JP6630495B2 - 冷凍・冷蔵ショーケース - Google Patents

Description

本発明は、スーパーマーケットやコンビニエンスストア等において、冷凍食品や生鮮食品等を陳列するために用いられる冷凍・冷蔵ショーケースに関する。

スーパーマーケットやコンビニエンスストア等には、冷凍食品や生鮮食品等を冷凍または冷蔵しながら陳列するために、冷凍・冷蔵ショーケースが配置されている。この冷凍・冷蔵ショーケースは、外箱と内箱とにより構成されたケース本体と、外箱と内箱との間に形成された通風路内に設置される蒸発器及び送風機と、を備えている。この蒸発器は、内部に流入する冷媒が蒸発する際に、該蒸発器周辺の空気の熱を奪うことにより冷却するようになっており、この蒸発器により形成された冷気が前記送風機によりケース本体の貯蔵室に送り出されて、貯蔵室に陳列する冷凍食品や生鮮食品等を冷凍または冷蔵している。

このような冷凍・冷蔵ショーケースにあっては、蒸発器の冷却運転を続けることによって、蒸発器に着霜が生じるようになり、蒸発器の冷却能力が低下してしまうという問題があるため、特許文献１に示されるような冷凍・冷蔵ショーケースが開発されている。この冷凍・冷蔵ショーケースは、適当時間間隔で冷却器（蒸発器）を停止させ、ヒータにより加温することにより、冷却器を除霜している。

実公平７−１２８６１号公報（第２頁、第１図）

しかしながら、特許文献１の冷凍・冷蔵ショーケースにあっては、冷却器の外部からヒータの熱により除霜を行っていたため、冷却器全体に均一にヒータの熱が行き届かず、冷却器の一部に霜残りが発生することがあった。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、蒸発器の隅々まで除霜することができる冷凍・冷蔵ショーケースを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の冷凍・冷蔵ショーケースは、
伝熱管内部で冷媒を蒸発させることにより周囲の空気を冷却する蒸発器を備え冷凍サイクルを用いて庫内を冷却する冷凍・冷蔵ショーケースであって、
前記冷凍・冷蔵ショーケースは、少なくとも１つの前記蒸発器と、前記蒸発器内に供給される冷媒の蒸発圧力を調整する蒸発圧力調整装置と、を備えており、
前記蒸発圧力調整装置は、２つ設けられる前記冷媒用の流通経路と、前記２つの流通経路を上流側交点で切り換える切換手段と、を備え、一方の流通経路には、圧力調整弁が設けられ、
前記蒸発器は、前記蒸発圧力調整装置により、該蒸発器内の前記冷媒が所定の蒸発圧力となる冷却運転パターンと、該蒸発器内の前記冷媒が前記所定の蒸発圧力よりも高い蒸発圧力となる除霜運転パターンと、にそれぞれ切り換えられることを特徴としている。
この特徴によれば、蒸発圧力調整装置によって蒸発器を除霜運転パターンに切り換えることにより、除霜運転パターン時には、冷媒の温度が冷却運転パターン時の冷媒の温度よりも高い蒸発温度で冷媒を蒸発させることができ、伝熱管内部から伝えられる熱により伝熱管の外面に付着した霜を除霜することができるため、蒸発器の隅々まで除霜することができる。加えて、２つの流通経路を上流側交点で切り換える切換手段により蒸発圧力調整装置の構造及び各蒸発器の運転パターン切換制御を簡素化できる。

前記蒸発圧力調整装置は、前記蒸発器よりも下流側に設けられていることを特徴としている。
この特徴によれば、蒸発圧力調整装置により各蒸発器の下流側で冷媒の圧力を調整する構造であるため、各蒸発器内の冷媒の蒸発圧力を安定して調整できる。

前記一方の流通経路には、前記圧力調整弁の下流側に逆止弁が設けられていることを特徴としている。
この特徴によれば、切換手段を一方の流通経路側に切り換えた際に、下流側の冷媒が、圧力調整弁側に逆流するのを防ぐことができる。

