(57)【要約】【課題】温度すべりによって冷媒温度が上昇して熱交換器の温度と空気温度とが接近し、熱交換の効率が悪い温度領域においても、蓄冷材と空気温度との間で熱交換を可能とし、冷凍ユニットの効率を向上させることを目的とする。【解決手段】温度すべりを有する冷媒が充填されている冷凍サイクルによって構成される冷凍ユニットであって、蒸発器２４と圧縮機２１との間に、冷媒が通過する冷媒通過層と、蓄冷材が充填可能な蓄冷材室を有する蓄冷層と、外気が通過する空気通過層と、を備える蓄冷部３０と、圧縮機２１の吐出圧力を検知する圧力検知器と、空気温度を検知する温度検知器と、検知した吐出圧力及び空気温度に基づき、蓄冷材室の蓄冷材の充填量を決定する充填量制御部と、蓄冷材が貯留され、充填量制御部からの信号によって蓄冷材室内の蓄冷材の充填量を調整する充填機構３５と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
等圧下の二相状態において、乾き度の変化に伴って蒸発温度や凝縮温度が変化する温度すべりを有する冷媒が充填されている冷凍サイクルによって構成される冷凍ユニットであって、
蒸発器と圧縮機との間に、前記冷媒が通過する冷媒通過層と、蓄冷材が充填可能な蓄冷材室を有する蓄冷層と、外気が通過する空気通過層と、を備える蓄冷部と、
前記圧縮機の吐出圧力を検知する圧力検知器と、
空気温度を検知する温度検知器と、
検知した吐出圧力及び空気温度に基づき、前記蓄冷材室の前記蓄冷材の充填量を決定する充填量制御部と、
前記蓄冷材が貯留され、前記充填量制御部からの信号によって前記蓄冷材室内の前記蓄冷材の充填量を調整する充填機構と、を備えることを特徴とする冷凍ユニット。
【請求項２】
前記蓄冷材は、相変化温度が異なる複数の蓄冷材とされ、
前記蓄冷層は、複数の前記蓄冷材に対応した複数の前記蓄冷材室を備え、
複数の前記蓄冷材室は、複数の前記蓄冷材に対応した複数の前記充填機構に各々接続されることを特徴とする請求項１に記載の冷凍ユニット。
【請求項３】
前記蓄冷材は、相変化温度が異なる複数の蓄冷材とされ、
前記蓄冷層は、１つの前記蓄冷材室を備え、
１つの前記蓄冷材室は、複数の前記蓄冷材に対応した複数の前記充填機構に接続されることを特徴とする請求項１に記載の冷凍ユニット。
【請求項４】
前記充填機構は、前記圧縮機の上流及び下流の圧力差を利用して作動するピストン機構を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の冷凍ユニット。
【請求項５】
等圧下の二相状態において、乾き度の変化に伴って蒸発温度や凝縮温度が変化する温度すべりを有する冷媒が充填されている冷凍サイクルによって構成される冷凍ユニットであって、
蒸発器と圧縮機との間に、前記冷媒が通過する冷媒通過層と、蓄冷材が充填された蓄冷材室を有する蓄冷層と、外気が通過する空気通過層と、を備える蓄冷部を備えることを特徴とする冷凍ユニット。
【請求項６】
前記蓄冷材は、相変化温度が異なる複数の蓄冷材とされ、
前記蓄冷層は、複数の前記蓄冷材に対応した複数の前記蓄冷材室を備え、
複数の前記蓄冷材室は、前記冷媒の通過方向に対して並列に配置されることを特徴とする請求項５に記載の冷凍ユニット。
【請求項７】
前記蓄冷材は、相変化温度が異なる複数の蓄冷材とされ、
前記蓄冷層は、複数の前記蓄冷材に対応した複数の前記蓄冷材室を備え、
複数の前記蓄冷材室は、前記冷媒の通過方向に対して直列に配置されることを特徴とする請求項５に記載の冷凍ユニット。
【請求項８】
