JP2017537300A - refrigerator - Google Patents

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Abstract

相変化物質を含む蓄熱材を備える冷蔵庫について開示する。冷蔵庫は、冷却対象物を収容するための冷蔵室(6)と、冷蔵室を冷却するための第1の蒸発器(10)および相変化物質を冷却するための第2の蒸発器(12)を有する蒸気圧縮冷却システムとを備える。冷蔵庫にかかる冷却負荷に応じて第1および第2の蒸発器への冷媒の流れを制御するために、弁(15)が設けられている。冷蔵庫が比較的低い冷却負荷を受けている場合には、冷媒は相変化物質を冷却するために第2の蒸発器(12)に流入し、冷蔵庫が比較的高い冷却負荷を受けている場合には、冷媒は第1の蒸発器(10)に流入することで、第1の蒸発器と相変化物質によって向上した冷却性が冷蔵室に提供される。好ましい実施形態では、冷蔵庫が比較的低い冷却負荷を受けている場合には、冷媒は第1の蒸発器(10)および第2の蒸発器(12)の両方に流入し、冷蔵庫が比較的高い冷却負荷を受けている場合には、冷媒は概ね第1の蒸発器(10)にのみ流入する。【選択図】図1Disclosed is a refrigerator including a heat storage material containing a phase change material. The refrigerator includes a refrigerating room (6) for accommodating a cooling object, a first evaporator (10) for cooling the refrigerating room, and a second evaporator (12) for cooling the phase change material. A vapor compression cooling system. A valve (15) is provided to control the flow of refrigerant to the first and second evaporators in accordance with the cooling load applied to the refrigerator. When the refrigerator is subjected to a relatively low cooling load, the refrigerant flows into the second evaporator (12) to cool the phase change material and when the refrigerator is subjected to a relatively high cooling load. The refrigerant flows into the first evaporator (10), thereby providing the refrigerator with improved cooling performance due to the first evaporator and the phase change material. In a preferred embodiment, when the refrigerator is subjected to a relatively low cooling load, the refrigerant flows into both the first evaporator (10) and the second evaporator (12) and the refrigerator is relatively high. When receiving a cooling load, the refrigerant generally flows only into the first evaporator (10). [Selection] Figure 1

Description

本発明は、相変化物質を蓄熱材として用いた冷蔵庫に関する。本発明は、特に、比較的ピーク冷却負荷が高く、バーやパブ等に設置されるような商用ボトルクーラに関連する。   The present invention relates to a refrigerator using a phase change material as a heat storage material. The present invention is particularly relevant to commercial bottle coolers that have relatively high peak cooling loads and are installed in bars, pubs and the like.

例えばボトルクーラ等の冷蔵陳列キャビネットは、利用客への販売用飲料を冷蔵するために娯楽施設で広く使用されている。このような冷蔵陳列キャビネットは、通常、内部の飲料が利用客に見えるように透明または内部を視認可能な透けた扉を備えている。   Refrigerated display cabinets, such as bottle coolers, are widely used in entertainment facilities to refrigerate beverages for sale to customers. Such a refrigerated display cabinet is usually provided with a transparent or transparent door through which the inside beverage can be seen so that the user can see the beverage inside.

ボトルクーラは、例えば、利用客の飲料を取り出すために頻繁に扉が開けられた場合や、冷却済みではない多数の飲料容器が補充されている場合等に、冷却負荷が比較的に高くなる。   The bottle cooler has a relatively high cooling load, for example, when the door is frequently opened to take out the beverage of the customer or when a large number of beverage containers that have not been cooled are replenished.

その高い冷却負荷に対応するために、店舗用ボトルクーラは、同様の容量の家庭用冷蔵庫に通常設けられるものよりも大型の蒸気圧縮冷却システムを備えている。そのため、この種のボトルクーラは、同程度のサイズの家庭用冷蔵庫と比較して非効率な運転となる。   In order to cope with the high cooling load, the store bottle cooler is equipped with a vapor compression cooling system that is larger than that normally provided in a domestic refrigerator of similar capacity. For this reason, this type of bottle cooler operates inefficiently compared to a household refrigerator of the same size.

また、サイズ以外の理由を検討しても、家庭用冷蔵庫は市場がより大きいことによって、使用される圧縮機の効率を高めるための開発が推進されており、一般的に商用冷蔵庫で使用される比較的大型の圧縮機は、家庭用冷蔵庫に使用される比較的小型の圧縮機よりも経済的ではない。   In addition, even when considering reasons other than size, because the market for home refrigerators is larger, development to increase the efficiency of compressors used is being promoted and is generally used in commercial refrigerators A relatively large compressor is less economical than a relatively small compressor used in a home refrigerator.

さらに、透視可能または透明な扉にするために断熱性が比較的低い材料を使用する必要があり、ボトルクーラの全体的効率が損なわれる。この問題は、冷蔵品や冷却品を販売する店舗等において、営業時間中に前面を開放して(すなわち扉なしで)運用される陳列キャビネットの場合には特に深刻である。   Furthermore, it is necessary to use a material with a relatively low thermal insulation in order to make the door transparent or transparent, which impairs the overall efficiency of the bottle cooler. This problem is particularly serious in the case of a display cabinet that is operated with its front open (that is, without a door) during business hours in a store that sells refrigerated products or cooled products.

特許文献1は、2つの冷蔵室を有するシステムに関し、一方は冷蔵用、他方は冷凍用であり、それぞれに蒸発器を有する。それらの冷蔵室の温度を制御するために、制御装置を用いてそれら冷蔵室と蒸発器との間で冷媒の流れを誘導する。そして、どちらかの蒸発器と関連して相変化物質を用いることができる。   Patent Document 1 relates to a system having two refrigeration rooms, one for refrigeration and the other for refrigeration, each having an evaporator. In order to control the temperature of these refrigerator compartments, the flow of the refrigerant is induced between the refrigerator compartment and the evaporator using a control device. A phase change material can then be used in conjunction with either evaporator.

特許文献2は、蓄熱器として機能する相変化物質が内壁に設けられた冷蔵陳列キャビネットに関するものである。   Patent Document 2 relates to a refrigerated display cabinet in which a phase change material functioning as a heat accumulator is provided on an inner wall.

カナダ特許第2103978号明細書Canadian Patent No. 2103978 独国実用新案第202006010757号明細書German utility model No. 202006010757

本発明は、冷蔵陳列キャビネットの効率を高めることを目的としており、定期的に大きな負荷変動を受ける任意の冷蔵装置に有用であると考えられる。   The present invention aims to increase the efficiency of a refrigerated display cabinet, and is considered useful for any refrigeration apparatus that regularly receives large load fluctuations.

本発明により、冷却対象物を収容するための冷蔵室を有する冷蔵庫を提供し、この冷蔵庫は、相変化物質を含む蓄熱材と、冷蔵室を冷却するための第1の蒸発器および相変化物質を冷却するための第2の蒸発器を有する蒸気圧縮冷却システムと、冷蔵庫にかかる冷却負荷に応じて第1の蒸発器および第2の蒸発器への冷媒の流れを制御するための制御手段とを備え、冷蔵庫が比較的低い冷却負荷を受けている場合には、冷媒は相変化物質を冷却するために第2の蒸発器に流入し、冷蔵庫が比較的高い冷却負荷を受けている場合には、冷媒は第1の蒸発器に流入することで、第1の蒸発器と相変化物質とによって向上した冷却性が冷蔵室に提供される。   According to the present invention, a refrigerator having a refrigerator compartment for accommodating a cooling object is provided, and the refrigerator includes a heat storage material including a phase change material, a first evaporator and a phase change material for cooling the refrigerator compartment. A vapor compression cooling system having a second evaporator for cooling the refrigerant, and control means for controlling the flow of refrigerant to the first evaporator and the second evaporator according to the cooling load applied to the refrigerator; When the refrigerator is subjected to a relatively low cooling load, the refrigerant flows into the second evaporator to cool the phase change material, and the refrigerator is subjected to a relatively high cooling load. The refrigerant flows into the first evaporator, thereby providing the refrigerator with improved cooling performance by the first evaporator and the phase change material.

冷蔵庫が比較的低い冷却負荷を受けている場合には、ある程度の冷却効果は相変化物質および第2の蒸発器によって得られるので、冷媒は相変化物質を冷却するために概ね第2の蒸発器にのみ流入し得ることが想定される。しかしながら、好ましい実施形態では、冷蔵庫が比較的低い冷却負荷を受けている場合に、冷媒は第1の蒸発器および第2の蒸発器の両方に流入する。   When the refrigerator is subjected to a relatively low cooling load, some cooling effect is obtained by the phase change material and the second evaporator, so that the refrigerant is generally the second evaporator to cool the phase change material. It is assumed that it can only flow in. However, in a preferred embodiment, the refrigerant flows into both the first evaporator and the second evaporator when the refrigerator is subjected to a relatively low cooling load.

冷蔵庫が比較的高い冷却負荷を受けている場合には、冷媒を概ね第1の蒸発器にのみ誘導することにより、第1の蒸発器によって得られる冷却効果を最大限に高めることが好ましい。   When the refrigerator is subjected to a relatively high cooling load, it is preferable to maximize the cooling effect obtained by the first evaporator by guiding the refrigerant to only the first evaporator.

