(57)【要約】【課題】  装置の小型化を実現しつつ、冷却効率の向上を図ることができる低温ショーケースを提供する。【解決手段】  本発明の低温ショーケース１は、ダクト５内に配設された冷却装置Ｒの蒸発器１９と熱交換した冷気を貯蔵室８内に吐出して冷却するものであって、冷却装置Ｒは、圧縮機２４、放熱器２２、キャピラリーチューブ２０及び蒸発器１９等を配管接続して冷媒回路が構成され、二酸化炭素を冷媒として用い、高圧側が超臨界圧力となり得ると共に、冷媒回路の高圧側の冷媒と低圧側の冷媒とを熱交換させる内部熱交換器４１を備え、この内部熱交換器４１をダクト５内に設けられた蒸発器１９のカバー４０に取り付けた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダクト内に配設された冷却装置の蒸発器と熱交換した冷気を庫内に吐出して冷却する低温ショーケースにおいて、
前記冷却装置は、圧縮機、放熱器、減圧装置及び前記蒸発器等を配管接続して冷媒回路が構成され、二酸化炭素を冷媒として用い、高圧側が超臨界圧力となり得ると共に、前記冷媒回路の高圧側の冷媒と低圧側の冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を備え、
該内部熱交換器を前記ダクト内に設けられた蒸発器のカバーに取り付けたことを特徴とする低温ショーケース。
【請求項２】
前記内部熱交換器は、前記冷媒回路の低圧側の冷媒が上から下に流れるように配設されていることを特徴とする請求項１の低温ショーケース。
【請求項３】
前記蒸発器からのドレン水を蒸発処理するためのドレン水蒸発装置を備え、
該ドレン水蒸発装置を、前記冷却装置の冷媒回路の高圧側の冷媒により加熱することを特徴とする請求項１又は請求項２の低温ショーケース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダクト内に配設された冷却装置の蒸発器と熱交換した冷気を庫内に吐出して所定温度に冷却する低温ショーケースに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の低温ショーケースは、例えば特許文献１に示されるように、冷却装置の蒸発器を例えば、ショーケースの背面に構成されるダクト内に縦設し、当該ダクト内に吸い込まれた庫内空気を蒸発器と熱交換した後、庫内に吐出することで、庫内に所定温度の冷却領域を形成するものである。
【０００３】
また、低温ショーケース下部には、機械室が構成される。当該機械室内には蒸発器や減圧手段としての膨張弁等を除く冷却装置を構成する機器、即ち、圧縮機、放熱器や、これら機器から発生する廃熱を外部に排出するための送風機が配設される。
【特許文献１】特開平８−９４２３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の低温ショーケースでは、冷却装置を構成する冷媒配管内には、冷媒としてフロン系冷媒が用いられている。これに対し、近年では地球環境問題に対処するため、この種の冷却装置においても自然冷媒である二酸化炭素を冷媒として用い、高圧側を超臨界圧力として運転する冷却装置が開発されている。
【０００５】
この場合において、冷凍能力の向上を図るために、放熱器からの冷媒が流れる高圧側冷媒配管と、蒸発器からの冷媒が流れる低圧側流路とを内部熱交換器において熱交換することが考えられる。しかし、当該内部熱交換器は、十分な冷却効率を得るためには、相当の配管長、例えば管径１０ｍｍ程度の配管を３ｍ程度必要とするため、設置スペースを確保することが困難となる。そのため、装置自体を大型化しなければならない等の不都合があった。
【０００６】