膨張弁に流入する冷媒と前記蓄冷部から流出する冷媒との熱交換が可能な熱交換回路を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の冷凍ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度すべりを有する冷媒が充填されている冷凍サイクルによって構成される冷凍ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、冷凍ユニットに用いられる冷媒が地球温暖化に及ぼす影響が問題視されている。現在、冷凍ユニットには、複数の冷媒をバランスよく混合させた混合冷媒（非共沸混合冷媒・疑似共沸混合冷媒）が使用されているが、ＧＷＰ値（地球温暖化係数）が高く、更に低いＧＷＰ値への転換を推進する必要がある。しかしながら、低ＧＷＰ冷媒は、現在の冷凍ユニットで主に使用されている冷媒と比較すると熱交換効率が悪く、冷凍ユニットの効率低下や大型化などを招く虞がある。
【０００３】
現在、冷凍ユニットで主に使用されている冷媒としては、疑似共沸混合冷媒、例えば、Ｒ４０４Ａは、Ｒ１２５とＲ１４３ａ等が混合された冷媒である。これは、二相状態においても、蒸発温度や凝縮温度がほぼ一定である。これに対して、低ＧＷＰ（Ｒ４４８ＡやＲ４５２Ａ等）冷媒においては、等圧下の二相状態において、乾き度の変化に伴って蒸発温度や凝縮温度が変化する温度すべりという現象が顕著に生じる。
【０００４】
この温度すべりによって、蒸発器が備える熱交換器での熱交換効率が悪化して、冷凍ユニットとしての効率低下を招いてしまう。
【０００５】
特許文献１には、非共沸混合冷媒を用いた冷凍空調装置において、サイクル内に蓄熱交換器を備え、蓄熱熱交換器内での非共沸混合冷媒の蒸発温度の高温部分と低温部分とを逆転し、蓄熱熱交換器に均一な厚さの氷を生成でき、効率の高い蓄熱運転が可能とする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３３６０６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、回路の構成に着目して、複数の四方弁や電磁弁を設けることで、蒸発温度の高温部分と低温部分とを逆転可能にして、効率の高い蓄熱運転を実現している。しかし、蓄熱槽に蓄熱する蓄熱運転と、蓄熱を利用して行う蓄熱利用冷房運転とを切り換える必要がある。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、温度すべりによって冷媒温度が上昇して熱交換器の温度と空気温度とが接近し、熱交換の効率が悪い温度領域においても、運転を切り換えることなく蓄冷材と空気温度との間で熱交換を可能とし、冷凍ユニットの効率向上を図ることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、冷凍ユニットは以下の手段を採用する。
即ち、本発明の第１の態様に係る冷凍ユニットは、等圧下の二相状態において、乾き度の変化に伴って蒸発温度や凝縮温度が変化する温度すべりを有する冷媒が充填されている冷凍サイクルによって構成される冷凍ユニットであって、蒸発器と圧縮機との間に、冷媒が通過する冷媒通過層と、蓄冷材が充填可能な蓄冷材室を有する蓄冷層と、外気が通過する空気通過層と、を備える蓄冷部と、前記圧縮機の吐出圧力を検知する圧力検知器と、空気温度を検知する温度検知器と、検知した吐出圧力及び空気温度に基づき、前記蓄冷材室の前記蓄冷材の充填量を決定する充填量制御部と、前記蓄冷材が貯留され、前記充填量制御部からの信号によって前記蓄冷材室内の前記蓄冷材の充填量を調整する充填機構と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
蒸発器と圧縮機との間に、蓄冷材が充填可能な蓄冷材室を有する蓄冷部を備えることとした。これにより、蒸発過程において、温度すべりによって冷媒温度が上昇して熱交換器の温度と空気温度とが接近し、熱交換の効率が悪い温度領域においても、蓄冷材の相変化温度と冷媒との温度差を蓄冷材が吸収する。従って、蓄冷材と空気温度との間で熱交換を可能とすることができ、冷凍サイクルの効率向上を図ることができる。また、蓄冷材室内の蓄冷材の充填量を調整する充填機構を備えることとした。これにより、蓄冷材の充填量を周囲の環境変化に適した充填量に適宜調整可能となり、効率的に蓄冷材による熱交換を行うことができる。なお、蓄冷材によって熱交換された空気は、蒸発器が備える熱交換器に供給可能である。
