JP2013092342A - 冷凍装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】冷媒回路(11)には、前記利用側熱交換器(62,72,82)の冷媒が蒸発して空気を冷却すると同時に前記氷蓄熱熱交換器(106)の冷媒が蒸発して氷を生成する氷蓄熱冷却動作と、冷媒が氷蓄熱熱交換器(106)の周囲の氷に放熱し、放熱後の冷媒が利用側熱交換器(62,72,82)で蒸発する氷利用冷却動作とを行うように冷媒の流路を切り換える流路切換機構(94,107,111)と、前記氷蓄熱冷却動作時に、前記氷蓄熱熱交換器(106)の冷媒の蒸発温度を前記利用側熱交換器(62,72,82)の冷媒の蒸発温度よりも低くする蒸発温度調整機構(104,105)とが設けられる。
【選択図】図2
Description
本発明の実施形態1は、室内を空調し且つ冷蔵庫内の空気を冷却する冷凍装置(10)である。冷凍装置(10)は、例えば24時間営業のコンビニエンスストアに適用される。
室外ユニット(20)は、室外に配置されて熱源側ユニットを構成する。室外ユニット(20)は、熱源側回路を構成する室外回路(21)を有している。室外回路(21)には、3台の圧縮機(22,23,24)と、室外熱交換器(25)と、レシーバ(26)と、内部熱交換器(27)と、3つの四方切換弁(28,29,30)とが接続されている。
空調ユニット(60)は、室内に設置されて利用側ユニットを構成する。空調ユニット(60)は、室内の空気を冷却する冷房動作と、室内の空気を加熱する暖房動作とを切り換えて行う。空調ユニット(60)は、利用側回路を構成する空調回路(61)を有している。
第1冷蔵ユニット(70)と第2冷蔵ユニット(80)とは、それぞれ異なる冷蔵庫(例えば冷蔵ショーケース)の内部に設置されて、利用側ユニットを構成する。各冷蔵ユニット(70,80)は、庫内の空気を所定温度(例えば5度)まで冷却する。各冷蔵ユニット(70,80)は、利用側回路を構成する冷蔵回路(71,81)をそれぞれ有している。
蓄熱ユニット(90)は、ブースタユニット(90a)と蓄熱ユニット本体(90b)とが連結されて構成される。蓄熱ユニット(90)には、液連絡回路(91)と蓄熱補助回路(100)とが設けられる。
冷凍装置(10)の冷媒回路(11)には、液熱交換ユニット(120)が接続されている。液熱交換ユニット(120)は、空調ユニット(60)側の液ラインと接続する第1伝熱管(121)と、冷蔵ユニット(70,80)側の液ラインと接続する第2伝熱管(122)とを有する。液熱交換ユニット(120)では、第1伝熱管(121)を流れる冷媒と第2伝熱管(122)を流れる冷媒とが互いに熱交換する。
実施形態1に係る冷凍装置(10)は、「冷房/冷蔵/氷蓄熱運転」と「冷房/冷蔵/氷利用運転」と「暖房/冷蔵運転」とを切り換えて行う。
図2に示す「冷房/冷蔵/氷蓄熱運転」では、空調熱交換器(62)で室内の空気を冷却し、且つ冷蔵熱交換器(72,82)で冷蔵庫内の空気を冷却し、且つ氷蓄熱熱交換器(106)でタンク(106a)内に氷を生成する。つまり、この運転は、空調熱交換器(62)、冷蔵熱交換器(72,82)、及び氷蓄熱熱交換器(106)のそれぞれで冷媒を蒸発させる氷蓄熱冷却動作である。この運転では、原則として、第1から第3までの圧縮機(22,23,24)及び補助圧縮機(104)が運転状態となる。第1四方切換弁(28)、第2四方切換弁(29)、及び第3四方切換弁(30)が第1状態に設定される。第1電磁弁(SV1)、各冷蔵側電磁弁(74,84)、第1開閉弁(94)及び第2開閉弁(107)が開状態となり、第3開閉弁(111)は閉状態となる。室外膨張弁(31)が全閉となり、空調側膨張弁(63)、各冷蔵側膨張弁(73,83)、及び補助減圧弁(105)が所定開度で開放される。また、インジェクション弁(32)及び各流量調節弁(33,34,35)の開度が適宜調節され、第2電磁弁(SV2)が適宜開閉される。
図4に示す「冷房/冷蔵/氷利用運転」では、空調熱交換器(62)で室内の空気を冷却し、且つ氷蓄熱熱交換器(106)で生成した氷を利用して冷蔵庫内の空気を冷却する。つまり、この運転は、氷蓄熱熱交換器(106)の周囲の氷で冷媒を冷却し、冷却後の冷媒を冷蔵熱交換器(72,82)で蒸発させる氷利用冷却動作である。この運転は、例えば冷蔵庫の冷却負荷が比較的大きくなる時間帯に実行される。具体的に、例えば上述した「冷房/冷蔵/氷蓄熱運転」が実行された後、タイマーにより所定の時刻(例えば午後2時)がカウントされると、「冷房/冷蔵/氷蓄熱運転」から「冷房/冷蔵/氷利用運転」へと切り換わる。
