JP6344686B2 - 冷凍システム - Google Patents

Description

本発明は、冷凍システムに係り、特に、複数の冷凍サイクルを組み合わせ、冷却水の循環回路を切り替えることにより、効率よく冷却または加熱を行うことができ、季節に応じて効率のよい動作を行うことを可能とした冷凍システムに関するものである。

従来から、スーパーマーケットやコンビニエンスストアなどの店舗において、低温ショーケースなどを冷却するための冷凍機や、各所に湯を供給する給湯装置や、室内の空調を行う空気調和機など、冷凍サイクル回路を用いたシステムが多く用いられている。このようなシステムの冷凍サイクルは、一般に、冷媒を循環させ、外気などと熱交換することにより、冷却または加熱を行うものである。

このような冷凍サイクルにおいて、冷媒と冷却水とを熱交換させることにより、熱交換効率向上を図ることが行われている。このような技術としては、従来から、例えば、冷蔵倉庫において、ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置を構成する圧縮機と、水冷式凝縮器と、高圧受液器と、膨張弁と、ＣＯ２液化器とを順次冷媒配管で接続し、水冷式凝縮器に、冷却塔で冷却された冷却水を、冷却水ポンプにより供給するようにした技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１０２９４６号公報

前記特許文献１に記載の発明においては、冷凍装置を構成する水冷式凝縮器に冷却水を供給することで、冷媒との熱交換を行うものである。このように、熱交換を行う際に、装置によって冷却水または空気との熱交換を行うものであるが、冷却水または冷媒の循環回路を組み合わせて、効率よく、冷却または加熱を行うことのできる冷凍システムは、従来存在していなかった。また、冷媒などの循環回路を組み合わせて、大がかりな冷凍システムを構成すると、冷媒の循環配管が複雑になるとともに、製造コストも高くなってしまい、さらに、法定冷凍トン数が多くなってしまい、高圧ガス保安法の規制を受けることになってしまうという問題を有している。

一方、冷凍機においては、例えば、夏期など外気温が高い場合に、冷凍機における熱交換効率が低下するため、冷凍機における冷却効率が著しく低下してしまうという問題を有している。このことは、冷凍機の冷媒として二酸化炭素冷媒を用いた場合に、より顕著である。

本発明は前記した点に鑑みてなされたものであり、冷却水または冷媒の循環回路を組み合わせて、効率よく冷却または加熱を行うことができ、季節に応じて効率のよい動作を行うことができる冷凍システムを提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明に係る冷凍システムは、ガスクーラを備えた冷凍機を構成する第１の冷凍サイクル回路１０と、冷却塔により冷却された冷却水により前記ガスクーラにおいて熱交換する第２の冷凍サイクル回路２０と、チラーから送られる冷水により空調を行うチラー空調回路３０と、を備え、前記チラー空調回路の空調冷水配管から分岐する戻り冷水分岐配管と、前記チラー空調回路の往きヘッダまたは戻りヘッダに接続される冷却水分岐配管と、を備えており、前記戻り冷水分岐配管および前記冷却水分岐配管を循環する水の熱を前記第２の冷凍サイクル回路における冷却水用配管を循環する冷却水に利用するとともに、前記チラー空調回路における暖房に利用するものであり、チラーヒータ運転モードに応じて、前記冷却水分岐配管の冷却水を前記往きヘッダに送るか、または前記戻りヘッダに送るかを切り替える制御手段を備えていることを特徴とする。

本発明は、前記構成において、前記戻り冷水分岐配管は、前記第２の冷凍サイクル回路における前記ガスクーラの上流側の冷却水用配管に接続され、前記冷却水分岐配管は、前記ガスクーラの下流側から分岐していることを特徴とする。

本発明は、前記構成において、前記戻り冷水分岐配管および前記冷却水分岐配管は、前記第２の冷凍サイクル回路における前記ガスクーラの上流側の冷却水用配管に接続された冷却水熱交換器に接続されていることを特徴とする。

本発明は、前記構成において、前記制御手段は、チラー冷房運転時は、前記冷却水分岐配管の冷却水を前記戻りヘッダに送るように切り替えることを特徴とする。

本発明は、前記構成において、前記制御手段は、冬期大型チラーヒータ停止時、または輻射暖房運転時は、前記冷却水分岐配管の冷却水を前記往きヘッダに送るように切り替えることを特徴とする。

