JP4326274B2 - 冷凍回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液バックの防止対策を講じた冷凍回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プレハブ式冷蔵庫に装備される冷凍回路の一例を概略的に示すと、図４に示すようになっている。すなわち、室外機に装備された圧縮機１、凝縮器２と、室内機に装備された温度式膨張弁３、冷却器４（蒸発器）とが冷媒配管により循環接続され、膨張弁３の手前側にポンプダウン用の電磁弁５が介設されている。
そして冷却運転は、電磁弁５が開放された状態において、圧縮機１と庫内ファン６とが駆動され、冷却器４付近で生成された冷気が庫内ファン６で庫内に循環供給される。この間庫内温度が検知され、設定温度まで下がると電磁弁５が閉じられ、これに伴い低圧圧力が降下したことが圧力スイッチ７で検知されると圧縮機１が停止し、一方庫内温度が設定温度より高くなると電磁弁５が開かれ、一定時間が経過し、かつ低圧圧力が上昇したことが圧力スイッチ７で検知されると圧縮機１が駆動されるといったように、庫内温度に応じて電磁弁５が開閉することを介して圧縮機１の運転が制御され、庫内がほぼ設定温度に維持される。
一方除霜運転は、電磁弁５を閉じ、かつ圧縮機１、庫内ファン６を停止した状態において、冷却器４に装備したヒータに通電することで行われるようになっている。
【０００３】
続いて、除霜運転が終了して冷却運転が再開される場合を、図５も用いて説明する。
除霜が終了する、すなわちヒータへの通電とそれに続く水切りが終了すると、冷凍回路の低圧圧力を上昇させるべくポンプダウン用の電磁弁５が開放され、２０秒後に圧縮機１が駆動される。ただし庫内ファン６は、圧縮機１の起動後の１分３０秒間は、庫内の温度上昇を抑えるために駆動しない（予冷運転）。さらにその後の２分間は、回転数が抑えられてファンガードに付着した水滴が庫内に飛散させないようにしている。その後、庫内ファン６が正規に駆動されて、通常の冷却運転が再開される。
【０００４】
上記において、除霜終了時に電磁弁５が開放され続いて圧縮機１が駆動されると、図５のグラフに示すように、冷却器出口４Ａの温度ｃが急激に上昇する。これは、冷媒が膨張弁３を通って冷却器４に流入すると、膨張弁３の絞り効果で冷却器入口４Ｂの温度ｂは降下するが、その後は冷媒が、除霜運転後で高温状態にある冷却器４の内部を通るために過熱され、それに伴い冷却器出口４Ａの温度ｃが上昇するからである。
この温度上昇により、冷却器出口４Ａに取り付けられた膨張弁３用の感温筒８の温度も高くなるため膨張弁３は最大限に開き、冷媒の循環量が多くなり、併せて膨張弁入口３Ａの温度ｄも上昇する（約２０℃）。このように、冷媒の循環量が多くなると、冷媒が冷却器４内で蒸発し切れず、多量の液冷媒が圧縮機１側に供給される、いわゆる液バックを起こすおそれがある。
液バックが起きると、例えば圧縮機ケース下部１Ａの温度ａが降下し（４１℃から３０℃程度まで）、それに起因して圧縮機１内の潤滑油の粘度が低下するため、摺動部分等の摩耗に繋がり、ひいては圧縮機１の耐用寿命の低下を招き、さらには駆動部がロックしてしまう等の問題がある。
なお、この種の冷凍回路や液バック現象についての認識は、例えば特許文献１に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
実開平１−１０２６５７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような液バックの防止対策として、予冷運転中にポンプダウン用の電磁弁５を一時的に閉じ、冷媒循環を停止することが提案された。しかしながら、電磁弁５を閉鎖するタイミング等の条件によっては、冷凍回路の低圧圧力が降下し過ぎ、圧力スイッチ７を介して図らずも圧縮機１が停止制御されてしまうことがあり、簡単には対応できなかった。
