JP2010025405A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍装置に関し、逆サイクルによるデフロスト運転時における冷媒不足を防止する。
【解決手段】冷凍装置（1）は、圧縮機（11）と庫外側熱交換器（12）とを有する熱源系統と、庫内に配置された庫内側熱交換器（41）を有する冷却系統とがガス連絡管（2）と液連絡管（3）とによって接続されて冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）を備えている。冷凍装置（1）は、庫外側熱交換器（12）が放熱器として機能し且つ庫内側熱交換器（41）が蒸発器として機能する冷却運転と、冷媒回路（10）の冷媒循環を正サイクルから逆サイクルに切り換えて利用側熱交換器（41）の除霜を行うデフロスト運転とを少なくとも行う。また、冷凍装置（1）は、デフロスト運転時に、液連絡管（3）内の冷媒を過冷却する過冷却ユニット（1C）を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷蔵冷凍庫用の利用側熱交換器を備えた冷凍装置に関し、特に、冷媒回路の逆サイクルによるデフロスト運転時における冷媒の循環量不足対策に係るものである。

従来より、冷凍サイクルを利用して冷蔵庫や冷凍庫等の庫内を冷却する冷凍装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような冷凍装置には、圧縮機と、熱源側熱交換器と、膨張弁と、利用側熱交換器とが接続されて冷凍サイクルを行う冷媒回路が設けられている。庫内を冷却する冷却運転の際には、圧縮機から吐出された冷媒が熱源側熱交換器、膨張弁、利用側熱交換器の順に流れ、熱源側熱交換器が放熱器として機能し、利用側熱交換器が蒸発器として機能する。その結果、庫内の空気は、利用側熱交換器に流入した低温のガス冷媒と熱交換して冷却される。

ところで、上述のような冷蔵庫や冷凍庫等の利用側熱交換器は、空気調和機の利用側熱交換器に比べて蒸発温度を低くしなければならず、霜が付着し易い。そのため、通常、冷蔵庫や冷凍庫等の利用側熱交換器として空気調和機の利用側熱交換器に比べて内容積の大きな熱交換器を用いることにより、蒸発温度を可能な限り高くして着霜を抑制することとしている。
特開２００７−２９８２０３号公報

しかしながら、上述のように利用側熱交換器の内容積を大きくしても着霜することがあり、そのような場合には逆サイクルによるデフロスト運転が行われる。しかし、着霜時には利用側熱交換器の温度が低く、該利用側熱交換器の内部の圧力が下がるために冷媒が溜まり込み易い。特に、利用側熱交換器の内容積が大きい場合、多量の冷媒が利用側熱交換器に溜まり込んでしまう。そのため、冷媒回路内における冷媒循環量が不足して十分にデフロスト運転が行えないという問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、冷凍装置に関し、逆サイクルによるデフロスト運転時における冷媒不足を防止することにある。

第１の発明は、圧縮機（11）と熱源側熱交換器（12）とを有する熱源系統と、庫内に配置された利用側熱交換器（41）を有する冷却系統とがガス連絡管（2）と液連絡管（3）とによって接続されて冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）を備え、上記熱源側熱交換器（12）が放熱器として機能し且つ上記利用側熱交換器（41）が蒸発器として機能する冷却運転と、上記冷媒回路（10）の冷媒循環を正サイクルから逆サイクルに切り換えて上記利用側熱交換器（41）の除霜を行うデフロスト運転とを行う冷凍装置であって、少なくとも上記デフロスト運転時に、上記液連絡管（3）内の冷媒を過冷却する過冷却手段（1C）を備えている。

第１の発明では、デフロスト運転時に、過冷却手段（1C）によって液連絡管（3）内の冷媒が過冷却される。これにより、液連絡管（3）内の圧力が下がり、利用側熱交換器（41）内において冷媒が溜まり込むことなく該液連絡管（3）側に円滑に流動する。

第２の発明は、第１の発明において、上記過冷却手段（1C）は、上記液連絡管（3）内の冷媒が流通する第１流路（54a）と、該第１流路（54a）の冷媒を過冷却するための冷媒が流通する過冷却冷媒回路（55）に接続された第２流路（54b）とを有し、上記第１流路（54a）を流通する冷媒と上記第２流路（54b）を流通する冷媒とを熱交換させる過冷却熱交換器（54）を備えている。

第２の発明では、液連絡管（3）内の冷媒は、過冷却熱交換器（54）の第１流路（54a）を流通する際に、第２流路（54b）を流通する過冷却冷媒回路（55）の冷媒と熱交換して過冷却される。

第３の発明は、第２の発明において、上記過冷却冷媒回路（55）は、過冷却用圧縮機（51）と、放熱用熱交換器（52）と、過冷却用膨張弁（53）と、上記過冷却熱交換器（54）の第２流路（54b）とが接続されて冷凍サイクルを行うように構成され、上記液連絡管（3）の上記過冷却熱交換器（54）よりも上記熱源側熱交換器（12）側に設けられて該液連絡管（3）内を流通する冷媒の温度を検出する第１液温センサ（96）と、上記庫内の空気温度を検出する庫内温度センサ（88）とを備え、少なくとも上記デフロスト運転時に、上記過冷却冷媒回路（55）において冷凍サイクルを行わせると共に、上記第１液温センサ（96）の検出値が上記庫内温度センサ（88）の検出値よりも低くなるように、該過冷却冷媒回路（55）の冷凍能力を制御する制御装置（70）を備えている。

第３の発明では、過冷却ユニット（1C）は、冷凍サイクルを行う過冷却冷媒回路（55）によって構成され、少なくともデフロスト運転時に、該過冷却冷媒回路（55）において冷凍サイクルが行われる。具体的には、過冷却用圧縮機（51）が駆動され、該過冷却用圧縮機（51）から吐出された冷媒は、放熱用熱交換器（52）で放熱して冷却された後、過冷却用膨張弁（53）で減圧されて低温になる。そして、該低温の冷媒が過冷却熱交換器（54）の第２流路（54b）に流入して第１流路（54a）内を流通する液連絡管（3）の冷媒から吸熱する。