本発明は、前記構成において、前記チラー空調回路は、前記第２の冷凍サイクル回路に設けられた冷却水ポンプを停止した場合に、前記冷却水分岐配管および前記戻り冷水分岐配管を介して冷水を前記第２の冷凍サイクル回路に循環させる空調ポンプを備えていることを特徴とする。

本発明は、前記構成において、前記制御手段は、チラーヒータ停止時に、前記第２の冷凍サイクル回路の冷却水を前記往きヘッダに送り、暖房予熱運転を行うことを特徴とする。

本発明は、前記構成において、前記冷却水分岐配管または前記戻り冷水分岐配管に流量調整弁を設け、前記制御手段は、前記ガスクーラの圧力が所定の圧力となるように、前記流量調整弁の開度を制御することを特徴とする。

本発明は、前記構成において、前記冷却水分岐配管または前記戻り冷水分岐配管に流量調整弁を設け、前記制御手段は、前記冷凍機と前記チラー空調回路との合計消費電力が一定の基準値を超えた場合、前記チラー空調回路から前記第２の冷凍サイクル回路に循環させる冷却水を増加させるよう前記流量調整弁の開度を制御することを特徴とする。

本発明は、前記構成において、前記冷却塔の散布用水貯留用の水槽に、前記ガスクーラからの冷却水用配管に接続される水槽内熱交換器を設置したことを特徴とする。

本発明は、前記構成において、前記冷却塔の入口配管または出口配管に、前記冷却塔をバイパスする弁を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、戻り冷水分岐配管および冷却水分岐配管を循環する冷却水の熱を第２の冷凍サイクル回路における冷却水用配管を循環する冷却水に利用するようにしているので、冷凍機または空気調和装置において、効率のよい冷却または加熱を行うことができる。また、第２の冷凍サイクル回路にチラーに戻る冷水を利用するものであるため、チラーへの冷凍負担増を小さくすることができる。さらに、冷却水の循環経路を変更することにより冷凍機または空気調和装置の効率を高めるようにしているので、冷却水の循環配管のみを設置すればよく、法定冷凍トン数が増加することはないので、高圧ガス保安法の規制を受けることなく、大容量のシステムを組み合わせることができる。また、冷却塔をバイパス可能としたことにより、ガスクーラの冷却に、チラーの冷水のみを利用する場合と、冷却塔の冷却水のみを利用する場合と、チラーの冷水と冷却塔の冷却水とを併用する場合とを選択することができる。

本発明に係る冷凍システムの第１実施形態を示すチラーの冷水と冷凍機の冷却水とが混在する状態における冷凍サイクル図である。 本発明に係る冷凍システムの第１実施形態における消費電力を比較したグラフである。 本発明に係る冷凍システムの第２実施形態を示すチラーの冷水と冷凍機の冷却水とが混在しない状態における冷凍サイクル図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る冷凍システムの第１実施形態を示したものであり、本実施形態においては、冷凍システムは、例えば、ショッピングモールなどの店舗における冷却設備と空調設備の両者を備えた施設に設置される場合の例を示している。本実施形態の冷凍システムは、店舗内に設置される各ショーケース２を冷却する第１の冷凍サイクル回路１０と、この第１の冷凍サイクル回路１０の冷媒を冷却水により冷却する第２の冷凍サイクル回路２０と、この第２の冷凍サイクル回路２０に冷却水として冷水を供給するチラー空調回路３０とを備えている。

第１の冷凍サイクル回路１０は、冷凍機４およびショーケース２のシステムを構成するものであり、冷凍用圧縮機１１、ガスクーラ１２、冷凍用膨張弁１３および冷凍用蒸発器１４を、順次、冷凍用冷媒配管１５で接続して構成されている。本実施形態においては、冷凍用圧縮機１１、冷凍用凝縮器が、冷凍機４に配置され、冷凍用膨張弁１３および冷凍用蒸発器１４がショーケース２に配置されている。

