JP2009150562A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍装置の運転効率の低下を抑制する。
【解決手段】冷凍装置３０は、インバータ圧縮機３２Ａを設けた第１冷凍回路３１Ａと、前記インバータ圧縮機より出力の高い一定速圧縮機３２Ｂを設けた第２冷凍回路３１Ｂとの２系統の独立した冷凍回路から構成され、１基の凝縮装置を共用している。通常は第１冷凍回路のみを運転させ、負荷に応じて第２冷凍回路の運転も開始される。凝縮装置は凝縮器３３と凝縮ファン３４からなる強制空冷式の凝縮装置で、凝縮器３３は風下側に第１冷凍回路３１Ａが使用する伝熱管４５Ａが配され、風上側に第２冷凍回路が使用する伝熱管４５Ｂが配される。両伝熱管は熱交換手段としての金属製フィンを共有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数系統の独立した冷凍回路に単一の凝縮器を共用させながらも、運転効率の低下を抑制し省エネルギを図った冷凍装置に関する。

一般に、２系統の独立した冷凍回路により構成される冷凍装置を備えた冷却貯蔵庫として、インバータ圧縮機で運転される第１の冷凍回路と、一定速圧縮機で運転される第２の冷凍回路とからなり、これら２つの冷凍回路が凝縮器と蒸発器を共用している型式のものがある。例えば特許文献１に記載されたものが提案されている。この特許文献１に記載された冷却貯蔵庫の凝縮器は、ファンにより強制的に送気または吸気される冷却風の風上側にインバータ圧縮機を備える第１冷凍回路の伝熱管が配設され、また風下側に一定速圧縮機を備える第２冷凍回路の伝熱管が配設されている。そして両伝熱管は熱交換手段としての金属製フィンを共有している。
特開２００５−１６８７４公報

しかしながら、上記記載の冷却貯蔵庫で、例えばインバータ制御により回転可変な圧縮機と、これより出力の大きい一定速圧縮機とを備えた冷凍回路の組み合わせによる冷凍装置の場合、２つの冷凍回路が共に運転中では、凝縮ファンの冷却風の風下となる一定速圧縮機側の冷凍回路の伝熱管は周囲温度より高い温度での熱交換になるため凝縮温度が高くなり、第２冷凍回路側の運転効率が悪くなる問題があった。

本発明は、上記のような事情に基づいて提案されたもので、その目的は消費電力の増加を抑えることにある。

本発明の冷凍装置は、複数系統の独立した冷凍回路が設けられ、少なくとも１つの冷凍回路は能力可変式の圧縮機により運転されるもので、他の冷凍回路は能力可変式圧縮器よりも高出力の一定速圧縮機により運転される冷凍回路であって、それぞれの冷凍回路は１つの空冷式の凝縮器を共用し、この凝縮器は能力可変式圧縮機により運転される冷凍回路が使用する伝熱管を風下側となる位置に配し、他の冷凍回路が使用する伝熱管は前記冷凍回路の伝熱管よりも風上側に配した構造であり、それぞれの伝熱管は複数枚の金属製フィンを共用するところに特徴を有する。
上記構成によれば、複数の冷凍回路が同時に運転中のとき、高出力の一定速圧縮機により運転される冷凍回路が使用する伝熱管は風上の配置をとるため、周囲温度の空気との熱交換が優先に行われ、凝縮温度の上昇を抑えられる。

また以下のような構成としてもよい。
（１）前記複数系統の独立した冷凍回路は１つの空冷式凝縮器を共用し、この凝縮器は能力可変式の圧縮機により運転される冷凍回路の伝熱管を風下側に配し、他の冷凍回路の伝熱管を風上側で上下複数段の異なる領域に配した構造をとる。
この構成ではすべての冷凍回路が運転されているときも、高出力の一定速圧縮機により運転される冷凍回路が使用する伝熱管は常に周囲温度の空気との熱交換が行われるため、さらに凝縮温度の上昇を抑えられる。

