JP2010133586A - 冷凍サイクル装置及び冷凍サイクル装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】デフロスト運転後、性能低下させることなく短時間でエジェクタサイクルに移行することのできる冷凍サイクル装置を得る。
【解決手段】圧縮機５、凝縮器６、気液分離器１２、蒸発器１４、及び、凝縮器６からの液冷媒が流入する駆動流入口１１ａと蒸発器１４からの冷媒が吸引される吸引流入口１１ｂとを備えたエジェクタ１１が冷媒配管で接続され、エジェクタサイクルを形成する冷凍サイクル装置１００において、第一開閉弁９と、第一流量調整弁１０と、第二開閉弁１６と、第三開閉弁１８と、第二流量調整弁１９と、第一開閉弁９、第一流量調整弁１０、第二開閉弁１６、第三開閉弁１８、及び第二流量調整弁１９を制御して冷媒の流路を切り替える制御手段３０とを備え、制御手段３０は、蒸発器１４の着霜状態を解消するデフロスト運転が終了した後、蒸発器１４に液冷媒を循環させる冷媒流路を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エジェクタを用いた冷凍サイクル装置及び該装置の制御方法に関する。

冷媒減圧手段及び冷媒循環手段としてエジェクタを用いたエジェクタサイクルによる冷凍サイクル装置において、蒸発器に付着した霜を取り除く除霜運転（デフロスト運転）を行うことが知られている。

このような除霜運転において、「除霜運転モードが終了した後、少なくとも所定時間は、開閉弁６１を開いた状態で圧縮機１０を停止させる準備運転モードを実行した後、通常運転モードを実施する」技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４０４２６３７号公報（図１、第７頁）

上記特許文献１の技術によれば、凝縮器に多量の液冷媒が溜まるのを防止できるので、凝縮器の実凝縮能力が低下してしまうことを防止でき、除霜運転から通常運転に切り替わった直後に高圧側冷媒圧力が過度に上昇してしまうことを防止できる。

しかしながら、上記特許文献１の技術では、除霜運転モードが終了してから通常運転モードを実施するまでの所要時間に着目していない。たとえば、「ホットガスデフロスト」あるいは「ヒータデフロスト」などによりデフロスト運転を行った直後は、蒸発器自体が高温となっている。この状態でエジェクタサイクルを適用すると、エジェクタの吸引流量が低下し、蒸発器が十分に冷却されるまでに長時間を要する可能性がある。こうなると、デフロスト運転を終了してから通常のエジェクタサイクルに移行するまでに長時間を要し、運転サイクル全体での性能低下となる。さらにエジェクタの吸引流量が低いと、蒸発器でのパスバランスが悪化し、一部のパスは冷却されても他のパスがなかなか冷却されない可能性があり、性能悪化を更に助長することとなってしまう。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、デフロスト運転後、性能低下させることなく短時間でエジェクタサイクルに移行することのできる冷凍サイクル装置を提供するものである。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、
圧縮機、凝縮器、気液分離器、蒸発器、及び、前記凝縮器からの液冷媒が流入する駆動流入口と前記蒸発器からの冷媒が吸引される吸引流入口とを備えたエジェクタが冷媒配管で接続され、
前記エジェクタの駆動流入口、前記気液分離器の気相側出口、前記圧縮機、前記凝縮器、前記エジェクタの駆動流入口、の順に冷媒を循環させる駆動流と、
前記エジェクタの吸引流入口、前記気液分離器の液相側出口、前記蒸発器、前記エジェクタの吸引流入口、の順に冷媒を循環させる吸引流とを発生させるエジェクタサイクルを形成する冷凍サイクル装置において、
前記凝縮器と前記エジェクタの駆動流入口の間に設けた第１冷媒流量調整機構と、
前記気液分離器の液側出口と前記蒸発器の間に設けた第２冷媒流量調整機構と、
前記凝縮器の出口側配管と前記蒸発器の入口側配管とを接続するバイパス経路と、
前記バイパス経路上に設けた第３冷媒流量調整機構と、
前記第１冷媒流量調整機構、前記第２冷媒流量調整機構、及び前記第３冷媒流量調整機構を制御して冷媒の流路を切り替える制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記蒸発器の着霜状態を解消するデフロスト運転が終了した後、前記蒸発器に液冷媒を循環させる冷媒流路を形成するものである。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、デフロスト運転が終了した後、蒸発器に液冷媒を循環させる冷媒流路を形成する。このため、デフロスト運転後の蒸発器を短時間で冷却することができ、デフロスト運転後からエジェクタサイクルでの運転までの所要時間を短縮することができる。したがって、デフロスト運転を含む運転サイクル全体の性能を改善することができる。

実施の形態１．
以下、本実施の形態１では、庫内に冷気を供給する冷凍機に本発明を適用した場合を例に説明する。
図１は、本発明の実施の形態１に係る冷凍機１００の冷媒回路図である。図１において、冷凍機１００は、コンデンシングユニット１、ユニットクーラ２、液延長配管３、ガス延長配管４、ホットガスバイパス２１、及び制御装置３０を備える。冷凍機１００を構成する回路の内部には、冷媒が封入されている。

コンデンシングユニット１は、吸入した冷媒を高圧状態に圧縮して吐出する圧縮機５と、圧縮機５から吐出された吐出ガス冷媒を凝縮、液化する凝縮器６と、余剰冷媒を貯留して冷媒流量を調整する液溜８と、余剰冷媒を貯留して圧縮機５へ液冷媒が流入するのを防ぐアキュームレータ１３を備え、配管接続されている。凝縮器６の近傍には、凝縮器６の外表面へ空気を送風する凝縮器ファン７を備える。

ユニットクーラ２は、エジェクタ１１、気液分離器１２、蒸発器１４、及び蒸発器ファン１５を備え、配管接続されている。

気液分離器１２は、ガス側出口１２ａと、液側出口１２ｂの２箇所の出口を備え、ガス側出口１２ａはガス延長配管４に、液側出口１２ｂは、第二開閉弁１６を介して蒸発器１４の入口側に接続されている。気液分離器１２は、エジェクタ１１から送られてきた冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離し、ガス冷媒をガス側出口１２ａへ、液冷媒を液側出口１２ｂへそれぞれ供給する。

