JP2011179702A

JP2011179702A - 保冷庫

Info

Publication number: JP2011179702A
Application number: JP2010041920A
Authority: JP
Inventors: Hideo Fukuda; 秀朗福田
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2011-09-15

Abstract

【課題】ヒートポンプ式給湯装置の排冷熱を有効利用する。
【解決手段】圧縮機、水熱交換器、膨張弁、空気熱交換器、及び前記空気熱交換器と隣接し且つ直列に配置される保冷用熱交換器を含んで構成される二酸化炭素などの第１冷媒を循環させるヒートポンプ式給湯機等の第１冷媒回路、
保冷用熱交換機により熱交換したブライン等の第２冷媒を循環させる第２冷媒回路、
並びに、扉等の開閉手段又は蓋等の嵌合部を備えた保冷庫本体をなす筐体の内部に前記第２冷媒回路の一部を収納し、ヒートポンプ式給湯器の排冷熱を有効使用した保冷庫を実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプの熱交換器からの排冷熱を用いた保冷庫に関するものである。

ヒートポンプ式給湯機（以下、「ＨＰ式給湯機」と称することもある）は、エネルギー効率が高く、特に冷媒に二酸化炭素を用いた超臨界圧のものは給湯温度が９０℃程度と高温であり、近年、特に家庭用として普及が大きく進んでいる。

ＨＰ式給湯機は、概略、次の熱サイクル（冷媒回路）を持つ。つまり、冷媒を圧縮機で圧縮することで冷媒を昇温し、その熱せられた冷媒により水熱交換器において水を熱し、その後、熱交換で温度が低下した冷媒を膨張弁にて急激に圧力降下させる（断熱膨張させる）ことで冷媒温度を急激に降下させ、その冷媒を空気熱交換器において周囲の空気を吹き付け昇温し、また冷媒を圧縮機で圧縮する。

この熱サイクルでは、冷媒温度を急激に降下させることで冷熱が発生するが、この冷熱の利用については、これまでにも様々なものが提案されている。例えば、特許文献１では、ブライン冷却熱交換器を空気熱交換器と並列に設置し、冷却されたブラインを冷却に利用することが示されている。また、特許文献２では、空気熱交換器の排冷気を閉空間に蓄え、蓄えた冷気を適時に利用することが示されている。

一方で、家庭用冷蔵庫はかなり大型化しているが、それでも野菜室には、嵩張るものなど収納に限界がある。また、根野菜（芋類、大根、玉葱などは）は、冷蔵庫に保管せずとも家屋の冷所にて保管すれば事足りる。

しかし、現在の住宅は、高気密化・高断熱化が進むと共に、全館暖房も普及しつつあり、住宅内に根野菜類を保管するスペースが無くなってきている。

他方、集合住宅などでは、バルコニーのワイドスパン化により物を置きやすくなっており、ＨＰ式給湯機の室外機もバルコニーに設置される場合が多々ある。また、ヒートポンプの冷媒温度は、外気温度より１５〜２０℃程度低く、それを熱源とする冷気（冷風）は、外気温度より１０℃程度低い。そのため、庫内温度１０〜１５℃程度の根野菜やペットボトルの収納に適したＨＰ式給湯機の冷熱を用いたバルコニー設置の保冷庫の開発が考えられる。

特開２００４−３０９０９３号公報特開２００７−４６８２３号公報

しかし、特許文献１に示すように熱交換器を並列に設置するなどの複雑な熱回路を用いたのでは設備コストが高く、そのため、冷熱をより簡易に利用した保冷庫の開発が望まれる。

そこで、発明者らは、この課題を解決すべく、次の構成の保冷庫、つまり、
圧縮機、水熱交換器、膨張弁、空気熱交換器、及び前記空気熱交換器と隣接し且つ直列に配置される保冷用熱交換器を含んで構成される二酸化炭素等の第１冷媒を循環させる給湯機等の第１冷媒回路、
前記保冷用熱交換機により熱交換したブライン等の第２冷媒を循環させる第２冷媒回路、
扉等の開閉手段又は蓋等の嵌合部を備えた保冷庫本体をなす筐体の内部に、第２冷媒回路の一部を収納したことを特徴とする保冷庫、
を発明した。

本発明により、今まで殆ど活用されていなかったＨＰ式給湯器の冷熱を有効活用することができる。

本発明の実施形態であり、全体の構成を示す図面である。空気熱交換器と保冷用熱交換器の構成を示す図面である。保冷庫（筐体）の断面構造を示す図面である。保冷庫（筐体）の内部に、蓄熱材を封入した場合の構造を示す図面である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

