JPH10311613A - 蓄熱式冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】冷凍機の余剰能力で蓄熱剤に冷熱を蓄熱する蓄
熱式の冷却装置において、冷熱放熱のための配管構成を
簡単にし、かつ冷熱効率を向上する。 【解決手段】蓄熱剤を収容した蓄熱槽８の熱交換器１４
を蓄熱剤を凍結させる際の冷媒の蒸発器と蓄熱剤の冷熱
を放熱する際の冷媒の凝縮器の両方に兼用し、蓄熱時に
は冷凍機の凝縮器５からの液冷媒を熱交換器１４で蒸発
させるとともに、冷熱放熱時には、それに先立って凝縮
器５から熱交換器１４に移動させた液冷媒をショーケー
ス１の蒸発器３で蒸発させ、生じた冷媒ガスを再び熱交
換器１４に戻して蓄熱剤との熱交換により凝縮させる。
蓄熱槽８とショーケース１との間のブライン配管が不要
になり、またブラインを介する熱交換よりも冷却効率が
向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、主に冷凍・冷蔵
ショーケースに用いられる冷却装置に関し、特に蓄熱式
の冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記冷却装置は一般に冷凍機により構成
されているが、例えば冷凍・冷蔵ショーケース（以下、
単にショーケースという）において、店舗が閉店し、か
つ気温が低下する夜間は昼間に比べて冷凍機負荷が減少
する。そこで、夜間には冷凍機余剰能力を用いて蓄熱器
に冷熱を蓄熱し、昼間にそれを放熱することにより、冷
凍機の負荷の平準化を図る蓄熱式の冷熱装置が知られて
いる。図１４はショーケース用の蓄熱式冷却装置の従来
構成を示すシステム構成図である。図１４において、複
数台（図示の場合は３台）のショーケース１に対して１
台の冷凍機が設置され、各ショーケース（図示はオープ
ンショーケース）１に設置された膨張弁２及び蒸発器３
には圧縮機４及び凝縮器５が三方弁６及び７を介して共
通に配管接続されている。

【０００３】また、図１４において、冷熱用蓄熱剤を収
容した蓄熱槽８が設置され、蓄熱槽８には蓄熱剤冷却用
蒸発器９及びブライン冷却用熱交換器１０が設けられて
いる。そして、蒸発器９の一端は膨張弁１１及び三方弁
７を介して凝縮器５の液冷媒出口に配管接続され、他端
は三方弁６を介して圧縮機４の冷媒ガス吸入口に配管接
続されている。一方、熱交換器１０の一端は蒸発器３内
に一体に設けられたブライン放熱用熱交換器１２の一端
に配管接続され、他端はブラインポンプ１３を介して熱
交換器１２の他端に配管接続されている。

【０００４】このような冷却装置において、通常は凝縮
器５からの液冷媒は膨張弁２を通して蒸発器３で蒸発さ
せ、ショーケース１内の循環気流を冷却するが、夜間の
冷凍能力余剰時には三方弁６，７の切換により凝縮器５
からの液冷媒を膨張弁１１を通して蓄熱槽８の蒸発器９
で蒸発させ、蓄熱剤を凍結させる。そして、昼間には圧
縮機の運転を一時停止し、ブラインポンプ１３を運転す
ることにより、蓄熱槽８と熱交換器１２との間でブライ
ンを循環させ、蓄熱剤に蓄積した冷熱を放熱してショー
ケース１を冷却する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記した蓄熱式冷却装
置によれば、安価な夜間電力を利用することでランニン
グコストの低減が図れるとともに、冷凍機の負荷の平準
化により冷凍機容量を小さくすることが可能になる。し
かしその一方で、従来装置においてはブライン用の熱交
換器や配管を独立して設けなければならないため設備費
が増加するとともに、ブラインを介して行う熱交換は冷
却効率が低いという問題があった。そこで、この発明の
課題は、蓄熱式冷却装置の構成を簡単にして設備費のコ
ストダウンを図るとともに、冷却効率を向上させること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、ブライン用
熱交換器及びそれらをつなぐブライン配管をなくし、冷
凍機の凝縮器から蓄熱槽の熱交換器に移動させた液冷媒
を冷媒ポンプで冷凍機の蒸発器に送って蒸発させる構成
とすることにより、上記課題を解決するものである。す
なわち、この発明は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発
器からなる冷凍機を有する冷却装置において、冷熱蓄熱
用の蓄熱剤を収容し、かつこの蓄熱剤と熱交換する熱交
換器を備えた蓄熱槽と、一端が前記熱交換器の一端に接
続された第２の膨張弁と、この第２の膨張弁の他端と前
記凝縮器の液冷媒出口との間及び前記熱交換器の他端と
前記圧縮機の冷媒ガス吸入口との間を前記膨張弁及び蒸
発器から切り換えてそれぞれ接続する冷媒通路とからな
る蓄熱回路と、液冷媒を移送する冷媒ポンプと、この冷
媒ポンプの吸入口と前記熱交換器の一端との間、前記冷
媒ポンプの吐出口と前記蒸発器の液冷媒入口との間及び
前記熱交換器の他端と前記蒸発器の冷媒ガス出口との間
を前記圧縮機及び凝縮器から切り換えてそれぞれ接続す
る冷媒通路とからなる放熱回路とを設け、前記冷凍機の
余剰能力を用いて前記蓄熱回路の前記圧縮機を運転し、
前記凝縮器からの液冷媒を前記第２の膨張弁を通して前
記熱交換器で蒸発させて前記蓄熱剤に冷熱を蓄熱した
後、前記圧縮機を停止して前記放熱回路の前記冷媒ポン
プを運転し、前記熱交換器で凝縮させた液冷媒を前記蒸
発器で蒸発させるようにするものである。

