JPH10311614A - 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、生じた冷媒ガスを圧縮機４
で圧縮し、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、また蓄熱槽８で凝縮させた
冷媒を蒸発器３で蒸発させるので、蓄熱剤の温度よりも
低い冷却温度が得られる。

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１２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１２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１２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
熱蓄熱時に蒸発器として用いられる蓄熱槽内の熱交換器
を冷熱放熱時に凝縮器として用い、低温で凝縮させた液
冷媒を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、
請求項１記載のこの発明は、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、前記熱交換器の一端と前記圧縮機
の冷媒ガス吐出口との間及び前記熱交換器の他端と前記
膨張弁との間を前記凝縮器から切り換えてそれぞれ接続
する冷媒通路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、前記圧縮機からの冷媒ガスを前記熱交換器に送って
凝縮させ、生じ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凝縮器を遮断し、熱交換器の一端
を圧縮機の冷媒ガス吐出口に接続し、熱交換器の他端を
膨張弁に接続する。そして、圧縮機の運転により蓄熱槽
の熱交換器を凝縮器として液冷媒を蒸発器に送って蒸発
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、冷熱放熱時も蓄熱槽内で低温に凝
縮させた液冷媒の蒸発により冷媒を行うため、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】蓄熱槽内の蓄熱剤との熱交換によれば、冷
媒の凝縮温度は通常の凝縮器に比べて大幅に低下する。
従って、蓄熱温度がショーケースなどで冷却に必要とさ
れる温度より十分に低ければ、圧縮機を冷媒ポンプとし
て働かせ、膨張弁を通すことなく冷媒を循環させること
が可能である。そこで、請求項２記載のこの発明は、膨
張弁をバイパスする冷媒通路を設け、熱交換器からの液
冷媒を前記膨張弁をバイパスさせて蒸発器に送るように
する。これにより、蒸発器で蒸発した冷媒を圧縮する圧
縮機の仕事量が減り冷却効率が一層向上する。その場
合、蒸発器は熱サイフォンを形成し、一定の蒸発温度で
安定する。

【００１０】一方、冷凍機の圧縮機は通常の冷凍サイク
ルの中で効率よく運転されるように能力が定められてお
り、蓄熱槽内で冷媒の凝縮温度が低下した場合には能力
が過剰になって効率が低下する。そこで、請求項３記載
のこの発明は、圧縮機の駆動回転数を可変制御できるよ
うにし、冷熱放熱時には圧縮機の駆動回転数を落とし
て、請求項１の冷却装置では低い凝縮温度、つまり低い
飽和圧力に見合った圧縮能力に抑え、また請求項２の装
置では圧縮機を冷媒ポンプとしての機能にまで能力を抑
える。これにより、圧縮機のエネルギ効率が高まり、結
果として冷却効率が向上する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図１１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。

【００１２】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、一端が三方弁１６を介し
て熱交換器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６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７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１
５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
冷媒通路は蓄熱回路を形成する。

【００１３】更に、図１において、熱交換器１４の一端
は三方弁１６及び１７を介して圧縮機４の冷媒ガス吐出
口と接続され、熱交換器１４の他端は三方弁７を介して
膨張弁２と接続されている。後述するように、熱交換器
１４を三方弁７，１６，１７により凝縮器５から圧縮機
４及び膨張弁２に切り換え接続する冷媒通路は放熱回路
を形成する。

【００１４】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６，７，１６，１７の弁体を図示の方向に
切り換えて圧縮機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。

【００１５】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，
１７を図示方向に切り換え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。

【００１６】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６，
１６を図３に点線で示す方向に切り換えて、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６，１６間の冷媒通
路に鎖線で示すように冷媒ポンプ１８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。

【００１７】次いで、三方弁７，１６，１７を図４に示
す方向に切り換え、圧縮機４を運転する。これにより、
圧縮機４からの高温の冷却ガスは熱交換器１４に導かれ
て凝縮するとともに、熱交換器１４内の低温の液冷媒は
膨張弁２は通して蒸発器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。生じた冷媒ガスは圧
縮機４で吸引圧縮されて再び熱交換器１４で凝縮され
る。この放熱運転は蓄熱槽８内の蓄熱剤が全部融解する
まで継続される。

【００１８】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、冷熱放熱
時には熱交換器１４を圧縮機４に接続し、熱交換器１４
を凝縮器として冷媒を循環・蒸発させるようにしたもの
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、冷熱放熱時は冷媒の凝縮温度
が低下するので、通常運転時よりも大きな冷凍能力が得
られる。

