JPH04335958A - ヒートポンプを利用した冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、夏期におけるヒートポ
ンプを利用して被冷凍物の冷凍を行なうショーケースが
組み込まれた冷凍装置に関し、詳しくは、システムの必
要冷凍能力を維持したまま、熱媒体を循環させる圧縮機
の稼働能力の削減が図られ、それにより昼夜のランニン
グコスト及びイニシャルコストの低減化が可能なものに
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、冷凍ショーケースが組み込まれ
た冷凍システムとしては、ヒートポンプを利用したシス
テムが知られている。このシステムは、圧縮機から高温
高圧状態で吐出させた熱媒体を、システムに一連に配設
された熱交換器に可逆的に循環させ、冷凍ショーケース
に配設された熱交換器を吸熱作動させて冷凍物を冷凍す
るものである。

【０００３】ここで、図３は、夏期における、冷凍シス
テムの圧縮機の一日の負荷（稼働）状態を示したもので
ある。この図で明らかなように、日中のピーク時（図で
示すＰの高さ）には、圧縮機はほとんど最大能力で稼働
しなければならず、反対に、夜間時間帯の圧縮機の稼働
状態は、日中の稼働の３０％程である（図で示すＱの高
さ）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３に
示した夏期の冷凍システムにおいては、日中のピーク時
の冷凍能力（Ｐの高さ）が大きいため大型の圧縮機が必
要となり、イニシャルコスト及びランニングコストが増
大してしまうという問題があった。また、日中に多大な
電力消費が必要となるとともに、夜間における電力消費
が少ないので、昼夜の圧縮機の稼働状態と電力消費を平
準化する必要があった。

【０００５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、冷凍能力を維持した状態で圧縮機の稼働能力の低減
化が図られ、昼夜の電力消費の平準化が可能なヒートポ
ンプを使用した冷凍装置を提供することを目的とするも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るヒートポン
プを利用した冷凍装置は、圧縮機の吐出配管に、それぞ
れ第１の制御弁を介して、冷凍ショーケースに設けられ
た熱交換器の一端と、室外に設置された熱交換器の一端
と、蓄熱槽内部に配設された熱交換器の一端とを接続し
、これら各熱交換器の他端を膨張弁を介して熱媒体を分
流させる分流器に接続し、前記各熱交換器と第１の制御
弁との間の配管より第２の制御弁を備えた分岐配管をそ
れぞれ分岐させてこれら分岐配管を前記圧縮機の吸入配
管に接続するとともに、室外の熱交換器と分流器との間
の配管より第３の制御弁を備えた分岐配管を氷蓄熱槽の
熱交換器と第１の制御弁との間の配管に接続したことを
特徴とするものである。

【０００７】

【作用】本発明のヒートポンプを利用した冷凍装置によ
れば、圧縮機から高温高圧状態で送りだされた熱媒体を
、室外に設置された熱交換器で外気放熱、すなわち凝縮
させ、膨張弁を通過することにより減圧膨張させ蓄熱槽
内部の水と熱交換を行なうことにより、熱交換器の周囲
に氷を形成して槽内部に氷を蓄えることができる。

【０００８】また、圧縮機から送りだされた熱媒体を、
室外に設置された熱交換器で外気に放熱して凝縮させ、
さらに蓄熱槽の熱交換器で内部に蓄えられている氷と熱
交換を行なうことにより、過冷却液状の熱媒体としてシ
ョーケースの熱交換器で熱交換を行ない、能力を大幅に
向上させて被冷却物を冷却することができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明のヒートポンプを利用した冷凍
装置の１実施例について、図１及び図２を参照して説明
する。

