JP2009068728A

JP2009068728A - 冷却装置

Info

Publication number: JP2009068728A
Application number: JP2007234693A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kaga; 進一加賀; Akihiko Hirano; 明彦平野; Kazuyoshi Seki; 和芳関
Original assignee: Hoshizaki Electric Co Ltd
Current assignee: Hoshizaki Electric Co Ltd
Priority date: 2007-09-10
Filing date: 2007-09-10
Publication date: 2009-04-02
Also published as: US20090064710A1

Abstract

【課題】対象物を安定して冷却する。
【解決手段】冷却装置３０は、熱交換器３８に設けられ、液相一次冷媒を蒸発させて気相一次冷媒とする第１熱交換部４０と、気相一次冷媒を凝縮して液相一次冷媒とする凝縮器３６とを有し、液相一次冷媒を凝縮器３６から第１熱交換部４０へ液配管４４を介して流通させると共に、気相一次冷媒を第１熱交換部４０から凝縮器３６へガス配管４６を介して流通させる一次回路３２を備えている。また冷却装置３０は、熱交換器３８に第１熱交換部４０と独立して設けられ、該第１熱交換部４０に流通する冷媒との熱交換により冷却される第２熱交換部４２、膨張弁ＥＶ、蒸発器ＥＰおよび圧縮機ＣＭを冷媒配管１６で接続した二次回路３４を備えている。液配管４４には、液相一次冷媒の流量を調節可能なポンプ４８が介挿され、凝縮器３６の周囲温度の変動に応じてポンプ４８で流量調節するようになっている。
【選択図】図１

Description

この発明は、冷蔵庫、冷凍庫、製氷機や空調設備等に用いられる冷却装置に関するものである。

冷蔵庫、冷凍庫、製氷機や空調設備等に用いられる冷却装置としては、図６に示すように、室内に配置した本体ユニット１２に圧縮機ＣＭおよび蒸発器ＥＰを設置し、室外に配置した外部ユニット１４に凝縮器ＣＤを設置する所謂リモートコンデンサタイプ(セパレートタイプとも云う。)が提案されている(例えば、特許文献１参照)。このタイプの冷却装置１０は、放熱部分である凝縮器ＣＤを室外に設置することで、本体ユニット１２側の温度上昇を抑制することができるメリットがある。
特開平８−２００７４６号公報

前記冷却装置１０は、例えば冬季等の室外の温度が低下した環境では、凝縮器ＣＤで放熱され過ぎて、圧縮機ＣＭ、凝縮器ＣＤ、膨張弁ＥＶおよび蒸発器ＥＰを冷媒配管１６で接続した冷却回路１１における圧縮機ＣＭの出口側から膨張弁ＥＶの入り口側までの高圧側で冷媒の圧力を保持できなくなることがある。すなわち、冷却回路１１では、高圧側の圧力が低下して、高圧側と膨張弁ＥＶの出口側から圧縮機ＣＭの入り口側の低圧側との圧力差がなくなると、蒸発器ＥＰによる対象物の冷却がうまく制御できず、対象物が過剰に冷却される不都合を招来する。このように、リモートコンデンサタイプの冷却装置１０は、外気温の変動に対して、冷却機能の安定性に欠ける難点があった。

そこで、前記冷却装置１０は、凝縮圧力調整弁２０を冷却回路１１に設け、冷却回路１１に循環する冷媒の流量を凝縮圧力調整弁２０で調節することで、冷却回路１１における高圧側の圧力低下を抑制している。具体的には、冷却装置１０には、圧縮機ＣＭおよび凝縮器ＣＤを接続する冷媒配管１６と、凝縮器ＣＤおよび膨張弁ＥＶを接続する冷媒配管１６との間に、凝縮器ＣＤを迂回するバイパス管１８が設けられ、このバイパス管１８に凝縮圧力調整弁２０が介挿されている。そして、冷却装置１０は、外気温が低くなると、凝縮圧力調整弁２０によって凝縮器ＣＤに冷媒が滞留するように調整することで、凝縮器ＣＤにおける冷媒と外気との熱交換面積を減少させて、凝縮器ＣＤにおける放熱量の低下を図り、冷却回路１１の高圧側の圧力を保持している。しかし、凝縮圧力調整弁２０による調整方式は、外気温の低下時に凝縮器ＣＤに滞留させる冷媒量を確保するために、冷却回路１１に充填する冷媒量を多くする必要がある。冷却回路１１に充填する冷媒量が多くなると、圧縮機ＣＭの停止時に冷媒が圧縮機ＣＭの内部で多量に寝込んでしまい、圧縮機ＣＭを始動した際にオイルフォーミング等により吐油し易くなり、また圧縮機ＣＭに封入される潤滑油の粘度が低下して圧縮機ＣＭにおける動作部分の摩耗等を招き、このため圧縮機ＣＭの故障を招く不都合がある。また、冷却装置１０には、外気温が高い場合に不要な多量の冷媒を貯留するために、受液器Ｒを設ける必要があり、構造が複雑になると共にコストの増加に繋がる難点がある。

