JP2007046810A

JP2007046810A - ブライン式冷却システム

Info

Publication number: JP2007046810A
Application number: JP2005229571A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Fukuda; 利行福田; Makoto Kobayashi; 誠小林; Kazumasa Takada; 和昌高田
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2005-08-08
Filing date: 2005-08-08
Publication date: 2007-02-22
Also published as: CN1912512A; US20070028631A1

Abstract

【課題】システム稼働時におけるエネルギー消費量を低減して省ランニングコストを実現できるブライン式冷却システムを提供する。
【解決手段】ブラインと外気との間の熱交換を外気熱交換器２３によって行い、外気を利用してブラインを冷却することにより、圧縮機１１等の稼働率を低下させることができるので、システム稼働時におけるエネルギー消費量を低減させることができ、省ランニングコストを実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒回路によって冷却されたブラインを利用して所期の冷却を行うブライン式冷却システムに関する。

従来、この種のブライン式冷却システムとして、圧縮機と凝縮器と膨張弁とを備えた冷媒回路と、ブライン循環用ポンプと冷却器とを備えたブライン回路と冷媒回路とブライン回路とで共有される冷却用熱交換器と、を具備したものが知られている。

このブライン式冷却システムは、冷媒回路の膨張弁の下流側を流れる冷媒とブライン回路の冷却器の下流側を流れるブラインとの間の熱交換を冷却用熱交換器によって行うことによりブラインを冷却し、冷却されたブラインを冷却器に供給して該冷却器が設置された機器、例えばショーケースにおける商品冷却を行う。
特開２００１−１２８４２号公報特開平１０−２７４４６３号公報

ブライン式冷却システムは、近年における脱フロン化或いは省フロン化の要求に対応して提案された冷却システムではあるが、ブライン回路にブラインを循環させる必要があることから、従前の直膨式冷却システムと比べてエネルギー消費量が多い。換言すれば、このエネルギー消費量を低減できるような工夫を施せば、直膨式冷却システムと同等若しくはそれ以下のランニングコストを実現して汎用性を高めることができる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、システム稼働時におけるエネルギー消費量を低減して省ランニングコストを実現できるブライン式冷却システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のブライン式冷却システムは、圧縮機と凝縮器と膨張弁とを備えた冷媒回路と、ブライン循環用ポンプと冷却器とを備えたブライン回路と、冷媒回路とブライン回路とによって共有され、且つ、冷媒回路の膨張弁の下流側を流れる冷媒とブライン回路の冷却器の下流側を流れるブラインとの間で熱交換を行うための冷却用熱交換器と、を具備したブライン式冷却システムにおいて、ブライン回路の冷却器と冷却用熱交換器との間に、外気と熱交換を行うための外気熱交換器が設けられている構成となっている。

本発明のブライン式冷却システムによれば、例えば外気温度が低い冬期等においてブラインと外気との間の熱交換を外気熱交換器によって行い、外気を利用してブラインを冷却することにより、圧縮機等の稼働率を低下させることができるので、システム稼働時におけるエネルギー消費量を低減させることができる。

本発明によれば、外気熱交換器においてブラインを冷却することにより、圧縮機等の稼働率を低下させることができるので、システム稼働時におけるエネルギー消費量を低減させることができ、省ランニングコストを実現できる。

図１〜図５はブライン式冷却システムの実施形態を示す。図１はブライン式冷却システムの全体構成図、図２は図１に示すブライン式冷却システムの制御を示すフローチャート、図３〜図５は図１に示すブライン式冷却システムの動作説明図である。

ブライン式冷却システムは、冷媒回路１０と、ブライン回路２０と、冷却用熱交換器３０と、から構成されている。

冷媒回路１０は圧縮機１１と凝縮器１２と膨張弁１３とを備え、圧縮機１１→凝縮器１２→膨張弁１３→冷却用熱交換器３０→圧縮機１１の順に冷媒を循環させることができる。凝縮器１２には、凝縮器１２に強制的に外気を接触させるための凝縮器用ファン１２ａが並設されている。この冷媒回路１０で使用される冷媒は、フロンや非フロン（例えば、アンモニア）等である。

ブライン回路２０はブライン循環用ポンプ２１と冷却器２２と外気熱交換器２３とを備え、ブライン循環用ポンプ２１→冷却器２２→外気熱交換器２３→冷却用熱交換器３０→ブライン循環用ポンプ２１の順にブラインを循環させることができる。このブライン回路２０で使用されるブラインは、例えば塩化カルシウム溶液等である。

ブライン循環用ポンプ２１は、冷却用熱交換器３０と冷却器２２との間に設けられている。また、ブライン循環用ポンプ２１と冷却器２２との間には、電磁弁２１ａが介装されている。