また、冷凍サイクル停止時などの冷媒が流れていない状態においては、空気温度が蓄冷材の温度を上回るので、蓄冷材を冷却に作用させることができる。
【００１１】
また、前記蓄冷材は、相変化温度が異なる複数の蓄冷材とされ、前記蓄冷層は、複数の前記蓄冷材に対応した複数の前記蓄冷材室を備え、複数の前記蓄冷材室は、複数の前記蓄冷材に対応した複数の前記充填機構に各々接続されることを特徴とする。
【００１２】
蓄冷材は相変化温度が異なる複数の蓄冷材とされ、蓄冷層は複数の蓄冷材に対応した複数の蓄冷材室を備え、複数の蓄冷材室は複数の蓄冷材に対応した複数の充填機構に各々接続されることとした。これにより、空気温度の変化や設定温度に適した蓄冷材を選択可能になり、幅広い温度帯において、効率的に蓄冷材による熱交換を行うことができる。
【００１３】
また、前記蓄冷材は、相変化温度が異なる複数の蓄冷材とされ、前記蓄冷層は、１つの前記蓄冷材室を備え、１つの前記蓄冷材室は、複数の前記蓄冷材に対応した複数の前記充填機構に接続されることを特徴とする。
【００１４】
蓄冷材は相変化温度が異なる複数の蓄冷材とされ、蓄冷層は１つの蓄冷材室を備え、１つの蓄冷材室は複数の蓄冷材に対応した複数の充填機構に接続されることとした。これにより、空気温度の変化や設定温度に適した蓄冷材を選択可能になり、幅広い温度帯において、効率的に蓄冷材による熱交換を可能にしつつ、蓄冷部の構造の簡便化を実現できる。
【００１５】
また、前記充填機構は、前記圧縮機の上流及び下流の圧力差を利用して作動するピストン機構を備えることを特徴とする。
【００１６】
充填機構は、前記圧縮機の上流及び下流の圧力差を利用して作動するピストン機構を備えることとした。これにより、外部から充填機構の動力を確保する必要がなくなり、ユニット全体として省エネルギ化を図ることができる。
【００１７】
本発明の第２の態様に係る冷凍ユニットは、等圧下の二相状態において、乾き度の変化に伴って蒸発温度や凝縮温度が変化する温度すべりを有する冷媒が充填されている冷凍サイクルによって構成される冷凍ユニットであって、蒸発器と圧縮機との間に、前記冷媒が通過する冷媒通過層と、蓄冷材が充填された蓄冷材室を有する蓄冷層と、外気が通過する空気通過層と、を備える蓄冷部を備えることを特徴とする。
【００１８】
蒸発器と圧縮機との間に、蓄冷材が充填された蓄冷材室を有する蓄冷部を備えることとした。これにより、蒸発過程において、温度すべりによって冷媒温度が上昇して熱交換器の温度と空気温度とが接近し、熱交換の効率が悪い温度領域においても、蓄冷材の相変化温度と冷媒との温度差を蓄冷材が吸収することで、蓄冷材と空気温度との間で熱交換を可能とすることができ、冷凍サイクルの効率向上を図ることができる。なお、蓄冷材によって熱交換された空気は、蒸発器が備える熱交換器に供給可能である。
また、冷凍サイクル停止時などの冷媒が流れていない状態においては、空気温度が蓄冷材の温度を上回るので、蓄冷材を冷却に作用させることができる。
【００１９】
前記蓄冷材は、相変化温度が異なる複数の蓄冷材とされ、前記蓄冷層は、複数の前記蓄冷材に対応した複数の前記蓄冷材室を備え、複数の前記蓄冷材室は、冷媒の通過方向に対して並列に配置されることを特徴とする。
【００２０】
蓄冷材は相変化温度が異なる複数の蓄冷材とされ、蓄冷層は複数の蓄冷材に対応した複数の蓄冷材室を備え、複数の蓄冷材室は冷媒の通過方向に対して並列に配置されることとした。これにより、簡便な構造で、空気温度の変化や設定温度に適した蓄冷材を選択可能になり、幅広い温度帯において、蓄冷材による熱交換を行うことができる。
【００２１】
前記蓄冷材は、相変化温度が異なる複数の蓄冷材とされ、前記蓄冷層は、複数の前記蓄冷材に対応した複数の前記蓄冷材室を備え、複数の前記蓄冷材室は、冷媒の通過方向に対して直列に配置されることを特徴とする。
