(57)【要約】  相変化物質を含む蓄熱材を備える冷蔵庫について開示する。冷蔵庫は、冷却対象物を収容するための冷蔵室（６）と、冷蔵室を冷却するための第１の蒸発器（10）および相変化物質を冷却するための第２の蒸発器（12）を有する蒸気圧縮冷却システムとを備える。冷蔵庫にかかる冷却負荷に応じて第１および第２の蒸発器への冷媒の流れを制御するために、弁（15）が設けられている。冷蔵庫が比較的低い冷却負荷を受けている場合には、冷媒は相変化物質を冷却するために第２の蒸発器（12）に流入し、冷蔵庫が比較的高い冷却負荷を受けている場合には、冷媒は第１の蒸発器（10）に流入することで、第１の蒸発器と相変化物質によって向上した冷却性が冷蔵室に提供される。好ましい実施形態では、冷蔵庫が比較的低い冷却負荷を受けている場合には、冷媒は第１の蒸発器（10）および第２の蒸発器（12）の両方に流入し、冷蔵庫が比較的高い冷却負荷を受けている場合には、冷媒は概ね第１の蒸発器（10）にのみ流入する。【選択図】図１
2017537300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却対象物を収容するための冷蔵室を有する冷蔵庫であって、
この冷蔵庫は、
相変化物質を有する蓄熱材と、
前記冷蔵室を冷却するための第１の蒸発器および前記相変化物質を冷却するための第２の蒸発器を有する蒸気圧縮冷却システムと、
前記冷蔵庫にかかる冷却負荷に応じて前記第１の蒸発器および第２の蒸発器への冷媒の流れを制御するための制御手段とを備え、
前記冷蔵庫が比較的低い冷却負荷を受けている場合には、冷媒は前記相変化物質を冷却するために前記第２の蒸発器に流入し、当該冷蔵庫が比較的高い冷却負荷を受けている場合には、冷媒は前記第１の蒸発器に流入することで、前記第１の蒸発器と前記相変化物質によって向上した冷却性が前記冷蔵室に提供される
ことを特徴とする冷蔵庫。
【請求項２】
冷蔵庫が比較的低い冷却負荷を受けている場合には、冷媒は第１の蒸発器および第２の蒸発器の両方に流入する
ことを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
【請求項３】
冷蔵庫が比較的高い冷却負荷を受けている場合には、冷媒は概ね第１の蒸発器にのみ流入する
ことを特徴とする請求項１または２記載の冷蔵庫。
【請求項４】
冷媒の流れを制御するための制御手段は、弁と、冷蔵庫にかかる冷却負荷に応じて前記弁の位置状態を制御するためのコントローラとを有する
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載の冷蔵庫。
【請求項５】
弁は、双安定弁である
ことを特徴とする請求項４記載の冷蔵庫。
【請求項６】
冷蔵庫にかかる冷却負荷は、前記冷蔵室の温度を特定するための温度センサによって判定される
ことを特徴とする請求項４または５記載の冷蔵庫。
【請求項７】
相変化物質の相の組成比を特定するためにセンサを有し、
コントローラは、前記相変化物質の相の組成比に応じて弁の位置を制御する
ことを特徴とする請求項４ないし６いずれか一記載の冷蔵庫。
【請求項８】
蒸気圧縮冷却システムは、圧縮機を有し、
コントローラは、前記圧縮機を制御することによって、冷蔵室に提供される冷却量を制御する
ことを特徴とする請求項４ないし７いずれか一記載の冷蔵庫。
【請求項９】
冷蔵庫は、その冷蔵室からの空気を冷却するために蓄熱材および第１の蒸発器へと循環させるファンを有し、
コントローラは、前記ファンの運転または速度を制御することによって、前記冷蔵室に提供される冷却量を制御する
ことを特徴とする請求項４ないし８いずれか一記載の冷蔵庫。
【請求項１０】
蓄熱材は２つの相対する冷却表面を有し、
空気は、前記冷却表面の両方に沿って通過するように前記蓄熱材の両側に流通可能である
ことを特徴とする請求項１ないし９いずれか一記載の冷蔵庫。
【請求項１１】
第１の蒸発器は、蓄熱材の下流に配置される
ことを特徴とする請求項１０記載の冷蔵庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相変化物質を蓄熱材として用いた冷蔵庫に関する。本発明は、特に、比較的ピーク冷却負荷が高く、バーやパブ等に設置されるような商用ボトルクーラに関連する。
【背景技術】
【０００２】
例えばボトルクーラ等の冷蔵陳列キャビネットは、利用客への販売用飲料を冷蔵するために娯楽施設で広く使用されている。このような冷蔵陳列キャビネットは、通常、内部の飲料が利用客に見えるように透明または内部を視認可能な透けた扉を備えている。
【０００３】
ボトルクーラは、例えば、利用客の飲料を取り出すために頻繁に扉が開けられた場合や、冷却済みではない多数の飲料容器が補充されている場合等に、冷却負荷が比較的に高くなる。
【０００４】
その高い冷却負荷に対応するために、店舗用ボトルクーラは、同様の容量の家庭用冷蔵庫に通常設けられるものよりも大型の蒸気圧縮冷却システムを備えている。そのため、この種のボトルクーラは、同程度のサイズの家庭用冷蔵庫と比較して非効率な運転となる。
【０００５】
また、サイズ以外の理由を検討しても、家庭用冷蔵庫は市場がより大きいことによって、使用される圧縮機の効率を高めるための開発が推進されており、一般的に商用冷蔵庫で使用される比較的大型の圧縮機は、家庭用冷蔵庫に使用される比較的小型の圧縮機よりも経済的ではない。
【０００６】
