| 【発明の名称】 |
冷凍装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】上野 明敏
【氏名】植野 武夫
【氏名】向谷 俊昭
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| 【要約】 |
【課題】蒸発器（50）への着霜量が過大となる過酷着霜状態を確実に回避し、信頼性を向上させる。
【解決手段】冷媒熱交換器（11）を介して高温側冷凍回路と低温側冷凍回路（3A,3B）とを接続し、二元冷凍装置を構成する。そして、低温側冷凍回路（3A,3B）の蒸発器（50）において低温側冷媒と冷凍庫等の庫内空気とを熱交換させ、庫内空気を冷却する。この蒸発器（50）には霜が付着するため、霜を除去するデフロスト運転を行う。一方、コントローラ（70）の状態検出部（73a）は、蒸発器（50）での冷媒蒸発温度が−１０℃〜−２℃の範囲である場合には、霜が成長しやすい促進状態であると判断して、検出信号を出力する。そして、強制デフロスト部（74）は、状態検出部（73a）の検出信号に基づいて促進状態の継続時間を積算し、積算時間が３時間となるとデフロスト運転を行う。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 空気を冷却する冷却部（50）と、該冷却部（50）の冷却能力を制御する冷凍運転手段（71）と、該冷凍運転手段（71）による冷凍運転中に上記冷却部（50）に付着した霜を融解するデフロスト運転を、所定の運転状態ごとに行うデフロスト制御手段（72）とを備えた冷凍装置において、上記冷却部（50）に付着した霜の表面に液相が存在することによって該霜の成長が促進される促進状態を検出して検出信号を出力する状態検出手段（73a,73b）と、上記状態検出手段（73a,73b）の検出信号を受け、上記促進状態の継続時間を積算し、該継続時間の積算値が所定値以上になると、強制的なデフロスト運転を行う強制デフロスト手段（74）とを備えていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】 請求項１記載の冷凍装置において、冷却部（50）は閉空間に設置されて該閉空間内の空気を冷却する一方、上記閉空間内の空気温度を検出する空気温度検出手段（Th-A）を備え、状態検出手段（73b）は、上記空気温度検出手段（Th-A）の検出温度が所定範囲内の値である場合に検出信号を出力するように構成されていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】 請求項１記載の冷凍装置において、上記冷却部（50）における冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度検出手段（Th-R）を備え、状態検出手段（73a）は、上記蒸発温度検出手段（Th-R）の検出温度が所定範囲内の値である場合に検出信号を出力するように構成されていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項４】 請求項３記載の冷凍装置において、状態検出手段（73a）が検出信号を出力する所定範囲は、−１０℃から−２℃までの範囲であることを特徴とする冷凍装置。
【請求項５】 請求項１乃至４の何れか１記載の冷凍装置において、圧縮機（31）、凝縮器（11）、膨張機構（EV21）及び蒸発器（50）を順に接続して成り、該蒸発器（50）が冷却部に構成される低温側冷凍回路（3A,3B）と、圧縮機（21）、凝縮器（22）、膨張機構（EV12）及び蒸発器（11）を順に接続して成る高温側冷凍回路（20）とを備え、上記低温側冷凍回路（3A,3B）の凝縮器（11）は、上記高温側冷凍回路（20）の蒸発器（11）と一体に形成されてカスケードコンデンサ（11,11）を構成し、上記低温側冷凍回路（3A,3B）と高温側冷凍回路（20）とは、カスケードコンデンサ（11,11）において高温側冷凍回路（20）の冷媒と低温側冷凍回路（3A,3B）の冷媒とを熱交換させる二元冷凍サイクルを構成していることを特徴とする冷凍装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空気の冷却を行うための冷凍装置に関し、デフロストを確実に行うための信頼性向上策に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、冷凍サイクル動作等を行って空気を冷却する冷凍装置が知られている。例えば、この種の冷凍装置には、特開平９−２１０５１５号公報に開示されているような二元冷凍装置がある。
【０００３】上記二元冷凍装置は、高温側回路と低温側回路とをカスケードコンデンサを介して接続したものであって、両回路は蒸気圧縮式の冷凍サイクル動作を行う冷媒回路によって構成されている。そして、低温側回路の蒸発器が冷凍倉庫等の内部に設置され、該蒸発器において低温側回路の冷媒と庫内空気とを熱交換させ、該庫内空気を冷却して庫内温度を、例えばマイナス数十度程度に維持するようにしている。
【０００４】従って、上記低温側回路の蒸発器における冷媒蒸発温度は庫内温度よりも低く、該蒸発器の表面温度もまた庫内温度よりも低くなっている。一方、上記庫内空気には水蒸気が含まれている。このため、該蒸発器と庫内空気とが接触する際に、庫内空気中の水蒸気が霜として該蒸発器に付着する。
