特許 5783790 冷凍装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5783790

(24)【登録日】2015年7月31日

(45)【発行日】2015年9月24日

(54)【発明の名称】冷凍装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/00 20060101AFI20150907BHJP

   F28D 7/14 20060101ALI20150907BHJP

【ＦＩ】

   F25B1/00 397C

   F28D7/14

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2011-106439(P2011-106439)

(22)【出願日】2011年5月11日

(65)【公開番号】特開2012-237494(P2012-237494A)

(43)【公開日】2012年12月6日

【審査請求日】2014年4月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000194893

【氏名又は名称】ホシザキ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001036

【氏名又は名称】特許業務法人暁合同特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 義康

【審査官】 安島 智也

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５８−０２４７６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１３２４００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３２１１３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０３２９４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１９８６９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０３２２５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０９７７５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−００７９５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０１０７６８３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｂ １／００

Ｆ２８Ｄ ７／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

共に水冷式の凝縮器を備えた２系統の独立した冷凍回路が設けられ、第１冷凍回路には主に運転される主圧縮機が、第２冷凍回路には前記主圧縮機のみでは能力不足と判断された場合に前記主圧縮機と併せて駆動され補助的に運転される補助圧縮機が備えられるとともに、前記両冷凍回路に蒸発器が共用された冷凍装置であって、
前記第１冷凍回路の第１凝縮器を冷却する冷却水を流通させる給水管と、前記第２冷凍回路の第２凝縮器を冷却する冷却水を流通させる給水管とが、この第２冷凍回路側の給水管が上流側に位置するように直列接続されるとともに、前記第１冷凍回路側の給水管の出口側に、この第１冷凍回路の高圧圧力を一定に維持するべく冷却水の量を制御する給水制御弁が設けられ、
前記第１冷凍回路における前記主圧縮機の吐出側および前記第２冷凍回路における前記補助圧縮機の吐出側に、高圧スイッチが設けられていることを特徴とする冷凍装置。

【請求項2】

前記第１凝縮器と前記第２凝縮器とは共に螺旋巻きされた凝縮管によって形成され、前記第２凝縮器の上方に前記第１凝縮器が同軸上に積み上げ配置されているとともに、前記両給水管が直列接続されて一本化された単一給水管が、前記第２凝縮器の下端から前記第１凝縮器の上端に亘ってそれらの内側に挿通されることにより螺旋形の二重配管構造とされ、冷却水と冷媒とが対向方向に流通されるようになっていることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。

【請求項3】

第１冷凍回路に備えられた主圧縮機がインバータ圧縮機であり、第２冷凍回路に備えられた補助圧縮機が一定速圧縮機であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の冷凍装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水冷式凝縮器を使用した２系統の独立した冷凍回路を有し、かつ蒸発器は共用した冷凍装置に関する。

【背景技術】

【0002】

冷凍回路に水冷式凝縮器を使用したものとして、下記特許文献１に記載されたものが知られている。水冷式凝縮器は例えば二重管構造であって、外管が凝縮管となって冷媒が一方向に流通する一方、内管が給水管となって冷却水が冷媒と対向する方向に流通し、熱交換により冷媒が凝縮されるようになっている。また給水管の出口側には給水制御弁が設けられ、例えば凝縮器（凝縮管）の出口側の検知圧力に基づいて開閉して給水量を制御することで、当該冷凍回路の高圧圧力を一定に維持する手段が講じられている。