また別の問題として、ホットガスにより除氷や除霜を行なうために圧縮機ＣＭから蒸発器ＥＰへ冷媒を直接導入するバイパス回路２２を冷却回路１１に備えている場合は、凝縮器ＣＤが圧縮機ＣＭの出口側に接続しているので、ホットガスの一部が凝縮器ＣＤに流入して液化することで滞留することがある。このように、冷媒が凝縮器ＣＤに滞留すると、冷却回路１１を循環する冷媒量が低下し、ホットガスによる除氷能力が減じ、製氷効率を低下させてしまう問題が指摘される。前述の如く、凝縮圧力調整弁２０による調整方式は、外気温の低下時に冷媒を凝縮器ＣＤに積極的に滞留させる構成であるから、バイパス回路２２を介してホットガスを蒸発器ＥＰに導入させる形式の冷却装置１０では、ホットガスによる除氷能力を大きく損なってしまう。

すなわち本発明は、従来の技術に係る冷却装置に内在する前記問題に鑑み、これらを好適に解決するべく提案されたものであって、周囲の温度が変動しても安定して機能する冷却装置を提供することを目的とする。

前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本願の請求項１に係る発明の冷却装置は、
熱交換器に設けられ、液相冷媒を蒸発させて気相冷媒とする第１熱交換部と、気相冷媒を凝縮して液相冷媒とする凝縮器とを有し、液相冷媒を凝縮器から第１熱交換部へ液配管を介して流通させると共に、気相冷媒を第１熱交換部から凝縮器へガス配管を介して流通させる一次回路と、
前記熱交換器に前記第１熱交換部と独立して設けられ、該第１熱交換部に流通する冷媒との熱交換により冷却される第２熱交換部、絞り手段、蒸発器および圧縮機を冷媒配管で接続した二次回路とを備え、
前記液配管には、液相冷媒の流量を調節可能な流量調節手段が介挿されることを特徴とする。
請求項１に係る発明によれば、一次回路における冷媒の循環経路と二次回路における冷媒の循環経路とを独立して形成すると共に、一次回路と二次回路とを熱交換器で熱的に接続する構成であるから、一次回路における凝縮器の周囲温度が変動しても、流量調整手段によって一次回路を循環する冷媒の流量を調節することで、熱交換器を介して二次回路の放熱を担う一次回路の放熱能力への影響を抑制することができる。すなわち、二次回路は、一次回路によって適切に放熱されるから、二次回路において対象物を安定して冷却することができる。また、二次回路に充填する冷媒の量を低減することができるから、二次回路の構成が簡易となり、また圧縮機の故障の原因を減らすことができる。

請求項２に係る発明では、前記流量調節手段として、液相冷媒を前記第１熱交換部へ向けて圧送すると共に、圧送する液相冷媒の流量を調節可能なポンプが用いられることを要旨とする。
請求項２に係る発明によれば、流量調節手段としてポンプを用いることで、液配管を介して凝縮器から第１熱交換部へ液相冷媒を圧送可能であるから、一次回路の凝縮器を第１熱交換部に対して上方または下方の何れにも配置することができ、凝縮器の配置の自由度を向上し得る。

請求項３に係る発明では、前記凝縮器には、冷媒の流路における該冷媒の流通方向に離間した一対の温度測定手段が該流路に夫々添わせて設けられ、これら温度測定手段による測定温度差に基づいて前記ポンプが駆動制御されることを要旨とする。
請求項３に係る発明によれば、凝縮器に設けた一対の温度測定手段の温度測定結果に基づいてポンプを駆動制御することで、キャビテーション等のポンプへの負荷を回避できるから、ポンプの故障を防止できる。

請求項４に係る発明では、前記凝縮器が、前記第１熱交換部より高い位置に配置され、前記流量調節手段として、前記液配管を流下する液相冷媒の流量を調節可能な流量調節弁が用いられることを要旨とする。
請求項４に係る発明によれば、凝縮器を第１熱交換部より上方に配置することで、凝縮器と第１熱交換部との圧力差および冷媒の密度差によって、一次回路で冷媒を自然対流させることができる。すなわち、一次回路は、流量調節手段として流量調節弁を設ける簡単な構成で、一次回路に循環する冷媒の流量を調整することができる。

請求項５に係る発明では、前記液配管には、前記凝縮器の出口側と前記流量調節弁との間に立ち上がり部が設けられていることを要旨とする。
請求項５に係る発明によれば、液配管における凝縮器の出口側に立ち上がり部を設けることで、流量調節弁の入り口側に気相冷媒を含まない過冷却された液相冷媒を供給でき、流量調節弁の開閉による一次回路に循環する冷媒の流量調整が容易になる。