【０００５】このように低温側回路の蒸発器に霜が付着すると、該蒸発器と庫内空気との接触が阻害され、該蒸発器における庫内空気と冷媒との熱交換が妨げられる。このため、霜を融解して除去するデフロスト運転を所定周期で行い、該蒸発器への着霜量が過大となるのを防ぐようにしている。即ち、通常の冷凍運転を所定時間に亘って行うと、デフロスト運転を行って該蒸発器の霜を除去し、その後、通常の冷凍運転を再開するようにしていた。
【０００６】従来は、このデフロスト運転の周期を、冷凍装置の設置後に手動で設定するようにしていた。つまり、冷凍装置を冷凍倉庫等に設置して実際に運転を行い、作業員が蒸発器への着霜状態を見ながら適当な周期を設定するようにしていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、冷凍装置の運転状態は常に一定とは限らず、最適なデフロスト運転の周期は必ずしも一定ではない。例えば、冷凍装置が設置された冷凍倉庫において、倉庫の扉の開閉回数はいつも一定とは限らない。そして、扉があまり開閉されなければ庫内へ水蒸気を含んだ外気は侵入せず、庫内空気中の水蒸気量は低い水準に維持される。従って、デフロスト運転の周期を長くしても問題は生じない。一方、扉の開閉が頻繁に行われると庫内へ外気が侵入し、庫内空気中の水蒸気量が増大して蒸発器への着霜量も増加する。従って、デフロスト運転の周期を短くする必要がある。
【０００８】これに対して、従来はデフロスト運転の周期を手動で設定しているため、運転状態に合わせてデフロスト運転の周期を頻繁に設定し直すのは現実的ではない。一方、デフロスト運転の周期を短めに設定しておくことも考えられる。しかし、このデフロスト運転は、電気ヒータで加熱して霜を融かしたり、圧縮機の吐出ガス冷媒であるいわゆるホットガスを蒸発器に流して霜を融かすようにするのが通常である。つまり、デフロスト運転中は、通常の冷凍動作を行うことができない。従って、デフロスト運転を頻繁に行うと、庫内温度の上昇等の弊害を生じることとなる。このため、常に短い周期でデフロスト運転を行うのも望ましくない。
【０００９】その一方、上記低温側回路の蒸発器に付着する霜の量が過大となる過酷着霜状態となると、デフロスト運転によって全ての霜を融かすことができなくなる。つまり、デフロスト運転の際にホットガスを該蒸発器へ流すと、蒸発器の温度が上昇して蒸発器近傍の霜は融ける。しかし、過酷着霜状態で着霜量が過大な場合、デフロスト運転によって融けるのは蒸発器近傍の霜だけであって、残りの霜は固まりの状態で蒸発器から脱落することとなる。このように、霜の固まりが蒸発器から脱落すると、蒸発器に庫内空気を送るためのファンに霜の固まりが接触してファンが損傷する等のトラブルの原因となる。また、蒸発器から脱落してしまった霜の固まりは、デフロスト運転によっては融かすことができず、この霜の固まりを除去するには作業員が手で取り除くほかない。
【００１０】本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、蒸発器等の冷却部への着霜量が過大となる過酷着霜状態を確実に回避し、信頼性を向上させることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、霜が成長しやすい状態を検出し、このような状態が所定時間以上続くと強制的にデフロスト運転を行うようにしたものである。
【００１２】具体的に、本発明が講じた第１の解決手段は、空気を冷却する冷却部（50）と、該冷却部（50）の冷却能力を制御する冷凍運転手段（71）と、該冷凍運転手段（71）による冷凍運転中に上記冷却部（50）に付着した霜を融解するデフロスト運転を、所定の運転状態ごとに行うデフロスト制御手段（72）とを備えた冷凍装置を前提としている。そして、上記冷却部（50）に付着した霜の表面に液相が存在することによって該霜の成長が促進される促進状態を検出して検出信号を出力する状態検出手段（73a,73b）と、上記状態検出手段（73a,73b）の検出信号を受け、上記促進状態の継続時間を積算し、該継続時間の積算値が所定値以上になると、強制的なデフロスト運転を行う強制デフロスト手段（74）とを設けるものである。
【００１３】また、本発明が講じた第２の解決手段は、上記第１の解決手段において、冷却部（50）を閉空間に設置して該閉空間内の空気を冷却するように構成する一方、上記閉空間内の空気温度を検出する空気温度検出手段（Th-A）を設け、状態検出手段（73b）を、上記空気温度検出手段（Th-A）の検出温度が所定範囲内の値である場合に検出信号を出力するように構成するものである。
【００１４】また、本発明が講じた第３の解決手段は、上記第１の解決手段において、上記冷却部（50）における冷媒の蒸発温度を検出する蒸発温度検出手段（Th-R）を設け、状態検出手段（73a）を、上記蒸発温度検出手段（Th-R）の検出温度が所定範囲内の値である場合に検出信号を出力するように構成するものである。
【００１５】また、本発明が講じた第４の解決手段は、上記第３の解決手段において、状態検出手段（73a）が検出信号を出力する所定範囲を、−１０℃から−２℃までの範囲とするものである。
【００１６】また、本発明が講じた第５の解決手段は、上記第１〜第４の何れか１の解決手段において、圧縮機（31）、凝縮器（11）、膨張機構（EV21）及び蒸発器（50）を順に接続して成り、該蒸発器（50）が冷却部に構成される低温側冷凍回路（3A,3B）と、圧縮機（21）、凝縮器（22）、膨張機構（EV12）及び蒸発器（11）を順に接続して成る高温側冷凍回路（20）とを設け、上記低温側冷凍回路（3A,3B）の凝縮器（11）を、上記高温側冷凍回路（20）の蒸発器（11）と一体に形成してカスケードコンデンサ（11,11）を構成するようにして、上記低温側冷凍回路（3A,3B）と高温側冷凍回路（20）とによって、カスケードコンデンサ（11,11）において高温側冷凍回路（20）の冷媒と低温側冷凍回路（3A,3B）の冷媒とを熱交換させる二元冷凍サイクルを構成するものである。