【０００７】
そこで本願発明者らは、冷却運転を再開する際における冷凍回路の低圧圧力の変動を詳細に調べたところ、以下のようなことが判明した。低圧圧力の変動は、上記の図５のグラフの特性線ｐに示される。
すなわち電磁弁５が開かれて低圧圧力が上昇したのち、圧縮機１が駆動されると、低圧圧力が一時的に降下する。これは冷凍回路の圧力損失によるものであって、そののち冷却器４を冷却する負荷により低圧圧力は次第に上昇し、負荷が軽くなるに従って今度は次第に降下する。
このような冷凍回路の低圧圧力の変動の特性を見た場合、低圧圧力の降下を伴う電磁弁５の閉鎖動作が、低圧圧力が一旦降下したタイミングで行われると、低圧圧力の圧力値は過剰に低くなって圧縮機１の異常停止を招くおそれがあり、一方、低圧圧力が一旦降下したのち二度目に上昇した場合のピーク付近で行われれば、低圧圧力の圧力値が比較的高いところに留め置かれると判断できる。
【０００８】
本発明は上記のような知見に基づいて完成されたものであって、その目的は、圧縮機の異常停止事故等を伴うことなく液バックを確実に防止するところにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、圧縮機、凝縮器、温度式膨張弁及び冷却器が冷媒配管により循環接続されるとともに、前記膨張弁の手前側に電磁開閉弁が介設され、前記電磁開閉弁が閉鎖しかつ前記圧縮機が停止した状態で除霜がなされるようにした冷凍回路において、除霜が終了して冷却運転を再開するに当たり、初めに前記電磁開閉弁を開放し、その所定時間後に前記圧縮機を駆動したのち、低圧圧力が二度目に圧力上昇したタイミングから所定時間前記電磁開閉弁を閉鎖状態とする制御手段が備えられているところに特徴を有する。
請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記電磁開閉弁の前記所定時間の閉鎖動作は、時間間隔を開けて複数回に分けて行われるようになっているところに特徴を有する。
【００１０】
【発明の作用及び効果】
＜請求項１の発明＞
除霜が終了して冷却運転が再開されるに当たり、電磁開閉弁が開放され続いて圧縮機が駆動されると、冷凍回路の低圧圧力は、急激に上昇したのち一時的に降下し、再び上昇してピークを迎えた後次第に降下する経過を示す。
本発明はこのような圧力変動を睨み、電磁開閉弁を所定時間閉鎖するタイミングを、低圧圧力が二度目に圧力上昇したとき付近に設定した。低圧圧力の降下を伴う電磁開閉弁の閉鎖動作が、低圧圧力が相対的に高いところで行われることから、低圧圧力が降下するも、その圧力値は過剰に降下することなく許容内に留められる。
電磁開閉弁が閉鎖されることで冷却器への冷媒循環が停止され、もって圧縮機へ液冷媒が供給されること、すなわち液バックの発生が防止される。しかも、低圧圧力の過剰降下が抑制され、圧縮機の異常停止事故の発生等を防止することができる。
【００１１】
＜請求項２の発明＞
電磁開閉弁の閉鎖動作が複数回に分けられると、閉じられることで低圧圧力が降下したのち、途中で開かれることで一旦圧力上昇に転じ、再び閉じられることで、圧力上昇した状態から圧力降下するといったことが繰り返され、連続して所定時間閉鎖された場合と比較すると、低圧圧力の降下圧力値をより高い所に留めることができ、圧縮機の異常停止をより確実に防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態を図１及び図２によって説明する。本実施形態の冷凍回路は、図１に示すように、室外機として圧縮機１０と、凝縮器ファン１１Ａを付設した凝縮器１１とが装備され、また室内機として、温度式膨張弁１２と、冷却器１４（蒸発器）とが装備されており、これらが冷媒配管により循環接続されている。温度式膨張弁１２は、冷却器出口１４Ａに取り付けられた感温筒１３で感知された冷却器出口１４Ａの温度に基づいて開度が制御されるものである。また、膨張弁入口１２Ａの手前には、ポンプダウン用の電磁弁１５が備えられているとともに、圧縮機１０の吐出側（高圧側）と吸引側（低圧側）との間に圧力スイッチ１６が設けられている。
