(57)【要約】【課題】  構成が簡単で効率の良い運転が可能な冷凍システムを提供する。【解決手段】  この冷凍システムは、冷凍機１と冷凍室２を接続する送風路４，５に、この送風路４，５を流れる冷媒と熱交換して蓄熱する蓄熱装置３を介在させて構成する。冷凍機１は、圧縮により加熱した圧縮空気を冷却した後、膨張させることで低温空気を得る空気サイクル冷凍機とする。【選択図】      図１
2008014532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍機と冷凍室を接続する送風路に、この送風路を流れる冷媒と熱交換して蓄熱する蓄熱装置を介在させた冷凍システム。
【請求項２】
請求項１において、上記冷凍機が、圧縮により加熱した圧縮空気を冷却した後、膨張させることで低温空気を得る空気サイクル冷凍機である冷凍システム。
【請求項３】
請求項２において、上記空気サイクル冷凍機は、吸入した空気をモータ等の動力で圧縮する圧縮機と、この圧縮機より吐出される圧縮熱気を外気などと熱交換する強制熱交換器と、この強制熱交換器から吐出される圧縮状態の空気を、前記圧縮機に吸入される空気の熱で冷却する再生熱交換器と、この再生熱交換器で冷却された圧縮状態の空気を膨張させる膨張器と、膨張後の低温空気の中で昇華した氷を除去する除雪機より構成され、吸入空気が、再生熱交換器、圧縮機、強制熱交換器、再生熱交換機、膨張器、および除雪機を順に経由して吐出されるものである冷凍システム。
【請求項４】
請求項２または請求項３において、上記空気サイクル冷凍機の圧縮機と駆動動力源であるモータと膨張器は同軸上に配置されると共に回転軸が結合され、圧縮膨張ユニットを構成している冷凍システム。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、上記冷凍室の内外を仕切る壁が、外壁、断熱層、および内壁のサンドイッチ構造である冷凍システム。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記蓄熱装置は蓄熱熱交換器を有し、この蓄熱熱交換器は、融点が０℃〜−２５℃の範囲に調整された物質とこの物質を担持するための高分子ポリマーを蓄熱材とする冷凍システム。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記蓄熱装置が蓄熱熱交換器を有し、この蓄熱熱交換器は、金属配管の周りに蓄熱材を充填したものである冷凍システム。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、上記蓄熱装置は、蓄熱熱交換器と２系統の風路切替え装置よりなり、風路切替え装置の１つは、冷凍室、蓄熱熱交換器、冷凍機吐出し側から導入される空気を、冷凍機の吸入空気、蓄熱熱交換器への吹き込み空気、冷凍室側に戻す空気のいずれかに切替え、またはこれらの空気の混合割合を変更させるように、風路を切替え可能としたものであり、かつ風路切替え装置の別の１つは、冷凍機側、蓄熱熱交換器、冷凍室から導入される空気を、冷凍機の吸入側に戻す空気、蓄熱熱交換器への吹き込み空気、冷凍室側に吐出する空気のいずれかに切替え、またはこれらの混合割合を変更させるように、風路を切替え可能とする構成である冷凍システム。
【請求項９】
請求項８において、前記冷凍機の吹出し温度、冷凍室の室内温度、蓄熱熱交換器の温度をそれぞれ検出または推定可能な温度検出手段を設けると共に、冷凍機の運転を制御可能とし、前記風路切替え手段は、前記温度検出手段で検出されたそれぞれの温度の状態と別途設定されている温度とを比較して、その比較結果に対応する設定切替え状態に風路を切替えるものとした冷凍システム。
【請求項１０】
