JP2019215120A - ショーケース - Google Patents

Abstract

【課題】ショーケースの冷却性能を維持しながら、物品を収容する収容空間へ放出される空気を冷却する熱交換器への着霜を抑制する。【解決手段】収容空間１５へ第１熱交換器６によって冷却された空気が放出される。第２熱交換器３および第３熱交換器７は、吸着材が塗布されている。冷媒の循環方向が第１循環方向である場合、第３熱交換器７を通過した空気は第１熱交換器６に導かれ、第２熱交換器３を通過した空気は排気される。冷媒の循環方向が第２循環方向である場合、第２熱交換器３を通過した空気は第１熱交換器６に導かれ、第３熱交換器７を通過した空気は排気される。【選択図】図１

Description

本発明は、物品を収容する収容空間へ熱交換器によって冷却された空気が放出されるショーケースに関する。

従来、吸着材が塗布された熱交換器によって空気中の水分を吸着することにより、蒸発器として機能する熱交換器への着霜を抑制する冷凍サイクル装置が知られている。たとえば、特開２０１２−１５９２７３号公報（特許文献１）には、吸着材付の第２熱交換器と、第３熱交換器とを直列に接続し、いずれも蒸発器として機能させ、第２熱交換器と熱交換した空気が第３熱交換器とさらに熱交換するように構成されたヒートポンプシステムが開示されている。当該ヒートポンプシステムによれば、第３熱交換器を第２熱交換器によって除湿乾燥された空気と熱交換させることができる。第３熱交換器の蒸発温度を第３熱交換器と熱交換する空気の露点温度より高くすることにより、第３熱交換器における着霜を防止し得る。

特開２０１２−１５９２７３号公報

特許文献１に開示されたヒートポンプシステムにおいては、吸着材が空気中の水分を吸着・除去する能力がなくなる平衡吸着状態が絶対湿度センサによって検出された場合、凝縮器として機能する第１熱交換器から流出した冷媒を減圧せずに第２熱交換器に流入させる。その結果、第２熱交換器と熱交換する空気が昇温されて第２熱交換器に塗布された吸着材から水分が脱着され、当該吸着材が再生される。第２熱交換器の吸着材の再生を行なっている間、第２熱交換器の吸着材から脱着された水分を含む高温多湿の空気が蒸発器として機能する第３熱交換器を通過する。

冷凍サイクル装置の一例であるショーケースにおいては、物品を収容する収容空間へ熱交換器によって冷却された空気が放出される。吸着材の脱着中に、当該熱交換器を高温多湿の空気が通過すると、収容空間に当該空気が流入し、ショーケースの冷却性能が損なわれる可能性がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ショーケースの冷却性能を維持しながら、物品を収容する収容空間へ放出される空気を冷却する熱交換器への着霜を抑制することである。

本発明に係るショーケースにおいては、物品を収容する収容空間へ第１熱交換器によって冷却された空気が放出される。ショーケースは、圧縮機と、第２熱交換器と、第３熱交換器と、流路切替弁とを備える。第２熱交換器は、空気中の水分を吸着する吸着材が塗布されている。第３熱交換器は、空気中の水分を吸着する吸着材が塗布されている。流路切替弁は、冷媒の循環方向を、第１循環方向または第２循環方向に切り替える。第１循環方向において、冷媒は、圧縮機、第２熱交換器、第１熱交換器、および第３熱交換器の順に循環する。第２熱交換器から流出した冷媒は、減圧されてから第１熱交換器に流入する。第３熱交換器を通過した空気は、第１熱交換器に導かれる。第２熱交換器を通過した空気は、排気される。第２循環方向において、冷媒は、圧縮機、第３熱交換器、第１熱交換器、および第２熱交換器の順に循環する。第３熱交換器から流出した冷媒は、減圧されてから第１熱交換器に流入する。第２熱交換器を通過した空気は、第１熱交換器に導かれる。第３熱交換器を通過した空気は、排気される。

本発明に係るショーケースにおいては、第１循環方向において第３熱交換器を通過した空気が第１熱交換器に導かれるとともに第２熱交換器を通過した空気が排気される。また、第２循環方向において第２熱交換器を通過した空気が第１熱交換器に導かれるとともに、第３熱交換器を通過した空気が排気される。その結果、ショーケースの冷却性能を維持しながら、第１熱交換器への着霜を抑制することができる。

