JPH05133661A - 氷蓄熱冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 軽負荷時の余剰能力分を氷蓄熱し、冷凍負荷
の増大時にはこの蓄熱分で補うことにより、運転効率な
らびに信頼性の向上が図れるとともに、冷凍負荷の増大
時にも充分対処可能な氷蓄熱冷凍装置を提供する。 【構成】 各電磁弁６ｄ、６ｅ、６ｆを切り換えること
によって、ショーケース６ｊを運転する冷却運転、氷蓄
熱槽９を運転して製氷蓄冷する蓄冷運転、ショーケース
６ｊと氷蓄熱槽９とを同時に運転する蓄冷取り出し冷却
運転の内、所望の運転モードで運転するとともに、複数
台の冷凍装置６、７、８の各水用熱交換器６ｋ、７ｋ、
８ｋの利用側をそれぞれ共通の氷蓄熱槽９に接続して、
各水用熱交換器６ｋ、７ｋ、８ｋで蓄熱される氷蓄熱槽
９内の蓄熱量を容量が不足する例えば冷凍装置７に補給
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えばスーパーマー
ケット等に設置された冷蔵、冷凍ショーケースで使用さ
れ、比較的負荷変動の大きい冷凍装置において、軽負荷
時に氷蓄熱を行い大幅に変動する冷凍負荷に対応できる
ように構成された氷蓄熱冷凍装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２は例えば特開昭６２−７７１号公報
に示された従来の冷却負荷に応じて容量制御運転される
並列圧縮式冷凍装置の構成を示す冷媒回路図である。図
において、１ａは凝縮装置、１ｂ、１ｃはこの凝縮装置
１ａの下流側に接続されるとともに受液器上に搭載され
る大容量および小容量の圧縮機で、各冷媒吐出管１ｄお
よび吸入管１ｅはそれぞれ並列に接続され、各クランク
室は均圧均油管１ｆで連通されている。そして、これら
１ａ〜１ｆで並列圧縮式冷凍装置１を構成している。２
は冷却負荷としての複数台のショーケース２ａ、２ｂ、
２ｃで構成される冷却装置、５は低圧側の冷媒圧力を検
出する圧力検出部３の出力信号と、収束させようとする
低圧側の冷媒圧力を設定する圧力設定部４で設定された
冷媒圧力との圧力差に応じて、両圧縮機１ｂ、１ｃを個
別に運転、停止の制御を行う制御部である。

【０００３】又、冷凍装置１の運転圧力制御は、通常圧
力領域では、容量アップ圧力値、容量ダウン圧力値、低
圧カット値の３つによって、冷凍装置１に容量アップ信
号を出す領域と、容量アップ圧力値未満の領域と、容量
ダウン圧力値未満の領域と、冷凍装置１に停止信号を出
す低圧カット値以下の領域の４つに分けられる。

【０００４】次に、上記のように構成された従来装置の
動作について説明する。たとえば、冷凍装置１の冷凍負
荷に対する所要の冷凍能力を得るための所要動力が１５
ＨＰである場合には、圧縮機１ｂの定格容量は１０Ｈ
Ｐ、圧縮機１ｃの定格容量は５ＨＰに選定されている。
一方、冷却負荷としての複数台のショーケース（２
ａ）、（２ｂ）、（２ｃ）では、各ショーケース２ａ、
２ｂ、２ｃの使用状態によって冷却負荷、庫内温度条件
は大幅に変動する。冷却負荷は０〜１００％、庫内温度
は青果物では−５℃、生鮮物では−１０℃と条件が異な
る。ここで、夜間等のように冷却負荷が低い場合は、冷
凍サイクルの低圧側圧力が下がり、制御部５によって冷
凍装置１の容量が低下するように制御され冷凍能力は減
少する。このようにして、冷却能力が下げられると冷凍
サイクルの低圧圧力も上昇し運転は安定する。

