WO2006038354A1

WO2006038354A1 - アンモニア／ｃｏ２冷凍システム

Info

Publication number: WO2006038354A1
Application number: PCT/JP2005/012232
Authority: WO
Inventors: Takashi Nemoto; Akira Taniyama; Shinjirou Akaboshi; Iwao Terashima
Original assignee: Mayekawa Mfg. Co., Ltd
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2005-07-01
Publication date: 2006-04-13
Also published as: TW200619572A; US20070234753A1; KR100858991B1; EP1795831A1; CA2602536C; CA2602536A1; TWI345042B; JPWO2006038354A1; JP4465686B2; US7406837B2; EP1795831B1; ES2459990T3; KR20070055579A; EP1795831A4; CN100588888C; CN101031761A

Abstract

　ＣＯ２サイクルの冷却器側である冷凍ショーケース等を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冷凍サイクルを形成できるアンモニア／ＣＯ２冷凍システムの提供するために、アンモニア冷凍サイクルのアンモニア蒸発潜熱を利用してブラインクーラで冷却された液ＣＯ２を冷却器に給送する液ポンプを備えたアンモニア／ＣＯ２冷凍システムにおいて、ブラインクーラ３で冷却されたＣＯ２ブラインを受液する受液器４と、給液量可変型の液ポンプ５と、液ポンプ５と冷却器６との間に介装した立ち上げ配管９０と、立ち上げ配管９０の頂部と受液器４のＣＯ２ガス層とを連通する連通管１００とを有し、冷却器６より回収されるＣＯ２が液若しくは気液混合状態でブラインクーラ３若しくは受液器４に戻るように、液ポンプ５の吐出圧を設定するとともに、立ち上げ配管９０の立ち上げレベルを受液器４のＣＯ２ブラインの最高貯留レベルより同等かそれより高く設定する。

Description

明細書

アンモニア Zco冷凍システム

2

技術分野

[0001] 本発明は、アンモニアサイクルと COサイクルで構成したアンモニア

2 Zco冷凍シ

2 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 COの冷却を行うブラインクーラと、前記 COブラインで冷却された液 COブライン

2 2 2 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 Zco冷凍シ

2 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力りでなぐ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、し力も、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 COサイクル

2 とを組み合わせ CO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

2

、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ァンモユアが、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、ァンモユアは、炭酸ガス冷凍サイクル内の二酸ィ匕炭素力熱を奪い、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ィ匕した液ィ匕炭酸ガスが、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。

力かる原理を第 1図（B)の圧力線図に基づ!/、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 CO

2 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。

し力しながら、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 COサイクル

2 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を設ける形態をとつて、るものもある。し力しながら力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!ヽ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、 CO 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

2

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、。 ) 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!/、。

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との間に液へ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、 CO入口側が蒸発器ボトム

2

であり、 CO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

2

然循環が行われなヽと、う制約がある。

し力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、 CO液が管内

2 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つ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 CO

2 が完全に蒸発した後回収される線図になって!/、る。

[0006] また、 CO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

2

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、 CO液がクーラ (蒸発器)付近の循環経路内に滞留している

2

と、 CO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（

2

蒸発器)近傍における CO液を速やか、かつ完全に回収することが望まれている。

2

[0007] 特許文献 1 :特許第 3458310号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] 従って、本発明は力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 COの冷却を行う冷却器と、前記冷却器で冷却さ

2

れた液 CO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 COブライン生成装置を、例えば CO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

2

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 co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 Zco冷凍シス

2 2 テムを提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、 COサイクル側の冷却器の位置、種類 (ボトムフィード型、ト

2

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 CO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 COブラ

2 2 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、 CO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

2

を行なう際の、 COサイクルからの CO液の回収を迅速かつ確実に行なうことを目的

2 2

とする。

課題を解決するための手段

そこで、本発明は力かる課題を解決するために、アンモニア冷凍サイクルと、そのァンモユアの蒸発潜熱を利用して COの冷却を行うブラインクーラと、前記ブラインク

2 一ラで冷却された液 CO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

2

に液ポンプを備えたアンモニア Zco冷凍システムにお、て、

2

前記ブラインクーラで冷却された COブラインを受液する受液器と、

2

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 COガス層とを連通する連通管と、

2

前記冷却負荷側の冷却器出口より回収される COが液若しくは気液混合状態 (不

2

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 COブラインの最高貯留レ

2

ベルと同等もしくはそれより高く設定したことを特徴とする。

この場合に、受液器の COブラインの最高貯留レベルは、 COブラインサイクル停

2 2

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 CO

2 ブライン液とともに、その上部に CO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。

[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力前記立ち上げ配管の立ち上げレベル力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、。

