(57)【要約】【課題】空水冷併用による十分な冷却能力を発揮でき、節水及び省エネも可能な冷却技術の提供。【解決手段】圧縮機40、空冷用凝縮器42、水冷用凝縮器44等を冷媒管56で接続した冷媒回路38を備え、プレハブ式冷蔵庫12の天井裏14に配置される一体型冷却ユニット10。水冷用凝縮器44に接続された給水管30には、水冷用電磁弁58が介装される。冷媒回路38には複数のセンサが設けられており、制御部85に計測データが出力される。制御部85は、各計測データと電磁弁58の開条件56を比較し、条件を満たした時点で電磁弁58を開いて空冷運転から空水冷運転に移行させると共に、空水冷運転移行後は各計測データと電磁弁58の閉条件87を比較し、条件を満たした時点で電磁弁58を閉じて空水冷運転から空冷運転に復帰させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも圧縮機、空冷用凝縮器、水冷用凝縮器、電子膨張弁、蒸発器を冷媒管で接続した冷媒回路と、空冷用ファンモータとを備えた冷却ユニットであって、さらに、
上記水冷用凝縮器に接続された給水管及び排水管と、
上記給水管に介装された水冷用電磁弁と、
制御手段と、
上記冷媒回路の所定箇所の温度を計測して上記制御手段に出力する温度センサと、
上記冷媒回路の所定箇所の圧力を計測して上記制御手段に出力する圧力センサとを備えており、
上記制御手段は、各センサからの出力と、予め設定された上記水冷用電磁弁の開条件を比較し、この開条件を満たした時点で上記電磁弁を開いて冷却水を水冷用凝縮器に供給し、空冷運転から空水冷運転に移行させると共に、
空水冷運転に移行した後は、各センサからの出力と、予め設定された上記水冷用電磁弁の閉条件を比較し、この閉条件を満たした時点で上記電磁弁を閉じて冷却水の供給を停止し、空水冷運転から空冷運転に復帰させる機能を備えていることを特徴とする冷却ユニット。
【請求項２】
上記排水管に、上記冷媒回路内の圧力に応じて開度が調整される制水弁が介装されていることを特徴とする請求項１に記載の冷却ユニット。
【請求項３】
上記蒸発器の入口温度を計測する温度センサと、出口温度を計測する温度センサを備えており、
上記制御手段は、両温度センサからの出力に基づいて上記電子膨張弁の開度を調整する機能を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却ユニット。
【請求項４】
上記冷媒回路を構成する各部材が、屋内に設置されたプレハブ式冷蔵庫の天井裏に配置される一体型の冷却ユニットであって、さらに、
上記プレハブ式冷蔵庫の天井裏に設置された換気扇と、
上記天井裏の温度を計測する温度センサを備えており、
上記制御手段は、少なくとも当該温度センサからの出力に基づいて換気扇の稼働を制御する機能を備えていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の冷却ユニット。
【請求項５】
上記制御手段は、上記空冷用ファンモータの異常を知らせる信号が入力された場合に、上記電磁弁を開いて冷却水を水冷用凝縮器に供給することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の冷却ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷却ユニットに係り、特に、省エネルギーや省資源の要請に対応可能な冷却技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
飲食店の厨房内には、プレハブ式の冷蔵・冷凍庫（以下「冷蔵庫」）を設置し、庫外に冷却ユニットが配置されるケースが多い。
この場合の冷却ユニットとしては、圧縮機や凝縮器等を屋外に設置すると共に、室内側に蒸発器等を設置し、両者間を冷媒管で繋ぐセパレート型と、全ての構成部品を一体化してプレハブの天井裏に配置する一体型とがある。
【０００３】
凝縮器からの熱を屋外に排出するセパレート型の方が、一般に高い冷却能力を確保しやすい反面、長い冷媒管を介して排熱するためエネルギー効率が悪くなるという問題や、配管処理の煩雑性という問題がある。
