JP2014052136A

JP2014052136A - 冷凍システム

Info

Publication number: JP2014052136A
Application number: JP2012197031A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Tomochika; 一善友近
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2014-03-20

Abstract

【課題】機械室内の冷媒の漏れを簡単に且つ確実に検出可能な冷凍システムを提供する。
【解決手段】店舗に配置されるショーケース１１と配管接続され、ショーケース１１に供給される冷媒を圧縮する圧縮機１５及び凝縮器１６を有する熱源ユニット１３を備え、熱源ユニット１３を、店舗空間と別に設けられた機械室１２内に設置し、この機械室１２は、該機械室１２内に外気を供給する給気口３０ｂ、及び、機械室１２内の空気を排出する排気口３１ｂを備え、冷媒の漏れを検出するセンサ３６を排気口３１ｂの近傍に設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒を用いた冷凍システムに関する。

従来、ショーケースに内蔵された利用側の熱交換器と、利用側熱交換器と共に冷凍サイクルを構成するように配管を介して接続され、冷媒を圧縮する圧縮機及び熱源熱交換器を備えた熱源ユニットとを備え、熱源ユニットがショーケースとは別の場所に設置される冷凍システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１０５８６３号公報

ところで、上記従来のような熱源ユニットは店舗等の建物内の機械室にまとめて配置されることがあり、この場合に、熱源ユニットから冷媒が漏れると機械室に冷媒が溜まってしまうため、冷媒の漏れを簡単に且つ確実に検出できるようにすることが望まれる。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、機械室内の冷媒の漏れを簡単に且つ確実に検出可能な冷凍システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、店舗に配置される利用側ユニットと配管接続され、該利用側ユニットに供給される冷媒を圧縮する圧縮機及び熱源熱交換器を有する熱源ユニットを備え、前記熱源ユニットを、前記店舗空間と別に設けられた機械室内に設置し、この機械室は、該機械室内に外気を供給する給気口、及び、前記機械室内の空気を排出する排気口を備え、前記冷媒の漏れを検出するセンサを前記排気口の近傍に設けたことを特徴とする冷凍システムを提供する。

また、本発明は、前記機械室は上面視で略矩形に形成され、前記給気口は前記機械室の一方の壁に隣接して設けられ、前記排気口は前記一方の壁に対向する前記機械室の他方の壁に近接して設けられ、前記センサは前記他方の壁に設けられることを特徴とする。
また、本発明は、前記給気口及び前記排気口は、前記機械室の上部に設けられ、前記給気口は下方に空気を吹き出し、前記センサは、前記排気口の下方の壁に配置されることを特徴とする。

さらに、本発明は、前記機械室は、前記一方の壁と前記他方の壁とを連結して前記機械室を画成する一対の壁部を有し、前記機械室には、当該機械室の中央を通って前記一方の壁と前記他方の壁との間を繋ぐ通路が設けられ、前記熱源ユニットは、前記通路の外側で前記壁部に沿って複数並んで配置され、前記給気口及び前記排気口は、前記通路の上部に配置されることを特徴とする。
また、本発明は、前記熱源熱交換器は、水冷式であることを特徴とする。
また、本発明は、冷媒の漏れを報知する報知部を備え、前記報知部は、冷媒の濃度が所定の濃度に達したことが前記センサによって検出されると報知を行うことを特徴とする。

本発明によれば、冷凍システムにおいて、機械室内の冷媒の漏れを簡単に且つ確実に検出できる。

本発明の実施の形態に係る冷凍システムが設置された機械室の上面図である。機械室の側面図である。機械室において冷媒の漏れを検出した実験の結果を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照しながら以下に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る冷凍システムが設置された機械室の上面図である。
冷凍システム１０は、スーパーやコンビニエンスストア等の店舗に設置されており、売り場（店舗空間）に設置され、冷蔵商品が陳列されるショーケース１１（利用側ユニット）と、このショーケース１１が設置された室内とは別の部屋である機械室１２に設置され、ショーケース１１に接続される熱源ユニット１３とを備えている。熱源ユニット１３は複数設けられ、対応する各ショーケース１１にそれぞれ接続されている。

