JP3976450B2

JP3976450B2 - 冷却システム

Info

Publication number: JP3976450B2
Application number: JP19210099A
Authority: JP
Inventors: 大成野口; 能久木村; 具彦加藤; 弘幸川田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1999-07-06
Filing date: 1999-07-06
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2019-07-06
Also published as: JP2001021241A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍機ユニットに、例えば、使用温度の異なる複数の蒸発器を接続し、除霜手段を備えた冷却システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、冷凍機ユニットに蒸発器を接続した冷却システムが知られている。この種のものでは、蒸発器に付着した霜を取り除く除霜手段を備えている。この除霜手段は、冷凍機ユニットの圧縮機を一定時間停止させるオフサイクル除霜手段や除霜ヒータを用いるヒータ除霜手段や冷凍機ユニットからホットガス回路を設けて蒸発器にホットガスを循環させるホットガス除霜手段等がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構成では、オフサイクル除霜手段は、使用温度の高い蒸発器、例えば冷蔵用の蒸発器の除霜手段として用いられ、このオフサイクル除霜手段では、除霜時間が長時間になるという問題がある。除霜ヒータを用いるヒータ除霜手段では、除霜ヒータと除霜ヒータ用電源とを用意する必要があるので、電力コストが上昇するという問題がある。ホットガス除霜手段では、急速除霜を行うことができる反面、蒸発器のコイル温度が急上昇し、この蒸発器を用いて庫内を再冷却する際に、庫内温度を所定温度にまで下げるに要する時間がかかり、無駄な運転が避けられないという問題がある。
【０００４】
また、従来のホットガス除霜手段では、蒸発器のコイル温度を検出し、この温度が所定温度以下になった場合、ホットガスを蒸発器へ一定時間流す手段が取られている。この除霜手段では、例えば、庫内温度が低い場合、蒸発器のコイル温度が低くなるので、除霜運転の間隔が短くなり、冷凍機ユニットの圧縮機の発停回数が増加すると共に、庫内が冷却されにくいという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上述した従来技術が有する課題を解消し、蒸発器の除霜運転時間を短くでき、コストを上昇させることなく、除霜運転後、蒸発器を再度冷却する際の無駄な運転を避けることができ、適切な除霜手段による除霜運転を実行できる冷却システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、冷凍機ユニットに蒸発器を接続した冷却システムにおいて、蒸発器に除霜用ホットガスを供給するホットガス除霜手段と、除霜運転時に蒸発器への冷媒の供給を停止するオフサイクル除霜手段と、所定条件下で前記２つの手段のうちのいずれか一方を選択して実行する手段とを備え、前記蒸発器の位置する庫内の設定温度が所定温度以下であり、蒸発器のコイル温度が氷点温度以上の時、オフサイクル除霜手段を選択し、蒸発器のコイル温度が氷点温度以下の時、ホットガス除霜手段を選択することを特徴とする。
【０００７】
請求項１記載の発明では、ホットガス除霜手段とオフサイクル除霜手段とを所定条件下で選択して実行できるので、蒸発器の着霜状態に応じた適切な除霜手段による除霜運転を実行できる。しかも、蒸発器のコイル温度が氷点温度以上、すなわち着霜する温度以上の場合に、オフサイクル除霜手段が選択され、蒸発器のコイル温度が氷点温度以下、すなわち着霜する温度以下の場合に、ホットガス除霜手段が選択されるので、急速除霜が行われ、除霜運転後に無駄な運転をする必要が生じない等のコイルの着霜状態に応じた適切な除霜手段による除霜運転を実行することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１において、１は冷却システムを示している。この冷却システム１は、室外機３（以下「冷凍機ユニット７」という。）と３台（複数台）の室内機５とによって構成されている。室外機３には、冷凍機ユニット７が設けられている。この実施の形態では、室内機５は、いわゆるショーケースやクーリングコイルに相当する。