【００１７】−作用−上記第１の解決手段では、冷凍運転手段（71）によって冷凍能力が制御される冷却部（50）は、空気と接触して該空気を冷却する。この冷却部（50）の温度が氷点下となると、該冷却部（50）には空気中の水蒸気が霜となって付着する。また、デフロスト制御手段（72）は、所定の運転状態ごと、例えば所定の冷凍運転時間ごとにデフロスト運転を行い、冷却部（50）に付着した霜を融かして除去する。
【００１８】一方、冷却部（50）に付着した霜が成長しやすい状態と成長しにくい状態とがある。具体的に、霜の表面に液相が存在する状態、つまり霜の表面に液体である水があると、霜は成長しやすい。これは、液体である水には、空気中の水蒸気が付着しやすいからである。これに対して霜の表面に液相が存在しない状態、つまり霜が完全に固まっていると、霜は成長しにくい。これは、固相である霜には、空気中の水蒸気が付着しにくいからである。
【００１９】そして、本解決手段では、状態検出手段（73a,73b）が上述の霜が成長しやすい状態である促進状態を検出して検出信号を出力する。また、該促進状態の継続時間の積算値が所定値以上となると、強制デフロスト手段（74）が強制的にデフロスト運転を行う。
【００２０】また、上記第２の解決手段では、冷却部（50）は閉空間内の空気を冷却し、空気温度検出手段（Th-A）が閉空間内の空気温度を検出する。一方、状態検出手段（73b）は、空気温度検出手段（Th-A）の検出温度を受け、該検出温度が所定の温度範囲内である場合に促進状態であると判断して検出信号を出力する。
【００２１】また、上記第３の解決手段では、冷却部（50）では冷媒と空気とが熱交換を行い、冷媒は吸熱して蒸発する一方、空気は冷却される。蒸発温度検出手段（Th-R）は、上記冷却部（50）における冷媒の蒸発温度を検出する。一方、状態検出手段（73a）は、蒸発温度検出手段（Th-R）の検出温度を受け、該検出温度が所定の温度範囲内である場合に促進状態であると判断して検出信号を出力する。
【００２２】また、上記第４の解決手段では、状態検出手段（73a）は、蒸発温度検出手段（Th-R）の検出温度が−１０℃〜−２℃の範囲内である場合に促進状態であると判断して検出信号を出力する。つまり、上記検出温度が−２℃よりも高ければ、空気中の水蒸気はドレン水となるため蒸発器（50）に霜は付着しない。また、上記検出温度が−１０℃よりも低ければ、蒸発器（50）に付着した霜は完全に固まって固相となっているため、空気中の水蒸気が付着しにくく霜の成長はそれほど速くない。これに対して、上記検出温度が−１０℃〜−２℃の範囲の場合、霜の表面に液体である水が存在する。そして、この液体である水には空気中の水蒸気が付着しやすく、霜の成長が促進される。このため、本解決手段の状態検出手段（73a）では、蒸発温度検出手段（Th-R）の検出温度が−１０℃〜−２℃の範囲内である場合に促進状態であると判断するようにしている。
【００２３】一方、冷却部（50）に付着した霜が成長しやすい状態と成長しにくい状態とがある。つまり、霜の表面に液相が存在する状態、つまり霜の表面に液体である水があると、霜は成長しやすい。これは、液体である水には、空気中の水蒸気が付着しやすいからである。これに対して霜の表面に液相が存在しない状態、つまり霜が完全に固まっていると、霜は成長しにくい。これは、固相である霜には、空気中の水蒸気が付着しにくいからである。
【００２４】また、上記第５の解決手段では、低温側冷凍回路（3A,3B）と高温側冷凍回路（20）とをカスケードコンデンサ（11,11）を介して接続し、低温側冷凍回路（3A,3B）の蒸発器（50）で吸熱した熱を高温側冷凍回路（20）の凝縮器（22）で放熱する二元冷凍サイクルを構成する。
【００２５】具体的に、低温側冷凍回路（3A,3B）の圧縮機（31）から吐出された高圧のガス冷媒は、カスケードコンデンサ（11,11）に設けられた凝縮器（11）へ流れる。凝縮器（11）へ流れたガス冷媒は、高温側冷凍回路（20）の冷媒との熱交換によって放熱して凝縮した後にレシーバ（34）へ流入する。レシーバ（34）内の液冷媒は、膨張機構（EV21）へ流れ、膨張機構（EV21）で減圧された後に蒸発器（50）で吸熱して蒸発する。その後、この低圧のガス冷媒は、圧縮機（31）に吸入されて、この循環を繰り返す。
【００２６】一方、高温側冷凍回路（20）の圧縮機（21）から吐出された高圧のガス冷媒は、凝縮器（22）へ流れる。凝縮器（22）へ流れたガス冷媒は、空気等の冷却媒体との熱交換によって放熱して凝縮する。凝縮器（22）で凝縮した冷媒は、膨張機構（EV12）へ流れ、膨張機構（EV12）で減圧された後にカスケードコンデンサ（11,11）に設けられた蒸発器（11）へ流れる。蒸発器（11）へ流れた冷媒は、低温側冷凍回路（3A,3B）の冷媒との熱交換によって吸熱して蒸発する。その後、この低圧のガス冷媒は、圧縮機（21）に吸入されて、この循環を繰り返す。
【００２７】従って、低温側冷凍回路（3A,3B）の蒸発器（50）において低温側冷凍回路（3A,3B）の冷媒が吸熱した熱は、カスケードコンデンサ（11,11）における低温側冷凍回路（3A,3B）の冷媒と高温側冷凍回路（20）の冷媒との熱交換によって高温側冷凍回路（20）の冷媒に与えられ、その後、高温側冷凍回路（20）の凝縮器（22）において高温側冷凍回路（20）の冷媒から放熱される。