請求項９において、前記温度検出手段は、冷凍機の吹出し温度、冷凍室の室内温度、蓄熱熱交換器の温度を全て蓄熱器部分で検出するものである冷凍システム。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０において、蓄熱熱交換器の温度を検出する温度検出手段を、熱交換器の風導入付近と風吹き出し口付近の２箇所に設置した冷凍システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、空気調和・冷凍・冷蔵分野に適用され、空気を作動冷媒とする空気サイクル冷凍機等を備える冷凍システムに関し、特にその効率の改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷凍システムの概略構成を図４にブロック図で示す。この冷凍システムでは、冷凍機Ａと冷凍室ＢがダクトＤBA、ＤABで接続されており、冷凍室Ｂ内の空気がダクトＤBAを経由して冷凍機Ａに取り込まれると共に、冷凍機Ａより吐出される冷気がダクトＤABを経由して冷凍室Ｂに送り込まれる。
ここでは冷凍機Ａの種類を規定していないが、従来型の冷凍機（フロンなどを用いた冷媒と空気を間接的に熱交換するクローズドサイクル冷凍機）では室外機と室内機があり、室内機が冷凍室Ｂ内部に設置されているのであるが、室内機と冷凍室Ｂを模式的に表した場合、室内機の吸気口に吸入される空気の吸入経路がダクトＤBAに相当し、室内機から吐出される吐出気の吐出経路がダクトＤABに相当する。
また、冷凍機として後述する空気サイクル冷凍機を用いた場合、通常空気自体をそのまま冷媒として用いるオープンサイクルで空気サイクル冷凍機が用いられるため、空気サイクル冷凍機への吸入気は冷凍室ＢからダクトＤBAを経由して吸気され、空気サイクル冷凍機の吐出気はダクトＤABを経由して冷凍室Ｂに排気される。
【０００３】
従来の一般的な冷凍サイクルはフロンやアンモニアなどの冷媒を用いて構成されており、これらの冷媒を閉じた系内で循環させながら熱の授受を行なっている。フロン系の冷媒は作動冷媒として現在最も多く使用されている。しかしながら、フロン系の冷媒は環境負荷物質であると考えられており、今後、地球環境保全の立場から使用が制限されていく方向にある。
一方、非フロン系の物質による冷凍サイクルは、フロンが発明される以前より多くの物質で取り組まれている。しかしながら現在有望として実用化されているアンモニアは毒性を有し、また、イソブタンなどに代表される炭化水素系の冷媒は爆発性を有しており、安全に用いるためには十分な漏洩防止・対策、防爆仕様などが必要であった。
【０００４】
非フロン系の物質による冷凍サイクルとして、空気そのものを冷媒として用いる空気サイクルシステムが知られている。空気サイクルシステムでは、例えば、まず空気そのものを圧縮することで高温圧縮空気を得て、その高温圧縮気を冷却する。次に冷却された圧縮気を断熱膨張することで低温の空気を得ることができる。この種の冷凍サイクルとして、ユニット化された空気サイクル冷凍機が提案されており、圧縮機と膨張器はギアを介してモータと接続されている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開平０８−１１０１０７号公報
【非特許文献１】財団法人ヒートポンプ畜熱センター編、飛原英治監修、「ノンフロン技術」、オーム社、ｐ. １３４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した空気サイクルシステムは、冷媒に空気を用いるためフロン類や他の非フロン冷媒に比べ環境に及ぼす影響が全くなく、非常に好ましいのであるが、その一方、入力エネルギーに対する効率が低いという問題点を有している。非特許文献１にも記載されているが、相対的に空気サイクル冷凍機の効率は作動温度が−２０℃以下の低温では高くなるが、作動温度が高くなると相対的な効率は悪くなってしまうという問題がある。
