JP4542054B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えばショーケース、冷蔵庫、冷凍庫等に用いられる冷凍装置に関するものである。特に冷凍装置の室外側装置（熱源機）の信頼性向上、冷凍能力の向上を図るためのものである。

近年、空調分野においては、例えばコンピュータ等の機器の増大により空気調和装置の冷房負荷が増大している。例えば、冷凍能力（単位時間あたりに除去できる熱量（仕事量））ができる限り損失しないようにするため、凝縮器と減圧器の間の液配管（冷媒経路）上に過冷却ユニットを設け、凝縮器が液体にした冷媒の熱をさらに奪って過冷却（サブクール）した上で蒸発器（冷却器）側に送りこみ、冷凍能力を高めた空気調和装置がある（例えば特許文献１参照）。このような空気調和装置では、室外側の冷凍機が有する圧縮機だけでまかなえない冷房能力が必要であると判断すると過冷却ユニットの運転を開始（始動）させる。そして必要がなければ運転を停止させる（以下、運転の開始、停止を発停という）。

一方、空調分野よりも低い中低温（冷蔵、冷凍）分野で用いられている、食品等を冷凍、冷蔵するための冷凍装置においても、空気調和装置と同様、例えば店舗拡張等により冷凍負荷が増大する傾向にある。そこで、冷凍装置にも過冷却ユニットを設けると都合がよい。
特開平１０−１８５３３３号公報

しかしながら、例えば食品を冷凍、冷蔵等するための冷凍装置において、上記の空気調和装置と同様の制御で過冷却ユニットの運転・停止制御を行った場合、必要な冷凍能力を供給できなくなり、食品を傷ませたり、鮮度を失わせたりして品質を損なう可能性がある。

また、過冷却ユニットの発停を必要以上に繰り返してしまう可能性があり、例えば圧縮機内の潤滑油不足によるロック等により故障が発生することで、必要な冷凍能力を供給することができず、食品の品質を損なわせることもある。また、生涯発停回数を越える時間を早め、また過冷却ユニットの冷媒と冷凍機の冷媒との熱交換をする例えばプレート熱交換器において、冷媒間の圧力差が大小を繰り返すことで、その仕切板部の圧力疲労を早めて破損させてしまい、点検、交換修理のサイクルを短くしてしまったり、短寿命にしてしまう場合もある。特に冷凍機は、ケース等内に食品がある限り、必要な冷凍能力を休むことなく冷却器に供給し続けなければならず、連続稼働の要求は空気調和装置よりも高い。

そのため、冷凍装置は、特にできる限り負荷を課すことなく、信頼性を向上するための措置が必要となる。また、過冷却ユニットが動作すれば冷凍能力は上がるが、過冷却ユニットを有効に利用するためには、過冷却ユニットが動作しておらず、冷凍機ユニットだけのときでも、冷凍能力の損失（ロス）をできる限り少なくしておくことが望ましい。

本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたもので、信頼性を向上させるための制御を行う冷凍装置を提供しようとするものである。

本発明に係る冷凍装置は、運転により、凝縮器が液化した主冷媒と過冷却用冷媒とを熱交換させて主冷媒を過冷却する熱交換器を有し、運転命令の信号および運転停止命令の信号により運転の開始と停止とを繰り返す過冷却ユニットと、あらかじめ定めた条件が満たされると、生涯発停回数に到るまでの時間を長くするため、過冷却ユニットの運転停止時間及び前回の運転開始からの経過時間がそれぞれに定められた時間以上であるかどうかを判断し、その判断に基づいて過冷却ユニットに運転開始を行わせ、また、運転時間が定められた時間以上であるかどうかを判断し、その判断に基づいて過冷却ユニットに運転停止を行わせ、さらに運転中においては、熱交換器における過冷却用冷媒の蒸発温度が一定の温度になるように、熱交換器に流入出する過冷却用冷媒の量を制御する制御手段とを備えるものである。

本発明によれば、過冷却ユニットの運転時間、運転停止時間及び前回の運転開始からの経過時間に基づいて、制御手段が過冷却ユニットの運転開始・停止についての制御を行うようにしたので、過冷却ユニットの頻繁な発停の繰り返し（ショートサイクル）を防止することができる。そのため、過冷却ユニットが有する圧縮機の生涯発停回数の到達を遅くし、圧縮機、冷凍装置全体の長寿命化を図ることができる。特に過冷却ユニットの運転開始時における圧縮機内の油の持ち出しによる圧縮機ロック等の致命的な故障を防ぐことができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の構成を表す図である。図１において、冷凍装置は、室外側装置１０と室内側装置２０とを、ガス配管３０及び液配管３１により配管接続し、冷媒（例えばＲ４０４Ａ。以下、ここでは主冷媒という）の循環を行っている。室外側装置（熱源機）１０は、主に冷凍機ユニット（コンデンシングユニット）１００及び過冷却ユニット１１０からなる。

