JP6341481B2 - Refrigeration system - Google Patents
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Description
本発明は、冷凍システムに係り、特に、冬季など冷凍機の負荷が少ない場合でも、過冷却給湯機ユニットの給湯運転に必要な熱源を確保して、貯湯タンクの湯量を十分に確保するとともに、冷凍機と過冷却給湯機ユニットの発停頻度を抑えて、機器の信頼性を向上させることを可能とした冷凍システムに関するものである。 The present invention relates to a refrigeration system, and in particular, even when the load on the refrigerator is small, such as in winter, ensuring a heat source necessary for the hot water supply operation of the supercooled water heater unit, ensuring a sufficient amount of hot water in the hot water storage tank, The present invention relates to a refrigeration system that can improve the reliability of equipment by suppressing the frequency of start and stop of a refrigerator and a supercooled water heater unit.
従来から、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、ショーケースの冷却を行う冷凍機が多く用いられており、近年、冷凍機の排熱を有効利用するため、この冷凍機を流れる冷媒と熱交換を行うことにより、貯湯タンクの水を加熱して給湯を行う給湯機ユニットを設けた冷凍システムが開発されている。 Conventionally, stores such as supermarkets and convenience stores often use refrigerators that cool showcases, and in recent years, in order to effectively use the exhaust heat of refrigerators, heat exchange with the refrigerant flowing through these refrigerators is performed. A refrigeration system has been developed that includes a hot water supply unit that heats water in a hot water storage tank to supply hot water.
このような冷凍システムとして、従来から、例えば、冷蔵ショーケースを備えた第2冷媒回路の排熱を利用して給湯用水の温度を上昇させることができるとともに、第2空気熱交換器用送風機の運転を制御することで消費電力を低下させ、給湯システムを含む店舗全体のCOPを向上させ、冷蔵ショーケースを備えた店舗の省エネルギー化を図ることができるようにした技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 As such a refrigeration system, conventionally, for example, the temperature of the hot water supply water can be raised using the exhaust heat of the second refrigerant circuit provided with the refrigerated showcase, and the operation of the second air heat exchanger blower is performed. Has been disclosed to reduce power consumption, improve COP of the entire store including the hot water supply system, and save energy in stores equipped with refrigerated showcases (for example, Patent Document 1).
しかしながら、前記特許文献1に記載の発明においては、冷凍機は、省エネ運転を可能とした設定で運転を行うものであり、冬季など、冷凍機の冷却負荷が少ない時は、冷凍機の発停頻度が多くなるおそれがある。また、冷凍機が運転していない状態では、給湯機ユニットも連動して発停してしまうことから、給湯機ユニットの発停により、熱源を確保することができず給湯運転を維持することができなくなるという問題を有している。その結果、湯量を十分に確保することができず、貯湯タンクにおける湯量が不足してしまうおそれがあるという問題を有している。
However, in the invention described in
さらに、冷凍機と給湯機ユニットの発停頻度が多くなると、冷媒配管などの配管に負荷がかかってしまい、配管折れなどの機器の故障の原因にもなり、信頼性が低下してしまうという問題を有している。 Furthermore, if the frequency of starting and stopping of the refrigerator and the water heater unit is increased, a load is applied to the piping such as the refrigerant piping, which may cause failure of the equipment such as pipe breakage, resulting in a decrease in reliability. have.
本発明は前記した点に鑑みてなされたものであり、冬季など冷凍機の負荷が少ない場合でも、過冷却給湯機ユニットの給湯運転に必要な熱源を確保して、貯湯タンクの湯量を十分に確保するとともに、冷凍機と過冷却給湯機ユニットの発停頻度を抑えて、機器の信頼性を向上させることのできる冷凍システムを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above points, and even when the load on the refrigerator is small, such as in winter, the heat source necessary for the hot water supply operation of the supercooled water heater unit is secured, and the amount of hot water in the hot water storage tank is sufficiently increased. An object of the present invention is to provide a refrigeration system that can improve the reliability of equipment by ensuring the frequency of starting and stopping the refrigerator and the supercooled water heater unit.