実施の形態１に係るショーケースの構成を示す機能ブロック図である。 冷媒の循環方向が図１の循環方向から切り替えられたショーケースの構成を示す機能ブロック図である。 ショーケース内の空気の状態変化を示す湿り空気線図である。 ショーケース内を循環する冷媒の状態変化を示すモリエル線図である。 実施の形態２に係るショーケースの構成を示す機能ブロック図である。 冷媒の循環方向が図５の循環方向から切り替えられたショーケースの構成を示す機能ブロック図である。

以下、本発明の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。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰り返さない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るショーケース１００の構成を示す機能ブロック図である。図１に示されるように、ショーケース１００は、圧縮機１と、四方弁２（流路切替弁）と、熱交換器３（第２熱交換器）と、ブリッジ回路４と、膨張弁５と、冷却器６（第１熱交換器）と、熱交換器７（第３熱交換器）と、制御装置１０とを備える。

ブリッジ回路４は、逆止弁４ａ（第１逆止弁）と、逆止弁４ｂ（第２逆止弁）と、逆止弁４ｃ（第３逆止弁）と、逆止弁４ｄ（第４逆止弁）とを含む。ブリッジ回路４は、接続ノードＪ１において冷却器６に接続されている。ブリッジ回路４は、接続ノードＪ２において熱交換器３に接続されている。ブリッジ回路４は、接続ノードＪ３において膨張弁５に接続されている。ブリッジ回路４は、接続ノードＪ４において熱交換器７に接続されている。逆止弁４ａは、接続ノードＪ１からＪ２への方向を順方向として接続ノードＪ１とＪ２との間に接続されている。逆止弁４ｂは、接続ノードＪ２からＪ３への方向を順方向として接続ノードＪ２とＪ３との間に接続されている。逆止弁４ｃは、接続ノードＪ１からＪ４への方向を順方向として接続ノードＪ１とＪ４との間に接続されている。逆止弁４ｄは、接続ノードＪ４からＪ３への方向を順方向として接続ノードＪ４とＪ３との間に接続されている。

制御装置１０は、圧縮機１の駆動周波数を制御することにより、圧縮機１が単位時間あたりに吐出する冷媒量を制御する。制御装置１０は、膨張弁５の開度を調節する。制御装置１０は、四方弁２を制御して冷媒の循環方向を切り替える。制御装置１０は、通風路を形成する不図示のダンパを制御して、通風路を切り替える。

四方弁２は、冷媒の循環方向を切り替える。図１において四方弁２は、圧縮機１の吐出口と熱交換器３とを連通させているとともに、熱交換器７と圧縮機１の吸入口とを連通させている。冷媒は、圧縮機１、四方弁２、熱交換器３、逆止弁４ｂ、膨張弁５、冷却器６、逆止弁４ｃ、熱交換器７、および四方弁２の順に循環する。熱交換器３は凝縮器として機能し、熱交換器７は蒸発器として機能する。熱交換器３，７には空気中の水分を吸着する吸着材が塗布されている。

ショーケース１００においては、冷却器６によって冷却された空気ＳＡが、通気口１１から物品を収容する収容空間１５に放出される。通気口１２からの収容空間１５の空気ＲＡは、不図示のダンパによって形成される通風路によって熱交換器７に導かれる。熱交換器７を通過した空気ＣＡは、不図示のダンパによって形成される通風路によって冷却器６に導かれ、冷却器６によって冷却されて収容空間１５に放出される。熱交換器７を通過する冷媒が空気および空気中の水分から気化熱を吸収して気化することにより、当該空気中の水分が熱交換器７に塗布された吸着材に吸着される。熱交換器７を通過した空気ＣＡは乾燥状態となるため、冷却器６への結露および着霜を抑制することができる。

一方、ショーケース１００の外部の空気ＯＡは、通気口１３から吸入され、不図示のダンパによって形成される通風路によって熱交換器３に導かれる。熱交換器３を通過した空気ＥＡは、不図示のダンパによって形成される通風路によって通気口１４に導かれ、通気口１４から排気される。熱交換器３を通過する冷媒が凝縮するときに放熱する凝縮熱によって、熱交換器３を通過する空気および熱交換器３に塗布された吸着材の温度が上昇する。その結果、熱交換器３に塗布された吸着材中の水分が脱着され、当該吸着材が再生される。熱交換器３によって暖められ、熱交換器３の吸着材から脱着された水分を含む空気ＥＡは冷却器６には導かれず、収容空間１５に流入することもないため、ショーケース１００の冷却性能は空気ＥＡによって損なわれない。