冷却器２２は、商品等を収納したショーケース２２ｂ内を冷却するためのものであって、ブライン循環用ポンプ２１と外気熱交換器２３との間に介装され、且つ、ショーケース２２ｂ内に設置されている。また、冷却器２２には、ショーケース２２ｂ内の冷却を促すための冷却器用ファン２２ａが並設されている。

外気熱交換器２３は、冷却器２２と冷却用熱交換器３０との間に設けられている。また、外気熱交換器２３には、外気熱交換器２３に強制的に外気を接触させるための外気送風用ファン２３ｂが並設されている。さらに、外気熱交換器２３と並列にバイパス路２４が設けられている。さらに、ブラインの循環経路を外気熱交換器２３とバイパス路２４の一方に切り替えるために、外気熱交換器２３の上流には循環切替手段としての電磁弁２３ａが、バイパス路２４には循環切替手段としての電磁弁２４ａがそれぞれ設けられている。

冷却用熱交換器３０は、冷媒回路１０の膨張弁１３の下流側を流れる冷媒とブライン回路２０の冷却器２２の下流側を流れるブラインとの間で熱交換を行うためのもので、冷媒回路１０とブライン回路２０とによって共有されている。この冷却用熱交換器３０は、冷媒回路１０においては膨張弁１３と圧縮機１１との間に設けられ、ブライン回路２０においては外気熱交換器２３と冷却器２２との間に設けられている。

以上のように構成されたブライン式冷却システムは、冷媒回路１０と、冷却用熱交換器３０と、ブライン循環用ポンプ２１と、外気熱交換器２３と、電磁弁２３ａ，２４ａと、外気送風用ファン２３ｂとが室外に設置されている（図１に示す２点破線からなる囲いを参照）。また、冷却器２２及び冷却器用ファン２２ａが設置されたショーケース２２ｂと、電磁弁２１ａは室内に設置されている。

次に、図１に示すブライン式冷却システムの制御系構成を説明する。

コントローラ４０は、マイクロコンピュータ及び各種ドライバ等を含む。コントローラ４０には、後述の運転切り替えを行う際の判断温度として２つの設定外気温度Ｔ１，Ｔ２（Ｔ１＞Ｔ２）等が記憶されている。また、図示省略の温度センサにより検知した外気温度Ｔに基づき、圧縮機１１、凝縮器用ファン１２ａ、膨張弁１３、ブライン循環用ポンプ２１、冷却器用ファン２２ａ、外気送風用ファン２３ｂ、及び各切替弁２１ａ，２３ａ，２４ａを制御する。

次に、ブライン式冷却システムの制御を図２のフローチャートと、図３〜図５に示すブライン式冷却システムの動作説明図を参照して説明する。

まず、外気温度Ｔが設定外気温度Ｔ１以上、例えば外気温度が５℃以上であるか否かを判別する（ステップＳ１）。この設定外気温度Ｔ１は、例えばショーケース２２ｂの庫内温度を５℃に維持したい場合に、このショーケース２２ｂの庫内温度に準じて設定された温度である。

ステップＳ１において、外気温度Ｔが設定外気温度Ｔ１以上である場合には、ブライン式冷却システムは通常運転を行う（ステップＳ２）。

ここで、ステップＳ２における通常運転について、図３を参照して説明する。まず、電磁弁２１ａ及び電磁弁２４ａを開放し、電磁弁２３ａを閉じる。そして、冷媒回路１０では、圧縮機１１の能力を最大に制御した状態で冷媒を循環させる（図３の破線矢印参照）。また、ブライン回路２０では、ブライン循環用ポンプ２１の循環量を最大に制御した状態で、且つ、外気送風用ファン２３ｂの運転を停止させた状態でブラインを循環させる（図３の実線矢印参照）。ブラインはバイパス路２４を循環し、バイパス路２４を循環した後のブラインは冷却用熱交換器３０において冷媒回路１０を循環する冷媒との間で熱交換が行われる。冷却用熱交換器３０において熱交換を行ったブラインがショーケース２２ｂ内の冷却器２２に供給されることによって、ショーケース２２ｂ内における商品冷却が行われる。

前記ステップＳ１において、外気温度Ｔが設定外気温度Ｔ１以上でない場合には、外気温度Ｔが設定外気温度Ｔ１未満で、且つ、設定外気温度Ｔ２以上、例えば外気温度Ｔが５℃未満で、且つ、０℃以上であるか否かを判別する（ステップＳ３）。

