(57)【要約】【課題】  蓄熱運転時における熱損失を抑制した冷凍設備を提供する。【解決手段】  夜間電力によって駆動され、冷水と温水を生成する熱源用冷凍サイクル１０１と、この熱源用冷凍サイクルで生成された冷水と温水を個々に貯える第１冷温水蓄熱装置１０２、並びに第２冷温水蓄熱装置１０４と、第１冷温水蓄熱装置１０２に貯えられた温水を利用する給湯装置と、第２冷温水蓄熱装置１０４に貯えられた冷水を空調用冷凍サイクル１０５の熱源の一部として利用する空調装置とを備えた。【選択図】      図１
2006023006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
夜間電力によって駆動され、冷水と温水を生成する熱源用冷凍サイクルと、この熱源用冷凍サイクルで生成された温水と冷水を個々に貯える第１冷温水蓄熱装置、並びに第２冷温水蓄熱装置と、第１冷温水蓄熱装置に貯えられた温水を利用する給湯装置と、第２冷温水蓄熱装置に貯えられた冷水を空調用冷凍サイクルの熱源の一部として利用する空調装置とを備えたことを特徴とする冷凍設備。
【請求項２】
第１圧縮機、第１四方弁、第１熱交換器、第１減圧装置、及び第２熱交換器を、冷媒配管を介して順に接続し、第１四方弁の切り換えにより、第１熱交換器を放熱熱源、又は吸熱熱源として作用させると同時に、第２熱交換器を吸熱熱源、又は放熱熱源として作用させる熱源用冷凍サイクルと、前記第１熱交換器に水配管を介して接続され、当該第１熱交換器が、放熱熱源として作用する場合には温水を貯え、吸熱熱源として作用する場合には冷水を貯える第１冷温水蓄熱装置と、この第１冷温水蓄熱装置に接続され、当該第１冷温水蓄熱装置に冷水が貯えられている場合には当該冷水を利用した過冷却運転を可能にした冷凍装置と、前記第２熱交換器に水配管を介して接続され、当該第２熱交換器が、放熱熱源として作用する場合には温水を貯え、吸熱熱源として作用する場合には冷水を貯える第２冷温水蓄熱装置と、この第２冷温水蓄熱装置に接続され、この第２冷温水蓄熱装置に貯えられた冷温水を利用した過冷却運転、又は冷媒加熱運転を可能にした空調用冷凍サイクルと、を備えたことを特徴とする冷凍設備。
【請求項３】
前記空調用冷凍サイクルが、第２圧縮機、第２四方弁、第３熱交換器、前記第２冷温水蓄熱装置内の冷温水と熱交換する第４熱交換器、第２減圧装置、及び被調和室内の空気と熱交換する第５熱交換器を、冷媒配管を介して順に接続して構成されていることを特徴とする請求項２記載の冷凍設備。
【請求項４】
前記空調用冷凍サイクルが、第４熱交換器をバイパスするバイパス回路を備えることを特徴とする請求項３記載の冷凍設備。
【請求項５】
前記冷凍装置が、第３圧縮機、前記第１冷温水蓄熱装置内の冷温水と熱交換する凝縮器、第３減圧装置、及び蒸発器を、冷媒配管を介して順に接続して構成されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項記載の冷凍設備。
【請求項６】
前記熱源用冷凍サイクルが、第１熱交換器と第１減圧装置間に空気熱源式の第６熱交換器を備えることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項記載の冷凍設備。
【請求項７】
前記熱源用冷凍サイクルを夜間電力で駆動する制御手段を備えることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項記載の冷凍設備。
【請求項８】
