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JP5968538B2 - 冷凍装置 - Google Patents

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Description

本発明は、冷凍装置に関するものである。
特許文献1には、蒸発器及びこの蒸発器に通風させる蒸発器用の送風機を収容するとともに、前面壁が送風機に対応した吹出口を有するファンカバーで構成された本体ケースと、複数の線材を組み合わせて構成され吹出口の前方を覆うようにファンカバーに取り付けられたファンガードと、本体ケースの下方に配置されて蒸発器からの凝縮水を受けるドレンパンとを備えた冷却装置が記載されている。蒸発器には、庫外に設置された圧縮機から送られてきた冷媒が流通し、この蒸発器において庫内空気と熱交換することにより、冷媒は蒸発して圧縮機側に戻るようになっている。送風機を運転すると、庫内空気は吸込口から本体ケース内に吸い込まれ、蒸発器を通過する際に冷却されて、この冷却された空気が吹出口から前方に吹き出される。
特許第3861240号公報
従来の空気調和装置や冷凍装置には、R410A、R404A等の冷媒が用いられていた。近年、これらに替わる代替冷媒として、地球温暖化係数(GWP)の値が小さいR32等の微燃性冷媒を用いることが提案されている。これらの微燃性冷媒を用いた空気調和装置や冷凍装置では、室内機(冷凍装置ではユニットクーラ)内部やそれにつながる冷媒配管(連絡配管)から外部へ冷媒が漏洩しても、通常は冷媒ガス濃度が上昇しないため安全上の問題は生じない。微燃性ガスは、着火に必要な着火エネルギーが非常に大きい上に、空気中のガス濃度が大きくならないと着火に至らない。したがって、微燃性ガスは冷蔵庫や冷凍庫内に漏洩した場合でも着火する可能性が非常に小さい。すなわち、微燃性ガスは、蒸発器(熱交換器)のピンホールからの緩慢な漏洩で、冷蔵庫や冷凍庫内への漏洩速度が小さい場合には、冷凍庫や冷蔵庫内、あるいは屋外へ拡散してもガス濃度が上がらず着火しない。また、冷凍サイクルの運転中は、冷蔵庫や冷凍庫内の空気が蒸発器用の送風機により撹拌されており、気流速度が比較的大きい状態である。したがって、たとえ冷媒が漏洩しても、漏洩した冷媒は拡散するため、着火するようなガス濃度にはならない。
ところが、従来の冷凍装置では、庫内温度が所定値以下になると、冷凍サイクルの運転が停止するとともに蒸発器用の送風機も停止するため、冷蔵庫や冷凍庫内の気流状態が比較的安定した状態になる。この状態で冷媒が漏洩したとすると、漏洩した冷媒は拡散されにくい。このため、比重が空気よりも大きいフッ素系冷媒が漏洩した場合には、床面近くの冷媒濃度が比較的上昇しやすくなる。したがって、仮に難燃化のための対策を何ら行わず、通常ありえないような大きいエネルギーを瞬間的に発する強力な着火源が床面近くにある場合などには、着火の可能性がわずかに残るという問題点があった。
本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、蒸発器から冷媒が漏れたとしても、冷媒に着火する可能性をさらに低減できる冷凍装置を提供することを目的とする。
