JP5990985B2 - 冷凍システムおよび冷凍システムにおける散水方法 - Google Patents

Description

本発明は、凝縮器に散水することにより、冷凍機の冷凍能力を高める冷凍システムおよび冷凍システムにおける散水方法に関する。

スーパーマーケットやコンビニエンスストアなどの店舗では、店内に冷蔵ショーケースが設置してあり、店外に冷凍機が設置してある。これら、冷蔵ショーケースと冷凍機とは冷凍サイクルを構成する。そして、冷凍機から冷蔵ショーケースに冷媒（液冷媒）を供給し、冷蔵ショーケースから冷凍機に冷媒（ガス冷媒）を回収する。冷凍機から冷蔵ショーケースに供給した冷媒は、冷蔵ショーケースに内蔵した蒸発器で蒸発し、冷蔵ショーケースの内部（庫内）を冷却する。このように、蒸発器で冷媒が蒸発すると、蒸発器のまわりを流れる空気に含まれる水蒸気が氷結し、霜となって蒸発器に付着する。蒸発器に付着した霜は、適宜のタイミングで行われる除霜運転により融解し、ドレン水（除霜水）となる。

ドレン水は、売り場床面に設けた排水設備により店外に排出されるが、売り場床面に排水設備を持たない小規模の店舗では、冷蔵ショーケースに付設した容器（ドレンタンク）に溜められ、時期をみてドレンタンクを排水設備まで運んで捨てている（たとえば、特許文献１参照）。

また、外気温度の上昇等により、冷凍機の冷凍負荷が大きくなった場合に、容器に溜められたドレン水を冷凍機を構成する凝縮器に散水し、冷凍機の冷凍能力を高める冷凍システムが知られている（たとえば、特許文献２参照）。

特開２００５−１１４２１７号公報 特開２００１−５０６００号公報

ところで、除霜直後のドレン水の水温は夏期でも５°Ｃ前後であり、夏期の水道水の水温（２１°Ｃ程度）に比べても十分に低く、ドレン水を凝縮器に散水すれば水道水を散水する場合よりも凝縮器を効率的に冷却することができ、冷凍機の冷凍能力を効率的に高めることができる。

しかしながら、上述した冷凍システムは、圧縮機の高圧側の圧力（吐出側の圧力）が設定値以上となった場合にドレン水を凝縮器に散水するので、除霜後のプルダウン運転（冷却運転）が予定される場合でも圧縮機の高圧側の圧力が設定値以上にならない限り、ドレン水を凝縮器に散水することはない。また、除霜により生じたドレン水が満水になった場合には、直後にプルダウン運転が予定されるにもかかわらず、排水することが求められる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、凝縮器を効率的に冷却することができ、冷凍機の冷凍能力を効率的に高めることができる冷凍システムおよび冷凍システムにおける散水方法を提供することを目的にする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、凝縮器を備えた冷凍機と、前記冷凍機から冷媒が供給される冷蔵ショーケースと、前記凝縮器に散水する散水機とにより構成された冷凍システムにおいて、前記冷蔵ショーケースを除霜運転した場合に生じるドレン水を溜める容器と、前記除霜運転の終了を検知した場合に、前記容器に溜めたドレン水を前記散水機に供給し、該散水機から前記凝縮器へと散水させる制御手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記冷蔵ショーケースが複数台設置され、前記冷凍機から複数台の冷蔵ショーケースに冷媒を供給する場合に、複数台の冷蔵ショーケースのうち、除霜運転を終了した一台の冷蔵ショーケースから前記散水機にドレン水を供給することを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、一台の冷凍機に対して一台の散水機と複数台の冷蔵ショーケースを設置した系列を複数有し、一の系列から異なる系列にバイパス配管をつなぎ、一の系列に属する一台の冷蔵ショーケースから異なる一の系列の散水機にドレン水を供給することを特徴とする。

また、本発明は、冷蔵ショーケースを除霜運転した場合に生じるドレン水を容器に溜める工程と、前記除霜運転の終了を検知した場合に、前記容器に溜めたドレン水を散水機に供給し、前記散水機から凝縮器に散水する工程とを備えたことを特徴とする。

本発明にかかる冷凍システムは、冷蔵ショーケースを除霜運転した場合に生じるドレン水を容器に溜めるとともに、除霜運転を終了した場合に容器に溜めたドレン水を散水機に供給するので、凝縮器を効率的に冷却することができ、冷凍機の冷凍能力を効率的に高めることができる。