図１においては、熱交換器３に塗布された吸着材の再生および熱交換器７に塗布された吸着材による空気の乾燥が並行して行なわれる場合について説明した。ショーケース１００においては、冷媒の循環方向を切り替えることによって熱交換器３と熱交換器７との機能を切り替えるとともに、不図示のダンパによって形成される通風路を切り替えることにより、熱交換器７に塗布された吸着材の再生および熱交換器３に塗布された吸着材による空気の乾燥を並行して行なうこともできる。

図２は、冷媒の循環方向が図１の循環方向から切り替えられたショーケース１００の構成を示す機能ブロック図である。図２に示されるように、四方弁２は、圧縮機１の吐出口と熱交換器７とを連通させているとともに、熱交換器３と圧縮機１の吸入口とを連通させている。冷媒は、圧縮機１、四方弁２、熱交換器７、逆止弁４ｄ、膨張弁５、冷却器６、逆止弁４ａ、熱交換器３、および四方弁２の順に循環する。熱交換器７は凝縮器として機能し、熱交換器３は蒸発器として機能する。

通気口１２からの収容空間１５の空気ＲＡは、不図示のダンパによって形成される通風路によって熱交換器３に導かれる。熱交換器３を通過した空気ＣＡは、不図示のダンパによって形成される通風路によって冷却器６に導かれ、冷却器６によって冷却されて収容空間１５に放出される。熱交換器３を通過する冷媒が空気および空気中の水分から気化熱を吸収して気化することにより、当該空気中の水分が熱交換器３に塗布された吸着材に吸着される。熱交換器３を通過した空気ＣＡは乾燥状態となるため、冷却器６への結露および着霜を抑制することができる。

一方、ショーケース１００の外部の空気ＯＡは、通気口１３から吸入され、不図示のダンパによって形成される通風路によって熱交換器７に導かれる。熱交換器７を通過した空気ＥＡは、不図示のダンパによって形成される通風路によって通気口１４に導かれ、通気口１４から排気される。熱交換器７を通過する冷媒が凝縮するときに放熱する凝縮熱によって、熱交換器７を通過する空気および熱交換器７に塗布された吸着材の温度が上昇する。その結果、熱交換器７に塗布された吸着材中の水分が脱着され、当該吸着材が再生される。熱交換器７によって暖められ、熱交換器７の吸着材から脱着された水分を含む空気ＥＡは冷却器６には導かれず、収容空間１５に流入することもないため、ショーケース１００の冷却性能は空気ＥＡによって損なわれない。

図３は、ショーケース１００内の空気の状態変化を示す湿り空気線図である。図３を用いた説明では、わかり易さのため空気の状態に関する物理量に具体的な数値を用いるが、空気の物理量は当該数値に限定されない。

たとえば、空気ＲＡの乾球温度が１２℃でありかつ相対湿度が７０％である場合、空気ＲＡの露点温度は６．７℃である。蒸発温度が６．７℃以下になると蒸発器として機能する熱交換器に結露が発生する。蒸発温度が０℃以下になると当該熱交換器への着霜の可能性が高まる。蒸発温度が−４℃の場合、空気ＲＡの絶対湿度が、露点温度が−４℃のときの絶対湿度である２．７ｇ／ｋｇ（ＤＡ）以下となるまで、蒸発器として機能する熱交換器に塗布された吸着材に空気ＲＡに含まれる水分が吸着されることにより、冷却器６において結露は発生せず、冷却器６の無着霜を実現することができる。冷却器６の無着霜が実現される場合の吸着材の水分吸着量である空気ＲＡと空気との絶対湿度差は３．４ｇ／ｋｇ（ＤＡ）である。図３においては、空気ＯＡの乾球温度が２７℃でありかつ、空気ＯＡの相対湿度が６０％の条件で当該水分吸着量である３．４ｇ／ｋｇ（ＤＡ）が吸着材から脱着されて空気ＥＡとなる変化が示されている。