そして、冷凍機ユニット１００は、主として冷凍機側制御手段１０１、冷凍機側圧縮機１０２、冷凍機側凝縮器１０３及び冷凍機側液溜１０４で構成する。ここで、冷凍機側圧縮機１０２、冷凍機側凝縮器１０３及び後述する室内側膨張弁２０１、室内側蒸発器２０２を配管接続して主冷媒回路を構成している。

例えばマイクロコンピュータのような処理手段を中心に装置構成した冷凍機側制御手段１０１は、冷凍機側圧縮機１０２の運転周波数制御、冷凍機側凝縮器ファン１０３Ａの回転数等、冷凍機ユニット１００内の各機器を制御する。特に本実施の形態においては、通信手段を有し、過冷却ユニット１１０が有する過冷却側制御手段１１１との間で、データを含む信号の送受信を行うことができる。そして、各種センサから送信される温度、圧力等のデータを含む信号、指示のデータを含む信号等に基づいて、過冷却側制御手段１１１に過冷却ユニット１１０の発停の命令を含む信号を送信する。

冷凍機側圧縮機１０２は、例えば運転周波数を任意に変化させることにより容量（単位時間あたりの冷媒を送り出す量）を変化させることができる、インバータ回路を備えた容量可変のインバータ圧縮機である。図１では１つとして記載しているが、例えば複数の圧縮機を並列に設けて容量を高めるようにしてもよい。冷凍機側圧縮機１０２は、冷凍機側制御手段１０１の指示に基づく運転周波数で運転（仕事）を行い、室外側ガス冷媒入口１３０、冷凍機ガス冷媒入口１４０を介して吸入した主冷媒（気体）を圧縮し、運転周波数に基づく任意の圧力を加えて送り出す（吐出する）。ここで、圧縮機の前段には液分離器（アキュムレータ）が設けられていることもある（ここではアキュムレータも含めるものとする）。冷凍機側凝縮器１０３は冷凍機側圧縮機１０２から送られた主冷媒（気体）が有する熱を奪って液化する。このとき、冷凍機側凝縮器ファン１０３Ａが回転して空気の流れをつくり、主冷媒の熱を空気に奪わせる。冷凍機側液溜（受液器）１０４は、室外側装置１０と室内側装置２０との間の冷媒の需給調整を図るために、液化した主冷媒を一時的に溜める。液化した主冷媒は冷凍機液冷媒出口１２１から流出する。ここで、本実施の形態の冷凍装置においては、外気温度を検知するための温度検知手段である外気温度センサ（サーミスタ）１０５が設けられているものとする。温度センサが検知した外気温度は、冷凍機側制御手段１０１が各機器を制御するための判断材料となる。

冷凍機ユニット１００から流出した主冷媒は、過冷却ユニット１１０が運転しているときには、過冷却液冷媒入口１５０を介して、後述する過冷却ユニット１１０が有する過冷却側熱交換器１１５内に設けられた配管等の通路を通過するように、また、過冷却ユニット１１０が運転していないときにはバイパス配管１２１を通過するように、切換手段である電動三方弁１２０により経路を切り換える。本実施の形態では、電動三方弁１２０の切り換えは後述する過冷却側制御手段１１１が行うものとする。過冷却が必要ないときには主冷媒がバイパス配管１２１を通過させるようにしたので、圧力損失（ロス）が大きくなる過冷却側熱交換器１１５を通過させずにすみ、無駄な圧力損失を低減することができる。これにより、フラッシュガスの発生を防ぐことができ、冷凍能力の損失も低減することができる。ここでは電動三方弁１２０を用いて切り換えを行ったが、例えば、過冷却液冷媒入口１５０付近とバイパス配管１２１上とに電磁弁を設け、一方の電磁弁が開放すれば他方を閉じるという弁の開閉を制御することにより、冷媒経路の切り換えを行うようにしてもよい。バイパス配管１２１を通過した主冷媒は、室外側液冷媒出口１３１を介して液配管３１を通過し、室内側液冷媒入口２１０から室内側装置２０に入る。

