JP4760974B2

JP4760974B2 - 冷凍装置

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Publication number: JP4760974B2
Application number: JP2009289646A
Authority: JP
Inventors: 啓二有井; 巌篠原; 雅章竹上; 明裕梶本
Original assignee: Daikin Industries Ltd
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Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2011-08-31
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Description

本発明は、庫外ユニットと庫内ユニットを備えた冷凍装置に関し、特に、圧縮機の吸入管の氷結防止対策に係るものである。

従来より、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路を備え、食品等を貯蔵する冷蔵／冷凍倉庫内を冷却する冷凍装置が知られている。例えば特許文献１には、この種の冷凍装置が開示されている。この冷凍装置は、可変容量型の圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とが配管接続されて冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えている。そして、圧縮機および凝縮器は室外機（庫外ユニット）に収容され、膨張弁および蒸発器は室内機（庫内ユニット）に収容されている。室内機は庫内に設置され室外機は庫外に設置され、室内機と室外機とは連絡配管によって接続されている。

また、この種の冷凍装置では、例えば特許文献２に開示されているように、蒸発器の出口冷媒が一定の過熱度（例えば５℃程度）となるように膨張弁の開度が制御される。即ち、膨張弁の開度制御によって過熱度一定制御が行われる。

特開２００７−２９８２１８号公報特開平４−３６６３６５号公報

ところで、上述したような冷蔵／冷凍倉庫内を冷却する冷凍装置は、庫内温度の設定値が一般の空調用に比べてかなり低いため、蒸発後の冷媒の温度もかなり低くなる。したがって、圧縮機の吸入管がかなり低温となり、吸入管が着霜してしまう。ここで、例えば夏場などは、庫外ユニットに侵入する庫外空気またはファンによって取り込まれた庫外空気の熱によって吸入管の霜が融解されるが、冬場など低外気時は、庫外ユニットに侵入する庫外空気またはファンによって取り込まれる庫外空気が低温であるため、吸入管を除霜するどころか、却って着霜が助長され氷結してしまう。吸入管の氷結が拡大すると、その氷が他の冷凍機器や配管に接触して振動や騒音を引き起こしてしまう。

そこで、過熱度一定制御を止めて冷媒の過熱度が増大するように膨張弁の開度を絞ることも考えられるが、そうすると、蒸発器による冷却能力が低下して庫内温度が設定値よりも著しく高くなってしまう。その結果、庫内の食品等の品質が維持できなくなる。この種の冷凍装置では、一般に、冷媒の蒸発圧力（低圧圧力）が一定となるように圧縮機の容量が制御される。そのため、単に過熱度を所定値から増大させるべく膨張弁の開度を絞ると、低圧圧力（蒸発圧力）が減少し、その蒸発圧力を所定値まで引き上げるために圧縮機の容量が減少される。そうすると、蒸発器における冷媒量が減少して、蒸発器の冷却能力が低下してしまう。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、庫内温度が目標値から著しく高くなるのを防止しつつ、庫外ユニットにおける圧縮機の吸入管の氷結防止を図ることにある。

第１の発明は、庫外ユニット（2）に収納される可変容量型の圧縮機（11）および熱源側熱交換器（12）と、庫内ユニット（3）に収納される膨張弁（17）および利用側熱交換器（18）とが配管接続されて冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）と、庫内温度が所定値以上まで上昇するとサーモＯＮ信号を出力し、庫内温度がその目標値まで低下するとサーモＯＦＦ信号を出力するサーモ信号出力部（32）と、上記サーモＯＮ信号が出力されると上記圧縮機（11）を起動し上記利用側熱交換器（18）における冷媒の蒸発圧力がその目標値となるように上記圧縮機（11）の容量を制御して上記利用側熱交換器（18）で庫内を冷却する一方、上記サーモＯＦＦ信号が出力されると上記圧縮機（11）を停止する圧縮機制御部（33）と、上記圧縮機制御部（33）による上記圧縮機（11）の容量制御時に、上記利用側熱交換器（18）の出口冷媒が第１過熱度となるように上記膨張弁（17）の開度を調節する第１制御動作と、上記圧縮機（11）の吸入管温度が吸入管（11b）が着霜しない温度となるべく上記利用側熱交換器（18）の出口冷媒が上記第１過熱度よりも高い第２過熱度となるように上記膨張弁（17）の開度を調節する第２制御動作とを切り換えて行うように構成され、上記サーモＯＦＦ信号出力後初めてサーモＯＮ信号が出力され且つ庫外の空気温度が所定値未満であると上記第２制御動作を行う膨張弁制御部（34）とを備えている冷凍装置である。

上記第１の発明の冷凍装置では、庫内温度が目標値まで低下してサーモＯＦＦ信号が出力されると圧縮機（11）が停止される（サーモＯＦＦ状態）。その後、庫内温度が所定値まで上昇してサーモＯＮ信号が出力されると、圧縮機（11）が起動される（サーモＯＮ状態）。その際、庫外の空気温度が所定値未満である場合には、膨張弁（17）の第２制御動作が行われる。この第２制御動作では、常に、膨張弁（17）の開度調節によって吸入管（11b）の温度が所定値以上に維持される。この所定値として吸入管（11b）が着霜しない温度に設定することで、低外気時においても吸入管（11b）の着霜ないし氷結が防止される。さらに、サーモＯＦＦ状態の後の初めてのサーモＯＮ状態であるため庫内温度がそれ程高くなっていないので、膨張弁（17）の第２制御動作が行われても庫内温度が目標値よりも著しく上昇するのを防止できる。第２制御動作では、第１制御動作よりも吸入管（11b）の温度を高温にするため、膨張弁（17）の開度が小さくなる。そうすると、蒸発圧力が低下し、その蒸発圧力を目標値まで引き上げるために圧縮機（11）の容量が減少される。これにより、利用側熱交換器（18）へ流れる冷媒量が減少し、利用側熱交換器（18）による冷却能力が低下する。そのため、庫内温度が徐々に上昇してしまう。ところが、本発明では、一旦サーモＯＦＦ状態になった後の初めてのサーモＯＮ状態において第２制御動作が行われるため、庫内温度が上昇しても目標値よりも著しく高くなることはない。

