JP3092601B2 - 二元冷凍装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二元冷凍装置に関
し、特に、デフロスト運転対策に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、二元冷凍装置は、特開平９−
２１０５１５号公報に開示されているように、個別に冷
凍運転を行う一次側冷媒回路と二次側冷媒回路とを備え
ている。この二元冷凍装置は、マイナス数十度の低温を
得るために用いられ、高圧縮比から低圧縮比まで効率の
良いところで使用することができるので、省エネルギの
点で有利である。

【０００３】上記二元冷凍装置の一次側冷媒回路は、圧
縮機と凝縮器と膨張弁と冷媒熱交換器の蒸発部とが順に
接続されて構成されている。また、二次側冷媒回路は、
圧縮機と冷媒熱交換器の凝縮部と膨張弁と蒸発器とが順
に接続されて構成されている。そして、上記冷媒熱交換
器において、二次側冷媒回路の凝縮熱と一次側冷媒回路
の蒸発熱とを熱交換している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した二元冷凍装置
の他、従来の二元冷凍装置は、二次冷媒の蒸発器に着霜
するので、例えば、所定時間ごとにデフロスト運転を行
うようにしている。このデフロスト運転には、一次側冷
媒回路と二次側冷媒回路の冷媒循環方向を逆サイクルに
して行う方式が提案されている。

【０００５】つまり、一次側冷媒回路及び二次側冷媒回
路にそれぞれ四路切換弁を設け、一次側冷媒回路は、冷
媒を圧縮機から冷媒熱交換器、膨張弁及び凝縮器の順に
流れ、圧縮機に戻るように循環させる。一方、二次側冷
媒回路は、冷媒を圧縮機から蒸発器、膨張弁及び冷媒熱
交換器の順に流れ、圧縮機に戻るように循環させる。こ
の結果、二次側冷媒回路における蒸発器の着霜は、圧縮
機からの高温冷媒によって融解する。

【０００６】上述したデフロスト運転時において、一次
側冷媒回路の凝縮器は蒸発器として機能し、冷媒熱交換
器の蒸発部は凝縮器として機能する。一方、二次側冷媒
回路においては、蒸発器が凝縮器として機能し、冷媒熱
交換器の凝縮部が蒸発器として機能する。

【０００７】したがって、デフロスト運転時に一次側冷
媒回路及び二次側冷媒回路の四路切換弁を同時に切り換
えると、高圧冷媒圧力を適正値に制御することができな
いという問題があった。

【０００８】具体的に、デフロスト運転の開始時におい
て、一次側冷媒回路と二次側冷媒回路の四路切換弁を共
に同時に切り換えると、二次側冷媒回路における冷媒熱
交換器の凝縮部が蒸発機能に切り換わると同時に、一次
側冷媒回路における冷媒熱交換器の蒸発部が凝縮機能に
切り換わる。この場合、二次側冷媒回路の凝縮部が切り
換わる直前まで高温状態であるので、凝縮器となる一次
側冷媒回路の蒸発部が十分に放熱することができない。
この結果、一次側冷媒回路の高圧冷媒圧力が過上昇し、
高圧異常となる。

【０００９】また、上記デフロスト運転の終了時におい
て、冷却運転を再開する際、一次側冷媒回路と二次側冷
媒回路の四路切換弁を共に同時に切り換えると、一次側
冷媒回路における冷媒熱交換器の蒸発部が凝縮機能から
蒸発機能に戻る一方、二次側冷媒回路における冷媒熱交
換器の凝縮部が蒸発機能から凝縮機能に戻る。この場
合、一次側冷媒回路の蒸発部が切り換わる直前まで高温
状態であるので、凝縮機能に戻る二次側冷媒回路の凝縮
部が十分に放熱することができない。この結果、二次側
冷媒回路の高圧冷媒圧力が過上昇し、高圧異常となる。

【００１０】本発明は、斯かる点に鑑みて成されたもの
で、デフロスト運転時における高圧冷媒圧力を適正値に
制御することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】−発明の概要− 本発明は、デフロスト運転時における一次側冷媒回路と
二次側冷媒回路の四路切換弁の切換えタイミングをずら
すようにしたものである。

【００１２】−解決手段− 具体的に、図２に示すように、第１の解決手段は、圧縮
機（21）と、凝縮器（22）と、膨張機構（EV11）と、冷
媒熱交換器（11）の蒸発部とが順に接続されて構成さ
れ、一次冷媒が循環する一次側冷媒回路（20）を備える
一方、圧縮機（31）と、上記冷媒熱交換器（11）の凝縮
部と、膨張機構（EV21）と、蒸発器（5a）とが順に接続
されて構成され、二次冷媒が循環すると共に、上記冷媒
熱交換器（11）において一次冷媒と二次冷媒とが熱交換
する少なくとも１つの二次側冷媒回路（3A）とを備えた
二元冷凍装置を前提としている。

【００１３】そして、上記少なくとも１つの二次側冷媒
回路（3A）と一次側冷媒回路（20）とは、冷媒循環方向
が正サイクルと逆サイクルとに可逆に成るように四路切
換弁（24，33）が設けられている。更に、上記一次側冷
媒回路（20）の冷媒循環を逆サイクルにすると共に、冷
媒循環の可逆な二次側冷媒回路（3A）の冷媒循環を逆サ
イクルにしてデフロスト運転を制御するデフロスト手段
（72）を備えている。加えて、該デフロスト手段（72）
のデフロスト開始信号を受け、二次側冷媒回路（3A）の
四路切換弁（33）を切り換えて該二次側冷媒回路（3A）
のデフロスト運転を開始した後、所定条件になると、一
次側冷媒回路（20）の四路切換弁（24）を切り換えて該
一次側冷媒回路（20）のデフロスト運転を開始する開始
制御手段（73）を備えている。

