WO2016147336A1 - 冷却システム - Google Patents

Abstract

　冷却システム１００は、部屋５０Ａの内部を冷却する冷却システム１００であって、部屋５０Ａの内部に設置された冷却用冷却器２０と、部屋５０Ａの内部に設置された除湿用冷却器１０と、を備え、除湿用冷却器１０は、部屋５０Ａの内部の除湿を行う除湿運転を行うときに、水の凝固点よりも低い温度で、部屋５０Ａの内部を冷却する、ものである。

Description

冷却システム

　この発明は、冷却用冷却器への霜の付着を抑制することによって、省エネルギー化が達成された冷却システムに関するものである。

　庫内を冷却するための利用側熱交換器に霜が付着すると、利用側熱交換器の熱交換効率が低下し、冷凍装置の冷凍能力が低下してしまう。そこで、例えば、従来の冷凍装置では、利用側熱交換器に霜が付着したときに、利用側熱交換器に付着した霜を除霜するデフロスト運転を行っている（特許文献１参照）。

特開２００９－２８７７８９号公報

　しかしながら、特許文献１に記載されているような従来の冷却システムでは、デフロスト運転を行う前の、冷却用冷却器に霜が付着している間には、冷却用熱交換器の熱交換効率が低下しているため、冷却システムのエネルギー効率が低下している。

　この発明は、上記のような課題を背景としてなされたものであり、省エネルギー化が達成された冷却システムを得ることを目的としている。

　この発明に係る冷却システムは、部屋の内部を冷却する冷却システムであって、部屋の内部に設置された冷却用冷却器と、部屋の内部に設置された除湿用冷却器と、を備え、除湿用冷却器は、部屋の内部の除湿を行う除湿運転を行うときに、水の凝固点よりも低い温度で、部屋の内部を冷却する、ものである。

　この発明によれば、省エネルギー化が達成された冷却システムを得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る冷却システムの一例を模式的に記載した図である。 図１に記載の除湿用冷却器および冷却用冷却器の一例を模式的に記載した図である。 図１に記載の冷却システムの除湿運転の一例を説明する図である。 この発明の実施の形態２に係る冷却システムの除湿運転の一例を説明する図である。 図１に記載の扉が開状態となったときの、冷却空間の温度変化の一例を説明する図である。

　以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付して、その説明を適宜省略または簡略化する。また、各図に記載の構成について、その形状、大きさおよび配置等は、この発明の範囲内で適宜変更することができる。

　実施の形態１．
［冷却システム］
　図１は、この発明の実施の形態１に係る冷却システムの一例を模式的に記載した図であり、図２は、図１に記載の除湿用冷却器および冷却用冷却器の構成の一例を模式的に記載した図である。図１に示すように、この実施の形態に係る冷却システム１００は、部屋５０Ａの内部の単一の冷却空間５０を冷却するものであり、例えば、除湿用冷却器１０と冷却用冷却器２０と除湿用冷却器温度センサ１２と冷却用冷却器温度センサ２２と冷却空間温度センサ３０と制御部２００とを含んでいる。なお、部屋５０Ａは、例えば、倉庫等の大型の部屋であってもよく、冷蔵庫もしくは冷凍庫等の小型の部屋であってもよい。部屋５０Ａは、開口部５２を有し、開口部５２には、扉５４が取り付けられている。扉５４を開状態５４Ａとすることで、冷却空間５０が部屋５０Ａの外部と連通し、扉５４を閉状態５４Ｂとすることで、冷却空間５０が部屋５０Ａの外部から遮断される。