図5に示す「暖房/冷蔵運転」では、空調熱交換器(62)で室内の空気を加熱し、且つ冷蔵熱交換器(72,82)で冷蔵庫内の空気を冷却する。この運転では、原則として、第1から第3までの圧縮機(22,23,24)が運転状態となり、補助圧縮機(104)が停止状態となる。第1四方切換弁(28)が第2状態に設定され、第2四方切換弁(29)及び第3四方切換弁(30)が第1状態に設定される。各冷蔵側電磁弁(74,84)及び第1開閉弁(94)が開状態となり、第1電磁弁(SV1)、第2開閉弁(107)、及び第3開閉弁(111)は閉状態となる。空調側膨張弁(63)が全開となり、補助減圧弁(105)が全閉となり、各冷蔵側膨張弁(73,83)及び室外膨張弁(31)が所定開度で開放される。また、インジェクション弁(32)及び各流量調節弁(33,34,35)の開度が適宜調節され、第2電磁弁(SV2)が適宜開閉される。
上記実施形態1では、1つの冷媒回路(11)において、空調熱交換器(62)及び冷蔵熱交換器(72,82)で空気を冷却すると同時に氷蓄熱熱交換器(106)で氷を生成する動作(冷房/冷蔵/氷蓄熱運転)と、タンク(106a)内で生成した氷の冷熱を利用して冷蔵庫内の空気を冷却する動作(冷房/冷蔵/氷利用運転)とを切り換えて行うようにしている。これにより、空気を冷却すると同時に氷を生成する動作と、氷の冷熱を利用して空気を冷却する動作とを、比較的簡素な構成により実現できる。その結果、冷凍装置(10)の小型化、低コスト化を図りながら、省エネ性を向上できる。
実施形態2に係る冷凍装置(10)は、実施形態1と蓄熱ユニット(90)の接続箇所が異なるものである。具体的に、上述した実施形態1の冷凍装置(10)では、第2液連絡配管(15)と冷蔵ユニット(70,80)との間に蓄熱ユニット(90)が接続されている(図1を参照)。これに対し、実施形態2の冷凍装置(10)では、第1液連絡配管(14)と空調ユニット(60)との間に蓄熱ユニット(90)が接続されている。実施形態2の冷凍装置(10)のそれ以外の構成は、上述した実施形態1と同様である。
実施形態2に係る冷凍装置(10)は、「冷房/冷蔵/氷蓄熱運転」と「冷房/冷蔵/氷利用運転」と「暖房/冷蔵/温水蓄熱運転」と「デフロスト運転」とを切り換えて行う。
図7に示すように、実施形態2に係る冷凍装置(10)では、実施形態1と同様にして、「冷房/冷蔵/氷蓄熱運転」が行われる。この運転では、各圧縮機(22,23,24)で圧縮されて室外熱交換器(25)で凝縮した冷媒が第1液連絡配管(14)と第2液連絡配管(15)とに分流する。
図8に示すように、実施形態2に係る冷凍装置(10)では、実施形態1と同様にして、「冷房/冷蔵/氷利用運転」が行われる。この運転では、第1及び第3圧縮機(22,24)で圧縮されて室外熱交換器(25)で凝縮した冷媒が、第1液連絡配管(14)と第2液連絡配管(15)とに分流する。
図9に示す「暖房/冷蔵/温水蓄熱運転」では、空調熱交換器(62)による室内空気の加熱と、冷蔵熱交換器(72,82)による冷蔵庫内の空気の冷却と、タンク(106a)内での温水の生成とが同時に行われる。この運転は、空調熱交換器(62)で凝縮した冷媒を氷蓄熱熱交換器(106)で放熱させ、放熱後の冷媒を熱源側熱交換器(25)で蒸発させる暖房動作である。
図10に示す「デフロスト運転」は、冬季等において室外熱交換器(25)の表面に付着した霜を融かす除霜動作である。この運転では、室内ファン(62a)が停止して空調熱交換器(62)が実質的に停止状態となる一方、冷蔵熱交換器(72,82)で冷蔵庫内の空気が冷却される。この運転は、例えば上述した「暖房/冷蔵/温水蓄熱運転」の運転時間が所定の設定時間を上回ると実行される。
上述した実施形態について、以下のような構成としてもよい。
図11に示す変形例1に係る冷凍装置(10)は、実施形態1の冷凍装置(10)に冷凍ユニット(140)と冷凍側ブースタユニット(150)とが付与されている。
図12に示す冷凍装置(10)は、室内の空調は行わず、冷蔵庫内及び冷凍庫内の空気を冷却する、いわゆるコンデンシングユニットである。つまり、この冷凍装置(10)では、冷媒の循環方向が一方向に設定され、冷蔵熱交換器(72,82)及び冷凍熱交換器(142)が蒸発器となる冷凍サイクルが行われる。