前記熱源用冷凍サイクルに高圧側が超臨界圧力となる冷媒が充填されていることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか一項記載の冷凍設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍設備に係り、夜間電力を利用して駆動される熱源用冷凍サイクルを備えた冷凍設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、圧縮機、凝縮器、減圧装置、及び蒸発器を、冷媒配管を介して順に接続して冷凍サイクルを構成し、この冷凍サイクルの蒸発器での熱を熱源として、冷水を生成し、この冷水熱を、氷蓄熱槽に蓄熱し、冷房運転時に、上記冷水熱を利用した蓄熱利用冷房運転を可能にした冷凍設備が知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１３０７７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来の構成では、氷蓄熱槽に蓄熱するための蓄熱運転時には、凝縮器の熱が外部に放出されており、当該熱の有効利用がなされていない。
【０００４】
この技術に限らず、例えば、ヒートポンプ式の給湯設備などでも、冷凍サイクルの凝縮器での熱を熱源として、温水を生成し、この温水熱を、貯湯槽に貯えているが、この場合においても、貯湯運転時には、今度は、蒸発器の熱が外部に放出されており、当該熱の有効利用がなされていないという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上述した従来技術が有する課題を解消し、蓄熱運転時における熱損失を抑制した冷凍設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、夜間電力によって駆動され、冷水と温水を生成する熱源用冷凍サイクルと、この熱源用冷凍サイクルで生成された冷水と温水を個々に貯える第１冷温水蓄熱装置、並びに第２冷温水蓄熱装置と、第１冷温水蓄熱装置に貯えられた冷水を空調用冷凍サイクルの熱源の一部として利用する空調装置と、第２冷温水蓄熱装置に貯えられた温水を利用する給湯装置とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
この場合において、第１圧縮機、第１四方弁、第１熱交換器、第１減圧装置、及び第２熱交換器を、冷媒配管を介して順に接続し、第１四方弁の切り換えにより、第１熱交換器を放熱熱源、又は吸熱熱源として作用させると同時に、第２熱交換器を吸熱熱源、又は放熱熱源として作用させる熱源用冷凍サイクルと、前記第１熱交換器に水配管を介して接続され、当該第１熱交換器が、放熱熱源として作用する場合には温水を貯え、吸熱熱源として作用する場合には冷水を貯える第１冷温水蓄熱装置と、この第１冷温水蓄熱装置に接続され、当該第１冷温水蓄熱装置に冷水が貯えられている場合には当該冷水を利用した過冷却運転を可能にした冷凍装置と、前記第２熱交換器に水配管を介して接続され、当該第２熱交換器が、放熱熱源として作用する場合には温水を貯え、吸熱熱源として作用する場合には冷水を貯える第２冷温水蓄熱装置と、この第２冷温水蓄熱装置に接続され、この第２冷温水蓄熱装置に貯えられた冷温水を利用した過冷却運転、又は冷媒加熱運転を可能にした空調用冷凍サイクルと、を備えたものであってもよい。
【０００８】
