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公開番号2025101830
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-08
出願番号2023218878
出願日2023-12-26
発明の名称冷凍システム及び冷凍システムの制御方法
出願人株式会社前川製作所
代理人個人,個人,個人
主分類F25B 1/00 20060101AFI20250701BHJP(冷凍または冷却;加熱と冷凍との組み合わせシステム;ヒートポンプシステム;氷の製造または貯蔵;気体の液化または固体化)
要約【課題】イニシャルコスト及びランニングコストの双方を抑えた上で、冷蔵倉庫内を所望の温度に維持できる冷凍システム及び冷凍システムの制御方法を提供する。
【解決手段】本発明の一態様に係る冷凍システムは、冷蔵倉庫内の空気を第1冷媒として取り込むとともに、取り込んだ第1冷媒を再び冷蔵倉庫内に供給することで冷蔵倉庫内を冷却する第1冷凍機と、二酸化炭素を第2冷媒として冷蔵倉庫内に設けられた蒸発器を有し、蒸発器と冷蔵倉庫内の空気との間で熱交換を行うことで、冷蔵倉庫内を冷却する第2冷凍機と、第1冷凍機及び第2冷凍機の動作を制御する制御部と、を備えている。制御部は、冷蔵倉庫内の温度が二酸化炭素の三重点よりも高い定常温度に維持されるように第1冷凍機及び第2冷凍機の動作を制御する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
冷蔵倉庫内の空気を第１冷媒として取り込むとともに、取り込んだ前記第１冷媒を再び前記冷蔵倉庫内に供給することで前記冷蔵倉庫内を冷却する第１冷凍機と、
二酸化炭素を第２冷媒として前記冷蔵倉庫内に設けられた蒸発器を有し、前記蒸発器と前記冷蔵倉庫内の空気との間で熱交換を行うことで、前記冷蔵倉庫内を冷却する第２冷凍機と、
前記第１冷凍機及び前記第２冷凍機の動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記冷蔵倉庫内の温度が二酸化炭素の三重点よりも高い定常温度に維持されるように前記第１冷凍機及び前記第２冷凍機の動作を制御する冷凍システム。
続きを表示（約 940 文字）【請求項２】
前記定常温度よりも高い温度を動作判断温度とすると、
前記制御部は、
前記冷蔵倉庫内の温度が前記動作判断温度よりも高い場合に、前記第１冷凍機を停止した状態で、前記第２冷凍機を動作させ、
前記冷蔵倉庫内の温度が前記定常温度よりも高く前記動作判断温度以下である場合に前記第２冷凍機を停止させた状態で、前記第１冷凍機を動作させる請求項１に記載の冷凍システム。
【請求項３】
前記定常温度よりも高い温度を動作判断温度とすると、
前記制御部は、
前記冷蔵倉庫内の温度が前記動作判断温度よりも高い場合に、前記第１冷凍機及び前記第２冷凍機の双方を動作させ、
前記冷蔵倉庫内の温度が前記定常温度よりも高く前記動作判断温度以下である場合に前記第２冷凍機を停止させた状態で、前記第１冷凍機を動作させる請求項１に記載の冷凍システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記冷蔵倉庫内の温度が前記定常温度に到達した時点で、前記第１冷凍機及び前記第２冷凍機の双方の動作を停止させる請求項２又は請求項３に記載の冷凍システム。
【請求項５】
前記第２冷凍機は、
アンモニアを高元冷媒として前記冷蔵倉庫の外部に設けられた高元サイクルと、
前記第２冷媒を低元冷媒とする低元サイクルと、を備えている請求項１から請求項３の何れか１項に記載の冷凍システム。
【請求項６】
冷蔵倉庫内の空気を第１冷媒として取り込むとともに、取り込んだ前記第１冷媒を再び前記冷蔵倉庫内に供給することで前記冷蔵倉庫内を冷却する第１冷凍機と、
二酸化炭素を第２冷媒として前記冷蔵倉庫内に設けられた蒸発器を有し、前記蒸発器と前記冷蔵倉庫内の空気との間で熱交換を行うことで、前記冷蔵倉庫内を冷却する第２冷凍機と、
前記第１冷凍機及び前記第２冷凍機の動作を制御する制御部と、を備えた冷凍システムの制御方法であって、
前記制御部は、前記冷蔵倉庫内の温度が二酸化炭素の三重点よりも高い定常温度に維持されるように前記第１冷凍機及び前記第２冷凍機の動作を制御する冷凍システムの制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍システム及び冷凍システムの制御方法に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
