JP2005172335A - 冷温蔵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ヒートポンプ回路を備えた冷温蔵装置の利便性の向上と、エネルギー効率の改善を図る。
【解決手段】 圧縮機１１、第１の放熱器１２、第２の放熱器１３、膨張弁１４（第１の減圧装置）、第１の蒸発器１５、膨張弁１６（第２の減圧装置）及び第２の蒸発器１７を順次環状に配管接続して成り、二酸化炭素を冷媒として封入し、高圧側が超臨界圧力となるヒートポンプ回路１０と、物品を冷却貯蔵する冷却貯蔵庫３と、物品を加温貯蔵する加温貯蔵庫６と、冷水を生成する冷水器７と、温水を生成する温水器８とを備え、第１の放熱器１２により温水器８内の水を加熱し、第２の放熱器１３により加温貯蔵庫６の庫内を加熱すると共に、第１の蒸発器１５により冷水器７内の水を冷却し、第２の蒸発器１７により冷却貯蔵庫３の庫内を冷却する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、二酸化炭素を冷媒として封入し、高圧側が超臨界圧力となるヒートポンプ回路を備えた冷温蔵装置に関するものである。

従来、この種冷温蔵装置では、断熱性の箱体内に貯蔵室が形成され、この貯蔵室内を断熱壁にて区画し、一方が物品を冷却するための冷却室、他方が物品を加熱するための加温室とされている。また、冷却室には冷媒回路の一部を構成する蒸発器が設置されており、加温室には蒸発器と共に冷媒回路を構成する放熱器が設置されている。そして、貯蔵室の下方若しくは後方には、前記蒸発器や放熱器と共に、ヒートポンプ回路を構成する圧縮機等が収納されている。係るヒートポンプ回路は、圧縮機、加温室に設置された放熱器、減圧装置及び冷却室に設置された蒸発器等を順次環状に接続することにより構成されている。

そして、圧縮機が起動され、圧縮機の圧縮要素に低温の冷媒が吸い込まれて圧縮され、高温高圧の冷媒ガスとなり、加温室に設置された放熱器に吐出される。そこで冷媒が周囲の空気に熱を奪われて放熱する。このとき、加熱された空気が送風機にて加温室内に送風され、加温室内に収容された物品が加熱される。

放熱器で放熱した冷媒は減圧装置に入り圧力低下した後、冷却室に設置された蒸発器に流入する。そこで冷媒は蒸発し、周囲の空気から吸熱することにより冷却作用を発揮する。尚、蒸発器における冷媒の蒸発によって冷却された空気は送風機により冷却室内に循環され、当該冷却室内に収容された物品を冷却する構成とされていた（特許文献１参照）。
特開２０００−３０４３９７号公報

上述の如く、従来の冷温蔵装置では放熱器での冷媒の放熱を利用することで物品を加熱すると共に、蒸発器での冷媒の蒸発を利用することで物品を冷却することが可能とされていたが、係る放熱器及び蒸発器の利用による物品の加熱・冷却は一温度帯のみでの利用に限られていた。

即ち、本発明の冷温蔵装置は、圧縮機、第１の放熱器、第２の放熱器、第１の減圧装置、第１の蒸発器、第２の減圧装置及び第２の蒸発器を順次環状に配管接続して成り、二酸化炭素を冷媒として封入し、高圧側が超臨界圧力となるヒートポンプ回路と、物品を冷却貯蔵する冷却貯蔵庫と、物品を加温貯蔵する加温貯蔵庫と、冷水を生成する冷水器と、温水を生成する温水器とを備え、第１の放熱器により温水器内の水を加熱し、第２の放熱器により加温貯蔵庫の庫内を加熱すると共に、第１の蒸発器により冷水器内の水を冷却し、第２の蒸発器により冷却貯蔵庫の庫内を冷却するものである。

請求項２の発明の冷温蔵装置では、上記発明に加えて容量調整用熱交換器を備え、この容量調整用熱交換器において冷媒の放熱若しくは蒸発を選択的に行わせるものである。

請求項３の発明の冷温蔵装置では、上記発明において膨張弁と、容量調整用熱交換器及び膨張弁をヒートポンプ回路から切り離すか、膨張弁を全開とした状態で容量調整用熱交換器を第１の放熱器と第２の放熱器との直列回路に並列に接続するか、膨張弁にて絞り動作を行う状態で容量調整用熱交換器を第１の減圧装置と第１の蒸発器と第２の減圧装置と第２の蒸発器との直列回路に並列に接続するかを制御する制御装置を備えたものである。

請求項４の発明の冷温蔵装置では、請求項２の発明において第２の放熱器と第１の減圧装置の間に膨張弁及び容量調整用熱交換器を接続し、膨張弁の弁開度を制御する制御装置を備えたものである。

請求項５の発明の冷温蔵装置では、請求項２、請求項３又は請求項４の発明において容量調整用熱交換器を外部に配置したことを特徴とするものである。

請求項６の発明の冷温蔵装置では、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５の発明において容量調整用熱交換器にて冷媒が放熱する際の熱を加温貯蔵庫及び／又は温水器に供給すると共に、容量調整用熱交換器にて冷媒が蒸発する際の吸熱作用で冷却貯蔵庫及び／又は冷水器を冷却することを特徴とするものである。

請求項７の発明の冷温蔵装置では、上記各発明において冷却貯蔵庫と加温貯蔵庫と冷水器と温水器を一体に備えものである。

請求項８の発明の冷温蔵装置では、請求項１の発明において各放熱器は、両端に位置するストップバルブと共にそれぞれキット化され、各蒸発器は、両端のストップバルブ及び減圧装置と共にそれぞれキット化されていることを特徴とするものである。

請求項９の発明の冷温蔵装置では、請求項３の発明において容量調整用熱交換器は、一端が分岐されて各分岐にそれぞれ接続されたストップバルブ及び電磁弁の直列回路と膨張弁及び他端のストップバルブと共にキット化されていることを特徴とするものである。

