特許 7482438 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】

(24)【登録日】2024-05-02

(45)【発行日】2024-05-14

(54)【発明の名称】冷凍装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/00 20060101AFI20240507BHJP

【ＦＩ】

F25B1/00 391

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020033215

(22)【出願日】2020-02-28

(65)【公開番号】P2021135020

(43)【公開日】2021-09-13

【審査請求日】2022-12-16

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】島田 賀久

(72)【発明者】

【氏名】伊澤 雄一

【審査官】笹木 俊男

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１４／０３０１９８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－０９３０５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平３－１１０３５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２５Ｂ １／００

Ｆ２５Ｂ ４７／０２

Ｆ２５Ｂ ４９／０２

Ｆ２５Ｄ ２１／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮機、凝縮器、膨張装置および蒸発器の順に冷媒が循環する冷媒回路を用いて冷却運転を行う冷凍装置であって、
前記圧縮機と、
前記凝縮器と、
前記凝縮器と前記膨張装置との間に配置され、閉状態である場合に前記冷媒の流れを規制するバルブと、
前記冷媒の圧力値を検出する圧力センサと、
前記冷媒の流れを制御する第１制御装置と、を備え、
前記冷媒の流れを許容する前記膨張装置の開状態及び前記冷媒の流れを規制する前記膨張装置の閉状態は、前記第１制御装置とは別の第２制御装置により制御され、
前記第１制御装置は、
前記冷却運転が行われていない場合において、前記膨張装置の開閉状態に関わらず、前記バルブを閉状態にし、前記圧力センサによって検出される前記冷媒の圧力値が第１所定圧力値以上となったとき、前記蒸発器内の前記冷媒の回収を開始し、
前記第１所定圧力値は、前記冷却運転が行われている場合において前記圧力センサによって検出される前記冷媒の圧力値の範囲より高い値に設定されている、冷凍装置。

【請求項2】

前記第１制御装置は、
前記蒸発器内の前記冷媒の回収が実行されている場合において、前記圧力センサによって検出される前記冷媒の圧力値が前記第１所定圧力値より低い第２所定圧力値以下となったとき、前記蒸発器内の前記冷媒の回収を停止する請求項１に記載の冷凍装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷凍装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、冷媒が循環する冷媒回路を用いて冷却運転が行われる冷凍装置が記載されている。冷凍装置は、例えば店舗に配置されたショーケースや冷凍冷蔵倉庫の内部を冷却する冷却器（蒸発器）に発生した霜を取り除く除霜運転を行う。除霜運転が行われる間、冷凍装置内にある圧縮機は運転せず、冷媒は循環しない。また、ショーケースや冷凍冷蔵倉庫等が十分に冷却された場合、或いはなんらかの事由により冷却を必要としない場合も、圧縮機は運転せず、冷媒は循環しない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－６６５１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

冷却運転の停止中に行われる除霜運転は、一般的に、電気ヒータやホットガスを用いて蒸発器を加熱することによって霜が溶かされている。除霜の際の加熱により、蒸発器に残っている冷媒が蒸発して、蒸発器内の圧力が増加することが考えられる。また、冷却運転が長期間行われていないときに、外気温が上昇した場合においても、蒸発器に残っている冷媒が蒸発して、蒸発器内の圧力が増加することが考えられる。これらによって、蒸発器内の圧力が比較的大きくなる場合、蒸発器の破損等の不具合が発生することが考えられる。

【0005】

本開示は、冷却運転が行われていない場合に、蒸発器内の圧力を抑制できる冷凍装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記目的を達成するために、本開示における冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、膨張装置および蒸発器の順に冷媒が循環する冷媒回路を用いて冷却運転を行う冷凍装置であって、圧縮機と、凝縮器と、凝縮器と膨張装置との間に配置され、閉状態である場合に冷媒の流れを規制するバルブと、冷媒の圧力値を検出する圧力センサと、冷媒の流れを制御する第１制御装置と、を備え、冷媒の流れを許容する膨張装置の開状態及び冷媒の流れを規制する膨張装置の閉状態は、第１制御装置とは別の第２制御装置により制御され、第１制御装置は、冷却運転が行われていない場合において、膨張装置の開閉状態に関わらず、バルブを閉状態にし、圧力センサによって検出される冷媒の圧力値が第１所定圧力値以上となったとき、蒸発器内の冷媒の回収を開始し、第１所定圧力値は、冷却運転が行われている場合において前記圧力センサによって検出される前記冷媒の圧力値の範囲より高い値に設定されている。

