(57)【要約】【課題】冷媒回路が過負荷に陥る不都合を解消し、安全に運転することができる冷凍装置を提供する。【解決手段】運転信号に応じて冷媒回路１０の冷媒圧縮機１１の運転を開始し、水熱交換器１２での冷媒の温度が＋８０℃以上、且つ、蒸発器１４での冷媒の温度が０℃以下となるように膨張弁（減圧装置）１３を調整する制御装置Ｚを備え、制御装置Ｚは、圧縮機１１の運転開始から所定時間経過後、氷蓄熱ユニットＣの氷蓄熱槽５０内の蓄冷量が所定量以上に達した場合、若しくは、貯湯タンク内を満湯と判断した場合の各々の状態を検出し、何れかの状態を満たした際に圧縮機１１の運転を停止する。【選択図】図４
2010175106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒圧縮機、水熱交換器、減圧装置、蒸発器を冷媒配管で環状に接続して成る冷媒回路と、
下部から市水が供給され、且つ、上部から内部に蓄えられた湯を取出可能に構成された貯湯タンクと、
該貯湯タンク下部の市水を前記水熱交換器で加熱した後、前記貯湯タンク上部に戻す水回路と、
前記蒸発器が浸漬された蓄冷ユニットと、
運転信号に応じて前記冷媒圧縮機の運転を開始し、前記水熱交換器での冷媒の温度が＋８０℃以上、且つ、前記蒸発器での冷媒の温度が０℃以下となるように前記減圧装置を調整する制御装置とを備え、
該制御装置は、前記冷媒圧縮機の運転開始から所定時間経過後、前記蓄冷ユニット内の蓄冷量が所定量以上に達した場合、若しくは、前記貯湯タンク内を満湯と判断した場合の各々の状態を検出し、何れかの状態を満たした際に前記冷媒圧縮機の運転を停止することを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
前記蓄冷ユニットから供給される冷水により、ミルクタンクに供給される牛乳の冷却を行い、前記貯湯タンク内の湯を用いて前記ミルクタンク内を加熱、若しくは、洗浄する構成を備えたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記蓄冷ユニットは、内部に氷を生成可能に構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記貯湯タンク内の湯を排出する構成を有すると共に、前記制御装置は、通常運転モード及び冷却優先モードを有し、
前記通常運転モードでは、前記蓄冷ユニット内の蓄冷量が所定量以上に達した場合、若しくは、前記貯湯タンク内を満湯と判断した場合の各々の状態を検出し、何れかの状態を満たした際に前記冷媒圧縮機の運転を停止し、
前記冷却優先モードでは、前記貯湯タンク内が満湯と判断した後に、前記貯湯タンク内の湯を排出して前記冷媒圧縮機の運転を継続させることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷媒圧縮機、水熱交換器、減圧装置及び蒸発器を環状に配管接続して成る冷媒回路を備え、水熱交換器にて水回路を介して循環される貯湯タンクからの水を加熱し、蒸発器にて周囲の水を冷却して蓄冷を可能に成した冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、食品や飲料等の被冷却対象を冷却する方法として、蒸発圧縮式冷凍サイクルを用いた冷凍装置が広く利用されている。この種の冷凍装置では蒸発器における冷媒の蒸発による吸熱作用で被冷却対象を冷却し、放熱器における冷媒の放熱により熱を大気に放熱するものであった。
【０００３】
近年この種の冷凍装置では、従来、放熱器（熱交換器）において大気に放出して利用されていなかった熱を再利用して、エネルギーの有効利用を図る試みが成されており、その一例として放熱器（水熱交換器）からの放熱を給湯に利用する装置も開発されて来ている。
【０００４】
具体的に、冷凍サイクルの圧縮機により圧縮され高温高圧となった冷媒を水熱交換器に流し、当該水熱交換器において冷媒と貯湯タンクから流れる水とを熱交換させる。係る熱交換により、冷媒は貯湯タンク内下部から取り出された水に熱を奪われ放熱する。
【０００５】
一方、この水熱交換器にて冷媒と熱交換することで、即ち、冷媒からの放熱作用で貯湯タンク内下部からの低温の水は加熱され、高温の水（湯）となり、貯湯タンクの上部から当該貯湯タンク内に戻る。このように、貯湯タンク下部より低温の水を取り出し熱交換器を流れる冷媒と熱交換させて加熱し、高温となった水（湯）を上部から貯湯タンク内に戻す動作を繰り返すことで、貯湯タンク内の上部から下部に向かって高温の湯が蓄えられていく。
【０００６】
他方、熱交換器にて温度低下した冷媒は膨張弁で絞られ、膨張して低圧となった後、蒸発器に流入し、そこで膨張、即ち、蒸発する。この冷媒の蒸発作用により、当該蒸発器の周囲の被冷却対象（例えば、水）が冷却されていく。その後、冷媒は蒸発器から出て再び圧縮機に吸い込まれる。このような蒸発器における冷媒の吸熱作用により、被冷却対象が冷却され（例えば、被冷却対象が水である場合には、冷媒を０℃以下で蒸発させると氷が生成され）、同時に水熱交換器における冷媒の放熱作用により高温の湯が生成されるものであった（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述した冷凍装置では、蒸発器にて冷却される被冷却対象の温度が所定の低温となり、且つ、貯湯タンク内の水が全量沸き上がる（即ち、貯湯タンク内が満湯となる）まで、冷凍サイクルの運転が行われていた。即ち、貯湯タンク内が満湯となっても、被冷却対象が十分に冷却されていなければ、係る冷却運転が継続されることとなるが、この場合、熱交換器に流れる貯湯タンクからの水は十分に加熱された高温の湯であるため、蒸発器にて被冷却対象から冷媒が奪った熱を当該熱交換器にて放出することができず、冷凍サイクルが過負荷状態に陥る問題が生じていた。
【０００８】
一方、被冷却対象が十分に冷却された状態であっても、貯湯タンク内が満湯でなければ、係る冷却運転が継続されることとなるが、この場合には、蒸発器を流れる過程で冷媒は被冷却対象から熱を汲み上げることができないので、熱交換器を流れる水を十分に加熱することができなくなる。更に、当該蒸発器において冷媒は吸熱して蒸発することができないので、圧縮機に液冷媒が戻る液バックが発生する恐れがあった。
【０００９】
本発明は、係る従来技術の課題を解決するために成されたものであり、冷媒回路が過負荷に陥る不都合を解消して、安全に運転することができる冷凍装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の冷凍装置は、冷媒圧縮機、水熱交換器、減圧装置、蒸発器を冷媒配管で環状に接続して成る冷媒回路と、下部から市水が供給され、且つ、上部から内部に蓄えられた湯を取出可能に構成された貯湯タンクと、この貯湯タンク下部の市水を水熱交換器で加熱した後、貯湯タンク上部に戻す水回路と、蒸発器が浸漬された蓄冷ユニットと、運転信号に応じて冷媒圧縮機の運転を開始し、水熱交換器での冷媒の温度が＋８０℃以上、且つ、蒸発器での冷媒の温度が０℃以下となるように減圧装置を調整する制御装置とを備え、この制御装置は、冷媒圧縮機の運転開始から所定時間経過後、蓄冷ユニット内の蓄冷量が所定量以上に達した場合、若しくは、貯湯タンク内を満湯と判断した場合の各々の状態を検出し、何れかの状態を満たした際に冷媒圧縮機の運転を停止することを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明の冷凍装置は、請求項１に記載の発明において蓄冷ユニットから供給される冷水により、ミルクタンクに