蒸発器１４は、多数の伝熱管に空気との熱交換を促進するプレートフィンが接続されて構成された、プレートフィンチューブ型の蒸発器である。蒸発器１４の近傍には、蒸発器１４の外表面へ空気を送風する蒸発器ファン１５を備える。

エジェクタ１１は、駆動流入口１１ａと、吸引流入口１１ｂの２箇所の入口を備える。駆動流入口１１ａは、第一開閉弁９、第一流量調整弁１０を介して液延長配管３に接続されている。吸引流入口１１ｂは、蒸発器１４の出口側と接続されている。エジェクタ１１は、駆動流入口１１ａから流入した冷媒を、ノズル（図示せず）によって減圧し、吸引流入口１１ｂから吸引した冷媒を混合部（図示せず）にて混合し、さらにディフューザ部（図示せず）により昇圧させて低圧二相の冷媒とし、これを気液分離器１２へと供給する。

第一開閉弁９は、エジェクタ１１の駆動流入口１１ａへ流入する冷媒の通路を開閉することにより、冷媒を通過させ、あるいは冷媒の流れを遮断する。
第一流量調整弁１０は、弁開度を調整することにより、エジェクタ１１の駆動流入口１１ａへ流入する冷媒の流量を調整する。閉弁状態とすることで、冷媒の流れを遮断することも可能である。
なお、本実施の形態１に係る第一開閉弁９と第一流量調整弁１０により、本発明の第１流量調整機構を構成する。

気液分離器１２の液側出口１２ｂと、蒸発器１４の入口側とは、第二開閉弁１６を介して冷媒配管によって接続されている。第二開閉弁１６は、気液分離器１２の液側出口１２ｂから蒸発器１４の入口側へと流入する冷媒の通路を開閉することにより、冷媒を通過させ、あるいは冷媒の流れを遮断する。
なお、本実施の形態１に係る第二開閉弁１６は、本発明の第２流量調整機構に相当する。

また、凝縮器６の出口側と蒸発器１４の入口側とを接続するバイパス経路１７を備え、バイパス経路１７には第三開閉弁１８及び第二流量調整弁１９を備える。
第三開閉弁１８は、凝縮器６の出口側から蒸発器１４の入口側へと流入する冷媒の通路を開閉することにより、冷媒を通過させ、あるいは冷媒の流れを遮断する。
第二流量調整弁１９は、弁開度を調整することにより、凝縮器６の入口側から蒸発器１４の入口側へと流入する冷媒の流量を調整する。閉弁状態とすることで、冷媒の流れを遮断することも可能である。
なお、本実施の形態１に係る第三開閉弁１８と第二流量調整弁１９により、本発明の第３流量調整機構を構成する。

ホットガスバイパス２１は、圧縮機５と凝縮器６とを接続する配管から分岐して、圧縮機５の出口側と蒸発器１４の入口側とを接続している。圧縮機５から出た高温・高圧のガス冷媒をホットガスバイパス２１を介して蒸発器１４に供給することにより、蒸発器１４に付着した霜を融解する。ホットガスバイパス２１にはホットガスデフロスト弁２２が設置されており、このホットガスデフロスト弁２２を開閉することで、蒸発器１４へのガス冷媒の供給の有無を制御することができる。

制御装置３０は、圧縮機５の回転数、凝縮器ファン７及び蒸発器ファン１５の動作、第一開閉弁９、第二開閉弁１６及び第三開閉弁１８の開閉状態、第一流量調整弁１０及び第二流量調整弁１９の開度等を制御して、冷凍機１００の冷媒流量の制御や運転制御を行う。制御装置３０は、所定の制御動作がプログラムされたマイコンや各種装置から構成することができる。本実施の形態１では、単一の制御装置３０によって上記制御を行う場合を例に説明するが、制御対象ごとに別個の制御装置を設ける構成としてもよい。

次に、上記のように構成された冷凍機１００の動作について説明する。冷凍機１００は複数の運転モードを備えている。具体的には、エジェクタサイクルによって空気の冷却を行う通常運転、蒸発器１４のフィン（図示せず）の表面に付着した霜を取り除くデフロスト運転、デフロスト運転後通常運転に移行するまでの間に行うファン遅延運転である。以下、図２〜図４を参照しつつ順に説明する。

（通常運転）
図２は、通常運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。図２及びこれ以降で説明する図３、図４では、冷媒が流れる配管を太線で表示している。また、第一開閉弁９、第二開閉弁１６、第三開閉弁１８において、開状態の弁を白抜き表示し、閉状態の弁を黒塗り表示している。また、蒸発器ファン１５において、動作状態を白抜き表示し、停止状態を黒塗り表示している。

図２において、通常運転を行う際には、第一開閉弁９及び第二開閉弁１６は開状態、第三開閉弁１８は閉状態、ホットガスデフロスト弁２２は閉状態に制御されている。また、第一流量調整弁１０は、所定の開度で開かれた状態である。

コンデンシングユニット１の圧縮機５が作動すると、冷媒は圧縮されて高温高圧の過熱ガスとなる。過熱ガスとなった冷媒は、凝縮器６において、凝縮器ファン７により送風された外気と熱交換される。熱交換された冷媒は、高圧低温の飽和液状態、もしくは、飽和液に近い状態となって液溜８へ流入し、液延長配管３を経由してユニットクーラ２内に至る。

液延長配管３によりユニットクーラ２へ流入した冷媒は、第一開閉弁９を通過し、第一流量調整弁１０により減圧されて、駆動流入口１１ａからエジェクタ１１へと流入する。この冷媒の流れを駆動流とする。
エジェクタ１１へ流入した駆動流は、エジェクタ１１内のノズル（図示せず）によって減圧・高速化され、混合部（図示せず）において巻き込み作用に伴うポンプ作用を生じる。このポンプ作用により、吸引流入口１１ｂから吸引流が引き込まれ、駆動流と吸引流が混合部で混合される。さらに、エジェクタ１１内のディフューザ部（図示せず）にて冷媒の動圧が静圧に変換されて昇圧し、低圧二相の状態となって気液分離器１２に流入する。このように、エジェクタ１１内で冷媒の圧力を回復させることにより、圧縮機５の吸引圧力が上昇して冷媒の循環量を増やすことができるので、圧縮機５の動力を低減させることができる。

