(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機及び凝縮器を有する冷凍機と、蓄冷及び蓄冷利用のできる蓄冷・蓄冷利用熱交換器と蓄冷利用専用の熱交換器とを同一の蓄熱槽に内蔵して攪拌機能を備えることなく当該蓄熱槽内の蓄冷熱媒体である水を前記蓄冷・蓄冷利用熱交換器の冷却による自然対流で蓄冷する蓄熱ユニットと、を備え、
前記冷凍機は、低圧側負荷用冷却器及び前記蓄冷・蓄冷利用熱交換器を備えて冷却、蓄冷及び蓄冷利用運転が可能な第１の冷凍装置と、低圧側負荷用冷却器及び前記蓄冷利用専用の熱交換器を備えて冷却及び蓄冷利用運転が可能な第２の冷凍装置とからなる蓄冷熱式冷凍装置において、
前記第２の冷凍装置の蓄冷利用専用の熱交換器を、前記第１の冷凍装置の蓄冷・蓄冷利用熱交換により冷却されて自然対流により下方に移動された水と熱交換するように、当該蓄冷・蓄冷利用熱交換器の下側に配置したことを特徴とする蓄冷熱式冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄冷熱媒体を内蔵し蓄冷熱用熱交換器を有する蓄熱ユニットを備えた蓄冷熱式冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の蓄冷熱式冷凍装置は、例えば特開昭６４−１００６２号公報に記載されるように、蓄冷・蓄冷利用熱交換器と蓄冷利用の熱交換器を同一の蓄熱槽に内蔵しているが、それぞれの熱交換器の伝熱管の配置方法については特に記載されていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
蓄熱槽内に攪拌機能を備えていない蓄熱ユニットの場合、蓄冷利用時において蓄熱槽内の蓄冷熱媒体の温度分布は、自然対流により上側は温度が高く下側は低い状態となる。また、蓄冷時において蓄冷熱媒体の冷却は蓄冷・蓄冷利用熱交換器側のみで行なうため、蓄冷利用時においても蓄冷・蓄冷利用熱交換器と蓄冷利用の熱交換器との周囲では蓄冷熱媒体に温度差が生じやすく、蓄冷利用の熱交換器周囲の蓄冷熱媒体の温度は高めとなる。
【０００４】
上記従来技術は、前述のように、それぞれの熱交換器の伝熱管の配置については特に規定されていないため、蓄冷利用の熱交換器を上側に配置した場合、上記温度分布により熱交換器周囲の蓄冷熱媒体の温度が高くなって熱交換が十分に行われず、必要とされる冷凍能力が得られなくなる恐れがある。
【０００５】
本発明の目的は、蓄冷利用専用の熱交換器による蓄冷利用時に、低い温度の蓄冷熱媒体と熱交換させるようにして、必要とされる冷凍能力を確保することができる蓄冷熱式冷凍装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、圧縮機及び凝縮器を有する冷凍機と、蓄冷及び蓄冷利用のできる蓄冷・蓄冷利用熱交換器と蓄冷利用専用の熱交換器とを同一の蓄熱槽に内蔵して攪拌機能を備えることなく当該蓄熱槽内の蓄冷熱媒体である水を前記蓄冷・蓄冷利用熱交換器の冷却による自然対流で蓄冷する蓄熱ユニットと、を備え、前記冷凍機は、低圧側負荷用冷却器及び前記蓄冷・蓄冷利用熱交換器を備えて冷却、蓄冷及び蓄冷利用運転が可能な第１の冷凍装置と、低圧側負荷用冷却器及び前記蓄冷利用専用の熱交換器を備えて冷却及び蓄冷利用運転が可能な第２の冷凍装置とからなる蓄冷熱式冷凍装置において、前記第２の冷凍装置の蓄冷利用専用の熱交換器を、前記第１の冷凍装置の蓄冷・蓄冷利用熱交換により冷却されて自然対流により下方に移動された水と熱交換するように、当該蓄冷・蓄冷利用熱交換器の下側に配置したものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の蓄冷熱式冷凍装置について図を参照して説明する。