前記目的を達成するために、本発明に係る冷凍システムは、ショーケースを冷却するため過冷却熱交換器を備えた冷凍機と、前記過冷却熱交換器とガスクーラとを備え、前記ガスクーラにより給湯を行う過冷却給湯機ユニットと、を備えてなる冷凍システムにおいて、前記過冷却給湯機ユニットの貯湯タンクの湯温が一定温度以下の場合、前記ショーケースの除霜運転を行うように制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記過冷却給湯機ユニットによる発停回数をカウントし、この発停回数が一定以上になった場合に、前記ショーケースの除霜運転を行うように制御することを特徴とする。 To achieve the above object, a refrigeration system according to the present invention includes a refrigerator having a supercooling heat exchanger for cooling a showcase, the supercooling heat exchanger, and a gas cooler, and hot water is supplied by the gas cooler. And a supercooling water heater unit that performs a control when the hot water temperature of the hot water storage tank of the supercooling water heater unit is equal to or lower than a certain temperature. An apparatus, and the control device counts the number of starts and stops by the supercooling water heater unit, and controls to perform the defrosting operation of the showcase when the number of starts and stops exceeds a certain value. It is characterized by.
また、本発明は、前記構成において、前記制御装置は、前記過冷却給湯機ユニットによる発停回数をカウントし、この発停回数が一定以上になった場合に、前記ショーケースの除霜運転を行うように制御することを特徴とする。 Further, according to the present invention, in the configuration, the control device counts the number of start / stops by the supercooling water heater unit, and performs the defrosting operation of the showcase when the number of start / stops exceeds a certain value. It controls to perform.
また、本発明は、前記構成において、前記制御装置は、前記除霜運転時に、前記冷凍機の負荷を高めるために必要な台数の前記ショーケースの除霜を行うことを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that, in the configuration, the control device defrosts the number of showcases necessary for increasing the load of the refrigerator during the defrosting operation.
本発明によれば、制御装置により、過冷却給湯機ユニットの貯湯タンクの湯温が一定温度以下となった場合に、冷凍機によりショーケースの除霜運転を行うように制御するようにしているので、冬季など外気温が低く、冷凍機の冷却負荷が少ない場合でも、除霜運転により冷凍機の冷却負荷を増大させることができ、冷凍機と過冷却給湯機ユニットの運転を維持させ、過冷却給湯機ユニットの給湯運転に必要な熱源を確保することが可能となる。その結果、貯湯タンクの湯量を十分に確保することができ、しかも、冷凍機と過冷却給湯機ユニットの発停頻度を抑えることにより、機器の信頼性を向上させることができる。 According to the present invention, when the hot water temperature of the hot water storage tank of the supercooling hot water supply unit becomes equal to or lower than a predetermined temperature, the control device controls the refrigerator to perform the defrosting operation of the showcase. Therefore, even when the outside air temperature is low and the cooling load of the refrigerator is low, such as in winter, the cooling load of the refrigerator can be increased by the defrosting operation, and the operation of the refrigerator and the supercooling water heater unit can be maintained. It becomes possible to secure a heat source necessary for the hot water supply operation of the cooling hot water supply unit. As a result, a sufficient amount of hot water in the hot water storage tank can be secured, and the reliability of the equipment can be improved by suppressing the frequency of starting and stopping the refrigerator and the supercooled water heater unit.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る冷凍システムの一実施形態を示したものであり、本実施形態においては、冷凍機の過冷却排熱を利用したヒートポンプ給湯システムの例を示している。 FIG. 1 shows an embodiment of a refrigeration system according to the present invention. In this embodiment, an example of a heat pump hot water supply system using supercooled exhaust heat of a refrigerator is shown.