気液分離器１２に流入した低圧二相の冷媒のうち、液冷媒は、液側出口１２ｂを出て蒸発器１４に流入し、蒸発器ファン１５により搬送された空気と熱交換して低圧の過熱ガス、あるいは高乾き度の二相冷媒となる。蒸発器１４から出た二相冷媒は、エジェクタ１１の駆動流に吸引されて、吸引流入口１１ｂから吸引流としてエジェクタ１１へ流入する。
一方で、気液分離器１２に流入した冷媒のうち、飽和ガスもしくは高乾き度の二相冷媒は、ガス側出口１２ａを出て、ガス延長配管４によりアキュームレータ１３に導かれ、圧縮機５へ至る。

なお、ホットガスデフロスト弁２２は閉状態であるので、冷媒はホットガスバイパス２１を通過しない。また、第三開閉弁１８も閉状態であるので、冷媒はバイパス経路１７を通過しない。

ここで、冷凍機１００の庫内温度が設定温度より高い場合には、第一流量調整弁１０を絞り、庫内温度が設定温度より低い場合には、第一流量調整弁１０を緩め、駆動流量を調節する。このように駆動流量を調節することで、吸引流量を変化させることができ、冷凍能力を調整することができる。

上述のような通常運転において、冷凍機１００の扉（図示せず）を開閉すると、これに伴って庫内に侵入した水分により、蒸発器１４のフィン表面には霜が付着してその量が次第に増加することとなる。フィンに付着する霜が増加すると、蒸発器１４の性能低下を生じさせ、また、蒸発器１４の出口で冷媒が二相状態となることにより圧縮機５の信頼性を低下させてしまう。このような状態になるのを防ぐため、以下に述べるデフロスト運転を行ってフィン表面に付着した霜を融解させる。なお、デフロスト運転は、所定周期、あるいは所定時刻など、任意のタイミングで行う。

（デフロスト運転）
図３は、デフロスト運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
デフロスト運転を行う際には、まず、ホットガスデフロスト弁２２を開状態とし、第一開閉弁９、第二開閉弁１６、及び第三開閉弁１８を閉状態とする。また、蒸発器ファン１５を停止状態にする。

この状態で圧縮機５が作動すると、冷媒は圧縮されて高温高圧の過熱ガスとなる。過熱ガスとなった冷媒は、ホットガスデフロスト弁２２を介してホットガスバイパス２１により導かれ、蒸発器１４へと流入する。

蒸発器１４へ流入した高温高圧のガス冷媒は、蒸発器１４を通過する際に、温熱でフィン表面に付着した霜を融解させる。
蒸発器１４を通過した冷媒は、吸引流入口１１ｂからエジェクタ１１へ流入して気液分離器１２へ至る。そして、ガス側出口１２ａから出てガス延長配管４、アキュームレータ１３を経て圧縮機５へ至る。

なお、第一開閉弁９は閉状態であるので、駆動流入口１１ａからエジェクタ１１へ入る駆動流はない。また、第二開閉弁１６も閉状態であるので、気液分離器１２の液側出口１２ｂから蒸発器１４へ至る冷媒の流れもない。また、第三開閉弁１８も閉状態であるので、冷媒はバイパス経路１７を通過しない。
また、蒸発器ファン１５は停止状態であるので、蒸発器１４で庫内空気との熱交換は行われない。したがって、蒸発器１４内を高温の冷媒が通過しても、冷凍機１００の庫内に温風が吹き込むことがない。

上述のようなデフロスト運転が終了すると、蒸発器１４は、高温のガス冷媒が通過したことにより通常運転時よりも高温状態となっている。仮に、このまま蒸発器ファン１５を回転させて通常運転に移行すると、蒸発器１４周辺の温かい空気が冷凍機１００の庫内に循環することとなり、庫内温度を所定温度に保つことができず不都合が生じる。このため、以下に述べるファン遅延運転を行い、蒸発器１４の温度を、通常運転時と同等温度まで低下させる。

（ファン遅延運転）
図４は、ファン遅延運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
ファン遅延運転を行う際には、まず、ホットガスデフロスト弁２２を閉状態にするとともに、第三開閉弁１８を開状態にし、第二流量調整弁１９は所定の開度で開かれた状態とする。第一開閉弁９及び第二開閉弁１６は、前述のデフロスト運転時と同様、閉状態とする。また、蒸発器ファン１５も、デフロスト運転時と同様に、停止状態とする。

この状態で圧縮機５が作動すると、冷媒は圧縮されて高温高圧の過熱ガスとなる。過熱ガスとなった冷媒は、凝縮器６において、凝縮器ファン７により搬送された外気と熱交換される。熱交換された冷媒は、低温高圧の飽和液状態、もしくは、飽和液に近い状態となって液溜８へ流入し、液延長配管３を経由してユニットクーラ２内に至る。このときの冷媒は、低温高圧の液冷媒となっている。

この低温高圧の液冷媒は、バイパス経路１７により導かれて第三開閉弁１８、第二流量調整弁１９を通過して、蒸発器１４へ流入する。
蒸発器１４へ流入した低温高圧の液冷媒は、自身の持つ冷熱で蒸発器１４を冷却する。蒸発器１４を通過した冷媒は吸引流入口１１ｂからエジェクタ１１を経て気液分離器１２へ流入し、ガス側出口１２ａから出てガス延長配管４、アキュームレータ１３を経由して圧縮機５へ至る。