（２）前記空冷式の凝縮器への入口配管は凝縮器の領域の上側に設けられ、出口配管は領域の下側に設けられる。
この構成では凝縮器内を冷媒が上部から下部に向かい流れるため、冷媒内に凝縮液が滞留しにくくなり、圧縮機の高圧側と低圧側との間の高低圧差が小さくなる均圧化の時間が早められ、停止した後の再起動時における圧縮機の起動性が改善される。

本発明によれば、すべての冷凍回路が運転されている場合、高出力の一定速圧縮機により運転される冷凍回路が使用する伝熱管は強制空冷される凝縮器の空気の流れの風上側に配設されているため、常に周囲温度の空気との熱交換が行われる。これにより凝縮温度の上昇が抑えられ、運転効率の低下を防止すると共に消費電力の増大を抑制することができる。

＜実施形態＞
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。本発明の実施形態として、業務用の縦型冷凍庫を例示するが、これに限定されるものではない。
図１は冷凍庫の左側断面図、図２は冷凍庫における機械室の平面図、図３は冷凍庫に用いられる凝縮器の一部切欠正面図、図４は凝縮器の平面図、図５は凝縮器の右側面図である。
図１において、冷凍庫は正面開口部に断熱扉１２を有すると共に、冷凍庫本体１０の内部に冷凍室１１が画成されている。冷凍庫本体１０の天井壁１０Ａの中央には開口部１５が備えられ、この開口部１５を介して冷凍庫本体１０の上面に配設した冷凍装置３０の蒸発器２３が庫内に臨んでいる。詳しくは後述する冷凍回路をユニット化した冷凍装置３０がユニット台２０により天井壁１０Ａの上部に固定され、このユニット台２０の下部に設けた蒸発器３７が前記開口部１５を介して庫内に臨み、庫内ファン２６を備えた冷却ダクト２２と前記蒸発器３７とにより蒸発器室２３が構成されている。庫内１１の冷気は、矢印方向に循環して蒸発器３７と熱交換が行われる。

冷凍装置３０は第１冷凍回路３１Ａ（能力可変式圧縮機により運転される冷凍回路）と第２冷凍回路３１Ｂ（能力可変式圧縮器よりも高出力の一定速圧縮機により運転される冷凍回路）とを備えている。両冷凍回路３１Ａ、３１Ｂはそれぞれ第１圧縮機３２Ａ、第２圧縮機３２Ｂが備えられ、凝縮器３３と蒸発器３７を共用しているが、冷媒配管は合流することなく互いに独立している。
図２は機械室１４の概略平面図であり、第１圧縮機３２Ａはインバータ制御によりモータの回転数が可変駆動されるもので、回転数は数ステップに変化させることができる。第２圧縮機３２Ｂは回転数が電源周波数により決定される一定速圧縮機で、この第２圧縮機３２Ｂは少なくとも第１圧縮機３２Ａの出力が最大のときより大きい出力のものが選定されている。そして両圧縮機３２Ａ、３２Ｂは、ユニット台２０の上に並列に配置されて、後述する凝縮器３３の背面側に位置している。

凝縮器３３は、ユニット台２０の前面側(冷凍庫の正面側)に配置され、蛇行する伝熱管と、これに取り付けた複数の金属フィン４１により構成され、凝縮ファン３４により外部空気を矢印方向に吸引して前記フィン４１を通過させることで強制的な熱交換が行われる。凝縮器３３は、凝縮ファン３４により吸引される冷却風の流れの風下側となる背面側領域３３Ａに第１冷凍回路に連通する伝熱管４５Ａを備え、また風上側に配した前面側領域３３Ｂに第２冷凍回路に連通する伝熱管４５Ｂを備え、これら伝熱管４５Ａ、４５Ｂはフィン４１を共用して熱交換の効率を向上させている。
図５において前面側の領域３３Ｂでは、上端に設けた入り口配管４６Ｂに接続した伝熱管４５Ｂが蛇行しながら降下し、下端に設けた出口配管４７Ｂに接続している。同様に背面側の領域３３Ａでは、上端に設けた入り口配管４６Ａに接続している伝熱管４５Ａが蛇行しながら降下し、下端に設けた出口配管４７Ａに接続している。