【００１０】第１図は、本発明のヒートポンプを利用し
た冷凍装置の概略図を示すものである。

【００１１】先ず、本装置の全体的な基本構成は、以下
のような構成になっている。

【００１２】すなわち、圧縮機１と、熱交換器２、３、
４と、膨張弁５と、分流器７と、第１、第２の制御弁及
び第３の制御弁８、９、１０とを備え、圧縮機１の吐出
配管１ａに、それぞれ第１の制御弁８と熱交換器２、３
、４と膨張弁５とを直列に接続した複数の連結配管Ａ、
Ｂ、Ｃが接続されている。また、これら連結配管Ａ、Ｂ
、Ｃの膨張弁５側は分流器７に接続され、さらに各連結
配管Ａ、Ｂ、Ｃの第１の制御弁８と熱交換器２、３、４
との間から第２の制御弁９を備えた分流配管Ｄ、Ｅ、Ｆ
が分岐して圧縮機１の吸入配管１ｂに接続されている。 また、連結配管Ａの膨張弁５側と、連結配管Ｂの第１の
制御弁８側には、前記第３の制御弁と逆止弁６を直列し
接続した分岐配管Ｇが接続されている。

【００１３】そして、本実施例では、熱交換器２、３、
４のうち、熱交換器２が室外機に設置され、熱交換器３
が水（貯湯水）を蓄えた貯湯槽１１の内部に設置されて
いる。

【００１４】さらに、熱交換器２４は、ショーケース１
２内部に複数本配設されている。次に、本実施例の構成
要素について具体的に説明する。

【００１５】先ず、圧縮機１は、インバータ１５の制御
により所定の周波数で回転し、アキュムレータ１１から
送られてきた熱媒体を圧縮して、第１図上方から下方へ
矢印方向に圧送するものである。この圧縮機１から吐出
した熱媒体は、第１及び第２の制御弁８、９の関連的な
切り替え制御によって、熱交換器２、３、４を選択的に
通過するようになっている。

【００１６】次に、室外に設置された熱交換器２は、内
部を通る熱媒体と外気との間で熱交換が行われて吸熱器
又は放熱器として使用されるものである。

【００１７】また、蓄熱槽１１の内部に配設された熱交
換器３は、断熱材により周囲が囲まれて内部に水が溜め
られた構造になっており、吸熱作動を行なうことにより
製氷が行なわれるようになっている。また、放熱作動に
より貯湯も行ない得る。

【００１８】また、ショーケース内部に配設された熱交
換器２４は、吸熱器として作動することにより、内部に
陳列した被冷却物を冷却するようになっている。

【００１９】また、膨張弁６は、電子式のものが用いら
れており、熱交換器２、３、４を通過してきた熱媒体を
狭い通路を通して圧力を下降させる作用をもつもので、
漸次自動的に弁の開度を調整する。

【００２０】また、分流器７は、各連結配管Ａ、Ｂ、Ｃ
の一端が接続されており、放熱器として作動する熱交換
器を通過してきた熱媒体を、吸熱器として作動する熱交
換器に向けて流す構成となっている。

【００２１】また、第１、第２の制御弁及び第３の制御
弁８、９、１０としては、弁開度を連続的に変更し得る
流量制御弁などを用いることもできる。

【００２２】次に、上記構成からなる冷凍システムの種
々の機能と、各機能に対応させた熱交換器２、３、４の
作動状態とを、以下に説明する。

【００２３】（１）冷却機能 この冷却機能は、室外の熱交換器２を放熱器として作動
させ、ショーケース１２の熱交換器４を吸熱器として作
動させて被冷却物を冷却する機能である。この場合には
、蓄熱槽１１の熱交換器３は作動させない。

【００２４】この場合には、連結配管Ｂ、Ｃの第１の制
御弁８を閉状態とし、連結配管Ａの第１の制御弁８を開
状態とし、分岐配管Ｄ、Ｅの第２の制御弁９と第３の制
御弁１０を閉状態として分岐配管Ｆの第２の制御弁９を
開状態とするとともに、膨張弁５を所定の開度に設定し
ておく。

【００２５】この状態で、圧縮機１から高温高圧状態で
送りだされた熱媒体は、連結配管Ａを通過して室外に設
置された熱交換器２で外気放熱、すなわち凝縮を行なっ
た後、膨張弁５を通過することにより減圧膨張されて熱
交換器４に流入する。熱交換器４に流入した熱媒体は、
ショーケース１２内部の空気と熱交換を行ない、被冷却
物を冷却する。熱交換器４を通過した熱媒体は、連結配
管Ｆを通過した後、連結配管１ｂを通過して再度圧縮機
１に送り込まれる。