より具体的には.前記液ポンプの入口 Z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] 又前記受液器内の液 COの少なくとも一部を過冷却する過冷却器を設け、前記液

2

ポンプ入口側の CO液を飽和温度以下の過冷却状態に維持させるのがよい。これに

2

より液ポンプ入口ではキヤビテーシヨ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 COが貯留されて

2

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 CO受液器の C

2

o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

2

て、受液器内の CO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

2

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、。

[0013] 又、立ち上げ配管の頂部と受液器の COガス層とを連通管で連結させ、液ポンプ

2

運転時には、 CO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

2

、 COガスを立ち上げ配管の頂部へ、受液器の COガス層から導入するように構成

2 2

し、その連通管に流量制御弁を設けるようにしてもょ、。

さらに、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 COを受液器の COガス層に戻し、こ

2 2

の受液器の CO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

2

ィ匕した CO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。

2

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 CO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つて、前記冷却負荷側の冷却器 6の出口より回収される COが液若しくは気液混合状

2

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 C O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

2

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 COサ

2 イタ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との間の液へッド差と無関係に COサイクルを運転できる。

2

この場合に冷却負荷側熱交換器出口より回収される COが戻り配管経路を通って

2

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、ボトムフイ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つて冷却が十分行われな、ことがなぐ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、 COサイクル内の前記液

2

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 (冷凍ショ一ケース等）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 CO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

2

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!ヽても、上記同様に円滑に COサイクルを循環することができる。

2

[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 CO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 COガス層とを連

2

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 CO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

2

、前記冷却負荷側の冷却器出口より回収される COが液若しくは気液混合状態 (不

2

完全蒸発状態)でブラインクーラ 3に戻るように COブラインサイクル内のブラインは

2

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 COブラインの最

2

高貯留レベルは、 CO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

2

液器の容積を、受液器内に回収した COブライン液とともに、その上部に COガス層

2 2

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 CO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

2

配管の頂部と受液器 4の COガス層 4aとを連通管で連結させているので、液ポンプ 5

2

停止直後の COブライン液の移動を円滑に遮断できる。

2

[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 CO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

2

なわち COブラインサイクルは、液ポンプ停止と同時に COブライン液の移動を円滑

2 2

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 COが循環している状態の場合を説明する。

2

前記停止後に液ポンプ 5を再駆動するには、液ポンプ 5入口ではキヤビテーシヨ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 COを過冷却する過冷却器を設けるのがよ!/、。

2

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 COを液溜

2 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°C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 COブライン液は強制循環しない。

2

従って、本発明では前記液ポンプ 5の入口 Z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 COブライン液の一部は、

2

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 COガス層から COガスが立ち上げ管 90の頂部に導

2 2

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。

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 CO循環サイ

2 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力起動時は常温力運転するために、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 CO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 CO圧力を逃がし

2

て安全設計思想を組み込むのがよ、。

又前記冷却器は複数組設けてもよぐ液ポンプ 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、。

更に、液ポンプ 5の入口 Z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ぐ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。

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 CO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。

2

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 COを受液器 4の CO

2

ガス層 4aに戻し、受液器 4の COガス層 4aとブラインクーラ 3を配管 104で連結して

2 2

凝縮液化した COブラインを受液器 4に貯留するように構成する。

2

冷却負荷側の冷却器 6の出口より回収される COが液若しくは気液混合状態 (不完

2

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力受液器 4の COガス層 4aに戻すことによって、液ボン

2

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 COガス層 4aを配管 104で

2

ブラインクーラ 3へ導き、受液器 4の COガス層 4a部分の COを凝縮液化し、液ィ匕し

2 2

た CO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

2

るため、ブラインクーラ 3へ戻さなくても、 COガスの凝縮液ィ匕を行なうことができる。

2

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 13アンモニアサイクルと COサイクルとを組み合わせた冷凍システムの圧力ノ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 ZCO熱交換部が組み込まれたマシンユニット (CO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 CO

2 2 プ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 CO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

2

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 COサイクルとを組み合わせたヒートポ:/ 7"システ

2

ムの構成図である。

符号の説明

[0024] 1 アンモニア冷凍德 (圧縮機）

2 ェパコン式?膽器

3 ブラインク^ラ

4 受液器

5 液ポンプ

6 冷却器

7 アンモニア除害水槽差替え用弒（S|lj2fJ) 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（COブライン生成装置）

2

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ぐ単なる説明例に過ぎない。

[0026] 第 1図 (Α)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 CO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

