JP2021124272A - 冷凍回路 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍回路で冷媒が漏洩した場合、冷媒を高圧回路部と低圧回路部とに遮断して冷却空間への漏洩量を削減すると共に、ホットガスデフロスト運転を効率よく行うことができる冷凍回路を提供することにある。【解決手段】圧縮器の冷媒出口側にデフロスト用電磁弁を設け、冷却器の冷媒入口側にショートカットして冷媒を冷却器に送る回路を設けて、低圧側に存在する冷媒の量を抑えホットガスデフロストを行うことを特徴とする冷凍装置【選択図】図１

Description

本発明は、冷蔵庫、冷蔵・冷凍ショーケース、自販機などに用いられる冷凍回路に関するものである。

地球温暖化の問題が顕著になり、プロパン、ブタン、ＨＦＯ冷媒など温暖化係数の小さい冷媒を使用する方向にある。
一方、このような冷媒は可燃性の問題があり、漏洩時には燃焼、起爆の危険性が問題になっている。
冷凍回路から漏洩が生じた場合、その漏洩する個所によって危険性が大きく異なる。
圧縮器、凝縮器など高圧冷媒をつかさどる回路では、漏洩の際 冷媒の漏れる速度が大きいものの、外気に曝される部分にあるので漏洩した冷媒が拡散しやすく、凝縮器に備わっている送風機で撹拌されるので、可燃濃度になりにくいことが検証されている。
一方、冷蔵庫、冷蔵・冷凍ショーケース、自販機などで冷却器等の低圧冷媒をつかさどる回路は、食品など冷却する閉鎖された空間に設置されているため、冷凍回路が何らかの不具合により破損が発生した場合、可燃性冷媒が充満し発火濃度に達する可能性があり、発火した場合に起爆する可能性が高い。
そのため、冷却器等の低圧冷媒をつかさどる回路部分では、発火や起爆を回避する構造が必要となる。
しかし、現状では、可燃性のある冷媒を使用した冷凍回路においては、冷媒量の使用量を規定しているだけで、発火起爆を回避する構造は取られていない。
特に、プロパン（Ｒ２９０）、ブタン（Ｒ６００）などの使用が先行している燃焼性自然冷媒では、使用量の上限規制以外行っておらず、閉鎖された冷却空間に冷媒が漏洩した場合に燃焼濃度に達する可能性が高い。
また、このような冷媒を使用している冷凍装置の冷却運転発停は、圧縮器の発停のみで行われ、冷媒の流れを遮断するような装置は設けられていない。このため冷凍回路内に充填されている冷媒は全て冷却空間に放出される可能性が高い。
一方、冷却運転が行われている冷媒の使用分布は、高圧でありまた液体で冷媒を抱えている高圧回路に多くあり、冷媒が膨張し低圧になり、液ガスの２相状態、またはガス状態で存在する低圧回路には少ない状態であり、その比率は高圧側が７０％〜９０％である。
このため、冷媒を高圧回路部と低圧回路部とを遮断できれば、冷却空間への漏洩量を削減することができる。
そこで、本出願人は、特願２０１９−１１１６１３号を出願した。
この発明は、可燃性冷媒を用いた冷凍回路を有しており食品類を冷却する閉鎖された庫内エリアを備えた冷却装置において、冷却回路が、圧縮器と、凝縮器と、膨張弁と、冷却器とからなる冷却サイクルからなっており、前記冷却器の冷媒入口側に第１遮断装置を設け、冷媒出口側に第２遮断装置を設けて、前記冷却回路を高圧回路側と低圧回路側とに遮断してなる冷却装置を提案し、相応の成果を挙げている。

