JP5070773B2

JP5070773B2 - 冷却装置

Info

Publication number: JP5070773B2
Application number: JP2006237539A
Authority: JP
Inventors: 達也飯坂; 健渡邊
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2006-09-01
Filing date: 2006-09-01
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2026-09-01
Also published as: JP2008057911A

Description

本発明は、ショーケース又は自動販売機の庫内に収容された商品を冷却するための冷却装置に関し、特に、蒸発器と膨張弁とを接続する冷媒管の着霜防止構造に関する。

図９は、一般的なショーケースを一部断面で示した側面図である。図９に示すように、このショーケースは前面にガラス扉がないオープン型ショーケースであり、前面が開口した略直方状の断熱筐体として形成された本体キャビネット１００と、商品陳列棚２１０〜２４０が配設された商品陳列室２００と、本体キャビネットと商品陳列室２００との間に設けられた内側ダクト２５０及び外側ダクト２６０と、内側ダクト２５０内に設置された蒸発器３００とを具える。なお、図には明示されていないが、内側ダクト２５０及び２６０は、商品陳列室２００の下方、背面、上方を連通する態様で形成されている。蒸発器３００は、冷媒管３１０，３２０と、膨張弁３３０と、吸入管３４０とを介して、ショーケースから離れた位置に設置された冷凍機４００に接続されている。図には示されていないが、冷凍機４００は圧縮機と凝縮器とを具える。圧縮機は、吸入管３４０から送られた蒸発冷媒を圧縮するものである。凝縮器は、圧縮機で圧縮された冷媒を冷却して凝縮し液化させるものである。膨張弁３３０は、凝縮器から送られた高圧の冷媒液を絞り効果により低圧の状態に断熱膨張させる働きと、庫内温度の変化に応じて流量を調整する働きをもつものである。蒸発器３００は、膨張弁３３０で断熱膨張させた冷媒液を蒸発させるものである。

上記構成を有するショーケースでは、凝縮器で凝縮させた高温高圧の冷媒液を、冷媒管３１０を通して送り、膨張弁３３０で低温低圧の状態に断熱膨張させて蒸発器３００に供給し、蒸発器３００で冷媒液を蒸発させる。蒸発器３００で冷媒液を蒸発させることにより、蒸発器３００を通じて蒸発器３００の周囲にある空気から蒸発冷媒へと熱の移動が行われる。すなわち、蒸発器３００の周囲にある空気から熱を奪うことにより空気を冷却する。蒸発器３００で蒸発した冷媒ガスは、吸入管３４０を通じて冷凍機４００の圧縮機に送られ還流する。

蒸発器３００によって冷却された空気は、内側ダクト２５０に設けられた図示しない送風ファンを作動させることによって、内側ダクト２５０を通って吹出口２７０ａから商品陳列室２００下方に向けて吹き出されてエアカーテン２９０ａを形成し、吸込口２８０ａから吸い込まれ再び内側ダクト２５０を通って蒸発器３００に送られる。このようにして内側ダクト２５０及び商品陳列室２００を循環する空気は、冷気となって循環しながら商品陳列室２００内の商品陳列棚２１０〜２４０上に置かれた商品を冷却する。一方、外側ダクト２６０内の図示しない送風ファンを作動させることによって外側ダクト２６０内を通って吹出口２７０ｂから吹き出された空気は非冷空気であり、エアカーテン２９０ｂを形成して、内側の冷気からなるエアカーテン２９０ａを保護する役割を果たしている。

上記ショーケースでは、冷却運転に伴い蒸発器３００の表面に霜が付着し（着霜）、時間の経過とともに成長する。このため定期的にヒータを通電して除霜を行っている。この除霜運転は以下の手順により行う。まず、冷媒の供給を停止させ、その後に、蒸発器３００下部の風上側すなわち空気入口側に設置されているヒータ５００を通電して霜を融かし、蒸発器３００付近に設置された図示しない温度センサが、ある温度以上になったことを感知した時点でヒータの通電をやめ、蒸発器３００の水切りのため一定時間送風を行い、その後に冷却運転を再開させる。