さらに、透視可能または透明な扉にするために断熱性が比較的低い材料を使用する必要があり、ボトルクーラの全体的効率が損なわれる。この問題は、冷蔵品や冷却品を販売する店舗等において、営業時間中に前面を開放して（すなわち扉なしで）運用される陳列キャビネットの場合には特に深刻である。
【０００７】
特許文献１は、２つの冷蔵室を有するシステムに関し、一方は冷蔵用、他方は冷凍用であり、それぞれに蒸発器を有する。それらの冷蔵室の温度を制御するために、制御装置を用いてそれら冷蔵室と蒸発器との間で冷媒の流れを誘導する。そして、どちらかの蒸発器と関連して相変化物質を用いることができる。
【０００８】
特許文献２は、蓄熱器として機能する相変化物質が内壁に設けられた冷蔵陳列キャビネットに関するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】カナダ特許第２１０３９７８号明細書
【特許文献２】独国実用新案第２０２００６０１０７５７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、冷蔵陳列キャビネットの効率を高めることを目的としており、定期的に大きな負荷変動を受ける任意の冷蔵装置に有用であると考えられる。
【００１１】
本発明により、冷却対象物を収容するための冷蔵室を有する冷蔵庫を提供し、この冷蔵庫は、相変化物質を含む蓄熱材と、冷蔵室を冷却するための第１の蒸発器および相変化物質を冷却するための第２の蒸発器を有する蒸気圧縮冷却システムと、冷蔵庫にかかる冷却負荷に応じて第１の蒸発器および第２の蒸発器への冷媒の流れを制御するための制御手段とを備え、冷蔵庫が比較的低い冷却負荷を受けている場合には、冷媒は相変化物質を冷却するために第２の蒸発器に流入し、冷蔵庫が比較的高い冷却負荷を受けている場合には、冷媒は第１の蒸発器に流入することで、第１の蒸発器と相変化物質とによって向上した冷却性が冷蔵室に提供される。
【００１２】
冷蔵庫が比較的低い冷却負荷を受けている場合には、ある程度の冷却効果は相変化物質および第２の蒸発器によって得られるので、冷媒は相変化物質を冷却するために概ね第２の蒸発器にのみ流入し得ることが想定される。しかしながら、好ましい実施形態では、冷蔵庫が比較的低い冷却負荷を受けている場合に、冷媒は第１の蒸発器および第２の蒸発器の両方に流入する。
【００１３】
冷蔵庫が比較的高い冷却負荷を受けている場合には、冷媒を概ね第１の蒸発器にのみ誘導することにより、第１の蒸発器によって得られる冷却効果を最大限に高めることが好ましい。
【００１４】
冷却負荷が低い期間には冷媒を第２の蒸発器に流通するように誘導することによって、システムにおける余剰能力を、相変化物質（ＰＣＭ）をより低エネルギー状態、例えば気体から液体または液体から固体へと冷却するために用いることができる。
【００１５】
冷蔵庫が高い冷却負荷を受ける場合には、空気を冷却するために第１の蒸発器および蓄熱材の両方を同時に（順次に）用いることができる。第１の蒸発器と蓄熱材とは別々に分かれたものであるため、冷却表面積が増大して、より急速に冷却できる。ＰＣＭは、前回の低冷却負荷期間から、完全にではないにしても少なくとも一部がより低エネルギー状態にあるので、第２の蒸発器より優先的に（主にまたは完全に）第１の蒸発器に冷媒の流れを誘導することができ、これにより、第１の蒸発器によって得られる空気の冷却が向上する。第２の蒸発器への冷媒の流れは、制限またはターンオフされるが、低エネルギー状態にあるＰＣＭは、より高エネルギー状態へと徐々に移行しつつ、空気を冷却し続ける。したがって、ピーク負荷期間中には、ＰＣＭよりもむしろ空気を主に冷却するために、冷媒を用いることができる。
【００１６】
このように冷媒を制御することによって、システムによる冷却効率は向上する。蓄熱材によって、より長期間に冷却負荷を分散させるのと同様の効果が得られる。これにより、システムは、冷蔵庫の効果が低減するとしても最小限に抑えつつ、より小型でより効率的な圧縮機を使用することが可能となる。
【００１７】
また、一時的な停電が発生した場合であっても、蓄熱材によって、冷蔵庫における冷却を継続することも実現し得る。
【００１８】
冷却負荷の状態は、一般的には、実際の温度と所定の温度との温度差を検知することによって特定される。
【００１９】
冷蔵室内の空気の冷却速度を向上させるためには、蓄熱材の冷却表面を通過させ、さらに好ましくは第１の蒸発器を通過させて、冷蔵室内の空気を循環させるための手段を備えることが好ましい。より高い熱負荷に対処するために要求される冷却速度を得るためには、対流または伝導による冷却が現実的ではない可能性がある陳列用冷蔵庫にとって、強制空気冷却は特に望ましいと考えられる。好ましくは、空気を循環させるための手段はファンを有する。空気は、冷蔵室から外に循環させて、蓄熱材の冷却表面を通過させ、第１の蒸発器を通過させて、冷蔵室に戻すことが好ましい。
【００２０】
冷蔵庫は、冷蔵室の壁と冷蔵庫の外側断熱壁との間に介在するダクトを有する。蓄熱材は、そのダクト内に取り付けることができる。最大限の表面積を得るためには、ダクトに流通する空気に蓄熱材の相対する両外側が触れるように、蓄熱材をダクト内に取り付けることが好ましい。つまり、空気は、蓄熱材の両側を通過する。また、蓄熱材は、ダクトの軸に平行なその長手軸を有した細長形状とすることで、その表面積の大部分を通過空気にさらす構成が好ましい。
【００２１】
好ましくは、第１の蒸発器は蓄熱材の下流に配置されて、これにより、高冷却負荷期間中に、第１の蒸発器を通過する前の空気を冷却するために、ＰＣＭの冷却効果をフルに利用できる。