実施例における冷凍・冷蔵ショーケースを示す側断面図である。 冷凍サイクルの配管系統の構造を示すブロック図である。 蒸発器の構造を示すブロック図である。 蒸発器の構造を示す一部分解斜視図である。 冷却運転パターン時の蒸発器及び切換回路を示すブロック図である。 除霜運転パターン時の蒸発器及び切換回路を示すブロック図である。 （ａ）は、実施例１における庫内温度及び各蒸発器の表面温度を示すグラフであり、（ｂ）は、（ａ）における囲い部Ａの拡大図である。

本発明に係る冷凍・冷蔵ショーケースを実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

実施例１に係る冷凍・冷蔵ショーケースにつき、図１から図７を参照して説明する。以下、図１の画面左側を冷凍・冷蔵ショーケースの正面側（前方側）として説明する。

図１に示されるように、冷凍・冷蔵ショーケース１は、主に商店やスーパーマーケットやコンビニエンスストア等の食品等を取り扱う販売店舗に設置され、商品を低温に保ったまま保冷、または冷凍した状態で陳列するために設置されるものであり、正面側を開口した内箱３により囲まれた保冷室５には、商品を陳列する棚板６，６，…が上下方向に複数設置され、内箱３の下部に設けられた底部３ｂにも商品（図示省略）を陳列可能になっており、商品を多数載置可能な構成となっている。

冷凍・冷蔵ショーケース１は、前面（図の左方）が開放された略コ字形をなす断熱構造の外箱２と、その内方の、同じく前面が開放された略コ字形の内箱３とからなるケース本体を備え、その内部空間は保冷室５（庫内）となっている。内箱３の背面部３ａには、前後に延びるブラケット２８，２８，…の後端が取付けられており、ブラケット２８，２８，…の上に棚板６，６，…が配設されている。この各棚板６，６，…と内箱３の底部３ｂとの上面に、商品（図示略）が陳列されるようになっている。

外箱２と内箱３との間には、通風路７が形成され、この通風路７の鉛直部と水平底部には、それぞれ蒸発器８と送風機９が設置されている。後述するように蒸発器８は、その周囲の空気を冷却することができるようになっている。また、蒸発器８の前面側には、断熱材２９が設けられており、蒸発器８と内箱３を介した保冷室５側との熱交換が抑えられている。ケース本体の上部の前端には、通風路７と連通する冷気吹出口１０が下向きに形成され、またケース本体の下部前端の上端には、上方に開口する冷気の吸込口１１が形成されている。蒸発器８は、その冷却設定温度（吹出口温度）が、０℃となるように設定されている。

送風機９を作動させると、蒸発器８により冷却された冷気は、矢印のように、通風路７内を上方に向かって流れ、冷気吹出口１０より、下方の吸込口１１に向かって吹き出される。これにより、ケース本体の前面の開放面に冷気のエアカーテン１２が形成されるとともに、その冷気の一部が保冷室５内に流入することにより、陳列商品が保冷されるようになる。

次に、冷凍・冷蔵ショーケース１における蒸発器８について説明する。図２ないし図４に示されるように、蒸発器８は、その内部に冷媒１６が流れる伝熱管１５を備え、この伝熱管１５は、複数のフィン３０，３０，…を貫通して蛇行するように延びており、これにより、伝熱管１５と周囲の空気との接触面積を増やして冷却効率が向上している。伝熱管１５と周囲の空気との接触面積が増え、送風機９からの送風が効率よく当たり、冷却効率が向上している。詳しくは、図４に示されるように、伝熱管１５は、複数のフィン３０，３０，…を貫通する複数の直管部１５ａ，１５ａ，…と、隣接する直管部１５ａ，１５ａの端部同士を繋ぐＵベンド部１５ｂ，１５ｂ，…（説明の便宜上、図４ではＵベンド部１５ｂを１つのみ図示している。）と、から構成されており、組み立てが容易となっている。この伝熱管１５は、構造上、Ｕベンド部１５ｂ，１５ｂ，…が端部に位置するため、Ｕベンド部１５ｂ，１５ｂ，…に対して送風機９からの送風が当たりづらくなっているため、Ｕベンド部１５ｂ，１５ｂ，…には、直管部１５ａ，１５ａ，…に比べて着霜し易くなっている。