特に、機械室内に設置した場合には、当該内部熱交換器の低温の冷媒が流れる冷媒配管は、結露を発生することから、格別に断熱材を被覆させるなどの処理が必要とされる。そのため、当該内部熱交換器の機械室への配設には、断熱材等が必要となることからコストの高騰を招く問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、装置の小型化を実現しつつ、冷却効率の向上を図ることができる低温ショーケースを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の低温ショーケースは、ダクト内に配設された冷却装置の蒸発器と熱交換した冷気を庫内に吐出して冷却するショーケースであって、冷却装置は、圧縮機、放熱器、減圧装置及び蒸発器等を配管接続して冷媒回路が構成され、二酸化炭素を冷媒として用い、高圧側が超臨界圧力となり得ると共に、冷媒回路の高圧側の冷媒と低圧側の冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を備え、この内部熱交換器をダクト内に設けられた蒸発器のカバーに取り付けたものである。
【０００９】
請求項２の発明の低温ショーケースは、上記発明において、内部熱交換器は、冷媒回路の低圧側の冷媒が上から下に流れるように配設されているものである。
【００１０】
請求項３の発明の低温ショーケースは、上記各発明において、蒸発器からのドレン水を蒸発処理するためのドレン水蒸発装置を備え、このドレン水蒸発装置を、冷却装置の冷媒回路の高圧側の冷媒により加熱するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ダクト内に配設された冷却装置の蒸発器と熱交換した冷気を庫内に吐出して冷却する低温ショーケースにおいて、冷却装置は、圧縮機、放熱器、減圧装置及び蒸発器等を配管接続して冷媒回路が構成され、二酸化炭素を冷媒として用い、高圧側が超臨界圧力となり得ると共に、冷媒回路の高圧側の冷媒と低圧側の冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を備え、この内部熱交換器をダクト内に設けられた蒸発器のカバーに取り付けたことにより、内部熱交換器の設置スペースを十分に確保することが可能となり、効率的な熱交換を実現することができる。これにより、装置の小型化を図ることができると共に、冷却効率の向上を図ることができる。
【００１２】
また、冷媒として用いられる二酸化炭素は、不燃性、不腐食性を有していると共に、オゾンを破壊せず、温暖化係数もフロン系冷媒の千分の一以下であるので、環境に適した低温ショーケース、即ちノンフロン化を実現した装置を提供できる。また、二酸化炭素は他の冷媒に比して著しく入手しやすいことから利便性も向上する。
【００１３】
また、請求項２の発明によれば、上記発明において、内部熱交換器は、冷媒回路の低圧側の冷媒が上から下に流れるように配設されていることから、低圧側冷媒配管内の冷媒を上から下に流下させることが可能となり、これによって、オイル戻りを抑制することができるようになる。
【００１４】
また、請求項３の発明によれば、上記各発明において、蒸発器からのドレン水を蒸発処理するためのドレン水蒸発装置を備え、このドレン水蒸発装置を、冷却装置の冷媒回路の高圧側の冷媒により加熱することにより、高温冷媒の熱を効率的にドレン水の蒸発処理に利用することができる。
【００１５】
特に、冷媒として二酸化炭素を使用することで、高温冷媒配管内には、従来のフロン系冷媒に比して高圧の冷媒が流れるため、当該高温冷媒配管の管径を細くした場合であっても圧力損失を無視することができる。これにより、当該管径を細くすることで、放熱効率が向上され、冷却能力を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明を適用した低温ショーケース１の部分透視正面図、図２は低温ショーケース１の縦断側面図を示している。本実施例の低温ショーケース１は、本体を構成する断面略コ字状の断熱壁６と、この断熱壁６の両側に取り付けられた側板７、７とから構成されている。本体となる断熱壁６の内側には間隔を存して仕切板４が取り付けられ、この仕切板４と断熱壁６との間には、ダクト５を区画形成している。
【００１７】
