JPS63113261A - 蓄氷熱式冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はスクリュー圧縮機、往復動式圧縮機などの単段
圧縮機を用いて冷凍用低温熱源と冷却用中間温熱源の２
種の熱源を簡単に取り出し得る蓄氷熱式冷凍装置に関す
る。

（従来の技術） 冷凍機によって低温（冷凍用）と中間温（空調など冷却
用）の２種の熱源を得るには、特公昭５５−２１９４２
号公報によって公知な装置のように、コンパウンド型２
段圧縮機を使用して、２段圧縮方式により、冷媒を圧縮
、凝縮、過冷却、膨張、蒸発することにより低温度の熱
源を得るようにしていた。

（発明が解決しようとする問題点） 上述のように、従来のものは２段圧縮機を使用しなけば
低温域の冷熱源が得られないために特に圧縮機構が複雑
となりコスト高を招く欠点があり、さらに中間温度の熱
源を取り出すためには装置の回路構造が複雑であると共
に、装置が面倒な手段を必要とする問題があって、汎用
装置としては不適であった。

このような問題点に対処して本発明は単段圧縮機で、し
かも簡単な冷媒回路・水流通回路の構成によって低温、
中間温の２種の低熱源を容易に得さしめる冷凍装置を提
供すべく成されたものであって、空調用等の中間温度冷
熱源を冷凍装置に設けた蓄氷槽内の氷によって得ること
ができる冷凍回路を構成した点を特徴としており、装置
コスト及びランニングコストの低減をはかって汎用性を
高める点を発明の主たる目的とする。

（問題点を解決するための手段） しかして本発明は上述の目的を達成し得る蓄氷熱式冷凍
装置として単段圧縮機（１）と水冷凝縮器（２）とを直
接続してなる圧縮・凝縮冷媒回路に対して、第１膨張弁
（３）と蓄氷槽（４）内に収容した第１蒸発器（５）と
を直列接続して蓄氷運転時に用いる第１冷媒回路と、第
２膨張弁（６）と低温冷凍庫（７）内の第２蒸発器（８
）とを直列接続して冷凍・冷却運転時に用いる第２冷媒
回路との両冷媒回路を何れかが冷媒循環系を形成し得る
如き交互の切換可能な並列に接続する一方、前記水冷凝
縮器（２）の水流通系に対して、クーリングタワー側を
備えて蓄氷運転時に用いる第１水流通回路と、空調機α
〔の対水冷却コイルＯＤと前記蓄氷槽（４）とを直列接
続して冷凍・冷却運転時に用いる第２水流通回路との両
水流通回路を何れかが水循環系を形成し得る如き交互の
切換え可能な並列に接続した装置に構成してなることを
特徴とする。

さらに本発明は第２番目の発明に係る装置として、前記
第１冷媒回路を蓄氷運転時だけでなく、この蓄氷運転か
ら冷凍・冷却運転への切換時に用いる運転制御と前記第
２水流通回路を冷凍・冷却運転時だけでなく、この冷凍
・冷却運転に移行する間の冷却運転時にも用いる運転制
御とを追加せしめる一方、前記水冷凝縮器（２）の水流
通系の出口と前記蓄氷槽（４）とを貯湯槽α濁が介され
た配管で接続してなり、前記蓄氷運転から前記冷凍・冷
却運転への切換時に前記蓄氷槽（４）から水冷凝縮器（
２）に送出した水を前記貯湯槽α蜀に貯溜させ、この貯
溜水を蓄氷運転の開始に応じて蓄氷槽（４）に送出可能
となした第３水流通回路を追加して設けた装置に構成し
たことを特徴とする。

（作用） 畝上の手段を備えてなる本発明は、夜間の空調運転が不
必要な時間帯、例えば午後１０時から翌午前６時の間に
おいては、前記圧縮・凝縮冷媒回路に対し前記第１冷媒
回路を接続すると共に、水冷凝縮器（２）に前記第１水
流通回路を接続して蓄氷槽（４）内に氷を備蓄する蓄氷
運転を行わせて空調負荷及び冷媒凝縮に用いる冷熱源を
確保せしめ、−方、昼間例えば午前８時から午後６時の
間においては、圧縮・凝縮冷媒回路に対し前記第２冷媒
回路を接続すると共に、水冷凝縮器（２）に対して前記
第２水流通回路を接続して低温冷凍庫（７）内を第２蒸
発器（８）で低温に冷却すると共に、蓄氷槽（４）内の
蓄氷を融かして得た低温の水で水冷凝縮器（２）及び空
調対象域を冷却して、２段階の温度を得る冷凍・冷却運
転を行わせることができる。

