JP2009243768A

JP2009243768A - 冷却システム

Info

Publication number: JP2009243768A
Application number: JP2008091058A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Ishii; 裕石井; Makoto Kobayashi; 誠小林
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2009-10-22

Abstract

【課題】複数の使用温度帯に対応する場合であっても安全性高く省エネルギ化を図ることの可能な冷却システムを提供する。
【解決手段】室外側に設けられて第１冷媒（ＮＨ_３）が循環する第１冷凍回路(10)の第１熱交換器(14)と室内側の冷凍ショーケース（冷凍機器）に内装されて第２冷媒（ＣＯ_２）が循環する第２冷凍回路(20)の第２熱交換器(22)との間に、熱媒体（ブライン）が第１冷媒及び第２冷媒と熱交換を行いつつ循環する熱媒体回路(30)を設け、該熱媒体回路には冷蔵ショーケース（冷蔵機器）に内装され熱媒体が循環することで直接冷却器として機能する第３熱交換器(32)を配設するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却システムに係り、詳しくは冷凍ショーケースや冷蔵ショーケース等の複数の使用温度帯に対応した冷却システムに関する。

従来、フロンの代替冷媒としてアンモニアや二酸化炭素等の自然系冷媒を使用した冷却システムが開発されている。
このような冷却システムとしては、冷蔵ショーケース内に圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が設置された一元冷却システムの他、アンモニアや二酸化炭素等の二種の冷媒による冷凍回路を使用し、例えばアンモニア回路を室外機側に二酸化炭素回路を室内機側に用いて互いに熱交換を行い、冷却効率の向上を図った二元冷却システムが知られている。

また、このような二元冷却システムの場合、室内にアンモニアの配管が設置されると人体に有害なアンモニアの室内への漏洩が懸念されることから、最近では、アンモニア回路と二酸化炭素回路との間にブライン（例えば塩化カルシウム水溶液）や水を熱媒体とした熱媒体回路（ブライン回路）を設け、室内へのアンモニアの漏洩を防止した安全性の高い冷却システムも開発されている（特許文献１等参照）。
特開２００７−７１５１９号公報

ところで、上記特許文献１に開示の冷却システムでは、冷蔵ショーケースを二酸化炭素回路で構成するとともに室外機をアンモニア回路で構成し、単純にこれら冷蔵ショーケースの二酸化炭素回路と室外機のアンモニア回路との間に熱媒体回路を介装するようにしている。
しかしながら、最近のコンビニエンスストア等の店舗においては、冷蔵ショーケースのみならず冷凍ショーケース等の種々の使用温度帯のショーケースを複数隣接設置する例が増加しており、このような複数の使用温度帯に対応したショーケースからなる冷却システムを如何に省エネルギ化を図りつつ安全に構築するかが課題となっている。

本発明は、このような課題に鑑みなされたもので、その目的とするところは、複数の使用温度帯に対応する場合であっても安全性が高く省エネルギ化を図ることの可能な冷却システムを提供することにある。

上記の目的を達成するべく、請求項１の冷却システムは、第１圧縮機、凝縮器、第１膨張装置及び第１熱交換器が順に配設され、第１冷媒が相変化しつつ循環する第１冷凍回路と、第２圧縮機、第２熱交換器、第２膨張装置及び蒸発器が順に配設され、第２冷媒が相変化しつつ循環する第２冷凍回路と、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間に設けられ、熱媒体が前記第１冷媒及び前記第２冷媒と熱交換を行いつつ循環する熱媒体回路とを備え、前記熱媒体回路には、前記熱媒体の循環する第３熱交換器が配設されていることを特徴とする。

請求項２の冷却システムでは、請求項１において、前記熱媒体回路を循環する前記熱媒体はブラインまたは水であって、前記第１冷凍回路を室外側に配置するとともに、前記第２冷凍回路を室内側の冷凍機器内に、前記第３熱交換器を室内側の冷蔵機器内に配置してなることを特徴とする。
請求項３の冷却システムでは、請求項１または２において、前記第３熱交換器は前記第２熱交換器に並列に前記熱媒体回路に配設されていることを特徴とする。

請求項４の冷却システムでは、請求項１または２において、前記第３熱交換器は前記第２熱交換器に直列に前記熱媒体回路に配設されていることを特徴とする。
請求項５の冷却システムでは、請求項４において、前記熱媒体の流れ方向で視て前記第３熱交換器が前記第２熱交換器よりも上流側に配設されていることを特徴とする。
請求項６の冷却システムでは、請求項１乃至５のいずれかにおいて、前記第２冷凍回路は複数からなり、前記第２熱交換器は各々並列に前記熱媒体回路に配設されていることを特徴とする。