供給される牛乳の冷却を行い、貯湯タンク内の湯を用いてミルクタンク内を加熱、若しくは、洗浄する構成を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明の冷凍装置は、請求項１又は請求項２に記載の発明において蓄冷ユニットは、内部に氷を生成可能に構成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明の冷凍装置は、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の発明において貯湯タンク内の湯を排出する構成を有すると共に、制御装置は、通常運転モード及び冷却優先モードを有し、通常運転モードでは、蓄冷ユニット内の蓄冷量が所定量以上に達した場合、若しくは、貯湯タンク内を満湯と判断した場合の各々の状態を検出し、何れかの状態を満たした際に冷媒圧縮機の運転を停止し、冷却優先モードでは、貯湯タンク内が満湯と判断した後に、貯湯タンク内の湯を排出して冷媒圧縮機の運転を継続させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の冷凍装置によれば、冷媒圧縮機、水熱交換器、減圧装置、蒸発器を冷媒配管で環状に接続して成る冷媒回路と、下部から市水が供給され、且つ、上部から内部に蓄えられた湯を取出可能に構成された貯湯タンクと、この貯湯タンク下部の市水を水熱交換器で加熱した後、貯湯タンク上部に戻す水回路と、蒸発器が浸漬された蓄冷ユニットと、運転信号に応じて冷媒圧縮機の運転を開始し、水熱交換器での冷媒の温度が＋８０℃以上、且つ、蒸発器での冷媒の温度が０℃以下となるように減圧装置を調整する制御装置とを備え、この制御装置は、冷媒圧縮機の運転開始から所定時間経過後、蓄冷ユニット内の蓄冷量が所定量以上に達した場合、若しくは、貯湯タンク内を満湯と判断した場合の各々の状態を検出し、何れかの状態を満たした際に冷媒圧縮機の運転を停止するので、水熱交換器における冷媒の放熱と、蒸発器における冷媒の蒸発を確実に行うことができるようになる。
【００１５】
これにより、蒸発器における冷媒の吸熱量が不足する不都合と、水熱交換器における冷媒の放熱量が不足して、冷媒回路が過負荷に陥る不都合を解消して、安全な運転を行うことができるようになる。
【００１６】
また、請求項２の発明によれば、上記発明において蓄冷ユニットから供給される冷水により、ミルクタンクに供給される牛乳の冷却を行い、貯湯タンク内の湯を用いてミルクタンク内を加熱、若しくは、洗浄する構成を備えたので、当該貯湯タンク内の湯によりミルクタンク内を加熱洗浄、或いは、洗浄することができる。
【００１７】
請求項３の発明によれば、請求項１又は請求項２に記載の発明において蓄冷ユニットは、内部に氷を生成可能に構成されているので、蓄冷ユニットに浸漬された蒸発器における冷媒の吸熱作用により、当該蓄冷ユニットの内部に氷を生成して冷媒回路の冷熱を蓄えることができる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の発明において貯湯タンク内の湯を排出する構成を有すると共に、制御装置は、通常運転モード及び冷却優先モードを有し、通常運転モードでは、蓄冷ユニット内の蓄冷量が所定量以上に達した場合、若しくは、貯湯タンク内を満湯と判断した場合の各々の状態を検出し、何れかの状態を満たした際に冷媒圧縮機の運転を停止し、冷却優先モードでは、貯湯タンク内が満湯と判断した後に、貯湯タンク内の湯を排出して冷媒圧縮機の運転を継続させるので、当該冷却優先モードにおいて、貯湯タンク内が満湯となった場合には、貯湯タンク内の湯を捨てて、貯湯タンクに低温の水を入れて、当該低温の水を水熱交換器に流すことができるようになる。
【００１９】
これにより、水熱交換器における冷媒の放熱量が不足して、冷媒回路が過負荷に陥る不都合を解消しながら、安全、且つ、確実に蓄冷ユニット内の蓄冷を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明を適用した一実施例の冷凍装置の回路図である。
【図２】図１の冷凍装置を備えた牛乳冷却システムの概略構成図である。
【図３】図２の冷凍装置の制御装置の制御ブロック図である。
【図４】図２の冷凍装置の制御装置の制御動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面に基づき本発明の給湯装置の実施の形態について、詳細に説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１は本発明を適用した一実施例の冷凍装置１の回路図を示している。本実施例の冷凍装置１は、冷媒回路１０を有するヒートポンプユニット（ＣＯ2複合ヒートポンプユニット）Ａと、貯湯タンク２０を備えた貯湯タンクユニットＢと、冷媒回路１０の水熱交換器１２と貯湯タンク２０との間で水を循環させる水回路３０と、氷蓄熱槽５０を有する氷蓄熱ユニット（蓄冷ユニット）Ｃとから構成される。
【００２３】
上記ヒートポンプユニットＡは、貯湯タンク２０からの水（貯湯タンクに供給された市水）を加熱して高温の水（湯）を生成すると共に、氷蓄熱ユニットＣの氷蓄熱槽５０内の水を冷却して氷を生成するためのものである。実施例のヒートポンプユニットＡは、冷媒圧縮機１１、水熱交換器１２の冷媒通路（放熱器）１２Ａ、減圧装置としての膨張弁１３、蒸発器１４を冷媒配管で環状に接続することにより冷媒回路１０が構成されている。作動冷媒には、例えば、二酸化炭素（ＣＯ2）を用いている。
【００２４】
具体的に、本実施例の冷媒回路１０は、冷媒圧縮機１１、冷媒吐出管４１、水熱交換器１２の冷媒通路１２Ａ、冷媒配管４２、内部熱交換器１５の高圧側配管１５Ａ、冷媒配管４３、膨張弁１３、冷媒配管４４、蒸発器１４、冷媒配管４５、内部熱交換器１５の低圧側配管１５Ｂ、冷媒配管４６、アキュムレータ１６及び冷媒導入管４０を順次環状に接続して閉回路を成すように構成されている。冷媒圧縮機１１は、図示しない密閉容器内に駆動要素と、この駆動要素により駆動される低段側圧縮要素及び高段側圧縮要素を備えて、低段側圧縮要素にて圧縮した冷媒を密閉容器内に吐出し、この密閉容器内の冷媒を高段側圧縮要素に吸い込んで圧縮する内部中間圧型２段圧縮式のコンプレッサである。
【００２５】
ここで、水熱交換器１２は冷媒回路１０側の冷媒通路１２Ａ（放熱器に相当）と、水回路３０側の水通路１２Ｂからなり、冷媒通路１２Ａと水通路１２Ｂとは熱交換関係（交熱的）に、且つ、冷媒通路１２Ａを流れる冷媒圧縮機１１からの冷媒と、水通路１２Ｂを流れる貯湯タンク２０からの水の流れが対向するように、即ち、対向流となるように結合されている。
【００２６】
また、内部熱交換器１５は、冷媒通路１２Ａを出た高圧側の冷媒と、蒸発器１４を出た低圧側の冷媒とを熱交換させるためのものであり、冷媒通路１２Ａからの高圧側冷媒が流れる高圧側配管１５Ａと、蒸発器１４からの低圧側冷媒が流れる低圧側配管１５Ｂから構成されている。これら高圧側配管１５Ａと低圧側配管１５Ｂも熱交換関係（交熱的）に、且つ 、各配管１５Ａ、１５Ｂを流れる冷媒の流れが対向するように（即ち、対向流となるように）配設されている。
【００２７】
冷媒吐出管４１には水熱交換器１２（冷媒通路１２Ａ）に入る冷媒の温度（即ち、冷媒圧縮機１１から吐出される吐出冷媒温度であり、水熱交換器１２での冷媒の温度に相当）を検出する温度センサ（水熱交換器入口温度センサ）Ｔ２が取り付けられており、冷媒配管４２には水熱交換器１２（冷媒通路１２Ａ）から出た冷媒の温度を検出する温度センサ（水熱交換器出口温度センサ）Ｔ３が取り付けられている。そして、冷媒配管４４には蒸発器１４に入る冷媒の温度（蒸発器１４での冷媒の温度に相当）を検出する温度センサ（蒸発器入口温度センサ）Ｔ４が取り付けられ、冷媒配管４５には蒸発器１４から出た冷媒温度を検出する温度センサ（蒸発器出口温度センサ）Ｔ５が取り付けられている。
