JPH10122608A

JPH10122608A - 冷凍・冷蔵設備の氷蓄熱装置とその制御方法

Info

Publication number: JPH10122608A
Application number: JP8293257A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Sakai; 毅坂井
Original assignee: Nakano Refrigerators Co Ltd
Current assignee: Nakano Refrigerators Co Ltd
Priority date: 1996-10-15
Filing date: 1996-10-15
Publication date: 1998-05-15

Abstract

(57)【要約】【課題】冷凍・冷蔵設備の蓄熱装置において、熱交換
器等を一体ユニット化することにより、設置現場で発生
するブライン回路・冷媒回路の工事コストを削減し、シ
ステム全体のイニシャルコストを低減する。また、制御
方法を簡素化することにより、安価で確実な制御を行
う。【解決手段】熱交換器１３，１３ａ，２８、製氷用の
膨張弁１７，１７ａ、ブラインの循環ポンプ１９、複数
の制御弁９，１２，１４，１８，２０，９ａ，１２ａ，
１４ａ１８ａ，２０ａ，２４，２７，２９、蓄熱槽２１
へ繋がるブライン出入口管、及び各冷凍機７，７ａ，２
２へ繋がる冷媒出入口管を一体ユニット化すると共に、
該ユニットＨと冷凍機とを蓄熱槽２１に近接配置した。
制御方法は、タイムスケジュール等によって、ブライン
回路４ｂ，５ｂ，６ｂ及び冷媒回路４ａ，５ａ，６ａの
製氷運転／過冷却運転の切換えを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の冷却温度域
の異なるショーケース等をそれぞれ冷却する、食品スー
パーマーケットに好適な冷凍・冷蔵設備であって、且つ
蓄熱槽のブライン回路と、負荷設備の冷媒回路との間で
製氷運転／過冷却運転する冷凍・冷蔵設備の氷蓄熱装置
とその制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、特開平６−２４１５９１号公報
（複合型冷媒回路設備）で、次のような冷媒回路等を備
えた蓄熱設備が開示されている。即ち、（１）蓄熱用熱交換器がショーケース等の蒸発器と並列
に接続され、冷却温度がこれより低い別の冷媒回路の液
冷媒を過冷却させる熱交換器が同じ蓄熱槽に接続されて
いる（中温冷凍機で製氷し、低温冷凍機を過冷却させ
る）。（２）ショーケース側の負荷に応じて、蓄熱運転時に蓄
熱用熱交換器への冷媒流量を制御する装置を備えている
（ショーケース側冷凍能力不足を防ぐ）。（３）ショーケース側の負荷に応じて、過冷却運転時に
過冷却用熱交換器への冷媒流量を制御する装置を備えて
いる（適度な温度に冷媒を過冷却する）。（４）蓄熱槽と熱交換器との間にブライン回路を介して
いる。（５）ショーケース側の負荷に応じて蓄熱運転時に蓄熱
用熱交換器へのブライン流量を制御する装置を備えてい
る。（６）ショーケースの負荷に応じて、過冷却運転時に過
冷却用熱交換器へのブライン流量を制御する装置を備え
ている。（７）中温用回路の蓄熱用熱交換器が、回路切替によっ
て過冷却用熱交換器として機能する。（８）低温側冷媒回路上の凝縮器を蓄熱槽に設けている
（蓄熱槽の氷で凝縮させる）。

【０００３】また、特開平７−１６７５１２号公報（複
合型冷媒回路設備の制御装置）で、次のような作用を有
する制御装置が開示されている。（１）蓄熱量（氷の量）を検出し、蓄熱量が不足する時
は各系統の過冷却を、予め設定された優先順位に従って
停止する（蓄熱量不足を防ぐための制御）。（２）蓄熱量を検知し、蓄熱量が不足する時は各系統の
過冷却を、予め設定された優先順位に従って蓄熱運転に
切替える。（３）蓄熱量を検知し、蓄熱量が不足する時は各系統の
過冷却を、冷媒回路側の負荷状況に応じて停止する。（４）蓄熱量を検知し、蓄熱量が不足する時は各系統の
過冷却を、冷媒回路側の負荷状況に応じて蓄熱運転に切
替える。（５）蓄熱量を検知し、それを基に熱交換器での放冷量
に応じて過冷却するかどうか決定する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前者の特開
平６−２４１５９１号公報（複合型冷媒回路設備）で
は、ブライン回路と冷媒回路の熱交換をする熱交換器周
辺の機器が、別個にバラバラに配置されるため、例え
ば、ブライン回路全体に配管保温（防熱）が必要となる
（ブラインはエチレングリコール等を４０％程度に希釈
した不凍液であり、その温度は−５〜−１０℃に達する
ため）。そして、この配管防熱工事費がｍあたり５，５
００円以上の手間仕事になるため、工事コストが高価で
あると共に、熱交換器周辺の機器をそれぞれ別個に取付
工事しなければならず煩雑であった。従って、複合型冷
媒回路設備のシステム全体のイニシャルコストも高価と
ならざるを得なかった。