請求項７の冷却システムでは、請求項１乃至６のいずれかにおいて、前記第３熱交換器は複数からなり、各々並列に前記熱媒体回路に配設されていることを特徴とする。

請求項１の冷却システムによれば、第１熱交換器と第２熱交換器との間には第１冷媒及び第２冷媒と熱交換を行う熱媒体の循環する熱媒体回路が設けられ、当該熱媒体回路には、熱媒体の循環する第３熱交換器が配設されているので、第１冷凍回路と第２冷凍回路とを熱媒体回路で熱的に繋ぐことにより高温高圧となる第１冷凍回路及び第２冷凍回路の経路を極力短くする等して冷却システムの安全性を高めるようにできるとともに、熱媒体回路に第３熱交換器を設けることで、新たな冷凍回路を設けることなく熱媒体回路を有効に熱利用することができ、冷却システムを例えば複数の使用温度帯に対応させるような場合において、冷却システム全体をコンパクトにして省エネルギ化を図ることができる。

請求項２の冷却システムによれば、熱媒体回路を循環する熱媒体はブラインまたは水であって、第１冷凍回路を室外側に配置するとともに、第２冷凍回路を室内側の冷凍機器内に、第３熱交換器を室内側の冷蔵機器内に配置してなるので、第１冷凍回路から第２冷凍回路までの経路をブラインまたは水を熱媒体とする熱媒体回路で繋ぐことで、第１冷媒が室内に漏洩することを確実に防止でき、冷却システムを例えば複数の使用温度帯に対応させるような場合において、確実に冷却システムの安全性を高めつつ冷却システム全体の省エネルギ化を図ることができる。

請求項３の冷却システムによれば、第３熱交換器は第２熱交換器に並列に熱媒体回路に配設されているので、第２熱交換器と第３熱交換器とに流れる熱媒体の流量をそれぞれの負荷に応じて個別に制御して熱媒体を循環させるようにでき、制御性を向上させ省エネルギ化を図った冷却システムを構築することができる。
請求項４の冷却システムによれば、第３熱交換器は第２熱交換器に直列に熱媒体回路に配設されているので、合理的に第２熱交換器と第３熱交換器に流入する熱媒体の温度に差を生じさせることができ、より一層省エネルギ化を図った冷却システムを構築することができる。

請求項５の冷却システムによれば、第３熱交換器が第２熱交換器の上流側となるように熱媒体回路に配設されているので、第２冷凍回路の第２熱交換器で熱交換を行う前に熱媒体で直接に熱交換を行う第３熱交換器によって冷蔵ショーケースを優先的に効率よく冷却するようにでき、より一層省エネルギ化を図った冷却システムを構築することができる。
請求項６の冷却システムによれば、第２冷凍回路は複数からなり、第２熱交換器は各々並列に熱媒体回路に配設されているので、複数の第２熱交換器に流れる熱媒体の流量をそれぞれの負荷に応じて個別に制御して熱媒体を循環させるようにでき、制御性を向上させ省エネルギ化を図った冷却システムを構築することができる。

請求項７の冷却システムによれば、第３熱交換器は複数からなり、各々並列に熱媒体回路に配設されているので、複数の第３熱交換器に流れる熱媒体の流量をそれぞれの負荷に応じて個別に制御して熱媒体を循環させるようにでき、制御性を向上させ省エネルギ化を図った冷却システムを構築することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
先ず、第１実施例を説明する。
図１を参照すると、本発明の第１実施例に係る冷却システムの概略構成図が示されており、以下同図に基づき説明する。
同図に示すように、本発明に係る冷却システムは、大きくは第１冷凍回路１０、複数（図１では２個）の第２冷凍回路２０及び熱媒体回路３０から構成されている。

第１冷凍回路１０は、第１圧縮機１１、凝縮器１２、第１膨張装置である第１膨張弁１３及び第１熱交換器１４からなり、第１圧縮機１１→凝縮器１２→第１膨張弁１３→第１熱交換器１４→第１圧縮機１１の順に第１冷媒を循環させることが可能に構成されている。ここに、当該第１冷凍回路１０で使用される第１冷媒は、自然系冷媒（例えば、アンモニア（ＮＨ_３））である。

