JP2009243819A - 冷凍装置または冷蔵装置の室内機、冷凍装置、冷蔵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】絞り装置として電子膨張弁を有し、冷却運転と霜取運転が可能な室内機において、室内機が備えるべき温度センサを従来より少なくする。
【解決手段】電磁弁９、電子膨張弁１０、冷却器１１を有し、室外機２からの冷媒を電磁弁９、電子膨張弁１０、および冷却器１１を経て室外機２へ戻す冷媒回路を備え、冷却運転と霜取運転とが可能な冷凍または冷蔵装置の室内機１であって、冷却器１１の入口と出口にそれぞれ温度センサ１２，１３を備え、これらの温度センサの測定温度に基づいて、冷却運転時の電子膨張弁１０の開度制御と、霜取運転時の運転終了判定制御および過熱防止制御とを行う。
【選択図】図１

Description

この発明は、冷凍装置または冷蔵装置の負荷側装置である室内機、およびそれを備えた冷凍装置および冷蔵装置に関し、特に、室内機の冷媒回路の絞り装置として電子膨張弁を採用した室内機の霜取運転制御に関連する。

従来の冷凍装置や冷蔵装置の室内機では、冷却器（蒸発器）の前段の絞り装置に機械式の温度膨張弁が用いられており、冷却器出口に取り付けられた感温筒の検知温度により、その開度調整が実施されている。これに対し、近年省エネルギー機器の要望により、機械式の温度膨張弁に代わって、電子膨張弁を用いた絞り装置の電子制御化が進められてきている。絞り装置に電子膨張弁を用いた場合において、冷却器入口に設けられたサーミスタの検知温度により、電子膨張弁の開度調整と霜取運転の終了判定を実施する方法が知られている（例えば、特許文献１）。

特許第２９９９７７６号公報

室内機の霜取方法としては、庫内温度が低い場合（０℃以下など）にはヒータを用いた霜取方法が一般的である。絞り装置に温度式膨張弁を用いた従来の室内機において、冷却器への着霜時の霜取運転の終了判定は、冷却器部分に設けられた機械式の霜取終了温度サーモの検知温度を用いて行っている。
また、霜取終了温度サーモの不具合などにより霜取終了温度に達しても霜取運転が終了しない場合は、庫内温度が上昇して入庫品の品質へ影響するため、ヒータ過熱防止用の温度サーモを利用して保護制御を実施している。

絞り装置を電子膨張弁とした場合においても、温度サーミスタの不具合時などによる庫内温度の上昇を防止するために、ヒータ過熱防止の制御が必要になる。このため、従来の方法を適用すれば、電子膨張弁の開度制御に利用する冷却器の入口と出口の２つの温度センサに加えて、さらにヒータ過熱防止に使用する温度センサが必要となる。

この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、絞り装置として電子膨張弁を備え、冷却運転と霜取運転が可能な冷凍装置または冷蔵装置の室内機において、室内機が備えるべき温度センサを従来より少なくでき、また、霜取運転終了の判定温度を自由に設定できる室内機、およびそれを備えた冷凍装置および冷蔵装置を提案するものである。

この発明は、開閉弁、電子膨張弁、冷却器を有し、室外機からの冷媒を前記開閉弁、前記電子膨張弁、および前記冷却器を経て前記室外機へ戻す冷媒回路を備え、冷却運転と霜取運転とが可能な冷凍装置または冷蔵装置の室内機であって、前記冷却器の入口と出口にそれぞれ温度センサを備え、前記温度センサの測定温度に基づいて、冷却運転時の前記電子膨張弁の開度制御と、霜取運転時の運転終了判定制御および過熱防止制御とを行うようにしたものである。