図２に示されるように、この蒸発器８は、冷凍サイクルの配管系統Ｃの一部である。詳しくは、蒸発器８の上流側の端部には、液化状態の冷媒１６を所定の蒸発圧力（温度）となるように減圧して気化状態とする膨張弁１７が設けられているとともに、膨張弁１７には、冷媒１６を貯留する受液器１８が供給管１９を介して接続されている。また、蒸発器８の下流側の端部には、切換回路２０（蒸発圧力調整装置）が接続され、切換回路２０の下流側には、蒸発器８内で蒸発した気化状態の冷媒１６を吸い込むとともに、該冷媒１６を圧縮して受液器１８側に送り出す圧縮器２１が接続されており、圧縮器２１は、凝縮器２２を介して受液器１８に接続されている。この凝縮器２２は、圧縮器２１により圧縮された高圧気化状態の冷媒１６の熱を外部に放出して冷媒１６を液化状態にするものである。

尚、図２において、冷媒１６について液体（液化）状態のものを実線で、気体（気化）状態のものを破線で示した。また、受液器１８内の液化状態の冷媒１６の温度は、夏場では、３５℃から４０℃程度となっており、冬場では、２０℃程度となっている。

図２及び図５に示されるように、切換回路２０は、蒸発器８の伝熱管１５に連通する第１配管２３（他方の流通経路）と、第１配管２３に設けられるバイパス管である第２配管２４（一方の流通経路）と、第１配管２３及び第２配管２４の上流側交点に設けられる三方切換弁２５（切換手段）と、第２配管２４に設けられる蒸発圧力調整弁２６（ＥＰＲ）と、蒸発圧力調整弁２６の下流側に設けられる逆止弁２７と、から成る。

三方切換弁２５は、第２配管２４を閉塞し、伝熱管１５と第１配管２３とを連通させる態様（図５参照）と、第１配管２３を閉塞し、伝熱管１５と第２配管２４とを連通させる態様（図６参照）と、に切り換え可能となっている。この三方切換弁２５は、図示しない制御部によって所定の時間毎に切換制御されるようになっている。この三方切換弁２５が切り換わることによって、蒸発器８が、周囲の空気を冷却する冷却運転パターンと、伝熱管１５に付着した霜を取り除く除霜運転パターンと、にそれぞれ切り換え可能となっている。尚、蒸発器８の冷却運転パターンと除霜運転パターンとの動作については後段にて詳述する。

蒸発圧力調整弁２６は、設定された設定圧力以上で第２配管２４内の流路を開放し、設定圧力よりも低い圧力で第２配管２４内の流路を閉塞する弁体であり、蒸発器８内に流入する冷媒１６の圧力を調整するようになっている。この設定圧力は、蒸発器８が冷却運転パターン時における該蒸発器８内の冷媒１６の所定の蒸発圧力よりも高い圧力に設定されている。

逆止弁２７は、三方切換弁２５を第２配管２４側に切り換えた際に、下流側の冷媒１６が、蒸発圧力調整弁２６側に逆流するのを防いでいる。

次に、蒸発器８が冷却運転パターンである時の冷凍サイクルの配管系統Ｃの運転態様について説明する。図２及び図５に示されるように、蒸発器８が冷却運転パターンである時には、三方切換弁２５により、第２配管２４を閉塞し、且つ伝熱管１５と第１配管２３とを連通させる。圧縮器２１が作動すると、受液器１８に貯留された液化状態の冷媒１６が、蒸発器８に向けて供給管１９及び膨張弁１７を介して送り出される。この液化状態の冷媒１６は、膨張弁１７，１７によって所定の蒸発圧力となるように減圧され、気化状態となる。蒸発器８の伝熱管１５内に流入した気化状態の冷媒１６が、通風路７内の空気から熱を奪うことにより、通風路７内の空気が冷却される。