【００１４】また、第２の解決手段は、上記第１の解決
手段と同様の一次側冷媒回路及び二次側冷媒回路を備え
た二元冷凍装置を前提としている。そして、上記少なく
とも１つの二次側冷媒回路（3A）と一次側冷媒回路（2
0）とは、冷媒循環方向が正サイクルと逆サイクルとに
可逆に成るように四路切換弁（24，33）が設けられてい
る。更に、上記一次側冷媒回路（20）の冷媒循環を逆サ
イクルにすると共に、冷媒循環の可逆な二次側冷媒回路
（3A）の冷媒循環を逆サイクルにしてデフロスト運転を
制御するデフロスト手段（72）を備えている。該デフロ
スト手段（72）のデフロスト終了信号を受け、一次側冷
媒回路（20）の四路切換弁（24）を切り換えて該一次側
冷媒回路（20）の冷却運転を再開した後、所定条件にな
ると、二次側冷媒回路（3A）の四路切換弁（33）を切り
換えて該二次側冷媒回路（3A）の冷却運転を再開する終
了制御手段（74）とを備えている。

【００１５】また、第３の解決手段は、上記第１の解決
手段において、第２の解決手段終了制御手段（74）を備
えた構成としている。

【００１６】また、第４の解決手段は、上記第１の解決
手段において、開始制御手段（73）は、デフロスト開始
信号を受けた後、所定時間が経過する条件か、又はデフ
ロスト開始信号を受けた後、一定時間後に一次側冷媒回
路（20）における圧縮機（21）の吸入側冷媒の過熱度が
所定値以下になる条件を充足すると、一次側冷媒回路
（20）の四路切換弁（24）を切り換えるように構成され
たものである。

【００１７】また、第５の解決手段は、上記第２の解決
手段において、終了制御手段（74）は、デフロスト終了
信号を受けた後、所定時間が経過する条件か、又はデフ
ロスト終了信号を受けた後、一定時間後に一次側冷媒回
路（20）における圧縮機（21）の吸入側冷媒の過熱度が
所定値以下になる条件を充足すると、二次側冷媒回路
（3A）の四路切換弁（33）を切り換えるように構成され
たものである。

【００１８】また、第６の解決手段は、上記第１又は２
の解決手段において、冷媒熱交換器（11，11）が複数設
けられている。そして、該各冷媒熱交換器（11，11）の
蒸発部が互いに並列に接続されて一次側冷媒回路（20）
が構成される一方、上記各冷媒熱交換器（11，11）に
は、それぞれ二次側冷媒回路（3A，3B）が接続されてい
る。更に、上記複数の二次側冷媒回路（3A，3B）のうち
少なくとも１つの二次側冷媒回路（3A）が、冷媒循環が
可逆に成るように構成されている。加えて、上記各二次
側冷媒回路（3A，3B）の蒸発器（5a、5b）が一体に形成
されている。

【００１９】−作用− 上記の特定事項により、本解決手段では、デフロスト運
転を行う際、一次側冷媒回路（20）と二次側冷媒回路
（3A）の冷媒循環方向を共に逆サイクルにして行われ
る。特に、第６の解決手段では、１の二次側冷媒回路
（3A）のみがデフロスト運転を行うことになる。

【００２０】そして、二次側冷媒回路（3A）の二次冷媒
は、圧縮機（31）から吐出し、蒸発器（50）を流れて該
蒸発器（50）を加熱し、蒸発器（50）の着霜を融解す
る。その後、二次冷媒は、レシーバ（34）を経て冷媒熱
交換器（11）の凝縮部で蒸発し、圧縮機（31）に戻る。
この循環を繰り返す。

【００２１】一方、一次側冷媒回路（20）の一次冷媒
は、圧縮機（21）から吐出し、冷媒熱交換器（11）の蒸
発部を流れ、二次側冷媒回路（3A）の二次冷媒を加熱す
る。その後、上記冷媒熱交換器（11）を流れた一次冷媒
は、レシーバ（25）を経て凝縮器（22）で蒸発し、圧縮
機（21）に戻る。この循環を繰り返す。

【００２２】このデフロスト運転を開始すると、第１及
び第３の解決手段では、先ず、二次側冷媒回路（3A）の
四路切換弁（33）を切換える。その後、第４の解決手段
では、一次側冷媒回路（20）の吸入側冷媒の過熱度が所
定値より低下し、所定の条件を充足すると、一次側冷媒
回路（20）の四路切換弁（24）を切り換える。

【００２３】一方、上記デフロスト運転を終了する場
合、第２及び第３の解決手段では、一次側冷媒回路（2
0）の四路切換弁（24）を切り換える。その後、第５の
解決手段では、一次側冷媒回路（20）の吸入側冷媒の過
熱度が所定値より低下し、所定の条件を充足すると、二
次側冷媒回路（3A）の四路切換弁（33）を切り換える。

【００２４】

【発明の効果】したがって、第１、第３及び第６の解決
手段によれば、デフロスト運転の開始時には、二次側冷
媒回路（3A）の四路切換弁（33）を切り換えた後、一次
側冷媒回路（20）の四路切換弁（24）を切り換えるよう
にしたので、二次側冷媒回路（3A）における冷媒熱交換
器（11）の凝縮部が、蒸発機能を発揮する低温状態にな
った後、一次側冷媒回路（20）の四路切換弁（24）を切
り換えることができる。

【００２５】この結果、一次側冷媒回路（20）の冷媒熱
交換器（11）の蒸発部が凝縮器として放熱することがで
きるので、該一次側冷媒回路（20）の高圧冷媒圧力の過
上昇を確実に防止することができる。したがって、デフ
ロスト運転時の高圧冷媒圧力を確実に適正値に制御する
ことができる。

【００２６】また、第２、第３及び第６の解決手段によ
れば、デフロスト運転の終了時には、一次側冷媒回路
（20）の四路切換弁（24）を切り換えた後、二次側冷媒
回路（3A）の四路切換弁（33）を切り換えるようにした
ので、一次側冷媒回路（20）における冷媒熱交換器（1
1）の蒸発部が、蒸発機能を発揮する低温状態になった
後、二次側冷媒回路（3A）の四路切換弁（33）を切り換
えることができる。