また、このとき、過冷却冷媒回路（55）の冷凍能力は、制御装置（70）によって第１液温センサ（96）の検出値が庫内温度センサ（88）の検出値よりも低くなるように制御される。これにより、液連絡管（3）内を流通する冷媒は、過冷却熱交換器（54）において過冷却冷媒回路（55）の冷媒と熱交換して庫内温度よりも低くなる。その結果、過冷却熱交換器（54）よりも下流側の液連絡管（3）内の圧力が利用側熱交換器（41）内の圧力よりも下がり、利用側熱交換器（41）内の冷媒が該液連絡管（3）側に円滑に流動する。

第４の発明は、第３の発明において、上記過冷却用圧縮機（51）は、運転容量が可変に構成され、上記制御装置（70）は、上記過冷却用圧縮機（51）の運転容量を制御することによって上記過冷却冷媒回路（55）の冷凍能力を制御するように構成されている。

第４の発明では、制御装置（70）は、少なくともデフロスト運転時に、過冷却用圧縮機（51）を駆動すると共に、該過冷却用圧縮機（51）の運転容量を制御する。これにより、過冷却熱交換器（54）通過後の液連絡管（3）内の冷媒の温度が庫内温度よりも低くなるように過冷却冷媒回路（55）の冷凍能力が制御される。

第５の発明は、第４の発明において、上記制御装置（70）は、上記冷却運転時にも、上記過冷却冷媒回路（55）において冷凍サイクルを行わせるように構成されている。

第５の発明では、制御装置（70）は、デフロスト運転時だけでなく冷却運転時にも、過冷却冷媒回路（55）において冷凍サイクルを行わせる。これにより、冷却運転時においても、液連絡管（3）内を流通する冷媒が過冷却冷媒回路（55）の冷媒によって過冷却される。冷却運転時に該液連絡管（3）内の冷媒が過冷却されると、利用側熱交換器（41）に流入する冷媒の比エンタルピーが小さくなるため、利用側熱交換器（41）での吸熱量が増大する。これにより、冷媒回路（10）の冷凍能力が向上することとなる。

第６の発明は、第５の発明において、上記液連絡管（3）の上記過冷却熱交換器（54）よりも上記利用側熱交換器（41）側に設けられて該液連絡管（3）内を流通する冷媒の温度を検出する第２液温センサ（97）と、上記熱源側熱交換器（12）が収容された熱源側ケーシングの外部の空気温度を検出する外気温度センサ（85）とを備え、上記制御装置（70）は、上記冷却運転時に、上記第２液温センサ（97）の検出値が上記外気温度センサ（85）の検出値よりも低くなるように上記過冷却用圧縮機（51）の運転容量を制御するように構成されている。

第６の発明では、冷却運転時に、制御装置（70）によって過冷却用圧縮機（51）の運転容量が制御されることによって、過冷却熱交換器（54）通過後の冷媒の温度が外気温度よりも低くなるように過冷却される。これにより、利用側熱交換器（41）に流入する冷媒の比エンタルピーが小さくなり、冷凍能力が向上する。

第７の発明は、第５又は第６の発明において、上記圧縮機（11）は、運転容量が可変に構成されると共に、上記制御装置（70）によって上記庫内の空気温度が所定の設定温度となるように運転容量が制御され、上記制御装置（70）は、上記圧縮機（11）が最大運転容量であって且つ上記庫内温度センサ（88）の検出値が所定の設定温度よりも高いときに、上記過冷却用圧縮機（51）の運転容量を増大するように構成されている。

第７の発明では、冷却運転時に、圧縮機（11）の運転容量が最大であって庫内温度が設定温度よりも高いとき、冷凍能力が不足している。そこで、制御装置（70）によって過冷却用圧縮機（51）の運転容量が増大される。これにより、冷媒回路（10）において行われる冷凍サイクルの過冷却度が増大し、利用側熱交換器（41）での吸熱量が増大する。

第８の発明は、第７の発明において、上記制御装置（70）は、上記圧縮機（11）が最大運転容量でなく且つ上記庫内温度センサ（88）の検出値が所定の設定温度以下であるときに、上記過冷却用圧縮機（51）の運転容量を低減するように構成されている。

第８の発明では、冷却運転時に、圧縮機（11）の運転容量が最大でなく且つ庫内温度が設定温度以下であるとき、冷凍能力が余っている。そこで、制御装置（70）によって過冷却用圧縮機（51）の運転容量が低減される。これにより、冷媒回路（10）において行われる冷凍サイクルの過冷却度が減少する。

本発明によれば、少なくともデフロスト運転時に、過冷却手段（1C）によって液連絡管（3）内の冷媒を過冷却することにより、利用側熱交換器（41）内の冷媒の液連絡管（3）への流動を促進することができる。その結果、デフロスト運転時の利用側熱交換器（41）における冷媒の溜まり込みを抑制することができる。従って、デフロスト運転時における冷媒の循環量不足を抑制してデフロスト運転の能力を向上させることができる。

また、第２の発明によれば、過冷却熱交換器（54）を用いることにより、液連絡管（3）内の冷媒を、過冷却冷媒回路（55）の冷媒によって容易に過冷却することができる。

また、第３の発明によれば、デフロスト運転時に、過冷却冷媒回路（55）において冷凍サイクルを行わせると共に、過冷却熱交換器（54）通過後の液連絡管（3）内の冷媒の温度が庫内温度よりも低くなるように過冷却冷媒回路（55）の冷凍能力を制御することにより、利用側熱交換器（41）内の冷媒の液連絡管（3）への流動をより促進することができる。従って、デフロスト運転時における冷媒の循環量不足を抑制してデフロスト運転の能力を向上させることができる。

また、第４の発明によれば、制御装置（70）によって過冷却用圧縮機（51）の運転容量を制御することにより、容易に過冷却冷媒回路（55）の冷凍能力を制御することができる。

また、第５の発明によれば、デフロスト運転時だけでなく冷却運転時にも、過冷却冷媒回路（55）において冷凍サイクルを行わせて液連絡管（3）内の冷媒を過冷却することにより、利用側熱交換器（41）での蒸発温度を低下させることなく冷凍能力を向上させることができる。従って、利用側熱交換器（41）の内容量を従来の冷凍装置のように増大させることなく低減することができる。よって、利用側熱交換器（41）の小型化を図ることができる。