【００２２】
蒸気圧縮冷却システムは、圧縮機と、凝縮器と、少なくとも１つの膨張装置と、冷媒が第１の蒸発器に流入して圧縮機に戻るように流通する第１の経路と、冷媒が第２の蒸発器に流入して圧縮機に戻るように流通する第２の経路とを有する構成が好ましい。また、好ましい実施形態では、第２の蒸発器の下流の第２の経路は、第１の蒸発器の上流の第１の経路に合流する。
【００２３】
第１の蒸発器と第２の蒸発器との間で冷媒の流れを制御するための制御手段は、冷媒を、（同じ流量もしくは異なる流量で）両方の蒸発器に誘導するか、完全にもしくは概ね一方または他方の蒸発器に誘導するように機能し得る。
【００２４】
好ましくは、冷却負荷に応じて第１の蒸発器および第２の蒸発器への冷媒の流れを制御するための制御手段は、弁およびコントローラを有する。好ましくは、コントローラは、冷却負荷に応じて弁の位置を制御する。上述のように、冷却負荷は、冷蔵室およびダクト内の少なくとも一方の空気の温度と所定の温度との差を特定することによって確認される構成が好ましい。冷蔵室およびダクト内の少なくとも一方の空気の温度は、好ましくは、温度センサによって特定される。
【００２５】
コントローラは、ＰＣＭの２つの相の組成比に応じて弁の位置を制御する構成が好ましい。
【００２６】
また、好ましい実施形態では、弁は２つの位置状態のみを有し、第１の位置では、冷媒が両方の蒸発器に誘導され、第２の位置では、冷媒が第１の蒸発器のみに誘導される。すなわち、弁は、双安定弁が好ましい。これにより、単純化された制御システムを構成できる。
【００２７】
コントローラは、圧縮機の運転および上記の空気を循環させる手段の少なくとも一方の動作や速度を制御する構成が好ましい。
【００２８】
ＰＣＭは、主成分として水を含むことが好ましく、さらにこれは、凝固点を調整するための１種以上の溶質を含み得る。
【００２９】
ＰＣＭが内側から外側へと冷却されるように、第２の蒸発器は、部分的または完全にＰＣＭ内に配置された構成にすることができる。蓄熱材は、ＰＣＭの状態が変化している程度を特定するための手段を有することが好ましい。この情報は、コントローラによって、第２の蒸発器への冷媒の流れを制御するためや、圧縮機を制御するために用いることができる。
【００３０】
別の態様では、本発明により、冷却対象物を収容するための冷蔵室を有する冷蔵庫を提供し、この冷蔵庫は、冷蔵庫が比較的高い冷却負荷を受けている期間中に冷蔵室を冷却するための相変化物質を含む蓄熱材と、冷蔵室を冷却するために冷媒が流通する第１の蒸発器、および、冷蔵庫が比較的低い冷却負荷を受けているときに相変化物質を冷却するために冷媒が流通する第２の蒸発器を有する蒸気圧縮冷却システムと、冷蔵庫にかかる冷却負荷に応じて第１の蒸発器および第２の蒸発器への冷媒の流れを制御するための制御手段とを備える。
【００３１】
本発明について、以下の図面を参照した例によって説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による冷蔵陳列キャビネットの部分概略側断面図である
【図２】本発明による冷媒回路の概略図である。
【図３】蓄熱材を示す部分概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１を参照して、冷蔵陳列キャビネットは、ガラス扉２を有する断熱ケーシング１を備える。断熱ケーシングは、好ましくは、構造剛性のために高密度ポリウレタンと組み合わせて真空成形断熱板で構成される。ガラス扉は、二重ガラスとするか、または好ましくは三重ガラスとすることができる。断熱性を高めるためにガラス板の間にクリプトンガスを供給できる。キャビネットは、圧縮機３と、凝縮器４と、凝縮器４に関連付けられたファン５とを有する蒸気圧縮冷却システムの構成要素を保持するベース上に載置される。
【００３４】
キャビネット１は、コンパートメント６を有し、その中に収容される製品が冷却される。コンパートメント６には照明を設けることができ、その照明は、エネルギー効率の良いＬＥＤ照明が好ましい。照明用電源は、好ましくは、コンパートメント６の外に配置される。機器熱負荷をさらに低減するためには、ＬＥＤ光源もコンパートメント６の外に配置することができ、例えばライトガイド、光ファイバおよびエアロゲル等のような適切な手段によって光がコンパートメント６内に誘導される。
【００３５】
空気は、冷却のために、ファン7Aによってコンパートメント６からダクト７内に引き込まれる。ダクト７は、部分的に、少なくともコンパートメント６を形成する内壁6Aと断熱ケーシング１の内壁との間の間隙によって画成される。コンパートメント６の底は、（後述する）第１の蒸発器10またはそのケーシングによって画定され得る。
【００３６】
図１および図２は、冷媒回路を示している。凝縮器４からの凝縮された冷媒は、選択的に２つの経路のうちの一方に沿って圧縮機３に戻るように流通できる。第１の経路８は、第１の膨張装置9Aと、一般的にはフィン・チューブ式蒸発器である第１の蒸発器10を通って冷媒を運ぶ。第２の経路11は、第２の膨張装置9Bと、この場合は水である相変化物質（ＰＣＭ）14を保持する蓄熱ユニット13に組み込まれた第２の蒸発器12とを通って冷媒を運ぶ。
【００３７】
冷媒の流れは、凝縮器４の下流の弁15によって制御される。弁15の位置状態は、コントローラ16によって制御され、このコントローラ16は、圧縮機３、凝縮器ファン５、およびダクトファン7Aを制御するためにも使用される。