ステップＳ３において、外気温度Ｔが設定外気温度Ｔ１未満で、且つ、設定外気温度Ｔ２以上である場合には、ブライン式冷却システムは軽負荷運転を行う（ステップＳ４）。

ここで、ステップＳ４における軽負荷運転について、図４を参照して説明する。まず、電磁弁２１ａ及び電磁弁２３ａを開放し、電磁弁２４ａを閉じる。そして、冷媒回路１０では、圧縮機１１の能力を通常運転時と比較して半分程度に制御した状態で冷媒を循環させる（図４の破線矢印参照）。また、ブライン回路２０では、ブライン循環用ポンプ２１の循環量を通常運転時と比較して三分の二程度に制御した状態で、且つ、外気送風用ファン２３ｂの風量を最大に制御した状態で、ブラインを循環させる（図４の実線矢印参照）。ブラインは、外気熱交換器２３において外気と熱交換を行ったのち、さらに冷却用熱交換器３０において冷媒回路１０を循環する冷媒と熱交換が行われる。外気熱交換器２３と冷却用熱交換器３０において熱交換を行ったブラインが、ショーケース２２ｂ内の冷却器２２に供給されることによって、ショーケース２２ｂ内における商品冷却が行われる。

前記ステップＳ４において、外気温度Ｔが設定外気温度Ｔ１未満で、且つ、設定外気温度Ｔ２以上でない場合には、外気温度Ｔが設定外気温度Ｔ２未満、例えば外気温度Ｔが０℃未満であるか否かを判別する（ステップＳ５）。

ステップＳ５において、外気温度Ｔが設定外気温度Ｔ２未満である場合には、ブライン式冷却システムは、ブライン回路２０のみの単独運転を行う（ステップＳ６）。

ここで、ステップＳ６における単独運転について、図５を参照して説明する。まず、電磁弁２１ａ及び電磁弁２３ａを開放し、電磁弁２４ａを閉じる。そして、冷媒回路１０では、圧縮機１１の運転を停止させることによって冷媒の循環を停止させる。また、ブライン回路２０では、ブライン循環用ポンプ２１の循環量を通常運転時と比較して半分程度に制御した状態で、且つ、外気送風用ファン２３ｂの風量を通常運転時と比較して半分程度に制御した状態で、ブラインを循環させる（図５の実線矢印参照）。ブラインは外気熱交換器２３において外気との間で熱交換が行われ、外気熱交換器２３において熱交換を行ったブラインがショーケース２２ｂ内の冷却器２２に供給されることによって、ショーケース２２ｂ内における商品冷却が行われる。また、外気送風用ファン２３ｂの風量を通常運転時と比較して半分程度に制御することにより、外気熱交換器２３が過剰に冷却されることを防止する。なお、外気温度Ｔが設定外気温度Ｔ２よりもかなり低い温度、例えば−５℃や−１０℃以下の場合には、外気送風用ファン２３ｂを停止しても外気熱交換器２３において十分な熱交換が行える。

前述のブライン式冷却システムによれば、ブラインと外気との間の熱交換を外気熱交換器２３によって行い、外気を利用してブラインを冷却することにより、圧縮機１１等の稼働率を低下させることができるので、システム稼働時におけるエネルギー消費量を低減させることができ、省ランニングコストを実現できる。

即ち、軽負荷運転時には、圧縮機１１の能力を低下させるように制御し、またブライン循環用ポンプ２１の循環量を低下させるように制御することにより、システム稼働時におけるブライン回路２０のエネルギー消費量を低減できる。

単独運転時には、圧縮機１１の運転を完全に停止させることにより冷媒回路１０のエネルギー消費量をゼロとすることができ、ブライン循環用ポンプ２１の循環量を低下させるように制御することによりシステム稼働時におけるブライン回路２０のエネルギー消費量を低減できる。さらに、単独運転時には、外気送風用ファン２３ｂの風量を低下させるように制御することにより、システム稼働時におけるブライン回路２０のエネルギー消費量を一層低減できる。しかも、外気送風用ファン２３ｂの風量を低下させるように制御することにより、外気熱交換器２３が過剰に冷却されることを防止できるので、外気熱交換器２３を循環するブラインの粘度低下を抑制でき、ブライン回路２０におけるブラインの循環速度が低下してしまうことを防止できる。

また、外気熱交換器２３には、外気熱交換器２３に強制的に外気を接触させるための外気送風用ファン２３ｂが並設されていることにより外気熱交換器２３においてブラインと外気との間の熱交換が促されるので、外気熱交換器２３を循環するブラインの熱交換を効率的に行うことができる。

さらに、外気熱交換器２３が室外に設けられていることにより、外気との間で確実に熱交換を行うことができる。

さらに、冷媒回路１０が室外に設けられていることにより、冷媒回路１０を循環する冷媒が室内に漏洩するおそれがないので、冷媒が可燃性や毒性や刺激臭を有する場合であっても室内に居る人間等に対して悪影響を及ぼすことを回避できる。

さらに、電磁弁２３ａ，２４ａを設けることにより、外気熱交換器２３とバイパス路２４の一方にブラインが流通するよう選択できるので、外気温度Ｔに応じて、外気熱交換器２３を使用するか否かが選択できる。