【００１８】
この冷凍機ユニット７には、圧縮機９が設けられている。この圧縮機９の吐出管には、冷媒の流れを変え、冷却運転とホットガス除霜手段による除霜運転とを切り替える四方弁１１が接続されている。
【００１９】
冷却運転時の冷媒の流れ（実線で示す。）に沿って配管の接続関係を説明すると、四方弁１１には、凝縮器１３が接続され、この凝縮器１３には、電動膨張弁１５が接続され、この電動膨張弁１５には、レシーバタンク１７が接続されている。１４は凝縮器用送風機である。
【００２０】
このレシーバタンク１７には、供給管１８ａを介して、各室内機５の流量調整弁１９が接続され、この流量調整弁１９には蒸発器２１が接続されている。２２は蒸発器用送風機である。
【００２１】
蒸発器２１には、供給管１８ｂを介して、前記四方弁１１が接続され、この四方弁１１には、アキュムレータ２３が接続され、このアキュムレータ２３には、圧縮機９の吸込管が接続されている。
【００２２】
各室内機５には、蒸発器２１のコイル温度を計測する室内コイル温度検知センサ２５が設けられ、蒸発器用送風機２２が室内空気を吸い込む吸込側には、室内温度センサ２７が設けられている。また、各室内機５には室内機コントローラ２９が設けられており、この室内機コントローラ２９には、前記蒸発器用送風機２２と室内コイル温度検知センサ２５と室内温度センサ２７とが制御線を介して接続されている。
【００２３】
ホットガス除霜手段時の冷媒の流れ（点線で示す。）に沿って配管の接続関係を説明すると、四方弁１１には、供給管１８ｂを介して、室内機５の蒸発器２１が接続されている。この蒸発器２１には、後述する手順に従いホットガスの流量を調整する流量調整弁１９が接続されている。この流量調整弁１９には、供給管１８ａを介して、レシーバタンク１７が接続されている。このレシーバタンク１７には、電動膨張弁１５が接続され、この電動膨張弁１５には、凝縮器１３が接続されている。この凝縮器１３には前記四方弁１１が接続され、この四方弁１１には、アキュムレータ２３が接続され、このアキュムレータ２３には、圧縮機９の吸込管が接続されている。
【００２４】
四方弁１１とアキュムレータ２３とを結ぶ管路の途中にはバイパス管路が設けられ、このバイパス管路は、四方弁１１と圧縮機９の吐出管とを結ぶ管路に接続されている。このバイパス管路の途中には、バイパス弁３１が設けられている。このバイパス弁３１の弁開度を増減させることによって、圧縮機９から吐出された冷媒の一部をアキュムレータ２３へ戻すことにより、冷却運転時には冷却能力を調整し、ホットガス除霜手段時には、蒸発器２１へのホットガス（冷媒）の供給量を調整する。
【００２５】
室外機３の冷凍機ユニット７には、室外機コントローラ３３が設けられている。この室外機コントローラ３３には、前記圧縮機９を駆動するための電動機もしくはガスエンジン３５と凝縮器用送風機１４と室内機コントローラ２９とバイパス弁３１とが制御線を介して接続されている。
【００２６】
次に、作用を説明する。
【００２７】
圧縮機９の吐出管から吐出された冷媒が、四方弁１１を経て、凝縮器１３において凝縮する。凝縮器１３を経た冷媒は、電動膨張弁１５、レシーバタンク１７を経て、蒸発器２１において蒸発する。蒸発器２１を経た冷媒は、四方弁１１、アキュムレータ２３を経て、圧縮機９の吸込管に流れる。
【００２８】
蒸発器２１において冷媒が蒸発する際に、蒸発器２１に着霜する場合がある。この場合には、室内機コントローラ２９と室外機コントローラ３３とが、制御線を介して互いの着霜に関する情報を交換する。この交換した情報に基づいて、図２に示すフローチャートの手順によって、オフサイクル除霜手段かホットガス除霜手段かが選択され、除霜手段が行われる。
【００２９】
このフローチャートを説明すると、前回の除霜手段から３時間経過したかどうかが判断される（Ｓ１）。３時間経過していない場合、庫内を冷却する冷却運転が優先され、３時間経過するまで除霜運転には入らず、冷却運転が続行される。
【００３０】
３時間経過したと判断された場合には、室内機コントローラ２９によって、庫内設定温度が３℃（所定温度）を超えているか、或いは３℃（所定温度）以下かが判断される（Ｓ２）。庫内設定温度が３℃を超えている場合、室内機５は冷蔵温度帯で冷却され、３℃以下の場合、室内機５は冷凍温度帯で冷却される。この庫内設定温度は、低ければ低いほど蒸発器２１の着霜の機会が多く、高ければ高いほど蒸発器２１の着霜の機会が少なく、いわゆる着霜量の目安となる。