すなわち、空気サイクル冷凍機は冷凍温度が高くなると相対的な効率が低下する一方、必要以上に低い冷凍温度で冷凍機を運転すると葉物野菜のような生鮮食品など保存品によっては鮮度の劣化や品質保持ができなくなる場合がある。
【０００６】
また、空気サイクルシステムを効率よく運転しようとすると、低い雰囲気温度が必要である。そこで、例えば空気サイクル冷凍機をＯＮ/ ＯＦＦの間欠運転することで、より効率よく運転を行なうシステムを構築することが考えられる。
しかしこの場合、より精度の高い温度調整をするため、管理すべき設定温度範囲を狭く設定すると、空気サイクル冷凍機の運転をＯＮ／ＯＦＦする回数が多くなってしまい、起動／停止に伴う運転ロスが多くなってくるという問題点がある。
【０００７】
この発明の目的は、構成が簡単で効率の良い運転が可能な冷凍システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の冷凍システムは、冷凍機と冷凍室を接続する送風路に、この送風路を流れる冷媒と熱交換して蓄熱する蓄熱装置を介在させたものである。
この構成によると、蓄熱装置を介在させるという簡単な構成で、効率の良い運転が行える。また、既存の冷凍システムを流用し、蓄熱装置を追加することによっても、簡単に実施することができる。
【０００９】
この発明において、上記冷凍機が、圧縮により加熱した圧縮空気を冷却した後、膨張させることで低温空気を得る空気サイクル冷凍機であっても良い。冷凍機として空気サイクル冷凍機を用いると、通常の冷凍システムの場合のような室内機を用いず、冷媒である空気をダクトを介して冷凍室に容易に導入できる。
【００１０】
この発明において、上記空気サイクル冷凍機は、吸入した空気をモータ等の動力で圧縮する圧縮機と、この圧縮機より吐出される圧縮熱気を外気などと熱交換する強制熱交換器と、この強制熱交換器から吐出される圧縮状態の空気を、前記圧縮機に吸入される空気の熱で冷却する再生熱交換器と、この再生熱交換器で冷却された圧縮状態の空気を膨張させる膨張器と、膨張後の低温空気の中で昇華した氷を除去する除雪機より構成され、吸入空気が、再生熱交換器、圧縮機、強制熱交換器、再生熱交換機、膨張器、および除雪機を順に経由して吐出されるものであっても良い。この構成の場合、再生熱交換器を用いたことで、より一層効率を上げることができる。
【００１１】
この発明において、上記空気サイクル冷凍機の圧縮機と駆動動力源であるモータと膨張器は同軸上に配置されると共に回転軸が結合され、圧縮膨張ユニットを構成するものであっても良い。このように圧縮機と膨張器とモータの回転軸を共に結合した場合、圧縮空気が膨張する際の膨張エネルギーを圧縮仕事に活用することができ、より効率を上げることができる。
【００１２】
この発明において、上記冷凍室の内外を仕切る壁が、外壁、断熱層、および内壁のサンドイッチ構造であっても良い。この構成の場合、冷凍室の外部に対する強度、および室内荷物に対する強度を確保しつつ保温能力を持たせることができる。
【００１３】
この発明において、前記蓄熱装置は蓄熱熱交換器を有し、この蓄熱熱交換器は、融点が０℃〜−２５℃の範囲に調整された物質とこの物質を担持するための高分子ポリマーを蓄熱材とするものとしても良い。
蓄熱熱交換器内の蓄熱材として、融点が−２５℃に近いものを用いれば、空気サイクル冷凍機の効率がよくなる部分で運転し、蓄熱熱量を大きくすることができる。一方、生鮮食料品の場合は０℃附近のチルド帯での保温が必要なものがあり、チルド保存を考えると０℃附近の融点であればより制御性がよくなる。また、液体の状態では漏洩などの問題が発生するため、高分子ポリマーに液体を吸着させることで取扱が容易となる。