なお、吸着材の水分の吸着においては水分の吸着熱が吸着材から放熱され、吸着材の水分の脱着においては脱着熱が吸着材に吸熱されて水分が吸着材から脱着される。空気の熱伝達率と比べて冷媒の熱伝達率が圧倒的に大きいため、吸着熱および脱着熱のほとんどが冷媒との熱交換おいて処理され、空気の状態にはほとんど影響を与えない。そのため、図３においては、吸着材の水分の吸着過程および脱着過程での空気の乾球温度は変化しないものとして、空気の状態変化を示している。

図４は、ショーケース１００内を循環する冷媒の状態変化を示すモリエル線図である。図４に示されるように、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、凝縮器として機能する熱交換器（図１においては熱交換器３であり、図２においては熱交換器７）を通過しながら凝縮熱を放熱する。ショーケース１００においては、当該凝縮熱は、空気ＯＡに吸熱されるとともに、凝縮器として機能する熱交換器に塗布された吸着材にも吸熱される。当該熱交換器における熱交換量が増加するため、ショーケース１００の効率を向上させることができる。

凝縮器として機能する熱交換器から流出する過冷却状態の冷媒は、膨張弁５によって減圧されて、低温低圧の気液二相状態の冷媒（二相冷媒）となる。膨張弁５から流出した二相冷媒は、冷却器６および蒸発器として機能する熱交換器（図１においては熱交換器７であり、図２においては熱交換器３）を通過しながら気化熱を吸熱して蒸発する。冷媒が冷却器６を通過する場合、冷媒は空気ＣＡから気化熱を吸熱する。冷媒が蒸発器として機能する熱交換器を通過する場合、冷媒は空気ＲＡから気化熱を吸熱するとともに、および当該熱交換器に塗布された吸着材からも気化熱を吸熱する。当該熱交換器における熱交換量が増加するため、ショーケース１００の効率を向上させることができる。

ショーケース１００においては、吸着材に吸着された水分量が飽和するまでの時間および吸着材の再生に要する時間を基に算出された一定時間間隔毎に、図１に示される冷媒の循環方向（第１循環方向）と図２に示される冷媒の循環方向（第２循環方向）とが制御装置１０によって切り替えられる。また、冷媒の循環方向とともに不図示のダンパによって形成される通風路も制御装置１０によって切り替えられる。このように冷媒の循環方向および通風路を切り替えることにより、冷却器６への着霜を継続的に抑制することができる。なお、冷媒の循環方向および通風路を切り替える時間間隔は、実機実験あるいはシミュレーションによって適宜決定することができる。

ショーケース１００においては、冷却器６への着霜を継続的に抑制することができるため、冷却器６のフィンの間が霜によって閉塞されることがほとんどない。ショーケース１００によれば冷却器６のフィンピッチを着霜が想定される場合よりも狭くすることができるため、冷却器６を小型化することができる。その結果、収容空間１５の容積を大きくすることができる。

以上、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置によれば、冷却性能を維持しながら、物品を収容する収容空間へ放出される空気を冷却する熱交換器への着霜を抑制することができる。

実施の形態２．
実施の形態１においては、４つの逆止弁によって構成されたブリッジ回路を用いる構成について説明した。実施の形態２においては、ブリッジ回路を用いない構成について説明する。

図５および図６は、実施の形態２に係るショーケース２００の構成を示す機能ブロック図である。図５およぶ図６のショーケース２００の構成は、図１のショーケース１００からブリッジ回路４が除かれているとともに、膨張弁８が加えられ、制御装置１０が制御装置２０に置き換えられた構成である。すなわち、実施の形態１の図１および図２が、図５および図６にそれぞれ置き換えられる。これら以外の構成は同様であるため、説明を繰り返さない。

図５および図６に示されるように、制御装置２０は、圧縮機１、四方弁２、および膨張弁５（第１膨張弁）を制御するとともに、膨張弁８（第２膨張弁）の開度を調節する。制御装置２０は、通風路を形成する不図示のダンパを制御して、通風路を切り替える。

