２冷媒を循環させるＣＯ_２循環ラインとが機械室等に配置されているとともに、
前記ＣＯ_２循環ラインに介装された空気冷却器と、前記空気冷却器により冷却される冷凍空間とが食品冷凍室に配置されていることを特徴とする食品冷凍設備。
機械室等にフロン系冷媒使用の冷凍サイクルを構成するフロン系冷凍回路が配置されているとともに、食品冷凍室に前記フロン系冷媒を用いて食品を凍結させる空気冷却器が配置され、前記フロン系冷凍回路と前記空気冷却器の間にフロン系循環ラインが設けられた既設食品冷凍設備の改造方法において、
前記機械室等に、前記フロン系冷凍回路に介装され該冷凍回路で凝縮液化後に膨張されたフロン系冷媒が供給されるサージタンクと、前記サージタンクからの前記フロン系冷媒が通流するカスケードコンデンサと、前記カスケードコンデンサにて前記フロン系冷媒により冷却されて液化したＣＯ_２冷媒を貯留するＣＯ_２受液器とが上方から順に配置された竪型構造を有するＣＯ_２液化ユニットを配設する第１のステップと、
前記フロン系循環ラインを、前記ＣＯ_２受液器と前記空気冷却器の間を接続したＣＯ_２循環ラインに切り替える第２のステップとを備えることを特徴とする既設食品冷凍設備の改造方法。