また、ガスクーラ１２には、第１の冷凍サイクル回路１０の冷凍用冷媒配管１５を流れる冷媒と、第２の冷凍サイクル回路２０の冷却水用配管を流れる冷却水との流れる方向が対向するように導通されており、冷凍用冷媒配管１５を流れる冷媒と冷却水用配管を流れる冷却水とが互いに熱交換可能に構成されている。そして、冷凍用圧縮機１１により圧縮された高温高圧冷媒は、ガスクーラ１２により、第２の冷凍サイクル回路２０の冷却水と熱交換して冷却され、冷凍用膨張弁１３を介して液冷媒となり、ショーケース２の冷凍用蒸発器１４において庫内空気と熱交換することにより、ショーケース２の冷却を行うように構成されている。

ここで、本実施形態における第１の冷凍サイクル回路１０においては、冷媒として二酸化炭素が用いられている。二酸化炭素冷媒を用いた冷凍サイクルでは、高圧側が冷媒の臨界圧力を超える遷臨界サイクルとなるため、ガスクーラ１２の冷凍用冷媒配管１５を流れる冷媒圧力は臨界圧力を超えている。ガスクーラ１２の冷凍用冷媒配管１５を流れる冷媒は、冷却水用配管２３を対向して流れる水に熱を与えて冷却されるに従ってその温度が低下する。これにより、冷却水用配管２３を流れる水を加熱することができるものである。

次に、第２の冷凍サイクル回路２０は、第１の冷凍サイクル回路１０を構成するガスクーラ１２、冷却塔２１をバイパスするための冷却水二方弁６１、冷却塔２１および冷却水ポンプ２２を、順次、冷却水用配管２３で接続して構成されている。冷却塔２１は、室外に設置される冷却塔本体２５と、この冷却塔本体２５に外気を導入する冷却塔ファン２６と、冷却塔２１の下部の水槽２７に貯留される散布用水を冷却塔２１の上部から散布させるための散水ポンプ２８と、冷却塔本体の内部に設置された熱交換器２４と、水槽に設置され熱交換器２４に接続される水槽内熱交換器２９と、を備えている。また、冷却塔２１の冷却水用配管２３の冷却塔２１の出口側と入口側には、それぞれ開閉弁４５，４５が接続されている。

そして、散水ポンプ２８を動作させることにより、冷却塔本体２５の上部から散布用水を散布するとともに、散布した散布用水と、冷却塔ファン２６によって導入した外気との間で熱交換することにより散布用水を冷却するものである。そして、水槽に貯留された散布用水により水槽内熱交換器２９を流れる冷却水と熱交換するとともに、冷却された散布用水により熱交換器２４を流れる冷却水と熱交換することにより、冷却水の冷却を行うように構成されている。このようにして冷却された冷却水は、冷却水ポンプ２２によりガスクーラ１２に送られ、ガスクーラ１２により冷凍機４の冷凍用冷媒配管１５を流れる冷媒と熱交換を行うものである。

次に、チラー空調回路３０は、水循環式の空気調和装置６を構成するものであり、例えば、吸収式、ターボ式、電動式、ＧＨＰなどのチラー３１、往きヘッダ３２、戻りヘッダ３３、空調用ポンプ３４を、順次、空調冷水配管３５で接続して構成されている。往きヘッダ３２と戻りヘッダ３３との間には、複数の空調空間３６に設置され空調空間３６の空気と熱交換する複数の輻射パネル（またはファンコイル）３７が設けられており、往きヘッダ３２の下流側には、各輻射パネル（またはファンコイル）３７に冷水または温水を送る二次ポンプ３８がそれぞれ設けられている。

また、戻りヘッダ３３には、ガスクーラ１２の下流側の冷却水用配管２３から分岐した冷却水分岐配管（チラー冷房運転時用）４０が接続されており、この冷却水分岐配管４０の中途部には、往きヘッダ３２の上流側の空調冷水配管３５に接続される冷却水分岐配管（暖房用）４１が接続されている。さらに、空調用ポンプ３４とチラー３１との間には、ガスクーラ１２の上流側における冷却水用配管２３に接続される戻り冷水分岐配管４２が接続されている。冷却水分岐配管４０の中途部には、開閉弁（チラー冷水を冷凍機の冷却水として利用時に開）４６が設けられており、冷却水分岐配管４１の中途部には、開閉弁（輻射暖房またはチラーヒータ停止時の暖房予熱運転用）４７が設けられている。さらに、戻り冷却水分岐配管４２の中途部には、流量調整弁４８が設けられている。