また、本発明にかかる冷凍システムにおける散水方法は、冷蔵ショーケースを除霜運転した場合に生じるドレン水を容器に溜める工程と、除霜運転を終了した場合に容器に溜めたドレン水を散水機に供給し、散水機から凝縮器に散水する工程とを備えたので、凝縮器を効率的に冷却することができ、冷凍機の冷凍能力を効率的に高めることができる。

図１は、本発明の実施の形態１である冷凍システムを示す概念図である。 図２は、本発明の実施の形態２である冷凍システムにおいて、一台の冷蔵ショーケースが除霜を終了した場合の散水を説明する図である。 図３は、本発明の実施の形態２である冷凍システムにおいて、同時に二台の冷蔵ショーケースが除霜を終了した場合の散水を説明する図である。 図４は、本発明の実施の形態３である冷凍システムを示す概念図である。

以下に、本発明にかかる冷凍システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１である冷凍システムを示す概念図である。本発明の実施の形態１である冷凍システム１０は、スーパーマーケットやコンビニエンスストアなどの店舗に設置される。本発明の実施の形態１である冷凍システムは、図１に示すように、冷蔵ショーケース２０と冷凍機３０とが１対１の関係にあり、店内に冷蔵ショーケース２０が設置してあり、店外に冷凍機３０が設置してある。これら冷蔵ショーケース２０と冷凍機３０とは冷凍サイクルを構成し、これらは統合コントローラ４０によって統括的に制御される。

冷蔵ショーケース２０は、前面が開口したオープン型の冷蔵ショーケースであって、商品を収納する庫内には、上下方向に複数段の棚２１が設けてある。また、棚２１の奥方には、通風ダクト２２が設けてある。通風ダクト２２は、庫内の空気を循環させるためのもので、庫内の空気は通風ダクト２２を通り、庫内を循環する。また、通風ダクト２２の内部には、蒸発器２３が設けてある。蒸発器２３は、冷凍機３０から冷媒配管５０を通り供給された冷媒を蒸発させるためのもので、これにより、蒸発器２３のまわりを通過する空気が冷却される。

冷媒配管５０の蒸発器側には、電磁開閉弁（図示せず）が設けてある。電磁開閉弁は、冷媒の供給を調整するためのもので、電磁開閉弁に接続されたコントローラ（図示せず）によって開閉制御される。コントローラには、電磁開閉弁のほか、庫内に設置した庫内温度センサ（図示せず）が接続してある。コントローラは、冷蔵ショーケース２０の制御を司るもので、設定された庫内温度と庫内温度センサが計測した温度（庫内温度）とを比較し、電磁開閉弁を開閉制御するとともに、除霜時刻になると、電磁開閉弁を閉塞することにより、除霜運転を開始する。

また、棚２１の下方には、ドレンパン２４が設けてある。ドレンパン２４は、除霜運転を開始することにより生じたドレン水（除霜水）を集めるためのもので、蒸発器２３のまわりから融解したドレン水は、ドレンパン２４に集められる。ドレンパン２４の下方には、受け皿や水槽などの容器２５が備えてあり、ドレンパン２４に集められたドレン水は、ドレンパン２４に接続されたホース２４１を通り、容器２５に溜められる。容器２５には、液面計２６が設けてある。液面計２６は、容器２５に溜められたドレン水の液面を計測するためのもので、これにより、容器２５に溜められたドレン水の容量が計測される。

冷凍機３０は、冷蔵ショーケース２０に高圧の液冷媒を供給するとともに、冷蔵ショーケース２０から低圧のガス冷媒を回収するもので、本実施の形態では、圧縮機３１、凝縮器３２のほかにインバータ３３および圧力センサ３４を備えたインバータ冷凍機を用いる。インバータ冷凍機は、冷媒圧力が圧力設定値になるように制御するもので、圧力設定値を上げると、冷凍機３０の冷凍能力と消費電力が減少する特性を有している。

統合コントローラ４０は、冷蔵ショーケース２０の運転情報（電磁開閉弁オン・オフ情報、庫内温度など）と冷凍機３０の運転情報（圧縮機吸入圧力、圧縮機回転数など）とを収集して、制御アルゴリズムにしたがって冷凍機３０を運転制御するもので、あらかじめ入力された設定値、現在時刻、制御パラメータ、運転スケジュールなどが記憶してある。

また、統合コントローラ４０は、電磁弁監視・演算部、圧力設定値演算部、回転数指令演算部、散水判定部、散水機制御部を有しており、記憶してある設定値に基づいて制御する。