例えばマグロやカツオ等、魚類の貯蔵には、冷蔵倉庫の中を超低温（－５０℃以下）に維持する必要がある。冷蔵倉庫内を超低温状態に維持するための冷凍システムとして、近年では、空気を冷媒として用いた冷凍機（空気式冷凍機）を採用する構成が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。空気は、毒性や可燃性がなく、またＯＤＰ（オゾン層破壊係数）やＧＷＰ（地球温暖化係数）がゼロである。そのため、空気式冷凍機を採用することで、周辺環境や地球環境に影響の少ない冷凍システムを提供できると考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第５７８１７２３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、空気式冷凍機は、一定の出力に対する熱交換効率が温度域に関わらず一定である。換言すると、空気式冷凍機は気体のまま単相であるガスサイクルによる顕熱冷却のため、蒸発潜熱により冷却を行うフロン等の冷媒と比較して、温度変化によるエンタルピの変化が少ない。そのため、空気式冷凍機において、高温域から低温域まで冷却する際の熱交換効率が低くなる傾向にある。そのため、例えば冷蔵倉庫内での急激な負荷変動によって冷蔵倉庫内の温度が上昇すると冷却に要する動力が増加し、ランニングコストが嵩むという課題がある。また、冷蔵倉庫内での急激な負荷変動に耐えうるために、空気式冷凍機を複数台設置する場合には、イニシャルコストが嵩むという課題がある。
【０００５】
本発明は、イニシャルコスト及びランニングコストの双方を抑えた上で、冷蔵倉庫内を所望の温度に維持できる冷凍システム及び冷凍システムの制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の態様を採用した。
本発明の一態様に係る冷凍システムは、冷蔵倉庫内の空気を第１冷媒として取り込むとともに、取り込んだ前記第１冷媒を再び前記冷蔵倉庫内に供給することで前記冷蔵倉庫内を冷却する第１冷凍機と、二酸化炭素を第２冷媒として前記冷蔵倉庫内に設けられた蒸発器を有し、前記蒸発器と前記冷蔵倉庫内の空気との間で熱交換を行うことで、前記冷蔵倉庫内を冷却する第２冷凍機と、前記第１冷凍機及び前記第２冷凍機の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記冷蔵倉庫内の温度が二酸化炭素の三重点よりも高い定常温度に維持されるように前記第１冷凍機及び前記第２冷凍機の動作を制御する。
【０００７】
本態様によれば、第１冷凍機及び第２冷凍機双方の動作を制御しながら冷蔵倉庫内の温度を定常温度に維持できる。この場合、例えば第１冷凍機の熱交換効率が低い高温域では第２冷凍機を動作させること等により、第１冷凍機を常時動作させ続ける場合に比べてランニングコストを抑えることができる。また、冷凍システムの一部に第２冷凍機を用いることで、複数台の第１冷凍機のみで冷凍システムを実現させる場合に比べて、イニシャルコストを抑えた上で、冷蔵倉庫内の急激な負荷変動に対し効率的に冷却運転を行うことができる。
その結果、イニシャルコスト及びランニングコストの双方を抑えた上で、冷蔵倉庫内を所望の温度（定常温度）に維持できる。
【０００８】
しかも、冷蔵倉庫内の温度が二酸化炭素の三重点よりも高い定常温度に維持されるように第１冷凍機及び第２冷凍機が制御されるので、蒸発器内での第２冷媒が固体へ相変化すること（ドライアイス化）を抑制できる。その結果、長期に亘って信頼に優れた冷凍システムを提供できる。
【０００９】
上記態様に係る冷凍システムにおいて、前記定常温度よりも高い温度を動作判断温度とすると、前記制御部は、前記冷蔵倉庫内の温度が前記動作判断温度よりも高い場合に、前記第１冷凍機を停止した状態で、前記第２冷凍機を動作させ、前記冷蔵倉庫内の温度が前記定常温度よりも高く前記動作判断温度以下である場合に前記第２冷凍機を停止させた状態で、前記第１冷凍機を動作させることが好ましい。
本態様によれば、冷蔵倉庫内の温度が動作判断温度よりも高い場合、動作判断温度以上の場合それぞれの温度域において、熱交換効率に優れた冷凍機のみを動作させることで、ランニングコストを抑制できる。
【００１０】
上記態様に係る冷凍システムにおいて、前記定常温度よりも高い温度を動作判断温度とすると、前記制御部は、前記冷蔵倉庫内の温度が前記動作判断温度よりも高い場合に、前記第１冷凍機及び前記第２冷凍機の双方を動作させ、前記冷蔵倉庫内の温度が前記定常温度よりも高く前記動作判断温度以下である場合に前記第２冷凍機を停止させた状態で、前記第１冷凍機を動作させることが好ましい。
この構成によれば、冷蔵倉庫内の温度が動作判断温度を上回った場合に、第１冷凍機及び第２冷凍機双方を動作させることで、冷蔵倉庫内を定常状態に速やかに復帰させることができる（温度追従性を高めることができる。）。
（【００１１】以降は省略されています）

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