JP2009192187A - 氷蓄熱式冷凍装置 - Google Patents

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Katsuhiko Taki
勝彦 瀧
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Hitachi Appliances Inc
日立アプライアンス株式会社
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【課題】負荷増大時や製氷量が少ない場合の早期蓄冷利用終了に伴う電力増加を抑制する氷蓄熱式冷凍装置を得る。
【解決手段】圧縮機2と凝縮器4とが接続された冷凍装置1と、減圧手段26と蒸発器27とが接続された冷却器24と、熱媒体を貯留する蓄熱槽12内に蓄冷および蓄冷利用可能な熱交換器13を有する氷蓄熱装置7と、を備えた氷蓄熱式冷凍装置において、前記氷蓄熱装置7は前記熱交換器13の入口配管と出口配管とを接続するバイパス回路17を有し、前記凝縮器4と前記熱交換器13の入口配管との間に接続され、前記バイパス回路17中の冷媒の流量を調整する流量制御手段18を備えたことを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、氷蓄熱装置および氷蓄熱装置が冷媒回路に組み込まれた氷蓄熱式冷凍装置に関する。
従来の氷蓄熱装置は、特開2001−174079号公報(特許文献1)や特開2000−249420号公報(特許文献2)のように、熱交換器での過冷却前後をバイパスする回路を有しているものの、非利用運転時に熱交換器への液冷媒流入を遮断することを目的としたものであり、蓄冷利用運転中に過冷却前の高温液冷媒を任意の流量に混合するものではなかった。
特開2001−174079号公報 特開2000−249420号公報
上記従来技術では、冷凍装置からの液冷媒全てを氷蓄熱装置で過冷却するため、過冷却による冷凍能力を任意に調整することはできなかった。そのため、負荷増大時における過度の過冷却によって、氷が早期に融解してしまう場合があった。
上記課題を解決する為に、本発明は、負荷増大時や製氷量が少ない場合の早期蓄冷利用終了に伴う電力増加を抑制することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の氷蓄熱式冷凍装置は、圧縮機と凝縮器とが接続された冷凍装置と、減圧手段と蒸発器とが接続された冷却器と、熱媒体を貯留する蓄熱槽内に蓄冷および蓄冷利用可能な熱交換器を有する氷蓄熱装置と、を備えた氷蓄熱式冷凍装置において、前記氷蓄熱装置は前記熱交換器の入口配管と出口配管とを接続するバイパス回路を有し、前記凝縮器と前記熱交換器の入口配管との間に接続され、前記バイパス回路中の冷媒の流量を調整する流量制御手段を備えたことを特徴とする。
また、前記流量制御手段は蓄冷利用運転中に前記バイパス回路の冷媒の流量を調整し、冷媒の過冷却度を調整することを特徴とする。
また、前記流量制御手段は電子膨張弁又は可変流量弁であることを特徴とする。
本発明によれば、負荷増大時や製氷量が少ない場合の早期蓄冷利用終了に伴う電力増加を抑制することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。図1は、本発明に係る氷蓄熱式冷凍装置の実施例の回路構成図である。同図において、氷蓄熱式冷凍装置は、冷凍装置1,氷蓄熱装置7,冷却器24で構成される。冷凍装置1は、圧縮機2及び凝縮器4の主要機器で構成される。氷蓄熱装置7は、蓄熱槽12内に配置された熱交換器13及び開閉弁10,流量制御手段11,逆止弁15,流量制御手段18,開閉弁21、で構成される。冷却器24は、減圧手段である膨張弁26,蒸発器27の主要機器で構成される。この中で流量制御手段11および流量制御手段18とは、流量を可変に調整できる機構であり、電子膨張弁や可変流量弁等である。これら機器によって氷蓄熱式冷凍装置の冷凍サイクルが構成される。
