JPH0861795A - 多段冷凍装置および多段冷凍方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 昼夜間等のおける消費電力を平準化すること
が可能となるうえ、さらに消費電力も大幅に低減化させ
ることができる多段冷凍装置および多段冷凍方法を得
る。 【構成】 直列に配設された複数の圧縮機２０、２１
と、中間冷却器２３とを有する冷凍サイクルの冷媒配管
２６に切替弁２７を介して冷媒の一部を中間冷却器の冷
却用冷媒として供給する冷却用冷媒配管２９を設け、切
替弁と中間冷却器との間に第２凝縮器３０を設け、冷媒
配管に、蓄冷材冷却器用膨張手段３２と、蓄冷材冷却器
３３とが配設され蓄冷材冷却用配管３４を設け、蓄冷材
冷却器と第２凝縮器との間に、蓄冷材を第２凝縮器内に
導く供給管３７と、この蓄冷材を蓄冷材冷却器に導く戻
り管３８と、蓄冷材を移送する蓄冷材ポンプ３９とを有
する蓄冷材移送配管を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、比較的低温の冷凍倉庫
等の冷却に用いられる多段冷凍装置および多段冷凍方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、一台の圧縮機と凝縮器と蒸発器
用膨張手段と蒸発器とが順次冷媒配管によって接続され
た冷凍装置によって−３０℃以下の冷凍雰囲気を得よう
とすると、上記圧縮機における圧縮比が増大して圧縮効
率や体積効率等が低下するとともに、さらに圧縮機出口
における冷媒の温度が上昇して当該圧縮機の潤滑油等が
劣化して不適当であることから、通常、このような低温
の冷凍雰囲気を得るためには、上記圧縮機を２段または
３段に配設して、これら複数の圧縮機によって段階的に
上記冷媒を圧縮する、多段冷凍装置が用いられている。
図１０は、従来のこの種の多段冷凍装置を示すものであ
る。この多段冷凍装置は、直列に配設された低圧側圧縮
機１と、高圧側圧縮機２との下流側に、順次凝縮器３
と、中間冷却器４と、膨張弁５と、蒸発器６とが冷媒配
管７によって接続され、かつ上記冷媒配管７の凝縮器３
の出口側に、三方切替弁８を介して上記凝縮器３の下流
側の冷媒の一部を、中間冷却器４の冷却用冷媒として供
給するための補助膨張弁９を備えた冷却用冷媒配管１０
が設けられ、この冷却用冷媒配管１０の中間冷却器４の
出口側が、高圧側圧縮機２の入口側の冷媒配管７に接続
されたものである。

【０００３】このような構成からなる従来の多段冷凍装
置は、２段の低圧側圧縮機１および高圧側圧縮機２によ
り、段階的に冷媒を圧縮することにより、圧縮効率等の
低下を防止し、凝縮器３によって冷却された冷媒の一部
を冷却用冷媒配管１０から補助膨張弁９を介して中間冷
却器４に導き、上記冷媒を冷却した後にさらに高圧側圧
縮機２の入口側の冷媒と合流させてこれを冷却すること
により上記冷媒の温度上昇を防ぐとともに、中間冷却器
４において冷却された冷媒を膨張弁５で等エンタルピ変
化させて圧力を下げ、下流側の蒸発器６で気化させるこ
とにより、例えば冷凍倉庫内の空気（被冷却媒体）を冷
却するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の多段冷凍装置にあっては、特にこれを冷凍倉庫に用
いた際に、夜間等の冷凍負荷が極めて低い場合において
も、２台の圧縮機１、２を運転効率の低い低出力で運転
しておく必要があるため、不経済であるとともに、さら
に上記冷凍負荷が無くなった場合には、総ての圧縮機
１、２が停止するのに対して、昼間等の冷凍負荷が増大
する時には、上記２台の圧縮機１、２が高出力運転とな
るため、昼夜間における消費電力に大きな偏りが生じて
しまうという問題点があった。加えて、中間冷却器４で
冷媒を冷却する際に、凝縮器３の下流の上記冷媒の一部
を使用しているため、実際に蒸発器６において気化・冷
却に寄与する冷媒の量が少なくなってしまい、このよう
な観点からも、冷凍効果が低く、経済的ではないという
問題点があった。

【０００５】本発明は、上記従来の多段冷凍装置が有す
る課題を有効に解決すべくなされたもので、昼夜間等の
おける消費電力を平準化することが可能となるうえ、さ
らに消費電力も大幅に低減化させることができる多段冷
凍装置および多段冷凍方法を提供することを目的とする
ものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
に係る多段冷凍装置は、直列に配設された複数の圧縮機
の下流側に、順次凝縮器と、中間冷却器と、蒸発器用膨
張手段と、蒸発器とが冷媒配管によって接続されるとと
もに、上記冷媒配管の凝縮器の出口側に、切替弁を介し
て上記凝縮器の下流側の冷媒の一部を中間冷却器の冷却
用冷媒として供給するための補助膨張手段を有する冷却
用冷媒配管が設けられ、この冷却用冷媒配管の中間冷却
器出口側が、高圧側の上記圧縮機の入口側の冷媒配管に
接続された多段冷凍装置において、上記切替弁と中間冷
却器との間、または中間冷却器と蒸発器用膨張手段との
間に第２凝縮器を設け、上記冷媒配管に、上流側端部が
切替弁を介して中間冷却器の出口側に接続され、下流側
に向けて順次蓄冷材冷却器用膨張手段と、蓄冷材冷却器
とが配設されて下流側端部が蒸発器の出口側に接続され
た蓄冷材冷却用配管を設け、かつ蓄冷材冷却器と第２凝
縮器との間に、上記蓄冷材冷却器で蓄冷された蓄冷材を
第２凝縮器内に導く供給管と、この第２凝縮器内の蓄冷
材を蓄冷材冷却器に導く戻り管と、蓄冷材を移送する蓄
冷材ポンプとを有する蓄冷材移送配管を設けたものであ
る。

【０００７】さらに、請求項２に記載の本発明に係る多
段冷凍装置は、直列に配設された複数の圧縮機の下流側
に、順次凝縮器と、中間冷却器と、蒸発器用膨張手段
と、蒸発器とが冷媒配管によって接続されるとともに、
上記冷媒配管の凝縮器の出口側に、切替弁を介して凝縮
器下流側の冷媒の一部を中間冷却器の冷却用冷媒として
供給するための補助膨張手段を有する冷却用冷媒配管が
設けられ、この冷却用冷媒配管の中間冷却器出口側が、
高圧側の上記圧縮機の入口側の冷媒配管に接続された多
段冷凍装置において、上記切替弁と中間冷却器との間、
または中間冷却器と蒸発器用膨張手段との間に第２凝縮
器を設け、かつ上記高圧側の圧縮機の入口側に冷媒を冷
却するための熱交換器を設けるとともに、上記冷媒配管
に、上流側端部が切替弁を介して中間冷却器の出口側に
接続され、下流側に向けて順次蓄冷材冷却器用膨張手段
と、蓄冷材冷却器とが配設されて下流側端部が蒸発器の
出口側に接続された蓄冷材冷却用配管を設け、かつ上記
蓄冷材冷却器と第２凝縮器および熱交換器との間に、上
記蓄冷材冷却器で蓄冷された蓄冷材を第２凝縮器内に導
く供給管と、この第２凝縮器から排出された蓄冷材をさ
らに上記熱交換器の冷媒として供給する熱交換器導入管
と、上記熱交換器から排出された蓄冷材を蓄冷材冷却器
に戻す戻り管と、蓄冷材を移送する蓄冷材ポンプとを有
する蓄冷材移送配管を設けたことを特徴とするものであ
る。

