JP2013210141A - 冷凍倉庫用冷凍システム - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍倉庫の天井裏空間、壁裏空間、屋根裏空間など、冷凍室に隣接する室外隣接空間を、新たな熱エネルギを用いることなく外気の露点温度より高温に加熱して結露を防止する。
【解決手段】建物の躯体と、この躯体の内部空間に画成した冷凍室と、この冷凍室内に設置した蒸発器３５と冷凍室外に設置した凝縮器３２，３７の間で冷媒を可逆的に相変化させながら循環させる冷凍サイクルによって前記冷凍室内を冷却する冷凍機３を備え、前記凝縮器３７からの排熱によって、前記躯体と冷凍室との間の室外隣接空間を露点温度より高温となるように加熱する。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷凍・冷蔵倉庫（以下、冷凍倉庫という）に用いられる冷凍システムに関するものである。

冷凍倉庫の構造としては、近年多く見られるＳ造（鉄骨造）やＳＲＣ造（鉄骨鉄筋コンクリート造）の既存の躯体の内部空間に断熱パネルによって組み立てて冷凍室又は冷蔵室（以下、冷凍室という）を構築した「パネル型」と呼ばれるものがある。

図５は、このようなパネル型の冷凍倉庫を示すものであって、すなわちこの種のパネル型冷凍倉庫は、Ｓ造又はＳＲＣ造の躯体１００（図示の例では２階建て）と、その一階及び二階にそれぞれ断熱パネルによって構築された冷凍室１１０Ｌ，１１０Ｕと、この冷凍室１１０Ｌ，１１０Ｕ内を保冷するための冷凍機２００Ｌ，２００Ｕからなる。

冷凍機２００（２００Ｌ，２００Ｕ）は、図６に示すように、それぞれ圧縮機（コンプレッサ）２０１、凝縮器（コンデンサ）２０２、放熱用ファン２０３、膨張弁２０４、蒸発器（エバポレータ）２０５及び吸熱用ファン２０６を備え、圧縮機２０１から凝縮器２０２、膨張弁２０４及び蒸発器２０５を順次経由して圧縮機２０１へ戻る冷媒循環管路が配設されている。

すなわちこの冷凍機２００は、屋外において、圧縮機２０１により圧縮されて高温となった冷媒ガスＲＧが凝縮器２０２を通る際に、放熱用ファン２０３によって外気中へ凝縮熱を放出しながら凝縮して冷媒液ＲＬとなり、この冷媒液ＲＬが膨張弁２０４で絞り膨張されることにより低圧になって蒸発器２０５を通る際に、吸熱用ファン２０６によって供給される冷凍室１１０Ｌ又は冷凍室１１０Ｕ内の空気中の熱を潜熱（気化熱）として吸収しながら蒸発して冷媒ガスＲＧとなり、再び屋外の圧縮機２０１で圧縮される、といった冷凍サイクルを構成している。

ところが、パネル型冷凍倉庫では、一階の冷凍室１１０Ｌと躯体１００の上階スラブ１００ａ及び一階の外壁１００ｂとの間には天井裏空間１０１ａや壁裏空間１０１ｂなどからなる室外隣接空間１０１が存在し、二階の冷凍室１１０Ｕと躯体１００の屋根１００ｃ及び二階の外壁１００ｄとの間には屋根裏空間１０２ａや壁裏空間１０２ｂなどからなる室外隣接空間１０２が存在する。そしてこれらの室外隣接空間１０１，１０２は、冷凍室１１０Ｌ，１１０Ｕからの冷熱の影響で結露が発生する問題があり、結露防止対策としては、これらの室外隣接空間１０１，１０２を除湿し、あるいは換気し、あるいは加熱するための装置３００を別途設けていた。なお、換気によって天井裏の結露を防止する従来技術としては、例えば下記の特許文献１に記載されたものがある。