【０００４】
一方、一体型は装置類がコンパクトに収まり、長い冷媒管の配設も不要であるため、導入しやすくエネルギー効率も良いという利点があるが、凝縮器から放出された熱が天井裏に籠もりやすく、冷却能力が低下しやすいという問題がある。
【０００５】
特に、夏場などにおいて天井裏の温度が上昇し、圧縮機が過負荷状態になると、装置保全のために高圧遮断機が動作し、圧縮機の運転が強制的に停止される結果、庫内収納物にダメージを与える危険性がある。
したがって、高圧遮断機が動作する前に、圧縮機への過負荷を低減する必要がある。
【０００６】
そのため、例えば特許文献１においては、検出手段からの出力が設定値以上になった時点で圧縮機が過負荷状態にあるものと判定し、天井裏に設置された換気扇を駆動し、凝縮器の周辺温度を低下させるようにしているが、換気扇による天井裏の空気の入れ替えだけでは、限定的な効果にとどまるものと言わざるを得ない。
【０００７】
これに対し、空冷用の凝縮器の他に水冷用の凝縮器を設け、圧縮機が過負荷状態となる際には水冷方式に切り替えるか、両者を併用して冷媒の熱を放出し、圧縮機の強制停止を回避することも行われている（例えば、特許文献２）。
【０００８】
しかしながら、従来の空水冷併用方式の冷却装置の場合、冷却能力の維持・確保という観点しかなく、貴重な水資源の節約という視点が欠落している点で不十分であった。
すなわち、都市部の雑居ビルなどにおいては冷却水として水道水を用いるケースが多く、水道料金を抑えるためにも、また自治体等による節水の要請（非特許文献１）に応えるためにも、水冷の稼働は最小限に抑える必要がある。
【０００９】
【特許文献１】特開平５−３３２６６０
【特許文献２】特開平７−０９１７５６
【非特許文献１】千葉県／意外とカンタン！節水の方法  インターネットＵＲＬ：https://www.pref.chiba.lg.jp/suisei/sessui.html  検索日：平成３０年９月１０日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この発明は、従来の上記問題を解決するために案出されたものであり、セパレート型／一体型を問わず、空水冷併用による十分な冷却能力を発揮でき、節水及び省エネをも実現可能な冷却技術の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載した冷却ユニットは、少なくとも圧縮機、空冷用凝縮器、水冷用凝縮器、電子膨張弁、蒸発器を冷媒管で接続した冷媒回路と、空冷用ファンモータとを備えた冷却ユニットであって、さらに、上記水冷用凝縮器に接続された給水管及び排水管と、上記給水管に介装された水冷用電磁弁と、制御手段と、上記冷媒回路の所定箇所の温度を計測して上記制御手段に出力する温度センサと、上記冷媒回路の所定箇所の圧力を計測して上記制御手段に出力する圧力センサとを備えており、上記制御手段が、各センサからの出力と、予め設定された上記水冷用電磁弁の開条件を比較し、この開条件を満たした時点で上記電磁弁を開いて冷却水を水冷用凝縮器に供給し、空冷運転から空水冷運転に移行させると共に、空水冷運転に移行した後は、各センサからの出力と、予め設定された上記水冷用電磁弁の閉条件を比較し、この閉条件を満たした時点で上記電磁弁を閉じて冷却水の供給を停止し、空水冷運転から空冷運転に復帰させる機能を備えていることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項２に記載した冷却ユニットは、排水管に冷媒回路内の圧力に応じて開度が調整される制水弁が介装されていることを特徴としている。
【００１３】
請求項３に記載した冷却ユニットは、上記蒸発器の入口温度を計測する温度センサと、出口温度を計測する温度センサを備えており、上記制御手段が、両温度センサからの出力に基づいて上記電子膨張弁の開度を調整する機能を備えていることを特徴としている。
【００１４】