冷却負荷が低い期間には冷媒を第2の蒸発器に流通するように誘導することによって、システムにおける余剰能力を、相変化物質(PCM)をより低エネルギー状態、例えば気体から液体または液体から固体へと冷却するために用いることができる。   By guiding the refrigerant to flow to the second evaporator during periods of low cooling load, the surplus capacity in the system can be achieved by lowering the phase change material (PCM) to a lower energy state, eg gas to liquid or liquid to solid. Can be used to cool down.

冷蔵庫が高い冷却負荷を受ける場合には、空気を冷却するために第1の蒸発器および蓄熱材の両方を同時に(順次に)用いることができる。第1の蒸発器と蓄熱材とは別々に分かれたものであるため、冷却表面積が増大して、より急速に冷却できる。PCMは、前回の低冷却負荷期間から、完全にではないにしても少なくとも一部がより低エネルギー状態にあるので、第2の蒸発器より優先的に(主にまたは完全に)第1の蒸発器に冷媒の流れを誘導することができ、これにより、第1の蒸発器によって得られる空気の冷却が向上する。第2の蒸発器への冷媒の流れは、制限またはターンオフされるが、低エネルギー状態にあるPCMは、より高エネルギー状態へと徐々に移行しつつ、空気を冷却し続ける。したがって、ピーク負荷期間中には、PCMよりもむしろ空気を主に冷却するために、冷媒を用いることができる。   When the refrigerator is subjected to a high cooling load, both the first evaporator and the heat storage material can be used simultaneously (sequentially) to cool the air. Since the first evaporator and the heat storage material are separately provided, the cooling surface area is increased and cooling can be performed more rapidly. The PCM preferentially (primarily or completely) the first vaporization over the second vaporizer, since at least a portion, if not completely, is in a lower energy state since the previous low cooling load period. The flow of refrigerant can be directed to the vessel, which improves the cooling of the air obtained by the first evaporator. The refrigerant flow to the second evaporator is limited or turned off, but the PCM in the low energy state continues to cool the air while gradually transitioning to the higher energy state. Thus, during peak load periods, refrigerant can be used to primarily cool the air rather than PCM.

このように冷媒を制御することによって、システムによる冷却効率は向上する。蓄熱材によって、より長期間に冷却負荷を分散させるのと同様の効果が得られる。これにより、システムは、冷蔵庫の効果が低減するとしても最小限に抑えつつ、より小型でより効率的な圧縮機を使用することが可能となる。   By controlling the refrigerant in this way, the cooling efficiency by the system is improved. The heat storage material can provide the same effect as dispersing the cooling load over a longer period. This allows the system to use a smaller and more efficient compressor while minimizing the effect of the refrigerator.

また、一時的な停電が発生した場合であっても、蓄熱材によって、冷蔵庫における冷却を継続することも実現し得る。   Moreover, even if a temporary power failure occurs, it is possible to continue cooling in the refrigerator with the heat storage material.

冷却負荷の状態は、一般的には、実際の温度と所定の温度との温度差を検知することによって特定される。   The state of the cooling load is generally specified by detecting a temperature difference between an actual temperature and a predetermined temperature.

冷蔵室内の空気の冷却速度を向上させるためには、蓄熱材の冷却表面を通過させ、さらに好ましくは第1の蒸発器を通過させて、冷蔵室内の空気を循環させるための手段を備えることが好ましい。より高い熱負荷に対処するために要求される冷却速度を得るためには、対流または伝導による冷却が現実的ではない可能性がある陳列用冷蔵庫にとって、強制空気冷却は特に望ましいと考えられる。好ましくは、空気を循環させるための手段はファンを有する。空気は、冷蔵室から外に循環させて、蓄熱材の冷却表面を通過させ、第1の蒸発器を通過させて、冷蔵室に戻すことが好ましい。   In order to improve the cooling rate of the air in the refrigerator compartment, it is provided with means for circulating the air in the refrigerator compartment through the cooling surface of the heat storage material, more preferably through the first evaporator. preferable. Forced air cooling may be particularly desirable for display refrigerators where convection or conduction cooling may not be practical to obtain the cooling rate required to handle higher heat loads. Preferably, the means for circulating air has a fan. The air is preferably circulated out of the refrigerator compartment, passed through the cooling surface of the heat storage material, passed through the first evaporator, and returned to the refrigerator compartment.

冷蔵庫は、冷蔵室の壁と冷蔵庫の外側断熱壁との間に介在するダクトを有する。蓄熱材は、そのダクト内に取り付けることができる。最大限の表面積を得るためには、ダクトに流通する空気に蓄熱材の相対する両外側が触れるように、蓄熱材をダクト内に取り付けることが好ましい。つまり、空気は、蓄熱材の両側を通過する。また、蓄熱材は、ダクトの軸に平行なその長手軸を有した細長形状とすることで、その表面積の大部分を通過空気にさらす構成が好ましい。   The refrigerator has a duct interposed between the wall of the refrigerator compartment and the outer heat insulating wall of the refrigerator. The heat storage material can be installed in the duct. In order to obtain the maximum surface area, it is preferable to install the heat storage material in the duct so that both outer sides of the heat storage material are in contact with the air flowing through the duct. That is, air passes through both sides of the heat storage material. In addition, the heat storage material is preferably formed in an elongated shape having a longitudinal axis parallel to the axis of the duct so that most of the surface area is exposed to the passing air.

好ましくは、第1の蒸発器は蓄熱材の下流に配置されて、これにより、高冷却負荷期間中に、第1の蒸発器を通過する前の空気を冷却するために、PCMの冷却効果をフルに利用できる。   Preferably, the first evaporator is arranged downstream of the heat storage material, thereby increasing the cooling effect of the PCM to cool the air before passing through the first evaporator during the high cooling load period. Fully available.

蒸気圧縮冷却システムは、圧縮機と、凝縮器と、少なくとも1つの膨張装置と、冷媒が第1の蒸発器に流入して圧縮機に戻るように流通する第1の経路と、冷媒が第2の蒸発器に流入して圧縮機に戻るように流通する第2の経路とを有する構成が好ましい。また、好ましい実施形態では、第2の蒸発器の下流の第2の経路は、第1の蒸発器の上流の第1の経路に合流する。   The vapor compression cooling system includes a compressor, a condenser, at least one expansion device, a first path through which the refrigerant flows into the first evaporator and returns to the compressor, and the refrigerant is the second. And a second path that circulates so as to flow into the evaporator and return to the compressor. In a preferred embodiment, the second path downstream of the second evaporator joins the first path upstream of the first evaporator.

第1の蒸発器と第2の蒸発器との間で冷媒の流れを制御するための制御手段は、冷媒を、(同じ流量もしくは異なる流量で)両方の蒸発器に誘導するか、完全にもしくは概ね一方または他方の蒸発器に誘導するように機能し得る。   Control means for controlling the flow of refrigerant between the first evaporator and the second evaporator directs the refrigerant to both evaporators (at the same flow rate or different flow rates), or completely or In general, it can function to direct to one or the other evaporator.

好ましくは、冷却負荷に応じて第1の蒸発器および第2の蒸発器への冷媒の流れを制御するための制御手段は、弁およびコントローラを有する。好ましくは、コントローラは、冷却負荷に応じて弁の位置を制御する。上述のように、冷却負荷は、冷蔵室およびダクト内の少なくとも一方の空気の温度と所定の温度との差を特定することによって確認される構成が好ましい。冷蔵室およびダクト内の少なくとも一方の空気の温度は、好ましくは、温度センサによって特定される。   Preferably, the control means for controlling the flow of the refrigerant to the first evaporator and the second evaporator according to the cooling load includes a valve and a controller. Preferably, the controller controls the position of the valve according to the cooling load. As described above, a configuration in which the cooling load is confirmed by specifying the difference between the temperature of at least one of the air in the refrigerator compartment and the duct and the predetermined temperature is preferable. The temperature of at least one of the air in the refrigerator compartment and the duct is preferably specified by a temperature sensor.

コントローラは、PCMの2つの相の組成比に応じて弁の位置を制御する構成が好ましい。   The controller is preferably configured to control the position of the valve in accordance with the composition ratio of the two phases of PCM.

また、好ましい実施形態では、弁は2つの位置状態のみを有し、第1の位置では、冷媒が両方の蒸発器に誘導され、第2の位置では、冷媒が第1の蒸発器のみに誘導される。すなわち、弁は、双安定弁が好ましい。これにより、単純化された制御システムを構成できる。   Also, in a preferred embodiment, the valve has only two position states: in the first position, the refrigerant is directed to both evaporators, and in the second position, the refrigerant is directed only to the first evaporator. Is done. That is, the valve is preferably a bistable valve. Thereby, a simplified control system can be configured.

コントローラは、圧縮機の運転および上記の空気を循環させる手段の少なくとも一方の動作や速度を制御する構成が好ましい。   The controller is preferably configured to control the operation and speed of at least one of the operation of the compressor and the means for circulating the air.