【発明の効果】

【0007】

本開示の冷凍装置によれば、冷却運転が行われていない場合に、蒸発器内の圧力を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の実施形態に係る冷凍装置の概要図である。

【図2】図１に示す制御装置が実行するプログラムのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の冷凍装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下には本開示の冷凍装置について好適な実施形態を説明するが、これに限定されることなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良が可能である。

【0010】

図１は、冷凍装置１の概要図である。冷凍装置１は、圧縮機１０、ガスクーラ２０、電動膨張弁３０および蒸発器４０の順に冷媒（不図示）が循環する冷媒回路５０を用いて冷却運転を行うものである。ガスクーラ２０は、「凝縮器」の一例である。電動膨張弁３０は、「膨張装置」の一例である。

【0011】

冷媒は、二酸化炭素である。なお、潤滑油としてのオイルは、例えば鉱物油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油、ＰＡＧ（ポリアルキルグリコール）等、既存のオイルが使用される。但し、オイルの種類はこれに限定されない。

【0012】

冷凍装置１は、圧縮機１０およびガスクーラ２０を備えている。圧縮機１０およびガスクーラ２０は、筐体１ａに収納されている。なお、圧縮機１０とガスクーラ２０とが別の筐体に配置されてもよい。また、筐体１ａには、インタークーラ５２ａ、オイルセパレータ５３ａ、３つの膨張弁５３ｂ，５６ａ，５７ａ、タンク２１、スプリット熱交換器５４ａ、バルブ５４ｂ、圧力センサ５１ａおよび制御装置６０（それぞれ後述する）が収納されている。なお、バルブ５４ｂについては、本実施形態の変形例の構成であるため、後述する。

【0013】

電動膨張弁３０および蒸発器４０は、筐体１ａの外側に配置されている。筐体１ａの外側には、ショーケース２が配置されている。ショーケース２は、スーパーマーケットの店舗等などに配置され、冷凍装置１によって内部が冷却されるものである。電動膨張弁３０は、ショーケース２の外側に配置されている。蒸発器４０は、ショーケース２に収容されている。

【0014】

冷媒回路５０は、４つの主配管５１～５４および３つの副配管５５～５７を備えている。第１の主配管５１は、蒸発器４０と圧縮機１０の第１吸入口１０ａとを接続するものである。蒸発器４０から流出した低圧の冷媒が、第１の主配管５１を介して、圧縮機１０に流入する。

【0015】

圧縮機１０は、内部中間型２段圧縮式ロータリコンプレッサである。圧縮機１０は、第１圧縮部１１および第２圧縮部１２を備えている。第１圧縮部１１および第２圧縮部１２は、ロータリコンプレッサである。

【0016】

第１圧縮部１１は、第１吸入口１０ａから吸入した低圧の冷媒を中間圧まで昇圧して、第１吐出口１０ｂから第２の主配管５２に吐出するものである。第２の主配管５２は、第１吐出口１０ｂと圧縮機１０の第２吸入口１０ｃとを接続するものである。第２の主配管５２には、インタークーラ５２ａが配置されている。

【0017】

インタークーラ５２ａは、第１圧縮部１１から吐出された冷媒を空冷するものである。インタークーラ５２ａによって空冷された中間圧の冷媒は、第２の主配管５２を介して、第２吸入口１０ｃから第２圧縮部１２に吸入される。

【0018】

第２圧縮部１２は、第２吸入口１０ｃから吸入した中間圧の冷媒を高温高圧まで圧縮して、第２吐出口１０ｄから第３の主配管５３に吐出するものである。なお、圧縮機１０は、例えばレシプロ圧縮機やスクリュー圧縮機でもよい。また、圧縮機１０は、多段式でなくてもよく、この場合、インタークーラ５２ａは構成されない。

【0019】

第３の主配管５３は、圧縮機１０と、タンク２１の上部に配置された流入口２１ａとを接続するものである。第３の主配管５３には、圧縮機１０側からタンク２１側に向けてオイルセパレータ５３ａ、ガスクーラ２０および第１の膨張弁５３ｂが、この順に配置されている。

【0020】

オイルセパレータ５３ａは、圧縮機１０から吐出された冷媒に含まれるオイルを分離するものである。冷媒から分離されたオイルは、オイルセパレータ５３ａから、第１の副配管５５を介して、圧縮機１０に戻される。なお、冷凍装置１がオイルセパレータ５３ａを備えないようにしてもよい。