また、第６の発明によれば、冷却運転時に、過冷却熱交換器（54）通過後の冷媒の温度が外気温度よりも低くなるように過冷却用圧縮機（51）の運転容量を制御することにより、冷凍能力をより向上させることができる。

また、第７の発明によれば、冷却運転時に、圧縮機（11）の運転容量が最大であるにも拘わらず、庫内温度が設定温度まで下がっていない冷凍能力の不足時に、過冷却用圧縮機（51）の運転容量を増大させることにより、冷媒回路（10）において行われる冷凍サイクルの過冷却度を増大させることができる。その結果、利用側熱交換器（41）での吸熱量を増大させることができ、庫内温度を低下させることができる。

また、第８の発明によれば、冷却運転時に、圧縮機（11）の運転容量が最大でなく且つ庫内温度が設定温度以下となっている冷凍能力の余剰時に、過冷却用圧縮機（51）の運転容量を低減することにより、効率よく運転することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

−全体構成−
図１に示すように、本実施形態に係る冷凍装置（1）は、１台の庫外ユニット（1A）と、該庫外ユニット（1A）に対して並列に接続された３台の庫内ユニット（1B）と、コントローラ（70）とを備えている。冷凍装置（1）は、庫外ユニット（1A）と、庫内ユニット（1B）とがガス連絡管（2）と液連絡管（3）とによって接続されて冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）を備えている。

上記ガス連絡管（2）は、主管（2A）と該主管（2A）から３台の庫内ユニット（1B）に向かってそれぞれ分岐する３本のガス分岐管（2B）とを有している。

上記液連絡管（3）は、主管（3A）と該主管（3A）から３台の庫内ユニット（1B）に向かってそれぞれ分岐する３本の液分岐管（3B）とを有している。

〈庫外ユニット〉
上記庫外ユニット（1A）は、圧縮機（11）と、本発明に係る熱源側熱交換器である庫外側熱交換器（12）と、四路切換弁（13）と、レシーバ（14）とを備えている。

図示を省略するが、圧縮機（11）は、圧縮機構と、該圧縮機構を駆動するための電動機がケーシング内に収納されている。また、上記圧縮機（11）は、運転容量が可変に構成されている。具体的には、圧縮機（11）は、インバータ圧縮機によって構成され、インバータの出力周波数を変化させて電動機の回転速度を変化させることにより、容量可変となるように構成されている。該圧縮機（11）の運転容量（電動機の回転速度）は、後述するコントローラ（70）の圧縮機制御部（71）によって制御される。圧縮機（11）の吐出側には吐出管（21）の一端が接続され、圧縮機（11）の吸入側には吸入管（24）の一端が接続されている。

四路切換弁（13）は、４つのポート（a,b,c,d）を備えている。第１ポート（a）には上記吐出管（21）の他端が接続され、第２ポート（b）には第１庫外ガス管（22）の一端が接続され、第３ポート（c）には上記吸入管（24）の他端が接続され、第４ポート（c）には第２庫外ガス管（25）の一端が接続されている。

上記四路切換弁（13）は、第１ポート（a）と第２ポート（b）とが連通し、第３ポート（c）と第４ポート（d）とが連通する第１の状態（図１の実線参照）と、第１ポート（a）と第４ポート（d）とが連通し、第２ポート（b）と第３ポート（c）が連通する第２の状態（図１の破線参照）とに切り換え可能に構成されている。

第１庫外ガス管（22）の他端は、庫外側熱交換器（12）のガス側端部に接続されている。一方、第２庫外ガス管（25）の他端は上記ガス連絡管（2）に接続されている。また、第２庫外ガス管（25）のガス連絡管（2）側端部には、閉鎖弁（31）が設けられている。

上記庫外側熱交換器（12）は、例えば、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器によって構成されている。該庫外側熱交換器（12）には、庫外ファン（12a）が近接して配置されている。庫外側熱交換器（12）の液側端部には、液管（23）の一端が接続されている。

液管（23）は、庫外側熱交換器（12）の液側端部に接続された第１液管（23a）と、液連絡管（3）に接続された第２液管（23b）と、第１液管（23a）及び第２液管（23b）とレシーバ（14）との間にそれぞれ配設された第１流入管（23c）と第２流入管（23e）と第１流出管（23d）と第２流出管（23f）とによって構成されている。第２液管（23b）の液連絡管（3）側の端部には、閉鎖弁（32）が設けられている。

第１流入管（23c）及び第２流出管（23f）とは第１液管（23a）とレシーバ（14）とに接続され、第２流入管（23e）及び第１流出管（23d）とは第２液管（23b）とレシーバ（14）とに接続されている。また、第１流入管（23c）及び第２流入管（23e）には、液冷媒のレシーバ（14）への流入のみを許容する逆止弁（33）が設けられている。一方、第１流出管（23d）及び第２流出管（23f）には、レシーバ（14）から液冷媒の流出のみを許容する逆止弁（34）が設けられている。また、第１流出管（23d）には、膨張弁（35）が設けられている。

〈庫内ユニット〉
上記３台の庫内ユニット（1B）は、本発明に係る利用側熱交換器である庫内側熱交換器（41）を備えている。庫内側熱交換器（41）は、例えば、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であって、利用側ファンである庫内ファン（41a）が近接して配置されている。庫内側熱交換器（41）のガス側端には庫内ガス管（26）の一端が接続され、該庫内ガス管（26）の他端は、上記ガス連絡管（2）のガス分岐管（2B）に接続されている。一方、庫内側熱交換器（41）の液側端には庫内液管（27）の一端が接続され、該庫内液管（27）の他端は、上記液連絡管（3）の液分岐管（3B）に接続されている。庫内液管（27）には、膨張弁（42）が設けられている。

