JP2020193761A - 冷蔵システム - Google Patents

Abstract

【課題】省エネルギ化を実現しながら冷蔵室の出入口の床面を昇温させて当該床面での結露の発生を抑制することができる冷蔵システムを提供する。【解決手段】圧縮部１１で圧縮した高圧気相冷媒を凝縮させる凝縮器１２と膨張部２１で膨張した低圧液相冷媒を蒸発させる蒸発器２２との間で冷媒を循環させる冷媒回路１と、蒸発器２２で得られた冷熱により冷却される冷蔵室２０ａと、冷蔵室２０ａの出入口２５の床面２５ａに敷設されて当該床面２５ａを昇温させる床面昇温部３０と、を備えた冷蔵システムであって、床面昇温部３０が、冷媒回路１を通流する高圧気相冷媒の熱を利用して床面２５ａを昇温させるものとして構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮部で圧縮した高圧気相冷媒を凝縮させる凝縮器と膨張部で膨張した低圧液相冷媒を蒸発させる蒸発器との間で冷媒を循環させる所謂圧縮式の冷媒回路と、前記蒸発器で得られた冷熱により冷却される冷蔵室と、前記冷蔵室の出入口の床面に敷設されて当該床面を昇温させる床面昇温部と、を備えた冷蔵システムに関する。

出入口を通じて出入り可能な冷蔵室を備えた冷蔵システムとして、その出入口を通じて冷蔵室に流入する外気中の水分の床面付近での結露を抑制するために、冷蔵室の出入口の床面に電気ヒータを敷設して当該床面を昇温させるものが知られている（例えば、特許文献１を参照。）

実開昭６３−１２９１２５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の冷蔵システムでは、冷蔵室の床面に敷設した電気ヒータの消費電力が比較的大きいことから、システム全体のエネルギ効率が悪化するという問題があった。
この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、省エネルギ化を実現しながら冷蔵室の出入口の床面を昇温させて当該床面での結露の発生を抑制することができる冷蔵システムを提供する点にある。

本発明の第１特徴構成は、圧縮部で圧縮した高圧気相冷媒を凝縮させる凝縮器と膨張部で膨張した低圧液相冷媒を蒸発させる蒸発器との間で冷媒を循環させる冷媒回路と、
前記蒸発器で得られた冷熱により冷却される冷蔵室と、
前記冷蔵室の出入口の床面に敷設されて当該床面を昇温させる床面昇温部と、を備えた冷蔵システムであって、
前記床面昇温部が、前記冷媒回路を通流する前記高圧気相冷媒の熱を利用して前記床面を昇温させるものとして構成されている点にある。

本構成によれば、圧縮式の冷媒回路の蒸発器で得られた冷熱により冷蔵室を冷却する冷蔵システムにおいて、その冷蔵室の出入口の床面を昇温する床面昇温部が、上記冷媒回路の凝縮器において外気に放出される前の比較的高温な高圧気相冷媒の熱を有効利用して床面を昇温させるので、上記床面昇温部を昇温するために電気ヒータ等で上記冷媒回路とは別のエネルギを消費することに起因するシステム全体のエネルギ効率の悪化を回避することができる。
従って、本発明により、省エネルギ化を実現しながら冷蔵室の出入口の床面を昇温させて、当該床面での結露の発生を抑制することができる冷蔵システムを提供することができる。

本発明の第２特徴構成は、前記床面昇温部が、前記冷蔵室の出入口の床面に敷設された床面伝熱管を有して構成され、
前記凝縮器の冷媒流入部側から前記高圧気相冷媒の少なくとも一部を取り出して前記床面伝熱管内に供給する高圧気相冷媒取出管路と、前記床面伝熱管内を通過後の冷媒を前記冷媒回路に戻す冷媒戻り管路と、を備えた点にある。