PCMは、主成分として水を含むことが好ましく、さらにこれは、凝固点を調整するための1種以上の溶質を含み得る。   The PCM preferably contains water as a main component, which may further contain one or more solutes for adjusting the freezing point.

PCMが内側から外側へと冷却されるように、第2の蒸発器は、部分的または完全にPCM内に配置された構成にすることができる。蓄熱材は、PCMの状態が変化している程度を特定するための手段を有することが好ましい。この情報は、コントローラによって、第2の蒸発器への冷媒の流れを制御するためや、圧縮機を制御するために用いることができる。   The second evaporator can be configured to be partially or fully disposed within the PCM so that the PCM is cooled from the inside to the outside. The heat storage material preferably has a means for specifying the degree to which the state of the PCM is changing. This information can be used by the controller to control the flow of refrigerant to the second evaporator or to control the compressor.

別の態様では、本発明により、冷却対象物を収容するための冷蔵室を有する冷蔵庫を提供し、この冷蔵庫は、冷蔵庫が比較的高い冷却負荷を受けている期間中に冷蔵室を冷却するための相変化物質を含む蓄熱材と、冷蔵室を冷却するために冷媒が流通する第1の蒸発器、および、冷蔵庫が比較的低い冷却負荷を受けているときに相変化物質を冷却するために冷媒が流通する第2の蒸発器を有する蒸気圧縮冷却システムと、冷蔵庫にかかる冷却負荷に応じて第1の蒸発器および第2の蒸発器への冷媒の流れを制御するための制御手段とを備える。   In another aspect, the present invention provides a refrigerator having a refrigeration room for containing a cooling object, the refrigerator for cooling the refrigeration room during a period when the refrigerator is subjected to a relatively high cooling load. In order to cool the phase change material when the refrigerator is subjected to a relatively low cooling load, the heat storage material containing the phase change material, the first evaporator through which the refrigerant flows to cool the refrigerator compartment A vapor compression cooling system having a second evaporator through which the refrigerant flows, and control means for controlling the flow of the refrigerant to the first evaporator and the second evaporator according to the cooling load applied to the refrigerator. Prepare.

本発明について、以下の図面を参照した例によって説明する。   The invention will be described by way of example with reference to the following drawings.

本発明による冷蔵陳列キャビネットの部分概略側断面図であるIt is a partial schematic sectional side view of the refrigerated display cabinet by this invention. 本発明による冷媒回路の概略図である。1 is a schematic view of a refrigerant circuit according to the present invention. 蓄熱材を示す部分概略側面図である。It is a partial schematic side view which shows a thermal storage material.

図1を参照して、冷蔵陳列キャビネットは、ガラス扉2を有する断熱ケーシング1を備える。断熱ケーシングは、好ましくは、構造剛性のために高密度ポリウレタンと組み合わせて真空成形断熱板で構成される。ガラス扉は、二重ガラスとするか、または好ましくは三重ガラスとすることができる。断熱性を高めるためにガラス板の間にクリプトンガスを供給できる。キャビネットは、圧縮機3と、凝縮器4と、凝縮器4に関連付けられたファン5とを有する蒸気圧縮冷却システムの構成要素を保持するベース上に載置される。   Referring to FIG. 1, the refrigerated display cabinet includes a heat insulating casing 1 having a glass door 2. The insulating casing is preferably composed of a vacuum-formed insulating plate in combination with high density polyurethane for structural rigidity. The glass door may be double glazed or preferably triple glazed. Krypton gas can be supplied between the glass plates to enhance the heat insulation. The cabinet is mounted on a base that holds components of a vapor compression cooling system having a compressor 3, a condenser 4, and a fan 5 associated with the condenser 4.

キャビネット1は、コンパートメント6を有し、その中に収容される製品が冷却される。コンパートメント6には照明を設けることができ、その照明は、エネルギー効率の良いLED照明が好ましい。照明用電源は、好ましくは、コンパートメント6の外に配置される。機器熱負荷をさらに低減するためには、LED光源もコンパートメント6の外に配置することができ、例えばライトガイド、光ファイバおよびエアロゲル等のような適切な手段によって光がコンパートメント6内に誘導される。   The cabinet 1 has a compartment 6 in which the product contained therein is cooled. The compartment 6 can be provided with illumination, and the illumination is preferably energy efficient LED illumination. The illumination power supply is preferably arranged outside the compartment 6. In order to further reduce the equipment heat load, an LED light source can also be placed outside the compartment 6 and light is guided into the compartment 6 by suitable means such as light guides, optical fibers and aerogels, etc. .

空気は、冷却のために、ファン7Aによってコンパートメント6からダクト7内に引き込まれる。ダクト7は、部分的に、少なくともコンパートメント6を形成する内壁6Aと断熱ケーシング1の内壁との間の間隙によって画成される。コンパートメント6の底は、(後述する)第1の蒸発器10またはそのケーシングによって画定され得る。   Air is drawn from the compartment 6 into the duct 7 by the fan 7A for cooling. The duct 7 is partly defined by a gap between the inner wall 6A forming at least the compartment 6 and the inner wall of the insulating casing 1. The bottom of the compartment 6 may be defined by a first evaporator 10 (described below) or its casing.

図1および図2は、冷媒回路を示している。凝縮器4からの凝縮された冷媒は、選択的に2つの経路のうちの一方に沿って圧縮機3に戻るように流通できる。第1の経路8は、第1の膨張装置9Aと、一般的にはフィン・チューブ式蒸発器である第1の蒸発器10を通って冷媒を運ぶ。第2の経路11は、第2の膨張装置9Bと、この場合は水である相変化物質(PCM)14を保持する蓄熱ユニット13に組み込まれた第2の蒸発器12とを通って冷媒を運ぶ。   1 and 2 show a refrigerant circuit. The condensed refrigerant from the condenser 4 can selectively flow back to the compressor 3 along one of the two paths. The first path 8 carries the refrigerant through the first expansion device 9A and the first evaporator 10, which is typically a finned tube evaporator. The second path 11 passes the refrigerant through the second expansion device 9B and the second evaporator 12 incorporated in the heat storage unit 13 holding the phase change material (PCM) 14, which in this case is water. Carry.

冷媒の流れは、凝縮器4の下流の弁15によって制御される。弁15の位置状態は、コントローラ16によって制御され、このコントローラ16は、圧縮機3、凝縮器ファン5、およびダクトファン7Aを制御するためにも使用される。   The refrigerant flow is controlled by a valve 15 downstream of the condenser 4. The position state of the valve 15 is controlled by a controller 16, which is also used to control the compressor 3, the condenser fan 5 and the duct fan 7A.

図1および図2に示すように、システムは、第2の蒸発器12から流出した冷媒が第1の蒸発器10を通って圧縮機3に戻るように構成されている。なお、圧縮機3の上流で2つの別々の経路が合流するなどのような他の構成に適宜変更可能である。   As shown in FIGS. 1 and 2, the system is configured such that the refrigerant flowing out of the second evaporator 12 returns to the compressor 3 through the first evaporator 10. In addition, it can change suitably to other structures, such as two separate paths merge upstream of the compressor 3.

図1に戻って、第1の蒸発器10と蓄熱ユニット13は、いずれもダクト7を通って循環する空気が蓄熱ユニット13および第1の蒸発器10の冷却表面を通過して空気を冷却するように設置されている。   Referring back to FIG. 1, the first evaporator 10 and the heat storage unit 13 both cool the air through which the air circulating through the duct 7 passes through the cooling surfaces of the heat storage unit 13 and the first evaporator 10. It is installed as follows.

温度センサ17は、コンパートメント6から出る空気の温度を検知して、対応する信号をコントローラ16に供給する。   The temperature sensor 17 detects the temperature of the air exiting the compartment 6 and supplies a corresponding signal to the controller 16.

高冷却負荷期間中に、最も高温の暖気が蓄熱材13を通過してPCM14から暖気への伝熱が増加するように、第1の蒸発器10は蓄熱材13の下流に配置されている。   The first evaporator 10 is arranged downstream of the heat storage material 13 so that the hottest warm air passes through the heat storage material 13 and heat transfer from the PCM 14 to the warm air increases during the high cooling load period.

図3に示すように、第2の蒸発器12は蓄熱材13に組み込まれており、これにより、PCM14の凝固は最初に中央領域14Aで生じて、中央領域は主に氷であり、その外側は主に水からなる外側領域14Cである。PCM14が凝固や融解している程度は、氷と水との界面14Bの位置を計測することによって検出される。この計測は、蓄熱材13の外壁と蒸発器12との間の点でPCM14の導電率を測定するセンサ(群)18によって行なわれる。センサ(群)18からの信号は、コントローラ16で受信する。このような構成は、PCMを組み込んだ蓄熱材の技術分野において知られている。   As shown in FIG. 3, the second evaporator 12 is incorporated in the heat storage material 13, so that the solidification of the PCM 14 first occurs in the central region 14A, and the central region is mainly ice, outside of it. Is an outer region 14C mainly made of water. The degree to which the PCM 14 is solidified or melted is detected by measuring the position of the interface 14B between ice and water. This measurement is performed by a sensor (group) 18 that measures the conductivity of the PCM 14 at a point between the outer wall of the heat storage material 13 and the evaporator 12. A signal from the sensor (group) 18 is received by the controller 16. Such a configuration is known in the technical field of heat storage materials incorporating PCM.

