JP2016017644A

JP2016017644A - 冷却庫の冷凍回路

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Publication number: JP2016017644A
Application number: JP2014138436A
Authority: JP
Inventors: 奥村　洋平; Yohei Okumura; 洋平奥村; 雅史長瀬; Masafumi Nagase
Original assignee: Hoshizaki Electric Co Ltd
Current assignee: Hoshizaki Electric Co Ltd
Priority date: 2014-07-04
Filing date: 2014-07-04
Publication date: 2016-02-01
Anticipated expiration: 2034-07-04
Also published as: JP6385739B2

Abstract

【課題】庫内を極低温まで冷却する際に、不要な低圧カット機能の作動を抑制することができる冷却庫の冷凍回路を提供すること。
【解決手段】冷却庫の冷凍回路２は、圧縮機１２、凝縮器１３、膨張機構（１４，１５）及び蒸発器１６が冷媒配管１１により順次に接続されて形成された冷媒の循環経路１０を備える。冷凍回路２は、蒸発器１６から出力された冷媒ガスの圧力が規定圧力値以下に低下した場合に、圧縮機の動作を停止させる低圧カット機能を有する。圧縮機１２から出力された高圧の冷媒ガスを、蒸発器１６と圧縮機１２との間の冷媒配管１１に戻すバイパス管３１を含むバイパス回路３０が、循環経路１０に対して設けられている。圧縮機１２に吸入される冷媒ガスの圧力が規定圧力値より高い値に設定された開弁圧力値まで低下した場合に開弁するバルブ３３が、バイパス管３１に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は冷却庫の冷凍回路に関し、詳しくは、ブラストチラーの冷凍回路のように、極低温まで冷却する冷凍回路に関する。

従来、極低温まで冷却する冷凍回路としては、例えば、特許文献１の図３に示されたブラストチラーの冷凍回路（冷媒回路）が知られている。そこでは、冷却器が、冷媒配管を介してアキュムレータに接続されている。そして、アキュムレータは、冷媒吸込管を介して圧縮機に接続されている。すなわち、冷却器からの低温・低圧の冷媒ガスがアキュムレータを介して圧縮機に吸込され、圧縮機によって高温・高圧の冷媒ガスとされる。

特開２００１−２３５２６７号公報

通常、冷却温度が低下するに応じて圧縮機に吸入される冷媒ガスの低圧圧力が低下する。冷媒ガスの低圧圧力が低下すると圧縮機の負荷が増加するため、一般に、冷凍回路には、低圧圧力が設定圧力を下回った場合に圧縮機の運転を停止する低圧カット機能が設けられている。しかしながら、庫内を極低温、例えば、−４０℃まで冷却するブラストチラーの冷凍回路においては、庫内温度が設定温度に達する前に低圧カット機能が作動し、庫内温度が設定温度に達しないことが考えられる。

また、庫内温度が設定温度に達する前に低圧カット機能が作動すると、冷媒の圧力が設定圧力を上回り圧縮機の運転が再開される。すると、再び低圧カット機能が作動し、その後、圧縮機の運転停止・再開のサイクルが短時間で繰り返されると、圧縮機の寿命を短縮する虞があった。

そのため、本明細書は、庫内を極低温まで冷却する際に、不要な低圧カット機能の作動を抑制することができる冷却庫の冷凍回路を提供するものである。

本明細書によって開示される冷却庫の冷凍回路は、圧縮機、凝縮器、膨張機構及び蒸発器が冷媒配管により順次に接続されて形成された冷媒の循環経路を備えた、冷却庫の冷凍回路において、前記蒸発器から出力され前記圧縮機に吸入される冷媒ガスの圧力が規定圧力値以下に低下した場合に、前記圧縮機の動作を停止させる低圧カット機能を有し、前記圧縮機から出力された高圧の冷媒ガスを、前記蒸発器と前記圧縮機との間の冷媒配管に戻すバイパス管を含むバイパス回路が、前記循環経路に対して設けられ、前記圧縮機に吸入される冷媒ガスの圧力が前記規定圧力値より高い値に設定された開弁圧力値まで低下した場合に開弁するバルブが、前記バイパス回路に設けられている。
本構成によれば、圧縮機の出力側から出力された冷媒を蒸発器と圧縮機との間の冷媒配管に戻すバイパス回路が、循環経路に対して設けられる。それによって、圧縮機から出力される高圧圧力の冷媒ガスを、圧縮機に吸入される低圧圧力の冷媒ガスに供給することができ、冷媒ガスの低圧圧力を上昇させることができる。また、開弁圧力値が低圧カット機能を動作させる規定圧力値より高い値に設定されているため、低圧カット機能の作動を確実に抑制できる。その結果、庫内を極低温まで冷却する際に、不要な低圧カット機能の作動を確実に抑制することができる。