さらに、本実施形態においては、開閉弁４６，４７や流量調整弁４８の切換制御や、冷却水ポンプ２２、散水ポンプ２８、冷却塔ファン２６の駆動制御を行うための制御手段としてのコントローラ５０が設けられており、このコントローラ５０は、外気温センサ５１、冷凍機４のガスクーラ１２の圧力を検出する圧力センサ５２、ガスクーラ１２に流入する冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ５３などの検出値に基づいて、各種制御を行うように構成されている。

ここで、本実施形態においては、チラー空調回路３０の冷水を第２の冷凍サイクル回路２０の冷却水として利用する構成となっている。具体的には、例えば、夏期など外気温センサ５１により外気温が高いことを検出した場合は、コントローラ５０は、開閉弁４６を開、開閉弁４７を閉に切り替え制御するように構成されている。これにより、冷却塔２１からガスクーラ１２に送られガスクーラ１２で熱交換した冷却水が、戻りヘッダ３３に送られ、その後、冷却水用配管２３に戻されて冷却水用配管２３の冷却水として利用することができることになる。

また、例えば、冬期など外気温センサ５１により外気温が低いことを検出した場合は、コントローラ５０は、開閉弁４６を閉、開閉弁４７を開に切り替え制御するように構成されている。これにより、冷却塔２１からガスクーラ１２に送られガスクーラ１２で熱交換した冷却水が往きヘッダ３２に送られ、チラー空調回路３０の温水として利用され、輻射パネル３７で熱交換した後、冷却水用配管２３に戻されることになり、冷凍機４の排熱を輻射暖房熱源として利用することができる。

なお、外気温センサ５１により外気温を検出して、コントローラ５０による制御を行う場合、春、秋など外気温が高くも低くもない場合には、例えば、ガスクーラ１２における冷却水温度センサ５３による冷却水温度や、圧力センサ５２によるガスクーラ１２の圧力、さらには、冷却塔２１の温度などを総合的に判断して制御するようにしてもよいし、夏期と冬期とで切り替えスイッチにより制御を切り替えるようにしてもよい。

さらに、コントローラ５０は、空調用ポンプ３４を動作させて戻り冷水分岐配管４２から冷却水用配管２３に冷却水を送る場合には、冷却水ポンプ２２を停止させ、空調用ポンプ３４のみにより冷却水を循環させるように制御するようにしてもよい。このように制御することにより、冷却水ポンプ２２を停止させても、チラー空調回路３０を循環する冷水を冷却水用配管２３に循環させることができ、駆動電力の低減を図ることができるものである。また、このように制御することにより、例えば、冷却塔２１のメンテナンス時や故障時において、開閉弁４５，４５を閉じた場合でも、冷凍機４を停止することなく、冷却水を循環させることができるものである。

また、コントローラ５０は、ファンコイルなどを利用した暖房システムでチラー空調回路３０の停止時に、冷却水用配管２３の冷却水を往きヘッダ３２に送り、暖房予熱運転を行うように制御するようにしてもよい。このように制御することにより、ガスクーラ１２により熱交換されて暖まった冷却水が往きヘッダ３２に送られることになるので、チラー空調回路３０を使用しない場合でも、空調空間３６の過低下を防止することが可能となる。

さらに、コントローラ５０は、圧力センサ５２により検出される冷凍機４のガスクーラ１２の圧力が所定の圧力となるように流量調整弁４８の開度を制御するようにしてもよい。また、コントローラ５０は、冷凍機４と空気調和装置６との合計消費電力が一定の基準値を超えた場合、一次エネルギ換算ＣＯＰの低い冷凍機４の消費電力を下げるように、チラー空調回路３０から冷却水用配管２３に循環させる冷却水を増加させるよう流量調整弁４８の開度を制御するようにしてもよい。