この発明の室内機は、冷却運転時の電子膨張弁の開度制御に使用される冷却器の入口と出口にそれぞれ備えた温度センサの測定温度に基づいて、冷却運転時の電子膨張弁の開度制御を行うため、従来よりも温度センサが少なくて済み、その分コストを抑えることが可能となる。また、霜取終了の判定温度を自由に設定可能にすることで、効率のよい霜取運転が可能となる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における冷凍装置（または冷蔵装置）の冷媒回路図である。このシステムは、負荷側装置である室内機１と、熱源側装置である室外機２とを備え、それらが液管３とガス管４で接続されている。
室内機１は、電磁弁９、絞り装置である電子膨張弁１０、および冷却器１１が順に接続された冷媒回路を有し、電磁弁９は液管３との連通を開閉制御する。冷却器１１にはその入口に冷却器入口温度センサ１２が、出口に冷却器出口温度センサ１３がそれぞれ設けられている。さらに、電磁弁９、電子膨張弁１０、冷却器入口温度センサ１２、冷却器出口温度センサ１３等と通信可能に接続されて、それらの動作を制御する制御器１４を有している。制御器１４は通常は冷却対象である冷蔵庫の外部に設けられる。
室外機２は、アキュムレータ８、圧縮機５、凝縮器６、レシーバ７が順に接続された冷媒回路を有し、レシーバ７の一端が液管３を介して室内機１の冷却器１１入口側に接続され、アキュムレータ８の一端がガス管４を介して室内機１の冷却器１１出口側に接続されている。
なお、この冷凍装置は、１台の室外機２に対して１台の室内機１が設置されているが、１台の室外機２に対して２台以上の室内機１を設置してもよい。

この冷凍装置は、通常冷却運転時、次のような動作を行う。室外機２の圧縮機５で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器６で外気に放熱して凝縮する。凝縮した高圧液冷媒は、レシーバ７に貯留されるとともに、液管３を通って室内機１側へ流れる。室内機１においては、開放された電磁弁９を通過し、電子膨張弁１０により減圧され、低圧二相冷媒となる。この低圧二相冷媒は冷却器１１により利用側の冷却負荷から吸熱し、低圧ガス冷媒となって室内機１から出て、ガス管４を介し室外機２に入る。室外機２に入った冷媒は、アキュムレータ８を通って再び圧縮機５に吸入される。この動作により、利用側の冷却負荷から吸熱し、外気に放熱する冷凍サイクルを形成する。

図１において、絞り装置である電子膨張弁１０は、冷却器１１の入口温度センサ１２の検知温度TH1および出口温度センサ１３の検知温度TH2を基に、制御器１４によってその開度が調整される。すなわち、冷却器１１出口の冷媒の過熱度（＝TH2-TH1）が所定の値となるように、制御器１４によりその開度が調整される。

図２は図１の室内機１における冷却器１１部分の詳細説明図であり、冷却器入口温度センサ１２、冷却器出口温度センサ１３、および霜取用ヒータ１５の取り付け位置を示す。 制御器１４は、（１）冷却運転の継続時間、（２）予め設定された時刻、（３）庫内温度測定用の温度センサ（図示せず）と冷却器入口および出口温度センサ１２，１３による検知温度等に基づいて、冷却器１１に着いた霜を溶かす霜取運転を実施する制御を行う。その際は電磁弁９を閉じることにより、圧縮機５を低圧カットさせ、冷却運転を停止させた状態で、霜取用ヒータ１５を通電させて霜取運転を実施する。

霜取運転時の終了判定方法としては次のような態様がある。冷却器出口温度センサ１３の検知温度TH2がある値（霜取終了判定温度）T1（例えば30℃）以上になった場合に、霜取運転終了と判断して霜取用ヒータ１５への通電と霜取運転を終了させる。
これに加えて、本実施の形態では、冷却器入口温度センサ１２を過熱防止制御用センサとして利用し、冷却器入口温度センサ１２の検知温度TH1がある値（過熱防止判定温度）T2（例えば50℃）以上になった場合には過熱異常として、霜取用ヒータ１５への通電と霜取運転を終了させる。霜取終了判定温度から20℃も上昇したということは、明らかに異常な状態と判断できるからである。
なお、上記の霜取終了判定温度30℃や、過熱防止判定温度50℃は、実験等を行って定めた値であり、実状に応じて適宜に定めてよい。
また、冷却器入口温度センサ１２による過熱防止温度T2の検知時は、霜取用ヒータ１５への通電の停止に加えて、電磁弁９を開いて冷却運転を実施してもよい。これにより冷却器を冷やして、庫内温度の上昇を抑制することが可能である。