【００３１】
この実施の形態では、庫内設定温度が３℃を超える場合、多くの着霜量が想定されないため、後述するように常にオフサイクル除霜手段が選択される。
【００３２】
ただし、庫内設定温度が３℃を超える場合、蒸発器２１のコイル温度が５分間（一定時間）計測され、連続して−５℃（一定温度）以下であるかどうかが判断される（Ｓ３）。そして、コイル温度が５分間連続して−５℃以上の場合、除霜運転の必要がないとされ、更にコイル温度が計測され、コイル温度が５分間連続して−５℃以下の場合に限って、選択されたオフサイクル除霜手段によって除霜運転が実行される（Ｓ４）。
【００３３】
このオフサイクル除霜手段は室外機コントローラ３３を含み、前記した冷凍機ユニット７の圧縮機９の運転を停止し、蒸発器用送風機２２の運転を継続し、蒸発器２１に送風することによって実行される。
【００３４】
除霜運転が行われている最中に、蒸発器２１のコイル温度が計測され、１０分間連続して０℃（一定温度）以上であるかどうかが判断される（Ｓ５）。コイル温度が１０分間連続して０℃以上の場合には、着霜が解除されたとして、オフサイクル除霜手段による除霜運転が終了される（Ｓ７）。
【００３５】
コイル温度が０度以上１０分間連続しない場合には、除霜開始から３０分経過したかどうかが判断される（Ｓ６）。３０分経過した場合には、オフサイクル除霜手段による除霜運転が終了され（Ｓ７）、３０分経過しない場合には、着霜が残存する可能性があるため、再度コイル温度が１０分間連続して０℃以上になったかどうかが判断される。
【００３６】
Ｓ２で、庫内設定温度が３℃以下の場合には、多くの着霜量が想定される。この場合、蒸発器２１のコイル温度が計測され、５分間連続して−１０℃以下であるかどうかが判断される（Ｓ８）。
【００３７】
コイル温度が５分間連続して−１０℃以下にならない場合、−１０℃以下になるまで判断が継続される。コイル温度が５分間連続して−１０℃以下になった場合、着霜有りと判断され、取り敢えず、室外機３の冷凍機ユニット７が停止される（Ｓ９）。
【００３８】
ついで、コイル温度が計測され、このコイル温度が、０℃（氷点温度）以上であるかどうかが判断される（Ｓ１０）。
【００３９】
０℃以上である場合には、急速除霜の必要がないため、オフサイクル除霜手段が選択され（Ｓ１１）、０℃未満の場合には、急速除霜のためにホットガス除霜手段が選択される（Ｓ１２）。
【００４０】
このホットガス除霜手段は室外機コントローラ３３を含み、蒸発器用送風機２２の運転を停止し、前記した冷凍機ユニット７の圧縮機９の運転をし、この圧縮機９の運転能力と、前記流量調整弁１９の弁開度と、バイパス弁３１の弁開度とを調整することによって実行される。
【００４１】
この実施の形態では、上述したようにオフサイクル除霜手段又はホットガス除霜手段による除霜運転は、Ｓ１で、前回の除霜運転から３時間（所定時間）が経過し、オフサイクル除霜手段による除霜運転の場合には、Ｓ３で、蒸発器２１のコイル温度が、５分間連続して−５℃以下、ホットガス除霜手段による除霜運転の場合には、Ｓ８で、５分間連続して−１０℃以下、に到達した場合に開始される。
【００４２】
また、この実施の形態では、Ｓ１０で、コイル温度が０℃以上、すなわち氷点温度以上であるかどうかが判断され、氷点温度以上の時には、急速除霜の必要がないと判断されるので、オフサイクル除霜手段による除霜運転が選択される。氷点温度未満の時には、急速除霜の必要があると判断されるので、ホットガス除霜手段による除霜運転が選択される。
【００４３】
Ｓ１１で、オフサイクル除霜手段による除霜運転が選択された場合、Ｓ１３〜Ｓ１５を経て、その除霜運転を終了する（Ｓ１６）。すなわち、温度条件が達すれば時間に関与せず除霜運転を終了する。この場合、蒸発器２１が冷凍温度帯で制御されているので、時間的に可能な限り長く、オフサイクル除霜運転を継続させるためである。
【００４４】
Ｓ１３では、オフサイクル除霜運転を実行している当該室内機５の他に、別の室内機５でホットガス除霜運転を行っている室内機５があるかどうかが判断される。Ｓ１４では、そのホットガス除霜運転を行っている室内機５の除霜運転が終了しているか否かが判断され、Ｓ１５では、別のオフサイクル除霜運転を実行している室内機５の除霜運転が終了しているか否かが判断され、これらＳ１３〜Ｓ１５がすべて満たされた段階でその除霜運転が終了される（Ｓ１６）。
【００４５】
