JP2000240980A - 冷凍空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】冷暖房と冷蔵冷凍の両方の負荷を有する冷凍空
調装置の冷凍効率を向上させる。 【解決手段】コンビニエンスストアなどにおいて、空調
室内器７とショーケース本体１０に対し、１台の圧縮機
１を共通に設ける。これにより、例えば冬期において、
暖房負荷及び冷蔵冷凍負荷が同時に発生した場合に、暖
房の温熱源としてショーケースの庫内空気を用い、冷蔵
冷凍の冷熱源として室内空気を用いることにより、従来
は排熱として捨てられていた熱を相互に同時利用し、省
エネルギを図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、スーパー、コン
ビニエンスストアなどの店舗や食品工場など、室内空調
負荷と食品の冷蔵冷凍保存とが同時または別々に発生す
る施設において使用される冷凍空調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記施設において使用される従来の冷凍
空調装置は、空調機とショーケースとでそれぞれ独立し
た冷媒回路及び制御回路を構成し、各々に圧縮機、凝縮
器、絞り装置及び蒸発器を有し、冷媒配管などの工事も
独立して行われている。図１８は、そのような従来装置
を示すものである。図１８において、（Ａ）は空調機を
示し、その１ａは圧縮機、２aは四方向切換弁（以下、
四方弁などという。）、３ａは室外熱交換器、４ａは室
外器、５は冷房用絞り装置、６は室内熱交換器、７は空
調室内器、１１は暖房用絞り装置である。絞り装置11に
は二方弁３０１が直列に接続され、またそれらと並列に
逆止弁２０４が接続されている。同様に、絞り装置5に
ついても、二方弁３０２及び逆止弁２０１が設けられて
いる。一方、（Ｂ）はショーケースを示し、その１ｂは
圧縮機、３ｂは室外熱交換器、４ｂは室外器、８は絞り
装置、９は室内熱交換器、１０はショーケース本体であ
る。

【０００３】図１８において、例えば冬季に暖房負荷と
冷蔵冷凍負荷とが同時に発生した場合に、図１９に示す
ように（Ａ）の空調機では、冷媒が四方弁２aの切換に
より太線で示した回路を矢印の方向に移動、循環する。
すなわち、圧縮機１aで高温高圧となった冷媒は、室内
交換器６に送られて室内空気と熱交換して放熱し、室内
空気の暖房を行う。凝縮器６で凝縮した冷媒は絞り装置
１１により低温低圧にされ、室外熱交換器３aにおいて
室外空気と熱交換して蒸発した後、圧縮機１aに戻され
る。一方（Ｂ）のショーケースでは、冷媒が太線の回路
を矢印の方向に移動、循環する。すなわち、圧縮機１ｂ
により高温高圧となった冷媒は室外熱交換器３ｂに送ら
れ、低温の室外空気と熱交換して放熱することにより凝
縮する。次いで、絞り装置８により低温低圧にされ、庫
内熱交換器９により庫内空気と熱交換して吸熱、蒸発し
て庫内を冷却した後、圧縮機１ｂに戻される。

【０００４】また、図２０に示すように、夏季には空調
機の冷媒は四方弁２aの切換により、太線の回路を矢印
の方向に移動、循環する。すなわち、圧縮機１aにより
高温高圧となった冷媒は室外熱交換器３aに送られ、低
温の室外空気と熱交換して放熱することにより凝縮す
る。次いで、絞り装置５により低温低圧にされた後、室
内熱交換器６において室内空気と熱交換して蒸発し、室
内空気を冷房して圧縮機１aに戻される。空調機とショ
ーケースの以上の運転は同時に行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の冷凍空
調装置においては、空調機とショーケースとで各々独立
した冷媒回路及び制御回路を構成し、それぞれに圧縮
機、凝縮器、絞り装置及び蒸発器を有しているため、冬
期には空調機側では室内を加熱して室外を冷却し、同時
にショーケース側では庫内を冷却して室外空気を加熱し
ている。すなわち、暖房負荷（冷熱源）と冷蔵冷凍負荷
（温熱源）とが同一空間で同時又は別々に発生している
にもかかわらず、空調機側の温熱源とショーケース側の
冷熱源とを互いに独立して室外空気から得ているため
に、非効率的で電力エネルギを浪費する結果となってい
た。