【００２６】（２）蓄氷及び冷却機能 この蓄氷及び冷却機能は、室外の熱交換器２を放熱器と
して作動させ、蓄熱槽１１の　　交換器３及びショーケ
ース１２の熱交換器４を吸熱器として作動させ、蓄熱槽
１１内部に氷を製造するとともに、被冷却物を冷却する
機能である。

【００２７】この場合には、連結配管Ｂ、Ｃの第１の制
御弁８を閉状態とし、連結配管Ａの第１の制御弁８を開
状態とし、分岐配管Ｅの第２の制御弁９と第３の制御弁
１０を閉状態として分岐配管Ｅ、Ｆの第２の制御弁９を
開状態とするとともに、膨張弁５を所定の開度に設定し
ておく。

【００２８】この状態で、圧縮機１から高温高圧状態で
送りだされた熱媒体は、連結配管Ａを通過して室外に設
置された熱交換器２で外気放熱、すなわち凝縮を行なっ
た後、膨張弁５を通過することにより減圧膨張されて熱
交換器３、４に流入する。熱交換器４に流入した熱媒体
は、ショーケース１２内部の空気と熱交換を行ない、被
冷却物を冷却する。熱交換器４を通過した熱媒体は、連
結配管Ｆを通過した後、連結配管１ｂを通過して再度圧
縮機１に送り込まれる。

【００２９】一方、熱交換器４に流入した減圧膨張され
た熱媒体は、蒸発しながら蓄熱槽１１内部の水と熱交換
を行ない、熱交換器３の周囲に氷を形成して槽内部に氷
を蓄える。熱交換器３、４を通過した気体状熱媒体は、
連結配管１ｂを通過して再度圧縮機１に送り込まれる。

【００３０】（３）過冷却機能 この過冷却機能は、室外の熱交換器２を放熱作動すると
ともに、内部に氷が蓄えられた蓄熱槽１１を冷熱源とし
て熱交換器３を放熱作動させ、ショーケース１２の熱交
換器４を吸熱器として作動させて被冷却物を冷却する機
能である。そして、この機能は、熱媒体を、室外の熱交
換器２に通過させた後に、連続して蓄熱槽１１の熱交換
器３に通過させることを特徴している。

【００３１】この場合には、連結配管Ｂ、Ｃの第１の制
御弁８を閉状態とし、連結配管Ａの第１の制御弁８を開
状態とし、分岐配管Ｅの第２の制御弁９を閉状態として
、分岐配管Ｅ、Ｆの第２の制御弁９と第３の制御弁１０
を開状態とする。さらに、連結配管Ａに接続する膨張弁
５を閉状態とし、連結配管Ｂ、Ｃの膨張弁５を所定の開
度に設定しておく。

【００３２】この状態で、圧縮機１からで送りだされた
熱媒体は、連結配管Ａを通過して室外に設置された熱交
換器２で外気に放熱して凝縮する。そして、液状熱媒体
は、分岐配管Ｇを通過して、熱交換器３で蓄熱槽１１に
蓄えられている氷によりさらに過冷却される。そして、
この過冷却液状熱媒体は、熱交換器４に流入してショー
ケース１２内部で空気と熱交換を行ない、能力を大幅に
向上させて被冷却物を冷却する。さらに、熱交換器４を
通過した熱媒体は、連結配管Ｆを通過した後、連結配管
１ｂを通過して再度圧縮機１に送り込まれる。

【００３３】（４）デフロスト（ヒーター）機能このデ
フロスト機能は、室外の熱交換器２を吸熱器として作動
させ、ショーケース１２の熱交換器４を放熱器として作
動させ、被冷却物の冷却は行なわず、ショーケース１２
内部の氷や霜を除去する機能である。この場合には、蓄
熱槽１１の熱交換器３は作動させない。