すなわち、ファン遅延運転においては、エジェクタ１１の吸引流入口１１ｂ、気液分離器１２のガス側出口１２ａ、ガス延長配管４、アキュームレータ１３、圧縮機５、凝縮器６、液溜８、液延長配管３、バイパス経路１７、蒸発器１４、エジェクタ１１の吸引流入口１１ｂ、の順に冷媒を循環させるバイパス吸引流が生じている。このようなバイパス吸引流を生じさせる冷媒流路を形成し、蒸発器１４に低温高圧の液冷媒を流して冷却している。

ここで、蒸発器ファン１５が停止した状態で蒸発器１４内を冷媒が流れるため十分な熱交換ができず、蒸発器１４出口は低乾き度の二相状態となる。蒸発器１４を通過した二相状態の冷媒のうちの液冷媒は、気液分離器１２及びアキュームレータ１３に蓄積されるので、圧縮機５へのいわゆる液バックを抑止することができ、圧縮機５の信頼性を確保することができる。

なお、第一開閉弁９は閉状態であるので、駆動流入口１１ａからエジェクタ１１へ入る駆動流はない。また、第二開閉弁１６も閉状態であるので、気液分離器１２の液側出口１２ｂから蒸発器１４へ至る冷媒の流れもない。また、ホットガスデフロスト弁２２も閉状態であるので、冷媒はホットガスバイパス２１を通過しない。

上述のようなファン遅延運転を、図示しないタイマにより計測して所定時間だけ行う。ファン遅延運転が終了すると、通常運転に戻る。
通常運転に戻る際には、第一開閉弁９及び第二開閉弁１６を開状態にし、第三開閉弁１８及びホットガスデフロスト弁２２を閉状態とする。そして、蒸発器ファン１５の回転動作を開始させる。

このように、本実施の形態１に係る冷凍機１００においては、ファン遅延運転時においてエジェクタ１１の駆動流をなくし、バイパス経路１７から蒸発器１４へ液冷媒を直接供給するようにした。このため、低温の液冷媒により蒸発器１４を確実に短時間で冷却することができる。このため、デフロスト運転後から通常運転までに行うファン遅延運転の所要時間を短縮することができ、デフロスト運転を含む運転サイクル全体の性能を向上させることができる。冷却時間をまた、バイパス経路１７により導かれる冷媒の循環量も大きいので、パスバランスによる冷却の不均一が生じにくく、蒸発器１４を短時間で冷却することができる。

実施の形態２．
本実施の形態２では、ファン遅延運転の他の動作例について説明する。なお、前述の実施の形態１では、ホットガスデフロストによりデフロスト運転を行う場合を例に説明したが、本実施の形態２では、ヒータによって蒸発器を除霜するヒータデフロストを行う場合を例に説明する。
図５は、本発明の実施の形態２に係る冷凍機２００の冷媒回路図である。図５及び以降の説明において、前述の実施の形態１と同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付している。

図５において、蒸発器１４の近傍にはヒータ２０を備え、アキュームレータ１３の上流側には圧力センサ２３を備える。なお、前述の実施の形態１で述べたホットガスバイパス２１及びホットガスデフロスト弁２２は備えていない。
ヒータ２０は、電気により発熱するヒータであり、蒸発器１４を暖める。なお、蒸発器１４近傍の空気を暖めることによって、間接的に蒸発器１４を暖める構成としてもよい。ヒータ２０への通電制御は、制御装置３０が行う。ヒータ２０は、本発明の加熱手段に相当する。
圧力センサ２３は、圧縮機５に流入する冷媒の圧力を検知し、検知結果を制御装置３０に出力する。

次に、上記のように構成された冷凍機２００の動作について説明する。図６は、本実施の形態２に係る冷凍機２００のメイン処理の動作フローである。
図６において、冷凍機２００を起動すると（Ｓ１０１）、図示しない温度検知手段及び圧力検知手段により冷凍機２００内の各所の温度や冷媒圧力の検知を行い、検知結果に基づいて所定の初期設定を行う（Ｓ１０２）。

初期設定が終了すると、エジェクタサイクルによって空気の冷却を行う通常運転を開始する（Ｓ１０３）。
通常運転において、第一開閉弁９と第二開閉弁１６は開状態、第三開閉弁１８は閉状態であり、前述の実施の形態１と同様の動作を行う。また、第一流量調整弁１０は流路抵抗が可変であり、庫内温度が設定温度より高い場合には第一流量調整弁１０を絞り、庫内温度が設定温度より低い場合には第一流量調整弁１０を緩め、駆動流量を調節することで吸引流量を変化させ、冷凍能力を調整することができる。
通常運転中において、デフロスト運転を開始するタイミングになるまでは（Ｓ１０４）、通常運転を続ける。

デフロスト運転を開始するタイミングになると（Ｓ１０４）、デフロスト運転を行う前の準備としてポンプダウン運転を行い（Ｓ１１０）、続けて、デフロスト運転（Ｓ１２０）、及びファン遅延運転（Ｓ１３０）を行う。ファン遅延運転が終了すると（Ｓ１３０）、通常運転に戻る（Ｓ１０３）。

ここで、デフロスト運転は、所定周期（例えば１日に４回程度）で行うことができるが、必ずしも一定時間間隔で行う必要はない。例えば、冷凍機２００がスーパーなどで用いられるものであれば、庫内への荷入れ・荷出しの頻度、スーパーの営業時間、繁忙時間など、一年や一日などの単位での負荷変動に応じ、所定時刻になるとデフロスト運転を行うこととしても良い。

（ポンプダウン運転）
次に、図７及び図８を参照してポンプダウン運転の動作を説明する。
図７は、ポンプダウン運転の動作フロー、図８は同じくポンプダウン運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
図７において、まず、第一開閉弁９を閉状態にし（Ｓ１１１）、冷媒回路の高圧側（コンデンシングユニット１側）と低圧側（ユニットクーラ２側）とを切り離す。なお、このとき、通常運転と同様に、第二開閉弁１６は開状態、第三開閉弁１８は閉状態である。冷媒回路の高圧側と低圧側とが切り離されていて低圧側には冷媒が流入しないので、圧縮機５の低圧が次第に低下する。

