JP2013155949A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】既存の冷凍機の消費電力を削減することができる冷凍装置を提供する。
【解決手段】冷凍装置１は、冷媒が循環する冷媒循環流路（冷媒配管２ｅ）に設けられた空冷式の凝縮器２ｂと、冷媒と異なる熱媒体液が循環する熱媒体液循環流路（熱媒体液配管８）に設けられ、凝縮器２ｂに流れ込む空気と熱媒体液循環流路（熱媒体液配管８）を流れる熱媒体液との熱交換を行う熱交換器３とを備える。これにより、既存の冷凍機２に対して後から別の熱交換機構を付加し、凝縮器２ｂに流れ込む空気の温度を下げて冷媒の凝縮温度を下げることが可能となるので、既存の冷凍機２の消費電力を削減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍装置に関し、例えば、各種店舗において商品を冷却する冷凍装置に関する。

スーパーマーケットやコンビニエンスストアなどの各種店舗においては、冷蔵食品や冷凍食品、生鮮食品などの商品陳列のため、ショーケースや冷蔵庫などの冷凍機が用いられている。この冷凍機は、通常、圧縮機や凝縮器、蒸発器などを備えており、冷媒による熱交換によって各種商品を冷却する。

このような冷凍機において省エネルギー化が望まれており、例えば、地中熱を利用するヒートポンプシステムが開発されている（例えば、特許文献１参照）。このヒートポンプシステムでは、一台の熱交換器により地中熱交換用のブラインと冷媒配管を流れる冷媒との熱交換が直接的に行われている。

特開２００５−４８９７２号公報

しかしながら、前述のヒートポンプシステムでは、一台の熱交換器によりブラインと冷媒配管を流れる冷媒との熱交換が直接的に行われるため、ブラインの循環流路と冷媒の循環流路は互いに交わるような流路となる。このため、店舗に既存の凝縮器、すなわち既存の冷凍機に後から前述のヒートポンプシステムを付加することは難しく、結果として、既存の冷凍機の消費電力を削減することは困難となる。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、その目的は、既存の冷凍機の消費電力を削減することができる冷凍装置を提供することである。

本発明に係る冷凍装置は、冷媒が循環する冷媒循環流路に設けられた空冷式の凝縮器と、前述の冷媒と異なる熱媒体液が循環する熱媒体液循環流路に設けられ、凝縮器に流れ込む空気と熱媒体液循環流路を流れる熱媒体液との熱交換を行う熱交換器とを備える。

また、前述の本発明に係る冷凍装置において、凝縮器を収容する筐体を備え、その筺体は、空気が外部から内部に流れ込むように形成されており、熱交換器は、凝縮器に流れ込む空気の流路上であって筐体の外面に設けられていることが望ましい。

また、前述の本発明に係る冷凍装置において、熱交換器は、筐体の外面に後付け可能に形成されていることが望ましい。

また、前述の本発明に係る冷凍装置において、熱媒体液循環流路に設けられ、熱媒体液循環流路を流れる熱媒体液と地中熱との熱交換を行う地中熱交換器を備え、熱交換器は、地中熱交換器を通過した熱媒体液と、凝縮器に流れ込む空気との熱交換を行うことが望ましい。

また、前述の本発明に係る冷凍装置において、熱交換器は、現在時期が冬期である場合、地中熱交換器を通過した熱媒体液を室内用熱交換器に供給することが望ましい。

本発明に係る冷凍装置によれば、凝縮器に流れ込む空気を熱交換器により熱媒体液と熱交換し、凝縮器に流れ込む空気の温度を下げて冷媒の凝縮温度を間接的に下げることが可能となるので、冷凍機の消費電力を下げることができる。さらに、冷媒循環流路と熱媒体液循環流路は交差することなく別流路であるため、既存の冷凍機に対して後から別の熱交換機構を付加することが容易となる。したがって、既存の冷凍機に対して後から別の熱交換機構を付加し、凝縮器に流れ込む空気の温度を下げて冷媒の凝縮温度を下げることが可能となるので、既存の冷凍機の消費電力を削減することができる。

また、熱交換器が凝縮器に流れ込む空気の流路上であって筐体の外面に設けられている場合には、凝縮器に流れ込む空気の温度を確実に下げることが可能であり、冷媒の凝縮温度を下げて既存の冷凍機の消費電力を確実に削減することができる。さらに、筺体の内部に熱交換器を設置したりする必要はなく、熱交換器の設置を容易にすることができる。