【００１９】実施の形態２ 図５〜図８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２を示
すものである。この実施の形態２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。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６，７１６，１７を図示の方向に切り換
え、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，
１７を図示方向に切り換え、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。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。この状態で三方弁７，１６，１７
を図示方向に切り換え、蓄熱槽８の熱交換器１４を凝縮
器として圧縮機４を運転し、生じた液冷媒を膨張弁２を
通して蒸発器３で蒸発させてショーケース１内の気流を
冷却する。

【００２１】実施の形態３ 図９及び図１０は、蓄熱槽８で凝縮させた液冷媒を膨張
弁２を通さずに蒸発器３に導いて循環させる実施の形態
３を示すものである。図９において、各膨張弁２をバイ
パスする冷媒通路１８が設けられ、その途中に電磁弁１
９が挿入されている点が実施の形態１と相違している。
図９において、蓄熱運転及び電磁弁１９を閉止して行わ
れる通常冷却運転は実施の形態１と同じである。

【００２２】図１０は図９の装置の放熱運転時の冷媒回
路を太線で示したもので、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。次いで、三方弁７，１６，１７
を図示方向に切り換えて凝縮器５を冷媒回路から遮断
し、また電磁弁１９を開放して膨張弁２をバイパスさせ
る。この状態で圧縮機４を作動させ、蓄熱槽８の熱交換
器１４内にある液冷媒を蒸発器３に送り込む。これによ
り、冷媒は膨張弁２を通ることなく冷媒回路内を循環
し、熱交換器１４と蒸発器３との間で熱サイフォンが形
成される。その結果、冷媒回路内は熱交換器１４と蒸発
器３の中間の圧力で平衡し、圧縮機４の負荷は通常冷却
の場合よりも小さくなる。冷媒は蒸発器３内で蒸発した
後、圧縮機４で圧縮されて熱交換器１４に送られ再び凝
縮する。

【００２３】実施の形態４ 図１１は蓄熱槽８で凝縮させた液冷媒を膨張弁２を通さ
ずに蒸発器３に導く場合において、１台のショーケース
１内に蓄熱槽８、蒸発器３、圧縮機４、凝縮器５を設置
した実施の形態２を示すもので、太線で放熱運転時のみ
の冷媒回路を示している。動作はショーケース１が１台
になった点を除いて実施の形態４と同じである。

【００２４】上記各実施の形態１〜４において、図１、
図５、図９、図１１に鎖線で示したように圧縮機４の駆
動電源にインバータ２１を用い、圧縮機４の回転数を可
変制御することにより、冷熱放熱運転時に圧縮機４の回
転数を下げ、その運転効率を高めることができる。すな
わち、実施の形態１及び２においては凝縮温度の低下に
より飽和圧力も低下し、圧縮機４の負荷が低下する。そ
のため、回転数を通常冷却運転時と同一に維持すると圧
縮機４が間欠運転する場合の起動・停止回数が多くな
り、運転効率が低下する。そこで、回転数を制御して圧
縮能力を抑え、起動・停止の頻度を減らすことにより運
転効率を高めるものとする。一方、実施の形態３及び４
においては、圧縮機４を冷媒ポンプとして機能させるた
め低負荷となる。従って、その場合にも回転数を制御し
て圧縮能力を抑えるのがよい。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、空気調和機などその他の用途にも適用できるも
のである。

【００２５】

【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、蓄熱槽で凝縮
させた冷媒を蒸発器で蒸発させることにより冷却効率が
大幅に向上し、かつ従来は蓄熱剤の温度以下の冷熱の放
熱は得られなかったのに対し、冷媒の蒸発により蓄熱剤
より低い冷却温度を得ることができる。

【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】図９の装置の冷熱放熱時の冷媒回路を示す図で
ある。

【図11】この発明の実施の形態４の冷熱放熱時の冷媒回
路を示す図である。

【図12】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 三方弁 １８ 冷媒ポンプ １９ バイパス冷媒通路 ２０ 電磁弁 ２１ インバータ

Claims (3)

【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、 前記熱交換器の一端と前記圧縮機の冷媒ガス吐出口との
   間及び前記熱交換器の他端と前記膨張弁との間を前記凝
   縮器から切り換えてそれぞれ接続する冷媒通路からなる
   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、前記圧縮機からの冷媒ガスを前記熱交換
   器に送って凝縮させ、生じ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】膨張弁をバイパスする冷媒通路を設け、熱
   交換器からの液冷媒を前記膨張弁をバイパスさせて蒸発
   器に送るようにしたことを特徴とする請求項１記載の蓄
   熱式冷却装置。
3. 【請求項３】圧縮機の駆動回転数を可変制御できるよう
   にしたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の蓄
   熱式冷却装置。