第２の発明は、庫外ユニット（2）に収納される可変容量型の圧縮機（11）および熱源側熱交換器（12）と、庫内ユニット（3）に収納される膨張弁（17）および利用側熱交換器（18）とが配管接続されて冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）と、庫内温度が所定値以上まで上昇するとサーモＯＮ信号を出力し、庫内温度がその目標値まで低下するとサーモＯＦＦ信号を出力するサーモ信号出力部（32）と、上記サーモＯＮ信号が出力されると上記圧縮機（11）を起動し上記利用側熱交換器（18）における冷媒の蒸発圧力がその目標値となるように上記圧縮機（11）の容量を制御して上記利用側熱交換器（18）で庫内を冷却する一方、上記サーモＯＦＦ信号が出力されると上記圧縮機（11）を停止する圧縮機制御部（33）と、所定の条件を満たすと、上記利用側熱交換器（18）を加熱して該利用側熱交換器（18）の除霜を行うデフロスト運転を実行するデフロスト運転実行部（31）と、上記圧縮機制御部（33）による上記圧縮機（11）の容量制御時に、上記利用側熱交換器（18）の出口冷媒が第１過熱度となるように上記膨張弁（17）の開度を調節する第１制御動作と、上記圧縮機（11）の吸入管温度が吸入管（11b）が着霜しない温度となるべく上記利用側熱交換器（18）の出口冷媒が上記第１過熱度よりも高い第２過熱度となるように上記膨張弁（17）の開度を調節する第２制御動作とを切り換えて行うように構成され、上記デフロスト運転の終了直後の上記圧縮機制御部（33）による上記圧縮機（11）の容量制御時には上記第１制御動作を行い、その後上記サーモＯＦＦ信号およびサーモＯＮ信号が順に出力され且つ庫外の空気温度が所定値未満であると上記第２制御動作を行う膨張弁制御部（34）とを備えている冷凍装置である。

上記第２の発明の冷凍装置では、デフロスト運転によって庫内熱交換器（18）が除霜された後、圧縮機（11）が起動され、膨張弁（17）の第１制御動作が行われて庫内が積極的に冷却される。そして、庫内温度が目標値まで低下してサーモＯＦＦ信号が出力されると圧縮機（11）が停止される（サーモＯＦＦ状態）。その後、庫内温度が所定値まで上昇してサーモＯＮ信号が出力されると、圧縮機（11）が起動される（サーモＯＮ状態）。その際、庫外の空気温度が所定値未満である場合には、膨張弁（17）の第２制御動作が行われる。この第２制御動作では、常に、膨張弁（17）の開度調節によって吸入管（11b）の温度が所定値以上に維持される。この所定値として吸入管（11b）が着霜しない温度に設定することで、低外気時においても吸入管（11b）の着霜ないし氷結が防止される。さらに、サーモＯＦＦ状態の後の初めてのサーモＯＮ状態であるため庫内温度がそれ程高くなっていないので、膨張弁（17）の第２制御動作が行われても庫内温度が目標値よりも著しく上昇するのを防止できる。第２制御動作では、第１制御動作よりも吸入管（11b）の温度を高温にするため、膨張弁（17）の開度が小さくなる。そうすると、蒸発圧力が低下し、その蒸発圧力を目標値まで引き上げるために圧縮機（11）の容量が減少される。これにより、利用側熱交換器（18）へ流れる冷媒量が減少し、利用側熱交換器（18）による冷却能力が低下する。そのため、庫内温度が徐々に上昇してしまう。ところが、本発明では、一旦サーモＯＦＦ状態になった後の初めてのサーモＯＮ状態において第２制御動作が行われるため、庫内温度が上昇しても目標値よりも著しく高くなることはない。

第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記膨張弁制御部（34）は、上記第２制御動作時に、上記庫内温度がその目標値よりも高い所定の上限値以上まで上昇し、その状態が所定時間以上続くと、上記第２制御動作から上記第１制御動作に切り換えるものである。

上記第３の発明の冷凍装置では、第２制御動作時において、庫内温度が徐々に上昇して所定の上限値以上になり、その状態が一定時間継続すると、第２制御動作から第１制御動作へ切り換えられる。これにより、庫内が積極的に冷却される。

第４の発明は、上記第２の発明において、上記膨張弁制御部（34）は、上記第２制御動作時に、上記デフロスト運転実行部（31）によってデフロスト運転が実行されると、上記第２制御動作を停止するものである。

上記第４の発明の冷凍装置では、第２制御動作時において、デフロスト運転が実行されると、第２制御動作が停止される。

以上のように、第１の発明によれば、庫外の空気温度が所定値未満で且つサーモＯＦＦ信号の出力後に初めてサーモＯＮ信号が出力されると、膨張弁（17）を第２制御動作で開度調節するようにした。したがって、吸入管（11b）の着霜が助長される状態を確実に検知し、吸入管（11b）の氷結を適切且つ確実に防止することができると共に、膨張弁（17）が第２制御動作で制御されることによって庫内温度が目標値よりも著しく高くなってしまうのを確実に防止することができる。そのため、庫内の貯蔵物の品質を維持しながらも、吸入管（11b）が氷結して他の冷凍機器や配管に接触することで引き起こされる庫外ユニット（2）の振動や騒音を確実に防止することができる。