まず、本発明の蓄冷熱式冷凍装置に組み込まれる蓄熱ユニットについて説明する。
図１は、蓄熱ユニットの第１の実施例の概略断面図である。蓋３３ａを有する蓄熱槽３３内には、蓄冷熱媒体３４（例えば、水）が蓄えられ、蓄冷・蓄冷利用の熱交換器３５（太実線）及び蓄冷利用専用の熱交換器３６が同一蓄熱槽３３内に内蔵されている。蓄冷・蓄冷利用の熱交換器３５は、後述するように、一端が凝縮器及び圧縮機などに接続される冷媒配管６１ａと、他端が負荷用冷却器に接続される冷媒配管６１ｂとを有し、第１の冷凍装置の蓄冷及び蓄冷利用に供される。蓄冷利用専用の熱交換器３６は、同様に第２の冷凍装置に接続されて蓄冷利用専用に供される。また、蓄冷利用専用の熱交換器３６は、上記蓄冷・蓄冷利用の熱交換器３５の下側に配置されている。
【００１２】
その理由は、蓄冷利用時において蓄熱槽３３内の蓄冷熱媒体３４の温度分布は、上側の温度が高く下側は低い状態となるからである。すなわち、蓄冷利用中は、蓄冷・蓄冷利用の熱交換器３５は自ら製氷した氷と熱交換する。他方、蓄冷利用専用の熱交換器３６は、蓄冷・蓄冷利用の熱交換器３５によって製氷された氷により冷却された水と熱交換する。蓄冷熱媒体３４として水を使用した場合に、水は低温になるほど密度が大きく対流で下方に移動する。このため下側が低温（４℃〜０℃）になり、下側にある蓄冷利用専用の熱交換器３６は常に低い温度の蓄冷熱媒体３４と熱交換することになって、安定した熱交換が可能となる。このように安定した熱交換を可能とするため、蓄冷利用専用の熱交換器３６を、上記蓄冷・蓄冷利用の熱交換器３５の下側に配置するものである。
本実施例によれば、下側にある蓄冷利用専用の熱交換器３６は常に低い温度の蓄冷熱媒体３４と熱交換することになり、安定した熱交換が可能となる。
【００１３】
図２は、蓄熱ユニットの参考例１の概略断面図である。本参考例１は、第１の冷凍装置に接続される蓄冷・蓄冷利用の熱交換器３５の伝熱管と、第２の冷凍装置に接続される蓄冷利用専用の熱交換器３６の伝熱管とを交互に配置するものである。交互に配置する理由は、図１の実施例に比較して温度分布が若干劣るものの、蓄冷利用専用の熱交換器３６の伝熱管周囲の水温による影響を受けないため、利用後半においても良好な熱交換が可能となる。本参考例１によれば、利用後半においても良好な熱交換が可能である。
【００１４】
図３は、蓄熱ユニットの参考例２の概略断面図である。本参考例２は、第２の冷凍装置に接続される蓄冷利用専用の熱交換器３６の伝熱管を、第１の冷凍装置に接続される蓄冷・蓄冷利用の熱交換器３５の伝熱管のピッチの間に配置（蓄冷・蓄冷利用の熱交換器３５の伝熱管の間に熱交換器３６の伝熱管を配置）するものである。その理由は、図２の参考例２に比較して温度分布が改善されて融解ムラがなく、また、利用後半においても良好な熱交換が可能となる。本参考例２によれば、より温度分布が改善されて利用後半においても良好な熱交換が可能である。
【００１５】