【０００８】また、請求項３に記載の多段冷凍装置は、
上記請求項１または２に記載の蒸発器用膨張手段の入口
側に、上記冷媒の温度を検出する第１の温度検出手段を
設けるとともに、この第１の温度検出手段による検出温
度または蒸発器における被冷却媒体の温度に基づいて上
記蓄冷材ポンプの吐出流量を制御する制御手段を備えて
なることを特徴とするものである。

【０００９】これに対して、請求項４に記載の多段冷凍
装置は、上記請求項１または２に記載の第２凝縮器の出
口側に、上記冷媒の温度を検出する第２の温度検出手段
を設けるとともに、この第２の温度検出手段による検出
温度に基づいて上記蓄冷材ポンプの吐出流量を制御する
制御手段を設けたものである。

【００１０】さらに、請求項５に記載の多段冷凍装置
は、上記請求項１〜４のいずれかに記載の冷却用冷媒配
管に開閉弁を設け、上記蒸発器用膨張手段の入口側に、
冷媒の温度を検出する第１の温度検出手段を設けるとと
もに、この第１の温度検出手段による検出温度または蒸
発器における被冷却媒体の温度に基づいて上記蓄冷材ポ
ンプの吐出流量および上記開閉弁の開閉度を制御する制
御手段を備えてなるものである。

【００１１】そして、請求項６に記載の多段冷凍装置
は、これら請求項１〜５のいずれかに記載の冷媒配管の
第２凝縮器の出入口間および中間冷却器の出入口間の少
なくとも一方に、開閉弁を介して上記冷媒のバイパス配
管を設けたことを特徴とするものである。ここで、請求
項７に記載の多段冷凍装置は、上記請求項１〜６のいず
れかに記載の蓄冷材ポンプを、上記蓄冷材移送配管の戻
り管に設けたことを特徴とするものである。

【００１２】また、請求項８に記載の多段冷凍装置は、
上記請求項１〜７のいずれかに記載の蓄冷材冷却器が、
上記蓄冷材冷却用配管が挿通されて蓄冷材との熱交換を
行う熱交換槽と、少なくとも上記供給管が接続された蓄
冷槽と、これら熱交換槽および蓄冷槽の間に接続されて
内部の蓄冷材を循環させる連結配管とを備えてなるもの
であり、さらに請求項９に記載の多段冷凍装置は、上記
請求項１〜８のいずれかに記載の蓄冷材冷却器が、上記
蓄冷材冷却用配管が挿通されて蓄冷材との熱交換を行う
とともに、上記供給管が接続された蓄冷槽と、この蓄冷
槽と接続管を介して接続されるとともに、上記戻り管が
接続された蓄冷材回収槽とを備えてなることを特徴とす
るものである。

【００１３】上記請求項１〜９のいずれかに記載の多段
冷凍装置において、請求項１０に記載の発明は、上記蓄
冷材として、蓄冷材冷却器における蓄冷時に固形物を生
成する流動体であるものを用いたもにであり、さらに請
求項１１に記載の発明は、上記蓄冷材として、５〜６０
重量％の水と、カルボニル基あるいは水酸基を有し融点
が−１５℃以下で炭素数が１〜５である有機化合物の一
または二種以上との混合物からなるものを用い、かつ少
なくとも上記第２凝縮器内に上記蓄冷材の流動手段を設
けたことを特徴とするものである。また、請求項１２に
記載の発明は、上記請求項１１に記載の蓄冷材中の上記
有機化合物の一種がアセトンであることを特徴とするも
のである。

【００１４】次に、請求項１３に記載の本発明に係る多
段冷凍方法は、直列に配設された複数の圧縮機の下流側
に、順次凝縮器と、中間冷却器と、蒸発器用膨張手段
と、蒸発器とが冷媒配管によって接続されるとともに、
上記冷媒配管の凝縮器の出口側に、切替弁を介して凝縮
器下流側の冷媒の一部を中間冷却器の冷却用冷媒として
供給するための補助膨張手段を有する冷却用冷媒配管が
設けられ、この冷却用冷媒配管の中間冷却器出口側が、
高圧側の圧縮機の入口側の冷媒配管に接続されるととも
に、さらに上記切替弁と中間冷却器との間、または中間
冷却器と蒸発器用膨張手段との間に第２凝縮器が設けら
れた多段冷凍装置を用い、低負荷時に上記中間冷却器を
経た冷媒の少なくとも一部によって蓄冷材を冷却するこ
とにより蓄冷し、通常負荷運転時に、上記蓄冷材を第２
凝縮器に供給して冷媒を冷却することにより、中間冷却
器への冷却用冷媒の流量を減少せしめることを特徴とす
るものである。

【００１５】また、請求項１４に記載の多段冷凍方法
は、直列に配設された複数の圧縮機の下流側に、順次凝
縮器と、中間冷却器と、蒸発器用膨張手段と、蒸発器と
が冷媒配管によって接続されるとともに、上記冷媒配管
の凝縮器の出口側に、切替弁を介して凝縮器下流側の冷
媒の一部を中間冷却器の冷却用冷媒として供給するため
の補助膨張手段を有する冷却用冷媒配管が設けられ、こ
の冷却用冷媒配管の中間冷却器出口側が、高圧側の圧縮
機の入口側の上記冷媒配管に接続されるとともに、さら
に上記切替弁と中間冷却器との間、または中間冷却器と
蒸発器用膨張手段との間に第２凝縮器が設けられ、かつ
上記高圧側圧縮機の入口側に冷媒を冷却するための熱交
換器が設けられた多段冷凍装置を用い、低負荷時に上記
中間冷却器を経た冷媒の少なくとも一部によって蓄冷材
を冷却することにより蓄冷し、通常負荷運転時に、上記
蓄冷材を第２凝縮器に供給するとともに、この第２凝縮
器から排出された冷媒を、さらに上記熱交換器に供給し
て冷媒を冷却することにより、上記中間冷却器への冷却
用冷媒の流量を減少せしめることを特徴とするものであ
る。

【００１６】

【作用】請求項１および請求項１３に記載の発明によれ
ば、低負荷時または負荷が無い時に、上記中間冷却器を
経た冷媒の一部またはそのほぼ全部によって蓄冷材を冷
却しているので、通常負荷運転時に、蓄冷しておいた上
記蓄冷材を第２凝縮器に供給して冷媒を冷却することに
より、中間冷却器への冷却用冷媒の流量を減少させて、
蒸発器に供給する冷媒の流量を増大させることが可能と
なり、よって夜間等における低負荷時の消費電力は幾分
増加するものの、通常負荷運転時には、従来のものより
蒸発器において実質的に冷凍に寄与する冷媒の流量を大
幅に増加させることができるため、当該通常負荷運転時
における消費電力を大幅に削減することができ、この結
果昼夜間等における消費電力の平準化と、消費電力の削
減とが共に図られる。特に、高圧側の上記圧縮機の入口
側の冷媒配管に、別途当該箇所における冷媒を冷却する
ための冷水等を冷却媒体とする熱交換器を設ければ、上
記中間冷却器を全く使用することなく、通常負荷運転時
における運転状態を保持することが可能となるため、上
記作用効果が一層顕著となる。

【００１７】加えて、請求項１に記載の多段冷凍装置に
あっては、上記蓄冷材の材質や蓄冷材冷却器の容量等を
適宜選択することにより、上記蓄冷材を用いた第２凝縮
器における冷却によって、冷媒を過冷却状態になるよう
に設定すれば、当該冷凍サイクルにおける冷凍効果を一
段と高めて、さらに圧縮機における消費電力の削減が可
能になり、より大きな負荷変動に対する追従性も向上す
る。また、既存の多段冷凍装置であっても、膨張手段や
凝縮器あるいは蒸発器等を取り替えることなく、容易に
本発明に係る構成のものに改造することが可能である。