上記冷却庫の冷凍回路において、前記バルブは、冷媒ガスの圧力に応じて開閉する定圧膨張弁によって構成されることが好ましい。
本構成によれば、バルブを冷媒ガスの圧力に応じて開閉する定圧膨張弁によって構成することによって、圧力センサ等の他の部材を用いずに、簡易な構成で高圧の冷媒ガスを低圧側に自動的に戻すことができる。

また、上記冷却庫の冷凍回路において、前記循環経路の前記蒸発器と前記圧縮機との間に、前記圧縮機に吸入される冷媒ガスの圧力が設定圧力以上に上昇しないように前記冷媒ガスの圧力を調整する吸入圧力調整弁が設けられ、前記バイパス回路の一端は前記圧縮機の出力側に接続され、前記バイパス回路の他端は前記蒸発器と前記吸入圧力調整弁との間に接続されるようにしてもよい。
本構成によれば、高圧の冷媒ガスが吸入圧力調整弁の上流側に戻される。そのため、バイパス回路によって過剰の高圧冷媒ガスが戻された場合であっても、吸入圧力調整弁によって冷媒ガスの低圧圧力が上昇し過ぎることを抑制できる。それによって、圧縮機に過剰な負荷がかかることを抑制できる。

また、上記冷却庫の冷凍回路において、前記バイパス回路は、前記バイパス管に設けられ、前記バルブとは個別に前記バイパス管を開閉する開閉部材を含むようにしてもよい。
本構成によれば、庫内を極低温まで冷却しない場合に、バルブ等の開閉部材によってバイパス管を閉鎖してバイパス回路を無効にできる。一般に、庫内を極低温まで冷却しない場合等、低圧カット機能が作動することなく庫内を設定温度まで冷却することができる場合は、バイパス回路は必要とされない。そのため、開閉部材によって、必要に応じてバイパス回路の使用・不使用を適宜切替えることができる。

明細書によって開示される冷却庫の冷凍回路によれば、庫内を極低温まで冷却する際に、不要な低圧カット機能の作動を抑制することができる。

実施形態に係る冷凍回路の回路構成図冷凍回路のバイパス回路付近の概略斜視図

＜実施形態＞
以下、実施形態を、図１および図２を参照して説明する。

１．冷凍回路の構成
本実施形態の冷却庫の冷凍回路（以下、単に「冷凍回路」と記す）２は、ブラストチラーあるいはショックフリーザー等の庫内を極低温まで冷却する冷却庫１に装備される。すなわち、本実施形態では冷却庫１として、ブラストチラーあるいはショックフリーザーが想定される。冷却庫１は、図１に示されるように、コンデンシングユニット１Ａと本体部１Ｂとを含む。

冷凍回路２は、図１に示すように、圧縮機１２、凝縮器１３、膨張弁１４、及び蒸発器１６が冷媒配管１１により順次に接続されて形成された冷媒の循環経路１０を備える。圧縮機１２および凝縮器１３はコンデンシングユニット１Ａ内に設けられ、膨張弁１４および蒸発器１６は本体部１Ｂに設けられる。