　除湿用冷却器１０と冷却用冷却器２０と除湿用冷却器温度センサ１２と冷却用冷却器温度センサ２２と冷却空間温度センサ３０とは、冷却空間５０に設置されている。除湿用冷却器１０は、冷却空間５０の冷却および除湿を行うものである。除湿用冷却器１０は、後述する冷却システム１００の除湿運転時に、水の凝固点よりも低い温度で冷却空間５０の冷却を行うことで、冷却空間５０の空気に含まれる水蒸気等を除湿用冷却器１０に着氷させて、冷却空間５０の除湿を行う。好適には、除湿用冷却器１０は、冷却システム１００の除湿運転時に、冷却用冷却器２０および水の凝固点よりも低い温度で冷却空間５０の冷却を行うことによって、冷却空間５０の空気中に含まれる水蒸気等を、除湿用冷却器１０にさらに積極的に着氷させることができる。この実施の形態の例では、除湿用冷却器１０は、冷却システム１００の通常運転時には、冷却用冷却器２０と実質的に同じ温度で冷却空間５０の冷却を行い、冷却システム１００の除湿運転時に、冷却用冷却器２０および水の凝固点と比較して低い温度で冷却空間５０の冷却を行う。なお、除湿用冷却器１０は、冷却システム１００の通常運転時は動作せずに、冷却システム１００の除湿運転時に動作するように構成されていてもよい。除湿用冷却器１０の設置位置は、特に限定されるものではないが、除湿用冷却器１０は、冷却用冷却器２０と比較して、開口部５２に近い位置に設置されるとよい。除湿用冷却器１０が開口部５２の近傍に設置されることによって、例えば扉５４が開状態５４Ａとなり、部屋５０Ａの外部から冷却空間５０に水蒸気等を含む空気が侵入したときに、除湿用冷却器１０が効率良く除湿を行うことができる。除湿用冷却器温度センサ１２は、除湿用冷却器１０の除湿用冷却器温度ｔ１を検出するものであり、例えば、サーミスタまたは熱電対等を含んで構成されている。

　冷却用冷却器２０は、冷却空間５０を冷却するものであり、除湿用冷却器１０と比較して、大きい冷却能力を有している。つまり、この実施の形態において、冷却用冷却器２０は、冷却空間５０を冷却するための主たる冷却器として機能している。なお、除湿用冷却器１０が冷却空間５０を冷却するように機能する場合には、除湿用冷却器１０は、冷却空間５０を補助的に冷却する冷却器として機能する。冷却用冷却器２０の設置位置は、特に限定されるものではないが、冷却用冷却器２０は、除湿用冷却器１０と比較して、開口部５２から遠い位置に設置されるとよい。冷却用冷却器２０が開口部５２から遠い位置に設置されることによって、冷却用冷却器２０に霜が付着するおそれを抑制することができる。例えば、冷却用冷却器２０が冷却空間５０の開口部５２から最も遠い位置に設置された場合には、冷却用冷却器２０に霜が付着するおそれをさらに抑制することができる。冷却用冷却器温度センサ２２は、冷却用冷却器２０の冷却用冷却器温度ｔ２を検出するものであり、例えば、サーミスタまたは熱電対等を含んで構成されている。

　冷却空間温度センサ３０は、冷却空間５０の冷却空間温度ｔ３を検出するものであり、例えば、サーミスタまたは熱電対等を含んで構成されている。冷却空間温度センサ３０の設置位置は、特に限定されるものではないが、冷却空間温度センサ３０は、除湿用冷却器１０および冷却用冷却器２０と比較して開口部５２に近い位置に設置されるとよい。冷却空間温度センサ３０が開口部５２の近傍に設置されることによって、開口部５２の近傍の温度変化を精度よく検出することができるため、扉５４の開閉を精度よく検出することができる。なお、冷却空間温度センサ３０は、扉５４の冷却空間５０側に取り付けられてもよい。

　制御部２００は、冷却システム１００の全体の制御を行うものであり、アナログ回路、デジタル回路、ＣＰＵ、またはこれらのうちの２つ以上の組み合わせを含んで構成されている。制御部２００は、例えば、除湿用冷却器温度ｔ１と冷却用冷却器温度ｔ２と冷却空間温度ｔ３とを用いて、除湿用冷却器１０および冷却用冷却器２０の制御を行う。なお、図１に記載の例では、制御部２００が冷却空間５０の外部に設置されているが、制御部２００は、冷却空間５０の内部に設置されていてもよい。また、この実施の形態の例の制御部２００は、第１制御部１４と第２制御部２４とを含み、第１制御部１４と第２制御部２４とが通信を行うように構成されているが、単一の制御部２００として構成されていてもよい。