請求項１０の発明の冷温蔵装置では、請求項４の発明において容量調整用熱交換器は、両端のストップバルブ及び膨張弁と共にキット化されていることを特徴とするものである。

本発明の冷温蔵装置では、圧縮機、第１の放熱器、第２の放熱器、第１の減圧装置、第１の蒸発器、第２の減圧装置及び第２の蒸発器を順次環状に配管接続して成り、二酸化炭素を冷媒として封入し、高圧側が超臨界圧力となるヒートポンプ回路と、物品を冷却貯蔵する冷却貯蔵庫と、物品を加温貯蔵する加温貯蔵庫と、冷水を生成する冷水器と、温水を生成する温水器とを備え、第１の放熱器により温水器内の水を加熱し、第２の放熱器により加温貯蔵庫の庫内を加熱すると共に、第１の蒸発器により冷水器内の水を冷却し、第２の蒸発器により冷却貯蔵庫の庫内を冷却するようにしているので、一つのヒートポンプ回路を用い、加温と冷却のそれぞれにおいて異なる温度帯を生成し、温水の生成と物品の加温、冷水の生成と物品の冷却を行うことができる。

これにより、利便性の向上を図ると共に、ヒートポンプ回路のエネルギー効率を著しく改善することができるようになる。特に、冷媒として二酸化炭素を使用し、高圧側を超臨界圧力で使用するものであるので、温水器や加温貯蔵庫において高い加熱能力を得ることができるものである。

請求項２の発明の冷温蔵装置では、上記に加えて容量調整用熱交換器を備え、この容量調整用熱交換器において冷媒の放熱若しくは蒸発を選択的に行わせるようにしているので、第１及び第２の放熱器において加熱能力が過剰となる場合には、容量調整用熱交換器にて冷媒を放熱させると共に、第１及び第２の蒸発器において冷却能力が過剰となる場合には、容量調整用熱交換器にて冷媒を蒸発させ、余剰な加熱・冷却能力の調整を行うことができるようになる。

請求項３の発明の冷温蔵装置では、上記において膨張弁と、容量調整用熱交換器及び膨張弁をヒートポンプ回路から切り離すか、膨張弁を全開とした状態で容量調整用熱交換器を第１の放熱器と第２の放熱器との直列回路に並列に接続するか、膨張弁にて絞り動作を行う状態で容量調整用熱交換器を第１の減圧装置と第１の蒸発器と第２の減圧装置と第２の蒸発器との直列回路に並列に接続するかを制御する制御装置を備えているので、余剰な加熱・冷却能力の調整を容量調整用熱交換器にて行いながら、加熱・冷却能力に余剰が生じない場合には容量調整用熱交換器をヒートポンプ回路から切り離すことができるので、より的確な加熱・冷却能力の調整を実現できる。

請求項４の発明の冷温蔵装置では、請求項２の発明において第２の放熱器と第１の減圧装置の間に膨張弁及び容量調整用熱交換器を接続し、膨張弁の弁開度を制御する制御装置を備えているので、加熱能力に余剰が生じる場合には膨張弁を全開として容量調整用熱交換器で冷媒を放熱させ、冷却能力に余剰が生じる場合には膨張弁にて冷媒を絞り、容量調整用熱交換器で蒸発させることで、比較的簡単な回路構成により、余剰な加熱・冷却能力の調整を実現することが可能となる。

請求項５の発明の冷温蔵装置では、請求項２、請求項３又は請求項４の発明において容量調整用熱交換器を外部に配置しているので、温水器や加温貯蔵庫、冷水器や冷却貯蔵庫に温度影響を及ぼすこと無く、加熱・冷却能力の調整を実現することができるようになると共に、加熱能力に不足が生じる場合には、容量調整用熱交換器にて冷媒を蒸発させることで、外気から熱を汲み上げることができるようになる。

請求項６の発明の冷温蔵装置では、請求項２、請求項３又は請求項４の発明において容量調整用熱交換器にて冷媒が放熱する際の熱を加温貯蔵庫及び／又は温水器に供給すると共に、容量調整用熱交換器にて冷媒が蒸発する際の吸熱作用で冷却貯蔵庫及び／又は冷水器を冷却するようにしているので、容量調整用熱交換器の加熱作用で加温貯蔵庫や温水器を加熱を補助し、冷却作用で冷却貯蔵庫や冷水器の冷却を補助することができるようになり、より一層の効率改善を図ることが可能となる。

請求項７の発明の冷温蔵装置は、上記各発明において冷却貯蔵庫と加温貯蔵庫と冷水器と温水器を一体に備えているので、スペース効率を著しく向上させることができる。

請求項８の発明の冷温蔵装置では、請求項１の発明において各放熱器を、両端に位置するストップバルブと共にそれぞれキット化し、各蒸発器を、両端のストップバルブ及び減圧装置と共にそれぞれキット化しているので、ヒートポンプ回路の組み立て並びに温水器、加温貯蔵庫、冷水器、或いは、冷却貯蔵庫の増設を簡単に行うことができるようになる。

請求項９の発明の冷温蔵装置では、請求項３の発明において容量調整用熱交換器を、一端が分岐されて各分岐にそれぞれ接続されたストップバルブ及び電磁弁の直列回路と膨張弁及び他端のストップバルブと共にキット化したので、ヒートポンプ回路の組み立て並びに容量調整用熱交換器の増設を簡単に行うことができるようになる。

請求項１０の発明の冷温蔵装置では、請求項４の発明において容量調整用熱交換器を、両端のストップバルブ及び膨張弁と共にキット化していので、ヒートポンプ回路の組み立て並びに容量調整用熱交換器の増設を簡単に行うことができるようになる。

本発明は、係る従来技術を解決するために、ヒートポンプ回路を備えた冷温蔵装置の利便性の向上と、エネルギー効率の改善を図ることを目的とする。以下に図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。

図１は、本発明を適用した一実施例の冷温蔵装置１の縦断側面図である。冷温蔵装置１は図示されない断熱性の開閉扉にて前面の開口を開閉自在に形成された断熱性の箱体２内に物品を冷却貯蔵する冷却貯蔵庫３と、この冷却貯蔵庫３の下方に形成され、物品を加熱貯蔵する加温貯蔵庫６と、断熱箱体２の側壁（図１では右壁）に取り付けられた冷水を生成する冷水器７と、該冷水器７の対角線上の断熱箱体２の側壁（図１では左壁）に取り付けられた温水を生成する温水器８とを一体に備えている。このように、本実施例の冷温蔵装置１は冷却貯蔵庫３と加温貯蔵庫６と冷水器７と温水器８とを一体に備えているので、スペース効率を著しく向上させることができる。