過冷却ユニット１１０は、過冷却側制御手段１１１、過冷却側圧縮機１１２、過冷却側凝縮器１１３、過冷却側膨張弁１１４及び過冷却側熱交換器１１５で構成する。過冷却ユニット１１０は、過冷却側圧縮機１１２、過冷却側凝縮器１１３、過冷却側膨張弁１１４及び過冷却側熱交換器１１５を配管接続して、主冷媒とは別の冷媒（例えばＲ４１０Ａ等。以下、過冷却用冷媒という）による過冷却用冷媒回路を構成し、過冷却用冷媒回路を循環させ、主冷媒と過冷却用冷媒との間で熱交換させて主冷媒を過冷却する。

過冷却側制御手段１１１も、例えばマイクロコンピュータのような処理手段を中心に構成された装置である。過冷却側圧縮機１１２の運転周波数制御、過冷却側凝縮器ファン１１３Ａの回転数、過冷却側膨張弁１１４の開度等、過冷却ユニット１１０内の各機器を制御する。特に本実施の形態においては、冷凍機側制御手段１０１と同様に通信手段（図示せず）を有しており、冷凍機側制御手段１１１との間で、データを含む信号の送受信を行うことができる。また、タイマ等の計時手段（図示せず）を有しており、計時による運転時間、運転停止時間等に基づいて、過冷却ユニット１１０の運転を行うかどうかの判断等を行い、過冷却側圧縮機１１２をはじめとする各機器を制御して過冷却ユニット１１０の運転開始・停止を制御する。

過冷却側圧縮機１１２も例えばインバータ圧縮機であり、運転周波数を制御することにより、過冷却用冷媒（気体）を吸入、圧縮し、任意の圧力で吐出することができる。過冷却側凝縮器１１３は過冷却側圧縮機１１２から送られた過冷却用冷媒が有する熱を奪って液化する。このとき、過冷却側凝縮器ファン１１３Ａが回転して空気の流れをつくり、過冷却用冷媒の熱を空気に奪わせる。減圧器である過冷却側膨張弁１１４は、過冷却用冷媒の流れを制限等し、過冷却用冷媒に加わる圧力が、所定の圧力（低圧力）になるようにして過冷却側熱交換器１１５に過冷却用冷媒を供給する。本実施の形態では、過冷却側熱交換器１１５における過冷却用冷媒の蒸発温度を一定にするために、過冷却側制御手段１１１の制御に基づいて開度調整し、過冷却側熱交換器１１５に供給する冷媒の量を調整する。蒸発器（冷却器）である、例えば二重管熱交換器、プレート熱交換器等の過冷却側熱交換器１１５は、主冷媒と過冷却用冷媒との間で熱交換を行って主冷媒を過冷却し、過冷却液冷媒出口１５１から過冷却した冷媒を出す。ここではプレート熱交換器を用いるものとし、例えば主冷媒用の通路と過冷却用冷媒用の通路を設けて熱交換を行うものとする。過冷却側熱交換器１１５の通路を通過し、過冷却された主冷媒は、室外側液冷媒出口１３１を介して液配管３１を通過し、室内側液冷媒入口２１０から室内側装置２０に入る。

ここで、本実施の形態の冷凍装置においては、過冷却側圧縮機１１２の吸入側の配管には圧力検知手段である低圧側圧力センサ１１６を設け、また、主冷媒の通路の出口側には、圧力センサ又は温度検知手段である温度センサ（サーミスタ）が設けられているものとする。ここでは圧力センサであるとし、高圧側圧力センサ１１７とする（温度センサの場合は、過冷却側制御手段１１１が検知した温度に基づいて、例えば圧力等に換算処理等を行う）。

例えば、ショーケース、冷蔵庫、冷凍庫等に取り付けられた室内側装置２０は、主として減圧器となる室内側膨張弁２０１及び冷却器（熱交換器）である室内側蒸発器２０２で構成する。図１では１の室内側装置２０がガス配管３０及び液配管３１に配管接続しているが、複数の室内側装置２０をガス配管３０及び液配管３１に接続してもよい。減圧器である室内側膨張弁２０１は液配管３１を介して送られた主冷媒の流れを制限等し、主冷媒に加わる圧力が、所定の圧力（低圧力）になるようにして室内側蒸発器２０２に主冷媒を供給する。そして、冷却器である室内側蒸発器２０２において主冷媒が圧力に応じた温度（蒸発温度）において蒸発（気化）される。このときに主冷媒がケース、庫内等の空気等の熱を奪って熱交換を行うことでケース、庫内等の冷凍（冷却）が行われる。室内側蒸発器２０２を通過した主冷媒（気体）は、室内側ガス冷媒出口２１１を介してガス配管３０を通過し、室外側装置１０に戻る。