上述した実施形態1や2の冷凍装置(10)は、空調ユニット(60)と冷蔵ユニット(70,80)と蓄熱ユニット(90)とが組み合わされたものであるが、冷蔵ユニット(70,80)を省略して空調ユニット(60)と蓄熱ユニット(90)とを組み合わせた構成としてもよい。この場合にも、空調ユニット(60)で室内を冷房すると同時に蓄熱ユニット(90)で氷を生成する氷蓄熱冷却動作と、蓄熱ユニット(90)で生成した氷の冷熱を空調ユニット(60)による室内の冷房に利用する氷利用冷却動作とを切り換えて行うことができる。
11 冷媒回路
22 第1圧縮機(圧縮機)
23 第2圧縮機(圧縮機)
24 第3圧縮機(圧縮機)
25 室外熱交換器(熱源側熱交換器)
31 室外膨張弁(減圧機構)
62 空調熱交換器(空調用熱交換器、利用側熱交換器)
63 空調側膨張弁(膨張機構)
72 冷蔵熱交換器(庫内冷却用熱交換器、利用側熱交換器)
73 冷蔵側膨張弁(膨張機構)
82 冷蔵熱交換器(庫内冷却用熱交換器、利用側熱交換器)
83 冷蔵側膨張弁(膨張機構)
94 第1開閉弁(流路切換機構)
104 補助圧縮機(蒸発温度調整機構)
105 補助減圧弁(補助減圧機構、蒸発温度調整機構)
106 氷蓄熱熱交換器
107 第2開閉弁(流路切換機構)
111 第3開閉弁(流路切換機構)
Claims (6)
- 圧縮機(22,23,24)、熱源側熱交換器(25)、膨張機構(31,63,73,83)、及び蒸発する冷媒によって空気を冷却する少なくとも1つの利用側熱交換器(62,72,82)とが接続されて冷凍サイクルを行う冷媒回路(11)を備えた冷凍装置であって、
前記冷媒回路(11)には、
前記利用側熱交換器(62,72,82)と並列に接続され、蒸発する冷媒によって水を冷却して氷を生成する氷蓄熱熱交換器(106)と、
前記利用側熱交換器(62,72,82)の冷媒が蒸発して空気を冷却すると同時に前記氷蓄熱熱交換器(106)の冷媒が蒸発して氷を生成する氷蓄熱冷却動作と、冷媒が氷蓄熱熱交換器(106)の周囲の氷に放熱し、放熱後の冷媒が利用側熱交換器(62,72,82)で蒸発する氷利用冷却動作とを行うように冷媒の流路を切り換える流路切換機構(94,107,111)と、
前記氷蓄熱冷却動作時に、前記氷蓄熱熱交換器(106)の冷媒の蒸発温度を前記利用側熱交換器(62,72,82)の冷媒の蒸発温度よりも低くする蒸発温度調整機構(104,105)とが設けられていることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項1において、
前記蒸発温度調整機構(104,105)は、前記氷蓄熱冷却動作時に氷蓄熱熱交換器(106)の流入前の冷媒を減圧する補助減圧機構(105)と、該氷蓄熱冷却動作動作時に氷蓄熱熱交換器(106)の流出後の冷媒を圧縮する補助圧縮機(104)とを備えていることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項2において、
前記利用側熱交換器(62,72,82)は、庫内の空気を冷却する庫内冷却用熱交換器(72,82)で構成されることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項2において、
前記利用側熱交換器(62,72,82)は、蒸発する冷媒によって室内の空気を冷却する動作と、凝縮する冷媒によって室内の空気を加熱する動作とを切り換えて行う空調用熱交換器(62)で構成されることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項4において、
前記流路切換機構(94,107,111)は、空調用熱交換器(62)で凝縮した冷媒を前記氷蓄熱熱交換器(106)で放熱させ、放熱後の冷媒を熱源側熱交換器(25)で蒸発させる暖房動作と、該熱源側熱交換器(25)で凝縮した後の冷媒を前記氷蓄熱熱交換器(106)の周囲の温水から吸熱させる除霜動作とが行われるように冷媒の流路を切り換えることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項2乃至5のいずれか1つにおいて、
前記冷媒回路(11)には、前記氷蓄熱冷却動作時に異なる蒸発温度に設定される複数の前記利用側熱交換器(62,72,82)が互いに並列に接続され、
前記補助圧縮機(104)の吐出側は、前記氷蓄熱冷却動作中に最も冷媒の蒸発温度の低い利用側熱交換器(72,82)の流出側に接続していることを特徴とする冷凍装置。
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