JP2010271000A - 蓄熱式冷凍システム - Google Patents

Abstract

【課題】従来の２元冷凍サイクルにおける「低温側、高温側の各冷凍サイクルの冷却行為の同時性」、「各冷凍サイクル間を直接結合させる熱交換器の必要性」を無くすために、蓄熱槽を介して両サイクルを接続した新しい構成を有する冷凍冷蔵システムを提供する。
【解決手段】高温側凝縮器１と高温側蒸発器３とを有する第１冷凍サイクルと、低温側凝縮器７と低温側蒸発器１１とを有する第２冷凍サイクルと、前記第１冷凍サイクルの蒸発器３と前記第２冷凍サイクルの凝縮器７とを収容する一つの蓄熱槽５と、前記蓄熱槽内に収容した蓄熱媒体６とを備え、前記第１冷凍サイクルの蒸発器によって蓄熱槽内の蓄熱媒体を冷却して冷熱を蓄熱するとともに、前記蓄熱槽内の蓄熱媒体に蓄熱された冷熱により第２冷凍サイクルの凝縮器を冷却し、前記第２冷凍サイクルの冷媒を凝縮することを特徴とする蓄熱式冷凍システム。
【選択図】図１

Description

本発明は、従来使用されている二元冷凍システムと、本出願人によって出願され既に特許されている蓄熱システム（特許第３６８９２８３号、特許第３７４２０４３号、特許第３８５３９６５号、特許第３８５６５７２号）とを組み合わせて効率的でかつ環境問題をもクリアできる蓄熱式冷凍システムに関するものである。

冷凍工場、食品・農水物加工工場や、市場、物流倉庫等の物流拠点およびスーパーマーケットやコンビニエンスストアなどの小売店舗等では、冷凍・冷蔵・空調用としてフロンを冷媒とした装置（冷凍システム）が使用されている。しかし、フロンは地球温暖化等、自然環境上での問題が指摘されておりその使用が制限されてきている。このため、近年、省エネルギーに優れ、且つ冷媒として環境負荷の少ない自然冷媒（炭酸ガス、アンモニア等元来自然界に存在する物質）をフロン等の温室効果ガスにかわって冷媒として使用する冷凍・冷蔵・空調装置が開発されている。

炭酸ガスを冷媒として冷凍、冷蔵、空調用に使用したシステムは種々提案されているが、炭酸ガスの臨界温度が３１．１℃、臨界圧力が７．３８Ｍｐａである事から、夏季の気温が４０°Ｃにも上昇するわが国に於いては臨界温度以上となり超臨界ガスとなり、実用上で解決すべき問題が多く山積されている。

具体的には炭酸ガスを冷媒として大気温度下に於いて冷凍、冷蔵設備用の冷凍システムに使用しようとすると、例えば冷凍サイクル上での凝縮過程での高圧力と蒸発（冷却）過程での蒸発圧力との差が７Ｍｐａ以上となるなど、あまりにその差が大きいという問題がある。
このため最近では図１１に示すような１つの冷凍サイクルを低温側（炭酸ガス冷媒使用）と高温側（フロン、アンモニア、炭化水素等冷媒使用）にわけ、低温側の凝縮器と高温側の蒸発器の役割を担う熱交換器で直接熱交換させる冷凍装置（２元冷凍サイクルと称している）が提案されている（非特許文献１）。

社団法人日本冷凍空調学会 平成１９年１１月３０日発行 「ＳＩによる 上級冷凍受験テキスト」第２９ページ

２元冷凍サイクルは、低温側、高温側ともにそれぞれの冷媒を使用する冷凍機（群）で構成されている。この現状システムは高温側サイクルと低温側サイクルとは熱交換器（図１１では冷媒蒸発式凝縮器）を介し１つの冷却サイクルを構成している。そのため、低温側の冷却運転を可能にする為には常に高温側を運転させる必要がある。

また、このシステムでは、低温側の凝縮温度は高温側の蒸発器温度によって影響される為、高温側の冷却サイクルが運転停止すると高温側の蒸発器機能（冷却機能）が停止してしまう。その結果、外気温度をベースにしたシステム各所の温度変化（上昇する）に伴い高温側と低温側を結び付けている熱交換器（低温側の凝縮器）が大気温度に直接影響され、その飽和温度まで低温側冷媒温度は上昇し、同時に圧力も上昇し７〜８Ｍｐａもの高圧力にまで上昇する。このような圧力上昇に耐えうる構造にシステムを構築しようとすると、重装備な構造が必要とされ高コストとなる。