特開２００６−３４９２２１号公報

しかしながら、室外隣接空間１０１，１０２を除湿する方法では、湿分供給源となる外気が前記室外隣接空間１０１，１０２へ浸入するのを防止するため、これらの室外隣接空間１０１，１０２の周囲に気密性の高い外壁が必要になると共に、除湿装置を設置し侵入する外気の湿分を取り除くため連続運転するのが一般的である。このため閉塞壁及び除湿装置の設置コストやランニングコスト（除湿装置の電気代）が必要になるといった問題が指摘される。

また、室外隣接空間１０１，１０２を換気する方法では閉塞壁は必要ないものの、天井面積の大きい倉庫の場合は、大風量の換気ファンが必要になり、このため設置コストやランニングコスト（換気ファンの電気代）が必要になるばかりでなく、大風量のファンは、小さい風量で運転する場合、そのための制御装置が必要になり、その装置もまた電力を必要とするので、冬季などの風量制御による節電が難しいという問題が指摘される。

さらに、室外隣接空間１０１，１０２を加熱する方法では、このような空間１０１，１０２は目が届かないために火や電熱器を使わない安全な加熱装置を設置する必要があり、加熱装置の設置コストやランニングコスト（加熱装置の電気代）が必要になるという問題が指摘される。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、冷凍倉庫の天井裏空間、壁裏空間、屋根裏空間など、躯体と冷凍室の間の室外隣接空間を、熱エネルギを別途に用いることなく外気の露点温度より高温に加熱して結露を防止することにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る冷凍倉庫用冷凍システムは、建物の躯体と、この躯体の内部空間に画成した冷凍室と、この冷凍室内に設置した蒸発器と冷凍室外に設置した凝縮器の間で冷媒を可逆的に相変化させながら循環させる冷凍サイクルによって前記冷凍室内を冷却する冷凍機を備え、前記凝縮器からの排熱によって、前記躯体と冷凍室との間の室外隣接空間を露点温度より高温になるように加熱可能としたことを特徴とするものである。なお、ここでいう「冷凍倉庫」とは冷凍倉庫又は冷蔵倉庫のことであり、「冷凍室」とは冷凍室又は冷蔵室のことである。

請求項１の発明に係る冷凍倉庫用冷凍システムにおいて、冷凍機は、冷凍室内の熱を凝縮器内で冷媒が蒸発する際の気化熱として吸収することによって前記冷凍室内を冷却し、冷凍室内から吸収した熱を冷凍室外に設置した凝縮器内で冷媒が液化する際の凝縮熱として放出するものである。そして、凝縮器からの排熱を、躯体と冷凍室との間の室外隣接空間、すなわち天井裏空間、壁裏空間、屋根裏空間などへ供給することによって、この室外隣接空間を露点温度より高温となるように加熱して結露を防止するための熱として利用するものである。

請求項２の発明に係る冷凍倉庫用冷凍システムは、請求項１に記載の構成において、凝縮器が屋外凝縮器と屋内凝縮器からなり、蒸発器から吸収した熱の一部が前記屋内凝縮器から放出されて室外隣接空間へ供給され、前記熱の他部が前記屋外凝縮器から外気中へ放出されるものである。

請求項３の発明に係る冷凍倉庫用冷凍システムは、請求項１又は２に記載の構成において、外気の露点温度を計測又は推定する露点温度計測手段と、室外隣接空間の気温を計測する温度計測手段と、演算装置とを備え、この演算装置は、前記露点温度計測手段による露点温度データと、前記温度計測手段からの温度データとの差に基づいて、凝縮器から室外隣接空間への排熱供給量を制御するものである。

請求項４の発明に係る冷凍倉庫用冷凍システムは、請求項２又は３に記載の構成において、屋内凝縮器と屋外凝縮器が互いに並列に接続され、室外隣接空間への排熱供給が、前記屋内凝縮器を経由する冷媒の流量によって制御されるものである。

請求項５の発明に係る冷凍倉庫用冷凍システムは、請求項２又は３に記載の構成において、屋内凝縮器と屋外凝縮器が互いに直列に接続され、室外隣接空間への排熱供給が、前記屋内凝縮器の熱交換用ファンの送風量によって制御されるものである。