【０００７】このような装置において、蓄熱時には冷凍
機の凝縮器から液冷媒を蓄熱槽の熱交換器に送って蒸発
させ、蓄熱剤を凍結させて冷熱を蓄熱する点は従来構成
と同じである。ただし、放熱時には、冷凍機の凝縮器内
にある液冷媒を蓄熱槽の熱交換器に移動させた後、接続
を切り換えて冷凍機の圧縮機及び凝縮器を遮断するとと
もに、蓄熱槽の熱交換器を冷媒ポンプを介して冷凍機の
蒸発器に接続する。そして、冷媒ポンプの運転により蓄
熱槽の熱交換器内の液冷媒を蒸発器に送って蒸発させ、
生じた冷媒ガスは再び熱交換器に回収して蓄熱剤との熱
交換により凝縮させる。このような手段によれば、ブラ
インを循環させるための別途の熱交換器や配管が不要と
なるため設備費が低減するとともに、冷熱放熱時も液冷
媒の蒸発により冷却を行うため、ブラインを介する熱交
換よりも冷却効率が高くなる。

【０００８】冷熱放熱に先立つ冷凍機の凝縮器から蓄熱
槽の熱交換器への液冷媒の移動は、その間に冷媒通路を
形成するだけで凝縮器と熱交換器との間の温度差により
自然に行えるが、冷媒ポンプを別途設けて強制移動させ
ることもできる。

【０００９】一方、蓄熱槽の熱交換器の一端と冷凍機の
蒸発器の液冷媒入口とを直接接続する冷媒通路を設ける
とともに、前記蒸発器を前記熱交換器をよりも低い位置
に設置するようにすれば、熱交換器の液冷媒を重力で蒸
発器に送って蒸発させることができ、液冷媒を熱交換器
から蒸発器に送るための冷媒ポンプを省くことが可能と
なる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図１３に基づいて、
ショーケースの冷却装置におけるこの発明の実施の形態
を説明する。なお、従来例と対応する部分には同一の符
号を用いるものとする。実施の形態１ 図１〜図４は実施の形態１を示すものである。図１はシ
ステム構成図で、３台のオープンショーケース１に対し
て１台の冷凍機が設置され、各ショーケース１の膨張弁
２及び蒸発器３には三方弁６及び７を介して圧縮機４及
び凝縮器５が共通に配管接続されている。

【００１１】また、図１において、図示しない冷熱蓄熱
用の蓄熱剤を収容し、かつこの蓄熱剤と熱交換する熱交
換器１４を備えた蓄熱槽８と、一端が熱交換器１４の一
端に接続された第２の膨張弁１５とが設けられ、膨張弁
１５の他端は三方弁７及び１６を介して凝縮器５の液冷
媒出口に配管接続され、熱交換器１４の他端は三方弁６
を介して圧縮機４の冷媒ガス吸入口と配管接続されてい
る。後述するように、蓄熱槽８と、膨張弁１５と、これ
らを三方弁６，７，１６により膨張弁２及び蒸発器３か
ら圧縮機４及び凝縮器５に切り換え接続する冷媒通路と
は蓄熱回路を形成する。