次に、氷蓄熱装置で製氷する蓄冷運転,製氷された氷を過冷却利用して低圧側負荷を冷却する蓄冷利用運転,蓄冷および蓄冷利用せずに通常の負荷冷却を行う非利用運転について説明する。
<蓄冷運転>図1において、冷凍装置1の圧縮機2で吐出された高温高圧ガス冷媒は、凝縮器4で凝縮液化される。氷蓄熱装置7の流量制御手段18は閉じられており、開閉弁10と開閉弁21は開かれているので、凝縮器4からの液冷媒は流量制御手段11で減圧されて熱交換器13で水14を冷却し製氷する。熱交換器13で蒸発した低圧ガス冷媒は、破線矢印側へ流れ、吸入配管22を介して圧縮機2へ戻る。この時、逆止弁15によって熱交換器13からの低圧ガス冷媒は、実線矢印側へ流れることはない。
また、蓄冷運転時に流量制御手段18を開くことで、蓄冷運転を実施しながら冷却器24での負荷冷却を行うことも可能である。この場合、凝縮器4からの液冷媒の一部はバイパス回路17を通り、膨張弁26で減圧されて蒸発器27で負荷を冷却する。蒸発器27で蒸発した低圧ガス冷媒は、吸入配管28を介して圧縮機2へ戻る。
<蓄冷利用運転>図1において、冷凍装置1の圧縮機2で吐出された高温高圧ガス冷媒は、凝縮器4で凝縮液化される。氷蓄熱装置7の開閉弁21は閉じられており、開閉弁10は開かれている。バイパス回路17の流量制御手段18が閉じている場合、凝縮器4からの約50℃前後の高温液冷媒は、全て流量制御手段11を経由して熱交換器13で約5℃前後の低温液冷媒に過冷却され、逆止弁15を経由して液冷媒出口配管20から冷却器24へ送られる。バイパス回路17の流量制御手段18が所定の開度で開いている場合、凝縮器4からの約50℃前後の高温液冷媒の一部が熱交換器13で約5℃前後の低温液冷媒に過冷却され、凝縮器4からの約50℃前後の高温液冷媒の一部は、バイパス配管17を通り、前記熱交換器13で過冷却された低温液冷媒と合流混合し、流量制御手段18で調整された所定の温度の液冷媒となって冷却器24へ送られる。
<非利用運転>所定の蓄冷を完了した際や、蓄冷利用を終了した際は、非利用運転として通常の冷却運転を実施する。図1において、冷凍装置1の圧縮機2で吐出された高温高圧ガス冷媒は、凝縮器4で凝縮液化される。氷蓄熱装置7の開閉弁10は閉じられており、開閉弁21は開かれている。バイパス回路17の流量制御手段18は全開であり、凝縮器4からの液冷媒は、全てバイパス回路17を通り、膨張弁26で減圧されて蒸発器27で負荷を冷却する。蒸発器27で蒸発した低圧ガス冷媒は、吸入配管28を介して圧縮機2へ戻る。
図2に本発明の実施形態に係わるモリエル線図を示す。前記流量制御手段18によりバイパス回路17の流量を調整し液冷媒の過冷却度を変化させることができる。
図3に本発明の実施形態に係わる過冷却液冷媒の混合比と液冷媒温度の特性図を示し、図4に本発明の実施形態に係わる過冷却液冷媒の混合比と冷凍能力の特性図を示す。前記バイパス回路17の流量を流量制御手段18で調整することで、液冷媒出口配管20から送り出される液冷媒の温度を変化させることができる。図は一例を示すが、過冷却前の液冷媒温度を50℃、過冷却後の液冷媒温度を5℃とすると、バイパス回路17の流量制御手段18と熱交換器の流量制御手段11を制御することにより、5℃〜50℃の範囲で液冷媒出口温度を調整することが可能となる。液冷媒出口温度の変化により冷凍能力は変化し、非利用時の冷凍能力からのアップ率では0〜30%程度の範囲で冷凍能力を制御することが可能となる。