【００２８】
【発明の効果】従って、上記第１の解決手段によれば、強制デフロスト手段（74）による強制的なデフロスト運転によって、冷却部（50）への着霜量が過大となる過酷着霜状態を確実に回避することができる。つまり、デフロスト制御手段（72）は、所定の運転状態ごとにデフロスト運転行うようにしている。このため、例外的に上記促進状態が長時間に亘って継続した場合には、デフロスト制御手段（72）によっては適切なタイミングでデフロスト運転を行うことができない場合がある。これに対して、本解決手段では、上記促進状態の継続時間の積算値が所定値以上となった場合には、強制デフロスト手段（74）による強制的なデフロスト運転を行うようにしている。このため、上述のような例外的にデフロスト運転が必要となった場合であっても、強制デフロスト手段（74）によって対応することができる。この結果、冷却部（50）への着霜量が過大となる過酷着霜状態を確実に回避することができ、信頼性を向上させることが可能となる。
【００２９】また、上記第２の解決手段によれば、空気温度検出手段（Th-A）の検出温度に基づき、状態検出手段（73b）によって促進状態を確実に検出することができる。
【００３０】また、上記第３の解決手段によれば、蒸発温度検出手段（Th-R）の検出温度に基づき、状態検出手段（73a）によって促進状態を確実に検出することができる。特に、上記第４の解決手段では、蒸発温度検出手段（Th-R）の検出温度が−１０℃〜−２℃の範囲内である場合に、状態検出手段（73a）が促進状態を検出するようにしている。
【００３１】また、上記第５の解決手段では、低温側冷凍回路（3A,3B）と高温側冷凍回路（20）とをカスケードコンデンサ（11,11）を介して接続するようにしている。このため、１つの冷媒回路を備える場合に比して、低温側冷凍回路（3A,3B）の蒸発器（50）における冷媒の蒸発温度を下げることができる。従って、低温側冷凍回路（3A,3B）の蒸発器（50）によって、冷却対象物を低温状態（例えば、マイナス数十℃程度）にまで冷却することができ、冷凍装置の適用対象を拡大することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態１】以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３３】図１及び図２に示すように、二元冷凍装置（10）は、冷蔵庫又は冷凍庫を冷却するものであって、室外ユニット（1A）とカスケードユニット（1B）とクーリングユニット（1C）とを備えている。そして、該室外ユニット（1A）とカスケードユニット（1B）の一部とによって高温側冷凍回路（20）が構成されている。また、上記カスケードユニット（1B）とクーリングユニット（1C）とに亘って、２つの低温側冷凍回路（3A,3B）が構成されている。
【００３４】上記高温側冷凍回路（20）は、冷媒循環方向を正サイクルと逆サイクルとに切り換えて可逆運転可能に構成されている。そして、該高温側冷凍回路（20）は、圧縮機（21）と凝縮器（22）と２つの冷媒熱交換器（11,11）の蒸発部とを備えている。この冷媒熱交換器（11,11）の蒸発部は高温側冷凍回路（20）の蒸発器を構成している。
【００３５】上記圧縮機（21）の吐出側には第１ガス配管（40）が接続され、吸込側に第２ガス配管（41）が接続されている。該第１ガス配管（40）は、圧縮機（21）から油分離器（23）と四路切換弁（24）とを順に接続し、上記凝縮器（22）の一端に接続されている。該凝縮器（22）の他端には液配管（42）の一端が接続され、該液配管（42）は、主配管（4a）と２つの分岐配管（4b,4c）とによって形成されている。そして、該各分岐配管（4b,4c）が２つの冷媒熱交換器（11,11）の各蒸発部に接続されている。
【００３６】上記液配管（42）の主配管（4a）は、凝縮器（22）からデフロスト用電動膨張弁（EV11）とレシーバ（25）とを順に接続している。一方、上記分岐配管（4b,4c）には膨張機構である冷却用電動膨張弁（EV12）が設けられている。
【００３７】上記第２ガス配管（41）は、主配管（4d）と２つの分岐配管（4e,4f）とによって形成されている。該第２ガス配管（41）の主配管（4d）は、圧縮機（21）からアキュムレータ（26）と四路切換弁（24）とを順に接続する一方、上記各分岐配管（4e,4f）が各冷媒熱交換器（11,11）の蒸発部に接続されている。つまり、上記２つの冷媒熱交換器（11,11）の蒸発部は、高温側冷凍回路（20）において互いに並列に接続されている。
【００３８】尚、上記液配管（42）及び第２ガス配管（41）の分岐配管（4b,4c,4e,4f）は、カスケードユニット（1B）に設けられている。
【００３９】上記第１ガス配管（40）とレシーバ（25）との間には、ガス通路（43）が接続されている。該ガス通路（43）の一端は、第１ガス配管（40）における四路切換弁（24）と凝縮器（22）との間に接続され、他端は、レシーバ（25）の上部に接続されている。そして、上記ガス通路（43）は、開閉弁（SV）が設けられ、冷凍運転時の高圧制御とデフロスト運転時のガス抜きとを行うように構成されている。
【００４０】上記油分離器（23）と圧縮機（21）の吸込側との間には、キャピラリチューブ（CP）を備えた油戻し通路（44）が接続されている。上記圧縮機（21）の吐出側と吸込側との間には、キャピラリチューブ（CP）と開閉弁（SV）とを備えた圧縮機（21）のアンロード通路（45）が接続され、該アンロード通路（45）の途中は圧縮機（21）に接続されている。