【００２２】
蓄冷材は相変化温度が異なる複数の蓄冷材とされ、蓄冷層は複数の蓄冷材に対応した複数の蓄冷材室を備え、複数の蓄冷材室は冷媒の通過方向に対して直列に配置されることとした。これにより、簡便な構造で、幅広い温度帯において、蓄冷材による熱交換を行うことができる。
【００２３】
また、前述した冷凍ユニットは、膨張弁に流入する冷媒と前記蓄冷部から流出する冷媒との熱交換が可能な熱交換回路を備えることを特徴とする。
【００２４】
膨張弁に流入する冷媒と蓄冷部から流出する冷媒との熱交換が可能な熱交換部を膨張弁入口に備えることとした。これにより、凝縮過程及び蒸発過程において、冷媒が熱交換可能な領域を拡大することができ、冷凍ユニットの効率向上を図ることができる。なお、膨張弁に流入する冷媒と蓄冷部から流出する冷媒は混合されることはない。
【発明の効果】
【００２５】
本態様に係る冷凍ユニットによれば、蒸発過程において、温度すべりによって冷媒温度が上昇することで熱交換器の温度と空気温度とが接近し、熱交換の効率が悪い温度領域においても、蓄冷材の相変化温度と冷媒との温度差を蓄冷材が吸収することで、蓄冷材と空気温度との間で熱交換を可能とし、冷凍ユニットの効率向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る冷凍サイクルの構成を示した図である。
【図２】蓄冷部の構成を示した図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る蓄冷層の構成を示した図である。
【図４】充填機構の構成を示した図である。
【図５】冷凍ユニットの背面図である。
【図６】図５に示す冷凍ユニットの背面に備えられるパネルを取り外した時の冷凍ユニットの背面図である。
【図７】図５に示す冷凍ユニットの平面図である。
【図８】蓄冷中における冷媒と空気温度及び蓄冷材温度の関係を示した図である。
【図９】冷凍サイクル運転停止中における冷媒と空気温度及び蓄冷材温度の関係を示した図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る冷凍サイクルの構成を示した図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る蓄冷層の構成を示した図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る冷凍サイクルの構成を示した図である。
【図１３】本発明の第３実施形態に係る蓄冷層の構成を示した図である。
【図１４】本発明の第４実施形態に係る蓄冷層の構成を示した図である。
【図１５】熱交換回路を備えた冷凍サイクルの構成例を示した図である。
【図１６】熱交換回路が備える熱交換部の一例を示した図である。
【図１７】熱交換回路を備えた冷凍サイクルにおけるｐ−ｈ線図を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明の一実施形態について、図１乃至１７を参照して説明する。
【００２８】
［第１実施形態］
まず、本実施形態に係る冷凍サイクルの構成について説明する。
図１示すように、本実施形態に係る冷凍サイクルは、冷媒を圧縮させる圧縮機２１、庫外熱交換器としての凝縮器２２、冷媒を膨張させる膨張弁２３、庫内熱交換器としての蒸発器２４を備える。また、蒸発器２４と圧縮機２１との間に、蓄冷材が充填可能な蓄冷材室３３を有する蓄冷部３０Ａを備える。更に、圧縮機２１の吐出圧力を検知する圧力検知器（図示せず）と、空気温度を検知する温度検知器（図示せず）と、検知した吐出圧力及び空気温度に基づき、蓄冷材室３３の蓄冷材の充填量を決定する充填量制御部（図示せず）と、蓄冷材が貯留され、充填量制御部からの信号によって蓄冷材室３３内の蓄冷材の充填量を調整する複数の充填機構３５ａ，３５ｂ，３５ｃとを備える。更に、蓄冷部３０Ａの出口側の冷媒配管に備えられ冷媒温度を感知する感温筒２６は、膨張弁２３と電気的に配線され、膨張弁２３の開度の調整が感温筒２６からの信号を基に実行される。