本発明に係る冷却装置によれば、周囲温度が変動しても、二次回路側への影響を抑制できるから、二次回路において対象物を安定して冷却することができる。

次に、本発明に係る冷却装置につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照して以下に説明する。なお、説明の便宜上、図６に示した冷却装置の構成要素と同一の要素については、同一の符号を使用して詳細な説明は省略する。

図１に示すように、実施例の冷却装置３０は、凝縮器３６が圧縮機ＣＭ等と異なる場所に独立して設置されるリモートコンデンサタイプと呼ばれるものであって、冷蔵庫、冷凍庫、製氷機または空調設備等に用いられる。冷却装置３０は、放熱を担う一次回路３２と、冷却対象物の冷却を担う二次回路３４との独立した２つの回路を備え、一次回路３２と二次回路３４とは熱交換器３８を介して熱的にカスケード接続されている。そして、冷却装置３０では、本体ユニット１２および本体ユニット１２と別置される外部ユニット１４に分けて一次回路３２の構成要素が設置され、二次回路３４が本体ユニット１２に設置されている。

前記熱交換器３８は、一次回路３２を構成する第１熱交換部４０と、この第１熱交換部４０と別系統に形成されて、二次回路３４を構成する第２熱交換部４２とを備えている。熱交換器３８は、例えばプレート式のものが採用される。そして、熱交換器３８では、第１熱交換部４０を流通する一次冷媒(冷媒)と第２熱交換部４２を流通する二次冷媒(冷媒)との間で、一次冷媒が二次冷媒から吸熱すると共に、二次冷媒が一次冷媒に対して放熱する熱交換を行なうようになっている。

前記一次回路３２は、本体ユニット１２に設置した熱交換器３８に設けた第１熱交換部４０と、本体ユニット１２と別置される外部ユニット１４に設置した空冷式の凝縮器３６とを、液配管４４およびガス配管４６で接続して構成される。外部ユニット１４には、図示しない送風ファンが配設され、送風ファンにより凝縮器３６に対して送風するようになっている。なお、一次回路３２に充填される一次冷媒としては、フロンＲ１３４ａ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ４１０Ａ等が採用され、特に臨界温度が６０℃以上の媒体が好ましい。また一次回路３２には、液配管４４にポンプ(流量調節手段)４８が介挿され、このポンプ４８により凝縮器ＣＤから第１熱交換部４０へ向けて液配管４４を介して液相一次冷媒が圧送されるようになっている。ポンプ４８は、液相一次冷媒の流量を調節可能なものが用いられ、例えば回転子の回転動あるいはダイヤフラムやプランジャーの往復動によって液相一次冷媒を圧送するタイプであれば、その時間当りの回転数や往復数を可変制御することで流量を調節したり、あるいは弁体の開閉により吐出抵抗を可変制御することで流量が適宜調節される。凝縮器３６は、水平方向に延在する直線部分が上下の関係で配置された蛇行状に形成した放熱管路(流路)３６ａと、この放熱管路３６ａに接続され、熱伝導性に優れたアルミや銅等の金属材料からなるフィン(図示せず)とを備えるフィンアンドチューブタイプが採用されている。

実施例の冷却装置３０は、本体ユニット１２より外部ユニット１４が下方に配置されており、外部ユニット１４に設置した凝縮器ＣＤが、本体ユニット１２に設置した熱交換器３８の第１熱交換部４０より下方に位置している。この第１熱交換部４０と凝縮器３６との位置関係において、液配管４４は、始端が凝縮器３６の下部に位置する放熱管路３６ａの流出端に接続されると共に、終端が第１熱交換部４０の下部に接続されている。一方、ガス配管４６は、始端が第１熱交換部４０の上部に接続されると共に、終端が凝縮器３６の上部に位置する放熱管路３６ａの流入端に接続されている。そして、一次回路３２には、第１熱交換部４０で液相一次冷媒を蒸発させて気相一次冷媒とし、この気相一次冷媒を第１熱交換部４０から凝縮器３６へガス配管４６を介して導入し、凝縮器３６で気相一次冷媒を凝縮して液相一次冷媒とし、液相一次冷媒をポンプ４８によって凝縮器３６から第１熱交換部４０へ液配管４４を介して圧送する一次冷媒の循環サイクルが形成される。