【００４１】また、上記圧縮機（21）の吐出側の第１ガス配管（40）には、高圧冷媒圧力を検出する高圧圧力センサ（SPH1）と、高圧冷媒圧力が過上昇して所定の高圧値になるとオフ信号を出力する高圧圧力開閉器（HPS1）とが設けられている。また、上記圧縮機（21）の吸込側の第２ガス配管（41）には、低圧冷媒圧力を検出する低圧圧力センサ（SPL1）が設けられている。更に、上記室外ユニット（1A）には、図示しないが、高温側冷凍回路（20）の凝縮器（22）に空気を送るためのファンが設けられている。
【００４２】一方、上記第１低温側冷凍回路（3A）は、冷媒循環方向が正サイクルと逆サイクルとに切り換えて可逆運転可能に構成されている。そして、該第１低温側冷凍回路（3A）は、圧縮機（31）と第１の冷媒熱交換器（11）の凝縮部と蒸発用伝熱管（5a）とを備えている。この冷媒熱交換器（11）の凝縮部は第１低温側冷凍回路（3A）の凝縮器（11）を構成している。
【００４３】上記圧縮機（31）の吐出側は、第１ガス配管（60）によって油分離器（32）と四路切換弁（33）とを介して第１の冷媒熱交換器（11）における凝縮部の一端に接続されている。該凝縮部の他端は、液配管（61）によって逆止弁（CV）とレシーバ（34）と膨張機構である冷却用膨張弁（EV21）とを介して蒸発用伝熱管（5a）の一端に接続されている。該蒸発用伝熱管（5a）の他端は、第２ガス配管（62）によって逆止弁（CV）と四路切換弁（33）とアキュムレータ（35）とを介して圧縮機（31）の吸込側に接続されている。
【００４４】上記第１の冷媒熱交換器（11）は、高温側冷凍回路（20）の蒸発部と第１低温側冷凍回路（3A）の凝縮部とを有するカスケードコンデンサであって、プレート形熱交換器によって構成されている。そして、この第１の冷媒熱交換器（11）は、第１低温側冷凍回路（3A）の冷媒と高温側冷凍回路（20）の冷媒とが熱交換を行い、第１低温側冷凍回路（3A）の冷媒が放熱して凝縮する一方、高温側冷凍回路（20）の冷媒が吸熱して蒸発する。
【００４５】尚、上記冷却用膨張弁（EV21）は、感温式膨張弁であって、感温筒（TS）が蒸発用伝熱管（5a）の出口側の第２ガス配管（62）に設けられている。
【００４６】上記第１低温側冷凍回路（3A）は、逆サイクルのデフロスト運転を行うように構成されので、ドレンパン通路（63）とガスバイパス通路（64）と減圧通路（65）とを備えている。該ドレンパン通路（63）は、第２ガス配管（62）における逆止弁（CV）の両端部に接続され、ドレンパンヒータ（6a）と逆止弁（CV）とが設けられ、圧縮機（31）の吐出冷媒（ホットガス）が流れるように構成されている。
【００４７】上記ガスバイパス通路（64）は、液配管（61）における冷却用膨張弁（EV21）の両端に接続され、逆止弁（CV）を備え、デフロスト運転時に液冷媒が冷却用膨張弁（EV21）をバイパスするように構成されている。
【００４８】上記減圧通路（65）は、液配管（61）における逆止弁（CV）の両端に接続され、開閉弁（SV）とデフロスト用膨張弁（EV22）とを備え、デフロスト運転時に液冷媒を減圧するように構成されている。尚、上記デフロスト用膨張弁（EV22）は、感温式膨張弁であって、感温筒が第２ガス配管（62）におけるアキュムレータ（35）の上流側に設けられている。
【００４９】また、上記レシーバ（34）の上部には、ガス抜き通路（66）の一端が接続されている。該ガス抜き通路（66）は、開閉弁（SV）とキャピラリチューブ（CP）とを備え、他端が、第２ガス配管（62）におけるアキュムレータ（35）の上流側に接続されている。
【００５０】上記油分離器（32）と圧縮機（31）の吸込側との間には、キャピラリチューブ（CP）を備えた油戻し通路（67）が接続されている。
【００５１】また、上記圧縮機（31）の吐出側の第１ガス配管（60）には、高圧冷媒圧力を検出する高圧圧力センサ（SPH2）と、高圧冷媒圧力が過上昇して所定の高圧値になるとオフ信号を出力する高圧圧力開閉器（HPS2）とが設けられている。また、上記圧縮機（31）の吸込側の第２ガス配管（62）には、低圧冷媒圧力を検出する低圧圧力センサ（SPL2）が設けられている。
【００５２】上記第２低温側冷凍回路（3B）は、第１低温側冷凍回路（3A）とほぼ同様な構成であるが、デフロスト運転は行わず、冷凍運転のみを行うように構成されている。該第２低温側冷凍回路（3B）は、第１低温側冷凍回路（3A）における四路切換弁（24）を備えず、その上、ドレンパン通路（63）とガスバイパス通路（64）と減圧通路（65）とが設けられていない。つまり、上記第２低温側冷凍回路（3B）は、圧縮機（31）と第２の冷媒熱交換器（11）の凝縮部とレシーバ（34）と冷却用膨張弁（EV21）と蒸発用伝熱管（5b）とアキュムレータ（35）とが第１ガス配管（60）と液配管（61）と第２ガス配管（62）とによって順に接続されて構成されている。上記第２の冷媒熱交換器（11）の凝縮部は第２低温側冷凍回路（3B）の凝縮器（11）を構成している。
【００５３】上記冷却用膨張弁（EV21）は、感温式膨張弁であって、感温筒が蒸発用伝熱管（5b）の出口側の第２ガス配管（62）に設けられている。また、上記第２の冷媒熱交換器（11）は、高温側冷凍回路（20）の蒸発部と第２低温側冷凍回路（3B）の凝縮部とを有するカスケードコンデンサであって、プレート形熱交換器によって構成されている。そして、この第２の冷媒熱交換器（11）は、第２低温側冷凍回路（3B）の冷媒と高温側冷凍回路（20）の冷媒とが熱交換を行い、第２低温側冷凍回路（3B）の冷媒が放熱して凝縮する一方、高温側冷凍回路（20）の冷媒が吸熱して蒸発する。