［冷凍サイクル装置］
　図２に示すように、この実施の形態の例の除湿用冷却器１０は、冷凍サイクル装置１の第１利用側熱交換器１８を含んで構成されており、冷却用冷却器２０は、冷凍サイクル装置１の第２利用側熱交換器２８を含んで構成されている。冷凍サイクル装置１は、圧縮機２と、熱源側熱交換器４と、熱源側熱交換器４の冷媒流出側と圧縮機２の吸入側との間に並列に配設された除湿用冷却器１０と冷却用冷却器２０と、が配管で環状に接続され、内部に冷媒が循環するものである。

　圧縮機２は、例えば、インバータで制御が行われるインバータ圧縮機であり、運転周波数を任意に変化させて、容量（単位時間あたりに冷媒を送り出す量）を変化させることができる。なお、圧縮機２は、一定の運転周波数で動作する一定速圧縮機であってもよい。熱源側熱交換器４は、例えば、熱源側熱交換器４を流れる冷媒を空気と熱交換させて、冷媒を凝縮させるものである。例えば、熱源側熱交換器４の近傍には、熱源側熱交換器４へ空気を導く送風機（図示を省略）が設置されている。

　除湿用冷却器１０は、第１膨張装置１６および第１利用側熱交換器１８を含んでいる。第１膨張装置１６は、第１膨張装置１６を通過する冷媒を膨張させるものであり、例えば開度を調整することができる電子膨張弁であるが、毛細管と開閉弁とを含んで構成されていてもよい。第１利用側熱交換器１８は、例えば、第１利用側熱交換器１８を流れる冷媒を空気と熱交換させて、冷媒を蒸発させるものである。例えば、第１利用側熱交換器１８の近傍には、第１利用側熱交換器１８へ空気を導く送風機（図示を省略）が設置されている。

　冷却用冷却器２０は、第２膨張装置２６、第２利用側熱交換器２８および圧力調整装置２９を含んでいる。第２膨張装置２６は、第２膨張装置２６を通過する冷媒を膨張させるものであり、例えば開度を調整することができる電子膨張弁であるが、毛細管と開閉弁とを含んで構成されていてもよい。第２利用側熱交換器２８は、例えば、第２利用側熱交換器２８を流れる冷媒を空気と熱交換させて、冷媒を蒸発させるものである。例えば、第２利用側熱交換器２８の近傍には、第２利用側熱交換器２８へ空気を導く送風機（図示を省略）が設置されている。圧力調整装置２９は、第２利用側熱交換器２８を通過した冷媒の圧力を調整するものであり、例えば、開度を調整することができる電子膨張弁または毛細管等で構成されている。この実施の形態の例では、冷却システム１００の除湿運転時に、除湿用冷却器１０が、冷却用冷却器２０と比較して低い温度となるように構成されている。したがって、冷却システム１００の除湿運転時に、第１利用側熱交換器１８に流れる冷媒が、第２利用側熱交換器２８に流れる冷媒と比較して低い圧力となるように、第１膨張装置１６、第２膨張装置２６および圧力調整装置２９が調整される。

［冷凍サイクル装置の動作］
　次に、冷凍サイクル装置１の動作の一例について説明する。圧縮機２で圧縮された冷媒は、凝縮器として機能する熱源側熱交換器４で熱交換されて凝縮する。熱源側熱交換器４で凝縮した冷媒は、除湿用冷却器１０に流れる冷媒と、冷却用冷却器２０に流れる冷媒とに分岐される。除湿用冷却器１０に流入した冷媒は、第１膨張装置１６で膨張され、蒸発器として機能する第１利用側熱交換器１８に流入する。第１利用側熱交換器１８で熱交換されて蒸発した冷媒は、冷却用冷却器２０から流出した冷媒と合流して、圧縮機２に吸入される。冷却用冷却器２０に流入した冷媒は、第２膨張装置２６で膨張され、蒸発器として機能する第２利用側熱交換器２８に流入する。第２利用側熱交換器２８で熱交換されて蒸発した冷媒は、圧力調整装置２９で圧力が調整され、除湿用冷却器１０から流出した冷媒と合流して、圧縮機２に吸入される。