電磁弁監視・演算部は、冷蔵ショーケース２０から出力された電磁開閉弁の運転信号を監視する部分であり、一定時間ごとの運転率を算出したり、オン状態継続時間を求めたりする。圧力設定値演算部は、電磁弁監視・演算部で求めた運転率やオン状態継続時間に基づいて冷凍機３０が吸入すべき冷媒の圧力（設定圧力）を算出する部分であり、算出した冷媒の圧力が一定時間、設定圧力となる。回転数指令演算部は、圧縮機３１の回転数を算出する部分であり、設定圧力と冷凍機３０の圧力センサ３４から得られた圧力との差分（偏差）に基づいて圧縮機３１の回転数を求めインバータ３３を制御する。

具体的には、冷蔵ショーケース２０の冷却負荷と冷凍機３０の冷凍能力とが一致するように制御する。たとえば、冷蔵ショーケース２０の冷却負荷に対して冷凍機３０の冷凍能力が不足する場合（ショーケース負荷＞冷凍機能力）には、圧力設定値を下げて冷凍機３０の冷凍能力を上げ、冷蔵ショーケース２０の冷却負荷に対して冷凍機３０の冷凍能力が過剰の場合（ショーケース負荷＜冷凍機能力）には、圧力設定値を上げて冷凍機３０の冷凍能力を下げる。

また、統合コントローラ４０は、除霜機能、照明調光機能、警報出力機能、各種データ表示機能などを有し、冷凍システム１０の統合的な制御を行う。

また、本発明の実施の形態１である冷凍システム１０は、散水機６０を備えている。散水機６０は、冷凍機３０を構成する凝縮器３２に散水するためのもので、給水ポンプ６１が容器２５から汲み上げたドレン水がドレン配管６２を通り散水機６０に供給される。また、ドレン配管６２には、バルブ６３を介して水道管が接続してあり、散水する水がドレン水では不十分である場合などには水道水が散水機６０に供給される。

散水機６０および給水ポンプ６１は、統合コントローラ４０から送信された制御信号に基づいて制御され、散水機６０および給水ポンプ６１の運転情報は統合コントローラ４０に送信される。散水機６０は、コントローラ（図示せず）を備えており、統合コントローラ４０（散水機制御部）からの制御信号を受けて散水を開始または停止する一方、その運転情報を統合コントローラ４０（散水機制御部）に送信する。

上述した本発明の実施の形態１である冷凍システム１０は、除霜時刻がくると、統合コントローラ４０からの制御信号により、冷蔵ショーケース２０が電磁開閉弁を閉塞し、冷蔵ショーケース２０が除霜運転を開始する。これにより、冷蔵ショーケース２０に冷媒を供給する必要がなくなり、冷凍機３０も運転を停止する。

冷蔵ショーケース２０が除霜運転を開始すると、冷蔵ショーケース２０の蒸発器２３に付着した霜が徐々に融解しドレン水となる。ドレン水は、ドレンパン２４に集められ、容器２５に溜められる。たとえば、冷媒の蒸発温度が−１０°Ｃ程度に設定した冷蔵ショーケース２０では、１時間に約５°Ｃのドレン水が２〜３リットル発生し、容器２５に溜められる。

容器２５に溜められたドレン水が満水になると、冷蔵ショーケース２０からの制御信号により、統合コントローラ４０は、給水ポンプ６１と散水機６０を稼働し、散水機６０から凝縮器３２にドレン水を散水させる。

また、冷蔵ショーケース２０が除霜運転を終了すると、冷蔵ショーケース２０からの制御信号により、統合コントローラ４０が給水ポンプ６１と散水機６０を稼働し、散水機６０から凝縮器３２にドレン水を散水させる。

その後、統合コントローラ４０は、冷蔵ショーケース２０のプルダウン運転を開始する。これにより、冷凍機３０が運転を再開するとともに、冷蔵ショーケース２０が電磁開閉弁を開閉制御する。

そして、プルダウン運転の途中で容器２５に溜められたドレン水がなくなったら、統合コントローラ４０は給水ポンプ６１を停止するとともにバルブ６３を開き、水道水を散水機６０に供給する。これにより、散水機６０が凝縮器３２に継続して散水する。

冷蔵ショーケース２０のプルダウン運転が終了すると、統合コントローラ４０は、給水ポンプ６１と散水機６０を停止し、冷蔵ショーケース２０は、通常運転に移行する。

また、通常運転中に冷凍機３０の冷凍負荷が増大した場合には、統合コントローラ４０が給水ポンプ６１と散水機６０を稼働し、散水機６０から凝縮器３２にドレン水を散水させる。散水の途中でドレン水がなくなったら、給水ポンプ６１を停止するとともにバルブ６３を開き、水道水を散水機６０に供給する。これにより、散水機６０が凝縮器３２に継続して散水する。