なお、第１冷凍回路１０には、主として第１冷媒の冷却及び第１圧縮機１１の潤滑を目的としてオイルが混合されており、当該第１冷凍回路１０には、図１に示すように、冷媒とオイルとを分離するためのオイルセパレータ１５、オイルを冷却して冷媒の圧縮機吐出温度の上昇を防止するためのオイルクーラ１６及びオイル流量調整弁１７からなるオイルインジェクション回路が設けられている。

第２冷凍回路２０は、第２圧縮機２１、第２熱交換器２２、第２膨張装置である第２膨張弁２３及び蒸発器２４からなり、第２圧縮機２１→第２熱交換器２２→第２膨張弁２３→蒸発器２４→第２圧縮機２１の順に第２冷媒を循環させることが可能に構成されている。ここに、当該第２冷凍回路２０で使用される第２冷媒は、人体への安全性が高い自然系冷媒（例えば、二酸化炭素（ＣＯ_２））である。

熱媒体回路３０は、上記第１熱交換器１４、上記第２熱交換器２２及び循環用ポンプ３１からなり、第１熱交換器１４→循環用ポンプ３１→第２熱交換器２２→第１熱交換器１４の順に熱媒体を循環させることが可能に構成されている。即ち、第１熱交換器１４は第１冷凍回路１０と熱媒体回路３０とで共有され、第１冷媒と熱媒体との間で熱交換が可能であり、第２熱交換器２２は第２冷凍回路２０と熱媒体回路３０とで共有され、熱媒体と第２冷媒との間で熱交換が可能である。ここに、当該熱媒体回路３０で使用される熱媒体は、ブライン（例えば、塩化カルシウム水溶液）や水である。

詳しくは、第２冷凍回路２０は複数であることから、第２熱交換器２２も複数（図１では２個）であり（カスケード熱交換器）、これら複数の第２熱交換器２２は熱媒体回路３０に並列に配設されている。
そして、本発明の第１実施例に係る冷却システムでは、熱媒体回路３０に、第２熱交換器２２と並列且つ互いに並列にして複数（図１では２個）の第３熱交換器３２が配設されている。

なお、熱媒体回路３０のうち複数の第２熱交換器２２への各分岐部分にはそれぞれ流量調節バルブ２５が介装され、複数の第３熱交換器３２への各分岐部分にはそれぞれ流量調節バルブ３５が介装されている。これにより、第２熱交換器２２や第３熱交換器３２への熱媒体の流量を必要に応じて適宜調節可能である。
以上のように構成された冷却システムでは、第１冷凍回路１０が室外側に配置される一方、第２冷凍回路２０が室内側の冷凍ショーケース（冷凍機器）に内装され、さらに第３熱交換器３２がやはり室内側の冷蔵ショーケース（冷蔵機器）に直接に冷却器として機能するように内装され、熱媒体回路３０が第３熱交換器３２を含みながら第１冷凍回路１０と第２冷凍回路２０とを繋ぐように室内に配策されて冷却システムが構築されている。

以下、このように構成された本発明の第１実施例に係る冷却システムの作用効果について説明する。
上述したように、第１冷凍回路１０の第１冷媒は、第１圧縮機１１→凝縮器１２→第１膨張弁１３→第１熱交換器１４→第１圧縮機１１の順に相変化しつつ循環する（図１に破線矢印で示す）。また、第２冷凍回路２０の第２冷媒は、それぞれ第２圧縮機２１→第２熱交換器２２→第２膨張弁２３→蒸発器２４→第２圧縮機２１の順に相変化しつつ循環する（同様に図１に破線矢印で示す）。さらに、熱媒体回路３０の熱媒体は、第１熱交換器１４→循環用ポンプ３１→第２熱交換器２２→第１熱交換器１４の順に循環するとともに、第１熱交換器１４→循環用ポンプ３１→第３熱交換器３２→第１熱交換器１４の順に循環する（同様に図１に破線矢印で示す）。

このように第１及び第２冷媒や熱媒体が各回路１０、２０、３０を循環することにより、第１熱交換器１４では第１冷凍回路１０を流れる第１冷媒と熱媒体回路３０を流れる熱媒体との間で熱交換され、第２熱交換器２２では第２冷凍回路２０を流れる第２冷媒と熱媒体回路３０を流れる熱媒体との間で熱交換される。これにより第２圧縮機２１の負荷を抑えつつ冷却された第２冷媒によって、室内側に設置された冷凍ショーケース内が冷凍雰囲気まで冷却される。