次に、本実施形態における冷凍システムの動作について説明する。
まず、夏期など外気温が高い場合の動作について説明する。
この場合は、コントローラ５０により、開閉弁４６を開、開閉弁４７を閉に切り替え制御するとともに、冷却塔ファン２６、散水ポンプ２８および冷却水ポンプ２２を動作させる。これにより、冷却塔２１で冷却された冷却水が、冷却水ポンプ２２により、冷却水用配管２３を介してガスクーラ１２に送られ、ガスクーラ１２において冷凍用冷媒配管１５を流れる冷媒と熱交換する。

そして、ガスクーラ１２を出た冷却水は、一部は冷却水用配管２３を介して冷却塔２１に戻り、一部は冷却水分岐配管４０を介して戻りヘッダ３３に送られ、輻射パネル３７により熱交換した冷水と一緒になってチラー３１に戻されるとともに、戻り冷水分岐配管４２を介して冷却水用配管２３に戻される。そのため、本実施形態においては、ガスクーラ１２で熱交換する冷却水としてチラー空調回路３０の冷水を利用することができるので、ガスクーラ１２における熱交換を効率よく行うことができ、冷凍用冷媒配管１５を流れる冷媒をより冷却することが可能となる。その結果、ショーケース２の冷凍用蒸発器１４において、より庫内空気を冷却することが可能となる。

次に、冬期の動作について説明する。
この場合は、コントローラ５０により、開閉弁４６を閉、開閉弁４７を開に切り替え制御するとともに、冷却塔ファン２６、散水ポンプ２８および冷却水ポンプ２２も動作させる。これにより、冷却塔２１で冷却された冷却水が、冷却水ポンプ２２により、冷却水用配管２３を介してガスクーラ１２に送られ、ガスクーラ１２において冷凍用冷媒配管１５を流れる冷媒と熱交換する。この場合に、外気温が低い場合には、ガスクーラ１２における負荷が少ないことから、冷凍用冷媒配管１５を流れる冷媒を十分に冷却することが可能である。

一方、ガスクーラ１２において熱交換した冷却水は、冷却水分岐配管４１を介して往きヘッダ３２に送られ、輻射パネル３７を介して空調空間３６の空気と熱交換する。この場合に、本実施形態においては、ガスクーラ１２から送られる冷却水は、熱交換により温められていることから、輻射パネル３７において、冷却水の排熱を利用して効率のよい空調を行うことができる。その後、輻射パネル３７により熱交換した冷却水はチラー３１に戻されるとともに、戻り冷水分岐配管４２を介して冷却水用配管２３に戻される。

また、本実施形態においては、コントローラ５０により、空調用ポンプ３４を動作させて戻り冷水分岐配管４２から冷却水用配管２３に冷却水を送る場合には、冷却水ポンプ２２を停止させ、空調用ポンプ３４のみにより冷却水を循環させるように制御する。このように制御することにより、冷却水ポンプ２２を停止させても、チラー空調回路３０を循環する冷却水を冷却水用配管２３に循環させることができ、駆動電力の低減を図ることができるものである。また、このように制御することにより、例えば、冷却塔２１のメンテナンス時や故障時において、開閉弁４５を閉じた場合でも、冷凍機４を停止することなく、冷却水を循環させることができるものであり、チラー空調回路３０の冷却水を第２の冷凍サイクル回路のバックアップ用冷却水として有効に利用することができる。

また、コントローラ５０により、チラー空調回路３０の停止時に、冷却水用配管２３の冷却水を往きヘッダ３２に送り、暖房予熱運転を行うように制御するようにしてもよい。このように制御することにより、ガスクーラ１２により熱交換されて暖まった冷却水が往きヘッダ３２に送られることになるので、チラー空調回路３０を使用しない場合でも、空調空間３６の過低下を防止することが可能となる。

さらに、コントローラ５０により、圧力センサ５２により検出される冷凍機４のガスクーラ１２の圧力が所定の圧力となるように流量調整弁４８の開度を制御するようにしてもよい。また、コントローラ５０により、冷凍機４とチラー空調回路３０との合計消費電力が一定の基準値を超えた場合、一次エネルギ換算ＣＯＰの低い冷凍機４の消費電力を下げるように、チラー空調回路３０から冷却水用配管２３に循環させる冷水を増加させるよう流量調整弁４８の開度を制御するようにしてもよい。