【００２９】
図２に示すように、蓄冷部３０Ａは、冷媒が通過する冷媒通過層３１と、蓄冷材が充填可能な蓄冷材室３３を有する蓄冷層３２と、外気が通過する空気通過層３４とを備え、各層はそれぞれ熱的に接続されている。図２の場合、蓄冷部３０Ａは、冷媒通過層３１、蓄冷層３２、空気通過層３４を１段としたとき、図２の縦方向に２段構成とされているが、この段数は適宜変更することができ、１段又は３段以上であっても良い。
【００３０】
図３に示すように、蓄冷層３２は、３つの蓄冷材室３３ａ，３３ｂ，３３ｃを備え、各蓄冷材室３３には、それぞれ相変化温度の異なる蓄冷材が充填可能となっている。
【００３１】
蓄冷層３２が備える各蓄冷材室３３からは、蓄冷材が流通する蓄冷材配管がそれぞれ延設されており、図１に示すように、各蓄冷材室３３が１対１で各充填機構３５に接続されている。具体的には、蓄冷材室３３ａ，３３ｂ，３３ｃが蓄冷材配管を介して充填機構３５ａ，３５ｂ，３５ｃにそれぞれ接続されている。
【００３２】
図４に示すように、充填機構３５は、ピストン３８を挟んで、ガス冷媒室４２（上側）と蓄冷材貯留室４３（下側）とに分けられる。ガス冷媒室４２は、圧縮機２１の冷媒吐出側及び冷媒吸入側の２箇所と、それぞれ異なる配管を介して接続される。ガス冷媒室４２と圧縮機２１の冷媒吐出側とを接続する配管には高圧側開閉弁３６が設けられ、ガス冷媒室４２と圧縮機２１の冷媒吸入側とを接続する配管には低圧側開閉弁３７が設けられる。これらの高圧側開閉弁３６及び低圧側開閉弁３７は、図示しない充填量制御部からの信号によってその開閉を制御される。これにより、圧縮機２１の冷媒吐出側及び冷媒吸入側の差圧を利用してピストン３８を作動させる。蓄冷材貯留室４３は、蓄冷材配管を介して蓄冷材室３３と接続される。運転状況に応じてピストン３８を作動させ、蓄冷材貯留室４３に貯留された蓄冷材を蓄冷材室３３に必要な量だけ充填、又は、蓄冷材室３３に充填された蓄冷材を蓄冷材貯留室４３に回収することができる。なお、図４では簡単のために１系統の充填機構３５について説明したが、蓄冷材の種類に対応した系統数の充填機構３５（及び充填機構３５に付随する配管や開閉弁）を備えても良く、図１の場合、３系統の充填機構３５ａ，３５ｂ，３５ｃを備える。
【００３３】
なお、充填量制御部は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等を更に備えている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。
【００３４】
次に、本実施形態に係る冷凍サイクルを備える冷凍ユニット１０の適用例を説明する。
例えば、冷凍ユニット１０は、冷凍冷蔵トラックに利用される輸送用冷凍ユニットに適用される。図５は、冷凍ユニット１０の背面を示した図であり、下部に空気の吸込み口１１を、下部に空気の吐出し口１２が設けられている。
【００３５】
図６は、図５に示した冷凍ユニット１０の背面に備えられるパネル１３を取り外した時の冷凍ユニット１０の背面を示した図である。冷凍ユニット１０は、下部に蓄冷部３０Ａ、蓄冷部３０Ａの上側に隣接する形態で庫内熱交換器としての蒸発器２４、上部に庫内空気を循環させるファン２５を備えている（図７参照）。なお、冷凍ユニット１０には、蒸発器２４を通過した冷媒が、蓄冷部３０Ａ（具体的には蓄冷部３０Ａの冷媒通過層３１）を通過するように配管などが設けられている。また、冷凍ユニット１０には、蓄冷部３０Ａ（具体的には蓄冷部３０Ａの空気通過層３４）を通過した庫内空気が、蒸発器２４を通過するように各機器が配置されている。
【００３６】
次に、本実施形態に係る冷凍サイクルの運転について説明する。
