JP2005098641A - 冷蔵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷蔵温度領域で高効率の運転を可能にし、これによって省エネルギー効果の高い冷蔵装置を提供する。
【解決手段】 冷媒を強制循環させる冷凍サイクル１１〜１４と、周波数指令に従って圧縮機を可変速駆動するインバータ２１とを有し、冷蔵対象の庫内温度を第１の温度センサ２５で検出し、蒸発器１４における冷媒の入口温度を第２の温度センサ２３で検出すると、出力制御手段２７がこれらの温度センサの各検出値に基づいてインバータに指令する周波数Ｆを決定するもので、この場合、冷媒としてＲ４１０Ａを用い、出力制御手段２７は第１の温度センサ２３の検出値に基づいてインバータに指令する周波数Ｆを決定すると共に、この周波数を、第２の温度センサの検出値が−１５℃以下に降下しないように補正する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、収容商品の品質を維持するための冷蔵ショーケース等に好適な冷蔵装置に関する。

過去の冷蔵装置にはＲ２２等のＨＣＦＣ冷媒が使用されていた。しかし、このＨＣＦＣ冷媒はオゾン層を破壊する物質の一つと考えられているため、現在は代替冷媒としてＨＦＣ冷媒が使用されている。特に、冷蔵ショーケース等、庫内温度を＋５℃〜＋１０℃の範囲に制御する冷蔵装置では低温特性が良好なＨＦＣ冷媒であるＲ４０４Ａが使用されている。

一般に、冷媒は蒸発温度が低くなるに従って効率が低下するが、Ｒ４０４Ａは他の冷媒と比較して蒸発温度の低下に対して効率低下が少なく、特に、低温特性が他のＨＦＣよりも優れている。

圧縮機を一定速度で駆動する従来の冷蔵装置においては、庫内温度のみによって圧縮機の運転、停止を制御しているため、蒸発温度とは無関係な制御が行われていた。そこで、蒸発温度による効率変化が少なく、蒸発温度が低い領域で運転される場合に高効率となるＲ４０４Ａが選定されていた。

しかしながら、Ｒ４０４Ａは高い蒸発温度で運転された場合、他のＨＦＣ冷媒よりも効率が低くなってしまうという問題があった。

一方、圧縮機を可変速駆動するこの種の装置として、冷蔵ショーケース及び冷凍ショーケースの両方を単一の冷凍サイクルで運転する冷蔵・冷凍ショーケースが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この冷蔵・冷凍ショーケースにおける冷凍サイクルの冷媒として用いる冷媒の種類は特に記載されてはいないが、冷蔵ショーケース及び冷凍ショーケースの両方を単一の冷凍サイクルで運転することを考慮すれば、常識的にはＲ４０４Ａのように低蒸発温度において高効率運転が可能な冷媒が選択される。

周知の如く、冷凍サイクルを備える冷蔵・冷凍機の性能はＣＯＰ（Coefficient of Performance：成績係数）と呼ばれる数値で表され、このＣＯＰは蒸発温度を高くするほど大きくなる。特許文献１に記載の冷蔵・冷凍ショーケースに使用されるＲ４０４Ａは蒸発温度の低い領域でＣＯＰは他の冷媒より大きいが、蒸発温度の高い冷蔵領域において他の冷媒よりも小さいという特性がある。従って、冷蔵のみで圧縮機を可変速運転する冷蔵装置にＲ４０４Ａをそのまま使用した場合、良好なＣＯＰが得られないという問題があった。