そして、冷凍機３０の冷凍負荷が減少した場合には、統合コントローラ４０が給水ポンプ６１と散水機６０を停止する。

上述した本発明の実施の形態１である冷凍システム１０は、冷蔵ショーケース２０がプルダウン運転を開始すると、統合コントローラ４０が給水ポンプ６１と散水機６０を稼働し、散水機６０から凝縮器３２にドレン水を散水するので、凝縮器３２を効率的に冷却できる。これにより、プルダウン運転により、冷凍機３０の冷凍負荷が増大する場合であっても、冷凍機３０の冷凍能力を効率的に高めることができる。

実施の形態２
図２および図３は、本発明の実施の形態２である冷凍システムを示す概念図である。本発明の実施の形態２である冷凍システムは、図２および図３に示すように、冷蔵ショーケース２０と冷凍機３０とが多（ｎ）対１の関係にあり、店内に複数台の冷蔵ショーケース２０が設置してあり、店外に冷凍機３０が設置してある。これら複数台の冷蔵ショーケース２０と冷凍機３０とは冷凍サイクルを構成し、これらは統合コントローラ（図示せず）によって統括的に制御される。

なお、本発明の実施の形態２である冷凍システムは、冷蔵ショーケース２０と冷凍機３０とが多対１の関係にあり、統合コントローラが複数台の冷蔵ショーケース２０を統括的に制御する点を除いて、上述した実施の形態１と共通するので、特徴的な点について説明し、共通する点については説明を省略する。

上述したように、本発明の実施の形態である冷凍システムは、冷蔵ショーケース２０と冷凍機３０とが多（ｎ）対１の関係にあり、冷凍機３０から同一系統に属する複数台の冷蔵ショーケース２０（ケース１１〜ケース１３，ケース２１〜ケース２３）に冷媒（液冷媒）を供給するとともに、複数台の冷蔵ショーケース２０から冷凍機３０に冷媒（ガス冷媒）を回収する。

また、本発明の実施の形態２である冷凍システムは、一台の冷凍機３０に対して一台の散水機６０を備えており、同一系統に属する複数台の冷蔵ショーケース２０のうち除霜が終了した一台の冷蔵ショーケース２０から散水機６０にドレン水を供給する。

同一系統に属する複数台の冷蔵ショーケース２０（ケース１１〜ケース１３，ケース２１〜ケース２３）の除霜開始時刻、除霜時間、実施回数は、統合コントローラに記憶した運転スケジュールによって決まる。したがって、図２に示す例では、系統１に属する冷蔵ショーケース２０（ケース１１〜ケース１３）のうち、除霜が終了した冷蔵ショーケース２０（ケース１２）から散水機６０にドレン水を供給する。一方、図３に示すように、除霜が終了した冷蔵ショーケース２０（ケース２１，ケース２３）が複数台存在する場合もある。この場合には、予め定めた規則にしたがって順番にドレン水を供給する。規則にはいろいろのものが想定されるが、散水する順番、散水時間など、任意に決めることができる。たとえば、散水する順番は冷蔵ショーケースのケース番号順、散水時間は設定した時間、あるいはドレン水がなくなるまで、に決めることができる。なお、規則にしたがって順番を待っているときに、容器が満水になった場合には、排水バルブを開き排水設備に排水する。

そして、一台の冷蔵ショーケース２０（ケース２１）から散水機６０にドレン水を供給し、その冷蔵ショーケース２０（ケース２１）のドレン水がなくなった場合でも、引き続き散水が必要なときには、次の順番の冷蔵ショーケース２０（ケース２３）にドレン水があるか否かを確認し、ある場合にはその冷蔵ショーケース２０（ケース２３）から散水機６０にドレン水を供給する。そして、同一系統に属する複数台の冷蔵ショーケース２０（ケース２１〜ケース２３）のすべてにドレン水がない場合には、バルブ６３を開放し、水道水を散水機６０に供給する。

また、プルダウン運転中の冷蔵ショーケース２０がない場合でも、冷凍機３０の冷凍負荷が増大した場合には、冷蔵ショーケース２０から散水機６０にドレン水を供給し、散水機６０から凝縮器に散水する。

実施の形態３
図４は、本発明の実施の形態３である冷凍システムを示す概念図である。本発明の実施の形態３である冷凍システムは、図４に示すように、複数の系統で構成され、一つの系統において、冷蔵ショーケース２０と冷凍機３０とは多（ｎ）対１の関係にある。