【００１２】更に、図１において、各膨張弁２には電磁
弁１７を有するバイパス通路１８が設けられ、膨張弁１
５には電磁弁１９を有するバイパス通路２０が設けられ
ている。また、液冷媒を移送する冷媒ポンプ２１が設け
られ、この冷媒ポンプ２１の吐出口はバイパス通路１８
を介して蒸発器３に配管接続され、また吸入口は三方弁
１６及びバイパス通路２０を介して熱交換器１４の一端
に配管接続されている。後述するように、冷媒ポンプ２
１と、その吐出口及び吸入口を三方弁１６，７により熱
交換器１４の一端及び蒸発器３の液冷媒入口にそれぞれ
切り換え接続する冷媒通路と、熱交換器１４の他端を三
方弁６により蒸発器３の冷媒ガス出口に切り換え接続す
る冷媒通路とは放熱回路を形成する。

【００１３】図２は図１の装置の蓄熱時の冷媒回路を太
線で示したものである。矢印は冷媒の循環する向きを示
している。図２において、夜間などの冷凍機負荷減少時
に、各三方弁６，７，１６の弁体を図示の方向に切り換
え、電磁弁１９を閉止する。そして、圧縮機４を運転
し、凝縮器５で凝縮した液冷媒を膨張弁１５を通して熱
交換器１４に供給し、熱交換器１４を蒸発器として液冷
媒を蒸発させ、蓄熱槽８内の蓄熱剤を凍結・蓄熱させ
る。

【００１４】図３は図１の装置の通常冷却時の冷媒回路
を太線で示したものである。図３において、三方弁６，
７を図示方向に切り換え、電磁弁１７を閉止した冷媒回
路は一般のショーケースと同じであり、凝縮器５からの
液冷媒を膨張弁２を通して蒸発器３で蒸発させ、ショー
ケース１の本体内を循環する気流を冷却する。

【００１５】図４は図１の装置の冷熱放熱時の冷媒回路
を太線で示したものである。放熱に先立ち、凝縮器５内
に溜まっている液冷媒を蓄熱槽８の熱交換器１４に移動
させる。凝縮器５における冷媒の凝縮温度（例えば４０
℃）は、蓄熱槽８内で凍結した蓄熱剤の温度（例えば−
３０℃）に対してはるかに高温であるため、三方弁７，
１６を図３に点線で示す方向に切り換え、かつ電磁弁１
９を開放して、凝縮器５と熱交換器１４との間に冷媒通
路を形成することにより、液冷媒は温度差によって凝縮
器５から自然に移動して熱交換器１４に溜まる。なお、
三方弁７，１６間の冷媒通路に鎖線で示すように冷媒ポ
ンプ２２を別途設ければ、上記冷媒移動をより速やかに
行うことができる。

【００１６】次いで、三方弁６，７，１６を図４に示す
方向に切り換え、かつ電磁弁１７，１９を開放して、冷
媒ポンプ２１を運転する。これにより、熱交換器１４内
の低温の液冷媒は膨張弁２は通らずバイパス通路１８を
経て蒸発器３に流入し、ここで蒸発してショーケース１
内の気流を冷却する。生じた冷媒ガスは自然に熱交換器
１４に戻り、ここで蓄熱剤との熱交換により冷却されて
再び液化する。この放熱運転は蓄熱剤が全部融解するま
で継続される。

【００１７】以上示した冷却装置は、蓄熱槽８の熱交換
器１４を蒸発器として蓄熱剤を凍結させた後、この熱交
換器１４とショーケース１の蒸発器３とを接続し、凝縮
器５から移動させた冷媒を循環・蒸発させるようにした
ので、ブライン用の熱交換器や配管が不要となり、設備
費の低減が図れるとともに、冷熱の放熱時も液冷媒の蒸
発により冷却を行うので、ブラインを介して冷熱を放熱
する場合に比べて冷却効率が高くなる。