また、従来の冷蔵装置においては、冷凍サイクルの減圧装置としてキャピラリーチューブが使用されていた。このような冷凍サイクルの製造工程等で水分が混入すると、この水分がキャピラリーチューブの出口側で急激に冷却されるため、この部分で氷結する恐れがある。このとき、氷結した氷が詰まってしまい、冷凍サイクル中に冷媒が流れなくなってしまい、冷却運転ができなくなったり、圧縮機の故障を招いたりするという問題もあった。このため水分を吸着する乾燥器を冷凍サイクル中に挿入して対処していた。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、冷蔵温度領域で高効率の運転を可能にし、これによって省エネルギー効果の高い冷蔵装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、冷凍サイクル中の水分が氷結して目詰まりを生じ始めても、氷が冷凍サイクルを詰まらせることを未然に防止することのできる冷蔵装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、圧縮機、凝縮器、減圧装置及び蒸発器を順次接続して冷媒を強制循環させる冷凍サイクルと、周波数指令に従って前記圧縮機を可変速駆動するインバータとを有する冷蔵装置において、
前記冷媒としてＲ４１０Ａを用い、冷蔵対象の庫内温度を検出する第１の温度センサと、前記蒸発器の温度を検出する第２の温度センサと、前記第１の温度センサの検出値に基づいて前記インバータに指令する周波数を決定すると共に、この周波数を前記第２の温度センサの検出値が−１５℃以下に降下しないように補正する出力制御手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の冷蔵装置において、前記冷凍サイクルには乾燥器が設けられておらず、前記減圧装置として、モータによって弁棒が回転駆動される電子膨張弁を使用し、さらに、前記蒸発器における冷媒の出口温度を検出する第３の温度センサと、前記第２及び第３の温度センサの各検出値の差を一定に保持するように、前記電子膨張弁の開度を制御する弁開度制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明は、冷媒として蒸発温度の高い領域でＣＯＰの大きいＲ４１０Ａを用い、冷蔵対象の庫内温度に基づいて圧縮機を可変速駆動するインバータの周波数を決定すると共に、この周波数を、蒸発器における冷媒の蒸発温度の検出値が−１５℃以下に降下しないように補正するので、冷蔵温度領域で高効率の運転を可能にし、これによって省エネルギー効果の高い冷蔵装置が提供される。

以下、本発明を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る冷蔵装置としての多段オープンショーケースの一実施形態の構成を示す斜視図である。この多段オープンショーケース１は商品を陳列する複数の棚２を備え、その底部が上下に２段に仕切られた上収納部３及び下収納部４になっている。このうち上収納部３に蒸発器等（図示せず）が、下収納部４に圧縮機及び凝縮器等（図示せず）がそれぞれ収納され、再下段の棚２の正面部の吸込口５から吸い込まれた空気が冷却され、背部から前方上部に通じるダクト６を通って前方上部の吹出口７から下方に空気が吹き出されて棚２の前方にエアカーテンが形成される。

図２はこの多段オープンショーケース１を構成する冷凍サイクル及びその制御部の概略構成図である。同図において、圧縮機１１、凝縮器１２、電子膨張弁１３及び蒸発器１４によって周知の冷凍サイクルが形成され、Ａ矢印方向に冷媒を循環させることによって、蒸発器１４の周囲の空気が冷却され、図示省略のファンによって冷気の搬送が行われてエアカーテンが形成される。ここでは、圧縮機１１として、低騒音化、低振動化が可能な２シリンダロータリー圧縮機が採用され、これをインバータ２１によって可変速駆動することにより能力制御運転が行われる。電子膨張弁１３はモータによって弁棒が回転駆動されるものであって、減圧装置としてのキャピラリーチューブの代わりに用いたもので、キャピラリーチューブを採用した場合に必要であった乾燥装置が冷凍サイクルから除去されている。

そして、インバータ２１の出力周波数及び電子膨張弁１３の開度を制御するために、蒸発器１４における冷媒の入口温度を検出する温度センサ２３と、冷媒の出口温度を検出する温度センサ２４と、ショーケース１の内部温度を設定する庫内温度設定器２５と、その温度を検出する庫内温度センサ２６とが設けられ、温度センサ２３及び温度センサ２４の検出値に基づいて弁開度制御部２２が電子膨張弁１３の開度を制御し、温度センサ２３の温度検出値、庫内温度設定器２５の温度設定値及び庫内温度センサ２６の温度検出値に基づいてインバータ出力制御部２７がインバータ２１に指令する周波数を決定してインバータ２１に加える構成になっている。

次に、図２に示した冷凍サイクル及び制御系の動作について説明する。先ず、、冷媒としては、広く家庭用空気調和機にも採用され、かつ、安価なＲ４１０Ａを使用する。庫内温度設定器２５を用いて多段オープンショーケース１に陳列する商品の品質を維持するのに好適な温度に設定する。この状態でインバータ出力制御部２７を起動すると、インバータ出力制御部２７はゼロに近い所定の値から徐々に大きくなる周波数指令Ｆをインバータ２１に加える。これによって圧縮機１１のソフトスタートが行われ、圧縮機をオン、オフ制御する場合と比較して起動時の電流が低く抑えられると共に、省エネルギー運転が可能になる。また、ショーケースにおいては、図１に示すように、庫内の商品が見やすいように天井面８に照明が取り付けられている。一般にこの照明は、蛍光灯が採用されている。従来のようにインバータ２１を使用しない圧縮機１１を運転すると、その起動時に大きな起動電流が流れ、この電流により電源電圧低下を引き起こす場合がある。蛍光灯では、印加電圧が低下すると、その光がちらついたり、一瞬暗くなったりするという問題が生じる。これに対し、インバータ２１により起動時低周波数から徐々に立ち上げると電源電圧低下の問題は生じないため、蛍光灯のちらつきや一時的消灯を防止することもできる。