前記冷却装置３０では、外部ユニット１４の周囲温度の変動による凝縮器３６の放熱能力の変化に応じてポンプ４８の圧送量が可変制御されて、一次回路３２を循環する一次冷媒の流量が調節される。また冷却装置３０は、凝縮器３６に設けた温度測定手段５０,５２による温度測定結果に基づいてポンプ４８が駆動または停止制御される。冷却装置３０は、外部ユニット１４の周囲温度が低下して凝縮器３６の放熱能力が大きくなると、ポンプ４８の圧送量を減少させる制御を行ない、一次回路３２に循環する一次冷媒の流量を減少させるようになっている。また冷却装置３０は、更に周囲温度が低下して凝縮器３６の放熱能力が過剰となると、ポンプ４８を停止する制御を行ない、一次回路３２における一次冷媒の循環を停止するようになっている。そして、冷却装置３０は、外部ユニット１４の周囲温度が上昇して放熱能力が小さくなると、ポンプ４８の圧送量を増大させる制御を行ない、一次回路３２に循環させる一次冷媒の流量を多くする。このように、冷却装置３０では、周囲温度を測定する温度センサＴＨの温度測定結果に基づいて求められる凝縮器３６の放熱能力の変化に反比例させて、ポンプ４８による一次冷媒の流量を増減するよう構成される。

前記ポンプ４８の駆動または停止制御に関して具体的に説明する。凝縮器３６には、放熱経路３６ａにおける一次冷媒の流通方向に離間した一対の温度測定手段５０,５２が、該放熱経路３６ａに添わせて設置され、夫々の温度測定手段５０,５２によって放熱経路３６ａを流通する一次冷媒の温度が測定される。一方の温度測定手段(以下、第１温度測定手段と云う)５０は、凝縮器３６においてポンプ４８の入り口と同じ高さまたは当該入り口より高い位置に配置されている。これに対し、他方の温度測定手段(以下、第２温度測定手段と云う)５２は、凝縮器３６において放熱経路３６ａの流入端から放熱経路３６ａにおける第１温度測定手段５０の配置位置までの間に設けられる。ここで、第２温度測定手段５２は、第１温度測定手段５０より上方で、かつ凝縮器３６の放熱経路３６ａにおいて、ガス配管４６から流入した気相一次冷媒と、該気相一次冷媒が周囲雰囲気と熱交換することで凝縮した液相一次冷媒とが共存(安定したつり合った平衡状態)した飽和状態となる予定位置またはその近傍に配置される。すなわち、第２温度測定手段５２は、一次回路３２における冷媒循環サイクルの飽和温度を測定するようになっている。

前記冷却装置３０は、第１温度測定手段５０による温度測定結果と、第２温度測定手段５２による温度測定結果とを比較して、第１温度測定手段５０による温度測定結果が、第２温度測定手段５２による温度測定結果から予め設定した余裕値を差し引いた値より低い場合に、ポンプ４８の駆動を許容するよう構成される。また冷却装置３０は、第１温度測定手段５０による温度測定結果が、第２温度測定手段５２による温度測定結果から余裕値を差し引いた値以上である場合に、駆動しているポンプ４８を停止し、停止しているポンプ４８の停止状態を継続するよう構成される。ここで、余裕値は、ポンプ４８の保護のために設定された数値であって、０℃〜数℃の間で設定され、すなわち条件によっては余裕値を設定しない場合もある。なお、第１温度測定手段５０および第２温度測定手段５２の温度測定結果から、周囲温度の変動による凝縮器３６の放熱能力の変化を算出してもよい。

前記二次回路３４は、気相二次冷媒を圧縮する圧縮機ＣＭと、気相二次冷媒から熱を奪って凝縮液化する第２熱交換部４２と、液相二次冷媒の圧力を低下させる膨張弁(絞り手段)ＥＶと、液相二次冷媒を蒸発気化させる蒸発器ＥＰとを、冷媒配管１６で接続して構成される。なお、二次回路３４に充填される一次冷媒としては、フロンＲ１３４ａ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ２９０またはＲ６００ａ等が採用され、特に０℃〜６０℃の範囲で凝縮および蒸発が可能な媒体が好ましい。二次回路３４では、圧縮機ＣＭによる二次冷媒の圧縮によって膨張弁ＥＶを境にして生じる圧力差により、圧縮機ＣＭ、第２熱交換部４２、膨張弁ＥＶ、蒸発器ＥＰおよび圧縮機ＣＭの順に、二次冷媒が強制循環され、各機器の作用下に蒸発器ＥＰにより対象物を冷却するようになっている。第２熱交換部４２では、圧縮機ＣＭから流入した気相二次冷媒が、管路を流通する過程で第１熱交換部４０を流通する液相一次冷媒と熱交換して熱が奪われることで凝縮液化して、液相二次冷媒とされる。

〔実施例の作用〕
次に、実施例に係る冷却装置３０の作用について説明する。冷却装置３０の一次回路３２では、気相一次冷媒が凝縮器３６の放熱管路３６ａを流通する過程で放熱することで液化し、気相一次冷媒から液相一次冷媒に相転移する。液相一次冷媒は、ポンプ４８により圧送されて液配管４４を介して第１熱交換部４０に流入し、第２熱交換部４２を流通する気相二次冷媒と熱交換することで蒸発し、液相一次冷媒から気相一次冷媒に相転移する。そして、気相一次冷媒は、ガス配管４６を介して凝縮器３６に流入する。このように、一次回路３２において、一次冷媒が凝縮器３６と第１熱交換部４０との間で循環するサイクルを繰返す。