【００５４】上記両低温側冷凍回路（3A,3B）における蒸発用伝熱管（5a,5b）は、冷却部である１つの蒸発器（50）に構成されており、蒸発器（50）において、両低温側冷凍回路（3A,3B）の冷媒と冷蔵庫内又は冷凍庫内の空気とを熱交換させている。また、蒸発器（50）には、該蒸発器（50）の温度を検出する蒸発器温度センサ（Th22）が設けられている。
【００５５】また、上記第１低温側冷凍回路（3A）における液配管（61）の分流器（51）の手前には、蒸発温度センサ（Th-R）が設けられている。この蒸発温度センサ（Th-R）は、蒸発器（50）へ流入する液冷媒の温度を、該液冷媒の蒸発温度として検出する蒸発温度検出手段を構成している。また、該蒸発温度センサ（Th-R）は、デフロスト運転時に蒸発器（50）から流出する冷媒の温度を検出する液温度センサを兼ねている。
【００５６】尚、上記蒸発器（50）、冷却用膨張弁（EV21）及びドレンパン通路（63）がクーリングユニット（1C）に設けられる一方、他の圧縮機（31）などが上記カスケードユニット（1B）に設けられている。また、上記クーリングユニット（1C）には、図示しないが、両低温側冷凍回路（3A,3B）の蒸発器（50）に空気を送るためのファンが設けられている。
【００５７】上記高温側冷凍回路（20）及び両低温側冷凍回路（3A，3B）は、コントローラ（70）によって制御される。該コントローラ（70）は、冷凍運転制御部（71）と、デフロスト制御部（72）と、状態検出部（73a）と、強制デフロスト部（74）とを備えている。
【００５８】上記冷凍運転制御部（71）は、高圧圧力センサ（SPH1，SPH2）の検知信号などが入力する一方、圧縮機（21，31）などの制御信号を出力するように構成されている。そして、該冷凍運転制御部（71）は、冷凍能力の制御等の冷凍運転制御を行う冷凍運転手段を構成している。
【００５９】上記デフロスト制御部（72）は、所定の冷凍運転時間毎にデフロスト運転を行うように圧縮機（21，31）などの制御信号を出力するデフロスト制御手段に構成されている。つまり、該デフロスト制御部（72）は、第２低温側冷凍回路（3B）の運転を停止する一方、第１低温側冷凍回路（3A）と高温側冷凍回路（20）との四路切換弁（24）を図１及び図２の破線に切り換え、冷媒循環方向を逆サイクルにして冷媒を循環させるように構成されている。また、デフロスト制御部（72）がデフロスト運転を行う時間周期は予め設定されたものであって、冷蔵庫内を冷却する運転の場合は６時間毎、冷凍庫内を冷却する運転の場合は１２時間毎というように、装置の運転状態によって設定されている。
【００６０】上記状態検出部（73a）は、蒸発温度センサ（Th-R）の検出温度が−１０℃〜−２℃の範囲内である場合に、低温側冷凍回路（3A,3B）の蒸発器（50）に付着した霜が成長しやすい促進状態であると判断して検出信号を出力する状態検出手段に構成されている。つまり、該蒸発器（50）における冷媒蒸発温度が−２℃よりも高ければ、空気中の水蒸気はドレン水となるため蒸発器（50）に霜は付着しない。また、冷媒蒸発温度が−１０℃よりも低ければ、蒸発器（50）に付着した霜は完全に固まって固相となっているため、空気中の水蒸気が付着しにくく霜の成長はそれほど速くない。これに対して、冷媒蒸発温度が−１０℃〜−２℃の範囲の場合、霜の表面に液体である水が存在し、この水には空気中の水蒸気が容易に付着するため、霜の成長が促進される。従って、上記状態検出部（73a）では、蒸発温度センサ（Th-R）の検出温度が上記の範囲内である場合に促進状態であると判断するようにしている。
【００６１】上記強制デフロスト部（74）は、上記状態検出部（73a）の検出信号を受けると共に、タイマーによって時間を計測し、上記促進状態の継続時間を導出している。具体的には、低温側冷凍回路（3A,3B）の蒸発器（50）における冷媒蒸発温度が−１０℃〜−２℃の範囲内となる運転状態で冷凍運転を行った時間を導出している。そして、上記強制デフロスト部（74）は、この導出した上記促進状態の継続時間を積算し、該継続時間の積算値が３時間となると強制的にデフロスト運転を行うように圧縮機（21，31）などの制御信号を出力する強制デフロスト手段に構成されている。このデフロスト運転は、上記デフロスト制御部（72）によるデフロスト運転と同様にして行う。尚、上記の３時間は例示であり、場合によって３時間より長くしてもよいし、短くしてもよい。
【００６２】−運転動作−次に、上述した二元冷凍装置（10）の運転動作について説明する。
【００６３】先ず、冷凍運転を行う場合、高温側冷凍回路（20）の圧縮機（21）及び両低温側冷凍回路（3A,3B）の２台の圧縮機（31,31）を共に駆動する。この状態において、上記高温側冷凍回路（20）では、四路切換弁（24）を図１の実線に切り換える一方、デフロスト用電動膨張弁（EV11）を全開とし、冷却用電動膨張弁（EV12）を開度制御する。
【００６４】上記高温側冷凍回路（20）の圧縮機（21）から吐出した高温側冷媒は、凝縮器（22）で凝縮して液冷媒となり、カスケードユニット（1B）に流れる。そして、上記液冷媒は、２つの分岐配管（4b,4c）に分かれ、冷却用電動膨張弁（EV12）で減圧する。その後、上記液冷媒は、２つの冷媒熱交換器（11,11）の各蒸発部で蒸発してガス冷媒となって圧縮機（21）に戻り、この循環を繰り返す。
【００６５】一方、第１低温側冷凍回路（3A）では、四路切換弁（33）を図２の実線に切り換える一方、デフロスト用膨張弁（EV22）を全閉とし、冷却用膨張弁（EV21）を過熱度制御する。また、第２低温側冷凍回路（3B）では、冷却用膨張弁（EV21）を過熱度制御する。