【００１４】
また、前記蓄熱装置は蓄熱熱交換器を有し、この蓄熱熱交換器は、金属配管の周りに蓄熱材を充填したものであっても良い。
蓄熱熱交換器では、より短い時間で蓄熱材に冷気を蓄積する必要があるため、熱伝導度が大きい金属配管の内側に冷気を導入し、金属配管外部に保冷剤を充填して接触させるのが望ましい。
【００１５】
この発明において、上記蓄熱装置は、蓄熱熱交換器と２系統の風路切替え装置よりなり、風路切替え装置の１つは、冷凍室、蓄熱熱交換器、冷凍機吐出し側から導入される空気を、冷凍機の吸入空気、蓄熱熱交換器への吹き込み空気、冷凍室側に戻す空気のいずれかに切替え、またはこれらの空気の混合割合を変更させるように、風路を切替え可能としたものであり、かつ風路切替え装置の別の１つは、冷凍機側、蓄熱熱交換器、冷凍室から導入される空気を、冷凍機の吸入側に戻す空気、蓄熱熱交換器への吹き込み空気、冷凍室側に吐出する空気のいずれかに切替え、またはこれらの混合割合を変更させるように、風路を切替え可能とする構成であっても良い。
この構成の場合、蓄熱装置は、冷凍機との空気のやり取り、冷凍室との空気のやり取り、および蓄熱熱交換器への空気導入を現在の制御条件により柔軟に切替え可能としているので、高い冷凍能力が必要な起動直後には冷凍室と冷凍機の間で空気の循環を可能とすると共に、温度が設定値より下がった場合は、冷凍室内は室内気を循環させながら、蓄熱熱交換器に冷凍機からの冷気を導入して蓄熱材を冷やして冷気を蓄えることが可能である。また、一定温度より少し温度が上がって来たときには、蓄熱熱交換器に冷凍室内の空気を導入して冷気を得ることが可能である。この場合、冷凍機を完全にＯＦＦしておいても問題がない。
【００１６】
上記のように風路を切替え可能とする場合に、前記冷凍機の吹出し温度、冷凍室の室内温度、蓄熱熱交換器の温度をそれぞれ検出または推定可能な温度検出手段を設けると共に、冷凍機の運転を制御可能とし、前記風路切替え手段は、前記温度検出手段で検出されたそれぞれの温度の状態と別途設定されている温度とを比較して、その比較結果に対応する設定切替え状態に風路を切替えるものとしても良い。
この構成の場合、蓄熱熱交換器の蓄積している熱量と冷凍機の発生熱量、冷凍室の吸収( 放出) 熱量が推定可能となり、精度の良い温度制御を行うことできる。
【００１７】
前記温度検出手段は、冷凍機の吹出し温度、冷凍室の室内温度、蓄熱熱交換器の温度を全て蓄熱器部分で検出するものであっても良い。この構成の場合、一般の冷凍システムに後から蓄熱装置を追加して、この発明の冷凍システムを構成する場合に、蓄熱装置の設置が容易になる。
【００１８】
前記蓄熱熱交換器の温度を検出する温度検出手段は、熱交換器の風導入付近と風吹き出し口付近の２箇所に設置しても良い。この構成の場合、より正確に蓄熱材への蓄熱状況を推定することが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明の冷凍システムは、冷凍機と冷凍室を接続する送風路に、この送風路を流れる冷媒と熱交換して蓄熱する蓄熱装置を介在させたため、簡単な構成で効率の良い運転が可能となる。また、既存の冷凍システムに対しても、蓄熱装置を追加することで、簡単に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
この発明の一実施形態を図１ないし図３と共に説明する。図１は、この実施形態の冷凍システムの概略構成を示すブロック図である。この冷凍システムは、空気を冷媒とする冷凍システムであって、冷凍機１と冷凍室２を接続する２本の送風路４，５の間に、これらの送風路４，５を流れる冷媒と熱交換して蓄熱する畜熱装置３を介在させる。冷凍機１から冷凍室２へ冷媒を流す送風路４は、冷凍機１から吐出される冷媒が蓄熱装置３に吸気される経路Ｄ13と、蓄熱装置３から吐出される冷媒が冷凍機１に吸気される経路Ｄ32とでなる。冷凍室２から冷凍機１へ冷媒を流す送風路５は、冷凍室２から吐出される冷媒が蓄熱装置３に吸気される経路Ｄ23と、蓄熱装置３から吐出される冷媒が冷凍機１に吸気される経路Ｄ31とでなる。各経路Ｄ13，Ｄ32，Ｄ23，Ｄ31は、それぞれダクトからなる。冷凍室２の内外を仕切る壁は、外壁、断熱層、および内壁のサンドイッチ構造とされる。