なお、本実施形態では、本体部１Ｂの庫内（破線枠１Ｃで示される）において蒸発器１６が、第１蒸発器１６Ａと第２蒸発器１６Ｂの２個設けられており、それに対応して、本体部１Ｂ内の一部において冷媒配管１１は第１冷媒配管１１Ａと第２冷媒配管１１Ｂとに分岐する。そして、第１冷媒配管１１Ａの途中に第１膨張弁１４Ａ、第１感温筒１５Ａ、および第１蒸発器１６Ａが設けられ、一方、第２冷媒配管１１Ｂの途中に第２膨張弁１４Ｂ、第２感温筒１５Ｂ、および第２蒸発器１６Ｂが設けられている。ここで、各膨張弁１４Ａ，１４Ｂは、それぞれ、対応する感温筒１５Ａ，１５Ｂによって検知された蒸発器１６の出口側の冷媒ガスの温度に基づいて開度が調節される温度式膨張弁である。また、第１蒸発器１６Ａおよび第２蒸発器１６Ｂに対して、冷気を庫内で拡散させるための複数のファン１７が設けられている。

なお、以下の説明において、第１膨張弁１４Ａと第２膨張弁１４Ｂ、第１感温筒１５Ａと第２感温筒１５Ｂ、および第１蒸発器１６Ａと第２蒸発器１６Ｂとを区別しない場合には単に、膨張弁１４、感温筒１５、および蒸発器１６と記す。

また、コンデンシングユニット１Ａと本体部１Ｂとの間の冷媒配管１１には、吸入圧力調整弁（ＳｕｃｔｉｏｎＰｒｅｓｓｕｒｅＲｅｇｕｌａｔｏｒ：ＳＰＲ）１８が設けられている。吸入圧力調整弁１８は、圧縮機１２に吸入される冷媒ガスの低圧圧力ＰＬが所定の設定圧力以上に上昇しないように、低圧圧力ＰＬを調整する。

また、冷凍回路２は、図１に示すように、コンデンシングユニット１Ａ内の循環経路１０において、アキュムレータ２１、圧力スイッチ２２、油分離器２３、受液器２４、およびドライヤ２５等を含む。

アキュムレータ２１は、蒸発器１６と圧縮機１２との間に設けられ、冷媒ガスに含まれる液状の冷媒を分離する。圧力スイッチ２２は、アキュムレータ２１と圧縮機１２との間に設けられる。圧力スイッチ２２は、アキュムレータ２１と圧縮機１２との間の冷媒配管１１内の冷媒ガスの低圧圧力ＰＬが低圧カット圧力値（規定圧力値の一例）Ｐｔｈ１以下に低下した場合にオンし、オンしたことに応じて圧縮機１２の動作を停止させる。すなわち、冷凍回路２は、冷媒ガスの低圧圧力ＰＬが低圧カット圧力値Ｐｔｈ１以下に低下した場合に圧縮機１２の動作を停止させる低圧カット機能を有する。

油分離器２３は、圧縮機１２と凝縮器１３との間に設けられ、圧縮機１２によって高圧・高温とされた冷媒ガスに含まれる油成分を分離する。受液器２４は、凝縮器１３とドライヤ２５との間に設けられ、凝縮器１３によって液体状にされた冷媒を貯留する。ドライヤ２５は、冷媒液に含まれる水分を除去する。また、本体部１Ｂの膨張弁１４の上流側に、冷媒中のゴミ等の不純物を除去するストレーナ２６が設けられている。

さらに、冷凍回路２は、図1および図２に示されるように、圧縮機１２の出力側から出力された高圧の冷媒ガスを、蒸発器１６と圧縮機１２との間の冷媒配管１１に戻すバイパス管３１を含むバイパス回路３０が、循環経路１０に対して設けられている。具体的には、バイパス回路３０の一端３０Ａは圧縮機１２の出力側に接続され、バイパス回路３０の他端３０Ｂは蒸発器１６と吸入圧力調整弁１８と間に接続される。

バイパス管３１には、蒸発器１６から出力され圧縮機１２に吸入される冷媒ガスの圧力ＰＬが規定の開弁圧力値Ｐｔｈ２まで低下した場合に自動的に開弁する定圧膨張弁３３が設けられている。ここで、開弁圧力値Ｐｔｈ２は、低圧カット機能を動作させる際の低圧カット圧力値Ｐｔｈ１より高い値に設定されている。ここで、低圧カット圧力値Ｐｔｈ１は、例えば、−０．０２ＭＰａに設定され、開弁圧力値Ｐｔｈ２は、例えば、０．０１ＭＰａに設定されている。そのため、冷媒ガスの低圧圧力ＰＬが低圧カット圧力値Ｐｔｈ１に達する以前に定圧膨張弁３３が開弁し、圧縮機１２から出力された高圧の冷媒ガスの一部がバイパス管３１を介して蒸発器１６と圧縮機１２との間の冷媒配管１１に戻される。