上記においては、冷却器入口温度センサ１２を過熱防止制御用として利用し、冷却器出口温度センサ１３を霜取運転終了制御用として利用したが、これを逆にしてもよい。すなわち、冷却器入口温度センサ１２を霜取運転終了制御に利用し、冷却器出口温度センサ１３を過熱防止制御に利用する態様である。冷却運転中は、冷却器入口温度センサ１２と冷却器出口温度センサ１３が検知する温度は異なる。しかし、霜取用ヒータ１５を利用した霜取運転時には、冷却器１１の入口と出口での温度はほぼ同じため、冷却器入口温度センサ１２と冷却器出口温度センサ１３が検知する温度はほぼ同じとなる。このため、霜取運転中の制御はどちらのセンサを使用しても問題ない。ただし、センサの取り付け位置によって霜取運転中に両者の検知温度に差があることが、試験などにおいて明らかとなっている場合は、霜取終了判定値T1および過熱防止判定値T2に、その相違に対応した補正をすることが好ましい。

以上のように、本発明の実施の形態１に示す冷凍装置の室内機１では、電子膨張弁１０の開度制御に使用される冷却器入口温度センサ１２と冷却器出口温度センサ１３とにより、霜取運転終了のみならず過熱防止制御も実施しているため、従来過熱防止制御のために必要とされていた温度サーモを削減することができ、製品のコストダウンを図ることが可能となる。

実施の形態２．
ここでは、実施の形態１に記載の温度センサ１２，１３を用いた霜取終了判定方法の制御に関し、温度センサ１３が異常時の制御態様について説明する。

上述のとおり、過熱防止制御の判定温度T2は霜取終了の判定温度T1よりも通常は高い温度を示す（T2＞T1）ことから、冷却器入口温度センサ１２の検知温度TH1が過熱防止制御の検知温度T2を検知した場合は、冷却器出口温度センサ１３が正常に機能していない、すなわち異常であることが考えられる。冷却器出口温度センサ１３が異常の場合は、適正な運転ができないためその異常なセンサを修理・交換することが必要となる。しかしながらその場合には、応急的な処置として、正常な冷却器入口温度センサ１２を霜取終了判定にも利用して、霜取運転の終了制御を継続するようにするものである。

図３はこの発明の実施の形態２に係る、制御器１４による霜取終了判定制御のフローチャートである。図３のフローにしたがって実施の形態２を説明する。
霜取運転がスタートすると、冷却器入口温度センサ１２の測定温度TH1と冷却器出口温度センサ１３の測定温度TH2が、定期的に読み取られる。
続いて、冷却器出口温度センサ１３の測定温度TH2と霜取運転終了判定温度T1とを比較する（Ｓ１）。Ｓ１で、測定温度TH2が霜取運転終了判定温度T1以上であれば霜取運転を終了し（Ｓ２）、冷却運転に戻る（Ｓ３）。一方、測定温度TH2が霜取運転終了判定温度T1未満であれば、霜取運転を続行するとともに、冷却器入口温度センサ１２の測定温度TH1と過熱防止判定温度T2とを比較する（Ｓ４）。Ｓ４で、測定温度TH1が過熱防止判定温度T2未満である場合は、霜取運転を継続する（Ｓ５）。一方、測定温度TH1が過熱防止判定温度T2以上であれば、霜取運転を終了すると共に、Ｓ４の条件での霜取運転終了の回数をインクリメントする（Ｓ６）。そして、Ｓ４の条件での霜取運転終了の回数が「３」未満であれば冷却運転に戻る（Ｓ７→Ｓ３）。また、Ｓ６で、インクリメントされた回数が「３」となった場合は、冷却器出口温度センサ１３が異常であるとして、その異常を表示するとともに、霜取終了判定のための温度センサを冷却器入口温度センサ１２に切替え（Ｓ８）、その後冷却運転に戻る（Ｓ８→Ｓ３）。
なお、Ｓ７における霜取運転終了の回数「３」は一例であり、「２」以上の任意の数を設定してよい。
また、センサ異常検知後の冷却運転は、室内機を異常停止をさせないための応急運転であり、異常表示に応答して速やかに冷却器出口温度センサ１３が修理（又は交換）されるように利用者に促すことが好ましい。