【００１８】さらに、請求項２および１４に記載の発明
にあっては、上記第２凝縮器において冷媒の冷却に利用
した後の蓄冷材を、さらに上記熱交換器に送って高圧側
圧縮機の入口における冷媒冷却用の冷媒として再利用し
ているので、上記請求項１および１３に記載の発明が奏
する作用効果に加えて、さらに上記蓄冷材を高温度まで
利用することが可能になるとともに、設定温度によって
は中間冷却器から冷却用冷媒配管を介して導かれる冷媒
が不要となるため、中間冷却器を全く使用しない運転が
可能となり、この結果一層多量の冷媒を蒸発器に送って
実質的な冷却に寄与せしめることが可能となるため、当
該冷凍サイクルの能力を一段と向上させることができ
る。

【００１９】この際に、請求項３に記載の発明によれ
ば、上記制御手段により、第１の温度検出手段による膨
張手段の入口側の冷媒の温度、または蒸発器における被
冷却媒体の温度が所定の温度に保持されるように蓄冷材
ポンプの吐出流量を制御することにより、中間冷却器へ
の冷却用冷媒の流量を減少させて、蒸発器に供給する冷
媒の流量を増大させる上記運転条件が安定的に保持され
る。

【００２０】また、請求項１または２に記載の発明にお
いて、第２凝縮器を切替弁と中間冷却器との間に設けた
場合には、上記第１の温度検出手段における冷媒温度
は、第２凝縮器による冷却と、中間冷却器における冷却
との影響を受ける。そこで、請求項４に記載の発明のよ
うに、上記制御手段により、第２凝縮器の出口側の冷媒
温度に基づいて上記蓄冷材ポンプの吐出流量を制御すれ
ば、直接第２凝縮器における蓄冷材の冷却効果を確認し
つつ蓄冷材ポンプの流量制御ができるため、特に上記第
２凝縮器のみによって充分な冷媒の冷却が可能な運転状
態における蓄冷材の流量制御に用いて好適である。

【００２１】さらに、請求項５に記載の多段冷凍装置に
よれば、上記制御手段により、第１の温度検出手段によ
る検出温度または蒸発器における被冷却媒体の温度に基
づいて上記蓄冷材ポンプの吐出流量および冷却用冷媒配
管の開閉弁の開閉度を制御しているので、蓄冷材の温度
が充分低い場合には、上記開閉弁が、高圧側圧縮機の入
口冷媒温度を下げるのに充分な必要最小限度の冷媒流量
になるまで閉じられて、蓄冷材ポンプの流量制御によ
り、ほぼ第２凝縮器のみで冷媒を冷却する運転状態が保
持される。また、上記蓄冷材の温度が上昇して蓄冷材ポ
ンプの流量制御のみでは第１の温度検出手段による検出
温度等が所定の温度まで降下しない場合には、上記開閉
弁が徐々に開かれて中間冷却器での冷媒による冷却が行
われる。

【００２２】ところで、上記蓄冷材の温度が上昇して第
２凝縮器での冷却が充分に行われない場合、あるいは蓄
冷材の温度が充分に低いために上記中間冷却器における
冷媒の冷却が不要な場合には、上記第２凝縮器あるいは
中間冷却器における媒体の熱交換流路が長いため、逆に
この熱交換流路における冷媒の放熱量が大きくなってし
まう。この点、請求項６に記載の発明によれば、冷媒配
管の第２凝縮器の出入口間および中間冷却器の出入口間
の少なくとも一方に、開閉弁を介して上記冷媒のバイパ
ス配管を設けているので、第２凝縮器を使用しない場合
には、上記冷媒を第２凝縮器のバイパス配管側を通し、
他方上記中間冷却器での冷却が不要な場合には、上記冷
媒を中間冷却器のバイパス配管側を通すことにより、上
記放熱ロスが防止されるとともに、さらに冷媒の流路抵
抗が減少することにより、圧縮機の動力の低減化が図ら
れる。

【００２３】また、請求項７に記載の発明によれば、蓄
冷材の粘度が、放熱後の高温時においてより低くなるこ
とから、蓄冷材ポンプによる移送が容易になり、この結
果上記蓄冷材ポンプの駆動力の低減化が図られる。特
に、後述する請求項１０〜１２に記載の発明における蓄
冷材にあっては、当該蓄冷材が第２凝縮器における放熱
前にスラリー状であるのに対して、上記放熱をした後に
おいては液状であるために、より一層移送が容易にな
る。

【００２４】次いで、請求項８に記載の発明によれば、
蓄冷材の冷却時に、当該蓄冷材を熱交換槽と蓄冷槽との
間を循環させているので、上記熱交換槽や蓄冷槽内に攪
拌器等を設ける必要がなく、よって特に後述する請求項
１０〜１２に記載の蓄冷材を用いた場合に好適である。
また、一般に熱交換器において熱交換率を高めるために
は、当該熱交換器内における伝熱面付近での媒体の流速
を大きくする必要がある。このため、上記蓄冷材冷却器
が大型化してその容量が大きくなると、蓄冷材の流速を
大きく確保することが難しくなる。しかるに、本請求項
に係る発明においては、上記蓄冷材冷却器が熱交換槽と
蓄冷槽とを備えた構成であるので、これら熱交換槽およ
び蓄冷槽内に攪拌器を設けた場合には、上記請求項１〜
７に記載の発明のように蓄冷材冷却器内の蓄冷材の全量
を均一に流動させる必要がなく、例えば熱交換槽内の蓄
冷材を急速に攪拌して高い流速を維持することが可能と
なり、他方蓄冷槽においては、上記蓄冷材を緩慢に攪拌
すればよいことになる。この結果、熱交換槽において
は、容易に熱交換速度を速めることができ、かつ蓄冷槽
においては、内部の温度分布を均一にすることができ
る。また特に、請求項１０〜１２に記載の蓄冷材を用い
た場合には、スラリーの沈降を防止できる。

【００２５】さらに、請求項９に記載の発明によれば、
昼間等の蓄冷材使用時に、この蓄冷材を蓄冷材冷却器と
第２凝縮器との間で循環させることなく、供給管が接続
された蓄冷槽内の蓄冷材のみを使用して、戻りを蓄冷材
回収槽に戻すことにより、第２凝縮器における冷却媒体
として、常に一定の温度の蓄冷材を使用することが可能
となり、全体として冷凍サイクルの安定化が図られる。
なお、蓄冷材回収槽に戻された蓄冷材は、夜間等に蓄冷
槽に供給されて冷却され、次の昼間等に上記蓄冷槽から
第２凝縮器等に供給されて使用される。

【００２６】ところで、本発明者等は、先に特開平３−
２８１５９３号に見られるような、この種の蓄冷材に最
適な含水蓄冷材を提案した。この蓄冷材は、上記請求項
１０に記載のように、蓄冷材冷却器における蓄冷時に固
形物を生成する流動体であり、さらに詳しくは、上記請
求項１１に記載のように、５〜６０重量％の水と、カル
ボニル基あるいは水酸基を有し融点が−１５℃以下で炭
素数が１〜５である有機化合物の一または二種以上との
混合物からなり、加えて、これに水溶性の有機化合物ま
たは無機化合物を含有させたものである。このような蓄
冷材は、攪拌器を備えた冷却槽において、通常回転数１
０〜１５００rpm で回転攪拌しながら、−１５℃以下に
冷却することにより、平均粒径３．０mm以下の水を含む
固体粒子を生成し、この結果上記蓄冷材を固液分散体と
して蓄冷状態に変換することができることから、冷却能
力が大きく、かつ蓄冷状態が固液分散体であるためスラ
リーとして移送可能であるという利点がある。