ダクト7内で蓄熱材13によって空気にさらされる冷却表面を最大限に確保するために、蓄熱材13は、その幅方向の両側に空気が通過できるように、壁6Aおよび断熱ケーシング1の両方から離間して配置されている。   In order to maximize the cooling surface exposed to the air by the heat storage material 13 in the duct 7, the heat storage material 13 is removed from both the wall 6 A and the heat insulating casing 1 so that air can pass on both sides in the width direction. They are spaced apart.

図1および図2に戻って、冷蔵庫の運転について説明する。冷蔵庫が定常状態で運転している場合、すなわちコンパートメントから流れ出る空気の温度が所定の温度またはそれに近い温度であるときには、コントローラ16は、蓄熱材13内のPCM14を冷却して凝固させるために、冷媒が第2の蒸発器12を通る第2の経路11に沿ってポンプ圧送されるように弁15を操作する。また、PCM14の凝固がセンサ18により検知されたら、コントローラ16は、エネルギーを節約するために、圧縮機3および凝縮器ファン5をターンオフまたは減速できる。一般的には、このような圧縮機3は、オンまたはオフのどちらかであるが、場合によっては減速させる可能である。   Returning to FIG. 1 and FIG. 2, the operation of the refrigerator will be described. When the refrigerator is operating in a steady state, that is, when the temperature of the air flowing out of the compartment is a predetermined temperature or a temperature close thereto, the controller 16 cools the PCM 14 in the heat storage material 13 to cool and solidify it. Operates the valve 15 so that is pumped along the second path 11 through the second evaporator 12. Also, once solidification of PCM 14 is detected by sensor 18, controller 16 can turn off or decelerate compressor 3 and condenser fan 5 to save energy. Generally, such a compressor 3 is either on or off, but can be decelerated in some cases.

このような制御を適用することによって、次回の高冷却負荷期間中に追加冷却を得るのに十分なPCM14の凝固を確保するために、定常運転中のPCM14の凝固状態を、例えば、完全凝固と20%融解との間で制御できる。定常運転中にPCM14が十分に凝固していると判断された場合には、コントローラ16は、エネルギー消費を抑えるために、圧縮機3をターンオフまたは減速できる。   By applying such control, in order to ensure sufficient solidification of the PCM 14 to obtain additional cooling during the next high cooling load period, the solidification state of the PCM 14 during steady operation is, for example, fully solidified. Control between 20% melting. If it is determined that the PCM 14 is sufficiently solidified during steady operation, the controller 16 can turn off or decelerate the compressor 3 to reduce energy consumption.

さらに、コントローラは、コンパートメント空気温度を調整および制御するさらなる方法として、その定常状態の間にファン7Aの運転または速度を制御できる。   In addition, the controller can control the operation or speed of the fan 7A during its steady state as a further way to regulate and control the compartment air temperature.

定常運転の具体的な実施形態では、冷媒は両方の蒸発器に流通し、コンパートメントから出る空気の温度を調節することによって製品の温度を制御する。空気温度は、ファン7Aの速度の調整、ならびに圧縮機3および凝縮器ファン5のオンオフの切り替えによって制御される。さらに、センサ18で測定される凝固したPCMの量が閾値を下回った場合には、圧縮機3および凝縮器ファン5を作動させる。空気温度が低くなり過ぎた場合には、ファン7Aを減速させる。PCMが100%凝固またはそれに近い状態に達したら、圧縮機および凝縮器ファンを停止させて、蓄熱材やPCMで空気を冷却する。空気温度が上昇するにつれて、ファン速度を加速させていき、さらなる閾値温度に達したら、圧縮機や凝縮器ファンを作動させる。   In a specific embodiment of steady operation, the refrigerant flows through both evaporators and controls the product temperature by adjusting the temperature of the air exiting the compartment. The air temperature is controlled by adjusting the speed of the fan 7A and switching the compressor 3 and the condenser fan 5 on and off. Further, when the amount of coagulated PCM measured by the sensor 18 falls below the threshold value, the compressor 3 and the condenser fan 5 are operated. If the air temperature becomes too low, the fan 7A is decelerated. When the PCM reaches 100% solidification or nears it, the compressor and condenser fan are stopped and the air is cooled with the heat storage material or PCM. As the air temperature rises, the fan speed is accelerated and when a further threshold temperature is reached, the compressor and condenser fan are turned on.

熱負荷が比較的高い期間中、すなわちコンパートメント6からの空気の温度が所定の温度よりも(場合によっては、所定の温度からの許容範囲を超えて)高いことがセンサ17により検出された場合には、コントローラ16は、冷媒が優先的に第1の蒸発器10に誘導されるように弁15を調整する。これによって、第1の蒸発器10は、循環空気を冷却するためのより大きな冷却力が得られる。第1の蒸発器10にかかる冷却負荷は、空気が最初に通過する蓄熱ユニット13によるその空気への冷却効果によっても軽減される。   During a period when the heat load is relatively high, i.e. when the sensor 17 detects that the temperature of the air from the compartment 6 is higher than a predetermined temperature (possibly beyond an acceptable range from the predetermined temperature). The controller 16 adjusts the valve 15 so that the refrigerant is preferentially directed to the first evaporator 10. As a result, the first evaporator 10 can obtain a larger cooling power for cooling the circulating air. The cooling load applied to the first evaporator 10 is also reduced by the cooling effect on the air by the heat storage unit 13 through which the air first passes.

温度が所定の温度またはそれに近い温度まで下降したことが検知されると、コントローラ16は、PCM14を再凝固させるために、冷媒またはその一部の流動が第2の蒸発器12を通って誘導されるように弁15を操作し、最終的に定常状態に達する。   When it is detected that the temperature has dropped to or near a predetermined temperature, the controller 16 causes the refrigerant or a portion of its flow to be directed through the second evaporator 12 to re-solidify the PCM 14. The valve 15 is operated so that the steady state is finally reached.

なお、特許請求の範囲で規定される本発明の範囲から逸脱することなく、上記の実施の形態に対して多くの変形例に適宜変更可能であることは理解されるであろう。例えば、冷蔵庫は、2つよりも多くの蒸発器を備えてもよい。温度センサは、代わりにコンパートメント6に設置されてもよい。   It should be understood that many variations can be made to the above-described embodiments as appropriate without departing from the scope of the present invention as defined in the appended claims. For example, a refrigerator may include more than two evaporators. The temperature sensor may instead be installed in the compartment 6.

上述のように、蓄熱材によって、一時的な停電が発生した場合に冷蔵庫が冷却を継続することが実現し得る。一方、停電が発生した場合の蒸気圧縮システムの運転用にバッテリを設けてもよい。   As described above, the heat storage material can realize that the refrigerator continues cooling when a temporary power failure occurs. On the other hand, a battery may be provided for operation of the vapor compression system when a power failure occurs.

本発明は、相変化物質を蓄熱材として用いた冷蔵庫に関する。 The present invention is related to a refrigerator using a phase change material as a heat storage material.

例えば商用ボトルクーラ等の冷蔵陳列キャビネットは、利用客への販売用飲料を冷蔵するためにバーやパブ等の娯楽施設で広く使用されている。このような冷蔵陳列キャビネットは、通常、内部の飲料が利用客に見えるように透明または内部を視認可能な透けた扉を備えている。 For example, refrigerated display cabinets such as commercial bottle coolers are widely used in entertainment facilities such as bars and pubs to refrigerate beverages for sale to customers. Such a refrigerated display cabinet is usually provided with a transparent or transparent door through which the inside beverage can be seen so that the user can see the beverage inside.

ボトルクーラは、例えば、利用客の飲料を取り出すために頻繁に扉が開けられた場合や、冷却済みではない多数の飲料容器が補充されている場合等に、冷却負荷が比較的に高くなる。   The bottle cooler has a relatively high cooling load, for example, when the door is frequently opened to take out the beverage of the customer or when a large number of beverage containers that have not been cooled are replenished.

その高い冷却負荷に対応するために、店舗用ボトルクーラは、同様の容量の家庭用冷蔵庫に通常設けられるものよりも大型の蒸気圧縮冷却システムを備えている。そのため、この種のボトルクーラは、同程度のサイズの家庭用冷蔵庫と比較して非効率な運転となる。   In order to cope with the high cooling load, the store bottle cooler is equipped with a vapor compression cooling system that is larger than that normally provided in a domestic refrigerator of similar capacity. For this reason, this type of bottle cooler operates inefficiently compared to a household refrigerator of the same size.

また、サイズ以外の理由を検討しても、家庭用冷蔵庫は市場がより大きいことによって、使用される圧縮機の効率を高めるための開発が推進されており、一般的に商用冷蔵庫で使用される比較的大型の圧縮機は、家庭用冷蔵庫に使用される比較的小型の圧縮機よりも経済的ではない。   In addition, even when considering reasons other than size, because the market for home refrigerators is larger, development to increase the efficiency of compressors used is being promoted and is generally used in commercial refrigerators A relatively large compressor is less economical than a relatively small compressor used in a home refrigerator.