この定期的な除霜は通常３０分程度の時間を要するため、この除霜を頻繁に行った場合ショーケース庫内の温度が上昇し、商品鮮度が落ちてしまう。そこで、上記の定期的な除霜（以下、これを「本除霜」と呼ぶ）の運転と次の運転との間に、時間の短い除霜（以下、これを「簡易除霜」と呼ぶ）を行う除霜方式を具えたショーケースが特許文献１及び特許文献２に開示されている。この簡易除霜は、本除霜と同様に、冷媒の供給を停止させた後に蒸発器３００の下部に設置されたヒータ５００を通電することにより行われるが、本除霜と比べてヒータの通電時間が５分程度と短く、ヒータの通電をやめた後に水切りのための送風を行わずにすぐに冷却運転を再開させる。従って、簡易除霜を行うことによって一時的に庫内の温度は上昇するが、短時間であるために本除霜ほど温度が高くなることがなく、商品陳列室２００の商品の鮮度に影響を与えることがない。この簡易除霜を、本除霜の運転と次の運転との間に数回に亘って行うことによって、蒸発器３００に付着した霜を減らすことができ、本除霜の運転周期を延ばすことができる。

特開平７−１９０５８２号公報特開２０００−８１２７２号公報

ところで、着霜は、蒸発器３００だけでなく、膨張弁３３０の出口と蒸発器３００の入口とを接続する冷媒管３２０においても発生する。図には明示されていないが、この冷媒管３２０は、内側ダクト２５０と隔てられた通気の悪い場所に設置されているため、この部分に発生した霜は簡易除霜を行ってもほとんど融けず、残った霜はアイスバンクと呼ばれる非常に融けにくい氷となる。

上述したように、本除霜は蒸発器３００付近に設置されている温度センサにより終了判定を行っており、蒸発器３００の霜が除去されると除霜運転が終了する。その結果、本除霜を行っても冷媒管３２０に付着したアイスバンクを融かしきれず、冷媒管３２０に生じたアイスバンクが成長して蒸発器３００まで到達し、冷気の循環を阻害するという問題が生じる。冷媒管３２０に温度センサを設置し、この温度センサにより本除霜の終了判定を行う構成とすれば冷媒管３２０の霜を融かしきることができるが、この場合、蒸発器３００の除霜が完了した後もヒータ５００による加熱を必要以上に続けることになるため、庫内の温度上昇を招くという問題がある。

本発明は、上記の点に鑑み、庫内の温度上昇を招くことなく、膨張弁の出口と蒸発器の入口とを接続する冷媒管の着霜を防止又は低減することができる冷却装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る冷却装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を具え、これらの間で冷媒を循環させて前記蒸発器で空気を冷却する冷却装置において、前記蒸発器の除霜を行う第１のヒータを設置するとともに、前記膨張弁の出口と前記蒸発器の入口とを接続する冷媒管に沿って、該冷媒管の除霜を行う第２のヒータを設置してあり、前記第１のヒータの通電を開始すると同時に前記第２のヒータの通電を開始し、前記第１のヒータの通電を停止させた後も前記第２のヒータの通電を継続させ、最長で冷却運転の再開時まで行う制御部を具えることを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る冷却装置は、上記請求項１に係る冷却装置において、前記膨張弁の出口と前記蒸発器の入口とを接続する冷媒管を断熱材で覆ったことを特徴とする。

本発明の冷却装置によれば、蒸発器の除霜を行う第１のヒータの通電を開始すると同時に膨張弁の出口と蒸発器の入口とを接続する冷媒管の除霜を行う第２のヒータの通電を開始し、かつ第２のヒータの通電時間を第１のヒータよりも長くすることにより、庫内温度の上昇を最低限度に抑えながら、当該冷媒管に発生した霜を除去又は低減することができる。その結果、本除霜の運転と次の運転との間に簡易除霜を行う除霜方式を採用した場合において、冷媒管にアイスバンクが発生するのを防止することができる。また、本発明の冷却装置によれば、膨張弁の出口と蒸発器の入口とを接続する冷媒管を断熱材で覆ったことにより、庫内温度の上昇を招くことなく、当該冷媒管の着霜を防止又は低減することができる。