〈過冷却ユニット〉
冷凍装置（1）は、上記液連絡管（3）内の冷媒を過冷却する過冷却手段としての過冷却ユニット（1C）を備えている。

過冷却ユニット（1C）は、過冷却用圧縮機（51）と、放熱用熱交換器（52）と、過冷却用膨張弁（53）と、上記液連絡管（3）に設けられた過冷却熱交換器（54）とが接続された過冷却冷媒回路（55）を備えている。

過冷却用圧縮機（51）は、運転容量が可変に構成されている。具体的には、過冷却用圧縮機（51）は、インバータ圧縮機によって構成され、インバータの出力周波数を変化させて電動機の回転速度を変化させることにより、容量可変となるように構成されている。該過冷却用圧縮機（51）の運転容量（電動機の回転速度）は、後述するコントローラ（70）の過冷却用圧縮機制御部（72）によって制御される。過冷却用圧縮機（51）の吐出側には吐出管（61）の一端が接続され、吐出管（61）の他端は放熱用熱交換器（52）のガス側端に接続されている。

放熱用熱交換器（52）は、例えば、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器によって構成されている。該放熱用熱交換器（52）には、過冷却用ファン（52a）が近接して配置されている。放熱用熱交換器（52）の液側端部には、液管（62）の一端が接続されている。該液管（62）の他端は、過冷却熱交換器（54）に接続されている。また、液管（62）には、過冷却用膨張弁（53）が設けられている。

過冷却熱交換器（54）は、所謂プレート熱交換器によって構成され、内部に第１流路（54a）と第２流路（54b）とが形成されている。

上記第１流路（54a）の庫外ユニット（1A）側端には庫外側液管（64）の一端が接続されている。また、第１流路（54a）の庫内ユニット（1B）側端には庫内側液管（65）の一端が接続されている。なお、庫外側液管（64）、第１流路（54a）及び庫内側液管（65）は、液連絡管（3）の主管（3A）の中途部に組み込まれて該液連絡管（3）の主管（3A）の一部を構成している。

一方、第２流路（54b）の液側端には上記液管（62）の他端が接続されている。また、第２流路（54b）のガス側端には吸入管（63）の一端が接続されている。なお、吸入管（63）の他端は、上記過冷却用圧縮機（51）の吸入側端に接続されている。

〈制御系統〉
上記冷媒回路（10）には、各種センサ及び各種スイッチが設けられている。

上記庫外ユニット（1A）の吐出管（21）には、圧縮機（11）の吐出冷媒の圧力を検出する高圧圧力センサ（81）と吐出管（21）の温度を検出する吐出管温度センサ（82）とが設けられている。また、庫外ユニット（1A）の吸入管（24）には、圧縮機（11）の吸入冷媒の圧力を検出する低圧圧力センサ（83）と吸入管（24）の温度を検出する吸入管温度センサ（84）とが設けられている。さらに、庫外ユニット（1A）の庫外ファン（12a）の近傍には、庫外側熱交換器（12）が収容された庫外側ケーシング（図示省略）の外部の空気温度（外気温度）を検出するための外気温度センサ（85）が設けられている。

上記庫内ユニット（1B）の庫内側熱交換器（41）の伝熱管には、冷媒の蒸発温度を検出するための蒸発温度センサ（86）が設けられている。また、庫内ユニット（1B）の庫内ガス管（26）には、ガス冷媒の温度を検出するためのガス温度センサ（87）が設けられている。さらに、庫内ユニット（1B）の庫内ファン（41a）の近傍には、庫内の温度を検出するための庫内温度センサ（88）が設けられている。

上記過冷却ユニット（1C）の吐出管（61）には、過冷却用圧縮機（51）の吐出冷媒の圧力を検出する高圧圧力センサ（91）と吐出管（61）の温度を検出する吐出管温度センサ（92）とが設けられている。また、過冷却ユニット（1C）の吐出管（61）には、過冷却用圧縮機（51）の吐出冷媒の圧力を検出して異常高圧時に冷凍装置（1）を緊急停止させるための高圧圧力スイッチ（93）が設けられている。さらに、過冷却ユニット（1C）の吸入管（63）には、該吸入管（63）の温度を検出するための吸入管温度センサ（94）が設けられている。また、上記過冷却ユニット（1C）の過冷却用ファン（52a）には、該過冷却ユニット（1C）内の空気の温度を検出する空気温度センサ（95）が設けられている。

上記過冷却ユニット（1C）の庫外側液管（64）には、該庫外側液管（64）を流通する冷媒の温度を検出する第１液温センサ（96）が設けられている。さらに、上記過冷却ユニット（1C）の庫内側液管（65）には、該庫内側液管（65）を流通する冷媒の温度を検出する第２液温センサ（97）が設けられている。

なお、上記各種センサ及び各種スイッチの出力信号は、コントローラ（70）に入力される。

上記コントローラ（70）は、上述のように、圧縮機制御部（71）と過冷却用圧縮機制御部（72）とを有している。そして、該コントローラ（70）は、圧縮機（11）の起動、停止及び容量制御（インバータ周波数の制御）や、過冷却用圧縮機（51）の起動、停止及び容量制御（インバータ周波数の制御）を行う。また、コントローラ（70）は、四路切換弁（13）の切換、各膨張弁（35,42,53）の開度調節、各ファン（12a,41a,52a）の起動、停止及び風量調節も行う。

−運転動作−
次に、上記冷凍装置（1）が行う運転動作について運転毎に説明する。冷凍装置（1）では、庫内が冷却される冷却運転と、庫内側熱交換器（41）が着霜した場合に、庫内側熱交換器（41）を流れる冷媒の熱によって霜を融解する逆サイクルによるデフロスト運転とが行われる。以下、それぞれの運転動作について詳述する。

〈冷却運転〉
図２に示すように、冷却運転では、コントローラ（70）は、四路切換弁（13）を第１の状態に制御し、庫外ユニット（1A）の膨張弁（35）を全閉状態に制御する。この状態において、コントローラ（70）は、圧縮機（11）、過冷却用圧縮機（51）及び各ファン（12a,41a,52a）を起動する。

この冷却運転では、冷媒回路（10）において、庫外側熱交換器（12）が凝縮器として機能し且つ各庫内側熱交換器（41）が蒸発器として機能する蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。つまり、圧縮機（11）が起動されると、冷媒回路（10）において図２に示す矢印の方向に冷媒が流れる。