ここで、本実施の形態の冷凍装置（室外側装置１０）においては、冷凍機側圧縮機１０２の吸入管の配管に、圧力検知手段である低圧側圧力センサ１１８が設けられているものとする（冷凍機側制御手段１０１が、検知した圧力について飽和温度に換算処理を行う）。ここで、図１の冷凍装置においては、低圧側圧力センサ１１８又は温度センサ（サーミスタ）を室内側装置２０に設け、低圧側圧力センサ１１８が検知した圧力（又は温度センサが検知した温度）のデータを含む信号を冷凍機側制御手段１０１に送信できるようにしてもよい。

本実施の形態の冷凍装置は、主冷媒の過冷却を行う過冷却ユニット１００を室外側装置１０に設け、ＣＯＰ等、効率のよい運転を行おうとする場合に、過冷却ユニット１００が頻繁に発停を行わないように、過冷却側制御手段１１１は、冷凍機側制御手段１０１から過冷却ユニット１００の運転命令の信号が送信されると、運転停止からあらかじめ定めた時間が経過しているか、また前回の運転開始からあらかじめ定めた時間を経過しているかどうかを判断する。その両方を満たせば、過冷却ユニット１００の運転を開始させるものである。また、冷凍機側制御手段１０１から過冷却ユニット１００の運転停止命令の信号が送信されると、運転時間があらかじめ定めた時間を経過しているかどうかを判断し、経過していれば過冷却ユニット１００の運転を停止させるものである。また、過冷却ユニット１００における冷却能力の制御は、例えば過冷却側圧縮機１１２の運転周波数を調整し、過冷却用冷媒の循環量を制御することにより行うものである。

図２は冷凍機ユニット１００と過冷却ユニット１１０の運転によるモリエル線図である。図２から、通常の冷凍機ユニット１００だけの運転に比べて、過冷却ユニット１００が運転を行った場合、冷凍機側凝縮器１０２の出口側において過冷却が多くとれることになる。そのため、過冷却ユニット１００の冷凍能力が大きくなる（過冷却側熱交換器１１５内での熱交換量が大きくなる）。また、例えば冷凍等の低温用途に用いるＲ４０４Ａ等の主冷媒に比べ、それよりも高温用途で用いられる高効率のＲ４１０Ａ等の過冷却用冷媒を循環させて主冷媒の過冷却をする方が、主冷媒の冷媒量を増やして冷却能力の増強を図るよりもＣＯＰ（成績係数）等の面から考えて効率がよく、省エネルギを図ることができる。このような点から過冷却ユニット１１０によって冷凍能力を確保する方がよい。

ここでバイパス配管１２１について説明する。例えばバイパス配管１２１がなかった場合、過冷却ユニット１１０が運転していなくても、冷凍機ユニット１００からの主冷媒は必ず過冷却ユニット１１０の過冷却側熱交換器１１５を通過する。そのため、例えば過冷却熱交換器１１５が抵抗となり、圧力損失が生じる。圧力損失が生じることにより、過冷却熱交換器１１５を出た冷凍機側の液配管中にフラッシュガスが発生し、冷凍能力がダウンする。

ここで、圧力損失をΔＰとすると、ΔＰ＝λ×Ｌ／ｄ×ρ／２×Ｖ² と表される（λ：管内摩擦係数、Ｌ：配管長さ、ｄ：管内径、ρ：冷媒の液密度、Ｖ：冷媒の流速）。また、冷媒循環量をＧとすると、Ｇ＝ρ×Ａ×Ｖと表される（Ａ：管内の断面積）。そして、圧力損失は冷媒循環量の２乗に比例する。

以上より、圧力損失は冷媒循環量の２乗に比例するので、例えば過冷却側熱交換器１１５のような圧力損失が大きくなる配管経路に過冷却を行わない冷媒を通過させることは得策ではない。そこで、本実施の形態では任意の管径で経路を構成できるバイパス配管１２１を設け、電動三方弁１２０により切り換えを行うことにしている。