蒸発器８の伝熱管１５を通過した気化状態の冷媒１６は、伝熱管１５に連通した第１配管２３に流入し、圧縮器２１及び凝縮器２２を介して受液器１８に還元される。この動作を繰り返すことにより、蒸発器８の冷却運転パターンが連続して継続される。

次いで、蒸発器８が除霜運転パターンである時の冷凍サイクルの配管系統Ｃの運転態様について説明する。図２及び図６に示されるように、蒸発器８が除霜運転パターンである時には、三方切換弁２５により、第１配管２３を閉塞し、伝熱管１５と第２配管２４とを連通させる。蒸発器８の伝熱管１５を通過した気化状態の冷媒１６は、伝熱管１５と連通した第２配管２４に流入する。

このとき、伝熱管１５内及び第２配管２４内の冷媒１６は、前述のように蒸発圧力調整弁２６の設定圧力よりも低い圧力（所定の蒸発圧力）となっているため、蒸発圧力調整弁２６は、第２配管２４を閉塞した状態となっている。第２配管２４に流入する冷媒１６は、閉塞状態の蒸発圧力調整弁２６に塞き止められることにより、蒸発器８の上流に設けられた膨張弁１７から閉塞状態の蒸発圧力調整弁２６までの区間の圧力が高まっていき、該圧力が設定圧力以上に高まることにより、蒸発圧力調整弁２６が第２配管２４を開放した状態となる。換言すれば、蒸発圧力調整弁２６は、膨張弁１７から蒸発圧力調整弁２６までの区間に流入する冷媒１６の蒸発圧力が設定圧力以下に低下しないように制御している。

これによれば、蒸発器８の伝熱管１５内に流入した冷媒１６は、蒸発圧力調整弁２６により圧縮され、冷却運転パターン時よりも高い蒸発圧力となり、その温度が０℃以上（＋５℃）に上昇する。そのため、蒸発器８が除霜運転パターンの状態（三方切換弁２５の切換により伝熱管１５と第２配管２４とが連通した状態）にあっては、温度が０℃以上に上昇した冷媒１６により伝熱管１５の内部から伝えられる熱によりその外面に付着した霜を溶かして取り除くことができるようになる。

また、膨張弁１７から蒸発圧力調整弁２６までの区間の圧力が、低い圧力（所定の蒸気圧力）よりも高く設定した設定圧力以上に高まると、蒸発圧力調整弁２６が開放されるため、蒸発圧力調整弁２６が開放された状態にあっては、膨張弁１７から蒸発圧力調整弁２６までの区間の圧力が前記設定圧力となり、蒸発温度は５℃以上になることはなく（図７参照）庫内温度の急激な上昇を防止できるとともに、蒸発温度が低下することもなく、確実に除霜運転が遂行される。また、設定圧力以上に圧力が高まることにより開かれた蒸発圧力調整弁２６を通過した冷媒１６は、逆止弁２７を介して圧縮器２１に流入する。

図７に示されるように、蒸発器８が冷却運転パターンである時には、蒸発器８の伝熱管１５の表面温度が、−１０℃前後となっており、これにより、庫内温度が２℃程度となっている。尚、上述の伝熱管１５の表面温度は、熱交換が起こりにくいＵベンド部１５ｂ、１５ｂにて計測している。さらに尚、ここでいう、庫内温度とは、棚板６，６，…付近（商品に近い場所）の温度を指す。