2

却後の液 CO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

2

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 COが液若しくは気

2

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 COサイクルでは、受液器側ポンプ吐

2

出ヘッドより低い CO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

2

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 COが液若しくは気液混合状態で回収される（第 1図 (A)の

2

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イ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 ZCO熱

2 交換部（ブラインクーラ 3と CO液ポンプ 5を含む）が組み込まれたマシンユニット（C

2

O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 COブラインを

2 2 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 COブライン冷却用ブラインクーラ 3で COと熱交換させながら蒸発させて再

2 2

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。

COブラインはフリーザユニット B側力 CO気液を回収した後、 COブライン冷却

2 2 2 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 COを冷却凝縮した後、

2

該凝縮した液 CO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

2

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を介してフリーザュ- ット B側に導く。

そして CO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

2

容積を、受液器内に回収した COブライン液とともに、その上部に COガス層が存在

2 2

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 CO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。

2

立ち上げ配管 90の頂部と受液器 4内の上部の COガス層とは、連通管 100で連通

2

され、液ポンプ 5の作動時には、 COブライン液の一部が連通管 100を経由して受液

2

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 COガスが立ち上

2

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 CO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がー又は複数個配設されており、フリーザュニットに導入された液 CO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

2

態でマシンユニット内の COブライン冷却用ブラインクーラ 3に戻され、 CO二次冷媒

2 2 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、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 COによる無用の圧力上昇

2

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 CO

2 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 CO圧力を逃がすように構成している。

2

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 CO回

2 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 CO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

2

一ザユニット B側に導くように構成されて、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 CO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

2

ユニット B側に導くように構成されて！ヽる。

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 CO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 C O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

2

側に導くように構成されて、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 COによる無用の圧力

2

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 CO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

2

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 CO液を冷却器 6

2

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 COガス層に戻す構成であ

2

つてもよい。例えば、代表的に第 2図（A)に示す例について、受液器 4の COガス層

2 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 COブラインをアンモニア

2

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 CO強制循環

2 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 ZCO熱交換部（ブラインクーラ 3)が

2

組み込まれたマシンユニット（COブライン生成装置）、 Bは冷却負荷をマシンユニット

2

側で液冷却した CO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

2

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、ェバコン式凝縮器 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 COブライン冷却用ブラインクーラ 3で COと熱交換させながら蒸発させて再

2 2

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 C O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、 CO受液器 4内に内蔵されている。

2

7はアンモニア除害水槽で、ェバコン式アンモニア凝縮器 2を散布した水をポンプ 2 6を介して繰り返し循環して、る。

CO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

2

を介してフリーザユニット B側から COガスを回収した後、 COブライン冷却用ブライ

2 2

ンクーラ 3に導き、アンモニア冷媒との熱交換により COを冷却凝縮した後、該凝縮し

2

た液 CO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°C低い

2

温度で過冷却する。

そして過冷却された液 COは、インバータモータ 51により給送路 52上の回転数可

2

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 COガス層とは連通管 100で連通さ

2

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 CO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、

2

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 COガスが立ち上げ配管 90の頂部に供給される。

2

[0034] 9は液ポンプ 5出口側と CO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

2

通路、 11はアンモニア除害ラインで、開閉弁を介して COブライン冷却用ブラインク

2

ーラ 3よりの液若しくは液ガス混合 COをアンモニア冷凍機 1と対面する位置等のァ

2

ンモユ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 COを除害水槽 7に導入してアンモニアを

2

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 CO系統の異常圧力上昇を

2

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 COを噴射させ

2

て消火を行う。

14は CO放出ラインで、 COブライン冷却用ブラインクーラ 3よりの液 COを受液器

2 2 2

4を卷回した自冷装置 15を介してバルブ 151を開放してユニット A内に放出して該ュ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 COブライン冷却器

2

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 CO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

2

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、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 COが蒸発して気液混合 COは断熱継手 10よりマシンュ

2 2

ニット内の COブライン冷却用ブラインクーラ 3に戻され、 CO二次冷媒サイクルが構

2 2 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 COによる無用の圧力上昇を防ぐため、起動時の圧力

2

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 CO回収ラインと別

2

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、る。

[0036] 力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 CO液温を検知する温度センサ、 T2はフリーザ

2

ユニット入口側の CO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 C

2

O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

2

ンサ、又 P1は受液器内圧カ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-ァを供給するバイノス管 81の開閉制御弁、 21は液ポンプ 5出口側のバイノスライン 9の開閉制御弁である。本実施例は CO受液器 4の CO圧力と液温を計測するセンサ PI, T1よりの信号に

2 2

基づ、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 CO温度は飽和点より 1〜5°C低く制御されている。

