JP2006275451A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】室内機膨張弁入口でのハンチングによる冷凍能力ロスや膨張弁の損傷を防止し、冷凍能力を改善し、圧縮機の吐出温度過大や冷凍機油の温度過大よる圧縮機の損傷を防ぎ、液圧縮によって起こる圧縮機の損傷を防ぐことができる冷凍装置を提供する。
【解決手段】ＨＦＣ系冷媒を使用し、圧縮機１、凝縮器２及び液溜３を備えた室外機イ側と、膨張弁６及び蒸発器７を備えた室内機ロ側とを順次冷媒配管で接続し、室外機イ側の液溜３より下流で冷媒配管と分岐し、電磁弁１５、キャピラリーチューブ１６を介して圧縮機１より上流の吸入側に合流する吸入インジェクション回路Ｂと、冷媒配管の冷媒液及び吸入インジェクション回路Ｂの低温低圧の冷媒ガスを熱交換する過冷却熱交換器１４とを備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、過冷却熱交換器を備えた冷凍装置に係り、より詳しくは、ＨＦＣ系冷媒Ｒ４０４Ａを使用し、スーパーマーケットのショーケース、コンビニエンスストア、冷蔵庫、冷凍庫等に用いられる冷蔵から冷凍の範囲まで使用可能な冷凍装置に関する。

従来の冷凍サイクルは、室外機は、上流から下流側に、室外機配管入口、圧縮機、凝縮器、液溜、室外機配管出口の順で配管接続されている。そして、第１の電磁弁、第２の電磁弁、第１のキャピラリーチューブ、第２のキャピラリーチューブは、液溜または液溜の下流から取り出され、圧縮機の中間圧部分に流入する中間圧インジェクション回路を構成している。一方、室内機は、上流から下流側に、室内機配管入口、膨張弁、蒸発器、室内機配管出口の順で配管接続されている。そして、室外機配管出口は室内機配管入口に接続し、室内機配管出口は室外機配管入口に接続する。この場合の使用冷媒は、Ｒ２２である。

「総合カタログ」（三菱電機コンデンシングユニット、スクロール形、半密閉形）（２００４年８月発行）

従来の冷凍サイクルにおいて、冷凍装置に使用されてきたＨＣＦＣ系冷媒（Ｒ２２等）は、２０２０年より生産全廃になる。そこで、代替冷媒として、現在、主に使用されているのがＨＦＣ系冷媒（Ｒ４０４Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４１０Ａ等）である。

ＨＦＣ系冷媒であるＲ４０４Ａは、ＨＣＦＣ系冷媒であるＲ２２と比較すると、比熱が約１．６倍と大きいため液冷媒が液化しにくく、そのためサブクール（過冷却）が得られにくい。サブクールが十分確保できないと、冷凍能力が不足する恐れがある。さらに、ガス密度が大きくなるため、冷媒流量が増え、圧力損失が増加する。その結果、冷媒配管で冷媒液の一部が蒸発し、フラッシュ（気泡）が発生する。冷媒配管でフラッシュが発生すると、ハンチングによって、冷凍能力ロスもしくは室内機側膨張弁を損傷する恐れがある。

中間圧インジェクション回路内でフラッシュが発生すると、インジェクション量が不足するため、圧縮機の吐出ガス温度の過大や冷凍機油温度の過大により、圧縮機を損傷する恐れもある。

冷凍から冷蔵まで使用できる冷凍装置は、スーパーマーケットのショーケース、コンビニエンスストア、冷蔵庫、冷凍庫等で使用される。スーパーマーケットの場合は、蒸発器側（庫内側）には食品が保存され、食品の適した温度帯としては果物、野菜類が庫内温度約−０．５〜５℃で冷蔵保存され、冷凍魚、冷凍エビ、アイスクリーム等が約−３０〜−１５℃で冷凍保存される。冷凍装置は、食品の保存する庫内温度より−１０℃程度低く蒸発温度の設定を行っている。上記のフラッシュが発生して、冷凍能力ロスや膨張弁の損傷が生じたり、または圧縮機が故障したりすると、庫内温度は上昇し、庫内に保存されている食品は痛み、鮮度を失い、商品の価値がなくなってしまう。そのため、フラッシュの発生を抑えること、なくすことは、冷凍装置を安心して使用するうえで重要なことである。