本実施形態においては、冷凍システムは、例えば、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おける冷却設備と給湯設備の両者を備えた施設に設置されるものであり、店舗内に設置される各ショーケース2を冷却する冷凍機10と、この冷凍機10の冷媒を過冷却して冷凍機10の冷凍能力を向上させるとともに、この排熱を利用して給湯水を加熱する過冷却給湯機ユニット20とを備えている。
In the present embodiment, the refrigeration system is installed in a facility having both a cooling facility and a hot water supply facility in a store such as a supermarket or a convenience store, and each
冷凍機10は、ショーケース2のシステムを構成するものであり、冷凍用圧縮機11、送風ファン19を備えた冷凍用凝縮器12、過冷却熱交換器13、開閉弁14、冷凍用膨張弁15、蒸発器16およびアキュムレータ17を順次冷凍用冷媒配管18で接続して構成されている。本実施形態においては、冷凍用圧縮機11、冷凍用凝縮器12およびアキュムレータ17が、屋外に配置され、開閉弁14、冷凍用膨張弁15および蒸発器16が屋内に設置されるショーケース2に配置されている。
The
過冷却熱交換器13は、冷凍用凝縮器12で大気に放熱することにより冷却された冷凍機10の冷媒をさらに冷却するための熱交換器である。過冷却熱交換器13には、冷凍機10の冷凍用冷媒配管18と過冷却給湯機ユニット20の過冷却冷媒配管24とが冷媒の流れる方向が対向するように導通されており、これら冷凍用冷媒配管18を流れる冷媒と過冷却冷媒配管24を流れる冷媒とが互いに熱交換可能に構成されている。
The
また、過冷却給湯機ユニット20は、過冷却圧縮機21、ガスクーラ22、過冷却膨張弁23および過冷却熱交換器13を順次過冷却冷媒配管24で接続して構成されている。過冷却給湯機ユニット20の過冷却圧縮機21、ガスクーラ22、過冷却膨張弁23および過冷却熱交換器13は、同一のユニット内に収納されている。
The supercooling
ガスクーラ22は、過冷却冷媒配管24を流れる冷媒と水配管32を流れる水との間で熱交換を行い、給湯水を加熱して湯を沸かすための熱交換器である。ガスクーラ22には、過冷却冷媒配管24と水配管32とが流れる方向が対向するように導通されており、これら過冷却冷媒配管24を流れる冷媒と水配管32を流れる水とが互いに熱交換可能に構成されている。
The
ここで、本実施形態における過冷却給湯機ユニット20においては、冷媒として二酸化炭素が用いられている。二酸化炭素冷媒を用いた冷凍サイクルでは、高圧側が冷媒の臨界圧力を超える遷臨界サイクルとなるため、ガスクーラ22の過冷却冷媒配管24を流れる冷媒圧力は臨界圧力を超えているため、ガスクーラ22の過冷却冷媒配管24を流れる冷媒は凝縮せず、水配管32を対向して流れる水に熱を与えて冷却されるに従ってその温度が低下する。これにより、水配管32を流れる水を高温度にかつ高効率に加熱することができる。
Here, in the supercooled
また、過冷却給湯機ユニット20は、貯湯タンク31と、ガスクーラ22と、貯湯タンク31およびガスクーラ22を接続する水配管32とを備えている。そして、ガスクーラ22の出口側の水配管32は、貯湯タンク31の上部に接続されており、ガスクーラ22により加熱された後の給湯水を貯湯タンク31の上部に戻され、これにより、貯湯タンク31内部で温度成層上に湯を蓄えることが可能となる。
The supercooling
そして、貯湯タンク31の上部には、例えば、冷凍システムが設置される店舗の同一施設の給湯負荷設備に貯湯タンク31からの湯を供給するための給湯配管33が接続されており、貯湯タンク31の下部には、水道配管から水を給水するための図示しない給水配管が接続されている。そして、貯湯タンク31の上部から給湯配管33を介して給湯負荷設備に高温の湯が供給されるものであり、それに伴い、給水配管内を流れて貯湯タンク31の下部に冷水が供給されるように構成されている。
A hot
次に、本実施形態における冷凍システムの制御装置について説明する。
制御装置40は、例えば、一般的なマイクロコンピュータにより構成されており、制御装置40は、冷凍機10、過冷却給湯機ユニット20の動作をそれぞれ制御することができるように構成されている。
Next, the control device for the refrigeration system in the present embodiment will be described.
