JPS58178159A - 多段カスケ−ド冷却システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は低温保持温度系統と高温保持温度系統の両系統
に同一冷媒を用いた多段カスケード冷却システムに関す
るものである。

従来、スーパーストアで備えた冷凍用と冷蔵用の冷却シ
ステムとして第１図に示すものがあって、図中、ｌは圧
縮機、２は凝縮器、３は冷凍用ショーケース群で、ケー
ス本体３＆ＨＨ３＆宜＋及び冷却器３ｂ、、３ｂ、會備
える。４ｍ、４ｂはそれぞれ冷媒液配管、吸入ガス配管
である。さらに、図示しないｍｓｓａｃｒ　＋　３　（
：ｘ’ｆｔ以って低温保持ａ度系統ＬＴＳｔ−構成する
。また、５は圧縮機、６は凝縮器、７は冷蔵用ショーケ
ース群で、ケース本体７　Ａｌｅ　７　ａｌ＋　７　ａ
ｍ、及び冷却器７　ｋ）＋、７　ｔ）ｔ、７ｂｓｔ備え
る。ｓａ、ｓｂはそれぞれ冷媒液配管、吸入ガス配管で
ある。さらに図示しない膨張弁７　ｅｌ　。

７　Ｃ１０Ｃ＠ｔ−以って高温保持温度系統ＨＴＳを構
成する。

叙上の構成に基づき、上述の従来例の動作を説明する。

低温保持温度系統ＬＴＳにおいて、冷媒液配管４ａの中
の冷媒液Ｒ−５０２は、ショーケース３の各本体３　ｍ
ｌ、　３　ａ、に備えた冷却器３　ｂ、、　３　ｂ、に
よりその圧力に対応した温度、例えば−３８℃から一４
０℃で蒸発する。この際、周囲より熱を吸収して蒸発が
続き、この発生した蒸気を吸入ガス配管４ｂを通って圧
縮機ｌに吸入し、該圧縮機１に加えられる動力によって
圧縮し、高温・高圧のガスとなし、これを凝縮器２に導
き、水・大気などに放熱することによって液化させ、冷
媒液管４＆に備え九液だめ（図示せず）に受け、これよ
り膨張弁（図示せず）に導き、膨張させて冷凍サイクル
を形成し、このサイクルを繰返すことによって、蒸発の
周囲の限られた部分内の物体の温度を降下させ、冷凍を
生成する。

一方、高温保持温度系統１−ｊＴｓにおいては冷媒液Ｒ
−２２を用い、蒸発温度を一１θ℃前後とするが、上述
の低温保持温度系統ＬＴＳと全く同一の作用なので、そ
の説明を省く。

以上のように、従来の冷却システムは前記低温保持温度
系統ＬＴＳ及び高温保持温度系統ＨＴＳＯ二系統で構成
されているため、機械室とショーケースとの間の冷媒配
管は各々往復２本ずつ計４本４ｍ、４ｂ、８ｍ、８ｂｋ
必要とし、しかもスーパーの店内の配置構成上、前記機
械室及びショーケースとが互いに遠く離れて設置された
ことから該冷媒配管が長くなり、そのため圧力損失が太
きくなって能力の低下全もたらした。また、当該システ
ムの設置工事上、また日常のメンテデンス上、２種類の
冷媒の使用はガス漏れの心配を含めて余計な手間が掛る
という欠点があった。さらに、スーパーの商品構成上、
例えば冷凍食品用の低温保持温度系統ＬＴＳと生鮮食品
用の高温保持温度系統ＨＴＳとの熱量の負荷比率は実際
のところ１対４で、前者は後者に比し、設備規模とその
経費の割９ＬＩＣは充分使用されていないといったコス
ト面でのアンバランスがあった。

本発明は上述のような従来システムの欠点を除去するた
めになされたもので、低温保持温度系統を多段化し、こ
れを個々の負荷に内置させ、その高段部を高温保持温度
系統に接続せしめることにより、同一冷媒で駆動できる
多段カスケード冷却システムを提供することを目的とす
るものである。

以下、本発明の一実施例を図面と共に説明する。

第２図は本発明の一実施例を示すものであって、図中、
第１図と同一符号は同一部分、又は相当部分を示す。さ
て、低温保持温度系統ＬＴＳのショーケース群３にはシ
ョーケース本体３　ａｍ　、　３　ａｍカ配置されてい
るが、このショーケース本体３　ｍ、において、ｓｂ、
は冷却器、３ｄ１はブースタ圧縮機、３　（１１はカス
ケードコンデンサ、３ｆ１は四方弁、３ｇ。

は膨張弁、ａｈａ、は吸入ガス配管、３ｈｂ、は冷媒液
配管、である。ショーケース本体ａ、は前記ショーケー
ス本体ａ工と同一構成を有し、その説明は省く。なお、
第２Ａ図のａは通常運転時の、ｂはデフロスト時の四方
弁３　ｆ、ｔ−示す。