請求項４に記載した冷却ユニットは、上記冷媒回路を構成する各部材が、屋内に設置されたプレハブ式冷蔵庫の天井裏に配置される一体型の冷却ユニットであって、さらに、上記プレハブ式冷蔵庫の天井裏に設置された換気扇と、上記天井裏の温度を計測する温度センサを備えており、上記制御手段が、少なくとも当該温度センサからの出力に基づいて換気扇の稼働を制御する機能を備えていることを特徴としている。
【００１５】
請求項５に記載した冷却ユニットは、上記制御手段が、上記空冷用ファンモータの異常を知らせる信号が入力された場合に、上記電磁弁を開いて冷却水を水冷用凝縮器に供給することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の冷却ユニットは、空冷運転を基本としつつも、空冷運転だけでは冷却能力が不足する状況下では速やかに空水冷併用運転に移行して冷却能力を確保し、庫内温度を維持すると共に、圧縮機の強制停止を回避することができる。
また、しばらく空水冷運転を継続した後、空冷のみで十分な状況に戻った際には、自動的に水冷を停止して空冷運転に復帰することができ、貴重な水資源の消費量を最小限に抑えることができる。
【００１７】
請求項２の冷却ユニットは、排水管に冷媒回路内の圧力に応じて開度が調整される制水弁が介装されているため、空水冷運転時においても水冷用凝縮器に対する給水量を必要最小限に抑えることが可能となる。
【００１８】
請求項３の冷却ユニットによれば、蒸発器の入口温度を計測する温度センサと、出口温度を計測する温度センサからの出力に基づいて上記電子膨張弁の開度が調整されるため、冷却ユニットの運転効率を最適化することができ、省エネルギーの要請に応えることが可能となる。
【００１９】
請求項４に記載された一体型の冷却ユニットの場合、天井裏の温度等に基づいて換気扇の稼働（ON/OFF）を自動制御することで、冷却効果を高めることが可能となる。
【００２０】
請求項５の冷却ユニットによれば、空冷用ファンモータが故障し、空冷運転が機能しない場合であっても、即座に水冷運転に移行することにより、冷蔵庫内の温度を設定値に保つことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、この発明に係る一体型冷却ユニット10を、屋内のプレハブ式冷蔵庫12の天井裏14に設置した状態を示す概念図である。
プレハブ式冷蔵庫12は、断熱パネル16によって構成されており、天井面18から冷却ユニット10のエアダクト20が庫内22に向けられている。
【００２２】
プレハブ式冷蔵庫12の天井裏14と上層階スラブ24との間の空間26には、換気扇28が設置されている。この換気扇28のスイッチは、冷却ユニット10の制御基板に設けられた電源回路に接続されている。
冷却ユニット10には、給水管30と排水管32が接続されている。給水管30及び排水管32は、図示は省略したが、上下水道に接続されている。
プレハブ式冷蔵庫12の外壁面34には、操作用のリモコン装置36が取り付けられている。
【００２３】
図２は、冷却ユニット10の冷媒回路38を示すものであり、圧縮機40と、空冷用凝縮器42と、水冷用凝縮器44と、ストレーナ46と、ドライヤ48と、電子膨張弁50と、蒸発器52と、アキュムレータ54とが、冷媒管56によって接続されている。
【００２４】
水冷用凝縮器44には給水管30が接続されており、この給水管30には水冷用電磁弁58とストレーナ60が介装されている。
また、水冷用凝縮器44には排水管32が接続されており、この排水管32には制水弁62が介装されている。
【００２５】
この冷却ユニット10の場合、通常は水冷用電磁弁58が閉じられているため、圧縮機40によって圧縮された高温・高圧の液状冷媒は、空冷用凝縮器42によって冷却された後、そのまま水冷用凝縮器44を素通りして電子膨張弁50及び蒸発器52に達する。
これに対し、一定の条件を満たした場合には水冷用電磁弁58が開かれるため、圧縮機40によって圧縮された高温・高圧の液状冷媒は、空冷用凝縮器42及び水冷用凝縮器44によって冷却されることとなる（詳細は後述）。
【００２６】
冷媒管56には、以下の各種センサが装着されている。
(1) 高圧側圧力センサ64
(2) 低圧側圧力センサ65