また、熱媒体回路３０においては、第３熱交換器３２が冷却器として機能することにより、第１熱交換器１４で冷却された熱媒体によって直接に、室内側に設置された冷蔵ショーケース内が冷蔵雰囲気まで冷却される。
つまり、熱媒体回路３０を流れる熱媒体は第１熱交換器１４である程度まで低温に冷却されており、直に冷蔵ショーケースを冷却できる程度の能力は有していることから、本発明ではこのように低温化した熱媒体を有効に利用して冷蔵ショーケース内を冷却するようにしており、これにより別途冷蔵ショーケース用の冷凍回路を設けることもなく、冷蔵ショーケース内が良好に冷蔵雰囲気まで冷却される。

このように、本発明の第１実施例に係る冷却システムによれば、高圧の第１冷媒が循環する第１冷凍回路１０を室外側に配置し、高圧の第２冷媒が流通する第２冷凍回路２０を冷凍ショーケース内に配置し、これら第１冷凍回路１０と第２冷凍回路２０とを熱媒体回路３０で熱的に繋ぐようにしており、さらに、熱媒体回路３０に冷蔵ショーケース用の第３熱交換器３２を設けるようにしているので、高圧となる第１及び第２冷媒の使用量を最小限にして安全性の向上を図りつつ、熱媒体回路３０を有効に熱利用することができ、冷却システムを冷凍ショーケースと冷蔵ショーケースの複数の使用温度帯に対応させる場合において、冷却システム全体をコンパクトに構築でき、冷却システム全体の省エネルギ化を図ることができる。

特に、ここでは、第３熱交換器３２を直接に冷蔵ショーケースの冷却器として機能すべく設けるようにしているので、別途冷凍回路を設けるよりも効果的に冷却システム全体の省エネルギ化を図ることができる。
また、第１実施例に係る冷却システムによれば、第３熱交換器３２は第２熱交換器２２と並列に熱媒体回路３０に配設されている。これにより、第２熱交換器２２と第３熱交換器３２とに流れる熱媒体の流量をそれぞれの負荷に応じて個別に制御して熱媒体を循環させるようにでき、制御性を向上させ省エネルギ化を図った冷却システムを構築することが可能である。

また、ここでは、第２冷凍回路２０は複数（図１では２個）からなり、第２熱交換器２２は各々並列に熱媒体回路３０に配設されている。これにより、複数の第２熱交換器２２に流れる熱媒体の流量をそれぞれの負荷に応じて個別に制御して熱媒体を循環させるようにでき、上記同様、制御性を向上させ省エネルギ化を図った冷却システムを構築することが可能である。

また、ここでは、第３熱交換器３２は複数（図１では２個）からなり、各々並列に熱媒体回路３０に配設されている。これにより、複数の第３熱交換器３２に流れる熱媒体の流量をそれぞれの負荷に応じて個別に制御して熱媒体を循環させるようにでき、やはり上記同様、制御性を向上させ省エネルギ化を図った冷却システムを構築することが可能である。

次に、第２実施例を説明する。
図２を参照すると、本発明の第２実施例に係る冷却システムの概略構成図が示されており、以下同図に基づき説明する。なお、上記第１実施例の図１との共通部分については同一符号を付して説明を省略する。
第２実施例に係る冷却システムでは、図２に示すように、冷蔵ショーケース（冷蔵機器）に内装された第３熱交換器３２が冷凍ショーケース（冷凍機器）に内装された第２熱交換器２２と直列となるように熱媒体回路３０’に配設されている。詳しくは、ここでは複数（図１では２個）の第２熱交換器２２が熱媒体回路３０’に互いに並列に配設され、複数（図１では２個）の第３熱交換器３２が熱媒体回路３０’に互いに並列に配設される一方、一つの第２熱交換器２２と一つの第３熱交換器３２とが第３熱交換器３２→第２熱交換器２２の順に、熱媒体の流れ方向で視て第３熱交換器３２が第２熱交換器２２の上流側となるよう、直列の配列を形成して熱媒体回路３０’に配設されている。

なお、熱媒体回路３０’のうち複数の第２熱交換器２２及び第３熱交換器３２への各分岐部分にはそれぞれ流量調節バルブ３５’が介装されており、これにより、第２熱交換器２２及び第３熱交換器３２への熱媒体の流量を必要に応じて適宜調節可能である。
また、熱媒体回路３０’では、図２に示す如く、各第３熱交換器３２のみを迂回するようにバイパス流路が設けられており、当該バイパス流路には流量調節バルブ２５’が介装されている。これにより、特に第２熱交換器２２へ流れる熱媒体の流量、ひいては温度を必要に応じて段階的に或いはリニアに適宜調節可能である。