【００３４】この場合には、連結配管Ａ、Ｂの第１の制
御弁８を閉状態とし、連結配管Ｃの第１の制御弁８を開
状態とし、分岐配管Ｅ、Ｆの第２の制御弁９と第３の制
御弁を閉状態として、分岐配管Ｄの第２の制御弁９を開
状態とする。さらに、連結配管Ａ、Ｂ、Ｃの膨張弁５を
所定の開度に設定しておく。

【００３５】この状態で、圧縮機１から高温高圧状態で
送りだされた熱媒体は、連結配管Ｃを通過してショーケ
ース１２の熱交換器４で内部放熱、すなわち凝縮を行な
った後、膨張弁５を通過することにより減圧膨張されて
室外の熱交換器２に流入する。室外の熱交換器２に流入
した熱媒体は、外気放熱を行なった後に、連結配管Ｄを
通過し、連結配管１ｂを通過して再度圧縮機１に送り込
まれる。

【００３６】（５）貯湯機能 この貯湯機能は、冬期に機能するもので、室外の熱交換
器２とショーケース１２の熱交換器４を吸熱器として作
動させ、蓄熱槽１１の熱交換器３を放熱器として作動さ
せ、蓄熱槽１１内の水を加温、貯湯するとともに、被冷
却物の冷却を行う機能である。この場合には、連結配管
Ａ、Ｃの第１の制御弁８を閉状態とし、連結配管Ｂの第
１の制御弁８を開状態とし、分岐配管Ｅの第２の制御弁
９と第３の制御弁を閉状態として、分岐配管Ｄ、Ｆの第
２の制御弁９を開状態とする。さらに、連結配管Ａ、Ｂ
、Ｃの膨張弁５を所定の開度に設定しておく。

【００３７】この状態で、圧縮機１から高温高圧状態で
送りだされた熱媒体は、連結配管Ｂを通過して蓄熱槽１
１の熱交換器３で凝縮しながら水と熱交換を行なって加
温した後、膨張弁５を通過することにより減圧膨張され
て熱交換器２、４に流入する。熱交換器４に流入した熱
媒体は、ショーケース１２内部の空気と熱交換を行ない
、被冷却物を冷却する。熱交換器４を通過した熱媒体は
、連結配管Ｆを通過した後、連結配管１ｂを通過して再
度圧縮機１に送り込まれる。なお、この貯湯熱は、ショ
ーケース１２を配置してある売り場の暖房熱源に利用す
ることが可能である。

【００３８】一方、熱交換器２に流入した減圧膨張され
た熱媒体は、室外に設置された熱交換器２と熱交換を行
ない、連結配管１ｂを通過して再度圧縮機１に送り込ま
れる。

【００３９】以上、述べたことから容易に理解できるよ
うに、本システムにおいては、室外に設置した熱交換器
２、蓄熱槽１１に配設された熱交換器３及びショーケー
ス１２に配設された熱交換器４を吸熱作動若しくは放熱
作動することにより、熱源の多様化及び利用を図ること
ができる。

【００４０】またさらに、本システムにおいては、図２
に示すように、従来の冷凍システムにはない極めて優れ
た機能を有している。

【００４１】すなわち、先ず、夜間に（２）の蓄氷及び
冷却機能を夜間電力を利用して行なうことにより、蓄熱
槽１１内部に氷が蓄えられた冷熱源（図中Ａで示す範囲
）を、ランニングコストを低くして得ることができる。

【００４２】そして、昼間に（３）で示す過冷却機能を
行なう。この際には、室外の熱交換器２を放熱作動させ
、かつ氷（冷熱源）が蓄えられた蓄熱槽１１の熱交換器
３を放熱作動させるとともに、これら熱交換器２及び蓄
熱槽１１の熱交換器３に連続して通過させた熱媒体を、
過冷却液状熱媒体としてショーケース１２の吸熱作動す
る熱交換器４に送り込んで冷却能力を向上させる。

【００４３】つまり、図２に示すように、夜間に蓄えら
れた冷熱源（Ａで示す範囲）が、日中の冷却ピーク時の
冷却熱源（図中Ｂで示す範囲）として有効に利用される
ので、システムの冷凍能力を維持したまま、圧縮機の稼
働能力の低減化を図ることができる。この圧縮機１の稼
働能力の低減化により、ランニングコストの低減化を図
ることができる。