また、第２の発明によれば、デフロスト運転が行われた場合でも、その運転の終了直後は必ず膨張弁（17）を第１制御動作で制御し、これによってサーモＯＦＦ信号が出力され、その後サーモＯＮ信号が出力されると、膨張弁（17）を第２制御動作で制御するようにした。したがって、この場合も上記第１の発明と同様の効果を奏することができる。つまり、デフロスト運転によって庫内温度が目標値よりも高くなっているが、膨張弁（17）を第１制御動作で制御して庫内温度を目標値にしてから膨張弁（17）を第２制御動作で制御するため、庫内温度が目標温度よりも著しく高くなってしまうのを確実に防止できる。

なお、第１および第２の発明によれば、膨張弁（17）の第２制御動作は、吸入管（11b）の温度が所定値以上となるように膨張弁（17）を開度制御するように構成されている。つまり、本発明は吸入管（11b）自体の温度を制御するようにした。したがって、吸入管（11b）の温度を該吸入管（11b）が着霜しない温度に的確にすることができ、吸入管（11b）の氷結を確実に防止することができる。

また、第３の発明によれば、膨張弁（17）の第２制御動作時において、庫内温度が所定の上限値以上に上昇し、その状態が所定時間以上続くと、膨張弁（17）を第２制御動作から第１制御動作に切り換えるようにした。そうすることにより、庫内温度が目標値よりも著しく高くなるのを未然に且つ確実に防止することができ、庫内の貯蔵物の品質を確実に維持することができる。その結果、冷凍装置（1）の信頼性を向上させることができる。

図１は、実施形態に係る冷凍装置の構成を示す配管系統図である。図２は、庫内温度と各種運転との関係を示すタイムチャートである。図３は、コントローラの制御動作を示すフローチャートである。図４は、コントローラの制御動作を示すフローチャートである。図５は、コントローラの制御動作を示すフローチャートである。

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。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

〈全体構成〉
本実施形態の冷凍装置（1）は、食品等を貯蔵する冷蔵／冷凍倉庫内の冷却を行うものである。図１に示すように、上記冷凍装置（1）は、冷凍倉庫外に設けられた庫外ユニット（2）と、冷凍倉庫内に設けられた庫内ユニット（3）と、コントローラ（30）とを備えている。この冷凍装置（1）は、庫外ユニット（2）と庫内ユニット（3）とが液側連絡配管（4）とガス側連絡配管（5）によって接続されたいわゆるセパレートタイプのものである。

上記庫外ユニット（2）には庫外回路（10a）が、庫内ユニット（3）には庫内回路（10b）がそれぞれ設けられている。この冷凍装置（1）では、庫外回路（10a）と庫内回路（10b）とが上述した連絡配管（4,5）で接続されることによって、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）を構成している。

上記庫外回路（10a）の端部には、液側閉鎖弁（14）とガス側閉鎖弁（15）が設けられている。液側閉鎖弁（14）には液側連絡配管（4）の一端が接続され、その液側連絡配管（4）の他端は庫内回路（10b）の液側端に接続されている。ガス側閉鎖弁（15）にはガス側連絡配管（5）の一端が接続され、そのガス側連絡配管（5）の他端は庫内回路（10b）のガス側端に接続されている。

また、上記ガス側連絡配管（5）は断熱カバー（5a）で覆われている。これにより、ガス側連絡配管（5）の凍結が防止される。

〈庫外ユニット〉
上記庫外ユニット（2）の庫外回路（10a）は、圧縮機（11）、四路切換弁（16）および庫外熱交換器（12）が設けられている。

上記圧縮機（11）は、インバータの出力周波数を変更させることで容量（運転回転数）が変化する容量可変型のものである。圧縮機（11）の吐出側には吐出管（11a）が、吸入側には吸入管（11b）がそれぞれ接続されている。吐出管（11a）は四路切換弁（16）の第１ポートに接続され、吸入管（11b）は四路切換弁（16）の第３ポートに接続されている。なお、吐出管（11a）には、液冷媒が圧縮機（11）へ吸入されるのを防止するためのアキュムレータ（11c）が設けられている。

上記四路切換弁（16）の第２ポートには庫外熱交換器（12）の一端（ガス側端）が、四路切換弁（16）の第４ポートにはガス側閉鎖弁（15）がそれぞれ接続されている。この四路切換弁（16）は、第１ポートと第２ポートが互いに連通し且つ第３ポートと第４ポートが互いに連通する第１状態（図１に実線で示す状態）と、第１ポートと第４ポートが互いに連通し且つ第２ポートと第３ポートが互いに連通する第２状態（図１に破線で示す状態）とに切り換え可能となっている。

上記庫外熱交換器（12）の他端（液側端）は、液側閉鎖弁（14）に接続されている。庫外熱交換器（12）は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、本発明に係る熱源側熱交換器を構成している。庫外熱交換器（12）の近傍には、庫外ファン（13）が設けられている。そして、庫外熱交換器（12）は、冷媒が庫外ファン（13）によって送られた庫外空気（即ち、冷凍倉庫外の空気）と熱交換するように構成されている。