詳細には、冷凍システム１０は、蒸発器１４、冷媒を圧縮する圧縮機１５、凝縮器１６（熱源熱交換器）、及び、膨張機構（不図示）を冷媒配管１７で環状に接続して形成された冷凍サイクルを構成し、冷凍システム１０には冷媒が封入されている。蒸発器１４はショーケース１１に内蔵されており、圧縮機１５、凝縮器１６、及び、上記膨張機構は熱源ユニット１３に配置されている。ここで、冷媒はＣＯ_２（二酸化炭素）が用いられている。
圧縮機１５から吐出された冷媒は、凝縮器１６で凝縮された後、上記膨張機構で減圧され、蒸発器１４へ供給され、蒸発器１４で蒸発した冷媒は、圧縮機１５に還流する。そして、蒸発器１４で冷やされた空気がショーケース１１に内蔵の送風機（不図示）で循環されることで、ショーケース１１内が冷やされる。蒸発器１４で吸収された熱の一部は、凝縮器１６から機械室１２内の空気に放出される。

図２は、機械室１２の側面図である。
図１及び図２に示すように、機械室１２は、上面視で略矩形に形成された上下に長い直方体の部屋であり、床２０と、床２０に立設される廊下１９側の前壁２１（一方の壁）と、前壁２１に対向する後壁２２（他方の壁）と、前壁２１と後壁２２とを繋ぐ一対の側壁２３，２４（壁部）と、天井２５とを有している。前壁２１の幅方向の中央部には、廊下１９と機械室１２との間を出入りするための扉２１ａが設けられている。

機械室１２の床２０には、熱源ユニット１３が複数台設置されている。詳細には、熱源ユニット１３は、一方の側壁２３に沿って前壁２１と後壁２２との間に複数（本実施の形態では３台）設けられ、他方の側壁２４に沿って前壁２１と後壁２２との間に複数（本実施の形態では３台）設けられ、機械室１２の幅方向の中央部において熱源ユニット１３の間には、前壁２１の扉２１ａから後壁２２まで延びる通路２６が形成されている。すなわち、熱源ユニット１３は、通路２６の両外側で側壁２３，２４に沿って複数並んで配置されている。
各熱源ユニット１３は、上面視で略矩形のベース２７を有し、このベース２７上に圧縮機１５、凝縮器１６及び上記膨張機構が配置されている。凝縮器１６は水冷式であり、冷却水が通る冷却水配管（不図示）が内蔵されている。冷却水配管の冷却水は、機械室１２の外のクーリングタワー（不図示）に流れて放熱され、クーリングタワーと凝縮器１６との間を循環する。

機械室１２内には、機械室１２の外側の廊下１９の外気を機械室１２内に吸い込む給気ファン３０と、機械室１２の空気を機械室１２の外側に排出する排気ファン３１とが設けられている。給気ファン３０は、前壁２１に接続される給気ダクト３２によって廊下側に連通している。排気ファン３１は側壁２３に接続される排気ダクト３４によって機械室１２の外側に連通している。給気ファン３０及び排気ファン３１は常時運転される。

給気ファン３０は箱型のケース３０ａ内にファン（不図示）を備え、ケース３０ａの下面には給気口３０ｂが形成されている。廊下１９側から吸い込まれた空気は給気口３０ｂから下方へ向けて機械室１２に吹き出される。
排気ファン３１は箱型のケース３１ａ内にファン（不図示）を備え、ケース３１ａの下面には排気口３１ｂが形成されている。排気口３１ｂから吸い込まれた機械室１２の空気は排気ダクト３４を通って外側に排気される。このように、給気口３０ｂ及び排気口３１ｂを設けることで、熱源ユニット１３の圧縮機１５や凝縮器１６等からの放熱によって加熱された機械室１２の空気を外側に排出でき、機械室１２の温度上昇を防止できる。

給気ファン３０及び排気ファン３１は、機械室１２の上部において互いに略同一の高さに配置されており、給気ファン３０は前壁２１に隣接して配置され、排気ファン３１は後壁２２に隣接して配置されている。また、給気ファン３０及び排気ファン３１は、機械室１２の幅方向に互いに位置を揃えられて、側壁２３，２４に平行な直線に沿う並びで配置されており、上面視では機械室１２の幅方向の中央の通路２６に位置し、側面視では通路２６の上部に配置されている。

給気ファン３０と排気ファン３１との間の空間には、側壁２３，２４間に亘って延びるダクト３５が配置されている。ダクト３５は、給気ファン３０と排気ファン３１と略同一の高さに位置している。給気ファン３０、排気ファン３１及びダクト３５は、天井２５との間に空間Ｓ１をあけて下方に配置されており、天井２５よりも機械室１２の下部に近い高さに位置している。給気ファン３０及び排気ファン３１と床２０との間には、空気の流れが、主として給気ファン３０及び排気ファン３１の送風によって支配される空間Ｓ２が形成されている。