最近開発されたアンモニア冷凍機では炭酸ガスブラインを冷却循環するいわゆるポンプ循環システムが実用化され、このシステムを前述のような重装備をせずに済ませるために、圧力上昇時の対策としてシステム機器の保護を目的としてシステム内に安全弁等によって高圧に上昇する事を防ぐ対応策を講じるようにしている（特許文献１）

特許第３４５８３１０号

この文献のものは、アンモニア冷凍機の蒸発器で炭酸ガスを凝縮させ、凝縮炭酸ガス冷媒を負荷側にポンプで循環供給する液ポンプシステムと、負荷側を炭酸ガス凝縮器より低い位置に設置して、重力で炭酸ガス液を負荷側に供給し、負荷側で蒸発させた炭酸ガスの上記を前述の凝縮器で凝縮する自然循環システムを採用している。
しかし、このシステムは炭酸ガス冷却用のアンモニア冷凍機（高元冷凍機）が故障すると、炭酸ガス系統はそのおかれた周囲温度に応じた飽和圧力になり（冷媒量の多い凝縮器側の周囲温度に多く左右される）、安全弁から大気に放出される恐れが多い。ちなみに、現高圧ガス保安法冷凍保安規則による関係例示基準の項目１９．設計圧力の項では、このタイプの設計圧力の設定について定められている。これにより炭酸ガス系統に安全弁を設け、この安全弁の設定圧力を２〜４Ｍｐａに設定され、納入されている例が多い。

上記背景の中で、本発明は、従来の２元冷凍サイクルにおける「低温側、高温側の各冷凍サイクルの冷却行為の同時性」、及び低温側冷凍機と高温側冷凍機の一体的設計（構造性能）、さらに「各冷凍サイクル間を直接結合させる熱交換器の必要性」を無くすために、蓄熱槽を介して両サイクルを接続した新しい構成を有する蓄熱式冷凍システムを提供することにより、上記問題点を解決することを目的とする。
この構成により、本発明は従来システムと比較し冷凍機の運転の独立性、冷凍機容量設計の独立性、サービスの独立性が推進され、「信頼性向上」「より高い故障時の安全性確保」、「夜間蓄熱による夜間電力の積極的使用による電力使用平準化促進とそれによる使用電力料金の低減」といった優れた効果を達成することができる。