【００３８】
図１および図２に示すように、システムは、第２の蒸発器12から流出した冷媒が第１の蒸発器10を通って圧縮機３に戻るように構成されている。なお、圧縮機３の上流で２つの別々の経路が合流するなどのような他の構成に適宜変更可能である。
【００３９】
図１に戻って、第１の蒸発器10と蓄熱ユニット13は、いずれもダクト７を通って循環する空気が蓄熱ユニット13および第１の蒸発器10の冷却表面を通過して空気を冷却するように設置されている。
【００４０】
温度センサ17は、コンパートメント６から出る空気の温度を検知して、対応する信号をコントローラ16に供給する。
【００４１】
高冷却負荷期間中に、最も高温の暖気が蓄熱材13を通過してＰＣＭ14から暖気への伝熱が増加するように、第１の蒸発器10は蓄熱材13の下流に配置されている。
【００４２】
図３に示すように、第２の蒸発器12は蓄熱材13に組み込まれており、これにより、ＰＣＭ14の凝固は最初に中央領域14Aで生じて、中央領域は主に氷であり、その外側は主に水からなる外側領域14Cである。ＰＣＭ14が凝固や融解している程度は、氷と水との界面14Bの位置を計測することによって検出される。この計測は、蓄熱材13の外壁と蒸発器12との間の点でＰＣＭ14の導電率を測定するセンサ（群）18によって行なわれる。センサ（群）18からの信号は、コントローラ16で受信する。このような構成は、ＰＣＭを組み込んだ蓄熱材の技術分野において知られている。
【００４３】
ダクト７内で蓄熱材13によって空気にさらされる冷却表面を最大限に確保するために、蓄熱材13は、その幅方向の両側に空気が通過できるように、壁6Aおよび断熱ケーシング１の両方から離間して配置されている。
【００４４】
図１および図２に戻って、冷蔵庫の運転について説明する。冷蔵庫が定常状態で運転している場合、すなわちコンパートメントから流れ出る空気の温度が所定の温度またはそれに近い温度であるときには、コントローラ16は、蓄熱材13内のＰＣＭ14を冷却して凝固させるために、冷媒が第２の蒸発器12を通る第２の経路11に沿ってポンプ圧送されるように弁15を操作する。また、ＰＣＭ14の凝固がセンサ18により検知されたら、コントローラ16は、エネルギーを節約するために、圧縮機３および凝縮器ファン５をターンオフまたは減速できる。一般的には、このような圧縮機３は、オンまたはオフのどちらかであるが、場合によっては減速させる可能である。
【００４５】
このような制御を適用することによって、次回の高冷却負荷期間中に追加冷却を得るのに十分なＰＣＭ14の凝固を確保するために、定常運転中のＰＣＭ14の凝固状態を、例えば、完全凝固と２０％融解との間で制御できる。定常運転中にＰＣＭ14が十分に凝固していると判断された場合には、コントローラ16は、エネルギー消費を抑えるために、圧縮機３をターンオフまたは減速できる。
【００４６】
さらに、コントローラは、コンパートメント空気温度を調整および制御するさらなる方法として、その定常状態の間にファン7Aの運転または速度を制御できる。
【００４７】
定常運転の具体的な実施形態では、冷媒は両方の蒸発器に流通し、コンパートメントから出る空気の温度を調節することによって製品の温度を制御する。空気温度は、ファン7Aの速度の調整、ならびに圧縮機３および凝縮器ファン５のオンオフの切り替えによって制御される。さらに、センサ18で測定される凝固したＰＣＭの量が閾値を下回った場合には、圧縮機３および凝縮器ファン５を作動させる。空気温度が低くなり過ぎた場合には、ファン7Aを減速させる。ＰＣＭが１００％凝固またはそれに近い状態に達したら、圧縮機および凝縮器ファンを停止させて、蓄熱材やＰＣＭで空気を冷却する。空気温度が上昇するにつれて、ファン速度を加速させていき、さらなる閾値温度に達したら、圧縮機や凝縮器ファンを作動させる。
【００４８】
熱負荷が比較的高い期間中、すなわちコンパートメント６からの空気の温度が所定の温度よりも（場合によっては、所定の温度からの許容範囲を超えて）高いことがセンサ17により検出された場合には、コントローラ16は、冷媒が優先的に第１の蒸発器10に誘導されるように弁15を調整する。これによって、第１の蒸発器10は、循環空気を冷却するためのより大きな冷却力が得られる。第１の蒸発器10にかかる冷却負荷は、空気が最初に通過する蓄熱ユニット13によるその空気への冷却効果によっても軽減される。
【００４９】
温度が所定の温度またはそれに近い温度まで下降したことが検知されると、コントローラ16は、ＰＣＭ14を再凝固させるために、冷媒またはその一部の流動が第２の蒸発器12を通って誘導されるように弁15を操作し、最終的に定常状態に達する。
【００５０】
なお、特許請求の範囲で規定される本発明の範囲から逸脱することなく、上記の実施の形態に対して多くの変形例に適宜変更可能であることは理解されるであろう。例えば、冷蔵庫は、２つよりも多くの蒸発器を備えてもよい。温度センサは、代わりにコンパートメント６に設置されてもよい。
【００５１】
上述のように、蓄熱材によって、一時的な停電が発生した場合に冷蔵庫が冷却を継続することが実現し得る。一方、停電が発生した場合の蒸気圧縮システムの運転用にバッテリを設けてもよい。
【図１】
2017537300.tif 000003
【図２】
2017537300.tif 000004
【図３】