特願２０１９−１１１６１３号 特開２０１５−１２４９２２号

本出願人は、更に開発を重ねて、前記冷却装置においてホットガスデフロスト運転を効率よく行うことができる冷凍回路を提供することにある。

本発明は、上記課題を達成するために、請求項１の発明では、
可燃性冷媒を用いた冷凍回路を有しており食品類を冷却する閉鎖された庫内エリアを備えており、前記冷却回路が、圧縮器と、凝縮器と、膨張弁と、冷却器とを順次接続してなる冷却サイクルからなっており、前記冷却器の冷媒入口側に第１遮断装置を設け、冷媒出口側に第２遮断装置を設けて、前記冷却回路を高圧回路側と低圧回路側とに遮断してなる冷却装置であって、
圧縮器の冷媒出口側にデフロスト用の電磁弁を設け、冷却器の冷媒入口側にショートカットして冷媒を冷却器に送る回路を設けて、低圧側に存在する冷媒の量を抑えホットガスデフロストを行うことを特徴とする。
請求項２の発明では、前記凝縮器の冷媒入力側に逆止弁を設け、低圧側に存在する冷媒を最小限に抑えホットガスデフロストを行うことを特徴とする。
請求項３の発明では、前記凝縮器の冷媒入力側とデフロスト用電磁弁との間にマフラーを設けてなることを特徴とする。

本発明の冷凍装置では、冷却器の入口側と出口側のそれぞれに冷媒の遮断装置を設け、更に圧縮器の冷媒出口側にデフロスト用電磁弁を設け、冷却器の冷媒入口側にショートカットして冷媒を冷却器に送る回路を設けたので、冷却空間への冷媒の漏洩量を削減しうる冷却装置を提供することができる。

冷蔵ショーケースの模式図である。 冷蔵ショーケースに漏洩した冷媒の強制排気手段を設けた一例を示す。 冷却運転時における冷却回路の模式図である。 霜取り運転時における冷却回路の模式図である。 凝縮器の冷媒入口側に逆止弁を設けない実施例２の冷却回路の模式図である。

以下にこの発明の冷却装置を冷蔵ショーケースに適用した好適実施例について図面を参照しながら説明する。

冷蔵ショーケース１０の冷凍回路は、図１に一例を示すように、上面、側面および背面を囲む本体発泡断熱体１１と、下部の前面、側面、底面、背面を囲む下部発泡断熱体１２を有する断熱箱と、前記本体発泡断熱体１１の正面を開閉可能に塞ぐ正面扉１３を有している。

外壁から、隙間を隔てて背面や側面を仕切る仕切板１７と、底面を仕切る底敷１８が取り付けられて庫内が囲われて、食品類を冷却して展示販売する庫内エリア２０を形成されている。
庫内エリア２０は、冷媒が蒸発する冷却器４に、ファン５とモータ６で作られる庫内循環風を当てて、冷却される。

前記庫内エリア２０は、庫内エリアの背面や側面を仕切る仕切板１７と、エリアの底面を仕切る底敷１８が取り付けられて、庫内エリア２０に収納される食品類を展示販売する空間を形成している。

一方、冷凍回路は、冷媒としてプロパン（Ｒ２９０）、ブタン（Ｒ６００）またはＨＦＯなどが使用されている。
そして、前記庫内エリア２０の背面となる仕切板７と外壁となる背壁の間のスペースに前記冷却器４が配置されている。

前記冷却器４に接続される冷凍回路Ｃの他の装置は、前記下部発泡断熱体１２の下の機械室２５に設けられている。
即ち、前記冷却器４から低圧ガス管部８を介して接続された圧縮器１と、該圧縮器１と高圧ガス管部５を介して接続される凝縮器２と、該凝縮器２と高圧液管部６を介して接続された膨張弁（または膨張器）３と、該膨張弁３と前記冷却器４とが低圧液管部または低圧液ガス管部７を介して接続されており冷媒が循環する冷凍回路Ｃを形成している。
前記凝縮器２には通風用のファンＦ及びファンモータＭが設けられている。

この実施例では、冷却器４への冷媒の入口側と出口側とにそれぞれ遮断装置を設けている。
そこで、図２で示すように、高圧液管部６に 配管の流れを遮断する第１電磁弁９ａとしての第１電磁弁が設けられ、低圧ガス管部８に第２電磁弁９ｂとしての電磁弁が設けられている。
前記電磁弁９ａ、９ｂは、冷却運転時には開制御され、冷却運転停止時には閉制御される構造となっている。

そして、閉鎖空間となる庫内エリア２０に、冷媒の漏洩を感知するセンサー１５が設けられている。
これにより、前記センサー１５が冷媒の漏洩を検知すると前記一対の第１および第２電磁弁９ａ、９ｂが同時に閉じて、冷媒の流れを遮断して、高圧回路部Ｃ１と低圧回路部Ｃ２とが遮断される。

