(57)【要約】【課題】スターリング冷凍機から放出される排熱によって冷房負荷を増加させることのない冷凍システムを提供する。【解決手段】第２の冷蔵ショーケース２０の熱源となるスターリング冷凍機２１の放熱部２１ｃを放熱用熱交換器２３によって第１の冷蔵ショーケース１０が接続された冷媒回路４０を流通する冷媒と熱交換させるようにしたので、スターリング冷凍機２１によって第２の冷蔵ショーケース２０内を冷却する際に放熱部２１ｃから放出される熱を冷凍機ユニット３０の凝縮器３２から店舗Ａの室外へ放出することができ、店舗Ａの室内を冷房する際の冷房負荷を低減することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
室内側に設置される第１の冷凍機器に設けられた室内側熱交換器と、室外側に配置される室外側熱交換器と、室内側熱交換器に熱媒体を循環させる熱媒体回路と、熱媒体回路の熱媒体の熱を室外側熱交換器を介して室外側に放出する冷凍機と、室内側に設置される第２の冷凍機器に設けられたスターリング冷凍機とを備えた冷凍システムであって、
前記スターリング冷凍機の放熱部と熱媒体回路の熱媒体の一部とを熱交換可能な放熱用熱交換器を備えた
ことを特徴とする冷凍システム。
【請求項２】
前記スターリング冷凍機の放熱部の熱を室内側の空気に放出可能な放熱器と、
前記スターリング冷凍機の放熱部の熱の放出先を放熱用熱交換器及び放熱器の何れか一方に切換可能な切換手段とを備えた
ことを特徴とする請求項１記載の冷凍システム。
【請求項３】
前記スターリング冷凍機の冷却負荷を検出する負荷検出手段と、
負荷検出手段によって検出された負荷が所定の負荷よりも大きい場合にはスターリング冷凍機の放熱部が熱媒体回路の熱媒体と熱交換するように切換手段を制御する制御手段とを備えた
ことを特徴とする請求項２記載の冷凍システム。
【請求項４】
前記負荷検出手段をスターリング冷凍機の放熱部の温度を冷却負荷として検出するように構成した
ことを特徴とする請求項３記載の冷凍システム。
【請求項５】
前記負荷検出手段をスターリング冷凍機の駆動時の電流値を冷却負荷として検出するように構成した
ことを特徴とする請求項３記載の冷凍システム。
【請求項６】
前記負荷検出手段をスターリング冷凍機の振動部分の振幅を冷却負荷として検出するように構成した
ことを特徴とする請求項３記載の冷凍システム。
【請求項７】
前記室内空間が冷房される場合にはスターリング冷凍機の放熱部の熱を熱媒体回路の熱媒体に放出させ、室内空間が暖房される場合にはスターリング冷凍機の放熱部の熱を放熱器によって室内空気に放出させるように切換手段を制御する制御手段を備えた
ことを特徴とする請求項２記載の冷凍システム。
【請求項８】
前記第１の冷凍機器を空気調和機によって構成した
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６または７記載の冷凍システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スターリング冷凍機を用いた冷凍システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばスーパーマーケットまたはコンビニエンスストア等の店舗内に設置される冷蔵または冷凍のショーケースの冷凍システムとしては、ショーケースに設けられた室内側熱交換器と、店舗外に設置された冷凍機と、冷凍機に設けられた室外側熱交換器と、ポンプによって室内側熱交換器及び室外側熱交換器に熱媒体を循環させる熱媒体回路とを備え、室内側熱交換器によってショーケース内の空気を冷却するとともに、熱媒体が吸収した熱を室外側熱交換器により排熱として店舗外に排出するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、オゾン層破壊や地球温暖化の影響が少ない冷却装置として、スターリング冷凍機をショーケースの冷却に用いたものが提案されている。
【特許文献１】特開２０００−２０５７３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、スターリング冷凍機を備えたショーケースでは、排熱を放熱器によって店舗内に放出しているため、夏季等の店舗内を冷房する場合には、冷房負荷が大きくなるという問題点があった。
【０００５】