2017537300.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成29年10月23日(2017.10.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相変化物質を蓄熱材として用いた冷蔵庫に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば商用ボトルクーラ等の冷蔵陳列キャビネットは、利用客への販売用飲料を冷蔵するためにバーやパブ等の娯楽施設で広く使用されている。このような冷蔵陳列キャビネットは、通常、内部の飲料が利用客に見えるように透明または内部を視認可能な透けた扉を備えている。
【０００３】
ボトルクーラは、例えば、利用客の飲料を取り出すために頻繁に扉が開けられた場合や、冷却済みではない多数の飲料容器が補充されている場合等に、冷却負荷が比較的に高くなる。
【０００４】
その高い冷却負荷に対応するために、店舗用ボトルクーラは、同様の容量の家庭用冷蔵庫に通常設けられるものよりも大型の蒸気圧縮冷却システムを備えている。そのため、この種のボトルクーラは、同程度のサイズの家庭用冷蔵庫と比較して非効率な運転となる。
【０００５】
また、サイズ以外の理由を検討しても、家庭用冷蔵庫は市場がより大きいことによって、使用される圧縮機の効率を高めるための開発が推進されており、一般的に商用冷蔵庫で使用される比較的大型の圧縮機は、家庭用冷蔵庫に使用される比較的小型の圧縮機よりも経済的ではない。
【０００６】
さらに、透視可能または透明な扉にするために断熱性が比較的低い材料を使用する必要があり、ボトルクーラの全体的効率が損なわれる。この問題は、冷蔵品や冷却品を販売する店舗等において、営業時間中に前面を開放して（すなわち扉なしで）運用される陳列キャビネットの場合には特に深刻である。
【０００７】
特許文献１は、２つの冷蔵室を有するシステムに関し、一方は冷蔵用、他方は冷凍用であり、それぞれに蒸発器を有する。それらの冷蔵室の温度を制御するために、制御装置を用いてそれら冷蔵室と蒸発器との間で冷媒の流れを誘導する。そして、どちらかの蒸発器と関連して相変化物質を用いることができる。
【０００８】
特許文献２は、蓄熱器として機能する相変化物質が内壁に設けられた冷蔵陳列キャビネットに関するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】カナダ特許第２１０３９７８号明細書
【特許文献２】独国実用新案第２０２００６０１０７５７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、冷蔵陳列キャビネットの効率を高めることを目的としており、定期的に大きな負荷変動を受ける任意の冷蔵装置に有用であると考えられる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明により、冷却対象物を収容するための冷蔵室を有する冷蔵庫を提供し、この冷蔵庫は、相変化物質を含む蓄熱材と、冷蔵室を冷却するための第１の蒸発器および相変化物質を冷却するための第２の蒸発器を有する蒸気圧縮冷却システムと、冷蔵室にかかる冷却負荷に応じて第１の蒸発器および第２の蒸発器への冷媒の流れを制御するための制御手段とを備え、冷蔵室への冷却負荷が比較的低い場合には、冷媒は相変化物質を冷却するために少なくとも第２の蒸発器に流入し、冷蔵室への冷却負荷が比較的高い場合には、冷媒は第１の蒸発器に流入することで、第１の蒸発器と相変化物質とによって向上した冷却性が冷蔵室に提供される。
【００１２】
冷蔵室への冷却負荷が比較的低い場合には、ある程度の冷却効果は相変化物質および第２の蒸発器によって得られるので、冷媒は相変化物質を冷却するために第２の蒸発器にのみ流入し得ることが想定される。しかしながら、好ましい実施形態では、冷蔵室への冷却負荷が比較的低い場合に、冷媒は第１の蒸発器および第２の蒸発器の両方に流入する。
【００１３】
冷蔵室への冷却負荷が比較的高い場合には、冷媒を第１の蒸発器にのみ誘導することにより、第１の蒸発器によって得られる冷却効果を最大限に高めることが好ましい。
【００１４】
冷却負荷が低い期間には冷媒を第２の蒸発器に流通するように誘導することによって、システムにおける余剰能力を、相変化物質（ＰＣＭ）をより低エネルギー状態、例えば気体から液体または液体から固体へと冷却するために用いることができる。
【００１５】
冷蔵室への冷却負荷が高い場合には、空気を冷却するために第１の蒸発器および蓄熱材の両方を同時に（順次に）用いることができる。第１の蒸発器と蓄熱材とは別々に分かれたものであるため、冷却表面積が増大して、より急速に冷却できる。ＰＣＭは、前回の低冷却負荷期間から、完全にではないにしても少なくとも一部がより低エネルギー状態にあるので、第２の蒸発器より優先的に（主にまたは完全に）第１の蒸発器に冷媒の流れを誘導することができ、これにより、第１の蒸発器によって得られる空気の冷却が向上する。第２の蒸発器への冷媒の流れは、制限またはターンオフされるが、低エネルギー状態にあるＰＣＭは、より高エネルギー状態へと徐々に移行しつつ、空気を冷却し続ける。したがって、ピーク負荷期間中には、ＰＣＭよりもむしろ空気を主に冷却するために、冷媒を用いることができる。
【００１６】
このように冷媒を制御することによって、システムによる冷却効率は向上する。蓄熱材によって、より長期間に冷却負荷を分散させるのと同様の効果が得られる。これにより、システムは、冷蔵庫の効果が低減するとしても最小限に抑えつつ、より小型でより効率的な圧縮機を使用することが可能となる。