かくして単段圧縮機（１）を用いて、夜間に中間温度の
冷熱源を氷として貯溜し、昼間はその熱源を同じ単段圧
縮機（１）の高圧（凝縮）側の熱除去に用いて高圧を中
間温度のレベル例えば７℃まで下げ、その冷媒を低温度
レベルで蒸発させ、低温例えば−４０℃の冷熱源を得る
ことが可能であり、また、前記中間温度冷熱源で空調負
荷に対応する冷水例えば５℃の水を得ることか可能であ
る。

次に第２番目の発明は、夜間の蓄氷運転から昼間の冷凍
・冷却運転への切換えに際して、単純に切り換えたとす
ると単段圧縮機（１）の圧縮比が急激に大きくなり吐出
ガス温度が上昇する問題が起こりやすいので、冷媒系は
圧縮・凝縮冷媒回路に対して第１冷媒回路に接続した蓄
氷運転の状態に保持しておき、一方、水流通系は蓄氷槽
（４）から送出した低温例えば２℃の水を水冷凝縮器（
２）を経、貯水槽α美白に送り込まれるようにすること
によって、高圧を例えば３５℃から７℃まで低下させた
後、冷媒系を第１冷媒回路に替えて第２冷媒回路を接続
する冷凍・冷却運転に切り換えると共に、水流通系は前
述した冷凍・冷却運転時の状態に切り換えるのであって
、かくして吐出ガス温度の上昇を抑え得るものである。

更に、第２番目の発明は、昼間の冷凍・冷却運転から夜
間の蓄氷運転に切換えるに際しても、単純に切り換える
と単段圧縮器（１）の圧縮比が急激に大きくなる問題が
起こり易いことから、水流通系は水冷凝縮器（２）に第
２水流通回路を接続した冷凍・冷却運転状態に保持して
おいて、冷媒系を冷凍・冷却運転から蓄氷運転に切り換
えて、高圧圧力を上昇せた後、水流通系を冷凍・冷却運
転状態から蓄氷運転の状態に切り換えさせるのであり、
これによって圧縮比の急激な上昇を抑え得るのである。

なお、水流通系を蓄氷運転に切り換えるのと同時に、貯
水槽０ｍ内に貯溜している水は蓄氷槽（４）に戻されて
蓄氷を効果的に行うものである。

（実施例） 以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明する
。

各図は本発明装置の例を運転状態別に示してなる装置回
路図であって、（１）は単段圧縮機例えばスクリュー圧
縮機、（２）は水冷凝縮器であって、両者を直列接続し
て圧縮・凝縮冷媒回路を形成しており、この冷媒回路は
受液器（９）を直列に接続して有する。

上記圧縮・凝縮冷媒回路に対して、第１冷媒回路と第２
冷媒回路とを切換可能に接続しているが、第１冷媒回路
は、冷媒流通方向の上手側から開閉弁Ｑ４）、第１膨張
弁（３）、断熱壁で囲繞された蓄氷槽（４）内に収容さ
れる第１蒸発器（５）（蒸発温度Ｔｅ＝　−１０℃）、
開閉弁α９を順に直列接続させており、第２冷媒回路は
、同じく上手側から開閉弁Ｑ６）、第２膨張弁（６）、
低温冷凍庫（７）例えば食品冷凍庫内に設置した第２蒸
発器（８）（蒸発温度Ｔｅ＝−４０℃）、開閉弁面を順
に直列接続させている。

一方、水冷凝縮器（２）の水流通系には第１乃至第３水
流通回路が切換可能に接続されているが第１水流通回路
は、水流通方向の上手側から開閉弁（２２）、クーリン
グタワー０＃、ポンプ（２６）及び開閉弁（２３）を順
に直列接続させており、第２水流通回路は同じく上手側
から開閉弁Ｑｌ、開閉弁（２０）、空調機Ｏｌの対水冷
却コイルＱｌ）、前記蓄氷槽（４）、ポンプ（２７）及
び開閉弁（２１）を順に直列接続させており、さらに、
第３水流通回路は水冷凝縮器（２）の水流通系出口と蓄
氷槽（４）の槽頂部に設けた水入口との間に、上手側か
ら開閉弁（２４）、蓄氷槽（４）の近傍に好ましくは上
方に配設した断熱構造の貯水槽Ｑ’ｌ＋及び開閉弁（２
５）を順に直列接続してなる経路を亘らせて設けている
。

なお、（２）は空調用ファンを示している。

畝上の構成を有する冷凍装置は蓄氷運転（第１図参照）
と冷凍・冷却運転（第３図参照）とを主たる運転態様と
なし、再運転の切換え時期と中間時間帯において第２図
、第４図及び第５図に示された過渡的な各運転が行われ
るのであって、各図において冷媒及び水が流通している
管路は大実線で示され、停止中の管路は細実線で示され
る通りであり、また、流体流通方向は矢示線で示されて
いる。