図４は、蓄熱ユニットの参考例３の概略断面図である。本参考例３は、第２の冷凍装置の蓄冷利用専用の熱交換器３６を、第１の冷凍装置の蓄冷・蓄冷利用の熱交換器３５の下側の一部分に配置し、その上部を熱交換器３６と熱交換器３５とを交互に配置することで温度分布の改善を図り、また利用後半においても良好な熱交換を可能にすることができる。
【００１６】
図５は、蓄熱ユニットの参考例４の概略断面図である。本参考例４は、第２の冷凍装置の蓄冷利用専用の熱交換器３６を、第１の冷凍装置の蓄冷・蓄冷利用の熱交換器３５の下側の一部分に配置し、その上部で熱交換器３６を熱交換器３５のピッチの間に配置することで、より温度分布の改善を図り、また利用後半においても良好な熱交換を可能にすることができる。
【００１７】
次に、前述の図１に示す蓄熱ユニットを組み込んだ蓄冷熱式冷凍装置について説明する。
図６は、蓄冷熱式冷凍装置の実施例のサイクル系統図である。
蓄冷熱式冷凍装置は、大別すると、低圧側負荷の冷却、蓄冷及び蓄冷利用が可能な第１の冷凍装置Ａと、低圧側負荷の冷却及び蓄冷利用が可能な第２の冷凍装置Ｂとから構成されている。詳しくは次のとおりである。
【００１８】
低圧側負荷の冷却、蓄冷及び蓄冷利用が可能な第１の冷凍装置Ａは、冷凍機１と、負荷用冷却器２ａ，２ｂと、蓄熱ユニット３とから構成され、詳しくは、冷凍機１は、冷媒ガスを圧縮する圧縮機１１、高温・高圧の冷媒ガスが保有する熱を大気側に放熱して液化冷媒とする凝縮器１２で構成され、負荷用冷却器２ａ，２ｂは、前記液化冷媒を断熱膨張させるための２個の並列に接続された冷却器用膨張弁２１ａ，２１ｂと、負荷側から吸熱し液化冷媒が蒸発してガス冷媒となる蒸発器２２ａ，２２ｂと、冷媒ガスの流量を制御するための冷却器用電磁弁２３ａ，２３ｂで構成され、蓄熱ユニット３は、流路開閉用の電磁弁３２ａの手前側で冷媒配管６１から分岐した冷媒配管６１ａに断熱膨張させるための蓄冷熱用膨張弁３１と、流路を開閉するための電磁弁３２ｂとが並列に配接続されており、また前記負荷用冷却器２ａ，２ｂを挟み、その前後側から分岐した冷媒配管６１ｂに、流路を開閉するための電磁弁３２ｃ，３２ｄが接続され、これら配管６１ａ，６１ｂに蓄熱槽３３内の蓄冷・蓄冷利用熱交換器３５が接続されて構成されている。
【００１９】
次に、低圧側負荷の冷却及び蓄冷利用専用の第２の冷凍装置Ｂについて説明する。
第２の冷凍装置Ｂは、熱交換器が蓄冷利用専用であること以外は、基本的に第１の冷凍装置Ａと同様の構成である。すなわち、冷媒配管６２に圧縮機４１、凝縮器４２で構成される冷凍機４と、２個の並列に配置された冷却器用膨張弁５１ａ，５１ｂ、蒸発器５２ａ，５２ｂ、冷却器用電磁弁５３ａ，５３ｂで構成される低圧側負荷用冷却器５ａ，５ｂとが接続され、これに流路開閉用の電磁弁３２ｆとで第２の冷凍装置Ｂを構成している。
【００２０】
この第２の冷凍装置Ｂが、前記第１の冷凍装置Ａと蓄熱槽３３を共用する構成は次のとおりである。
すなわち、前記電磁弁３２ｆを挟みその前後から分岐した冷媒配管６２ａに、前記蓄熱槽３３を共用して内蔵された蓄冷利用専用熱交換器３６が接続されている。また、蓄熱槽３３に流入する流路の手前側には流路を開閉するための電磁弁３２ｅ、蓄熱槽３３から流出する流路の後側には逆止弁３７が接続されている。この逆止弁３７に代えて逆流を防止し、もしくは遮断できるものであれば、たとえば開閉弁などを用いることもできるが、逆止弁であれば開閉の制御が不要なため管理が容易となる。
【００２１】