このため本発明は、本発明が採用した課題を解決するための手段は、
高温側凝縮器１と高温側蒸発器３とを有する第１冷凍サイクルと、
低温側凝縮器７と低温側蒸発器１１とを有する第２冷凍サイクルと、
前記第１冷凍サイクルの高温側蒸発器３と前記第２冷凍サイクルの低温側凝縮器７とを収容する一つの蓄熱槽５と、
前記蓄熱槽内に収容した蓄熱媒体６とを備え、
前記第１冷凍サイクルの高温側蒸発器によって蓄熱槽内の蓄熱媒体を冷却して冷熱を蓄熱するとともに、前記蓄熱槽内の蓄熱媒体に蓄熱された冷熱により第２冷凍サイクルの低温側凝縮器を冷却し、
前記第２冷凍サイクルの冷媒を凝縮することを特徴とする蓄熱式冷凍システムである。
また、前記第１冷凍サイクルと、第２冷凍サイクルを複数準備し、複数の第１冷凍サイクルの高温側蒸発器と、複数の第２冷凍サイクルの低温側凝縮器とを一つの蓄熱槽内に配置したことを特徴とする蓄熱式冷凍システムである。
また、前記第１冷凍サイクルの冷媒がアンモニアなどの自然冷媒であり、第２冷凍サイクルの冷媒が炭酸ガスであることを特徴とする蓄熱式冷凍システムである。
また、前記蓄熱槽内の蓄熱媒体を汲み上げ、負荷１５を作動する負荷回路１５ａを設けたことを特徴とする蓄熱式冷凍システムである。
また、前記蓄熱槽内の蓄熱媒体と熱交換を行なう蓄熱槽熱交換器と負荷を有する負荷循環回路１６を設け、循環回路１６内には炭酸ガス冷媒を循環させることを特徴とする蓄熱式冷凍システムである。
また、前記負荷循環回路１６内に蓄熱槽熱交換器１８と直列に循環ポンプを設けたことを特徴とする蓄熱式冷凍システムである。
また、前記負荷循環回路の冷媒は重力を利用して自然循環させることをことを特徴とする蓄熱式冷凍システムである。
また、高温側凝縮器１と高温側蒸発器３とを有する第１冷凍サイクルと、
低温側凝縮器７と低温側蒸発器１１とを有する第２冷凍サイクルと、
前記第１冷凍サイクルの高温側蒸発器３を収容する一つの蓄熱槽５と、
前記蓄熱槽内に収容した蓄熱媒体６とを備え、
前記蓄熱槽の蓄熱媒体を汲み上げ前記蓄熱槽内の蓄熱媒体に蓄熱された冷熱により第２冷凍サイクルの低温側凝縮器を冷却する蓄熱媒体循環回路１４を設け、
前記第１冷凍サイクルの高温側蒸発器によって蓄熱槽内の蓄熱媒体を冷却して冷熱を蓄熱するとともに、前記蓄熱媒体循環回路１４により第２冷凍サイクルの凝縮器を冷却することを特徴とする蓄熱式冷凍システムである。
また、前記第１冷凍サイクルの冷媒がアンモニアなどの自然冷媒であり、第２冷凍サイクルの冷媒が炭酸ガス、アンモニア、ＨＣ冷媒、フロン冷媒の内の一つであることを特徴とする蓄熱式冷凍システムである。
また、前記蓄熱媒体循環回路内に負荷を設けたことを特徴とする蓄熱式冷凍システムである。
また、前記蓄熱槽の蓄熱媒体を汲み上げる蓄熱媒体循環回路を複数設けたことを特徴とする蓄熱式冷凍システムである。
また、前記複数設けた蓄熱媒体循環回路内に、負荷を設けたことを特徴とする蓄熱式冷凍システムである。
また、高温側凝縮器１と高温側蒸発器３とを有する第１冷凍サイクルと、
低温側凝縮器７と低温側蒸発器１１とを有する第２冷凍サイクルと、
ブライン循環ポンプと製氷コイルとを有し、前記第１冷凍サイクルの高温側蒸発器と熱交換できるブライン配管と、
前記製氷コイルと前記第２冷凍サイクルの低温側凝縮器７とを収容する一つの蓄熱槽５と、
前記蓄熱槽内に収容した蓄熱媒体６とを備え、
前記第１冷凍サイクルの高温側蒸発器によってブラインを冷却し、冷却したブラインを蓄熱槽内の製氷コイルに流して前記蓄熱媒体を冷却して冷熱を蓄熱するとともに、前記蓄熱槽内の蓄熱媒体に蓄熱された冷熱により第２冷凍サイクルの低温側凝縮器を冷却し、
前記第２冷凍サイクルの冷媒を凝縮することを特徴とする蓄熱式冷凍システムである。

本発明は、それぞれの冷凍サイクル（第１冷凍サイクル、第２冷凍サイクル）で使用する冷媒を蓄熱槽内の蓄熱媒体を介して低温側の熱を高温側に移動させるものであり、この間の成績係数は蓄熱媒体（ブライン、水等）を介するためその分従来方式に比べ低くなるが、夜間の蓄熱運転により高温側の冷凍サイクルの成績係数は向上し、蓄熱槽内の熱交換による成績係数の低下を補って余りある。

蓄熱槽を設置することで、例えば夜間（日中であっても良い）に第１冷凍サイクル中の高温側冷凍機で蓄熱運転し、日中この低温熱で第２冷凍サイクル内の低温側凝縮器を冷却できる。このことにより高温側冷凍機が仮に故障しても、蓄熱槽にストックされた冷熱によって低温側凝縮器の温度上昇に伴う圧力上昇を回避する時間が持てる。また、日中の負荷に対し夜間蓄熱することにより昼間に使用する電力を夜間に移行することができる。さらに高温側冷凍機も夜間運転時は外気温度も低く、効率のよい運転も可能になる。時間差運転、及び夜間電力料金が適用され経済的に有利になる。また第１冷凍サイクル内の高温側冷凍機と第２冷凍サイクル内の低温側冷凍機とを必ずしも同時運転をする必要はない。

従来型が低温用冷凍機（低元冷凍機）と高温側冷凍機（高元冷凍機）が同時に運転しか出来ないことに対し、本システムは各冷凍機（１台〜複数台）の運転の独立性を可能とし、冷凍機設計、設置容量の独立性やサービスの独立性が推進される。
即ち、従来の２元冷凍機は低温側冷凍機（低元冷凍機）と高温側冷凍機（高元冷凍機）をカスケード熱交換器を介して一体的に組み立て、低温側冷凍機を運転するためには必ず高温側冷凍機の同時運転をしなければならない。本発明によると、高温側冷凍機の容量と低温側冷凍機の容量の一体的整合性は不要となり、例えば、高温側冷凍機の容量は低温側冷凍機の容量以下であっても運転時間を考慮することにより高温側と低温側の負荷の整合性を計ることができる（下記式参照）。
高温側冷凍機能力×運転時間≧低温側冷凍機能力×運転時間