先ず、蓄氷運転は例えば夜間の午後１０時乃至翌午前６
時の空調及び低温冷凍庫（７）の運転を休止する時間帯
に行われるのであって、単段圧縮機（１）とポンプ（２
６）とを駆動させ、開閉弁（財）、α９．　（２２）。

（２３）を開放させる一方、空調用ファン側を停止、各
開閉弁Ｑ６）、（Ｉη、αｌ、　（２１０，（２１）、
（２４）、（２５）を閉弁にしておく。

か（して、単段圧縮機（１）の高圧側（凝縮）温度は３
５℃、低圧側（蒸発）温度は一１０℃となり、蓄氷槽（
４）内の水は殆どが凍結して氷となり、一方、水冷凝縮
器（２）の凝縮熱はクーリングタワー〇のを介して大気
中に放出される。

この蓄氷運転を午前６時に停止して午前８時の冷凍・冷
却運転開始まで休止させておいてもよいが、これを短時
間に支障なく切換える場合には、第２図に示す如く冷媒
系は蓄氷運転のままにさせておいて、水流通系をポンプ
（２７）の駆動と開閉弁α■、　（２１）、（２４）の
開弁とによってクーリングタワー〇荀から蓄氷槽（４）
の系統に切り換えて、高圧圧力を下げる運転を過渡的に
行わせる。

すなわち、蓄氷槽（４）内で氷から融けた２℃の冷水を
水冷凝縮器（２）に送って凝縮熱を奪取し、１０〜１５
℃になった水を貯水槽α１内に貯溜せしめるのであって
、かくして単段圧縮機（１）の高圧側温度は７℃、低圧
側温度は一１０℃となって圧縮比が大きくなるのを避け
、吐出ガス温度の上昇を防ぐことが可能である。

なお、水冷凝縮器（２）で熱交換後の水は蓄氷槽（４）
に戻してもよいが、これでは蓄氷槽（４）内の温度が上
昇して好ましくないので、いったん貯水槽α１内に温度
上昇した水を貯えておき、これを次の蓄氷運転が開始さ
れるときに蓄氷槽（４）内に戻すようにしている（第５
図参照） このようにして単段圧縮器（１）の圧力、温度上昇を抑
えた後に、第３図に示す如くポンプ（２７）を駆動させ
、開閉弁Ｑｌ、　（２ｍ、（２１）を開弁させ、かつ、
空調用ファン＠を駆動する一方、開閉弁αｅ、αηを開
弁させると共に、開閉弁Ｑ４）．Ｑ５１を閉弁させて冷
媒系を冷凍・冷却運転の状態にする。

かくして単段圧縮機（１）の高圧側温度は７℃、低圧側
温度は一４０℃となり、低温冷凍庫（７）内は第２蒸発
器（８）により−４０℃近くまで冷却される一方、蓄氷
槽（４）を出た２℃の冷水は水冷凝縮器（２）で凝縮熱
を奪取し５℃に温度上昇した後、対水冷却コイル０υで
空調対象域を冷却後、８℃に温度上昇して蓄氷槽（４）
内に戻されて冷水の循環が成されることにより、冷凍運
転と冷却（冷房）運転とが同時に行われる。

なお、貯水槽０湯内の１０〜１５℃の水はそのまま貯溜
させておくものであり、以上述べた第２図に示す過渡的
な運転は第２番目の発明に対応するものである。

冷凍・冷却運転を続けていて午後６時頃の冷凍負荷が殆
どなくなる時間帯になると、冷媒系を前述した蓄氷運転
の状態に切り換える（開閉弁０旬。

αつの開弁操作）一方、水流通系は今まで通りの冷水の
循環を行わせる。

この運転態様は第４図に示す通りであって、単段圧縮機
（１）の高圧側温度は７℃が保たれ、一方低圧側温度は
上昇して一１０℃となって、蓄氷槽（４）内は第１蒸発
器（５）によって冷却され蓄氷が行われる。

一方、蓄氷槽（４）を出た２°Ｃの冷水は水冷凝縮器（
２）を冷却すると共に、対水冷却コイルαυで空調対象
域を冷却後、８℃に温度上昇して蓄氷槽（４）内に戻さ
れ冷却（冷房）運転が行われる。

この第４図に示す通りの運転態様は第２番目の発明に対
応するものである。

そして上述の運転をしばらく続けた後に、第５図に示す
如（、水流通系をポンプ（２６）の駆動と開閉弁（２２
）　、　（２３）の開放とにより、クーリングタワーＱ
ｌ側に切り換えて、第１図と同要領の蓄氷運転に入らせ
るのであり、この蓄氷運転の開始と同時に開閉弁（２５
）を開放させて貯水槽α濁内の貯水を自重により蓄氷槽
（４）内に戻すのである。