また、加温貯蔵庫６の下部には後述するヒートポンプ回路１０の一部を構成する圧縮機１１、後述する容量調整用熱交換器２１等が収納された機械室２０が設けられている。尚、本実施例の圧縮機１１は、図示しない密閉容器内に駆動要素とこの駆動要素にて駆動される第１及び第２の圧縮要素から構成されている。

前記冷却貯蔵庫３は断熱板２２にて上下に区画されており、断熱板２２の上側の冷却貯蔵庫３内を冷凍室４とし、断熱板２２の下側の冷却貯蔵庫３内を冷蔵室５としている。また、断熱板２２には冷凍室４と冷蔵室５とを連通する連通孔２４が形成され、当該連通孔２４はダンパ２５にて開閉可能とされている。そして、冷凍室４には後述するヒートポンプ回路１０の第２の蒸発器１７と、当該第２の蒸発器１７と熱交換した空気を冷凍室４及び前記ダンパ２５にて連通可能とされた冷蔵室５に送風するための送風機２７が設置されている。尚、ダンパ２５は制御装置１００により冷蔵室５内が所定温度に上昇すると連通孔２４を開放し、所定温度より低下すると閉じるように制御されている。

また、加温貯蔵庫６にはヒートポンプ回路１０の第２の放熱器１３と、当該第２の放熱器１３と熱交換した空気を加温貯蔵庫６に送風するための送風機２３が設置されている。前記冷水器７には前記ヒートポンプ回路１０の第１の蒸発器１５が設置されており、この第１の蒸発器１５で第１の減圧装置としての膨張弁１４で減圧された冷媒が周囲の水から吸熱することにより、冷却作用を発揮して冷水器７内の水を冷却するものである。

また、前記温水器８にはヒートポンプ回路１０の第１の放熱器１２が設置され、圧縮機１１で高温高圧となった冷媒が第１の放熱器１２で放熱し、温水器８内の水が加熱されるものである。

次に、図２のヒートポンプ回路１０を用いて本実施例の冷温蔵装置１の冷媒回路について説明する。図２は前述した冷温蔵装置１のヒートポンプ回路１０であり、このヒートポンプ回路１０は、圧縮機１１、第１の放熱器１２、第２の放熱器１３、膨張弁１４、第１の蒸発器１５、第２の減圧装置としての膨張弁１６及び第２の蒸発器１７等を順次環状に接続することにより構成されている。

即ち、圧縮機１１の冷媒吐出管３０は温水器８に設置された第１の放熱器１２の入口に接続されている。この冷媒吐出管３０の中途部からは第１の放熱器１２をバイパスするためのバイパス回路３１が分岐している。このバイパス回路３１には当該バイパス回路３１への冷媒流通を制御するための電磁弁５１が設けられている。また、バイパス回路３１は第１の放熱器１２の出口に接続された冷媒配管３２に接続されている。また、第１の放熱器１２から出た冷媒配管３２は加温貯蔵庫６に設置された第２の放熱器１３の入口に接続されている。係る冷媒配管３２の中途部（前記バイパス回路３１の下流側）からは第２の放熱器１３をバイパスするためのバイパス回路３３が接続され、このバイパス回路３３には前記バイパス回路３１と同様に当該バイパス回路３３の冷媒流通を制御するための電磁弁５３が設置されている。このバイパス回路３３は第２の放熱器１３の出口に接続された冷媒配管３４に接続されている。

また、第２の放熱器１３の出口は冷媒配管３４を介して膨張弁１４の入口に接続されている。膨張弁１４を出た冷媒配管３６は第１の蒸発器１５に接続され、第１の蒸発器１５を出た冷媒配管３８は膨張弁１６の入口に接続されている。ここで、冷媒配管３４の中途部（バイパス回路３３が接続された冷媒配管３４の下流側）からは膨張弁１４及び第１の蒸発器１５をバイパスするためのバイパス回路３５の入口が分岐しており、このバイパス回路３５には当該バイパス回路３５への冷媒流通を制御するための電磁弁５５が介設されている。また、このバイパス回路３５は冷媒配管３８に接続されている。

前記膨張弁１６を出た冷媒配管４０は第２の蒸発器１７に接続され、第２の蒸発器１７の出口は圧縮機１１の冷媒導入管４２が接続されている。また、冷媒配管３８の中途部であって、前記バイパス回路３５の下流側からは当該膨張弁１６及び第２の蒸発器１７をバイパスするためのバイパス回路３７が分岐している。このバイパス回路３７にも当該バイパス回路３７の冷媒流通を制御するための電磁弁５７が介設されている。バイパス回路３７は前記冷媒導入管４２に接続されている。

ここで、図中４３は冷媒回路であり、圧縮機１１の冷媒吐出管３０の中途部から分岐している。この冷媒回路４３には当該冷媒回路４３への冷媒流通を制御する電磁弁６３と、後述する容量調整用熱交換器２１と、膨張弁２６とが設けられている。また、冷媒配管４３は前記第２の放熱器１３の出口に接続された冷媒配管３４の前記バイパス回路３３の下流側であって、前記バイパス回路３５の上流側に接続されている。また、膨張弁２６は制御装置１００により制御されている。

また、４５は冷媒回路４３の前記電磁弁６３と容量調整用熱交換器２１の間の配管から分岐した冷媒配管であり、この冷媒配管４５には該冷媒配管４５への冷媒流通を制御する電磁弁６５が介設されている。係る冷媒配管４５は第２の蒸発器１７の出口に接続された冷媒導入管４２に接続されている。上記電磁弁６３、６５の開閉は前記制御装置１００により、一方が閉じると他方が開くように制御されている。