一方、二次回路３４では、圧縮機ＣＭで気相二次冷媒が圧縮されて、この気相二次冷媒が冷媒配管１６を介して第２熱交換部４２に流入し、第１熱交換部４０を流通する一次冷媒に冷却されて凝縮液化することで液相二次冷媒に相転移する。液相二次冷媒は、膨張弁ＥＶで減圧され、蒸発器ＥＰにおいて周囲から熱を奪って一挙に膨張気化することで、蒸発器ＥＰにより対象物が冷却される。そして、蒸発器ＥＰで蒸発した気相二次冷媒は、冷媒配管１６を経て圧縮機ＣＭに帰還する強制循環サイクルを繰返す。

前記冷却装置３０は、外部ユニット１４の周囲温度が低下して凝縮器３６の放熱能力が高くなると、ポンプ４８による液相一次冷媒の圧送量を減らして一次回路３２に循環する冷媒の流量を減少させることで、凝縮器３６に滞留させる一次冷媒を多くする。なお、凝縮器３６の放熱能力は、温度センサＴＨによる前記周囲温度の測定結果から求められる。凝縮器３６に滞留する一次冷媒が多くなるにつれて、凝縮器３６における周囲雰囲気との熱交換面積が減少するので、温度の低い周囲雰囲気と一次冷媒との熱交換量のバランスが調節される。また、外部ユニット１４の周囲温度が上昇して凝縮器３６の放熱能力が低くなると、ポンプ４８による液相一次冷媒の圧送量を増大して一次回路３２に循環する冷媒の流量を多くすることで、凝縮器３６に滞留させる一次冷媒を減少させる。凝縮器３６に滞留する一次冷媒が減少するにつれて、凝縮器３６における周囲雰囲気との熱交換面積が増大するので、温度の高い周囲雰囲気と一次冷媒との熱交換量のバランスが調節される。すなわち、外部ユニット１４の周囲温度が変動しても、凝縮器３６における放熱能力を適宜に調節することができるから、第１熱交換部４０による第２熱交換部４２の冷却能力を適切に保つことができ、二次回路３４の第２熱交換部４２における気相二次冷媒の凝縮作用に対して影響を与えない。そして、二次回路３４では、高圧側と低圧側との圧力差が適切に保持されるので、蒸発器ＥＰにおいて対象物が過冷却することを回避できる。このように、冷却装置３０は、周囲温度の変動の影響を受けずに安定した冷却機能を示す。

例えば、冷却装置３０を製氷機に組み込む場合には、第２熱交換部４２および膨張弁ＥＶを経由せずに圧縮機ＣＭから蒸発器ＥＰへホットガスを直接導入するバイパス回路(図示せず)が設けられ、製氷運転では圧縮機ＣＭ、第２熱交換部４２、膨張弁ＥＶおよび蒸発器ＥＰを二次冷媒を循環して、蒸発器ＥＰで対象物である製氷部(図示せず)を冷却する。また除氷運転では、圧縮機ＣＭからバイパス回路を介して蒸発器ＥＰへホットガスを導入し、蒸発器ＥＰを加熱することで製氷部を加熱する。ここで、除氷運転では、蒸発器ＥＰへ導入するホットガスが高温高圧になる程除氷能力が高くなることから、二次回路３４における高圧側の圧力を低下させないことが求められる。一方、製氷運転では、膨張弁ＥＶに液相二次冷媒を流すための圧力差があればよいので、二次回路３４における高圧側と低圧側との間で要求される圧力差が除氷運転より低い。前述の如く、二次回路３４は、熱交換器３８で一次回路３２と熱的に接続されただけで、冷媒の経路としては一次回路３２と独立して構成され、かつ外部ユニット１４の周囲温度の変動に応じて一次回路３２における放熱能力を調節することで、二次回路３４における高圧側と低圧側との圧力差の変動を抑制することが可能である。これに加えて冷却装置３０は、ポンプ４８によって外部ユニット１４の周囲温度にかかわらず積極的に流量調節することで、運転状況等に合わせて冷却装置３０全体のバランスを適宜に調節することも可能である。具体的には、製氷運転では、ポンプ４８の圧送量を少なく制御して一次回路３２による二次回路３４の放熱能力を抑えることで、二次回路３４の高圧側の圧力を低下させて、蒸発器ＥＰにおける冷却能力を向上させることができる。除氷運転では、ポンプ４８の圧送量を多く制御して一次回路３２による二次回路３４の放熱能力を高くすることで、二次回路３４の高圧側の圧力を上昇させて、蒸発器ＥＰにおける除氷能力を向上させることができる。