【００４４】また、圧縮機１の小型化及び軽量化を図る
ことができ、イニシャルコストの低減化を図ることがで
きる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のヒートポ
ンプを利用した冷凍装置は、圧縮機の吐出配管に、それ
ぞれ第１の制御弁を介して、冷凍ショーケースに設けら
れた熱交換器の一端と、室外に設置された熱交換器の一
端と、蓄熱槽内部に配設された熱交換器の一端とを接続
し、これら各熱交換器の他端を膨張弁を介して熱媒体を
分流させる分流器に接続し、各熱交換器と第１の制御弁
との間の配管より第２の制御弁を備えた分岐配管をそれ
ぞれ分岐させてこれら分岐配管を圧縮機の吸入配管に接
続するとともに、室外の熱交換器と分流器との間の配管
より第３の制御弁を備えた分岐配管を氷蓄熱槽の熱交換
器と第１の制御弁との間の配管に接続した構成となって
いる。そして、第１の制御弁、第２の制御弁及び第３の
制御弁の関連的な開閉制御より、吸熱作動させた室外の
熱交換器から出た熱媒体を、氷が蓄えられた蓄熱槽内部
の熱交換器に連続して通過させた後、冷凍ショーケース
の熱交換器に通過させて被冷却物を冷凍することができ
る。これにより、氷が蓄えられた蓄熱槽を冷熱源を、日
中の冷却ピーク時の冷却熱原として有効に利用すること
ができるため、その能力の分だけ圧縮機の稼働能力を低
減することができる。すなわち、システムの冷凍能力を
維持したまま、圧縮機の稼働能力の低減化が図られるた
め、システムのランニングコストを大幅に削減すること
ができる。

【００４６】また、蓄熱槽に氷が蓄えられる冷熱源は、
夜間電力を利用して得られることができるため、日中と
夜間の電力消費を平準化することができる。

【００４７】さらに、圧縮機は、夏期における日中のピ
ーク時の大きな稼働能力を必要としないため、イニシャ
ルコストの低減化を図ることができる。

【００４８】またさらに、本システムにおいては、室外
に設置した熱交換器、蓄熱槽に配設された熱交換器及び
ショーケースに配設された熱交換器を吸熱作動若しくは
放熱作動することにより、熱源の多様化及び利用を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のヒートポンプを利用した冷凍装置を示
す概略図である。

【図２】本発明のヒートポンプを利用した冷凍装置の昼
夜の圧縮機の稼働状態を示す図である。

【図３】従来のヒートポンプを利用した冷凍装置の昼夜
の圧縮機の稼働状態を示す図である。

【符号の説明】

１　　　　圧縮機 ２　　　　室外に設置された交換器 ３　　　　蓄熱槽に設けられた熱交換器４　　　　ショ
ーケースに設けられた熱交換器５　　　　膨張弁 ８　　　　第１の制御弁 ９　　　　第２の制御弁 １０　　第３の制御弁 １１　　蓄熱槽 １２　　ショーケース Ａ、Ｂ、Ｃ　　連結配管 Ｇ　　分岐配管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　圧縮機の吐出配管に、それぞれ第１の
   制御弁を介して、冷凍ショーケースに設けられた熱交換
   器の一端と、室外に設置された熱交換器の一端と、蓄熱
   槽内部に配設された熱交換器の一端とを接続し、これら
   各熱交換器の他端を膨張弁を介して熱媒体を分流させる
   分流器に接続し、前記各熱交換器と第１の制御弁との間
   の配管より第２の制御弁を備えた分岐配管をそれぞれ分
   岐させてこれら分岐配管を前記圧縮機の吸入配管に接続
   するとともに、室外の熱交換器と分流器との間の配管よ
   り第３の制御弁を備えた分岐配管を氷蓄熱槽の熱交換器
   と第１の制御弁との間の配管に接続したことを特徴とす
   るヒートポンプを利用した冷凍装置。