JP2000274848A - 二元冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 二元冷凍装置(10)における年間トータルでの
省エネルギ性を高める。 【解決手段】 ２次側冷媒回路(40)において、冷媒熱交
換器(50)の凝縮部(52)と１次側冷媒回路(30)の凝縮器(3
2)とを並列に接続する。そして、この凝縮部(52)と凝縮
器(32)のどちらを２次側冷媒回路(40)で使用するかを、
冷媒配管(45,46)に設けた電磁弁(47,48)で選択できるよ
うにして、二元の冷凍サイクル動作と単段の冷凍サイク
ル動作とを切り換えられるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二元冷凍装置に関
し、特に省エネルギ対策に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、二元冷凍装置(10)は、図６に
示すように、個別に冷却運転を行う１次側冷媒回路(30)
と２次側冷媒回路(40)とを備えている（例えば特開平９
−２１０５１５号公報参照）。この二元冷凍装置(10)の
１次側冷媒回路(30)は、圧縮機(31)と凝縮器(32)と膨張
弁(33)と冷媒熱交換器(50)の蒸発部(51)とが順に接続さ
れて構成され、２次側冷媒回路(40)は、圧縮機(41)と冷
媒熱交換器(50)の凝縮部(52)と膨張弁(43)と蒸発器(44)
とが順に接続されて構成されている。そして、上記冷媒
熱交換器(50)において、２次側冷媒回路(40)の凝縮熱と
１次側冷媒回路(30)の蒸発熱とを熱交換している。

【０００３】この二元冷凍装置(10)は、マイナス数十度
の低温を得るために用いられ、例えば、生鮮食品などの
コールドチェーンにおけるショーケースに適用されてい
る。二元冷凍装置は、高圧縮比から低圧縮比まで効率の
良いところで使用することができるので、一般に、省エ
ネルギの点で有利である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、冬期などの低
外気温時のように単元の冷凍装置でも低圧縮比になる領
域では、この単元の冷凍装置でも必要な温度まで無理な
く冷却できるため、二元冷凍装置(10)を使っても省エネ
ルギのメリットが得られない。言い換えれば、従来の二
元冷凍装置(10)は、省エネルギ性が低下する時期がある
ため、年間を通してみれば、省エネルギ性を改善する余
地があると言えた。

【０００５】本発明は、このような問題点に鑑みて創案
されたものであり、その目的とするところは、二元冷凍
装置における年間トータルでの省エネルギ性を高めるこ
とである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、外気温などの
条件に応じて、冷却の負荷が小さいときには二元冷凍装
置(10)の運転を単元冷凍サイクルでの運転動作に切り換
えるようにしたものである。

【０００７】具体的に、本発明が講じた第１の解決手段
は、１次側冷媒回路(30)と２次側冷媒回路(40)とが冷媒
熱交換器(50)を介して接続された二元冷凍装置におい
て、二元の冷凍サイクル動作と単段の冷凍サイクル動作
とを切り換える切換手段(47,48) を設けたものである。

【０００８】また、本発明が講じた第２の解決手段は、
上記第１の解決手段において、２次側冷媒回路(40)に、
冷媒熱交換器(50)の凝縮部(52)と１次側冷媒回路(30)の
凝縮器(32)とを並列に接続し、切換手段(47,48) を、２
次側冷媒回路(40)において該凝縮部(52)と凝縮器(32)と
を切り替えて使用するように構成したものである。

【０００９】また、本発明が講じた第３の解決手段は、
上記第１の解決手段において、２次側冷媒回路(40)に、
冷媒熱交換器(50)の凝縮部(52)と空冷凝縮器(60)とを並
列に接続し、切換手段(47,48) を、２次側冷媒回路(40)
において該凝縮部(52)と凝縮器(60)とを切り替えて使用
するように構成したものである。

【００１０】また、本発明が講じた第４の解決手段は、
上記第１乃至第３の何れか１の解決手段において、２次
側冷媒回路(40)を、複数の蒸発器(44)が並列に接続され
た構成とし、冷媒熱交換器(50)を１次側冷媒回路(30)の
凝縮器(32)の近傍に配置したものである。なお、この場
合の「近傍」は、冷媒熱交換器(50)を、１次側冷媒回路
(30)の凝縮器(32)が設けられる室外ユニット(11)内に設
置することも含んでいる。