前記冷却装置３０は、ポンプ４８を停止して一次回路３２における一次冷媒の循環を停止すると、一次回路３２による二次回路３４の放熱が行なわれなくなる。すなわち、冷却装置３０は、ポンプ４８の停止によって二次回路３４が外部ユニット１４側の温度変動の影響を全く受けない状態とすることができる。従って、外部ユニット１４の周囲温度が低い場合であっても、二次回路３４の高圧側を高く維持することができ、除氷運転を短縮して製氷効率を向上し得る。また、ホットガス回路を備えていないオーガ式の製氷機に冷却装置３０を適用した場合であっても、周囲温度の変動による蒸発器ＥＰの過冷却を回避し得るから、回転刃やこの回転刃を駆動するモータ等の機構部の過負荷を抑制できる。なお、前記機構部の負荷をセンサで検出して、この検出結果に応じてポンプ４８を流量調節して一次回路３２による二次回路３４の放熱能力を調節することで、更に機構部への負荷を軽減し得る。

前記冷却装置３０は、外部ユニット１４の周囲温度の変動に対応するために二次回路３４に二次冷媒を滞留させる必要がないから、二次回路３４に充填する二次冷媒の量を少なくすることができる。二次回路３４に充填する二次冷媒量を低減することで、圧縮機ＣＭを始動した際に起こるオイルフォーミング等による吐油や、圧縮機ＣＭに封入した潤滑油の粘度低下による圧縮機ＣＭにおける動作部分の摩耗等を回避でき、圧縮機ＣＭの信頼性を向上できる。また、二次冷媒を貯留するための受液器を二次回路３４から省くことが可能となり、二次回路３４の構成を簡易にすることができる。

前記冷却装置３０は、一次回路３２に圧縮機ＣＭを備えていないので、一次回路３２内に圧縮機ＣＭの潤滑油等の油分が存在しておらず、第１熱交換部４０や凝縮器３６の放熱管路３６ａに二次冷媒の熱交換を阻害する油膜が付着することがなく、熱交換器３８における熱交換効率や凝縮器３６における放熱能力に優れている。図６を参照して説明した従来例の冷却装置１０では、圧縮機ＣＭから流出した潤滑油が冷却回路１１内を冷媒と一緒に循環するので、本体ユニット１２と外部ユニット１４の設置位置を離して冷媒配管１６が長くなると、圧縮機ＣＭにおいて潤滑油不足を招く問題がある。これに対し、実施例の冷却装置３０は、二次回路３４が本体ユニット１２に全て設けられると共に一次回路３２と二次回路３４とが独立しているので、本体ユニット１２と外部ユニット１４との設置位置が離れても従来の如き問題は生じない。すなわち、冷却装置３０は、本体ユニット１２および外部ユニット１４の設置位置の自由度が高い。

前記第１温度測定手段５０および第２温度測定手段５２の温度測定結果に基づくポンプ４８の駆動制御について説明する。第２温度測定手段５２は、凝縮器３６の放熱管路３６ａにおける気相一次冷媒と液相一次冷媒とが平衡状態となる予定位置に対応して設置され、第１温度測定手段５０により一次冷媒の飽和温度が測定される。第１温度測定手段５０は、気相一次冷媒と液相一次冷媒とが平衡状態となる予定位置に対応して設置された第２温度測定手段５２より下方に設置され、過冷却された液相一次冷媒の温度を測定することを予定している。ここで、飽和温度より過冷却された液相一次冷媒の温度は低くなる。すなわち、冷却装置３０では、第１温度測定手段５０の温度測定結果と第２温度測定手段５２の温度測定結果を比較した際に、第２温度測定手段５２の温度測定結果より第１温度測定手段５０の温度測定結果が低くなれば、放熱管路３６ａにおいて第１温度測定手段５０の設置位置まで液相一次冷媒が満たされていることが確認される。また、第１温度測定手段５０は、ポンプ４８の入り口側以上の高さに配置されているから、第１温度測定手段５０の設置位置まで放熱管路３６ａに液相一次冷媒が満たされていれば、液配管４４側の液相一次冷媒の滞留高さがポンプ４８の入り口まで少なくとも達していることが判定できる。これに対し、第２温度測定手段５２の温度測定結果より第１温度測定手段５０の温度測定結果が高くなれば、放熱管路３６ａにおいて第１温度測定手段５０の設置位置まで液相一次冷媒が満たされておらず、液配管４４側の液相一次冷媒の滞留高さがポンプ４８の入り口まで達していないことが判定できる。ポンプ４８の入り口まで液相一次冷媒が満たされていなければ、ポンプ４８を停止する一方、ポンプ４８の入り口まで液相一次冷媒が満たされた状態で、ポンプ４８の駆動を許容するよう制御することで、気相一次冷媒をポンプ４８が吸い込むことに起因するキャビテーションを回避して、ポンプ４８の故障を防止できる。また、ポンプ４８による流量調節の精度も向上し得る。そして実施例では、余裕値を設定して、判定の確実性を増している。