請求項２〜５の発明に係る冷凍倉庫用冷凍システムは、冷凍室から蒸発器によって吸収した熱のうち、結露防止対策で必要な熱だけを、屋内凝縮器から室外隣接空間へ供給し、他は屋外凝縮器から外気中へ放出することができるので、室外隣接空間の温度が上がり過ぎることがなく、このため、冷凍室を冷却するのに必要な冷凍負荷の増大を防止することができる。

本発明に係る冷凍倉庫用冷凍システムによれば、冷凍室内の冷却に伴って凝縮器から放出される熱を、例えば天井裏空間など、室外隣接空間の加熱に利用するため、結露防止対策のための新たな熱源を設けなくても前記室外隣接空間の結露を防止することができ、しかも前記室外隣接空間の結露防止に必要な熱に応じて排熱供給の制御ができるため、最小の放熱量で前記室外隣接空間の結露防止対策を行うことができる。

パネル型の冷凍倉庫に本発明に係る冷凍倉庫用冷凍システムを適用した好ましい実施の形態を示す概略構成説明図である。 本発明に係る冷凍倉庫用冷凍システムの好ましい実施の形態において、室内凝縮器と室外凝縮器を並列に接続した冷凍サイクルを示す概略構成説明図である。 本発明に係る冷凍倉庫用冷凍システムの好ましい実施の形態において、室内凝縮器と室外凝縮器を直列に接続した冷凍サイクルを示す概略構成説明図である。 本発明に係る冷凍倉庫用冷凍システムによるＰ−ｈ線図である。 従来の技術に係る冷凍倉庫用冷凍システムの一例を示す概略構成説明図である。 従来の技術に係る冷凍倉庫用冷凍システムの冷凍サイクルを示す概略構成説明図である。

以下、本発明に係る冷凍倉庫用冷凍システムの好ましい実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず図１は、パネル型の冷凍倉庫を示すものであって、参照符号１はＳ造（鉄骨造）又はＳＲＣ造（鉄骨鉄筋コンクリート造）の二階建ての建物の躯体、参照符号２Ｌは躯体１の一階に断熱パネルによって構築された冷凍室、２Ｕは二階に断熱パネルによって冷凍室２Ｌと同様に構築された冷凍室である。一階の冷凍室２Ｌと躯体１の上階スラブ１ａ及び一階の外壁１ｂとの間には天井裏空間１１ａや壁裏空間１１ｂなどからなる室外隣接空間１１が存在し、二階の冷凍室２Ｕと躯体１の屋根１ｃ及び外壁１ｄとの間には屋根裏空間１２ａや壁裏空間１２ｂなどからなる室外隣接空間１２が存在する。

参照符号３Ｌ，３Ｕは、それぞれ冷凍室２Ｌ，２Ｕ内を保冷するための冷凍機である。この冷凍機３Ｌ，３Ｕ（３）は、図２又は図３に示すように、それぞれ圧縮機３１、屋外凝縮器３２、屋外放熱用ファン３３、膨張弁３４、蒸発器３５、吸熱用ファン３６、屋内凝縮器３７及び屋内放熱用ファン３８を備え、圧縮機３１から屋外凝縮器３２及び（又は）屋内凝縮器３７、膨張弁３４、蒸発器３５を順次経由して圧縮機３１へ戻る冷媒循環管路が設けられている。

このうち図２に示す例では、圧縮機３１に対して屋外凝縮器３２と屋内凝縮器３７が制御弁３９を介して互いに並列に接続されており、図３に示す例では、圧縮機３１に対して屋外凝縮器３２と屋内凝縮器３７が互いに直列に接続されている。

図２及び図３における参照符号４は、冷凍機３（３Ｌ，３Ｕ）の運転を制御するための制御システムである。この制御システム４は、冷凍室２Ｌ，２Ｕ内を適切な温度に保つための通常の制御系に加え、屋外の外気温及び絶対湿度を計測する外気温・湿度センサ４１と、室外隣接空間１１又は室外隣接空間１２の温度を計測する温度センサ４２と、これら外気温・湿度センサ４１により計測される外気温に対応する飽和水蒸気量と絶対湿度の計測データから求められる相対湿度によって、外気の露点温度（相対湿度が100%となる温度）を計測又は推定すると共に、この露点温度Ｄｐと温度センサ４２により計測される温度Ｔとの差に基づいて、冷凍機３（３Ｌ，３Ｕ）から前記室外隣接空間１１又は室外隣接空間１２への排熱供給量を制御するための演算装置４３を備えるものである。なお、外気温・湿度センサ４１は請求項３に記載の露点温度計測手段に相当するものであり、温度センサ４２は請求項３に記載の温度計測手段に相当するものである。