【０００５】一方、後者の特開平７−１６７５１２号公
報（複合型冷媒回路設備の制御装置）では、例えば、蓄
熱槽内の水位、差圧等を検出センサーによって検出され
た水の状態に係る信号を基に、蓄冷検出手段で蓄冷量を
算出し、ついで蓄冷量判定手段は、放冷運転終了時間ま
でに蓄冷量が不足するか否かを判定し、不足すると判定
した場合に信号を出力する。また、接続された系統ごと
に、収納した被冷却物の重要度にしたがって優先順位を
優先順位設定手段で設定し、これらの優先順位を優先順
位記憶手段に記憶する。そして停止系統判定手段で放冷
停止すべき系統を決定し、放冷運転停止手段で停止信号
を出力して該当する系統の放冷運転を放冷運転停止アク
チュエータで停止させるように制御している。

【０００６】このように、この従来技術では、各制御機
器が多いため複雑かつ高価となる問題点があった。しか
しながら、本発明者は、食品スーパーマーケット等の店
舗におけるショーケース等の負荷設備では、年間の負荷
変化度合が経験的にわかっているので、上記特開平７−
１６７５１２号公報のように高価な各制御機器を必要と
しなくても対応できることの知見を得た。

【０００７】本発明は、上記の課題に鑑み創案されたも
ので、特開平６−２４１５９１号公報や特開平７−１６
７５１２号公報に見られる従来の複合型冷媒回路設備と
その制御方法をより簡素化すると共に、確実な制御と
し、熱交換器周辺機器をユニット化することにより安価
にした冷凍・冷蔵設備の氷蓄熱装置とその制御方法を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の氷蓄熱装置においては、ブラインを循環ポ
ンプで循環させることにより、製氷・解氷を蓄熱槽内で
行うブライン回路と、複数の異なったショーケース等の
負荷設備を冷凍機で冷却する複数の冷媒回路と、複数の
ブライン回路・冷媒回路の熱交換を行う熱交換器を備
え、冷凍機の余剰能力で製氷を行う冷凍・冷蔵設備の氷
蓄熱装置において、前記複数の熱交換器と、製氷用の膨
張弁と、ブラインの循環ポンプと、複数の制御弁と、蓄
熱槽へ繋がるブライン出入口管及び、各冷凍機へ繋がる
冷媒出入口管とを、一体ユニット化すると共に、該ユニ
ットと冷凍機を、蓄熱槽に近接して配置したことを特徴
とする。

【０００９】ブラインはエチレングリコール等を４０％
程度に希釈した不凍液であり、その温度は−５〜−１０
℃に達するため、ブライン回路全体に配管保温（防熱）
が必要となる。この配管防熱工事費がｍあたり５５００
円以上の手間仕事となるため、各熱交換器と蓄熱槽の距
離が近いほど工事コストが安くなる。そこで、本願で
は、各熱交換器・制御弁とブライン循環ポンプをユニッ
ト化し、蓄熱槽に近接配置できるようにした。

【００１０】ここで、冷凍機は、機械室内に設置するイ
ンドアタイプでも、蓄熱槽・熱交換器に近接配置するア
ウトドアタイプでもよい。冷凍機も近接していたほう
が、冷凍機と熱交換器間の冷媒配管長が短くなり、更に
工事コストが安くなる。

【００１１】また、本発明の氷蓄熱装置における前記複
数の熱交換器は、制御弁の切替えで製氷・過冷却の両用
途となる熱交換器と、制御弁の切替えで過冷却となる熱
交換器であることを特徴とし、前記製氷・過冷却用の熱
交換器は、中温用の冷媒回路に、過冷却用熱交換器は低
温用の冷媒回路に使うことを特徴とする。

【００１２】即ち、冷凍機の効率（消費電力に対する冷
凍能力）は、蒸発温度が高いほど良い。製氷する際の蒸
発温度は中温（−１０〜−１５℃程度）で間に合うた
め、製氷運転する冷凍機は中温のほうがよい。逆に過冷
却により冷凍能力が改善される割合は低温のほうが大き
いため、低温を優先的に過冷却したほうがよい。即ち、
効率の良い冷凍機で製氷し、効率の悪い冷凍機に還元す
るため、システム全体の効率が良くなる。本願の２タイ
プの熱交換器構成とすることにより上記制御が可能とな
る。