The
また、本実施形態においては、図1に示すように、冷凍機10の入口側の冷媒圧力を検出する冷媒圧力センサ41が設けられている。貯湯タンク31には、貯湯タンク31の下部に貯留された温水の温度を検出するための湯温センサ42および貯湯タンク31の出口側における水配管32の温度を検出するための配管温度センサ43がそれぞれ設けられている。さらに、図示しないが、外気温を検出する外気温センサやショーケース2の温度を検出する庫内温度センサなどが設けられている。これら各センサにより検出された検出結果は、制御装置40に送られるように構成されており、制御装置40は、冷凍機10の動作および過冷却給湯機ユニット20の動作の連携制御を行うように構成されている。
なお、ショーケース2の庫内温度設定などについては、制御装置40を介さずにショーケース2が備える制御ユニットから行うようにしてもよい。同様に、外気温センサにより冷凍機10の送風ファン19の回転数や膨張弁15の開度を調整する場合にも、制御装置40を介さずに冷凍機10が備える制御ユニットから行うようにしてもよい。
Moreover, in this embodiment, as shown in FIG. 1, the refrigerant |
Note that the internal temperature setting of the
そして、本実施形態においては、制御装置40は、冷媒圧力センサ41により検出される冷凍機10に送られる冷媒の圧力を監視し、この冷媒の圧力が一定の圧力以下となった場合に、冷凍機10の動作を停止する低圧カットによる制御が行われている。このような冷媒圧力の低圧カット制御のしきい値としては、例えば、冷媒圧力が4MPa以下となった場合に、冷凍機10の動作を停止するようになっている。
一方、制御装置40は、湯温センサ42により検出される貯湯タンク31の温水の温度を監視し、貯湯タンク31の温水の温度が一定温度以下となった場合に、過冷却給湯機ユニット20の動作を行い、一定温度以上となった場合には、過冷却給湯機ユニット20の動作を停止するように制御するように構成されている。
In this embodiment, the
On the other hand, the
さらに、制御装置40は、湯温センサ42により検出される貯湯タンク31の温水の温度を監視し、貯湯タンク31の温水の温度が一定温度以下となった場合に、冷凍機10によりショーケース2の除霜運転を行うように構成されている。このようにショーケース2の除霜運転を行うことにより、ショーケース2の内部温度が一時的に上昇することから、冷凍機10の冷却負荷が増大する。そして、冷却負荷が増大するため、その後にプルダウン運転を行うことにより、冷凍機10の動作を継続させることができるとともに、過冷却給湯機ユニット20の動作も継続させることができるようになっている。これにより、冷凍機10と過冷却給湯機ユニット20の運転を維持させ、過冷却給湯機ユニット20の給湯運転に必要な熱源を確保することが可能となる。
なお、ショーケース2の除霜運転は、すべてのショーケース2について行うようにしてもよいし、冷凍機10の冷却負荷を高めるために必要な台数のショーケース2について行うようにしてもよい。
Further, the
The defrosting operation of the
また、本実施形態においては、制御装置40は、過冷却給湯機ユニット20の動作および停止(発停)の回数をカウントし、発停回数が一定時間内に一定回数以上となった場合には、冷凍機10によりショーケース2の除霜運転を行うように構成されている。冬季などは外気温が低くなるため、冷凍機10が運転を停止することが多くなり、過冷却給湯機ユニット20により給湯を行うと、冷凍機10および過冷却給湯機ユニット20の発停回数が多くなってしまう。そのため、発停回数が一定以上の場合に、ショーケース2の除霜運転を行うことにより、冷凍機10の冷却負荷を増大させて冷凍機10と過冷却給湯機ユニット20の運転を維持させ、過冷却給湯機ユニット20の給湯運転に必要な熱源を確保することができるものである。
Moreover, in this embodiment, the
次に、本実施形態における冷凍システムの動作について説明する。
まず、第1の冷凍サイクル回路10において、冷凍用圧縮機11が運転されると、冷凍用圧縮機11から吐出された高温冷媒は、凝縮器12内に流入し、大気と熱交換して冷却される。凝縮器12で空冷された冷媒は、過冷却熱交換器13に流入し、過冷却冷媒配管24を流れる冷媒の蒸発作用により過冷却される。
Next, the operation of the refrigeration system in the present embodiment will be described.