そして、圧縮機３１に対して屋外凝縮器３２と屋内凝縮器３７が制御弁３９を介して互いに並列に接続された図２の例では、制御システム４は、外気温・湿度センサ４１による計測値から求められる外気露点温度Ｄｐよりも温度センサ４２で計測される室外隣接空間１１又は室外隣接空間１２の温度Ｔのほうが高い（Ｄｐ＜Ｔ）場合は、演算装置４３によって、制御弁３９が屋外凝縮器３２へ向かう本流管路３０ａから屋内凝縮器３７への分岐管路３０ｂを閉塞し、室外隣接空間１１又は室外隣接空間１２の温度Ｔが外気露点温度Ｄｐ以下（Ｄｐ≧Ｔ）の場合は、演算装置４３によって、制御弁３９が前記分岐管路３０ｂを開放するように構成されている。

このため図２の構成によれば、演算装置４３における演算結果、Ｄｐ＜Ｔであった場合は、制御弁３９が屋内凝縮器３７への分岐管路３０ｂを閉塞する。このため、屋外において、圧縮機３１により圧縮されて高温となった冷媒ガスＲＧは本流管路３０ａのみを流れ、屋外凝縮器３２を通る際に、屋外放熱用ファン３３からの送風によって外気中へ潜熱（凝縮熱）を放出しながら凝縮して冷媒液ＲＬとなり、この冷媒液ＲＬが膨張弁３４で絞り膨張されることにより低圧になって蒸発器３５を通る際に、吸熱用ファン３６によって供給される冷凍室２Ｌ又は冷凍室２Ｕ内の空気中の熱を潜熱（気化熱）として吸収しながら蒸発して冷媒ガスＲＧとなり、再び屋外の圧縮機３１で圧縮されるというように、冷媒が相変化を繰り返しながら本流管路３０ａを循環するものである。

すなわち、圧縮機３１からの冷媒ガスＲＧはその全量が屋外凝縮器３２へ送られて、凝縮により液化する際の排熱が屋外へ放出されるので、冷凍室２Ｌ，２Ｕで潜熱として冷媒に吸収された熱は、その全量が外気中へ放出されることになる。

これに対し、演算装置４３における演算結果、Ｄｐ≧Ｔであった場合は、制御弁３９が屋内凝縮器３７への分岐管路３０ｂを開放するので、圧縮機３１により圧縮されて高温となった冷媒ガスＲＧの一部は、屋外凝縮器３２へ向かう本流管路３０ａから分岐管路３０ｂへ分流して屋内凝縮器３７へ送られ、ここで凝縮により液化する際の排熱が屋内放熱用ファン３８によって室外隣接空間１１又は室外隣接空間１２へ放出される。そして、屋内凝縮器３７からの冷媒液ＲＬは、屋外凝縮器３２からの冷媒液ＲＬと合流し、膨張弁３４を介して蒸発器３５へ送られる。

すなわち、冷凍室２Ｌ，２Ｕで潜熱として冷媒に吸収された熱の一部が室外隣接空間１１又は室外隣接空間１２の加熱に供され、他部が屋外凝縮器３２から外気中へ放出されるので、外部からの熱源等を用いることなく室外隣接空間１１，１２の温度Ｔを外気露点温度Ｄｐよりも高温に保って、この室外隣接空間１１，１２での結露の発生を有効に防止することができる。