【０００５】また、冷却負荷が高い場合は、逆に低圧側
圧力が上昇し、制御部５により冷凍装置１の冷凍能力は
増加する。このようにして、冷凍サイクルの低圧側圧力
は下がり運転は安定する。なお、冷凍サイクルの低圧側
の圧力が低圧カット値以下の圧力の領域になった場合
は、制御部５によって圧縮機１ｂ、１ｃは直ちに停止さ
れる。したがって、上記のような冷凍負荷変動に対し、
冷凍負荷が３３％以下の部分負荷時には定格容量５ＨＰ
の圧縮機１ｃのみが単独運転される。また、冷却負荷が
３３〜６７％の範囲では定格容量１０ＨＰの圧縮機１ｂ
のみが単独運転される。さらに、冷却負荷が６７〜１０
０％の範囲では圧縮機１ｂと１ｃが同時に並列運転され
る。すなわち、圧縮機の定格容量比がほぼ１：２に選定
されている大小の圧縮機を選択的に運転・停止制御する
ことによって、０、３３、６７、１００％の４段階の容
量制御運転を行うことができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の並列圧縮式冷凍
装置は以上のように構成されているので、０、３３、６
７、１００％の４段階の容量制御運転しかできず、冷凍
負荷が０〜３３％の間、３３〜６７％の間、６７〜１０
０％の間の部分負荷領域では、圧縮機の過剰運転となっ
て運転効率が著しく低下するという問題点があった。
又、夜間等のような軽負荷時には容量制御下限値以下の
場合も多く、圧縮機の運転−停止の頻繁な繰り返しによ
る消費電力の増大ならびに信頼性の低下を招き、さら
に、盛夏時の急な冷凍負荷の増大に対して追従できず、
いたずらに冷凍装置の設備容量を増加しなければならな
い等の問題点があった。

【０００７】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、軽負荷時の余剰能力分を氷蓄熱
し、冷凍負荷の増大時にはこの蓄熱分で補うことによ
り、運転効率ならびに信頼性の向上が図れるとともに、
冷凍負荷の増大時にも充分対処可能な氷蓄熱冷凍装置を
提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る請求項１
の氷蓄熱冷凍装置は、各電磁弁を切り換えることによっ
て、ショーケースを運転する冷却運転、氷蓄熱槽を運転
して製氷蓄冷する蓄冷運転、ショーケースと氷蓄熱槽と
を同時に運転する蓄冷取り出し冷却運転の内、所望の運
転モードで運転するようにしたものであり、又、請求項
２の氷蓄熱冷凍装置は、複数台の冷凍装置の各水用熱交
換器の利用側をそれぞれ共通の氷蓄熱槽に接続したもの
である。

【０００９】

【作用】この発明における氷蓄熱冷凍装置の各電磁弁は
冷媒回路を切り換えて所望の運転モードで運転を行い、
氷蓄熱槽は軽負荷時の余剰能力分で氷蓄熱を行い、冷凍
負荷の増大時には、この蓄熱分を水用熱交換器を介して
冷凍装置に還元して不足能力分を補う。

【００１０】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の実施例を図について説明す
る。図１はこの発明の実施例１における氷蓄熱冷凍装置
の構成を示す冷媒回路図である。６ａは圧縮機、６ｂは
送風機６ｃによって強制熱交換され凝縮器となる空気側
熱交換器、６ｄ、６ｅ、６ｆは第１、第２および第３の
電磁弁、６ｇは三方切換弁、６ｈ、６ｉは第１および第
２の膨張弁、６ｊは負荷となるショーケース、６ｋは冷
媒と例えば水等の媒体との熱交換を行う水用熱交換器
で、二重管構造を有し内管内に媒体が、又、外管と内管
との間を冷媒がそれぞれ流れて熱交換が行われるように
なっている。そして、これら６ａないし６ｋは配管で接
続され冷凍装置６を構成し、又、冷凍装置６と同様な構
成を有する冷凍装置７、８が並設されている。