前述した容量調整用熱交換器２１は冷媒の放熱若しくは蒸発を選択的に行わせることができる熱交換器である。即ち、制御装置１００により膨張弁２６を全閉として、電磁弁６３を閉じて、電磁弁６５を開いた状態とすることで、冷媒回路４３が閉塞されると共に、容量調整用熱交換器２１では冷媒の回収が可能となる。一方、制御装置１００により膨張弁２６を全開とした状態で、電磁弁６３を開いて冷媒配管４３を開放すれば、容量調整用熱交換器２１を第１の放熱器１２と第２の放熱器１３との直列回路に並列に接続された状態となり、当該容量調整用熱交換器２１にて冷媒を放熱させることができるようになる。また、制御装置１００により膨張弁２６にて絞り動作を行う状態で、電磁弁６３を閉じると共に、電磁弁６５を開いて冷媒配管４５を開放すれば、容量調整用熱交換器２１を膨張弁１４と第１の蒸発器１５と膨張弁１６と第２の蒸発器１７との直列回路に並列に接続された状態となり、当該容量調整用熱交換器２１にて冷媒を蒸発させることができるようになる。

ここで、前述した制御装置１００は、本実施例の冷温蔵装置１の制御を司る制御装置であり、当該制御装置１００により圧縮機１１の運転や膨張弁１４、１６、２６及び電磁弁５１、５３、５５、５７、６３、６５の開閉等が制御されている。

尚、本発明の冷温蔵装置１のヒートポンプ回路１０には冷媒として二酸化炭素（ＣＯ₂）が封入されており、係るヒートポンプ回路１０の高圧側は超臨界圧力となる。また、図中１５０は圧縮機１１の第１の圧縮要素で圧縮された中間圧の冷媒を冷却するための中間冷却回路で、この中間冷却回路１５０は容量調整用熱交換器２１を通過するように形成されている。そして、第１の圧縮要素で圧縮された冷媒を圧縮機１１外部の中間冷却回路１５０を通過する過程で容量調整用熱交換器２１にて周囲の空気と熱交換することにより、冷却させることができる。更に、図中７０は圧縮機１１に吸い込まれる第２の蒸発器１７からの低圧側の冷媒と第２の放熱器１３からの高圧側の冷媒とを熱交換するための中間熱交換器である。この中間熱交換器７０では冷媒配管３４と冷媒導入管４２とが交熱的に設置されている。これにより、冷媒配管３４を流れる高圧側の冷媒は当該中間熱交換器７０を通過する過程で、冷媒導入管４２を流れる低圧側の冷媒に熱を奪われ、冷却される。また、冷媒導入管４２を流れる低圧側の冷媒は、中間熱交換器７０を通過する過程で高圧側の冷媒から熱を奪って過熱される。

以上の構成で次に図３のｐ−ｈ線図（モリエル線図）を参照しながら動作を説明する。この場合、各バイパス回路３１、３３、３５、３７の電磁弁５１、５３、５５、５７は閉じられている。また、制御装置１００により膨張弁２６を全閉として、電磁弁６３を閉じて、電磁弁６５を開いた状態にすることで、冷媒回路４３が閉塞されると共に、、容量調整用熱交換器２１では冷媒の回収が可能となる。そして、制御装置１００は冷却貯蔵庫３の冷凍室４に設置された送風機２７及び加温貯蔵庫６に設置された送風機２３の運転を開始すると共に、圧縮機１１の前記駆動要素を起動する。

これにより、冷媒導入管４２から圧縮機１１の前記第１の圧縮要素内に低圧（図３のＡの状態）の冷媒ガスが吸い込まれて圧縮され、中間圧の冷媒ガスとなり（図３のＢの状態）、中間冷却回路１５０内に流入する。冷媒は中間冷却回路１５０が容量調整用熱交換器２１を通過する過程で、周囲の空気と熱交換して放熱した後（図３のＣの状態）、第２の圧縮要素に吸い込まれて圧縮され、高温高圧の冷媒ガスとなり、冷媒吐出管３０より圧縮機１１の外部に吐出される。このとき、冷媒は超臨界圧力まで圧縮されている（図３のＤの状態）。

冷媒吐出管３０から吐出された冷媒ガスは、温水器８内に設置された第１の放熱器１２に流入し、そこで水冷方式により放熱する。これにより、温水器８内の水が加熱される。尚、このヒートポンプ回路１０は、高圧側が超臨界圧力となるので、第１の放熱部１２において冷媒（ＣＯ₂）は液化することなく超臨界の状態を維持したままで温度が低下する（図３のＥの状態）。

そして、第１の放熱部１２にて冷却された高圧側の冷媒ガスは、冷媒配管３２を経て加温貯蔵庫６内に設置された第２の放熱器１３に流入し、そこで空冷方式により放熱する。また、前記送風機２３の運転により、第２の放熱器１３における高温高圧の冷媒の冷媒の放熱によって加熱され、高温となった空気は加温貯蔵庫６内に循環され、加温貯蔵庫６の庫内を加熱する。この場合においても、第２の放熱器１３にて冷媒は液化することなく超臨界の状態を維持したまま温度が低下する（図３のＦの状態）。

第２の放熱器１３を出た冷媒は、冷媒配管３４を経て、該冷媒配管３４と冷媒導入管４２との間に設けられた中間熱交換器７０で熱交換して、冷媒導入管４２を流れる冷媒に熱を奪われて、更に放熱した後、膨張弁１４に至る。尚、膨張弁１４の入口では冷媒はまだ超臨界の状態である（図３のＧの状態）。冷媒は膨張弁１４における圧力低下により気体／液体の二相混合体とされ、その状態で冷媒配管３６から冷水器７に設置された第１の蒸発器１５内に流入する（図３のＨの状態）。そこで冷媒は蒸発し、周囲の水から吸熱することにより冷却作用を発揮する。これにより、冷水器７内の水は冷却される（図３のＩの状態）。

そして、冷媒は第１の蒸発器１５から流出して、冷媒配管３８を通って膨張弁１６に至る。冷媒は膨張弁１６にて更に圧力が低下した後、冷媒配管４０を経て冷却貯蔵庫３に設置された第２の蒸発器１７内に流入する（図３のＪの状態）。そこで冷媒は再び蒸発し、周囲の空気から吸熱することにより冷却作用を発揮する。尚、第２の蒸発器１７における冷媒の蒸発によって冷却された空気は送風機２７の運転により、冷却貯蔵庫３内に循環され、冷蔵貯蔵室３の冷凍室４及び冷蔵室４内を冷却する（図３のＡの状態）。