【0003】

一方近年、広範囲に亘る冷凍能力を備えた冷凍装置として、以下のようなものが知られている。このものは、２系統の独立した冷凍回路が設けられ、第１冷凍回路ではインバータ圧縮機が、第２冷凍回路では一定速圧縮機が備えられるとともに、両冷凍回路に蒸発器が共用された構造であって、通常は、第１冷凍回路すなわちインバータ圧縮機のみを駆動し、具体的には同インバータ圧縮機の回転数を制御しつつ冷却運転（コントロール冷却運転）を行い、第１冷凍回路（インバータ圧縮機側）のみでは能力不足と判断された際に、第２冷凍回路すなわち一定速圧縮機を併せて駆動するといった使い方がなされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６−２９２２５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで上記のような冷凍装置を、共に水冷式凝縮器を使用した２系統の独立した冷凍回路によって構築しようとすると、冷却用の給水管と、フィードバック路も含めた給水制御弁とを各別に備えることになるため、部品点数が増えかつ配管も複雑となって配置スペースに多くを要し、また組立作業性にも劣って製造コストの増大に繋がるという問題があった。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、その目的は、部品点数の削減を図ることで製造コストの低減化を実現した冷凍装置を提供するところにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、共に水冷式の凝縮器を備えた２系統の独立した冷凍回路が設けられ、第１冷凍回路には主に運転される主圧縮機が、第２冷凍回路には補助的に運転される補助圧縮機が備えられるとともに、前記両冷凍回路に蒸発器が共用された冷凍装置であって、前記第１冷凍回路の第１凝縮器を冷却する冷却水を流通させる給水管と、前記第２冷凍回路の第２凝縮器を冷却する冷却水を流通させる給水管とが、この第２冷凍回路側の給水管が上流側に位置するように直列接続されるとともに、前記第１冷凍回路側の給水管の出口側に、この第１冷凍回路の高圧圧力を一定に維持するべく冷却水の量を制御する給水制御弁が設けられている構成としたところに特徴を有する。

【0007】

冷却水は、直列接続された両給水管に沿って第２凝縮器からそれに続いて第１凝縮器に流通し、この間給水制御弁において、第１冷凍回路の高圧圧力を一定に維持するべく冷却水の水量が制御される。第１冷凍回路の主圧縮機のみが運転されている場合は、正に同第１冷凍回路の高圧圧力が一定に維持されることで凝縮温度が適正に維持され、必要な冷凍能力が得られる。
主圧縮機と補助圧縮機とが同時に運転される場合は、冷却水はまず第２凝縮器を熱交換により冷却し、昇温されたのち第１冷却器を熱交換により冷却するように作用する。そのとき冷却水の水量が、第１冷凍回路の高圧圧力が一定となるように、すなわち適正な凝縮温度となるように制御されるが、第１凝縮器よりも上流側に位置する第２凝縮器は、第１凝縮器側よりも低い水温で熱交換されるから、第２冷凍回路側の凝縮温度が第１冷凍回路側のそれよりも低く維持される。

【0008】

すなわち、給水管を１本にまとめ、また水量制御用の給水制御弁を第１冷凍回路側の給水管の出口の１箇所に設けることに留めながらも、主圧縮機の単独運転時、及び主圧縮機と補助圧縮機とを併せて運転する場合のいずれも、両冷凍回路の適正な凝縮温度ひいては冷凍能力を得ることができる。
言い換えると、第２冷凍回路専用の給水管と給水制御弁とを設けることが不要にできて、１本の給水管と１個の給水制御弁を備えるだけでよく、部品点数の削減と配管作業の簡略化を図ることができ、また省スペース化が図られて製品の小型化に寄与でき、製造コストの大幅な削減を図ることが可能となる。

【0009】

また、以下のような構成としてもよい。
（１）前記第１凝縮器と前記第２凝縮器とは共に螺旋巻きされた凝縮管によって形成され、前記第２凝縮器の上方に前記第１凝縮器が同軸上に積み上げ配置されているとともに、前記両給水管が直列接続されて一本化された単一給水管が、前記第２凝縮器の下端から前記第１凝縮器の上端に亘ってそれらの内側に挿通されることにより螺旋形の二重配管構造とされ、冷却水と冷媒とが対向方向に流通されるようになっている。