この冷凍システムは、冷凍機１に空気サイクル冷凍機を適用した場合の効果が大きく、この実施形態では、冷凍機１に空気サイクル冷凍機を用いている。
【００２１】
冷凍機１は、図２にブロック図で示す構成とされる。この冷凍機１は、圧縮により加熱した圧縮空気を冷却した後に膨張させることで低温空気を得る空気サイクル冷凍機であって、再生熱交換器１１と、圧縮機１２と、強制熱交換器１３と、圧縮機１２を回転させるためのモータ１４と、膨張器１５と、除雪機１６と、これらの各構成要素を繋ぐ配管類とを備える。このほかに、前記モータ１４の制御系２３を構成する回転制御装置１７、ＣＰＵ１８、および電源１９と、冷凍機１の全体を覆う筐体２０などが設けられる。
この冷凍機１では、経路Ｄ31より吸入された空気が、再生熱交換器１１、圧縮機１２、強制熱交換器１３、再生熱交換器１１、膨張器１５、および除雪機１６をこの順序で経由して、経路Ｄ13から冷気となって吐出される。
再生熱交換器１１は、強制熱交換器１３で一次冷却された圧縮空気をさらに吸入気で冷却するための熱交換器であり、互いに熱交換を行う２系統の経路を内部に有する。その片方の経路が前記経路Ｄ31に接続され、もう片方の経路に強制熱交換器１３から膨張器１５への経路が接続される。
【００２２】
圧縮機１２は、経路Ｄ31より吸入され再生熱交換器１１の熱交換路を経由してきた空気を、前記モータ１４の動力で０．１５ＭＰａ程度まで断熱圧縮する装置である。この圧縮された空気は温度が８０℃まで上昇するので、強制熱交換器１３により外気などと熱交換して一次冷却し、５０℃程度とする。図２では、冷却ファン１３ａを付した強制熱交換器１３を示しているが、外気との熱交換が充分行なわれるようであれば強制冷却することは必須ではない。なお、冷却ファン１３ａの運転制御は、一次冷却後の圧縮空気温度に基づいて行われる。
【００２３】
再生熱交換器１１は、強制熱交換器１３で５０℃程度まで一次冷却された圧縮空気を、経路Ｄ31より吸入される冷凍室２からの吸入空気とで熱交換して、さらに冷却する熱交換器である。再生熱交換器１１は、２系統の経路を内部に有し、その片方の経路が前記経路Ｄ31に接続され、もう片方の経路に強制熱交換器１３から膨張器１５への経路が接続される。一次冷却で上記のように５０℃程度に冷却された圧縮空気は、再生熱交換器１１で吸入空気と熱交換されてさらに温度が下げられる。
【００２４】
膨張器１５は、再生熱交換器１１で冷却された圧縮空気を前記モータ１４の動力で一気に０．１１ＭＰａ程度まで断熱膨張させて冷却する装置であり、−２０℃程度まで冷却する。
【００２５】
除雪機１６は、膨張器１５により膨張した後の低温空気の中で昇華した氷を除去する装置である。圧縮機１２および膨張器１５は、それぞれ翼車を有する形式のものである。これら圧縮機１２および膨張器１５の各翼車（図示せず）、並びにこれらの駆動動力源であるモータ１４は、同軸上に配置されると共に、共通の回転軸２１で結合されて、圧縮膨張ユニット２２が構成されている。これにより、膨張器１５による断熱膨張に伴う放出エネルギーを、圧縮機１２での圧縮に活用して回収することができる。
【００２６】
空気サイクル冷凍機ではモータの回転数をインバータ制御することで冷凍能力を制御することは可能であるが、前述の通り、冷凍効率が低下してしまう。そこで、この冷凍システムでは、モータ１４の回転数制御は行なわないで、起動／停止のみの運転制御としている。ただし、除雪機１６内の氷除去などのために低速で送風運転を行なうことはある。