また、上記庫外回路（10a）には各種センサが設けられている。具体的に、吐出管（11a）には、該吐出管（11a）の温度を検出するための吐出管温度センサ（21）が設けられている。吸入管（11b）には、該吸入管（11b）の温度を検出するための吸入管温度センサ（22）が設けられている。また、吸入管（11b）には、圧縮機（11）の吸入圧力、即ち冷凍サイクルにおける冷媒の蒸発圧力（低圧圧力）を検出するための低圧圧力センサ（23）が設けられている。また、庫外ユニット（2）内には、庫外空気の温度を検出するための外気温度センサ（24）が設けられている。

〈庫内ユニット〉
上記庫内ユニット（3）の庫内回路（10b）は、液側端からガス側端へ向かって順に、電子膨張弁（17）および庫内熱交換器（18）が設けられている。

上記電子膨張弁（17）は、開度が外部からの電気信号によって変更可能に構成されており、本発明に係る膨張弁を構成している。庫内熱交換器（18）は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、本発明に係る利用側熱交換器を構成している。庫内熱交換器（18）の近傍には、庫内ファン（19）が設けられている。そして、庫内熱交換器（18）は、冷媒が庫内ファン（19）によって送られた庫内空気（即ち、冷凍倉庫内の空気）と熱交換するように構成されている。

また、上記庫内回路（10b）には各種温度センサが設けられている。具体的に、庫内熱交換器（18）の伝熱管には、冷媒の蒸発温度を検出するための熱交換器温度センサ（25）が設けられている。庫内回路（10b）のガス側端の近傍には、ガス冷媒の温度を検出するためのガス管温度センサ（26）が設けられている。庫内ユニット（3）内には、庫内空気の温度（即ち、庫内温度）を検出するための庫内温度センサ（27）が設けられている。

〈コントローラ〉
上記コントローラ（30）は、運転切換部（31）と、サーモ信号出力部（32）と、圧縮機制御部（33）と、膨張弁制御部（34）とを備えている。また、コントローラ（30）は、上述した各種センサ（21〜27）の検出値が入力される。

上記運転切換部（31）は、冷却運転とデフロスト運転とを切り換えるように構成されており、本発明に係るデフロスト運転実行部である。サーモ信号出力部（32）は、庫内温度（庫内温度センサ（27）の検出温度）が第１上限値Ｔａ以上まで上昇するとサーモＯＮ信号を出力し、庫内温度がその設定値Ｔｓ（目標値）まで低下するとサーモＯＦＦ信号を出力する。圧縮機制御部（33）は、上記サーモＯＮ信号が出力されると圧縮機（11）を起動してその容量を制御する一方、上記サーモＯＦＦ信号が出力されると圧縮機（11）を強制停止する。膨張弁制御部（34）は、電子膨張弁（14）の開度制御を行うものであり、通常制御モード（第１制御動作）と氷結回避制御モード（第２制御動作）の２つの制御モードを有する。これら制御動作の詳細については後述する。

−運転動作−
次に、上記冷凍装置（1）の運転動作について説明する。先ず、冷却運転、サーモＯＮ動作／サーモＯＦＦ動作、デフロスト運転についてそれぞれ説明し、次に、上記コントローラ（30）の制御動作について図２〜図５を参照しながら説明する。

〈冷却運転〉
先ず、冷却運転の動作について説明する。この冷却運転は、庫内温度（庫内温度センサ（27）の検出温度）がその設定値Ｔｓ（目標値）となるように、庫内熱交換器（18）で冷凍倉庫内を冷却する運転である。

この冷却運転は、四路切換弁（16）が第１状態に切り換えられ、冷媒回路（10）において冷媒が図１に示す実線矢印の方向に流れる。つまり、冷媒回路（10）では、庫外熱交換器（12）が凝縮器として機能し庫内熱交換器（18）が蒸発器として機能する蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。

具体的に、圧縮機（11）で圧縮された高温高圧のガス冷媒は吐出管（11a）へ吐出され、四路切換弁（16）を介して庫外熱交換器（12）へ流入する。庫外熱交換器（12）では、冷媒が庫外空気と熱交換して凝縮（放熱）する。凝縮した冷媒は、液側連絡配管（4）を介して庫内回路（10b）へ流入する。庫内回路（10b）へ流入した冷媒は、電子膨張弁（17）で減圧された後、庫内熱交換器（18）へ流入する。庫内熱交換器（18）では、冷媒が庫内空気と熱交換して蒸発する。これにより、庫内空気（冷凍倉庫内）が冷却される。庫内熱交換器（18）で蒸発した低温低圧の冷媒は、ガス側連絡配管（5）を介して再び庫外回路（10a）へ流入する。ここで、ガス側連絡配管（5）は断熱カバー（5a）によって断熱されているため、特に夏場など、ガス側連絡配管（5）の低温冷媒が庫外空気から吸熱することによって生じる熱ロスが抑制される。庫外回路（10a）へ流入した冷媒は、四路切換弁（16）および吸入管（11b）を介して圧縮機（11）へ吸入される。圧縮機（11）へ吸入された冷媒は、圧縮された後再び吐出され、この循環が繰り返される。

