JPH11173689A - 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
させる一方、冷熱放熱時には凝縮器５からの冷媒を更に
熱交換器１４に導いて低温で凝縮させ、生じた液冷媒を
膨張弁２を通してショーケース１の蒸発器３で蒸発させ
る。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、蓄熱剤と
の熱交換により冷媒の凝縮温度が通常の凝縮器に比べて
大幅に低下するので冷却効率が著しく向上する。

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１５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１５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１５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と
併設さ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１
２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。また、圧縮機４の形式により必要
に応じて液インジェクション回路１９が設けられ、凝縮
器５からの液冷媒の一部で圧縮機４の冷却が行われる。

【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冷
媒入口に接続された第２の膨張弁と、この第２の膨張弁
の他端と前記凝縮器の冷媒出口との間及び前記熱交換器
の冷媒出口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、前記凝縮器の冷媒出口と前
記熱交換器の冷媒入口との間を前記第２の膨張弁をバイ
パスして接続し、また前記熱交換器の冷媒出口と前記膨
張弁との間を前記凝縮器から切り換えて接続する冷媒通
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凝縮器に送り、次いで前記熱交
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、冷熱蓄熱時には
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、冷熱放熱時には、冷凍機の
運転により凝縮器で凝縮又は冷却した冷媒を第２の膨張
弁のバイパス通路を通して蓄熱槽の熱交換器に送り、こ
の熱交換器を凝縮器として冷媒を低温で凝縮させ、生じ
た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。また、冷媒
と蓄熱槽内の蓄熱剤との熱交換により冷媒の凝縮温度は
通常の凝縮器に比べて大幅に低下し、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って冷却
効率が著しく向上する。

【０００８】一方、冷凍機の圧縮機は一般に通常の冷凍
回路で生じる高圧の凝縮圧力に対応しており、請求項１
記載の発明における低い凝縮温度に応じた低圧の凝縮圧
力で用いた場合には動作が不安定になることがある。そ
こで、そのような場合に、請求項２記載のこの発明は、
放熱回路において第２の膨張弁をバイパスする冷媒通路
に圧力調整弁を挿入し、圧縮機の冷媒吐出圧力を低温の
熱交換器内部の凝縮圧力よりも高めるようにする。これ
により、低い凝縮圧力に対応できない圧縮機に請求項１
に係る発明を適用した場合にも安定的な動作を得ること
ができる。

【０００９】また、請求項１又は請求項２記載の発明に
おいて、圧縮機に液インジェクション回路を設ける場合
には、凝縮器の冷媒出口及び熱交換器の冷媒出口をそれ
ぞれ第１の電磁弁及び第２の電磁弁を介して前記液イン
ジェクション回路に接続するものとする。これにより、
第１及び第２の電磁弁を交互に開閉することで、通常の
冷却運転と放熱運転のいずれについても液インジェクシ
ョン回路を支障なく機能させることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図１４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。

【００１１】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の一端の冷媒入口に接続された第２の膨
張弁１５とが設けられ、膨張弁１５の他端は三方弁６及
び１７を介して凝縮器５の冷媒出口に配管接続され、熱
交換器１４の他端の冷媒出口は三方弁７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。後述するよ
うに、蓄熱槽８と、膨張弁１５と、これらを三方弁６，
７，１６，１７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。

【００１２】更に、図１において、第２の膨張弁１５は
三方弁１６及び１７を介してバイパスされるようになっ
ている。後述するように、凝縮器５の冷媒出口と熱交換
器１４の冷媒入口との間を第２の膨張弁１５を三方弁
６，１６，１７によりバイパスして接続し、また熱交換
器１４の冷媒出口と膨張弁２との間を三方弁６及び７に
より凝縮器５から切り換えて接続する冷媒通路は放熱回
路を形成する。

【００１３】図２は図１の装置の冷熱蓄熱時の冷媒回路
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。

【００１４】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，
７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。