（実施例の説明）
図１は、実施例における発明の構成を示すものである。
第１冷媒回路１００は、圧縮機２、水熱交換器（給湯加熱器）３、膨張弁４、空気熱交換器（蒸発器）５、保冷用熱交換器６及び第１冷媒の通路である配管８を主要要素として構成される。また、第２冷媒回路１０１は、保冷用熱交換器６（第１冷媒回路と共通する要素）、第２冷媒循環ポンプ２１及び第２冷媒の通路である配管９を主要要素として構成される。更に、保冷庫本体をなす筐体７の内部に、第２冷媒回路１０１の配管の一部を収納する。そして、保冷庫１は、第１冷媒回路１００，第２冷媒回路１０１及び筐体７により構成される。

第１冷媒回路１００に封入された第１冷媒（例えば、二酸化炭素など）は、圧縮機２により圧縮されることで高温に昇温される。その高温となった第１冷媒を水熱交換器３において水と熱交換し、熱せられた水は湯となりポンプ２０により貯湯タンク１９に貯蔵され、必要に応じて給湯負荷に供給される。他方、水熱交換器３にて熱を失った第１冷媒は、膨張弁４にて急激に圧力を低下することで（断熱膨張させることで）、第１冷媒の温度も急激に低下させられる。そして、保冷用熱交換器６により、低温となった第１冷媒と、第２冷媒回路１０１に封入された第２冷媒（例えば、水やブラインなど）との間で熱交換を行い、第２冷媒を低温にする。更に、保冷用熱交換器６から空気熱交換器５に移動した第１冷媒は、空気熱交換器５においてファン２２などにより周囲の空気を吹き付けることで昇温させ、その後、第１冷媒は、最初に記載したとおり圧縮機２にて圧縮され、以下、同じ熱サイクルを繰り返す。

保冷用熱交換器６により低温となった第２冷媒は、第２冷媒循環ポンプ２１により第２冷媒回路の配管９で循環し、筐体７にこの配管９を一部収納することにより、筐体７の内部を保冷する。

保冷用熱交換器６及び空気熱交換器５の構造の例を図２に示す。図２（Ａ）は熱交換器を正面からみたものであり、図２（Ｂ）は熱交換器を側面からみたものである。上部に空気熱交換器５が、下部に保冷用熱交換器６が配置されている。
空気熱交換器５においては、第１冷媒回路の配管９は九十九折りになっており、それに多数のフィン１０を点溶接で取り付け空気との接触面積を増し、熱交換効率を高めている。そして、ファン２２により空気熱交換器６の周辺の空気を第１冷媒回路の配管８及びフィン１０に吹き付け、空気の熱を第１冷媒に吸収させる。
他方、保冷用熱交換器６では、第１冷媒回路の配管８に第２冷媒回路の配管９を巻付ける形でロウ付して構成される。
なお、本実施例においては、保冷用熱交換器６の形状は上述のとおりとしたが、これに限定されず、例えば、二重管方式のものやプレート型のものであってもよい。

ここで、保冷用熱交換器６の配置で、次の二点に留意する必要がある。
一つ目は、保冷用熱交換器６は空気熱交換器５と隣り合うため、第１冷媒から第２冷媒への冷熱移動を効率よくするために、保冷用熱交換器６にファン２２からの風を直接当てないようにしなければならないこととである（風が当たってしまうと、第１冷媒及び第２冷媒ともに温度が上昇してしまうからである）。そこで、保冷用熱交換器６と空気熱交換器５を熱的に隔離するため、断熱性の隔壁１６をこの二つの熱交換器の間に設置する。なお、隔壁１６の設置以外にも、例えば、保冷用熱交換器６に直接断熱材を巻き付けることで、同様の効果を奏することができ、また、設置スペースを要する隔壁１６を省くことでＨＰ式給湯機の室外機（ヒートポンプユニット）のコンパクト化も図れる。
二つ目は、保冷用熱交換器６と空気熱交換器５は直列接続されることから、保冷用熱交換器６の入口部分の第１冷媒温度の方が空気熱交換器５の入口部分の第１冷媒温度よりも低温であるほうが保冷庫を保冷する上で有利である。そのため、膨張弁４の直後に保冷用熱交換器６を配置する（膨張弁４の直後が第１冷媒の温度が一番低いからである）。