本願発明は、従来のカスケード熱交換器に対し、蓄熱槽の蓄熱媒体（ブライン、水、等）を介在させ、熱交換させるシステムである。この形態は従来の低元冷凍機と高元冷凍機が「一体型」であるのに対し、「分離型」に位置づけられる。本願発明は、各冷凍機の運転は、高温側冷凍機（蓄熱用冷凍機）は主に夜間に運転し、低温側冷凍機（冷凍用冷凍機）はその冷熱で日中運転をすることができる。
即ち、蓄熱槽を介在させることにより、高温側冷凍機、低温側冷凍機いずれも大小様々で複数台設置することができる（マルチ接続）。またそれぞれの冷凍機の使用冷媒を異なるもの（例えば炭酸ガス冷凍機とフロンやアンモニア冷凍機）の組み合わせも自由である。このため、今後の様々なユーザの要求に対して、システム設計の自由度が拡大できるとともにサービス信頼性がより向上されることになる。

また、高温側冷凍機をヒートポンプとし低温側凝縮器の冷却用ブライン熱を利用できるよう切り換え接続すれば、暖房あるいは給湯の熱源として冷凍、冷蔵熱の熱回収運転も可能となる。

空調側、冷凍、冷蔵側の複数のユニットを現地配管で接続するシステムに於いても、フロンガス冷媒配管でなく、ブライン配管で漏れがあっても温暖化ガスの放出がない。
等々の特有の優れた作用効果を達成することができる。
なお、高温側冷媒がアンモニアの場合、毒性、可燃性ガスのため、現地でのマルチ接続は好ましくない。炭化水素も可燃ガスのためチャージ量の使用制限がある。フロンは温暖化ガスであり、ガス漏れを防止するため、これらの冷媒はできるだけ現地配管は避けるべきである。

本発明の第１実施例に係る蓄熱式冷凍システムの構成図である。 本発明の第２実施例に係る蓄熱式冷凍システムの構成図である。 本発明の第３実施例に係る蓄熱式冷凍システムの構成図である。 本発明の第４実施例に係る蓄熱式冷凍システムの構成図である。 本発明の第５実施例に係る蓄熱式冷凍システムの構成図である。 本発明の第６実施例に係る蓄熱式冷凍システムの構成図である。 本発明の第７実施例に係る蓄熱式冷凍システムの構成図である。 本発明の第８実施例に係る蓄熱式冷凍システムの構成図である。 本発明の第９実施例に係る蓄熱式冷凍システムの構成図である。 本発明の第１０実施例に係る蓄熱式冷凍システムの構成図である。 １つの冷凍サイクルを低温側と高温側にわけ、低温側の凝縮器と高温側の蒸発器の役割を担う熱交換器で直接熱交換させる従来公知の２元冷凍サイクルの構成図である。

本発明は、第１冷凍サイクルと、第２冷凍サイクルと、前記第１冷凍サイクルの高温側蒸発器と前記第２冷凍サイクルの低温側凝縮器とを収容する少なくとも１つ以上の蓄熱槽と、前記蓄熱槽内に収容した蓄熱媒体とを備え、前記第１冷凍サイクルの蒸発器によって蓄熱槽内の蓄熱媒体を冷却して冷熱を蓄熱するとともに、前記蓄熱槽内の蓄熱媒体に蓄熱された冷熱により第２冷凍サイクルの凝縮器を冷却し、前記第２冷凍サイクルの冷媒を凝縮するものである。

以下、本発明に係る蓄熱式冷凍システムの好適な実施例を図面に基づいて説明すると、図１は本発明の第１実施例に係る蓄熱式冷凍システムの構成図である。

図１において、第１実施例の蓄熱式冷凍システム（冷蔵システムを含む）は、第１冷凍サイクル（以下高温側冷凍サイクル）Ｓ１と、第２冷凍サイクル（以下低温側冷凍サイクル）Ｓ２と、蓄熱槽５とを備えている。
高温側冷凍サイクルＳ１は、従来公知の冷凍サイクルと同様に高温側凝縮器１、高温側圧縮機２、高温側蒸発器３、高温側膨張弁４を備え、これらが図示のように配置接続されている。前記高温側蒸発器３は高温側冷凍サイクルの冷媒が蒸発し蓄熱槽５の蓄熱媒体６に冷熱を授与する機能を有し、蓄熱槽５は第１冷凍サイクルから授与された冷熱を蓄熱槽内の蓄熱媒体に蓄える機能を有している。また、この高温側冷凍サイクルＳ１は冷媒としてアンモニアガスを使用しているが、フロン、炭化水素等他の冷媒を使用することも可能である。