また、前記空調用冷凍サイクルが、第２圧縮機、第２四方弁、第３熱交換器、前記第２冷温水蓄熱装置内の冷温水と熱交換する第４熱交換器、第２減圧装置、及び被調和室内の空気と熱交換する第５熱交換器を、冷媒配管を介して順に接続して構成されていてもよい。さらに、前記空調用冷凍サイクルが、第４熱交換器をバイパスするバイパス回路を備えていてもよい。前記冷凍装置が、第３圧縮機、前記第１冷温水蓄熱装置内の冷温水と熱交換する凝縮器、第３減圧装置、及び蒸発器を、冷媒配管を介して順に接続して構成されていてもよい。また、前記熱源用冷凍サイクルが、第１熱交換器と第１減圧装置間に空気熱源式の第６熱交換器を備えていてもよい。さらに、前記熱源用冷凍サイクルを夜間電力で駆動する制御手段を備えていてもよい。前記熱源用冷凍サイクルに高圧側が超臨界圧力となる冷媒が充填されていてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、熱源用冷凍サイクルで生成された冷水と温水を個々に貯える第１冷温水蓄熱装置、並びに第２冷温水蓄熱装置を備えるため、熱源用冷凍サイクルを運転した場合には蒸発器、及び凝縮器の両方が有効利用されて、冷水、及び温水が生成されることになるため、蓄熱運転時の熱損失が抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態を示す冷媒回路図である。この冷凍設備１００は、主として夜間電力で駆動される熱源用冷凍サイクル１０１と、いわゆる貯湯槽を構成する第１冷温水蓄熱装置１０２と、店舗用のショーケース、或いは大型の冷蔵・冷凍庫等の冷凍装置１０３と、第２冷温水蓄熱装置１０４と、被調和室を空調する空調用冷凍サイクル１０５とを備えて構成されている。
【００１２】
熱源用冷凍サイクル１０１は、第１圧縮機１、第１四方弁２、第１熱交換器３、第１減圧装置４、及び第２熱交換器５を、冷媒配管を介して順に接続し、第１熱交換器３と第１減圧装置４との間には、補助減圧装置６、及び空気熱源式の第６熱交換器７を直列に接続して構成されている。８は送風機である。
【００１３】
この熱源用冷凍サイクル１０１は、第１四方弁２を適宜に切り換えることにより、第１熱交換器３を放熱熱源、又は吸熱熱源として作用させると同時に、第２熱交換器５を吸熱熱源、又は放熱熱源として作用させる。
【００１４】
第１冷温水蓄熱装置１０２は、貯湯タンク１１を含んで構成されている。この貯湯タンク１１の底部には、貯湯タンク１１に市水を供給する供給管１２と、貯湯タンク１１の水を、第１熱交換器３に循環する送り管１３とが接続されている。この送り管１３には、行き管１４が接続され、この往管１４には、ポンプ１５を介して、第１熱交換器３が接続されている。この第１熱交換器３には、復管１６が接続され、この復管１６は、戻し管１７を介して、貯湯タンク１１の上部に接続されている。
【００１５】
この貯湯タンク１１の中程には、温水供給管２０が接続され、この温水供給管２０には、図示を省略した風呂や、給湯機等の給湯装置が接続されている。また、復管１６には、電動式の三方弁１８が接続され、この三方弁１８と、ポンプ１５の上流点との間には、いわゆるショートサイクル管１９が接続されている。
【００１６】
この第１冷温水蓄熱装置１０２には、例えば、店舗用のショーケース、或いは大型の冷蔵・冷凍庫等の冷凍装置１０３が接続され、この冷凍装置１０３は、当該第１冷温水蓄熱装置１０２に冷水が貯えられている場合には、後述するように、当該冷水を利用した過冷却運転を可能に構成されている。
【００１７】
本構成では、冷凍装置１０３が２台接続され、いずれの冷凍装置１０３も、第３圧縮機２１Ａ，２１Ｂ、貯湯タンク１１の冷温水と熱交換する凝縮器２２Ａ，２２Ｂ、第３減圧装置２３Ａ，２３Ｂ、及び蒸発器２４Ａ，２４Ｂを、冷媒配管を介して順に接続して構成されている。各凝縮器２２Ａ，２２Ｂは、上記送り管１３に接続された水配管２５に対して直列に接続されている。この水配管２５は、送り管１３と、電動式の三方弁２６との間に接続され、この三方弁２６は、上記別の三方弁１８と、貯湯タンク１１との間の戻し管１７に接続されている。２７はポンプである。