本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スターリング冷凍機から放出される排熱によって冷房負荷を増加させることのない冷凍システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は前記目的を達成するために、室内側に設置される第１の冷凍機器に設けられた室内側熱交換器と、室外側に配置される室外側熱交換器と、室内側熱交換器に熱媒体を循環させる熱媒体回路と、熱媒体回路の熱媒体の熱を室外側熱交換器を介して室外側に放出する冷凍機と、室内側に設置される第２の冷凍機器に設けられたスターリング冷凍機とを備えた冷凍システムであって、前記スターリング冷凍機の放熱部と熱媒体回路の熱媒体の一部とを熱交換可能な放熱用熱交換器を備えている。
【０００７】
これにより、スターリング冷凍機の放熱部と熱媒体回路の熱媒体の一部とを放熱用熱交換器によって熱交換することにより、スターリング冷凍機によって第２の冷凍機器を冷却する際に放熱部から放出される熱が室外側熱交換器によって室外側に放出される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、スターリング冷凍機によって第２の冷凍機器を冷却する際に放熱部から放出される熱を室外側熱交換器によって室外側へ排出することができるので、室外側を冷房する際の冷房負荷を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１乃至図２は本発明の第１の実施形態を示すもので、図１は冷凍システムの冷媒回路図、図２は制御系を示すブロック図である。
【００１０】
この冷凍システムは、店舗Ａの室内に設置された第１の冷凍機器としての複数の第１の冷蔵ショーケース１０と、同じく店舗Ａの室内に設置され、スターリング冷凍機によって庫内を冷却する第２の冷凍機器としての第２の冷蔵ショーケース２０と、各第１の冷蔵ショーケース１０及びスターリング冷凍機の排熱を放出する冷凍機ユニット３０と、第１の冷蔵ショーケース１０、第２の冷蔵ショーケース２０及び冷凍機ユニット３０によって冷凍サイクルを構成する熱媒体回路としての冷媒回路４０と、各第１の冷蔵ショーケース１０及び第２の冷蔵ショーケース２０の運転を制御する制御部５０とから構成されている。
【００１１】
各第１の冷蔵ショーケース１０は、例えば前面を開放したオープンショーケースからなり、それぞれの第１の冷蔵ショーケース１０の内部には冷媒回路４０に接続された室内側熱交換器としての蒸発器１１が設けられている。また、各第１の冷蔵ショーケース１０の内部には第１の冷蔵ショーケース１０内の空気と蒸発器１１内の冷媒とをそれぞれ熱交換させる蒸発器用送風機１２が設けられている。
【００１２】
第２の冷蔵ショーケース２０は、例えば前面をガラス扉によって開閉するリーチインショーケースからなり、熱源としてのスターリング冷凍機２１と、庫内を冷却する冷却器ユニット２２と、冷媒回路４０と連結された放熱用熱交換器２３とを備えている。
【００１３】
スターリング冷凍機２１は、再生器を内蔵したディスプレーサ及びピストンを一端側が閉塞された円筒状のシリンダ２１ａ内に収容した周知の構成からなり、シリンダヘッドとディスプレーサとの間には膨張空間が形成されるとともに、ディスプレーサとピストンとの間には圧縮空間が形成されている。また、図示していないが、膨張空間と圧縮空間は再生器を介して連通しており、再生器に作動流体としてのヘリウムガスが流通することにより再生器とヘリウムガスを熱交換させるようになっている。即ち、ディスプレーサとピストンをそれぞれ所定の位相差を持つように往復動させると、シリンダ２１ａ内のヘリウムガスが膨張空間と圧縮空間との間で循環し、膨張空間において吸熱するとともに、圧縮空間において放熱する。これにより、シリンダヘッド側が吸熱部２１ｂとなるとともに、シリンダの基部側が放熱部２１ｃとなる。
【００１４】
冷却器ユニット２２は、スターリング冷凍機２１の吸熱部２１ｂに設けられた低温側熱交換部２２ａと、第２の冷蔵ショーケース２０内に設けられた冷却器２２ｂとを配管によって接続し、内部に水、アルコール、アンモニアまたは炭化水素系冷媒等を作動流体として充填することによりサーモサイホンを構成している。また、冷却器ユニット２２は冷却器２２ｂにおいて作動流体と第２のショーケース２０内の空気とを熱交換させる冷却器用送風機２２ｃを備えている。