【００２８】
また、前記アキュムレータ１６は、冷媒圧縮機１１を液冷媒の吸入による損傷などから保護するために設けられたものである。更に、蒸発器１４と内部熱交換器１５の低圧側配管１５Ｂを接続する冷媒配管４５には、冷媒回路の高圧側から蒸発器１４への冷媒の戻り（逆流）を防止するための逆止弁１７が介設されている。尚、配管４７は、圧縮機１１の図示しない密閉容器と水熱交換器１２の冷媒通路１２Ａ出口に接続された冷媒配管４２とを接続するバイパス配管であり、配管４８は配管４７と内部熱交換器１５の低圧側配管１５Ｂの出口に接続された冷媒配管４６とを連通するバイパス配管である。各バイパス配管４７、４８には、冷媒チャージ時に開放する真空引き用のバイパス弁１８、１９と冷媒チャージ用のチャージ弁４８Ｖが設けられている。
【００２９】
この冷媒回路１０には冷媒として前述した二酸化炭素（ＣＯ2）が封入されている。従って、冷媒通路１２Ａ等の冷媒回路１０の高圧側での冷媒圧力は超臨界圧力を超えるため、冷媒回路１０は遷臨界サイクルとなる。また、冷媒圧縮機１１の潤滑油としては、二酸化炭素冷媒と相溶性の良いもの、例えば、鉱物油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）、ＰＯＥ（ポリオールエーテル）等が使用される。
【００３０】
一方、貯湯タンクユニットＢは、外周面が断熱材で覆われ、内部に湯を蓄える貯湯タンク２０と、この貯湯タンク２０と水熱交換器１２の水通路１２Ｂとの間で水を循環させる水回路３０と、給湯負荷設備に湯を供給する給湯回路６０とを備えて構成される。貯湯タンク２０は、縦長円筒状を呈しており、下部から市水が供給され、且つ、上部から内部に蓄えられた高温の水（湯）を取り出し可能に構成されている。
【００３１】
即ち、貯湯タンク２０の下部には給水配管２２が接続されている。この給水配管２２は一端が市水の給水源に接続され、他端は貯湯タンク２０内の底部にて開口しており、間に貯湯タンク２０への水の供給を制御するための給水弁２２Ｖと、市水の給水圧を所定の圧力、例えば、１７０ｋＰａ（約１．７ｋｇｆ／ｃｍ２）に減圧するための減圧弁２３、貯湯タンク２０からの水の流出（逆流）を防ぐための逆止弁２５が介設されている。そして、当該給水配管２２から常時貯湯タンク２０に市水が供給可能に構成されている。従って、貯湯タンク２０には常に給水圧（即ち、本実施例では減圧弁２３にて所定圧力に減圧された後の給水圧）が印加されている。
【００３２】
また、貯湯タンク２０の下部には当該貯湯タンク２０内の下部から低温の水（主に、上記給水配管２２から貯湯タンク２０内に供給された市水）を取り出すための水回路３０の水取出配管２７が接続されている。この水取出配管２７は、一端が貯湯タンク２０内の底部にて開口し、この開口から貯湯タンク２０内の下部の水（市水）が取り出し可能に構成されている。また、当該水取出配管２７の途中部には排水弁２８Ｖを備えた排水配管２８の一端が接続されている。この排水弁２８Ｖを開放することで、貯湯タンク２０内の下部の低温の水が貯湯タンク２０内の下部から水取出配管２７、排水配管２８を介して外部に排出可能に構成されている。
【００３３】
そして、水取出配管２７の他端は後述する三方弁３２の一方の入口に接続されている。上記水回路３０は、貯湯タンク２０内の下部の水（主に、給水配管２２から貯湯タンク２０内に供給された市水）を水熱交換器１２の水通路１２Ｂに流し、そこで当該水通路１２Ｂと交熱的に設けられた冷媒通路１２Ａを流れる冷媒と熱交換させて加熱し、その後、貯湯タンク２０の上部に戻すための循環回路である。実施例の水回路３０は、水取出配管２７、三方弁３２、水配管３４、水熱交換器１２内の水通路１２Ｂ及び水配管３５を順次環状に接続し、水配管３４上に水を水熱交換器１２の水通路１２Ｂに流すための循環ポンプ３１を設けることにより構成されている。また、三方弁３２の他方の入口にはバイパス配管３７が接続されている。このバイパス配管３７の一端は水配管３５の途中部に接続されている。
【００３４】
前述した三方弁３２は、通常の貯湯運転時には貯湯タンク２０の下部からの低温の水が水熱交換器１２の水通路１２Ｂに流れた後、貯湯タンク２０の上部に流れるように、即ち、水取出配管２７と水配管３４とを連通するように制御される。これにより、水熱交換器１２にて冷媒により加熱され高温となった湯を上部から貯湯タンク２０に戻し、貯湯タンク２０の上部に高温の湯を蓄えることができる。
【００３５】
一方、貯湯運転の開始直後等の水熱交換器１２の冷媒通路１２Ａを流れる冷媒が十分に高温に達していない状況下では、水熱交換器１２内において、冷媒通路１２Ａを流れる冷媒により貯湯タンク２０下部からの低温の水を高温に加熱することができない。係る低温の水を上部から貯湯タンク２０内に戻すと、貯湯タンク２０内の湯の密度差による温度成層（即ち、貯湯タンク２０内の上部に密度の小さい最も高温の湯が貯留され、下部にほど密度の大きい低温の水が貯留される）を乱し、貯湯タンク２０内上部の湯の温度を低下させてしまう。そこで、このように水熱交換器１２の水通路１２Ｂを出た水の温度が低い場合には、当該水が貯湯タンク２０の上部に流れないように三方弁３２が切り換えられる。即ち、バイパス配管３７と水配管３４とを連通するように三方弁３２が制御される。これにより、水熱交換器１２の水通路１２Ｂを出た水は、貯湯タンク２０に流れ込まずに、水配管３５からバイパス配管３７、三方弁３２、水配管３４を経て水熱交換器１２の水通路１２Ｂに戻る閉回路を流れることとなる。
【００３６】
尚、上述したように、水熱交換器１２の水通路１２Ｂと冷媒通路１２Ａとは交熱的であって、且つ、水通路１２Ｂを流れる水と冷媒通路１２Ａを流れる冷媒の流れが対向流となるように配設されている。また、水配管３４には水熱交換器１２（水通路１２Ｂ）に入る水の温度を検出する温度センサ（温水センサ）Ｔ６が取り付けられている。また、水配管３５は水熱交換器１２の水通路１２Ｂを流れた水（湯）を上部より貯湯タンク２０内に戻すためのものであり、水熱交換器１２の水通路１２Ｂの出口と貯湯タンク２０の上部とが当該水配管３５で接続されている。また、水配管３５には水熱交換器１２（水通路１２Ｂ）で冷媒通路１２Ａを流れる冷媒と熱交換して加熱され、高温となった水（湯）の温度（出湯温度）を検出するための温度センサ（温水センサ）Ｔ７が取り付けられている。
【００３７】
また、貯湯タンク２０の下方であって、前記水取出配管２７より上方には、排水弁２９Ｖを備えた排水配管２９が接続されている。この排水配管２９は、後述する冷却優先モードにおいて貯湯タンク２０内が満湯となった場合に、貯湯タンク２０内から湯を捨てるためのものであり、排水弁２９Ｖを開放することで、貯湯タンク２０内の下方の湯が排水配管２９を介して外部に排出可能に構成されている。
【００３８】
一方、貯湯タンク２０の上部には、給湯回路６０の給湯配管６２が接続されている。当該給湯配管６２には、給湯弁６３が設けられており、この給湯弁６３を開くことで、貯湯タンク２０内の上部に蓄えられた高温の湯が給湯配管６２に取り出し可能に構成されている。また、給湯配管６２には貯湯タンク２０への湯の戻り（逆流）を防止するための逆止弁６４が設けられている。更に、給湯配管６２の途中部には、圧力逃がし弁６９Ｖを介して排水配管６９が接続されている。これらは、給湯配管６２内部の圧力が異常上昇することを防止するために設けられたものである。具体的に、貯湯タンク２０内の圧力が所定の値以上に上昇すると、圧力逃がし弁６９Ｖが開放され、貯湯タンク２０内部の高温の湯が排水配管６９を介して給湯回路６０の系外に排出される。これにより、給湯配管６２内部の圧力の異常上昇を防止することができる。