以下に、本発明の冷却装置の参考例及び実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

（参考例）
図１は、本発明の参考例の冷却装置を適用したショーケースを、一部断面で示した側面図である。図１に示すように、冷却装置は、ショーケース内に設置された蒸発器３０、膨張弁３３、及び、蒸発器３０の除霜を行うヒータ５０と、ショーケースと離れた位置に設置された冷凍機４０内の図示しない圧縮機及び凝縮器と、蒸発器３０の入口と膨張弁３３の出口とを接続する冷媒管３２と、膨張弁３３の入口と凝縮器とを接続する冷媒管３１と、蒸発器３０の出口と圧縮機とを接続する吸入管３４とから構成される。ショーケースは、本体キャビネット１０と、商品陳列室２０と、商品陳列室２０の下方、背面、上方を連通する態様で形成された内側ダクト２５及び外側ダクト２６とから構成される。冷却装置の蒸発器３０は、ショーケースの内側ダクト２５内に設置され、蒸発器３０の除霜を行うヒータ５０は、蒸発器３０下部の空気入口側に設置されている。

ショーケースの冷却運転時において、凝縮器で凝縮された高温高圧の冷媒液は、冷媒管３１を通して送られ、膨張弁３３で低温低圧の状態に断熱膨張させて蒸発器３０に供給され、蒸発器３０で蒸発する。蒸発器３０で冷媒液が蒸発することにより蒸発器３０を通じて蒸発器３０の周囲にある空気から蒸発冷媒へと熱の移動が行われ、空気を冷却する。蒸発器３０で蒸発した冷媒ガスは、吸入管３４を通じて冷凍機４０の圧縮機に送られ還流する。一方、蒸発器３０によって冷却された空気は、内側ダクト２５に設けられた図示しない送風ファンを作動させることによって、内側ダクト２５を通って吹出口２７ａから商品陳列室２０下方に向けて吹き出されてエアカーテン２９ａを形成し、吸込口２８ａから吸い込まれ再び内側ダクト２５を通って蒸発器３０に送られる。このようにして内側ダクト２５及び商品陳列室２０を循環する空気は、冷気となって循環しながら商品陳列室２０内の商品陳列棚２１〜２４上に置かれた商品を冷却する。一方、外側ダクト２６内の図示しない送風ファンを作動させることによって外側ダクト２６内を通って吹出口２７ｂから吹き出された空気は非冷空気であり、エアカーテン２９ｂを形成して、内側の冷気からなるエアカーテン２９ａを保護する役割を果たしている。

また、ショーケースの本除霜の運転時には、冷凍機４０からの冷媒の供給を停止させ、その後にヒータ５０を通電することにより蒸発器３０の除霜を行う。蒸発器３０付近に設置された図示しない温度センサが、ある温度以上になったことを感知した時点でヒータの通電をやめ、蒸発器３０の水切りのため一定時間送風を行い、その後に冷却運転を再開する。この本除霜の運転と次の運転との間に、上述した簡易除霜を数回に亘って行う。

図２は、図１に示したショーケースにおける蒸発器３０、冷媒管３２、膨張弁３３及びヒータ５０の概略を示した図である。以下、説明の便宜上、冷媒管３２のうち、膨張弁出口３３ａから水平に配置されている部分を冷媒管３２ａ、垂直に配置されている部分を冷媒管３２ｂ、蒸発器３０の入口付近の水平に配置されている部分を冷媒管３２ｃと呼ぶ。図２に示すように、本参考例で例示する蒸発器３０は、銅パイプ３７とアルミフィン３８からなるフィン付コイル型蒸発器である。図１及び図２に示すように、冷媒管３２は、膨張弁３３の出口３３ａから蒸発器３０の入口３５までの全体に亘って、すなわち、冷媒管３２ａ，３２ｂ，３２ｃすべてが断熱材５１によって覆われている。断熱材５１としては、発泡ポリエチレン等を適用することができる。冷媒管３２を断熱材５１で覆うことにより管表面が冷却されないため、冷媒管３２における着霜を防止することができる。

なお、蒸発器３０の入口３５から供給された冷媒液は、蒸発器３０の管内を進むうちに順次蒸発し、出口では完全に蒸発が完了して蒸気になる。従って、蒸発器３０の出口３６から送り出される冷媒は入口における冷媒と比べて高温であり、吸入管３４はほとんど着霜しない。従って、吸入管３４を断熱材で覆う必要はない。また、冷凍機４０（凝縮器）と膨張弁３３とを接続する冷媒管３１も、管内部を流れる冷媒液が高温であり着霜しないため、断熱材で覆う必要はない。