First, in the first
過冷却熱交換器13から流出した高圧低温の液冷媒は、冷凍用膨張弁15で減圧された後、蒸発器16内に流入して蒸発し、これにより、ショーケース2の庫内は所定の温度に冷却される。そして、ショーケース2の蒸発器16から流出した冷媒は、冷凍用圧縮機11に戻される。
The high-pressure and low-temperature liquid refrigerant that has flowed out of the
また、過冷却給湯機ユニット20の運転を行う場合は、過冷却圧縮機21を運転することにより、過冷却圧縮機21から吐出された高温冷媒は、ガスクーラ22の内部に流入し、水配管32を流れる給湯水と熱交換することで冷却される。ガスクーラ22において、二酸化炭素冷媒は超臨界状態であるので、凝縮せずに水との熱交換により冷却されるに従ってその温度が低下する。ここで、過冷却冷媒配管24と水配管32とは対向流となるように設けられているため、熱交換に伴う温度勾配をもつ超臨界冷媒と、水との効率的な熱交換が可能となる。これにより高温の湯を高効率で沸かすことが可能となる。
When the supercooling
そして、ガスクーラ22において冷却された冷媒は、過冷却膨張弁23にて減圧された後、過冷却熱交換器13に流入する。過冷却熱交換器13において、過冷却冷媒配管24を流れる冷媒は、冷凍用冷媒配管18を流れる冷媒と熱交換を行い、冷凍機10の冷媒は、過冷却給湯機ユニット20の冷媒の蒸発作用により過冷却される。
The refrigerant cooled in the
そして、過冷却熱交換器13を流出した冷媒は、過冷却圧縮機21に戻される。このように、過冷却給湯機ユニット20が連続的に動作することで、過冷却給湯機ユニット20による冷凍機10の冷媒の過冷却と、当該排熱を用いた給湯水の加熱を行うことが可能となる。
Then, the refrigerant that has flowed out of the
また、貯湯タンク31から取り出された低温の水は、ガスクーラ22に流入され、ガスクーラ22において、過冷却冷媒配管24を流れる高温冷媒と熱交換して加熱され、水配管32を介して、貯湯タンク31の上部より貯湯タンク31の内部に流入する。そして、貯湯タンク31に貯湯される給湯水が所定量に達した場合には、制御装置40により貯湯運転を停止するものである。
Further, the low-temperature water taken out from the hot
次に、本実施形態における制御動作について、図2に示すフローチャートを参照して説明する。
本実施形態においては、制御装置40は、冷媒圧力センサ41による冷媒圧力および湯温センサ42による湯温を監視し、冷媒圧力が一定の圧力以下となったか否かを判断する(ST1)。そして、制御装置40は、冷媒圧力が一定の圧力以下でない場合には(ST1:NO)、冷凍機10の運転を開始し(ST2)、冷媒圧力が一定の圧力以下でない場合は(ST1:YES)、冷凍機10の運転を停止する(ST8)。
Next, the control operation in this embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
In the present embodiment, the
冷凍機10の運転を開始した場合、貯湯タンク31の下部温水の湯温を湯温センサ42により検出し、湯温が50℃以上の場合は(ST3:YES)、過冷却給湯機ユニット20が停止状態にあるか否かを判断し(ST9)、停止状態にある場合には(ST9:YES)、過冷却給湯機ユニット20を停止させる(ST11)。過冷却給湯機ユニット20が停止状態にない場合で(ST9:NO)、貯湯タンク31の出口側の配管温度が50℃以上の場合も(ST10:YES)、同様に、冷却給湯機ユニット20を停止させる(ST11)。
When the operation of the
一方、貯湯タンク31の下部温水の湯温が50℃以上でない場合(ST3:NO)、および貯湯タンク31の出口側配管温度が50℃以上でない場合(ST10:NO)には、過冷却給湯機ユニット20の運転を行う(ST4)。
On the other hand, when the hot water temperature of the lower hot water in the hot
制御装置40は、過冷却給湯機ユニット20の発停回数をカウントする。そして、過冷却給湯機ユニット20の発停回数が一定時間内に一定回数以上となった場合には(ST5:YES)、一定時間前にショーケース2の除霜運転を行ったか否か判断し(ST6)、除霜運転を行っていない場合には(ST6:NO)、所定台数のショーケース2の除霜運転を行う(ST7)。一方、一定時間前にショーケース2の除霜運転を行った場合には(ST6:YES)、除霜運転は行わず、通常の制御を繰り返して行うようになっている。また、過冷却給湯機ユニット20の発停回数が一定時間内に一定回数以上となっていない場合にも(ST5:NO)、除霜運転は行わず、通常の制御を繰り返して行うようになっている。