(3) 吐出管温度センサ66
(4) 空冷用凝縮器出口温度センサ67
(5) 水冷用凝縮器出口温度センサ68
(6) 蒸発器入口温度センサ69
(7) 蒸発器出口温度センサ70
【００２７】
また、蒸発器52の近傍には、以下のセンサが配置されている。
(8) 庫内温度センサ71
(9) 除霜用温度センサ72
さらに、天井裏14には以下のセンサが配置されている。
(10) 外気温度センサ73
【００２８】
図示は省略したが、空冷用凝縮器42の近傍には空冷用ファンモータが配置されており、蒸発器52の近傍には蒸発器用ファンモータが配置されている。
各ファンモータは、冷却ユニット10の制御基板に設けられた電源回路に接続されている。
【００２９】
また、冷却ユニット10の制御基板には、コンピュータのCPUが搭載されており、制御基板上の記憶装置に格納されたプログラムに従ってCPUが動作することにより、図３に示すように、制御部85が構成される。
この制御部85には、少なくとも以下の(1)〜(11)のデータが入力される。
(1) 高圧側圧力74（高圧側圧力センサ64から出力）
(2) 低圧側圧力75（低圧側圧力センサ65から出力）
(3) 吐出管温度76（吐出管温度センサ66から出力）
(4) 空冷用凝縮器出口温度77（空冷用凝縮器出口温度センサ67から出力）
(5) 水冷用凝縮器出口温度78（水冷用凝縮器出口温度センサ68から出力）
(6) 蒸発器入口温度79（蒸発器入口温度センサ69から出力）
(7) 蒸発器出口温度80（蒸発器出口温度センサ70から出力）
(8) 庫内温度81（庫内温度センサ71から出力）
(9) 除霜用温度82（除霜用温度センサ72から出力）
(10) 外気温度83（外気温度センサ73から出力）
(11) 空冷用FM（ファンモータ）の異常信号84（制御基板から出力）
【００３０】
以下、図４のフローチャートに従い、冷却ユニット10の動作について説明する。
まず、電源をONすると、圧縮機40、空冷用ファンモータ、蒸発器用ファンモータ等が始動し、「空冷運転」が開始される（Ｓ10）。
同時に制御部85は、制御基板上の記憶装置内に格納された水冷用電磁弁58の開条件86及び閉条件87を読み込む（Ｓ12）。
【００３１】
また制御部85は、各種センサから出力される圧力や温度の測定データを随時受け取り（Ｓ14）、水冷用電磁弁58の開条件86にマッチするか否かをリアルタイムに判定する（Ｓ16）。
そして、開条件86にマッチする場合（Ｓ16／Ｙ）、制御部85は制御信号を出力して水冷用電磁弁58を開く（Ｓ18）。
【００３２】
この結果、給水管30から冷却水が水冷用凝縮器44に供給され、冷却ユニット10は「空水冷運転」に移行する。
水冷用凝縮器44を通過した冷却水は、排水管32を介して外部に排出される。
なお、排水管32には、冷媒管56内の圧力が高いほど開度が拡大し、同圧力が低いほど開度が縮小するよう調整された制水弁62が介装されている。このため、空水冷運転時においても、水冷用凝縮器44に対しては冷媒管56内の圧力に応じた必要最小限の給水がなされる。
【００３３】
ここで、水冷用電磁弁58の開条件86の一例を以下に示す。
■以下の(A)〜(D)の何れか一つを満足する場合、「開」とする。
(A) 空冷用凝縮器出口温度≧５２℃→３０分継続
(B) 外気温度≧５０℃→３０分継続
(C) 高圧側圧力≧２.５ＭＰａ→３０秒継続  and  外気温度≧４０℃
(D) 空冷用FMの異常信号の出力  and  外気温度≧５℃
これらの中、(A)〜(C)の条件は、何れも空冷運転だけでは十分な冷却効果が上がっていないことを示している。
また(D)の条件は、空冷用ファンモータが故障等しており、空冷自体が機能しなくなっている可能性を示している。したがって、この(D)の条件に該当する場合には、事実上「水冷運転」となるが、この冷却ユニット10は水冷のみでも十分な冷却能力を確保できるように設計されている。
【００３４】
上記のようにして空水冷運転（または水冷運転）に移行した後も、制御部85は各種センサから出力される圧力や温度の測定データを監視し、水冷用電磁弁58の閉条件87にマッチするか否かをリアルタイムに判定する（Ｓ20）。