【００１１】９ａは蓄熱槽、９ｂはこの蓄熱槽９ａ内の
上部に配設され水配管９ｃにより循環ポンプ１０を介し
て水用熱交換器６ｋの一端側に接続される吸引口、９ｄ
は蓄熱槽９ａ内の下部に配設され水配管９ｅにより水用
熱交換器６ｋの他端側に接続される吹出口、９ｆは蓄熱
槽９ａの底部に貯溜される水、９ｇはこの水９ｆに溶け
ず且つこれよりも軽く融点が−２０℃以下であるような
例えば油等の媒体で、水９ｆの上方に貯溜されている。
そして、これら９ａないし９ｇで氷蓄熱槽９は構成さ
れ、各水配管９ｃ、９ｅには他の冷凍装置７、８の水用
熱交換器７ｋ、８ｋと、水用熱交換器６ｋとは並列関係
で共通の水配管１１、１２により接続されている。

【００１２】蓄熱槽９ａ内上方に貯溜された熱媒体９ｇ
は、循環ポンプ１０の駆動により吸引口９ｂから吸引さ
れ、水配管９ｃ内を流れて水用熱交換器６ｋ内に導か
れ、ここで−５℃〜−１０℃に冷却さされた後、水配管
９ｅを流れて吹出口９ｄから水９ｆ内に噴出される。そ
して、水９ｆと熱交換して水９ｆを氷に変えながら上方
に移動、分離し、このような動作が順次繰り返されるこ
とによって蓄熱槽９ａ内の水９ｆはしだいに氷に変わっ
ていく。

【００１３】次に、上記のように構成された実施例１に
おける氷蓄熱冷凍装置の各運転モードについて説明す
る。 イ、蓄冷運転：まず、第１および第３の電磁弁６ｄ、６
ｆを閉、第２の電磁弁６ｅを開の状態で圧縮機６ａを駆
動すると、圧縮機６ａから吐出される高温高圧のガス冷
媒は空気側熱交換器６ｂへ流入し、ここで送風機６ｃに
より強制熱交換され、ガス冷媒は凝縮されて、高圧の液
冷媒となる。この液冷媒は第２の電磁弁６ｅを通って第
２の膨張弁６ｉで減圧され、水用熱交換器６ｋで蒸発
し、ここで熱交換される。すなわち、循環ポンプ１０で
送られてくる熱媒体９ｇと熱交換し、熱媒体９ｇを−５
℃〜−１０℃まで冷却する。冷却された熱媒体９ｇは蓄
熱槽９ａの底部の吹出口９ｄより粒子状で噴出され、蓄
熱槽９ａ内を上昇するに伴って水９ｆと熱交換し氷を生
成する。そして、蒸発されたガス冷媒は三方切換弁６ｇ
を通って圧縮機６ａへもどり、製氷運転すなわち蓄冷運
転がくり返される。尚、蓄冷運転は通常夜２２：００〜
朝８：００迄の時間帯に行われる。これは昼夜の電力の
使用を平準化するため、電力会社の業務用蓄熱契約制度
の適用を受けて、安価な電力を利用するためである。
又、蓄冷運転については他の冷凍装置７、８についても
同様である。

【００１４】ロ、冷却運転：まず、第２および第３の電
磁弁６ｅ、６ｆを閉、第１の電磁弁６ｄを開の状態で圧
縮機６ａを駆動すると、圧縮機６ａから吐出される高温
高圧のガス冷媒は空気側熱交換器６ｂへ流入し、ここで
送風機６ｃにより強制熱交換され、ガス冷媒は凝縮され
て、高圧の液冷媒となる。この液冷媒は第１の電磁弁６
ｄを通って第１の膨張弁６ｈで減圧され、ショーケース
６ｊへ送られここで蒸発して熱交換を行い、ショーケー
ス６ｊ内の空気を所定の温度に冷却する。そして、蒸発
されたガス冷媒は圧縮機６ａへ戻り、冷却運転がくり返
される。尚、ショーケース６ｊ内に収納された品物によ
ってそれぞれ蒸発温度が異なり第１の膨張弁６ｈの減圧
度が異なる。通常青果物は−５℃、生鮮食料品、冷凍食
品類等は−１０℃である。又、冷却運転については他の
冷凍装置７、８についても同様である。