上記構成において、図７によって、第１の冷凍装置Ａによる低圧側負荷の冷却運転と蓄冷運転、及び第２の冷凍装置Ｂによる低圧側負荷の冷却運転を同時に行う場合について説明する。
蓄冷運転と低圧側負荷の冷却運転とを同時に行う場合、電磁弁３２ａ、３２ｃ、冷却器用電磁弁２３ａ，２３ｂを開き、電磁弁３２ｂ、３２ｄを閉じた状態にしておく。この状態において、太実線で示すように（ただし太実線で示すのは冷媒配管のみとし、熱交換器は細線で示す）、第１の冷凍装置Ａでは、低圧側負荷用冷却器２ａ，２ｂから戻ってきた冷媒ガスは、圧縮機１１によって圧縮されて高温・高圧の冷媒ガスとなる。この高温・高圧の冷媒ガスは凝縮器１１で大気側に放熱して高圧液冷媒となる。この高圧液冷媒は蓄冷熱用膨張弁３１，冷却器用膨張弁２１ａ，２１ｂで断熱膨張して低温の飽和液冷媒となって低圧側負荷用冷却器２ａ，２ｂ及び蓄熱ユニット３３のそれぞれに流れる。
【００２２】
蓄熱槽３３内では、蓄冷・蓄冷利用熱交換器３５によって低温の飽和液冷媒は蓄冷熱媒体３４から吸熱してガス冷媒となり、蓄冷熱媒体３４は冷却されて蓄冷される。また、低圧側負荷用冷却器２ａ，２ｂにおいても飽和液冷媒は冷却負荷側から吸熱してガス冷媒となり、負荷の冷却を行う。
【００２３】
第２の冷凍装置Ｂでは、電磁弁３２ｅを閉じ、電磁弁３２ｆを開いた状態にして、蓄熱ユニット３を介することなく単独で負荷の冷却運転が行なわれる。
低圧側負荷用冷却器２ａ，２ｂが一般的にショーケースやユニットクーラの場合、夜間になると冷却負荷は少なくなるため、冷凍機の余剰冷凍能力で蓄冷が行なわれる。冷却負荷が極めて少なく、もしくは冷却負荷が全くなくなれば低圧側負荷用冷却器２ａ，２ｂへ冷媒を流す必要がなくなる。この場合には、蓄冷運転のみを行う。逆に、蓄冷熱媒体３４への蓄冷が完了すれば蓄冷運転を停止し、低圧側負荷用冷却器２ａ，２ｂのみの運転を行う。
【００２４】
次に図８を用い、第１，２の冷凍装置Ａ，Ｂによって、負荷の冷却、蓄冷及び蓄冷利用運転とを同時に行う場合について説明する。
蓄冷利用運転の場合、第１の冷凍装置Ａでは電磁弁３２ａ，３２ｃを閉じ、電磁弁３２ｂ，３２ｄを開いた状態にしておく。また、第２の冷凍装置では、電磁弁３２ｆを閉じ、電磁弁３２ｅを開いた状態にしておく。
【００２５】
上記状態において、第１の冷凍装置Ａにおいては、凝縮器１２で熱交換されて冷媒は液化し、太実線で示すように、この液化した冷媒は電磁弁３２ｂを通って蓄冷・蓄冷利用熱交換器３５に入り、蓄熱槽３３内の蓄冷熱媒体３４と熱交換して過冷却状態となった後、電磁弁３２ｄを通って低圧側負荷用冷却器２ａ，２ｂに供給される。
【００２６】
冷凍機の容量は一般に夏期の昼間の最大負荷で選定されるため、夜間では冷凍機の冷凍能力に余裕が生じ、蓄冷に利用できる。ここで、第１の冷凍装置Ａで利用する蓄冷熱量以上に蓄冷した場合、例えば第１の冷凍装置Ａと第２の冷凍装置Ｂの両方で利用することを前提に蓄冷熱媒体３４に蓄冷した場合、あるいは負荷が減少し利用する蓄冷熱量も減少した場合、第２の冷凍装置Ｂにおいて蓄冷された余剰冷熱を利用する。そのため、電磁弁３２ｅを開き、電磁弁３２ｆを閉じた状態にして蓄冷利用専用熱交換器３６に冷媒を流す。これにより蓄冷熱媒体３４に蓄冷された余剰分を有効に利用することができる。すなわち、第１の冷凍装置Ａによる冷凍能力の余裕分を有効に利用することができる。
【００２７】
上記実施例のように、電磁弁３２ｅ及び逆止弁３７を蓄熱槽３３の前後に介在させることによって、電磁弁３２ｆのみの場合に比べて次のような異なる作用を行う。