また、バイパス回路３０のバイパス管３１の定圧膨張弁３３とバイパス回路３０の一端３０Ａとの間には、定圧膨張弁３３とは個別にバイパス管３１を開閉するパックドバルブ（開閉部材の一例）３２が設けられている。パックドバルブ３２が閉鎖されている場合、バイパス回路３０の機能は無効化される。なお、パックドバルブ３２は、バイパス管３１において、必ずしも定圧膨張弁３３の下流側に設けられる必要はなく、パックドバルブ３２は、定圧膨張弁３３の上流側に設けられてもよい。また、開閉部材は、パックドバルブに限られず、例えば、制御装置によって開閉制御される電磁弁であってもよい。

なお、図示されないが、冷凍回路２は、その他、冷却温度を所定温度とするための、周知の温度センサ、制御装置、電磁弁等を備える。

２．冷凍回路の作用・効果
冷凍回路２の基本冷却動作として、圧縮機１２によって高温・高圧の冷媒ガスが得られ、高温・高圧の冷媒ガスが凝縮器１３によって凝縮されて高温・高圧の冷媒液とされ、膨張弁１４へ送られる。次いで、膨張弁１４では高温・高圧の冷媒液が膨張して低温・低圧の冷媒液とされ、これが蒸発器１６内で蒸発してそのときの吸熱作用で所定の冷却作用が行われ、低温・低圧の冷媒ガスが圧縮機１２側に戻される。

本実施形態による作用は以下のようである。すなわち、冷凍回路２によって庫内を、極低温の、例えば、−４０℃まで冷却する際、パックドバルブ３２を開状態としてバイパス回路３０を有効化する。庫内の冷却中に、圧縮機１２に吸入される冷媒ガスの圧力が開弁圧力値Ｐｔｈ２まで低下すると、定圧膨張弁３３が開き、圧縮機１２から出力された高圧の冷媒ガスの一部がバイパス回路３０を介して吸入圧力調整弁１８の上流側に戻される。それによって圧縮機１２に吸入される冷媒ガスの圧力が増加し、冷媒ガスの圧力が開弁圧力値Ｐｔｈ２を超えると、定圧膨張弁３３が閉じる。

庫内の冷却中に再び冷媒ガスの圧力が開弁圧力値Ｐｔｈ２まで低下すると、再度、定圧膨張弁３３が開き、圧縮機１２から出力された高圧の冷媒ガスの一部がバイパス回路３０を介して吸入圧力調整弁１８の上流側に戻される。このように、庫内の冷却中に定圧膨張弁３３の開閉が繰り返されて、庫内は、極低温の−４０℃まで冷却される。その際、定圧膨張弁３３の開弁動作が繰り替えされることによって高圧の冷媒ガスが圧縮機１２の入力側に戻されるため、吸入冷媒ガスの圧力が低圧カット圧力値Ｐｔｈ１まで低下することが抑制される。それによって、低圧カット機能が作動することが抑制され、圧縮機１２の寿命が短縮することを回避できる。

また、その際、高圧の冷媒ガスが吸入圧力調整弁１８の上流側に戻されるため、バイパス回路３０によって過剰の高圧冷媒ガスが戻された場合であっても、吸入圧力調整弁１８によって冷媒ガスの低圧圧力が上昇し過ぎることを抑制できる。それによって、コンデンシングユニット１Ａに過剰な負荷がかかることを抑制できる。

また、庫内を極低温まで冷却しない場合に、パックドバルブ３２によってバイパス管３１を閉鎖してバイパス回路３０の機能を無効にできる。一般に、庫内を極低温まで冷却しない場合等、低圧カット機能が作動することなく庫内を設定温度まで冷却することができる場合は、バイパス回路３０は必ずしも必要とされない。そのため、パックドバルブ３２によって、必要に応じてバイパス回路３０の使用・不使用を適宜切替えることができる。