【００２７】したがって、請求項１０または１１に記載
のように、上記蓄冷材を請求項１〜９のいずれかに記載
の発明における蓄冷材として用いれば、蓄冷温度が低温
で、かつ蓄冷容量が大きいため、第２凝縮器の小型化が
図られるとともに、蓄冷材流量が少なくても充分な冷却
効果が得られるため、蓄冷材ポンプの小型化と消費電力
の低減化も図られる。

【００２８】加えて、請求項１２に記載のように、上記
請求項１１に記載の発明における有機化合物の一種とし
てアセトンを選択すれば、得られた蓄冷材は、例えばメ
タノール等と比較して、伝熱面への表着が生じ難いとい
う特性を有していることから、この種の蓄冷材としてさ
らに好適である。

【００２９】

【実施例１】図１は、本発明の多段冷凍装置の第一実施
例を示すもので、この多段冷凍装置は、直列に配設され
た低圧側圧縮機２０と高圧側圧縮機２１の下流側に、順
次凝縮器２２と、中間冷却器２３と、膨張弁（蒸発器用
膨張手段）２４と、蒸発器２５とが冷媒配管２６によっ
て接続され、かつ上記冷媒配管２６の凝縮器２２の出口
側に、三方切替弁２７を介して凝縮器２２の下流側の冷
媒の一部を中間冷却器２３の冷却用冷媒として供給する
ための補助膨張弁（補助膨張手段）２８が介装された冷
却用冷媒配管２９が設けられたもので、この冷却用冷媒
配管２９の中間冷却器２３の出口側は、高圧側圧縮機２
１の入口側の冷媒配管２６に接続されている。また、上
記三方切替弁２７と中間冷却器２３との間には、第２凝
縮器３０が設けらている。さらに、上記冷媒配管２６に
は、上流側端部が切替弁３１を介して中間冷却器２３の
出口側に接続され、下流側に向けて順次膨張弁（蓄冷材
冷却器用膨張手段）３２と、蓄冷材冷却器３３とが配設
されて下流側端部が蒸発器２５の出口側に接続された蓄
冷材冷却用配管３４が設けられている。なお、上記膨張
弁２４の入口側には、切替弁３５が介装されている。ま
た、上記第２凝縮器３０および蓄冷材冷却器３３内に
は、内部の上記蓄冷材３６を攪拌するための図示されな
い攪拌器（流動手段）が配設されている。

【００３０】そして、上記蓄冷材冷却器３３と第２凝縮
器３０との間には、上記蓄冷材冷却器３３で蓄冷された
蓄冷材３６を第２凝縮器３０内にその冷却媒体として導
く供給管３７と、この第２凝縮器３０内の蓄冷材を蓄冷
材冷却器３３に導く戻り管３８と、上記供給管３７に介
装されて蓄冷材３６を移送する蓄冷材ポンプ３９とから
なる蓄冷材移送配管が設けられている。また、上記膨張
弁２４の入口側には、当該箇所における冷媒の温度を検
出するための第１温感筒（第１の温度検出手段）４０が
設けられており、この第１温感筒４０よる検出温度の温
度に基づいて、上記蓄冷材ポンプ３９の吐出流量を制御
する図示されない制御手段が設けられている。他方、上
記蒸発器２５の出口側には、当該箇所の冷媒温度を検出
して上記膨張弁２４の開閉度を調節するための温度セン
サ４１が設けられ、さらに上記蓄冷材冷却用配管３４の
蓄冷材冷却器３３の出口側には、上記膨張弁３２の開閉
度を調節するための温度センサ４２が設けられている。

【００３１】そして、上記蓄冷材冷却器３３内には、蓄
冷材３６として、蓄冷材冷却器３３における蓄冷時に固
形物を生成する流動体であって蓄冷材ポンプ３９によっ
て移送可能なスラリー状のもの、さらに詳しくは、５〜
６０重量％の水と、カルボニル基あるいは水酸基を有し
融点が−１５℃以下で炭素数が１〜５である有機化合物
の一または二種以上との混合物、さらには、これに水溶
性の有機化合物または無機化合物を含有させたものから
なる含水蓄冷材が封入されている。ここで、具体的に上
記蓄冷材３６としては、水４０重量％とアセトン６０重
量％とを混合して得られたものや、水５０重量％とアセ
トン５０重量％とを混合したもの、あるいは水３０重量
％とメチルエチルケトン７０重量％とを混合したもの、
さらには、水４０重量％、メタノール１５重量％および
アセトン４５重量％を混合して得られたもの等が用いら
れる。

【００３２】次に、以上の構成からなる多段冷凍装置の
作用とともに、本発明の多段冷凍方法の一実施例につい
て説明する。先ず、夜間等の低負荷時には、図中実線の
矢印で示すように、凝縮器２２によって冷却された冷媒
を、中間冷却器２３に送るとともに、その一部を三方切
替弁２７を介して冷却用冷媒配管２９に送り、補助膨張
弁２８で減圧して中間冷却器２３の冷却用媒体として上
記中間冷却器２３内に送り、上記冷媒を冷却する。そし
て、中間冷却器２３において冷却に使用された冷媒は、
高圧側圧縮機２１入口側の冷媒と合流してこれを冷却す
る。

【００３３】他方、中間冷却器２３において冷却された
冷媒の一部は、冷凍負荷に対応した開度だけ開かれた切
替弁３５から膨張弁２４を介して蒸発器２５に送られ、
ここで気化して所要の冷凍を行う。これと並行して、上
記冷媒の大部分は、ほぼ全開された切替弁３１から蓄冷
材冷却用配管３４側に送られ、膨張弁３２で減圧されて
蓄冷材冷却器３３において内部の蓄冷材３６を冷却す
る。すると、上記蓄冷材３６は、蓄冷材冷却器３３内に
おいて、通常回転数１０〜１５００rpm で回転攪拌され
ながら、−１５℃以下に冷却されることにより、平均粒
径３．０mm以下の水を含む固体粒子を生成し、この結果
上記蓄冷材は、固液分散体（スラリー）として移送可能
な状態で蓄冷状態に変換される。

【００３４】次いで、昼間等の通常負荷運転時には、図
中点線の矢印で示すように、切替弁３１を閉じるととも
に、蓄冷材ポンプ３９を駆動して、上記夜間時等に蓄冷
された蓄冷材冷却器３３の蓄冷材３６を第２凝縮器内に
供給する。これにより、凝縮器２２から送られてきた冷
媒は、上記第２凝縮器３０においてさらに冷却され、ほ
ぼ全開とされた切替弁３５を介して膨張弁２４から蒸発
器２５に送られ、ここで気化して上記昼間等の通常負荷
に対応した冷凍を行う。この際に、運転中の負荷変動に
伴って変化する第１温感筒４０の検出温度に基づき、制
御手段によって蓄冷材ポンプ３９による蓄冷材３６の流
量が制御されて、凝縮器２５の入口温度が所望の範囲内
に保持される。したがって、凝縮器２２の出口側におけ
る冷媒は、上記第２凝縮器３０によって所望の温度まで
冷却されるため、中間冷却器２３において冷却する必要
がなく、このため三方切替弁２７から冷却用冷媒配管２
９側に送られる冷媒の量は、高圧側圧縮機２１入口側の
冷媒を冷却するのに充分な、極く少量に限られることに
なる。ちなみに、上記高圧側圧縮機２１の入口側の冷媒
配管２９に、別途当該箇所における冷媒を冷却するため
の冷水等を冷却媒体とする熱交換器を設ければ、上記中
間冷却器２３に冷却用の冷媒を送ることが全く不要とな
る。