【００１３】
以上の基本的な構造に加え、圧縮機１０の吸引側には、アキュムレータ２０、逆止弁２１及び補助アキュムレータ２２が順次に接続されている。凝縮器１１から膨張弁１２に至る液流通管３０Ａには、レシーバタンク２３、ドライヤ２４、サイトグラス２５、ストレーナ２６が介設されている。ドライヤ２４の出口側から分岐された分岐路２７には、液冷媒吐出用の電磁弁２８が設けられ、キャピラリチューブ２９を介して圧縮機１０と接続されており、圧縮機１０が所定温度以上に昇温されると、電磁弁２８が開いてキャピラリチューブ２９で絞られた低温のガス冷媒が圧縮機１０に供給されることで、圧縮機１０が冷却されるようになっている。
また、ストレーナ２６と電磁弁１５との間の液流通管３０Ａと、冷却器１４から引き出されたガス流通管３０Ｂの一部とが熱交換器３１に収容され、圧縮機１０に向かうガス冷媒と膨張弁１２に向かう液冷媒との間で熱交換されるようになっている。
なお、冷却器１４の近傍には、庫内ファン３３が装備されている。
【００１４】
基本的な運転は従来例と同様であるが、改めて説明すると、冷却運転は、電磁弁１５が開放された状態において、圧縮機１０と庫内ファン３３とが駆動され、冷却器１４付近で生成された冷気が庫内ファン３３で庫内に循環供給される。この間庫内温度が検知され、設定温度まで下がると電磁弁１５が閉じられ、これに伴い低圧圧力が降下したことが圧力スイッチ１６で検知されると圧縮機１０が停止し、一方庫内温度が設定温度より高くなると電磁弁１５が開かれ、一定時間が経過し、かつ低圧圧力が上昇したことが圧力スイッチ１６で検知されると圧縮機１０が駆動されるといったように、庫内温度に応じて電磁弁１５の開閉を介して圧縮機１０の運転が制御され、庫内がほぼ設定温度に維持される。
一方除霜運転は、電磁弁１５を閉じかつ圧縮機１０、庫内ファン３３を停止した状態において、冷却器１４に装備したヒータ（図示せず）に通電することで行われる。
【００１５】
また、除霜運転が終了して冷却運転が再開される場合は、図２のタイムチャートに示すように、除霜が終了する、すなわちヒータへの通電とそれに続く水切りが終了すると、冷凍回路の低圧圧力を上昇させるべくポンプダウン用の電磁弁１５が開放され、２０秒後に圧縮機１０が駆動される。ただし庫内ファン３３は、圧縮機１０の起動後の１分３０秒間は、庫内の温度上昇を抑えるために駆動しない（予冷運転）。さらにその後の２分間は、回転数が抑えられてファンガードに付着した水滴が庫内に飛散させないようにしている。その後、庫内ファン３３が正規に駆動されて、通常の冷却運転が再開される。
【００１６】
ここで、圧縮機１０への液バックを防止するために、上記の予冷運転の間に、電磁弁１５を一時的に閉鎖することが行われる。
液バックが起きる原因については、従来例でも説明したとおり、除霜運転の終了直後という事情から、冷媒が高温状態にある冷却器１４の内部を通るために過熱されて、冷却器出口１４Ａの温度Ｃが上昇し、感温筒１３を介して膨張弁１２が最大限に開いて冷媒の循環量が多くなり、冷却器１４内で蒸発し切れず多量の液冷媒が圧縮機１０側に向かって、アキュムレータ２０，２２があるにも拘わらず圧縮機１０に達してしまうためである。
【００１７】
