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

Abstract

【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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