低温側冷凍サイクルＳ２は、上記高温側冷凍サイクルと同様に従来公知の低温側凝縮器７、低温側圧縮機８、低温側負荷（蒸発器）１１、低温側膨張弁９、及び低温側受液器１０等を備え、これらが図示のように配置接続されている。この低温側冷凍サイクルの冷媒は、本例では環境対策として炭酸ガスを使用しているが他の冷媒（アンモニア、ＨＣ冷媒、フロン冷媒等）を使用することも可能である。
前記高温冷凍サイクルＳ１の高温側蒸発器３と低温冷凍サイクルＳ２の低温側凝縮器７は、蓄熱槽５内に収容されているとともに蓄熱槽５内に貯留してある蓄熱媒体（ブライン、水等）６に漬けられている。

上記構成からなる蓄熱式冷凍システムの作動について説明する。
まず、冷熱の製造は冷却対象負荷処理に先んじ（又は同時対応でも良い）高温側冷凍サイクルＳ１の運転を行い、図１に示す蓄熱槽５の蓄熱媒体６にその冷熱を蓄える。
低温冷凍サイクルＳ２は蓄熱槽５に蓄えられた冷熱を凝縮に利用しながら低温域に存在する冷凍負荷を冷却処理する。

以上のように、それぞれの冷凍サイクルＳ１、Ｓ２で使用する冷媒により蓄熱槽内の蓄熱媒体を介して低温側の冷熱を高温側に移動させるものであり、この間の成績係数は蓄熱媒体（ブライン、水等）を介するためその分従来方式に比べ低くなるが、夜間の蓄熱運転により高温側の冷凍サイクルの成績係数は向上し、蓄熱槽内の熱交換による成績係数の低下を補って余りある。

本例のように蓄熱槽を設置することで、例えば夜間（日中であっても良い）に高温側冷凍機で蓄熱運転し、日中この低温熱で低温側の凝縮器（放熱器）を冷却できる。このことにより高温側冷凍機が仮に故障しても、蓄熱槽にストックされた冷熱によって低温側の温度上昇に伴う圧力上昇を回避する時間が持てる。日中の負荷に対し夜間蓄熱することにより昼間に使用する電力を夜間に移行することができる。また高温側冷凍機も夜間運転時は外気温度も低く、効率のよい運転も可能になる。時間差運転ができ、夜間電力料金が適用され経済性に有利となる。
従来型が低温用冷凍機（低元冷凍機）と高温側冷凍機（高元冷凍機）が同時に運転しか出来ないことに対し、本システムは各冷凍機（１台〜複数台）の運転の独立性を可能とし、冷凍機設計、設置容量の独立性やサービスの独立性が推進される。

高温側冷凍機をヒートポンプとし低温側放熱器の冷媒熱を利用できるよう切り換え接続すれば、暖房あるいは給湯の熱源として冷凍、冷蔵熱の熱回収運転も可能となる。

空調側、冷凍、冷蔵側の複数のユニットを現地配管で接続するシステムに於いても、冷媒配管でなく、ブライン配管でよく漏れがあっても温暖化ガスを放出しない。
冷媒がアンモニアの場合、毒性、可燃性ガスのため、現地での在人空間までの冷媒配管接続は好ましくない。炭化水素も可燃ガスのためチャージ量の使用制限がある。フロンは温暖化ガスであり、ガス漏れを防止するため、これらの冷媒はできるだけ現地配管は避けるべきである。本発明は、高温冷凍機側（アンモニア冷媒）とは蓄熱槽内で分離してあり在人空間においては、ブライン配管、及び炭酸ガス冷媒配管のため安全である。

続いて第２実施例を図面に基づいて説明すると、図２は本発明の第２実施例に係る冷凍冷蔵システムの構成図である。
第１、第２実施例との相違点は、蓄熱槽の蓄熱媒体（ブライン、水等）内には、複数の高温側冷凍サイクルのそれぞれの蒸発器が配置されるとともに、複数の低温側冷凍サイクルの凝縮器が配置されており、各高温側冷凍サイクルを運転することにより蓄熱槽の蓄熱媒体に冷熱を蓄熱でき、また、蓄熱された蓄熱槽内の蓄熱媒体により、蓄熱槽内に配置された複数の低温側冷凍サイクルの凝縮器を冷却することができる。