図３は過冷却ユニット１１０の運転開始・停止に関するフローチャートである。一般的には、冷凍機ユニット１００が室内側装置２０の負荷に応じて必要な冷凍能力をまかなえきれないと判断した場合に直ちに過冷却ユニット１１０を運転を開始でき、負荷に応じて必要な冷凍能力が供給できると判断した場合には直ちに過冷却ユニット１１０を停止できるとよい。

しかし、例えば始動時において過冷却側圧縮機１１２内にある圧縮モータの潤滑用の油が多量に配管内に持ち出される。過冷却ユニット１１０の発停を頻繁に繰り返すと、循環して過冷却側圧縮機１１２に戻る前に持ち出しが何回も行われ、油枯渇による圧縮機ロックが発生する可能性が高くなる。また、例えば過冷却側圧縮機１１２において、（保証された）生涯発停回数を越えるのが早く、短い年数で過冷却側圧縮機１１２が破損に至るおそれがある。また、破損に至らなくても、点検、交換修理等に関するサイクルを短くすることになる。以上より、装置の信頼性を高めるためには、過冷却ユニットの発停の繰り返しをできる限り少なくした方がよい。そこで、本実施の形態の室外側装置１０では以下のような制御を行うものとする。

まず、冷凍機側制御手段１０１は、原則として外気温度センサ１０５が検知した外気温度を判断し、さらに室外側装置１０の低圧側圧力センサ１１８が検知した圧力（圧力から換算した飽和温度）を判断して、冷凍機側圧縮機１０２の運転周波数、冷凍機側凝縮器１０２における液化した冷媒の目標凝縮温度、その温度にするための凝縮器ファン１０３Ａの回転数等を決定し、各機器を制御する処理を行う。例えば、必要な冷凍能力を調整するため、冷凍機側圧縮機１０２の運転周波数を増減して運転させて主冷媒の循環量を増減させる。

そのような制御を行っている間において、例えば定期的に、冷凍機側制御手段１０１は、温度センサ４５からの信号に基づいて判断した室内側蒸発器２０２における温度が、目標とする目標飽和温度Ｔ１以上であるかどうかを判断する（Ｆ−Ｓ１）。そして、温度Ｔ１以上であると判断すると、さらに、冷凍機側圧縮機１０２の運転周波数が所定の周波数Ｆ１以上であるかどうか（冷凍機側圧縮機１０２が所定の容量以上の運転を行っているか）を判断する（Ｆ−Ｓ２）。これらの両方を満たせば、冷凍機ユニット１００の運転だけでは冷凍負荷に対する冷凍能力がまかなえない可能性があるものと判断し、過冷却側制御手段１１１に運転命令の信号を送信する（Ｆ−Ｓ３）。ここで、周波数Ｆ１については、後述するように過冷却ユニット１１０の運転が直ちに行われない可能性があることを考慮し、冷凍機側圧縮機１０２の最大の運転運転周波数の、例えば７５％程度（過冷却冷媒回路の長さ等によっても異なるが、約７０％〜８０％の間）の運転周波数に設定しておく。そして、例えば過冷却ユニット１１０が運転することによる主冷媒の過冷却が行われるまでの間は、例えば、冷凍機側圧縮機１０２の運転周波数を上げ、主冷媒の循環量を多くして対応するようにする。

過冷却側制御手段１１１は、運転命令の信号を受信すると（Ｓ−Ｓ１）、計時手段による計時に基づいて、前回の運転停止からあらかじめ定めた所定の時間（ここでは５分とする）以上経過しているかどうかを判断する（Ｓ−Ｓ２）。５分以上経過していると判断すると、さらに、前回、運転を開始してからの所定の時間（ここでは１５分とする）以上経過しているかどうかを判断する（Ｓ−Ｓ３）。１５分以上経過していると判断すると、過冷却ユニット１１０の運転を開始させる（Ｓ−Ｓ４）。また、主冷媒が過冷却側熱交換器１１５を通過するように電動三方弁３００を切り換える。一方、停止から５分以上経過していないか、又は運転を開始してから１５分以上経過していなければ、過冷却ユニット１１０の運転を開始させない。ここで、所定の時間は、配管長等によっても異なるが油戻り時間、耐用年数と生涯発停回数等を考慮して定めたものである。また、Ｓ−Ｓ２、Ｓ−Ｓ３の判断においては、例えば電源が供給されてから初めての運転命令の場合も含むものとする。ただ、Ｓ−Ｓ１の処理において運転命令を受信したときに、過冷却側制御手段１１１は、電源供給後、初めての運転命令であるかどうかを独立して判断するようにしてもよい。このとき、初めての運転命令であれば直ちに過冷却ユニット１１０の運転を開始させ、そうでなければＳ−Ｓ２の処理を行う。また、過冷却側制御手段１１１が特に何もしなくても、冷凍機側制御手段１０１は、冷凍能力を得るため、必要であれば冷凍機側圧縮機１０２の運転周波数を上げて対応することができるが、例えば、本実施の形態では、過冷却側制御手段１１１も冷凍機側制御手段１０１側に信号を送信することができるので、過冷却側制御手段１１１は、運転を開始しない旨の信号を送るようにしてもよい。その信号を受信した冷凍機側制御手段１０１は、冷凍機側圧縮機１０２の運転周波数を上げる。