【００１３】次に、本発明の氷蓄熱制御方法は、外部温
度情報と、現在月日を指示するカレンダーと、時刻を刻
むタイマーと、判断基準となる設定値を入出力する条件
設定部とからタイムスケジュール等を演算・判断し、制
御パターンを選定することによって、ブライン回路及び
冷媒回路の製氷運転／過冷却運転の切替えを制御するこ
とを特徴とする。

【００１４】過冷却運転への切替えは、季節を加味した
タイムスケジュールか、もしくは外気温を併用すること
により、予め設定された負荷設備の優先順位に従い行な
う。従来技術では蓄熱量（氷の量）を水位や氷厚等から
検知して、それを制御に反映する場合が多く、蓄熱量を
検知するための装置や、その取付工事・配線工事等のコ
ストがかかるが、ショーケースのように年間の負荷変化
度合が経験的にわかっている製品では、制御機器にコス
トをかけず単純な季節別タイムスケジュール制御が可能
である。

【００１５】ここで、外気温を加える場合とは、例えば
夏期・中間期・冬期のスケジュールに加えて、猛暑日等
を判定する場合が考えられ、安価なサーモスタットで検
知可能である。外気温を加えて制御すれば、制御機器と
その取付・配線工事のコストダウンの他、部品点数の減
少により故障発生確率も減るため、システム全体の信頼
性向上にもなる。

【００１６】そして、製氷運転への切替えは、タイムス
ケジュールで始まり、予め設定された時間もしくは、ブ
ライン温度で製氷終了を検知することを特徴とする。こ
れにより、制御機器関係の簡素化を図ることができる。
なお、ブライン温度で製氷終了を判定するのは、蓄熱槽
が満水状態になると蓄熱槽内でブラインと氷の熱交換が
できなくなり、ブライン温度が比較的急激に下がること
を利用するとよい。従って安価なサーモスタットで検知
が可能である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を詳細に説明する。まず、図１は本発明の冷凍・冷蔵
設備の氷蓄熱装置を含む構成図である。

【００１８】図１において、本実施の形態においては、
３つのショーケース等の負荷設備１，２，３を冷却する
系統が構成され、４ａは第１の冷媒回路、４ｂは第１の
ブライン回路、５ａは第２の冷媒回路、５ｂは第２のブ
ライン回路、６ａは第３の冷媒回路、６ｂは第３のブラ
イン回路である。前記ショーケース等のうち１，２は中
温（冷蔵）用のもので、ショーケース３は低温（冷凍）
用のものをそれぞれの冷媒回路に接続している。

【００１９】第１の冷媒回路４ａにおいて、７は冷蔵用
コンデンシングユニット（コンデンサー部は図示せず。
コンデンサー部はコンデンシングユニットと一体型でも
良いし、離れたところに設置するリモート型でも良
い）、９はショーケース１を通常運転（過冷却も製氷も
行わない）するときに用いる冷蔵側電磁切換弁、１０は
冷蔵側エバポレータ、１１は冷蔵側膨張弁を示す。第１
の冷媒回路４ａは、上記冷媒回路の諸機器７，１０，１
１以外にショーケース１の最大負荷に合わせて上記冷媒
回路の諸機器７，１０，１１が選定されるため、通常の
負荷においては余剰の冷凍能力を生じることとなる。そ
のため、次のような構成が更に付加されている。即ち、
一つは、前述した余剰冷凍能力を蓄熱槽２１に蓄えるた
めの回路で、電磁切換弁１６、蓄冷用膨張弁１７、製氷
用熱交換器１３（ここでは、電磁切換弁の制御により後
記過冷却用熱交換器と共通のものが使用される。）及び
電磁切換弁１８を有する回路である。そしてもう一つ
は、電磁切換弁１２を介して、冷凍機の成績係数（冷却
効率）をより良くするための過冷却用熱交換器１３と、
電磁切換弁１４及び逆止弁１５を有する回路である。

【００２０】また、第１のブライン回路４ｂにおいて、
２１は例えばエチレングリコール等を４０％程度に希釈
した不凍液等のブラインと熱交換され水等を収容した蓄
熱槽、１９はブラインを循環するための循環ポンプ、１
３は冷媒回路の蓄熱用のエバポレータと熱交換する熱交
換器、又は冷媒回路の過冷却用のコイルと熱交換する熱
交換器である。なお、２０は熱交換器１３へのブライン
の供給の発停を制御する電磁切換弁である。

【００２１】第２の冷媒回路５ａ及びブライン回路５ｂ
の構成は、第１の冷媒回路４ａ及びブライン回路４ｂの
構成と同一であるので、同一符号の後に英小文字のａを
付し、説明は省略する。