本構成によれば、上記冷媒回路における圧縮部から凝縮器まで範囲内である冷媒流入部側から高圧気相冷媒の少なくとも一部を取り出し、その取り出した高圧気相冷媒を直接上記床面伝熱管内に通流させて高圧気相冷媒の熱を放熱させる形態で、当該床面伝熱管が敷設された冷蔵室の出入口の床面を効率良く昇温させることができる。

本発明の第３特徴構成は、前記冷媒戻り管路として、前記床面伝熱管内を通過後の冷媒を前記冷媒回路の高圧部に戻す高圧冷媒戻り管路を備え、
前記高圧気相冷媒取出管路から前記床面伝熱管内を通じて前記高圧冷媒戻り管路に冷媒を送る冷媒ポンプを備えた点にある。

本構成によれば、上記冷媒ポンプを備えることで、上記床面伝熱管内を通過後の冷媒を、上記高圧冷媒戻り管路を通じて上記高圧気相冷媒取出管路と略同じ圧力である上記冷媒回路における圧縮部から膨張部までの部位である高圧部に戻すことができる。

本発明の第４特徴構成は、前記高圧冷媒戻り管路が、前記凝縮器の冷媒流入部側において前記高圧気相冷媒取出管路の接続部よりも下流側に接続されている点にある。

本構成によれば、上記床面伝熱管内を通過後に上記高圧冷媒戻り管路を通じて上記冷媒回路の高圧部に戻された高圧気相冷媒を、上記高圧気相冷媒取出管路に再度流入させることなく、凝縮器に供給して充分に放熱させ凝縮させることができる。このことにより、膨張部に供給される高圧液相冷媒の温度上昇に起因するシステム全体のエネルギ効率の低下を抑制することができる。

本発明の第５特徴構成は、前記冷媒戻り管路として、前記床面伝熱管内を通過後の冷媒を前記冷媒回路の低圧部に戻す低圧冷媒戻り管路を備え、
前記低圧冷媒戻り管路に、通流する冷媒を減圧させる絞り部を備えた点にある。

本構成によれば、上記低圧冷媒戻り管路に上記絞り部を備えることで、冷媒ポンプ等によることなく、上記床面伝熱管内を通過後の冷媒を、上記低圧冷媒戻り管路を通じて上記高圧気相冷媒取出管路よりも低い圧力である上記冷媒回路における膨張部から圧縮部までの部位である低圧部に戻すことができる。

本発明の第６特徴構成は、前記床面伝熱管内を通過後の冷媒の気液分離を行う気液分離部を備え、
前記冷媒戻り管路として、前記気液分離部で分離された気相冷媒を前記冷媒回路の気相部に戻す気相冷媒戻り管路と、前記気液分離部で分離された液相冷媒を前記冷媒回路の液相部に戻す液相冷媒戻り管路と、を備えた点にある。

本構成によれば、上記床面伝熱管内を通流し放熱した冷媒に気相冷媒と液相冷媒とが含まれている場合であっても、上記気液分離部を備えることで、それらを分離することができる。そして、その気液分離部で分離された気相冷媒については上記気相冷媒戻り管路を通じて冷媒回路における蒸発器から凝縮器までの部位である気相部に戻し、上記気液分離部で分離された液相冷媒については上記液相冷媒戻り管路を通じて冷媒管路における凝縮器から蒸発器までの部位である液相部に戻すので、上記冷媒回路における気相部及び液相部の状態を気液が混在することなく好適なものに維持することができる。

第１実施形態の冷蔵システムの概略構成図 第２実施形態の冷蔵システムの概略構成図

〔第１実施形態〕
本発明に係る冷蔵システムの第１実施形態について図１に基づいて説明する。
図１に示す冷蔵システムは、冷蔵室２０ａに設けられたユニットクーラ２０と、当該ユニットクーラ２０とは別に設けられた室外機としてのコンデンシングユニット１０とを備えて構成されている。そして、コンデンシングユニット１０には、圧縮機１１（圧縮部の一例）と凝縮器１２とが配置されており、ユニットクーラ２０には、膨張弁２１（膨張部の一例）と蒸発器２２とが配置されている。そして、これら圧縮機１１と凝縮器１２と膨張弁２１と蒸発器２２との順に冷媒を循環する冷媒回路１が構成されている。