【００３９】
尚、貯湯タンク２０内には上部から下部まで所定間隔を存して複数の湯温検出センサ（残湯量センサ）Ｔ１が設けられている。この湯温検出センサＴ１は貯湯タンク２０内に蓄えられた湯の各部の温度を検出するためのセンサである。このように、貯湯センサＴ１を貯湯タンク２０の上部から高さを変えて複数設置し、各部の温度を検出することで、貯湯タンク２０の上部から下部に渡る温度分布を把握しながら、貯湯タンク２０内の高温の湯量（残湯量）を検出することができる。
【００４０】
他方、前記氷蓄熱ユニットＣは、内部に水を蓄える氷蓄熱槽５０と氷蓄熱槽５０内の水（冷水）を循環する冷熱供給回路５５から構成されている。この氷蓄熱槽５０内に蓄えられた水中には冷媒回路１０の蒸発器１４が浸漬されており、当該蒸発器１４によって氷蓄熱槽５０内の水が冷却され、氷が生成されて冷媒回路１０の冷熱を蓄えるものとされている。冷熱供給回路５５は、氷蓄熱槽５０に蓄えられた冷熱を後述する熱交換器６５に流して、当該熱交換器６５にて被冷却対象としての牛乳（ＭＩＬＫ）を冷却可能に構成されている。
【００４１】
この冷熱供給回路５５は、氷蓄熱槽５０の下部と熱交換器６５内に設けられた水通路６５Ｂの入口とを接続する往き配管５２と、この水通路６５Ｂの出口と氷蓄熱槽５０の上部とを接続する戻り配管５４と、往き配管５２に設けられ氷蓄熱槽５０の下部から当該氷蓄熱槽５０内に蓄えられた冷水（冷熱）を取り出して、この取り出した冷水を熱交換器６５の水通路６５Ｂに流すための循環ポンプ５３から構成されている。また、往き配管５２には氷蓄熱槽５０から取り出された冷水の温度（即ち、氷蓄熱槽５０内の冷水の温度に相当）を検出するための温度センサ（冷水温度センサ）Ｔ９が取り付けられている。尚、温度センサＴ１０は、氷蓄熱槽５０に戻る水の温度を検出するために、戻り配管５４に取り付けられたセンサ（冷水温度センサ）である。
【００４２】
更に、氷蓄熱槽５０の上部には、給水配管５８が接続され、この給水配管５８上には氷蓄熱槽５０内への水（市水）の供給を制御するための給水弁５８Ｖが設けられている。また、氷蓄熱槽５０の下部には、排水弁５９Ｖが介設された排水配管５９が接続されており、この排水弁５９を開放することで、氷蓄熱槽５０内の水が排水配管５９を介して外部に排出可能に構成されている。更にまた、氷蓄熱槽５０内にはセンサＴ８が設けられている。このセンサＴ８は、氷蓄熱槽５０の水位上昇を検出して、氷蓄熱の完了（満氷）を検出する水位センサである。
【００４３】
具体的に、水位センサＴ８は、氷蓄熱槽５０内の異なる高さに設置された２つのセンサから構成されている。低位置に設けられた一方のセンサは給水配管５８から給水量が所定量に達すると水没し、これにより、給水弁２８Ｖが閉じられて給水配管２８からの給水が停止するものとされている。また、他方のセンサはそれより高位置であって、且つ、氷蓄熱槽５０内に浸漬された蒸発器１４の周囲に所定量の氷が生成されると水没する位置に設けられている。このように２つのセンサが水没すると、後述する制御装置Ｚにより氷蓄熱の完了（満氷）と判断されるのである。尚、センサＴ８は、このような水位センサに限らず、二つの電極間の静電容量で氷蓄熱の完了（満氷）を検出、即ち、二つの電極間が水では無く氷となったら氷蓄熱完了とする氷厚センサであってもよい。
【００４４】
次に、図２は図１の冷凍装置１を備えた牛乳冷却システムＳの概略構成図である。この牛乳冷却システムＳは、上述した冷凍装置１の氷蓄熱ユニットＣにて蓄えられた冷熱を利用してミルクタンク７０に供給される牛乳の冷却を行うものである。
【００４５】
この場合、前述した熱交換器６５は、搾乳機からミルクタンク７０に供給される牛乳が通過する経路上に配置されている。この熱交換器６５は、搾乳機からの牛乳（被冷却対象）が流れる冷却通路６５Ａと、氷蓄熱ユニットＣの氷蓄熱槽５０からの冷水が流れる水通路６５Ｂから構成されており、搾乳機から流出した牛乳が当該熱交換器６５の冷却通路６５Ａを流れる過程で、水通路６５Ｂを流れる冷水の冷熱により冷却可能とされている。また、当該熱交換器６５において牛乳と水とが対向して流れるように、冷却通路６５Ａと水通路６５Ｂが配設されている。
【００４６】
係る構成により、搾乳され搾乳機に集められた牛乳は搾乳機から出て熱交換器の冷却通路６５Ａに入り、この冷却通路６５Ａを流れる過程で、当該冷却通路６５Ａと交熱的に設けられた水通路６５Ｂを流れる水により冷却された後、ミルクタンク７０に供給されることとなる。このミルクタンク７０内の牛乳は、本発明の冷凍装置１とは別の冷凍機７５により冷却可能に構成されている。
【００４７】
即ち、実施例のミルクタンク７０は、搾乳機から供給された牛乳を内部に貯蔵する内装容器の外側に冷凍機７５の冷媒回路７６の蒸発器７８を熱交換可能に接合し、その外側にステンレス鋼等からなる外装を取り付けた後、内装と外装との間の空間にウレタン等の発泡性断熱材を注入することにより構成されている。上記蒸発器７８は、管状（伝熱管）であっても良いし、板状（例えば、２枚の板を重ね合わせ、両板の周囲を溶接により接合して、両板の隙間を冷媒が流れる通路（蒸発器）としたもの）としても良く、また、その他の形式のものであっても差し支えない。また、冷凍機７５の冷媒回路７６には、Ｒ２２（クロロジフルオロメタン：ＣＨＣｌＦ2）が封入されている。
【００４８】
尚、冷凍機７５の冷媒は上記Ｒ２２に限らず、蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒として一般に用いられる冷媒であれば良く、例えば、Ｒ４０４Ａ（Ｒ１２５（ペンタフルオロエタン：ＣＨＦ2ＣＦ3）と、Ｒ１４３ａ（１，１，１−トリフルオロエタン：ＣＨ3ＣＦ3）と、Ｒ１３４ａ（１，１，１，２−テトラフルオロエタン：ＣＨ2ＦＣＦ3）とから成る冷媒）や二酸化炭素（ＣＯ2）等を用いても差し支えない。
【００４９】
そして、冷凍機７５を運転することで、冷媒回路７６に冷媒を循環させて蒸発器７８にて冷媒を蒸発させる。これにより、ミルクタンク７０の内部に貯蔵された牛乳が冷却・保冷される。
【００５０】
この冷凍機７５は、この冷凍機７５の制御手段により当該ミルクタンク７０内の牛乳の温度が所定の低温（例えば、＋４℃）に維持されるように運転制御されている。
【００５１】
更に、ミルクタンク７０は、貯湯タンクユニットＢの貯湯タンク２０内の高温の湯により内部を加熱可能に構成されている。具体的に、貯湯タンク２０の上部に接続された給湯配管６２の一端がミルクタンク７０の上部に接続されている。そして、前記給湯弁６３を開くこと、貯湯タンク２０内の上部に蓄えられた高温の湯が給湯配管６２を介してミルクタンク７０の上部に供給されることとなる。これにより、ミルクタンク７０内に貯湯タンク２０からの高温の湯が流れるので、この高温の湯によりミルクタンク７０内を加熱して、殺菌することができる。
【００５２】
更にまた、ミルクタンク７０内の洗浄を行う際に、給湯弁６３を開き、給湯配管６２を開放してミルクタンク７０に貯湯タンク２０からの高温の湯を供給可能に構成することで、貯湯タンク２０の高温の湯を洗浄水として使用することができる。これにより、ミルクタンク７０を洗浄効果の高い高温の湯で洗浄することができる。尚、ミルクタンク７０に限らず、搾乳機からの配管を殺菌、洗浄するように給湯配管６２を構成することも可能である。