次に、インバータ出力制御部２７は庫内温度設定器２５で設定された設定温度Ｔｓと庫内温度センサ２６による庫内温度Ｔａとの差に基づいてインバータ２１が出力すべき周波数ｆを決定し、さらに、温度センサ２３による蒸発器１４の入口温度Ｔｅｉによって出力周波数ｆを補正してインバータの出力周波数指令Ｆとしてインバータ２１に加える。一方、弁開度制御部２２は温度センサ２３による蒸発器１４の入口の冷媒温度と温度センサ２４による蒸発器１４の出口の冷媒温度との差が一定になるように電子膨張弁１３の弁開度をスーパーヒート制御する。これによって、冷凍サイクル中の水分が氷結して目詰まりを生じ始めても、これをスーパーヒート制御により検出して弁開度が大きくされるため、氷が冷凍サイクルを完全に詰まらせることがなくなる。また、キャピラリーチューブを使用した場合に設置を余儀なくされた乾燥器が不要化され、冷凍サイクルの途中の配管にろう付け等で接続する工程も不要化される。

図３は冷蔵装置にＲ４１０Ａを用いたことの根拠を説明するために、代表的な３種類の冷媒、すなわち、Ｒ４１０Ａ，Ｒ４０４Ａ，Ｒ２２について、それぞれ冷凍サイクルで循環させた場合の蒸発温度とＣＯＰとの関係を示した線図である。同図において、Ｒ４０４Ａに注目すると、−２０℃におけるＣＯＰは最も大きいが、蒸発温度を次第に高くしたときのＣＯＰの増加率は最も小さい。これに対して、Ｒ４１０Ａは−２０℃でのＣＯＰは最も小さいが蒸発温度を高くした場合の増加率は最も大きく、例えば、５℃において他よりもその値は格段に大きくなっている。Ｒ２２は上記２つの冷媒の略中間の特性を示し、これら３種類の冷媒のＣＯＰは略−１５℃で等しくなっている。

この図３から明らかなように、冷凍機能を有する冷凍・冷蔵装置に対してはＲ４０４Ａのように蒸発温度の低い領域でＣＯＰが大きくなる冷媒が好適であるが、冷蔵装置においては、例えば、−１５℃よりも高い蒸発温度領域でＣＯＰが他の冷媒よりも大きくなるＲ４１０Ａが最適である。このように、冷媒にＲ４１０Ａを使用して、蒸発温度が−１５℃以下に降下しないようにインバータ２１の出力周波数を制御することによって最も優れたＣＯＰが得られ、より大きな省エネルギー効果が得られる。

図４は弁開度制御部２２がＣＰＵ等のディジタル信号処理装置を含む場合に、電子膨張弁１３の開度を調整する具体的な処理手順を示すフローチャートである。ここで、電源が投入された直後のステップ１０１で蒸発器の入口温度Ｔｅｉ及び蒸発器の出口温度Ｔｅｏを読み込み、ステップ１０２にて蒸発器の出口温度Ｔｅｏから入口温度Ｔｅｉを減算し、得られた値、すなわち過熱度が予め定めた値Ｔｅｓよりも大きいか否かを判別する。この判別によって 過熱度がＴｅｓより大きい場合にはステップ１０３で現在の開度Ｐより所定値αだけ大きいＰ＋αに開度を調整し、逆に、過熱度がＴｅｓより小さい場合にはステップ１０４で現在の開度Ｐより所定値αだけ小さいＰ−αに開度を調整して、以下、これらの処理を順次繰り返す。

上記の処理を実行することによって、氷による冷凍サイクルの目詰まりを未然に防止すると共に、冷却速度を速めることができるという効果も得られる。

図５はインバータ出力制御部２７がＣＰＵ等のディジタル信号処理装置を含み、この信号処理装置がインバータの出力周波数Ｆを決定する場合の具体的処理手順を示すフローチャートである。この場合、ステップ２０１で庫内温度Ｔａを読み込み、続いて、ステップ２０２で設定温度Ｔｓを読み込む。次のステップ２０３では庫内温度Ｔａから設定温度Ｔｓを減算し、その差（Ｔａ−Ｔｓ）に対応して予め定めたインバータ出力周波数ｆを決定する。そして、ステップ２０４にて蒸発器の入口温度Ｔｅｉを読み込み、ステップ２０５で入口温度Ｔｅｉが−１５℃より低いか否かを判定し、低くなっていないときにはステップ２１１の処理に進み、ステップ２０３で決定されたインバータ出力周波数ｆを補正せずにインバータの出力周波数Ｆとして設定する。