【０００６】また、夏期においては、昼間の冷房・冷却
負荷が増大する一方で、夜間の室外空気温度の低下によ
り昼夜間の電力負荷の格差が増大し、特に夜間閉店する
スーパーなどではその格差がますます増大するという問
題が生じていた。更に、運転制御面では、空調機及びシ
ョーケースの各圧縮機をそれぞれの室内温度及び庫内温
度に応じて個別に運転・停止を繰り返し，あるいはイン
バータモータの回転数制御を行っているため、運転効率
の向上や熱損失の低減は圧縮機ごとに個別に考えなけれ
ばならず、結果として非効率となっていた。更に又、各
圧縮機別に冷却の能力の安全率をみなければならないた
め、全体として設備容量が過大になる傾向にあった。こ
の発明は、上記した問題に鑑みてなされたもので、空調
機とショーケースとを含む冷凍空調装置の省エネルギー
及び設備費の低減を図ることを課題とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、冷凍サイク
ルにより室内の冷暖房を行うヒートポンプ式の空調機
と、同じく食品の冷蔵冷凍保存を行うショーケースとか
らなる冷凍空調装置において、前記空調機及びショーケ
ースに対して１台の圧縮機を共通に設け、この圧縮機に
より室内の冷暖房及び食品保存の両方を行わせることに
より、上記課題を解決するものである（請求項１）。そ
の場合、前記空調機の室内熱交換器の出口には蒸発圧力
調整弁を挿入するのがよい（請求項２）。これにより、
ショーケースに比べて高い空調機の蒸発圧力をショーケ
ースの影響を受けることなく適正に維持することができ
る。また、上記冷凍空調装置の冷媒回路には蓄熱装置を
接続するのがよい（請求項３）。

【０００８】上記したこの発明によれば、例えば冬期に
おいて、暖房負荷及び冷蔵冷凍負荷が同時に発生した場
合、暖房の温熱源としてショーケースの庫内空気を用
い、冷蔵冷凍の冷熱源として室内空気を用いることによ
り、従来排熱として室外に捨てられていた熱を相互に同
時利用し、省エネルギー、ランニングコストの低減を図
ることができる。また、暖房負荷及び冷蔵冷凍負荷が別
々に発生した場合には、室外熱交換器により暖房は室外
空気から吸熱し、冷蔵冷凍は室外空気に放熱させるよう
に運転する。その場合、冷媒回路に蓄熱装置を接続する
ことにより、暖房負荷時には、夜間電力を利用してある
いはショーケースの凝縮排熱により蓄熱剤に蓄熱させた
温熱から蒸発熱を吸熱させるようにして、暖房効率を向
上させ、また冷蔵冷凍負荷時には、凝縮排熱を蓄熱剤に
放熱して蓄熱することにより排熱を有効利用することが
できる。

【０００９】一方、例えば夏期において、圧縮機は冷房
又は冷蔵冷凍の一方の要求でも運転されるため、運転率
が上昇して運転効率の向上、熱損失の低減が図れ、設備
容量の削減が可能になる。また、その場合にも蓄熱装置
を接続すれば、夜間、室外空気温度の低下により冷房・
冷蔵冷凍負荷が低下し、圧縮機の運転率が低下した際
に、夜間電力を利用して圧縮機の余剰冷凍能力により蓄
熱剤に蓄冷し、冷房・冷蔵冷凍負荷が大きい昼間に凝縮
熱を蓄熱剤に放熱することにより、冷凍効率を向上させ
ることが可能になる。更に、配管構成が従来に比べてに
簡素化され、工事費が大幅に低減する。

【００１０】

【実施の形態】以下、図１〜図１７に基づいて、この発
明の実施の形態について説明する。なお、従来例と対応
する部分には同一の符号を用いるものとする。まず、図
１は基本的な実施の形態を示すものである。図１におい
て、図１８の従来例と相違するのは、空調機及びショー
ケースに対して圧縮機１が共通に１台設けられ、四方弁
２及び三方弁１０８を介して接続された共通の室外器４
から、三方弁１０１〜１０７を介して空調室内器７及び
ショーケース本体１０に冷媒が供給され、室内熱交換器
６の出口側に蒸発圧力調整弁１２が挿入されている点で
ある。又、三方弁１０７と三方弁との間には、バイパス
管路が設けられている。