以上説明したように、実施の形態２に示す室内機１の霜取運転終了および過熱防止の制御態様では、冷却器出口温度センサ１３が異常となった場合においても、冷却器入口温度センサ１２で霜取終了判定制御を実施できるため、冷却器出口温度センサ１３の修理・交換までの応急運転が可能であり、それにより庫内温度の上昇を防止することができる。

実施の形態３．
ここでは、庫内温度の設定値により霜取終了の判定温度を変化させて霜取運転を終了させる制御態様について説明する。

従来の霜取運転終了判定の温度サーモを用いた霜取運転の終了においては、室内機の対応可能な温度範囲（例えば、-25℃〜-5℃まで使用可能）に対して、終了の判定値は１点のみである。終了判定値が調整可能な場合においても、機械式の温度式サーモであるため、サーモ本体の調整部を操作する必要があり、冷蔵庫内の高所に設置された室内機の内部を作業するため非常な困難を伴う。実施の形態３はその問題を解決することができる。

庫内温度と霜取終了の適正温度との間には例えば図４に示すような相関関係があり、室内機の幅広い使用範囲の中で、霜取終了判定値を１点だけに絞ることは、終了判定値を低く設定した場合には霜取運転実施後も霜が残ることがある。一方、終了判定値を高く設定した場合には、霜が無くなったにもかかわらず霜取運転を継続するために、庫内温度を上昇させることになり冷却効率が悪くなる。

そこで、実施の形態３では、図４に示すような庫内温度と霜取終了判定値の適正な関係をあらかじめ試験等により割り出して、室内機１の運転を制御する制御器１４に予め記憶させておき、利用者が設定した庫内温度に対して適正な霜取終了温度で霜取運転が終了できるように設定しておく。図４に示すような関係は、庫内温度の設定値や温度センサの取り付け位置によっても左右されるため、機種毎にそれぞれの関係を算出しておくことが望ましい。
なお、実際の使用現場での霜取運転時の霜の溶け易さなどに合わせて、冷蔵庫外部に設置された制御器１４の操作によって、終了判定値を自由に設定できるようにしてもよい。また、実施の形態３の霜取終了制御の他の部分は、実施の形態１および２と同様としてよい。

実施の形態３の制御は、従来の温度サーモに代えて、温度センサを用いたことで容易に可能となった。そして、実施の形態３の霜取運転によれば、設定した庫内温度に応じて霜取終了の判定値を変化させるため、適正な温度で霜取運転を終了させることができるようになり、無駄な庫内温度上昇や残霜を防ぐことができ、効率のよい運転が可能である。

実施の形態４．
実施の形態３では、庫内温度の設定値によって霜取終了判定値を変化させる制御としたが、ここでは運転状況に応じて霜取判定値を変化させて適正な霜取運転制御を実施可能とする態様について説明する。

霜取運転を開始させる態様として、(1)設定した時間毎に霜取運転を開始する方法、(2)冷却運転の積算時間により霜取運転を開始させる方法、(3)冷却器出口温度などにより霜取運転を開始させる方法、(4)コントローラなどにより強制的に霜取運転を開始させる方法などがある。このうち、(3)の方法は、例えば庫内温度の設定値と冷却器出口温度センサの検知温度により、その差がある値以上になった場合に霜取運転を開始させるような方法であり、冷却器に霜が付いたことを想定して霜取運転を開始する方法である。ここでは、この(3)の方法を利用した霜取運転制御について説明する。

図５は通常の冷却運転時間と霜取運転時間との組合せパターンの例示図である。図５中の"A"で示すパターンは、上記(1)、(2)の方法などにより周期的に霜取運転を開始させる方法に対応し、霜の有無に関係なく定期的又は周期的に、例えば冷却運転４時間毎に霜取運転を実施する。
図５中の"B"で示すパターンは、上記(4)の方法により霜取運転を開始させた場合の適正運転パターンに対応するものであり、"A"、"C"のパターンに比べて冷却時間が長く取れる。
一方、 図５中の"C"で示すパターンは、上記(3)の方法により霜取運転を開始する方法に対応するものであり、霜取運転終了後に冷却運転を開始しても、冷却器の着霜状況に応じてすぐに霜取運転を開始する、すなわち冷却運転と霜取運転を頻繁に繰り返すような例である。