【００２７】この結果、二次側冷媒回路（3A）の冷媒熱
交換器（11）の凝縮部が確実に放熱することができるの
で、該二次側冷媒回路（3A）の高圧冷媒圧力の過上昇を
確実に防止することができる。したがって、デフロスト
運転時の高圧冷媒圧力を確実に適正値に制御することが
できる。

【００２８】また、第４及び第５の解決手段によれば、
デフロスト運転の開始時及び終了時において、一次側冷
媒回路（20）の吸入側冷媒の過熱度が低下等すると、一
次側冷媒回路（20）の四路切換弁（24）及び二次側冷媒
回路（3A）の四路切換弁（33）を切り換えるので、冷媒
熱交換器（11）における放熱可能な状態を正確に検知す
ることができ、高圧冷媒圧力の過上昇を正確に防止する
ことができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】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。

【００３０】図１及び図２に示すように、二元冷凍装置
（10）は、冷蔵庫又は冷凍庫を冷却するものであって、
室外ユニット（1A）とカスケードユニット（1B）とクー
リングユニット（1C）とを備えている。そして、該室外
ユニット（1A）とカスケードユニット（1B）の一部とに
よって高温側冷凍回路（20）が構成されている。一方、
上記カスケードユニット（1B）とクーリングユニット
（1C）とに亘って、２つの低温側冷凍回路（3A，3B）が
構成されている。

【００３１】上記高温側冷凍回路（20）は、冷媒循環方
向を正サイクルと逆サイクルとに切り換えて可逆運転の
可能な一次側冷媒回路を構成している。そして、該高温
側冷凍回路（20）は、圧縮機（21）と凝縮器（22）と２
つの冷媒熱交換器（11，11）の蒸発部とを備えている。

【００３２】上記圧縮機（21）の吐出側には第１ガス配
管（40）が接続され、吸込側に第２ガス配管（41）が接
続されている。該第１ガス配管（40）は、圧縮機（21）
から油分離器（23）と四路切換弁（24）とを順に接続
し、上記凝縮器（22）の一端に接続されている。該凝縮
器（22）の他端には液配管（42）の一端が接続され、該
液配管（42）は、主配管（4a）と２つの分岐配管（4b，
4c）とによって形成されている。そして、該各分岐配管
（4b，4c）が２つの冷媒熱交換器（11，11）の各蒸発部
に接続されている。

【００３３】上記液配管（42）の主配管（4a）は、凝縮
器（22）からレシーバ（25）を介して分岐配管（4b，4
c）に接続されている。一方、上記分岐配管（4b，4c）
には膨張機構である冷却用電動膨張弁（EV11）が設けら
れている。

【００３４】上記第２ガス配管（41）は、主配管（4d）
と２つの分岐配管（4e，4f）とによって形成されてい
る。該第２ガス配管（41）の主配管（4d）は、圧縮機
（21）からアキュムレータ（26）と四路切換弁（24）と
を順に接続する一方、上記各分岐配管（4e，4f）が各冷
媒熱交換器（11，11）の蒸発部に接続されている。つま
り、上記２つの冷媒熱交換器（11，11）の蒸発部は、高
温側冷凍回路（20）において互いに並列に接続されてい
る。

【００３５】尚、上記液配管（42）及び第２ガス配管
（41）の分岐配管（4b，4c，4e，4f）は、カスケードユ
ニット（1B）に設けられている。

【００３６】上記第１ガス配管（40）とレシーバ（25）
との間には、ガス通路（43）が接続されている。該ガス
通路（43）の一端は、第１ガス配管（40）における四路
切換弁（24）と凝縮器（22）との間に接続され、他端
は、レシーバ（25）の上部に接続されている。そして、
上記ガス通路（43）は、開閉弁（SVGH）が設けられ、冷
却運転時の高圧制御を行うように構成されている。

【００３７】上記油分離器（23）と圧縮機（21）の吸込
側との間には、キャピラリチューブ（CP）を備えた油戻
し通路（44）が接続されている。上記圧縮機（21）の吐
出側と吸込側との間には、キャピラリチューブ（CP）と
開閉弁（SVRH）とを備えた圧縮機（21）のアンロード通
路（45）が接続され、該アンロード通路（45）の途中は
圧縮機（21）に接続されている。

【００３８】また、上記圧縮機（21）の吐出側の第１ガ
ス配管（40）には、高圧冷媒圧力を検出する高圧圧力セ
ンサ（SPH1）と、高圧冷媒圧力が過上昇して所定の高圧
値になるとオフ信号を出力する高圧圧力開閉器（HPS1）
とが設けられている。また、上記圧縮機（21）の吸込側
の第２ガス配管（41）には、低圧冷媒圧力を検出する低
圧圧力センサ（SPL1）が設けられている。

【００３９】更に、上記圧縮機（21）の吸込側の第２ガ
ス配管（41）には、吸入側冷媒温度を検出する吸入温度
センサ（Th11）が四路切換弁（24）とアキュムレータ
（26）の間に設けられている。

【００４０】一方、上記第１低温側冷凍回路（3A）は、
冷媒循環方向が正サイクルと逆サイクルとに切り換えて
可逆運転の可能な二次側冷媒回路を構成している。そし
て、該第１低温側冷凍回路（3A）は、圧縮機（31）と第
１の冷媒熱交換器（11）の凝縮部と蒸発用伝熱管（5a）
とを備えている。

【００４１】上記圧縮機（31）の吐出側は、第１ガス配
管（60）によって油分離器（32）と四路切換弁（33）と
を介して第１の冷媒熱交換器（11）における凝縮部の一
端に接続されている。該凝縮部の他端は、液配管（61）
によって逆止弁（CV）とレシーバ（34）と膨張機構であ
る冷却用膨張弁（EV21）とを介して蒸発用伝熱管（5a）
の一端に接続されている。該蒸発用伝熱管（5a）の他端
は、第２ガス配管（62）によって逆止弁（CV）と四路切
換弁（33）とアキュムレータ（35）とを介して圧縮機
（31）の吸込側に接続されている。