尚、第２の蒸発器１７で蒸発した冷媒は、冷媒導入管４２に入り、前記中間熱交換器７０で熱交換し、冷媒配管３４を流れる冷媒から熱を奪って過熱された後、圧縮機１１の圧縮要素に吸い込まれるサイクルを繰り返す。

このように、第１の放熱器１２により温水器８内の水を加熱し、第２の放熱器１３により加温貯蔵庫６の庫内を加熱すると共に、第１の蒸発器１５により冷水器７内の水を冷却し、第２の蒸発器１７により冷却貯蔵庫３の庫内を冷却することで、加温と冷却のそれぞれにおいて異なる温度帯を生成し、温水の生成と物品の加熱、冷水の生成と物品の冷却を行うことができるようになり、利便性の向上を図ることができる。

また、ヒートポンプ回路１０のエネルギー効率を著しく改善することができるようになる。また、冷媒として当該ヒートポンプ回路１０の冷媒として二酸化炭素を使用することで、高圧側が超臨界圧力となるので、温水器８や加温貯蔵庫６において高い加熱能力を得ることができるようになる。

ここで、第１の放熱器１２及び第２の放熱器１３において加熱能力が過剰となった場合には、制御装置１００により膨張弁２６を全開とすると共に、電磁弁６３を開いて、冷媒回路４３を開放する。これにより、圧縮機１１で圧縮された高温高圧の冷媒ガスの一部が前記冷媒吐出管３０の中途部から分岐した冷媒回路４３に入り、電磁弁６３を介して容量調整用熱交換器２１に流入する。そこで、冷媒ガスは周囲の空気と熱交換することにより放熱する。

このように、放熱能力が過剰となった場合、冷媒回路４３を開放して、圧縮機１１で圧縮された冷媒の一部を容量調整用熱交換器２１に流して、そこで放熱させることで、過剰な熱を捨てることができるようになる。これにより、余剰な加熱能力を調整することができるようになり、ヒートポンプ回路１０内の冷媒温度が異常上昇する不都合を未然に回避することができるようになる。

尚、容量調整用熱交換器２１にて放熱した冷媒は、冷媒配管３４から第１の放熱器１２及び第２の放熱器１３にて放熱した冷媒と合流し、膨張弁１４に至る。

一方、第１の蒸発器１５及び第２の蒸発器１７において冷却能力が過剰となった場合には、制御装置１００により膨張弁２６を絞ると共に、電磁弁６３を閉じ、電磁弁６５を開いて冷媒配管４５を開放する。これにより、第２の放熱器１３にて放熱した冷媒の一部が冷媒配管３４の中途部から分岐した冷媒回路４３に入り、電磁弁２６にて減圧された後、容量調整用熱交換器２１に流入する。そこで、冷媒は周囲の空気から吸熱して蒸発する。

このように、冷却能力が過剰となった場合、冷媒配管４５を開放して、第２の放熱器１３からの冷媒の一部を当該冷媒回路４３に流入させ、膨張弁２６にて減圧した後、容量調整用熱交換器２１に流してそこで蒸発させることで、周囲の空気から熱を受け取ることができるようになる。これにより、冷媒の過熱度をとることができるようになるので、冷却能力の余剰を調整することができる。

尚、容量調整用熱交換器２１にて蒸発した冷媒は、冷媒配管４５を経て冷媒導入管４２から第２の蒸発器１７にて蒸発した冷媒と合流し、圧縮機１１の圧縮要素に吸い込まれるサイクルを繰り返す。

以上のように、容量調整用熱交換器２１にて冷媒の放熱若しくは蒸発を選択的に行わせることで、過剰な加熱能力・冷却能力を調整することができるので、当該ヒートポンプ回路１０内の冷媒を最適な状態に維持することができるようになり、当該ヒートポンプ回路１０の信頼性の向上を図ることができるようになる。

ここで、当該冷温蔵装置１において、例えば温水器８を使用しない場合には、電磁弁５１を開いて、バイパス回路３１を開放する。これにより、圧縮機１１で圧縮された高温高圧の冷媒ガスは冷媒吐出管３０からバイパス回路３１に入り、電磁弁５１を経て第１の放熱器１２の出口側に接続された冷媒配管３２に供給される。このため、冷媒は第１の放熱器１２を通過することなく、当該第１の放熱器１２の下流側に供給されることとなる。

同様に、加温貯蔵庫６を使用しない場合には、電磁弁５３を開いて、バイパス回路３３を開放する。これにより、第１の放熱器１２からの冷媒は冷媒配管３２からバイパス回路３３に入り、電磁弁５３を経て第２の放熱器１３の出口側に接続された冷媒配管３４に供給される。従って、冷媒は第２の放熱器１３を通過することなく当該第２の放熱器１３の下流側の冷媒配管３４に流入することとなる。

係る場合において、加熱能力が過剰となった際には前述の如く制御装置１００により、電磁弁６５を閉めると共に、膨張弁６３を開いて冷媒配管４３を開放し、圧縮機１１から吐出された冷媒の一部を冷媒を容量調整用熱交換器２１に流して冷媒を放熱させることで過剰な熱を捨てることができる。

また、放熱側の温水器８と加温貯蔵庫６の両方を使用しない場合であっても、冷媒配管４３を開放し、当該冷媒配管４３に冷媒を流すことにより、容量調整用熱交換器２１にて冷媒を放熱させることができ、加熱能力の余剰を解消することができるようになる。

他方、冷温蔵装置１において、例えば冷水器７を使用しない場合には、電磁弁５５を開いて、バイパス回路３５を開放する。これにより、第２の放熱器１３からの冷媒は冷媒配管３４からバイパス回路３５に入り、電磁弁５５を経て第１の蒸発器１５の出口側に接続された冷媒配管３８に供給される。このため、冷媒は膨張弁１４及び第１の蒸発器１５を通過することなく当該第１の蒸発器１５の下流側の冷媒配管３８に流入することとなる。