具体的には、圧縮機（11）において圧縮された高温高圧のガス冷媒が吐出管（21）に吐出される。吐出管（21）に流入したガス冷媒は、四路切換弁（13）及び第１庫外ガス管（22）を介して庫外側熱交換器（12）に流入する。庫外側熱交換器（12）では、冷媒が庫外空気と熱交換して凝縮（放熱）する。凝縮した冷媒は、液管（23）から液連絡管（3）に流入する。具体的には、庫外側熱交換器（12）から流出した液冷媒が第１液管（23a）を介して第１流入管（23c）に流入する。そして、該液冷媒は、第１流入管（23c）からレシーバ（14）に流入し、第１流出管（23d）及び第２液管（23b）を介して液連絡管（3）の主管（3A）に流入する。

液連絡管（3）の主管（3A）において、液冷媒は庫内ユニット（1B）側へ流れる。そして、過冷却熱交換器（54）の第１流路（54a）を通過する。

なお、このとき、過冷却ユニット（1C）では、過冷却用圧縮機（51）が駆動されている。そのため、過冷却用圧縮機（51）において圧縮されて高温高圧となったガス冷媒が、吐出管（61）から放熱用熱交換器（52）に流入し、該放熱用熱交換器（52）において放熱して凝縮する。そして、凝縮した液冷媒は、液管（62）を流通し、過冷却用膨張弁（53）において減圧されて低温低圧となった後、過冷却熱交換器（54）の第２流路（54b）に流入する。そして、過冷却熱交換器（54）を通過した冷媒は吸入管（63）を介して過冷却用圧縮機（51）に吸入される。このように冷媒が循環することにより、過冷却冷媒回路（55）では、放熱用熱交換器（52）が凝縮器（放熱器）として機能し且つ過冷却熱交換器（54）が蒸発器として機能する蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。

以上のように、過冷却熱交換器（54）の第２流路（54b）には、低温低圧の冷媒が流入する。そのため、液連絡管（3）の一部を構成する過冷却熱交換器（54）の第１流路（54a）を流通する冷媒回路（10）の液冷媒は、第２流路（54b）を流れる過冷却冷媒回路（55）の冷媒と熱交換して過冷却される。

その後、過冷却熱交換器（54）において過冷却された液冷媒は、液連絡管（3）の主管（3A）から分岐して各液分岐管（3B）に流入する。そして、該液冷媒は、各液分岐管（3B）から庫内液管（27）に流入し、膨張弁（42）において減圧された後、庫内側熱交換器（41）に流入する。

各庫内側熱交換器（41）では、液冷媒が庫内空気と熱交換して蒸発する。これにより、庫内空気が冷却される。そして、各庫内側熱交換器（41）において蒸発した冷媒は、各庫内ガス管（26）及び各ガス分岐管（2B）を通過してガス連絡管（2）の主管（2A）において合流する。

そして、ガス連絡管（2）の主管（2A）において、冷媒は庫外ユニット（1A）側へ流れて、庫外ユニット（1A）の第２庫外ガス管（25）に流入する。そして、第２庫外ガス管（25）に流入した冷媒は、四路切換弁（13）及び吸入管（24）を介して圧縮機（11）に吸入される。そして、該冷媒は、圧縮機（11）において圧縮して高圧高温のガス冷媒となり、吐出管（21）に吐出される。

以上の動作が繰り返されることにより、庫内ユニット（1B）が設けられた庫内が冷却される。

〈デフロスト運転〉
図３に示すように、デフロスト運転では、コントローラ（70）は、四路切換弁（13）を第２の状態に制御し、各庫内ユニット（1B）の各膨張弁（42）を全開状態に制御する。この状態において、コントローラ（70）は、圧縮機（11）、過冷却用圧縮機（51）、庫外ファン（12a）及び過冷却ユニット（1C）の過冷却用ファン（52a）を起動する。なお、このとき、庫内ファン（41a）は停止されている。

このデフロスト運転では、圧縮機（11）が起動されると、冷媒回路（10）において図３に示す矢印の方向に冷媒が流れる。

具体的には、圧縮機（11）において圧縮された高温高圧のガス冷媒が吐出管（21）に吐出される。吐出管（21）に流入したガス冷媒は、四路切換弁（13）及び第２庫外ガス管（25）を介してガス連絡管（2）の主管（2A）に流入する。

ガス連絡管（2）の主管（2A）において、ガス冷媒は庫内ユニット（1B）側へ流れ、分岐して各ガス分岐管（2B）に流入する。その後、該ガス冷媒は、各ガス分岐管（2B）から庫内ガス管（26）に流入し、庫内側熱交換器（41）に流入する。

各庫内側熱交換器（41）では、該庫内側熱交換器（41）に付着した霜が高温高圧のガス冷媒によって融解される。一方で、高温高圧のガス冷媒は庫内側熱交換器（41）に付着した霜によって冷却されて凝縮（放熱）する。そして、各庫内側熱交換器（41）において凝縮した冷媒は、各庫内液管（27）及び各液分岐管（3B）を通過して液連絡管（3）の主管（3A）において合流する。

液連絡管（3）の主管（3A）において、冷媒は庫外ユニット（1A）側へ流れる。そして、過冷却熱交換器（54）の第１流路（54a）を通過する。

なお、このとき、過冷却ユニット（1C）では、過冷却用圧縮機（51）が駆動され、過冷却冷媒回路（55）において冷凍サイクルが行われている。そのため、冷却運転時と同様にして、過冷却用圧縮機（51）において圧縮されて高温高圧となったガス冷媒が、放熱用熱交換器（52）及び過冷却用膨張弁（53）を通過して低温低圧となった後、過冷却熱交換器（54）の第２流路（54b）に流入する。

このようにして、過冷却熱交換器（54）の第２流路（54b）には、低温低圧の冷媒が流入する。そのため、液連絡管（3）の一部を構成する過冷却熱交換器（54）の第１流路（54a）を流通する冷媒回路（10）の液冷媒は、第２流路（54b）を流れる過冷却冷媒回路（55）の冷媒と熱交換して過冷却される。