【００２２】第３の冷媒回路６ａにおいて、２２は冷凍
用コンデンシングユニット（コンデンサー部は図示せ
ず。コンデンサー部はコンデンシングユニットと一体型
でも良いし、離れたところに設置するリモート型でも良
い）、２４はショーケース３を通常運転（過冷却を行わ
ない）するときに用いる冷凍側電磁切換弁、２５は冷凍
側エバポレータ、２６は冷凍側膨張弁を示す。第３の冷
媒回路６ａは更に電磁切換弁２７を介して過冷却専用の
熱交換器２８に接続させる回路も有している。

【００２３】また、第３のブライン回路６ｂは、第１の
ブライン回路４ｂ及び第２のブライン回路５ｂと並列に
設けられ、第１のブライン回路４ｂのところで説明した
ブラインの循環ポンプ１９と、蓄熱槽２１とに接続され
ている。なお、２９は電磁切換弁である。

【００２４】そして、本発明の冷凍・冷蔵設備の氷蓄熱
装置は、製氷・過冷却共用の熱交換器１３，１３ａ及び
過冷却専用の熱交換器２８と、製氷用の膨張弁１７，１
７ａと、ブラインの循環ポンプ１９と、製氷運転・過冷
却運転・通常運転を切換える各種電磁切換弁９，１２，
１４，１６，１８，２０，９ａ，１２ａ，１４ａ，１６
ａ，１８ａ，２０ａ，２４，２７，２９と、逆止弁１
５，１５ａと、蓄熱槽２１へ繋がるブライン出入口管及
び各冷凍機（ここではコンプレッサとコンデンサを含め
たもの）へ繋がる冷媒出入口管とを一体ユニット化する
と共に、該熱交換ユニットＨと冷凍機を、蓄熱槽２１に
近接して配置している。

【００２５】次に、この冷凍・冷蔵設備の氷蓄熱装置の
動作について説明する。通常運転（製氷・過冷却停止
時）では、図１で二重線矢印⇒で示すように、コンデン
シングユニット７で圧縮された高温・高圧の冷媒ガス
は、常温・高圧の液にコンデンサで凝縮され電磁切換弁
９を通って負荷設備側に送られ、膨張弁１１で絞られ低
温・低圧となり、エバポレータ１０で蒸発され、ショー
ケース１を冷蔵温度に冷却して、低温・低圧のガス冷媒
となって再びコンデンシングユニット７に還流され循環
される。

【００２６】この冷蔵側の基本冷媒回路において、コン
デンシングユニット７はショーケース１について、予め
設定されている最大負荷を賄えるように設計されている
ため、ショーケース等に与えられる負荷が減少すると、
最大負荷とそのショーケース等に与えられた負荷との差
として、余剰の冷凍能力を生じる。この冷凍・冷蔵設備
の蓄熱装置によれば、この余剰の冷凍能力に対応する量
の冷媒液が製氷運転に廻される。即ち、製氷運転では、
図１で実線矢印→で示すように、コンデンサで凝縮され
た液冷媒は、電磁切換弁１６を通り、蓄冷用膨張弁１７
を通って熱交換器１３（ここでは製氷用のエバポレータ
として機能する。）で熱交換され、電磁切換弁１８を通
って、コンデンシングユニット７に戻り、循環される。
一方、ブライン回路５ｂでは、蓄熱槽２１のブラインが
循環ポンプ１９により、電磁切換弁２０を介して熱交換
器１３で冷却され蓄熱槽２１に戻り循環する。

【００２７】次に、過冷却運転では、図１で点線矢印で
示すように、コンデンサで凝縮された液冷媒は、電磁切
換弁１２を通って熱交換器１３（ここでは、過冷却され
るコイルとして機能する。）で熱交換され、電磁切換弁
１４及び逆止弁１５を介して負荷設備側の膨張弁１１に
流入し、液冷媒を過冷却させた状態で絞られショーケー
ス１のエバポレータ１０を冷却して、コンデンシングユ
ニット７に戻り循環する。一方、ブライン回路５ｂで
は、製氷されて蓄冷された蓄熱槽２１の氷と熱交換され
たブラインが同じく循環ポンプ１９により、電磁切換弁
２０を介して熱交換器１３に入り、熱交換器１３で冷却
をし、蓄熱槽２１に戻り循環する。

【００２８】第２の冷媒回路５ａ及びブライン回路５ｂ
の動作も、第１の冷媒回路４ａ及びブライン回路４ｂの
動作と同一であるので説明は省略する。

【００２９】第３の冷媒回路及びブライン回路を次に説
明する。通常運転（製氷・過冷却停止時）では、図１の
二重線矢印⇒で示すように、冷凍用コンデンシングユニ
ット２２で圧縮された高温・高圧のガスは、コンデンサ
で凝縮され、冷凍側電磁切換弁２４を通って負荷設備側
に送られ、膨張弁２６で絞られ、ショーケース３のエバ
ポレータ２５で蒸発され、ショーケース３を冷却して、
コンデンシングユニット２２に戻り循環する。