かくすることにより、単段圧縮ａ　（１）の高圧側温度
は３５℃に上昇して低圧側温度−１０℃との間で適切な
圧縮比が保たれるようになり、蓄氷槽（４）内では冷水
が凍結して冷却（冷房）用の中間温度熱源が確保される
。

なお、前記開閉弁（２５）は貯水の全量戻しが成される
ことによって閉弁させることは言うまでもない。

（発明の効果） 本発明は以上の説明によって明らかなように、単段圧縮
機（１）だけで低温域と中間温度域の２種の冷熱源が得
られ、しかも効率のよい運転のもとで得られるため、設
備費、運転費ともに大幅な低減が果たされる。

しかも中間温度の冷熱源は蓄氷槽（４）を出た冷水が利
用されるようになっているので取り出しが容易である。

さらに蓄氷方式をとっているので多量の冷熱源が低ラン
ニングコストによって得られる利点がある。

また、第２番目の発明は、蓄氷運転と冷凍・冷却運転と
の間の切換え時に際して冷媒系の切換えと水流通系の切
換えとの間に時間差を持たせて単段圧縮系（１）の圧縮
比が急激に上昇しないようにしているので、圧縮機（１
）に過酷な負担を強いることがなく、安定しかつ安全性
の高い冷凍運転が果たされる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明の例に係る運転態様毎に示し
た装置回路図である。 （１）・・・単段圧縮機、 （２）・・・水゛冷凝縮器、 （３）・・・第１膨張弁、 （４）・・・蓄氷槽、 （５）・・・第１蒸発器、 （６）・・・第２膨張弁、 （７）・・・低温冷凍庫、 （８）・・・第２蒸発器、 αψ・・・空調機、 Ｑｌ）・・・対水冷却コイル、 Ｑ３１・・・貯水槽、 （１１・・・クーリングタワー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、単段圧縮機（１）と水冷凝縮器（２）とを直列接続
   してなる圧縮・凝縮冷媒回路に対して、第１膨張弁（３
   ）と蓄氷槽（４）内に収容した第１蒸発器（５）とを直
   列接続して蓄氷運転時に用いる第１冷媒回路と、第２膨
   張弁（６）と低温冷凍庫（７）内の第２蒸発器（８）と
   を直列接続して冷凍・冷却運転時に用いる第２冷媒回路
   との両冷媒回路を、何れかが冷媒循環系を形成し得る如
   き交互の切換え可能な並列に接続する一方、前記水冷凝
   縮器（２）の水流通系に対して、クーリングタワー（１
   ８）を備えて蓄氷運転時に用いる第１水流通回路と、空
   調機（１０）の対水冷却コイル（１１）と前記蓄氷槽（
   ４）とを直列接続して冷凍・冷却運転時に用いる第２水
   流通回路との両水流通回路を何れかが水循環系を形成し
   得る如き交互の切換え可能な並列に接続したことを特徴
   とする蓄氷熱式冷凍装置。 ２、単段圧縮機（１）と水冷凝縮器（２）とを直列接続
   してなる圧縮・凝縮冷媒回路に対して、第１膨張弁（３
   ）と蓄氷槽（４）内に収容した第１蒸発器（５）とを直
   列接続して蓄氷運転時及び該蓄氷運転から冷凍・冷却運
   転への切換時に用いる第１冷媒回路と、第２膨張弁（６
   ）と低温冷凍庫（７）内の第２蒸発器（８）とを直列接
   続して冷凍・冷却運転時に用いる第２冷媒回路との両冷
   媒回路を、何れかが冷媒循環系を形成し得る如き交互の
   切換え可能な並列に接続する一方、前記水冷凝縮器（２
   ）の水流通系に対して、クーリングタワー（１８）を備
   え蓄氷運転時に用いる第１水流通回路と、空調機（１０
   ）の対水冷却コイル（１１）と前記蓄氷槽（４）とを直
   列接続して冷凍・冷却運転時及び該冷凍・冷却運転から
   蓄氷運転に移行する間の冷却運転時に用いる第２水流通
   回路との両水流通回路を、何れかが水循環系を形成し得
   る如き交互の切換え可能な並列に接続し、さらに、水冷
   凝縮器（２）の水流通系の出口と前記蓄氷槽（４）とを
   貯水槽（１３）が介された配管で接続してなり、前記蓄
   氷運転から前記冷凍・冷却運転への切換時に前記蓄氷槽
   （４）から水冷凝縮器（２）に送出した水を前記貯水槽
   （１３）に貯溜させ、この貯溜水を蓄氷運転の開始に応
   じて蓄氷槽（４）に送出可能となした第３水流通回路を
   設けたことを特徴とする蓄氷熱式冷凍装置。