【００６６】上記両低温側冷凍回路（3A,3B）において、圧縮機（31,31）から吐出した低温側冷媒は、冷媒熱交換器（11,11）の凝縮部で凝縮して液冷媒となり、この液冷媒は、冷却用膨張弁（EV21）で減圧する。その後、上記液冷媒は、蒸発用伝熱管（5a,5b）で蒸発してガス冷媒となって圧縮機（31,31）に戻り、この循環を繰り返す。
【００６７】そして、上記各冷媒熱交換器（11,11）においては、高温側冷媒と低温側冷媒とが熱交換し、低温側冷凍回路（3A,3B）の低温側冷媒が冷却されて凝縮する。一方、上記蒸発器（50）では、低温側冷媒が蒸発して冷却空気を生成し、庫内を冷却する。また、冷凍運転時において、上記高温側冷凍回路（20）及び両低温側冷凍回路（3A,3B）は、上記コントローラ（70）の冷凍運転制御部（71）によって運転制御される。
【００６８】また、上記二元冷凍装置（10）は、上記コントローラ（70）のデフロスト制御部（72）及び強制デフロスト部（74）の制御信号を受けてデフロスト運転を行う。上記デフロスト運転は、第２低温側冷凍回路（3B）の運転を停止する一方、第１低温側冷凍回路（3A）と高温側冷凍回路（20）との冷媒循環方向を逆サイクルにして行われる。
【００６９】具体的に、第１低温側冷凍回路（3A）では、四路切換弁（33）を図２の破線に切り換える一方、デフロスト用膨張弁（EV22）を過熱度制御し、冷却用膨張弁（EV21）を全閉にする。
【００７０】上記圧縮機（31）から吐出した低温側冷媒は、四路切換弁（33）を経てドレンパン通路（63）を通り、ドレンパンヒータ（6a）でドレンパンを加熱する。続いて、上記低温側冷媒は、蒸発用伝熱管（5a）を流れて蒸発器（50）を加熱し、該蒸発器（50）の着霜を融解する。その後、上記蒸発用伝熱管（5a）を流れた低温側冷媒は、ガスバイパス通路（64）を流れ、レシーバ（34）を経て減圧通路（65）を流れ、デフロスト用膨張弁（EV22）で減圧する。続いて、上記低温側冷媒は、冷媒熱交換器（11）の凝縮部で蒸発して、四路切換弁（33）及びアキュムレータ（35）を経て圧縮機（31）に戻り、この循環を繰り返す。
【００７１】一方、上記高温側冷凍回路（20）では、四路切換弁（24）を図１の破線に切り換える一方、デフロスト用電動膨張弁（EV11）を開度制御し、冷却用電動膨張弁（EV12）を全開にする。
【００７２】上記圧縮機（21）から吐出した高温側冷媒は、四路切換弁（24）を経て第１の冷媒熱交換器（11）の蒸発部を流れ、第１低温側冷凍回路（3A）の低温側冷媒を加熱する。その後、上記冷媒熱交換器（11）の蒸発部を流れた高温側冷媒は、レシーバ（25）を経てデフロスト用電動膨張弁（EV11）で減圧する。続いて、上記高温側冷媒は、凝縮器（22）で蒸発して、四路切換弁（24）及びアキュムレータ（26）を経て圧縮機（21）に戻り、この循環を繰り返す。
【００７３】また、上記デフロスト運転は、液温度センサとしての蒸発温度センサ（Th-R）が、例えば、１０℃の冷媒温度を検出するか、蒸発器温度センサ（Th22）が、例えば、２０℃の蒸発器温度を検出するか、又は第１低温側冷凍回路（3A）の高圧圧力センサ（SPH2）が、例えば、１８Kg／cm2 の高圧冷媒圧力を検出すると、終了する。尚、上記デフロスト運転は、１時間のガードタイマでも終了する。
【００７４】上述のように、上記二元冷凍装置（10）は、上記デフロスト制御部（72）の制御信号と、上記強制デフロスト部（74）の制御信号との双方を受けてデフロスト運転を行うようにしている。そして、本実施形態では、強制デフロスト部（74）によるデフロスト運転を行った場合、デフロスト制御部（72）に設定されたデフロスト運転の時間周期は、その強制的なデフロスト運転の終了時点から改めて起算するようにしている。尚、デフロスト制御部（72）によるデフロスト運転を常に一定の時間周期で行う一方、このデフロスト制御部（72）によるデフロスト運転とは全く別個に、強制デフロスト部（74）によるデフロスト運転を行うようにしてもよい。
【００７５】上記デフロスト運転時の他、冷凍運転時において、各低温側冷凍回路（3A，3B）におけるガス抜き通路（66）の開閉弁（SV）は開口し、レシーバ（34）に溜まる液冷媒を低温側圧縮機（31）に戻す。
【００７６】また、上記高温側冷凍回路（20）におけるガス通路（43）は、冷凍運転時において、高圧圧力センサ（SPH1）が検出する高圧冷媒の圧力が低下すると、例えば、６Kg／cm2 まで低下すると、開閉弁（SV）を開口し、高圧冷媒をレシーバ（２５）に供給し、高圧冷媒圧力を上昇させる。この開閉弁（ＳＶ）の開口は、高圧冷媒の圧力が上昇し、例えば、１５Kg／cm2 まで上昇すると、終了する。尚、上記高圧圧力制御を行う前は、凝縮器（22）の室外ファンの風量を低減して高圧圧力の低下を抑制し、このファン制御によって抑制できない場合に上記開閉弁（SV）を開口する。
【００７７】また、上記デフロスト運転時は、上記ガス通路（43）の開閉弁（SV）を開口し、該レシーバ（25）のガス冷媒を高温側圧縮機（21）に戻し、上記レシーバ（25）に液冷媒が溜まるようにしている。つまり、上記デフロスト運転中は、外気温度が高い状態においても液冷媒がレシーバ（25）に溜まるようにしている。