また、熱交換器が筐体の外面に後付け可能に形成されている場合には、熱交換器設置のために特殊な工事を必要とせず、筺体に熱交換器を後付けするだけで既存の冷凍機に対して後から容易に別の熱交換機構を付加することが可能となるため、既存の冷凍機の消費電力を確実に削減することができる。

また、熱交換器が、地中熱交換器を通過した熱媒体液と、凝縮器に流れ込む空気との熱交換を行う場合には、熱媒体液循環流路を流れる熱媒体液が地中熱交換器により冷却あるいは加熱されるため、電力消費が大きい冷却装置や加熱装置などの他の装置を用いた場合に比べ、省エネルギー化を実現することができる。

また、熱交換器が、現在時期が冬期であるとき、地中熱交換器を通過した熱媒体液を室内用熱交換器に供給する場合には、冬期は地中熱が大気温度より高くなる時期であるため、室内用熱交換器を暖房補助機として利用することが可能となり、室内の空調機が単独で運転する場合に比べ、省エネルギー化を実現することができる。

本発明の実施の一形態に係る冷凍装置の概略構成を示す図である。 図１に示す冷凍装置が備える凝縮器を収容する筺体に対する熱交換器の取付状態を示す上面図である。 図２に示す筺体に対する熱交換器の取付状態を示す背面図である。 図１に示す冷凍装置が行う熱媒体液循環処理の流れを示すフローチャートである。

本発明の実施の一形態について図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る冷凍装置１は、各種店舗において商品を冷却する冷凍機２と、その冷凍機２と熱交換を行う熱交換器３と、その熱交換器３に接続された地中熱交換器４と、循環用のポンプ５と、熱交換器３に接続された室内用熱交換器６と、各種制御を行う制御部７とを備えている。

冷凍機２は、冷媒を圧縮する圧縮機２ａと、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器２ｂと、冷媒を減圧する膨張弁２ｃと、減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器２ｄと、それらの各部を接続する冷媒配管２ｅとを有している。この冷凍機２は、各種店舗に設置されたショーケースあるいは冷蔵庫などの冷却に用いられる。

冷媒配管２ｅは、圧縮機２ａ、凝縮器２ｂ、膨張弁２ｃ及び蒸発器２ｄを接続して冷媒を循環させる冷媒循環流路であり、例えば、銅管などの配管により構成されている。この冷媒配管２ｅを流れる冷媒は、圧縮、凝縮、膨張及び蒸発の四工程を繰り返しながら冷媒配管２ｅを循環する。

詳述すると、圧縮機２ａにより圧縮された高温高圧のガス冷媒は凝縮器２ｂに流入し、その凝縮器２ｂにより冷却され、凝縮熱を放出して液化する。その後、常温高圧の液冷媒は膨張弁２ｃに流入し、その膨張弁２ｃにより減圧されて沸点が下げられた状態となる。この状態の低温低圧の液冷媒は蒸発器２ｄにより沸騰蒸発し、周囲の熱を奪って冷却を行う。蒸発した低圧ガス冷媒は圧縮機２ａに流入し、圧縮機２ａにより圧縮されて常温の空気により液化可能な高温高圧のガス冷媒となり、再び凝縮器２ｂに流入する。

前述の凝縮器２ｂには、吸気用のファン２ｂ１及びそのファン２ｂ１により凝縮器２ｂに流れ込む空気の温度を検出する温度検出器２ｂ２が設けられている。また、冷媒配管２ｅには、圧縮機２ａの出口側の高圧圧力を検出する高圧圧力検出器２ａ１が設けられている。

ファン２ｂ１は、空気を吸い込んで凝縮器２ｂに流入させるように設けられている。このファン２ｂ１が備えるモータは、制御部７に電気的に接続されており、その駆動が制御部７により制御される。

温度検出器２ｂ２は、ファン２ｂ１により凝縮器２ｂに流れ込む空気の流路上に設けられており、制御部７に電気的に接続されている。この温度検出器２ｂ２は、凝縮器２ｂに流れ込む直前の空気（周辺空気）の温度を検出して制御部７に入力する。温度検出器２ｂ２としては、各種の温度センサを用いることが可能である。

高圧圧力検出器２ａ１は、圧縮機２ａの出口側であってその出口の近傍に設けられており、制御部７に電気的に接続されている。この高圧圧力検出器２ａ１は、圧縮機２ａの出口側の高圧圧力を検出して制御部７に入力する。高圧圧力検出器２ａ１としては、各種の圧力センサを用いることが可能である。なお、制御部７は、高圧圧力検出器２ａ１により検出された高圧圧力から冷媒の凝縮温度を換算して求める処理を行う。