フラッシュガスの発生は、冷蔵から冷凍範囲（蒸発温度−４５〜−５℃）まで使用できる冷凍装置において、ガス密度が高くなる冷蔵条件で使用する場合に顕著に表れる。また、室内機と室外機の接続配管が長い場合や、室内機と室外機の接続に高低差がある場合は、接続配管で圧力損失が増加するため、フラッシュガス発生の可能性がある。しかし、冷凍条件で使用する場合は、冷蔵条件で使用する場合に較べてガス密度が小さいことから、フラッシュガスが発生しにくいため、サブクールを得るための過冷却熱交換器は必要ない。もし、冷凍条件で過冷却熱交換器を使用した場合は、冷凍サイクル内の冷媒循環量が冷蔵条件に較べて少ないため、低温低圧の冷媒ガスが過冷却熱交換器で熱交換せず、冷媒液のまま圧縮機の吸入配管に返され、液圧縮する恐れがある。そのため、過冷却熱交換器を備えた吸入インジェクション回路内に電磁弁を設け、冷凍装置の使用条件、設置状態に合わせて、電磁弁を開閉する制御を行う必要がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、過冷却熱交換器を備え、冷媒液のサブクールを確保することにより、室内機膨張弁入口でのハンチングによる冷凍能力ロスや膨張弁の損傷を防止し、冷凍能力を改善し、また中間圧インジェクション回路と吸入インジェクション回路の両方を有し、圧縮機の吐出温度や冷凍機油の温度を安全な範囲内に制御することにより、圧縮機の吐出温度過大や冷凍機油の温度過大よる圧縮機の損傷を防ぎ、さらに中間圧インジェクション回路と吸入インジェクション回路の両方を有し、過冷却熱交換器を冷凍条件で使用した場合に、液圧縮によって起こる圧縮機の損傷を防ぐことを目的とする。

本発明に係る冷凍装置は、ＨＦＣ系冷媒を使用し、圧縮機、凝縮器及び液溜を備えた室外機側と、膨張弁及び蒸発器を備えた室内機側とを順次冷媒配管で接続し、室外機側の液溜より下流で冷媒配管と分岐し、電磁弁、キャピラリーチューブを介して圧縮機より上流の吸入側に合流する吸入インジェクション回路と、冷媒配管の冷媒液及び吸入インジェクション回路の低温低圧の冷媒ガスを熱交換する過冷却熱交換器とを備えたものである。

吸入インジェクション回路と接続する過冷却熱交換器において、十分サブクールがえられた冷媒液を取り出すことができるので、液配管内のフラッシュの発生が抑えられ、冷凍能力のロスもしくは室内機側膨張弁の損傷を防止することができ、冷凍能力が向上する。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクルの冷媒回路図である。図において、室外機イは、上流から下流側に、室外機配管入口９、圧縮機１、凝縮器２、液溜３、過冷却熱交換器１４、室外機配管出口４の順で、冷媒配管によって接続されている。第１の電磁弁１０、第２の電磁弁１１、第１のキャピラリーチューブ１２、第２のキャピラリーチューブ１３は、中間圧インジェクション回路Ａを形成し、液溜３または液溜３の下流から取り出され、圧縮機１の中間圧部分に流入する。また、室外機イ側の液溜３より下流で主配管と分岐し、過冷却熱交換用の電磁弁１５、キャピラリーチューブ１６を介して、圧縮機１より上流の吸入側に合流する吸入インジェクション回路Ｂと、上記冷媒配管の冷媒液及び吸入インジェクション回路Ｂの低温低圧の冷媒ガスを熱交換して冷媒ガスをガス化する過冷却熱交換器１４とが形成されている。