(変更例)
本発明は、実施例の構成に限定されず、以下の如く変更することも可能である。なお変更例において、特に説明しない構成は実施例の構成が採用される。
(１)図２に示す変更例１に係る冷却装置６０は、外部ユニット１４が本体ユニット１２より上方に配置され、外部ユニット１４に設置した凝縮器３６が、本体ユニット１２に設置した熱交換器３８の第１熱交換部４０より上方に位置している。この第１熱交換部４０と凝縮器３６との位置関係において、液配管４４は、始端が凝縮器３６の下部に位置する放熱管路３６ａの流出端に接続されると共に、終端が第１熱交換部４０の上部に接続されている。一方、ガス配管４６は、始端が第１熱交換部４０の下部に接続されると共に、終端が凝縮器３６の上部に位置する放熱管路３６ａの流入端に接続されている。そして、一次回路６２では、第１熱交換部４０で液相一次冷媒を蒸発させて気相一次冷媒とし、この気相一次冷媒が、第１熱交換部４０と凝縮器３６の圧力差および一次冷媒の密度差によって第１熱交換部４０から凝縮器３６へガス配管４６を介して自然に導入される。また一次回路６２では、凝縮器３６で気相一次冷媒を凝縮して液相一次冷媒とし、液相一次冷媒が、第１熱交換部４０と凝縮器３６の圧力差および一次冷媒の密度差によって凝縮器３６から第１熱交換部４０へ液配管４４を介して自然に流下する。このように、変更例１の一次回路６２には、一次冷媒の自然対流サイクルが形成される。更に、液配管４４には、該液配管４４を流下する液相一次冷媒の流量を調節可能な流量調節弁(流量調節手段)６４が介挿されている。

変更例１の冷却装置６０では、温度センサＴＨによって測定した外部ユニット１４の周囲温度の変動から求めた凝縮器３６の放熱能力の変化に応じて、流量調節弁６４が開閉制御される。すなわち、冷却装置６０は、外部ユニット１４の周囲温度が低下して凝縮器３６の放熱能力が大きくなると、流量調節弁６４を開放度合いを絞って、一次回路３２に循環する一次冷媒の流量を減少させるようになっている。また冷却装置６０は、更に周囲温度が低下して凝縮器３６の放熱能力が過剰となると、流量調節弁６４を閉成し、一次回路３２における一次冷媒の循環を停止するようになっている。そして冷却装置６０は、外部ユニット１４の周囲温度が上昇して放熱能力が小さくなると、流量調節弁６４の開放度合いを大きくして、一次回路３２に循環させる一次冷媒の流量を多くする。このように、冷却装置６０では、凝縮器３６の放熱能力の変化に反比例させて、流量調節弁６４によって一次冷媒の流量を増減することで、第１熱交換部４０による第２熱交換部４２の冷却能力を適切に調節することができ、二次回路３４における第２熱交換部４２の気相二次冷媒の凝縮作用に対して影響を与えない。

変更例１の一次回路６２には、液配管４４における凝縮器３６の出口側と流量調節弁６４の入り口側との間に立ち上がり部４４ａが設けられている。立ち上がり部４４ａは、液配管４４において管路を上方に立ち上げた部位であって、立ち上がり部４４ａにおいて上昇勾配から下降勾配に切り替わる変曲点は、凝縮器３６における放熱管路３６ａの流出端に接続する液配管４４の始端の高さより上方で、放熱管路３６ａの流入端より下方に配置される。すなわち、液配管４４に立ち上がり部４４ａを設けることで、凝縮器３６の放熱管路３６ａに立ち上がり部４４ａの変曲点の高さまで液相一次冷媒を滞留させることが可能となり、滞留した液相一次冷媒を送風ファンによる送風によって過冷却することができる。従って、流量調節弁６４には、気相一次冷媒を含まない液相一次冷媒を流下させることができ、流量調節弁６４の開閉による一次回路６２に循環させる冷媒の流量調整が容易になる。なお、流量調節弁６４に気相一次冷媒を含んだ液相一次冷媒が供給されると、気相一次冷媒の影響を受けて流量調節弁６４の開放度合いと一次回路６２における一次冷媒の流量との調節をすることが難しい。