仕切板４の下端前方には底板１０が断熱壁６の底壁６Ａとの間にダクト５を形成するための間隔を存して取り付けられており、これら仕切板４及び底板１０の内側に貯蔵室８を区画形成している。この底壁６Ａの上面には蒸発器１９の表面に発生したドレン水を受容するためのドレン受け部Ｄが構成されており、このドレン受け部Ｄには図示しない排水管で後述する機械室２に連通されている。断熱壁６の前面開口１２の上縁にはハニカム材１３が設けられた冷気吐出口１４が形成されており、この冷気吐出口１４はダクト５に連通している。そして、開口１２の下縁には冷気吸込口１５が形成されている。なお、仕切板４の下部には、図示しない複数の背面冷気吐出口が形成されており、ダクト５内を流通する一部の冷気を直接貯蔵室８内に吐出することができる構成とされている。また、貯蔵室８内には上下に商品陳列用の複数段の棚９・・・が架設されている。各棚９の下面前部には図示しない蛍光灯が取り付けられている。
【００１８】
一方、底板１０下方には断熱壁６の底壁６Ａ上にファンケース１７が設置されており、このファンケース１７には送風機１８が取り付けられている。また、仕切板４の後方に位置するダクト５内には、後述する如く冷却装置Ｒを構成する蒸発器１９及び内部熱交換器４１が蒸発器カバー４０を介して縦設されている。この蒸発器カバー４０は、熱良導性材料にて構成される板状部材であり、前記仕切板４の下部に形成される前記背面冷気吐出口の後方に位置して設けられるものである。そのため、蒸発器カバー４０の後方から積極的に冷気を上方に送出することができると共に、一部の冷気を当該蒸発器カバー４０の上端から分岐して蒸発器１９の前側に降下させ、前方の背面冷気吐出口から貯蔵室８内に冷気を吐出することができる。なお、この蒸発器１９の冷媒流入側には減圧装置としてのキャピラリーチューブ２０が接続されている。
【００１９】
他方、断熱壁６の底壁６Ａ下方にはベース２１上に機械室２が形成されている。この機械室２内には、前部に位置して冷却装置Ｒの放熱器２２がベース２１上に据え付けられており、その後側に送風機としてのコンデンシングファン２３が取り付けられている。このコンデンシングファン２３の後方には詳細は後述するドレン水蒸発装置３がベース２１上に設置されており、機械室２内の放熱器２２の側方には冷却装置Ｒの圧縮機２４がベース２１上に据え付けられている。
【００２０】
ここで、図３を参照して本実施例における冷却装置Ｒの冷媒回路を説明する。本実施例における冷却装置Ｒは、圧縮機２４、放熱器２２、キャピラリーチューブ２０、蒸発器１９等を環状に接続することにより構成されている。即ち、圧縮機２４の冷媒吐出管４２は蒸発パイプ４３を介して放熱器２２の入口に接続されている。ここで、実施例の圧縮機２４は、内部中間圧型２段圧縮式のロータリコンプレッサであり、密閉容器内に駆動要素としての電動要素と、当該電動要素により駆動される第１及び第２の回転圧縮要素にて構成されている。
【００２１】
圧縮機２４の第１の回転圧縮要素に冷媒を導入するための冷媒導入管４４の一端は、第１の回転圧縮要素のシリンダと連通しており、他端は、内部熱交換器４１の低圧側流路４１Ａの流出側に接続されている。他方、圧縮機２４の第２の回転圧縮要素で圧縮された冷媒を第２の回転圧縮要素に導入するための冷媒導入管４５は、圧縮機２４の外部の中間冷却回路５０を通過するように設けられている。当該中間冷却回路５０には、第１の回転圧縮要素で圧縮された冷媒を冷却するための熱交換器２２Ａが設置されており、第１の回転圧縮要素で圧縮された中間圧の冷媒は、熱交換器２２Ａにて冷却された後、第２の回転圧縮要素に吸い込まれる構成とされている。なお、この熱交換器２２Ａは、前記放熱器２２と一体に形成されており、これら熱交換器２２Ａ及び放熱器２２は、図示しない送風機にて空冷されるものとする。
【００２２】