【００１１】−作用− 上記第１の解決手段では、切換手段(47,48) によって、
二元の冷凍サイクル動作と単段の冷凍サイクル動作とを
切り換えることができるので、冬期などの低外気温時に
は単段の冷凍サイクル動作を行い、低外気温時などを除
いては二元の冷凍サイクル動作を効率の良い圧縮比で行
うことができる。

【００１２】また、上記第２の解決手段では、切換手段
(47,48) により、冷媒熱交換器(50)の凝縮部(52)を使用
する二元の冷凍サイクル動作と、１次側冷媒回路(30)の
圧縮機(31)の運転を休止し、２次側冷媒回路(40)におい
て１次側冷媒回路(30)の凝縮器(32)を利用する単段の冷
凍サイクル動作とを選択することができる。

【００１３】また、上記第３の解決手段では、切換手段
(47,48) により、冷媒熱交換器(50)の凝縮部(52)を使用
する二元の冷凍サイクル動作と、１次側冷媒回路(30)の
圧縮機(31)の運転を休止し、２次側冷媒回路(40)におい
て空冷凝縮器(60)を利用する単段の冷凍サイクル動作と
を選択することができる。

【００１４】また、上記第４の解決手段では、二元冷凍
装置(10)を例えばショーケース(20)に適用した場合に
は、２次側冷媒回路(40)において、冷媒は並列に接続さ
れた複数の蒸発器(44)のそれぞれにおいて、ショーケー
ス(20)内の空気を冷却する。

【００１５】

【発明の効果】上記第１の解決手段によれば、二元冷凍
装置(10)において低外気温時などには単段の冷凍サイク
ル動作を行えるようにしているので、低外気温時などで
も無駄のない運転を行うことができ、省エネルギ性が従
来よりも向上する。

【００１６】また、上記第２及び第３の解決手段によれ
ば、２次側冷媒回路(40)において使用する凝縮器とし
て、冷媒熱交換器(50)の凝縮部(52)と、１次側冷媒回路
(30)の凝縮器(32)または空冷凝縮器(60)とを切り換える
だけで、二元の冷凍サイクル動作と単段の冷凍サイクル
動作とを選択できるので、簡単な構成で省エネルギ性を
向上させることができる。

【００１７】また、例えば２次側冷媒回路(40)に複数の
蒸発器(44)を並列に接続し、各蒸発器(44)をショーケー
ス(20)に設ける場合、例えば冷媒熱交換器(50)と２次側
冷媒回路(40)の蒸発器(44)の一つとをショーケース(20)
に内蔵して他の蒸発器(44)を該一つの蒸発器(44)に接続
する場合には、該ショーケース(20)の蒸発器(44)に対し
て他のショーケース(20)の蒸発器(44)をすべて接続する
配管が店内で必要になるのに対して、上記第４の解決手
段によれば、冷媒熱交換器(50)を１次側冷媒回路(30)の
凝縮器(32)の近傍に配置するようにしているので、店内
の配管施工を容易にすることが可能となる。

【００１８】

【発明の実施の形態１】以下、本発明の実施形態１を図
面に基づいて詳細に説明する。

【００１９】図１及び図２に示すように、この二元冷凍
装置(10)は、室外ユニット(11)とカスケードユニット(1
2)とを備え、ショーケース(20)に陳列された食品等を冷
却するように構成されている。この冷却のため、上記二
元冷凍装置(10)は、１次側冷媒回路(30)と２次側冷媒回
路(40)とを備えた二元冷凍サイクルに構成され、該１次
側冷媒回路(30)と２次側冷媒回路(40)とが冷媒熱交換器
(50)を介して接続されている。

【００２０】上記１次側冷媒回路(30)は、圧縮機(31)と
高温側凝縮器(32)と膨張弁(33)と冷媒熱交換器(50)とが
順に冷媒配管(34)によって接続されて閉回路に構成され
ている。そして、上記室外ユニット(11)が、圧縮機(31)
と高温側凝縮器(32)とによって構成されている。尚、上
記高温側凝縮器(32)にはファン(3F)が設けられている。

