(57)【要約】【課題】  雪氷と空気とを直接熱交換する従来方式の氷室冷蔵庫のもつランニングコストの安い利点を損なうことなく，＋５℃以下の保温能力を付加することにより、冷蔵可能な対象を農産物のみならず、生鮮魚介類や食肉類の範囲まで広げるとともに、運転効率を向上させる。【解決手段】  氷雪室内の低温空気を利用した冷凍装置を有する空調装置において、氷雪室１内の低温空気を冷凍装置４を構成する凝縮器で冷媒を冷却して凝縮させる冷熱源として利用し、同冷凍装置の蒸発器で冷却したブラインを玉ねぎ貯蔵室３内に設けたファン付き熱交換器６で室内の空気と熱交換させ、玉ねぎの最適冷蔵温度である−３℃に保温する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
氷又は雪を貯蔵する氷雪室内の低温空気を利用した冷凍装置を有する空調システムにおいて、前記氷雪室内の低温空気を前記冷凍装置を構成する凝縮器で冷媒を冷却して凝縮させる冷熱源として利用し、同冷凍装置で冷却したブラインを被空調室内の空気と熱交換させることを特徴とする氷雪利用空調システム。
【請求項２】
氷又は雪を貯蔵する氷雪室内の低温空気を利用した冷凍装置を有する空調システムにおいて、前記氷雪室内の低温空気を前記冷凍装置を構成する凝縮器で冷媒を冷却して凝縮させる冷熱源として利用し、前記冷凍装置を構成する蒸発器で前記冷媒と被空調室内の空気とを熱交換させることを特徴とする氷雪利用空調システム。
【請求項３】
前記冷凍装置が重力を利用した冷媒の自然循環方式であることを特徴とする請求項２記載の氷雪利用空調システム。
【請求項４】
前記氷雪室内の低温空気を同氷雪室内の下方から採取することを特徴とする請求項１又は２記載の氷雪利用空調システム。
【請求項５】
自然循環ループを構成する前記冷凍装置がサーモサイホンであることを特徴とする請求項３記載の氷雪利用空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冬期などに氷又は雪を蓄えたり、あるいは人工造雪機又は製氷機で製造した氷雪を蓄えた氷雪室内の低温空気を冷凍装置を有する空調システムに有効利用することにより、農作物、生鮮魚介類、食肉類等の冷蔵、及び人間の居住空間の空調を安価な設備費やランニングコストでなし得る氷雪利用空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来雪を冷熱源とする自然エネルギを利用し、雪氷と空気とを直接熱交換する全空気方式雪氷空調システムは、たとえば特許文献１（特開２００２−２７７１２５号公報）に開示されているように公知である。また水を自然凍結により製氷し、その冷熱源を利用した空調システムが特許文献２（特開２００２−３７２２８４号公報）に開示されている。
これらの空調システムは、冷熱源を蓄える蓄冷熱室を具え、冷熱源として、雪氷を利用し、冷熱源から取り出した冷熱を負荷室内の空気と熱交換することによって空調を行なう。
【０００３】
冷熱源となる雪氷は、積雪や、冬季に製造された氷塊を備蓄し、春から夏季にそれらを冷熱源として利用する。負荷室は、たとえば穀物など農産物貯蔵庫や、園芸環境空調、ビル、デパート等の業務スペースの空調、及び各種養護施設、集合居住空間の空調等が主な対象となる。
北海道や東北等の寒冷地では、雪氷を利用した氷室により農産物等の保存等を目的とした冷蔵庫が存在し、自然エネルギを利用した簡便かつ安価な冷蔵方式として利用されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２７７１２５号公報
【特許文献２】特開２００２−３７２２８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような空調システムは、冬期の雪氷を冷熱源とすることにより、自然エネルギを利用している。そのため冷熱源を得る際、電気エネルギの消費が少なく、設備費やランニングコストが安価になるという利点を有する。
しかしその反面、このような空調システムは、気候の変動などにより暖冬となる場合は、積雪量や製氷量が少なく、冷熱源の確保が難しく、また雪利用の場合には、降雪量の多い地域に限定されるという不具合がある。
【０００６】
