JP4119766B2

JP4119766B2 - 冷凍装置

Info

Publication number: JP4119766B2
Application number: JP2003039721A
Authority: JP
Inventors: 宏岡本; 正基豊田
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2003-02-18
Filing date: 2003-02-18
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2023-02-18
Also published as: JP2004251480A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、蒸発器の除霜機能およびドレンの凍結防止機能を備えた冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気調和機や冷蔵ショーケースなどに搭載される冷凍装置は、圧縮機から吐出される冷媒を凝縮器および蒸発器に通して圧縮機に戻す冷凍サイクルを備えている。
蒸発器は運転が進むに従って徐々に霜が付着し、そのままでは蒸発器の熱交換量が減少して冷凍能力が低下してしまう。そこで、定期的または必要に応じて蒸発器を除霜する必要がある。
【０００３】
また、蒸発器から落下する結露水や除霜水などのいわゆるドレンは、ドレンパンに落下してそのドレンパンから外に排出される。ただし、ドレンパンに入ったドレンが凍結して排出が困難になることがある。
【０００４】
そこで、定期的にデフロスタヒータの発熱による蒸発器の除霜を開始し、その開始後、蒸発器温度が設定値に達したところで除霜を終了し、その終了に伴いドレンパンヒータを動作してドレンの凍結を防止し、ドレンパン温度が設定値に達したところでドレンパンヒータを停止するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、温度検知により蒸発器の着霜を検出し、その検出に伴い圧縮機の吐出冷媒を蒸発器に直接供給して蒸発器の除霜を開始し、その開始後、蒸発器温度が設定値に達したところで除霜を終了するとともに、除霜の開始前からドレンパンヒータを動作してドレンの凍結を防止し、除霜の終了から所定時間が経過したところでドレンパンヒータを停止するものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３０４７４７号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２００１−３２４２４８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、蒸発器温度に応じて除霜を終了し、ドレンパン温度に応じてドレンパンヒータを停止するものでは、蒸発器温度検知用とドレンパン温度検知用の２つの温度センサが必要である。
【０００９】
また、除霜の終了から所定時間後にドレンパンヒータを停止するものでは、所定時間が短いと凍結防止が不完全であり、所定時間が長いとドレンパン温度およびその周辺温度が不要に上昇して空調温度やショーケース内温度に悪影響を与えてしまう。
【００１０】
この発明は上記の事情を考慮したもので、蒸発器の除霜およびドレンパン上のドレンの凍結防止を１つの温度センサで適切に行うことができる冷凍装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明の冷凍装置は、圧縮機から吐出される冷媒を除霜用として蒸発器に導くバイパス路と、このバイパス路に設けられた開閉弁と、蒸発器から落下するドレンを受けて排出するドレンパンと、このドレンパンを加熱するヒータと、蒸発器およびドレンパンに接する伝熱部材とを備え、この伝熱部材の温度をその伝熱部材に取付けた温度センサで検知する。この温度センサの検知温度に応じて、上記開閉弁の開放による蒸発器の除霜、および上記ヒータの発熱によるドレンパン上のドレンの凍結防止を制御する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
［１］以下、この発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１に示すように、圧縮機１、凝縮器２、膨張弁３、および蒸発器４が順次に配管接続されて、冷凍サイクルが構成されている。圧縮機１から吐出される冷媒は、凝縮器２、膨張弁３、蒸発器４を通り、圧縮機１に戻る。