【００２１】上記冷媒熱交換器(50)には、１次側冷媒回
路(30)の蒸発部(51)と、２次側冷媒回路(40)の凝縮部(5
2)とが一体に設けられている。

【００２２】上記２次側冷媒回路(40)は、圧縮機(41)と
冷媒熱交換器(50)の凝縮部(52)と膨張弁(43)と低温側蒸
発器(44)とが順に冷媒配管(45)によって接続されて閉回
路に構成されている。そして、上記カスケードユニット
(12)が、２次側冷媒回路(40)の他、冷媒熱交換器(50)及
び１次側冷媒回路(30)の膨張弁(33)によって構成されて
いる。尚、上記低温側蒸発器(44)にはファン(4F)が設け
られている。

【００２３】本実施形態において、２次側冷媒回路(40)
には、１次側冷媒回路(30)の凝縮器(32)が、冷媒配管(4
6)によって、冷媒熱交換器(50)の凝縮部(52)と並列に接
続されている。そして、この凝縮部(52)と凝縮器(32)に
接続された冷媒配管（４５，４６）には、それぞれ、切
換手段として第１，第２電磁弁（４７，４８） が設け
られ、冷媒熱交換器(50)の凝縮部(52)を使う二元の冷凍
サイクル動作と、１次側冷媒回路(30)の凝縮器(32)を使
う単段の冷凍サイクル動作とを切り換えられるように構
成されている。つまり、第１，第２電磁弁(47,48) は、
一方を「開」に設定したときに他方が「閉」に設定され
るように構成されている。

【００２４】上記ショーケース(20)は、図２に示すよう
に、オープン形のショーケースに構成され、ケース本体
(21)と該ケース本体(21)の下部に取り付けられた支持台
(22)とを備えている。該ケース本体(21)は、上面及び前
面上部が開口されて横断面がほぼＵ字状に形成されてい
る。該ケース本体(21)の内部には仕切板(23)が設けら
れ、該ケース本体(21)における仕切板(23)の上方が陳列
空間(24)に形成される一方、仕切板(23)とケース本体(2
1)の間が空気通路(25)に形成されている。

【００２５】上記空気通路(25)には、２次側冷媒回路(4
0)の低温側蒸発器(44)等が収納される一方、上記支持台
(22)の内部は、２次側冷媒回路(40)の圧縮機(41)等が配
置される機器類の収納空間(26)に形成されている。

【００２６】つまり、上記カスケードユニット(12)は、
空気通路部(13)と収納空間部(14)とに区分され、該空気
通路部(13)は、２次側冷媒回路(40)の膨張弁(43)と低温
側蒸発器(44)及びファン(4F)とによって構成される一
方、上記収納空間部(14)は、１次側冷媒回路(30)の膨張
弁(33)と冷媒熱交換器(50)と２次側冷媒回路(40)の圧縮
機(41)とによって構成されている。

【００２７】上記空気通路(25)には、仕切板(23)の後側
上部に吹出口(2S)が形成される一方、仕切板(23)の前側
上部に吸込口(2R)が形成されている。そして、上記空気
通路(25)には、カスケードユニット(12)の空気通路部(1
3)が収納され、該空気通路(25)と陳列空間(24)との間で
空気を循環させると共に、低温側蒸発器(44)から冷却空
気を陳列空間(24)に供給している。

【００２８】−運転動作− 次に、この二元冷凍装置(10)の運転動作について説明す
る。

【００２９】本実施形態１において、冷却運転は、図３
に示したフローチャートにしたがって行われる。通常
は、ステップST１に示すように、ＳＶ１と示した第１電
磁弁(47)が「開」に設定され、ＳＶ２と示した第２電磁
弁(48)が「閉」に設定されている。そして、室外ユニッ
ト(11)の圧縮機(31)とファン(3F)が運転される。なお、
図には示していないが、このときにはカスケードユニッ
ト(12)の圧縮機(41)とファン(4F)も運転されている。

【００３０】以上の設定で冷却運転を開始すると、１次
側冷媒回路(30)においては、圧縮機(31)から吐出したガ
ス冷媒が、高温側凝縮器(32)で凝縮して液冷媒となる。
この液冷媒は、膨張弁(33)で減圧し、続いて、冷媒熱交
換器(50)において２次側冷媒回路(40)の冷媒と熱交換し
て蒸発する。その後、蒸発したガス冷媒が、圧縮機(31)
へ戻り、この循環動作を繰り返す。