【００１７】
また、一時的な停電が発生した場合であっても、蓄熱材によって、冷蔵庫における冷却を継続することも実現し得る。
【００１８】
冷却負荷の状態は、一般的には、実際の温度と所定の温度との温度差を検知することによって特定される。
【００１９】
冷蔵室内の空気の冷却速度を向上させるためには、蓄熱材の冷却表面を通過させ、さらに好ましくは第１の蒸発器を通過させて、冷蔵室内の空気を循環させるための手段を備えることが好ましい。より高い熱負荷に対処するために要求される冷却速度を得るためには、対流または伝導による冷却が現実的ではない可能性がある陳列用冷蔵庫にとって、強制空気冷却は特に望ましいと考えられる。好ましくは、空気を循環させるための手段はファンを有する。空気は、冷蔵室から外に循環させて、蓄熱材の冷却表面を通過させ、第１の蒸発器を通過させて、冷蔵室に戻すことが好ましい。
【００２０】
冷蔵庫は、冷蔵室の壁と冷蔵庫の外側断熱壁との間に介在するダクトを有する。蓄熱材は、そのダクト内に取り付けることができる。最大限の表面積を得るためには、ダクトに流通する空気に蓄熱材の相対する両外側が触れるように、蓄熱材をダクト内に取り付けることが好ましい。つまり、空気は、蓄熱材の両側を通過する。また、蓄熱材は、ダクトの軸に平行なその長手軸を有した細長形状とすることで、その表面積の大部分を通過空気にさらす構成が好ましい。
【００２１】
好ましくは、第１の蒸発器は蓄熱材の下流に配置されて、これにより、高冷却負荷期間中に、第１の蒸発器を通過する前の空気を冷却するために、ＰＣＭの冷却効果をフルに利用できる。
【００２２】
蒸気圧縮冷却システムは、圧縮機と、凝縮器と、少なくとも１つの膨張装置と、冷媒が第１の蒸発器に流入して圧縮機に戻るように流通する第１の経路と、冷媒が第２の蒸発器に流入して圧縮機に戻るように流通する第２の経路とを有する構成が好ましい。また、好ましい実施形態では、第２の蒸発器の下流の第２の経路は、第１の蒸発器の上流の第１の経路に合流する。
【００２３】
第１の蒸発器と第２の蒸発器との間で冷媒の流れを制御するための制御手段は、冷媒を、（同じ流量もしくは異なる流量で）両方の蒸発器に誘導するか、完全にもしくは概ね一方または他方の蒸発器に誘導するように機能し得る。
【００２４】
好ましくは、冷却負荷に応じて第１の蒸発器および第２の蒸発器への冷媒の流れを制御するための制御手段は、位置状態の変化によって冷媒の経路を切り替える弁およびコントローラを有する。好ましくは、コントローラは、冷却負荷に応じて弁の位置を制御する。上述のように、冷却負荷は、冷蔵室およびダクト内の少なくとも一方の空気の温度と所定の温度との差を特定することによって確認される構成が好ましい。冷蔵室およびダクト内の少なくとも一方の空気の温度は、好ましくは、温度センサによって特定される。
【００２５】
コントローラは、ＰＣＭの２つの相の組成比に応じて弁の位置を制御する構成が好ましい。
【００２６】
また、好ましい実施形態では、弁は２つの位置状態のみを有し、第１の位置では、冷媒が両方の蒸発器に誘導され、第２の位置では、冷媒が第１の蒸発器のみに誘導される。すなわち、弁は、双安定弁が好ましい。これにより、単純化された制御システムを構成できる。
【００２７】
コントローラは、圧縮機の運転および上記の空気を循環させる手段の少なくとも一方の動作や速度を制御する構成が好ましい。
【００２８】
ＰＣＭは、主成分として水を含むことが好ましく、さらにこれは、凝固点を調整するための１種以上の溶質を含み得る。
【００２９】
ＰＣＭが内側から外側へと冷却されるように、第２の蒸発器は、部分的または完全にＰＣＭ内に配置された構成にすることができる。蓄熱材は、ＰＣＭの状態が変化している程度を特定するための手段を有することが好ましい。この情報は、コントローラによって、第２の蒸発器への冷媒の流れを制御するためや、圧縮機を制御するために用いることができる。
【００３０】
別の態様では、本発明により、冷却対象物を収容するための冷蔵室を有する冷蔵庫を提供し、この冷蔵庫は、冷蔵室が比較的高い冷却負荷を受けている期間中に冷蔵室を冷却するための相変化物質を含む蓄熱材と、冷蔵室を冷却するために冷媒が流通する第１の蒸発器、および、冷蔵室が比較的低い冷却負荷を受けているときに相変化物質を冷却するために冷媒が流通する第２の蒸発器を有する蒸気圧縮冷却システムと、冷蔵室にかかる冷却負荷に応じて第１の蒸発器および第２の蒸発器への冷媒の流れを制御するための制御手段とを備える。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、冷蔵室にかかる冷却負荷に応じて冷媒の流れを制御するため、第１の蒸発器と相変化物質とによって冷蔵室の冷却性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による冷蔵陳列キャビネットの部分概略側断面図である
【図２】本発明による冷媒回路の概略図である。
【図３】蓄熱材を示す部分概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００３４】
図１に示すように、冷蔵陳列キャビネットは、ガラス扉２を有する断熱ケーシング１を備える。
【００３５】
断熱ケーシング１は、好ましくは、構造剛性のために高密度ポリウレタンと組み合わせて真空成形断熱板で構成される。
【００３６】