上記の構成に基づ睡、以下に本実施例の動作を第２因〜
第３図と共に説明する。

まず低温保持温度系統ＬＴＳのショーケース評サイクル
を別個に形成する。すなわち、ショーケース３　ｍ、に
おいて前記冷媒液Ｒ−５０２は冷媒液３ｈａ、ｔ−経て
冷却器３　ｂｌに流入し、この冷却器３　ｂ、において
その圧力に対応した温度−４０℃で蒸発する。この際１
周囲より熱を吸収して蒸発が続き、この発生した蒸気を
吸入ガス配管３ｈｂ、’ｉ通って四方弁、１１　ｆ、ｅ
介してブースタ圧縮機３　ｄ、に吸入し、このブースタ
圧縮機３　ｄ、に加えられる動力によって圧縮し、高温
・高圧のガスとなし、これをカスケードコンデンサ３　
ｅ、に導き、θ℃〜５℃の＃糊温度で高段の冷凍サイク
ルで作動中の蒸発温度が一１０℃である冷媒液Ｒ−２２
に放熱することによって液化させ、逆に後者の冷媒液は
前者の冷媒ガスＲ−５０２からの熱を吸収して蒸発させ
、すなわち、熱交換を行わせる。さらに液化した冷媒液
Ｒ−５０２ｔ−冷媒液管３ｈ＆、に備えた液だめ（図示
せず）に受け、これより膨張弁３ｇ＋に導き、１１脹さ
せて低段の冷凍サイクルとしてクローズド・サイクルを
形成する。

一方、上述のカスケードコンデンｔ３ｅ１で上段Ｏ冷媒
ガスＲ−５０２から熱を吸収した冷媒液Ｒ−２２は蒸発
を続け、高温保持温度系統ＨＴ８の吸入ガス配管８ｂｔ
−通って、前記ショーケース本体３ａに備えられ九図示
しないカスケードコンデンサ３・、ｌ及び前記高温保持
温度系統ＨＴ８に備えられ九ショーケース群７の冷却器
７ｂ、、７ｂ、。

７　ｂ、からのガスと共に圧縮機５に吸入、該圧縮機５
に加えられる動力によって圧縮し、。高温・高圧のガス
となし、これを凝縮器６に導き、水・大気などに放熱す
ることによって液化させ、冷媒液管８ｍに備えた液だめ
（図示せず）Ｋ受け、これより膨張弁３　ｃｌ、　３　
ｃ、、　７１！！＋　７０！＋　７　ｃ、［導き、膨張
させて低段の冷凍サイクルを形成し、このサイクルを繰
返えすことによって、蒸発の周囲の限られた部分内の物
体の温度を降下させ、冷凍を生成する。従って、前記冷
媒液Ｒ−２２は前記高温保持温度系統ＨＴＳの冷凍サイ
クル及び前記低温保持温度系統ＬＴＳの高段の冷凍サイ
クルを一体にして作動させ、前記冷媒液Ｒ−５０２は前
記低温す温度系統ＬＴＳの個々に内置された低段の８３
図は本実施例の低温保持温度系統ＬＴ　Ｓにおいて、冷
媒液Ｒ−５０２に一用いた低段の冷凍サイクルと冷媒液
Ｒ−２２を用いた高段の冷凍サイクルとから成る二段カ
スケード冷却システムのモリエル線図であって、ＰＬは
低段冷凍サイクル中の冷却器３　ｂ、での一定状１［−
示す蒸発圧力と蒸発温度、ＰｍＨは凝縮器であるカスケ
ードコンデンサ３・、での一定状ｍ’を示す蒸発圧力と
蒸発温度、ＰｍＬは高段冷凍サイクル中の冷却器である
前記カスケードコンデンサ３　ｅ、での−足状ａｔ−示
す蒸発圧力と蒸発温度、ＰＨは高段冷凍サイクル中の凝
縮器での一定状態を示す蒸発圧力と蒸発温度である。

また、エンタルピを用いてサイクルを漬わせば。

単段冷凍サイクルはｌ＠＋　　ｉ■−ｉｔｓ　　ｌｏｔ
　Ｈ二段カスケード冷却システムの上段冷凍サイクルは
ｉ目−ｉｔ’ｓ　−ｉｔｓ　　　ｉｔｔ　＋下段冷域サ
イク１ルはｉｔｔ　　ｉｍｓ　　ｋｓｓ　　ｉｓｌとな
る。そこで、各サイクルの入力である軸動力をそれぞれ
ＫＶＩｏ　ｒ　ＫＶＩｒ　ｒＫ町で表わせば、 Ｋｗ６　＝　（ｊｏｔ　　ｌｏｇ　）　／　８６０　（
キ０７／　））Ｋｗ、　＝　（ｉｔｔ　　　ｉｔｓ　）
　／　８６０　（キロワット）ＫＷｔ＝（１！＋−ｉｇ
ｍ）／８６０（キルワット）となる。線図は長くなるほ
ど横軸の方に寝てくる。

従って、明らかにＫｗ６　＞　［ｗ、　＋　ＫＷ＊とな
る。すなワチ、単段サイクルの方が二段サイクルよりも
大きな軸動力を必要とする。

また、同線図上で、３２℃の冷却水が３７℃になること
が示されている。

さて、第３図のモリエル線図において、本実施例による
二段圧縮サイクルの成績係数ｅｏｐを該二段圧縮サイク
ル和尚の単段圧縮サイクルの成績係数ｃｏｐとを熱量バ
ランスより単純に比較計算する。