一方、放熱器２２の出口側に接続された冷媒配管４６は前記内部熱交換器４１の高圧側流路４１Ｂの流入側に接続されている。内部熱交換器４１は、前記低圧側流路４１Ａと高圧側流路４１Ｂとが交熱的に設けられており、これにより、放熱器２２から出た高圧側の冷媒と蒸発器１９から出た低圧側の冷媒との熱交換が行われる。そして、高圧側流路４１Ｂの出口側に接続された冷媒配管４７は、キャピラリーチューブ２０を介して蒸発器１９に接続される。そして、蒸発器１９の出口側に接続された冷媒配管４８は、内部熱交換器４１の低圧側流路４１Ａの入口側に接続されている。
【００２３】
本実施例において、当該内部熱交換器４１は、前記蒸発器カバー４０に取り付けられる。即ち、図４の蒸発器カバー４０の正面図に示す如くダクト５内に縦設される蒸発器１９の前側に、蒸発器カバー４０が設けられ、当該蒸発器カバー４０の下部に、内部熱交換器４１が取り付けられる。この場合において、蒸発器カバー４０の後面には、内部熱交換器４１を構成する低圧側流路４１Ａが配設され、蒸発器カバー４０の前面には、内部熱交換器４１を構成する高圧側流路４１Ｂが配設される。
【００２４】
このとき、蒸発器カバー４０は熱良導性材料にて構成されていることから、当該蒸発器カバー４０にて内部熱交換器４１の低圧側流路４１Ａと高圧側流路４１Ｂの熱交換を効率的に行うことができる。また、この場合において、低圧側流路４１Ａから流出される冷媒温度は例えば＋２５℃であり、高圧側流路４１Ｂに流入する冷媒温度は例えば＋３０℃である。そのため、比較的温度が低い低圧側流路４１Ａを蒸発器カバー４０の後面、即ち、蒸発器１９側とし、比較的温度が高い高圧側流路４１Ｂを蒸発器カバー４０の前面に設けることで、蒸発器１９における冷却作用に与える影響を最小限とすることができる。特に、本実施例において貯蔵室８内は、冷蔵温度とするため、蒸発器１９の冷却能力に大きな影響は生じない。
【００２５】
また、低圧側流路４１Ａは、当該蒸発器カバー４０において冷媒の流れが上から下方向に流すように、冷媒の入口側を上端に、出口側を下端に形成するものとする。これにより、蒸発器１９から流出された低圧側冷媒は、上端の入口側から低圧側流路４１Ａ内に入り、下端の出口側から低圧側流路４１Ａを出る構成とすることができる。
【００２６】
他方、高圧側流路４１Ｂは、当該蒸発器カバー４０において冷媒の流れが下から上方向に流すように、冷媒の入口側を下端に、出口側を上端に形成するものとする。これにより、放熱器２２から出た高圧側冷媒は、下端の入口側から高圧側流路４１Ｂ内に入り、上端の出口側から高圧側流路４１Ｂを出る構成とすることができる。
【００２７】
そのため、低圧側流路４１Ａと高圧側流路４１Ｂとを流れる冷媒は、対向流となり、当該内部熱交換器４１における熱交換効率を向上させることができる。また、低圧側冷媒を上から下に流れる構成としたことで、オイル戻りを抑制することができるようになる。
【００２８】
なお、当該冷媒回路に封入される冷媒には、不燃性、不腐食性を有していると共に、オゾンを破壊せず、温暖化係数もフロン系冷媒の千分の一以下である二酸化炭素が用いられ、冷媒回路の高圧側は超臨界圧力となる。
【００２９】
次に、図５及び図６を参照して、ドレン水蒸発装置３について説明する。図５はドレン水蒸発装置３の斜視図、図６はドレン水蒸発装置３の一部分解斜視図を示している。本実施例におけるドレン水蒸発装置３は、四隅に設けられた支柱５１・・と、これら支柱５１によって上下に所定間隔を存して保持された３枚の蒸発皿５２・・とを備えて構成されている。各蒸発皿５２は、所定の深さを有して矩形状を呈する上部材５２Ａと、当該上部材５２Ａの底面を下方から被覆する下部材５２Ｂとから構成されており、これら上部材５２Ａと、下部材５２Ｂとの間には、前記蒸発パイプ４３が交熱的に配設されている。各蒸発皿５２に配設される蒸発パイプ４３は、それぞれ支柱５１に設けられる接続配管４３Ａにより、連続して構成される。
【００３０】
また、各蒸発皿５２内には、ドレン水が浸透していって、その表面から拡散しやすくする蒸発板５３がそれぞれ設けられている。本実施例では、蒸発板５３の一例としてユニベックス（商品名）を使用している。これは、ポリエステル繊維等の不織布を基材とし、この基材に微粒子のフェノールを熱硬化させて固着剤とし、更に親水性を付与してアルコール系の溶剤に浸した後、乾燥させて形成したものである。