【００３１】また、２次側冷媒回路(40)においては、圧
縮機(41)から吐出した冷媒が、冷媒熱交換器(50)の凝縮
部(52)で凝縮して液冷媒となる。この液冷媒が、膨張弁
(43)で減圧した後、低温側蒸発器(44)で蒸発する。その
後、蒸発したガス冷媒が、圧縮機(41)へ戻り、この循環
動作を繰り返す。

【００３２】そして、上記ショーケース(20)において
は、低温側蒸発器(44)の冷媒と空気とが熱交換し、冷却
された空気がショーケースの陳列空間(24)に供給され
る。この結果、該陳列空間(24)の食品等が所定の低温に
維持される。

【００３３】一方、本実施形態では、外気温度ｔと高温
側の高圧圧力Ｐａを検知するように構成されている。そ
して、冬期などの低外気温時に、外気温度ｔが所定温度
ｔ１よりも低くなるか、高温側高圧圧力がＰ１よりも小
さくなると、単元の冷凍サイクル動作に切り換えられ
る。

【００３４】このとき、ステップST２に示すように、第
１電磁弁(47)は「閉」に設定され、第２電磁弁(48)は
「開」に設定される。また、室外ユニット(11)の圧縮機
(31)は停止し、ファン(3F)は低速で運転を継続する。こ
の状態では、１次側冷媒回路(30)での冷媒の循環は行わ
れず、２次側冷媒回路(40)の冷媒のみが回路中を循環す
る。具体的には、圧縮機(41)から吐出した冷媒が、第２
電磁弁(48)を通って１次側冷媒回路(30)の凝縮器(32)で
凝縮して液冷媒となり、さらに膨張弁(43)で減圧した
後、低温側蒸発器(44)で蒸発し、その蒸発したガス冷媒
が圧縮機(41)へ戻り、この循環動作を繰り返す。そし
て、上記ショーケース(20)において、低温側蒸発器(44)
の冷媒と空気とが熱交換し、冷却された空気がショーケ
ース(20)の陳列空間(24)に供給される結果、該陳列空間
(24)の食品等が所定の低温に維持される。

【００３５】なお、この単段の冷凍サイクル動作を行っ
ているときに、外気温度ｔが上記ｔ１よりも高温の温度
ｔ２よりも高くなるか、低温側の高圧圧力ＰｂがＰ４よ
りも上昇すると、各電磁弁(47,48) を切り換えると共
に、室外ユニット(11)の圧縮機(31)を運転して、再度ス
テップST１の二元の冷凍サイクルが実行される。

【００３６】次に、ステップST２の運転状態で低温側の
高圧圧力Ｐｂが所定圧Ｐ２よりも低下すると、ステップ
ST３に移行する。ステップST３では、各電磁弁(47,48)
と室外ユニット(11)の圧縮機(31)はステップST２と同じ
状態で、室外ユニット(11)のファン(3F)を停止させて、
高温側蒸発器(32)での熱交換が殆ど行われないようにし
ている。一方、この運転中に低温側の高圧圧力Ｐｂが所
定圧Ｐ３（Ｐ４＞Ｐ３＞Ｐ２）よりも上昇すれば、ステ
ップST２に戻って単段の冷凍サイクルを実行し、外気温
度ｔがｔ２よりも上昇すれば、ステップST１に戻って二
元の冷凍サイクル動作を繰り返す。

【００３７】−実施形態１の効果− 本実施形態１によれば、二元冷凍装置(10)において冬期
などの低外気温時には単段の冷凍サイクル動作を行える
ようにしているので、季節などに関わりなく常時無駄の
ない運転を行うことができ、省エネルギ性が従来よりも
向上する。

【００３８】また、本実施形態１では、２次側冷媒回路
(40)において、冷媒熱交換器(50)の凝縮部(52)と１次側
冷媒回路(30)の凝縮器(32)とを切り換えるようにしてい
る。このため、二元の冷凍サイクル動作と単段の冷凍サ
イクル動作とを簡単に選択でき、簡単な構成でありなが
ら省エネルギ性を向上させることができる。