【００１５】
放熱用熱交換器２３は、スターリング冷凍機２１の放熱部２１ｃに設けられるとともに、冷媒回路４０に接続され、スターリング冷凍機２１の放熱部２１ｃと冷媒とを熱交換するようになっている。
【００１６】
冷凍機ユニット３０は、店舗Ａの室外に設置され、冷媒回路４０に接続された圧縮機３１と、圧縮機３１の吐出側に接続された室外側熱交換器としての凝縮器３２と、凝縮器３２を流通する冷媒と室外の空気を熱交換させる凝縮器用送風機３３とを備えている。
【００１７】
冷媒回路４０は、図１に示すように、各蒸発器１１、放熱用熱交換器２３、圧縮機３１、凝縮器３２、第１及び第２の電磁弁４１ａ，４１ｂ、第１及び第２の膨張弁４２ａ，４２ｂを備え、これらは冷媒流通用の配管によって接続されている。即ち、圧縮機３１の吐出側には凝縮器３２の吸入側が接続され、凝縮器３２の吐出側には各蒸発器１１の吸入側及び放熱用熱交換器２３の吸入側がそれぞれ並列に接続されている。このとき、凝縮器３２の吐出側と各蒸発器１１の吸入側との間には第１の電磁弁４１ａが設けられ、第１の電磁弁４１ａの蒸発器１１側には第１の膨張弁４２ａが設けられている。また、凝縮器３２の吐出側と放熱用熱交換器２３の吸入側との間には第２の電磁弁４１ｂが設けられ、第２の電磁弁４１ｂの放熱用熱交換器２３側には第２の膨張弁４２ｂが設けられている。各蒸発器１１の吐出側及び放熱用熱交換器２３の吐出側はぞれぞれ圧縮機３１の吸入側に並列に接続されることにより、冷媒回路４０が構成されている。
【００１８】
制御部５０はマイクロコンピュータからなり、図２に示すように、蒸発器用送風機１２、スターリング冷凍機２１、冷却器用送風機２２ｃ、圧縮機３１、凝縮器用送風機３３、各第１の電磁弁４１ａ及び第２の電磁弁４１ｂが接続されている。
【００１９】
以上のように構成された冷凍システムにおいて、制御部５０は蒸発器用送風機１２、スターリング冷凍機２１、冷却器用送風機２２ｃ、圧縮機３１、凝縮器用送風機３３を運転し、各第１の電磁弁４１ａ及び第２の電磁弁４１ｂを開放する。これにより、圧縮機３１から吐出された冷媒は凝縮器３２を流通した後、冷媒の一部は第１の電磁弁４１ａ及び第１の膨張弁４２ａを介して各蒸発器１１を流通するとともに、他の冷媒は第２の電磁弁４１ｂ及び第２の膨張弁４２ｂを介して放熱用熱交換器２３を流通し、各蒸発器１１及び放熱用熱交換器２３から流出した冷媒はそれぞれ圧縮機３１に吸入される。このような冷媒の循環によって、蒸発器１１を流通する冷媒により第１の冷蔵ショーケース１０内の空気が冷却される。また、冷却器ユニット２２の作動流体は低温側熱交換部２２ａ及び冷却器２２ｂを自然循環することにより、冷却器２２ｂを流通する作動流体によって第２の冷蔵ショーケース２０内の空気が冷却される。
【００２０】
このとき、放熱用熱交換器２３では、スターリング冷凍機２１の放熱部２１ｃから放出される熱と冷媒回路４０の冷媒とが熱交換される。これにより、冷媒回路４０の冷媒は、スターリング冷凍機２１の放熱部２１ｃから放出される熱を放熱用熱交換器２３において吸収し、冷凍機ユニット３０の凝縮器３２において室外の空気と熱交換することにより、スターリング冷凍機２１の排熱を外部に放出する。
【００２１】
このように、本実施形態の冷凍システムによれば、第２の冷蔵ショーケース２０の熱源となるスターリング冷凍機２１の放熱部２１ｃを放熱用熱交換器２３によって第１の冷蔵ショーケース１０が接続された冷媒回路４０を流通する冷媒と熱交換させるようにしたので、スターリング冷凍機２１によって第２の冷蔵ショーケース２０内を冷却する際に放熱部２１ｃから放出される熱を冷凍機ユニット３０の凝縮器３２から店舗Ａの室外へ放出することができ、店舗Ａの室内を冷房する際の冷房負荷を低減することができる。
【００２２】
図３乃至図４は本発明の第２の実施形態を示すもので、図３は冷凍空調システムの冷媒回路図、図４は制御系を示すブロック図である。尚、前記実施形態と同等の構成部分には同一の符号を付して示す。
【００２３】
この冷凍システムは、図３に示すように、前記実施形態の放熱用熱交換器２３とともに、店舗Ａ内に放熱部２１ｃの熱を放出する放熱器としての放熱器ユニット６０が設けられている。
【００２４】