The
このように除霜運転を行うことにより、冷凍機10の冷却負荷が増大するため、除霜運転後のプルダウン運転により、冷凍機10の運転が継続して行われるとともに、過冷却給湯機ユニット20の運転が継続して行われることになり、過冷却給湯機ユニット20の給湯運転に必要な熱源を確保することが可能となる。
Since the cooling load of the
このように制御することにより、図3に示すように、除霜運転により冷凍機10の冷却負荷を増大させて、その後にプルダウン運転を行うことになるため、冷凍機10および過冷却給湯機ユニット20の発停回数を低減させることができるとともに、発停回数を低減させた場合でも、貯湯タンク31における湯温を確保することができるものである。
By controlling in this way, as shown in FIG. 3, the cooling load of the
以上述べたように、本実施形態においては、制御装置40により、過冷却給湯機ユニット20の貯湯タンクの湯温が一定温度以下となり、過冷却給湯機ユニット20の発停回数が一定以上になった場合に、冷凍機10によりショーケース2の除霜運転を行うように制御するようにしているので、冬季など外気温が低く、冷凍機10の冷却負荷が少ない場合でも、除霜運転により冷凍機10の冷却負荷を増大させることができ、冷凍機10と過冷却給湯機ユニット20の運転を維持させ、過冷却給湯機ユニット20の給湯運転に必要な熱源を確保することが可能となる。その結果、貯湯タンク31の湯量を十分に確保することができ、しかも、冷凍機10と過冷却給湯機ユニット20の発停頻度を抑えることにより、機器の信頼性を向上させることができる。
As described above, in the present embodiment, the
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能である。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible based on the meaning of this invention.
2 ショーケース
10 冷凍機
11 冷凍用圧縮機
12 過冷却凝縮器
13 過冷却熱交換器
14 開閉弁
15 冷凍用膨張弁
16 蒸発器
17 アキュムレータ
18 冷凍用冷媒配管
19 送風ファン
20 過冷却給湯機ユニット
21 過冷却圧縮機
22 ガスクーラ
23 過冷却膨張弁
24 過冷却冷媒配管
31 貯湯タンク
32 水配管
33 給湯配管
40 制御装置
41 冷媒圧力センサ
42 湯温センサ
2 Showcase 10
Claims (2)
前記過冷却給湯機ユニットの貯湯タンクの湯温が一定温度以下の場合、前記ショーケースの除霜運転を行うように制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記過冷却給湯機ユニットによる発停回数をカウントし、この発停回数が一定以上になった場合に、前記ショーケースの除霜運転を行うように制御することを特徴とする冷凍システム。 In a refrigeration system comprising: a refrigerator having a supercooling heat exchanger for cooling a showcase; and a supercooling water heater unit that includes the supercooling heat exchanger and a gas cooler and supplies hot water by the gas cooler. ,
When the hot water temperature of the hot water storage tank of the supercooling water heater unit is equal to or lower than a certain temperature, a control device is provided for controlling the defrosting operation of the showcase ,
The control device counts the number of times of start / stop by the supercooling hot water supply unit, and controls to perform the defrosting operation of the showcase when the number of start / stop becomes equal to or greater than a certain value. Refrigeration system.
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