また、冷凍機側制御手段１０１は、冷凍機側圧縮機１０２の運転周波数が、あらかじめ定められた周波数Ｆ２以下であるかどうか（冷凍機側圧縮機１０２が定められた容量以下での運転を行っているか）を判断する（Ｆ−Ｓ４）。ここで、周波数Ｆ１＞Ｆ２である。周波数Ｆ２以下の場合は、過冷却ユニット１１０の運転は必要ないものとして過冷却側制御手段１１１に運転停止を指示する命令の信号を送信する（Ｆ−Ｓ５）。ここで、周波数Ｆ２についても、後述するように、過冷却ユニット１１０の運転停止が直ちに行われない可能性があることを考慮して設定しておくことが望ましい。

過冷却側制御手段１１１は、運転停止命令の信号を受信すると（Ｓ−Ｓ５）、計時手段による計時に基づいて、運転時間が５分以上経過しているかどうかを判断する（Ｓ−Ｓ６）。５分以上経過していると判断すると、過冷却ユニット１１０の運転を停止させる（Ｓ−Ｓ７）。また、主冷媒がバイパス配管１２１を通過するように電動三方弁３００を切り換える。一方、停止から５分以上経過していなければ、過冷却ユニット１１０の運転を停止させない。そして、冷凍機側制御手段１０１は、必要であれば、冷凍機側圧縮機１０２の運転周波数を下げ、主冷媒の循環量を少なくして対応するようにする。また、上述した場合と同様に、過冷却側制御手段１１１は運転を停止しない旨の信号を送るようにしてもよい。その信号を受信した冷凍機側制御手段１０１は、冷凍機側圧縮機１０２の運転周波数を下げる。以上のような処理を、冷凍機側制御手段１０１と過冷却側制御手段１１１とが繰り返し行うことにより、室外機側装置１０における過冷却ユニット１１０の運転開始・停止の制御が行われる。

次に過冷却ユニット１１０における運転制御について説明する。過冷却ユニット１１０において主冷媒を過冷却する際、過冷却側熱交換器１１５には主冷媒と過冷却用冷媒とが通過し、熱交換を行う。このとき、高い圧力が加わっている高温の主冷媒（液体）と低い圧力が加わっている低温の過冷却用冷媒（気体又は気液混合体）とで温度差が生じる。

例えば、夏場の外気が約４０℃のときに過冷却ユニット１１０を運転する場合、冷凍機液体冷媒出口１１１から出る（過冷却ユニット液冷媒入口１１０に入る）主冷媒の温度は約５０℃になる。ここで、例えば過冷却ユニット１１０における過冷却用冷媒の蒸発温度を約−４０℃とし、過冷却側圧縮機１１２の運転周波数を７０Ｈｚとした場合と、蒸発温度を約１０℃とし、運転周波数を４０Ｈｚとした場合の冷却能力が同じであるものとする。このとき、一方の温度差は５０−（−４０）＝９０℃、他方の温度差は５０−１０＝４０℃となる。そして、冷媒間の温度差が大きいほど圧力差も大きくなる。例えば、過冷却用冷媒の経路において圧力を検知する低圧側圧力センサ２５０が検知した圧力をＰ１とし、主冷媒の経路において圧力を検知する高圧側圧力センサ２６０が検知した圧力をＰ２とすると、その圧力差ΔＰはΔＰ＝Ｐ２−Ｐ１となるが、ΔＰは温度差が大きいほど大きくなる。