以上述べたように、本実施形態においては、外気温が高い場合は、ガスクーラ１２を出た冷却水を、冷却水分岐配管４０を介して戻りヘッダ３３に送り、輻射パネル（またはファンコイル）３７により熱交換した冷水と一緒に、戻り冷水分岐配管４２を介して冷却水用配管２３に戻すようにしているので、ガスクーラ１２で熱交換する冷却水としてチラー空調回路３０の冷水を利用することができ、ガスクーラ１２における熱交換を効率よく行うことができ、冷凍用冷媒配管１５を流れる冷媒をより冷却することが可能となる。その結果、ショーケース２の冷凍用蒸発器１４において、より庫内空気を冷却することが可能となる。また、外気温が低い場合は、ガスクーラ１２を出た冷却水を、冷却水分岐配管４１を介して往きヘッダ３２に送り、輻射パネル３７を介して空調空間３６の空気と熱交換するようにしており、ガスクーラ１２から送られる冷却水は、熱交換により温められていることから、輻射パネル３７において、冷却水の排熱を利用して効率のよい空調を行うことができる。このように外気温に応じて、冷却水の循環経路を切り替えることにより、冷凍機４または空気調和装置６において、効率のよい冷却または加熱を行うことができる。

図２は、冷凍機４における、月ごとの消費電力を測定し、ピーク時（８月）を１とした場合の結果を示したものであり、この結果によれば、５月から１０月にかけて、冷凍機４の消費電力が著しく低下し、効率が高まっていることがわかる。

また、本実施形態においては、冷却塔２１に水槽内熱交換器２９を設け、冷却水用配管２３から戻される冷却水を散布用水と熱交換するようにしているので、冷却塔２１の内部において、冷却水の凍結防止装置を設けなくても、冷却水の凍結を確実に防止することができる。なお、凍結の心配ない地域で、かつ冷却水の水質コントロールが可能な場合は、冷却塔２１を開放システムとしてもよい。

さらに、本実施形態においては、冷却水の循環経路を変更することにより冷凍機４または空気調和装置６の効率を高めるようにしているので、冷却水の循環配管のみを設置すればよく、法定冷凍トン数が増加することはないので、高圧ガス保安法の規制を受けることなく、大容量のシステムを組み合わせることができる。

次に、本発明の第２実施形態について図３を参照して説明する。
本実施形態においては、ガスクーラ１２の上流側における冷却水用配管２３の中途部に、冷却水熱交換器６０を設け、チラー空調回路３０の空調冷水配管３５から分岐する戻り冷水分岐配管４２を冷却水熱交換器６０の入口側に接続するとともに、冷却水分岐配管４０および冷却水分岐配管４１を冷却水熱交換器６０の出口側に接続するように構成したものである。すなわち、本実施形態においては、冷却水用配管２３を循環する冷却水と、空調冷水配管３５を循環する冷却水とは、互いに交わることがなく、冷却水熱交換器６０を介して熱交換のみを行うように構成したものである。また、冷却水用配管２３には、冷却水三方弁６２が設けられており、冷却水三方弁６２には、冷却塔の出口側に接続されるバイパス管６３が設けられている。さらに、戻り冷水分岐配管４２には、流量調整弁４８が設けられている。

その他の構成は、前記図１に示す第１実施形態と同様であるため、同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。

次に、本実施形態の動作について説明する。
本実施形態においても前記第１実施形態と同様に、夏期など外気温が高い場合は、コントローラ５０により、開閉弁４６を開、開閉弁４７を閉に切り替え制御するとともに、冷却塔ファン２６、散水ポンプ２８および冷却水ポンプ２２を動作させる。これにより、冷却塔２１で冷却された冷却水が、冷却水ポンプ２２により、冷却水用配管２３を介してガスクーラ１２に送られ、ガスクーラ１２において冷凍用冷媒配管１５を流れる冷媒と熱交換した後、冷却塔２１に戻される。