【００２７】
蓄熱装置３は、図３にブロック図で示す構成とされる。この蓄熱装置３は、蓄熱熱交換器３１と、２系統の風路切替え装置３２，３３よりなる。蓄熱熱交換器３１は、比熱が大きく（例えば、比熱が水よりも大きく）、融点が０℃〜−２５℃の範囲に調整された物質と、この物質を担持するための高分子ポリマーを蓄熱材とし、通過空気と蓄熱材と間で熱交換を行う。具体的には、この場合の蓄熱熱交換器３１は、金属配管の周りに前記蓄冷材を充填したものとされる。
【００２８】
一系統の風路切替え装置３２は、冷凍室２の吹出し側（経路Ｄ23）から吸入される空気ａ、他の一系統の風路切替え装置３３から吸入される空気ｂ、蓄熱熱交換器３１から吸入される空気ｃのいずれかを選択する風路切替え機能、またはそれらの吸入気の混合割合を調整する機能を有する。また、この風路切替え装置３２は、冷凍機１の吸入側（経路Ｄ31）へ吐出される空気ｄ、他の一系統の風路切替え装置３３へ吐出される空気ｅ、蓄熱熱交換器３１へ吐出される空気ｆのいずれかを選択する風路切替え機能、またはそれらの吐出気の分割割合を調整する機能も有する。
【００２９】
他の一系統の風路切替え装置３３は、冷凍室１の吹出し側（経路Ｄ13）から吸入される空気ｇ、前記一系統の風路切替え装置３２から吸入される空気ｅ、蓄熱熱交換器３１から吸入される空気ｈのいずれかを選択する風路切替え機能、またはそれらの吸入気の混合割合を調整する機能を有する。また、この風路切替え装置３３は、冷凍室２の吸入側（経路Ｄ32）へ吐出される空気ｉ、他の一系統の風路切替え装置３２へ吐出される空気ｂ、蓄熱熱交換器３１へ吐出される空気ｊのいずれかを選択する風路切替え機能、またはそれらの吐出気の分割割合を調整する機能も有する。
【００３０】
上記した風路切替えのモードは、以下の表１〜表３に示すように、３つの状態に切換可能としている。
【００３１】
【表１】
2008014532.tif 000003
【００３２】
【表２】
2008014532.tif 000004
【００３３】
【表３】
2008014532.tif 000005
【００３４】
冷凍運転を開始するときなど初期に大きな熱負荷を冷却するような場合には、表１のように風路切替え装置３２は、冷凍室２の吐出側（Ｄ23）からの吸気が冷凍機１の吸気側（Ｄ31）への吐出気として流れるように風路を切替えると共に、風路切替え装置３３は冷凍機１の吐出側（Ｄ13）からの吸気が冷凍室２の吸気側（Ｄ32）への吐出気として流れるように風路を切替える。このように風路の切替えを行うことにより、冷凍機１と冷凍室２との間に畜熱装置３が介在していない場合と同一の風路が確保されるため、冷凍機１の全ての冷凍能力を用いて冷凍室２を冷却することができる。
【００３５】
また、冷凍室２の室内温度が保持すべき温度に到達した場合、従来の冷凍システムでは、冷凍機１をＯＦＦ（もしくは効率が低い低速運転）する必要があった。これに対して、この実施形態の冷凍システムでは、蓄熱装置３の蓄熱熱交換器３１に冷凍機１の冷気を導入することで冷凍機１の運転を継続する。具体的には、表２のように風路切替え装置３２，３３で風路をそれぞれ切替える。つまり風路切替え装置３２では、冷凍室２の吐出側（Ｄ23）からの吸気をもう一系統の風路切替え装置３３に接続し、風路切替え装置３３では冷凍室２の吸入側（Ｄ32）へ吐出するように接続する。このとき、風路中に配置した送風ファン（図示せず）により送風することで、冷凍室２内への送風が停止することによる冷凍室２内の温度ばらつきを防止することが可能である。その一方で、風路切替え装置３３は、冷凍機１の吐出側（Ｄ13）からの吸気を蓄熱熱交換器３１に導入すると共に、もう一系統の風路切替え装置３２は蓄熱熱交換器３１からの吐出気を冷凍機１の吸入気として経路Ｄ31に吐出する。蓄熱熱交換器３１は導入された冷気により金属配管の周りに充填した蓄熱材を冷却する。蓄熱材は冷気取り入れ側より順に温度が下がっていき、最終的には風路切替え装置３２側まで均一に冷却されていく。