また雪氷と空気とを直接熱交換する従来方式の氷室冷蔵庫の庫内温度は、＋５℃が最低温度であり、＋５℃以下で保管したい農産物は、りんご（０〜３℃）、梨（０〜５℃）、玉ねぎ（−３℃）、アスパラ・ほうれん草・にんじん・大根・キャベツ・レタス・白菜・ニラ（０℃）等、数多く存在する。また生鮮魚介類（−４〜０℃）や食肉類（０〜１℃）等も同様であり、保管温度を下げることで適用できる品物が大幅に増大する。
しかし雪氷と空気とを直接熱交換する従来方式の氷室冷蔵庫では、＋５℃以下の庫内温度をまだ実現できていない。
また従来の氷室の低温空気を利用した冷房装置は、雪氷と空気とを直接熱交換する方式であったため、空気温度が雪氷量により変動する問題があり、また空気湿度が高いために、人間が快適な冷房装置とは言えなかった。
【０００７】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、雪氷と空気とを直接熱交換する従来方式の氷室冷蔵庫のもつ利点を損なうことなく，すなわち自然エネルギの利用により、冷熱源を得る際、電気エネルギの消費が少なく、設備費やランニングコストが安価になるという利点を享受しながら、＋５℃以下の保温能力を付加することにより、冷蔵可能な農産物、あるいは生鮮魚介類や食肉類の範囲を格段に広げるとともに、運転効率を向上させた空調システムを提供することを目的とする。
また氷雪室の低温空気を利用した冷房装置において、被空調室内の空気温度が氷室の雪氷量に左右されず、かつ空気湿度があまり高くなく、人間に快適な雰囲気とし得る冷房システム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】
【０００８】
本発明の第１の手段は、かかる目的を達成するもので、氷又は雪を貯蔵する氷雪室内の低温空気を利用した冷凍装置を有する空調装置において、前記氷雪室内の低温空気を前記冷凍装置を構成する凝縮器で冷媒を冷却して凝縮させる冷熱源として利用し、同冷凍装置で冷却したブラインを被空調室内の空気と熱交換させることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第１の手段においては、氷雪室の室内温度である＋５〜＋１０℃程度の空気を用いて冷凍装置（ブラインクーラ）の凝縮器を冷却し、同冷凍装置で冷却したブラインを被空調室、たとえば食品保管のための冷凍庫等に導入し、ブラインを被空調室内の空気と熱交換させる。
このように冷凍装置を用いることにより、被空調室内の温度を＋５℃以下の所望の温度で保温することができるとともに、氷雪室の低温空気を利用することで、同冷凍装置の冷凍サイクルの高低圧差が小さくなり、高効率運転が可能となり、ランニングコストの低減が可能となる。
【００１０】
また本発明の第２の手段は、氷又は雪を貯蔵する氷雪室内の低温空気を利用した冷凍装置を有する空調システムにおいて、前記氷雪室内の低温空気を前記冷凍装置を構成する凝縮器で冷媒を冷却して凝縮させる冷熱源として利用し、前記冷凍装置を構成する蒸発器で前記冷媒と被空調室内の空気とを熱交換させることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第２の手段においては、冷凍装置を用いることにより、前記第１の手段と同様に、被空調室内の温度を＋５℃以下の所望の温度で保温することができるとともに、氷雪室の低温空気を利用することで、冷凍装置の冷凍サイクルの高低圧差が小さくなり、高効率運転が可能となり、ランニングコストの低減が可能となる。
【００１２】
本発明の第２の手段において、好ましくは、前記冷凍装置を重力を利用した冷媒の自然循環方式を用いる。また好ましくは、自然循環ループを構成する前記冷凍装置としてサーモサイホンを用いる。
自然循環方式を用いる場合、たとえば氷雪室内の空気を常に循環させ、室内温度が常に＋５℃程度に維持されるようにする。同氷雪室に冷房用冷凍装置の凝縮器を設置し、被空調室内に蒸発器を設置する。被空調室内の温度を２５〜２８℃に冷房する場合、冷媒蒸発温度は１５℃程度となり、氷雪室内温度の＋５℃による冷媒凝縮温度は１０℃程度となる。この凝縮温度と蒸発温度との差を利用し、冷媒の自然循環方式による冷房運転が可能となる。
【００１３】