2

[0037] 尚、過冷却器 8は必ずしも受液器 4の内部ではなぐ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 CO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

2

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ィンバータモータ 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 CO液の安定給液を行うように構成されてい

2

る。

又前記 CO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（

2

フリーザユニット側）が必要とする COブライン循環量の 3〜4倍のポンプ容量を持た

2

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 COを満たし管内の液 CO速度を上昇させ伝熱性能を向上させている。

2 2

[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 COの強制循環を行うために、冷却器 6が複数

2

台の場合においても該冷却器 6への液 COの分配を良くすることができる。

2

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ヤビテーシヨ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 COブラ

2 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、キヤビテーシヨン状態にある液ガス混合 COガスを液ィ匕することができる。

2

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ヤビテーシヨ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、 COの飽和温度を擬似的

2

に上昇させ過冷却度を確保するようにしてもょ、。

[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 CO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

2

欠 Z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 1 00%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力運転するために、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 COガス層とは連通管 100で

2

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 C O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、

2

この場合はフリーザユニット Bの冷却器の入口側液 CO温度と出口側のガス COの温度を温度センサで計測し、前記 CO液回収時に前記 2つの温度センサ T2, T3の

2

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 CO残量を判断し

2

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 CO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

2

CO圧力を検知し、その CO圧力の飽和温度と庫内温度をコントローラで比較して

2 2

前記飽和温度と庫内温度の差に基づ、て庫内の CO残量がなくなつたと判断するこ

2

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 COの回

2 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 CO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

2 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 COの連絡管全

2

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 CO連絡管で構成している。

2

[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 COガス層から COガスが立ち上げ管 90の頂部に導入される。その結果

2 2

、 CO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

2

にある COは、受液器 4の液面レベル 110で、 COガスと釣り合い、立ち上げ配管 90

2 2

の頂部を既に通過した CO液は、冷却器 6に至り、デフロストのための熱量、高温殺

2

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、 CO液が冷却器 6付近の循環経路内

2

に滞留していると、 CO液の爆発的気化 (沸騰)を生じるおそれがあるが、 CO液の

2 2 速やかに、かつ完全な回収によって、 CO液の爆発的気化 (沸騰)の生じるおそれが

2

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（NH )ェバコンユニット Al、マシンユニット A2、及び製氷室 Bの三ュ

3

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、ュニット間での高低差はな!/、。

(NH )ェバコンユニット 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

3

ユ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ェバコン 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- ァの気化熱（奪熱）を利用して COの冷却を行うブラインクーラ 3からなるアンモニア

2

冷凍サイクルが形成されており、ブラインクーラ 3はェバコンユニット 2の天井付近の高!ヽ位置に配置されて、る。

マシンユニット A2は前記ェバコンユニット A1に隣接して、グラウンドレベルは一致しているが、天井高はェバコンユニット A1より僅かに低く建物高さを形成し、その内部に前記ェバコンユニット A1側のブラインクーラ 3で液ィ匕冷却された COを受液する

2 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、 CO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

2

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 COブラインの

2 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 COガス層とは連通管 100によ

2

つて、液ポンプ 5の作動時には、連通管 100を通じて COブライン液の一部は、受液

2

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 COガスが立ち上げ配管 90の頂部に供給される。

2

尚、受液器 4の容積は CO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

2

含む受液器 4の容積を、ブラインサイクルを流れる COブライン液とともに、その上部

2

に COガス層が存在する容積に設定している。

2

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 COが液力若しくは実質的に液状態の気液混

2

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、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、る状態を、、、少なくとも過冷却されて、る液 COが貯留されて、る

2

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及びェバコンユニット A1と力も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 COブライン型へリングボ

2

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 CO液がバルブ 72を介して

2

給液され、コイル 6A内で該 CO液の気化潜熱にて塩カルブラインが奪熱冷却して、

2

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)を介してェバコンユニット A1のブラインクーラ 3に戻るように構成されている。

次に係る装置の作用を説明する。

ェバコンユニット A1側ではアンモニア圧縮機 1で圧縮されたガス力ェバコン式凝縮器 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 CO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に導入してァ

2

ンモユ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 COサイクルは、ブラインクーラ 3内でのアンモ-

2

ァ冷媒との熱交換により COを冷却凝縮した後、該凝縮した液 COをマシンユニット

2 2

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 °C低い温度に過冷却する。

そして過冷却された液 COは、ブライン液ポンプ 5の強制循環量を冷却器 6側の必

2

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 CO液は、更にその圧送力を利用して、

2

製氷室の冷却器 (ヘリングボンコイル) 6Aに給液される。（CO液のブラインクーラ 3よ

2

り冷却器までの給送側搬送工程）

そして該冷却器内で該 CO液の気化潜熱にて塩カルブラインを奪熱冷却するが、

2

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、るために最大負荷時でも COブラインの全てが蒸発するこ