同様に、冷却貯蔵庫３を使用しない場合には、電磁弁５７を開いて、バイパス回路３７を開放する。これにより、第１の蒸発器１５からの冷媒は冷媒配管３８からバイパス回路３７に入り、電磁弁５７を経て第２の蒸発器１７の出口側に接続された冷媒吐出管４２に供給される。従って、冷媒は膨張弁１６及び第２の蒸発器１７を通過することなく当該第２の蒸発器１７の下流側の冷媒吐出管４２に流入することとなる。

係る場合において、冷却能力に余剰が生じた際には前述の如く冷媒配管４５を開放して冷媒配管３４からの冷媒を冷媒回路４３に流し、膨張弁２６にて減圧した後、容量調整用熱交換器２１に流して冷媒を蒸発させることで、当該容量調整用熱交換器２１にて空気から吸熱して蒸発し、過剰な冷却能力を捨てることができる。これにより、冷媒の過熱度をとることができるようになる。

また、吸熱側の冷水器７と冷却貯蔵庫３の両方を使用しない場合であっても、冷媒配管４５を開放して当該冷媒配管４３に冷媒を流すことで、容量調整用熱交換器２１にて冷媒を蒸発させることができる。

次に、本発明の冷温蔵装置の他の実施例について説明する。図４はこの場合の冷温蔵装置の冷媒回路図を示している。尚、図４において図１及び図２と同一の符号が付されているものは同一、若しくは、同様の効果を奏するものとする。

図４において、１２１は本実施例における容量調整用熱交換器であり、当該容量調整用熱交換器１２１は第２の放熱器１３と第１の減圧装置としての膨張弁１４の間の冷媒配管３４に介設されている。また、この冷媒配管３４の容量調整用熱交換器１２１の上流側の冷媒配管３４には膨張弁１２６が接続されており、この膨張弁１２６の弁開度は制御装置２００にて制御されている。

この容量調整用熱交換器１２１も前記実施例の容量調整用熱交換器２１と同様に、冷媒の放熱若しくは蒸発を選択的に行わせることが可能な熱交換器である。即ち、膨張弁１２６を全開とした状態とすれば、容量調整用熱交換器１２１にて冷媒を放熱させることができるようになる。また、膨張弁１２６にて絞り動作を行う状態とすれば、容量調整用熱交換器１２１にて冷媒を蒸発させることができるようになる。更に、本実施例の容量調整用熱交換器１２１は冷温蔵装置の外部に設置されている。従って、冷温蔵装置内に設置された温水器８や加温貯蔵庫６、冷水器７や冷却貯蔵庫３に温度影響を及ぼすことなく、加熱・冷却の調整を実現することができる。

また、容量調整用熱交換器１２１には当該容量調整用熱交換器１２１と冷蔵貯蔵庫３、及び加温貯蔵庫６とを連通する加熱側のダクト１２７と、容量調整用熱交換器１２１と冷水器７及び温水器８とを連通する冷却側のダクト１２８とがそれぞれ形成されており、容量調整用熱交換器１２１にて冷媒と熱交換した外気が加熱側のダクト１２７若しくは冷却側のダクト１２８のどちらかに流れるようにダンパ１２５にて制御されている。

以上の構成で次に動作を説明する。先ず、容量調整用熱交換器１２１にて冷媒の放熱を実行する場合の動作について説明する。この場合、各バイパス回路３１、３３、３５、３７の電磁弁５１、５３、５５、５７は閉じられ、制御装置２００により膨張弁１２６は全開とされている。また、図３に破線で示すように制御装置２００により前記ダンパ１２５は冷却側のダクト１２８を閉じ、加熱側のダクト１２７を開放するように制御されている。そして、制御装置２００は冷却貯蔵庫３の冷凍室４に設置された送風機２７及び加温貯蔵庫６に設置された送風機２３の運転を開始すると共に、圧縮機１１の前記駆動要素を起動する。

これにより、冷媒導入管４２から圧縮機１１の圧縮要素内に低圧の冷媒ガスが吸い込まれて圧縮され、高温高圧の冷媒ガスとなり、冷媒吐出管３０より圧縮機１１の外部に吐出される。このとき、冷媒は超臨界圧力まで圧縮されている。

冷媒吐出管３０から吐出された冷媒ガスは、温水器８内に設置された第１の放熱器１２に流入し、そこで水冷方式により放熱する。これにより、温水器８内の水が加熱される。尚、このヒートポンプ回路１１０は、高圧側が超臨界圧力となるので、第１の放熱部１２において冷媒（ＣＯ₂）は液化することなく超臨界の状態を維持したままで温度が低下する。

そして、第１の放熱部１２にて冷却された高圧側の冷媒ガスは、冷媒配管３２を経て加温貯蔵庫６内に設置された第２の放熱器１３に流入し、そこで空冷方式により放熱する。また、前記送風機２３の運転により、第２の放熱器１３における高温高圧の冷媒の冷媒の放熱によって加熱され、高温となった空気は加温貯蔵庫６内に循環され、加温貯蔵庫６の庫内を加熱する。この場合においても、第２の放熱器１３にて冷媒は液化することなく超臨界の状態を維持したまま温度が低下する。

そして、第２の放熱器１３を出た冷媒は、冷媒配管３４から膨張弁１２６を経て冷温蔵装置の外部に設置された容量調整用熱交換器１２１に流入し、そこで外気と熱交換して放熱する。また、当該冷媒の放熱により加熱された外気は当該容量調整用熱交換器１２１の近傍に設置された図示しない送風機より加熱側のダクト１２７に送風され、温水器８や加温貯蔵庫６に送られて、温水器８の水や加温貯蔵庫６の庫内を加熱する。

このように、容量調整用熱交換器１２１にて冷媒が放熱する際の熱を、加熱側のダクト１２７を介して加温貯蔵庫６や温水器８に供給することで、当該温水器８や加温貯蔵庫６における加熱の補助を行うことができるようになる。