【００３０】次に、過冷却運転では、図１の点線矢印で
示すように、コンデンサを出た液冷媒は、電磁切換弁２
７を通り、過冷却専用の熱交換器２８に入り、蓄熱槽２
１から導入されるブラインを介して冷却される。そし
て、この冷却された液冷媒が負荷設備側の冷凍膨張弁２
６で絞られ、エバポレータ２５で蒸発され、ショーケー
ス３を冷却する。そして、エバポレータ２５からコンデ
ンシングユニット２２に戻され循環される。

【００３１】以上説明したように、冷媒回路及びブライ
ン回路が動作すると、製氷運転時、余剰の冷凍能力とし
て、冷蔵側冷媒回路４ａ，５ａから蓄熱槽２１のブライ
ンに蓄えられた冷熱は、共用されるブラインを介して冷
凍側冷媒回路６ａにて消費される。従って、冷蔵側エバ
ポレータ１０，１０ａでの冷媒の蒸発温度の高い、即ち
運転効率の高い冷蔵側冷媒回路４ａ，５ａで余剰になっ
た冷熱が蓄冷される一方で、この冷熱は冷凍側エバポレ
ータ２５での冷媒の蒸発温度の低い、即ち運転効率の低
い冷凍側冷媒回路６ａで利用されるため、冷蔵側冷媒回
路４ａ，５ａ及び冷凍側冷媒回路６ａを含めた設備全体
として総合的な冷凍効率（成績係数）を向上させること
ができる。

【００３２】次に、本発明の冷凍・冷蔵設備の蓄熱装置
の制御方法について説明する。本発明の制御装置Ｓは、
図２に示すように、外気温（猛暑検出用）、ブライン温
度（製氷完了検出用）及び（異常検出用）のセンサー５
１，５２，５３（安価なサーモスタット）からの信号を
入力する外部温度情報部５４と、現在月日を指示するカ
レンダー５５と、現在時刻を出力するタイマー５６と、
判断基準となる設定値を入出力する条件設定部５７をも
ち、ＣＰＵによる演算部５８と制御パターン判断部５９
で演算若しくは比較判断をし、制御パターンＡ，Ｂ，Ａ
₂，Ｃ，Ｄ，Ｅのいずれかを出力部６１より出力し、各
電磁切換弁６２をコントロールする。なお、６０は警報
出力部である。

【００３３】過冷却運転への切替えは、季節パターンを
加味したタイムスケジュールか、もしくは外気温を併用
することにより、予め設定されたショーケース等の負荷
設備の優先順位に従い行うと好適である。また、製氷運
転への切替えはタイムスケジュールで始まり、予め設定
された時間、もしくはブライン温度で製氷終了を検知す
ると好適である。

【００３４】次に、本発明のタイムスケジュールによる
氷蓄熱制御方法をフローチャート（図３）により詳細に
説明する。まず、ステップＳ１で現在時刻が判定され
る。即ち、夜間（Ｔ₁₌２２：００〜Ｔ₂₌８：００）であ
ればステップＳ２に、昼間（Ｔ₂₌８：００〜Ｔ₁₌２２：
００）であればステップＳ５に進む。

【００３５】ステップＳ２では、ブライン温度と製冷完
了条件温度（ブライン温度−５℃）が比較され、ブライ
ン温度が製氷完了条件温度より低ければ（ブライン温度
＜製氷完了条件温度）ステップＳ３に、ブライン温度が
製氷完了条件温度より高ければステップＳ４に進む。ま
たステップＳ２でＴ₁（２２：００）〜現在時刻までの
間に、製氷完了条件温度以下になったかどうかが判断さ
れ、Ｙｅｓ（製氷完了）であればステップＳ３に、Ｎｏ
（製氷未完）であればステップＳ４に進む。但し、ここ
で、一度製氷完了した場合、８：００までステップＳ３
（制御パターンＡ）を継続する。ブライン循環ポンプ停
止により、ブライン温度検知部のブライン温度が−５℃
以上に上昇しても、再度ステップＳ３（制御パターン
Ｂ）には戻らない。

【００３６】ステップＳ３では、制御パターンＡが行な
われ、冷媒回路１〜３は全て製氷・過冷却停止すると共
に、ブライン循環ポンプも停止する（但し、負荷設備を
冷却する通常運転は行われる）。そして、ステップＳ３
の状態を継続しながら、次に、ステップＳ１に戻る。ス
テップＳ２でブライン温度が製氷完了条件温度（−５
℃）より高かった等（製氷未完）の場合には、ステップ
Ｓ４に進む。