図１の冷凍サイクルには温度すべりを有する冷媒が充填されている。圧縮機２１によって圧縮された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器２２を通過する過程で冷却され、高圧のガス冷媒となる。高圧のガス冷媒は、膨張弁２３を通過して膨張することで低温の気液２相冷媒となる。低温の気液２相冷媒は、蒸発器２４にて蓄冷部３０Ａを通過した庫内空気と熱交換される。熱交換により冷却された庫内空気がファン２５（図示せず）によって庫内に供されることで、庫内の冷却を行う。蒸発器２４から流出した冷媒は、蓄冷部３０Ａ（具体的には蓄冷部３０Ａの冷媒通過層３１）に流入し蓄冷材と更に熱交換される。蓄冷部３０Ａでは、蓄冷材と庫内空気とが熱交換され、冷却された庫内空気は、ファン２５（図示せず）によって蒸発器２４に供される。蓄冷部３０Ａから流出した冷媒は低温のガス冷媒となり、圧縮機２１に戻ることで冷凍サイクルが運転される。
【００３７】
ここで、蓄冷部３０Ａの作動について詳しく説明する。
図２に示すように、蒸発器２４から流出した冷媒は、蓄冷部３０Ａが備える冷媒通過層３１に流入する。冷媒通過層３１に熱的に接続された蓄冷層３２に充填される蓄冷材は、冷媒通過層３１を通過する冷媒の冷熱を蓄冷する。また、蓄冷層３２に熱的に接続された空気通過層３４を通過する庫内空気は、蓄冷層３２に充填された蓄冷材の冷熱により冷却される。
【００３８】
図８に示すように、共沸混合冷媒は、蒸発過程において、等圧下で流れ方向に沿って温度すべりを生じるため、蒸発器２４の入口付近で冷媒温度が最も低く、出口側の温度の方が高くなる。そのため、蒸発器２４の出口側では、冷媒と庫内空気との温度差が小さくなる傾向にあり、熱交換の効率が低下してしまう。しかしながら、庫内空気の温度（設定温度）よりも高い相変化温度（凝固点温度）を有する蓄冷材を蓄冷層３２に充填することで、冷媒と蓄冷材との温度差の分だけ冷媒の冷熱を蓄冷材に蓄冷することが可能となる。つまり、冷媒の温度が上昇してしまい熱交換効率が悪くなった温度帯の冷媒の冷熱を、蓄冷部３０Ａを設けることで効率的に吸収できることになる。なお、図９に示すように、運転が停止され、庫内温度が上昇することで庫内温度が蓄冷材の温度よりも高くなった場合、蓄冷部３０Ａは庫内の冷却に作用する。
【００３９】
本実施形態に係る冷凍サイクルは、図１及び３に示すように、３系統の充填機構３５ａ，３５ｂ，３５ｃ、及び、それに対応した３つの蓄冷材室３３ａ，３３ｂ，３３ｃを備えている。そして、相変化温度が異なる３種類の蓄冷材を用意して、庫内の設定温度に適した蓄冷材の種類や充填量を充填量制御部によって判断して、蓄冷材室３３へ蓄冷材を充填又は蓄冷材室３３から蓄冷材を回収する。
【００４０】
本実施形態によれば以下の効果を奏する。
蒸発器２４と圧縮機２１との間に、蓄冷材が充填可能な蓄冷材室３３を有する蓄冷部３０を備えることとした。これにより、蒸発過程において、温度すべりによって冷媒温度が上昇して蒸発器２４（庫内熱交換器）の温度と空気温度とが接近し、熱交換の効率が悪い温度領域においても、蓄冷材の相変化温度と冷媒との温度差を蓄冷材が吸収する。従って、蓄冷材と空気温度との間で熱交換を可能にすることができ、冷凍サイクルの効率向上を図ることができる。また、蓄冷材室３３内の蓄冷材の充填量を調整する充填機構３５を備えることとした。これにより、蓄冷材の充填量を周囲の環境変化に適した充填量に適宜調整可能となり、効率的に蓄冷材による熱交換を行うことができる。また、冷凍サイクル停止時などの冷媒が流れていない状態においては、空気温度が蓄冷材の温度を上回るので、蓄冷材を冷却に作用させることができる。
また、蓄冷材は相変化温度が異なる複数の蓄冷材とされ、蓄冷層３２は複数の蓄冷材に対応した複数の蓄冷材室３３を備え、複数の蓄冷材室３３は複数の蓄冷材に対応した複数の充填機構３５に各々接続されることとした。これにより、空気温度の変化や設定温度に適した蓄冷材を選択可能になり、幅広い温度帯において、効率的に蓄冷材による熱交換を行うことができる。