一方、容量調整用熱交換器１２１から出た冷媒は、冷媒配管３４を経て膨張弁１４に至る。尚、膨張弁１４の入口では冷媒はまだ超臨界の状態である。冷媒は膨張弁１４における圧力低下により気体／液体の二相混合体とされ、その状態で冷媒配管３６から冷水器７に設置された第１の蒸発器１５内に流入する。そこで冷媒は蒸発し、周囲の水から吸熱することにより冷却作用を発揮する。これにより、冷水器７内の水は冷却される。

そして、冷媒は第１の蒸発器１５から流出して、冷媒配管３８を通って膨張弁１６に至る。冷媒は膨張弁１６にて更に圧力が低下した後、冷媒配管４０を経て冷却貯蔵庫３に設置された第２の蒸発器１７内に流入する。そこで冷媒は再び蒸発し、周囲の空気から吸熱することにより冷却作用を発揮する。尚、第２の蒸発器１７における冷媒の蒸発によって冷却された空気は送風機２７の運転により、冷却貯蔵庫３内に循環され、冷蔵貯蔵室３の冷凍室４及び冷蔵室４内を冷却する。

尚、第２の蒸発器１７で蒸発した冷媒は、冷媒導入管４２から圧縮機１１の圧縮要素に吸い込まれるサイクルを繰り返す。

次に、容量調整用熱交換器１２１にて冷媒の蒸発を実行する場合の動作について説明する。この場合、各バイパス回路３１、３３、３５、３７の電磁弁５１、５３、５５、５７は閉じられ、制御装置２００により膨張弁１２６は絞られているものとする。また、図３に実線で示す如く制御装置２００により前記ダンパ１２５は加熱側のダクト１２７を閉じ、冷却側のダクト１２８を開放するように制御されている。そして、制御装置２００は冷却貯蔵庫３の冷凍室４に設置された送風機２７及び加温貯蔵庫６に設置された送風機２３の運転を開始すると共に、圧縮機１１の前記駆動要素を起動する。

これにより、冷媒導入管４２から圧縮機１１の圧縮要素内に低圧の冷媒ガスが吸い込まれて圧縮され、高温高圧の冷媒ガスとなり、冷媒吐出管３０より圧縮機１１の外部に吐出される。このとき、冷媒は超臨界圧力まで圧縮されている。

冷媒吐出管３０から吐出された冷媒ガスは、温水器８内に設置された第１の放熱器１２に流入し、そこで水冷方式により放熱する。これにより、温水器８内の水が加熱される。尚、このヒートポンプ回路１１０は、高圧側が超臨界圧力となるので、第１の放熱部１２において冷媒（ＣＯ₂）は液化することなく超臨界の状態を維持したままで温度が低下する。

そして、第１の放熱部１２にて冷却された高圧側の冷媒ガスは、冷媒配管３２を経て加温貯蔵庫６内に設置された第２の放熱器１３に流入し、そこで空冷方式により放熱する。また、前記送風機２３の運転により、第２の放熱器１３における高温高圧の冷媒の冷媒の放熱によって加熱され、高温となった空気は加温貯蔵庫６内に循環され、加温貯蔵庫６の庫内を加熱する。第２の放熱器１３にても冷媒は液化することなく超臨界の状態を維持したまま温度が低下する。

そして、第２の放熱器１３を出た冷媒は、冷媒配管３４から膨張弁１２６に至る。そこで冷媒は圧力低下して、冷温蔵装置の外部に設置された容量調整用熱交換器１２１に流入し、そこで外気から吸熱することにより蒸発する。また、当該冷媒の蒸発により冷却された外気は当該容量調整用熱交換器１２１の近傍に設置された図示しない送風機より冷却側のダクトに送風され、冷水器７や冷却貯蔵庫３に送られ、冷水器７の水や冷却貯蔵庫３の庫内を冷却する。

このように容量調整用熱交換器１２１にて冷媒が蒸発する際の吸熱作用で冷却された外気を冷却側のダクト１２８を介して冷水器７や冷却貯蔵庫３に供給することで冷水器７及び冷却貯蔵庫３における冷却の補助を行うことができるようになる。

また、容量調整用熱交換器１２１を冷温蔵装置の外部に設置したことで、このような加熱能力が不足した場合に、当該容量調整用熱交換器１２１にて外気から熱をくみ上げることができるようになり、エネルギー効率の改善を図ることができるようになる。

一方、容量調整用熱交換器１２１から出た冷媒は、冷媒配管３４を経て膨張弁１４に至る。そこで冷媒は圧力低下し、冷媒配管３６から冷水器７に設置された第１の蒸発器１５内に流入する。そこで冷媒は蒸発し、周囲の水から吸熱することにより冷却作用を発揮する。これにより、冷水器７内の水は冷却される。

そして、冷媒は第１の蒸発器１５から流出して、冷媒配管３８を通って膨張弁１６に至る。冷媒は膨張弁１６にて更に圧力が低下した後、冷媒配管４０を経て冷却貯蔵庫３に設置された第２の蒸発器１７内に流入する。そこで冷媒は再び蒸発し、周囲の空気から吸熱することにより冷却作用を発揮する。尚、第２の蒸発器１７における冷媒の蒸発によって冷却された空気は送風機２７の運転により、冷却貯蔵庫３内に循環され、冷蔵貯蔵室３の冷凍室４及び冷蔵室４内を冷却する。

尚、第２の蒸発器１７で蒸発した冷媒は、冷媒導入管４２から圧縮機１１の圧縮要素に吸い込まれるサイクルを繰り返す。

以上のように、第２の放熱器１３と膨張弁１４の間に膨張弁１２６及び容量調整用熱交換器１２１を接続し、制御装置２００により膨張弁１２６の開度を制御することで、比較的簡単な回路で余剰な加熱・冷却能力の調整を実現することができるようになる。また、当該容量調整用熱交換器１２１と熱交換した外気を加熱側のダクト１２７若しくは冷却側のダクト１２８を介してそれぞれ送風することで加熱や冷却の補助を行うことができるようになり、より一層の効率の改善を図ることができるようになる。