上記"C"のパターンのような運転となる原因としては、霜取運転によって霜が完全に溶かされずに、残霜しているにもかかわらず、霜取運転が終了していることが考えられ、さらにその原因は霜取運転終了の判定温度が低いことが挙げられる。すなわち、実際または想定される着霜状態に対して、霜取終了の判定温度が低いために、霜が残ったまま霜取運転を終了して冷却運転へ移行しまい、冷却運転を開始するとまたすぐに着霜状態になったと判断して、上述の(3)の制御により霜取運転へと移行するような場合である。

またもう１つの原因としては、実施の形態３のように庫内温度の設定値毎に霜取終了の判定値を変化させる制御をした場合で、その設定値が実際の室内機の使われ方や庫内負荷などによる霜付きとマッチしていない場合が考えられる。

上記のような運転状態を継続した場合、冷却運転を必要な時間継続できずに霜取運転へと移行することになるため、庫内温度を設定値まで下げることができないという不具合が生じる。このような状態を防止するため、ここでは、上述(3)の霜取運転制御が可能な場合において、以下の図６に示すような霜取運転の終了判定値の設定変更制御を実施する。

図６は実施の形態４に係る霜取運転終了判定値を増大させる制御フローチャートである。なお、この制御は制御器１４によって行われる。
霜取運転終了後に冷却運転を開始してから、次に霜取運転を開始するまでの時間をカウントする（Ｓ１１）。カウントした時間が冷却運転のために必要と考える予め定めた所定の時間（例えば１時間）以下の運転を複数回（例えば３回）繰返した場合には（Ｓ１２）、霜取運転により霜が完全に溶けていないと判断し（Ｓ１３）、現在の霜取終了判定値の温度を、例えば１度上昇させ、（T1+1）℃とする補正を行う（Ｓ１４）。なお、さらに次の霜取運転開始までの時間が上記所定時間以下であれば、霜取終了判定値の温度を更に１度上昇させる補正を行う。この補正制御により、霜取終了判定値が上昇するため、結果的に残霜を抑えることができる。

図６の制御例は、霜取終了判定温度が低すぎる場合の制御であるが、逆に高すぎる場合には、以下の図７に示すような霜取運転の終了判定温度の設定変更制御を実施する。図７は実施の形態４に係る霜取運転終了判定温度を減少させる制御フローチャートである。この制御も制御器１４によって行われる。
霜取運転終了後に冷却運転を開始してから、次に霜取運転を開始するまでの時間をカウントする（Ｓ２１）。カウントした時間が冷却運転を停止させるのがよいと考える予め定めた所定の時間（例えば４時間）以上の運転を複数回（例えば３回）繰返したかを判定し（Ｓ２２）、かつ現在の霜取終了判定温度が所定値（霜を溶かすための必要最低温度、例えば30℃）以上の場合には（Ｓ２３）、霜取終了判定温度が高いと判断し（Ｓ２４）、現在の霜取運転終了判定温度を、例えば１度下降させ（T1-1）℃とする補正制御を実施する（Ｓ２５）。つまり、運転時間が一定時間以上であるというだけでは、霜取終了判定温度が高いという判断はできない。それは、着霜量が少ない条件下では、霜取りが適正な温度で終了していても、冷却運転が長く続く可能性があるからである。そこで、ここでは霜を溶かすための必要最低温度を上回っているか否かも確認している。
以上の制御により霜取運転時の無駄な温度上昇を抑えることが可能である。