上記構成でも第１実施例と同様に冷熱の製造は冷却対象負荷処理に先んじ（又は同時対応でも良い）高温側冷凍サイクルの運転を行い、図２に示す蓄熱槽にその冷熱を蓄える。 低温冷凍サイクルは蓄熱槽に蓄えられた冷熱を凝縮に利用しながら低温域に存在する冷凍負荷を冷却処理する。
本発明では、一つの蓄熱槽内に複数の高温側冷凍サイクル、低温側冷凍サイクルの蒸発器、凝縮器を配置したため、蓄熱槽の共用化を図ることができ、経済的である。

続いて第３実施例を図面に基づいて説明すると、図３は本発明の第３実施例に係る冷凍冷蔵システムの構成図である。
第３実施例は、蓄熱槽内の冷熱の有効活用を図るために、蓄熱槽に負荷回路１５ａを接続し、この回路内に負荷１５を設けたものである。この例では、蓄熱媒体循環ポンプ１７ａを作動することで蓄熱槽内の蓄熱媒体を循環させ負荷を冷却することができ、装置の簡略化を図ることができる。この負荷は蓄熱媒体で冷却可能な、０°Ｃ近辺の中温用冷却装置である。

続いて第４実施例を図面に基づいて説明すると、図４は本発明の第４実施例に係る冷凍冷蔵システムの構成図である。
第４実施例は、蓄熱槽内の冷熱の有効活用を図るために、蓄熱槽内に、熱交換器を有する独立した負荷循環回路（独立した回路内でＣＯ２冷媒を循環し蓄熱媒体と熱交換器を介して熱交換を行なう循環回路）１６を接続しこの回路内に負荷１５を設けたものである。この例では、ＣＯ２循環ポンプ１７を作動することで負荷循環回路１６内のＣＯ２冷媒を循環させ、負荷１５を冷却することができ、装置の簡略化を図ることができる。また特許文献１に対して、高温側冷凍機の故障時においても圧力上昇を回避する時間がもてる。

続いて第５実施例を図面に基づいて説明すると、図５は本発明の第４実施例の改良型の冷凍冷蔵システムの構成図である。
第５実施例は、蓄熱槽内の冷熱の有効活用を図るために、第４実施例と同様に蓄熱槽に、熱交換器を有する独立したＣＯ２循環回路を配置し、この回路内に負荷１５を設け、循環媒体（ＣＯ２）を重力（落差）を使用して自然循環するようにしたものである。この例では、落差を使用して負荷循環回路１６内の媒体を循環させることができるため、装置の簡略化を図ることができる。また特許文献１に対して、高温側冷凍機の故障時においても圧力上昇を回避する時間がもてる。

続いて第６実施例を図６に基づいて説明すると、図６は本発明の第６実施例に係る冷凍冷蔵システムの構成図である。
第１実施例との相違点は、蓄熱槽５内には、高温側蒸発器３のみが配置され、低温側凝縮器は配置されていない点にある。そして蓄熱槽には低温側冷凍サイクルの凝縮器７に冷熱を与える熱交換器７を有する蓄熱媒体循環回路１４が接続されている。そしてこのシステムでは、蓄熱槽内の蓄熱媒体を蓄熱媒体循環ポンプによって汲み上げ、熱交換器によって低温側凝縮器を冷却するものであり、この実施例も高温側冷凍サイクルを運転することにより蓄熱槽内に冷熱を蓄熱できるようになっている。前記循環回路１４内の熱交換器内には低温側冷凍サイクルの凝縮器７が配置され、この熱交換器は蓄熱槽より遠方の負荷側近辺に設置可能である。

続いて第７実施例を図７に基づいて説明すると、図７は本発明の第７実施例に係る冷凍冷蔵システムの構成図である。
第７実施例は、第６実施例の改良版であり、第６実施例中の蓄熱媒体循環回路中に負荷１５を設けた点で相違している。このシステムも高温側冷凍サイクルを運転することにより蓄熱槽内に冷熱を蓄熱できるようになっており、その冷熱を使用して第２冷凍サイクル中の凝縮器７を冷却できるようになっている。

第８実施例は、第７実施例中の蓄熱媒体循環回路を複数設けた点に特徴がある。
本発明では、一つの蓄熱槽内に複数の高温側冷凍サイクルを配置し、複数の第２冷凍サイクルを複数の循環回路により冷却できるようにしたことで高温側冷凍サイクルと低温側冷凍サイクルとは離れた位置にあっても、容易に実現することが可能である。