【００１３】
圧縮機１と凝縮器２との間の配管から膨張弁３と蒸発器４との間の配管にかけてバイパス路となるバイパス管５が接続され、そのバイパス管５に開閉弁６が設けられている。この開閉弁６が開くと、圧縮機１から吐出される高温の冷媒が除霜用として蒸発器２に直接的に導かれる。
【００１４】
凝縮器２の近傍に、凝縮器用ファン７，７が設けられている。これら凝縮器２および凝縮器用ファン７，７により、凝縮器ユニット１０が構成されている。蒸発器４の近傍に、蒸発器用ファン８，８および室内温度センサ９が設けられている。これら蒸発器４、蒸発器用ファン８，８、庫内温度センサ９、上記膨張弁３、および開閉弁６により、蒸発器ユニット２０が構成されている。
【００１５】
上記蒸発器４の下方には、ドレンパン２１が設けられている。蒸発器４から落下する結露水や除霜水などのいわゆるドレンは、このドレンパン２１に落下してそのドレンパン２１から排水管２２を通じて外部に排出される。このドレンパン２１の下面部に、凍結防止用の電気ヒータ２３が取付けられている。ドレンパン２１は、熱伝導性の良い金属製であり、ヒータ２３の発熱に対しても十分な耐熱性を備えている。
【００１６】
蒸発器４の冷媒出口部およびドレンパン２１の内底面の両方に接する状態に、金属製の熱伝導性の良い伝熱部材２４が設けられている。この伝熱部材２４に、１つの温度センサ２５が取付けられている。この温度センサ２５により、蒸発器４の冷媒出口部の温度およびドレンパン２１の温度が検知される。
【００１７】
伝熱部材２４とその周辺部の具体的な構成を図２および図３に示している。伝熱部材２４はＬ字形に形成され、立位面の上部が蒸発器４の端板４ａに面接触して固定され、座面がドレンパン２１の内底面に面接触して固定されている。すなわち、伝熱部材４が蒸発器４をドレンパン２１上に支持する支持部材として兼用されている。そして、この伝熱部材２４の立位面の中途部に温度センサ２５が取付けられている。
【００１８】
なお、蒸発器４の反対側の端板４ａとドレンパン２１の内底面との間にも、蒸発器４をドレンパン２１上に支持するための金属製でＬ字形の支持部材２８が設けられている。この支持部材２８の熱伝導性は良くても悪くてもどちらでもよい。
【００１９】
また、蒸発器４および蒸発器用ファン８，８は、図４に示すように、例えば冷凍車におけるコンテナの冷蔵庫内に設置される天井面取付筐体２６に収容される。この筐体２６において、蒸発器４の下面部と対向する位置にドレンパン２１が設置される。冷蔵庫内の空気は蒸発器用ファン８，８により吸込まれ、その吸込み空気が蒸発器４の一方の側面部に流入して蒸発器４の他方の側面部から流出する。流出する空気は冷却用空気として、吹出グリル２７から冷蔵庫内に吹出される。庫内空気が蒸発器用ファン８，８により吸込まれるとき、その庫内空気の温度Ｔａが庫内温度センサ９で検知される。
【００２０】
一方、制御部３０に、上記圧縮機１、開閉弁６、庫内温度センサ９、ヒータ２３、温度センサ２５、および操作部３１が接続されている。
【００２１】
制御部３０は、主要な機能として、次の（１）（２）を有している。
（１）庫内温度センサ９の検知温度Ｔａと操作部３１で設定される庫内設定温度Ｔｓとの比較に応じて圧縮機１の運転を制御する制御手段。
（２）温度センサ２５の検知温度に応じて、開閉弁６の開放による蒸発器４の除霜、およびヒータ２３の発熱によるドレンの凍結防止をそれぞれ制御する制御手段。この制御手段は、具体的には、温度センサ２５の検知温度Ｔｅｄが設定値Ｔ１未満の場合に開閉弁６を開放して除霜を開始し且つヒータ２３を動作して凍結防止を開始する手段と、この開始後、温度センサ２５の検知温度Ｔｅｄが設定値Ｔ２（＞Ｔ１）以上になるとヒータ２３を動作したまま圧縮機１を停止し且つ開閉弁６を閉成して除霜を終了する手段と、この終了後、温度センサ２５の検知温度Ｔｅｄが設定値Ｔ３（＞Ｔ２）以上になるとヒータ２３を停止して凍結防止を終了する手段とからなる。
【００２２】
つぎに、上記の構成の作用を図５、図６、図７を参照しながら説明する。図５は制御のフローチャート、図６は検知温度Ｔｅｄと設定値Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３との関係を示す図、図７は圧縮機１・開閉弁６・ヒータ２３の動作を示すタイムチャートである。
【００２３】
通常の運転では、開閉弁６が閉成され（ステップ１０１）、ヒータ２３が通電オフされる（ステップ１０２）。そして、庫内温度センサ９の検知温度Ｔａが庫内設定温度Ｔｓ以上であれば圧縮機１が運転され、検知温度Ｔａが庫内設定温度Ｔｓ未満に下がると圧縮機１が停止（中断）される。