さらに、透視可能または透明な扉にするために断熱性が比較的低い材料を使用する必要があり、ボトルクーラの全体的効率が損なわれる。この問題は、冷蔵品や冷却品を販売する店舗等において、営業時間中に前面を開放して(すなわち扉なしで)運用される陳列キャビネットの場合には特に深刻である。   Furthermore, it is necessary to use a material with a relatively low thermal insulation in order to make the door transparent or transparent, which impairs the overall efficiency of the bottle cooler. This problem is particularly serious in the case of a display cabinet that is operated with its front open (that is, without a door) during business hours in a store that sells refrigerated products or cooled products.

特許文献1は、2つの冷蔵室を有するシステムに関し、一方は冷蔵用、他方は冷凍用であり、それぞれに蒸発器を有する。それらの冷蔵室の温度を制御するために、制御装置を用いてそれら冷蔵室と蒸発器との間で冷媒の流れを誘導する。そして、どちらかの蒸発器と関連して相変化物質を用いることができる。   Patent Document 1 relates to a system having two refrigeration rooms, one for refrigeration and the other for refrigeration, each having an evaporator. In order to control the temperature of these refrigerator compartments, the flow of the refrigerant is induced between the refrigerator compartment and the evaporator using a control device. A phase change material can then be used in conjunction with either evaporator.

特許文献2は、蓄熱器として機能する相変化物質が内壁に設けられた冷蔵陳列キャビネットに関するものである。   Patent Document 2 relates to a refrigerated display cabinet in which a phase change material functioning as a heat accumulator is provided on an inner wall.

カナダ特許第2103978号明細書Canadian Patent No. 2103978 独国実用新案第202006010757号明細書German utility model No. 202006010757

本発明は、冷蔵陳列キャビネットの効率を高めることを目的としており、定期的に大きな負荷変動を受ける任意の冷蔵装置に有用であると考えられる。   The present invention aims to increase the efficiency of a refrigerated display cabinet, and is considered useful for any refrigeration apparatus that regularly receives large load fluctuations.

本発明により、冷却対象物を収容するための冷蔵室を有する冷蔵庫を提供し、この冷蔵庫は、相変化物質を含む蓄熱材と、冷蔵室を冷却するための第1の蒸発器および相変化物質を冷却するための第2の蒸発器を有する蒸気圧縮冷却システムと、冷蔵にかかる冷却負荷に応じて第1の蒸発器および第2の蒸発器への冷媒の流れを制御するための制御手段とを備え、冷蔵室への冷却負荷が比較的低い場合には、冷媒は相変化物質を冷却するために少なくとも第2の蒸発器に流入し、冷蔵室への冷却負荷が比較的高い場合には、冷媒は第1の蒸発器に流入することで、第1の蒸発器と相変化物質とによって向上した冷却性が冷蔵室に提供される。 According to the present invention, a refrigerator having a refrigerator compartment for accommodating a cooling object is provided, and the refrigerator includes a heat storage material including a phase change material, a first evaporator and a phase change material for cooling the refrigerator compartment. A vapor compression cooling system having a second evaporator for cooling the refrigerant, and control means for controlling the flow of refrigerant to the first evaporator and the second evaporator in accordance with the cooling load applied to the refrigerator compartment with the door, the lower have field if the cooling load is relatively to the refrigerator compartment, the refrigerant flows into at least a second evaporator to cool the phase change material, a relatively high cooling load on the refrigeration compartment the have field case, the refrigerant that flows into the first evaporator, cooling performance was improved by the phase change material first evaporator is provided in the refrigerating chamber.

冷蔵室への冷却負荷が比較的低い場合には、ある程度の冷却効果は相変化物質および第2の蒸発器によって得られるので、冷媒は相変化物質を冷却するために第2の蒸発器にのみ流入し得ることが想定される。しかしながら、好ましい実施形態では、冷蔵室への冷却負荷が比較的低い場合に、冷媒は第1の蒸発器および第2の蒸発器の両方に流入する。 The low have field if the cooling load is relatively to the refrigerator compartment, because the degree of cooling effect obtained by the phase change material and a second evaporator, the second evaporator to the refrigerant to cool the phase change material It is assumed that it can only flow in. However, in a preferred embodiment, the cooling load on the refrigeration compartment is relatively low have field coupling, the refrigerant flows into both the first evaporator and the second evaporator.

冷蔵室への冷却負荷が比較的高い場合には、冷媒を第1の蒸発器にのみ誘導することにより、第1の蒸発器によって得られる冷却効果を最大限に高めることが好ましい。 The high have field if the cooling load is relatively to the refrigerator compartment, by inducing the refrigerant only to the first evaporator, it is preferable to maximize the cooling effect obtained by the first evaporator.

冷却負荷が低い期間には冷媒を第2の蒸発器に流通するように誘導することによって、システムにおける余剰能力を、相変化物質(PCM)をより低エネルギー状態、例えば気体から液体または液体から固体へと冷却するために用いることができる。   By guiding the refrigerant to flow to the second evaporator during periods of low cooling load, the surplus capacity in the system can be achieved by lowering the phase change material (PCM) to a lower energy state, eg gas to liquid or liquid to solid. Can be used to cool down.

冷蔵室への冷却負荷がい場合には、空気を冷却するために第1の蒸発器および蓄熱材の両方を同時に(順次に)用いることができる。第1の蒸発器と蓄熱材とは別々に分かれたものであるため、冷却表面積が増大して、より急速に冷却できる。PCMは、前回の低冷却負荷期間から、完全にではないにしても少なくとも一部がより低エネルギー状態にあるので、第2の蒸発器より優先的に(主にまたは完全に)第1の蒸発器に冷媒の流れを誘導することができ、これにより、第1の蒸発器によって得られる空気の冷却が向上する。第2の蒸発器への冷媒の流れは、制限またはターンオフされるが、低エネルギー状態にあるPCMは、より高エネルギー状態へと徐々に移行しつつ、空気を冷却し続ける。したがって、ピーク負荷期間中には、PCMよりもむしろ空気を主に冷却するために、冷媒を用いることができる。 The cooling load is high have field coupling to the refrigerating compartment, both at the same time (sequentially) in the first evaporator and the heat storage material in order to cool the air can be used. Since the first evaporator and the heat storage material are separately provided, the cooling surface area is increased and cooling can be performed more rapidly. The PCM preferentially (primarily or completely) the first vaporization over the second vaporizer, since at least a portion, if not completely, is in a lower energy state since the previous low cooling load period. The flow of refrigerant can be directed to the vessel, which improves the cooling of the air obtained by the first evaporator. The refrigerant flow to the second evaporator is limited or turned off, but the PCM in the low energy state continues to cool the air while gradually transitioning to the higher energy state. Thus, during peak load periods, refrigerant can be used to primarily cool the air rather than PCM.

このように冷媒を制御することによって、システムによる冷却効率は向上する。蓄熱材によって、より長期間に冷却負荷を分散させるのと同様の効果が得られる。これにより、システムは、冷蔵庫の効果が低減するとしても最小限に抑えつつ、より小型でより効率的な圧縮機を使用することが可能となる。   By controlling the refrigerant in this way, the cooling efficiency by the system is improved. The heat storage material can provide the same effect as dispersing the cooling load over a longer period. This allows the system to use a smaller and more efficient compressor while minimizing the effect of the refrigerator.

また、一時的な停電が発生した場合であっても、蓄熱材によって、冷蔵庫における冷却を継続することも実現し得る。   Moreover, even if a temporary power failure occurs, it is possible to continue cooling in the refrigerator with the heat storage material.

冷却負荷の状態は、一般的には、実際の温度と所定の温度との温度差を検知することによって特定される。   The state of the cooling load is generally specified by detecting a temperature difference between an actual temperature and a predetermined temperature.

冷蔵室内の空気の冷却速度を向上させるためには、蓄熱材の冷却表面を通過させ、さらに好ましくは第1の蒸発器を通過させて、冷蔵室内の空気を循環させるための手段を備えることが好ましい。より高い熱負荷に対処するために要求される冷却速度を得るためには、対流または伝導による冷却が現実的ではない可能性がある陳列用冷蔵庫にとって、強制空気冷却は特に望ましいと考えられる。好ましくは、空気を循環させるための手段はファンを有する。空気は、冷蔵室から外に循環させて、蓄熱材の冷却表面を通過させ、第1の蒸発器を通過させて、冷蔵室に戻すことが好ましい。   In order to improve the cooling rate of the air in the refrigerator compartment, it is provided with means for circulating the air in the refrigerator compartment through the cooling surface of the heat storage material, more preferably through the first evaporator. preferable. Forced air cooling may be particularly desirable for display refrigerators where convection or conduction cooling may not be practical to obtain the cooling rate required to handle higher heat loads. Preferably, the means for circulating air has a fan. The air is preferably circulated out of the refrigerator compartment, passed through the cooling surface of the heat storage material, passed through the first evaporator, and returned to the refrigerator compartment.