【００３１】
なお、最下段を構成する蒸発皿５２以外の蒸発皿５２には、垂直方向で相互に重複しない位置に図示しないオーバーフロー管がそれぞれ取り付けられているものとする。
【００３２】
以上の構成により、冷却装置Ｒの圧縮機２４及び送風機１８が運転されると、低圧の冷媒ガスが圧縮機２４の第１の回転圧縮要素に吸い込まれて圧縮され、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、冷媒導入管４５から一旦密閉容器の外部に吐出され、中間冷却回路５０に入り、熱交換器２２Ａを通過する。そこで、冷媒は送風機による通風を受けて放熱する。
【００３３】
このように、第１の回転圧縮要素で圧縮された冷媒を熱交換器２２Ａにより冷却した後、第２の回転圧縮要素に吸い込ませることで、圧縮機２４の第１の回転圧縮要素から吐出される冷媒ガスの温度を低下させることができる。
【００３４】
その後、冷媒は第２の回転圧縮要素に吸い込まれて圧縮され、高温高圧の冷媒ガスとなり、冷媒吐出管４２より圧縮機２４の外部に吐出される。このとき、冷媒は適切な超臨界圧力まで圧縮されている。
【００３５】
冷媒吐出管４２から吐出された冷媒は、蒸発パイプ４３を介して放熱器２２に流入し、当該蒸発パイプ４３及び放熱器２２にて放熱した後、内部熱交換器４１の高圧側流路４１Ｂに流入する。そして、高圧側流路４１Ｂに流入した冷媒は高圧側流路４１Ｂ内部を下から上に向かって流れる。ここで、前述した如く高圧側流路４１Ｂと低圧側流路４１Ａとの交熱的に配設されているため、高圧側流路４１Ｂを流れる放熱器２２からの冷媒は低圧側流路４１Ａを流れる蒸発器１９からの冷媒に熱を奪われて冷却される。
【００３６】
これにより、放熱器２２からキャピラリーチューブ２０に流入する冷媒の温度を下げることができるため、蒸発器１９におけるエントロピー差を拡大することができる。従って、蒸発器１９における冷却能力を向上させることができる。
【００３７】
その後、内部熱交換器４１で冷却され、高圧側流路４１Ｂから流出した冷媒はキャピラリーチューブ２０に至る。このキャピラリーチューブ２０の入口では冷媒ガスはまだ気体の状態である。冷媒はキャピラリーチューブ２０における圧力低下により、ガス／液体の二相混合体とされ、その状態で蒸発器１９内に流入する。そこで冷媒が蒸発することで冷却作用を発揮し、ダクト５内の空気を冷却する。
【００３８】
これにより、送風機１８が運転されていることから、蒸発器１９と熱交換した冷気はダクト５内を上昇せられ、冷気吐出口１４より冷気吸込口１５に向かって吐出される。そして、冷気吸込口１５から吸い込まれた冷気は再び送風機１８によって加速される。これによって、開口１２には冷気エアーカーテンが形成され、この冷気エアーカーテンの一部が貯蔵室８内に循環されて貯蔵室８内は所定温度に冷却される。
【００３９】
その後、冷媒は蒸発器１９から流出して内部熱交換器４１の低圧側流路４１Ａ内に流入する。当該低圧側流路４１Ａ内に流入した冷媒は上から下に向かって流れる。ここで、蒸発器１９で蒸発し低温とされた冷媒は、完全に気体の状態ではなく液体が混在した状態となる場合もあるが、内部熱交換器４１の低圧側流路４１Ａ内を通過させて、高圧側流路４１Ｂを流れる冷媒と熱交換させることで、冷媒が加熱され、この時点で冷媒の過熱度が確保され完全に気体の状態となる。これにより、圧縮機２４に液冷媒が吸い込まれて、圧縮機２４が破損するなどの不都合を未然に回避することができる。なお、内部熱交換器４１で加熱された冷媒は、冷媒導入管４４から圧縮機２４の第１の回転圧縮要素内に帰還する。
【００４０】
上述の構成により、内部熱交換器４１は、冷気が流通するダクト５内に設けられた蒸発器カバー４０に取り付けられていることから、内部熱交換器４１の設置スペースを十分に確保することが可能となる。そのため、低圧側流路４１Ａ及び高圧側流路４１Ｂを効率的な熱交換を実現するために必要とされるだけの長さ寸法として、例えば管径１０ｍｍ程度の冷媒配管にて構成された場合、約３ｍｍ程度にて構成した場合であっても、十分な設置スペースを確保することができる。これにより、冷却効率の向上を図ることができる。