以上のように本実施形態では、圧縮機１２から出力された高圧の冷媒ガスを蒸発器１６と圧縮機１２との間の冷媒配管１１に戻すバイパス回路３０が、循環経路１０に対して設けられる。それによって、高圧の冷媒ガスを、圧縮機１２に吸入される低圧の冷媒ガスに供給し、吸入冷媒ガスの低圧圧力を上昇させることができる。その結果、庫内を極低温まで冷却する際に、不要な低圧カット機能の作動を抑制することができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した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的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）上記実施形態では、冷媒ガスの低圧圧力が開弁圧力値Ｐｔｈ２まで低下した場合に開弁するバルブとして、冷媒ガスの低圧圧力に基づいて自動的に開閉する定圧膨張弁３３を設ける例を示したが、これに限られない。同バルブとして、例えば、定圧膨張弁３３に代えて、冷媒ガスの圧力を検出する圧力センサの検出結果に基づいて制御装置によって開弁制御される電磁弁を、バイパス回路３０に設けるようにしてもよい。

（２）上記実施形態では、蒸発器１６と圧縮機１２との間に吸入圧力調整弁１８を設ける例を示したが、これに限らず、吸入圧力調整弁１８は省略されてもよい。

（３）上記実施形態では、バイパス回路３０にパックドバルブ３２を設ける例を示したが、これに限らず、パックドバルブ３２は省略されてもよい。

（４）上記実施形態では、蒸発器１６に係る構成を２系統設ける例を示したが、これに限られない。蒸発器１６に係る構成は、例えば、１系統であってもよいし、３系統であってもよい。

（５）上記実施形態では、冷却庫として、ブラストチラーあるいはショックフリーザーを想定したが、これに限られない。例えば、冷却庫は、冷凍冷蔵庫等の冷却貯蔵庫であってもよい。

２…冷凍回路、１０…循環経路、１１…冷媒配管、１２…圧縮機、１３…凝縮器、１４…膨張弁（膨張機構）、１５…感温筒（膨張機構）、１６…蒸発器、１８…吸入圧力調整弁、３０…バイパス回路、３１…バイパス管、３２…パックドバルブ、３３…定圧膨張弁

Claims

圧縮機、凝縮器、膨張機構及び蒸発器が冷媒配管により順次に接続されて形成された冷媒の循環経路を備えた、冷却庫の冷凍回路において、
前記蒸発器から出力され前記圧縮機に吸入される冷媒ガスの圧力が規定圧力値以下に低下した場合に、前記圧縮機の動作を停止させる低圧カット機能を有し、
前記圧縮機から出力された高圧の冷媒ガスを、前記蒸発器と前記圧縮機との間の冷媒配管に戻すバイパス管を含むバイパス回路が、前記循環経路に対して設けられ、
前記圧縮機に吸入される冷媒ガスの圧力が前記規定圧力値より高い値に設定された開弁圧力値まで低下した場合に開弁するバルブが、前記バイパス回路に設けられている、冷却庫の冷凍回路。
請求項１記載の冷却庫の冷凍回路において、
前記バルブは、冷媒ガスの圧力に応じて開閉する定圧膨張弁によって構成される、冷却庫の冷凍回路。
請求項１または請求項２に記載の冷却庫の冷凍回路において、
前記循環経路の前記蒸発器と前記圧縮機との間に、前記圧縮機に吸入される冷媒ガスの圧力が設定圧力以上に上昇しないように前記冷媒ガスの圧力を調整する吸入圧力調整弁が設けられ、
前記バイパス回路の一端は前記圧縮機の出力側に接続され、前記バイパス回路の他端は前記蒸発器と前記吸入圧力調整弁との間に接続される、冷却庫の冷凍回路。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の冷却庫の冷凍回路において、
前記バイパス回路は、前記バイパス管に設けられ、前記バルブとは個別に前記バイパス管を開閉する開閉部材を含む、冷却庫の冷凍回路。