【００１８】
第２冷温水蓄熱装置１０４は蓄熱タンク３１を備え、この蓄熱タンク３１と第２熱交換器５との間には、水、又はブラインを循環させる水配管３３，３４が接続され、一方の水配管３４にはポンプ３５が接続されている。そして、この蓄熱タンク３１には、第２熱交換器５が、放熱熱源として作用する場合には温水が貯えられ、吸熱熱源として作用する場合には冷水（この場合、氷）が貯えられる。
【００１９】
空調用冷凍サイクル１０５は、第２圧縮機４１、第２四方弁４２、第３熱交換器４３、蓄熱タンク３１の冷温水と熱交換する第４熱交換器４４、第２減圧装置４５、被調和室内の空気と熱交換する第５熱交換器４６、及びアキューレータ４７を順に接続して構成されている。また、第４熱交換器４４をバイパスするバイパス回路４８が設けられ、このバイパス回路４８には、開閉弁４９が接続されている。５０は開閉弁、４３Ａは送風機である。この冷凍サイクル１０５は、蓄熱タンク３１に貯えられた温水、冷水及び／又は氷を利用した過冷却運転、又は冷媒加熱運転が可能である。なお、上記構成では、貯湯タンク１１に貯えられるのは、温水、又は冷水のいずれかであり、蓄熱タンク３１に貯えられるのは、温水、又は氷（冷水）のいずれかである。
【００２０】
上記構成では、熱源用冷凍サイクル１０１に、運転中に高圧側が超臨界圧力となる冷媒、例えば、二酸化炭素（ＣＯ2）冷媒が封入されている。ＣＯ2冷媒が封入された場合、例えば、夏場で、外気温度が３０℃以上になった場合、或いは、負荷が大きくなった場合等の条件によって、図５のエンタルピ・圧力線図に示すように、高圧回路内は運転中に超臨界圧力で運転される。高圧回路内が、超臨界圧力で運転される冷媒には、ＣＯ2冷媒のほかに、例えばエチレン、ディボラン、エタン、酸化窒素等が挙げられる。図５では、圧縮機１の出口は状態ａで示される。冷媒は、熱交換器３を通って循環し、そこで状態ｂまで冷却され、熱を水に放出する。冷媒は、所望により、状態ｃまで冷却される。ついで、冷媒は、減圧装置４での圧力低下により、状態ｄに至り、ここではガス／液体の２相混合体が形成される。冷媒は、熱交換器５において、液相の蒸発により熱を吸収する。状態ｅは、熱交換器５の中間状態であり、ガス相の冷媒は、状態ｆまで加熱されてから圧縮機１の吸込管に向かう。
【００２１】
本構成では、圧縮機１から吐出される高圧単相ガス冷媒は、凝縮されないが、熱交換器３で温度低下し、水の温度よりも数度低い状態ｃまで冷却される。この結果、水温は約８０℃以上にも昇温される。
【００２２】
また、本構成では、熱源用冷凍サイクル１０１における第１圧縮機１の運転を制御するコントローラ１０６が設けられており、このコントローラ１０６は、一般に電力使用量が安価に設定される、夜間電力の使用時間帯（例えば、８：００ＰＭ〜６：００ＡＭ）にのみ第１圧縮機１を駆動する。
【００２３】
つぎに、本実施形態の動作を説明する。
【００２４】
Ａ．第１の蓄熱運転
この蓄熱運転は、図１に示すように、蓄熱タンク３１に温水熱を貯え、貯湯タンク１１に冷水熱を貯える運転であり、夜間電力を使用して、熱源用冷凍サイクル１０１の第１圧縮機１を駆動して行われる。この運転では、まず、熱源用冷凍サイクル１０１において、太線で示すように、第１圧縮機１から吐出された冷媒が、第１四方弁２、第２熱交換器５、第１減圧装置４、及び第１熱交換器３を循環し、第１四方弁２を経て、第１圧縮機１に戻される。補助減圧装置６は全開し、送風機８は停止される。上記第２熱交換器５では放熱し、この放熱を利用して、温水が生成される。すなわち、第２冷温水蓄熱装置１０４では、ポンプ３５が駆動され、水配管３３，３４介して、第２熱交換器５と蓄熱タンク３１間を、水、又はブラインが循環し、蓄熱タンク３１に温水熱が貯えられる。また、第１熱交換器３では吸熱し、この吸熱を利用して、冷水が生成される。この場合、第１冷温水蓄熱装置１０２では、ポンプ１５が駆動され、貯湯タンク１１内の市水が、水配管３，１４，１６，１７を介して、第１熱交換器３と貯湯タンク１１間を循環し、貯湯タンク１１に冷水熱が貯えられる。