【００４２】そして、上記第１の冷媒熱交換器（11）
は、カスケードコンデンサであって、主として高温側冷
凍回路（20）の蒸発熱と第１低温側冷凍回路（3A）の凝
縮熱とを熱交換するように構成されている。

【００４３】尚、上記冷却用膨張弁（EV21）は、感温式
膨張弁であって、感温筒（TS）が蒸発用伝熱管（5a）の
出口側の第２ガス配管（62）に設けられている。

【００４４】上記第１低温側冷凍回路（3A）は、逆サイ
クルのデフロスト運転を行うように構成されので、ドレ
ンパン通路（63）とガスバイパス通路（64）と減圧通路
（65）とを備えている。該ドレンパン通路（63）は、第
２ガス通路（62）における逆止弁（CV）の両端部に接続
され、ドレンパンヒータ（6a）と逆止弁（CV）とが設け
られ、圧縮機（31）の吐出冷媒（ホットガス）が流れる
ように構成されている。

【００４５】上記ガスバイパス通路（64）は、液配管
（61）における冷却用膨張弁（EV21）の両端に接続さ
れ、逆止弁（CV）を備え、デフロスト運転時に液冷媒が
冷却用膨張弁（EV21）をバイパスするように構成されて
いる。

【００４６】上記減圧通路（65）は、液配管（61）にお
ける逆止弁（CV）の両端に接続され、開閉弁（SVDL）を
備えている。該開閉弁（SVDL）は、減圧通路（65）の口
径よりやや小さく設定されてデフロスト運転時に液冷媒
を減圧するように構成されている。

【００４７】また、上記レシーバ（34）の上部には、ガ
ス抜き通路（66）の一端が接続されている。該ガス抜き
通路（66）は、開閉弁（SVGL）とキャピラリチューブ
（CP）とを備え、他端が、第２ガス配管（62）における
アキュムレータ（35）の上流側に接続されている。

【００４８】上記油分離器（32）と圧縮機（31）の吸込
側との間には、キャピラリチューブ（CP）を備えた油戻
し通路（67）が接続されている。

【００４９】また、上記圧縮機（31）の吐出側の第１ガ
ス配管（60）には、高圧冷媒圧力を検出する高圧圧力セ
ンサ（SPH2）と、高圧冷媒圧力が過上昇して所定の高圧
値になるとオフ信号を出力する高圧圧力開閉器（HPS2）
とが設けられている。また、上記圧縮機（31）の吸込側
の第２ガス配管（62）には、低圧冷媒圧力を検出する低
圧圧力センサ（SPL2）が設けられている。

【００５０】上記第２低温側冷凍回路（3B）は、第１低
温側冷凍回路（3A）とほぼ同様な構成であるが、デフロ
スト運転は行わず、冷却運転のみを行う二次側冷媒回路
を構成している。該第２低温側冷凍回路（3B）は、第１
低温側冷凍回路（3A）における四路切換弁（24）を備え
ず、その上、ドレンパン通路（63）とガスバイパス通路
（64）と減圧通路（65）とが設けられていない。つま
り、上記第２低温側冷凍回路（3B）は、圧縮機（31）と
第２の冷媒熱交換器（11）の凝縮部とレシーバ（34）と
冷却用膨張弁（EV21）と蒸発用伝熱管（5b）とアキュム
レータ（35）とが第１ガス配管（60）と液配管（61）と
第２ガス配管（62）とによって順に接続されて構成され
ている。

【００５１】そして、上記冷却用膨張弁（EV21）は、感
温式膨張弁であって、感温筒が蒸発用伝熱管（5b）の出
口側の第２ガス配管（62）に設けられている。上記第２
の冷媒熱交換器（11）は、カスケードコンデンサであっ
て、高温側冷凍回路（20）の蒸発熱と第２低温側冷凍回
路（3B）の凝縮熱とを熱交換するように構成されてい
る。

【００５２】上記両低温側冷凍回路（3A，3B）における
蒸発用伝熱管（5a，5b）、冷却用膨張弁（EV21）及びド
レンパン通路（63）がクーリングユニット（1C）に設け
られる一方、他の圧縮機（31）などが上記カスケードユ
ニット（1B）に設けられている。

【００５３】上記両低温側冷凍回路（3A，3B）の蒸発用
伝熱管（5a，5b）は、図２に示すように、それぞれ蒸発
器を構成するが、本実施形態では、一体となって１つの
蒸発器（50）を形成している。具体的に、上記各低温側
冷凍回路（3A，3B）の蒸発用伝熱管（5a，5b）は、ｎ個
で構成され、蒸発器（50）は２ｎ個の蒸発用伝熱管（5
a，5b）によって形成され、つまり、２ｎパスに構成さ
れている。

【００５４】また、上記第１低温側冷凍回路（3A）にお
ける液配管（61）の蒸発用伝熱管（5a）の手前には、液
冷媒の温度を検出する液温度センサ（Th21）が設けられ
る一方、上記蒸発器（50）には該蒸発器（50）の温度を
検出する蒸発器温度センサ（Th22）が設けられている。

【００５５】上記高温側冷凍回路（20）及び両低温側冷
凍回路（3A，3B）は、コントローラ（70）によって制御
される。該コントローラ（70）は、高圧圧力センサ（SP
H1，SPH2）の検知信号などが入力する一方、圧縮機（2
1，31）などの制御信号を出力するように構成されてい
る。そして、上記コントローラ（70）には、冷却運転を
制御する冷却手段（71）の他、デフロスト手段（72）と
デフロスト運転の開始制御手段（73）及び終了制御手段
（74）が設けられている。

【００５６】上記デフロスト手段（72）は、所定時間毎
にデフロスト運転を行うように構成されている。つま
り、該デフロスト手段（72）は、第２低温側冷凍回路
（3B）の運転を停止する一方、第１低温側冷凍回路（3
A）と高温側冷凍回路（20）との四路切換弁（24，33）
を図１及び図２の破線に切り換え、冷媒循環方向を逆サ
イクルにして冷媒を循環させるように構成されている。