続けて、圧力センサ２３で圧縮機５への冷媒の吸入圧力Ｐｓを検知し（Ｓ１１２）、検知した吸入圧力ＰｓがＰｓ切値未満か否か判定する（Ｓ１１３）。ここで、Ｐｓ切値とは、圧縮機５を停止させる際の閾値となる冷媒圧力であり、制御装置３０は、吸入圧力ＰｓがＰｓ切値未満になると圧縮機５の動作を停止させる。吸入圧力ＰｓがＰｓ切値未満となるまで運転を続けるが、このとき、低圧側（ユニットクーラ２側）に存在する液冷媒は、蒸発器１４でガス化された後、エジェクタ１１、気液分離器１２、アキュームレータ１３を介して圧縮機５へと導かれる。圧縮機５に吸引された冷媒は、高圧ガス化されて凝縮器６で液化し、液溜８に貯留される。
そして、吸入圧力ＰｓがＰｓ切値以下になると（Ｓ１１３）、圧縮機５の運転を停止させる（Ｓ１１４）。

図８に示すように、第一開閉弁９及び第三開閉弁１８が閉状態であるので、ユニットクーラ２側に流入する冷媒の流れはない。そして、ステップＳ１１４で圧縮機５の運転が停止するまでの間、圧縮機５の吸引力によりユニットクーラ２内の冷媒が徐々にコンデンシングユニット１へ流入していく。

一連のポンプダウン運転により、蒸発器１４、気液分離器１２、アキュームレータ１３内に存在する冷媒のほぼすべては低圧ガス状態となる。なお、通常運転時に蒸発器１４、気液分離器１２、アキュームレータ１３内に存在していた液冷媒は、液溜８に貯留されることとなるので、圧縮機５の高圧が過度に上昇することはない。

（デフロスト運転）
次に、図９及び図１０を参照してデフロスト運転の動作を説明する。
図９は、デフロスト運転の動作フロー、図１０は同じくデフロスト運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
図９において、まず、蒸発器ファン１５の運転を停止させ（Ｓ１２１）、ヒータ２０への通電を開始する（Ｓ１２２）。通電されたヒータ２０は発熱を開始し、蒸発器１４を暖める。このようにすることで、蒸発器１４のフィン（図示せず）表面に付着した霜を融解させる。

図１０に示すように、圧縮機５は停止状態であり、第一開閉弁９が閉状態であることからエジェクタ１１に流入する駆動流も無いので、冷媒は流れない。また、蒸発器ファン１５は停止状態であるので、ヒータ２０によって暖められた空気が冷凍機２００の庫内へ吹き込むこともない。

そして、ヒータ２０への通電時間が所定時間を経過すると（Ｓ１２３）、ヒータ２０への通電を停止して（Ｓ１２４）、デフロスト運転を終了する。なお、ヒータ２０への通電時間（Ｓ１２３）は、蒸発器１４のフィン及び伝熱管に付着した霜を融解させることができるような長さで、予め図示しないタイマにより設定されている。この通電時間は、蒸発器１４のフィン及び伝熱管に付着した霜を融かすのに十分な時間を長めに確保しているので、デフロスト運転を終了した直後は蒸発器１４のフィンと伝熱管は加熱されて高温状態となっている。

（ファン遅延運転）
次に、図１１〜図１４を参照してファン遅延運転の動作を説明する。
図１１は、ファン遅延運転の動作フロー、図１２〜図１４は同じくファン遅延運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。図１２〜図１４は、図１１の動作フローにおけるステップＳ１３４、Ｓ１３８、Ｓ１３９での冷媒の流れをそれぞれ示している。

図１１において、まず、第二開閉弁１６を閉状態とし、第三開閉弁１８を開状態とする。また、第二流量調整弁１９の開度を、高低圧が通常運転時の状態に近くなるように、適当な開度に調整する。このように、高圧側と低圧側を導通させることで圧縮機５の吸入圧力が次第に上昇していく。なお、第一開閉弁９は、前述のデフロスト運転時と同様に閉状態である。

圧力センサ２３は圧縮機５の吸入圧力Ｐｓを検知し（Ｓ１３２）、検知した吸入圧力Ｐｓが、Ｐｓ入値より大きいか否か判定する（Ｓ１３３）。ここで、Ｐｓ入値とは、圧縮機５を起動させる際の閾値となる冷媒圧力であり、制御装置３０は、吸入圧力ＰｓがＰｓ入値を超えると圧縮機５を起動させる（Ｓ１３４）。

図１２は、ステップＳ１３４における冷媒の流れを示す。
図１２に示すように、圧縮機５が起動を開始すると、圧縮機５により圧縮されて高温高圧の過熱ガスとなった冷媒は、凝縮器６で液化し、液溜８、液延長配管３を経由してユニットクーラ２へと流入する。さらに、バイパス経路１７に入り、第三開閉弁１８及び第二流量調整弁１９を経て蒸発器１４へ流入し、エジェクタ１１の吸引流入口１１ｂに流入する。

蒸発器１４へ流入する冷媒は低温の液冷媒であるので、冷媒が通過するときに蒸発器１４は冷却される。なお、蒸発器ファン１５は停止した状態であるので、蒸発器１４での熱交換量は通常運転時よりも少ない。このため、蒸発器１４の出口側の冷媒は、低乾き度の二相状態で、吸引流入口１１ｂからエジェクタ１１に入る。

エジェクタ１１を通過した冷媒のうち、ガス冷媒は、気液分離器１２のガス側出口１２ａ、ガス延長配管４、アキュームレータ１３を経由して、圧縮機５へ至る。
一方で、エジェクタ１１を通過した冷媒のうち、液冷媒は、気液分離器１２及びアキュームレータ１３内で過渡的に貯留される。したがって、圧縮機５への液バックを防ぐことができ、圧縮機５の信頼性を確保することができる。