2

となぐ戻り配管経路 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 CO 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

2

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力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 CO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

2

搬送できる。

即ち、製氷室のへリングボンコイル 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、換えればガス状態でないために、戻り配管の小径ィ匕が可能であり、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ィ匕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、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「(NH )ェバコンユニット、機

3

械室」を一体ィ匕して屋外ユニット Aとして、そして冷蔵倉庫 B内に天吊り COブライン

2 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、ずれもグラウンドライン (地上ライン）に設置されて!、る。

そして屋外ユニット側には、アンモニア圧縮機 1、ェバコン 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 COブライン型空気冷却器であり、ブラインクーラ 3より冷

2

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 COブライン型フリーザ (フリーザ

2

型冷却器)を収納している冷凍庫の天井に前記「(NH )ェバコンユニット、機械室」

3

を一体ィ匕して屋外ユニット 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力立ち上げ配管 90及び戻り配管 53はいずれも受液器 4の COブ

2 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、ェバコンユニット Al、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、 (NH )ェバコンユニット A1は、図示しないが、アンモニア圧縮機、

3

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、る。

マシンユニット A2は、前記ェバコンユニット 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 CO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

2

力 Sり配管 90とからなり、前記立ち上がり配管 90の頂部には、 COの受液器 4の液面

2

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 CO

2ガス層 4aに連通管 1

00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、 COブライン液は、給液配管 54を通過して、バルブ 72から冷

2

却器 6へ流入する。冷却器 6内で、負荷との熱交換により COブライン液の一部が気

2

化して気液混合状態となった CO 1S 戻し配管 53を通過して受液器 4に戻る。

2

[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 COをブラインクーラ 3ではなぐ受液器 4の COガス

2 2 層 4aに戻している。そして、受液器 4の COガス層 4aとブラインクーラ 3を配管 104で

2

連結して凝縮液ィ匕した COブラインを受液器 4に貯留するように構成してヽる。

2

冷却負荷側の冷却器 6出口より回収される COは、液若しくは気液混合ガス状態で

2

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 COガス層 4aに戻すこと

2

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 COガス

2 層 4aをブラインクーラ 3へ配管 104で導き、受液器 4の COガス層 4a部分の COを凝

2 2 縮液化し、液ィ匕した CO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、 COガスの凝

2 縮液ィ匕を行なうことができる。

産業上の利用可能性

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 COの冷却液ィ匕を行うブラインクーラと、前記ブラインクーラで冷

2

却された液 CO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 COブラ

2 2 イン生成装置を一つのユニットィ匕して、例えば COサイクルの冷却器側である冷凍シ

2

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二アサイクルと COサイクルとを組み合わせたサイクルが形成できる。

2

又本発明によれば、 COサイクル側の冷却器の位置、種類 (ボトムフィード型、トツ

2

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 CO循環サイクルが形成できる。

Claims

請求の範囲

[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 COの冷却を行

2 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 COを冷却負荷の熱交

2

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 Zco冷凍シス

2 テムにおいて、

2

給液量可変型の強制循環ポンプで形成した液ポンプと、

2

ベルと同等もしくはそれより高く設定したことを特徴とするアンモニア Zco冷凍シス

2 テム。

[2] CO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

2

を、該受液器内に回収した COブライン液とともに、その上部に COガス層が存在す

2 2

る容積に設定したことを特徴とする請求項 1記載のアンモニア Zco冷凍システム。

2

[3] 前記受液器内の液 CO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

2

ンプ入口側の CO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請

2

求項 1記載のアンモニア Zco冷凍システム。

2

[4] 前記受液器の CO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

2

りの信号に基づいて、該受液器内の CO飽和温度と実測液温を比較して過冷却度

2

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、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 3記載のアンモニア ZCO冷

2 凍システム。

[5] 前記液ポンプの入口 Z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!/、て、前記液ポンプ力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記載のアンモニア Zco冷凍システム。

2

[6] 少なくとも過冷却されてヽる液 COが貯留されてヽる前記受液器が前記液ポンプ

2

吸込側より高、位置にある請求項 1記載のアンモニア Zco冷凍システム。

2

[7] 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請求項 1記載のアンモ- ァ Zco冷凍システム。

2

[8] 前記ブラインクーラを前記受液器より高！ヽ位置に配置し、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 COを前記受液器の COガス層に

2 2 戻し、該受液器の CO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

2

凝縮液化した CO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

2

記載のアンモニア Zco冷凍システム。