【００５７】上記開始制御手段（73）は、デフロスト手
段（72）のデフロスト開始信号を受け、二次側冷媒回路
（3A）の四路切換弁（33）を切り換えて該二次側冷媒回
路（3A）のデフロスト運転を開始した後、所定条件にな
ると、一次側冷媒回路（20）の四路切換弁（24）を切り
換えて該一次側冷媒回路（20）のデフロスト運転を開始
するように構成されている。

【００５８】更に、該開始制御手段（73）は、デフロス
ト開始信号を受けた後、所定時間が経過する条件か、又
はデフロスト開始信号を受けた後、一定時間後に一次側
冷媒回路（20）における圧縮機（21）の吸入側冷媒の過
熱度が所定値以下になる条件を充足すると、一次側冷媒
回路（20）の四路切換弁（24）を切り換えるように構成
されている。

【００５９】上記終了制御手段（74）は、デフロスト手
段（72）のデフロスト終了信号を受け、一次側冷媒回路
（20）の四路切換弁（24）を切り換えて該一次側冷媒回
路（20）の冷却運転を再開した後、所定条件になると、
二次側冷媒回路（3A）の四路切換弁（33）を切り換えて
該二次側冷媒回路（3A）の冷却運転を再開するように構
成されている。

【００６０】更に、該終了制御手段（74）の所定条件
は、デフロスト終了信号を受けた後、所定時間が経過す
る条件か、又はデフロスト終了信号を受けた後、一定時
間後に一次側冷媒回路（20）における圧縮機（21）の吸
入側冷媒の過熱度が所定値以下になる条件を充足する
と、二次側冷媒回路（3A）の四路切換弁（33）を切り換
えるように構成されている。

【００６１】そして、該過熱度は、吸入温度センサ（Th
11）が検出する吸入側冷媒温度ＴSHと低圧圧力センサ
（SPL2）が検出する低圧冷媒圧力の相当飽和温度ＴEHと
の差温（ＴSH−ＴEH）より導出され、この過熱度の所定
値が５℃に設定されている。

【００６２】−二元冷凍装置の運転動作−次に、上述し
た二元冷凍装置（10）の運転動作について説明する。

【００６３】先ず、冷却運転を行う場合、高温側冷凍回
路（20）の圧縮機（21）及び両低温側冷凍回路（3A，3
B）の２台の圧縮機（31，31）を共に駆動する。この状
態において、上記高温側冷凍回路（20）では、四路切換
弁（24）を図１の実線に切り換える一方、冷却用電動膨
張弁（EV11）を開度制御する。

【００６４】上記高温側冷凍回路（20）の圧縮機（21）
から吐出した一次冷媒は、凝縮器（22）で凝縮して液冷
媒となり、カスケードユニット（1B）に流れる。そし
て、上記液冷媒は、２つの分岐配管（4b，4c）に分か
れ、冷却用電動膨張弁（EV11）で減圧する。その後、上
記液冷媒は、２つの冷媒熱交換器（11，11）の各蒸発部
で蒸発してガス冷媒となって圧縮機（21）に戻る。この
循環を繰り返す。

【００６５】一方、第１低温側冷凍回路（3A）では、四
路切換弁（33）を図２の実線に切り換える一方、減圧通
路（65）の開閉弁（SVDL）を全閉とし、冷却用膨張弁
（EV21）を過熱度制御する。また、第２低温側冷凍回路
（3B）では、冷却用膨張弁（EV21）を過熱度制御する。

【００６６】上記両低温側冷凍回路（3A，3B）におい
て、圧縮機（31，31）から吐出した二次冷媒は、冷媒熱
交換器（11，11）の凝縮部で凝縮して液冷媒となり、こ
の液冷媒は、冷却用膨張弁（EV21，EV21）で減圧する。
その後、上記液冷媒は、蒸発用伝熱管（5a，5b）で蒸発
してガス冷媒となって圧縮機（31，31）に戻る。この循
環を繰り返す。

【００６７】そして、上記各冷媒熱交換器（11，11）に
おいては、高温側冷凍回路（20）の蒸発熱と各低温側冷
凍回路（3A，3B）の凝縮熱とが熱交換し、低温側冷凍回
路（3A，3B）の二次冷媒が冷却されて凝縮する。一方、
上記蒸発器（50）では、二次冷媒が蒸発して冷却空気を
生成し、庫内を冷却する。

【００６８】また、上記二元冷凍装置（10）は、デフロ
スト運転を行う。このデフロスト運転は、冷蔵運転時に
は６時間毎に行い、冷凍運転時は１２時間毎に行われ
る。上記デフロスト運転は、第２低温側冷凍回路（3B）
の運転を停止する一方、第１低温側冷凍回路（3A）と高
温側冷凍回路（20）との冷媒循環方向を逆サイクルにし
て行われる。

【００６９】具体的に、第１低温側冷凍回路（3A）で
は、四路切換弁（33）を図２の破線に切り換える一方、
減圧通路（65）の開閉弁（SVDL）を全開に、冷却用膨張
弁（EV21）を全閉にする。

【００７０】上記圧縮機（31）から吐出した二次冷媒
は、四路切換弁（33）を経てドレンパン通路（63）を通
り、ドレンパンヒータ（6a）でドレンパンを加熱する。
続いて、上記二次冷媒は、蒸発用伝熱管（5a）を流れて
蒸発器（50）を加熱し、該蒸発器（50）の着霜を融解す
る。その後、上記蒸発用伝熱管（5a）を流れた二次冷媒
は、ガスバイパス通路（64）を流れ、レシーバ（34）を
経て減圧通路（65）を流れ、開閉弁（SVDL）で減圧す
る。続いて、上記二次冷媒は、冷媒熱交換器（11）の凝
縮部で蒸発し、四路切換弁（33）及びアキュムレータ
（35）を経て圧縮機（31）に戻る。この循環を繰り返
す。