【００３６】
蓄熱装置３には、冷凍機１の吐出気の温度、冷凍室２の室内温度、蓄熱熱交換器３１の各温度を検出または推定可能な温度検出手段として複数の温度センサ３４が設けられる。蓄熱熱交換器３１の温度を検出する温度センサ３４は、蓄熱熱交換器３１の風路入口付近と風路出口付近の２箇所、あるいはこの２箇所と他の複数箇所に設けられる。これにより、蓄熱熱交換器３１の各温度センサ３４による検出温度と、冷凍機１の吐出気温度とを比較することで、蓄熱熱交換器３１内の蓄熱材の冷却状態を監視することが可能である。
【００３７】
蓄熱熱交換器３１の蓄熱材に充分冷気が蓄熱された後、風路切替え装置３２，３３は表３の状態に風路を切替えると共に、冷凍機１をＯＦＦする。風路切替え装置３２は、冷凍室２の吐出側（Ｄ23）からの吸入気を蓄熱熱交換器３１に導入すると共に、もう一系統の風路切替え装置３３は蓄熱熱交換器３１から吐出される冷気を冷凍室２に吐出する。この場合も、風路中に配置した送風ファン（図示せず）により強制送風することで、冷凍室２内への送風が停止することによる冷凍室２内の温度ばらつきを防止することが可能である。蓄熱熱交換器３１内の蓄熱材に蓄熱されている冷気は徐々に冷凍室２に排出されるため、冷凍室２の温度は冷凍機１が長時間停止していても長時間保持することが可能となる。このとき、風路中に配置した送風ファンの風量を制御することで、より温度制御の精度を高めることが可能である。
【００３８】
このように、この冷凍システムでは、冷凍機１と冷凍室２を接続する送風路４，５に、この送風路４，５を流れる冷媒と熱交換して蓄熱する蓄熱装置３を介在させた構成としているので、従来の冷凍システムに蓄熱装置３を加えるだけで簡単に構成でき、効率の良い運転が可能である。特に、冷凍機１として、空気を冷媒とする空気サイクル冷凍機を用いているので、通常の冷凍システムの場合のような室内機を用いず、冷媒である空気をダクトを介して冷凍室２に容易に導入できる。
【００３９】
空気サイクル冷凍機１は、吸入した空気の熱で圧縮した空気を冷却する再生熱交換器１１を用いるため、より効率を上げることができる。また、圧縮機１２より吐出される圧縮熱気を外気などと熱交換する強制熱交換器１３と、吸入した空気をモータ１４の動力で圧縮する圧縮機１２と、圧縮された空気を膨張させる膨張器１５と、膨張後の低温空気の中で昇華した氷を除去する除雪機１６とで構成され、吸入空気が、再生熱交換器１１、圧縮機１２、強制熱交換器１３、再生熱交換器１１、膨張器１５、および除雪機１５を、この順序で経由して吐出されるようにしているので、さらに効率を上げることができる。
【００４０】
また、空気サイクル冷凍機１の圧縮機１２と駆動動力源であるモータ１４と膨張器１５とは同軸上に配置されると共に、これらが回転軸２１で結合され、圧縮膨張ユニット２２を構成しているので、圧縮空気が膨張する際の膨張エネルギーを圧縮仕事に活用することができ、より効率を上げることができる。
【００４１】
冷凍室２の内外を仕切る壁は、外壁、断熱層、および内壁のサンドイッチ構造とされているので、冷凍室２の外部に対する強度、および室内荷物に対する強度を確保しつつ保温能力を持たせることができる。
【００４２】