ガラス扉２は、二重ガラスとするか、または好ましくは三重ガラスとすることができる。断熱性を高めるためにガラス板の間にクリプトンガスを設けてもよい。
【００３７】
断熱ケーシング１は、圧縮機３と、凝縮器４と、凝縮器４に関連付けられた凝縮器ファン５とを有する蒸気圧縮冷却システムの構成要素を保持するベース上に載置される。
【００３８】
キャビネットは、冷蔵室としてのコンパートメント６を有し、その中に収容される製品が冷却される。
【００３９】
コンパートメント６には照明を設けることができ、その照明は、エネルギー効率の良いＬＥＤ照明が好ましい。
【００４０】
照明用電源は、好ましくは、コンパートメント６の外に配置される。機器熱負荷をさらに低減するためには、ＬＥＤ光源もコンパートメント６の外に配置することができ、例えばライトガイド、光ファイバおよびエアロゲル等のような適切な手段によって光がコンパートメント６内に誘導される。
【００４１】
空気は、冷却のために、ファン7Aによってコンパートメント６からダクト７内に引き込まれる。
【００４２】
ダクト７は、部分的に、少なくともコンパートメント６を形成する内壁6Aと断熱ケーシング１の内壁との間の間隙によって画成される。コンパートメント６の底は、（後述する）第１の蒸発器10またはそのケーシングによって画定され得る。
【００４３】
図１および図２は、冷媒回路を示している。凝縮器４からの凝縮された冷媒は、選択的に２つの経路のうちの一方に沿って圧縮機３に戻るように流通できる。
【００４４】
第１の経路８は、第１の膨張装置9Aと、一般的にはフィン・チューブ式蒸発器である第１の蒸発器10を通って冷媒を運ぶ。
【００４５】
第２の経路11は、第２の膨張装置9Bと、この場合は水である相変化物質としてのＰＣＭ14を保持する蓄熱材としての蓄熱ユニット13に組み込まれた第２の蒸発器12とを通って冷媒を運ぶ。
【００４６】
冷媒の流れは、凝縮器４の下流の弁15によって制御される。弁15の位置状態は、制御手段としてのコントローラ16によって制御され、このコントローラ16は、圧縮機３、凝縮器ファン５、およびファン7Aを制御するためにも使用される。
【００４７】
図１および図２に示すように、システムは、第２の蒸発器12から流出した冷媒が第１の蒸発器10を通って圧縮機３に戻るように構成されている。なお、圧縮機３の上流で２つの別々の経路が合流するなどのような他の構成に適宜変更可能である。
【００４８】
図１に戻って、第１の蒸発器10と蓄熱ユニット13は、いずれもダクト７を通って循環する空気が蓄熱ユニット13および第１の蒸発器10の冷却表面を通過して空気を冷却するように設置されている。
【００４９】
温度センサ17は、コンパートメント６から出る空気の温度を検知して、対応する信号をコントローラ16に供給する。
【００５０】
高冷却負荷期間中に、最も高温の暖気が蓄熱ユニット13を通過してＰＣＭ14から暖気への伝熱が増加するように、第１の蒸発器10は蓄熱ユニット13の下流に配置されている。
【００５１】
図３に示すように、第２の蒸発器12は蓄熱ユニット13に組み込まれており、これにより、ＰＣＭ14の凝固は最初に中央領域14Aで生じて、中央領域14Aは主に氷であり、その外側は主に水からなる外側領域14Cである。ＰＣＭ14が凝固や融解している程度は、氷と水との界面14Bの位置を計測することによって検出される。この氷と水との相対的な比率の計測は、蓄熱ユニット13の外壁と蒸発器12との間の点でＰＣＭ14の導電率を測定するセンサとしてのセンサ群18によって行なわれる。
【００５２】
センサ群18からの信号は、コントローラ16で受信する。このような構成は、ＰＣＭ14を組み込んだ蓄熱材の技術分野において知られている。
【００５３】
ダクト７内で蓄熱ユニット13によって空気にさらされる冷却表面を最大限に確保するために、蓄熱ユニット13は、その幅方向の両側に空気が通過できるように、壁6Aおよび断熱ケーシング１の両方から離間して配置されている。
【００５４】
図１および図２に戻って、冷蔵庫の運転について説明する。冷蔵庫が定常状態で運転している場合、すなわちコンパートメント６から流れ出る空気の温度が所定の温度またはそれに近い温度であるときには、コントローラ16は、蓄熱ユニット13内のＰＣＭ14を冷却して凝固させるために、冷媒が第２の蒸発器12を通る第２の経路11に沿ってポンプ圧送されるように弁15を操作する。
【００５５】
また、ＰＣＭ14の凝固がセンサ18により検知されたら、コントローラ16は、エネルギーを節約するために、圧縮機３および凝縮器ファン５をターンオフまたは減速できる。一般的には、このような圧縮機３は、オンまたはオフのどちらかであるが、場合によっては減速させることも可能である。
【００５６】
このような制御を適用することによって、次回の高冷却負荷期間中に追加冷却を得るのに十分なＰＣＭ14の凝固を確保するために、定常運転中のＰＣＭ14の凝固状態を、例えば、完全凝固と２０％融解との間で制御できる。
【００５７】
定常運転中にＰＣＭ14が十分に凝固していると判断された場合には、コントローラ16は、エネルギー消費を抑えるために、圧縮機３をターンオフまたは減速できる。
【００５８】
さらに、コントローラ16は、コンパートメント空気温度を調整および制御するさらなる方法として、その定常状態の間にファン7Aの運転または速度を制御できる。
【００５９】
定常運転の具体的な実施形態では、冷媒は両方の蒸発器10，12に流通し、コンパートメント６から出る空気の温度を調節することによって製品の温度を制御する。