【００３９】なお、室外ユニット(11)の凝縮器(32)は比
較的大きな容積であるため、２次側冷媒回路で共用する
構成としても、容積をさほど大きくしなくてもよい。

【００４０】

【発明の実施の形態２】図４及び図５に示した本発明の
実施形態２は、２次側冷媒回路(40)において、冷媒熱交
換器(50)の凝縮部(52)に対して空冷凝縮器(60)を並列に
接続し、これらを切り替えて使用できるようにしたもの
である。

【００４１】回路構成について具体的に説明すると、１
次側冷媒回路(30)は、実施形態１と同様に、圧縮機(31)
と高温側凝縮器(32)と膨張弁(33)と冷媒熱交換器(50)の
蒸発部(51)とが順に冷媒配管(34)によって接続されて閉
回路に構成され、圧縮機(31)と高温側凝縮器(32)とによ
って室外ユニット(11)が構成されている。

【００４２】２次側冷媒回路(40)は、圧縮機(41)と冷媒
熱交換器(50)の凝縮部(52)と膨張弁(43)と低温側蒸発器
(44)とが順に冷媒配管(45)によって接続されて閉回路に
構成され、さらに上記空冷凝縮器(60)が冷媒熱交換器(5
0)の凝縮部(52)と並列に接続されている。この構成にお
いて、カスケードユニット(12)は、空冷凝縮器(60)を含
む２次側冷媒回路(40)の他、冷媒熱交換器(50)及び１次
側冷媒回路(30)の膨張弁(33)によって構成されている。

【００４３】そして、冷媒熱交換器(50)の凝縮部(52)及
び空冷凝縮器(60)と、圧縮機(41)の間には、それぞれ、
切換手段として第１，第２電磁弁(47,48) が設けられて
いて、冷媒熱交換器(50)の凝縮部(52)を使う二元の冷凍
サイクル動作と、空冷凝縮器(60)を使う単段の冷凍サイ
クル動作とを切り換えられるように構成されている。

【００４４】−運転動作− 次に、この二元冷凍装置(10)の運転動作について説明す
る。

【００４５】ステップST11では、第１電磁弁(47)が
「開」に設定され、第２電磁弁(48)が「閉」に設定され
るとともに、室外ユニット(11)（圧縮機(31)及びファン
(3F)）が運転状態に設定される。なお、この運転中に
は、カスケードユニット(12)の圧縮機(41)と低温側蒸発
器(44)のファン(4F)も運転されている状態である。

【００４６】したがって、この状態では、実施形態１と
同様に、１次側冷媒回路(30)と２次側冷媒回路(40)のそ
れぞれで冷媒が循環しながら、２次側冷媒回路(40)の蒸
発器(44)でショーケース(20)内の空気が冷却され、ショ
ーケース(20)内が所定の低温に維持される。

【００４７】一方、二元の冷凍サイクル動作中に外気温
度ｔがｔ１よりも低くなるか、高温側の高圧圧力Ｐａが
Ｐ１よりも低下すると、電磁弁１が「閉」に、電磁弁２
が「開」に切り換えられると共に、室外ユニット(11)が
停止するように制御される。そして、このときには、図
示していないが空冷凝縮器(60)のファン(6F)が起動され
る。このように設定を切り換えることにより、２次側冷
媒回路(40)内において、空冷凝縮器(60)を利用して単段
の冷凍サイクル動作が行われて、ショーケース(20)内の
空気が冷却される。

【００４８】また、この単段の冷凍サイクル動作中に外
気温度ｔがｔ２よりも高くなるか、低温側の高圧圧力Ｐ
ｂがＰ２よりも上昇すると、ステップST１に戻って、二
元の冷凍サイクル動作が繰り返される。

【００４９】−実施形態２の効果− 本実施形態２においても、二元冷凍装置(10)において低
外気温時には単段の冷凍サイクル動作を行えるようにし
ているので、季節などに関わらず常時効率の良い運転を
行うことができ、省エネルギ性が従来よりも向上する。
また、２次側冷媒回路(40)において冷媒熱交換器(50)の
凝縮部(52)と空冷凝縮器(60)とを切り換えるだけで、二
元の冷凍サイクル動作と単段の冷凍サイクル動作とを選
択できるので、簡単な構成で省エネルギ性を向上させる
ことができる。