【0021】

ガスクーラ２０は、圧縮機１０ひいてはオイルセパレータ５３ａから流出した高温高圧の冷媒を冷却して凝縮する凝縮器である。ガスクーラ２０の近傍には、第１送風機２０ａが配置されている。第１送風機２０ａは、ガスクーラ２０を空冷するものである。第１送風機２０ａは、制御装置６０によって制御される。本実施形態においては、ガスクーラ２０およびインタークーラ５２ａが、並べて配置されており、共に第１送風機２０ａによって空冷される。

【0022】

第１の膨張弁５３ｂは、ガスクーラ２０から流出した冷媒を絞って膨張させるとともに、第１の膨張弁５３ｂから上流側の冷媒の圧力を調整するものである。第１の膨張弁５３ｂから流出した冷媒は、タンク２１に流入口２１ａから流入する。

【0023】

タンク２１は、所定容積の空間を内部に有する容積体である。タンク２１は、タンク２１よりも上流側の冷媒の圧力を調整する役割や、冷媒の単位時間当たりの流量の変動を吸収する役割を有する。また、タンク２１に流入した冷媒は、気体と液体とに分離され、液体の冷媒がタンク２１の底部に貯留される。タンク２１の底部に貯留された液状の冷媒の温度より、タンク２１の上部に滞留するガス状の冷媒の温度の方が低くなっている。

【0024】

タンク２１の上部に滞留するガス状の冷媒は、第１流出口２１ｂから第２の副配管５６に流出する。第２の副配管５６は、第１流出口２１ｂと、第２の主配管５２におけるインタークーラ５２ａと第２吸入口１０ｃとの間に設けられた第１接続部５２ｂとを接続するものである。第２の副配管５６には、タンク２１側から第１接続部５２ｂに向けて、第２の膨張弁５６ａおよびスプリット熱交換器５４ａがこの順に配置されている。

【0025】

第２の膨張弁５６ａは、第１流出口２１ｂから流出したガス状の冷媒を絞る役割、および、タンク２１内の圧力を調整する役割を有する。第２の膨張弁５６ａから流出した冷媒は、スプリット熱交換器５４ａに流入する。

【0026】

スプリット熱交換器５４ａは、第２の副配管５６を通って流入した冷媒を用いて、もう一方の配管（後述する第４の主配管５４）を流れる冷媒を冷却する熱交換器である。スプリット熱交換器５４ａから第２の副配管５６を通って流出した冷媒は、第１接続部５２ｂから第２の主配管５２に流入する。

【0027】

一方、タンク２１の底部に貯留されている液状の冷媒は、第２流出口２１ｃおよび第３流出口２１ｄから流出する。

【0028】

第２流出口２１ｃから流出した冷媒は、第３の副配管５７を流れる。第３の副配管５７は、第２の副配管５６における第２の膨張弁５６ａとスプリット熱交換器５４ａとの間に設けられた第２接続部５６ｂと、第２流出口２１ｃとを接続するものである。第３の副配管５７には、第３の膨張弁５７ａが配置されている。第２流出口２１ｃから流出した冷媒は、第３の膨張弁５７ａによって絞られて、第２接続部５６ｂから第２の副配管５６に流入して蒸発する。

【0029】

一方、第３流出口２１ｄから流出した冷媒は、第４の主配管５４を流れる。第４の主配管５４は、第２流出口２１ｃと蒸発器４０とを接続するものである。第４の主配管５４には、タンク２１側から蒸発器４０側に向けて、スプリット熱交換器５４ａおよび電動膨張弁３０が、この順に配置されている。

【0030】

スプリット熱交換器５４ａに、第４の主配管５４を通って流入した冷媒は、もう一方の配管（上述した第２の副配管５６）を流れる冷媒によって冷却されて、電動膨張弁３０に向けて流出する。なお、冷凍装置１が、スプリット熱交換器５４ａを備えないようにしてもよい。この場合、冷凍装置１が、タンク２１、３つの膨張弁５３ｂ，５６ａ，５７ａ、および、第４の主配管５４を備えないようにしてもよい。またこの場合、第３の主配管５３が圧縮機１０と蒸発器４０とを接続し、圧縮機１０側から蒸発器４０側に向けて、オイルセパレータ５３ａ、ガスクーラ２０、および、電動膨張弁３０が、この順に配置される。

【0031】

電動膨張弁３０は、スプリット熱交換器５４ａから流出した冷媒を絞るものである。電動膨張弁３０は、蒸発器４０における冷媒の過熱度が適正値となるように、その開度が制御装置６０とは別の制御装置（不図示）によって制御される。この別の制御装置は、ショーケース２の内部の温度を制御するものである。