(２)図３に示す変更例２に係る冷却装置７０は、一次回路７１における凝縮器３６と第１熱交換部４０との間に液タンク７２を付加した構成となっている。液タンク７２は、第１熱交換部４０より上方に配置されている。液タンク７２と凝縮器３６との間は、第１液配管７３および第１ガス配管７４で接続され、液タンク７２と第１熱交換部４０との間は、第２液配管７５および第２ガス配管７６で接続されている。第１液配管７３は、始端が凝縮器３６の下部に位置する放熱管路３６ａの流出端に接続されると共に、終端が液タンク７２の下部に接続され、第１液配管７３を介してポンプ４８により凝縮器３６から液タンク７２へ液相一次冷媒を圧送するようになっている。第１ガス配管７４は、始端が液タンク７２の上部に接続されると共に、終端が凝縮器３６の上部に位置する放熱管路３６ａの流入端に接続されている。第２液配管７５は、始端が液タンク７２の下部に接続されると共に、終端が第１熱交換部４０の上部に接続され、液タンク７２から下降勾配となる第２液配管７５を介して液相一次冷媒が自然に流下するようになっている。第２ガス配管７６は、始端が第１熱交換部４０の下部に接続されると共に、終端が液タンク７２の上部に接続されている。また、第２液配管７５には、該第２液配管７５を流下する液相一次冷媒の流量を調節可能な流量調節弁６４が介挿されている。変更例２の冷却装置７０では、一次回路７１においてポンプ４８による流量調節と流量調節弁６４による流量調節とを行なうことができる。変更例２の冷却装置７０によれば、一次回路７１に液タンク７２を備えているので、一次回路７１に循環させる一次冷媒の量を多く設定することができる。

(３)実施例、変更例１および２では、一次回路３２,６２,７１において凝縮器３６と第１熱交換部４０とが１対１の対応関係にある場合を説明したが、図４に示す変更例３の冷却装置８０または図５に示す変更例４の冷却装置９０の如く、１基の凝縮器３６に対して複数(図では２基)の第１熱交換部４０を接続する構成であってもよい。すなわち、複数の本体ユニット１２で、１基の凝縮器３６を備えた１台の外部ユニット１４を共有することができる。

(４)実施例では、圧力を下げる絞り手段として、膨張弁を挙げたが、キャピラリーチューブであってもよい。

本発明の好適な実施例に係る冷却装置を示す概略図である。変更例１に係る冷却装置を示す概略図である。変更例２に係る冷却装置を示す概略図である。変更例３に係る冷却装置を示す概略図である。変更例４に係る冷却装置を示す概略図である。従来の冷却装置を示す概略図である。

符号の説明

１６冷媒配管，３２,６２,７１一次回路，３４二次回路，３６凝縮器，
３６ａ放熱管路(流路)，３８熱交換器，４０第１熱交換部，４２第２熱交換部，
４４液配管，４４ａ立ち上がり部，４６ガス配管，４８ポンプ(流量調節手段)，
５０第１温度測定手段(温度測定手段)，５２第２温度測定手段(温度測定手段)，
６４流量調節弁(流量調節手段)，７３第１液配管，７５第２液配管，
７４第１ガス配管，７６第２ガス配管，ＥＶ膨張弁(絞り手段)，ＥＰ蒸発器，
ＣＭ圧縮機

Claims

熱交換器(38)に設けられ、液相冷媒を蒸発させて気相冷媒とする第１熱交換部(40)と、気相冷媒を凝縮して液相冷媒とする凝縮器(36)とを有し、液相冷媒を凝縮器(36)から第１熱交換部(40)へ液配管(44,73,75)を介して流通させると共に、気相冷媒を第１熱交換部(40)から凝縮器(36)へガス配管(46,74,76)を介して流通させる一次回路(32,62,71)と、
前記熱交換器(38)に前記第１熱交換部(40)と独立して設けられ、該第１熱交換部(40)に流通する冷媒との熱交換により冷却される第２熱交換部(42)、絞り手段(EV)、蒸発器(EP)および圧縮機(CM)を冷媒配管(16)で接続した二次回路(34)とを備え、
前記液配管(44,73,75)には、液相冷媒の流量を調節可能な流量調節手段(48,64)が介挿される
ことを特徴とする冷却装置。
前記流量調節手段として、液相冷媒を前記第１熱交換部(40)へ向けて圧送すると共に、圧送する液相冷媒の流量を調節可能なポンプ(48)が用いられる請求項１記載の冷却装置。
前記凝縮器(36)には、冷媒の流路(36a)における該冷媒の流通方向に離間した一対の温度測定手段(50,52)が該流路(36a)に夫々添わせて設けられ、これら温度測定手段(50,52)による測定温度差に基づいて前記ポンプ(48)が駆動制御される請求項２記載の冷却装置。
前記凝縮器(36)は、前記第１熱交換部(40)より高い位置に配置され、前記流量調節手段として、前記液配管(44)を流下する液相冷媒の流量を調節可能な流量調節弁(64)が用いられる請求項１記載の冷却装置。
前記液配管(44)には、前記凝縮器(36)の出口側と前記流量調節弁(64)との間に立ち上がり部(44a)が設けられている請求項４記載の冷却装置。