次に、本発明のもう一つの他の実施例について説明する。この場合、図５はキット化された各機器を示す図である。即ち、図５のｉは放熱器がその両端に位置するストップバルブと共にキット化されたものであり、ｉｉは蒸発器がその両端のストップバルブ及び減圧装置としての膨張弁と共にキット化されたものである。図５のｉの如く放熱器とストップバルブとをキット化したものと、ｉｉのような蒸発器と膨張弁とストップバルブとをキット化したものを予め形成しておけば、ヒートポンプ回路の組立を容易に行うことができる。また、これらを複数用意しておけば、温水器、加温貯蔵庫、冷却器、或いは、冷却貯蔵庫の増設及び撤去を簡単に行うことができるようになる。

また、図５のｉｉｉは容量調整用熱交換器と、その一端が分岐されて各分岐にそれぞれストップバルブと電磁弁の直列回路と膨張弁及び他端のストップバルブと共にキット化されたものである。図５のｉｉｉのように配置したものをキット化して予め形成しておけば、容量調整用熱交換器の増設及び撤去を簡単に行うことができる。また、上記図５のｉとｉｉとｉｉｉとを予め用意しておけば、実施例１のヒートポンプ回路１０の組立を容易に行うことが可能となる。

一方、図５のｉとｉｉに加えて、容量調整用熱交換器とその両端のストップバルブと膨張弁とをキット化したものを予め形成しておけば、実施例２のヒートポンプ回路の組立を容易に行うことができるようになると共に、当該ヒートポンプ回路の容量調整用熱交換器の増設又は撤去も簡単に行うことができるようになる。

更に、図５のｉｖに示すように、配管の中途部を分岐させ、この分岐した配管に真空引き用のストップバルブと冷媒チャージ用のストップバルブとを取り付けたものをキット化しておけば、ヒートポンプ回路への冷媒充填も容易に行うことができるようになる。

これらにより、当該ヒートポンプ回路の組立作業性の向上を図ることができるようになる。

本発明を適用した一実施例の冷温蔵装置の縦断側面図である。 図１の冷温蔵装置のヒートポンプ回路図である。 図１の冷温蔵装置のｐ−ｈ線図である。 本発明の他の実施例の冷温蔵装置のヒートポンプ回路図である。 キット化された各機器を示す図である。

符号の説明

１ 冷温蔵装置
２ 断熱箱体
３ 冷却貯蔵庫
４ 冷凍室
５ 冷蔵室
６ 加温貯蔵庫
７ 冷水器
８ 温水器
１０ ヒートポンプ回路
１１ 圧縮機
１２ 第１の放熱器
１３ 第２の放熱器
１４、１６、２６ 膨張弁
１５ 第１の蒸発器
１６ 膨張弁
１７ 第２の蒸発器
２０ 機械室
２１ 容量調整用熱交換器
２２ 断熱壁
２３、２７ 送風機
２４ 連通孔
２５ ダンパ
３０ 冷媒吐出管
３１、３３、３５、３７ バイパス回路
３２、３４、３６、３８、４０、４２、４５ 冷媒配管
４３ 冷媒回路
５１、５３、５５、５７、６３、６５ 電磁弁
１００、２００ 制御装置

Claims (10)

1. 圧縮機、第１の放熱器、第２の放熱器、第１の減圧装置、第１の蒸発器、第２の減圧装置及び第２の蒸発器を順次環状に配管接続して成り、二酸化炭素を冷媒として封入し、高圧側が超臨界圧力となるヒートポンプ回路と、物品を冷却貯蔵する冷却貯蔵庫と、物品を加温貯蔵する加温貯蔵庫と、冷水を生成する冷水器と、温水を生成する温水器とを備え、
   前記第１の放熱器により前記温水器内の水を加熱し、前記第２の放熱器により前記加温貯蔵庫の庫内を加熱すると共に、前記第１の蒸発器により前記冷水器内の水を冷却し、前記第２の蒸発器により前記冷却貯蔵庫の庫内を冷却することを特徴とする冷温蔵装置。
2. 容量調整用熱交換器を備え、該容量調整用熱交換器において冷媒の放熱若しくは蒸発を選択的に行わせることを特徴とする請求項１の冷温蔵装置。
3. 膨張弁と、前記容量調整用熱交換器及び膨張弁を前記ヒートポンプ回路から切り離すか、前記膨張弁を全開とした状態で前記容量調整用熱交換器を前記第１の放熱器と第２の放熱器との直列回路に並列に接続するか、前記膨張弁にて絞り動作を行う状態で前記容量調整用熱交換器を前記第１の減圧装置と第１の蒸発器と第２の減圧装置と第２の蒸発器との直列回路に並列に接続するかを制御する制御装置を備えたことを特徴とする請求項２の冷温蔵装置。
4. 前記第２の放熱器と前記第１の減圧装置の間に膨張弁及び容量調整用熱交換器を接続し、前記膨張弁の弁開度を制御する制御装置を備えたことを特徴とする請求項２の冷温蔵装置。
5. 前記容量調整用熱交換器を外部に配置したことを特徴とする請求項２、請求項３又は請求項４の冷温蔵装置。
6. 前記容量調整用熱交換器にて冷媒が放熱する際の熱を前記加温貯蔵庫及び／又は温水器に供給すると共に、前記容量調整用熱交換器にて冷媒が蒸発する際の吸熱作用で前記冷却貯蔵庫及び／又は冷水器を冷却することを特徴とする請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５の冷温蔵装置。
7. 前記冷却貯蔵庫と前記加温貯蔵庫と前記冷水器と前記温水器を一体に備えることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６の冷温蔵装置。
8. 前記各放熱器は、両端に位置するストップバルブと共にそれぞれキット化され、前記各蒸発器は、両端のストップバルブ及び前記減圧装置と共にそれぞれキット化されていることを特徴とする請求項１の冷温蔵装置。
9. 前記容量調整用熱交換器は、一端が分岐されて各分岐にそれぞれ接続されたストップバルブ及び電磁弁の直列回路と前記膨張弁及び他端のストップバルブと共にキット化されていることを特徴とする請求項３の冷温蔵装置。
10. 前記容量調整用熱交換器は、両端のストップバルブ及び前記膨張弁と共にキット化されていることを特徴とする請求項４の冷温蔵装置。

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