【0032】

蒸発器４０は、ショーケース２の内部を冷却するものである。蒸発器４０は、プレートフィンチューブ型であり、冷媒が流れるチューブ（不図示）および冷媒の熱を放出するフィン（不図示）を備えている。蒸発器４０の近傍には、フィンとチューブにショーケース２内の空気を送風する第２送風機４１が配置されている。第２送風機４１は、上述した別の制御装置によって制御される。蒸発器４０に流入した冷媒が蒸発することにより、第２送風機４１によって送風された空気ひいてはショーケース２の内部が冷却される。

【0033】

蒸発器４０から流出した冷媒は、第１の主配管５１を介して圧縮機１０に吸入される。第１の主配管５１には、圧力センサ５１ａが配置されている。

【0034】

圧力センサ５１ａは、冷媒の圧力値を検出するものである。圧力センサ５１ａは、冷媒回路５０における蒸発器４０と圧縮機１０との間に配置されている。この場合、圧力センサ５１ａは、第１の主配管５１内の圧力値を検出する。圧力センサ５１ａの検出結果は、制御装置６０に出力される。

【0035】

また、蒸発器４０には、除霜装置４２が配置されている。除霜装置４２は、蒸発器４０内の除霜を実行するものである。除霜装置４２は、上述した別の制御装置によって制御される。除霜装置４２は、電気ヒータ方式である。除霜装置４２は、電気ヒータ（不図示）および温度センサ（不図示）を備えている。

【0036】

電気ヒータは、通電されることにより熱を発生させるものである。電気ヒータは、シーズヒータである。電気ヒータは、蒸発器４０のチューブの近傍に配置されている。温度センサは、蒸発器４０内の温度を検出するものである。温度センサの検出結果は、上述した別の制御装置に出力される。

【0037】

制御装置６０は、冷凍装置１を総括制御するものである。制御装置６０は、冷媒の流れを制御して冷却運転を行う。冷却運転が行われている場合、圧縮機１０の運転が行われて、冷媒回路５０を冷媒が循環する。さらに、冷却運転が行われている場合、上述した別の制御装置によって電動膨張弁３０の開度および第２送風機４１が制御されてショーケース２の内部が冷却される。

【0038】

また、制御装置６０は、蒸発器４０内の冷媒を回収する冷媒回収制御を行う。

【0039】

以下、制御装置６０が行う冷媒回収制御について、図２に示すフローチャートを用いて説明する。冷媒回収制御は、冷却運転が行われていない場合に実行される。冷却運転が行われていない場合、制御装置６０によって、圧縮機１０の運転が停止されている。これにより、冷媒回路５０における冷媒の循環が停止する。また、冷却運転が行われていない場合、上述した別の制御装置は、電動膨張弁３０を閉じるとともに、第２送風機４１の駆動を停止する。

【0040】

制御装置６０は、Ｓ１０にて、圧力センサ５１ａによって検出される圧力値（以下、検出圧力値と記載する。）が、第１所定圧力値以上であるか否かを判定する。

【0041】

第１所定圧力値は、冷却運転が行われている場合における検出圧力値の範囲より高い値に設定されている。具体的には、第１所定圧力値は、冷媒が冷媒回路５０を循環してショーケース２の内部が正常に冷却されている場合における検出圧力値より、高い圧力値に設定されている。さらに、第１所定圧力値は、蒸発器４０が故障する可能性がある圧力値よりも低い圧力値に設定されている。

【0042】

検出圧力値が第１所定圧力値より低い場合、制御装置６０は、Ｓ１０にてＮＯと判定し、Ｓ１０を繰り返し実行する。この場合、圧縮機１０の運転が停止している状態が継続される。

【0043】

冷却運転が停止されているときに外気温が上昇した場合、蒸発器４０内の温度が上昇する。また冷却運転が停止されて除霜運転が行われている場合には電気ヒータが通電されるため、蒸発器４０内の温度が上昇する。この温度上昇によって冷媒が蒸発するため、冷媒の圧力ひいては検出圧力値が上昇する。

【0044】

これにより、検出圧力値が第１所定圧力値以上となった場合、制御装置６０はＳ１０にてＹＥＳと判定し、Ｓ１１にて圧縮機１０の運転を開始する。圧縮機１０の運転が開始されると、蒸発器４０内の冷媒が第１の主配管５１に流出する。このとき、上述したように、電動膨張弁３０が閉じられているため、冷媒が蒸発器４０に流入しない。よって、蒸発器４０内の冷媒が、冷媒回路５０における蒸発器４０より圧縮機１０側（下流側）に回収される。このように、圧縮機１０の運転によって、蒸発器４０内の冷媒が回収される。