【0010】

冷却水は、螺旋形をなす単一給水管を下方から上方に向けて流通しつつ、まず第２凝縮管内を上方から下方に流れる冷媒と熱交換してこれを冷却し、続いて第１凝縮管内を上方から下方に流れる冷媒と熱交換してこれを冷却する。共に螺旋形をなす第１凝縮管と第２凝縮管とを上下に積み上げて配設したことから、設置面のさらなる省スペース化を実現することができる。

【0011】

（２）第１冷凍回路に備えられた主圧縮機がインバータ圧縮機であり、第２冷凍回路に備えられた補助圧縮機が一定速圧縮機である。
通常はインバータ圧縮機により冷却運転し、能力不足の場合には一定速圧縮機を併せて駆動するといった使い方をすることで、冷凍能力を広範囲に亘って効率よく発揮させることができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明の冷凍装置によれば、部品点数の削減と配管作業の簡略化を図ることができ、また省スペース化が図られて製品の小型化に寄与でき、製造コストの大幅な削減を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態に係る冷凍装置の回路構成図

【図2】同冷凍装置の配置構造を示す平面図

【図3】同冷凍装置の設置部分の側断面図

【発明を実施するための形態】

【0014】

＜実施形態＞
本発明の一実施形態を図１ないし図３によって説明する。この実施形態では、業務用の縦型冷蔵庫に搭載された冷凍装置を例示している。
冷蔵庫は、図３に示すように、前面の開口された断熱箱体からなる冷蔵庫本体１０を備え、内部が冷蔵室１１とされているとともに、冷蔵室１１の前面開口には断熱扉１２が揺動開閉可能に装着されている。冷蔵庫本体１０の上面には、回りにパネルが立てられることで機械室１４が構成されている。

【0015】

機械室１４の底面となる冷蔵庫本体１０の天井壁１０Ａのほぼ中央部には、方形の開口部１５が形成され、この開口部１５の上面を塞ぐようにして、詳しくは後記するユニット化された冷凍装置３０を搭載したユニット台２０が載置されている。開口部１５の下方には、ドレンパンを兼ねた冷却ダクト２２が奥側（図３の右側）に向けて下り勾配で張設されており、ユニット台２０との間に蒸発器室２３が形成されている。冷却ダクト２２の前端側には吸込口２５が形成され、その裏面に庫内ファン２６が装備されているとともに、冷却ダクト２２の後端側には吹出口２７が形成されている。

【0016】

冷凍装置３０は、２系統の独立した冷凍回路すなわち第１冷凍回路３１Ａと第２冷凍回路３１Ｂとを備えており、両冷凍回路３１Ａ，３１Ｂについては、圧縮機が互いに異なっている一方で蒸発器３７は共有化しており、また凝縮器がともに水冷式凝縮器とされている。
図１の冷凍回路に模式的に示されるように、第１冷凍回路３１Ａは、回転数が可変のインバータ圧縮機３２Ａと、第１の水冷式凝縮器３３Ａ（以下、単に第１凝縮器３３Ａ）と、ドライヤ３５Ａと、減圧手段であるキャピラリチューブ３６Ａと、共通の蒸発器３７とを、冷媒配管で循環接続して形成されている。なお、第１冷凍回路３１Ａでは、蒸発器３７の出口側の冷媒配管に、アキュムレータ３８が介設されている。

【0017】

第２冷凍回路３１Ｂは、回転数が一定の一定速圧縮機３２Ｂと、第２の水冷式凝縮器３３Ｂ（以下、単に第２凝縮器３３Ｂ）と、ドライヤ３５Ｂと、減圧手段であるキャピラリチューブ３６Ｂと、共通の蒸発器３７とを、冷媒配管で循環接続して形成されている。
また、第１冷凍回路３１Ａ、第２冷凍回路３１Ｂともに、蒸発器３７の入口側と出口側との冷媒配管同士が密着して配管されて、断熱チューブ内に収容されることで熱交換部３９Ａ，３９Ｂが形成されている。