このように、本発明の第２実施例に係る冷却システムによれば、第２熱交換器２２と第３熱交換器３２とは熱媒体回路３０’に直列に配設されている。これにより、第２熱交換器２２と第３熱交換器３２に流入する熱媒体の温度に差を生じさせることができ、使用温度に適した効率的な熱利用（所謂、カスケード利用）が可能となり、冷却システムを冷凍ショーケースと冷蔵ショーケースの複数の使用温度帯に対応させる場合において、安全性の向上を図りながら冷却システム全体の省エネルギ化をより一層図ることができる。

当該第２実施例の場合にあっては、熱媒体回路３０’において冷蔵ショーケースに内装された第３熱交換器３２の方が冷凍ショーケースに内装された第２熱交換器２２よりも上流側に位置し、第３熱交換器３２→第２熱交換器２２の順に熱媒体が流通するようにしている。従って、第２冷凍回路２０の第２熱交換器２２で熱交換を行う前に、熱媒体回路３０’の熱媒体で直接に熱交換する第３熱交換器３２によって冷蔵ショーケースを優先的に効率よく冷却するようにできる。但し、冷蔵ショーケースの負荷に対して冷凍ショーケースの負荷が大きい場合には、流量調節バルブ２５’を開放側に操作することで、第２熱交換器２２を流れる熱媒体の流量を増大させ、温度を低くすることができ、第２圧縮機２１の負荷の増大を抑えることができる。

なお、当該第２実施例においても、第２熱交換器２２と第３熱交換器３２とは直列であるものの、第２冷凍回路２０は複数（図１では２個）からなり、第２熱交換器２２は各々並列に熱媒体回路３０’に配設されており、第３熱交換器３２も複数（図１では２個）からなり、各々並列に熱媒体回路３０’に配設されている。これにより、上記第１実施例と同様、複数の第２熱交換器２２及び第３熱交換器３２に流れる熱媒体の流量をそれぞれの負荷に応じて個別に制御して熱媒体を循環させるようにでき、上記同様、制御性を向上させ省エネルギ化を図った冷却システムを構築することが可能である。

以上で本発明に係る冷却システムの実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、熱媒体回路３０、３０’に循環用ポンプ３１を設けるようにしたが、熱媒体回路３０、３０’をサーモサイフォン式回路で構成し、自然対流を利用して熱媒体を循環させるようにしてもよい。なお、この場合には熱媒体として低圧の冷媒（例えば、水またはアルコール）を使用すればよい。

また、上記実施形態では、第１冷凍回路１０にオイルインジェクション回路を設けるようにしているが、オイルインジェクション回路については必須ではなく、適宜省略するようにしてもよい。

本発明の第１実施例に係る冷却システムの概略構成図である。本発明の第２実施例に係る冷却システムの概略構成図である。

符号の説明

１０第１冷凍回路
１４第１熱交換器
２０第２冷凍回路
２２第２熱交換器
３０、３０’ 熱媒体回路
３２第３熱交換器

Claims

第１圧縮機、凝縮器、第１膨張装置及び第１熱交換器が順に配設され、第１冷媒が相変化しつつ循環する第１冷凍回路と、
第２圧縮機、第２熱交換器、第２膨張装置及び蒸発器が順に配設され、第２冷媒が相変化しつつ循環する第２冷凍回路と、
前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間に設けられ、熱媒体が前記第１冷媒及び前記第２冷媒と熱交換を行いつつ循環する熱媒体回路とを備え、
前記熱媒体回路には、前記熱媒体の循環する第３熱交換器が配設されていることを特徴とする冷却システム。
前記熱媒体回路を循環する前記熱媒体はブラインまたは水であって、
前記第１冷凍回路を室外側に配置するとともに、前記第２冷凍回路を室内側の冷凍機器内に、前記第３熱交換器を室内側の冷蔵機器内に配置してなることを特徴とする、請求項１記載の冷却システム。
前記第３熱交換器は前記第２熱交換器に並列に前記熱媒体回路に配設されていることを特徴とする、請求項１または２記載の冷却システム。
前記第３熱交換器は前記第２熱交換器に直列に前記熱媒体回路に配設されていることを特徴とする、請求項１または２記載の冷却システム。
前記熱媒体の流れ方向で視て前記第３熱交換器が前記第２熱交換器よりも上流側に配設されていることを特徴とする、請求項４記載の冷却システム。
前記第２冷凍回路は複数からなり、前記第２熱交換器は各々並列に前記熱媒体回路に配設されていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか記載の冷却システム。
前記第３熱交換器は複数からなり、各々並列に前記熱媒体回路に配設されていることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか記載の冷却システム。