本発明に係る冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、絞り装置及び蒸発器が接続されて、冷媒を循環させる冷媒回路と、前記蒸発器を通過して冷却対象空間に吹き出される空気の流れを生成する蒸発器用送風機と、少なくとも前記圧縮機及び前記蒸発器用送風機を制御する制御部と、前記冷却対象空間の温度を検出し、前記温度の情報を前記制御部に出力する温度センサと、前記凝縮器の下流側で前記絞り装置の上流側に設けられた受液器と、前記受液器の下流側で前記絞り装置の上流側に設けられ、前記制御部の制御により開閉される開閉弁と、前記圧縮機の吸入圧力を検出し、前記吸入圧力の情報を前記制御部に出力する圧力センサと、を備え、前記冷媒として、R32冷媒、R32冷媒を65重量%以上含む混合冷媒、HFO冷媒、プロパン、又はプロパンを含む混合冷媒のいずれかが用いられるものであり、前記制御部は、前記圧縮機及び前記蒸発器用送風機の双方を運転させる第1運転モードと、前記圧縮機を停止させて前記蒸発器用送風機を運転させる第2運転モードと、を実行可能であり、前記制御部は、前記第1運転モードの実行中において前記温度が所定の下限温度以下に低下したときに前記開閉弁を閉状態とし、前記開閉弁を閉状態とした後に前記吸入圧力が所定の圧力以下に低下したときに、前記第1運転モードに代えて前記第2運転モードを実行し、前記第2運転モードの実行中において前記温度が所定の上限温度以上に上昇したときに、前記第2運転モードに代えて前記第1運転モードを実行するものであることを特徴とするものである。
本発明によれば、圧縮機が停止しているときにも蒸発器用送風機を運転させることができるため、蒸発器から冷媒が万一漏れたとしても、冷却対象空間の空気を蒸発器用送風機により攪拌することができる。したがって、蒸発器から冷媒が漏れたとしても、漏洩した冷媒が滞留することを防ぐことができ、冷媒に着火する可能性をさらに低減することができる。
本発明の実施の形態1に係る冷凍装置1の概略構成を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態1に係る冷凍装置1において、制御部60により制御される圧縮機10、凝縮器用送風機21及び蒸発器用送風機41の動作の一例を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態1に係る冷凍装置1において、制御部60により制御される圧縮機10、凝縮器用送風機21及び蒸発器用送風機41の動作の変形例を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態2に係る冷凍装置2の概略構成を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態2に係る冷凍装置2において、制御部60により制御される圧縮機10、凝縮器用送風機21、電磁弁51及び蒸発器用送風機41の動作の一例を示すタイミングチャートである。
実施の形態1.
本発明の実施の形態1に係る冷凍装置について説明する。図1は、本実施の形態に係る冷凍装置1の概略構成を示す冷媒回路図である。本実施の形態では、冷凍装置1として、室外機(熱源機ユニット)と室内機(ユニットクーラ)とを備え、冷蔵庫内を保冷するクーリングユニットを例に挙げて説明する。図1に示すように、冷凍装置1は、圧縮機10、凝縮器20、絞り装置30及び蒸発器40が冷媒配管によってこの順に直列に接続された冷媒回路を有している。冷媒回路を循環させる冷媒としては、R32冷媒(単一冷媒)、又はR32冷媒を65重量%以上含む混合冷媒が用いられている。また、冷媒としては、HFO冷媒、プロパン、又はプロパンを含む混合冷媒が用いられていてもよい。
圧縮機10は、低温低圧の冷媒を吸入して圧縮し、高温高圧の冷媒にして吐出する流体機械である。圧縮機10は、後述する制御部60により制御される。凝縮器20は、圧縮機10から吐出された冷媒を、外部流体(例えば空気)との熱交換により凝縮させる熱交換器である。絞り装置30は、凝縮器20で凝縮した冷媒を減圧膨張させ、低温低圧の気液二相冷媒として流出させるものである。絞り装置30としては、膨張弁又はキャピラリ等が用いられる。蒸発器40は、絞り装置30から流出した気液二相冷媒を、空気との熱交換により蒸発させる熱交換器である。少なくとも圧縮機10及び凝縮器20は、冷凍装置1の室外機(熱源機ユニット)内に収容されている。蒸発器40は、冷凍装置1の室内機(ユニットクーラ)内に収容されている。絞り装置30は、室外機又は室内機内に収容されている。