【００５３】
次に、図３を用いて本実施例における冷凍装置１の制御装置Ｚについて説明する。制御装置Ｚは、汎用のマイクロコンピュータにより構成されている。当該制御装置Ｚの入力側には、外気温度を検出する外気温センサＴ０や、貯湯タンク２０内に設けられた湯温検出センサ（残湯量センサ）Ｔ１、水熱交換器１２の冷媒通路１２Ａ（放熱器）入口に設けられた温度センサＴ２、冷媒通路１２Ａ（放熱器）出口に設けられた温度センサＴ３、蒸発器１４入口に設けられた温度センサＴ４、蒸発器１４出口に設けられた温度センサＴ５、水熱交換器１２の水通路１２Ｂ入口の温度センサＴ６、水通路１２Ｂ出口の温度センサＴ７、氷蓄熱槽５０に設けられた水位センサＴ８、氷蓄熱槽５０出口の冷熱供給回路５５（往き配管５２）に設けられた温度センサＴ９及び氷蓄熱槽５０入口の冷熱供給回路５５（戻り配管５４）に設けられた温度センサ１０等が接続されている。更に、制御装置Ｚにはミルクタンク７０の冷却を行う冷凍機７５や搾乳機の制御手段及びミルクタンク７０内の洗浄を行う洗浄機（図示せず）の制御手段からの信号（外部信号）を受信可能に構成されている。
【００５４】
また、制御装置Ｚの出力側には、ヒートポンプユニットＡの冷媒圧縮機１１及び膨張弁１３、貯湯タンクユニットＢの貯湯タンク２０の給水弁２２Ｖ、各排水弁２８Ｖ、２９Ｖ及び圧力逃がし弁６９Ｖ、水回路３０の循環ポンプ３１、氷冷熱ユニットＣの給水弁５８Ｖ及び排水弁５９Ｖ、給湯回路６０の給湯弁６２及び循環ポンプ５３等が接続されている。そして、制御装置Ｚは、入力側に接続された各センサＴ０乃至Ｔ１０、及び、冷凍機７５、ミルクタンク７０、搾乳機及び洗浄機の制御手段からの入力情報（電気信号や温度信号等）に応じて、出力側に接続された冷媒圧縮機１１の運転や周波数、膨張弁１３の開度や、循環ポンプ３１の運転、各弁２２Ｖ、２８Ｖ、２９Ｖ、５８Ｖ、５９Ｖ、６３、６９Ｖ等の動作、膨張弁１３の開度等を制御している。
【００５５】
特に、本発明では制御装置Ｚが、入力側に接続されたセンサからの入力情報や各制御手段からの所定の信号を受信すると、冷媒圧縮機１１の運転を開始して、水熱交換器１２での冷媒の温度が＋８０℃以上となり、且つ、蒸発器１４での冷媒の温度（蒸発温度）が０℃以下となるように膨張弁１３の開度を調整する。具体的に、この膨張弁１３は、温度センサＴ２にて検出される冷媒圧縮機１１から吐出され、水熱交換器１２に流入する冷媒温度（以下、吐出冷媒温度と称する）が予め定められた所定の温度（以下、目標吐出温度と称する）となるように制御装置Ｚにより制御される。この場合、温度センサＴ２で検出される吐出冷媒温度が目標吐出温度よりも低い場合、制御装置Ｚは膨張弁１３の開度を小さくし、目標吐出温度よりも高い場合は膨張弁１３の開度を大きくする。
【００５６】
上記目標吐出温度は、要求される給湯負荷（本実施例では、給湯タンク２０に相当）と冷却負荷（本実施例では、氷蓄熱ユニットＣの氷蓄熱槽５０内の水に相当）に応じて定められており、具体的には上述したように温度センサＴ２の目標吐出温度が＋８０℃以上であり、且つ、温度センサＴ４にて検出される蒸発器１４入口の冷媒温度（蒸発温度）が０℃以下となるように設定されている。このように、目標吐出温度を＋８０℃以上とするのは、貯湯タンク２０内に後述するミルクタンク７０の洗浄に必要な＋６５℃以上の湯を蓄え、且つ、十分な冷凍効果（蒸発器１４出入口の冷媒比エンタルピ差）を確保し、効率的な運転を行うためである。
【００５７】
＋８０℃より低い温度では、ミルクタンク７０に洗浄に必要な温度の湯を供給することが困難で、冷媒の加熱冷却能力も著しく低下してしまう。また、湯の放熱や殺菌効果等を考慮すると、＋６５℃より更に高温の湯を沸き上げることが好ましく、本実施例では、＋８５℃の湯を沸き上げるものとする。この場合、温度センサＴ２にて検出される吐出冷媒温度の目標吐出温度を＋１１５℃とする。尚、当該目標吐出温度の上限は、潤滑油の劣化やモータ巻線の焼け等、冷媒圧縮機１１の耐久性の観点から定められており、具体的には、＋１３０℃以下とする。
【００５８】
ここで、膨張弁１３の動作と蒸発器１４での冷媒の温度（蒸発温度）の関係について詳述する。膨張弁１３の開度を大きくすると、蒸発器１４における冷媒の蒸発温度が上昇し、膨張弁１３の開度を小さくすると、蒸発温度が低下する。このように、膨張弁１３の開度により蒸発温度が制御できることが明らかである。実施例では、上述したように冷媒圧縮機１１から吐出される吐出冷媒温度が目標吐出温度（＋１１５℃）となるように膨張弁１３の開度を制御することに加えて、蒸発器１４における冷媒の蒸発温度が０℃以下になるように制御装置Ｚにより膨張弁１３が制御されている。
【００５９】
このような制御を実現するためには、目標吐出温度で運転した場合に、蒸発温度が所定の温度（上記０℃以下）となるように予め適量の冷媒を封入し、冷媒圧縮機１１の運転周波数（回転数）を適切な値に設定することが必要となる。このような制御を行うことで、膨張弁１３の開度制御のみにより高効率な運転を実現することができるようになる。尚、蒸発温度を０℃以下とするのは、水の相変化時の潜熱を有効に利用することにより、氷蓄熱槽５０の容積に対する蓄熱容量（蓄熱熱量）を大きく確保するためのである。それ以上の温度では、水から氷への相変化を利用することができない。
【００６０】
尚、上記では冷媒圧縮機１１の回転数は予め設定された値とするものとしたが、被冷却対象（即ち、本実施例では、蒸発器１４が浸漬された氷蓄熱槽５０内の水に相当）の温度、或いは、蒸発温度に応じて制御するものとしても良い。例えば、被冷却対象（水）の温度が高い場合には、冷媒圧縮機１１の回転数を上昇させ、被冷却対象（水）の温度が低い場合には冷媒圧縮機１１の回転数を低下させることも可能である。
【００６１】
冷媒圧縮機１１の回転数を上昇させると、加熱冷却の能力は増大し、蒸発温度は低下する。一方、冷媒圧縮機１１の回転数を低下させると加熱冷却能力は減少し、蒸発温度は上昇する。このように、膨張弁１３の開度制御に加えて、冷媒圧縮機１１の回転数を制御することで、被冷却対象（水）の温度が高い場合には冷却及び加熱能力を増大させ、被冷却対象（水）を急速に冷却することが可能となる。また、被冷却対象（水）の温度が低くなった場合には、冷却能力を低く抑えることにより高効率な運転が可能となる。
【００６２】
尚、上記では膨張弁１３を冷媒圧縮機１１からの吐出冷媒温度が目標吐出温度となるように制御するものとして説明したが、これに限らず、冷媒回路１０の高圧側の冷媒圧力や冷媒圧縮機１１の吸込冷媒の過熱度等が所定の値となるように膨張弁１３を制御することも可能である。
【００６３】
更に、冷熱供給回路５５の循環ポンプ５３の運転は、ミルクタンク７０側の搾乳機の制御手段からの信号（外部信号）により制御されている。即ち、制御装置Ｚが搾乳機の制御手段からの運転信号を受信すると、循環ポンプ５３の運転を開始すると共に、制御手段からの信号に応じて、当該循環ポンプ５３の運転を制御する。
【００６４】
また、本実施例の牛乳冷却システムＳにはモード切換スイッチＳＷが設けられており、当該モード切換スイッチＳＷも制御装置Ｚの入力側に接続されている。モード切換スイッチＳＷは、冷却優先モードと通常運転モードと開始時刻制御なしモードとを備え、ユーザーにより何れかのモードが選択可能に構成されている。
【００６５】