【0018】

両凝縮器３３Ａ，３３Ｂには、単一の給水管４１が配設されて一体化されることにより、水冷凝縮器４０が形成されている。給水管４１は詳細には、第１凝縮器３３Ａの冷却用の給水管４１Ａと、第２凝縮器３３Ｂの冷却用の給水管４１Ｂとを、同給水管４１Ｂを上流側として直列接続して形成されている。この給水管４１には、給水口４２Ｘから排水口４２Ｙに向けて冷却水が流通されるようになっている。

【0019】

上記の給水管４１における排水口４２Ｙ側の端部には、第１冷凍回路３１Ａの高圧圧力を一定に維持するべく冷却水の水量を制御する給水制御弁４５が設けられている。より具体的には、第１冷凍回路３１Ａにおけるドライヤ３５Ａの下流側に、第１冷凍回路３１Ａの高圧側の圧力を検知する検知部４６が設定され、フィードバック路４７により給水制御弁４５と接続されている。そしてフィードバックされた検知圧力に基づいて給水制御弁４５が開閉されて冷却水の水量が制御されることにより、第１冷凍回路３１Ａの高圧圧力が一定に維持されるようになっている。また、両冷凍回路３１Ａ，３１Ｂにおける圧縮機３２Ａ，３２Ｂの吐出側には、それぞれ高圧スイッチ４９Ａ，４９Ｂが設けられている。

【0020】

さらに具体的な配設構造を説明すると、図２に示すように、ユニット台２０上の奥側領域における幅方向の中央部から少し右側に寄った位置に、第１冷凍回路３１Ａの構成部品のうち、インバータ圧縮機３２Ａと、ドライヤ３５Ａと、キャピラリチューブ３６Ａとが設置される一方、その左側に、第２冷凍回路３１Ｂの構成部品のうち、一定速圧縮機３２Ｂと、ドライヤ３５Ｂと、キャピラリチューブ３６Ｂとが設置されている。
ここでインバータ圧縮機３２Ａは、複数段階（例えば７段階）に亘って回転数が可変となっている。
一定速圧縮機３２Ｂは、インバータ圧縮機３２Ａの最高速（７速）よりも少ない一定の回転数で駆動可能とされている。すなわち、
インバータ圧縮機３２Ａの最高速（７速）＞一定速圧縮機３２Ｂの回転数
である。
より詳細には、
インバータ圧縮機３２Ａの最高速（７速）＜｛インバータ圧縮機３２Ａの最低速（１速）＋一定速圧縮機３２Ｂの回転数｝
であり、
また、｛インバータ圧縮機３２Ａの最高速（７速）＋一定速圧縮機３２Ｂの回転数｝が、当該冷蔵庫に必要な最大冷凍能力を満たすように設定されている。

【0021】

第１冷凍回路３１Ａの手前側の位置には、一体化された水冷凝縮器４０が設置されている。
水冷凝縮器４０は端的には、螺旋巻きされた二重管構造となっている。より詳細には、第１凝縮器３３Ａと第２凝縮器３３Ｂとは、共に螺旋巻きされた凝縮管によって構成されており、第２凝縮器３３Ｂの上方に第１凝縮器３３Ａが同軸上に積み上げ配置されている。各凝縮器３３Ａ，３３Ｂでは、上方から下方に向けて冷媒が流通するようになっている。

【0022】

一方、単一給水管４１は、上記した第２凝縮器３３Ｂから第１凝縮器３３Ａに亘ってその内部に螺旋形をなして連続して嵌装された内管の形態で形成されている。給水管４１は、下端が入口４１Ｘ、上端側が出口４１Ｙとなって、冷却水は、各凝縮器３３Ｂ，３３Ａを流通する冷媒とは対向するようにして下方から上方に向けて流通する。
ユニット台２０の上面における手前側の領域の左端部には、冷却水の給水口４２Ｘと排水口４２Ｙとが奥側と手前側とに並んで設けられ、上記した給水管４１の入口４１Ｘから引き出された入口管４４Ｘが給水口４２Ｘに接続され、給水管４１の出口４１Ｙから引き出された出口管４４Ｙが排水口４２Ｙに接続されている。