また、図７に示されるように、蒸発器８が冷却運転パターンから除霜運転パターンに切り換った時には、蒸発器８の伝熱管１５の表面温度が、除霜運転パターンを開始した時点から−１℃前後まで急激に上昇する。これは、三方切換弁２５が切換えられ、蒸発器８内の冷媒１６が蒸発圧力調整弁２６により圧縮されるためである。また、蒸発器８の伝熱管１５の表面温度は、−１℃前後から０℃近傍まで緩やかに上昇している。これは、伝熱管１５の外面に付着した霜を溶け残りがあるので前記表面温度が上がりにくくなっているためである。また、蒸発器８の伝熱管１５の表面温度は、０℃を越えた辺りで＋５℃前後まで再度上昇している。これは、霜が完全にまたはほとんど溶けたことにより、再度表面温度が上昇し易くなったためである。

また、蒸発器８の伝熱管１５の表面温度は、蒸発圧力調整弁２６により蒸発器８内の冷媒１６の蒸発圧力が略一定となるように調整されるため、＋５℃以上には温度が上昇しないようになっている。保冷室５内の庫内温度は、伝熱管１５の表面温度の上昇に伴い、上昇し、蒸発器８の除霜完了時におよそ＋１０℃となっている。これは、伝熱管１５の表面温度の上昇することにより蒸発器８の冷却能力が低下した状態で、保冷室５外の温度の高い空気が保冷室５内に流入して循環したためである。また、蒸発器８が再度冷却運転パターンに切り換えられると、蒸発器８の伝熱管１５の表面温度が低下するにつれて、緩やかに保冷室５内の庫内温度も低下していく。

以上説明したように、冷媒１６の温度（０℃以上）を利用して伝熱管１５の内部から除霜するため、屈曲した伝熱管１５において、特に着霜しやすく、且つ除霜し難いＵベンド部１５ｂ，１５ｂ，…であっても隅々まで除霜することができるとともに、熱は熱伝導により冷媒１６から伝熱管１５の外面に伝えられるため、除霜効率が高く短時間で除霜できる。さらに、蒸発器８の除霜においてヒータ等の外部の熱源を使用する必要が無いため、庫内温度の調整を行い易い。

また、蒸発器８よりも下流側に切換回路２０が設けられており、その切換回路２０の蒸発圧力調整弁２６は、膨張弁１７を介して所定の蒸発圧力に減圧された冷媒１６の圧力を調整する構造であるため、蒸発器８内の冷媒１６の蒸発圧力を安定して確実に調整できる。さらに、蒸発器８よりも上流側に蒸発器８及び蒸発器８内の冷媒１６の蒸発圧力を調整するための部材が集中しないため、冷凍サイクルの配管系統Ｃにおける蒸発器８よりも上流側の構造を簡素化できる。

また、切換回路２０の三方切換弁２５により、伝熱管１５と第１配管２３とが連通した際には、冷媒１６の蒸発圧力が低いまま伝熱管１５内に流入し、蒸発器８を冷却運転パターンとすることができるとともに、切換回路２０を用いたため、例えば、開度調整を自動で行う複雑な調整弁等を用いる必要が無く、簡素な構造の蒸発圧力調整弁２６を用いた切換回路２０により蒸発器８の冷却運転パターンと除霜運転パターンとの切り換えの信頼性を高くできる。

尚、上記実施例では、冷凍・冷蔵ショーケース１が商品を冷蔵状態で陳列する態様について説明したが、膨張弁１７の減圧能力や蒸発圧力調整弁２６の設定圧力を変更することにより、庫内温度を冷凍や常温に近い状態の冷蔵等の温度帯に変更できる。