また、冷凍装置1は、凝縮器20に通風させる凝縮器用送風機21を有している。凝縮器用送風機21は、後述する制御部60により制御される。凝縮器20の内部を流通する高温高圧のガス冷媒は、凝縮器用送風機21により送風される空気との熱交換によって冷却されて凝縮する。
また、冷凍装置1は、蒸発器40に通風させる蒸発器用送風機41を有している。蒸発器用送風機41は、後述する制御部60により制御される。蒸発器用送風機41は、蒸発器40を通過して冷蔵庫80内の空間(冷却対象空間の一例)に吹き出される空気の流れを生成する。蒸発器40を通過した空気は、蒸発器40内を流通する冷媒との熱交換により冷却されて冷風となる。冷蔵庫80内は、この冷風によって冷却される。冷蔵庫80内には、庫内温度を検出する庫内温度センサ42が設けられている。庫内温度センサ42は、検出した庫内温度の情報を後述する制御部60に出力するようになっている。
制御部60は、CPU、ROM、RAM、入出力ポート等を備えている。制御部60は、庫内温度センサ42から入力される庫内温度の情報等に基づいて、圧縮機10、凝縮器用送風機21、蒸発器用送風機41等の動作を制御するようになっている。制御部60は、圧縮機10及び蒸発器用送風機41の双方を運転させる冷却運転モードと、圧縮機10を停止させて蒸発器用送風機41を運転させる送風運転モードと、を少なくとも実行可能である。
図2は、本実施の形態に係る冷凍装置1において、制御部60により制御される圧縮機10、凝縮器用送風機21及び蒸発器用送風機41の動作の一例を示すタイミングチャートである。図2の(a)は庫内温度の変化を表し、(b)は圧縮機10の動作(ON/OFF)を表し、(c)は凝縮器用送風機21の動作(ON/OFF)を表し、(d)は蒸発器用送風機41の動作(ON/OFF)を表している。このタイミングチャートの初期状態において、圧縮機10、凝縮器用送風機21及び蒸発器用送風機41はいずれも運転状態(ON)にあるものとする。すなわち、制御部60では、冷蔵庫80内を冷却する冷却運転モードが実行されている。図2に示すように、冷却運転モードが実行されているときには、蒸発器用送風機41により冷蔵庫80内に吹き出される空気が蒸発器40で吸熱されるため、庫内温度は徐々に低下する。
庫内温度が低下して所定の下限温度Tmin以下になると(図2の時刻t1)、制御部60は、圧縮機10及び凝縮器用送風機21を停止させる(サーモ停止)。このとき制御部60は、蒸発器用送風機41については停止させずに運転(例えば、連続運転)を継続させる。すなわち、制御部60では、冷却運転モードに代えて送風運転モードが実行される。送風運転モードが実行されているときには、蒸発器用送風機41により冷蔵庫80内に送風される空気が蒸発器40で吸熱されなくなるため、庫内温度は徐々に上昇する。
庫内温度が上昇して所定の上限温度Tmax(Tmax>Tmin)以上になると(時刻t2)、制御部60は、圧縮機10及び凝縮器用送風機21を再び運転させる。蒸発器用送風機41については、そのまま運転を継続させる。すなわち、制御部60では、送風運転モードに代えて冷却運転モードが実行される。これにより、庫内温度は徐々に低下する。
庫内温度が低下して所定の下限温度Tmin以下になると(時刻t3)、制御部60は、圧縮機10及び凝縮器用送風機21を再び停止させ、蒸発器用送風機41については運転を継続させる。すなわち、制御部60では、冷却運転モードに代えて送風運転モードが実行される。その後、庫内温度に基づく圧縮機10、凝縮器用送風機21及び蒸発器用送風機41の制御が同様に繰り返される。