すなわち、ファン遅延運転のステップＳ１３４においては、エジェクタ１１の吸引流入口１１ｂ、気液分離器１２のガス側出口１２ａ、ガス延長配管４、アキュームレータ１３、圧縮機５、凝縮器６、液溜８、液延長配管３、バイパス経路１７、蒸発器１４、エジェクタ１１の吸引流入口１１ｂ、の順に冷媒を循環させるバイパス吸引流が生じている。このようなバイパス吸引流を生じさせる冷媒流路を形成することにより、蒸発器１４に低温高圧の液冷媒を流して冷却している。なお、第一開閉弁９は閉状態であるので、駆動流入口１１ａからエジェクタ１１へ入る駆動流はない。

圧縮機５を起動（Ｓ１３４）してから所定時間が経過すると（Ｓ１３５）、第一開閉弁９を開状態にするとともに、第一流量調整弁１０を全閉もしくは全閉に近い状態の開度にする（Ｓ１３６）。なお、このとき、第二開閉弁１６及び第三開閉弁１８の開閉状態に変化はなく、第二開閉弁１６は閉状態、第三開閉弁１８は開状態である。

続けて、蒸発器ファン１５を起動させる（Ｓ１３７）。さらに、第一流量調整弁１０の開度を調整し、前回の開度（全閉もしくは全閉に近い状態）と、通常運転時の開度の中間程度の所定開度とする（Ｓ１３８）。

図１３は、ステップＳ１３８における冷媒の流れを示す。
図１３に示すように、第一開閉弁９は開状態であるとともに、第一流量調整弁１０は所定開度に制御されているので、エジェクタ１１には、蒸発器１４を通過した吸引流と第一流量調整弁１０を通過した駆動流とが流れる。また、前述のバイパス吸引流も同様に流れている。バイパス吸引流は駆動流の昇圧仕事に依存せず、第二流量調整弁１９を介して確実に流れる。また、蒸発器ファン１５が運転されるため、蒸発器１４にて熱交換が行われる。

続けて、第二開閉弁１６を開状態とする（Ｓ１３９）。そして、第二流量調整弁１９の開度を所定量だけ低減させるとともに、第一流量調整弁１０の開度を所定量だけ増加させる（Ｓ１４０）。

図１４は、ステップＳ１４０における冷媒の流れを示す。
図１４に示すように、第一開閉弁９は開状態で、かつ、第一流量調整弁１０は所定開度で開かれているので、エジェクタ１１の駆動流入口１１ａ、気液分離器１２のガス側出口１２ａ、ガス延長配管４、圧縮機５、凝縮器６、液溜８、液延長配管３、エジェクタ１１の駆動流入口１１ａ、の順に冷媒が循環する。なお、第一流量調整弁１０は通常運転時の開度よりも小さいので、冷媒の流れは通常運転時より少ない。
また、第二開閉弁１６が開状態であるので、エジェクタ１１の吸引流入口１１ｂ、気液分離器１２の液側出口１２ｂ、蒸発器１４、エジェクタ１１の吸引流入口１１ｂ、の順に冷媒が循環する。
さらに、第三開閉弁１８は開状態で、かつ、第二流量調整弁１９は所定開度で開かれているので、エジェクタ１１の吸引流入口１１ｂ、気液分離器１２のガス側出口１２ａ、ガス延長配管４、圧縮機５、凝縮器６、液溜８、液延長配管３、バイパス経路１７、蒸発器１４、エジェクタ１１の吸引流入口１１ｂ、の順に冷媒が循環する。なお、第二流量調整弁１９の開度はデフロスト運転時よりも小さくなるよう制御されているので、冷媒の流れはデフロスト運転時より少ない。

そして、第二流量調整弁１９の開度が全閉もしくは全閉に近い所定状態か否か判定し（Ｓ１４１）、この所定状態に達していない場合には、ステップＳ１４０に戻る。ステップＳ１４１において、第二流量調整弁１９の開度が前記所定状態に達した場合には、第三開閉弁１８を閉状態にして（Ｓ１４２）、ファン遅延運転を終了する。

このように、本実施の形態２に係る冷凍機２００においては、ファン遅延運転開始時においてエジェクタ１１の駆動流をなくし、バイパス経路１７から蒸発器１４へ冷媒を直接供給するようにした。また、ファン遅延運転の中途からは（Ｓ１３９〜Ｓ１４１）、蒸発器１４への冷媒流れは、エジェクタ１１の駆動流による気液分離器１２の液側出口１２ｂからの吸引流と、バイパス経路１７により導かれた冷媒の直接流れとが存在し、エジェクタ１１の効果を生かしつつ運転できるようにした。このため、前述の実施の形態１と同様、低温の液冷媒により蒸発器１４を確実に短時間で冷却することができる。したがって、デフロスト運転後から通常運転までに行うファン遅延運転の所要時間を短縮することができ、デフロスト運転を含む運転サイクル全体の性能を向上させることができる。冷却時間をまた、バイパス経路１７により導かれる冷媒の循環量も大きいので、パスバランスによる冷却の不均一が生じにくく、蒸発器１４を短時間で冷却することができる。

また、冷凍機では一般に、冷凍機油が相溶／非相溶に関係なく、蒸発器１４内に最も冷凍機油が滞留しやすく、ポンプダウン運転時は更に滞留しやすい。しかし、ファン遅延運転時にバイパス経路１７により直接液冷媒を流すので、滞留した冷凍機油を運びやすく、圧縮機５の信頼性を確保することができる。

また、本実施の形態２ではヒータ２０により蒸発器１４を除霜するヒータデフロスト運転としたので、エジェクタ１１を通過する冷媒回路はユニットクーラ２内で完結する。したがって、既存のコンデンシングユニット１と本実施の形態２に係るユニットクーラ２とを組み合わせることができるので、適用範囲が広い。また、ホットガス用の延長配管を設ける必要がないので、施工性に優れている。

なお、本実施の形態２では、ステップＳ１３７で第一開閉弁９を開状態とした後、ステップＳ３１９で第二開閉弁１６を開状態とし、ステップＳ１４２で第三開閉弁１８を閉状態とした。しかし、第二開閉弁１６及び第三開閉弁１８の開閉状態を変更する順序はこれに限定するものではなく、順序が入れ替わってもよい。