【0023】

給水管４１の出口管４４Ｙには給水制御弁４５が介設されており、第１冷凍回路３１Ａにおけるドライヤ３５Ａの下流側に設定された高圧圧力の検知部４６から引き出されたフィードバック路４７が、給水制御弁４５に接続されている。
第１冷凍回路３１Ａにおけるインバータ圧縮機３２Ａの吐出側の冷媒配管と、第２冷凍回路３１Ｂにおける一定速圧縮機３２Ｂの吐出側の冷媒配管とには、それぞれ高圧スイッチ４９Ａ，４９Ｂが接続されている。
なお、一定速圧縮機３２Ｂの手前側に、同圧縮機３２Ｂの冷却用のファン５０が装備されている。

【0024】

一方、ユニット台２０の下面側には、共通の蒸発器３７が吊り下げられて取り付けられ、ユニット化されている。
このように冷凍装置３０を組み付けたユニット台２０が、冷凍庫本体１０の天井壁１０Ａの開口部１５を塞いで載置されると、図３に示すように、蒸発器３７が、蒸発器室２３内において庫内ファン２６の奥側の位置に収容される。
基本的には、冷凍装置３０と庫内ファン２６とが駆動されると、図３の矢線に示すように、冷蔵室１１内の空気が吸込口２５から蒸発器室２３内に吸引され、蒸発器３７を通過する間に熱交換により生成された冷気が、吹出口２７から冷蔵室１１に吹き出されるといったように循環されることで、冷蔵室１１内が冷却され、併せて庫内温度が制御されるようになっている。

【0025】

続いて、本実施形態の作用を説明する。
この実施形態では、庫内温度が予め定められたコントロール冷却特性に従うように、インバータ圧縮機３２Ａの増減速制御がなされる。具体的には、運転制御部には、コントロール冷却特性が、目標となる温度降下の経時的変化態様のデータとして予め記憶されており、冷却運転中は、所定のサンプリング時間ごとに、庫内温度センサで庫内温度を検出して、同検出温度に基づいて実際の温度降下度が算出される一方、上記の記憶されたデータからその庫内温度における目標の温度降下度が出力され、実際の温度降下度が目標の温度降下度よりも小さければインバータ圧縮機３２Ａが増速制御され、逆の場合はインバータ圧縮機３２Ａが減速または停止する減速制御が行われ、その繰り返しにより、コントロール冷却特性に従って冷却される。

【0026】

またこの間、庫内負荷の増加や、周囲温度の上昇により、インバータ圧縮機３２Ａのみでは能力不足と判断された場合、例えばインバータ圧縮機３２Ａが最高回転数（７速）に到達したのちなお増速要求が出された場合には、一定速圧縮機３２Ｂが併せて駆動される。
例えば一段上の増速要求がなされた場合は、一定速圧縮機３２Ｂが駆動されることと併せて、インバータ圧縮機３２Ａが最低回転数（１速）で駆動され、さらに増速要求がなされると、インバータ圧縮機３２Ａが「２速」に増速されるといった具合である。

【0027】

このような冷却運転中、冷却水は、給水口４２Ｘから供給された後、水冷凝縮器４０の内管を構成する螺旋形をなす単一給水管４１を下方から上方に向けて流通しつつ、まず第２凝縮器３３Ｂ内を流れて冷媒と熱交換し、続いて第１凝縮器３３Ａ内を流れて冷媒と熱交換したのち排水口４２Ｙから排水される。さらにこの間、給水制御弁４５において、第１冷凍回路３１Ａの高圧圧力を一定に維持するべく冷却水の水量が制御される。