本実施形態では、予冷運転が開始され、すなわち圧縮機１０が駆動されてから３０秒経過後に、電磁弁１５が３０秒間閉鎖するように制御される。
この電磁弁１５の閉鎖開始のタイミングを、圧縮機１０が駆動されてから３０秒経過後としたのは、以下の理由による。
一部既述したが、冷却運転を再開する際における冷凍回路の低圧圧力の変動を詳細に調べたところ、図２のグラフの特性線ｐに示されるようになることが判った。すなわち電磁弁１５が開かれて低圧圧力が上昇したのち、圧縮機１０が駆動されると、冷凍回路の圧力損失により低圧圧力が一時的に降下し、そののち冷却器１４を冷却する負荷により低圧圧力は次第に上昇し、負荷が軽くなるに従って今度は次第に降下するようになる。
【００１８】
そこで、このような冷凍回路の低圧圧力の変動の特性に鑑み、低圧圧力の降下を伴う電磁弁１５の閉鎖動作が、予冷運転中において低圧圧力が一旦降下したタイミングで行われると、低圧圧力の圧力値は過剰に低くなって、圧力スイッチ１６を介して圧縮機１０の異常停止を招くおそれがあり、それに対して、電磁弁１５の閉鎖動作が、低圧圧力が一旦降下したのち二度目に上昇した場合のピーク付近で行われれば、低圧圧力の圧力値が比較的高いところに留め置くことができると考えたからである。
このような低圧圧力が一旦降下したのち二度目に上昇した場合のピークに至るのが、予冷運転が開始され、すなわち圧縮機１０が駆動されてから３０秒経過した後であり、したがって上記のように圧縮機１０が駆動されてから３０秒経過後に、電磁弁１５が３０秒間閉鎖制御される。
【００１９】
改めて本実施形態の作用を説明すると、図２のタイムチャートに示すように、除霜運転が終了して冷却運転が再開されるに当たり、電磁弁１５が開放されてその２０秒後に圧縮機１０が駆動され、そののち１分３０秒間にわたって予冷運転が行われるのであるが、予冷運転が開始されてから３０秒経過すると、電磁弁１５が３０秒間閉鎖され、そののち再び開放される。
上述のように、除霜直後で冷却器出口１４Ａの温度Ｃが高く、通常ならば冷媒循環量が多くなるところを、電磁弁１５が所定時間（３０秒）閉鎖されることで、その間冷却器１４への冷媒循環が停止され、その結果、冷却器１４内で蒸発し切れなかった液冷媒が圧縮機１０側に向かうこと、すなわち液バックが起きることが防止される。このとき、同図のグラフに示すように、膨張弁入口１２Ａの温度Ｄが上昇する事態も発生しない。
このように圧縮機１０に液バックが発生しないことは、予冷運転中において、圧縮機ケース下部１０Ａの温度Ａが低下しないことから確認できる。
なお、同グラフの特性線Ｂは、冷却器入口１４Ｂの温度変化を示している。
【００２０】
また、電磁弁１５が閉鎖されると冷凍回路の低圧圧力の降下を来すが、電磁弁１５を閉鎖するタイミングを、予冷運転中において、低圧圧力が一旦降下したのち二度目に上昇した場合のピークのときに持って来たから、図２のグラフの特性線Ｐに示すように、低圧圧力が降下するものの、その圧力値は過剰に下がることなく、圧力スイッチ１６を作動させるまでには至らない。
【００２１】
このように本実施形態によれば、予冷運転中にポンプダウン用の電磁弁１５を所定時間（３０秒）閉鎖することで、圧縮機１０への液バックの発生が防止される。このため、圧縮機ケース下部１０Ａの温度降下に伴い圧縮機１０内の潤滑油の粘度が低下する等に起因して、圧縮機１０でトラブルが生じること等が防止される。
特に、電磁弁１５を閉鎖するタイミングを、予冷運転中において低圧圧力が二度目に圧力上昇したとき、すなわち低圧圧力が相対的に高い状態にあるときに持ってきたから、低圧圧力が過剰に降下することが抑制され、圧縮機１０が異常停止する事態を招くおそれもない。
【００２２】
＜第２実施形態＞