【００３５】したがって、このような構成からなる多段
冷凍装置および多段冷凍方法によれば、低負荷時に上記
中間冷却器２３を経た冷媒の一部またはそのほぼ全部に
よって蓄冷材３６を冷却し、通常負荷運転時に、蓄冷し
ておいた上記蓄冷材３６を第２凝縮器３０に供給して凝
縮器２２出口の冷媒を冷却することにより、中間冷却器
３０への冷却用冷媒の流量を減少させて、蒸発器２５に
供給する冷媒の流量を増大させることができるため、通
常負荷運転時に、従来のものより蒸発器２５において実
質的に冷凍に寄与する冷媒の流量を大幅増加させること
ができ、よって当該通常負荷運転時における消費電力を
大幅に削減することができるとともに、昼夜間等におけ
る消費電力の平準化と、消費電力の削減とを共に図るこ
とができる。特に、上記高圧側圧縮機２１の入口側の冷
媒配管２９に、別途当該箇所における冷媒を冷却するた
めの冷水等を冷却媒体とする熱交換器を設ければ、上記
中間冷却器２３を全く使用することなく、通常負荷運転
時における運転状態を保持することが可能となるため、
上記効果が一層顕著となる。

【００３６】この際に、上記制御手段により、第１温感
筒４０における冷媒温度が所定の温度に保持されるよう
に蓄冷材ポンプ３９の吐出流量を制御しているので、負
荷変動に対しても、上述した運転条件を安定的に保持す
ることができるうえ、さらに上記蓄冷材３６を用いた第
２凝縮器３０における冷却により、冷媒を過冷却状態に
なるように設定すれば、当該冷凍サイクルにおける冷凍
効果を一段と高めて、さらに低圧側圧縮機２０および高
圧側圧縮機２１における消費電力を削減することができ
るとともに、より大きな負荷変動に対する追従性も向上
させることが可能となる。しかも、既存の多段冷凍装置
であっても、膨張手段や凝縮器あるいは蒸発器等を取り
替えることなく、容易に本発明に係る構成のものに改造
することができる。

【００３７】また、上記多段冷凍装置にあっては、蓄冷
材３６として、５〜６０重量％の水と、カルボニル基あ
るいは水酸基を有し融点が−１５℃以下で炭素数が１〜
５である有機化合物の一または二種以上との混合物を用
いているので、この種の多段冷凍装置における中間冷却
器の冷媒を冷却するのに充分な低い温度で蓄冷すること
ができる。この際に、第２凝縮器３０内に攪拌器を配設
しているので、スラリー状をなす蓄冷材の固形分の沈降
が防止されて、冷熱の伝熱効率が向上する。しかも、上
記蓄冷材３６は、かつ蓄冷容量が大きいため、上記第２
凝縮器３０の小型化を図ることができる。また、蓄冷材
３６の流量が少なくても充分な冷却効果が得られるた
め、蓄冷材ポンプ３９の小型化と消費電力の低減化を併
せて図ることが可能となる。特に、上記蓄冷材３６とし
てアセトンを含むものを使用している結果、当該蓄冷材
３６が第２凝縮器３０等における伝熱面に表着すること
を防止することができる。

【００３８】

【実施例２】図２は、本発明の多段冷凍装置の第二実施
例を示すもので、後述する他の実施例と同様に、図１に
示したものと同一構成部分には同一符号を付して、その
説明を省略する。図２において、この多段冷凍装置にお
いては、上記第２凝縮器３０の出口側に、冷媒の温度を
検出する第２温感筒（第２の温度検出手段）４３が設け
られており、さらにこの第２温感筒４３による検出温度
に基づいて上記蓄冷材ポンプ３９の吐出流量を制御する
ための図示されない制御手段が設けられている。

【００３９】すなわち、図１に示した多段冷凍装置にお
いては、上記第１温感筒４０における冷媒温度が、第２
凝縮器３０における冷却と、中間冷却器２３における冷
却との影響を受ける。この点本実施例の多段冷凍装置に
あっては、第２温感筒４３を第２凝縮器３０の出口側に
設けているので、上記制御手段により、第２凝縮器４３
の出口側の冷媒温度に基づいて蓄冷材ポンプ３９の吐出
流量を制御することにより、直接第２凝縮器３０におけ
る蓄冷材の冷却効果を確認しつつ蓄冷材ポンプ３９の流
量制御ができる。

【００４０】

【実施例３】図３は、本発明の多段冷凍装置の第三実施
例を示すものである。図３において、この例の多段冷凍
装置においては、上記中間冷却器２３と切替弁３５との
間に、第２凝縮器３０が設けられ、かつ蓄冷材の供給管
３７には、上記蓄冷材３６の温度を検出するための第３
温感筒４５が設置されている。また、上記冷却用冷媒配
管２９の中間冷却器２３出口側には、開閉弁４６が設け
られており、さらに上記第１温感筒４０検出温度および
第３温感筒４５の検出温度に基づいて、上記蓄冷材ポン
プ３９の吐出流量および冷却用冷媒配管２９の開閉弁４
６の開閉度を制御するための制御手段４７が設けられて
いる。

【００４１】このような構成からなる多段冷凍装置によ
れば、上記制御手段４７により、第１温感筒４０および
第３温感筒４５による検出温度に基づいて、蓄冷材ポン
プ３９の吐出流量および開閉弁４６の開閉度を制御して
いるので、蓄冷材３６の温度が充分低い場合には、上記
開閉弁４６が、高圧側圧縮機２１の入口冷媒温度を下げ
るのに充分な必要最小限度の冷媒流量になるまで閉じら
れ、この状態で蓄冷材ポンプ３９の蓄冷材流量が制御さ
れることにより、ほぼ第２凝縮器３０のみで冷媒を冷却
する運転状態に保持することができる。また、上記蓄冷
材３６を使い果した等の理由により、蓄冷材３６の温度
が上昇して蓄冷材ポンプ３９の流量制御のみによって
は、第１温感筒４０における冷媒温度が所定の温度まで
降下しない場合には、上記開閉弁４６が徐々に開かれて
冷却用冷媒配管への冷媒流量が増加し、よって中間冷却
器２３において冷媒の冷却を行なうことが可能となる。

【００４２】

【実施例４】図４は、本発明の多段冷凍装置の第四実施
例を示すもので、この例の多段冷凍装置にあっては、冷
媒配管２６の第２凝縮器３０の出入口間および中間冷却
器２３の出入口間に、それぞれ開閉弁４８、４９、５
０、５１を介して、上記中間冷却器２３のバイパス配管
５２および第２凝縮器３０のバイパス配管５３が設けら
れている。したがって、このような多段冷凍装置によれ
ば、蓄冷時あるいは蓄冷材を使い果たした時のように第
２凝縮器３０を使用しない場合には、開閉弁５１を閉じ
て冷媒を第２凝縮器３０のバイパス配管５３側を通し、
他方、冷媒の冷却が第２凝縮器３０を用いた蓄冷材３６
による冷却のみで充分な時のように、上記中間冷却器２
３での冷却が不要な場合には、上記冷媒を中間冷却器２
３のバイパス配管５２側を通すことにより、いずれも上
記第２凝縮器３０あるいは中間冷却器２３内の伝熱管内
における冷媒の放熱ロスを防止することができるととも
に、さらに冷媒の流路抵抗が減少することにより、圧縮
機２０、２１の動力を低減化させることができる。

【００４３】なお、上記中間冷却器２３および第２凝縮
器３０のバイパス配管５２、５３としては、図４に示し
たものの他、例えば図５に示すようなバイパス配管５
４、５５も適用することが可能である。このような中間
冷却器２３および第２凝縮器３０のバイパス配管５４、
５５によれば、図４に示したものと比較して、開閉弁４
８が不要となり、よってこれら開閉弁の操作あるいは制
御が容易になる。