【００７１】一方、上記高温側冷凍回路（20）では、四
路切換弁（24）を図１の破線に切り換える一方、冷却用
電動膨張弁（EV11）を全開にする。

【００７２】上記圧縮機（21）から吐出した一次冷媒
は、四路切換弁（24）を経て第１の冷媒熱交換器（11）
の蒸発部を流れ、第１低温側冷凍回路（3A）の二次冷媒
を加熱する。その後、上記冷媒熱交換器（11）の蒸発部
を流れた一次冷媒は、レシーバ（25）を経て凝縮器（2
2）で蒸発し、四路切換弁（24）及びアキュムレータ（2
6）を経て圧縮機（21）に戻る。この循環を繰り返す。

【００７３】また、上記デフロスト運転は、液温度セン
サ（Th21）が、例えば、３５℃の冷媒温度を検出し、且
つ蒸発器温度センサ（Th22）が、例えば、５℃の蒸発器
温度を検出するか、又は第１低温側冷凍回路（3A）の高
圧圧力センサ（SPH2）が、例えば、１８Kg／cm² の高圧
冷媒圧力を検出すると、終了する。尚、上記デフロスト
運転は、１時間のガードタイマでも終了する。

【００７４】上記デフロスト運転時の他、冷却運転時に
おいて、各低温側冷凍回路（3A，3B）におけるガス抜き
通路（66）の開閉弁（SVGL）は開口し、レシーバ（34）
に溜まる液冷媒を低温側圧縮機（31）に戻す。

【００７５】また、上記高温側冷凍回路（20）における
ガス通路（43）は、冷却運転時において、高圧圧力セン
サ（SPH1）が検出する高圧冷媒の圧力が低下すると、開
閉弁（SVGH）を開口し、高圧冷媒をレシーバ（25）に供
給し、高圧冷媒圧力を上昇させる。

【００７６】次に、本発明の特徴する高温側冷凍回路
（20）及び第１低温側冷凍回路（3A）における四路切換
弁（24，33）の切換え動作について図３〜図７に基づい
て説明する。

【００７７】先ず、図３は、第１低温側冷凍回路（3A）
の動作を示し、デフロスト信号（除霜信号）を受けた後
（ステップST11）、ポンプダウン運転を２０秒行い（ス
テップST12）、その後、四路切換弁（33）を切り換える
（ステップST13）。この場合、後述するように、第１低
温側冷凍回路（3A）の四路切換弁（33）を、高温側冷凍
回路（20）の四路切換弁（24）より先に切り換える。

【００７８】その後、上述したようにデフロスト運転を
行った後（ステップST14）、デフロストの終了か否かを
判定する（ステップST15）。そして、デフロストが終了
すると、終了信号を高温側冷凍回路（20）に送信した後
（ステップST16）、四路切換弁（33）を切り換える（ス
テップST17）。この場合、後述するように、第１低温側
冷凍回路（3A）の四路切換弁（33）を、高温側冷凍回路
（20）の四路切換弁（24）より後に切り換える。その
後、冷却運転に戻り（ステップST18）、上述の動作を繰
り返す。

【００７９】一方、図４は、高温側冷凍回路（20）の動
作を示し、デフロスト信号（除霜信号）を受けた後（ス
テップST21）、冷却運転を継続し（ステップST22）、そ
の後、四路切換弁（24）を切り換える（ステップST2
3）。この場合、後述するように、高温側冷凍回路（2
0）の四路切換弁（24）を、第１低温側冷凍回路（3A）
の四路切換弁（33）より後に切り換える。

【００８０】その後、上述したようにデフロスト運転を
行った後（ステップST24）、デフロストの終了信号を受
信すると（ステップST25）、四路切換弁（24）を切り換
える（ステップST26）。この場合、後述するように、高
温側冷凍回路（20）の四路切換弁（24）を、第１低温側
冷凍回路（3A）の四路切換弁（33）より先に切り換え
る。その後、冷却運転に戻り（ステップST17）、上述の
動作を繰り返す。

【００８１】そこで、上記高温側冷凍回路（20）の四路
切換弁（24）の切換え制御について図５に基づき説明す
る。

【００８２】上記図４のステップST23を詳述すると、図
５に示すように、デフロスト運転を開始すると、先ず、
第１低温側冷凍回路（3A）の四路切換弁（33）を切換え
（図３のステップST13参照）、この場合、高温側冷凍回
路（20）は、ステップST31において、２分が経過したか
否かを判定し、冷却運転を継続する（図４のステップST
22参照）。この２分が経過するまで、ステップST32に移
り、１分が経過し、且つ一次側冷媒回路（20）の吸入側
冷媒の過熱度が５℃より低下したか否かを判定する（Ｔ
SH−ＴEH＜５）。この過熱度の低下等の条件を充足する
まで、上記ステップST31に戻り、上記２分が経過する
か、又は過熱度の低下等の条件を充足すると、ステップ
ST33に移り、四路切換弁（24）を切り換える。

【００８３】つまり、上記第１低温側冷凍回路（3A）の
四路切換弁（33）を切り換え、冷媒熱交換器（11）の凝
縮部が蒸発機能に切り換わった後、高温側冷凍回路（2
0）の冷媒熱交換器（11）の蒸発部はそのままの冷却運
転を継続する。この状態では、高温側冷凍回路（20）の
冷媒が蒸発しないので、この状態を継続すると、液冷媒
が圧縮機（21）に戻る湿り運転になるので、この湿り運
転を検出すると、高温側冷凍回路（20）の四路切換弁
（24）を切り換える。

【００８４】一方、上記デフロスト運転を終了する場
合、高温側冷凍回路（20）は、図６に示すように四路切
換弁（24）を切り換える。デフロスト運転中は、ステッ
プST41において、アンロード通路（45）の開閉弁（SVR
H）を開口し、ガス通路（43）の開閉弁（SVGH）を閉鎖
する。その後、ステップST42に移り、第１低温側冷凍回
路（3A）よりデフロストの終了信号があったか否かを判
定し、該終了信号を受信するまで、ステップST42に待機
し、該終了信号を受信すると、ステップST43に移り、四
路切換弁（24）を切り換える（図４のステップST26参
照）。