一方、ステップ２０５で入口温度Ｔｅｉが−１５℃より低いと判定された場合には、ステップ２０６で、例えば、１分に設定したタイマＴが動作中であるか否かを判定し、動作中であればステップ２０７にてこのタイマＴの設定時間を経過したか否かを判定する。そして、経過したと判定すればステップ２０８でタイマＴをリセットしてステップ２１１の処理に進む。なお、ステップ２０６にてタイマＴが計時動作をしていないときにはステップ２０９にてタイマＴの計時動作を開始させてステップ２１０の処理に進む。ステップ２１０においては、ステップ２０３で決定した周波数のままでは蒸発温度が−１５℃よりも低下してしまうために、実際に出力した周波数Ｆから所定値、例えば、５Ｈｚだけ下げた周波数ｆを演算してステップ２１１の処理に進む。すなわち、ステップ２０６〜２１０の処理では、蒸発温度が−１５℃よりも低いときには１分毎にインバータ出力周波数を５Ｈｚずつ低下させる。一方、ステップ２０７でタイマＴの設定時間が経過していないと判定した場合にはステップ２１２にて現状のインバータ周波数Ｆを維持して、再び上記の処理を繰り返す。

したがって、一時的に蒸発温度が−１５℃よりも低下しても、即座にインバータ２１の出力周波数を低下させて、蒸発温度が−１５℃となるように制御され、ほとんどの状況で−１５℃以上を維持することができる。なお、本実施形態では蒸発温度の下限を−１５℃としたが、−１４℃〜−１３℃程度に設定しておけば、常に蒸発温度が−１５℃以上で運転することも可能である。なおまた、効率から考えると蒸発温度の下限値を高くしておくことが考えられるが、極端に高くすると十分な冷却能力が得られず、庫内温度を目標値に保つことが困難になり、好ましくない。

これらの処理によって、、冷蔵温度領域で高効率の運転が可能になり、省エネルギー効果の高い冷蔵装置とすることができる。

本発明に係る冷蔵装置としての多段オープンショーケースの一実施形態の構成を示す斜視図。 図１に示した多段オープンショーケースを構成する冷凍サイクル及びその制御部の概略構成図。 冷蔵装置にＲ４１０Ａを用いたことの根拠を説明するために、代表的な冷媒について、それぞれ冷凍サイクルで循環させた場合の蒸発温度とＣＯＰとの関係を示した線図。 図２に示した制御部のうち、弁開度制御部の具体的な処理手順を示すフローチャート。 図２に示した制御部のうち、インバータ出力制御部の具体的な処理手順を示すフローチャート。

符号の説明

１ 多段オープンショーケース
１１ 圧縮機
１２ 凝縮器
１３ 電子膨張弁
１４ 蒸発器
２１ インバータ
２２ 弁開度制御部
２３ 蒸発器入口温度センサ
２４ 蒸発器出口温度センサ
２５ 庫内温度設定器
２６ 庫内温度センサ
２７ インバータ出力制御部

Claims (2)

1. 圧縮機、凝縮器、減圧装置及び蒸発器を順次接続して冷媒を強制循環させる冷凍サイクルと、周波数指令に従って前記圧縮機を可変速駆動するインバータとを有する冷蔵装置において、
   前記冷媒としてＲ４１０Ａを用い、冷蔵対象の庫内温度を検出する第１の温度センサと、前記蒸発器の温度を検出する第２の温度センサと、前記第１の温度センサの検出値に基づいて前記インバータに指令する周波数を決定すると共に、この周波数を前記第２の温度センサの検出値が−１５℃以下に降下しないように補正する出力制御手段と、
   を備えたことを特徴とする冷蔵装置。
2. 前記冷凍サイクルには乾燥器が設けられておらず、前記減圧装置として、モータによって弁棒が回転駆動される電子膨張弁を使用し、さらに、前記蒸発器における冷媒の出口温度を検出する第３の温度センサと、前記第２及び第３の温度センサの各検出値の差を一定に保持するように、前記電子膨張弁の開度を制御する弁開度制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の冷蔵装置。

Images