【００６０】
空気温度は、ファン7Aの速度の調整、ならびに圧縮機３および凝縮器ファン５のオンオフの切り替えによって制御される。
【００６１】
さらに、センサ18で測定される凝固したＰＣＭ14の量が閾値を下回った場合には、圧縮機３および凝縮器ファン５を作動させる。
【００６２】
空気温度が低くなり過ぎた場合には、ファン7Aを減速させる。
【００６３】
ＰＣＭ14が１００％凝固またはそれに近い状態に達したら、圧縮機３および凝縮器ファン５を停止させて、蓄熱ユニット13やＰＣＭ14で空気を冷却する。
【００６４】
空気温度が上昇するにつれて、ファン速度を加速させていき、さらなる閾値温度に達したら、圧縮機３や凝縮器ファン５を作動させる。
【００６５】
熱負荷が比較的高い期間中、すなわちコンパートメント６からの空気の温度が所定の温度よりも（場合によっては、所定の温度からの許容範囲を超えて）高いことが温度センサ17により検出された場合には、コントローラ16は、冷媒が優先的に第１の蒸発器10に誘導されるように弁15を調整する。これによって、第１の蒸発器10は、循環空気を冷却するためのより大きな冷却力が得られる。
【００６６】
第１の蒸発器10にかかる冷却負荷は、空気が最初に通過する蓄熱ユニット13によるその空気への冷却効果によっても軽減される。
【００６７】
温度が所定の温度またはそれに近い温度まで下降したことが検知されると、コントローラ16は、ＰＣＭ14を再凝固させるために、冷媒またはその一部の流動が第２の蒸発器12を通って誘導されるように弁15を操作し、最終的に定常状態に達する。
【００６８】
なお、特許請求の範囲で規定される本発明の範囲から逸脱することなく、上記の実施の形態に対して多くの変形例に適宜変更可能であることは理解されるであろう。例えば、冷蔵庫は、２つよりも多くの蒸発器を備えてもよい。温度センサ17は、代わりにコンパートメント６に設置されてもよい。
【００６９】
上述のように、蓄熱ユニット13によって、一時的な停電が発生した場合に冷蔵庫が冷却を継続することが実現し得る。一方、停電が発生した場合の蒸気圧縮システムの運転用にバッテリを設けてもよい。
【符号の説明】
【００７０】
３ 圧縮機
６ 冷蔵室としてのコンパートメント
7A ファン
10 第１の蒸発器
12 第２の蒸発器
13 蓄熱材としての蓄熱ユニット
14 相変化物質としてのＰＣＭ
15 弁
16 制御手段としてのコントローラ
17 温度センサ
18 センサ
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却対象物を収容するための冷蔵室を有する冷蔵庫であって、
相変化物質を有する蓄熱材と、
前記冷蔵室を冷却するための第１の蒸発器および前記相変化物質を冷却するための第２の蒸発器を有する蒸気圧縮冷却システムと、
前記冷蔵室にかかる冷却負荷に応じて前記第１の蒸発器および第２の蒸発器への冷媒の流れを制御するための制御手段とを備え、
前記冷蔵室への冷却負荷が比較的低い場合には、冷媒は前記相変化物質を冷却するために少なくとも前記第２の蒸発器に流入し、前記冷蔵室への冷却負荷が比較的高い場合には、冷媒は前記第１の蒸発器に流入する
ことを特徴とする冷蔵庫。
【請求項２】
冷蔵室が比較的低い冷却負荷を受けている場合には、冷媒は第１の蒸発器および第２の蒸発器の両方に流入する
ことを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
【請求項３】
冷蔵室が比較的高い冷却負荷を受けている場合には、冷媒は第１の蒸発器にのみ流入する
ことを特徴とする請求項１または２記載の冷蔵庫。
【請求項４】
冷媒の流れを制御するための制御手段は、弁と、冷蔵室にかかる冷却負荷に応じて前記弁の位置状態を制御するためのコントローラとを有する
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載の冷蔵庫。
【請求項５】
弁は、双安定弁である
ことを特徴とする請求項４記載の冷蔵庫。
【請求項６】
冷蔵室にかかる冷却負荷は、前記冷蔵室の温度を検知するための温度センサによる検知結果に基づいて判定される
ことを特徴とする請求項１ないし５いずれか一記載の冷蔵庫。
【請求項７】
相変化物質の相の比率を特定するためのセンサを有し、
コントローラは、前記相変化物質の相の比率に応じて弁の位置を制御する
ことを特徴とする請求項４ないし６いずれか一記載の冷蔵庫。
【請求項８】
蒸気圧縮冷却システムは、圧縮機を有し、
コントローラは、前記圧縮機を制御することによって、冷蔵室に提供される冷却量を制御する
ことを特徴とする請求項４ないし７いずれか一記載の冷蔵庫。
【請求項９】
冷蔵室からの空気を冷却するために蓄熱材および第１の蒸発器へと循環させるファンを有し、
コントローラは、前記ファンの運転または速度を制御することによって、前記冷蔵室に提供される冷却量を制御する
ことを特徴とする請求項４ないし８いずれか一記載の冷蔵庫。
【請求項１０】
蓄熱材は２つの相対する冷却表面を有し、
空気は、前記冷却表面の両方に沿って通過するように前記蓄熱材の両側に流通可能である
ことを特徴とする請求項１ないし９いずれか一記載の冷蔵庫。
【請求項１１】
第１の蒸発器は、蓄熱材の下流に配置される
ことを特徴とする請求項１０記載の冷蔵庫。
【国際調査報告】
2017537300.tif 000006
2017537300.tif 000007