В каких случаях в русском языке, говоря о множестве предметов, употребляют форму единственного числа существительных?

Это существительные singularia tantum (лат. "единственное только").
Подавляющее большинство этих слов относится к следующим категориям:
1. субстантивы (мороженое) ;
2. собирательные существительные (ветошь, дичь, падаль, заваль, молодёжь, листва, родня, детвора, беднота, агентура, крестьянство, сырьё, ельник, и т. д.) ;
3. существительные отвлечённые, выступающие в своей основной функции выражения абстрактных понятий (блеск, голод, испуг, смех, трагизм, инструктаж, белизна, кройка, беготня, вражда, слава, тоска, общность, успеваемость, дрожь, лень, мощь, здоровье, мытьё, соседство, добро, красота (но: красо́ты природы — в конкретном значении) , холод (но: зимние холода́), шум (но: шумы в сердце) и т. д.) ;
4. существительные собственные в качестве наименования единичных предметов (Ленинград, Волга, Лобачевский (но: семья Лобачевских) , Америка (но: обе Америки и т. д. )
5. существительные вещественные в своём основном значении (молоко, серебро, тёс, халва, говядина, земляника, глина (но: красные глины — при обозначении видов вещества) , табак (но: крепкие табаки — при обозначении сортов и т. д) .
О пограничных и особых случаях можно прочитать здесь:
http://ru.wikipedia.org/wiki/Singularia_tantum

это слова, которые употребляются ТОЛЬКО в един. числе, они наз. СОБИРАТЕЛЬНЫМИ: КОМСОМОЛ, МОЛОДЁЖЬ, ЖЕЛЕЗО, молоко, темнота, бегство, хлопок, крестьянство, учительство, синева, бензин, свёкла и т. д.
Попробуй их поставить во множ. числе? ! Не поставишь.

Когда используют собирательное существительное (например тряпьё)

Собирательными называются существительные, которые обозначают совокупность лиц или предметов как неделимое целое. Собирательные существительные имеют форму только единственного числа и не сочетаются с именами числительными, например: молодёжь, старичьё, листва, березняк, осинник

Которые не склоняются (пальто, кафе)

когда предметы не используются в единственном числе

несклоняемые

когда не склоняется

если мне не изменяет память, это те слова, которые образованы от иностранных слов. .
Ну к примеру взять слова :пальто, жалюзи и т. д. .
Может это и не единственный случай....

kotorye ne skloniaiutsia.