通常運転モード及び開始時刻制御なしモードは冷媒圧縮機１１の運転開始から所定時間経過後、氷蓄熱ユニットＣの氷蓄熱槽５０内の蓄冷量が所定量以上に達した場合（即ち、氷蓄熱槽５０内に所定量以上氷が生成された場合であり、以下、この状態を満氷と称する）、若しくは、貯湯タンク２０内を満湯と判断した場合の各々の状態を検出し、何れかの状態を満たした際に冷媒圧縮機１１の運転を停止する運転モードである。また、これらの運転モードでは、氷蓄熱槽５０内を満氷と判断した場合、若しくは、貯湯タンク２０内を満湯と判断した場合の何れかの場合には、冷媒圧縮機１１の運転は開始されず、氷蓄熱槽５０内が満氷でなく、且つ、貯湯タンク２０内が満湯でない場合にのみ冷媒圧縮機１１の運転が開始されることとなる。
【００６６】
一方、冷却優先モードは、貯湯タンク２０内を満湯と判断した場合であっても、氷蓄熱ユニットＣの氷蓄熱槽５０内が満氷でない場合には、氷蓄熱槽５０内が満氷となるまで冷媒圧縮機１１の運転を氷蓄熱ユニットＣの氷蓄熱槽５０内の氷蓄熱を実行する運転モードである。また、当該冷却優先モードでは、貯湯タンク２０内が満湯であっても、氷蓄熱槽５０内が満氷でなければ、冷媒圧縮機１１の運転が開始されることとなる。
【００６７】
そして、制御装置Ｚは、モード切換スイッチＳＷにより選択された運転モードで運転制御を行う。また、上記通常運転モードでは、深夜時間帯において所定の時刻に貯湯量から沸き上げ量、そして、全量沸き上げに必要な時間を算出し、沸き上げ完了時刻より前記必要な時間を考慮して逆算した時刻Ｔになると運転を開始するように運転の開始時刻が制御装置Ｚにより制御されるが、開始時刻制御なしモードの場合、開始時刻Ｔに拘わらず、直ちに運転を開始するものとされる。具体的な制御動作は後に説明する。尚、本実施例では、各モードの選択は、モード切換スイッチＳＷによるものとしたが、これに限らず、冷凍機７５の制御手段やその他の外部信号によって切換可能に構成するものとしても差し支えない。
【００６８】
以上の構成で、次に図４を用いて本実施例における制御装置Ｚの制御動作を説明する。図４は制御装置Ｚの制御を示すフローチャートである。先ず、制御装置Ｚは、ステップＳ１で自らの機能として有するタイマーにより、運転時刻を判断する。即ち、制御装置Ｚは、ステップＳ１において深夜電力時間帯になると運転時刻と判断（ＹＥＳ）し、次のステップＳ２に進む。また、それ以外（ＮＯ）であれば、運転時刻になるまでステップＳ１を繰り返す。
【００６９】
次に、ステップＳ２で制御装置Ｚは、センサＴ８の出力に基づいて氷蓄熱ユニットＣの氷蓄熱槽５０内の氷量（蓄冷量）を判断する。この場合、センサＴ８にて検出される氷蓄熱槽５０内の氷量が所定量以上（氷蓄熱槽５０内の蓄冷量が所定量以上）であれば、満氷と判断して、ステップＳ１に戻る。一方、満氷でない場合には、制御装置ＺはステップＳ３に進み、運転モードを判断する。
【００７０】
即ち、ステップＳ３において、制御装置Ｚは前述したモード切換スイッチＳＷにより冷却優先モードとなっているか否かを判断する。そして、通常運転モード、或いは、開始時刻制御無しモードである場合、即ち、冷却優先モードでない場合（ＮＯ）、制御装置ＺはステップＳ４に進む。一方、ステップＳ３でモード切換スイッチＳＷにより冷却優先モードとなっている場合（ＹＥＳ）には、制御装置Ｚは自ら運転信号を作成して後述するステップＳ１０に進む。尚、氷蓄熱槽５０内の氷量に応じて必要運転時間を算出して運転開始の時間を制御するように成しても良い。
【００７１】
ステップＳ４で制御装置ＺはセンサＴ１の出力に基づき、貯湯タンク２０内が満湯か否かを判断する。即ち、運転開始前（冷媒圧縮機１１が運転していない状態）における貯湯タンク２０の満湯の判断（当該ステップＳ４に相当）は、貯湯タンク２０に設けられた温度センサＴ１により検出される貯湯タンク２０内の水温（湯温）に基づき行われる。即ち、制御装置Ｚは、高さを変えて複数設置された温度センサＴ１の内で最も下部に設置された温度センサによって検出される温度が所定の温度（例えば、＋５０℃）よりも高い場合は、満湯であると判断する。
【００７２】
このステップＳ４で貯湯タンク２０内が満湯の場合には、制御装置ＺはステップＳ１に戻る。従って、前記ステップＳ２で満氷と判断された場合、若しくは、ステップＳ２で満氷でなくてもステップＳ４で満湯と判断された場合、制御装置ＺはステップＳ１に戻るので、何れも冷媒圧縮機１１は運転されない。
【００７３】
一方、ステップＳ４で貯湯タンク２０内が満湯でない場合、制御装置ＺはステップＳ５に進む。このステップＳ５にて制御装置Ｚは、前記モード切換スイッチＳＷにより開始時刻制御を行うか否かを判断する。そして、通常運転モードである場合には、制御装置Ｚは開始時刻制御ありと判断し、次のステップＳ６に進む。
【００７４】
尚、ステップＳ５において、モード切換スイッチＳＷにより開始時刻制御無しモードとなっている場合、制御装置Ｚは、開始時刻制御なし（即運転）と判断して、後述するステップＳ１０に移行する。
【００７５】
他方、ステップＳ６で制御装置ＺはセンサＴ１からの出力に基づき、貯湯タンク２０内の残湯量を判断（演算）し、次のステップＳ７で外気温センサＴ０により外気温度を判断した後、ステップＳ８でこれら残湯量と外気温度から、指定時刻（深夜電力時間帯が終わる時刻、例えば、午前７時）に貯湯タンク２０の沸き上げ（全量沸き上げ）が完了するためには、何時に冷媒圧縮機１１を運転すればよいか、即ち、運転開始時刻Ｔを算出する。
【００７６】
ステップＳ８にて運転開始時刻Ｔを算出すると、次に、制御装置ＺはステップＳ９に進んで、このか運転開始時刻Ｔとなるまで待機（開始時刻Ｔ待ち）する。そして、運転開始時刻Ｔとなると制御装置Ｚは自ら運転信号を作成してステップＳ１０に進む。
【００７７】
そして、制御装置ＺはこのステップＳ１０で冷媒圧縮機１１の運転を開始する（コンプレッサＯＮ）。これにより、冷媒圧縮機１１に吸い込まれた低温低圧の冷媒ガスは、１段目の低段側圧縮要素にて圧縮されて中間圧となり、密閉容器内に吐出される。密閉容器内に吐出された冷媒はそこから２段目となる高段側圧縮要素で圧縮されて高温高圧の冷媒ガスとなって冷媒圧縮機１１から吐出される。
【００７８】
冷媒圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒ガスは、冷媒吐出管４１を経て水熱交換器１２内の冷媒通路（放熱器）１２Ａに流入し、当該冷媒通路１２Ａを流れる過程で水通路１２Ｂを流れる水と熱交換して放熱する。そして、放熱した冷媒は水熱交換器１２から流出し、冷媒配管４２を介して内部熱交換器１５の高圧側配管１５Ａを流れる。このとき、当該内部熱交換器１５において高圧側配管１５Ａを流れる冷媒通路１２Ａからの冷媒は、低圧側配管１５Ｂを流れる蒸発器１４からの冷媒と熱交換して更に放熱する。このように、内部熱交換器１５を設けることで、高圧側配管１５Ａを流れる水熱交換器１２からの冷媒を低圧側配管１５Ｂを流れる蒸発器１４からの低圧側の冷媒により冷却して、冷却能力を向上させることができる。
【００７９】
その後、冷媒は内部熱交換器１５から出て冷媒配管４３を介して膨張弁１３に入り、当該膨張弁１３にて減圧される。膨張弁１３で減圧された冷媒は冷媒配管４４を経て蒸発器１４に流入し、当該蒸発器１４の周囲の水（即ち、氷蓄熱槽５０内の水）から吸熱して蒸発した後、蒸発器１４から出て冷媒配管４５を通過し、内部熱交換器１５の低圧側配管１５Ｂに流れる。この内部熱交換器１５において低圧側配管１５Ｂを流れる蒸発器１４からの冷媒は前述した高圧側配管１５Ａを流れる冷媒通路１２Ａからの冷媒と熱交換して加熱される。このように、内部熱交換器１５を設けることで、蒸発器１４にて冷媒が完全にガス化されない場合であっても当該内部熱交換器１５にて高圧側配管１５Ａを流れる冷媒と熱交換させて加熱し、冷媒をガス化することができる。