また本発明の第１の手段又は第２の手段において、好ましくは、前記氷雪室内の低温空気を同氷雪室内の下方から採取するようにする。これによって氷雪室内のより低温の空気を利用することができる。たとえば氷雪室内の床面下に空気貯留空間をもうけてこの空間にダクト等を接続し、ファン等により同空間内の低温空気を吸引し利用するとよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の第１の手段によれば、氷雪室内の低温空気を前記冷凍装置を構成する凝縮器で冷媒を冷却して凝縮させる冷熱源として利用し、同冷凍装置で冷却したブラインを被空調室内の空気と熱交換させることにより、被空調室内の温度を＋５℃以下の所望の温度で保温することができるとともに、氷雪室の低温空気を利用することで、冷凍装置の冷凍サイクルの高低圧差が小さくなり、高効率運転が可能となり、ランニングコストの低減が可能となる。
【００１５】
また本発明の第２の手段によれば、氷雪室内の低温空気を前記冷凍装置を構成する凝縮器で冷媒を冷却して凝縮させる冷熱源として利用し、前記冷凍装置を構成する蒸発器で前記冷媒と被空調室内の空気とを熱交換させることにより、前記第１の手段と同様の作用効果を奏することができる。
【００１６】
また本発明の第２の手段によれば、前述のように前記冷凍装置を重力を利用した冷媒の自然循環方式による冷房運転が可能となる。特にサーモサイホンを用いた場合、冷房に要する動力は、凝縮器ファン動力と被空調室に冷却空気を供給する蒸発器のファン動力のみであるため、ヒートポンプ方式による冷房に比べて、大幅な省エネを達成できる。
またサーモサイホンによる冷熱量が足りない場合は、本発明者等が先に提案した特開２００３−３２９３１７号公報に開示した「寒冷地対応サーモサイホンチラー冷凍機」を適用すれば、円滑な冷房運転が可能となる。
【００１７】
また本発明の第１の手段又は第２の手段において、好ましくは、前記氷雪室内の低温空気を同氷雪室内の下方から採取することにより、氷雪室内のより低温の空気を利用することができ、これによってさらに冷凍装置の冷凍サイクルの温度の高低差が小さくなり、一層の高効率運転が可能となり、ランニングコストの低減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図１は、本発明を農産物の冷蔵貯蔵庫に適用した第１実施例に係る斜視図、図２は、本発明を事務所の空調システムに適用した第２実施例に係る斜視図、図３は、前記第１実施例の変形例に係る斜視図である。
【００１９】
本発明の第１実施例を示す図１において、１は内部に雪や氷が貯留された氷雪室で、それに隣接して、じゃがいも貯蔵室２及び玉ねぎ貯蔵室３が併設されている。氷雪室１の内部には冷凍装置本体（ブラインクーラ）４が設置されており、このブラインクーラ４に接続されたブライン配管５が玉ねぎ貯蔵室３内の天井に近い位置に設けられたファン付き熱交換器６に接続されている。７は、その吸入口が氷雪室１の床下に設けられた空間に配設された導管で、ファン８が介装され、氷雪室１の床下の低温空気をファン８によってじゃがいも貯蔵室２に導入している。
９は、じゃがいも貯蔵室２の天井部からファン１０によって吸入口９ａから室内の空気を吸い込み、氷雪室１内部に配設された排出口９ｂから排出する導管である。
【００２０】
かかる装置において、氷雪室１の内部は、空気を常に循環させることによって、室内温度が常に＋５℃程度に維持され、氷雪室１内の低温空気が冷凍装置本体４を構成する図示しない凝縮器で冷媒を冷却する冷熱源として利用され、冷凍装置本体４の図示しない蒸発器によって吸熱されて冷却したブラインは、玉ねぎ貯蔵室３に配設されたファン付き熱交換器６によって玉ねぎ貯蔵室３内の空気を冷却する。この場合玉ねぎは本実施例の空調装置により、玉ねぎの冷蔵に適した−３℃に保温される。
【００２１】
玉ねぎ貯蔵室３を−３℃に冷蔵するための冷凍運転においては、ブライン供給温度は−１１℃となり、氷雪室１内の空気温度は＋５℃で常に供給されるので、冷凍サイクルにおいて、蒸発温度Ｔｅ／凝縮温度Ｔｃ＝−１５℃／+１５℃、ＣＯＰ＝４．６１となり、高効率運転が可能となる。
また夏場での運転の場合、蒸発温度Ｔｅ／凝縮温度Ｔｃ＝−１５℃／+４５℃、ＣＯＰ＝２．３３となり、これに比べて５０％の省エネが可能となる。
一方じゃがいも貯蔵室２においては、氷雪室１内の＋５℃の空気がそのまま直接導管７及び９により循環され、＋５℃に保温される。
【００２２】