以上説明したように、本実施の形態に係る冷凍装置1は、圧縮機10、凝縮器20、絞り装置30及び蒸発器40が接続されて、冷媒を循環させる冷媒回路と、蒸発器40を通過して冷却対象空間(本例では、冷蔵庫80内の空間)に吹き出される空気の流れを生成する蒸発器用送風機41と、少なくとも圧縮機10及び蒸発器用送風機41を制御する制御部60と、を備え、冷媒として、R32冷媒、R32冷媒を65重量%以上含む混合冷媒、HFO冷媒、プロパン、又はプロパンを含む混合冷媒が用いられるものであり、制御部60は、圧縮機10及び蒸発器用送風機41の双方を運転させる冷却運転モードと、圧縮機10を停止させて蒸発器用送風機41を運転させる送風運転モードと、を実行可能であることを特徴とするものである。
この構成によれば、圧縮機10が停止しているときにも蒸発器用送風機41を運転させることができるため、蒸発器40の冷媒配管から冷媒が万一漏れたとしても、冷蔵庫80内の空気を蒸発器用送風機41により攪拌することができる。これにより、漏洩した冷媒が滞留することを防ぐことができるため、冷媒に着火する可能性をさらに低減することができ、より安全性の高い冷凍装置1を得ることができる。
また、本実施の形態に係る冷凍装置1は、冷却対象空間の温度(本例では、庫内温度)を検出し、検出した温度の情報を制御部60に出力する庫内温度センサ42をさらに備え、制御部60は、冷却運転モードの実行中において冷却対象空間の温度が所定の下限温度Tmin以下に低下したとき以降に、冷却運転モードに代えて送風運転モードを実行し、送風運転モードの実行中において冷却対象空間の温度が所定の上限温度Tmax以上に上昇したときに、送風運転モードに代えて冷却運転モードを実行することを特徴とするものである。
この構成によれば、圧縮機10が断続的にサーモ停止しているときにも蒸発器用送風機41を継続して運転させることができる。したがって、漏洩した冷媒が滞留することを防ぐことができるため、冷媒に着火する可能性をさらに低減することができ、より安全性の高い冷凍装置1を得ることができる。
また、冷却対象空間が居室である場合、圧縮機10のサーモ停止時に蒸発器用送風機41を運転させると、居室内の人に不快感を感じさせてしまう場合がある。これに対し、本実施の形態では冷却対象空間が冷蔵庫80であるため、圧縮機10のサーモ停止時に蒸発器用送風機41を運転させても冷蔵庫80内の貯蔵物に影響を与えることはない。
ここで、冷凍装置1は長期間停止する場合がある。冷凍装置1の長期停止中に蒸発器40からの冷媒漏れが生じる可能性があるため、制御部60は、冷凍装置1(圧縮機10)が停止した場合に、蒸発器用送風機41のみを運転させる送風運転モードを実行するようにしてもよい。また、制御部60は、圧縮機10が停止してからの経過時間が所定時間以上となった場合に送風運転モードを実行するようにしてもよい。
図3は、本実施の形態に係る冷凍装置1において、制御部60により制御される圧縮機10、凝縮器用送風機21及び蒸発器用送風機41の動作の変形例を示すタイミングチャートである。図3(d)中の太破線は、蒸発器用送風機41の間欠運転が行われていることを表している。図3に示すように、本変形例では、送風運転モードが実行される期間(図3では、時刻t1から時刻t2までの期間、及び時刻t3以降の期間)には、蒸発器用送風機41の間欠運転が行われる。この間欠運転では、例えば、3分間の運転と3分間の停止とが交互に繰り返される。本変形例によれば、送風運転モードが実行される期間における蒸発器用送風機41の消費電力を抑えることができるという効果が得られる。
実施の形態2.