その後、過冷却熱交換器（54）において過冷却された液冷媒は、液連絡管（3）の主管（3A）から庫外ユニット（1A）の液管（23）に流入し、庫外側熱交換器（12）に流入する。具体的には、液冷媒は、液連絡管（3）から第２液管（23b）に流入し、第２流入管（23e）に流入する。そして、該液冷媒は、第２流入管（23e）からレシーバ（14）に流入し、第２流出管（23f）及び第１液管（23a）を介して庫外側熱交換器（12）に流入する。

なお、液冷媒は、第２流出管（23f）に設けられた膨張弁（35）において減圧されて低温低圧となって庫外側熱交換器（12）に流入する。

庫外側熱交換器（12）では、液冷媒が庫外空気と熱交換して蒸発する。そして、庫外側熱交換器（12）において蒸発した冷媒は、第１庫外ガス管（22）に流入し、四路切換弁（13）及び吸入管（24）を介して圧縮機（11）に吸入される。そして、該冷媒は、圧縮機（11）において圧縮して高圧高温のガス冷媒となり、吐出管（21）に吐出される。

以上の動作が繰り返されることにより、庫内ユニット（1B）の庫内側熱交換器（41）のデフロストが行われる。

〈制御動作〉
上述のように、コントローラ（70）は、上記冷却運転及びデフロスト運転のいずれの際にも過冷却ユニット（1C）を稼働させて過冷却冷媒回路（55）において冷凍サイクルを行わせる。そして、以下のような制御動作を行う。

《冷却運転》
冷却運転では、コントローラ（70）の圧縮機制御部（71）が圧縮機（11）の運転容量を制御すると共に、過冷却用圧縮機制御部（72）が過冷却用圧縮機（51）の運転容量を制御する。

具体的には、圧縮機制御部（71）は、庫内温度センサ（88）の検出値（庫内の空気温度）が所定の設定温度となるように、圧縮機（11）の運転容量を制御する。一方、過冷却用圧縮機制御部（72）は、第２液温センサの検出値（過冷却熱交換器（54）通過後の液冷媒の温度）が外気温度センサ（85）の検出値よりも低くなる（例えば５℃低くなる）ように、過冷却用圧縮機（51）の運転容量を制御する。

なお、圧縮機（11）及び過冷却用圧縮機（51）は、インバータ圧縮機によって構成されている。そのため、圧縮機制御部（71）及び過冷却用圧縮機制御部（72）は、インバータの出力周波数を変化させて電動機の回転速度を変化させることによって圧縮機（11）及び過冷却用圧縮機（51）の運転容量を制御する。

上述のように圧縮機制御部（71）が圧縮機（11）の運転容量を制御することにより、庫内温度が所望の温度となる。また、過冷却用圧縮機制御部（72）が過冷却用圧縮機（51）の運転容量を制御することにより、液連絡管（3）の主管（3A）を流れる冷媒が過冷却熱交換器（54）において過冷却される。これにより、庫内側熱交換器（41）に流入する冷媒の比エンタルピーが小さくなり、冷凍能力が向上する。

また、過冷却用圧縮機制御部（72）は、上述の制御を行いつつ、所定の条件を満たすときに過冷却用圧縮機（51）の運転容量を増大する増大運転を行う。

具体的には、過冷却用圧縮機制御部（72）は、圧縮機制御部（71）によって制御される圧縮機（11）の運転容量が最大であって庫内温度センサ（88）の検出値（庫内の空気温度）が所定の設定温度よりも高い（例えば、所定温度よりも２℃以上高い）ときに、増大運転を行う。つまり、冷却運転時に、圧縮機（11）の運転容量が最大であって庫内温度が設定温度に未だ至らず、該設定温度よりも高いとき、冷凍能力が不足している。そのため、過冷却用圧縮機（51）の運転容量を増大して、液連絡管（3）の主管（3A）を流れる冷媒をより冷却する。

このようにして過冷却用圧縮機制御部（72）が過冷却用圧縮機（51）の運転容量を増大させることにより、冷媒回路（10）において行われる冷凍サイクルの過冷却度が増大する。その結果、庫内側熱交換器（41）に流入する冷媒の比エンタルピーがより小さくなり、冷凍能力がより向上する。これにより、庫内がより冷却されて所定の設定温度に近づくこととなる。

さらに、過冷却用圧縮機制御部（72）は、上述の制御を行いつつ、所定の条件を満たすときに過冷却用圧縮機（51）の運転容量を低減する低減運転を行う。

具体的には、過冷却用圧縮機制御部（72）は、圧縮機制御部（71）によって制御される圧縮機（11）の運転容量が最大でなく且つ庫内温度センサ（88）の検出値（庫内の空気温度）が所定の設定温度以下であるときに、低減運転を行う。つまり、冷却運転時に、圧縮機（11）の運転容量が最大でなく且つ庫内温度が設定温度以下であるとき、冷凍能力が余っている。そのため、過冷却用圧縮機（51）の運転容量を低減して、液連絡管（3）の主管（3A）を流れる冷媒を冷却する能力を低減する。

このようにして過冷却用圧縮機制御部（72）が過冷却用圧縮機（51）の運転容量を低減することにより、冷媒回路（10）において行われる冷凍サイクルの過冷却度が低減される。その結果、庫内側熱交換器（41）に流入する冷媒の比エンタルピーが大きくなり、冷凍能力が低下する。従って、庫内が過剰に冷却されることを抑制することができ、効率よく運転することができる。

《デフロスト運転》
デフロスト運転では、コントローラ（70）の過冷却用圧縮機制御部（72）が過冷却用圧縮機（51）の運転容量を制御すると共に、圧縮機制御部（71）が圧縮機（11）の運転容量を制御する。

具体的には、過冷却用圧縮機制御部（72）は、第１液温センサ（96）の検出値（過冷却熱交換器（54）通過後の液冷媒の温度）が庫内温度センサ（88）の検出値（庫内の空気温度）よりも低くなる（例えば５℃程度低くなる）ように、過冷却用圧縮機（51）の運転容量を制御する。一方、圧縮機制御部（71）は、高圧圧力センサ（81）の検出値（圧縮機（11）の吐出圧力）が所定値となるように、圧縮機（11）の運転容量を制御する。