【0028】

第１冷凍回路３１Ａのインバータ圧縮機３２Ａのみが運転されている場合は、正に同第１冷凍回路３１Ａの高圧圧力が一定に維持されることで凝縮温度が適正に維持され、必要な冷凍能力が得られる。
インバータ圧縮機３２Ａと一定速圧縮機３２Ｂとが同時に運転される場合は、冷却水はまず第２凝縮器３３Ｂを熱交換により冷却し、昇温されたのち第１凝縮器３３Ａを熱交換により冷却するように作用する。そのとき冷却水の水量が、第１冷凍回路３１Ａの高圧圧力が一定となるように、すなわち適正な凝縮温度となるように制御されるが、第１凝縮器３３Ａよりも上流側に位置する第２凝縮器３３Ｂは、第１凝縮器３３Ａ側よりも低い水温で熱交換されるために、第２冷凍回路３１Ｂ側の凝縮温度が第１冷凍回路３１Ａ側のそれよりも低く維持される。
なお、断水した場合、またインバータ圧縮機３２Ａが運転できず一定速圧縮機３２Ｂのみが運転される場合は、それぞれの冷凍回路３１Ａ，３１Ｂに設けた高圧スイッチ４９Ａ，４９Ｂにより高圧圧力の上昇を検知し、圧縮機３２Ａ，３２Ｂを停止して保護するようになっている。

【0029】

以上のように本実施形態では、第１冷凍回路３１Ａと第２冷凍回路３１Ｂの給水管４１Ａ，４１Ｂを単一の給水管４１にまとめ、また水量制御用の給水制御弁４５を、給水管４１のうちの第１冷凍回路３１Ａ側の給水管４１Ａの出口側の１箇所に設けることに留めながらも、インバータ圧縮機３２Ａの単独運転時、及びインバータ圧縮機３２Ａと一定速圧縮機３２Ｂとを併せて運転する場合のいずれも、両冷凍回路３１Ａ，３１Ｂの適正な凝縮温度ひいては冷凍能力を得ることができる。
言い換えると、第２冷凍回路３１Ｂ専用の給水管と給水制御弁とを設けることが不要にできて、単一の給水管４１と１個の給水制御弁４５を備えるだけでよく、部品点数の削減と配管作業の簡略化を図ることができ、また省スペース化が図られて製品の小型化に寄与でき、製造コストの大幅な削減を図ることが可能となる。

【0030】

また、一体化された水冷凝縮器４０は、第１凝縮器３３Ａと第２凝縮器３３Ｂとを共に螺旋巻きされた凝縮管によって形成して、第２凝縮器３３Ｂの上方に第１凝縮器３３Ａを同軸上に積み上げ配置するとともに、単一給水管４１を第２凝縮器３３Ｂの下端から第１凝縮器３３Ａの上端に亘ってそれらの内側に挿通した螺旋形の二重配管構造としたから、平面視でコンパクトにまとまり、設置面のさらなる省スペース化を実現することができる。

【0031】

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では、主圧縮機にインバータ圧縮機を、補助圧縮機に一定圧縮機を用いた場合を例示したが、両方ともインバータ圧縮機、若しくは両方とも一定速圧縮機を適用したものであってもよい。
（２）水冷式凝縮器は、上記実施形態に例示した二重管形式に限らず、シェル−チューブ形式のもの等、他の形式のものであってもよい。
（３）本発明は、上記実施形態に例示した業務用の冷蔵庫に限らず、冷凍庫、冷凍冷蔵庫、恒温高湿庫等の他の冷却貯蔵庫全般に装備される冷凍装置について、広く適用することができる。

【符号の説明】

【0032】

３０…冷凍装置 ３１Ａ…第１冷凍回路 ３１Ｂ…第２冷凍回路 ３２Ａ…インバータ圧縮機（主圧縮機） ３２Ｂ…一定速圧縮機（補助圧縮機） ３３Ａ…第１凝縮器 ３３Ｂ…第２凝縮器 ３７…蒸発器 ４０…水冷凝縮器 ４１…給水管（単一給水管） ４１Ａ，４１Ｂ…給水管 ４４Ｙ…出口管 ４５…給水制御弁 ４６…（高圧圧力の）検知部 ４７…フィードバック路

【図1】

【図2】

【図3】