熱交換器３は、凝縮器２ｂに流れ込む空気と熱媒体液（例えば、ブラインや水などの液体）との熱交換を行う。また、地中熱交換器４は、配管が地中に埋設されており、地中熱と熱媒体液との熱交換を行う。ポンプ５は、地中熱交換器４の出口側と熱交換器３の入口側との間に設けられている。

前述の熱交換器３、地中熱交換器４及びポンプ５は、熱媒体液が流れる熱媒体液配管８により接続されており、冷凍機２の冷媒循環流路（冷媒配管２ｅ）と異なる別流路の熱媒体液循環流路（熱媒体液配管８）に設けられている。

熱媒体液配管８は、熱交換器３、地中熱交換器４、及びポンプ５を接続して熱媒体液を循環させる熱媒体液循環流路であり、例えば、銅管などの配管により構成されている。この熱媒体液配管８を流れる熱媒体液は、熱交換器３及び地中熱交換器４での熱交換を繰り返しながら熱媒体液配管８を循環する。

この熱媒体液配管８には、熱媒体液の温度を検出する温度検出器３ａが設けられている。温度検出器３ａは、熱交換器３の入口側であってその入口の近傍に設けられており、制御部７に電気的に接続されている。この温度検出器３ａは、熱交換器３の入力側の熱媒体液の温度を検出して制御部７に入力する。温度検出器３ａとしては、各種の温度センサを用いることが可能である。

また、熱媒体液配管８には、室内用熱交換器６を通過する熱媒体液循環流路を形成する熱媒体液配管９が接続されている。この熱媒体液配管９は、熱交換器３の出口側と地中熱交換器４の入口側との間に、熱媒体液配管８からの分岐点及び熱媒体液配管８との合流点を有している。

熱媒体液配管８には開閉弁８ａが設けられており、熱媒体液配管９には開閉弁９ａが設けられている。開閉弁８ａは、熱媒体液配管８及び熱媒体液配管９の分岐点とそれらの合流点との間に設けられている。また、開閉弁９ａは、熱媒体液配管８及び熱媒体液配管９の分岐点と、室内用熱交換器６の入口側との間に設けられている。各開閉弁８ａ、９ａとしては、例えば、電磁弁などを用いることが可能である。これらの開閉弁８ａ、９ａは制御部７に電気的に接続されており、その駆動が制御部７により制御される。

室内用熱交換器６は、店舗などの室内に設けられており、例えば暖房補助機として機能する。この室内用熱交換器６には、吸気用のファン６ａが設けられている。ファン６ａは、室内用熱交換器６に空気を流入させるように設けられている。このファン６ａが備えるモータは、制御部７に電気的に接続されており、その駆動が制御部７により制御される。

制御部７は、各部を集中的に制御するマイクロコンピュータと、各種情報や各種プログラムなどを記憶する記憶部と、操作者からの入力操作を受け付ける操作部とを備えている。記憶部としては、メモリやハードディスクドライブ（ＨＤＤ）などを用いることが可能である。

この制御部７は、温度検出器３ａにより検出された熱媒体液の温度に応じてファン６ａのモータ回転数を制御する。このモータ制御としては、例えば、検出された熱媒体液の温度が所定値（所定温度）で一定となるようにファン６ａのモータ回転数を制御する。

次に、前述の凝縮器２ｂに対する熱交換器３の取付状態について説明する。

図２及び図３に示すように、凝縮器２ｂやファン２ｂ１などの各部を収容する筐体１１が設けられている。筐体１１は、凝縮器２ｂやファン２ｂ１などの各部を収容可能に箱形状に形成されており、さらに、ファン２ｂ１により空気が外部から内部に流れ込むように形成されている。この筐体１１の外面に熱交換器３が後付けで取り付けられる。

熱交換器３は、箱形状の筐体１１の背面（空気が吸い込まれる面）に位置する背面熱交換器３ｂと、筐体１１の側面（空気が吸い込まれる面）に位置する側面熱交換器３ｃとにより構成されている。これらの背面熱交換器３ｂ及び側面熱交換器３ｃは、筐体１１内のファン２ｂ１により凝縮器２ｂに流れ込む空気の流路上に設けられている。

背面熱交換器３ｂは筐体１１の背面に取付枠１２により取り付けられており、同様に、側面熱交換器３ｃも筐体１１の側面に取付枠１３により取り付けられている。これらの背面熱交換器３ｂ及び側面熱交換器３ｃは、筐体１１に対して後付け可能に形成されており、店舗に既存の冷凍機２の凝縮器２ｂに対して熱交換器３を後付けで容易に設置することができる。