室内機ロは、上流から下流側に、室内機配管入口５、膨張弁６、蒸発器７、室内機配管出口８の順で冷媒配管によって接続されている。
そして、室外機配管出口４は室内機配管入口５に接続し、室内機配管出口８は室外機配管入口９に接続する。なお、冷媒配管中を流れる冷媒は、ＨＦＣ系冷媒であるＲ４０４Ａである。

次に動作について説明する。冷媒Ｒ４０４Ａは圧縮機１で圧縮され、高温高圧の冷媒ガス（吐出ガス）となり、凝縮器２で液化する。液化した冷媒液は液溜３を経て、室外機配管出口４を出る。室外機を出た冷媒液は、室内機配管入口５から室内機に入る。冷媒液は膨張弁６で膨張し、蒸発器７でガス化する。ガス化した冷媒ガスは、室内機配管出口８、室外機配管入口９を通り、圧縮機１に戻る。この動作を繰り返し行う。

一方、液溜３から取り出した冷媒液の一部は、第１の電磁弁１０を経て、第１のキャピラリーチューブ１２と第２のキャピラリーチューブ１３で減圧され、圧縮機１の中間圧部に流入する。第１の電磁弁１０は、圧縮機１の吐出ガス温度が第１の所定温度以上になったとき、通電されて開く。第２の電磁弁１１は、第１の所定温度以上、かつ、第２の所定温度以上になったとき、通電されて開く。第２の電磁弁１１が開くことにより、圧縮機１の中間圧部に流入するインジェクション量は増大する。吐出ガス温度の検知は、吐出ガス配管に取り付けられたサーモスタット、あるいはサーミスタにより行う（図示せず）。中間圧インジェクション回路Ａは圧縮機１の吐出ガス温度を低下させ、安定した冷凍サイクル運転が可能となる。

また、過冷却熱交換器１４よりも下流から取り出した冷媒液の一部は、電磁弁１５を経てキャピラリーチューブ１６で減圧され、過冷却熱交換器１４に入る。減圧された低温低圧の冷媒ガスは、過冷却熱交換器１４で主流管液冷媒と熱交換してガス化する。ガス化した冷媒ガスは、圧縮機１の上流で合流する。過冷却熱交換器１４の液出口からは、サブクールが十分確保できた冷媒液を取り出すことができるので、室内機膨張弁入口でのハンチングによる冷凍能力ロスや、膨張弁の損傷を防止することができる。

冷蔵条件で使用する場合は、上記で説明したようにフラッシュが発生しやすいため、吸入インジェクション回路Ｂの電磁弁１５を開にする。その結果、吸入インジェクション回路Ｂと中間圧インジェクション回路Ａにより、圧縮機１の吐出ガス温度や冷凍機油の温度を安定させ、信頼性の高い冷凍サイクル運転が可能になる。

また、フラッシュが発生しやすい冷蔵条件で使用する場合、かつ、吐出ガス温度が第１の所定温度より小さい場合は、中間圧インジェクション回路Ａの第１の電磁弁１０を閉にする。その結果、中間圧インジェクション回路Ａは使用せず、吸入インジェクション回路Ｂのみで、圧縮機１の吐出ガス温度や冷凍機油の温度を安定させる。過剰なインジェクションによる高圧上昇を防ぎ、無駄な中間圧インジェクション回路Ａの入力分が不要となるため、効率のよい冷凍サイクル運転が可能になる。

冷凍条件で使用する場合は、冷蔵条件で使用する場合に較べてガス密度が小さいことから、フラッシュガスが発生しにくいため、吸入インジェクション回路Ｂの電磁弁１５を閉にする。その結果、吸入インジェクション回路Ｂは使用せず、中間圧インジェクション回路Ａのみで、圧縮機１の吐出ガス温度や冷凍機油の温度を安定させる。過冷却熱交換器１４を使用することで発生する液圧縮の問題を防ぎ、かつ、吸入インジェクション回路Ｂへの流量の入力分が不要となるため、安定した効率のよい冷凍サイクル運転が可能になる。