【００４４】

【実施例５】図６は、本発明の多段冷凍装置の第五実施
例を示すもので、この多段冷凍装置にあっては、上記蓄
冷材冷却器３３に代えて、上記蓄冷材冷却用配管３４が
挿通されて蓄冷材３６との熱交換を行う熱交換槽５６
と、上記供給管３７および戻り管３８が接続された蓄冷
槽５７とが配設されている。そして、これら熱交換槽５
６と蓄冷槽５７とは、上記蓄冷材３６を循環させる循環
ポンプ５８が設けられた連結配管５９によって連結され
ている。

【００４５】このような多段冷凍装置にあっては、蓄冷
材３６を冷却する際に、循環ポンプ５８を駆動して、蓄
冷材３６を熱交換槽５６と蓄冷槽５７との間で、連結配
管５９を介して循環させることができるため、上記熱交
換槽５６や蓄冷槽５７内に攪拌器等の流動手段を設ける
必要がないという利点がある。また、上記熱交換槽５６
および蓄冷槽５７内に攪拌器を設けた場合には、上記第
一実施例で示した多段冷凍装置のように蓄冷材冷却器３
３内の蓄冷材３６の全量を均一に流動させる必要がない
ため、例えば熱交換槽５６を急速に、蓄冷槽５７を緩慢
に攪拌すれば充分になる。この結果、熱交換槽５６にお
いては、熱交換速度を速めることができ、かつ蓄冷槽５
７においては、スラリーの沈降を防止して、内部の温度
分布を均一にすることができる。なお、本実施例の多段
冷凍装置においては、さらに後述する上記第六実施例を
適用することにより、上記蓄冷槽５７にさらに接続管を
介して蓄冷材回収槽を設け、この蓄冷材回収槽に上記戻
り管３８を接続することもでき、これによれば後述する
上記第六実施例における作用効果についても、同時に奏
することが可能となる。

【００４６】

【実施例６】図７は、本発明の多段冷凍装置の第六実施
例を示すもので、この例の多段冷凍装置においては、蓄
冷材冷却器３３に代えて、上記蓄冷材冷却用配管３４が
挿通されて蓄冷材３６との熱交換を行うとともに、供給
管３７が接続された蓄冷槽６０と、この蓄冷槽６０と接
続管６１を介して接続されるとともに、上記戻り管３８
が接続された蓄冷材回収槽６２とが配設されている。

【００４７】このような多段冷凍装置によれば、夜間等
に蓄冷された蓄冷材３６を蓄冷槽６０に蓄えておき、昼
間等の蓄冷材使用時に、蓄冷槽６０内の蓄冷材３６のみ
を使用して、蓄冷材３６を第２凝縮器３０との間で循環
させることなく、その戻りを蓄冷材回収槽６２に回収す
る。そして、蓄冷材回収槽６２に回収された蓄冷材３６
は、夜間等に、これら蓄冷槽６０および蓄冷材回収槽６
２間のヘッドを利用して、あるいは上記接続管６１に介
装するポンプ（図示せず）により蓄冷槽６０に供給され
て冷却され、次の昼間等に上記蓄冷槽６０から第２凝縮
器３０に供給されて使用される。したがって、この例の
多段冷凍装置によれば、第２凝縮器３０における冷却媒
体として、常に一定の温度の蓄冷材３６を使用すること
ができるために、当該冷凍システムの一層の安定化を図
ることができる。

【００４８】

【実施例７】図８は、本発明の多段冷凍装置の第七実施
例を示すものである。図８において、この例の多段冷凍
装置にあっては、上記高圧側圧縮機２１の入口側に、低
圧側圧縮機２０によって圧縮された冷媒を冷却するため
の熱交換器６３が設けられている。そして、上記蓄冷材
冷却器３３と第２凝縮器３０および熱交換器６３との間
に、上記蓄冷材冷却器３３で蓄冷された蓄冷材３６を第
２凝縮器３０に導く供給管６４と、第２凝縮器３０から
排出された蓄冷材３６を、さらに上記熱交換器６３の冷
媒として供給する熱交換器導入管６５と、熱交換器６３
から排出された蓄冷材３６を再び蓄冷材冷却器３３に戻
す戻り管６６と、上記供給管６４に介装されて蓄冷材３
６を移送する蓄冷材ポンプ３９とを有する蓄冷材移送配
管が設けられている。

【００４９】したがって、この例の多段冷凍装置および
これを用いた多段冷凍方法によれば、第２凝縮器３０に
おいて冷媒の冷却に利用した後の蓄冷材３６を、さらに
上記低圧側圧縮機２０出口における冷媒冷却用の熱交換
器６３の冷媒として再利用しているので、蓄冷材３６を
高温度まで利用することが可能になる。さらに加えて、
設定温度によっては中間冷却器２３から冷却用冷媒配管
２９を介して高圧側圧縮機２１の入口側に導かれる冷媒
が不要となるため、上記中間冷却器２３を全く使用しな
い運転が可能となり、この結果より冷媒配管２６中の総
ての冷媒を蒸発器２５に送って実質的な冷却に使用する
ことができるため、当該冷凍サイクルの能力をより一段
と向上させることができる。

【００５０】

【実施例８】図９は、本発明の多段冷凍装置に第八実施
例を示すもので、この例の多段冷凍装置にあっては、図
８に示したものにおいて、蓄冷材移送配管において蓄冷
材３６を移送する上記蓄冷材ポンプ３９が、戻り管６６
に介装されている。したがって、この多段冷凍装置によ
れば、第２凝縮器３０および熱交換器６３を経た放熱後
において蓄冷材３６の温度がより高くなり、この結果上
記蓄冷材３６の粘度がより低くなっているため、蓄冷材
ポンプ３９による移送が一層容易になり、よって上記蓄
冷材ポンプ３９の駆動力を低減化させることができる。
特に、上記蓄冷材３６は、第２凝縮器における放熱前に
スラリー状であるのに対して、上記熱交換器６３におい
て放熱をした後においては液状であるために、より一層
移送が容易になる。

【００５１】なお、上記実施例においては、いずれも蓄
冷材３６として、５〜６０重量％の水と、カルボニル基
あるいは水酸基を有し融点が−１５℃以下で炭素数が１
〜５である有機化合物の一または二種以上との混合物、
さらには、これに水溶性の有機化合物または無機化合物
を含有させたものからなる含水蓄冷材が最も有効である
ことから、これを用いた場合についてのみ説明したが、
これに限るものではなく、例えば水−エチレングリコー
ル、塩化カルシウム溶液等の通常の冷媒を使用すること
も可能である。さらには、蓄冷材冷却器３３内に蓄冷材
を封入密閉した剛体を充填し、上記の通常の冷媒を使用
できる。

【００５２】また、上記実施例の説明においては、蓄冷
材冷却器３３に、内部の蓄冷材３６を攪拌するための攪
拌器（流動手段）を配設した場合について説明したが、
これに限定されるものではなく、例えば上記蓄冷材冷却
器３３を所定のヘッドを有する高所に配置するととも
に、温度が低くなるに従ってより密度が高くなる蓄冷材
を用いた場合等には、敢えて上記攪拌器を設けることな
く、蓄冷材冷却器３３の底部から、より低い温度の蓄冷
材３６を第２凝縮器３０に供給することにより、一層冷
凍効果を高めるようにしてもよい。