第９実施例は、第８実施例の改良型であり、実施例中の蓄熱媒体循環回路１４内に負荷を設けたことを特徴としている。

第１０実施例は、第１実施例の蓄熱式冷凍システム（冷蔵システムを含む）の、第１冷凍サイクル（以下高温側冷凍サイクル）Ｓ１と、第２冷凍サイクル（以下低温側冷凍サイクル）Ｓ２との間に第１冷凍サイクルの冷熱をブライン液を介して蓄熱槽内に蓄熱するためのブライン配管を備えている。即ち第１実施例のように第１冷凍サイクルからの熱を直接的に蓄熱槽内に蓄熱するのではなく、途中ブライン配管を介して、このブライン配管内を循環する冷媒によって蓄熱槽５内に冷熱を蓄えるようにした点に特徴がある。
具体的には、高温側冷凍サイクルＳ１は、従来公知の冷凍サイクルと同様に高温側凝縮器１、高温側圧縮機２、高温側蒸発器３、高温側膨張弁４を備え、これらが図示のように配置接続されている。高温側蒸発器にはブライン配管が隣接配置されており、高温側蒸発器によって得られた冷熱によりブライン配管内のブラインを冷却し、冷却ブラインをブライン循環ポンプによって循環して蓄熱槽５内の製氷コイルを介して蓄熱媒体を冷却できるようになっている。
蓄熱槽５はブライン配管の製氷コイルから授与された冷熱を蓄熱槽内の蓄熱媒体に蓄える機能を有している。

低温側冷凍サイクルＳ２は、上記高温側冷凍サイクルと同様に従来公知の低温側凝縮器７、低温側圧縮機８、低温側負荷（蒸発器）１１、低温側膨張弁９、及び低温側受液器１０等を備え、これらが図示のように配置接続されている。この低温側冷凍サイクルの冷媒は、本例では環境対策として炭酸ガスを使用しているが他の冷媒（アンモニア、ＨＣ冷媒、フロン冷媒等）を使用することも可能である。 前記ブライン配管内の製氷コイルと低温冷凍サイクルＳ２の低温側凝縮器７は、蓄熱槽５内に収容されているとともに蓄熱槽５内に貯留してある蓄熱媒体（ブライン、水等）６に漬けられている。

上記構成からなる蓄熱式冷凍システムの作動について説明する。
まず、冷熱の製造は冷却対象負荷処理に先んじ（又は同時対応でも良い）高温側冷凍サイクルＳ１の運転を行い、図１に示す蓄熱槽５の蓄熱媒体６にその冷熱を蓄える。
低温冷凍サイクルＳ２は蓄熱槽５に蓄えられた冷熱を凝縮に利用しながら低温域に存在する冷凍負荷を冷却処理する。
尚第１０実施例についても、高温冷凍サイクルＳ１、低温冷凍サイクルＳ２を第２実施例のように複数設けたり、第３〜５実施例のように負荷回路、負荷循環回路を設けることも可能である。

以上、本発明の実施例について説明してきたが、本発明の趣旨の範囲内で、蓄熱槽内への蒸発器、凝縮器等の配置、冷凍負荷回路の配置等を適宜変更することができる。また、第１、第２冷凍サイクルの冷媒としては、現在存在する種々の冷媒を選択使用することができる。また冷凍サイクルには冷蔵サイクルも含まれることは当然である。また、蓄熱槽は設置場所、システムに対応して一つ以上複数設けることができる。さらに、実施例に記載の諸元はあらゆる点で単なる例示に過ぎず限定的に解釈してはならない。

本発明は、鮮魚店、コンビニエンスストアなど、各種冷凍冷蔵システムに利用することができる。

１ 高温側凝縮器
２ 高温側圧縮機
３ 高温側蒸発器
４ 高温側膨張弁
５ 蓄熱槽
６ 蓄熱媒体
７ 低温側凝縮器
８ 低温側圧縮機
９ 低温側膨張弁
１０ 低温側受液器
１１ 冷凍負荷（低温側蒸発器）
１４ 蓄熱媒体循環回路
１５ａ 負荷回路
１５ 負荷
１６ 負荷循環回路
１７ａ 蓄熱媒体循環ポンプ
１７ ＣＯ２循環ポンプ
１８ 蓄熱槽内熱交換器

Claims (13)