上記圧縮機１１は、低圧気相冷媒管路５から供給された低圧の気相冷媒を圧縮させて、当該圧縮後の高圧で高温の気相冷媒を高圧気相冷媒管路２に吐出する。
上記凝縮器１２は、高圧気相冷媒管路２から供給された高圧で高温の気相冷媒をファンＦにより送られる外気との熱交換により放熱させることで凝縮させて、当該凝縮後の高圧で略常温の液相冷媒を高圧液相冷媒管路３に吐出する。また、高圧液相冷媒管路３を通流する液相冷媒は一旦レシーバ１３に貯留された後に過冷却器１４によりファンＦにより送られる外気との熱交換により充分に過冷却される。

上記膨張弁２１は、高圧液相冷媒管路３から供給された高圧で略常温の液相冷媒を膨張させて、当該膨張後の低圧で低温の液相冷媒を低圧液相冷媒管路４に吐出する。
上記蒸発器２２は、低圧液相冷媒管路４から供給された低圧で低温の液相冷媒をファンＦにより送られる冷蔵室２０ａ内の空気との熱交換により吸熱させることで蒸発させて、当該蒸発後の低圧の気相冷媒を低圧気相冷媒管路５に吐出する。

即ち、上記冷媒回路１は、圧縮機１１で圧縮した高圧気相冷媒を凝縮させる凝縮器１２と膨張弁２１で膨張した低圧液相冷媒を蒸発させる蒸発器２２との間で冷媒を循環させる圧縮式の冷凍回路として構成されている。そして、冷蔵室２０ａは、蒸発器２２で得られた冷熱により冷却されることになる。

尚、圧縮式の冷媒回路１では、圧縮機１１から、高圧気相冷媒管路２、凝縮器１２、及び高圧液相冷媒管路３を経て、膨張弁２１までの部位が、冷媒が高圧で存在する高圧部となり、一方、膨張弁２１から、低圧液相冷媒管路４、蒸発器２２、及び低圧気相冷媒管路５を経て、圧縮機１１までの部位が、冷媒が低圧で存在する低圧部となる。また、圧縮式の冷媒回路１では、蒸発器２２から、低圧気相冷媒管路５、圧縮機１１、及び高圧気相冷媒管路２を経て、凝縮器１２までの部位が、冷媒が気相状態で存在する気相部となり、一方、凝縮器１２から、高圧液相冷媒管路３、膨張弁２１、及び低圧液相冷媒管路４を経て、蒸発器２２までの部位が、冷媒が液相状態で存在する液相部となる。

上記冷蔵室２０ａは、開閉可能な出入口２５を通じて出入り可能なものとして構成されており、冷蔵室２０ａにおける出入口２５付近の床面２５ａには、出入口２５を通じて冷蔵室２０ａに流入する外気中の水部の結露を防止するために、当該床面２５ａを昇温させる床面昇温部３０が敷設されている。
そして、本実施形態の冷蔵システムは、上記のような床面昇温部３０を採用するにあたり、省エネルギ化を実現しながら冷蔵室２０ａの出入口２５の床面２５ａを昇温させて当該床面での結露の発生を抑制するように構成されており、そのための詳細構成について以下に説明を加える。

床面昇温部３０は、一次側ヘッダ３０ａと二次側ヘッダ３０ｂとの間に複数の床面伝熱管３０ｃを並列状態で架設したものを床面２５ａに埋設する形態で、冷蔵室２０ａの出入口２５の床面２５ａに敷設された床面伝熱管３０ｃを有して構成されている。
そして、この床面昇温部３０は、冷媒回路１を通流する高圧気相冷媒を上記床面伝熱管３０ｃに通流させて放熱させる形態で、当該高圧気相冷媒の熱を利用して床面２５ａを昇温させるものなる。よって、上記床面昇温部３０を昇温するために電気ヒータ等で上記冷媒回路１とは別のエネルギを消費することに起因するシステム全体のエネルギ効率の悪化が回避される。