また、図３〜図５に示すように、冷媒管３２の一部を断熱材５１で覆う構成としてもよい。断熱材５１で覆う箇所は、状況に応じて適宜決めることができる。例えば、図３では、冷媒管３２のうち、冷媒管３２ｂ及び３２ｃを断熱材５１で覆う構成としている。この場合、冷媒管３２ａを断熱材５１で覆わないため、この部分に霜が付着してアイスバンクとなる可能性があるが、この部分よりも蒸発器３０に近い部分を断熱しているためアイスバンクが蒸発器３０まで到達することはない。また、図４に示すように、冷媒管３２ａ及び３２ｂを断熱材５１で覆う構成としてもよい。また、図５に示すように、冷媒管３２ｂのみを断熱材５１で覆う構成としてもよい。このように冷媒管３２の一部を断熱材５１で覆う場合、垂直に配置されている冷媒管３２ｂを覆う構成とするのが好ましい。冷媒管３２ｂを断熱材で覆わない場合、融けた水が冷媒管３２ｂの上部に溜まり、これが再度凍ってアイスバンクとなる可能性がある。

本発明の参考例の冷却装置によれば、庫内の温度上昇を招くことなく、冷媒管３２の着霜を防止又は低減することができる。従って、本除霜の運転と次の運転との間に簡易除霜を数回に亘って行う除霜方式を採用した場合に、冷媒管３２にアイスバンクが発生するのを防止することができる。

（実施例）
次に、本発明の実施例の冷却装置を適用したショーケースについて説明する。なお、本実施例で例示するショーケースは図１に示すものと同様である。また、参考例と同一の構成については同一の符号を使用し、説明を省略する。

図６は、本実施例のショーケースに適用する蒸発器３０、冷媒管３２、膨張弁３３、ヒータ５０，５２の概略を示した図である。図６に示すように、本実施例では、冷媒管３２ｂを断熱材５１で覆うとともに、蒸発器３０下部の空気入口側に設置されたヒータ５０を冷媒管３２ａの下部まで延長させる態様で、冷媒管３２ａに沿ってヒータ５２を配置した構成としている。以下、蒸発器に設置されたヒータ５０を「第１のヒータ」、冷媒管３２に設置されたヒータ５２を「第２のヒータ」と呼ぶ。本除霜の運転と次の運転との間に簡易除霜を数回に亘って行う除霜方式を採用した場合、本除霜及び簡易除霜の両運転時に、第１のヒータ５０とともに第２のヒータ５２を作動させることにより、冷媒管３２ａ，３２ｃに発生した霜を除去又は低減させることができる。

図７は、冷媒管３２ａに沿って設置した第２のヒータ５２を、蒸発器３０の下部に設けられた第１のヒータ５０と別個に設けた構成を示したものである。第１のヒータ５０及び第２のヒータ５２の通電は、制御部６０によって制御される。第２のヒータ５２を第１のヒータ５０と別個に設けた構成とした場合、以下に説明するように、第２のヒータ５２の通電時間を第１のヒータ５０よりも長くすることによって、冷媒管３２の除霜をより効果的に行うことができる。図８は、本除霜運転時における第１のヒータ５０及び第２のヒータ５２の通電時間と、蒸発器３０付近に設置された温度センサの値の変化を示したものである。図８に示すように、第１のヒータ５０及び第２のヒータ５２を通電して本除霜運転を開始させる。ヒータ通電後、蒸発器３０付近の温度が一端上昇し、霜を融かしている間ほぼ一定の温度を保ち、蒸発器３０の霜がすべて融けると再び温度が上昇する。温度センサがある温度以上になったことを感知した時点で第１のヒータ５０の通電をやめ、水切りのための送風運転に切り換える。一方、第１のヒータ５０の通電をやめた後も第２のヒータ５２の通電を継続させ、蒸発器３０の水切り時間が終了するまで、すなわち、冷却運転の再開時まで第２のヒータ５２を作動させておく。これにより、冷媒管３２に付着した霜をさらに低減させることができる。なお、図８において、第１のヒータ５０の通電停止後に蒸発器３０付近の温度が若干上昇しているのは、吸込口２８ａから外気が侵入するためであり、商品陳列室２０内の温度には影響を与えない程度のものである。