このように本第１実施例の装置によれば、氷雪室１内の低温空気を利用して、玉ねぎ貯蔵室３を玉ねぎの冷凍貯蔵に最適な−３℃の温度に保温できる。しかも前記のように高効率な冷凍運転が可能となり、かなりの省エネが達成できる。
また同時にじゃがいも貯蔵室２に対しては、氷雪室１内の低温空気をそのまま導入することにより、その適温の冷蔵温度＋５℃に保温でき、この自然冷却方式と合わせてきわめて高効率な冷凍手段となり、ランニングコストの大幅な低減が可能となる。
【００２３】
次に本発明装置の第２実施例について図面に基づいて説明する。本発明装置の第２実施例を示す図２において、１１は、内部に雪や氷が貯留された氷雪室、１２は被空調室である事務所で、事務所１２の地下１２ａには、冷媒を重力により自然循環させる冷凍サイクルを採用したサーモサイホン蒸発器１３が設置されている。１４は、サーモサイホン蒸発器１３と、氷雪室１１内の上部に配置されたサーモサイホン凝縮器１５との間で作動液が循環する配管である。
【００２４】
１６は、事務所１２内の空気を循環させるためのダクトで、ファン１７によって吸入口１６ａから空気を吸い込み、拡大部１６ｂでサーモサイホン蒸発器１３の作動媒体と熱交換して冷却され、吹出口１６ｃから吹き出される。
２０は、氷雪室１の地下に設けられたボックス１９に吸入口２０ａが設けられ、ボックス１９内の冷却空気をファン１８により吸引し、冷却空気をサーモサイホン凝縮器１５に供給するダクトであり、凝縮器１５では作動媒体が冷却空気により冷却されて凝縮する。
【００２５】
この第２実施例では、氷雪室１１に貯留された氷雪の冷気を利用して夏場の事務所１２の冷房を行なう。氷雪室１１内は常に空気が循環し、室温が＋５℃を維持するようになっている。またサーモサイホン蒸発器１３では、作動液がダクト１６内を流れる室内空気から吸熱して蒸発し、上方の凝縮器１５に移動する。一方凝縮器１５では、氷雪室１内の低温空気により気化していた作動媒体が冷却されて凝縮され液化する。凝縮された作動媒体は重力により下降してサーモサイホン蒸発器１３に戻り、このようにして作動液が循環する。  
【００２６】
第２実施例によれば、氷雪室１１内の＋５℃の低温空気を利用して、事務所１２の室内をたとえば＋２６℃に冷房可能であり、冷熱源に雪氷を利用するため、省エネが達成でき、しかも冷房に要する動力は、氷雪室１１内のファン１８の稼動に要する動力と、事務所１２内の既存のファン動力だけで済むというきわめてランニングコストの安い冷房システムとすることができる。
【００２７】
次に前記第１実施例の改良例としての第３実施例について図３に基づいて説明する。図３は、第３実施例の氷雪利用空調システムを示す全体斜視図である。図３において、３１は氷雪室２１内の冷気を導管２７から分岐して冷凍装置本体２４の上部に設置された凝縮器３３に供給するダクトである。また３２は凝縮器３３から排出されるガスを氷雪室２１内に戻すダクトである。なお冷凍装置本体２４及び凝縮器３３は氷雪室２１の外部に設置されている。その他の構成は第１実施例と同一であり、２５はブライン配管、２６はファン付き熱交換器、２８ａはファン、２９は導管、２９ａは吸入口、２９ｂは排出口、３０はファンである。
【００２８】
第３実施例においては、第１実施例と同様に、じゃがいも貯蔵室２２及び玉ねぎ貯蔵室２３をそれぞれの保冷温度に適した温度に保冷するが、本実施例においては、氷雪室２１内の＋５℃の冷気をダクト３１に設けられたファン２８ｂによりダクト３１から氷雪室２１の外部に設けられた凝縮器３３に供給し、凝縮器３３で冷媒を冷却した後、ダクト３２を通って氷雪室２１内に戻される。
本実施例によれば、第１実施例の作用効果に加えて、冷凍装置本体２４及び凝縮器３３を氷雪室２１の外部に設置することにより、氷雪室２１内の雪氷の貯蔵量を増大できるという利点がある。
【００２９】
次に本発明の第４実施例について説明する。一般に冷凍機は熱負荷の大きい夏季に合わせて設計されるため、冬季、中間季は冷凍能力が過大になる。特に外気温が低下する深夜にはその傾向が顕著となり、冷凍機が停止する時間が長くなる。そこで電気料金が安い深夜電力を利用して、人工造雪機又は製氷機を運転して消費した氷雪を補充してやることで、氷雪室を小型化することができる。
【００３０】