放熱器ユニット６０は、スターリング冷凍機２１の放熱部２１ｃに設けられた高温側熱交換部６１と、第２の冷蔵ショーケース２０の上部に設けられた放熱器６２とを配管によって接続し、内部に水、アルコール、アンモニアまたは炭化水素系冷媒等を作動流体として充填することによりサーモサイホンを構成している。また、放熱器ユニット６０は放熱器６２において作動流体と店舗Ａ内の空気とを熱交換させる放熱器用送風機６３を備えている。
【００２５】
また、制御部７０は、図４に示すように、蒸発器用送風機１２、スターリング冷凍機２１、冷却器用送風機２２ｃ、圧縮機３１、凝縮器用送風機３３、各第１の電磁弁４１ａ及び第２の電磁弁４１ｂ、放熱器用送風機６３、スターリング冷凍機２１の放熱部２１ｃの温度を検出する温度センサ７１、店舗Ａ内を冷房運転または暖房運転を行う空気調和機７２が接続されている。
【００２６】
以上のように構成された冷凍システムにおいて、夏季等に店舗Ａ内を冷房する場合、制御部７０は、放熱器用送風機６３を運転することなく、蒸発器用送風機１２、スターリング冷凍機２１、冷却器用送風機２２ｃ、圧縮機３１、凝縮器用送風機３３を運転し、各第１の電磁弁４１ａ及び第２の電磁弁４１ｂを開放する。これにより、前記第１の実施形態と同様に、冷媒回路４０の冷媒は、スターリング冷凍機２１の放熱部２１ｃから放出される熱を放熱用熱交換器２３において吸収し、冷凍機ユニット３０の凝縮器３２において室外の空気と熱交換することにより、スターリング冷凍機２１の排熱を外部に放出する。また、第１の冷蔵ショーケース１０の蒸発器１１を除霜する場合や故障等の場合、制御部７０によって圧縮機３１を停止して第２の電磁弁４１ｂを閉鎖するとともに、放熱器用送風機６３を運転する。これにより、冷媒回路４０の冷媒は、放熱用熱交換器２３に流通しないので、スターリング冷凍機２１の放熱部２１ｃから放出される熱を吸収することはない。また、放熱器ユニット６０の作動流体は、スターリング冷凍機２１の放熱部２１ｃから放出される熱を高温側熱交換部６１において吸収し、放熱器６２において室内の空気と熱交換することにより、スターリング冷凍機２１の排熱を室外に放出する。このようにして、第１の冷蔵ショーケース１０の運転を停止する場合にも、第２の冷蔵ショーケース２０の運転を継続することができる。
【００２７】
また、冬季等に店舗Ａ内を暖房する場合、制御部７０は、蒸発器用送風機１２、スターリング冷凍機２１、冷却器用送風機２２ｃ、圧縮機３１、凝縮器用送風機３３、放熱器用送風機６３を運転し、各第１の電磁弁４１ａを開放し、第２の電磁弁４１ｂを閉鎖する。これにより、冷媒回路４０の冷媒は、放熱用熱交換器２３に流通しないので、スターリング冷凍機２１の放熱部２１ｃから放出される熱を吸収することはない。また、放熱器ユニット６０の作動流体は、スターリング冷凍機２１の放熱部２１ｃから放出される熱を高温側熱交換部６１において吸収し、放熱器６２において室内の空気と熱交換することにより、スターリング冷凍機２１の排熱を室内に放出する。更に、温度センサ７１によって検出される検出温度が設定温度よりも高くなった場合、制御部７０は放熱用送風機６３の運転を停止するとともに、第２の電磁弁４１ｂを開放する。これにより、冷媒回路４０の冷媒は、スターリング冷凍機２１の放熱部２１ｃから放出される熱を放熱用熱交換器２３において吸収し、冷凍機ユニット３０の凝縮器３２において室外の空気と熱交換することにより、スターリング冷凍機２１の排熱を外部に放出する。また、放熱器ユニット６０の作動流体は、放熱用送風機６３の運転を停止することにより、放熱器６２において室内の空気中に排熱を放出しないため、高温側熱交換部６１においてスターリング冷凍機２１の放熱部２１ｃから放出される熱を吸収することはない。このようにして、スターリング冷凍機２１の冷却負荷が大きい場合に、スターリング冷凍機２１の放熱部２１ｃを冷媒回路４０の冷媒と熱交換させることによりスターリング冷凍機２１の冷却効率を向上させること可能となる。
【００２８】
このように、本実施形態の冷凍システムによれば、第２の冷蔵ショーケース２０の熱源となるスターリング冷凍機２１の放熱部２１ｃを放熱器ユニット６０によって店舗Ａ内の空気と熱交換させるようにしたので、スターリング冷凍機２１によって第２の冷蔵ショーケース２０内を冷却する際に放熱部２１ｃから放出される熱を放熱器ユニット６０の放熱器６２から店舗Ａ内の空気中に放出することができ、店舗Ａ内を暖房する際の暖房負荷を低減することができる。
【００２９】