【００１８】実施の形態２ 図５〜図８は、複数台のショーケースを１台の冷凍機で
冷却する場合において、蓄熱槽を各ショーケースごとに
設けるようにした実施の形態２を示すものである。図５
のシステム構成図において、２台のショーケース１に対
して共通の圧縮機４及び凝縮器５が設置されているが、
熱交換器１４を備えた蓄熱槽８は、各ショーケース１ご
とに設けられている点が実施の形態１と相違している。
実施の形態２によれば、蓄熱槽８と蒸発器３との間の配
管経路が短縮されるため、冷熱放熱時の冷却効率が高く
なる。

【００１９】図６は図５の装置の蓄熱時の冷媒回路を太
線で示したもので、各三方弁６，７を図示の方向に切り
換え、電磁弁２３を開放し、電磁弁２４，２５を閉止す
る。そして、圧縮機４を運転し、凝縮器５で凝縮した液
冷媒を膨張弁１５を通して熱交換器１４に供給し、熱交
換器１４を蒸発器として液冷媒を蒸発させ、蓄熱槽８内
の蓄熱剤を凍結・蓄熱させる。

【００２０】図７は図５の装置の通常冷却時の冷媒回路
を太線で示したものである。図７において、三方弁６，
７を図示方向に切り換え、電磁弁２３を閉止し、電磁弁
２４，２５を開放して圧縮機４を運転し、凝縮器５から
の液冷媒を膨張弁２を通して蒸発器３で蒸発させ、ショ
ーケース１の本体内を循環する気流を冷却する。

【００２１】図８は図１の装置の冷熱放熱時の冷媒回路
を太線で示したものである。放熱に先立ち、実施の形態
１の場合と同様、凝縮器５内に溜まっている液冷媒を温
度差による自然な移動、あるいは別途設置する冷媒ポン
プを用いた強制的な移動により蓄熱槽８に移動させる。
この状態で電磁弁２３〜２５を閉止し、冷媒ポンプ２１
を運転する。これにより、熱交換器１４内の低温の液冷
媒は蒸発器３に流入し、ここで蒸発してショーケース１
内の気流を冷却する。生じた冷却ガスは自然に熱交換器
１４に戻り、ここで蓄熱剤との熱交換により冷却されて
再び液化する。

【００２２】実施の形態３ 図９は１台のショーケース１内に、蓄熱槽８とともに圧
縮機４及び凝縮器５を設置した実施の形態３を示すもの
である。配管構成は実施の形態２におけるショーケース
１を１台としたものと実質的に同じなので、動作説明は
省略する。実施の形態３によれば、冷却装置がすべてシ
ョーケース内に組み込まれることで、ショーケースの移
動性や設置場所の自由度の向上が図れる。

【００２３】実施の形態４ 図１０〜図１３は、実施の形態３における冷媒ポンプを
不要とした実施の形態４を示すものである。図１０のシ
ステム構成図において、蓄熱槽８の熱交換器１４の一端
と冷凍機の蒸発器３の液冷媒入口とは直接に配管接続さ
れるとともに、蒸発器３は熱交換器１４よりも低い位置
に設置され、冷熱放熱時に液冷媒を熱交換器１４から蒸
発器３に送るための冷媒ポンプは省かれている。

【００２４】図１１は図１０の装置の蓄熱時の冷媒回路
を太線で示したもので、各三方弁６，７を図示の方向に
切り換え、電磁弁２６を開放し、電磁弁２７閉止する。
そして、圧縮機４を運転し、凝縮器５で凝縮した液冷媒
を膨張弁１５を通して熱交換器１４に供給し、熱交換器
１４を蒸発器として液冷媒を蒸発させ、蓄熱槽８内の蓄
熱剤を凍結・蓄熱させる。

【００２５】図１２は図１０の装置の通常冷却時の冷媒
回路を太線で示したものである。図１２において、三方
弁６，７を図示方向に切り換え、電磁弁２６を閉止し、
電磁弁２７を開放して圧縮機４を運転し、凝縮器５から
の液冷媒を膨張弁２を通して蒸発器３で蒸発させ、ショ
ーケース１の本体内を循環する気流を冷却する。