【００３７】ステップＳ４では、制御パターンＢが行な
われ、冷媒回路１及び冷媒回路２が製氷運転をし、冷媒
回路３が過冷却運転停止となると共に、ブライン循環ポ
ンプが運転される。そして、ステップＳ４の状態を継続
しながら、次にステップＳ１に戻る。

【００３８】ステップＳ１で、現在時刻が昼間（Ｔ
₂₌８：００〜Ｔ₁₌２２：００）と判定されると、ステッ
プＳ５でブライン温度とブライン異常温度（＋５℃）が
比較され、ブライン温度がブライン異常温度より高けれ
ばステップＳ６に、低ければステップＳ７に進む。ここ
で、ブライン温度が＋５℃以上の場合は、蓄熱槽内の氷
が溶けきって、更に水温がかなり上昇している状態であ
る。この場合は、氷が出来ていなかった等のトラブルと
考えられ、過冷却運転を停止して、警報を出力する必要
がある。

【００３９】即ち、ステップＳ６では、制御パターンＡ
₂が行なわれ、冷媒回路１〜３全ての製氷運転・過冷却
運転が停止されると共に、ブライン循環ポンプも停止さ
れる。そして、警報出力Ｒが発信され、修理等が行わ
れ、再びステップＳ１に戻る。ステップＳ５でブライン
温度が正常と判断されると、ステップＳ７で現在月日が
判断される。夏期（７／１〜９／３０）であればステッ
プＳ８に、中間期・冬期であればステップＳ１４に進
む。

【００４０】ステップＳ８では、再び現在時刻が判定さ
れ、時刻がＴ₄（１２：００）〜Ｔ₅（１８：００）の間
であれば、ステップＳ９に、そうでなければステップＳ
１０に進む。ステップＳ９では、制御パターンＣが行な
われ、冷媒回路１及び冷媒回路３が過冷却運転、冷媒回
路２が製氷運転・過冷却運転を停止すると共に、ブライ
ン循環ポンプが運転される。そして、ステップＳ９の状
態を継続しながら、次にステップＳ１に戻る。ステップ
Ｓ８で、現在時刻がＴ₄（１２：００）〜Ｔ₅（１８：０
０）の間にない場合、ステップＳ１０で再び現在時刻が
判断され、現在時刻がＴ₂（８：００）〜Ｔ₄（１２：０
０）（午前）であればステップＳ１１に、そうでない場
合（１８：００〜２２：００）は、ステップＳ１２に進
む。

【００４１】ステップＳ１０でＴ₂（８：００）〜Ｔ
₄（１２：００）と判断された場合は、ステップＳ１１
で外気温が３２℃より低いかどうかが判断されると共
に、前日の２１：５０の時のブライン温度が＋３℃以下
かどうかが判断される。ここで、２１：５０（昼間モー
ドの終了直前）のブライン温度が＋３℃以上の場合は、
蓄熱槽の氷を使い切り、更に水温が上昇している状態で
ある。この場合は、翌日８：００〜１２：００をステッ
プＳ１３の制御パターンＤとする。即ち、製氷時の負荷
増大により、所定量の氷を作れない可能性があるため冷
媒回路１の過冷却開始時間を遅らせる。ステップＳ１１
でＹｅｓの場合はステップＳ９に、Ｎｏの場合はステッ
プＳ１３に進む。

【００４２】ステップＳ１３では、制御パターンＤが行
なわれ、冷媒回路３は過冷却運転をし、冷媒回路１及び
冷媒回路２では製氷運転・過冷却運転を停止させると共
に、ブライン循環ポンプを運転させる。そして、ステッ
プＳ１３の状態を継続しながら、次にステップＳ１に戻
る。

【００４３】ステップＳ１０で、Ｔ₂（８：００）〜Ｔ₄
（１２：００）の間にないと判断された場合（１８：０
０〜２２：００）、ステップＳ１２で、外気温が３２℃
以下かどうか、または、Ｔ₂（８：００）からＴ₅（１
８：００）の平均外気温が３２℃以下かどうか、また
は、Ｔ₂（８：００）からＴ₅（１８：００）の最高外気
温が３５℃以下かどうかが判断される。ステップＳ１２
でＹｅｓであれば、ステップＳ９に進み、Ｎｏであれ
ば、ステップＳ１３に進む。

【００４４】一方、ステップＳ７で、現在月日が中間期
・冬期と判断された場合は、ステップＳ１４に進む。ス
テップＳ１４では、制御パターンＥが行なわれ、冷媒回
路１〜３全てが過冷却運転すると共に、ブライン循環ポ
ンプが運転される。そして、ステップＳ１４の状態を継
続しながら、次にステップＳ１に戻る。