〈サーモＯＮ動作／サーモＯＦＦ動作〉
次に、サーモＯＮ動作およびサーモＯＦＦ動作について図２を参照しながら説明する。上述した冷却運転時に庫内温度が設定値Ｔｓまで低下すると、これ以上庫内を冷却する必要がないとしてサーモ信号出力部（32）によってサーモＯＦＦ信号が出力される。サーモＯＦＦ信号が出力されると、圧縮機制御部（33）によって圧縮機（11）が強制停止され、冷媒回路（10）がＯＦＦサイクルとなる（サーモＯＦＦ動作）。なお、このサーモＯＦＦ動作では各ファン（13,19）も強制停止される。そして、サーモＯＦＦ動作後、庫内温度が徐々に上昇して第１上限値Ｔａ（設定値Ｔｓよりも所定値だけ高い値）に達すると、庫内を冷却する必要があるとしてサーモ信号出力部（32）によってサーモＯＮ信号が出力される。サーモＯＮ信号が出力されると、圧縮機制御部（33）によって圧縮機（11）が起動されて冷却運転が再開される（サーモＯＮ動作）。なお、このサーモＯＮ動作では各ファン（13,19）も起動される。

〈デフロスト運転〉
次に、デフロスト運転の動作について説明する。このデフロスト運転は、いわゆる逆サイクルデフロスト運転であり、庫内熱交換器（18）を加熱して該庫内熱交換器（18）の除霜を行う運転である。

このデフロスト運転は、四路切換弁（16）が第２状態に切り換えられ、冷媒回路（10）において冷媒が図１に示す破線矢印の方向に流れる。つまり、冷媒回路（10）では、庫外熱交換器（12）が蒸発器として機能し庫内熱交換器（18）が凝縮器として機能する蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。

具体的に、圧縮機（11）で圧縮された高温高圧のガス冷媒は吐出管（11a）へ吐出され、四路切換弁（16）およびガス側連絡配管（5）を介して庫内回路（10b）の庫内熱交換器（18）へ流入する。庫内熱交換器（18）では、付着した霜が冷媒によって融解される一方、冷媒が霜によって冷却されて凝縮（放熱）する。これにより、庫内熱交換器（18）の除霜が行われる。庫内熱交換器（18）で凝縮した冷媒は、電子膨張弁（17）で減圧された後、液側連絡配管（4）を介して庫外回路（10a）の庫外熱交換器（12）へ流入する。庫外熱交換器（12）では、冷媒が庫外空気と熱交換して蒸発する。この蒸発した冷媒は、四路切換弁（16）および吸入管（11b）を介して圧縮機（11）へ吸入される。圧縮機（11）へ吸入された冷媒は、圧縮された後再び吐出され、この循環が繰り返される。

〈運転切換部の動作〉
次に、運転切換部（31）の動作について図２および図３を参照しながら説明する。運転切換部（31）は、運転スタート時は上記冷却運転を実行する。また、運転切換部（31）は、冷却運転の運転時間（サーモＯＦＦ状態の時間も含む）が所定時間に達すると、冷却運転を止めて上記デフロスト運転を実行する。そして、運転切換部（31）は、図３に示すフローに基づいてデフロスト運転を終了させる。具体的に、運転切換部（31）は、庫内熱交換器（18）の温度（熱交換器温度センサ（25）の検出温度）が所定値Ｔ１以上になるか、デフロスト運転の開始から所定時間が経過すると（ステップＳＴ１）、庫内熱交換器（18）の霜が融解されたとして、デフロスト運転を終了させて冷却運転を実行する（ステップＳＴ２）。運転切換部（31）では、デフロスト運転が実行されると、それまでの冷却運転の運転時間がリセットされ、デフロスト運転の終了から新たに冷却運転の運転時間が積算される。

〈圧縮機制御部の動作〉
次に、冷却運転時における圧縮機制御部（33）の動作について図２も参照しながら説明する。

圧縮機制御部（33）は、冷却運転において、低圧圧力センサ（23）の検出圧力がその設定値Ｐｓとなるように、圧縮機（11）の容量（運転回転数）を制御する。即ち、庫内熱交換器（18）における冷媒の蒸発圧力がその目標値となるように圧縮機（11）の容量が制御される。設定値Ｐｓは、庫内温度の設定値Ｔｓに応じて定められ、その設定値Ｔｓが低いほど低い値となる。なお、この圧縮機（11）の容量制御は、低圧圧力センサ（23）ではなく熱交換器温度センサ（25）の検出温度がその目標値（蒸発圧力の設定値Ｐｓに相当する冷媒の飽和温度）となるように行ってもよい。即ち、庫内熱交換器（18）における冷媒の蒸発温度を基準にして圧縮機（11）の容量制御を行うようにしてもよい。

そして、圧縮機制御部（33）は、上述したように、庫内温度が設定値Ｔｓまで低下してサーモＯＦＦ信号が出力されると圧縮機（11）を強制停止する。これにより、サーモＯＦＦ状態となり、庫内の冷却が停止される。その後、庫内温度が第１上限値Ｔａまで上昇してサーモＯＮ信号が出力されると、圧縮機制御部（33）は圧縮機（11）を再起動する。これにより、サーモＯＮ状態となり、冷却運転が再開される。

〈膨張弁制御部の動作〉
次に、冷却運転時における膨張弁制御部（34）の動作について図２、図４および図５を参照しながら説明する。上述したように、膨張弁制御部（34）は、冷却運転において通常制御モード（第１制御動作）と氷結回避制御モード（第２制御動作）の２つの制御モードを切り換えて行う。

通常制御モードは、庫内の冷却を積極的に行う制御モードである。通常制御モードは、熱交換器温度センサ（25）の検出温度とガス管温度センサ（26）の検出温度の差が一定値（例えば５℃）となるように、電子膨張弁（17）の開度が調節される。つまり、膨張弁制御部（34）は、通常制御モードでは庫内熱交換器（18）の出口冷媒が所定の過熱度（５℃）となるように電子膨張弁（17）を開度調節する。この過熱度（本発明に係る第１過熱度）は、圧縮機（11）に吸入される冷媒が液冷媒とならない程度に定められる。例えば、庫内温度の設定値Ｔｓが−２０℃、冷媒の蒸発温度が−３０℃の場合で過熱度を５℃とすると、庫内熱交換器（18）の出口冷媒の温度は−２５℃（＝−３０℃＋５℃）となる。