［冷却システムの除湿運転］
　図３は、図１に記載の冷却システムの除湿運転の一例を説明する図である。以下の説明では、冷却用冷却器２０が、水の凝固点よりも低い温度で、冷却空間５０の冷却を行う例についての説明を行う。まず、図３のステップＳ０２にて、図１に記載の制御部２００は、除湿運転を行う除湿運転タイミングを決定する。除湿運転タイミングは、例えば、前回の除湿運転からの経過時間を用いて決定される。なお、除湿運転タイミングは、前回の除湿運転からの経過時間、予め設定された除湿運転の運転頻度情報および予め設定された冷却システムの設定情報等の情報のうちの少なくとも１つを用いて決定されればよい。なお、除湿運転を繰り返すことで、冷却空間５０の空気に含まれる水蒸気等が徐々に減少するため、除霜運転を行う間隔を徐々に長くしてもよい。

　図３のステップＳ０４にて、図１の制御部２００は、除湿運転タイミングになったか否かを判断し、除湿運転タイミングになると、図３のステップＳ０６に進む。ステップＳ０６にて、制御部２００は、除湿用冷却器温度ｔ１および冷却用冷却器温度ｔ２を取得し、ステップＳ０８にて、制御部２００は、除湿用冷却器温度ｔ１が冷却用冷却器温度ｔ２よりも低いか否かを判断する。ステップＳ０８にて、除湿用冷却器温度ｔ１が冷却用冷却器温度ｔ２以上である場合は、ステップＳ１０にて、制御部２００は、除湿用冷却器１０の目標温度を低くする制御を行い、ステップＳ０６に戻る。

　ステップＳ０８にて、除湿用冷却器温度ｔ１が冷却用冷却器温度ｔ２と比較して低い場合は、ステップＳ１２にて、制御部２００は、除湿運転を終了するか否かを判断する。除湿運転を終了するか否かの判断は、例えば、除湿用冷却器１０の大きさ等に基づいて設定される除霜運転時間が経過したか否かで判断される。除霜運転を終了しない場合は、ステップＳ０６に戻り、除霜運転を終了する場合は、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４にて、制御部２００は、除湿用冷却器１０に付着した霜を除霜するデフロスト運転を実行する。なお、除湿用冷却器１０のデフロスト運転は、除湿用冷却器１０の冷却動作を停止させて行われる。例えば、除湿用冷却器１０のデフロスト運転は、図示を省略してあるヒータによって行われるヒータ方式であるが、オフサイクル方式またはホットガス方式で実行されてもよい。なお、デフロスト運転で発生した水は、冷却空間５０の外部に排出されるようになっている。ステップＳ１６にて、除湿用冷却器１０のデフロスト運転を終了するか否かの判断を行い、デフロスト運転が終了すると、ステップＳ０２に戻る。なお、デフロスト運転を終了するか否かの判断は、例えば、除湿用冷却器１０の大きさおよびヒータの容量等に基づいて設定されるデフロスト運転時間が経過したか否かで判断される。

　上記のように、この実施の形態の冷却システム１００は、冷却空間５０に設置された除湿用冷却器１０と冷却用冷却器２０とを含んでいる。除湿用冷却器１０は、冷却システム１００の除湿運転時に、水の凝固点よりも低い温度で冷却空間５０の冷却を行うことによって、冷却空間５０の空気に含まれる水蒸気等を除湿用冷却器１０に着氷させて、冷却空間５０の除湿を行っている。その結果、この実施の形態によれば、除湿用冷却器１０と比較して大きい冷却能力を有し冷却空間５０を冷却する冷却用冷却器２０に、霜が付着するおそれが抑制されているため、冷却システム１００は、冷却空間５０の冷却を効率良く行うことができる。さらに、この実施の形態の冷却システム１００によれば、冷却用冷却器２０に霜が付着するおそれが抑制されているため、冷却用冷却器２０に霜が付着した場合に行われる冷却用冷却器２０のデフロストの回数を低減することができる。したがって、この実施の形態によれば、省エネルギー化が達成された冷却システム１００が得られる。