【００４１】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る冷凍サイクルの構成について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、蓄冷部３０の形態が異なり、その他の点については同様である。したがって、第１実施形態と異なる点についてのみ説明し、その他は同一の符号を用いてその説明を省略する。
【００４２】
まず、本実施形態に係る冷凍サイクルの構成について説明する。
図１０に示す蓄冷部３０Ｂは、図１１に示すように、１つの蓄冷材室３３を備えている。蓄冷材室３３からは、蓄冷材が流通する蓄冷材配管が３本延設され、各蓄冷材配管の途中に蓄冷材室開閉弁３９が設けられており、図１０に示すように、１つの蓄冷材室３３に対して３系統の充填機構３５が接続されている。各蓄冷材室開閉弁３９は、図示しない充填量制御部からの信号によってその開閉を制御される。
【００４３】
本実施形態に係る冷凍サイクルは、図１０及び１１に示すように、３系統の充填機構３５ａ，３５ｂ，３５ｃ、及び、１つの蓄冷材室３３を備えている。そして、相変化温度が異なる３種類の蓄冷材を用意して、庫内の設定温度に適した蓄冷材の種類や充填量を充填量制御部によって判断して、蓄冷材室３３へ蓄冷材を充填又は蓄冷材室３３から蓄冷材を回収する。なお、蓄冷材室３３内で相変化温度が異なる蓄冷材同士が混合しないように、使用されない蓄冷材が流通する蓄冷材配管は、蓄冷材室開閉弁３９によって遮断される。例えば、充填機構３５ａに貯留された蓄冷材を使用する場合は、蓄冷材室開閉弁３９ａは開状態とされ、蓄冷材室開閉弁３９ｂ，３９ｃは閉状態とされる。
【００４４】
本実施形態によれば以下の効果を奏する。
蓄冷材は相変化温度が異なる複数の蓄冷材とされ、蓄冷層３２は１つの蓄冷材室３３を備え、１つの蓄冷材室３３は複数の蓄冷材に対応した複数の充填機構３５に接続されることとした。これにより、空気温度の変化や設定温度に適した蓄冷材を選択可能になり、幅広い温度帯において、効率的に蓄冷材による熱交換を可能にしつつ、蓄冷部３０の構造の簡便化を実現できる。
【００４５】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る冷凍サイクルの構成について説明する。本実施形態は、上述した実施形態に対して、蓄冷部３０の形態及び充填機構３５の有無が異なり、その他の点については同様である。したがって、上述した実施形態と異なる点についてのみ説明し、その他は同一の符号を用いてその説明を省略する。
【００４６】
まず、本実施形態に係る冷凍サイクルの構成について説明する。
図１２に示す冷凍サイクルは、上述した実施形態と異なり、充填機構３５を備えていない。また、図１３に示すように、蓄冷部３０Ｃが備える蓄冷層３２は、３つの蓄冷材室３３ａ，３３ｂ，３３ｃを備えている。蒸発器２４からの冷媒配管は３つに分岐され、各冷媒配管の途中に各蓄冷材室開閉弁３９ａ，３９ｂ，３９ｃが設けられている。分岐された冷媒配管は、それぞれ異なった蓄冷材室３３ａ，３３ｂ，３３ｃに熱的に接続される冷媒通過層３１に導かれる。つまり、各蓄冷材室３３は、冷媒の通過方向に対して並列に配置される。各蓄冷材室開閉弁３９は、図示しない充填量制御部からの信号によってその開閉を制御され、冷媒の流通方向を選択できる。
【００４７】
本実施形態に係る冷凍サイクルは、図１３に示すように３つの蓄冷材室３３を備えている。そして、相変化温度が異なる３種類の蓄冷材を用意して、庫内の設定温度に適した蓄冷材が充填される蓄冷材室３３を選択して、選択された蓄冷材室３３に対して熱的に接続される冷媒通過層３１に冷媒を流通させる。
【００４８】
本実施形態によれば以下の効果を奏する。
蒸発器２４と圧縮機２１との間に、蓄冷材が充填された蓄冷材室３３を有する蓄冷部３０を備えることとした。これにより、蒸発過程において、温度すべりによって冷媒温度が上昇して蒸発器２４（庫内熱交換器）の温度と空気温度とが接近し、熱交換の効率が悪い温度領域においても、蓄冷材の相変化温度と冷媒との温度差を蓄冷材が吸収することで、蓄冷材と空気温度との間で熱交換を可能にすることができ、冷凍サイクルの効率向上を図ることができる。