しかも、屋内凝縮器３７からの放熱によって室外隣接空間１１又は室外隣接空間１２の温度Ｔが上昇し、あるいは外気露点温度Ｄｐの低下によってＤｐ＜Ｔになると、上述のように、分岐管路３０ｂが閉塞されて屋内凝縮器３７からの放熱が行われなくなるので、結露防止対策に必要な熱だけが室外隣接空間１１，１２に供給される。このため、室外隣接空間１１，１２の温度Ｔが上昇し過ぎることがなく、したがって冷凍室２Ｌ，２Ｕの冷却における冷凍負荷の増大にならない。

一方、圧縮機３１に対して屋外凝縮器３２と屋内凝縮器３７が互いに直列に接続された図３の例では、制御システム４は、外気温・湿度センサ４１による計測値から求められる外気露点温度Ｄｐよりも温度センサ４２で計測される室外隣接空間１１又は室外隣接空間１２の温度Ｔのほうが高い場合（Ｄｐ＜Ｔ）は、演算装置４３によって、屋内放熱用ファン３８による屋内凝縮器３７への送風を停止し、室外隣接空間１１又は室外隣接空間１２の温度Ｔが外気露点温度Ｄｐ以下（Ｄｐ≧Ｔ）の場合は、演算装置４３によって屋内放熱用ファン３８が駆動して屋内凝縮器３７への送風を行うように構成されている。

このため図３の構成によれば、屋外において、圧縮機３１により圧縮されて高温となった冷媒ガスＲＧは、まず屋内凝縮器３７を通って屋外凝縮器３２へ送られ、この屋外凝縮器３２で、又は屋内凝縮器３７と屋外凝縮器３２の双方で潜熱（凝縮熱）を放出しながら凝縮して冷媒液ＲＬとなり、この冷媒液ＲＬが膨張弁３４で絞り膨張されることにより低圧になって蒸発器３５を通る際に、吸熱用ファン３６によって供給される冷凍室２Ｌ又は冷凍室２Ｕ内の空気中の熱を潜熱（気化熱）として吸収しながら蒸発して冷媒ガスＲＧとなり、再び屋外の圧縮機３１で圧縮されるというように、冷媒が相変化を繰り返しながら循環するものである。

詳しくは、演算装置４３における演算結果、Ｄｐ＜Ｔであった場合は、屋内放熱用ファン３８が停止しているので、圧縮機３１により圧縮されて屋内凝縮器３７へ送られた高温の冷媒ガスＲＧは、殆ど凝縮することなく屋内凝縮器３７を通過して屋外凝縮器３２へ送られ、ここで屋外放熱用ファン３３からの送風によって凝縮により液化し、その際の凝縮熱が屋外へ放出される。すなわち、冷凍室２Ｌ，２Ｕで潜熱として冷媒に吸収された熱は、その全量が外気中へ放出されることになる。

これに対し、演算装置４３における演算結果、Ｄｐ≧Ｔであった場合は、屋内放熱用ファン３８が駆動されるので、圧縮機３１により圧縮（図４のｐ−ｈ線図における状態Ａ→Ｂ）されて高温となった冷媒ガスＲＧが屋内凝縮器３７を通る際に、屋内放熱用ファン３８からの送風によって一部が凝縮して液化しながら凝縮熱を室外隣接空間１１又は室外隣接空間１２へ放出し（図４のｐ−ｈ線図における状態Ｂ→Ｃ）、気液混合状態となった冷媒は、屋外凝縮器３２で屋外放熱用ファン３３からの送風によって完全に液化して冷媒液ＲＬとなり、再度、凝縮熱を屋外へ放出する（図４のｐ−ｈ線図における状態Ｃ→Ｄ）。

すなわち、冷媒液ＲＬが膨張弁３４で絞り膨張（図４のｐ−ｈ線図における状態Ｄ→Ｅ）されることにより低圧になって蒸発器３５を通って蒸発（図４のｐ−ｈ線図における状態Ｅ→Ａ）する際に、冷凍室２Ｌ，２Ｕから潜熱として冷媒に吸収された熱の一部が、状態Ｂ→Ｃの変化の過程で室外隣接空間１１又は室外隣接空間１２の加熱に供され、他部が状態Ｃ→Ｄの変化の過程で屋外凝縮器３２から外気中へ放出される。したがって外部からの熱源等を用いることなく室外隣接空間１１，１２の温度Ｔを外気露点温度Ｄｐより高温に保って、この室外隣接空間１１，１２での結露の発生を有効に防止することができる。