また、蓄熱装置３は、冷凍機１との空気のやり取り、冷凍室２との空気のやり取り、および蓄熱熱交換器３１への空気導入を現在の制御条件により柔軟に切替え可能な構造としているので、高い冷凍能力が必要な起動直後には冷凍室２と冷凍機１の間で空気の循環を可能とすると共に、温度が設定値より下がった場合は、冷凍室２内は室内気を循環させながら、蓄熱熱交換器３１に冷凍機１からの冷気を導入して蓄熱材を冷やして冷気を蓄えることが可能である。また、一定温度より少し温度が上がって来たときには、蓄熱熱交換器３１に冷凍室２内の空気を導入して冷気を得ることが可能である。この場合、冷凍機１を完全にＯＦＦしておいても問題がない。
【００４３】
また、蓄熱装置３の蓄熱熱交換器３１は、比熱が大きく、融点が０℃〜−２５℃の範囲に調整された物質とこの物質を担持するための高分子ポリマーを蓄熱材とするものとされ、具体的には金属配管の周りに前記蓄熱材を充填したものとされるので、次のような効果が得られる。
蓄熱熱交換器３１内の蓄熱材として、融点が−２５℃に近いものを用いれば、空気サイクル冷凍機１の効率がよくなる部分で運転し、蓄熱熱量を大きくすることができる。一方、生鮮食料品の場合は０℃附近のチルド帯での保温が必要なものがあり、チルド保存を考えると０℃附近の融点であればより制御性がよくなる。また、液体の状態では漏洩などの問題が発生するため、高分子ポリマーに液体を吸着させることで取扱が容易となる。また、蓄熱熱交換器３１では、より短い時間で蓄熱材に冷気を蓄積する必要があるため、熱伝導度が大きい金属配管の内側に冷気を導入し、金属配管外部に保冷剤を充填して接触させるのが望ましい。
【００４４】
また、前記蓄熱装置３では、冷凍機１の吹出し温度、冷凍室２の室内温度、蓄熱熱交換器３１の温度をそれぞれ検出または推定可能な温度検出手段として温度センサ３４を設けると共に、冷凍機１の運転を制御可能とし、前記温度センサ３４で検出されたそれぞれの温度の状態と別途設定されている温度とを比較してその状態に応じて風路切替え装置３２，３３により風路接続状態を変更するようにしているため、次のような効果が得られる。  このように、冷凍機１の吹出し温度、冷凍室２の室内温度、蓄熱熱交換器３１の温度を検出もしくは推定可能な温度検出手段として温度センサ３４を設けると、蓄熱熱交換器３１の蓄積している熱量と冷凍機１の発生熱量、冷凍室２の吸収( 放出) 熱量が推定可能となり、精度の良い温度制御をおこなうことできる。また、これらの温度センサ３４は全て蓄熱装置３内に配置することが可能なため、一般の冷凍システムに後から蓄熱装置３を追加して、この実施形態の冷凍システムを構成する場合に、蓄熱装置３の設置が容易になる。
【００４５】
また、蓄熱熱交換器３１の蓄熱材は冷気導入口附近と吹出し口附近では温度分布が異なるが、この実施形態では、導入口附近と吹き出し口附近の２箇所またはそれ以上の複数の箇所の温度を温度センサ３４で検出するようにしているので、より正確に蓄熱材への蓄熱状況を推定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】この発明の一実施形態にかかる冷凍システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】同冷凍システムにおける冷凍機の構成を示すブロック図である。
【図３】同冷凍システムにおける蓄熱装置の構成を示すブロック図である。
【図４】従来例のブロック図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…冷凍機
２…冷凍室
３…蓄熱装置
４，５…送風路
１１…再生熱交換器
１２…圧縮機
１３…強制熱交換器
１４…モータ
１５…膨張器
１６…除雪機
２１…回転軸
２２…圧縮膨張ユニット
３１…蓄熱熱交換器
３２，３３…風路切替え装置
３４…温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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