【００８０】
そして、内部熱交換器１５を出た冷媒は冷媒配管４６、アキュムレータ１６を経て冷媒導入管４０から再び冷媒圧縮機１１に吸い込まれるサイクルを繰り返す。このような運転を行うことで、蒸発器１４の周囲の氷蓄熱槽５０内の水が当該蒸発器１４における冷媒の吸熱作用により冷却され、徐々に温度低下して氷が生成されていく。
【００８１】
また、制御装置Ｚは、前記冷媒圧縮機１１の始動と同時に水回路３０の循環ポンプ３１の運転を開始すると共に、バイパス配管３７と水配管３４とを連通するように三方弁３２を制御する。これにより、水回路３０内の水が水配管３４を経て水熱交換器１２の水通路１２Ｂを通過した後、水配管３５、バイパス配管３７、三方弁３２を経て再び水配管３４に戻る循環を繰り返す。このように起動直後の水熱交換器１２の冷媒通路１２Ａを流れる冷媒が十分に高温に達していない状況下において、三方弁３２を制御して、水回路３０内の水を水配管３５からバイパス配管３７、三方弁３２、水配管３４を経て水熱交換器１２の水通路１２Ｂに戻る閉回路に流すことで、温度の低い水が貯湯タンク２０の上部に流入し、貯湯タンク２０内の温度生成層を乱す不都合を回避することができる。
【００８２】
そして、制御装置Ｚは、冷媒圧縮機１１の運転を開始してから所定の短時間経過、或いは、温度センサＴ２にて検出される吐出冷媒温度が所定の高温（例えば、＋１１５℃）に達するか、若しくは、温度センサＴ７にて検出される出湯温度が所定の高温（例えば、＋８０℃）に達すると、制御装置Ｚは取出配管２７と水配管３４とを連通するように三方弁３２を制御する。これにより、貯湯タンク２０下部に接続された水回路３０の取出配管２７に貯湯タンク２０内の下部の低温の水（主に、給水配管２２から貯湯タンク２０の下部に供給された市水）が取り出される。
【００８３】
この水回路３０に取り出された貯湯タンク２０からの低温の水（市水）は、三方弁３２、水配管３４を経て水熱交換器１２内の水通路１２Ｂに流入する。水熱交換器１２に流入した水は当該水熱交換器１２において水通路１２Ｂを流れる過程で、この水通路１２Ｂと交熱的に設けられた前述した冷媒通路１２Ａを流れる高温冷媒と熱交換して加熱され高温の湯となる。水熱交換器１２内で加熱され、高温となった水（湯）は、水配管３５を経て上部から貯湯タンク２０内に戻るサイクルを繰り返す。このようなサイクルを繰り返すことで、貯湯タンク２０内には徐々に高温の湯が蓄えられていく。
【００８４】
一方、制御装置Ｚは、ステップＳ１１で前述したように温度センサＴ２にて検出される吐出冷媒温度が＋８０℃以上（本実施例では、１１５℃）となり、且つ、蒸発器１４での冷媒蒸発温度が０℃以下となるように膨張弁１３の弁開度を調整（絞り制御）すると共に、水回路３０の水熱交換器１２の出口側に設けられた温度センサＴ７の検出に基づき、循環ポンプ３１の運転を制御する。
【００８５】
具体的に、温度センサＴ７にて検出される出湯温度が所定の温度（目標出湯温度）となるように、制御装置Ｚは循環ポンプ３１の運転を制御する。即ち、温度センサＴ７にて検出される出湯温度が所定の目標温度より低い場合には、循環ポンプ３１の回転数を低下させて循環量を減少させる。一方、出湯温度が目標出湯温度より高い場合には、循環ポンプ３１の回転数を上昇させて循環量を増加させる。
【００８６】
次に、制御装置ＺはステップＳ１２に進み、自らのタイマー、或いは、演算により前記ステップＳ１０において運転を開始してから経過した時間（運転時間）を判断する。即ち、制御装置ＺはこのステップＳ１２で再度運転時刻が深夜電力時間帯か否かを判断し、深夜時間帯である場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１３に進む。尚、深夜時間帯でない場合（ＮＯ）には、ステップＳ１７に移行して、直ちに、冷媒圧縮機１１の運転を停止する（コンプＯＦＦ）。
【００８７】
上記ステップ１３で制御装置Ｚは、水位センサＴ８により氷蓄熱ユニットＣの氷蓄熱槽５０内の氷量（蓄冷量）を判断する。このとき、氷蓄熱槽５０内の氷量が所定量以上（氷蓄熱槽５０内の蓄冷量が所定量以上）であれば、満氷と判断し、制御装置ＺはステップＳ１７に進んで、冷媒圧縮機１１を停止する（コンプＯＦＦ）。一方、制御装置ＺはステップＳ１３において水位センサＴ８にて検出される氷蓄熱槽５０内の氷量が所定量未満（氷蓄熱槽５０内の蓄冷量が所定量未満）であれば、満氷でない判断し、次にステップＳ１４に進んで、センサＴ６により貯湯タンク２０内の湯量を判断する。
【００８８】
制御装置ＺはステップＳ１４においてセンサＴ６に基づき、貯湯タンク２０内が満湯であるか否かを判断する。このステップＳ１４における満湯の判断、即ち、運転中（冷媒圧縮機１１が運転している状態）における貯湯タンク２０の満湯の判断は、温度センサＴ６にて検出される水熱交換器１２の水通路１２Ｂに流入する水の温度に基づいて行われる。具体的に、制御装置Ｚは温度センサＴ６にて検出される水熱交換器１２内の水通路１２Ｂに入る水の温度が所定の値より高くなった場合、貯湯タンク２０内が湯で満たされている（満湯である）と判断し、所定の値以下では、貯湯タンク２０内が湯で満たされていない（満湯で無い）と判断する。このように、水配管３４に設けられた温度センサＴ６で検出される温度により、貯湯タンク２０の満湯を判断することで、貯湯タンク２０の容積を下部まで有効に利用して湯を蓄えることができる。
【００８９】
上記ステップＳ１４において満湯で無い場合には、制御装置ＺはステップＳ１１に戻る。他方、ステップＳ１４において満湯である場合には、制御装置ＺはステップＳ１５に進み、前述同様にモード切換スイッチＳＷによる運転モードを判断する。ここで、制御装置Ｚは冷却優先モードである場合には、ステップＳ１６に進み、排水弁２９Ｖ（図４に示す温出排出バルブに相当）を開き、排水配管２９を開放する。このとき、排水配管２８の排水弁２８Ｖは閉じられたままの状態である。
【００９０】
これにより、貯湯タンク２０内の下方の湯が排水配管２９を介して外部に排出される。このとき、排水配管２９から排出される湯は、貯湯タンク２０内上部に蓄えられた高温の湯より温度が低い、比較的低温の湯である。これに伴い、貯湯タンク２０の下部に接続された給水配管２２から貯湯タンク２０内に市水が供給されるので、貯湯タンク２０内の下部は低温の水となる。これにより、氷蓄熱ユニットＣの氷蓄熱槽５０内に氷を生成するための放熱量を確保することができる。
【００９１】
即ち、当該冷却優先モードにおいて貯湯タンク２０内が満湯となった場合に、貯湯タンク２０内下方の高温の湯を捨てて低温の水を入れることで、水熱交換器１２内の水通路１２Ｂに低温の水を流すことができる。これにより、水熱交換器１２において冷媒と水とを熱交換させて、冷媒を放熱させることができる。これにより、水熱交換器１２における冷媒の放熱量が不足して、冷媒回路が過負荷に陥る不都合を解消しながら、安全且つ確実に氷蓄熱槽５０の氷の生成を行うことができる。
【００９２】
そして、制御装置ＺはステップＳ１６において排水弁２９を開いて所定時間経過する、若しくは、センサＴ１にて検出される貯湯タンク２０内の残湯量が所定の残湯量となると、排水弁２９Ｖを閉じる。これにより、貯湯タンク２０の下方からの高温の湯の排出と、貯湯タンク２０の下部からの市水の流入が停止する。その後、制御装置Ｚは、ステップ１１に戻り、ステップＳ１３で前記満氷となるまで、冷媒圧縮機１１の運転を継続し、当該ステップＳ１３で満氷となると、ステップＳ１７に進み、冷媒圧縮機１１の運転を停止する（コンプＯＦＦ）。また、Ｓ１７で制御装置Ｚは上記冷媒圧縮機１１の停止と同時に循環ポンプ３１の運転も停止する。