【００８５】その後、ステップST44に移り、アンロード
通路（45）の開閉弁（SVRH）及びガス通路（43）の開閉
弁（SVGH）をそのままにし、ステップST45に移り、１分
が経過したか否かを判定する。この１分が経過するま
で、ステップST46に移り、１０秒が経過し、且つ一次側
冷媒回路（20）の吸入側冷媒の過熱度が５℃より低下し
たか否かを判定する（ＴSH−ＴEH＜５）。この過熱度の
低下等の条件を充足するまで、上記ステップST45に戻
り、上記１分が経過するか、又は過熱度の低下等の条件
を充足すると、ステップST47に移り、第１低温側冷凍回
路（3A）に四路切換弁（33）の切換え信号を送信し、冷
却運転を再開する。

【００８６】一方、第１低温側冷凍回路（3A）は、図７
に示すように四路切換弁（33）を切り換える。先ず、デ
フロスト運転中は、ステップST51において、減圧通路
（65）の開閉弁（SVDL）を開口し、ステップST52におい
て、デフロストが終了したか否かを判定し、デフロスト
が終了するまでステップST52に待機した後、デフロスト
が終了すると、ステップST53に移り、高温側冷凍回路
（20）に終了信号を送信する（図３のステップST16参
照）。

【００８７】この終了信号の送信によって、上述したよ
うに、高温側冷凍回路（20）は四路切換弁（24）を切り
換える（図４のステップST26参照及び図６のステップST
43参照）。一方、第１低温側冷凍回路（3A）は、デフロ
スト運転を継続し、ステップST54において、高温側冷凍
回路（20）の四路切換弁（24）の切換え信号を受信した
か否かを判定し、切換え信号を受信するまで待機して、
該切換え信号を受信すると、ステップST55に移り、減圧
通路（65）の開閉弁（SVDL）を閉鎖し、ステップST56に
おいて、四路切換弁（33）を切り換え（図１のステップ
ST17参照）、冷却運転を再開する。

【００８８】つまり、上記高温側冷凍回路（20）の四路
切換弁（24）を切り換え、冷媒熱交換器（11）の蒸発部
を凝縮機能から蒸発機能に戻すが、第１低温側冷凍回路
（3A）の冷媒熱交換器（11）の凝縮部はそのままデフロ
スト運転の蒸発機能を継続する。この状態では、高温側
冷凍回路（20）の冷媒が蒸発しないので、この状態を継
続すると、液冷媒が圧縮機に戻る湿り運転になるので、
この湿り運転を検出すると、第１低温側冷凍回路（3A）
の四路切換弁（33）を切り換える。

【００８９】−実施形態の効果−以上のように、本実施
形態によれば、デフロスト運転の開始時には、第１低温
側冷凍回路（3A）の四路切換弁（33）を切り換えた後、
高温側冷凍回路（20）の四路切換弁（24）を切り換える
ようにしたので、第１低温側冷凍回路（3A）における冷
媒熱交換器（11）の凝縮部が、蒸発機能を発揮する低温
状態になった後、高温側冷凍回路（20）の四路切換弁
（24）を切り換えることができる。

【００９０】この結果、高温側冷凍回路（20）の冷媒熱
交換器（11）の蒸発部が凝縮器として放熱することがで
きるので、該高温側冷凍回路（20）の高圧冷媒圧力の過
上昇を確実に防止することができる。したがって、デフ
ロスト運転時の高圧冷媒圧力を確実に適正値に制御する
ことができる。

【００９１】また、デフロスト運転の終了時には、高温
側冷凍回路（20）の四路切換弁（24）を切り換えた後、
第１低温側冷凍回路（3A）の四路切換弁（33）を切り換
えるようにしたので、高温側冷凍回路（20）における冷
媒熱交換器（11）の蒸発部が、蒸発機能を発揮する低温
状態になった後、第１低温側冷凍回路（3A）の四路切換
弁（33）を切り換えることができる。

【００９２】この結果、第１低温側冷凍回路（3A）の冷
媒熱交換器（11）の凝縮部が確実に放熱することができ
るので、該第１低温側冷凍回路（3A）の高圧冷媒圧力の
過上昇を確実に防止することができる。したがって、デ
フロスト運転時の高圧冷媒圧力を確実に適正値に制御す
ることができる。

【００９３】また、デフロスト運転の開始時及び終了時
において、高温側冷凍回路（20）の吸入側冷媒の過熱度
が低下等すると、高温側冷凍回路（20）の四路切換弁
（24）及び第１低温側冷凍回路（3A）の四路切換弁（3
3）を切り換えるので、冷媒熱交換器（11）における放
熱可能な状態を正確に検知することができ、高圧冷媒圧
力の過上昇を正確に防止することができる。

【００９４】

【発明の他の実施の形態】上記実施形態においては、２
台の低温側冷凍回路（3A，3B）を設けたが、本発明は、
１台の低温側冷凍回路（3A）を有するものであってもよ
いく、逆に、３台以上の第１低温側冷凍回路（3A，3B，
…）を有するものであってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高温側冷凍回路の要部を示す冷媒回路
図である。