具体的に、本実施形態の冷蔵システムには、凝縮器１２の冷媒流入部側である高圧気相冷媒管路２から高圧気相冷媒の一部を取り出して床面伝熱管３０ｃ内に供給する高圧気相冷媒取出管路３１と、床面伝熱管３０ｃ内を通過後の冷媒を冷媒回路１に戻す冷媒戻り管路３３とが設けられている。

高圧気相冷媒取出管路３１は、高圧気相冷媒管路２と床面昇温部３０の一次側ヘッダ３０ａとを接続する管路として設けられている。一方、冷媒戻り管路３３は、床面昇温部３０の二次側ヘッダ３０ｂと冷媒回路１とを接続する管路として設けられている。
このことで、冷媒回路１における高圧気相冷媒管路２から取り出された高圧気相冷媒が、高圧気相冷媒取出管路３１を介して上記床面伝熱管３０ｃ内に直接供給される。そして、床面伝熱管３０ｃ内を通流する高圧気相冷媒が放熱する形態で、当該床面伝熱管３０ｃが敷設された冷蔵室２０ａの出入口２５の床面２５ａが効率良く昇温することになる。

冷媒戻り管路３３は、冷媒回路１において、凝縮器１２の冷媒流入部側である高圧気相冷媒管路２において高圧気相冷媒取出管路３１の接続部よりも下流側に接続されている。即ち、この冷媒戻り管路３３は、床面伝熱管３０ｃ内を通過後の冷媒を、冷媒回路１における圧縮機１１から膨張弁２１までの高圧部に戻す高圧冷媒戻り管路に相当する。
また、高圧気相冷媒取出管路３１には、当該高圧気相冷媒取出管路３１から床面伝熱管３０ｃ内を通じて高圧冷媒戻り管路３３に冷媒を送るための冷媒ポンプ３２が設けられている。
このことで、床面伝熱管３０ｃ内を通過後の冷媒が、高圧冷媒戻り管路３３を通じて高圧気相冷媒取出管路３１と略同じ圧力である冷媒回路１における圧縮機１１から膨張弁２１までの高圧部に戻されることになる。

更に、高圧冷媒戻り管路３３を通じて高圧気相冷媒管路２に戻された高圧気相冷媒は、高圧気相冷媒取出管路３１に再度流入することなく、凝縮器１２に供給されて充分に放熱して凝縮する。このことで、膨張弁２１に供給される高圧液相冷媒の温度上昇に起因するシステム全体のエネルギ効率の低下が抑制される。

尚、本実施形態において、床面伝熱管３０ｃ内を通過後の冷媒を、冷媒回路１における高圧部に戻すにあたり、凝縮器１２の冷媒流入部側である高圧気相冷媒管路２に戻す構成を採用したが、凝縮器１２の冷媒流出部側である高圧液相冷媒管路３に戻す構成を採用することもできる。この場合、床面伝熱管３０ｃ内を通過後の冷媒を、高圧液相冷媒管路３における過冷却器１４の上流側に戻す構成を採用すれば、凝縮器１２の上流側に戻す構成と同様に、過冷却器１４の上流側に戻された冷媒は、過冷却器１４に供給されて充分に放熱して凝縮するので、膨張弁２１に供給される高圧液相冷媒の温度上昇に起因するシステム全体のエネルギ効率の低下が抑制される。

〔第２実施形態〕
本発明に係る冷蔵システムの第２実施形態について図２に基づいて説明する。
尚、第２実施形態の冷蔵システム（図２参照）は、前述の第１実施形態の冷蔵システム（図１参照）に対して、床面伝熱管３０ｃ内を通過後の冷媒を冷媒回路１に戻す冷媒戻り管路の構成のみが相違する。よって、以下の説明において、前述の第１実施形態と同様の構成については、図面にて同じ符号を付すと共に、詳細な説明を割愛する場合がある。