冷蔵庫は、冷蔵室の壁と冷蔵庫の外側断熱壁との間に介在するダクトを有する。蓄熱材は、そのダクト内に取り付けることができる。最大限の表面積を得るためには、ダクトに流通する空気に蓄熱材の相対する両外側が触れるように、蓄熱材をダクト内に取り付けることが好ましい。つまり、空気は、蓄熱材の両側を通過する。また、蓄熱材は、ダクトの軸に平行なその長手軸を有した細長形状とすることで、その表面積の大部分を通過空気にさらす構成が好ましい。   The refrigerator has a duct interposed between the wall of the refrigerator compartment and the outer heat insulating wall of the refrigerator. The heat storage material can be installed in the duct. In order to obtain the maximum surface area, it is preferable to install the heat storage material in the duct so that both outer sides of the heat storage material are in contact with the air flowing through the duct. That is, air passes through both sides of the heat storage material. In addition, the heat storage material is preferably formed in an elongated shape having a longitudinal axis parallel to the axis of the duct so that most of the surface area is exposed to the passing air.

好ましくは、第1の蒸発器は蓄熱材の下流に配置されて、これにより、高冷却負荷期間中に、第1の蒸発器を通過する前の空気を冷却するために、PCMの冷却効果をフルに利用できる。   Preferably, the first evaporator is arranged downstream of the heat storage material, thereby increasing the cooling effect of the PCM to cool the air before passing through the first evaporator during the high cooling load period. Fully available.

蒸気圧縮冷却システムは、圧縮機と、凝縮器と、少なくとも1つの膨張装置と、冷媒が第1の蒸発器に流入して圧縮機に戻るように流通する第1の経路と、冷媒が第2の蒸発器に流入して圧縮機に戻るように流通する第2の経路とを有する構成が好ましい。また、好ましい実施形態では、第2の蒸発器の下流の第2の経路は、第1の蒸発器の上流の第1の経路に合流する。   The vapor compression cooling system includes a compressor, a condenser, at least one expansion device, a first path through which the refrigerant flows into the first evaporator and returns to the compressor, and the refrigerant is the second. And a second path that circulates so as to flow into the evaporator and return to the compressor. In a preferred embodiment, the second path downstream of the second evaporator joins the first path upstream of the first evaporator.

第1の蒸発器と第2の蒸発器との間で冷媒の流れを制御するための制御手段は、冷媒を、(同じ流量もしくは異なる流量で)両方の蒸発器に誘導するか、完全にもしくは概ね一方または他方の蒸発器に誘導するように機能し得る。   Control means for controlling the flow of refrigerant between the first evaporator and the second evaporator directs the refrigerant to both evaporators (at the same flow rate or different flow rates), or completely or In general, it can function to direct to one or the other evaporator.

好ましくは、冷却負荷に応じて第1の蒸発器および第2の蒸発器への冷媒の流れを制御するための制御手段は、位置状態の変化によって冷媒の経路を切り替える弁およびコントローラを有する。好ましくは、コントローラは、冷却負荷に応じて弁の位置を制御する。上述のように、冷却負荷は、冷蔵室およびダクト内の少なくとも一方の空気の温度と所定の温度との差を特定することによって確認される構成が好ましい。冷蔵室およびダクト内の少なくとも一方の空気の温度は、好ましくは、温度センサによって特定される。 Preferably, the control means for controlling the flow of the refrigerant to the first evaporator and the second evaporator according to the cooling load has a valve and a controller for switching the refrigerant path according to a change in the position state . Preferably, the controller controls the position of the valve according to the cooling load. As described above, a configuration in which the cooling load is confirmed by specifying the difference between the temperature of at least one of the air in the refrigerator compartment and the duct and the predetermined temperature is preferable. The temperature of at least one of the air in the refrigerator compartment and the duct is preferably specified by a temperature sensor.

コントローラは、PCMの2つの相の組成比に応じて弁の位置を制御する構成が好ましい。   The controller is preferably configured to control the position of the valve in accordance with the composition ratio of the two phases of PCM.

また、好ましい実施形態では、弁は2つの位置状態のみを有し、第1の位置では、冷媒が両方の蒸発器に誘導され、第2の位置では、冷媒が第1の蒸発器のみに誘導される。すなわち、弁は、双安定弁が好ましい。これにより、単純化された制御システムを構成できる。   Also, in a preferred embodiment, the valve has only two position states: in the first position, the refrigerant is directed to both evaporators, and in the second position, the refrigerant is directed only to the first evaporator. Is done. That is, the valve is preferably a bistable valve. Thereby, a simplified control system can be configured.

コントローラは、圧縮機の運転および上記の空気を循環させる手段の少なくとも一方の動作や速度を制御する構成が好ましい。   The controller is preferably configured to control the operation and speed of at least one of the operation of the compressor and the means for circulating the air.

PCMは、主成分として水を含むことが好ましく、さらにこれは、凝固点を調整するための1種以上の溶質を含み得る。   The PCM preferably contains water as a main component, which may further contain one or more solutes for adjusting the freezing point.

PCMが内側から外側へと冷却されるように、第2の蒸発器は、部分的または完全にPCM内に配置された構成にすることができる。蓄熱材は、PCMの状態が変化している程度を特定するための手段を有することが好ましい。この情報は、コントローラによって、第2の蒸発器への冷媒の流れを制御するためや、圧縮機を制御するために用いることができる。   The second evaporator can be configured to be partially or fully disposed within the PCM so that the PCM is cooled from the inside to the outside. The heat storage material preferably has a means for specifying the degree to which the state of the PCM is changing. This information can be used by the controller to control the flow of refrigerant to the second evaporator or to control the compressor.

別の態様では、本発明により、冷却対象物を収容するための冷蔵室を有する冷蔵庫を提供し、この冷蔵庫は、冷蔵が比較的高い冷却負荷を受けている期間中に冷蔵室を冷却するための相変化物質を含む蓄熱材と、冷蔵室を冷却するために冷媒が流通する第1の蒸発器、および、冷蔵が比較的低い冷却負荷を受けているときに相変化物質を冷却するために冷媒が流通する第2の蒸発器を有する蒸気圧縮冷却システムと、冷蔵にかかる冷却負荷に応じて第1の蒸発器および第2の蒸発器への冷媒の流れを制御するための制御手段とを備える。 In another aspect, the present invention provides a refrigerator having a refrigerating chamber for accommodating the object to be cooled, the refrigerator cools the refrigerating compartment during the refrigerating compartment is under relatively high cooling load A heat storage material containing a phase change material for cooling, a first evaporator through which a refrigerant flows to cool the refrigerator compartment, and cooling the phase change material when the refrigerator compartment is subjected to a relatively low cooling load And a vapor compression cooling system having a second evaporator through which the refrigerant circulates, and a control for controlling the flow of the refrigerant to the first evaporator and the second evaporator according to the cooling load applied to the refrigerator compartment Means.

本発明によれば、冷蔵室にかかる冷却負荷に応じて冷媒の流れを制御するため、第1の蒸発器と相変化物質とによって冷蔵室の冷却性を向上できる。According to the present invention, since the flow of the refrigerant is controlled according to the cooling load applied to the refrigerator compartment, the coolability of the refrigerator compartment can be improved by the first evaporator and the phase change material.

本発明による冷蔵陳列キャビネットの部分概略側断面図であるIt is a partial schematic sectional side view of the refrigerated display cabinet by this invention. 本発明による冷媒回路の概略図である。1 is a schematic view of a refrigerant circuit according to the present invention. 蓄熱材を示す部分概略側面図である。It is a partial schematic side view which shows a thermal storage material.

本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1に示すように、冷蔵陳列キャビネットは、ガラス扉2を有する断熱ケーシング1を備える。 As shown in FIG. 1, refrigerated display cabinet comprises an insulated casing 1 having a glass door 2.

断熱ケーシングは、好ましくは、構造剛性のために高密度ポリウレタンと組み合わせて真空成形断熱板で構成される。 The heat insulating casing 1 is preferably composed of a vacuum formed heat insulating plate in combination with high density polyurethane for structural rigidity.

ガラス扉は、二重ガラスとするか、または好ましくは三重ガラスとすることができる。断熱性を高めるためにガラス板の間にクリプトンガスを設けてもよいThe glass door 2 can be double glass or preferably triple glass. In order to improve heat insulation, krypton gas may be provided between the glass plates.

断熱ケーシング1は、圧縮機3と、凝縮器4と、凝縮器4に関連付けられた凝縮器ファン5とを有する蒸気圧縮冷却システムの構成要素を保持するベース上に載置される。 The insulating casing 1 is mounted on a base that holds components of a vapor compression cooling system having a compressor 3, a condenser 4, and a condenser fan 5 associated with the condenser 4.

キャビネットは冷蔵室としてのコンパートメント6を有し、その中に収容される製品が冷却される。 Cabinet has a compartment 6 as a refrigerating compartment, the product contained therein is cooled.

コンパートメント6には照明を設けることができ、その照明は、エネルギー効率の良いLED照明が好ましい。   The compartment 6 can be provided with illumination, and the illumination is preferably energy efficient LED illumination.