【００５３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、請求項１お
よび請求項１３に記載の本発明に係る多段冷凍装置およ
び多段冷凍方法によれば、低負荷時に蓄冷した蓄冷材に
よって通常負荷運転時に冷媒を冷却することにより、中
間冷却器への冷却用冷媒の流量を減少させて、蒸発器に
供給する冷媒の流量を増大させ、実質的に冷凍に寄与す
る冷媒の量を増加させることができるため、当該通常負
荷運転時における消費電力を大幅に削減することがで
き、よって昼夜間等における消費電力の平準化と、消費
電力の削減とを共に図ることができる等の効果が得られ
る。特に、高圧側の上記圧縮機の入口側の冷媒配管に、
別途当該箇所における冷媒を冷却するための冷水等を冷
却媒体とする熱交換器を設ければ、上記中間冷却器を全
く使用することなく、通常負荷運転時における運転状態
を保持することが可能となるため、上記効果が一層顕著
となる。加えて、請求項２および１４に記載の発明にあ
っては、上記蓄冷材をさらに高圧側圧縮機の入口側の冷
媒冷却用に再利用しているので、上記請求項１および１
３に記載の発明における作用効果に加え、さらに蓄冷材
を高温度まで利用することが可能になるとともに、中間
冷却器を全く使用しない運転が可能となり、この結果一
層多量の冷媒を蒸発器に送って実質的な冷却に寄与せし
めることが可能となるため、当該冷凍サイクルの能力を
一段と向上させることができる。

【００５４】この際に、請求項３に記載の発明によれ
ば、制御手段により上記運転条件を安定的に保持するこ
とができ、また請求項４に記載の発明によれば直接第２
凝縮器における蓄冷材の冷却効果を確認しつつ蓄冷材ポ
ンプの流量制御ができる。さらに、請求項５に記載の発
明によれば、蓄冷材の温度が充分低い場合には、開閉弁
が閉じられかつ蓄冷材ポンプの流量が制御されることに
より、ほぼ第２凝縮器のみで冷媒を冷却する運転状態を
保持し、上記蓄冷材の温度が上昇た場合には上記開閉弁
が開かれて中間冷却器における冷媒の冷却を行うことが
できる。

【００５５】さらに、請求項６に記載の発明によれば、
第２凝縮器を使用しない場合には、上記冷媒を第２凝縮
器のバイパス配管側を通し、他方上記中間冷却器での冷
却が不要な場合には、上記冷媒を中間冷却器のバイパス
配管側を通すことにより、冷媒の放熱ロスを防止するこ
とができるとともに、冷媒の流路抵抗を減少させて圧縮
機の動力を低減化することができる。また、請求項７に
記載の発明によれば、蓄冷材の粘度が、放熱後の高温時
においてより低くなることから、蓄冷材ポンプによる移
送が容易になり、この結果上記蓄冷材ポンプの駆動力の
低減化が図られる。

【００５６】また、請求項８に記載の発明によれば、熱
交換槽や蓄冷槽内に攪拌器等を設ける必要がない等の効
果が得られ、他方請求項９に記載の発明によれば、第２
凝縮器における冷却媒体として、常に一定の温度の蓄冷
材を使用することが可能となり、全体として冷凍サイク
ルの安定化を図ることができる等の効果が得られる。そ
して、請求項１０または１１に記載のように、上記蓄冷
材を請求項１〜９のいずれかに記載の発明における蓄冷
材として用いれば、第２凝縮器の小型化が図られるとと
もに、蓄冷材流量が少なくても充分な冷却効果が得られ
るため、蓄冷材ポンプの小型化と消費電力の低減化も図
ることができ、加えて、請求項１２に記載のように、上
記請求項１１に記載の発明における有機化合物の一種と
してアセトンを選択すれば、蓄冷材が伝熱面に表着する
ことを防止できるといった効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多段冷凍装置の第一実施例を示す冷媒
配管系統図である。

【図２】本発明の多段冷凍装置の第二実施例を示す冷媒
配管系統図である。

【図３】本発明の多段冷凍装置の第三実施例を示す冷媒
配管系統図である。

【図４】本発明の多段冷凍装置の第四実施例を示す冷媒
配管系統図である。

【図５】本発明の多段冷凍装置の第四実施例の変形例を
示す冷媒配管系統図である。

【図６】本発明の多段冷凍装置の第五実施例を示す冷媒
配管系統図である。

【図７】本発明の多段冷凍装置の第六実施例を示す冷媒
配管系統図である。

【図８】本発明の多段冷凍装置の第七実施例を示す冷媒
配管系統図である。

【図９】本発明の多段冷凍装置の第八実施例を示す冷媒
配管系統図である。

【図１０】従来の多段冷凍装置を示す冷媒配管系統図で
ある。

【符号の説明】 ２０ 低圧側圧縮機 ２１ 高圧側圧縮機 ２２ 凝縮器 ２３ 中間冷却器 ２４ 膨張弁（蒸発器用膨張手段） ２５ 蒸発器 ２６ 冷媒配管 ２７ 三方切替弁（切替弁） ２８ 補助膨張弁（補助膨張手段） ２９ 冷却用冷媒配管 ３０ 第２凝縮器 ３１、３５ 切替弁 ３２ 膨張弁（蓄冷材冷却器用膨張手段） ３３ 蓄冷材冷却器 ３４ 蓄冷材冷却用配管 ３６ 蓄冷材 ３７、６４ 供給管 ３８、６６ 戻り管 ３９ 蓄冷材ポンプ ４０ 第１温感筒（第１の温度検出手段） ４３ 第２温感筒（第２の温度検出手段） ４６ 開閉弁 ４７ 制御手段 ４８、４９、５０、５１ 開閉弁 ５２、５３、５４、５５ バイパス配管 ５６ 熱交換槽 ５７、６０ 蓄冷槽 ５８ 循環ポンプ ５９ 連結配管 ６１ 接続管 ６２ 蓄冷材回収槽 ６３ 熱交換器 ６５ 熱交換器導入管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平松 正義 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の１ 中部電力株式会社電力技術研究所内 (72)発明者 平野 正義 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の１ 中部電力株式会社電力技術研究所内 (72)発明者 川村 和茂 神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央二丁目12番 １号 千代田化工建設株式会社内 (72)発明者 粟井 英司 神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央二丁目12番 １号 千代田化工建設株式会社内 (72)発明者 木下 明 神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央二丁目12番 １号 千代田化工建設株式会社内