【００２４】
圧縮機１の運転時（ステップ１０４）、温度センサ２５の検知温度Ｔｅｄが設定値Ｔ１未満の状態にあれば（ステップ１０５のＹＥＳ）、制御部３０においてタイムカウントｔが開始される（ステップ１０６）。そして、このタイムカウントｔが一定時間ｔ１とが比較される（ステップ１０７）。検知温度Ｔｅｄが設定値Ｔ１以上になると（ステップ１０５のＮＯ）、タイムカウントｔがクリアされる（ステップ１０８）。
【００２５】
タイムカウントｔが一定時間ｔ１に達すると（ステップ１０７のＹＥＳ）、蒸発器４が着霜しているとの判断の下に、圧縮機１が運転のまま（ステップ１０９）、開閉弁６が開放され（ステップ１１０）、ヒータ２３が通電オンされる（ステップ１１１）。開閉弁６が開放することにより、圧縮機１から吐出される高温冷媒がバイパス管５を通って蒸発器４に直接的に供給される。この供給により、蒸発器４に付着している霜や氷片が解けてドレンパン２１に落下する。また、ヒータ２３の通電オンにより、ヒータ２３が発熱動作してドレンパン２１が加熱される。この加熱により、ドレンパン２１に落下したドレン（霜や氷片など）の凍結を防ぐことができ、そのドレンを排水管２２を通じて確実に排出することができる。ドレンパン２１内にすでにドレンがあってそのドレンが凍結していた場合には、その凍結したドレンが溶解して排水管２２により外に排出される。
【００２６】
この除霜時、温度センサ２５の検知温度Ｔｅｄと設定値Ｔ２（＞Ｔ１）とが比較される（ステップ１１２）。
蒸発器４の除霜が進み、温度センサ２５の検知温度Ｔｅｄが設定値Ｔ２以上になると（ステップ１１２のＹＥＳ）、蒸発器４の着霜が無くなったとの判断の下に、圧縮機１が停止され（ステップ１１３）、開閉弁６が閉成される（ステップ１１４）。ヒータ２３の通電オンは継続される（ステップ１１５）。
【００２７】
圧縮機１が停止されて開閉弁６が閉成されることにより、蒸発器４の除霜が終了となる。この除霜終了後、温度センサ２５の検知温度Ｔｅｄと設定値Ｔ３（＞Ｔ２）とが比較される（ステップ１１６）。
【００２８】
ヒータ２３の発熱動作は継続しているので、温度センサ２５の検知温度Ｔｅｄは上昇方向に変化する。この検知温度Ｔｅｄが設定値Ｔ３以上になると（ステップ１１６のＹＥＳ）、ステップ１０１からの通常運転に復帰する。すなわち、ヒータ２３が通電オフされて凍結防止制御が終了となる（ステップ１０２）。
【００２９】
以上のように、蒸発器４の冷媒出口部およびドレンパン２１の内底面の両方に接する状態に伝熱部材２４を設け、その伝熱部材２４に１つの温度センサ２５を取付けることにより、その１つの温度センサ２５で、蒸発器４の冷媒出口部の温度およびドレンパン２１の内底面の温度をそれぞれ検知することができる。つまり、１つの温度センサ２５を除霜制御および凍結防止制御に兼用することができ、よって従来に比べて温度センサの個数を削減することができ、コストの低減が図れる。
【００３０】
伝熱部材２４は熱伝導性が良い部材で成形されており、しかもドレンパン２１が熱伝導性の良い金属製であるから、温度検知の精度が高くなり、除霜制御および凍結防止制御の信頼性が向上する。
【００３１】
蒸発器４の着霜の有無については、温度センサ２５の検知温度Ｔｅｄと設定値Ｔ１，Ｔ２との比較により監視し、その監視に基づいて除霜の開始と終了を決定する構成であるから、蒸発器４の着霜状態に応じた温度変化を実験等で確かめて設定値Ｔ１，Ｔ２に反映させておくことにより、蒸発器４の除霜制御を適切に行うことができる。
【００３２】
除霜開始と同時にヒータ２３が動作してドレンパン２１が加熱されるので、蒸発器４からドレンパン２１に落下するドレンの凍結を防ぐことができ、またドレンパン２１内ですでに凍結しているドレンを溶解することができ、これらドレンをドレンパン２１から排水管２２を通じて確実に排出することができる。
【００３３】
除霜終了後も引き続きヒータ２３が動作するので、除霜終了後に蒸発器４から落下するドレンについても、凍結することなく、ドレンパン２１から排水管２２を通じて確実に排出することができる。
【００３４】
除霜終了後、ヒータ２３の動作に基づくドレンパン２１の温度上昇を温度センサ２５の検知温度Ｔｅｄと設定値Ｔ３との比較により監視し、その監視に基づいてヒータ２３を停止する構成であるから、ドレンパン２１の温度上昇の最適値を実験等で確かめ、その最適値をヒータ通電終了条件として設定値Ｔ３に反映させておくことにより、ドレンの凍結を確実に防止できることはもちろん、ドレンパン２１の温度およびその周辺温度が不要に上昇して庫内温度に悪影響を与えるというような不具合はまったく生じない。