冷凍能力を調整するためには、過冷却用冷媒の蒸発温度を調整して行うことができるし、また、冷媒循環量を調整して行うこともできる。ここで、蒸発温度を調整して行うことを考えてみると、蒸発温度が変更することにより主冷媒と過冷却用冷媒と間の温度差が大きくなったり小さくなったりする可能性が高い。これにより上述のように圧力差も大きくなったり小さくなったりする。特に過冷却側熱交換器１１５がプレート熱交換器の場合には、主冷媒と過冷却用冷媒と間で生じる圧力差の大小が頻繁に繰り返されると、各冷媒の通路を仕切っている仕切板部に圧力疲労が生じる。また、圧力疲労が蓄積されると過冷却側熱交換器１１５が破損するおそれがある。破損が生じるおそれがある。たとえ熱交換器がプレート熱交換器でなくても、過冷却ユニット１１０（過冷却側熱交換器１１５）の信頼性に影響を与えることは確実である。

そこで、本実施の形態において、過冷却ユニット１１０における冷凍能力の調整には、過冷却用冷媒の蒸発温度を一定にするようにし、冷媒循環量を調整することで行う。そのため、低圧側圧力センサ１１６に基づいて、過冷却側熱交換器１１５における過冷却用冷媒の蒸発温度が一定であるかどうかを監視し、制御しながら、高圧側圧力センサ１１７により得られる主冷媒の温度（過冷却ユニット１００における負荷となる）に基づいて、過冷却側圧縮機１１２の運転周波数、過冷却側膨張弁１１４の開度を調整して過冷却用冷媒の循環量を調整する。

以上のように、実施の形態１の冷凍装置によれば、過冷却側制御手段１１１が、冷凍機側制御手段１０１から運転命令の信号が送信されると、運転停止してからの時間、前回の運転開始から停止までの時間を、タイマ等の計時手段の計時に基づいて判断し、それぞれにあらかじめ定められた時間（本実施の形態ではそれぞれ５分、１５分）を越えているものと判断すれば、過冷却ユニット１００の運転を開始させ、また、冷凍機側制御手段１０１から運転停止命令の信号が送信されると、それまでの運転時間を判断し、あらかじめ定められた時間（本実施の形態では５分）を越えているものと判断すれば、過冷却ユニット１００の運転を停止させるようにしたので、冷凍機ユニット１００と過冷却ユニット１１０の運転バランスを図り、過冷却ユニット１００の頻繁な発停の繰り返し（ショートサイクル）を防止することができる。そのため、過冷却側圧縮機１１２の生涯発停回数の到達を遅くし、点検、交換集リサイクルを長くし、また装置の長寿命を図ることができる。そして、特に過冷却ユニット１００の運転開始時における過冷却側圧縮機１１２内の油の持ち出しによる圧縮機ロック等の致命的な故障を防ぐことができる。また、冷凍機側制御手段１０１が過冷却ユニット１００による過冷却の要否を判断するようにして、適度な冷凍能力を維持することができる。特に過冷却ユニットに運転開始命令の信号を送信する際の冷凍機側圧縮機１０２の運転周波数がその最大周波数の約７５％とするようにしたので、冷凍能力の不足を招かず、例えば商品等の品質を損なうこともない。

また、過冷却ユニット１００の運転において、過冷却用冷媒による冷凍能力の調整を行う際、過冷却側熱交換器１１５における過冷却用冷媒の蒸発温度を低くするのではなく、例えば過冷却側圧縮機１１２の運転周波数、過冷却側膨張弁１１４の開度を調整して過冷却用冷媒の循環量を調整するようにしたので、過冷却側熱交換器１１５において、温度差による圧力差の大小による圧力疲労を発生させることがない。そのため、圧力疲労の蓄積による過冷却側熱交換器１１５の破損を防止することができ、室外側装置１０（冷凍装置）の信頼性を高めることができる。

さらに、主冷媒を減圧するための減圧器となる室内側膨張弁２０１に、液化した主冷媒を供給するために、主冷媒を過冷却する過冷却ユニット１００内の過冷却側熱交換器１１５を通過する過冷却用通路と、過冷却ユニット１００を通過させないで主冷媒を減圧器に供給するバイパス配管１２１と、過冷却用通路とバイパス配管とを選択するための切換手段となる電動三方弁１２０を備えるようにしたので、過冷却を行わない場合に、圧力損失が大きい過冷却側熱交換器１１５の過冷却用通路を通過させずにすみ、無駄な圧力損失が低減できる。すなわち冷凍能力の損失（ロス）を低減することができる。また、電動三方弁１２０の代わりに電磁弁を用いても同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
上述の実施の形態では、過冷却側制御手段１１０がタイマ等の計時手段を備え、過冷却ユニット１００の運転時間、運転停止時間等に基づく判断を行ったが、例えば、過冷却側制御手段１１１が行ってもよい。この場合は、タイマに基づく経過時間の判断後に、運転命令、運転停止命令を送信することができる。