すなわち電磁弁３２ｆのみの場合には、第１の冷凍装置が蓄冷運転を、第２の冷凍装置が蓄冷も蓄冷利用も行わない冷却運転をする場合、高温の液冷媒の一部が６２ａを通って蓄冷利用専用熱交換器３６内を流れるため、蓄冷熱媒体３４と熱交換し蓄冷熱媒体３４を温めてしまうという現象が起り得るが、電磁弁３２ｅを閉じておくことによって上流側からの液冷媒の流入がなくなり、また、下流側からも逆止弁３７によって液冷媒の逆流がなくなり、この結果、蓄冷利用専用熱交換器３６内に液化冷媒が溜まるという現象も起らなくなる。このため、蓄冷運転時に蓄冷熱媒体３４を温めることがなくなり、蓄冷運転を円滑に行うことができる。
【００２８】
なお上記実施例は、低圧側負荷用冷却器と蓄冷及び蓄冷利用が可能な熱交換器とを有する第１の冷凍装置Ａと、低圧側負荷用冷却器と蓄冷利用専用の熱交換器を有する第２の冷凍装置Ｂとのそれぞれの１組みで構成される蓄冷熱式冷凍装置について説明したが、第１の冷凍装置Ａ及び第２の冷凍装置Ｂがそれぞれ複数組適宜組み合わされる場合、もしくは第１の冷凍装置Ａが１組、第２の冷凍装置Ｂが複数組で組み合わされる場合、あるいはこの逆の場合などでも、蓄冷運転を円滑に行うことができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、蓄冷・蓄冷利用の熱交換器と蓄冷利用専用の熱交換器とを、蓄冷熱媒体の温度分布を考慮して配置することで、蓄冷利用専用の熱交換器による蓄冷利用時に、低い温度の蓄冷熱媒体と熱交換させることができ、必要とされる冷凍能力を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蓄冷熱式冷凍装置の蓄熱ユニットに係る第１の実施例の概略断面図である。
【図２】参考例１の蓄冷熱式冷凍装置の蓄熱ユニットの概略断面図である。
【図３】参考例２の蓄冷熱式冷凍装置の蓄熱ユニットの概略断面図である。
【図４】参考例３の蓄冷熱式冷凍装置の蓄熱ユニットの概略断面図である。
【図５】参考例４の蓄冷熱式冷凍装置の蓄熱ユニットの概略断面図である。
【図６】本発明の蓄冷熱式冷凍装置に係る実施例のサイクルの系統図である。
【図７】図６の実施例で、冷却及び蓄冷の同時運転時のサイクル説明図である。
【図８】図６の実施例で、冷却、蓄冷及び蓄冷利用の同時運転時のサイクル説明図である。
【符号の説明】
１，４…冷凍機、２ａ，２ｂ，５ａ，５ｂ…低圧側負荷用冷却器、３…蓄熱ユニット、１１，４１…圧縮機、１２，４２…凝縮器、２１ａ，２１ｂ，５１ａ，５１ｂ…冷却器用膨張弁、２２ａ，２２ｂ，５２ａ，５２ｂ…蒸発器、２３ａ，２３ｂ，５３ａ，５３ｂ…冷却器用電磁弁、３１…蓄冷熱用膨張弁、３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ，３２ｆ…電磁弁、３３…蓄熱槽、３４…蓄冷熱媒体、３５…蓄冷・熱利用熱交換器、３６…蓄冷利用専用熱交換器、３７…逆止弁、６１，６１ａ，６１ｂ，６２，６２ａ…冷媒配管。
【図１】
0004017100.tif 000002
【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】
0004017100.tif 000008
【図８】
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