【００２６】図１３は図１０の装置の冷熱放熱時の冷媒
回路を太線で示したものである。放熱に先立ち、凝縮器
５内に溜まっている液冷媒を温度差による自然な移動、
あるいは別途設置する冷媒ポンプを用いた強制的な移動
により蓄熱槽８に移動させる。この状態で三方弁６を図
示方向に切り換え、電磁弁２６，２７を開放することに
より、熱交換器１４内の液冷媒は自重で蒸発器３に流入
し、ここで蒸発してショーケース１内の気流を冷却す
る。生じた冷媒ガスは自然に熱交換器１４に戻り、ここ
で蓄熱剤との熱交換により冷却されて再び液化する。な
お、上記各実施の形態はオープンショーケースについて
示したが、この発明は、平型などの他の形式の冷凍・冷
蔵ショーケースはもちろん、空気調和装置などその他の
用途にも適用できるものである。

【００２７】

【発明の効果】以上の通り、この発明によれば、冷熱放
熱時の熱移動を蓄熱槽内の熱交換器とショーケース内の
蒸発器をつなぐ冷媒通路のみで行うことができるので、
ブラインを介して熱交換を行う従来の蓄熱式冷却装置に
比べて設備費が大幅に低下するとともに、冷却効率もは
るかに向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の冷却装置の実施の形態１を示すシス
テム構成図である。

【図２】図１の装置の蓄熱時の冷媒回路を示す図であ
る。

【図３】図１の装置の通常冷却時の冷媒回路を示す図で
ある。

【図４】図１の装置の冷熱放熱時の冷媒回路を示す図で
ある。

【図５】この発明の冷却装置の実施の形態２を示すシス
テム構成図である。

【図６】図５の装置の蓄熱時の冷媒回路を示す図であ
る。

【図７】図５の装置の通常冷却時の冷媒回路を示す図で
ある。

【図８】図５の装置の冷熱放熱時の冷媒回路を示す図で
ある。

【図９】この発明の冷却装置の実施の形態３を示すシス
テム構成図である。

【図10】この発明の冷却装置の実施の形態４を示すシス
テム構成図である。

【図11】図１０の装置の蓄熱時の冷媒回路を示す図であ
る。

【図12】図１０の装置の通常冷却時の冷媒回路を示す図
である。

【図13】図１０の装置の冷熱放熱時の冷媒回路を示す図
である。

【図14】従来例を示すシステム構成図である。

【符号の説明】

１ ショーケース ２ 膨張弁 ３ 蒸発器 ４ 圧縮機 ５ 蒸発器 ６ 三方弁 ７ 三方弁 ８ 蓄熱槽 １４ 熱交換器 １５ 第２の膨張弁 １６ 三方弁 １７ 電磁弁 １９ 電磁弁 ２１ 冷媒ポンプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器からな
   る冷凍機を有する冷却装置において、 冷熱蓄熱用の蓄熱剤を収容し、かつこの蓄熱剤と熱交換
   する熱交換器を備えた蓄熱槽と、一端が前記熱交換器の
   一端に接続された第２の膨張弁と、この第２の膨張弁の
   他端と前記凝縮器の液冷媒出口との間及び前記熱交換器
   の他端と前記圧縮機の冷媒ガス吸入口との間を前記膨張
   弁及び蒸発器から切り換えてそれぞれ接続する冷媒通路
   とからなる蓄熱回路と、 液冷媒を移送する冷媒ポンプと、この冷媒ポンプの吸入
   口と前記熱交換器の一端との間、前記冷媒ポンプの吐出
   口と前記蒸発器の液冷媒入口との間及び前記熱交換器の
   他端と前記蒸発器の冷媒ガス出口との間を前記圧縮機及
   び凝縮器から切り換えてそれぞれ接続する冷媒通路とか
   らなる放熱回路とを設け、 前記冷凍機の余剰能力を用いて前記蓄熱回路の前記圧縮
   機を運転し、前記凝縮器からの液冷媒を前記第２の膨張
   弁を通して前記熱交換器で蒸発させて前記蓄熱剤に冷熱
   を蓄熱した後、前記圧縮機を停止して前記放熱回路の前
   記冷媒ポンプを運転し、前記熱交換器で凝縮させた液冷
   媒を前記蒸発器で蒸発させるようにしたことを特徴とす
   る蓄熱式冷却装置。
2. 【請求項２】冷媒ポンプに代えて蓄熱槽の熱交換器の一
   端と冷凍機の蒸発器の液冷媒入口とを接続する冷媒通路
   を設けるとともに、前記蒸発器を前記熱交換器をよりも
   低い位置に設置したことを特徴とする請求項１記載の蓄
   熱式冷却装置。