図６はブライン式冷却システムの他の形態に係る全体構成図を示す。尚、図１〜図５で示したブライン式冷却システムと同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。

図６に示したブライン式冷却システムは、ブラインの循環経路を外気熱交換器２３とバイパス路２４の一方に切り替えるために、三方弁３３ａが設けられている点で図１〜図５で示したブライン式冷却システムと異なる。このブライン式冷却システムのその他の作用及び効果は、図１〜図５で示したブライン式冷却システムと同様である。

図７はブライン式冷却システムのさらに他の形態に係る全体構成図を示す。尚、図１〜図５で示したブライン式冷却システムと同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。

図７に示したブライン式冷却システムは、外気熱交換器２３のみが室外に設けられている（図７に示す２点破線の囲い参照）点で図１〜図５で示したブライン式冷却システムと異なる。このブライン式冷却システムのその他の作用及び効果は、図１〜図５で示したブライン式冷却システムと同様である。

尚、前述の実施形態では、運転の切り替えを行う際に冷却器２２を通過した後のブラインの温度を判断温度としても良い。例えば、冷却器２２を通過した後のブラインの温度が外気温度Ｔよりも高い場合に、電磁弁２１ａ及び電磁弁２３ａを開放し、且つ、電磁弁２４ａを閉じれば、外気熱交換器２３にブラインを循環させて外気とブラインとの間で熱交換が行われたブラインを冷却器２２に送り込むことができる。また、冷却器２２を通過した後のブラインの温度が外気温度Ｔよりも低い場合には、電磁弁２１ａ及び電磁弁２４ａを開放し、且つ、電磁弁２３ａを閉じれば、ブラインをバイパス路２４に循環させて、外気熱交換器２３において非熱交換のブラインを冷却器２２に送り込むことができる。

また、前述の実施形態ではブラインの循環経路を外気熱交換器２３とバイパス路２４の一方に切り替える方法を例示したが、図８に示すように、電磁弁２３ａ及び電磁弁２４ａの両方を開放して外気熱交換器２３とバイパス路２４との両方にブラインを分流させても良い。外気熱交換器２３とバイパス路２４とに分流して循環するブラインの各流量を調整すれば、外気熱交換器２３によるブラインの冷却をコントロールすることができる。また、外気熱交換器２３とバイパス路２４とに分流して循環していたブラインを冷却用熱交換器３０の上流側で合流させることにより温度差のあるブラインを混合させることができるので、ブラインの粘度低下が抑制され、ブライン回路２０におけるブラインの循環速度が低下してしまうことを防止できる。

ブライン式冷却システムの全体構成図図１に示すブライン式冷却システムの制御を示すフローチャート図１に示すブライン式冷却システムの動作説明図図１に示すブライン式冷却システムの動作説明図図１に示すブライン式冷却システムの動作説明図図１に示すブライン式冷却システムの他の形態に係る全体構成図図１に示すブライン式冷却システムのさらに他の形態に係る全体構成図図１に示すブライン式冷却システムの動作説明図

符号の説明

１…ブライン式冷却システム、１０…冷媒回路、１１…圧縮機、１２…凝縮器、１３…膨張弁、２０…ブライン回路、２１…ブライン循環用ポンプ、２２…冷却器、２３…外気熱交換器、３０…コントローラ。

Claims

圧縮機と凝縮器と膨張弁とを備えた冷媒回路と、ブライン循環用ポンプと冷却器とを備えたブライン回路と、冷媒回路とブライン回路とによって共有され、且つ、冷媒回路の膨張弁の下流側を流れる冷媒とブライン回路の冷却器の下流側を流れるブラインとの間で熱交換を行うための冷却用熱交換器と、を具備したブライン式冷却システムにおいて、
ブライン回路の冷却器と冷却用熱交換器との間に、外気と熱交換を行うための外気熱交換器が設けられている
ことを特徴とするブライン式冷却システム。
外気熱交換器に強制的に外気を接触させるための外気送風用ファンが設けられている
ことを特徴とする請求項１記載のブライン式冷却システム。
冷媒回路と外気熱交換器のうち、少なくとも外気熱交換器が室外に設けられている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のブライン式冷却システム。
ブライン回路には外気熱交換器と並列にバイパス路が設けられ、ブラインの循環経路を外気熱交換器とバイパス路の少なくとも一方に切り替えるための循環切替手段が設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項記載のブライン式冷却システム。
外気温度が所定温度より低い場合には、冷媒回路の圧縮機の能力を低下させるように制御する圧縮機制御手段が設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項記載のブライン式冷却システム。
外気温度が所定温度より低い場合には、外気送風用ファンの風量を低下させるように制御するファン制御手段が設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項記載のブライン式冷却システム。
外気温度が所定温度より低い場合には、ブライン循環用ポンプの循環量を低下させるように制御するポンプ制御手段が設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項記載のブライン式冷却システム。