　実施の形態２．
　図４は、この発明の実施の形態２に係る冷却システムの除湿運転の一例を説明する図であり、図５は、図１に記載の扉が開状態となったときの、冷却空間の温度変化の一例を説明する図である。以下の説明では、この実施の形態の理解を容易にするため、実施の形態１と重複する部分については、説明を省略する。

　上記の実施の形態１の例では、図３のステップＳ０４にて、除湿運転タイミングになったときに、ステップＳ０６～ステップＳ１６で除湿運転およびデフロスト運転を行う例についての説明を行った。実施の形態１の例と比較して、実施の形態２では、除湿運転タイミングになったか否かの判断に加えて、冷却空間５０の冷却空間温度ｔ３の変化を利用して、除湿運転を行うか否かの判断を行う。冷却空間５０の冷却空間温度ｔ３の変化を利用することで、扉５４が開状態５４Ａとなって、部屋５０Ａの外部から冷却空間５０に水蒸気等を含む空気が侵入したことを推定することができるため、冷却空間５０に水蒸気等を含む空気が侵入したときに、除湿運転を実行することができる。

　制御部２００は、図４のステップＳ０２にて、除湿運転タイミングを決定した後に、ステップＳ３１にて、冷却空間温度ｔ３を取得し、ステップＳ３２にて、冷却空間温度ｔ３の傾きを演算する。ステップＳ３３にて、制御部２００は、除湿運転タイミングになったとき、または、冷却空間温度ｔ３の傾きが図５に示す設定傾き７０よりも大きいときに、除湿運転を行うと判断する。例えば、図５に示す例では、時刻ｓ０～時刻ｓ１までは、扉５４が閉状態５４Ｂであり、冷却空間５０の冷却空間温度ｔ３が冷却空間設定温度ｕ１に保たれている。時刻ｓ１にて、扉５４が開状態５４Ａとなって、冷却空間５０に水蒸気等を含む空気が侵入する。このときに、時刻ｓ１～時刻ｓ２における冷却空間温度ｔ３の傾きを用いて、除湿運転を行うか否かの判断を行う。例えば、傾き７０ａに示すように、冷却空間温度ｔ３の傾きが、設定傾き７０よりも小さいときは、水蒸気等を含む空気の侵入が少ないと判断して、除湿運転を行わないと判断する。また、傾き７０ｂに示すように、冷却空間温度ｔ３の傾きが、設定傾き７０以上であるときは、水蒸気等を含む空気の侵入が多いと判断して、除湿運転を行うと判断する。

　上記のように、この実施の形態では、冷却空間５０の冷却空間温度ｔ３の傾きを利用して、冷却空間５０への水蒸気等を含む空気の侵入を推定して、除湿運転を行うか否かの判断を行っているため、冷却空間５０に水蒸気等を含む空気が進入したときに、除湿運転を実行することができる。その結果、この実施の形態によれば、冷却用冷却器２０に霜が付着するおそれをさらに抑制することができる。

　なお、上記の説明では、冷却空間温度ｔ３の傾きを利用して、除湿運転を行うか否かを判断する例についての説明を行ったが、冷却空間温度ｔ３の変化量を利用して、除湿運転を実行することもできる。例えば、冷却空間温度ｔ３の温度変化が大きいときには、冷却空間５０に水蒸気等を含む空気が侵入したと推定されるため、冷却空間温度ｔ３の温度変化が予め設定された閾値よりも大きくなったときに、除湿運転を実行してもよい。また、例えば、冷却空間温度ｔ３の変化量を利用して、水蒸気等を含む空気が侵入した量について推定することもできる。例えば、冷却空間温度ｔ３の温度変化が大きい場合には、大量の水蒸気が進入したと推定されるため、除湿運転の時間を長くすればよい。