氷結回避制御モードは、庫内の冷却をある程度行いつつ圧縮機（11）の吸入管（11b）の氷結を防止する制御モードである。氷結回避制御モードは、吸入管温度センサ（22）（即ち、圧縮機（11）の吸入管（11b）の温度）の検出温度が所定値Ｔｉ以上となるように、電子膨張弁（17）の開度が調節される。上記所定値Ｔｉは、吸入管（11b）が着霜しない程度の温度、例えば３℃に設定される。

上述したように、上記通常制御モードでは低温（例えば、−２５℃）の冷媒が吸入管（11b）を介して圧縮機（11）へ吸入される。そのため、吸入管（11b）が低温となり着霜しやすい。例えば夏場などは、庫外ユニット（2）に侵入する庫外空気または庫外ファン（13）によって取り込まれた庫外空気の熱によって吸入管（11b）の霜が融解されるため、吸入管（11b）が氷結する虞は殆どない。ところが、冬場など低外気時は、庫外ユニット（2）に侵入する庫外空気または庫外ファン（13）によって取り込まれる庫外空気が比較的低温であるため、その空気熱を利用して吸入管（11b）を除霜することができないばかりでなく、却って着霜が助長され氷結してしまう。そこで、膨張弁制御部（34）が上述した氷結回避制御モードで電子膨張弁（17）の開度を調節することにより、冬場などの低外気時でも吸入管（11b）の温度が３℃以上に維持されるので、吸入管（11b）の着霜ないし氷結が確実に防止される。このように、氷結回避制御モードでは、上記通常制御モードに比べて、吸入管（11b）の温度、即ち吸入管（11b）を流れる冷媒の温度が高い。したがって、氷結回避制御モードでは、庫内熱交換器（18）の出口冷媒の過熱度（本発明に係る第２過熱度）が上記通常制御モードよりも高い値に設定され、そのため電子膨張弁（17）の開度が上記通常制御モードよりも小さくなる。

次に、膨張弁制御部（34）における通常制御モードと氷結回避制御モードの切換制御について説明する。膨張弁制御部（34）は、図４および図５のフローに基づいて上記２つの制御モードの一方を選択する。

図４において、ステップＳＴ１１では、庫外空気の温度（外気温度センサ（24）の検出温度）が所定値Ｔ２よりも低いか否かが判断される。そして、庫外空気の温度が所定値Ｔ２以上だと、吸入管（11b）の着霜が庫外空気によって助長される虞がないと判断し、ステップＳＴ１５へ移行して通常制御モードが選択される。逆に、庫外空気の温度が所定値Ｔ１よりも低いと、吸入管（11b）の着霜が庫外空気によって助長される虞があると判断し、ステップＳＴ１２へ移行する。なお、上記所定値Ｔ２は例えば１５℃に設定され、この値は変更可能である。

ステップＳＴ１２では、現在のサーモＯＮ動作（サーモＯＮ信号の出力）がデフロスト運転の終了後の初めてのサーモＯＮ動作（サーモＯＮ信号の出力）であるか否かが判断される。つまり、実行される冷却運転がデフロスト運転の終了直後のものであるかどうかが判断される。そして、デフロスト運転の終了後の初めてのサーモＯＮ状態（即ち、デフロスト運転の終了直後の冷却運転）である場合には、通常制御モードが選択される（ステップＳＴ１５）。図２に示すように、デフロスト運転では庫内の冷却が停止するため庫内温度が上昇して設定値Ｔｓよりも高くなる。したがって、デフロスト運転の終了直後は、庫内を積極的に冷却するために通常制御モードが選択される。デフロスト運転の終了後の初めてのサーモＯＮ動作（サーモＯＮ信号の出力）でないと判断された場合は、ステップＳＴ１３へ移行する。

ステップＳＴ１３では、現在のサーモＯＮ動作（サーモＯＮ信号の出力）がサーモＯＦＦ動作（サーモＯＦＦ信号の出力）の後の初めてのサーモＯＮ動作（サーモＯＮ信号の出力）であるか否かが判断される。そして、サーモＯＦＦ動作の後の初めてのサーモＯＮ動作でない場合は、未だ庫内を冷却する必要があるとして、通常制御モードが選択される（ステップＳＴ１５）。これにより、図２に示すように、例えば運転スタート時の冷却運転では膨張弁制御部（34）は通常制御モードで電子膨張弁（17）の開度調節を行うこととなる。逆に、サーモＯＦＦ動作の後の初めてのサーモＯＮ動作である場合には、一旦サーモＯＦＦ動作が行われた後であるため庫内をそれ程冷却する必要がないとして、氷結回避制御モードが選択される（ステップＳＴ１４）。

このように、ステップＳＴ１２、１３では通常制御モードによって庫内を積極的に冷却する必要があるか否かが判断される。つまり、この制御は、庫内の冷却を優先しながら氷結回避制御モードを選択するものである。そうすることにより、庫内温度が設定値Ｔｓよりも著しく高くなってしまうのを防止しながら、吸入管（11b）の氷結を防止できる。