【００４５】次に、タイムスケジュールの典型例を図４
に基づいて説明する。図４（ａ）は夏期スケジュール例
で、Ｔ₁（２２：００）〜例えば６：００迄の間、ステ
ップＳ４の制御パターンＢが行なわれ、冷媒回路１及び
冷媒回路２が製氷運転し、冷媒回路３が過冷却運転を停
止すると共に、ブライン循環ポンプが運転される。製氷
運転をしているうちに、ブライン温度が製氷完了条件温
度に達すると（例えば６：００）、ステップＳ３の制御
パターンＡとなり、Ｔ₂（８：００）まで、制御パター
ンＡが行なわれる。Ｔ₂（８：００）になり、夏期であ
ることにより、ステップＳ１１で３２℃以下と判断され
ると、ステップＳ９の制御パターンＣがＴ₂（８：０
０）〜Ｔ₃（２２：００）まで続けられ、冷媒回路１及
び冷媒回路３が過冷却運転され、冷媒回路２が製氷運転
・過冷却運転停止となると共に、ブライン循環ポンプが
運転される。

【００４６】次に、図４（ｂ）は夏期で猛暑条件を検知
した時の例で、Ｔ₁（２２：００）〜Ｔ₂（８：００）迄
は夏期（図４（ａ））と同じであるが、Ｔ₂（８：０
０）からＴ₄（１２：００）までの間、ステップＳ１３
の制御パターンＤとなる。即ち、冷媒回路３が過冷却運
転し、冷媒回路１及び冷媒回路２が製氷・過冷却運転停
止となる。そして、ブライン循環ポンプが運転される。
時刻がＴ₄（１２：００）〜Ｔ₅（１８：００）の間にな
ると、ステップＳ９の制御パターンＣとなり、冷媒回路
１及び冷媒回路３が過冷却運転となり、冷媒回路２が製
氷運転・過冷却運転停止となり、ブライン循環ポンプが
運転される。Ｔ₅（１８：００）〜Ｔ₃（２２：００）の
間になると、再びステップＳ１３の制御パターンＤにな
る。なお、８：００〜１２：００の間は、ステップＳ１
１の判断によっては、制御パターンＤで固定とは限らず
制御パターンＣが選択される可能性もあり得る。同様に
１８：００〜２２：００の間も、ステップＳ１２の判断
により制御パターンＤで固定とは限らず、途中から制御
パターンＣが選択されることもある。

【００４７】図４（ｃ）は中間期・冬期スケジュールの
例で、Ｔ₁（２２：００）〜Ｔ₂（８：００）迄は夏期
（図４（ａ））と同じであるが、Ｔ₂（８：００）〜Ｔ₃
（２２：００）の間、ステップＳ１４の制御パターンＥ
となり、冷媒回路１〜３全てが過冷却運転となり、ブラ
イン循環ポンプが運転される。

【００４８】なお、本発明はシステムのユニット化・簡
素化によって全体のイニシャルコストを削減するもの
で、省エネを目的とする氷蓄熱システムにおいては、投
資回収期間の長短に関わる重要な問題である。上記以外
でコストに関係するポイントとして、ランニングコスト
は蓄熱量が大きいほど削減額も大きくなるが、構成機器
の中で蓄熱槽は高価であり、大型化や台数増加は即全体
のイニシャルコストアップになる。蓄熱槽の設置場所の
問題も生じる。蓄熱を液冷媒の過冷却に利用する場合、
例えば夏期は４０℃の液冷媒を５℃まで過冷却するのに
対し、冬期は外気温がひくいため元の液冷媒温度が低く
２５℃を５℃に過冷却する。従って冬期は夏期と同じ量
の氷が有ってもそれを利用しきれない。本発明では、必
要最低限の蓄熱槽に対し、過冷却用の熱交換期は目一杯
接続する（蓄熱量との関係上、中間期・冬期のみしか利
用できないものが接続されていても良い）ことで、年間
を通して効率良く蓄熱槽の氷を使えることを暗に含んで
いる（熱交換器の追加は蓄熱槽ほどコストアップになら
ない）。なお、以上の説明において、電磁切換弁は全て
制御弁をあらわすことは勿論である。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の冷凍・冷
蔵設備の氷蓄熱装置とその制御方法によれば、次のよう
な効果を奏する。（１）複数の熱交換器、製氷用の膨張弁、ブラインの循
環ポンプ、複数の制御弁、蓄熱槽へ繋がるブライン出入
口管及び各冷凍機へ繋がる冷媒出入口管等を、一体ユニ
ット化したので、工場の品質管理のいきとどいた所で製
作でき、溶接ミスのガス洩れ等のトラブルが防止できる
と共に、工事コストを極めて安価とすることができる。（２）蓄熱槽・熱交換器・冷凍機を近接して配置してい
るため、各機器間のブライン回路・冷媒回路の配管長が
短くてすみ、それに伴う工事コストが削減される。（３）製氷運転・過冷却運転等の制御手段は、タイムス
ケジュール以外は必要最低限の手段のみとしているた
め、各種の検出手段・判断手段が不要となり、それに伴
う機器コスト・工事コストが削減される。（４）各種の検出手段・判断手段が不要となるため、こ
れらの故障等に起因するシステムのトラブルの確立が減
少し、システム全体の信頼性が向上する。（５）氷蓄熱システムは夜間に蓄えた氷を利用して昼間
の消費電力を削減し、電気料金の削減を図るものである
が、従来技術ではシステム全体のイニシャルコストが高
く、投資回収に長期間を要する欠点があった。本発明
は、システム全体のイニシャルコストを下げ、投資回収
に要する期間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷凍・冷蔵設備の氷蓄熱装置を含む構
成図である。