しかも、屋内凝縮器３７からの放熱によって室外隣接空間１１又は室外隣接空間１２の温度Ｔが上昇し、あるいは外気露点温度Ｄｐの低下によってＤｐ＜Ｔになった場合は、上述のように、屋内放熱用ファン３８が停止し、屋内凝縮器３７からの放熱が行われなくなるので、結露防止対策に必要な熱だけが室外隣接空間１１，１２に供給される。このため、室外隣接空間１１，１２の温度Ｔが上昇し過ぎることがなく、したがって冷凍室２Ｌ，２Ｕの冷却における冷凍負荷の増大にならない。

なお、上述した実施の形態では露点温度計測手段として、外気温・湿度センサ４１による外気温計測データと絶対湿度計測データから求められる相対湿度によって、外気の露点温度を計測又は推定するものとしたが、露点温度センサ（露点計）を用いれば露点温度を直接計測することもできる。

また、上記構成によれば、室外隣接空間１１，１２のそれぞれについて温度センサ４２が設けられるので、冷凍機３Ｌ，３Ｕからの室外隣接空間１１又は室外隣接空間１２への排熱供給を別々に制御することができる。

すなわち、室外隣接空間１１，１２のうち、冷凍室２Ｌ，２Ｕの間にある空間１１は過冷却になりやすいので、空間１２とは別の種類の露点制御が必要になるが、本システムにおいては、更にその点も考慮し、各空間の特性に応じた複数の露点制御を、総合的に行うことができる。

１ 躯体
１１，１２ 室外隣接空間
２Ｌ，２Ｕ 冷凍室
３（３Ｌ，３Ｕ） 冷凍機
３１ 圧縮機
３２ 屋外凝縮器
３３ 屋外放熱用ファン
３４ 膨張弁
３５ 蒸発器
３６ 吸熱用ファン
３７ 屋内凝縮器
３８ 屋内放熱用ファン
３９ 制御弁
４ 制御システム
４１ 外気温・湿度センサ（露点温度計測手段）
４２ 温度センサ（温度計測手段）
４３ 演算装置

Claims (5)

1. 建物の躯体と、この躯体の内部空間に画成した冷凍室と、この冷凍室内に設置した蒸発器と冷凍室外に設置した凝縮器の間で冷媒を可逆的に相変化させながら循環させる冷凍サイクルによって前記冷凍室内を冷却する冷凍機を備え、前記凝縮器からの排熱によって、前記躯体と冷凍室との間の室外隣接空間を露点温度より高温になるように加熱可能としたことを特徴とする冷凍倉庫用冷凍システム。
2. 凝縮器が屋外凝縮器と屋内凝縮器からなり、蒸発器から吸収した熱の一部が前記屋内凝縮器から放出されて室外隣接空間へ供給され、前記熱の他部が前記屋外凝縮器から外気中へ放出されることを特徴とする請求項１に記載の冷凍倉庫用冷凍システム。
3. 外気の露点温度を計測又は推定する露点温度計測手段と、室外隣接空間の気温を計測する温度計測手段と、演算装置とを備え、この演算装置は、前記露点温度計測手段による露点温度データと、前記温度計測手段からの温度データとの差に基づいて、凝縮器から室外隣接空間への排熱供給量を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍倉庫用冷凍システム。
4. 屋内凝縮器と屋外凝縮器が互いに並列に接続され、室外隣接空間への排熱供給が、前記屋内凝縮器を経由する冷媒の流量によって制御されることを特徴とする請求項２又は３に記載の冷凍倉庫用冷凍システム。
5. 屋内凝縮器と屋外凝縮器が互いに直列に接続され、室外隣接空間への排熱供給が、前記屋内凝縮器の熱交換用ファンの送風量によって制御されることを特徴とする請求項２又は３に記載の冷凍倉庫用冷凍システム。

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