図２に示す本実施形態の冷蔵システムには、床面伝熱管３０ｃ内を通過後の冷媒を冷媒回路１に戻す冷媒戻り管路３６，３７，３８が設けられており、この冷媒戻り管路３６，３７，３８には、床面伝熱管３０ｃ内を通過後の冷媒の気液分離を行う気液分離器３５（気液分離部）が設けられている。

冷媒戻り管路３６，３７，３８としては、冷媒戻り管路３６と液相冷媒戻り管路３７と気相冷媒戻り管路３８とが設けられている。冷媒戻り管路３６は、床面昇温部３０の二次側ヘッダ３０ｂと気液分離器３５とを接続して床面伝熱管３０ｃ内を通過後の冷媒を気液分離器３５に供給する管路として設けられている。液相冷媒戻り管路３７は、気液分離器３５の液相冷媒吐出側と冷媒回路１の液相部である高圧液相冷媒管路３とを接続して気液分離器３５で分離された液相冷媒を高圧液相冷媒管路３に戻す管路として設けられている。気相冷媒戻り管路３８は、気液分離器３５の気相冷媒吐出側と冷媒回路１の気相部である低圧気相冷媒管路５とを接続して気液分離器３５で分離された気相冷媒を低圧気相冷媒管路５に戻す管路として設けられている。

このことで、上記床面伝熱管３０ｃ内を通流し放熱した冷媒に気相冷媒と液相冷媒とが含まれている場合であっても、気液分離器３５によりそれらが分離される。そして、気液分離器３５により分離された気相冷媒については、気相冷媒戻り管路３８を通じて冷媒回路１の気相部である低圧気相冷媒管路５に戻し、気液分離器３５で分離された液相冷媒については液相冷媒戻り管路３７を通じて冷媒回路１の液相部である高圧液相冷媒管路３に戻すことができる。よって、冷媒回路１における気相部及び液相部の状態が、気液が混在することなく好適なものに維持される。

気相冷媒戻り管路３８は、床面伝熱管３０ｃ内を通過後の冷媒から分離された気相冷媒を冷媒回路１の低圧部である低圧気相冷媒管路５に戻す低圧冷媒戻り管路に相当する。そして、このような低圧冷媒戻り管路３８には、通流する冷媒を減圧させる絞り部３９が設けられている。
このことで、床面伝熱管３０ｃ内を通過後に気液分離器３５で分離された気相冷媒を、冷媒ポンプ３２等によることなく低圧冷媒戻り管路３８を通じて高圧気相冷媒取出管路３１よりも低い圧力である冷媒回路１の低圧部である低圧気相冷媒管路５に戻すことができる。
また、液相冷媒戻り管路３７は、冷媒回路１の高圧部ではあるものの、圧縮機１１の吐出部近傍に接続された高圧気相冷媒取出管路３１よりも若干低圧な高圧液相冷媒管路３での膨張弁２１の流入側近傍に接続されている。このことから、高圧気相冷媒取出管路３１に設けた冷媒ポンプ３２を省略した場合であっても、圧力差のみで、冷媒回路１の高圧気相冷媒管路２から取り出した冷媒を、高圧気相冷媒取出管路３１を通じて床面昇温部３０の床面伝熱管３０ｃに供給し、当該床面伝熱管３０ｃ内を通過後の冷媒を冷媒戻り管路３６，３７，３８を通じて冷媒回路１に戻す状態で、冷媒を流動せることができる。

尚、本実施形態において、液相冷媒戻り管路３７を、高圧液相冷媒管路３に接続したが、当該高圧液相冷媒管路３と同じ冷媒回路１の液相部である低圧液相冷媒管路４に液相冷媒戻り管路３７を接続して、気液分離器３５で分離された液相冷媒を液相冷媒戻り管路３７から低圧液相冷媒管路４に戻すようにしても構わない。