給気ファン３０及び排気ファン３１が運転されると、空間Ｓ２の空気の流れは、図１及び図２に示す気流Ｘのように流れる。詳細には、給気ファン３０の給気口３０ｂから下方に吹き出された空気は、前壁２１に沿って通路２６の下方に流れ、前壁２１と床２０との隅部１２ａ近傍で後壁２２側に曲がり、床２０に沿って後壁２２へ流れ、床２０と後壁２２との隅部１２ｂ近傍で上方へ曲がり、後壁２２に沿って上方へ流れて排気ファン３１の排気口３１ｂに吸い込まれる。すなわち、給気ファン３０及び排気ファン３１の運転によって、機械室１２には、前壁２１、床２０及び後壁２２に沿って流れるＵ字状の気流Ｘが形成される。
気流Ｘは、主として通路２６を流れる気流であり、通路２６の両外側に位置する各熱源ユニット１３の周囲の空気は、気流Ｘに引き寄せられるようにして図１に二点鎖線の矢印で示すように気流Ｘに合流し、排気口３１ｂから外側に排出される。通路２６は、作業時等に人が通る通路であるとともに、気流Ｘが流れる風路でもある。

ところで、冷凍システム１０では、各熱源ユニット１３の凝縮器１６や圧縮機１５等が機械室１２内で配管によって接続されているが、腐食や振動等の原因によって凝縮器１６や圧縮機１５の近傍から冷媒が機械室１２に漏れる可能性がある。そこで、本実施の形態では、冷凍システム１０に冷媒の漏れを検出するセンサ３６を設け、冷媒の漏れに迅速に対応できるように構成されている。

センサ３６は、プローブ状に形成されたセンサであり、排気口３１ｂの近傍に設けられている。詳細には、センサ３６は、排気口３１ｂの下方の通路２６内の後壁２２に取り付けられており、幅方向においては、排気口３１ｂの幅Ｗ内に位置している。すなわち、センサ３６は、上面視で排気口３１ｂを後壁２２側に投影して得られる投影エリア内に位置している。また、センサ３６は、床２０の塵埃等の影響を受けないように、床２０から上方に離して配置されている。
センサ３６は、冷凍システム１０の制御部（不図示）に接続されており、検出したＣＯ_２の濃度を上記制御部に送信する。また、この制御部は、ショーケース１１が設置された店舗の各ショーケースや空調設備を一括して制御する集中管理装置に接続されている。

熱源ユニット１３から冷媒の漏洩が発生した場合、漏れた冷媒は気流Ｘに混ざり、排気口３１ｂから外側に排出され、センサ３６は、気流Ｘに混ざった冷媒を検出する。排気口３１ｂは機械室１２の空気の出口であり、機械室１２の空気のほとんど全ては排気口３１ｂを通るため、機械室１２内の何れの位置で冷媒の漏れが発生したとしても、漏れた冷媒は気流Ｘに混じって排気口３１ｂの近傍のセンサ３６の周囲を流れる。このため、機械室１２内の何れの位置で冷媒の漏れが発生したとしても、センサ３６によって冷媒を検出でき、冷媒の漏れを確実に検出できる。

また、機械室１２は上面視で矩形の直方体状であり、前壁２１に隣接する給気口３０ｂから下方に吹き出された空気はＵ字状の気流Ｘを形成して排気口３１ｂに流れる。この際、下流側の床２０と後壁２２との隅部１２ｂ近傍では、気流Ｘの一部は勢いが弱くなり、漏れた冷媒とともに隅部１２ｂに停留する。特に、冷凍システム１０では、凝縮器１６は冷却能力が高い水冷式であり、給気ファン３０及び排気ファン３１の風量はそれほど大きくないとともに、冷媒が空気よりも重いＣＯ_２であることから、気流Ｘに混じった冷媒は隅部１２ｂに停留し易い。本実施の形態では、後壁２２の下部の隅部１２ｂにセンサ３６を設けたため、隅部１２ｂに停留する冷媒を検出でき、冷媒の漏れを確実に検出できる。また、センサ３６は、幅方向において排気口３１ｂの幅Ｗに重なって排気口３１ｂの下方に設けられているため、漏れた冷媒が溜まり易い位置の空気中の冷媒濃度を検出でき、冷媒の漏れを確実に検出できる。

上記制御部は、センサ３６によって検出された冷媒の濃度が所定値以上である場合、機械室１２の前壁２１の廊下１９側に設置された警報ランプ３７（報知部）を点灯させ、機械室１２で冷媒が漏洩していることを機械室１２の外部に報知するとともに、上記集中管理装置の表示部に、冷媒が漏れていることを表示する。これにより、ユーザーは、警報ランプ３７及び集中管理装置の表示を確認し、漏れた箇所の修理をする等の対策を打つことができる。