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直列に配設された複数の圧縮機の下流側
   に、順次凝縮器と、中間冷却器と、蒸発器用膨張手段
   と、蒸発器とが冷媒配管によって接続されるとともに、
   上記冷媒配管の上記凝縮器の出口側に、切替弁を介して
   上記凝縮器の下流側の冷媒の一部を上記中間冷却器の冷
   却用冷媒として供給するための補助膨張手段を有する冷
   却用冷媒配管が設けられ、この冷却用冷媒配管の上記中
   間冷却器出口側が、高圧側の上記圧縮機の入口側の上記
   冷媒配管に接続された多段冷凍装置において、 上記切替弁と上記中間冷却器との間、または上記中間冷
   却器と上記蒸発器用膨張手段との間に第２凝縮器を設け
   るとともに、上記冷媒配管に、上流側端部が切替弁を介
   して上記中間冷却器の出口側に接続され、下流側に向け
   て順次蓄冷材冷却器用膨張手段と、蓄冷材冷却器とが配
   設されて下流側端部が上記蒸発器の出口側に接続された
   蓄冷材冷却用配管を設け、かつ上記蓄冷材冷却器と上記
   第２凝縮器との間に、上記蓄冷材冷却器で蓄冷された蓄
   冷材を上記第２凝縮器内に導く供給管と、上記第２凝縮
   器内の上記蓄冷材を蓄冷材冷却器に導く戻り管と、上記
   蓄冷材を移送する蓄冷材ポンプとを有する蓄冷材移送配
   管を設けたことを特徴とする多段冷凍装置。
2. 【請求項２】 直列に配設された複数の圧縮機の下流側
   に、順次凝縮器と、中間冷却器と、蒸発器用膨張手段
   と、蒸発器とが冷媒配管によって接続されるとともに、
   上記冷媒配管の上記凝縮器の出口側に、切替弁を介して
   上記凝縮器下流側の冷媒の一部を上記中間冷却器の冷却
   用冷媒として供給するための補助膨張手段を有する冷却
   用冷媒配管が設けられ、この冷却用冷媒配管の上記中間
   冷却器出口側が、高圧側の上記圧縮機の入口側の上記冷
   媒配管に接続された多段冷凍装置において、 上記切替弁と上記中間冷却器との間、または上記中間冷
   却器と上記蒸発器用膨張手段との間に第２凝縮器を設
   け、かつ上記高圧側の圧縮機の入口側に上記冷媒を冷却
   するための熱交換器を設けるとともに、上記冷媒配管
   に、上流側端部が切替弁を介して上記中間冷却器の出口
   側に接続され、下流側に向けて順次蓄冷材冷却器用膨張
   手段と、蓄冷材冷却器とが配設されて下流側端部が上記
   蒸発器の出口側に接続された蓄冷材冷却用配管を設け、
   かつ上記蓄冷材冷却器と上記第２凝縮器および上記熱交
   換器との間に、上記蓄冷材冷却器で蓄冷された蓄冷材を
   上記第２凝縮器内に導く供給管と、上記第２凝縮器から
   排出された上記蓄冷材をさらに上記熱交換器の冷媒とし
   て供給する熱交換器導入管と、上記熱交換器から排出さ
   れた上記蓄冷材を蓄冷材冷却器に戻す戻り管と、上記蓄
   冷材を移送する蓄冷材ポンプとを有する蓄冷材移送配管
   を設けたことを特徴とする多段冷凍装置。
3. 【請求項３】 上記蒸発器用膨張手段の入口側に、上記
   冷媒の温度を検出する第１の温度検出手段を設けるとと
   もに、この第１の温度検出手段による検出温度または上
   記蒸発器における被冷却媒体の温度に基づいて上記蓄冷
   材ポンプの吐出流量を制御する制御手段を備えてなるこ
   とを特徴とする請求項１または２に記載の多段冷凍装
   置。
4. 【請求項４】 上記第２凝縮器の出口側に、上記冷媒の
   温度を検出する第２の温度検出手段を設けるとともに、
   この第２の温度検出手段による検出温度に基づいて上記
   蓄冷材ポンプの吐出流量を制御する制御手段を備えてな
   ることを特徴とする請求項１または２に記載の多段冷凍
   装置。
5. 【請求項５】 上記冷却用冷媒配管に開閉弁を設け、上
   記蒸発器用膨張手段の入口側に、上記冷媒の温度を検出
   する第１の温度検出手段を設けるとともに、この第１の
   温度検出手段による検出温度または上記蒸発器における
   被冷却媒体の温度に基づいて上記蓄冷材ポンプの吐出流
   量および上記開閉弁の開閉度を制御する制御手段を備え
   てなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載
   の多段冷凍装置。
6. 【請求項６】 上記冷媒配管の上記第２凝縮器の出入口
   間および上記中間冷却器の出入口間の少なくとも一方
   に、開閉弁を介して上記冷媒のバイパス配管を設けたこ
   とを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の多段冷
   凍装置。
7. 【請求項７】 上記蓄冷材ポンプを、上記蓄冷材移送配
   管の上記戻り管に設けたことを特徴とする請求項１〜６
   のいずれかに記載の多段冷凍装置。
8. 【請求項８】 上記蓄冷材冷却器は、上記蓄冷材冷却用
   配管が挿通されて上記蓄冷材との熱交換を行う熱交換槽
   と、少なくとも上記供給管が接続された蓄冷槽と、これ
   ら熱交換槽および蓄冷槽の間に接続されて内部の上記蓄
   冷材を循環させる連結配管とを備えてなることを特徴と
   する請求項１〜７のいずれかに記載の多段冷凍装置。
9. 【請求項９】 上記蓄冷材冷却器は、上記蓄冷材冷却用
   配管が挿通されて上記蓄冷材との熱交換を行うととも
   に、上記供給管が接続された蓄冷槽と、この蓄冷槽と接
   続管を介して接続されるとともに、上記戻り管が接続さ
   れた蓄冷材回収槽とを備えてなることを特徴とする請求
   項１〜８のいずれかに記載の多段冷凍装置。
10. 【請求項１０】 上記蓄冷材は、上記蓄冷材冷却器にお
    ける蓄冷時に固形物を生成する流動体であることを特徴
    とする請求項１〜９のいずれかに記載の多段冷凍装置。
11. 【請求項１１】 上記蓄冷材は、５〜６０重量％の水
    と、カルボニル基あるいは水酸基を有し融点が−１５℃
    以下で炭素数が１〜５である有機化合物の一または二種
    以上との混合物からなり、かつ少なくとも上記第２凝縮
    器内に上記蓄冷材の流動手段を設けたことを特徴とする
    請求項１〜１０のいずれかに記載の多段冷凍装置。
12. 【請求項１２】 上記蓄冷材中の上記有機化合物の一種
    がアセトンであることを特徴とする請求項１１に記載の
    多段冷凍装置。
13. 【請求項１３】 直列に配設された複数の圧縮機の下流
    側に、順次凝縮器と、中間冷却器と、蒸発器用膨張手段
    と、蒸発器とが冷媒配管によって接続されるとともに、
    上記冷媒配管の上記凝縮器の出口側に、切替弁を介して
    上記凝縮器下流側の冷媒の一部を上記中間冷却器の冷却
    用冷媒として供給するための補助膨張手段を有する冷却
    用冷媒配管が設けられ、この冷却用冷媒配管の上記中間
    冷却器出口側が、高圧側の上記圧縮機の入口側の上記冷
    媒配管に接続されるとともに、さらに上記切替弁と上記
    中間冷却器との間、または上記中間冷却器と上記蒸発器
    用膨張手段との間に第２凝縮器が設けられた多段冷凍装
    置を用い、 低負荷時に上記中間冷却器を経た上記冷媒の少なくとも
    一部によって蓄冷材を冷却することにより蓄冷し、通常
    負荷運転時に、上記蓄冷材を上記第２凝縮器に供給して
    冷媒を冷却することにより、上記中間冷却器への上記冷
    却用冷媒の流量を減少せしめることを特徴とする多段冷
    凍方法。
14. 【請求項１４】 直列に配設された複数の圧縮機の下流
    側に、順次凝縮器と、中間冷却器と、蒸発器用膨張手段
    と、蒸発器とが冷媒配管によって接続されるとともに、
    上記冷媒配管の上記凝縮器の出口側に、切替弁を介して
    上記凝縮器下流側の冷媒の一部を上記中間冷却器の冷却
    用冷媒として供給するための補助膨張手段を有する冷却
    用冷媒配管が設けられ、この冷却用冷媒配管の上記中間
    冷却器出口側が、高圧側の上記圧縮機の入口側の上記冷
    媒配管に接続されるとともに、さらに上記切替弁と上記
    中間冷却器との間、または上記中間冷却器と上記蒸発器
    用膨張手段との間に第２凝縮器が設けられ、かつ上記高
    圧側圧縮機の入口側に上記冷媒を冷却するための熱交換
    器が設けられた多段冷凍装置を用い、 低負荷時に上記中間冷却器を経た上記冷媒の少なくとも
    一部によって蓄冷材を冷却することにより蓄冷し、通常
    負荷運転時に、上記蓄冷材を上記第２凝縮器に供給する
    とともに、上記第２凝縮器から排出された上記冷媒をさ
    らに上記熱交換器に供給して冷媒を冷却することによ
    り、上記中間冷却器への上記冷却用冷媒の流量を減少せ
    しめることを特徴とする多段冷凍方法。