上述のように過冷却用圧縮機制御部（72）が過冷却用圧縮機（51）の運転容量を制御することにより、液連絡管（3）の主管（3A）を流れる冷媒が過冷却熱交換器（54）において過冷却され、過冷却熱交換器（54）通過後の冷媒の温度が庫内温度よりも低くなる（例えば、５℃程度低くなる）。これにより、過冷却熱交換器（54）から庫外側熱交換器（12）側の液連絡管（3）の内部の圧力が低くなり、庫内側熱交換器（41）内の冷媒が、より低温で低圧の液連絡管（3）側へ流動し易くなる。よって、冷媒回路（10）における冷媒循環量を増大させることができる。その結果、冷媒の循環量不足を抑制してデフロスト運転の能力を向上させることができる。

一方、圧縮機制御部（71）が圧縮機（11）の運転容量を制御することにより、冷媒回路（10）における高圧圧力が一定となる。

−実施形態１の効果−
本冷凍装置（1）によれば、デフロスト運転時に、過冷却ユニット（1C）を稼働させて液連絡管（3）内の冷媒を過冷却することにより、庫内側熱交換器（41）内の冷媒の液連絡管（3）への流動を促進することができる。その結果、デフロスト運転時の庫内側熱交換器（41）における冷媒の溜まり込みを抑制することができる。従って、デフロスト運転時における冷媒の循環量不足を抑制してデフロスト運転の能力を向上させることができる。

また、本冷凍装置（1）によれば、過冷却熱交換器（54）を用いることにより、液連絡管（3）内の冷媒を、過冷却冷媒回路（55）の冷媒によって容易に過冷却することができる。

さらに、本冷凍装置（1）によれば、デフロスト運転時に、制御装置（70）によって、過冷却冷媒回路（55）において冷凍サイクルを行わせると共に、過冷却熱交換器（54）通過後の液連絡管（3）内の冷媒の温度が庫内温度よりも低くなるように過冷却冷媒回路（55）の冷凍能力を制御している。そのため、デフロスト運転時に、液連絡管（3）内を流通する冷媒を、過冷却熱交換器（54）において過冷却冷媒回路（55）の冷媒と熱交換させて庫内温度よりも低い温度にすることができる。その結果、過冷却熱交換器（54）よりも下流側の液連絡管（3）内の圧力が低下し、庫内側熱交換器（41）内の冷媒の該液連絡管（3）側への流動を促進することができる。従って、デフロスト運転時における冷媒の循環量不足を抑制してデフロスト運転の能力を向上させることができる。

また、本冷凍装置（1）によれば、制御装置（70）によって過冷却用圧縮機（51）の運転容量を制御することにより、容易に過冷却冷媒回路（55）の冷凍能力を制御することができる。

さらに、本冷凍装置（1）によれば、冷却運転時にも、過冷却冷媒回路（55）において冷凍サイクルを行わせて液連絡管（3）内の冷媒を過冷却することにより、庫内側熱交換器（41）における蒸発温度を低下させることなく冷凍能力を向上させることができる。これにより、庫内側熱交換器（41）に霜が付着し難くなる。そのため、庫内側熱交換器（41）として内容積の大きな熱交換器を用いる必要がない。よって、庫内側熱交換器（41）として従来のものよりも小さいものを選択することができ、庫内側熱交換器（41）の小型化を図ることができる。

また、本冷凍装置（1）によれば、冷却運転時に、圧縮機（11）の運転容量が最大であるにも拘わらず、庫内温度が設定温度まで下がっていない冷凍能力の不足時に、過冷却用圧縮機（51）の運転容量を増大させることにより、冷媒回路（10）において行われる冷凍サイクルの過冷却度を増大させることができる。その結果、庫内側熱交換器（41）での吸熱量を増大させることができ、庫内温度を低下させることができる。

さらに、本冷凍装置（1）によれば、冷却運転時に、圧縮機（11）の運転容量が最大でなく且つ庫内温度が設定温度以下となっている冷凍能力の余剰時に、過冷却用圧縮機（51）の運転容量を低減することにより、効率よく運転することができる。

《その他の実施形態》
上記実施形態では、コントローラ（70）は、庫内温度を所定の設定温度にするために、主として圧縮機（11）の運転容量を制御し、過冷却用圧縮機（51）の運転容量は冷凍能力に応じて補助的に制御することとしていた。

ここで、圧縮機（11）及び過冷却用圧縮機（51）において消費される電力量は、冷媒回路（10）及び過冷却冷媒回路（55）のそれぞれの高圧圧力によって決まる。

そのため、圧縮機（11）を優先的に用いて過冷却用圧縮機（51）を補助的に用いることとすると、冷媒回路（10）の高圧圧力が増大して全体としての消費電力量が増大してしまうことがある。

そこで、冷却運転時に、コントローラ（70）は、庫内温度を所定の設定温度にするために圧縮機（11）及び過冷却用圧縮機（51）の運転容量を制御する際に、過冷却冷媒回路（55）の高圧圧力と冷媒回路（10）の高圧圧力とが略等しくなるように制御することとしてもよい。つまり、過冷却冷媒回路（55）の高圧圧力センサ（91）の検出値と冷媒回路（10）の高圧圧力センサ（81）の検出値とが略等しくなるように圧縮機（11）及び過冷却用圧縮機（51）の運転容量を制御する。

このような場合、圧縮機（11）と過冷却用圧縮機（51）とを同等に稼働させることによって、冷媒回路（10）及び過冷却冷媒回路（55）のいずれかの高圧圧力が増大してしまうことを防止して全体としての消費電力量を低減することができる。