第２冷媒回路の配管９は、保冷用熱交換器６から保冷庫１の本体である筐体７の内部まで配設する必要があるが、冷熱の輸送途中で外気に冷熱を放散させないようにするため、第２冷媒回路の配管９には必要に応じて断熱材を巻き付けてもよい。また、筐体７を（バルコニー内で）簡易に移動できるようにするため、例えば、第２冷媒回路の配管９を可撓性の材質としたり、配管の途中の一部を、長さの異なる配管に交換できる構成としてもよい。

保冷庫１の本体である筐体７の断面構造を図３（Ａ）に示す。筐体７は、保冷のため、断熱材１１にて周囲を囲まれている。断熱材としては、無機繊維系のもの、発泡プラスチック系のもの、木質繊維系のもの、真空断熱を用いたものなどがある。また、外力から断熱材１１を保護するため、保護枠１２の中に断熱材１１をはめ込んでもよい。筐体７には、保冷する物（根野菜など）を出し入れするために、扉等の開閉手段又は蓋等の嵌合部を設ける（図３には取手２３の付いた嵌込式蓋１３を示している）。
筐体７の中には第２冷媒回路の配管９を配設する必要があるが、そのために筐体７に導通孔１４を設け、ここから筐体７の内部に第２冷媒回路の配管９（の一部）を配設する。また、この導通孔１４には充填材（図示せず）を封入して、第２冷媒回路の配管９と導通孔１４の隙間を埋めて、筐体７の内部の冷気を外部に漏らさないようにする。

筐体７の内部に配設する第２冷媒回路の配管９は、筐体７の内部に封入してある空気と熱交換する必要があるため、図３（Ｂ）に示すように必要に応じて九十九折り状に配置し、空気との接触面積を大きくする。また、熱交換しやすいように、筐体７の内部の配管９の材質を、熱伝熱性の高いものにしてもよい。更に、配管９は、アルミなどの金属板に固定して熱交換しやすいようにしてもよい。

ＨＰ式給湯器が稼働している場合に、第１冷媒回路の冷熱を第２冷媒回路に移動させるため、第２冷媒循環ポンプ２１を稼働させるよう制御する。また、筐体７の内部温度がある一定温度までに低下すると、第２冷媒循環ポンプ２１を停止し、過冷却を防止する制御を施してもよい。
更に、図４に示すように、筐体７の内部に蓄熱材１５をおき、その中に第２冷媒回路を配設することで、この蓄熱材１５に冷熱を蓄熱し、第１冷媒回路が動作しない場合（例えば、ＨＰ式給湯器が停止している時間帯）においても、蓄熱した冷熱により、筐体７の内部温度を上昇させないようにしてもよい。蓄熱材には、顕熱蓄熱材、潜熱蓄熱材などを用いる。潜熱蓄熱材を用いた場合は、筐体７の内部を一定温度に保持することができる。蓄熱材は、筐体７の底面、側面、上面などに設置することができる。

以上においては、第１冷媒回路は、ＨＰ式給湯器の冷媒回路を念頭に説明してきたが、発明の適用範囲はＨＰ式給湯器に限るものではなく、他のヒートポンプ式の熱機器の冷媒回路であってもよい。

１保冷庫
２圧縮機
３水熱交換器（給湯加熱器）
４膨張弁
５空気熱交換器（蒸発器）
６保冷用熱交換器
７保冷庫本体をなす筐体
８第１冷媒回路の配管
９第２冷媒回路の配管
１０フィン
１１断熱材
１２保護枠
１３嵌込式蓋
１４導通孔
１５蓄熱材
１６断熱性の隔壁
１９貯湯タンク
２０ポンプ
２１第２冷媒循環ポンプ
２２ファン
２３取手
１００第１冷媒回路
１０１第２冷媒回路

Claims

圧縮機、水熱交換器、膨張弁、空気熱交換器、及び前記空気熱交換器と隣接し且つ直列に配置される保冷用熱交換器を含んで構成される第１冷媒を循環させるヒートポンプ式熱機器の第１冷媒回路、
前記保冷用熱交換機により熱交換した第２冷媒を循環させる第２冷媒回路、
並びに、扉等の開閉手段又は蓋等の嵌合部を備えた保冷庫本体をなす筐体の内部に前記第２冷媒回路の一部を収納したことを特徴とする保冷庫。