また、前記実施例では、三方切換弁２５が所定の時間毎に切換制御されるようになっていたが、これに限られず、蒸発器８を除霜運転パターンから冷却運転パターンに切り換える際には、伝熱管１５の表面温度（Ｕベンド部１５ｂの表面温度）を検知するとともに、その検知結果に基づいて三方切換弁２５を切り換える制御部を設け、例えば伝熱管１５の表面温度が０℃になった時に制御部が三方切換弁２５を切り換えることで蒸発器８を除霜運転パターンから冷却運転パターンに切り換えるようにしてもよい。これによれば、霜取りが完了した時点で効率よく除霜運転パターンから冷却運転パターンに切り換えることができる。また、前記制御部により、伝熱管１５の表面温度が０℃になり、且つ所定時間経過後に蒸発器８を除霜運転パターンから冷却運転パターンに切り換えるようにして（いわゆる遅延制御として）もよく、これにより、霜残りを確実に防止できる。

さらに、蒸発器８を冷却運転パターンから除霜運転パターンに切り換える際には、伝熱管１５の表面温度が冷却運転パターン時の適正温度よりも所定以上上昇した時に、三方切換弁２５を切り換えることで蒸発器８を冷却運転パターンから除霜運転パターンに切り換えるようにしてもよい。これによれば、霜が付着することにより蒸発器８の冷却効率が低下してきた時点で、効率よく冷却運転パターンから除霜運転パターンに切り換えることができる。

また、蒸発器８と膨張弁１７との間に蒸発圧力調整弁２６を設け、蒸発器８の上流側で蒸発圧力を調整するようにしてもよい。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

例えば、前記実施例では、１つの蒸発器を用いる態様について説明したが、２つ以上の蒸発器を用いてもよく、これにより、一方の蒸発器が除霜運転パターンであっても他方の蒸発器が冷却運転パターンとして庫内温度の上昇を抑えることができるようになる。

また、前記実施例では、切換手段を三方切換弁２５として説明したが、例えば切換回路２０における第１配管２３及び第２配管２４にそれぞれ２方向切換弁を設け、各２方向切換弁を適宜開放及び閉塞させることで、蒸発器の冷却運転パターン及び除霜運転パターンを切り換えるようにしてもよい。

１ 冷凍・冷蔵ショーケース
５ 保冷室（庫内）
７ 通風路
８ 蒸発器
９ 送風機
１５ 伝熱管
１５ｂ Ｕベンド部
１６ 冷媒
１７ 膨張弁
２０ 切換回路（蒸発圧力調整装置）
２１ 圧縮器
２３ 第１配管（他方の流通経路）
２４ 第２配管（一方の流通経路）
２５ 三方切換弁（切換手段）
２６ 蒸発圧力調整弁（圧力調整弁）
１００ 冷凍・冷蔵ショーケース
２００ 切換回路（蒸発圧力調整装置）
Ｃ 冷凍サイクルの配管系統

Claims (3)

1. 伝熱管内部で冷媒を蒸発させることにより周囲の空気を冷却する蒸発器を備え冷凍サイクルを用いて庫内を冷却する冷凍・冷蔵ショーケースであって、
   前記冷凍・冷蔵ショーケースは、少なくとも１つの前記蒸発器と、前記蒸発器内に供給される冷媒の蒸発圧力を調整する蒸発圧力調整装置と、を備えており、
   前記蒸発圧力調整装置は、２つ設けられる前記冷媒用の流通経路と、前記２つの流通経路を上流側交点で切り換える切換手段と、を備え、一方の流通経路には、圧力調整弁が設けられ、
   前記蒸発器は、前記蒸発圧力調整装置により、該蒸発器内の前記冷媒が所定の蒸発圧力となる冷却運転パターンと、該蒸発器内の前記冷媒が前記所定の蒸発圧力よりも高い蒸発圧力となる除霜運転パターンと、にそれぞれ切り換えられることを特徴とする冷凍・冷蔵ショーケース。
2. 前記蒸発圧力調整装置は、前記蒸発器よりも下流側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍・冷蔵ショーケース。
3. 前記一方の流通経路には、前記圧力調整弁の下流側に逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍・冷蔵ショーケース。

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