【００７８】−実施形態１の効果−本実施形態１によれば、上記コントローラ（70）の強制デフロスト部（74）による強制的なデフロスト運転によって、低温側冷凍回路（3A，3B）の蒸発器（50）への着霜量が過大となる過酷着霜状態を確実に回避することができる。つまり、該デフロスト制御部（72）は、所定時間ごとにデフロスト運転行うようにしている。このため、例外的に上記促進状態が長時間に亘って継続した場合には、デフロスト制御部（72）によっては適切なタイミングでデフロスト運転を行うことができない場合がある。これに対して、本実施形態では、上記促進状態の継続時間の積算値が所定値以上となった場合には、上記コントローラ（70）の強制デフロスト部（74）による強制的なデフロスト運転を行うようにしている。このため、上述のような例外的にデフロスト運転が必要となった場合であっても、該強制デフロスト部（74）によって対応することができる。この結果、上記蒸発器（50）への着霜量が過大となる過酷着霜状態を確実に回避し、信頼性を向上させることができる。
【００７９】
【発明の実施の形態２】本発明の実施形態２は、図３に示すように、上記実施形態１においてコントローラ（70）の状態検出部（73a）の構成を変更したものである。即ち、上記実施形態１では、低温側冷凍回路（3A，3B）の蒸発器（50）を検出する蒸発温度センサ（Th-R）を設け、該蒸発温度センサ（Th-R）が検出する冷媒蒸発温度に基づいて上記促進状態を検出するようにしている。これに対して、本実施形態は、庫内温度センサ（Th-A）を設け、該庫内温度センサ（Th-A）の検出温度に基づいて上記促進状態を検出するようにしたものであって、その他の構成は上記実施形態１と同様である。尚、本実施形態では、実施形態１の蒸発温度センサ（Th-R）と同じ位置に液温度センサ（Th21）を設けている。
【００８０】上記庫内温度センサ（Th-A）は、上記クーリングユニット（1C）に設けられ、上記蒸発器（50）へ供給される空気の温度を検出するように構成されている。従って、該庫内温度センサ（Th-A）は、該蒸発器（50）が設置される冷蔵庫又は冷凍庫の庫内温度を検出する空気温度検出手段をに構成されている。尚、本実施形態では、該庫内温度センサ（Th-A）をクーリングユニット（1C）に設置するようにしたが、庫内温度の検出が可能であればクーリングユニット（1C）と別体に設置するようにしてもよい。
【００８１】本実施形態の状態検出部（73b）は、上記状態検出部（73b）は、庫内温度センサ（Th-A）の検出温度が−５℃〜−２℃の範囲内である場合に、低温側冷凍回路（3A,3B）の蒸発器（50）に付着した霜が成長しやすい促進状態であると判断して検出信号を出力する状態検出手段に構成されている。つまり、庫内温度が−５℃〜−２℃の範囲内であれば、該蒸発器（50）に付着した霜の温度もそれ程低くなく、該霜の表面に液体である水が存在して霜の成長が促進される。従って、上記状態検出部（73b）は、庫内温度が−５℃〜−２℃の範囲である場合に促進状態であると判断するようにしている。
【００８２】上述のように、本実施形態の低温側冷凍回路（3A,3B）及び高温側冷凍回路（20）の構成は上記実施形態１と同様であり、上記実施形態１と同様に動作して冷凍運転及びデフロスト運転を行う。そして、本実施形態によれば、上記実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【００８３】また、本実施形態によれば、以下のような効果を得ることもできる。つまり、本実施形態の庫内温度センサ（Th-A）は、従来の冷凍装置においても設置されている場合が多い。そして、この庫内温度センサ（Th-A）で検出した庫内温度に基づいて冷凍能力の制御等を行うようにしている。これに対して、本実施形態の状態検出部（73b）は、上記庫内温度センサ（Th-A）の検出温度に基づいて上記促進状態を検出するようにしている。従って、本実施形態によれば、該状態検出部（73b）による促進状態の検出を行うために、新たにセンサを設置する必要がない。この結果、装置の構成を簡素に維持しつつ、確実に促進状態を検出してデフロスト運転を行うことができ、これによって信頼性を向上させることが可能となる。
【００８４】
【発明のその他の実施の形態】上記実施形態では、低温側冷凍回路（3A,3B）及び高温側冷凍回路（20）をカスケードコンデンサである冷媒熱交換器（11,11）によって接続して二元冷凍サイクルを構成するようにしているが、１つの冷媒回路から成る通常の蒸気圧縮式冷凍サイクル（一元冷凍サイクル）を構成するようにしてもよい。
【００８５】また、冷凍装置（10）によって冷蔵庫又は冷凍庫内の空気を冷却するようにしたが、一般のビルや住宅の室内の空調を行うようにしてもよい。つまり、該冷凍装置（10）を空調機に構成してもよい。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２８５３
【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年７月２７日（１９９８．７．２７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７７９３１
【弁理士】
【氏名又は名称】前田 弘 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−４６４４７（Ｐ２０００−４６４４７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年２月１８日（２０００．２．１８） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−２１１２７７ |
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