また、蓄冷材は相変化温度が異なる複数の蓄冷材とされ、蓄冷層３２は複数の蓄冷材に対応した複数の蓄冷材室３３を備え、複数の蓄冷材室３３は冷媒の通過方向に対して並列に配置されることとした。これにより、簡便な構造で、空気温度の変化や設定温度に適した蓄冷材を選択可能になり、幅広い温度帯において、蓄冷材による熱交換を行うことができる。
【００４９】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る冷凍サイクルの構成について説明する。本実施形態は、第３実施形態に対して、蓄冷部３０の形態が異なり、その他の点については同様である。したがって、第３実施形態と異なる点についてのみ説明し、その他は同一の符号を用いてその説明を省略する。
【００５０】
まず、本実施形態に係る冷凍サイクルの構成について説明する。
図１４に示すように、本実施形態の蓄冷部３０が備える蓄冷層３２は、３つの蓄冷材室３３ａ，３３ｂ，３３ｃを備えている。蒸発器２４からの冷媒配管は蓄冷材室３３ａ，３３ｂ，３３ｃに熱的に接続される冷媒通過層３１に導かれる。つまり、各蓄冷材室３３は、冷媒の通過方向に対して直列に配置される。
【００５１】
本実施形態によれば以下の効果を奏する。
蓄冷材は相変化温度が異なる複数の蓄冷材とされ、蓄冷層３２は複数の蓄冷材に対応した複数の蓄冷材室３３を備え、複数の蓄冷材室３３は冷媒の通過方向に対して直列に配置されることとした。これにより、簡便な構造で、幅広い温度帯において、蓄冷材による熱交換を行うことができる。
【００５２】
第１乃至第４実施形態において、図１５に示すように、膨張弁２３に流入する冷媒と蓄冷部３０から流出する冷媒との熱交換が可能な熱交換回路４０を設けても良い。例えば、膨張弁２３の入口に、シェルの内部に螺旋状のチューブを収めたシェルアンドチューブタイプの熱交換部４１（図１６参照）を設けて、蓄冷部３０から流出した冷媒を膨張弁２３に流入する冷媒と熱交換させた後、圧縮機２１に戻すサイクルとする。なお、このとき感温筒２６は、蓄冷部３０の出口側の冷媒配管（蓄冷部３０と熱交換部４１とを接続する冷媒配管）に設置される。この熱交換によって、図１７のｐ−ｈ線図に示すように、冷凍サイクル上、冷媒が熱交換可能な領域（破線で示した領域）を拡大することができるので、冷凍サイクルの効率向上を図ることができる。
【００５３】
なお、第１乃至第４実施形態において、蓄冷材を３種類として説明したが、蓄冷材の種類は適宜変更することができ、２種類又は４種類以上であっても良い。
【符号の説明】
【００５４】
１０  冷凍ユニット
１１  吸込み口
１２  吐出し口
２１  圧縮機
２２  凝縮器（庫外熱交換器）
２３  膨張弁
２４  蒸発器（庫内熱交換器）
２５  ファン
３０（３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ）  蓄冷部
３１  冷媒通過層
３２  蓄冷層
３３（３３ａ，３３ｂ，３３ｃ）  蓄冷材室
３４  空気通過層
３５（３５ａ，３５ｂ，３５ｃ）  充填機構
３６（３６ａ，３６ｂ，３６ｃ）  高圧側開閉弁
３７（３７ａ，３７ｂ，３７ｃ）  低圧側開閉弁
３８  ピストン
３９（３９ａ，３９ｂ，３９ｃ）  蓄冷材室開閉弁
４０  熱交換回路
４１  熱交換部
４２  ガス冷媒室
４３  蓄冷材貯留室
【図１】
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【図２】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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