また、本実施の形態２では、ヒータデフロスト方式によりデフロスト運転を行う場合を例に説明したが、ホットガスデフロスト方式のデフロスト運転を行う場合であっても、同様の効果を得ることができる。

また、上記実施の形態１及び実施の形態２において、ファン遅延運転時には蒸発器ファン１５を停止させることとしたが、蒸発器ファン１５を常に運転させることとしてもよい。この場合、蒸発器１４を通過した空気の風路上に開閉可能な入口を備えたダクトを設ける。そして、ファン遅延運転時には、ダクトの入口を開いて蒸発器１４を通過した空気をダクトに導いて蒸発器１４と冷凍機の庫内とを遮断することで、冷凍機の庫内に流入しないようにする。そして、ダクトの出口を蒸発器１４の風上に設けることで、ファン遅延運転時に蒸発器１４を通過した空気をダクトと蒸発器１４の間で循環させることができる。また、ダクトの出口を冷凍機１００の庫外に設け、ファン遅延運転時に蒸発器１４を通過した空気をダクトを介して外部に排出するようにしてもよい。このようにしても、冷凍機の庫内に温かい空気が流入するのを防ぐことができる。

また、ファン遅延運転時には、第二流量調整弁１９の弁開度を変更することとしてもよい。具体的には、ファン遅延運転の開始時に、第二流量調整弁１９の弁開度を大きくすることで冷媒循環量を増加させ、滞留冷凍機油を運びやすくする。そして、ファン遅延運転の後半では弁開度を小さくすることで、圧縮機５へ混入する冷媒の循環量を低減することができる。このようにすることで、圧縮機５の信頼性を向上させることができる。

また、上記説明ではファン遅延運転を固定時間行うこととしたが、蒸発器や冷媒の温度を検知する温度検知手段を設け、温度の検知結果に応じてファン遅延運転の時間を決定してもよい。このようにすることで、最適な時間だけファン遅延運転を行うことができる。

また、上記説明では空冷式の凝縮器６を例に説明したが、水冷式であってもよい。
また、第一開閉弁９と第一流量調整弁１０により第１流量調整機構を構成する場合を例に説明したが、第一開閉弁９と第一流量調整弁１０を一体にして第１流量調整機構を構成してもよい。同様に、第三開閉弁１８と第二流量調整弁１９を一体にして第３流量調整機構を構成してもよい。さらには、第一開閉弁９あるいは第一流量調整弁１０を、エジェクタ１１の内部に組み込む構成とすることもできる。
さらに、圧縮機は、一定速のものを用いても良いが、インバータ圧縮機を用いて庫内温度を制御することとしても良く、同等の効果を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍機の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍機の通常運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍機のデフロスト運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍機のファン遅延運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍機の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍機のメイン処理を示す動作フローである。 図３におけるポンプダウン運転を示す動作フローである。 本発明の実施の形態２に係る冷凍機のポンプダウン運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 図３におけるデフロスト運転を示す動作フローである。 本発明の実施の形態２に係る冷凍機のデフロスト運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 図３におけるファン遅延運転を示す動作フローである。 本発明の実施の形態２に係る冷凍機のファン遅延運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍機のファン遅延運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍機のファン遅延運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。

符号の説明

１ コンデンシングユニット、２ ユニットクーラ、３ 液延長配管、４ ガス延長配管、５ 圧縮機、６ 凝縮器、７ 凝縮器ファン、８ 液溜、９ 第一開閉弁、１０ 第一流量調整弁、１１ エジェクタ、１１ａ 駆動流入口、１１ｂ 吸引流入口、１２ 気液分離器、１２ａ ガス側出口、１２ｂ 液側出口、１３ アキュームレータ、１４ 蒸発器、１５ 蒸発器ファン、１６ 第二開閉弁、１７ バイパス経路、１８ 第三開閉弁、１９ 第二流量調整弁、２０ ヒータ、２１ ホットガスバイパス、２２ ホットガスデフロスト弁、２３ 圧力センサ、３０ 制御装置、１００ 冷凍機、２００ 冷凍機。

Claims (10)