第４実施例は、前記目的に沿った実施例であり、図４は、第４実施例の氷雪利用空調システムを示す全体斜視図である。図４において、５１は氷雪室４１内の冷気を導管４７から分岐して冷凍装置本体４４の上部に設置された凝縮器５３に供給するダクトである。また５２は凝縮器５３から排出されるガスを氷雪室４１内に戻すダクトである。なお冷凍装置本体４４及び凝縮器５３は氷雪室４１の外部に設置されている。また冷凍装置本体４４は、ブライン配管４５に冷却したブラインを供給するブラインクーラであるとともに、深夜電力により稼動される冷凍機である。
【００３１】
また５４はダクト５１から分岐して氷雪室４１の外部に開口した分岐管、５５はダクト５２から分岐して同様に氷雪室４１の外部に開口した分岐管である。５９は氷雪室４１の屋根に設けられた製氷器で、ブライン配管４５から切替バルブ６１を介して分岐したブライン配管６０によって冷凍装置本体４４から冷却されたブラインが製氷器５９に供給される。その他の構成は第１実施例と同一であり、４６はファン付き熱交換器、４８ａ，４８ｂはファン、４９は導管、４９ａは吸入口、５０はファン、５６はバルブである。
【００３２】
本実施例においては、じゃがいも貯蔵室４２及び玉ねぎ貯蔵室４３をそれぞれの冷凍貯蔵に適した温度に保冷するとともに、冬季及び中間季に深夜電力を利用して、冷凍装置本体４４を稼動することにより、製氷器５９で製氷を行なう。この場合、凝縮器５３で冷媒を冷却した後で排出される排ガスの顕熱で氷雪室４１内の雪氷を溶かしてしまうことになるため、分岐管５４の開口部に設けられたバルブ５７を開けて外気を導入し、この外気を凝縮器５３に供給して冷媒の冷却に使用した後、切替ダンパ５８を切り替えて、ダクト５２を閉じ、分岐管５５を開け、冷媒から吸収した顕熱を含む外気を氷雪室４１の外部に排出する。
【００３３】
第４実施例によれば、第１実施例の作用効果に加えて、深夜電力を利用して製氷し、それによって氷雪室４１に貯蔵される雪氷の補充をすることができる。またその際に製氷時の冷凍運転で生じる排熱を氷雪室４１の外部に排出できるので、氷雪室４１の雪氷を溶かしてしまうことがない。この場合、製氷器５９に代えて、人工造雪機を設けてもよい。
なお本発明者等が先に提案した特開２００３−３２９３１７号公報に開示した「寒冷地対応サーモサイホンチラー冷凍機」を用いれば、冷凍装置本体４４のように、空調用冷凍機と深夜電力利用冷凍機とを兼用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明によれば、農産物などの生鮮魚介類や食肉類の貯蔵室、及び人間居住空間を空調するに際し、氷雪室の低温空気を利用して、高効率な冷房運転を可能として、ランニングコストの軽減を図ることができるとともに、保温範囲を雪氷と空気とを直接熱交換する従来の全空気方式雪氷空調システムでは達成できない低温度まで広げることを可能とし、それによって農産物のみならず、生鮮魚介類や食肉類等広範囲の適温冷蔵を可能として有益である。また深夜電力を利用して雪氷の補充をすることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明を農産物の冷蔵貯蔵庫に適用した第１実施例に係る全体斜視図である。
【図２】本発明を室内（事務所）の空調システムに適用した第２実施例に係る全体斜視図である。
【図３】本発明を農産物の冷蔵貯蔵庫に適用した第３実施例に係る全体斜視図である。
【図４】本発明を農産物の冷蔵貯蔵庫に適用した第４実施例に係る全体斜視図である。
【符号の説明】
【００３６】
１、１１，２１，４１  氷雪室
２，２２，４２  じゃがいも貯蔵室
３，２３，４３  玉ねぎ貯蔵室
４，２４，４４  冷凍装置本体
５，２５，４５、６０  ブライン配管
６，２６，４６  ファン付き熱交換器
７，９，２７，２９，４７，４９  導管
８，１０，１７，１８，２８ａ，２８ｂ，４８ａ，４８ｂ  ファン
１２  事務所
１３  サーモサイホン蒸発器
１４  作動液配管
１５  サーモサイホン凝縮器
１６  室内空気循環ダクト  
１９  ボックス
２０  ダクト  
３１，３２，５１，５２  ダクト
５４，５５  分岐管
５６，５７  バルブ
５８  切替ダンパ
５９  製氷器
６１  切替バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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