本発明の実施の形態2に係る冷凍装置について説明する。図4は、本実施の形態に係る冷凍装置2の概略構成を示す冷媒回路図である。なお、実施の形態1の冷凍装置1と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図4に示すように、本実施の形態の冷凍装置2は、凝縮器20の下流側で絞り装置30の上流側に設けられた受液器50と、受液器50の下流側で絞り装置30の上流側に設けられた電磁弁51(開閉弁の一例)と、圧縮機10の吸入側に設けられた吸入圧力センサ11と、をさらに有している。
受液器50は、凝縮器20から流出した液冷媒を貯留するタンクである。受液器50は、例えば、冷媒回路内の全ての冷媒を貯留できる容積を有している。電磁弁51は、制御部60の制御により開閉され、例えば通電時に全開となり非通電時に全閉となる。吸入圧力センサ11は、圧縮機10の吸入圧力を検出し、検出した吸入圧力の情報を制御部60に出力するようになっている。制御部60は、庫内温度センサ42から入力される庫内温度の情報、及び吸入圧力センサ11から入力される圧縮機10の吸入圧力の情報等に基づいて、圧縮機10、凝縮器用送風機21、電磁弁51、蒸発器用送風機41の動作を制御するようになっている。
図5は、本実施の形態に係る冷凍装置2において、制御部60により制御される圧縮機10、凝縮器用送風機21、電磁弁51及び蒸発器用送風機41の動作の一例を示すタイミングチャートである。図5の(a)は庫内温度の変化を表し、(b)は吸入圧力の変化を表し、(c)は圧縮機10の動作(ON/OFF)を表し、(d)は凝縮器用送風機21の動作(ON/OFF)を表し、(e)は電磁弁51の動作(開/閉)を表し、(f)は蒸発器用送風機41の動作(ON/OFF)を表している。このタイミングチャートの初期状態において、圧縮機10、凝縮器用送風機21及び蒸発器用送風機41はいずれも運転状態(ON)にあり、電磁弁51は開状態にあるものとする。すなわち、制御部60では、冷蔵庫80内を冷却する冷却運転モードが実行されている。図5に示すように、冷却運転モードが実行されているときには、蒸発器用送風機41により冷蔵庫80内に吹き出される空気が蒸発器40で吸熱されるため、庫内温度は徐々に低下する。
庫内温度が低下して所定の下限温度Tmin以下になると(図5の時刻t11)、制御部60は、電磁弁51を閉状態とする。圧縮機10、凝縮器用送風機21及び蒸発器用送風機41については、いずれもそのまま運転を継続させる。電磁弁51が閉状態になると、凝縮器20で凝縮した液冷媒が受液器50内に回収され、絞り装置30及び蒸発器40に流通する冷媒量が減少するため、圧縮機10の吸入圧力が徐々に低下する。
圧縮機10の吸入圧力が低下して所定の圧力P0以下になると(時刻t12)、制御部60は、圧縮機10及び凝縮器用送風機21を停止させ、蒸発器用送風機41については運転(例えば、連続運転)を継続させる。すなわち、制御部60では、冷却運転モードに代えて送風運転モードが実行される。ここで、圧力P0は、蒸発器40に冷媒がほとんど残らず、受液器50内に冷媒が回収されるような値に設定される。なお、蒸発器用送風機41の運転は間欠運転であってもよい。
庫内温度が上昇して所定の上限温度Tmax以上になると(時刻t13)、制御部60は、電磁弁51を開状態にするとともに、圧縮機10及び凝縮器用送風機21を再び運転させる。蒸発器用送風機41については、そのまま運転を継続させる。すなわち、制御部60では、送風運転モードに代えて冷却運転モードが実行される。電磁弁51が開状態となることにより、受液器50内の冷媒が絞り装置30及び蒸発器40に流通し、圧縮機10の吸入圧力が上昇する。
その後、庫内温度が低下して所定の下限温度Tmin以下になると(時刻t14)、制御部60は、時刻t11と同様に電磁弁51を閉状態とし、圧縮機10、凝縮器用送風機21及び蒸発器用送風機41についてはそのまま運転を継続させる。また、圧縮機10の吸入圧力が低下して圧力P0以下になると(時刻t15)、制御部60は、時刻t12と同様に圧縮機10及び凝縮器用送風機21を停止させ、蒸発器用送風機41については運転を継続させる。その後、庫内温度及び吸入圧力に基づく圧縮機10、凝縮器用送風機21、電磁弁51及び蒸発器用送風機41の制御が同様に繰り返される。
以上説明したように、本実施の形態に係る冷凍装置2は、凝縮器20の下流側で絞り装置30の上流側に設けられた受液器50と、受液器50の下流側で絞り装置30の上流側に設けられ、制御部60の制御により開閉される電磁弁51と、圧縮機10の吸入圧力を検出し、吸入圧力の情報を制御部60に出力する吸入圧力センサ11と、をさらに備え、制御部60は、冷却運転モードの実行中において庫内温度が下限温度Tmin以下に低下したときに電磁弁51を閉状態とし、電磁弁51を閉状態とした後に吸入圧力が所定の圧力P0以下に低下したときに、冷却運転モードに代えて送風運転モードを実行することを特徴とするものである。
この構成によれば、圧縮機10の停止時に蒸発器40内に冷媒がほとんどない状態にすることができるため、蒸発器40の冷媒配管から冷媒が万一漏れたとしても、冷媒の漏れ量を微量とすることができる。さらに、実施の形態1と同様に、冷蔵庫80内の空気は蒸発器用送風機41により攪拌されるため、漏洩した冷媒が滞留することを防ぐことができる。したがって、本実施の形態によれば、蒸発器40の冷媒配管から冷媒が万一漏れたとしても、冷媒に着火する可能性をさらに低減することができ、より安全性の高い冷凍装置2を得ることができる。
その他の実施の形態.