【００３５】
［２］この発明の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態では、第１の実施形態における伝熱部材２４を蒸発器４に一体構造として組込むようにしている。すなわち、蒸発器４の端板４ａが金属製の熱伝導性の良い部材で形成されており、その端板４ａがドレンパン２１側に延びてドレンパン２１の内底面に面接触して固定されている。すなわち、端板４ａが蒸発器４をドレンパン２１上に支持する支持部材として兼用されている。そして、端板４ａの所定箇所に温度センサ２５が取付けられている。
【００３６】
なお、蒸発器４の反対側の端板４ａも、ドレンパン２１側に延びてドレンパン２１の内底面に固定され、蒸発器４をドレンパン２１上に支持している。
他の構成、作用、効果は第１の実施形態と同じである。
【００３７】
なお、上記各実施形態では、冷凍車の車両用空気調和機に搭載される冷凍装置を例に説明したが、店舗の冷蔵ショーケースに搭載される冷凍装置についても同様に実施することができる。
その他、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を変えない範囲で種々変形実施可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、蒸発器の除霜およびドレンパン上のドレンの凍結防止を１つの温度センサで適切に行うことができる冷凍装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の全体的な構成を示す図。
【図２】第１の実施形態における伝熱部材とその周辺部の具体的な構成を示す図。
【図３】第１の実施形態における伝熱部材とその周辺部の具体的な構成を示す斜視図。
【図４】各実施形態における蒸発器、蒸発器用ファン、ドレンパンの関係を示す斜視図。
【図５】各実施形態の作用を説明するためのフローチャート。
【図６】各実施形態における検知温度Ｔｅｄと設定値Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３との関係を示す図。
【図７】各実施形態の作用を説明するためのタイムチャート。
【図８】第２の実施形態における伝熱部材とその周辺部の具体的な構成を示す図。
【図９】第２の実施形態における伝熱部材とその周辺部の具体的な構成を示す斜視図。
【符号の説明】
１…圧縮機、２…凝縮器、４…蒸発器、５、バイパス管、６…開閉弁、９…庫内温度センサ、１０…凝縮器ユニット、２０…蒸発器ユニット、２１…ドレンパン、２３…電気ヒータ、２４…伝熱部材、２５…温度センサ、３０…制御部

Claims

圧縮機から吐出される冷媒を凝縮器および蒸発器に通して圧縮機に戻す冷凍サイクルと、
前記圧縮機から吐出される冷媒を除霜用として前記蒸発器に導くバイパス路と、
前記バイパス路に設けられた開閉弁と、
前記蒸発器から落下するドレンを受けて排出するドレンパンと、
前記ドレンパンを加熱するヒータと、
前記蒸発器および前記ドレンパンに接する伝熱部材と、
前記伝熱部材に取付けられ、前記伝熱部材の温度を検知する温度センサと、
前記温度センサの検知温度に応じて、前記開閉弁の開放による前記蒸発器の除霜、および前記ヒータの発熱による前記ドレンパン上のドレンの凍結防止を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする冷凍装置。
請求項１に記載の冷凍装置において、
前記制御手段は、前記温度センサの検知温度Ｔｅｄが設定値Ｔ１未満の場合に前記開閉弁を開放して除霜を開始し且つ前記ヒータを動作して凍結防止を開始する手段と、この開始後、前記温度センサの検知温度Ｔｅｄが設定値Ｔ２（＞Ｔ１）以上になると前記ヒータを動作したまま前記圧縮機を停止し且つ前記開閉弁を閉成して除霜を終了する手段と、この終了後、前記温度センサの検知温度Ｔｅｄが設定値Ｔ３（＞Ｔ２）以上になると前記ヒータを停止して凍結防止を終了する手段と、を備えている。
請求項１に記載の冷凍装置において、
前記伝熱部材は、前記蒸発器の冷媒出口部および前記ドレンパンの両方に接する熱伝導性の良い部材、または前記蒸発器と一体構造を有し前記ドレンパン側に延びて同ドレンパンに接する熱伝導性の良い部材である、
前記ドレンパンは、熱伝導性の良い金属製である、
ことを特徴とする冷凍装置。