【００１５】ハ、蓄冷取り出し冷却運転：まず、第１お
よび第２の電磁弁６ｄ、６ｅを閉、第３の電磁弁６ｆを
開にし、送風機６ｃを停止した状態で圧縮機６ａを駆動
すると、圧縮機６ａから吐出される高温高圧のガス冷媒
は空気側熱交換器６ｂへ流入するが、送風機６ｃが停止
しているため熱交換されずにそのまま第３の電磁弁６ｆ
を通って水用熱交換器６ｋに流入する。ここで、氷蓄熱
層９から循環ポンプ１０によって送られてくる０℃の氷
水（媒体９ｇが混合されている）と熱交換し液冷媒とな
る。このとき、ガス冷媒は０℃の氷水と熱交換を行うた
め、冷凍装置６の高圧圧力が低く抑えられて冷凍能力の
向上が図られ、ショーケース６ｊ側の高負荷に対応する
ことが可能になる。

【００１６】氷蓄熱槽９内の氷水利用はその蓄熱容量で
決定されるが、利用蓄熱量は氷→水の潜熱分、又、水０
℃→約２５℃までの顕熱分でまかなわれる。利用量が減
少すると空気側熱交換器６ｂの送風機６ｃを運転して強
制熱交換させることも可能であり、併用運転も可能であ
る。このように、上記実施例１によれば運転効率を大幅
に向上させることができ、又、圧縮機の運転−停止の頻
繁な繰り返しを防止して信頼性の向上を図ることもでき
る。

【００１７】実施例２．次に、この発明の実施例２にお
ける氷蓄熱冷凍装置の運転モードを図１について説明す
る。 ニ、蓄冷および蓄冷取り出し冷却運転：今、仮に冷凍装
置７のショーケース７ｊの生鮮負荷が増大または高負荷
時で運転された場合、氷蓄熱槽９内の蓄熱量が消費され
て不足する。このような時、負荷の軽い他の冷凍装置
６、８がバックアップ運転する。すなわち、冷凍装置６
（不足分に応じて冷凍装置８も稼動）は冷却運転と蓄冷
運転との併用運転を行う。

【００１８】まず、第３の電磁弁６ｆを閉、第１および
第２の電磁弁６ｄ６ｅを開の状態で圧縮機を駆動する
と、圧縮機６ａから吐出される高温高圧のガス冷媒は空
気側熱交換器６ｂへ流入し、ここで送風機６ｃにより強
制熱交換され、ガス冷媒は凝縮されて、高圧の液冷媒と
なる。そして、一方は第２の電磁弁６ｅ、第２の膨張弁
６ｉを通って減圧され水用熱交換器６ｋに至り、ここ
で、循環ポンプ１０によって送られてくる熱媒体９ｇを
冷却する。この冷却された熱媒体９ｇは吹出口９ｄより
蓄熱槽９ａ内に噴出され、槽内の水９ｆを氷に変え蓄冷
運転を行う。

【００１９】又、他方は第１の電磁弁６ｄ、第１の膨張
弁６ｈを通って減圧されショーケース６ｊに至り、ここ
で、蒸発してショーケース６ｊ内の生鮮負荷を冷却す
る。このように、冷媒は水用熱交換器６ｋおよびショー
ケース６ｊでそれぞれ冷却、熱交換後圧縮機６ａに戻
る。この時、蓄冷側の負荷と冷却側の負荷とはほぼ等し
く−５℃〜−１０℃のため運転は安定しており、又、冷
凍装置６全体からみれば冷却負荷が僅かに増大したに過
ぎず十分に対応することができる。このようにして冷凍
装置６により氷蓄熱槽９内に蓄えられる蓄熱量を熱源と
して、冷凍装置７は蓄冷取り出し運転を続行して採熱
し、ショーケース７ｊの高負荷運転にも十分に対処し、
冷却能力の増大を図る。このように、各水用熱交換器６
ｋ、７ｋ、８ｋで得られる氷蓄熱槽９内の蓄熱量を、各
冷凍装置６、７、８間で熱輸送して不足容量分を補うよ
うにしているので、いたずらに熱源容量を増大させるこ
となしに有効に各冷凍装置６、７、８を利用することが
可能になる。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば電磁弁
を切り換えることによって、ショーケースを運転する冷
却運転、氷蓄熱槽を運転して製氷蓄冷する蓄冷運転、シ
ョーケースと氷蓄熱槽とを同時に運転する蓄冷取り出し
冷却運転の内、所望の運転モードで運転するようにした
ので、運転効率の大幅な向上ならびに信頼性の向上を図
ることができ、又、複数台の冷凍装置の各水用熱交換器
の利用側をそれぞれ共通の氷蓄熱槽に接続したので、冷
凍負荷が増大してもいたずらに熱源容量を増大させるこ
となく有効に各冷凍装置を利用することができる氷蓄熱
冷凍装置を提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１における氷蓄熱冷凍装置の
構成を示す冷媒回路図である。