Ｓ１０で、ホットガス除霜手段による除霜運転が選択された場合には、蒸発器２１のコイル温度が計測され、１分間連続して１５℃以上であるかどうかが判断される（Ｓ１８）。コイル温度が、１分間連続して１５℃以上の場合には、着霜が解除されたとして、ホットガス除霜手段による除霜運転が終了される（Ｓ２０）。
【００４６】
コイル温度が、１分間連続して１５℃以上にならない場合には、除霜開始から３０分経過したかどうかが判断される（Ｓ１９）。３０分経過した場合には、ホットガス除霜手段による除霜運転が終了され（Ｓ２０）、３０分経過しない場合には、着霜が残存する可能性があるため、再度コイル温度が１分間連続して１５℃以上になったかどうかが判断される。前述したＳ１６で、すべての室内機５における除霜運転（Ｓ７、Ｓ１５、Ｓ２０）が終了したと判断された後、冷却運転が再開される（Ｓ１７）。
【００４７】
図３は別の実施形態を示す。
【００４８】
この実施形態では、ホットガス除霜手段の除霜手順Ｓ３１〜Ｓ３８に特徴を有している。
【００４９】
室内機コントローラ２９から除霜信号が室外機コントローラ３３に送信されると（Ｓ２１）、まず、冷凍機ユニット７が停止され（Ｓ２２）、ついで、すべての室内機５の流量調整弁１９が閉じられる（Ｓ２３）。
【００５０】
管路中の冷媒が蒸発器２１へ流入するのを阻止し、蒸発器２１の着霜に関する情報を確定させるためである。
【００５１】
次に、ホットガス除霜手段による除霜運転の条件が満たされたかどうかが判断される（Ｓ２４）。
【００５２】
ホットガス除霜手段による除霜運転の条件が満たされない場合、オフサイクル除霜手段による除霜運転が開始され（Ｓ２５）、オフサイクル除霜手段による除霜運転の終了条件（Ｓ２６）が満たされた場合には、オフサイクル除霜手段による除霜運転は終了される（Ｓ２７）。
【００５３】
Ｓ２４で、ホットガス除霜手段による除霜運転の条件が満たされた場合、ホットガス除霜手段による除霜運転が開始される（Ｓ２８）。この場合、まず、蒸発器用送風機２２が停止され、流量調整弁１９の弁開度が最大にされる（Ｓ２９）。蒸発器用送風機２２を停止させるのは、ホットガスの流入した蒸発器２１を通過した空気が庫内に送風されて、庫内温度が上昇するのを防止するためであり、流量調整弁１９の弁開度を最大にするのは、蒸発器２１へのホットガスの供給流量を増大させるためである。その後、圧縮機９の運転が開始される（Ｓ３０）。この場合、Ｓ２１〜Ｓ２９までの段階ではバイパス弁３１が全閉にされ、このＳ３０の段階ではバイパス弁３１が全開にされる。また、運転初期は最小能力で運転が開始される。蒸発器２１に少ないホットガスを供給することにより、急激な温度上昇を防ぐことと、蒸発器２１のコイル温度の温度上昇率を監視するためである。
【００５４】
蒸発器２１にホットガスが流れたときのコイル温度の温度上昇率を図４に示す。以下、図３、図４に基づいて説明する。
【００５５】
蒸発器２１のコイル温度上昇率が、基準温度上昇率Ｂより高い場合、すなわち温度上昇率Ａの場合には、蒸発器２１へのホットガスの供給流量が過度にならないように、流量調整弁１９の弁開度が減少される（Ｓ３２）基準温度上昇率Ｂとほぼ等しい場合には、蒸発器２１へのホットガスの供給流量は適切であると判断され、流量調整弁１９の弁開度は可変しない（Ｓ３３）。基準温度上昇率Ｂよりも低い場合、すなわち温度上昇率Ｃの場合には、蒸発器２１へのホットガスの供給流量が不十分であるので、バイパス弁３１の弁開度が減少され（Ｓ３４）、冷凍機ユニット７のホットガス供給能力が増大される。
【００５６】
この実施の形態では、実験結果から、基準温度上昇率Ｂは、１０分間に１５℃上昇した値を想定しているが、システムの形態により可変が可能である。
【００５７】
バイパス弁３１の弁開度を減少させていった後、バイパス弁３１が完全に閉じられたかどうかが判断される（Ｓ３５）。Ｓ１５では、バイパス弁３１の弁開度を減少させることによって、冷凍機ユニット７のホットガスを供給する運転能力を増加させて、現時点での冷凍機ユニット７のホットガスを供給する運転能力が十分であるかが判断されている。
【００５８】