次に、前述の冷凍装置１が行う熱媒体液循環処理について説明する。なお、冷凍装置１の制御部７が各種プログラム及び各種情報に基づいて熱媒体液循環処理を実行する。

図４に示すように、まず、冷凍運転開始に応じて冷凍機２による冷却運転が実行され（ステップＳ１）、次いで、冷媒の凝縮温度が所定値（所定温度）より高いか否かが判断される（ステップＳ２）。凝縮温度は、高圧圧力検出器２ａ１により検出された高圧圧力から換算されて求められる。

ステップＳ２において、冷媒の凝縮温度が所定値より高いと判断されると（ステップＳ２のＹＥＳ）、吸込み空気温度が熱媒体液温度より高いか否かが判断される（ステップＳ３）。吸込み空気温度は温度検出器２ｂ２により常時検出されて制御部７に入力されており、同様に、熱媒体液温度も温度検出器３ａにより常時検出されて制御部７に入力されている。

ステップＳ３において、吸込み空気温度が熱媒体液温度より高いと判断されると（ステップＳ３のＹＥＳ）、ポンプ５が稼働し（ステップＳ４）、その後、処理がステップＳ１から繰り返される。このポンプ５の稼働では、開閉弁８ａは開状態、開閉弁９ａは閉状態となっており、熱媒体液は熱媒体液配管９の流路を流れず、熱媒体液配管８の流路を循環する。

この循環状態で、冷凍機２のファン２ｂ１により空気が熱交換器３及び凝縮器２ｂを通過する。このとき、冷凍機２の凝縮器２ｂに流れ込む空気（吸込み空気）は熱交換器３により熱媒体液と熱交換されており（吸込み空気温度＞熱媒体液の温度）、凝縮器２ｂに流れ込む空気の温度は低下している。このように熱交換器３により、凝縮器２ｂに流れ込む空気の温度を下げて冷媒の凝縮温度を下げることが可能となるので、冷凍機２の消費電力を削減することができる。

一方、ステップＳ３において、吸込み空気温度が熱媒体液温度より高くないと判断されると（ステップＳ３のＮＯ）、外気が低い時期であるか（例えば、現在時期が冬期であるか）否かが判断される（ステップＳ５）。なお、制御部７はカレンダー機能を有しており、現在の日付や日時などを把握することが可能であり、現在時期が冬期であるか否かを判断することができる。

ステップＳ５において、外気が低い時期である（例えば、現在時期が冬期である）と判断されると（ステップＳ５のＹＥＳ）、ポンプ５が稼働し（ステップＳ４）、その後、処理がステップＳ１から繰り返される。このポンプ５の稼働では、開閉弁８ａは閉状態、開閉弁９ａは開状態となっており、熱媒体液は熱媒体液配管９の流路を流れて室内用熱交換器６に供給される。

この循環状態では、地中熱交換器４及び熱交換器３を通過した熱媒体液が室内用熱交換器６に供給される。冬期は地中熱が大気温度より高くなる時期であるため、室内用熱交換器６を暖房補助機として利用することが可能となる。これにより、室内の空調機が単独で運転する場合に比べ、省エネルギー化を実現することができる。

一方、ステップＳ５において、外気が低い時期でない（例えば、現在時期が冬期でない）と判断されると（ステップＳ５のＮＯ）、ポンプ５が停止し（ステップＳ６）、その後、処理がステップＳ１から繰り返される。

以上説明したように、本実施形態によれば、凝縮器２ｂに流れ込む空気を熱交換器３により熱媒体液と熱交換し、凝縮器２ｂに流れ込む空気の温度を下げて冷媒の凝縮温度を間接的に下げることが可能となるので、冷凍機２の消費電力を下げることができる。さらに、冷媒循環流路（冷媒配管２）と熱媒体液循環流路（熱媒体液配管８）は交差することなく別流路であるため、既存の冷凍機２に対して後から別の熱交換機構を付加することが容易となる。したがって、既存の冷凍機２に対して後から別の熱交換機構を付加し、凝縮器２ｂに流れ込む空気の温度を下げて冷媒の凝縮温度を下げることが可能となるので、既存の冷凍機２の消費電力を削減することができる。さらに、冷媒の凝縮温度を下げることが可能となることから、冷媒循環量を減らし、圧縮機２ａの運転負荷を軽減することができ、その結果、冷凍サイクル構成機器の故障率を低下させることができる。