照明用電源は、好ましくは、コンパートメント6の外に配置される。機器熱負荷をさらに低減するためには、LED光源もコンパートメント6の外に配置することができ、例えばライトガイド、光ファイバおよびエアロゲル等のような適切な手段によって光がコンパートメント6内に誘導される。   The illumination power supply is preferably arranged outside the compartment 6. In order to further reduce the equipment heat load, an LED light source can also be placed outside the compartment 6 and light is guided into the compartment 6 by suitable means such as light guides, optical fibers and aerogels, etc. .

空気は、冷却のために、ファン7Aによってコンパートメント6からダクト7内に引き込まれる。   Air is drawn from the compartment 6 into the duct 7 by the fan 7A for cooling.

ダクト7は、部分的に、少なくともコンパートメント6を形成する内壁6Aと断熱ケーシング1の内壁との間の間隙によって画成される。コンパートメント6の底は、(後述する)第1の蒸発器10またはそのケーシングによって画定され得る。   The duct 7 is partly defined by a gap between the inner wall 6A forming at least the compartment 6 and the inner wall of the insulating casing 1. The bottom of the compartment 6 may be defined by a first evaporator 10 (described below) or its casing.

図1および図2は、冷媒回路を示している。凝縮器4からの凝縮された冷媒は、選択的に2つの経路のうちの一方に沿って圧縮機3に戻るように流通できる。   1 and 2 show a refrigerant circuit. The condensed refrigerant from the condenser 4 can selectively flow back to the compressor 3 along one of the two paths.

第1の経路8は、第1の膨張装置9Aと、一般的にはフィン・チューブ式蒸発器である第1の蒸発器10を通って冷媒を運ぶ。   The first path 8 carries the refrigerant through the first expansion device 9A and the first evaporator 10, which is typically a finned tube evaporator.

第2の経路11は、第2の膨張装置9Bと、この場合は水である相変化物質としてのPCM14を保持する蓄熱材としての蓄熱ユニット13に組み込まれた第2の蒸発器12とを通って冷媒を運ぶ。 The second path 11 includes a second expansion device 9B and a second evaporator 12 incorporated in a heat storage unit 13 as a heat storage material for holding PC M1 4 as a phase change material, in this case water. Carry the refrigerant through.

冷媒の流れは、凝縮器4の下流の弁15によって制御される。弁15の位置状態は、制御手段としてのコントローラ16によって制御され、このコントローラ16は、圧縮機3、凝縮器ファン5、およびファン7Aを制御するためにも使用される。 The refrigerant flow is controlled by a valve 15 downstream of the condenser 4. Position state of the valve 15 is controlled by a controller 16 as control means, the controller 16, the compressor 3, the condenser fan 5, and is also used to control and fan 7A.

図1および図2に示すように、システムは、第2の蒸発器12から流出した冷媒が第1の蒸発器10を通って圧縮機3に戻るように構成されている。なお、圧縮機3の上流で2つの別々の経路が合流するなどのような他の構成に適宜変更可能である。   As shown in FIGS. 1 and 2, the system is configured such that the refrigerant flowing out of the second evaporator 12 returns to the compressor 3 through the first evaporator 10. In addition, it can change suitably to other structures, such as two separate paths merge upstream of the compressor 3.

図1に戻って、第1の蒸発器10と蓄熱ユニット13は、いずれもダクト7を通って循環する空気が蓄熱ユニット13および第1の蒸発器10の冷却表面を通過して空気を冷却するように設置されている。   Referring back to FIG. 1, the first evaporator 10 and the heat storage unit 13 both cool the air through which the air circulating through the duct 7 passes through the cooling surfaces of the heat storage unit 13 and the first evaporator 10. It is installed as follows.

温度センサ17は、コンパートメント6から出る空気の温度を検知して、対応する信号をコントローラ16に供給する。   The temperature sensor 17 detects the temperature of the air exiting the compartment 6 and supplies a corresponding signal to the controller 16.

高冷却負荷期間中に、最も高温の暖気が蓄熱ユニット13を通過してPCM14から暖気への伝熱が増加するように、第1の蒸発器10は蓄熱ユニット13の下流に配置されている。 The first evaporator 10 is arranged downstream of the heat storage unit 13 so that the hottest warm air passes through the heat storage unit 13 and heat transfer from the PCM 14 to the warm air increases during the high cooling load period.

図3に示すように、第2の蒸発器12は蓄熱ユニット13に組み込まれており、これにより、PCM14の凝固は最初に中央領域14Aで生じて、中央領域14Aは主に氷であり、その外側は主に水からなる外側領域14Cである。PCM14が凝固や融解している程度は、氷と水との界面14Bの位置を計測することによって検出される。この氷と水との相対的な比率の計測は、蓄熱ユニット13の外壁と蒸発器12との間の点でPCM14の導電率を測定するセンサとしてのセンサ群18によって行なわれる。 As shown in FIG. 3, the second evaporator 12 is incorporated in the heat storage unit 13, so that the solidification of the PCM 14 first occurs in the central region 14A, which is mainly ice, The outer side is an outer region 14C mainly made of water. The degree to which the PCM 14 is solidified or melted is detected by measuring the position of the interface 14B between ice and water. The measurement of the relative ratio of ice and water is performed by a sensor group 18 as sensors for measuring the conductivity of the PCM 14 at a point between the outer wall of the heat storage unit 13 and the evaporator 12.

センサ群18からの信号は、コントローラ16で受信する。このような構成は、PCM14を組み込んだ蓄熱材の技術分野において知られている。 Signal from the sensor group 1 8 receives the controller 16. Such a configuration is known in the technical field of heat storage materials incorporating PCM 14 .

ダクト7内で蓄熱ユニット13によって空気にさらされる冷却表面を最大限に確保するために、蓄熱ユニット13は、その幅方向の両側に空気が通過できるように、壁6Aおよび断熱ケーシング1の両方から離間して配置されている。 To ensure the cooling surfaces exposed to air by the heat storage unit 13 within the duct 7 to the maximum, the heat storage unit 13, to allow passage of air on both sides in the width direction, from both walls 6A and insulation casing 1 They are spaced apart.

図1および図2に戻って、冷蔵庫の運転について説明する。冷蔵庫が定常状態で運転している場合、すなわちコンパートメントから流れ出る空気の温度が所定の温度またはそれに近い温度であるときには、コントローラ16は、蓄熱ユニット13内のPCM14を冷却して凝固させるために、冷媒が第2の蒸発器12を通る第2の経路11に沿ってポンプ圧送されるように弁15を操作する。 Returning to FIG. 1 and FIG. 2, the operation of the refrigerator will be described. When the refrigerator is operating in a steady state, i.e., when the temperature of the air flowing out of the compartment 6 is at or near a predetermined temperature, the controller 16 cools and solidifies the PCM 14 in the heat storage unit 13. The valve 15 is operated so that the refrigerant is pumped along the second path 11 through the second evaporator 12.

また、PCM14の凝固がセンサ18により検知されたら、コントローラ16は、エネルギーを節約するために、圧縮機3および凝縮器ファン5をターンオフまたは減速できる。一般的には、このような圧縮機3は、オンまたはオフのどちらかであるが、場合によっては減速させることも可能である。 Also, once solidification of PCM 14 is detected by sensor 18, controller 16 can turn off or decelerate compressor 3 and condenser fan 5 to save energy. Typically, such compressors. 3 is either on or off, in some cases it is also possible to decelerate.

このような制御を適用することによって、次回の高冷却負荷期間中に追加冷却を得るのに十分なPCM14の凝固を確保するために、定常運転中のPCM14の凝固状態を、例えば、完全凝固と20%融解との間で制御できる。   By applying such control, in order to ensure sufficient solidification of the PCM 14 to obtain additional cooling during the next high cooling load period, the solidification state of the PCM 14 during steady operation is, for example, fully solidified. Control between 20% melting.

定常運転中にPCM14が十分に凝固していると判断された場合には、コントローラ16は、エネルギー消費を抑えるために、圧縮機3をターンオフまたは減速できる。   If it is determined that the PCM 14 is sufficiently solidified during steady operation, the controller 16 can turn off or decelerate the compressor 3 to reduce energy consumption.

さらに、コントローラ16は、コンパートメント空気温度を調整および制御するさらなる方法として、その定常状態の間にファン7Aの運転または速度を制御できる。 Furthermore, the controller 16 can control the operation or speed of the fan 7A during its steady state as a further way to regulate and control the compartment air temperature.

定常運転の具体的な実施形態では、冷媒は両方の蒸発器10,12に流通し、コンパートメントから出る空気の温度を調節することによって製品の温度を制御する。 In a specific embodiment of steady operation, the refrigerant flows to both evaporators 10 and 12 and controls the product temperature by adjusting the temperature of the air exiting the compartment 6 .

空気温度は、ファン7Aの速度の調整、ならびに圧縮機3および凝縮器ファン5のオンオフの切り替えによって制御される。   The air temperature is controlled by adjusting the speed of the fan 7A and switching the compressor 3 and the condenser fan 5 on and off.

さらに、センサ18で測定される凝固したPCM14の量が閾値を下回った場合には、圧縮機3および凝縮器ファン5を作動させる。 Furthermore, when the amount of coagulated PCM 14 measured by the sensor 18 falls below a threshold value, the compressor 3 and the condenser fan 5 are operated.