図３は、本発明の第２実施形態を示す。この第２実施形態では、予冷運転中に電磁弁１５を閉鎖する制御について変更が加えられている。
電磁弁１５の閉鎖を開始するタイミングと、トータルの閉鎖時間（３０秒）とは第１実施形態と同様であるが、閉鎖動作が２回に分けて行われる。詳細には、図３のタイムチャートに示すように、予冷運転が開始されてから３０秒経過すると、電磁弁１５が一旦１５秒間閉鎖され、続いて１５秒間開放されたのち、再度１５秒間閉鎖される。
【００２３】
第２実施形態の制御によれば、電磁弁１５がトータルして３０秒間閉鎖されてその間冷媒供給が停止されることで、圧縮機１０への液バックの発生が防止される。これは予冷運転中において、圧縮機ケース下部１０Ａの温度Ａが降下しないことから確認できる。
一方、低圧圧力については、特性線Ｐ１に示すように、電磁弁１５の１回目の閉鎖により、二度目に圧力上昇したところから若干降下し、電磁弁１５が途中で開かれることで一旦圧力上昇に転じ、２度目に閉じられたときには、圧力上昇した状態から圧力降下することになる。
これは上記第１実施形態のように、電磁弁１５が３０秒間連続して閉鎖された場合と比較すると、低圧圧力の降下圧力値をより高い所に留めることができ、その結果、圧縮機１０の異常停止をより確実に防止することができる。
【００２４】
＜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）予冷運転中にポンプダウン用の電磁弁を閉鎖する時間に関し、上記実施形態では３０秒としたが、これは一例であって、冷凍回路の容量や条件等に適した時間を任意に設定できる。
（２）電磁弁を閉鎖するタイミングについて、上記実施形態では予冷運転の開始後３０秒とした場合を例示したが、要は予冷運転中において、低圧圧力が一旦降下したのち二度目に上昇した場合のピークが来る時を見極め、その時に合わせて電磁弁の閉鎖タイミングを設定することが必要である。
【００２５】
（３）予冷運転中に電磁弁の閉鎖を開始する際の制御は、実施形態に例示したタイマによる時間制御に限らず、低圧圧力を圧力センサ等で検知してその検知値に基づいて行うことも可能である。
（４）電磁弁の閉鎖動作を分けるのは３回以上であってもよく、回数が多いほど、低圧圧力の降下圧力値を高い所に留めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態に係る冷凍回路の回路図
【図２】 そのタイミングチャート並びに各部位の温度特性と低圧圧力の変動とを示すグラフ
【図３】 第２実施形態にタイミングチャート並びに各部位の温度特性と低圧圧力の変動とを示すグラフ
【図４】 従来例の冷凍回路の回路図
【図５】 そのタイミングチャート並びに各部位の温度特性と低圧圧力の変動とを示すグラフ
【符号の説明】
１０…圧縮機 １１…凝縮器 １２…温度式膨張弁 １３…感温筒 １４…冷却器 １５…電磁弁（電磁開閉弁） １６…圧力スイッチ

Claims (2)

1. 圧縮機、凝縮器、温度式膨張弁及び冷却器が冷媒配管により循環接続されるとともに、前記膨張弁の手前側に電磁開閉弁が介設され、前記電磁開閉弁が閉鎖しかつ前記圧縮機が停止した状態で除霜がなされるようにした冷凍回路において、
   除霜が終了して冷却運転を再開するに当たり、初めに前記電磁開閉弁を開放し、その所定時間後に前記圧縮機を駆動したのち、低圧圧力が二度目に圧力上昇したタイミングから所定時間前記電磁開閉弁を閉鎖状態とする制御手段が備えられていることを特徴とする冷凍回路。
2. 前記電磁開閉弁の前記所定時間の閉鎖動作は、時間間隔を開けて複数回に分けて行われるようになっていることを特徴とする請求項１記載の冷凍回路。

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