一方、チラー空調回路３０の空調冷水配管３５から戻り冷水分岐配管４２を流れる冷却水は、冷却水熱交換器６０により冷却水用配管２３を流れる冷却水と熱交換した後、冷却水分岐配管４０を介して戻りヘッダ３３に送られ、輻射パネル３７により熱交換した冷水と一緒になって一部がチラー３１に戻されるとともに、一部が戻り冷水分岐配管４２に送られる。そのため、本実施形態においては、ガスクーラ１２で熱交換する冷却水を、チラー空調回路３０の冷水と熱交換させることにより、チラー空調回路３０の冷水の熱量を利用することができるので、ガスクーラ１２における熱交換を効率よく行うことができ、冷凍用冷媒配管１５を流れる冷媒をより冷却することが可能となる。その結果、ショーケース２の冷凍用蒸発器１４において、より庫内空気を冷却することが可能となる。

また、冬期など外気温が低い場合は、コントローラ５０により、開閉弁４６を閉、開閉弁４７を開に切り替え制御するとともに、冷却塔ファン２６、散水ポンプ２８および冷却水ポンプ２２も動作させる。これにより、冷却塔２１で冷却された冷却水が、冷却水ポンプ２２により、冷却水用配管２３を介してガスクーラ１２に送られ、ガスクーラ１２において冷凍用冷媒配管１５を流れる冷媒と熱交換した後、冷却塔２１に戻される。この場合に、外気温が低い場合には、ガスクーラ１２における負荷が少ないことから、冷凍用冷媒配管１５を流れる冷媒を十分に冷却することが可能である。

一方、チラー（ヒータ）空調回路３０から戻り冷水分岐配管４２を介して送られる２３℃程度の水は、冷却水熱交換器６０により熱交換され、冷却水分岐配管４１を介して往きヘッダ３２に送られ、輻射パネル３７を介して空調空間３６の空気と熱交換する。これにより、輻射パネル３７において、冷却水の排熱を利用して効率のよい空調（暖房）を行うことができる。その後、輻射パネル３７により熱交換した水は一部がチラー３１に戻されるとともに、一部が戻り冷水分岐配管４２に送られる。

以上述べたように、本実施形態においても前記第１実施形態と同様に、外気温に応じて、冷却水熱交換器６０により熱交換された冷却水の循環経路を切り替えることにより、冷凍機４または空気調和装置６において、効率のよい冷却または加熱を行うことができる。また、本実施形態においては、冷却塔２１に水槽内熱交換器２９を設け、冷却水用配管２３から戻される冷却水を散布用水と熱交換するようにしているので、冷却塔２１の内部において、冷却水の凍結防止装置を設けなくても、冷却水の凍結を確実に防止することができる。

また、本実施形態においては、冷却水の循環経路を変更することにより冷凍機４または空気調和装置６の効率を高めるようにしているので、冷却水の循環配管のみを設置すればよく、法定冷凍トン数が増加することはないので、高圧ガス保安法の規制を受けることなく、大容量のシステムを組み合わせることができる。さらに、本実施形態においては、冷却水熱交換器６０を用いて、冷却水用配管２３を循環する冷却水と、各冷却水分岐配管を循環する冷却水とを熱交換させるようにしているので、各冷却水が混じり合うことがなく、そのため、例えば、冷却水用配管２３を循環する冷却水に不凍液を使用する場合でも問題なく効率のよい冷却または加熱を行うことができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能である。

２ ショーケース
４ 冷凍機
６ 空気調和装置
１０ 第１の冷凍サイクル回路
１１ 冷凍用圧縮機
１２ ガスクーラ
１３ 冷凍用膨張弁
１４ 冷凍用蒸発器
１５ 冷凍用冷媒配管
２０ 第２の冷凍サイクル回路
２１ 冷却塔
２２ 冷却水ポンプ
２３ 冷却水用配管
２４ 熱交換器
２５ 冷却塔本体
２６ 冷却塔ファン
２７ 水槽
２８ 散水ポンプ
２９ 水槽内熱交換器
３０ チラー空調回路（冷房または暖房）
３１ チラー（チラーヒータ）
３２ 往きヘッダ
３３ 戻りヘッダ
３４ 空調用ポンプ
３５ 空調冷水配管（空調温水配管）
３６ 空調空間
３７ 輻射パネル（またはファンコイル）
３８ 二次ポンプ
４０ 冷却水分岐配管（チラー冷房運転時用）
４１ 冷却水分岐配管（輻射暖房またはチラーヒータ停止時の暖房予熱運転用）
４２ 戻り冷水分岐配管
４５ 開閉弁
４６ 開閉弁（チラー冷房運転時用）
４７ 開閉弁（輻射暖房またはチラーヒータ停止時の暖房予熱運転用）
４８ 流量調整弁
５０ コントローラ
５１ 外気温センサ
５２ 圧力センサ
５３ 冷却水温度センサ
６０ 冷却水熱交換器
６１ 冷却水二方弁（冷却塔バイパス制御弁）
６２ 冷却水三方弁（冷却塔バイパス制御弁）