従来のＲ−５０２冷媒を使った単段圧縮サイクルの成績
係数ｅｏｐ実績値は１．６であり、本実施例の低段圧縮
サイクル及び高段圧縮サイクルの成績係数ｃｏｐｑ）！
ｊ！績値はそれぞれ４．２　、４．０である。

そこで、低段側の所要圧縮動力全基準にしてそのエンタ
ルピ差をΔｉとすれば、低段側の成績係数島が４．２で
あるから低段側の冷凍能力は４．２４１である。このと
きの低段側の所要凝縮熱量は、４．２Δｉ＋１．０Δｉ
＝５．２Δｌで与えられる。次に、高段側は低段側の凝
縮熱量と同じ５．２Δｉを冷やしてやる必要があるので
高段側の冷却能力は５．２右である。従って、高段側の
成績係数ｅｏｐは４．０であるから、前記５．２Δ玉の
冷却能力に対する高段側の所要動力は、５．２右／　４
．０　＝　１．３Δｌとなる。すなわち、低段側の４．
２Δｉを冷やすために低段−では１．０Δｉ、高段側で
は１．３Δｌの軸動力を必要とするから、総合成績係数
Ｔ　ｃｏｐは ４．２Δ１ Ｔｃ０ｐ”’　１．ＯＪｉ＋　１．３Ｊｉ　＝　”８３
となり、従来の単段圧縮サイクルの成績係数ｅｏｐ＝１
．６に比し、１４％の向上となった。従って。

本実施例は理論計算上からも明らかに成績係数ｃｏｐの
改善が可能である。

さらに１本実施例においては、デフ０スト処理の問題は
、ブースタ圧縮機３　ｄ、前後のガスの流れ方向を四方
弁３ｆ１ｔ−用いて逆転させ、本実施例をそのままデフ
ロスト装置として従来技術のホットガスデフロストシス
テムを利用することにより鱗決される。

本発明は以上説明した去おり、冷凍用ショーケース群と
冷蔵用ショーケース群を備えた冷却システムにおいて、
冷凍用ショーケース群は、低温保持温度系統として低段
の冷凍サイクルを内蔵させ、高温保持温度系統として前
記冷蔵用ショーケース群と一体となって駆動する高段の
冷凍サイクル會備えて多段カスケード冷却システムとな
すことにより、従来システムに比し必要とする配管の長
さを大幅に減らし、圧力損失の低減を図り、かつ同一の
冷媒の使用によるメンテナンス上の改善と。

さらに前記両ショーケース群の利用する側の負荷比率に
対応させるようにして当該システムの総合成績係数を著
しく改善できるという大なる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の二系統の冷却システムを示すブロック図
、第２図は本発明の一実施例を示す＃Ｉｌ都当図、第２
Ａ図は第２図の四方弁の動作説明図、第３図は本発明の
一実施例を示す二段カスケード冷却システムのモリエル
線図である。 １．５°・°圧縮機、２，６・・・凝縮器、３　、−７
１．・冷凍用シミーケース群、冷蔵用ショーケース群、
３　ｍｌ、　３１ＬＩ、　７　ｈ、、　７　ａ、、　７
　ｍ、・・・ショーケース本体、３　ｂＩ＋　３　ｂｔ
、　７　ｋ１１＋　７　ｂｔ、７　ｔ）ａ”’冷却器、
４ｍ、８ｍ、３ｈａ、−冷媒液配管、４ｂ、８ｂ。 ３ｈｂ、−・・吸入ガス配管、３　ｃ、、　３　ｃ１＋
ｂ　７　に７ｅｌ＋７ｃ、・・・膨張弁、３ｄ１・・・
ブースタ圧縮機、３ｆ１・・・四方弁ｔａｅ、・・・カ
スケードコンデンサ、ＨＴＳ・・・高温保持温度系、Ｌ
ＴＳ・・・低温保持温度系。 なお１図中、同一符号は同一部分、又は相当部分を示す
。 代理人　　　葛　　野　　信　　− 第１図 （ａ）図 （ｂ）図 第２ｍ 第２Ａ図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）冷凍用ショーケース群と、冷蔵用ショーケース群
   と、圧縮機と、凝縮器とから構成され、冷媒の蒸発及び
   凝縮液化により冷凍サイクルを形成する多段カスケード
   冷却システムにおいて、前記冷凍用ショーケース群は近
   接する二段のサイクルのうち低段側には、高段サイクル
   と低段サイクルの間の熱交換手段と圧縮手段と前記圧縮
   手段前後の流量切換え装置とを個々に内蔵し、高段側に
   は、前記冷蔵用ショーケース群と前記冷媒を共用した冷
   凍サイクル手段を備えて成ることを特徴とする多段カス
   ケード冷却システム。
2. （２）流路切換え装置は、デフロスト時に圧縮手段前後
   のガスの流れ方向全逆転させること′ｆｒ特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の多段カスケード冷却システム
   。