【図２】本発明の低温側冷凍回路を示す冷媒回路図であ
る。

【図３】第１低温側冷凍回路のデフロスト運転を示す制
御フロー図である。

【図４】高温側冷凍回路のデフロスト運転を示す制御フ
ロー図である。

【図５】高温側冷凍回路におけるデフロスト開始時の四
路切換弁の切換え動作を示す制御フロー図である。

【図６】高温側冷凍回路におけるデフロスト終了時の四
路切換弁の切換え動作を示す制御フロー図である。

【図７】第１低温側冷凍回路におけるデフロスト終了時
の四路切換弁の切換え動作を示す制御フロー図である。

【符号の説明】

10 二元冷凍装置 11 冷媒熱交換器 20 高温側冷凍回路（一次側冷媒回路） 21 圧縮機 22 凝縮器 24 四路切換弁 EV11 電動膨張弁 3A，3B 低温側冷凍回路（二次側冷媒回路） 31 圧縮機 33 四路切換弁 EV21 膨張弁 50 蒸発器 5a，5b 蒸発用伝熱管（蒸発器） 70 コントローラ 71 冷却手段 72 デフロスト手段 73 開始制御手段 74 終了制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 47/02 F25B 7/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機（21）と、凝縮器（22）と、膨張
   機構（EV11）と、冷媒熱交換器（11）の蒸発部とが順に
   接続されて構成され、一次冷媒が循環する一次側冷媒回
   路（20）と、 圧縮機（31）と、上記冷媒熱交換器（11）の凝縮部と、
   膨張機構（EV21）と、蒸発器（5a）とが順に接続されて
   構成され、二次冷媒が循環すると共に、上記冷媒熱交換
   器（11）において一次冷媒と二次冷媒とが熱交換する少
   なくとも１つの二次側冷媒回路（3A）とを備えた二元冷
   凍装置において、 上記少なくとも１つの二次側冷媒回路（3A）と一次側冷
   媒回路（20）とは、冷媒循環方向が正サイクルと逆サイ
   クルとに可逆に成るように四路切換弁（24，33）が設け
   られる一方、 上記一次側冷媒回路（20）の冷媒循環を逆サイクルにす
   ると共に、冷媒循環の可逆な二次側冷媒回路（3A）の冷
   媒循環を逆サイクルにしてデフロスト運転を制御するデ
   フロスト手段（72）と、 該デフロスト手段（72）のデフロスト開始信号を受け、
   二次側冷媒回路（3A）の四路切換弁（33）を切り換えて
   該二次側冷媒回路（3A）のデフロスト運転を開始した
   後、所定条件になると、一次側冷媒回路（20）の四路切
   換弁（24）を切り換えて該一次側冷媒回路（20）のデフ
   ロスト運転を開始する開始制御手段（73）とを備えてい
   ることを特徴とする二元冷凍装置。
2. 【請求項２】 圧縮機（21）と、凝縮器（22）と、膨張
   機構（EV11）と、冷媒熱交換器（11）の蒸発部とが順に
   接続されて構成され、一次冷媒が循環する一次側冷媒回
   路（20）と、 圧縮機（31）と、上記冷媒熱交換器（11）の凝縮部と、
   膨張機構（EV21）と、蒸発器（5a）とが順に接続されて
   構成され、二次冷媒が循環すると共に、上記冷媒熱交換
   器（11）において一次冷媒と二次冷媒とが熱交換する少
   なくとも１つ二次側冷媒回路（3A）とを備えた二元冷凍
   装置において、 上記少なくとも１つの二次側冷媒回路（3A）と一次側冷
   媒回路（20）とは、冷媒循環方向が正サイクルと逆サイ
   クルとに可逆に成るように四路切換弁（24，33）が設け
   られる一方、 上記一次側冷媒回路（20）の冷媒循環を逆サイクルにす
   ると共に、冷媒循環の可逆な二次側冷媒回路（3A）の冷
   媒循環を逆サイクルにしてデフロスト運転を制御するデ
   フロスト手段（72）と、 該デフロスト手段（72）のデフロスト終了信号を受け、
   一次側冷媒回路（20）の四路切換弁（24）を切り換えて
   該一次側冷媒回路（20）の冷却運転を再開した後、所定
   条件になると、二次側冷媒回路（3A）の四路切換弁（3
   3）を切り換えて該二次側冷媒回路（3A）の冷却運転を
   再開する終了制御手段（74）とを備えていることを特徴
   とする二元冷凍装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の二元冷凍装置において、 デフロスト手段（72）のデフロスト終了信号を受け、一
   次側冷媒回路（20）の四路切換弁（24）を切り換えて該
   一次側冷媒回路（20）の冷却運転を再開した後、所定条
   件になると、二次側冷媒回路（3A）の四路切換弁（33）
   を切り換えて該二次側冷媒回路（3A）の冷却運転を再開
   する終了制御手段（74）とを備えていることを特徴とす
   る二元冷凍装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の二元冷凍装置において、 開始制御手段（73）は、デフロスト開始信号を受けた
   後、所定時間が経過する条件か、又はデフロスト開始信
   号を受けた後、一定時間後に一次側冷媒回路（20）にお
   ける圧縮機（21）の吸入側冷媒の過熱度が所定値以下に
   なる条件を充足すると、一次側冷媒回路（20）の四路切
   換弁（24）を切り換えるように構成されていることを特
   徴とする二元冷凍装置。
5. 【請求項５】 請求項２記載の二元冷凍装置において、 終了制御手段（74）は、デフロスト終了信号を受けた
   後、所定時間が経過する条件か、又はデフロスト終了信
   号を受けた後、一定時間後に一次側冷媒回路（20）にお
   ける圧縮機（21）の吸入側冷媒の過熱度が所定値以下に
   なる条件を充足すると、二次側冷媒回路（3A）の四路切
   換弁（33）を切り換えるように構成されていることを特
   徴とする二元冷凍装置。
6. 【請求項６】 請求項１又は２記載の二元冷凍装置にお
   いて、 冷媒熱交換器（11，11）が複数設けられ、 該各冷媒熱交換器（11，11）の蒸発部が互いに並列に接
   続されて一次側冷媒回路（20）が構成される一方、 上記各冷媒熱交換器（11，11）には、それぞれ二次側冷
   媒回路（3A，3B）が接続され、 上記複数の二次側冷媒回路（3A，3B）のうち少なくとも
   １つの二次側冷媒回路（3A）が、冷媒循環が可逆に成る
   ように構成され、 上記各二次側冷媒回路（3A，3B）の蒸発器（5a、5b）が
   一体に形成されていることを特徴とする二元冷凍装置。