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、冷蔵庫80内を保冷するクーリングユニットを冷凍装置の例に挙げたが、本発明は、冷凍庫内を保冷するクーリングユニットや、クーリングユニット以外の冷凍装置にも適用できる。
また、上記実施の形態において、蒸発器用送風機41は能力制御(例えば、回転数制御)が可能であってもよい。例えば、制御部60は、送風運転モードの実行中には蒸発器用送風機41を相対的に低い能力で運転させるようにしてもよい。また例えば、制御部60は、送風運転モードの実行中には、冷却運転モードの実行中に設定され得る最低能力よりも低い能力で蒸発器用送風機41を運転させるようにしてもよい。
また、上記の各実施の形態や変形例は、互いに組み合わせて実施することが可能である。
1、2 冷凍装置、10 圧縮機、11 吸入圧力センサ、20 凝縮器、21 凝縮器用送風機、30 絞り装置、40 蒸発器、41 蒸発器用送風機、42 庫内温度センサ、50、受液器、51 電磁弁、60 制御部、80 冷蔵庫。

Claims (5)

  1. 圧縮機、凝縮器、絞り装置及び蒸発器が接続されて、冷媒を循環させる冷媒回路と、
    前記蒸発器を通過して冷却対象空間に吹き出される空気の流れを生成する蒸発器用送風機と、
    少なくとも前記圧縮機及び前記蒸発器用送風機を制御する制御部と、
    前記冷却対象空間の温度を検出し、前記温度の情報を前記制御部に出力する温度センサと、
    前記凝縮器の下流側で前記絞り装置の上流側に設けられた受液器と、
    前記受液器の下流側で前記絞り装置の上流側に設けられ、前記制御部の制御により開閉される開閉弁と、
    前記圧縮機の吸入圧力を検出し、前記吸入圧力の情報を前記制御部に出力する圧力センサと、を備え、
    前記冷媒として、R32冷媒、R32冷媒を65重量%以上含む混合冷媒、HFO冷媒、プロパン、又はプロパンを含む混合冷媒のいずれかが用いられるものであり、
    前記制御部は、前記圧縮機及び前記蒸発器用送風機の双方を運転させる第1運転モードと、前記圧縮機を停止させて前記蒸発器用送風機を運転させる第2運転モードと、を実行可能であり、
    前記制御部は、
    前記第1運転モードの実行中において前記温度が所定の下限温度以下に低下したときに前記開閉弁を閉状態とし、前記開閉弁を閉状態とした後に前記吸入圧力が所定の圧力以下に低下したときに、前記第1運転モードに代えて前記第2運転モードを実行し、
    前記第2運転モードの実行中において前記温度が所定の上限温度以上に上昇したときに、前記第2運転モードに代えて前記第1運転モードを実行するものであることを特徴とする冷凍装置。
  2. 前記第2運転モードは、前記蒸発器用送風機を連続運転させる運転モードであることを特徴とする請求項に記載の冷凍装置。
  3. 前記第2運転モードは、前記蒸発器用送風機を間欠運転させる運転モードであることを特徴とする請求項に記載の冷凍装置。
  4. 前記制御部は、前記圧縮機が停止した場合に、前記第2運転モードを実行することを特徴とする請求項1〜請求項のいずれか一項に記載の冷凍装置。
  5. 前記冷却対象空間は、冷蔵庫内又は冷凍庫内の空間であることを特徴とする請求項1〜請求項のいずれか一項に記載の冷凍装置。
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