【００９３】
尚、ステップＳ１７にて制御装置Ｚは、冷媒圧縮機１１及び循環ポンプ３１の運転を停止すると、ステップＳ１に戻り、前述した動作を繰り返す。この場合、ステップＳ４における貯湯タンク２０内の満湯の判断は、前述したセンサＴ１の検出に基づき行われる。このように温度センサＴ１で検出された温度に基づき貯湯タンク２０内の満湯の判断を行うことで、水配管３４の水温が放熱によって低下することにより検出温度低下の影響を排除し、確実な残湯量判断が可能となる。この状態において、運転時刻内（即ち、深夜電力時間帯内）であって（ステップＳ１でＹＥＳ）、モード切換スイッチによる運転モードが冷却優先モード以外の場合（ステップＳ４でＮＯ）に、貯湯タンク２０内の湯が消費された場合には、ステップＳ４で貯湯タンク２０が満湯でないと判断されるので、再び運転が開始されることとなる。
【００９４】
上述した運転により氷蓄熱ユニットＣの氷蓄熱槽５０内に蓄えられた冷熱（氷水）は、循環ポンプ５３の運転により、氷蓄熱槽５０から取り出され、熱交換器６５に流れる。具体的に、搾乳が開始されると、搾乳機の制御手段から信号が制御装置Ｚに送信される。制御装置Ｚは当該信号（外部信号）を受信すると、循環ポンプ５３の運転を開始する。このとき、制御装置Ｚは、牛乳の温度、又は、温度センサＴ１０にて検出される熱交換器５６の水通路６５Ｂにて牛乳と熱交換して、氷蓄熱槽５０に戻る水の温度が所定の値（例えば、温度センサＴ１０にて検出される水の温度が＋４℃）となるように、循環ポンプ５３によって熱交換器６５の水通路６５Ｂに流れる冷水の流量を制御することもできる。
【００９５】
循環ポンプ５３が始動すると、氷蓄熱ユニットＣの氷蓄熱槽５０内に蓄えられた冷熱（氷水）が当該氷蓄熱槽５０の下部から冷熱供給回路５５の往き配管５２に取り出され、熱交換器６５の水通路６５Ｂに流入する。この熱交換器６５において氷蓄熱槽５０からの冷水は、水通路６５Ｂを通過する過程で当該水通路６５Ｂと交熱的に設けられた冷却通路６５Ａを流れる牛乳と熱交換して牛乳に冷熱を放出する。これにより、冷媒通路６５Ａを流れる牛乳が冷却される。当該熱交換器６５において牛乳の熱を受け取って温まった水は、その後、水通路６５Ｂを出て戻り配管５４を通過し、上部から氷蓄熱槽５０内に戻るサイクルを繰り返す。
【００９６】
他方、前記運転により貯湯タンクユニットＢの貯湯タンク２０内に蓄えられた高温の湯は、給湯弁６３の動作によりミルクタンク７０内に供給される。具体的に、ミルクタンク７０側の制御手段の信号（外部信号）により制御装置Ｚは、給湯弁６３を開き給湯配管６２を開放する。これにより、当該給湯配管６２を介して貯湯タンク２０内の上部に蓄えられた高温の湯がミルクタンク７０の上部に供給される。
【００９７】
これにより、ミルクタンク７０側からの信号により、貯湯タンク２０内の高温の湯をミルクタンク７０内に供給することができるので、当該高温の湯によりミルクタンク７０を加熱して、殺菌することができる。更に、ミルクタンク７０内の洗浄を行う際に、給湯弁６３を開くように制御することで、貯湯タンク２０の高温の湯を洗浄水として使用することができる。これにより、ミルクタンク７０内を効果的に洗浄することができる。
【００９８】
以上詳述したように、本発明により深夜電力で氷蓄熱ユニットＣの氷蓄熱槽５０内に蓄えた冷熱を利用して、ミルクタンク７０に供給される牛乳を冷却することができるので、電力消費を削減することが可能となる。また、同様に深夜電力で生成された貯湯タンク２０内の高温の湯をミルクタンク７０の加熱や洗浄に利用すれば、電力消費を抑えてミルクタンク７０内の加熱殺菌や効果的な洗浄を実現することが可能となる。
【実施例２】
【００９９】
尚、前記実施例では制御装置Ｚが、前述したようにステップＳ１（図４）で自らの機能として有するタイマーにより、運転時刻を判断して運転を開始する運転開始判断制御を行うものとしたが、これに限らず、氷蓄熱ユニットＣの冷却能力の低下で運転を開始しても良い。具体的に、図４に示すステップＳ１８で制御装置Ｚは循環ポンプ５３（図４のステップＳ１８の冷水ポンプに相当）が運転されているか否かを判断し、運転されている場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ１９に進み、運転されていない場合には（ＮＯ）、ステップＳ１８に戻り、循環ポンプ５３が運転されるまでステップＳ１８を繰り返す。
【０１００】
次に、ステップＳ１９で制御装置Ｚは、温度センサＴ９により氷蓄熱槽５０内から冷熱供給回路５５の往き配管５２に取り出された冷水の温度（即ち、氷蓄熱槽５０内の冷水の温度に相当）を検出して、当該冷水の温度が所定の上限温度（例えば、＋３℃）より高いか否かを判断する。このステップＳ１９で冷水の温度が＋３℃以下の場合（ＮＯ）、ステップＳ１８に戻る。また、ステップＳ１９で冷水の温度が＋３℃より高い場合には（ＹＥＳ）、制御装置ＺはステップＳ２０に進み運転信号を生成する。その後、制御装置Ｚは図４のステップＳ１０に進み、以後は前述した前記実施例１と同様である。
【０１０１】
また、上記各実施例に限らず、外部信号により、例えば、ミルククーラ７０側の冷凍機７５の制御手段により運転開始を制御するものとしても本発明は有効である。
【０１０２】
更にまた、各実施例では冷凍装置１を、ヒートポンプユニットＡ、貯湯タンクユニットＢ、及び、氷蓄熱ユニットＣに分けて構成を説明したが、各構成要素の配置は実施例に限定されるものではない。例えば、実施例では給湯弁６３は、貯湯タンクユニットＡ内に設けられているものとしたが、ミルクタンク７０や搾乳機又は洗浄機内に設けることも可能である。この場合、給湯弁６３の動作は、制御装置Ｚとの通信を介さずに、ミルクタンク７０や搾乳機又は洗浄機からの信号によって直接開閉されることとなる。
【符号の説明】
【０１０３】
Ａ    ヒートポンプユニット
Ｂ    貯湯タンクユニット
Ｃ    氷蓄熱ユニット
１    冷凍装置
１０  冷媒回路
１１  冷媒圧縮機
１２  水熱交換器
１２Ａ  冷媒通路（放熱器）
１２Ｂ  水通路
１３  膨張弁（減圧装置）
１４  蒸発器
１５  内部熱交換器
１５Ａ  高圧側配管
１５Ｂ  低圧側配管
１６  アキュムレータ
１７  逆止弁
１８、１９  バイパス弁
２０  貯湯タンク
２２  給水配管
２２Ｖ  給水弁
２３  減圧弁
２５  逆止弁
２７  水取出配管
２８、２９  排水配管
２８Ｖ、２９Ｖ  排水弁
３０  水回路
３１  循環ポンプ
３２  三方弁
３４、３５  水配管
３７  バイパス配管
４０  冷媒導入管
４１  冷媒吐出管
４２、４４、４５、４６  冷媒配管
４７、４８  バイパス配管
４８Ｖ  チャージ弁
５０  氷蓄熱槽
５２  往き配管
５３  循環ポンプ
５４  戻り配管
５５  冷熱供給回路
５８  給水配管
５８Ｖ  給水弁
５９  排水配管
５９Ｖ  排水弁
６０  給湯回路
６２  給湯配管
６３  給湯弁
６４  逆止弁
６５  熱交換器
６５Ａ  冷却通路
６５Ｂ  水通路
６９  排水配管
６９Ｖ  圧力逃がし弁
７０  ミルクタンク
７５  冷凍機
７６  冷媒回路
７８  蒸発器
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１０４】
【特許文献１】特開２００７−７８２６６号公報
【図１】
2010175106.tif 000003
【図２】
2010175106.tif 000004
【図３】
2010175106.tif 000005
【図４】
2010175106.tif 000006