次に冷凍ユニットの動作を説明する。
この実施形態では、庫内温度が予め定められたコントロール冷却特性に従うようにインバータによる圧縮機の回転数制御が行われる。具体的には運転制御部のメモリにはコントロール冷却特性が、目標となる温度降下の経時的変化のデータとして予め記憶されている。そして冷却運転中は、所定のサンプリング時間ごとに庫内温度センサ３９で庫内温度を検出して、同検出温度に基づいて実際の温度降下度が算出される一方、上記の記憶されたデータから庫内温度における目標の温度降下度が算出される。そして実際の温度降下度が目標の温度降下度よりも小さければ、第１圧縮機３２Ａの回転数を増速制御し、逆の場合は第１圧縮機３２Ａの回転数を減速制御することによりコントロール冷却特性に従った冷却がなされる。
またこの間に、庫内負荷の増大や、周囲温度の上昇等に起因して、第１圧縮機３２Ａだけでは能力不足と判断された場合、例えば第１圧縮機３２Ａが最高回転数に到達した後もなお回転数の増速指令が出されたような場合には、第２圧縮機３２Ｂの運転も開始されるようになっている。

冷凍装置３０が運転中のときは、凝縮ファンは常に駆動されて、送風状態にある。庫内負荷が小さい場合は、冷凍装置３０は第１冷凍回路３１Ａのみの運転となり、第１圧縮機３２Ａにより圧縮された冷媒ガスは凝縮器３３に圧送され、背面側領域３３Ａにおいて伝熱管４５Ｂとフィン４１により熱交換が行われ、冷却された冷媒ガスは過冷却液となる。
庫内負荷が増加したとき、もしくは周囲温度の上昇などにより第１冷凍回路だけでは能力不足となったときは、第２圧縮機３２Ｂも起動される。このとき冷凍装置３０の冷凍能力の総和が、第２圧縮機３２Ｂの起動により急激に増加することがないよう、最高回転数まで増速した第１圧縮機３２Ａに対し最小回転数に減速するよう指令が出される。
第２圧縮機３２Ｂの起動に伴い、凝縮器３３では、前面側領域３３Ｂにおいても冷媒ガスの熱交換が行われる。前面側領域３３Ｂにおいては常に室温付近の空気との熱交換となるため、凝縮温度は周囲温度にのみ影響される。
これに対し背面側領域は、第２圧縮機３２Ｂの起動により、前面側領域で行われた熱交換による影響で凝縮温度が上昇するが、この第２圧縮機３２Ｂは出力が低いため、凝縮温度の上昇による圧縮負荷の増加はより高い出力の一定速圧縮機と比べて少なく、運転効率の低下を抑えることができる。

以上のように本実施形態によれば、低出力の圧縮機を備えた第１冷凍回路３１Ａを凝縮器３３の背面側領域３３Ａに割り当て、高出力の圧縮機を備えた第２冷凍回路３１Ｂを前面側領域３３Ｂに割り当てることで、凝縮温度の上昇による圧縮仕事の増加を制御し得るものである。
これにより冷凍装置３０は、運転効率の低下を防ぎ、省エネルギを図ることが出来る。

＜他の実施形態＞
本発明は、上記記述による実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術範囲に含まれる。
（１）冷凍装置が３つの独立した冷凍回路を備え、能力可変式の圧縮機により運転される冷凍回路は凝縮器の背面側領域を使用し、他の冷凍回路は正面側領域を上下複数段に更に分割した領域をそれぞれが使用するようにしてもよい。
（２）能力可変式の圧縮機は、インバータ圧縮機に限らず、多気筒で負荷に応じて駆動する気筒数を調整するアンロード機能付きの圧縮機等、他の形式であってもよい。
（３）第２圧縮機は一定速圧縮機に限らず、インバータ圧縮機で最低時の出力が第１圧縮機の最高時の出力を超えるものであってもよい。
（４）蒸発器については各冷凍回路で別々に備えてもよい。
（５）本発明は、少なくとも１つの冷凍回路にインバータ圧縮機を備えた２系統の独立した冷凍回路を有し、かつ凝縮器を共用した冷凍装置であれば、上記実施形態に例を挙げた業務用の縦型冷蔵庫に限らず、横型冷蔵庫、冷凍庫、恒温高湿庫等の冷却貯蔵庫全般に装備されるものについて適用可能である。