上記遮断により、冷却空間への漏洩量を削減することができる。
即ち、冷却運転が行われている冷媒の使用分布は、高圧で液体の冷媒が流れる高圧回路部Ｃ１に多くあり、冷媒が膨張し低圧になり液ガスの２相状態、またはガス状態で存在する低圧回路Ｃ２には少ない状態であり、その比率は高圧側が７０％〜９０％を占めていることが知られているからである。

これにより、本実施例の冷凍回路Ｃでは、停止時、又は漏洩センサー１５で冷媒の漏洩を検知すると遮断装置となる第１、第２電磁弁９ａ，９ｂを閉鎖する事により、漏洩が発生した場合でも冷媒量の少ない冷媒のみを漏らすだけになり、燃焼濃度に達する可能性が下がり、起爆する危険性、その破壊力が著しく低下する。

なお、図示しないが、前記高圧液管部６に設置した第１電磁弁９ａは、低圧液（液ガス管）部８に位置を移動した構成であってもよい。
また、低圧ガス管部８に設けた第２電磁弁９ｂに代えて、図５のように逆止弁９ｂ’を設けてもよい（特願２０１９−１１１６１３号参照）。

通常の冷却運転時には庫内空気循環用のファンＦにより、漏れた冷媒は空気とまじりあい、庫内に均一の密度で漂うことになる。
庫内の容量は大きいため、少量の冷媒漏れでは、爆発限界には達せず、爆発事故は免れる場合が多い。

しかし、冷媒が漏れた場合には、上記冷凍回路Ｃの遮断に加えて、センサー１５により冷媒漏れが検知されるので、庫内に漏れた冷媒を庫内から強制的に排出する強制排出装置を設けることが好ましい。
通常運転時に庫内の冷気を漏らさないため設けた扉や蓋を強制的に開ける装置を設けたり、冷蔵ショーケースの上部又は下部にファンＦ２、ファンモータＭ２を取付け、冷媒漏れが発生した場合には、上記扉や蓋を強制的に開け、前記ファンＦやＦ２で冷媒を庫外に排出する。

冷蔵ショーケースは商品を展示し、庫内冷却を円滑に行うため、ショーケースの下部発泡断熱体１２と通常は鋼板等による底敷１８を取付けているのが一般的である。
冷凍回路の制御で、庫内通風用のファンを一時的に停止する制御をしている場合や、停電時に通風用のファンが停止している時は冷媒が漏れた場合には密度が空気より重い冷媒はこの底敷きと、ショーケースの下部発泡断熱体１２の間の空間にとどまり、少量の冷媒漏れでも、上記空間容積が小さいために冷媒の爆発限界に達するおそれが考えられる。

そこで、図２のようにガイド手段としてのダクトＤを設け、強制排気用のファンＦ２と、排気扉２１と、排気扉２１を強制開放する装置（図示省略）とを設け、上記空間及び底敷き上部の冷媒・空気の混合気体を、ファンＦ２でダクトＤ内に吸引し、同時に排気扉２１を開放して、排出することにより、爆発の危険性を低く押させることができる。

本発明では、更に、冷凍回路Ｃには、圧縮器１と凝縮器２の間に逆止弁３０が設けられている。
そして、この逆止弁３０と圧縮器１の間から分岐し、膨張弁３と冷却器４の間に繋がってショートカットする回路Ｃ３にデフロスト用電磁弁３１が設けられている。

そこで、ホットガスデフロストを行う場合、デフロスト用電磁弁３１は開制御されることにより、圧縮器１からデフロスト用電磁弁３１を通り、第１電磁弁９ａや膨張弁３をショートカットして、冷却器４に達して除霜を行い、第２電磁弁９ｂ（または逆止弁９ｂ’）を通り圧縮器１に戻る回路Ｃ３で冷媒は循環する。