Claims (11)

1. ガスクーラを備えた冷凍機を構成する第１の冷凍サイクル回路と、冷却塔により冷却された冷却水により前記ガスクーラにおいて熱交換する第２の冷凍サイクル回路と、チラーから送られる冷水により空調を行うチラー空調回路と、を備え、
   前記チラー空調回路の空調冷水配管から分岐する戻り冷水分岐配管と、前記チラー空調回路の往きヘッダまたは戻りヘッダに接続される冷却水分岐配管と、を備えており、
   前記戻り冷水分岐配管および前記冷却水分岐配管を循環する水の熱を前記第２の冷凍サイクル回路における冷却水用配管を循環する冷却水に利用するとともに、前記チラー空調回路における暖房に利用するものであり、
   チラーヒータ運転モードに応じて、前記冷却水分岐配管の冷却水を前記往きヘッダに送るか、または前記戻りヘッダに送るかを切り替える制御手段を備えていることを特徴とする冷凍システム。
2. 前記戻り冷水分岐配管は、前記第２の冷凍サイクル回路における前記ガスクーラの上流側の冷却水用配管に接続され、前記冷却水分岐配管は、前記ガスクーラの下流側から分岐していることを特徴とする請求項１に記載の冷凍システム。
3. 前記戻り冷水分岐配管および前記冷却水分岐配管は、前記第２の冷凍サイクル回路における前記ガスクーラの上流側の冷却水用配管に接続された冷却水熱交換器に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍システム。
4. 前記制御手段は、チラー冷房運転時は、前記冷却水分岐配管の冷却水を前記戻りヘッダに送るように切り替えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の冷凍システム。
5. 前記制御手段は、冬期大型チラーヒータ停止時、または輻射暖房運転時は、前記冷却水分岐配管の冷却水を前記往きヘッダに送るように切り替えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の冷凍システム。
6. 前記チラー空調回路は、前記第２の冷凍サイクル回路に設けられた冷却水ポンプを停止した場合に、前記冷却水分岐配管および前記戻り冷水分岐配管を介して冷水を前記第２の冷凍サイクル回路に循環させる空調ポンプを備えていることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項４のいずれか一項に記載の冷凍システム。
7. 前記制御手段は、チラーヒータ停止時に、前記第２の冷凍サイクル回路の冷却水を前記往きヘッダに送り、暖房予熱運転を行うことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の冷凍システム。
8. 前記冷却水分岐配管または前記戻り冷水分岐配管に流量調整弁を設け、前記制御手段は、前記ガスクーラの圧力が所定の圧力となるように、前記流量調整弁の開度を制御することを特徴とする請求項４から請求項７のいずれか一項に記載の冷凍システム。
9. 前記冷却水分岐配管または前記戻り冷水分岐配管に流量調整弁を設け、前記制御手段は、前記冷凍機と前記チラー空調回路との合計消費電力が一定の基準値を超えた場合、前記チラー空調回路から前記第２の冷凍サイクル回路に循環させる冷却水を増加させるよう前記流量調整弁の開度を制御することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の冷凍システム。
10. 前記冷却塔の散布用水貯留用の水槽に、前記ガスクーラからの冷却水用配管に接続される水槽内熱交換器を設置したことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の冷凍システム。
11. 前記冷却塔の入口配管または出口配管に、前記冷却塔をバイパスする弁を設けたことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の冷凍システム。

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