　この発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々に改変することができる。すなわち、上記の実施の形態の構成を適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成に代替させてもよい。さらに、その配置について特に限定のない構成要件は、実施の形態で開示した配置に限らず、その機能を達成できる位置に配置することができる。

　例えば、上記の説明では、除湿用冷却器１０が冷凍サイクル装置１の第１利用側熱交換器１８を含んで構成され、冷却用冷却器２０が冷凍サイクル装置１の第２利用側熱交換器２８を含んで構成された例についての説明を行ったが、第１利用側熱交換器１８を含む冷凍サイクル装置と第２利用側熱交換器２８を含む冷凍サイクル装置とが別々に構成されていてもよい。また、除湿用冷却器１０および冷却用冷却器２０のうちの少なくとも一方は、例えばペルチェ素子等の熱電素子を含んで構成されていてもよい。

　また、例えば、上記の実施の形態では、１つの除湿用冷却器１０と１つの冷却用冷却器２０とを含む例についての説明を行ったが、除湿用冷却器１０および冷却用冷却器２０は複数であってもよい。

　１　冷凍サイクル装置、２　圧縮機、４　熱源側熱交換器、１０　除湿用冷却器、１２　除湿用冷却器温度センサ、１４　第１制御部、１６　第１膨張装置、１８　第１利用側熱交換器、２０　冷却用冷却器、２２　冷却用冷却器温度センサ、２４　第２制御部、２６　第２膨張装置、２８　第２利用側熱交換器、２９　圧力調整装置、３０　冷却空間温度センサ、５０　冷却空間、５０Ａ　部屋、５２　開口部、５４　扉、５４Ａ　開状態、５４Ｂ　閉状態、７０　設定傾き、７０ａ　傾き、７０ｂ　傾き、１００　冷却システム、２００　制御部、ｔ１　除湿用冷却器温度、ｔ２　冷却用冷却器温度、ｔ３　冷却空間温度、ｕ１　冷却空間設定温度。

Claims (8)

1. 　部屋の内部を冷却する冷却システムであって、
   　前記部屋の内部に設置された冷却用冷却器と、
   　前記部屋の内部に設置された除湿用冷却器と、を備え、
   　前記除湿用冷却器は、前記部屋の内部の除湿を行う除湿運転を行うときに、水の凝固点よりも低い温度で、前記部屋の内部を冷却する、
   　冷却システム。
2. 　前記除湿用冷却器は、前記除湿運転を行うときに、前記冷却用冷却器および水の凝固点よりも低い温度で、前記部屋の内部を冷却する、
   　請求項１に記載の冷却システム。
3. 　前記部屋の開口部を開閉する扉をさらに備え、
   　前記除湿用冷却器は、前記冷却用冷却器と比較して、前記扉の近くに設置されている、
   　請求項１または請求項２に記載の冷却システム。
4. 　前記冷却用冷却器の冷却能力は、前記除湿用冷却器の冷却能力と比較して大きい、
   　請求項１～請求項３の何れか１項に記載の冷却システム。
5. 　当該冷却システムの制御を行う制御部をさらに備え、
   　前記制御部は、当該冷却システムの状態を取得し、前記除湿運転を実行する、
   　請求項１～請求項４の何れか１項に記載の冷却システム。
6. 　前記制御部は、前回の除湿運転からの経過時間を用いて、次に除湿運転を行う除湿運転タイミングを決定する、
   　請求項５に記載の冷却システム。
7. 　前記部屋の内部の冷却空間の温度を検出する冷却空間温度センサをさらに備え、
   　前記制御部は、前記冷却空間温度センサの検出結果を取得し、前記冷却空間の温度の変化を利用して、前記除湿運転を実行する、
   　請求項５または請求項６に記載の冷却システム。
8. 　前記冷却用冷却器および前記除湿用冷却器のうちの少なくとも一方は、冷凍サイクル装置の利用側熱交換器を含んで構成されている、
   　請求項１～請求項７の何れか１項に記載の冷却システム。

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