【００５０】また、カスケードユニット(12)が通常は室
内に設けられることから、その周囲の温度をある程度限
定できるので、冬場の低外気温時に限定された必要最小
限の空冷凝縮器(60)を設ければよく、装置の大型化を抑
えることができる。

【００５１】

【発明のその他の実施の形態】本発明は、上記実施形態
について、以下のような構成としてもよい。

【００５２】例えば、上記各実施形態において、２次側
冷媒回路(40)は、例えば図１に仮想線で示すように、複
数の蒸発器(44)を並列に接続し、各蒸発器(44)を個々に
ショーケース(20)に内蔵した構成としてもよい。なお、
この場合、冷媒熱交換器(50)を複数のショーケース(20)
のうちの一台に内蔵し、この１台のショーケース(20)内
に設けた冷媒熱交換器(50)に対して、他の各ショーケー
ス(20)の低温側蒸発器(44)を接続するようにしてもよい
が、その場合は、冷媒熱交換器(50)を内蔵した店内の１
台のショーケース(20)に他の複数台のショーケース(20)
をすべて接続しなければならず、店内の配管施工が複雑
になりやすいのに対し、冷媒熱交換器(50)を各ショーケ
ース(20)とは別体にして１次側冷媒回路(30)の凝縮器(3
2)の近傍に配置するように構成すれば、店内の各ショー
ケース(20)間の配管施工が簡単になり、全体として配管
施工を簡単にできる。

【００５３】また、上記ショーケース(20)の構造や、１
次側冷媒回路(30)及び２次側冷媒回路(40)の回路構成
は、単なる例示であって実施形態に限定されるものでは
なく、適宜変更することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る二元冷凍装置の冷媒
回路図である。

【図２】図１の二元冷凍装置を適用したショーケースの
概略構造を示す断面図である。

【図３】図１に示した二元冷凍装置の運転動作を示すフ
ローチャートである。

【図４】本発明の実施形態２に係る二元冷凍装置の冷媒
回路図である。

【図５】図４に示した二元冷凍装置の運転動作を示すフ
ローチャートである。

【図６】従来の二元冷凍装置の冷媒回路図である。

【符号の説明】

(10) 二元冷凍装置 (11) 室外ユニット (12) カスケードユニット (20) ショーケース (30) １次側冷媒回路 (32) 凝縮器 (40) ２次側冷媒回路 (44) 蒸発器 (47) 第１電磁弁（切換手段） (48) 第２電磁弁（切換手段） (50) 冷媒熱交換器 (52) 凝縮部 (60) 空冷凝縮器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １次側冷媒回路(30)と２次側冷媒回路(4
   0)とが冷媒熱交換器(50)を介して接続された二元冷凍装
   置であって、 二元の冷凍サイクル動作と単段の冷凍サイクル動作とを
   切り換える切換手段(47,48) を備えている二元冷凍装
   置。
2. 【請求項２】 ２次側冷媒回路(40)には、冷媒熱交換器
   (50)の凝縮部(52)に対して１次側冷媒回路(30)の凝縮器
   (32)が並列に接続され、切換手段(47,48) が、２次側冷
   媒回路(40)において該凝縮部(52)と凝縮器(32)とを切り
   替えて使用するように構成されている請求項１記載の二
   元冷凍装置。
3. 【請求項３】 ２次側冷媒回路(40)には、冷媒熱交換器
   (50)の凝縮部(52)に対して空冷凝縮器(60)が並列に接続
   され、切換手段(47,48) が、２次側冷媒回路(40)におい
   て該凝縮部(52)と凝縮器(60)とを切り替えて使用するよ
   うに構成されている請求項１記載の二元冷凍装置。
4. 【請求項４】 ２次側冷媒回路(40)は、並列に接続され
   た複数の蒸発器(44)を備え、 冷媒熱交換器(50)が１次側冷媒回路(30)の凝縮器(32)の
   近傍に配置されている請求項１乃至３の何れか１記載の
   二元冷凍装置。