バイパス弁３１が完全に閉じない場合、現時点での冷凍機ユニット７のホットガスを供給する運転能力のままで、除霜運転が続行される。バイパス弁３１が完全に閉じた場合、すなわち冷凍機ユニット７のホットガスを供給する運転能力が十分でなく、さらに、ホットガス供給流量を増加させて、除霜する必要があると判断された場合には、ホットガスの供給流量を増加させるために、冷凍機ユニット７の運転能力すなわち圧縮機９の運転能力を、圧縮機９に接続されたガスエンジン３５の回転数を増加させることによって増大させる（Ｓ３６）。ホットガス除霜手段による除霜運転の終了条件が満たされたかどうかが判断され（Ｓ３７）、満たされない場合、蒸発器２１のコイル温度上昇率によって前述した流量調整弁１９とバイパス弁３１との弁開度の調整と、圧縮機９の運転能力の調整とによってホットガスの供給流量を調整することが繰り返される。ホットガス除霜手段による除霜運転の終了条件が満たされた場合、ホットガス除霜手段による除霜運転が終了され（Ｓ３８）、冷却運転が開始される（Ｓ３９）。
【００５９】
ホットガスが流入した蒸発器２１のコイル温度は上昇しており、すぐに蒸発器用送風機２２が運転されると、温度の上昇したコイルを通過した空気が、庫内に送風され、庫内温度を上昇させてしまうので、蒸発器２１のコイル温度が０℃以下になったかどうかが判断され（Ｓ４０）、０℃以下になった場合には、蒸発器用送風機２２が運転される。
【００６０】
この実施の形態では、以下の効果を奏す。
【００６１】
ホットガス除霜手段とオフサイクル除霜手段とを所定条件下で選択して実行できるので、蒸発器２１の着霜状態に応じた適切な除霜手段による除霜運転を実行できる。
【００６２】
庫内の設定温度が所定温度以上の場合、この庫内に設けられている蒸発器２１には、着霜の度合いが少ないと判断され、オフサイクル除霜手段が選択され、最適な除霜手段による除霜運転を実行することができる。
【００６３】
蒸発器２１のコイル温度が氷点温度以上、すなわち着霜する温度以上の場合に、オフサイクル除霜手段が選択され、蒸発器２１のコイル温度が氷点温度以下、すなわち着霜する温度以下の場合に、ホットガス除霜手段が選択されるので、急速除霜が行われ、除霜手段後に無駄な運転をする必要が生じない等のコイルの着霜状態に応じた適切な除霜手段による除霜運転を実行することができる。
【００６４】
ホットガスの供給流量をコイル温度の温度上昇率に応じて変化させるので、コイル温度が必要以上に上昇することがない。このため、除霜運転後に無駄な運転をする必要が生じることがなく、過度の庫内温度上昇が生じにくく、適切な除霜手段による除霜運転を実行することができる。
【００６５】
除霜運転の間隔を計測し、除霜運転の運転間隔を安定させることができ、除霜運転を適度な間隔で実行することができ、冷凍機ユニット７の発停回数を抑えることができる。
【００６６】
以上、３台（複数）のショーケース（室内機）が接続された冷却システムに基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、空気調和機や冷却庫等の冷却システムに利用できることは明らかである。
【００６７】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、ホットガス除霜手段とオフサイクル除霜手段とを所定条件下で選択して実行できるので、蒸発器の着霜状態に応じた適切な除霜手段による除霜運転を実行できる。しかも、蒸発器のコイル温度が氷点温度以上、すなわち着霜する温度以上の場合に、オフサイクル除霜手段が選択され、蒸発器のコイル温度が氷点温度以下、すなわち着霜する温度以下の場合に、ホットガス除霜手段が選択されるので、急速除霜が行われ、除霜運転後に無駄な運転をする必要が生じない等のコイルの着霜状態に応じた適切な除霜手段による除霜運転を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による一実施の形態を示す冷却システムの回路図である。
【図２】図１に示す冷却システムの除霜手段のフローチャートである。
【図３】別の実施の形態の除霜手段時のフローチャートである。
【図４】図３に示す流量調整弁のコイル温度上昇率を示す図である。
【符号の説明】
１冷却システム
３室外機
５室内機
７冷凍機ユニット
１８ａ、１８ｂ供給管（ホットガス供給管）
１９流量調整弁
２１蒸発器

Claims

冷凍機ユニットに蒸発器を接続した冷却システムにおいて、蒸発器に除霜用ホットガスを供給するホットガス除霜手段と、除霜運転時に蒸発器への冷媒の供給を停止するオフサイクル除霜手段と、所定条件下で前記２つの手段のうちのいずれか一方を選択して実行する手段とを備え、前記蒸発器の位置する庫内の設定温度が所定温度以下であり、蒸発器のコイル温度が氷点温度以上の時、オフサイクル除霜手段を選択し、蒸発器のコイル温度が氷点温度以下の時、ホットガス除霜手段を選択することを特徴とする冷却システム。