次に、過冷却熱交換器１４を備えた吸入インジェクション回路Ｂ内の電磁弁１５を開閉する制御手段について説明する。まず、基板の制御による方法がある。この方法は、使用者が冷凍装置の低圧圧力を設定する際に、所定の圧力以上で設定した場合は、吸入インジェクション回路Ｂ内の電磁弁１５を開にし、所定の圧力以下で設定した場合は、吸入インジェクション回路Ｂ内の電磁弁１５を閉にする。

次に、低圧センサと基板、または機械式圧力開閉器による方法がある。この方法は、室外機イ側の低圧配管に圧力センサ、または機械式圧力開閉器を取り付ける。低圧圧力を検知することにより、吸入インジェクション回路Ｂ内の電磁弁１５を開閉する。

その他の方法として、コネクタによる方法がある。この方法は、吸入インジェクション回路Ｂ内の電磁弁コイル配線にコネクタを取り付ける。使用者の使用条件や冷凍装置の設置状況によりサブクールが不足する場合は、コネクタを接続し、電磁弁１５を開とする。過冷却熱交換器１４を使用しない場合はコネクタを接続せず、電磁弁１５を閉とする。コネクタによる方法とした場合、上記にあげた低圧センサ、機械式圧力開閉器の故障によるサブクールが不足する場合に、過冷却熱交換器１４に低温低圧の冷媒ガスが流れない、または過冷却熱交換器１４不要時に低温低圧の冷媒ガスが流れ、熱交換せずに液圧縮する不具合が発生しない。また、低圧センサ、機械式圧力開閉器のコストと設置スペースが低減できる。

これらの方法により、蒸発圧力が所定の圧力より高い場合は吸入インジェクション回路Ｂ内の電磁弁１５を開にでき、または所定の圧力より小さい場合は吸入インジェクション回路Ｂ内の電磁弁１５を閉にでき、過冷却熱交換器１４の低圧側に冷媒ガスを流すか流さないか決定できる。
その結果、上記に述べたように蒸発温度が高い冷蔵の条件で使用する場合は、過冷却熱交換器液出口からサブクールが十分確保できた冷媒液を取り出すことができ、蒸発温度が低い冷凍の条件で使用する場合は、圧縮機１に液が戻ることで発生する液圧縮を防ぐことができるため、信頼性の高い冷凍サイクル運転が可能になる。

実施の形態１によれば、吸入インジェクション回路Ｂと接続する過冷却熱交換器１４において、十分サブクールがえられた冷媒液を取り出すことができるので、液配管内のフラッシュの発生を抑えることができ、冷凍能力ロスもしくは室内機ロ側の膨張弁６の損傷を防止することができ、冷凍能力が向上する。

また、過冷却熱交換器１４を備えた吸入インジェクション回路Ｂを使用する決定方法を、使用者が設定する低圧圧力により、基板によって行うことができるので、蒸発温度が高い冷蔵の条件で使用する場合は電磁弁１５を開にし、過冷却熱交換器液出口からサブクールが十分確保できた冷媒液を取り出すことができ、フラッシュの発生を防ぎ、ハンチングによる冷凍能力ロスや膨張弁６の損傷を防止することができる。また、吸入インジェクション回路Ｂまたは中間圧インジェクション回路Ａにより、圧縮機１の吐出ガス温度や冷凍機油の温度を安定させることができる。蒸発温度が低い冷凍の条件で使用する場合は、電磁弁を閉にし、圧縮機１に液が戻ることで発生する液圧縮を防ぐことができるため、信頼性の高い冷凍サイクル運転が可能になる。

さらに、過冷却熱交換器１４を備えた吸込インジェクション回路Ｂを使用する決定方法を、低圧センサと基板、または機械式圧力開閉器によって行うことができるので、蒸発温度が高い冷蔵の条件で使用する場合は電磁弁１５を開にし、過冷却熱交換器液出口からサブクールが十分確保できた冷媒液を取り出すことができ、フラッシュの発生を防ぎ、ハンチングによる冷凍能力ロスや膨張弁損傷を防止することができる。また、吸入インジェクション回路Ｂまたは中間圧インジェクション回路Ａにより、圧縮機１の吐出ガス温度や冷凍機油の温度を安定されることができる。蒸発温度が低い冷凍の条件で使用する場合は、電磁弁１５を閉にし、圧縮機１に液が戻ることで発生する液圧縮を防ぐことができるため、信頼性の高い冷凍サイクル運転が可能になる。