以上のように、本発明の実施の形態４の霜取運転の終了態様においては、設定した庫内温度に応じた霜取終了の判定値（温度）に対して、冷却運転と霜取運転の時間をカウントしながら霜取運転判定値を補正する制御を実施するため、あらかじめ制御器１４に入力していた庫内温度毎の霜取運転終了判定の値T1が実際の状況にマッチしていない場合においても、適正な霜取運転終了判定値となるように制御されて、霜取運転後の残霜や庫内温度の無駄な上昇を抑制することが可能となり、効率のよい運転を実施することができる。

本発明の活用例としては、冷凍倉庫や冷蔵倉庫などに設置される室内機がある。これらの室内機においても、絞り装置の電子化による省エネルギー化は要望が高く、この場合に、温度センサを利用して霜取運転終了および過熱防止制御を実施できることは製品のコストダウンに繋がる。また、霜取運転終了の判定値を制御により変化させることが可能であれば、霜取運転後の残霜もしくは無駄な庫内温度上昇を抑えることができ、効率のよい運転が可能となる。

実施の形態１に係る冷凍または冷蔵装置の冷媒回路図。 図１の室内機１における冷却器１１部分の詳細説明図。 実施の形態２に係る霜取運転終了判定制御のフローチャート。 実施の形態３に係る庫内温度と適正な霜取終了温度との相関関係図。 通常の冷却運転時間と霜取運転時間との組合せパターンの例示図。 実施の形態４に係る霜取運転終了判定値を増大させる制御フローチャート。 実施の形態４に係る霜取運転終了判定値を減少させる制御フローチャート。

符号の説明

１ 室内機（負荷側装置）、２ 室外機（熱源側装置）、３ 液管、４ ガス管、５ 圧縮機、６ 凝縮器、７ レシーバ、８ アキュムレータ、９ 電磁弁、１０ 電子膨張弁、１１ 冷却器、１２ 冷却器入口温度センサ、１３ 冷却器出口温度センサ、１４ 制御器、１５ 霜取用ヒータ。

Claims (8)

1. 開閉弁、電子膨張弁、冷却器を有し、室外機からの冷媒を前記開閉弁、前記電子膨張弁、および前記冷却器を経て前記室外機へ戻す冷媒回路を備え、冷却運転と霜取運転とが可能な冷凍または冷蔵装置の室内機であって、
   前記冷却器の入口と出口にそれぞれ温度センサを備え、前記温度センサの測定温度に基づいて、冷却運転時の前記電子膨張弁の開度制御と、霜取運転時の運転終了判定制御および過熱防止制御とを行うことを特徴とする冷凍または冷蔵装置の室内機。
2. 霜取運転時、前記冷却器の入口と出口の前記温度センサのうち、一方の温度センサは過熱防止制御用であり、他方の温度センサは霜取運転の終了制御用であることを特徴とする請求項１記載の冷凍または冷蔵装置の室内機。
3. 前記冷却器の入口と出口の前記温度センサのうち、霜取運転の終了制御用の前記温度センサが異常となった場合に、過熱防止制御用の前記温度センサで霜取運転の終了制御を継続することを特徴とする請求項２記載の冷凍または冷蔵装置の室内機。
4. 前記霜取運転の終了判定を、冷却対象である庫内温度の設定値に応じて予め定めた霜取終了判定温度により行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の冷凍または冷蔵装置の室内機。
5. 霜取運転終了後における冷却運転の開始から次の霜取運転の開始までの冷却時間について、冷却運転に必要な最短時間を定めておき、前記最短時間を経過する前に冷却運転から霜取運転に複数回切り替わった場合には、前記霜取終了判定温度を所定量増加させる補正を行うことを特徴とする請求項４記載の冷凍または冷蔵装置の室内機。
6. 霜取運転終了後における冷却運転の開始から次の霜取運転の開始までの冷却時間について、冷却運転を停止させるべき最長時間を定めておき、前記最長時間を経過した後に冷却運転から霜取運転に複数回切り替わった場合には、前記霜取終了判定温度を所定量減少させる補正を行うことを特徴とする請求項４又は５に記載の冷凍または冷蔵装置の室内機。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の室内機が、圧縮機および凝縮器を有する室外機に接続された冷凍装置。
8. 請求項１〜６のいずれかに記載の室内機が、圧縮機および凝縮器を有する室外機に接続された冷蔵装置。

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