1. 圧縮機、凝縮器、気液分離器、蒸発器、及び、前記凝縮器からの液冷媒が流入する駆動流入口と前記蒸発器からの冷媒が吸引される吸引流入口とを備えたエジェクタが冷媒配管で接続され、
   前記エジェクタの駆動流入口、前記気液分離器の気相側出口、前記圧縮機、前記凝縮器、前記エジェクタの駆動流入口、の順に冷媒を循環させる駆動流と、
   前記エジェクタの吸引流入口、前記気液分離器の液相側出口、前記蒸発器、前記エジェクタの吸引流入口、の順に冷媒を循環させる吸引流とを発生させるエジェクタサイクルを形成する冷凍サイクル装置において、
   前記凝縮器と前記エジェクタの駆動流入口の間に設けた第１冷媒流量調整機構と、
   前記気液分離器の液側出口と前記蒸発器の間に設けた第２冷媒流量調整機構と、
   前記凝縮器の出口側配管と前記蒸発器の入口側配管とを接続するバイパス経路と、
   前記バイパス経路上に設けた第３冷媒流量調整機構と、
   前記第１冷媒流量調整機構、前記第２冷媒流量調整機構、及び前記第３冷媒流量調整機構を制御して冷媒の流路を切り替える制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記蒸発器の着霜状態を解消するデフロスト運転が終了した後、前記蒸発器に液冷媒を循環させる冷媒流路を形成する
   ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記制御手段は、前記デフロスト運転が終了した後において、
   前記第１冷媒流量調整機構及び前記第２冷媒流量調整機構が冷媒を遮断するよう制御するとともに前記第３冷媒流量調整機構が冷媒を通過させるよう制御して、前記エジェクタの吸引流入口、前記気液分離器の気相側出口、前記圧縮機、前記凝縮器、前記バイパス経路、前記蒸発器、前記エジェクタの吸引流入口、の順に冷媒を循環させるバイパス吸引流に切り替えて運転させることにより前記蒸発器に液冷媒を循環させた後、
   前記第１冷媒流量調整機構及び前記第２冷媒流量調整機構が冷媒を通過させるよう制御するとともに前記第３冷媒流量調整機構が冷媒を遮断するよう制御して、前記エジェクタサイクルの冷媒流路に切り替える
   ことを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記制御手段は、前記デフロスト運転が終了した後において、
   前記第１冷媒流量調整機構及び前記第２冷媒流量調整機構が冷媒を遮断するよう制御するとともに前記第３冷媒流量調整機構が冷媒を通過させるよう制御して、前記エジェクタの吸引流入口、前記気液分離器の気相側出口、前記圧縮機、前記凝縮器、前記バイパス経路、前記蒸発器、前記エジェクタの吸引流入口、の順に冷媒を循環させるバイパス吸引流に切り替えて運転させることにより前記蒸発器に液冷媒を循環させた後、
   前記第１冷媒流量調整機構の流量を段階的に増加させるよう制御して、前記駆動流を段階的に増加させ、
   前記第３の流量調節機構の流量を段階的に減少させるよう制御して、前記バイパス吸引流を段階的に減少させ、
   前記第２冷媒流量調整機構が冷媒を通過させるよう制御して、前記エジェクタサイクルの冷媒流路に切り替える
   ことを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記蒸発器に送風する蒸発器ファンを備え、
   前記制御手段は、前記デフロスト運転から前記エジェクタサイクルの冷媒流路に切り替えるまでの間は、前記蒸発器ファンを停止させる
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記蒸発器を通過した空気の風路上に開閉可能な入口を有するダクトを備え、
   前記デフロスト運転から前記エジェクタサイクルの冷媒流路に切り替えるまでの間は、前記ダクトはその入口を開いて、前記蒸発器を通過した空気を冷凍サイクル装置の負荷側空間に流入しないよう導く
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記蒸発器を加熱する加熱手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記第１冷媒流量調整機構及び第３冷媒流量調整機構が冷媒を遮断するよう制御した状態で前記圧縮機を動作させるポンプダウン運転を行って前記蒸発器を低圧状態にした後、
   前記加熱手段に通電して前記デフロスト運転を行う
   ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記蒸発器または蒸発器を流れる冷媒の温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記デフロスト運転が終了した後の前記温度検出手段の検出値が所定の値以下となった場合に、前記エジェクタサイクルの冷媒流路に切り替える
   ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
8. 圧縮機、凝縮器、気液分離器、蒸発器、及び、前記凝縮器からの液冷媒が流入する駆動流入口と前記蒸発器からの冷媒が吸引される吸引流入口とを備えたエジェクタが冷媒配管で接続され、
   前記エジェクタの駆動流入口、前記気液分離器の気相側出口、前記圧縮機、前記凝縮器、前記エジェクタの駆動流入口、の順に冷媒を循環させる駆動流と、
   前記エジェクタの吸引流入口、前記気液分離器の液相側出口、前記蒸発器、前記エジェクタの吸引流入口、の順に冷媒を循環させる吸引流とを発生させるエジェクタサイクルを形成する冷凍サイクル装置の制御方法であって、
   前記蒸発器の着霜状態を解消するデフロスト運転が終了した後、前記蒸発器に液冷媒を循環させる冷媒流路を形成する工程を有する
   ことを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法。
9. 圧縮機、凝縮器、気液分離器、蒸発器、及び、前記凝縮器からの液冷媒が流入する駆動流入口と前記蒸発器からの冷媒が吸引される吸引流入口とを備えたエジェクタが冷媒配管で接続され、
   前記エジェクタの駆動流入口、前記気液分離器の気相側出口、前記圧縮機、前記凝縮器、前記エジェクタの駆動流入口、の順に冷媒を循環させる駆動流と、
   前記エジェクタの吸引流入口、前記気液分離器の液相側出口、前記蒸発器、前記エジェクタの吸引流入口、の順に冷媒を循環させる吸引流とを発生させるエジェクタサイクルを形成する冷凍サイクル装置の制御方法であって、
   前記蒸発器の着霜状態を解消するデフロスト運転が終了した後において、
   前記凝縮器の出口側配管と前記蒸発器の入口側配管とを接続するバイパス経路を形成する工程と、
   前記エジェクタの吸引流入口、前記気液分離器の気相側出口、前記圧縮機、前記凝縮器、前記バイパス経路、前記蒸発器、前記エジェクタの吸引流入口、の順に冷媒を循環させるバイパス吸引流を形成して運転することにより前記蒸発器に液冷媒を循環させる工程と、
   前記エジェクタサイクルの冷媒流路に切り替える工程とを有する
   ことを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法。
10. 圧縮機、凝縮器、気液分離器、蒸発器、及び、前記凝縮器からの液冷媒が流入する駆動流入口と前記蒸発器からの冷媒が吸引される吸引流入口とを備えたエジェクタが冷媒配管で接続され、
    前記エジェクタの駆動流入口、前記気液分離器の気相側出口、前記圧縮機、前記凝縮器、前記エジェクタの駆動流入口、の順に冷媒を循環させる駆動流と、
    前記エジェクタの吸引流入口、前記気液分離器の液相側出口、前記蒸発器、前記エジェクタの吸引流入口、の順に冷媒を循環させる吸引流とを発生させるエジェクタサイクルを形成する冷凍サイクル装置の制御方法であって、
    前記蒸発器の着霜状態を解消するデフロスト運転が終了した後において、
    前記凝縮器の出口側配管と前記蒸発器の入口側配管とを接続するバイパス経路を形成する工程と、
    前記エジェクタの吸引流入口、前記気液分離器の気相側出口、前記圧縮機、前記凝縮器、前記バイパス経路、前記蒸発器、前記エジェクタの吸引流入口、の順に冷媒を循環させるバイパス吸引流を形成して運転することにより前記蒸発器に液冷媒を循環させる工程と、
    前記駆動流を段階的に増加させる工程と、
    前記バイパス吸引流を段階的に減少させる工程と、
    前記エジェクタサイクルの冷媒流路に切り替える工程とを有する
    ことを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法。

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