図３は、機械室１２において冷媒の漏れを検出した実験の結果を示す図である。
図３では、側壁２４側に配置された複数の熱源ユニット１３のうち、排気口３１ｂに最も近い熱源ユニット１３ａ内の漏洩位置Ｌから実験的に冷媒を漏れさせて冷媒の濃度の時間的変化を検出した結果が示されており、縦軸は冷媒の濃度が示され、横軸は時間が示されている。

この実験では、センサ３６と同一の性能を有する複数の実験用センサが機械室１２内に配置されている。この実験用センサは、給気口３０ｂの下方に配置された給気側センサＡ１，Ａ２と、排気口３１ｂの下方に配置された排気側センサＢ１，Ｂ２と、給気側センサＡ１，Ａ２と排気側センサＢ１，Ｂ２との間で機械室１２の中央に配置された中央側センサＣ１，Ｃ２と、漏洩位置Ｌの近傍で後壁２２側に配置された漏洩位置近傍センサＤとによって構成されている。
センサ３６、給気側センサＡ１、排気側センサＢ１、中央側センサＣ１及び漏洩位置近傍センサＤは、床２０の近傍（床上３０ｃｍ）に配置され、給気側センサＡ２、排気側センサＢ２、中央側センサＣ２は、センサＡ１，Ｂ１，Ｃ１の上方（床上６０ｃｍ）に配置されている。

図３に示すように、漏洩が発生した際の冷媒の濃度は、漏洩位置近傍センサＤが検出した漏洩位置Ｌの近傍で最も高く、次いで、センサ３６で検出した隅部１２ｂの濃度が高く、排気口３１ｂから離れるほど濃度が低くなり、中央側、給気側の順に低くなっており、排気口３１ｂの近傍で冷媒の濃度が高くなることが分かる。
また、中央側センサＣ１，Ｃ２及び排気側センサＢ１，Ｂ２の検出値を見ると、床２０に近い低い位置の方が冷媒の濃度が高く、気流Ｘの発生下においても空気よりも重い冷媒が床２０側に溜まり易いことが分かる。さらに、排気側センサＢ１とセンサ３６との検出値を比較すると、センサ３６の検出値がより高く、隅部１２ｂに冷媒が停留して排気口３１ｂの直下よりも隅部１２ｂで冷媒の濃度が高くなっていることが分かる。
この実験により、排気口３１ｂの近傍にセンサ３６を設けることが冷媒の検出に有効であり、特に、排気口３１ｂの下方の隅部１２ｂの後壁２２に設けることで冷媒を確実に検出できることが明らかとなった。

冷凍システム１０では、警報ランプ３７で警報を発する警報作動設定値Ｇを冷媒の濃度（体積％）で２％としており、センサ３６で検出された冷媒の濃度が体積％で２％を超えると、冷凍システム１０は警報ランプ３７を点灯させる。センサ３６は、実験用センサよりも早い、漏洩の開始の約３分後に２％の冷媒濃度を検出しており、迅速に冷媒を検出できることが分かる。また、大気中のＣＯ_２濃度は体積％で通常０．３５％程度であることを考えると、センサ３６の検出値は十分に高く、隅部１２ｂに設けたセンサ３６によって確実に冷媒の漏れを検出することが分かる。

以上説明したように、本発明を適用した実施の形態によれば、熱源ユニット１３を、店舗空間と別に設けられた機械室１２内に設置し、この機械室１２は、機械室１２内に外気を供給する給気口３０ｂ、及び、機械室１２内の空気を排出する排気口３１ｂを備え、冷媒の漏れを検出するセンサ３６を排気口３１ｂの近傍に設けたことで、機械室１２内の空気が集中的に通る排気口３１ｂの近傍の空気に混じる冷媒を検出できるため、機械室１２内の冷媒の漏れを簡単に且つ確実に検出できる。
また、機械室１２の空気は、上面視で略矩形の機械室１２の前壁２１に隣接する給気口３０ｂから後壁２２に隣接する排気口３１ｂに流れ、後壁２２に設けられたセンサ３６によって排気口３１ｂの近傍の空気中の冷媒を検出できるため、機械室１２内の冷媒の漏れを確実に検出できるとともに、冷媒の検出に適した場所にセンサ３６を簡単に取付けることができる。