また、吸込み空気温度が熱媒体液温度以下であり、さらに、外気が低い時期である場合、すなわち、現在時期が冬期で室内の空調機の運転モードが暖房運転モードである場合には、ポンプ５が稼働し、地中熱交換器４を通過した熱媒体液が室内用熱交換器６に供給される。冬期は地中熱が大気温度より高くなる時期であるため、室内用熱交換器６を暖房補助機として利用することが可能となる。このため、室内の空調機が単独で運転する場合に比べ、省エネルギー化を実現することができる。

さらに、前述の外気が低い時期には、地中熱により温められた熱媒体液により、外気温度の低下による凝縮器２ｂでの冷媒の寝込み、すなわち凝縮器２ｂ内に冷媒が液化して溜る現象が発生することを抑止することが可能となる。また、外気（外気温）が低い時期に凝縮器２ｂの排熱を利用する場合には、空気の流入方向を変更し（すなわち、空気の流れを凝縮器２ｂから熱交換器３への流れに変更し）、凝縮器２ｂの排熱によって熱交換器３内の熱媒体液を温めることも可能であり、室内用熱交換器６による暖房効果を向上させることができる。

また、熱交換器３が凝縮器２ｂに流れ込む空気の流路上であって筐体１１の外面に設けられている。これにより、凝縮器２ｂに流れ込む空気の温度を確実に下げることが可能であり、冷媒の凝縮温度を下げて既存の冷凍機２の消費電力を確実に削減することができる。さらに、筺体１１の内部に熱交換器３を設置したりする必要はなく、熱交換器３の設置を容易にすることができる。

また、熱交換器３が筐体１１の外面に後付け可能に形成されている。これにより、熱交換器３の設置のために特殊な工事を必要とせず、筺体１１に熱交換器を後付けするだけで既存の冷凍機２に対して後から容易に別の熱交換機構を付加することが可能となるため、既存の冷凍機２の消費電力を確実に削減することができる。

また、熱交換器３が、地中熱交換器４を通過した熱媒体液と、凝縮器２ｂに流れ込む空気との熱交換を行う。これにより、熱媒体液循環流路（熱媒体液配管８）を流れる熱媒体液が地中熱交換器４により冷却あるいは加熱されるため、電力消費が大きい冷却装置や加熱装置などの他の装置を用いた場合に比べ、省エネルギー化を実現することができる。

なお、本発明は、前述の実施形態に限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、前述の実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよく、さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１ 冷凍装置
２ 冷凍機
２ａ 圧縮機
２ａ１ 高圧圧力検出器
２ｂ 凝縮器
２ｂ１ ファン
２ｂ２ 温度検出器
２ｃ 膨張弁
２ｄ 蒸発器
２ｅ 冷媒配管
３ 熱交換器
３ａ 温度検出器
３ｂ 背面熱交換器
３ｃ 側面熱交換器
４ 地中熱交換器
５ ポンプ
６ 室内用熱交換器
６ａ ファン
７ 制御部
８ 熱媒体液配管
８ａ 開閉弁
９ 熱媒体液配管
９ａ 開閉弁
１１ 筐体
１２ 取付枠
１３ 取付枠

Claims (5)

1. 冷媒が循環する冷媒循環流路に設けられた空冷式の凝縮器と、
   前記冷媒と異なる熱媒体液が循環する熱媒体液循環流路に設けられ、前記凝縮器に流れ込む空気と前記熱媒体液循環流路を流れる熱媒体液との熱交換を行う熱交換器と、
   を備えることを特徴とする冷凍装置。
2. 前記凝縮器を収容する筐体を備え、
   前記筺体は、空気が外部から内部に流れ込むように形成されており、
   前記熱交換器は、前記凝縮器に流れ込む空気の流路上であって前記筐体の外面に設けられていることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
3. 前記熱交換器は、前記筐体の外面に後付け可能に形成されていることを特徴とする請求項２記載の冷凍装置。
4. 前記熱媒体液循環流路に設けられ、前記熱媒体液循環流路を流れる熱媒体液と地中熱との熱交換を行う地中熱交換器を備え、
   前記熱交換器は、前記地中熱交換器を通過した熱媒体液と、前記凝縮器に流れ込む空気との熱交換を行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載の冷凍装置。
5. 前記熱交換器は、現在時期が冬期である場合、前記地中熱交換器を通過した前記熱媒体液を室内用熱交換器に供給することを特徴とする請求項４記載の冷凍装置。

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