以上のように、本実施形態の膨張弁制御部（34）は、庫外の空気温度が所定値Ｔ２よりも低下し、且つ、サーモＯＦＦ動作の後の初めてのサーモＯＮ動作である場合には、氷結回避制御モードを選択する。また、本実施形態の膨張弁制御部（34）は、デフロスト運転終了後の初めてのサーモＯＮ動作では、庫外の空気温度が所定値Ｔ２よりも低くても、庫内の冷却を優先して通常制御モードを選択する。その後、サーモＯＦＦ動作が行われ、次いでサーモＯＮ動作が行われると、庫外の空気温度が所定値Ｔ２よりも低いことを条件として、膨張弁制御部（34）は氷結回避制御モードを選択する。また、氷結回避制御モードで膨張弁制御部（34）が電子膨張弁（17）を制御する冷却運転においても、庫内温度が設定値Ｔｓまで低下してサーモＯＦＦ動作が行われる場合がある。その後のサーモＯＮ動作でも上述した図４のフローに基づいて氷結回避制御モードが選択される。つまり、本実施形態では、氷結回避制御モードで電子膨張弁（17）が制御される冷却運転がサーモＯＦＦ動作を挟みながら連続して行われる場合もあり得る。

また、図５に示すように、本実施形態の膨張弁制御部（34）は冷却運転中において氷結回避制御モードから通常制御モードへ切り換える。氷結回避制御モードで電子膨張弁（17）が制御される冷却運転において、庫内温度が第２上限値Ｔｂまで上昇し、さらにその状態が所定時間以上続くと（ステップＳＴ２１）、氷結回避制御モードから通常制御モードへ切り換えられる（ステップＳＴ２２）。つまり、膨張弁制御部（34）は、氷結回避制御モードでの運転時に庫内温度がある程度上昇すると、庫内の冷却を優先して通常制御モードへ切り換える。上記の第２上限値Ｔｂは、庫内温度の設定値Ｔｓより高く第１上限値Ｔａより低い値である。例えば、上記第２上限値Ｔｂは１０℃に設定され、上記所定時間は２０分に設定され、これらの値は変更自在である。

また、本実施形態では、冷却運転中において冷却運転の運転時間（サーモＯＦＦ状態も含む）が所定時間に達するとデフロスト運転が実行される。したがって、冷却運転において膨張弁制御部（34）が氷結回避制御モードで電子膨張弁（17）を制御している場合にデフロスト運転が実行されると、膨張弁制御部（34）の氷結回避制御モードも停止する。そして、デフロスト運転では、庫外熱交換器（12）の出口冷媒が所定の過熱度となるように膨張弁制御部（34）によって電子膨張弁（17）が開度制御される。

氷結回避制御モードでは、上述したように通常制御モードよりも電子膨張弁（17）の開度が絞られる（小さくなる）ため、このままでは冷凍サイクルの低圧圧力（即ち、冷媒の蒸発圧力）が低下する。低圧圧力が低下すると、その低圧圧力を設定値Ｐｓまで引き上げるために圧縮機（11）の容量（運転回転数）が減少される。圧縮機（11）の容量が減少すると、庫内熱交換器（18）へ流入する冷媒量が減少し、その結果、庫内熱交換器（18）による冷却能力が低下する。これによって、庫内温度が徐々に上昇して第２上限値Ｔｂ以上に高くなってしまう。したがって、このままでは庫内の貯蔵物が傷んでしまうため、氷結回避制御モードから積極的に庫内を冷却する通常制御モードに移行される。

−実施形態の効果−
本実施形態の冷凍装置（1）の膨張弁制御部（34）では、吸入管温度センサ（22）の検出温度が所定値Ｔｉ以上となるように電子膨張弁（17）を開度制御する氷結回避制御モードが設けられている。つまり、吸入管（11b）自体の温度を制御するようにした。したがって、吸入管（11b）の温度を該吸入管（11b）が着霜しない温度に的確にすることができ、吸入管（11b）の氷結を防止することができる。

また、本実施形態の膨張弁制御部（34）は、庫外の空気温度が所定値Ｔ２未満で、且つ、サーモＯＦＦ動作の後の初めてのサーモＯＮ動作（冷却運転）である場合には、氷結回避制御モードを選択するようにした。したがって、吸入管（11b）の着霜が助長される状態を確実に察知でき、吸入管（11b）の氷結を適切且つ確実に防止することができると共に、庫内温度が設定値Ｔｓよりも著しく高くなってしまうのを確実に防止することができる。そのため、庫内の貯蔵物の品質を維持しながら、吸入管（11b）が氷結して他の冷凍機器や配管に接触することで引き起こされる庫外ユニット（2）の振動や騒音を確実に防止することができる。

また、本実施形態の膨張弁制御部（34）は、デフロスト運転が行われた場合、その運転終了後のサーモＯＮ動作（冷却運転）では必ず通常制御モードを選択し、その後サーモＯＦＦ動作を挟んだサーモＯＮ動作（冷却運転）では上述した条件を満たすことを条件として氷結回避制御モードを選択する。したがって、この場合も上述した作用効果を同様に奏することができる。

また、本実施形態の膨張弁制御部（34）は、氷結回避制御モード時において、庫内温度が第２上限値Ｔｂ以上に上昇し、その状態が所定時間以上続くと、氷結回避制御モードから通常制御モードへ切り換えるようにした。そうすることにより、庫内温度が設定値Ｔｓよりも著しく高くなるのを未然に防止することができ、庫内の貯蔵物の品質を確実に維持することができる。その結果、冷凍装置（1）の信頼性を向上させることができる。