本発明の実施例の冷却装置によれば、庫内の過度の温度上昇を招くことなく、冷媒管３２に発生した霜を除去又は低減することができる。その結果、本除霜の運転と次の運転との間に簡易除霜を行う除霜方式を採用した場合に、冷媒管にアイスバンクが発生するのを防止することができる。

また、第２のヒータ５２を第１のヒータ５０と別個に設け、第１のヒータ５０の通電を停止させた後も第２のヒータ５２の通電のみを継続して行い、冷却運転の再開時まで第２のヒータ５２の通電を行うようにしたことで、庫内温度の上昇を最低限に抑えながら、冷媒管３２の除霜効率を向上させることができる。

なお、上記実施例では、第２のヒータ５２の通電を冷却運転再開時まで行うようにしたが、冷媒管３２に温度センサを設置しておき、冷媒管３２の霜が融けきった時点で第２のヒータ５２の通電を停止させるようしてもよい。この場合、冷却運転再開時よりも前に第２のヒータ５２の通電を停止させることもあり得る。

また、上記実施例において第２のヒータ５２を第１のヒータ５０と別個に設ける構成とした場合、第２のヒータ５２を本除霜又は簡易除霜どちらか一方の運転時のみに通電するようにしてもよい。また、上記実施例では、第２のヒータ５２を冷媒管３２の下部に設置したが、第２のヒータ５２を冷媒管３２に直接巻き付ける構成とすることもできる。

また、上記実施例では、冷媒管３２の一部を断熱材５１で覆うとともに、冷媒管３２に沿って第２のヒータ５２を設置する構成としたが、断熱材５１を省略して、第２のヒータ５２のみを設置する構成としてもよいのはもちろんである。

以上のように、参考例の冷却装置によれば、膨張弁の出口と蒸発器の入口とを接続する冷媒管を断熱材で覆ったことにより、当該冷媒管の着霜を防止又は低減することができる。また、本発明の実施例（請求項１）の冷却装置によれば、蒸発器の除霜を行う第１のヒータの通電を開始すると同時に膨張弁の出口と蒸発器の入口とを接続する冷媒管の除霜を行う第２のヒータの通電を開始し、かつ第２のヒータの通電時間を第１のヒータよりも長くすることにより、庫内温度の上昇を最低限度に抑えながら、当該冷媒管に発生した霜を除去又は低減することができる。その結果、本除霜の運転と次の運転との間に簡易除霜を行う除霜方式を採用した場合において、冷媒管にアイスバンクが発生するのを防止することができる。

本発明の参考例の冷却装置を適用したショーケースを一部断面で示した側面図である。本発明の参考例の冷却装置における蒸発器付近の概略図である。本発明の参考例の冷却装置における蒸発器付近の概略図である。本発明の参考例の冷却装置における蒸発器付近の概略図である。本発明の参考例の冷却装置における蒸発器付近の概略図である。本発明の実施例の冷却装置における蒸発器付近の概略図である。本発明の実施例の冷却装置における蒸発器付近の概略図である。本発明の実施例の冷却装置におけるヒータの通電時間を示すグラフである。一般的なショーケースを一部断面で示した側面図である。

３０蒸発器
３２膨張弁の出口と蒸発器の入口とを接続する冷媒管
３３膨張弁
３３ａ膨張弁の出口
３５蒸発器の入口
５０蒸発器の除霜を行う第１のヒータ
５１断熱材
５２冷媒管の除霜を行う第２のヒータ
６０制御部

Claims

圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を具え、これらの間で冷媒を循環させて前記蒸発器で空気を冷却する冷却装置において、
前記蒸発器の除霜を行う第１のヒータを設置するとともに、前記膨張弁の出口と前記蒸発器の入口とを接続する冷媒管に沿って、該冷媒管の除霜を行う第２のヒータを設置してあり、
前記第１のヒータの通電を開始すると同時に前記第２のヒータの通電を開始し、前記第１のヒータの通電を停止させた後も前記第２のヒータの通電を継続させ、最長で冷却運転の再開時まで行う制御部を具えることを特徴とする冷却装置。
前記膨張弁の出口と前記蒸発器の入口とを接続する冷媒管を断熱材で覆ったことを特徴
とする請求項１に記載の冷却装置。