【００１１】次に、図２は図１の冷媒回路に蓄熱装置１
６を接続した実施の形態を示すものである。図２におい
て、蓄熱装置１６は例えば水からなる蓄熱剤１４と接触
する熱交換器１５を有し、その一端は絞り装置１３及び
三方弁１０９を介して三方弁１０７，１０８に接続さ
れ、他端は三方弁１１０を介して圧縮機１の吸込み側及
び三方弁１０７と三方弁１０２との間に接続されてい
る。

【００１２】図３〜図７は、図１の装置の各弁の切り換
えによる各種の運転モードを示すもので、冷媒は太線及
び矢印で示す方向に移動、循環する。図３は空調機の冷
房モードを示し、圧縮機１により高温高圧にされた冷媒
は室外熱交換器３で凝縮して液体となり、次いで空調室
内器７の例えばキャピラリーチューブからなる絞り装置
５により減圧されて低温低圧となる。この液冷媒は室内
熱交換器６で室内空気と熱交換して室内空気を冷却す
る。蒸発して気体となった冷媒は、蒸発圧力調整弁１２
を通って圧縮機１に戻る。

【００１３】図４はショーケースの冷蔵冷凍モードを示
し、室外熱交換器３からの液冷媒は、三方弁１０３の切
り換えによりショーケース本体１０に移動し，例えば温
度式膨張弁からなる絞り装置８により減圧されて低温低
圧となる。この液冷媒は庫内熱交換器９で庫内空気と熱
交換し、蒸発して庫内空気を冷却する。気体となったな
った冷媒は、三方弁１０５，１０６を経て圧縮機１に戻
る。

【００１４】図５に冷房及び冷蔵冷凍の同時運転モード
を示す。室外熱交換器３からの液冷媒は、三方弁１０３
で分岐して空調室内器７及びショーケース本体１０にそ
れぞれ移動し、図３及び図４で述べたようにそれぞれ冷
房及び冷却した後、三方弁１０６で合流し，圧縮機１に
戻る。

【００１５】図６は、空調機の暖房モードを示すもので
ある。図６において、圧縮機１からの高温高圧の冷媒
は、四方弁２の切り換えにより逆止弁２０４を通って空
調室内器７に入り、室内熱交換器６で室内空気と熱交換
し、凝縮して室内空気を加熱暖房する。液体となった冷
媒は逆止弁２０１を通り、例えばキャピラリーチューブ
からなる絞り装置１１により減圧されて低温低圧とな
る。次いで、室外熱交換器３で室外空気と熱交換して気
体となり、圧縮機１に戻る。

【００１６】図７に暖房及び冷蔵冷凍の同時運転モード
を示す。図６で述べたように、空調室内器７により室内
空気を暖房して液化とした冷媒は、三方弁１０３の切り
換えによりショーケース本体１０に移動し、庫内空気を
冷却して蒸発した後、三方弁１０５，１０２及び四方弁
２を経て圧縮機１に戻る。このように、ショーケース庫
内空気の冷熱源として室内空気を利用することにより、
省エネルギが可能になる。

【００１７】図８〜図１７は、図２の装置の各種運転モ
ードを示し、まず図８は蓄冷モードを示すものである。
図８において、例えば夏期に夜間電力を利用して、圧縮
機１により高温高圧にされた冷媒は、四方弁２から室外
器４に移動し、室外熱交換器３で室外空気と熱交換して
凝縮する。この液冷媒は三方弁１０１,１０７,１０９を
経て、例えば温度式膨張弁からなる絞り装置１３により
減圧されて低温低圧となり、蓄熱装置１６に入って熱交
換器１５で蓄熱剤１４と熱交換し、蒸発して蓄熱剤に蓄
冷した後、三方弁１１０を経て圧縮機１に戻る。この蓄
冷モードは，夜間電力が適用される２２：００〜翌日
８：００の間に行われ、蓄熱剤１４に所定の蓄冷量が確
保されると完了する。

【００１８】図９に、冷房及び蓄冷の同時運転モードを
示す。これは図８に示した蓄冷モード時に冷房負荷が発
生した場合のモードで、室外熱交換器３からの液冷媒は
三方弁１０７で分岐し、空調室内器７及び蓄熱装置１６
に移動して、それぞれ室内空気の冷房及び蓄冷を行う。