【００２５】
この運転において、蓄熱タンク３１への蓄熱が不要であれば、ポンプ３５の運転を停止し、送風機８を運転して、第２熱交換器５の代わりに、空気熱源式の第６熱交換器７を機能させてもよい。また、貯湯タンク１１への蓄熱が不要であれば、ポンプ１５の運転を停止し、送風機８を運転して、第１熱交換器３の代わりに、空気熱源式の第６熱交換器７を機能させてもよい。
【００２６】
Ｂ．温水利用暖房運転
この暖房運転は、図２に示すように、蓄熱タンク３１の温水熱を利用した暖房運転である。この場合、空調用冷凍サイクル１０５では、太線で示すように、第２圧縮機４１から吐出された冷媒が、第２四方弁４２、第５熱交換器４６、第２減圧装置４５、第４熱交換器４４、及び第３熱交換器４３を循環し、第２四方弁４２を経た後、第２圧縮機４１に戻される。この状態では、一般的な空調機に比べて、第４熱交換器４４で冷媒が温水によって加熱されるため、暖房効率が向上する。また、この温水熱を利用した、低外気温時における第３熱交換器４３の効果的なデフロストが可能になり、当該空調用冷凍サイクル１０５の連続運転が可能になる。
【００２７】
上記蓄熱タンク３１に、温水がない場合には、開閉弁５０を閉じ、開閉弁４９を開けばよい。この状態では、冷媒が、第４熱交換器４４をバイパスし、バイパス管４８を経て第３熱交換器４３を循環する。
【００２８】
Ｃ．冷水利用冷凍運転
この冷凍運転は、図２に太線で示すように、冷凍装置１０３の運転時に、貯湯タンク１１の冷水熱を利用する運転である。この冷凍運転において、冷凍装置１０３では、第３圧縮機２１Ａ，２１Ｂから吐出された冷媒が、凝縮器２２Ａ，２２Ｂ、第３減圧装置２３Ａ，２３Ｂ、及び蒸発器２４Ａ，２４Ｂを循環し、当該第３圧縮機２１Ａ，２１Ｂに戻される。この場合、ポンプ２７が運転され、貯湯タンク１１内の冷水が、凝縮器２２Ａ，２２Ｂを循環し、三方弁２６を経て、当該貯湯タンク１１に戻される。この運転では、凝縮器２２Ａ，２２Ｂを循環する冷水によって、冷凍装置１０３側の冷媒が過冷却されるため、冷凍装置１０３の冷凍効率が向上する。従って、電力消費量が増大する夏期の昼間の電力ピークカットが可能になる。
【００２９】
Ｄ．第２の蓄熱運転
この蓄熱運転は、図３に示すように、蓄熱タンク３１に冷水熱（氷）を貯え、貯湯タンク１１に温水熱を貯える運転であり、夜間電力を使用して、熱源用冷凍サイクル１０１の第１圧縮機１を駆動して行われる。この運転では、まず、熱源用冷凍サイクル１０１において、太線で示すように、第１圧縮機１から吐出された冷媒が、第１四方弁２、第１熱交換器３、第１減圧装置４、及び第２熱交換器５を循環し、第１四方弁２を経て、第１圧縮機１に戻される。補助減圧装置６は全開し、送風機８は停止される。上記第１熱交換器３では放熱し、この放熱を利用して、温水が生成される。すなわち、第１冷温水蓄熱装置１０２では、ポンプ１５が駆動され、貯湯タンク１１内の市水が、水配管３，１４，１６，１７を介して、第１熱交換器３と貯湯タンク１１間を循環し、貯湯タンク１１に温水熱が貯えられる。また、第２熱交換器５では吸熱し、この吸熱を利用して、冷水が生成される。この場合、第２冷温水蓄熱装置１０４では、ポンプ３５が駆動され、水配管３３，３４介して、第２熱交換器５と蓄熱タンク３１間を、水、又はブラインが循環し、蓄熱タンク３１に冷水熱（氷）が貯えられる。