そして、閉条件87にマッチする場合（Ｓ20／Ｙ）、制御部85は制御信号を出力して水冷用電磁弁58を閉じる（Ｓ22）。
この結果、水冷用凝縮器44への給水が停止され、冷却ユニット10は「空冷運転」に復帰する（Ｓ22）。
【００３５】
ここで、水冷用電磁弁58の閉条件87の一例を以下に示す。
■以下の(a)〜(c)の全てを満足する場合、「閉」とする。
(a) 空冷用凝縮器出口温度≦外気温度＋５℃→３０分継続
(b) 空冷用凝縮器出口温度≦４９℃→３０分継続
(c) 外気温度≦４７℃→３０分継続
【００３６】
これらの条件の全てを満たす場合には、圧縮機40の過負荷が終了し、空水冷運転から空冷運転に戻しても問題ない状態になったことを示している。
なお、上記(D)の開条件に該当する場合、すなわち空冷用ファンモータが機能せずに実質的に水冷運転となっている場合には、当然ながら上記閉条件87を満たすことはないため、空冷用ファンモータの機能が回復され、閉条件87を満たすようになるまで、水冷運転が続行される。
【００３７】
制御部85は、冷却ユニット10の電源がOFFされるまで、上記Ｓ14〜Ｓ22の処理を継続的に実行する。
この結果、空冷運転だけでは冷却能力が不足する場合には速やかに空水冷運転に移行して必要最小限の範囲で冷却能力を補うと共に、空冷のみで十分な状態に戻った際には自動的に水冷を停止して空冷運転に復帰することができ、貴重な水資源の消費量を最小限に抑えることができる。
【００３８】
上記の開条件及び閉条件はあくまでも一例であり、他のセンサから出力されたデータに基づいて判定することもできる。
また、設定条件についても、冷却ユニット10の設置環境に応じて柔軟に変更することができる。
【００３９】
制御部85は、蒸発器入口温度79と蒸発器出口温度80の差が所定温度（例えば５℃）になるように、電子膨張弁50の開度を調整する機能も備えている。
この結果、冷却ユニット10の運転効率を最適化することができ、省エネルギーの要請に応えることができる。
【００４０】
また制御部85は、制御基板上の記憶装置内に格納された換気扇の稼働条件88と外気温度等を比較し、必要に応じて換気扇28のON／OFF制御を実行することもできる。
【００４１】
上記においては、この発明を一体型冷却ユニットに適用した例を示したが、圧縮機や凝縮器等を屋外に設置した室外機内に収納させ、室内側に配置された蒸発器等と冷媒管で接続した、いわゆるセパレート型の冷却ユニットに応用することも当然に可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この発明に係る一体型冷却ユニットを、屋内のプレハブ式冷蔵庫の天井裏に設置した状態を示す概念図である。
【図２】冷却ユニットの冷媒回路図である。
【図３】制御部に入力される各種データを示すブロック図である。
【図４】冷却ユニットの動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
10  ：一体型冷却ユニット
12  ：プレハブ式冷蔵庫
14  ：天井裏
18  ：天井面
22  ：庫内
28  ：換気扇
30  ：給水管
32  ：排水管
38  ：冷媒回路
40  ：圧縮機
42  ：空冷用凝縮器
44  ：水冷用凝縮器
50  ：電子膨張弁
52  ：蒸発器
56  ：冷媒管
58  ：水冷用電磁弁
62  ：制水弁
64  ：高圧側圧力センサ
65  ：低圧側圧力センサ
66  ：吐出管温度センサ
67  ：空冷用凝縮器出口温度センサ
68  ：水冷用凝縮器出口温度センサ
69  ：蒸発器入口温度センサ
70  ：蒸発器出口温度センサ
71  ：庫内温度センサ
72  ：除霜用温度センサ
73  ：外気温度センサ
85  ：制御部
86  ：開条件
87  ：閉条件
88  ：換気扇の稼働条件
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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