1. 高温側凝縮器１と高温側蒸発器３とを有する第１冷凍サイクルと、
   低温側凝縮器７と低温側蒸発器１１とを有する第２冷凍サイクルと、
   前記第１冷凍サイクルの高温側蒸発器３と前記第２冷凍サイクルの低温側凝縮器７とを収容する一つの蓄熱槽５と、
   前記蓄熱槽内に収容した蓄熱媒体６とを備え、
   前記第１冷凍サイクルの高温側蒸発器によって蓄熱槽内の蓄熱媒体を冷却して冷熱を蓄熱するとともに、前記蓄熱槽内の蓄熱媒体に蓄熱された冷熱により第２冷凍サイクルの低温側凝縮器を冷却し、
   前記第２冷凍サイクルの冷媒を凝縮することを特徴とする蓄熱式冷凍システム
2. 前記第１冷凍サイクルと、第２冷凍サイクルを複数準備し、複数の第１冷凍サイクルの高温側蒸発器と、複数の第２冷凍サイクルの低温側凝縮器とを一つの蓄熱槽内に配置したことを特徴とする請求項１に記載の蓄熱式冷凍システム。
3. 前記第１冷凍サイクルの冷媒がアンモニア等の自然冷媒であり、第２冷凍サイクルの冷媒が炭酸ガスであることを特徴とする請求項１または２に記載の蓄熱式冷凍システム。
4. 前記蓄熱槽内の蓄熱媒体を汲み上げ、負荷１５を作動する負荷回路１５ａを設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の蓄熱式冷凍システム。
5. 前記蓄熱槽内の蓄熱媒体と熱交換を行なう蓄熱槽熱交換器と負荷を有する負荷循環回路１６を設け、循環回路１６内には炭酸ガス冷媒を循環させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の蓄熱式冷凍システム。
6. 前記負荷循環回路１６内に蓄熱槽熱交換器１８と直列に循環ポンプを設けたことを特徴とする請求項５に記載の蓄熱式冷凍システム。
7. 前記負荷循環回路の冷媒は重力を利用して自然循環させることをことを特徴とする請求項５に記載の蓄熱式冷凍システム。
8. 高温側凝縮器１と高温側蒸発器３とを有する第１冷凍サイクルと、
   低温側凝縮器７と低温側蒸発器１１とを有する第２冷凍サイクルと、
   前記第１冷凍サイクルの高温側蒸発器３を収容する一つの蓄熱槽５と、
   前記蓄熱槽内に収容した蓄熱媒体６とを備え、
   前記蓄熱槽の蓄熱媒体を汲み上げ前記蓄熱槽内の蓄熱媒体に蓄熱された冷熱により第２冷凍サイクルの低温側凝縮器を冷却する蓄熱媒体循環回路１４を設け、
   前記第１冷凍サイクルの高温側蒸発器によって蓄熱槽内の蓄熱媒体を冷却して冷熱を蓄熱するとともに、前記蓄熱媒体循環回路１４により第２冷凍サイクルの凝縮器を冷却することを特徴とする蓄熱式冷凍システム。
9. 前記第１冷凍サイクルの冷媒がアンモニアなどの自然冷媒であり、第２冷凍サイクルの冷媒が炭酸ガス、アンモニア、ＨＣ冷媒、フロン冷媒のうちの一つであることを特徴とする請求項８に記載の蓄熱式冷凍システム。
10. 前記蓄熱媒体循環回路内に負荷を設けたことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の蓄熱式冷凍システム。
11. 前記蓄熱槽の蓄熱媒体を汲み上げる蓄熱媒体循環回路を複数設けたことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の蓄熱式冷凍システム。
12. 前記複数設けた蓄熱媒体循環回路内に、負荷を設けたことを特徴とする請求項１１に記載の蓄熱式冷凍システム。
13. 高温側凝縮器１と高温側蒸発器３とを有する第１冷凍サイクルと、
    低温側凝縮器７と低温側蒸発器１１とを有する第２冷凍サイクルと、
    ブライン循環ポンプと製氷コイルとを有し、前記第１冷凍サイクルの高温側蒸発器と熱交換できるブライン配管と、
    前記製氷コイルと前記第２冷凍サイクルの低温側凝縮器７とを収容する一つの蓄熱槽５と、
    前記蓄熱槽内に収容した蓄熱媒体６とを備え、
    前記第１冷凍サイクルの高温側蒸発器によってブラインを冷却し、冷却したブラインを蓄熱槽内の製氷コイルに流して前記蓄熱媒体を冷却して冷熱を蓄熱するとともに、前記蓄熱槽内の蓄熱媒体に蓄熱された冷熱により第２冷凍サイクルの低温側凝縮器を冷却し、
    前記第２冷凍サイクルの冷媒を凝縮することを特徴とする蓄熱式冷凍システム。

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