【００１５】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。三方弁６，７，１６，１７
を図示方向に切り換えて、圧縮機４を運転する。圧縮機
４からの高温高圧の冷媒ガスは凝縮器５で凝縮又は冷却
された後、熱交換器１４に入って低温で凝縮される。こ
の低温液冷媒は膨張弁２を通して蒸発器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凝縮器５を
経て熱交換器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。

【００１６】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
時には凝縮器５を介して熱交換器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
は冷媒の凝縮温度及び圧力が低下するので、通常運転時
よりも大きな冷凍能力が得られる。

【００１７】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６，７，１６，１７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。

【００１８】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，
７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。三方弁
６，７，１６，１７を図示方向に切り換え、圧縮機４か
らの冷媒ガスを凝縮器５を経て熱交換器１４で凝縮さ
せ、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。

【００１９】実施の形態３ 図９及び図１０は、請求項２に係る実施の形態３を示す
ものである。図９において、膨張弁１５をバイパスする
冷媒通路に圧力調整弁１８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の装置における通常の冷却
運転及び膨張弁１５のバイパス通路が三方弁１６，１７
で遮断される蓄熱運転は、実施の形態１と同じである。

【００２０】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、凝縮器５からの冷媒は圧力制
御弁１８を通して熱交換器１４に導かれる。その際、凝
縮器５の出口側の圧力は圧力制御弁で高められるため、
凝縮器５の内部は熱交換器１４よりも高圧に保たれ、圧
縮機４が低圧の凝縮圧力に対応できない場合にもその冷
媒ガス吐出側の圧力が適正なレベルまで引き上げること
ができる。

【００２１】実施の形態４ 図１１〜図１３は請求項３に係る実施の形態３を示すも
のである。図１１において、圧縮機４に対する液インジ
ェクション回路１９が設けられ、凝縮器５の冷媒出口及
び熱交換器１４の冷媒出口はそれぞれ第１の電磁弁２０
及び第２の電磁弁２１を介して液インジェクション回路
１９に接続されている。図１２は通常冷却時の冷媒回路
を太線で示したもので、電磁弁２０は開かれ電磁弁２１
は閉じられて、凝縮器５からの液冷媒の一部は液インジ
ェクション回路１９に流入し圧縮機４を冷却する。ま
た、図１３は冷熱放熱時の冷媒回路を太線で示したもの
で、電磁弁２０は閉じられ電磁弁２１は開かれて、熱交
換器１４からの液冷媒の一部は液インジェクション回路
１９に流入し圧縮機４を冷却する。

【００２２】図１４は凝縮器５の出口側に受液器２２を
設置した場合を示すものであるが、この場合は凝縮器５
と受液器２２を一体のものとみなすことにより、各請求
項に係る発明と同一範疇のものと考えることができる。
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。

【００２３】

【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、蓄熱槽で低温
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
率を大幅に向上させることができる。

【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の装置の冷熱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の装置の冷熱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を示すシステム構成図
である。

【図12】図１１の装置の通常冷却時の冷媒回路を示す図
である。

【図13】図１１の装置の冷熱放熱時の冷媒回路を示す図
である。

【図14】凝縮器の出口側に受液器を設置した装置を示す
図である。

【図15】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 圧力調整弁 １９ 液インジェクション回路 ２０ 電磁弁 ２１ 電磁弁

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
   冷媒入口に接続された第２の膨張弁と、この第２の膨張
   弁の他端と前記凝縮器の冷媒出口との間及び前記熱交換
   器の冷媒出口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、 前記凝縮器の冷媒出口と前記熱交換器の冷媒入口との間
   を前記第２の膨張弁をバイパスして接続し、また前記熱
   交換器の冷媒出口と前記膨張弁との間を前記凝縮器から
   切り換えて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凝縮器
   に送り、次いで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】放熱回路において第２の膨張弁をバイパス
   する冷媒通路に圧力調整弁を挿入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】圧縮機に液インジェクション回路を設ける
   とともに、凝縮器の冷媒出口及び熱交換器の冷媒出口を
   それぞれ第１の電磁弁及び第２の電磁弁を介して前記液
   インジェクション回路に接続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。