空気温度が低くなり過ぎた場合には、ファン7Aを減速させる。   If the air temperature becomes too low, the fan 7A is decelerated.

PCM14が100%凝固またはそれに近い状態に達したら、圧縮機および凝縮器ファンを停止させて、蓄熱ユニット13やPCM14で空気を冷却する。 When the PCM 14 is 100% solidified or nearly reached, the compressor 3 and the condenser fan 5 are stopped, and the air is cooled by the heat storage unit 13 or the PCM 14 .

空気温度が上昇するにつれて、ファン速度を加速させていき、さらなる閾値温度に達したら、圧縮機や凝縮器ファンを作動させる。 The fan speed is accelerated as the air temperature rises, and when the further threshold temperature is reached, the compressor 3 and the condenser fan 5 are operated.

熱負荷が比較的高い期間中、すなわちコンパートメント6からの空気の温度が所定の温度よりも(場合によっては、所定の温度からの許容範囲を超えて)高いことが温度センサ17により検出された場合には、コントローラ16は、冷媒が優先的に第1の蒸発器10に誘導されるように弁15を調整する。これによって、第1の蒸発器10は、循環空気を冷却するためのより大きな冷却力が得られる。 When the temperature sensor 17 detects that the temperature of the air from the compartment 6 is higher than a predetermined temperature (in some cases exceeding an allowable range from the predetermined temperature) during a period when the heat load is relatively high On the other hand, the controller 16 adjusts the valve 15 so that the refrigerant is preferentially guided to the first evaporator 10. As a result, the first evaporator 10 can obtain a larger cooling power for cooling the circulating air.

第1の蒸発器10にかかる冷却負荷は、空気が最初に通過する蓄熱ユニット13によるその空気への冷却効果によっても軽減される。   The cooling load applied to the first evaporator 10 is also reduced by the cooling effect on the air by the heat storage unit 13 through which the air first passes.

温度が所定の温度またはそれに近い温度まで下降したことが検知されると、コントローラ16は、PCM14を再凝固させるために、冷媒またはその一部の流動が第2の蒸発器12を通って誘導されるように弁15を操作し、最終的に定常状態に達する。   When it is detected that the temperature has dropped to or near a predetermined temperature, the controller 16 causes the refrigerant or a portion of its flow to be directed through the second evaporator 12 to re-solidify the PCM 14. The valve 15 is operated so that the steady state is finally reached.

なお、特許請求の範囲で規定される本発明の範囲から逸脱することなく、上記の実施の形態に対して多くの変形例に適宜変更可能であることは理解されるであろう。例えば、冷蔵庫は、2つよりも多くの蒸発器を備えてもよい。温度センサ17は、代わりにコンパートメント6に設置されてもよい。 It should be understood that many variations can be made to the above-described embodiments as appropriate without departing from the scope of the present invention as defined in the appended claims. For example, a refrigerator may include more than two evaporators. The temperature sensor 17 may instead be installed in the compartment 6.

上述のように、蓄熱ユニット13によって、一時的な停電が発生した場合に冷蔵庫が冷却を継続することが実現し得る。一方、停電が発生した場合の蒸気圧縮システムの運転用にバッテリを設けてもよい。 As described above, the heat storage unit 13 can realize that the refrigerator continues cooling when a temporary power failure occurs. On the other hand, a battery may be provided for operation of the vapor compression system when a power failure occurs.

3 圧縮機Compressor
6 冷蔵室としてのコンパートメントCompartment as a cold room
7A7A ファンfan
10Ten 第1の蒸発器First evaporator
1212 第2の蒸発器Second evaporator
1313 蓄熱材としての蓄熱ユニットThermal storage unit as thermal storage material
1414 相変化物質としてのPCMPCM as a phase change material
1515 valve
1616 制御手段としてのコントローラController as control means
1717 温度センサTemperature sensor
1818 センサSensor

Claims (11)

冷却対象物を収容するための冷蔵室を有する冷蔵庫であって、
この冷蔵庫は、
相変化物質を有する蓄熱材と、
前記冷蔵室を冷却するための第1の蒸発器および前記相変化物質を冷却するための第2の蒸発器を有する蒸気圧縮冷却システムと、
前記冷蔵庫にかかる冷却負荷に応じて前記第1の蒸発器および第2の蒸発器への冷媒の流れを制御するための制御手段とを備え、
前記冷蔵庫が比較的低い冷却負荷を受けている場合には、冷媒は前記相変化物質を冷却するために前記第2の蒸発器に流入し、当該冷蔵庫が比較的高い冷却負荷を受けている場合には、冷媒は前記第1の蒸発器に流入することで、前記第1の蒸発器と前記相変化物質によって向上した冷却性が前記冷蔵室に提供される
ことを特徴とする冷蔵庫。
A refrigerator having a refrigerator compartment for accommodating a cooling object,
This refrigerator
A heat storage material having a phase change material;
A vapor compression cooling system having a first evaporator for cooling the refrigerator compartment and a second evaporator for cooling the phase change material;
Control means for controlling the flow of refrigerant to the first evaporator and the second evaporator according to the cooling load applied to the refrigerator,
When the refrigerator is subjected to a relatively low cooling load, the refrigerant flows into the second evaporator to cool the phase change material, and the refrigerator is subjected to a relatively high cooling load. The refrigerant flows into the first evaporator to provide the refrigerator with improved cooling performance due to the first evaporator and the phase change material.
冷蔵庫が比較的低い冷却負荷を受けている場合には、冷媒は第1の蒸発器および第2の蒸発器の両方に流入する
ことを特徴とする請求項1記載の冷蔵庫。
The refrigerator according to claim 1, wherein the refrigerant flows into both the first evaporator and the second evaporator when the refrigerator receives a relatively low cooling load.
冷蔵庫が比較的高い冷却負荷を受けている場合には、冷媒は概ね第1の蒸発器にのみ流入する
ことを特徴とする請求項1または2記載の冷蔵庫。
3. The refrigerator according to claim 1, wherein when the refrigerator is subjected to a relatively high cooling load, the refrigerant generally flows only into the first evaporator.
冷媒の流れを制御するための制御手段は、弁と、冷蔵庫にかかる冷却負荷に応じて前記弁の位置状態を制御するためのコントローラとを有する
ことを特徴とする請求項1ないし3いずれか一記載の冷蔵庫。
The control means for controlling the flow of the refrigerant includes a valve and a controller for controlling a position state of the valve in accordance with a cooling load applied to the refrigerator. The refrigerator described.
弁は、双安定弁である
ことを特徴とする請求項4記載の冷蔵庫。
The refrigerator according to claim 4, wherein the valve is a bistable valve.
冷蔵庫にかかる冷却負荷は、前記冷蔵室の温度を特定するための温度センサによって判定される
ことを特徴とする請求項4または5記載の冷蔵庫。
The refrigerator according to claim 4 or 5, wherein the cooling load applied to the refrigerator is determined by a temperature sensor for specifying a temperature of the refrigerator compartment.
相変化物質の相の組成比を特定するためにセンサを有し、
コントローラは、前記相変化物質の相の組成比に応じて弁の位置を制御する
ことを特徴とする請求項4ないし6いずれか一記載の冷蔵庫。
Having a sensor to identify the phase composition ratio of the phase change material;
The controller according to any one of claims 4 to 6, wherein the controller controls a position of the valve in accordance with a composition ratio of the phase of the phase change material.
蒸気圧縮冷却システムは、圧縮機を有し、
コントローラは、前記圧縮機を制御することによって、冷蔵室に提供される冷却量を制御する
ことを特徴とする請求項4ないし7いずれか一記載の冷蔵庫。
The vapor compression cooling system has a compressor,
The controller according to any one of claims 4 to 7, wherein the controller controls the amount of cooling provided to the refrigerator compartment by controlling the compressor.
冷蔵庫は、その冷蔵室からの空気を冷却するために蓄熱材および第1の蒸発器へと循環させるファンを有し、
コントローラは、前記ファンの運転または速度を制御することによって、前記冷蔵室に提供される冷却量を制御する
ことを特徴とする請求項4ないし8いずれか一記載の冷蔵庫。
The refrigerator has a fan that circulates to the heat storage material and the first evaporator to cool the air from the refrigerator compartment,
The refrigerator according to any one of claims 4 to 8, wherein the controller controls the amount of cooling provided to the refrigerator compartment by controlling the operation or speed of the fan.
蓄熱材は2つの相対する冷却表面を有し、
空気は、前記冷却表面の両方に沿って通過するように前記蓄熱材の両側に流通可能である
ことを特徴とする請求項1ないし9いずれか一記載の冷蔵庫。
The thermal storage material has two opposing cooling surfaces,
The refrigerator according to any one of claims 1 to 9, wherein air can flow through both sides of the heat storage material so as to pass along both of the cooling surfaces.
第1の蒸発器は、蓄熱材の下流に配置される
ことを特徴とする請求項10記載の冷蔵庫。
The refrigerator according to claim 10, wherein the first evaporator is disposed downstream of the heat storage material.
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