本発明の実施の形態３である冷凍システムは、同一系統（系統１）に属する冷蔵ショーケース２０（ケース１１〜ケース１３）のいずれにもドレン水が溜まっていない場合に、異なる系統（系統２）に属する冷蔵ショーケース２０（ケース２３）からドレン水を融通するものである。したがって、系統（系統１）と系統（系統２）とをつなぐバイパス配管６７が設けてあり、これらをつなぐバルブ６８，６９を開閉制御することにより、異なる系統に属する冷蔵ショーケース２０（ケース２３）からドレン水を融通する。

散水する順番、散水時間は、予め定めた規則に従うことになるが、たとえば、散水する順番は、系統番号順、系統内ケース番号順、散水時間は設定した時間、あるいはドレン水がなくなるまで、に決めることができる。

そして、一台の冷蔵ショーケース２０から散水機６０にドレン水を供給し、その冷蔵ショーケース２０のドレン水がなくなった場合でも、引き続き散水が必要なときには、次の順番の冷蔵ショーケース２０にドレン水があるか否かを確認し、ある場合にはその冷蔵ショーケース２０から散水機６０にドレン水を供給する。そして、冷蔵ショーケースのすべてにドレン水がない場合には、バルブ６３を開放し、水道水を散水機６０に供給する。

また、異なる系統（系統１）に属する冷凍機３０の凝縮器に給水している途中でその冷蔵ショーケース２０（ケース２３）が属する系統（系統２）の冷凍機３０（冷凍機２）の冷凍負荷が増大した場合や、同一系統（系統２）に属する冷凍機３０（冷凍機２）の冷凍負荷と異なる系統（系統１）に属する冷凍機３０（系統１）の冷凍負荷が増大した場合は、予め設定した優先順位にしたがう。

優先順位は、いろいろと考えられるが、冷凍機３０の冷凍負荷が大きい系統を優先する、底温度帯の冷蔵ショーケース２０が多い系統を優先する、属する系統を優先する、など任意に設定可能である。そして、ドレン水を散水機６０に供給できない場合には、バルブ６３を開き水道水を供給する。

また、異なる系統にドレン水を供給するか否かを設定可能にし、異なる系統にドレン水を供給すると設定した場合だけドレン水を融通してもよい。異なる系統にドレン水を供給しないと設定した場合には、上述した実施の形態２である冷凍システムと同じ制御となる。

１０ 冷凍システム
２０ 冷蔵ショーケース
２１ 棚
２２ 通風ダクト
２３ 蒸発器
２４ ドレンパン
２４１ ホース
２５ 容器
２６ 液面計
３０ 冷凍機
３１ 圧縮機
３２ 凝縮器
３３ インバータ
３４ 圧力センサ
４０ 統合コントローラ
５０ 冷媒配管
６０ 散水機
６１ 給水ポンプ
６２ ドレン配管
６３ バルブ
６７ バイパス配管
６８，６９ バルブ

Claims (5)

1. 凝縮器を備えた冷凍機と、前記冷凍機から冷媒が供給される冷蔵ショーケースと、前記凝縮器に散水する散水機とにより構成された冷凍システムにおいて、
   前記冷蔵ショーケースを除霜運転した場合に生じるドレン水を溜める容器と、
   前記除霜運転の終了を検知した場合に、前記容器に溜めたドレン水を前記散水機に供給し、該散水機から前記凝縮器へと散水させる制御手段とを備えることを特徴とする冷凍システム。
2. 前記ドレン水を前記容器から前記散水機へと供給するドレン配管には、前記ドレン水とは異なる水を該ドレン配管に導入して前記散水機に供給するためのバルブが備えられ、
   前記制御手段は、前記容器に溜めたドレン水が不足した場合に前記バルブを切り替えて前記水を前記散水機へと供給し、該散水機から前記凝縮器へと散水させることを特徴とする請求項１に記載の冷凍システム。
3. 前記冷蔵ショーケースが複数台設置され、前記冷凍機から複数台の冷蔵ショーケースに冷媒を供給する場合に、複数台の冷蔵ショーケースのうち、除霜運転を終了した一台の冷蔵ショーケースから前記散水機にドレン水を供給することを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍システム。
4. 一台の冷凍機に対して一台の散水機と複数台の冷蔵ショーケースを設置した系列を複数有し、一の系列から異なる系列にバイパス配管をつなぎ、一の系列に属する一台の冷蔵ショーケースから異なる一の系列の散水機にドレン水を供給することを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍システム。
5. 冷蔵ショーケースを除霜運転した場合に生じるドレン水を容器に溜める工程と、
   前記除霜運転の終了を検知した場合に、前記容器に溜めたドレン水を散水機に供給し、前記散水機から凝縮器に散水する工程と
   を備えたことを特徴とする冷凍システムにおける散水方法。

Images