【図２】本発明の冷凍・冷蔵設備の氷蓄熱装置の制御構
造を示すブロック図である。

【図３】本発明の冷凍・冷蔵設備の氷蓄熱装置の制御方
法を示すフローチャートである。

【図４】本発明の制御方法の季節パターンのタイムスケ
ジュールを示す説明図で、（ａ）夏期、（ｂ）猛暑時、
（ｃ）中間期・冬期を示す。

【符号の説明】

１ショーケース２ショーケース３ショーケース４ａ第１の冷媒回路４ｂ第１のブライン回路５ａ第２の冷媒回路５ｂ第２のブライン回路６ａ第３の冷媒回路６ｂ第３のブライン回路７，７ａ冷蔵用コンデンシングユニット９，９ａ冷蔵側電磁切換弁１０，１０ａ冷蔵側エバポレータ１１，１１ａ冷蔵側膨張弁１２，１２ａ電磁切換弁１３，１３ａ熱交換器１４，１４ａ電磁切換弁１５，１５ａ逆止弁１６，１６ａ電磁切換弁１７，１７ａ膨張弁１８，１８ａ電磁切換弁１９循環ポンプ２０電磁切換弁２１蓄熱槽２２冷凍用コンデンシングユニット２４冷凍側電磁切換弁２５エバポレータ２６冷凍側膨張弁２７電磁切換弁２８熱交換器２９電磁切換弁Ｈ熱交換ユニットＳ制御装置５１，５２，５３センサー５４外部温度情報部５５カレンダー５６タイマー５７条件設定部５８演算部５９制御パターン判断部６０警報出力部６１制御パターン出力部６２各電磁切換弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ブラインを循環ポンプで循環させること
により製氷・解氷を蓄熱槽内で行うブライン回路と、複
数の異なったショーケース等の負荷設備を冷凍機で冷却
する複数の冷媒回路と、複数のブライン回路・冷媒回路
の熱交換を行う熱交換器とを備え、冷凍機の余剰能力で
製氷を行う冷凍・冷蔵設備の氷蓄熱装置において、前記複数の熱交換器と、製氷用の膨張弁と、ブラインの
循環ポンプと、複数の制御弁と、蓄熱槽へ繋がるブライ
ン出入口管及び、各冷凍機へ繋がる冷媒出入口管とを、
一体ユニット化すると共に、該ユニットと冷凍機とを、蓄熱槽に近接して配置したこ
とを特徴とする冷凍・冷蔵設備の氷蓄熱装置。
【請求項２】前記複数の熱交換器は制御弁の切替えで
製氷・過冷却の両用途となる熱交換器と、制御弁の切替
えで過冷却用となる熱交換器であることを特徴とする請
求項１記載の冷凍・冷蔵設備の氷蓄熱装置。
【請求項３】前記製氷・過冷却用の熱交換器は中温用
の冷媒回路に、過冷却用熱交換器は低温用の冷媒回路に
使うことを特徴とする請求項１又は２記載の冷凍・冷蔵
設備の氷蓄熱装置。
【請求項４】外部温度情報と、現在月日を指示するカ
レンダーと、時刻を刻むタイマーと、判断基準となる設
定値を入出力する条件設定部とから、タイムスケジュー
ル等を演算・判断し、制御パターンを選定することによ
って、ブライン回路及び冷媒回路の製氷運転／過冷却運
転の切替えを制御することを特徴とする冷凍・冷蔵設備
の氷蓄熱制御方法。
【請求項５】過冷却運転への切替えは、季節を加味し
たタイムスケジュールか、もしくは外気温を併用するこ
とにより、予め設定された負荷設備の優先順位に従い行
なうことを特徴とする請求項４記載の冷凍・冷蔵設備の
氷蓄熱制御方法。
【請求項６】製氷運転への切替えはタイムスケジュー
ルで始まり、予め設定された時間もしくは、ブライン温
度で製氷終了を検知することを特徴とする請求項４又は
５記載の冷凍・冷蔵設備の氷蓄熱制御方法。