本発明による冷凍庫の断面図 本発明の機械室の概略平面図 本発明の凝縮装置の一部切欠正面図 本発明の凝縮装置の一部切欠平面図 本発明の凝縮器の右側面図 本発明の他の実施形態（１）による凝縮器の右側面図

符号の説明

１０…冷凍庫本体 １０Ａ…天井壁 １２…断熱扉 １４…機械室 ２０…ユニット台 ２６…庫内ファン ３０…冷凍装置 ３１Ａ…第１冷凍回路 ３１Ｂ…第２冷凍回路 ３２Ａ…第１圧縮機(インバータ圧縮機) ３２Ｂ…第２圧縮機(一定速圧縮機) ３３…凝縮器 ３３Ａ…背面側領域 ３３Ｂ…前面側領域 ３４…凝縮ファン ３５Ａ、３５Ｂ…ドライヤ ３６Ａ、３６Ｂ…キャピラリ ３７…蒸発器 ４１…フィン ４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ…伝熱管 ４６Ａ、４６Ｂ、４６Ｃ…入り口配管 ４７Ａ、４７Ｂ、４７Ｃ…出口配管

Claims (4)

1. 独立した複数系統の冷凍回路(３１Ａ，３１Ｂ)を有し、少なくとも一系統の冷凍回路(３１Ａ)は能力可変式の圧縮機(３２Ａ)により運転され、各冷凍回路(３１Ａ，３１Ｂ)の伝熱管(４５Ａ，４５Ｂ)は強制空冷される一基の凝縮装置(３３)を共用する冷凍装置において、
   前記凝縮装置(３３)は、強制冷却される空気の流れの上流側から下流側にかけて分割された領域(３３Ｂ，３３Ａ)に各冷凍回路(３１Ａ，３１Ｂ)の伝熱管(４５Ａ，４５Ｂ)が割り当てられると共に、前記能力可変式の圧縮機(３２Ａ)により運転される冷凍回路(３１Ａ)の伝熱管(４５Ａ)は前記凝縮装置(３３)の分割された領域の最も下流側(３３Ａ)に配設され、
   更に各冷凍回路(３１Ａ，３１Ｂ)の伝熱管(４５Ａ，４５Ｂ)は前記凝縮装置(３３)の各対応領域へ上方から入って下方から出るように配設されていることを特徴とする冷凍装置。
2. 独立した３系統以上の冷凍回路を有し、少なくとも一系統の冷凍回路は能力可変式の圧縮機により運転され、各冷凍回路の伝熱管は強制空冷される一基の凝縮装置を共用する冷凍装置において、
   前記凝縮装置は、強制冷却される空気の上流側に鉛直方向に複数に分割された領域を有し、複数の冷凍回路の伝熱管が配設されると共に、下流側に単一の冷凍回路の伝熱管が配設され、
   前記単一の冷凍回路は能力可変式の圧縮機により運転され、
   更に各冷凍回路の伝熱管は前記凝縮装置の各対応領域へ上方から入って下方から出るように配設されていることを特徴とする冷凍装置。
3. 前記能力可変式の圧縮機(３２Ａ)により運転される冷凍回路(３１Ａ)と別の冷凍回路(３１Ｂ)は、能力可変式の圧縮機(３２Ａ)の最高時の出力よりも高い出力の圧縮機(３２Ｂ)により運転される請求項１または請求項２記載の冷凍装置。
4. 前記能力可変式の圧縮機(３２Ａ)により運転される冷凍回路(３１Ａ)と別の冷凍回路(３１Ｂ)は、能力可変式の圧縮機(３２Ａ)の最大時の消費電力よりも大きい消費電力の圧縮機(３２Ｂ)により運転される請求項１または請求項２または請求項３記載の冷凍装置。

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