【図２】従来の氷蓄熱冷凍装置の構成を示す冷媒回路図
である。

【符号の説明】

６、７、８ 冷凍装置 ６ａ、７ａ、８ａ 圧縮機 ６ｂ、７ｂ、８ｂ 空気側熱交換器 ６ｄ、７ｄ、８ｄ 第１の電磁弁 ６ｅ、７ｅ、８ｅ 第２の電磁弁 ６ｆ、７ｆ、８ｆ 第３の電磁弁 ６ｇ、７ｇ、８ｇ 三方切換弁 ６ｈ、７ｈ、８ｈ 第１の膨張弁 ６ｉ、７ｉ、８ｉ 第２の膨張弁 ６ｊ、７ｊ、８ｊ ショーケース ６ｋ、７ｋ、８ｋ 水用熱交換器 ９ 氷蓄熱槽 ９ａ 蓄熱槽 ９ｂ 吸引口 ９ｄ 吹出口 ９ｆ 水 ９ｇ 熱媒体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中野 忠明 大阪市北区堂島二丁目２番２号 三菱電機 株式会社関西支社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、空気側熱交換器、それぞれ並列
   に接続されるショーケースおよび水用熱交換器、上記空
   気側熱交換器とショーケースとの間に直列に接続される
   第１の電磁弁および第１の膨張弁、上記空気側熱交換器
   と水用熱交換器との間に直列に接続される第２の電磁弁
   および第２の膨張弁、上記第２の電磁弁および第２の膨
   張弁と並列に接続される第３の電磁弁、上記水用熱交換
   器の出口側と上記圧縮機の入口側と上記第１の電磁弁お
   よび第１の膨張弁とにそれぞれ接続される三方切換弁、
   上記水用熱交換器の利用側に接続される氷蓄熱槽を備
   え、上記各電磁弁を切り換えることによって、上記ショ
   ーケースを運転する冷却運転、上記氷蓄熱槽を運転して
   製氷蓄冷する蓄冷運転、上記ショーケースと氷蓄熱槽と
   を同時に運転する蓄冷取り出し冷却運転の内、所望の運
   転モードで運転するようにしたことを特徴とする氷蓄熱
   冷凍装置。
2. 【請求項２】 圧縮機、空気側熱交換器、それぞれ並列
   に接続されるショーケースおよび水用熱交換器、上記空
   気側熱交換器とショーケースとの間に直列に接続される
   第１の電磁弁および第１の膨張弁、上記空気側熱交換器
   と水用熱交換器との間に直列に接続される第２の電磁弁
   および第２の膨張弁、上記第２の電磁弁および第２の膨
   張弁と並列に接続される第３の電磁弁、上記水用熱交換
   器の出口側と上記圧縮機の入口側と上記第１の電磁弁お
   よび第１の膨張弁とにそれぞれ接続される三方切換弁で
   なる複数台の冷凍装置の各水用熱交換器の利用側をそれ
   ぞれ共通の氷蓄熱槽に接続したことを特徴とする氷蓄熱
   冷凍装置。