【0045】

続けて、制御装置６０は、Ｓ１２にて、検出圧力値が第２所定圧力値以下であるか否かを判定する。第２所定圧力値は、第１所定圧力値よりも低い圧力値に設定されている。また、第２所定圧力値は、冷却運転が行われている場合における検出圧力値の範囲より高い値に設定されている。

【0046】

検出圧力値が第２所定圧力値より高い場合、制御装置６０は、Ｓ１２にてＮＯと判定し、Ｓ１２を繰り返し実行する。この場合、圧縮機１０の運転が継続される。

【0047】

圧縮機１０の運転によって蒸発器４０内の冷媒が回収されることにより、蒸発器４０内の冷媒の量が少なくなる。このため、冷媒の圧力ひいては検出圧力値が低下する。これにより、検出圧力値が第２所定圧力値以下となった場合、制御装置６０は、Ｓ１２にてＹＥＳと判定し、Ｓ１３にて圧縮機１０の運転を停止する。圧縮機１０の運転が停止されると、蒸発器４０内の冷媒の回収が停止される。続けて、制御装置６０は、プログラムをＳ１０に戻す。

【0048】

このように、制御装置６０は、冷却運転が行われていない場合、検出圧力値に基づいて圧縮機１０の運転を制御して、蒸発器４０内の冷媒の回収を開始または停止する。

【0049】

上述した実施形態の冷凍装置１は、圧縮機１０、ガスクーラ２０、電動膨張弁３０および蒸発器４０の順に冷媒が循環する冷媒回路５０を用いて冷却運転を行う冷凍装置である。冷媒の圧力値を検出する圧力センサ５１ａと、冷媒の流れを制御する制御装置６０と、を備えている。制御装置６０は、冷却運転が行われていない場合において、圧力センサ５１ａによって検出される冷媒の圧力値が第１所定圧力値以上となったとき、蒸発器４０内の冷媒の回収を開始し、第１所定圧力値は、冷却運転が行われている場合において圧力センサ５１ａによって検出される圧力値の範囲より高い値に設定されている。

【0050】

これによれば、冷凍装置１は、冷却運転が行われていない場合に、蒸発器４０内の圧力を抑制できる。また、冷媒の圧力値が第１所定圧力値よりも低い場合は、冷媒の回収を開始しないため、圧縮機１０を駆動させるエネルギや時間を抑制できる。

【0051】

また、制御装置６０は、蒸発器４０内の冷媒の回収が実行されている場合において、圧力センサ５１ａによって検出される冷媒の圧力値が第１所定圧力値より低い第２所定圧力値以下となったとき、蒸発器４０内の冷媒の回収を停止する。

【0052】

これによれば、冷媒の回収が開始された後、冷媒の圧力値が第２所定圧力値以下となったときに圧縮機１０の運転が停止される。このため、圧縮機１０を駆動させるエネルギや時間をさらに抑制できる。

【0053】

以上、一つまたは複数の態様に係る冷凍装置１について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

【0054】

上述した実施形態では冷凍装置１は、バルブ５４ｂを備えるように構成してもよい。バルブ５４ｂは、冷媒回路５０におけるガスクーラ２０と蒸発器４０との間に配置され、開状態である場合に冷媒の流れを許容し、閉状態である場合に冷媒の流れを規制するものである。バルブ５４ｂは、具体的には、冷媒回路５０におけるスプリット熱交換器５４ａと電動膨張弁３０との間に配置されている。制御装置６０は、冷却運転が停止されている場合においてバルブ５４ｂを閉状態にする。

【0055】

これによれば、バルブ５４ｂが閉状態になることにより、蒸発器４０にガスクーラ２０側から冷媒が流入することが確実に規制される。よって、冷媒回収制御において、圧縮機１０の運転により、蒸発器４０内の冷媒が確実に回収される。

【0056】

また、上述した実施形態の電動膨張弁３０をキャピラリチューブに変更してもよい。

【0057】

また、上述した実施形態では、圧力センサ５１ａは、冷媒回路５０における蒸発器４０と圧縮機１０との間に配置されているが、これに代えて、冷媒回路５０における他の部位に配置してもよい。また、圧力センサ５１ａを蒸発器４０内に配置してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0058】

本発明は、冷凍装置に広く利用可能である。

【符号の説明】

【0059】

１ 冷凍装置
１０ 圧縮機
２０ ガスクーラ（凝縮器）
３０ 電動膨張弁（膨張装置）
４０ 蒸発器
４２ 除霜装置
５０ 冷媒回路
５１ａ 圧力センサ
５４ｂ バルブ
６０ 制御装置

【図1】

【図2】