また、本実施形態において、気相冷媒戻り管路３８を、低圧気相冷媒管路５に接続したが、当該低圧気相冷媒管路５と同じ冷媒回路１の気相部である高圧気相冷媒管路２に気相冷媒戻り管路３８を接続して、気液分離器３５で分離された気相冷媒を気相冷媒戻り管路３８から高圧気相冷媒管路２に戻すようにしても構わない。

１ 冷媒回路
２ 高圧気相冷媒管路（高圧部、気相部）
３ 高圧液相冷媒管路（高圧部、液相部）
４ 低圧液相冷媒管路（低圧部、液相部）
５ 低圧気相冷媒管路（低圧部、気相部）
１１ 圧縮機（圧縮部）
１２ 凝縮器
２０ａ 冷蔵室
２１ 膨張弁（膨張部）
２２ 蒸発器
２５ 出入口
２５ａ 床面
３０ 床面昇温部
３０ｃ 床面伝熱管
３１ 高圧気相冷媒取出管路
３２ 冷媒ポンプ
３３ 冷媒戻り管路（高圧冷媒戻り管路）
３５ 気液分離器（気液分離部）
３６ 冷媒戻り管路
３７ 冷媒戻り管路（液相冷媒戻り管路）
３８ 冷媒戻り管路（気相冷媒戻り管路、低圧冷媒戻り管路）
３９ 絞り部

Claims (6)

1. 圧縮部で圧縮した高圧気相冷媒を凝縮させる凝縮器と膨張部で膨張した低圧液相冷媒を蒸発させる蒸発器との間で冷媒を循環させる冷媒回路と、
   前記蒸発器で得られた冷熱により冷却される冷蔵室と、
   前記冷蔵室の出入口の床面に敷設されて当該床面を昇温させる床面昇温部と、を備えた冷蔵システムであって、
   前記床面昇温部が、前記冷媒回路を通流する前記高圧気相冷媒の熱を利用して前記床面を昇温させるものとして構成されている冷蔵システム。
2. 前記床面昇温部が、前記冷蔵室の出入口の床面に敷設された床面伝熱管を有して構成され、
   前記凝縮器の冷媒流入部側から前記高圧気相冷媒の少なくとも一部を取り出して前記床面伝熱管内に供給する高圧気相冷媒取出管路と、前記床面伝熱管内を通過後の冷媒を前記冷媒回路に戻す冷媒戻り管路と、を備えた請求項１に記載の冷蔵システム。
3. 前記冷媒戻り管路として、前記床面伝熱管内を通過後の冷媒を前記冷媒回路の高圧部に戻す高圧冷媒戻り管路を備え、
   前記高圧気相冷媒取出管路から前記床面伝熱管内を通じて前記高圧冷媒戻り管路に冷媒を送る冷媒ポンプを備えた請求項２に記載の冷蔵システム。
4. 前記高圧冷媒戻り管路が、前記凝縮器の冷媒流入部側において前記高圧気相冷媒取出管路の接続部よりも下流側に接続されている請求項３に記載の冷蔵システム。
5. 前記冷媒戻り管路として、前記床面伝熱管内を通過後の冷媒を前記冷媒回路の低圧部に戻す低圧冷媒戻り管路を備え、
   前記低圧冷媒戻り管路に、通流する冷媒を減圧させる絞り部を備えた請求項２〜４の何れか１項に記載の冷蔵システム。
6. 前記床面伝熱管内を通過後の冷媒の気液分離を行う気液分離部を備え、
   前記冷媒戻り管路として、前記気液分離部で分離された気相冷媒を前記冷媒回路の気相部に戻す気相冷媒戻り管路と、前記気液分離部で分離された液相冷媒を前記冷媒回路の液相部に戻す液相冷媒戻り管路と、を備えた請求項２〜５の何れか１項に記載の冷蔵システム。

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