また、給気口３０ｂ及び排気口３１ｂは、機械室１２の上部に設けられ、給気口３０ｂは下方に空気を吹き出し、センサ３６は、排気口３１ｂの下方の後壁２２に配置され、機械室１２内には機械室１２の前壁２１、床２０及び後壁２２に沿ってＵ字状の気流Ｘが発生するため、Ｕ字状の気流Ｘの下流側の空気に混じる冷媒を、排気口３１ｂの下方の後壁２２に配置したセンサ３６によって検出でき、機械室１２内の冷媒の漏れを簡単に且つ確実に検出できる。
さらに、機械室１２には、機械室１２の中央を通って前壁２１と後壁２２との間を繋ぐ通路２６が設けられ、熱源ユニット１３は、通路２６の外側で側壁２３，２４に沿って複数並んで配置され、給気口３０ｂ及び排気口３１ｂは、通路２６の上部に配置されるため、熱源ユニット１３を効率良く配置しながら、給気口３０ｂから排気口３１ｂへ流れる気流Ｘの通路を確保でき、通路２６に集中して流れる空気に混じる冷媒をセンサ３６で検出できるため、機械室１２内の冷媒の漏れを簡単に且つ確実に検出できる。

また、凝縮器１６は水冷式であり、機械室１２への放熱量が比較的小さいため、給気口３０ｂから排気口３１ｂへ流れる気流Ｘは、それほど大きな風量が必要とされない。このため、漏れた冷媒は下流側の排気口３１ｂ側の下方に溜まり易くなり、排気口３１ｂの下方に設けたセンサ３６によって機械室１２内の冷媒の漏れを簡単に且つ確実に検出できる。
また、機械室１２で冷媒が漏れたことを警報ランプ３７によって外部に知らせることができる。

なお、上記実施の形態は本発明を適用した一態様を示すものであって、本発明は上記実施の形態に限定されない。
上記実施の形態では、凝縮器１６は水冷式であるものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、凝縮器に向かって送風する送風機によって凝縮器を冷却する空冷式であっても良い。
また、上記実施の形態では、利用側ユニットとしてショーケース１１を例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、利用側ユニットは空気調和装置の室内機であっても良い。
また、上記実施の形態では、冷媒はＣＯ_２であるものであるとして説明したが、他の冷媒を用いても良く、例えば、空気よりも重いＨＦＣ系冷媒（Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４１０Ａ）や、プロパン、イソブタン等であっても良い。

１０冷凍システム
１１ショーケース（利用側ユニット）
１２機械室
１３熱源ユニット
１５圧縮機
１６凝縮器（熱源熱交換器）
２１前壁（一方の壁）
２２後壁（他方の壁）
２３側壁（壁部）
２４側壁（壁部）
２６通路
３０ｂ給気口
３１ｂ排気口
３６センサ
３７警報ランプ（報知部）

Claims

店舗に配置される利用側ユニットと配管接続され、該利用側ユニットに供給される冷媒を圧縮する圧縮機及び熱源熱交換器を有する熱源ユニットを備え、前記熱源ユニットを、前記店舗空間と別に設けられた機械室内に設置し、この機械室は、該機械室内に外気を供給する給気口、及び、前記機械室内の空気を排出する排気口を備え、前記冷媒の漏れを検出するセンサを前記排気口の近傍に設けたことを特徴とする冷凍システム。
前記機械室は上面視で略矩形に形成され、前記給気口は前記機械室の一方の壁に隣接して設けられ、前記排気口は前記一方の壁に対向する前記機械室の他方の壁に近接して設けられ、前記センサは前記他方の壁に設けられることを特徴とする請求項１記載の冷凍システム。
前記給気口及び前記排気口は、前記機械室の上部に設けられ、前記給気口は下方に空気を吹き出し、前記センサは、前記排気口の下方の壁に配置されることを特徴とする請求項２記載の冷凍システム。
前記機械室は、前記一方の壁と前記他方の壁とを連結して前記機械室を画成する一対の壁部を有し、前記機械室には、当該機械室の中央を通って前記一方の壁と前記他方の壁との間を繋ぐ通路が設けられ、前記熱源ユニットは、前記通路の外側で前記壁部に沿って複数並んで配置され、前記給気口及び前記排気口は、前記通路の上部に配置されることを特徴とする請求項２または３記載の冷凍システム。
前記熱源熱交換器は、水冷式であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の冷凍システム。
冷媒の漏れを報知する報知部を備え、前記報知部は、冷媒の濃度が所定の濃度に達したことが前記センサによって検出されると報知を行うことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の冷凍システム。