【００３０】
この運転においても、蓄熱タンク３１への蓄熱が不要であれば、ポンプ３５の運転を停止し、送風機８を運転して、第２熱交換器５の代わりに、空気熱源式の第６熱交換器７を機能させればよい。このように機能させれば、空気熱源を利用して、貯湯タンク１１に貯湯することができる。また、貯湯タンク１１への蓄熱が不要であれば、ポンプ１５の運転を停止し、送風機８を運転して、第１熱交換器３の代わりに、空気熱源式の第６熱交換器７を機能させればよい。
【００３１】
Ｅ．冷水（氷）利用冷房運転
この冷房運転は、図４に示すように、蓄熱タンク３１の冷水熱（氷）を利用した冷房運転である。この場合、空調用冷凍サイクル１０５では、太線で示すように、第２圧縮機４１から吐出された冷媒が、第２四方弁４２、第３熱交換器４３、第４熱交換器４４、第２減圧装置４５、第５熱交換器４６を循環し、第２四方弁４２、及びアキューレータ４７を経た後、第２圧縮機４１に戻される。この状態では、一般的な空調機に比べて、第４熱交換器４４で冷媒が冷水によって過冷却されるため、冷房効率が向上する。
【００３２】
なお、蓄熱タンク３１に、冷水（氷）が蓄熱されていない場合、開閉弁５０を閉じ、開閉弁４９を開いて運転すれば、冷媒が、第４熱交換器４４をバイパスして、バイパス管４８を経て第２減圧装置４５に向かうため、冷水（氷）を利用しない冷房運転が可能になり、昼間から夜間に至る連続冷房運転が可能になる。
【００３３】
Ｆ．給湯
貯湯タンク１１には、図４に太線で示すように、温水供給管２０が接続され、この供給管２０には、図示を省略した風呂や、給湯機等の給湯装置が接続されている。従って、本構成では、上述した冷水利用冷房運転を行いながらも、貯湯タンク１１内の温水を、給湯装置に供給することができる。
【００３４】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、種々の変更実施が可能である。例えば、上記構成では、冷媒回路中にＣＯ2冷媒を封入したが、これに限定されず、それ以外のフロン系冷媒等を封入したものにも適用可能なことは云うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る冷凍設備の一実施形態を示す冷媒回路図である。
【図２】同じく冷媒回路図である。
【図３】同じく冷媒回路図である。
【図４】同じく冷媒回路図である。
【図５】エンタルピ・圧力線図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  第１圧縮機
３  第１熱交換器
４  第１減圧装置
５  第２熱交換器
７  第６熱交換器
１１  貯湯タンク
２１Ａ，２１Ｂ  第３圧縮機
２２Ａ，２２Ｂ  凝縮器
２３Ａ，２３Ｂ  第３減圧装置
２４Ａ，２４Ｂ  蒸発器
３１  蓄熱タンク
４１  第２圧縮機
４３  第３熱交換器
４４  第４熱交換器
４５  第２減圧装置
４６  第５熱交換器
１００  冷凍設備
１０１  熱源用冷凍サイクル
１０２  第１冷温水蓄熱装置
１０３  冷凍装置
１０４  第２冷温水蓄熱装置
１０５  空調用冷凍サイクル
【図１】
2006023006.tif 000003
【図２】
2006023006.tif 000004
【図３】
2006023006.tif 000005
【図４】
2006023006.tif 000006
【図５】
2006023006.tif 000007