【００１９】図１０に、冷蔵冷凍及び蓄冷の同時運転モ
ードを示す。これは図８に示した蓄冷モード時に冷蔵冷
凍負荷が発生した場合のモードで、室外熱交換器３から
の液冷媒は三方弁１０７で分岐し、一部は蓄熱装置１６
に移動し、残りは三方弁１０３を経てショーケース本体
１０に移動し、庫内空気を冷却した後、三方弁１０６を
経て圧縮機１に戻る。

【００２０】図１１に冷房、冷蔵冷凍及び蓄冷の同時運
転モードを示す。これは図８に示した蓄冷モード時に冷
房及び冷蔵冷凍負荷が発生した場合のモードで、室外熱
交換器３からの液冷媒は三方弁１０７で分岐し、一部は
蓄熱装置１６に移動し、残りは更に三方弁１０３で分岐
し、空調室内器７及びショーケース本体１０に移動しそ
れぞれ室内空気の冷房及び庫内空気の冷却を行った後、
三方弁１０６で合流して圧縮機１に戻る。

【００２１】図１２に、放冷・冷房モードを示す。例え
ば夜間に蓄熱剤１４に蓄冷された冷熱を用いて、昼間の
冷房モード時に冷媒を過冷却することにより、冷凍効率
の向上を図るものである。図１２において、室外熱交換
器３で凝縮した液冷媒は三方弁１０８の切り換えにより
蓄熱装置１６に移動する。この液冷媒は、三方弁１０９
を経て絞り装置１３により減圧され、次いで熱交換器１
５で蓄熱剤１４との熱交換により過冷却された後、三方
弁１０２,１０３を経て空調室内器７に移動して冷房を
行う。

【００２２】図１３に、放冷・冷蔵冷凍モードを示す。
図１２で述べたように過冷却された液冷媒は、三方弁１
０２，１０３を経てショーケース本体１０に移動し、庫
内空気を冷却した後、三方弁１０６を経て圧縮機１に戻
る。

【００２３】図１４は，放冷・冷房及び放冷・冷蔵冷凍
の同時運転モードを示す。蓄熱装置１６での熱交換によ
り過冷却された冷媒は、三方弁１１０，１０２を経て三
方弁１０３で分岐し、空調室内器７及びショーケース本
体１０に移動する。そして、室内空気の冷房及び庫内空
気の冷却を行った後、三方弁１０６で合流して圧縮機１
に戻る。

【００２４】図１５は蓄温モードを示すものである。例
えば冬期において、夜間電力を利用して圧縮機１により
高温高圧にされた冷媒は、四方弁２の切り換えにより、
三方弁１０６，１０５，１０２，１１０を経て蓄熱装置
１６に移動する。そして、熱交換器１５で蓄熱剤１４と
熱交換して凝縮し，蓄熱剤１４に蓄温した後、三方弁１
０９，１０７，１０１を経て、絞り装置１３により減圧
されて低温低圧となり、室外熱交換器３で室外空気と熱
交換して蒸発し、圧縮機１に戻る。この蓄温モードは，
夜間電力が適用される２２：００〜翌日８：００の間に
行われ，蓄熱剤１４に所定の蓄温量が確保されると完了
する。もっとも一般的には、暖房負荷は夜間に大きくな
るので、蓄温エネルギの利用は夜間こそ必要になる。そ
こで、通常は次に説明するように、冷蔵冷凍時の温排熱
を一日を通じて逐次蓄温する。

【００２５】図１６に、冷蔵冷凍及び排熱蓄温の同時運
転モードを示す。これは例えば冬期において、図４に示
す通常の冷蔵冷凍モードにおいては、圧縮機１で高温高
圧とされた冷媒は室外熱交換器３での室外空気との熱交
換により排熱させていたが、図１６においては、この熱
を蓄熱剤１４に放熱、つまり蓄温して凝縮させる。この
冷媒は、三方弁１１０，１０２，１０３を経てショーケ
ース本体１０に移動し、庫内空気を冷却して圧縮機１に
戻る。冷蔵冷凍負荷は、２４時間のコンビニエンススト
アなどでは一日を通じて比較的安定しているので、温排
熱は安定して蓄温が可能であり、これを暖房モード時に
温熱源として利用することにより、安定的に効率向上を
図ることができる。

【００２６】図１７に、放熱・暖房モードを示す。これ
は図２０の暖房モードでは、室内空気を暖房して凝縮し
た冷媒を室外熱交換器３ａで室外空気と熱交換させて蒸
発させていたが、図１７では空調室内器７で凝縮した冷
媒を三方弁１０７，１０９を経て絞り装置１３で減圧し
た後、蓄熱剤１４に蓄温された温熱と熱交換させること
により蒸発させ、三方弁１１０を経て圧縮機１に戻す。
これにより蒸発温度を上昇させ、効率向上を図ることが
できる。