また、スターリング冷凍機２１の冷却負荷を検出するためにスターリング冷凍機２１の放熱部２１ｃの温度を検出する温度センサ７１を設け、温度センサ７１によって検出された検出温度が所定温度よりも高い場合にスターリング冷凍機２１の放熱部２１ｃの熱を冷媒回路４０の冷媒に放出するようにしたので、第２の冷蔵ショーケース２０の冷却負荷が大きい場合には店舗Ａ内の空気よりも効率的に熱を放熱することができ、スターリング冷凍機２１の冷却効率を向上させることができる。
【００３０】
また、スターリング冷凍機２１の放熱部２１ｃの熱を冷媒回路４０の冷媒または店舗Ａ内の空気中に放出するようにしたので、店舗Ａ内を冷房する場合には、スターリング冷凍機２１の放熱部２１ｃの熱を熱媒体回路４０の冷媒に放出し、店舗Ａ内を暖房する場合には、スターリング冷凍機２１の放熱部２１ｃの熱を店舗Ａ内の空気中に放出することができ、一年を通じて空調負荷を低減させることができる。
【００３１】
尚、前記実施形態では、スターリング冷凍機２１の放熱部２１ｃの熱を放出させる熱媒体回路としてヒートポンプ式の冷媒回路４０を示したが、ブライン配管、サーモサイホン等の熱媒体回路を用いてもよいし、空気調和機の冷水配管に接続するようにしてもよい。
【００３２】
また、前記実施形態では、スターリング冷凍機２１を備えた冷凍機器としてショーケースを示したが、冷蔵庫、自動販売機、空調機器などの冷凍機器であってもよい。
【００３３】
また、前記実施形態では、スターリング冷凍機２１の放熱部２１ｃの熱を放出させる熱媒体回路として第１の冷蔵ショーケース１０が接続された冷媒回路４０を示したが、図５に示すように、第１の冷凍機器としての空気調和機８０が接続されている冷媒回路９０にスターリング冷凍機２１の放熱部２１ｃの熱を放出させるようにしてもよい。
【００３４】
また、前記実施形態では、第２の冷蔵ショーケース２０の冷却負荷を検出する手段としてスターリング冷凍機２１の放熱部２１ｃの温度を温度センサ７１によって検出し、検出温度が所定温度よりも高い場合にスターリング冷凍機２１の放熱部２１ｃの熱を冷媒回路４０の冷媒に放出するようにしたものを示したが、図６に示すように、電流検出器１０１によってスターリング冷凍機２１の駆動モータの電流値を検出し、その検出電流値が所定の電流値よりも高い場合にスターリング冷凍機２１の放熱部２１ｃの熱を冷媒回路４０の冷媒に放出するようにしてもよい。また、図７に示すように、振動センサ１０２によってスターリング冷凍機２１の振動部分の振幅を検出し、その検出された振幅が所定の振幅よりも大きい場合にスターリング冷凍機２１の放熱部２１ｃの熱を冷媒回路４０の冷媒に放出するようにしてもよい。
【００３５】
また、前記実施形態では、空気調和機７２の冷暖房の運転を検知することにより、スターリング冷凍機２１の放熱部２１ｃの熱の放出先を切換えるようにしたものを示したが、空気調和機７２の設定温度や室内温度に基づいて放熱部２１ｃの熱の放出先を切換えるようにしてもよいし、夏季には放熱部２１ｃの熱を冷媒回路４０に放出し、冬期には放熱部２１ｃの熱を店舗Ａ内に放出するようなタイムテーブルを制御部７０に備えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す冷凍システムの冷媒回路図
【図２】制御系を示すブロック図
【図３】本発明の第２の実施形態を示す冷凍システムの冷媒回路図
【図４】制御系を示すブロック図
【図５】第１の冷凍機器として空気調和機を接続した冷凍システムの冷媒回路図
【図６】その他の負荷検出手段を示すブロック図
【図７】その他の負荷検出手段を示すブロック図
【符号の説明】
【００３７】
１０…第１の冷蔵ショーケース、１１…蒸発器、２０…第２の冷蔵ショーケース、２１…スターリング冷凍機、２１ｃ…放熱部、３０…冷凍機ユニット、３２…凝縮器、４０…冷媒回路、６０…放熱器ユニット、７０…制御部、７１…温度センサ、７２…空気調和機、８０…空気調和機、９０…冷媒回路、１０１…電流検出器、１０２…振動センサ、Ａ…店舗。
【図１】
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【図２】
2006132837.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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