【００４１】
そのため、例えば、当該内部熱交換器４１を機械室２に配設する場合に比して、ショーケース自体を小型化することが可能となる。また、内部熱交換器４１が配設されるダクト５内は、予め蒸発器１９によって冷却されているため、内部熱交換器４１に格別に断熱材等を被覆させる必要がなくなり、コストの低廉化を図ることができる。
【００４２】
なお、冷却装置Ｒは、図示しない制御装置によって蒸発器１９の除霜運転が実行されることで、ドレン受け部Ｄに受容されたドレン水は、前記排水管から流下してドレン水蒸発装置３の最上段の蒸発皿５２に受容される。蒸発皿５２内に流入したドレン水は、蒸発皿５２の下面に交熱的に配設された前記蒸発パイプ４３を流入する高温の冷媒と熱交換することで、効率的に蒸発処理される。
【００４３】
また、最上段の蒸発皿５２にて処理しきれなかったドレン水は、前記オーバーフロー管を介して下方に設けられる蒸発皿５２に順次流下し、それぞれの蒸発皿５２においても、下面に交熱的に配設された前記蒸発パイプ４３を流入する高温の冷媒と熱交換することで、効率的に蒸発処理される。
【００４４】
更にまた、各蒸発皿５２には、蒸発板５３が設けられているため、当該蒸発板５３にドレン水が浸透することで、その表面から拡散し、ドレン水の蒸発を促進することができる。
【００４５】
これにより、格別に電気ヒータを設けることなく、高温の冷媒が流入する蒸発パイプ４３の熱を効率的にドレン水の加熱に用いることにより、ドレン水の蒸発処理能力を向上させることができる。
【００４６】
また、蒸発パイプ４３内を流入する高温冷媒は、当該ドレン水の蒸発に用いられることで放熱されることにより、事実上、放熱器２２の容量増大を図ることができることとなる。そのため、これによっても、冷却能力の向上を図ることができる。
【００４７】
本実施例では、冷媒として二酸化炭素が使用されていることから、蒸発パイプ４３内には、従来のフロン系冷媒に比して高圧の冷媒が流れるため、当該蒸発パイプ４３の管径を細くした場合であっても圧力損失を無視することができる。これにより、当該管径を細くすることで、放熱効率が向上され、冷却能力を向上させることができる。
【００４８】
また、二酸化炭素を使用することで、環境に適した低温ショーケース、即ちノンフロン化を実現した装置を提供できる。また、二酸化炭素は他の冷媒に比して著しく入手しやすいことから利便性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明を適用した低温ショーケースの部分透視正面図である。
【図２】図１の低温ショーケースの縦断側面図である。
【図３】図１の低温ショーケースに適用した冷却装置の冷媒回路図である。
【図４】蒸発器カバーの正面図である。
【図５】ドレン水蒸発装置の斜視図である。
【図６】ドレン水蒸発装置の一部分解斜視図である。
【符号の説明】
【００５０】
Ｒ    冷却装置
１    低温ショーケース
２    機械室
３    ドレン水蒸発装置
４    仕切板
５    ダクト
６    断熱壁
８    貯蔵室
１２  前面開口
１９  蒸発器
２０  キャピラリーチューブ（減圧装置）
２２  放熱器
２４  圧縮機
４０  蒸発器カバー
４１  内部熱交換器
４１Ａ  低圧側流路
４１Ｂ  高圧側流路
４２  冷媒吐出管
４３  蒸発パイプ
５２  蒸発皿
５３  蒸発板
【図１】
2006300454.tif 000003
【図２】
2006300454.tif 000004
【図３】
2006300454.tif 000005
【図４】
2006300454.tif 000006
【図５】
2006300454.tif 000007
【図６】
2006300454.tif 000008