図５において冷媒は、圧縮機１、四方弁２、熱交換器３、膨張弁５、冷却器６、膨張弁８、熱交換器７、および四方弁２の順に循環する。冷媒の循環方向が図５に示される循環方向である場合、制御装置２０は、膨張弁５の開度を調整することによって冷媒を減圧するとともに、膨張弁８の開度を全開とする。

図６において冷媒は、圧縮機１、四方弁２、熱交換器７、膨張弁８、冷却器６、膨張弁５、熱交換器３、および四方弁２の順に循環する。冷媒の循環方向が図６に示される循環方向である場合、制御装置２０は、膨張弁８の開度を調節することによって冷媒を減圧するとともに、膨張弁５の開度を全開とする。

ショーケース２００においても、一定時間間隔毎に、図５に示される冷媒の循環方向（第１循環方向）と図６に示される冷媒の循環方向（第２循環方向）とが制御装置２０によって切り替えられる。また、冷媒の循環方向とともに不図示のダンパによって形成される通風路も制御装置２０によって切り替えられる。

以上、実施の形態２に係るショーケースによれば、冷却性能を維持しながら、物品を収容する収容空間へ放出される空気を冷却する熱交換器への着霜を抑制することができる。また、実施の形態２に係るショーケースによれば、４つの逆止弁に替えて１つの膨張弁を追加することによって実施の形態１と同様の効果を実現することができるため、実施の形態１に係るショーケースよりも小型化することができる。

今回開示された各実施の形態は、矛盾しない範囲で適宜組み合わせて実施することも予定されている。今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 圧縮機、２ 四方弁、３，７ 熱交換器、４ ブリッジ回路、４ａ〜４ｄ 逆止弁、５，８ 膨張弁、６ 冷却器、１０，２０ 制御装置、１１〜１４ 通気口。

Claims (4)

1. 物品を収容する収容空間へ第１熱交換器によって冷却された空気が放出されるショーケースであって、
   圧縮機と、
   空気中の水分を吸着する吸着材が塗布された第２熱交換器と、
   空気中の水分を吸着する吸着材が塗布された第３熱交換器と、
   冷媒の循環方向を、第１循環方向または第２循環方向に切り替える流路切替弁とを備え、
   前記第１循環方向において、
   前記冷媒は、前記圧縮機、前記第２熱交換器、前記第１熱交換器、および前記第３熱交換器の順に循環し、前記第２熱交換器から流出した前記冷媒は、減圧されてから前記第１熱交換器に流入し、
   前記第３熱交換器を通過した空気は、前記第１熱交換器に導かれ、
   前記第２熱交換器を通過した空気は、排気され、
   前記第２循環方向において、
   前記冷媒は、前記圧縮機、前記第３熱交換器、前記第１熱交換器、および前記第２熱交換器の順に循環し、前記第３熱交換器から流出した前記冷媒は、減圧されてから前記第１熱交換器に流入し、
   前記第２熱交換器を通過した空気は、前記第１熱交換器に導かれ、
   前記第３熱交換器を通過した空気は、排気される、ショーケース。
2. 膨張弁と、
   ブリッジ回路とをさらに備え、
   前記ブリッジ回路は、第１逆止弁、第２逆止弁、第３逆止弁、および第４逆止弁を含み、
   前記第１循環方向において前記冷媒は、前記圧縮機、前記第２熱交換器、前記第２逆止弁、前記膨張弁、前記第１熱交換器、前記第３逆止弁、および前記第３熱交換器の順に循環し、
   前記第２循環方向において前記冷媒は、前記圧縮機、前記第３熱交換器、前記第４逆止弁、前記膨張弁、前記第１熱交換器、前記第１逆止弁、および前記第２熱交換器の順に循環する、請求項１に記載のショーケース。
3. 第１膨張弁および第２膨張弁をさらに備え、
   前記第１循環方向において前記冷媒は、前記圧縮機、前記第２熱交換器、前記第１膨張弁、前記第１熱交換器、前記第２膨張弁、および前記第３熱交換器の順に循環し、
   前記第２循環方向において前記冷媒は、前記圧縮機、前記第３熱交換器、前記第２膨張弁、前記第１熱交換器、前記第１膨張弁、および前記第２熱交換器の順に循環する、請求項１に記載のショーケース。
4. 前記流路切替弁は、一定時間間隔毎に前記循環方向を切り替える、請求項１〜３のいずれか１項に記載のショーケース。
   

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