《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

例えば、上記実施形態の氷結回避運転では、吸入管温度センサ（22）の検出温度が所定値Ｔｉ以上となるように電子膨張弁（17）の開度制御を行うようにしたが、次のようにしても本発明と同様の作用効果を奏することができる。つまり、ガス側連絡配管（5）や庫内熱交換器（18）の出口配管の温度が所定値以上となるように電子膨張弁（17）の開度を調節するようにしてもよい。この場合、上記所定値は、吸入管（11b）では上記所定値Ｔｉの温度となるであろう値に設定される。

また、上記実施形態では、デフロスト運転が実行可能に構成されているが、本発明はデフロスト運転が実行不可の冷凍装置においても同様の作用効果を奏することができる。つまり、この場合は、図４のフローにおいてステップＳＴ１２が省略される。

また、上記実施形態のデフロスト運転は、いわゆる逆サイクルデフロスト運転であるが、本発明はデフロスト運転の方式は如何なるものであってもよい。例えば、電気ヒータ等で庫内熱交換器（18）を加熱して除霜する方式のデフロスト運転であってもよい。

以上説明したように、本発明は、冷蔵／冷凍倉庫内を冷却する低温型の冷凍装置について有用である。

1 冷凍装置
2 庫外ユニット
3 庫内ユニット
10 冷媒回路
11 圧縮機
11b 吸入管
12 庫外熱交換器（熱源側熱交換器）
17 電子膨張弁（膨張弁）
18 庫内熱交換器（利用側熱交換器）
31 運転切換部（デフロスト運転実行部）
32 サーモ信号出力部
33 圧縮機制御部
34 膨張弁制御部

Claims

庫外ユニット（2）に収納される可変容量型の圧縮機（11）および熱源側熱交換器（12）と、庫内ユニット（3）に収納される膨張弁（17）および利用側熱交換器（18）とが配管接続されて冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）と、
庫内温度が所定値以上まで上昇するとサーモＯＮ信号を出力し、庫内温度がその目標値まで低下するとサーモＯＦＦ信号を出力するサーモ信号出力部（32）と、
上記サーモＯＮ信号が出力されると上記圧縮機（11）を起動し上記利用側熱交換器（18）における冷媒の蒸発圧力がその目標値となるように上記圧縮機（11）の容量を制御して上記利用側熱交換器（18）で庫内を冷却する一方、上記サーモＯＦＦ信号が出力されると上記圧縮機（11）を停止する圧縮機制御部（33）と、
上記圧縮機制御部（33）による上記圧縮機（11）の容量制御時に、上記利用側熱交換器（18）の出口冷媒が第１過熱度となるように上記膨張弁（17）の開度を調節する第１制御動作と、上記圧縮機（11）の吸入管温度が吸入管（11b）が着霜しない温度となるべく上記利用側熱交換器（18）の出口冷媒が上記第１過熱度よりも高い第２過熱度となるように上記膨張弁（17）の開度を調節する第２制御動作とを切り換えて行うように構成され、上記サーモＯＦＦ信号出力後初めてサーモＯＮ信号が出力され且つ庫外の空気温度が所定値未満であると上記第２制御動作を行う膨張弁制御部（34）とを備えている
ことを特徴とする冷凍装置。
庫外ユニット（2）に収納される可変容量型の圧縮機（11）および熱源側熱交換器（12）と、庫内ユニット（3）に収納される膨張弁（17）および利用側熱交換器（18）とが配管接続されて冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）と、
庫内温度が所定値以上まで上昇するとサーモＯＮ信号を出力し、庫内温度がその目標値まで低下するとサーモＯＦＦ信号を出力するサーモ信号出力部（32）と、
上記サーモＯＮ信号が出力されると上記圧縮機（11）を起動し上記利用側熱交換器（18）における冷媒の蒸発圧力がその目標値となるように上記圧縮機（11）の容量を制御して上記利用側熱交換器（18）で庫内を冷却する一方、上記サーモＯＦＦ信号が出力されると上記圧縮機（11）を停止する圧縮機制御部（33）と、
所定の条件を満たすと、上記利用側熱交換器（18）を加熱して該利用側熱交換器（18）の除霜を行うデフロスト運転を実行するデフロスト運転実行部（31）と、
上記圧縮機制御部（33）による上記圧縮機（11）の容量制御時に、上記利用側熱交換器（18）の出口冷媒が第１過熱度となるように上記膨張弁（17）の開度を調節する第１制御動作と、上記圧縮機（11）の吸入管温度が吸入管（11b）が着霜しない温度となるべく上記利用側熱交換器（18）の出口冷媒が上記第１過熱度よりも高い第２過熱度となるように上記膨張弁（17）の開度を調節する第２制御動作とを切り換えて行うように構成され、上記デフロスト運転の終了直後の上記圧縮機制御部（33）による上記圧縮機（11）の容量制御時には上記第１制御動作を行い、その後上記サーモＯＦＦ信号およびサーモＯＮ信号が順に出力され且つ庫外の空気温度が所定値未満であると上記第２制御動作を行う膨張弁制御部（34）とを備えている
ことを特徴とする冷凍装置。
請求項１または２において、
上記膨張弁制御部（34）は、上記第２制御動作時に、上記庫内温度がその目標値よりも高い所定の上限値以上まで上昇し、その状態が所定時間以上続くと、上記第２制御動作から上記第１制御動作に切り換える
ことを特徴とする冷凍装置。
請求項２において、
上記膨張弁制御部（34）は、上記第２制御動作時に、上記デフロスト運転実行部（31）によってデフロスト運転が実行されると、上記第２制御動作を停止する
ことを特徴とする冷凍装置。