また、上記実施形態では、本発明に係る過冷却手段（1C）は、冷媒が循環して冷凍サイクルを行う過冷却冷媒回路（55）を有する過冷却ユニット（1C）によって構成されていた。しかしながら、冷却手段は、上記過冷却ユニット（1C）に限られず、液連絡管（3）の主管（3A）を流れる冷媒を過冷却することができるものであればいかなる構成であってもよい。例えば、冷却設備等によって冷却された冷却水が上記過冷却熱交換器（54）の第２流路（54b）を流通することにより第１流路（54a）の冷媒が過冷却されるものであってもよく、過冷却熱交換器（54）の第１流路（54a）を通過後の冷媒の一部が第２流路（54b）に流入することによって第１流路（54a）の冷媒が過冷却されるものであってもよい。

さらに、上記実施形態では、制御装置（70）は、過冷却用圧縮機（51）の運転容量を制御することによって過冷却冷媒回路（55）の冷凍能力を制御することとしていた。しかしながら、制御装置（70）による過冷却冷媒回路（55）の冷凍能力制御はこれに限られず、過冷却用膨張弁（53）の開度を調節することによって制御するものであってもよいことは勿論である。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、冷蔵冷凍庫用の利用側熱交換器を備えた冷凍装置に関し、特に、冷媒回路の逆サイクルによるデフロスト運転を行う冷凍装置について有用である。

図１は、本発明の実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路図である。 図２は、実施形態における冷却運転の動作を示す冷媒回路図である。 図３は、実施形態におけるデフロスト運転の動作を示す冷媒回路図である。

符号の説明

１ 冷凍装置
１Ａ 庫外ユニット
１Ｂ 庫内ユニット
１Ｃ 過冷却ユニット
２ ガス連絡管
３ 液連絡管
１０ 冷媒回路
１１ 圧縮機
１２ 庫外側熱交換器（熱源側熱交換器）
４１ 庫内側熱交換器（利用側熱交換器）
５１ 過冷却用圧縮機
５２ 放熱用熱交換器
５３ 過冷却用膨張弁
５４ 過冷却熱交換器
５５ 過冷却冷媒回路
７０ コントローラ（制御装置）
８５ 外気温度センサ
８８ 庫内温度センサ
９６ 第１液温センサ
９７ 第２液温センサ

Claims (8)

1. 圧縮機（11）と熱源側熱交換器（12）とを有する熱源系統と、庫内に配置された利用側熱交換器（41）を有する冷却系統とがガス連絡管（2）と液連絡管（3）とによって接続されて冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）を備え、上記熱源側熱交換器（12）が放熱器として機能し且つ上記利用側熱交換器（41）が蒸発器として機能する冷却運転と、上記冷媒回路（10）の冷媒循環を正サイクルから逆サイクルに切り換えて上記利用側熱交換器（41）の除霜を行うデフロスト運転とを行う冷凍装置であって、
   少なくとも上記デフロスト運転時に、上記液連絡管（3）内の冷媒を過冷却する過冷却手段（1C）を備えている
   ことを特徴とする冷凍装置。
2. 請求項１において、
   上記過冷却手段（1C）は、上記液連絡管（3）内の冷媒が流通する第１流路（54a）と、該第１流路（54a）の冷媒を過冷却するための冷媒が流通する過冷却冷媒回路（55）に接続された第２流路（54b）とを有し、上記第１流路（54a）を流通する冷媒と上記第２流路（54b）を流通する冷媒とを熱交換させる過冷却熱交換器（54）を備えている
   ことを特徴とする冷凍装置。
3. 請求項２において、
   上記過冷却冷媒回路（55）は、過冷却用圧縮機（51）と、放熱用熱交換器（52）と、過冷却用膨張弁（53）と、上記過冷却熱交換器（54）の第２流路（54b）とが接続されて冷凍サイクルを行うように構成され、
   上記液連絡管（3）の上記過冷却熱交換器（54）よりも上記熱源側熱交換器（12）側に設けられて該液連絡管（3）内を流通する冷媒の温度を検出する第１液温センサ（96）と、上記庫内の空気温度を検出する庫内温度センサ（88）とを備え、
   少なくとも上記デフロスト運転時に、上記過冷却冷媒回路（55）において冷凍サイクルを行わせると共に、上記第１液温センサ（96）の検出値が上記庫内温度センサ（88）の検出値よりも低くなるように、該過冷却冷媒回路（55）の冷凍能力を制御する制御装置（70）を備えている
   ことを特徴とする冷凍装置。
4. 請求項３において、
   上記過冷却用圧縮機（51）は、運転容量が可変に構成され、
   上記制御装置（70）は、上記過冷却用圧縮機（51）の運転容量を制御することによって上記過冷却冷媒回路（55）の冷凍能力を制御するように構成されている
   ことを特徴とする冷凍装置。
5. 請求項４において、
   上記制御装置（70）は、上記冷却運転時にも、上記過冷却冷媒回路（55）において冷凍サイクルを行わせるように構成されている
   ことを特徴とする冷凍装置。
6. 請求項５において、
   上記液連絡管（3）の上記過冷却熱交換器（54）よりも上記利用側熱交換器（41）側に設けられて該液連絡管（3）内を流通する冷媒の温度を検出する第２液温センサ（97）と、上記熱源側熱交換器（12）が収容された熱源側ケーシングの外部の空気温度を検出する外気温度センサ（85）とを備え、
   上記制御装置（70）は、上記冷却運転時に、上記第２液温センサ（97）の検出値が上記外気温度センサ（85）の検出値よりも低くなるように上記過冷却用圧縮機（51）の運転容量を制御するように構成されている
   ことを特徴とする冷凍装置。
7. 請求項５又は６において、
   上記圧縮機（11）は、運転容量が可変に構成されると共に、上記制御装置（70）によって上記庫内の空気温度が所定の設定温度となるように運転容量が制御され、
   上記制御装置（70）は、上記圧縮機（11）が最大運転容量であって且つ上記庫内温度センサ（88）の検出値が所定の設定温度よりも高いときに、上記過冷却用圧縮機（51）の運転容量を増大するように構成されている
   ことを特徴とする冷凍装置。
8. 請求項７において、
   上記制御装置（70）は、上記圧縮機（11）が最大運転容量でなく且つ上記庫内温度センサ（88）の検出値が所定の設定温度以下であるときに、上記過冷却用圧縮機（51）の運転容量を低減するように構成されている
   ことを特徴とする冷凍装置。

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