図5に従来の氷蓄熱式冷凍装置の消費電力変化推移図を示す。図において冷蔵ショーケース等を冷却する一般的な冷凍装置の消費電力はaのように推移し、昼間の15時前後が最も消費電力が多くなる。氷蓄熱式冷凍装置の場合は、蓄冷利用による冷凍能力アップによって圧縮機2の運転稼動率を低減し消費電力を抑制することができるので、bのように、夜間は蓄冷のために消費電力は増加するが、昼間は低減することができる。しかし、bのような氷蓄熱式冷凍装置において、外気温度の上昇等によって冷却負荷が増加した場合、圧縮機2の運転稼動率は増加し、所定の蓄冷量が早期に利用終了してしまうことで、cのように消費電力は途中で増加することになる。ピーク時の消費電力を見るとcのような場合は、ピーク消費電力が多く、結果的に電気料金の増加を招くことになる。この際、冷凍能力も大きく減少することで冷却器24の温度が上昇してしまい、冷却物に損害を与えてしまう。
図6に本発明の実施形態に係わる氷蓄熱式冷凍装置の消費電力変化推移図を示す。本発明では、バイパス回路17の流量を調整することで前記のように液冷媒出口温度および冷凍能力を調整することができる。冷凍装置1の消費電力や運転電流の推移や、蓄熱槽12の水温推移等を検知することで、前記cのような圧縮機運転稼動率が高く蓄冷利用運転が早期に終了してしまうことが予想される場合、バイパス回路17の流量を図のように調整することで、過度の冷凍能力アップを抑え所定の蓄冷量を効率良く利用することが可能となる。これによりピーク消費電力も抑制することができ、電気料金の低減および省エネ性の向上が図られる。また、所定の冷凍能力を維持することで冷却器24の温度も安定させることができる。
以上のように、蓄冷利用運転時の過冷却度及び冷凍能力を調整することで、負荷増大時や製氷量が少ない場合の早期蓄冷利用終了に伴うピーク電力増加を抑制することができる。また、意図する時間帯のみ蓄冷利用運転することや冷凍能力を調整することで、製氷量が少ない場合でも有効な氷蓄熱式冷凍装置とすることができる。
本発明の実施形態に係わる氷蓄熱式冷凍装置の回路構成。 図1の氷蓄熱式冷凍装置のモリエル線図。 図1の氷蓄熱式冷凍装置の過冷却液冷媒の混合比と液冷媒温度の特性図。 図1の氷蓄熱式冷凍装置の過冷却液冷媒の混合比と冷凍能力の特性図。 従来の氷蓄熱式冷凍装置の消費電力変化推移図。 図1の氷蓄熱式冷凍装置の消費電力変化推移図。
符号の説明
1 冷凍装置
2 圧縮機
3 吐出配管
4 凝縮器
5 液冷媒配管
6 吸入配管
7 氷蓄熱装置
8 液冷媒入口配管
9 液冷媒配管分岐部
10,21 開閉弁
11,18 流量制御手段
12 蓄熱槽
13 熱交換器
14 水
15 逆止弁
16,25 液冷媒配管
17 バイパス回路
19 液冷媒合流部
20 液冷媒出口配管
22,23,28 吸入配管
24 冷却器
26 膨張弁
27 蒸発器

Claims (3)

  1. 圧縮機と凝縮器とが接続された冷凍装置と、減圧手段と蒸発器とが接続された冷却器と、熱媒体を貯留する蓄熱槽内に蓄冷および蓄冷利用可能な熱交換器を有する氷蓄熱装置と、を備えた氷蓄熱式冷凍装置において、
    前記氷蓄熱装置は前記熱交換器の入口配管と出口配管とを接続するバイパス回路を有し、
    前記凝縮器と前記熱交換器の入口配管との間に接続され、前記バイパス回路中の冷媒の流量を調整する流量制御手段を備えたことを特徴とする氷蓄熱式冷凍装置。
  2. 請求項1において、前記流量制御手段は蓄冷利用運転中に前記バイパス回路の冷媒の流量を調整し、冷媒の過冷却度を調整することを特徴とする氷蓄熱式冷凍装置。
  3. 請求項1又は2において、前記流量制御手段は電子膨張弁又は可変流量弁であることを特徴とする氷蓄熱式冷凍装置。
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