【００２７】

【発明の効果】以上の通り、この発明によれば、ヒート
ポンプ式空調機の圧縮機と冷蔵冷凍ショーケースの圧縮
機とを統合して、一台の圧縮機で冷暖房と冷蔵冷凍とを
行わせるようにすることにより、冬期において、暖房の
温熱源としてショーケースの庫内空気を用い、冷蔵冷凍
の冷熱源として室内空気を用いて、従来排熱として室外
に捨てられていた熱を相互に有効利用して、省エネル
ギ、ランニングコストの低減を図ることができる。ま
た、夏期においては運転率の上昇に伴う運転効率の向
上、熱損失の低減が図れ、設備容量の削減が可能にな
る。更に、冷媒回路に蓄熱装置を接続することにより、
排熱の一層の有効利用が可能になり、かつ夏期の昼夜間
の電力負荷の平準化が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態を示す冷凍空調装置の冷
媒回路図である。

【図２】この発明の異なる実施の形態を示す冷凍空調装
置の冷媒回路図である。

【図３】図１の装置の冷房モードを示す冷媒回路図であ
る。

【図４】図１の装置の冷蔵冷凍モードを示す冷媒回路図
である。

【図５】図１の装置の冷房及び冷蔵冷凍の同時モードを
示す冷媒回路図である。

【図６】図1の装置の暖房モードを示す冷媒回路図であ
る。

【図７】図1の装置の暖房及び冷蔵冷凍の同時モードを
示す冷媒回路図である。

【図８】図2の装置の蓄冷モードを示す冷媒回路図であ
る

【図９】図2の装置の冷房及び蓄冷の同時モードを示す
冷媒回路図である。

【図10】図2の装置の冷蔵冷凍及び蓄冷の同時モードを
示す冷媒回路図である。

【図11】図1の装置の冷房、冷蔵冷凍及び蓄冷の同時モ
ードを示す冷媒回路図である。

【図12】図2の装置の放冷・冷房モードを示す冷媒回路
図である。

【図13】図2の装置の放冷・冷蔵冷凍モードを示す冷媒
回路図である。

【図14】図2の装置の放冷・冷房及び放冷・冷蔵冷凍の
同時モードを示す冷媒回路図である。

【図15】図2の装置の蓄温モードを示す冷媒回路図であ
る。

【図16】図2の装置の冷蔵冷凍及び排熱蓄温の同時モー
ドを示す冷媒回路図である。

【図17】図2の装置の放熱・暖房モードを示す冷媒回路
図である。

【図18】従来装置の冷媒回路図を示し、（Ａ）はヒート
ポンプ式空調機、（Ｂ）はショーケースを示す。

【図19】図18の装置の運転モードを示す冷媒回路図で、
（Ａ）は暖房モード、（Ｂ）は冷蔵冷凍モードである。

【図20】図18（Ａ）の装置の冷房モードを示す冷媒回路
図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 四方弁 ３ 室外熱交換器 ４ 室外器 ５ 空調機絞り装置 ６ 空調機熱交換器 ７ 空調室内器 ８ ショーケース絞り装置 ９ ショーケース熱交換器 １０ ショーケース本体 １１ 室外器用絞り装置 １２ 蒸発圧力調整弁 １３ 蓄熱装置用絞り装置 １４ 蓄熱剤 １５ 蓄熱装置熱交換器 １６ 蓄熱装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷凍サイクルにより室内の冷暖房を行うヒ
   ートポンプ式の空調機と、同じく食品の冷蔵冷凍保存を
   行うショーケースとからなる冷凍空調装置において、 前記空調機及びショーケースに対して１台の圧縮機を共
   通に設け、この圧縮機により室内の冷暖房及び食品保存
   の両方を行わせるようにしたことを特徴とする冷凍空調
   装置。
2. 【請求項２】前記空調機の室内熱交換器の出口に蒸発圧
   力調整弁を挿入したことを特徴とする請求項１記載の冷
   凍空調装置。
3. 【請求項３】冷媒回路に蓄熱装置を接続したことを特徴
   とする請求項１又は請求項２記載の冷凍空調装置。