実施の形態３．
また、上述の実施の形態では、それぞれのユニットに制御手段を備え、それぞれの制御手段が、各ユニットの機器を制御するようにしたが、これに限定するものではない。例えば冷凍機ユニット１００と過冷却ユニット１１０を構成する各機器を両方制御する制御手段を別途設けるようにしてもよい。

本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の構成を表す図である。 冷凍機ユニット１００と過冷却ユニット１１０に係るモリエル線図である。 過冷却ユニット１１０の運転開始・停止に関するフローチャートである。

符号の説明

１０ 室外側装置、１００ 冷凍機ユニット、１０１ 冷凍機側制御手段、１０２ 冷凍機側圧縮機、１０３ 冷凍機側凝縮器、１０３Ａ 冷凍機側凝縮器ファン、１０４ 冷凍機側液溜、１０５ 外気温度センサ、１１０ 過冷却ユニット、１１１ 過冷却側制御手段、１１２ 過冷却側圧縮機、１１３ 過冷却側凝縮器、１１３Ａ 過冷却側凝縮器ファン、１１４ 過冷却側膨張弁、１１５ 過冷却側熱交換器、１１６ 低圧側圧力センサ、１１７ 高圧側圧力センサ、１２０ 電動三方弁、１２１ バイパス配管、１３０ 室外側ガス冷媒入口、１３１ 室外側液冷媒出口、１４０ 冷凍機ガス冷媒入口、１４１ 冷凍機液冷媒出口、１５０ 過冷却液冷媒入口、１５１ 過冷却液冷媒出口、２０ 室内側装置、２０１ 室内側膨張弁、２０２ 室内側蒸発器、２０３ 飽和温度センサ、２１０ 室内側液冷媒入口、２１１ 室内側ガス冷媒出口、３０ ガス配管、３１ 液配管。

Claims (4)

1. 運転により、凝縮器が液化した主冷媒と過冷却用冷媒とを熱交換させて前記主冷媒を過冷却する熱交換器を有し、運転命令の信号および運転停止命令の信号により運転の開始と停止とを繰り返す過冷却ユニットと、
   あらかじめ定めた条件が満たされると、生涯発停回数に到るまでの時間を長くするため、前記過冷却ユニットの運転停止時間及び前回の運転開始からの経過時間がそれぞれに定められた時間以上であるかどうかを判断し、その判断に基づいて前記過冷却ユニットに運転開始を行わせ、また、運転時間が定められた時間以上であるかどうかを判断し、その判断に基づいて前記過冷却ユニットに運転停止を行わせ、さらに運転中においては、前記熱交換器における前記過冷却用冷媒の蒸発温度が一定の温度になるように、前記熱交換器に流入出する前記過冷却用冷媒の量を制御する制御手段と
   を備えることを特徴とする冷凍装置。
2. 冷媒回路内の前記主冷媒を循環させるための圧縮機の運転が第１の容量以上で、かつ、前記主冷媒を蒸発させるための蒸発器における前記主冷媒の飽和温度が所定の温度以上である場合に、前記制御手段は運転停止時間及び前回の運転開始からの経過時間に基づく運転開始の判断を行うことを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
3. 冷媒回路内の前記主冷媒を循環させるための圧縮機の運転が第２の容量以下である場合に、前記制御手段は運転時間に基づく運転停止の判断を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の冷凍装置。
4. 前記過冷却ユニットは、
   前記過冷却用冷媒を所定の容量で送り出す運転をする過冷却側圧縮機と、
   該過冷却側圧縮機から送られた前記過冷却用冷媒を液化する過冷却側凝縮器と、
   該過冷却側凝縮器で液化した前記過冷却用冷媒に加わる圧力を減らすための過冷却側減圧器とをさらに有し、
   前記制御手段は、前記熱交換器における前記過冷却用冷媒の蒸発温度があらかじめ定められた目標の蒸発温度になるように前記過冷却側圧縮機と前記過冷却側減圧器とを制御することで、前記圧力差の大小による圧力疲労を発生させないようにすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の冷凍装置。

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