冷却運転時には圧縮器１の吐出圧力は凝縮器２の圧力と同一又は高くなるため、冷媒は通常に通過するが、ホットガスデフロスト時には圧縮器１の吐出圧力が凝縮器２の圧力より低くなるが、逆止弁３０の働きで凝縮器２内の液冷媒は逆流できない。
これは、圧縮器１と低温の冷却器４間で少量の冷媒だけが循環するため、圧縮器１の吐出圧力が上昇しないためである。
このように循環する冷媒は、圧縮器１内の巻線を冷却し、冷却器４に戻り、除霜を行うことになる。
即ち、冷媒は通電する事により発熱している圧縮器１の巻線で加熱され、冷却器を加熱することにより除霜を行う

更に、本実施例では、圧縮器１と逆止弁３０との間に、マフラー３５を設けることが好ましい。
上記マフラー３５は、圧縮器１から断続的に吐出される冷媒の脈動を逆止弁３０の手前で抑えるため、設けている。
通常の冷却運転時には、デフロスト用電磁弁３１は閉制御され、圧縮器１からマフラー３５を通り、逆止弁３０を経て、凝縮器２を通り、第１電磁弁９ａから膨張弁３を通り冷却器４に進み、第２電磁弁９ｂを経て圧縮器１に戻る回路を通り冷媒は循環する。

実施例２の装置では、凝縮器２の冷媒入口側の前に逆止弁３０を設けない回路
であり、その他の構成は前記実施例と同様である。
この構成であっても、通常のホットガスデフロスト方式よりも安全性はたかい。
この回路でホットガスデフロストを行う場合、凝縮器２の圧力が圧縮機１の吐出圧力より高いため、冷媒が凝縮器２の冷媒入口から逆流する。
この逆流した冷媒は、開制御されたデフロスト電磁弁３１をとおり、冷却器４にながれこむため、低圧側に存在する冷媒は逆止弁３０を設けた場合よりは多くなってしまう。

しかし、デフロスト中に循環する冷媒量が徐々に多くなるため、吐出圧力も上昇し、除霜の速度も速くなる。
圧縮器１の吐出圧力が凝縮器２圧力（逆流した分だけ、圧力は低下）に達した時点で、凝縮器２からの逆流は止まることになる。
従って 通常のホットガスデフロスト方式に比較し、低圧側に存在する冷媒は少ない状態にあり、その分、安全性は高い。
その他、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、要するに、この発明の要旨を変更しない範囲で種々設計変更することができる。

１ 圧縮器
２ 凝縮器
３ 膨張弁（または膨張器）
４ 冷却器
５ 高圧ガス管部
６ 高圧液管部
７ 低圧液管部または低圧液ガス管部
８ 低圧ガス管部
９ａ 第１電磁弁
９ｂ 第２電磁弁
９ｂ’逆止弁
１０ 冷蔵ショーケース
１１ 本体発泡断熱体
１２ 下部発泡断熱体
１３ 正面扉
１５ センサー
１７ 仕切板
１８ 底敷
２０ 庫内エリア
２１ 排気扉
２５ 機械室
３０ 逆止弁
３１ デフロスト用電磁弁
Ｃ 冷凍回路
Ｃ１ 高圧回路部
Ｃ２ 低圧回路部
Ｃ３ 回路
Ｄ ダクト
Ｆ 通風用のファン
Ｆ２ 強制排気用のファン
Ｍ ファンモータ

Claims (3)

1. 可燃性冷媒を用いた冷凍回路を有しており食品類を冷却する閉鎖された庫内エリアを備えており、前記冷却回路が、圧縮器と、凝縮器と、膨張弁と、冷却器とを順次接続してなる冷却サイクルからなっており、前記冷却器の冷媒入口側に第１遮断装置を設け、冷媒出口側に第２遮断装置を設けて、前記冷却回路を高圧回路側と低圧回路側とに遮断してなる冷却装置であって、
   圧縮器の冷媒出口側にデフロスト用電磁弁を設け、冷却器の冷媒入口側にショートカットして冷媒を冷却器に送る回路を設けて、低圧側に存在する冷媒の量を抑えホットガスデフロストを行うことを特徴とする冷凍装置。
2. 凝縮器の冷媒入力側に逆止弁を設け、低圧側に存在する冷媒を最小限に抑えホットガスデフロストを行うことを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
3. 凝縮器の冷媒入力側とデフロスト用電磁弁との間にマフラーを設けてなることを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍装置。

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