実施の形態２．
図２は本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクルの冷媒回路図である。図２は図１と同じ冷凍サイクルであって、電磁弁１５、キャピラリーチューブ１６で構成され、過冷却熱交換器１４を備えた吸入インジョクション回路Ｂを別部品化したものである。過冷却熱交換器１４を二重管とし、内管内に低温低圧の冷媒ガス、外管環状部に高温高圧の冷媒液を対向流で熱交換するようにしてある。

冷凍サイクルの動作は、実施形態１で示した場合と同様であるため説明を省略する。吸入インジェクション回路Ｂを、液溜３の下流側に位置する操作弁１７より下流で冷媒配管と分岐し、吸入ボールバルブ１８より上流の吸入側に合流できるように接続したので、別部品として容易に取り付けできるようになる。そのため、過冷却熱交換器１４を備え、電磁弁１５、キャピラリーチューブ１６よりなる吸入インジョクション回路Ｂを、冷凍能力改善用として、既存の冷凍装置に組み込むことが可能となる。

実施の形態２によれば、実施の形態１で示した効果に加えて、過冷却熱交換１４を備えた吸入インジェクション回路Ｂを容易に取り付け可能にしたので、別部品化でき、冷凍能力改善用として既存の冷凍装置に組み込むことができる。冷凍装置内に過冷却熱交換器１４を取り付けるので、新たに設置するスペースを設ける必要がない。

本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクルの冷媒回路図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクルの冷媒回路図である。

符号の説明

１ 圧縮機、２ 凝縮器、３ 液溜、６ 膨張弁、７ 蒸発器、１０ 第１の電磁弁、１１ 第２の電磁弁、１２ 第１のキャピラリーチューブ、１３ 第２のキャピラリーチューブ、１４ 過冷却熱交換器、１５ 過冷却熱交換器用の電磁弁、１７ 操作弁、１８ 吸入ボールバルブ、イ 室外機、ロ 室内機、Ａ 中間圧インジェクション回路、Ｂ 吸入インジェクション回路。

Claims (6)

1. ＨＦＣ系冷媒を使用し、圧縮機、凝縮器及び液溜を備えた室外機側と、膨張弁及び蒸発器を備えた室内機側とを順次冷媒配管で接続し、前記室外機側の液溜より下流で前記冷媒配管と分岐し、電磁弁、キャピラリーチューブを介して前記圧縮機より上流の吸入側に合流する吸入インジェクション回路と、前記冷媒配管の冷媒液及び吸入インジェクション回路の低温低圧の冷媒ガスを熱交換する過冷却熱交換器とを備えたことを特徴とする冷凍装置。
2. 前記過冷却熱交換器を備えた吸入インジェクション回路を着脱自在としたことを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
3. 冷蔵から冷凍までの使用範囲を有し、前記過冷却熱交換器を備えた吸入インジェクション回路を開閉する決定を、設定する低圧圧力により基板によって行うことを特徴とする請求項１または２記載の冷凍装置。
4. 低圧圧力を所定の圧力以上で設定した場合は前記吸入インジェクション回路内の電磁弁を開き、所定の圧力以下で設定した場合は前記吸入インジェクション回路内の電磁弁を閉じる作用を、前記基板によって行うことを特徴とする請求項３記載の冷凍装置。
5. 冷蔵から冷凍までの使用範囲を有し、前記過冷却熱交換器を備えた吸入インジェクション回路を使用する決定を、低圧センサと基板、または機械式圧力開閉器によって行うことを特徴とする請求項１または２記載の冷凍装置。
6. 前記室外機側の低圧配管に前記圧力センサ、または機械式圧力開閉器を取り付け、低圧圧力を検知することにより、前記吸入インジェクション回路内の電磁弁を開閉することを特徴とする請求項５記載の冷凍装置。
   

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