JP5404761B2

JP5404761B2 - 冷凍装置

Info

Publication number: JP5404761B2
Application number: JP2011287218A
Authority: JP
Inventors: 信齊藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2031-12-28
Also published as: JP2013137123A

Description

本発明は、冷蔵倉庫等の冷凍庫を冷却する冷却器を複数備えた冷凍装置に関するものである。

この種の冷凍装置において、冷却運転時に冷却器に付着した霜を除去する除霜方法として、冷却器に加熱ヒータを密着させて除霜を行う外部加熱方式が知られている。しかし、この方法では、加熱ヒータから近い部分の霜は除去できるものの、遠い部分には熱が十分に伝わらないため、霜の溶け残りが生じる問題がある。溶け残りを無くすには加熱ヒータの加熱量を増やせばよいが、相当高温まで加熱する必要がある。このため、加熱ヒータの熱によって冷却負荷が増大したり、加熱によって蒸発した水分が庫内壁面に結露するなどの問題が生じることがある。このようなことから、内部加熱方式を採用する例も多い。

内部加熱方式を採用した冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び冷却器を備え、冷媒を循環させる冷媒回路を備えている。そして、圧縮機から吐出した高温のガス冷媒（以下、ホットガス冷媒という）の一部を直接冷却器に流すことにより、冷却器を加熱して除霜している（特許文献１参照）。このようにホットガス冷媒を冷却器に流して除霜している間は、その冷却器では冷却対象を冷却することができない。このため、特許文献１のように複数台の冷却器を備えた冷凍装置では、一部の冷却器で除霜運転している間も、他の冷却器で冷却運転を継続できるようにしている。

具体的には、特許文献１では、ホットガス冷媒を冷却器に導くためのホットガス配管の一端を圧縮機の吐出側に接続すると共に、他端に流路切替装置を設けて各冷却器それぞれに独立してホットガスを流せるように構成している。この構成により、各冷却器の各々で冷却運転と除霜運転とを独立に切り替え可能とし、除霜を行いつつ冷却運転も継続可能としている。

除霜運転中も他の冷却器で冷却運転を継続できる冷凍装置として、他に例えば、凝縮器を通過した高温の冷媒を、減圧することなく除霜対象の冷却器に流通させて除霜を行い、除霜対象の冷却器を通過後の冷媒を減圧した後、他の冷却器に流通させて冷却運転を行う除霜運転方法も知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１０−２５５９２１号公報（１４頁、第３図）特開２００５−２７４０５７号公報（９頁、第７図）

ところで、圧縮機を有する熱源ユニットと冷却器を有する複数台の冷却ユニットとを、液主管とガス主管の２本の配管を介して接続した冷凍装置がある。この種の冷凍装置において、特許文献１のように圧縮機から吐出されたホットガス冷媒を冷却器に流して除霜を行う方法を適用した場合、熱源ユニットと複数台の冷却ユニットを、液主管とガス主管とに加えて更にホットガス配管を介して接続する必要がある。すなわち、熱源ユニットと複数台の冷却ユニットとの間に計３本の配管を設置する必要があり、このため据付工事コストが大きくなってしまうという問題がある。

また、特許文献２の冷凍装置の除霜方法では、ガス分岐管に流路切替用の開閉弁が必要になる。ガス分岐管は冷却器から流出した低圧のガス冷媒が通過する部分であり、この部分では僅かな圧力損失が機器性能の低下につながる。このため、ガス分岐管に設ける開閉弁にはできる限り大きな口径の弁を使用する必要があり、冷却器を有する冷却ユニットのサイズやコストが大きくなるという問題がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、熱源ユニットと複数台の冷却ユニットとの接続に除霜専用のホットガス配管を不要とし、且つ、低圧冷媒が流通する配管部分に流路切替用の開閉弁を設置することなく、冷却運転を継続しながら一部の冷却器だけに高温冷媒を供給して除霜運転を行うことが可能な冷凍装置を得ることを目的とする。

本発明に係る冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、内部熱交換器の高圧側、減圧装置及び冷却器に冷却用冷媒が循環するように接続された冷却用冷媒回路と、冷却用冷媒回路の圧縮機及び凝縮器を有する熱源ユニットと、熱源ユニットから延びるガス主管にガス分岐管を介して接続されると共に、減圧装置及び冷却器を有する複数台の冷却ユニットと、熱源ユニットから延びる液主管と、複数台の冷却ユニットの各々から延びる液分岐管との間に接続される冷媒分岐部とを有し、冷媒分岐部は、内部熱交換器と、凝縮器を流出して内部熱交換器の高圧側に流入する前の液冷媒の一部を分岐し、除霜流量調整装置を介して内部熱交換器の低圧側に流入させ、凝縮器を流出して内部熱交換器の高圧側に流入する冷却用冷媒と熱交換させて加熱し、除霜用冷媒を生成する除霜用冷媒回路と、冷却用冷媒回路の内部熱交換器の高圧側を通過後の冷却用冷媒又は除霜用冷媒回路で生成した除霜用冷媒を複数台の冷却ユニットの各々に選択的に供給する冷媒流路切替装置とを備えたものである。

本発明によれば、熱源ユニットと複数台の冷却ユニットとをガス主管で接続すると共に、熱源ユニットから延びる液主管と複数台の冷却ユニットとの間に冷媒分岐部を設け、冷媒分岐部が、内部熱交換器と除霜流量調整装置とにより、液主管から流入する高圧液冷媒の一部を冷却用冷媒とすると共に、この冷却用冷媒を用いて残りの高圧液冷媒から除霜用冷媒を生成し、冷却用冷媒又は除霜用冷媒を各冷却ユニットに独立して選択的に供給可能とした。これにより、熱源ユニットと複数台の冷却ユニットとを除霜専用のホットガス配管で接続しなくとも、また、低圧冷媒が流通する配管部分に流路切替用の開閉弁を設けなくとも、冷却運転を継続しながら一部の冷却器だけに除霜用冷媒を供給して除霜運転を行うことが可能である。

本発明の実施の形態１における冷凍装置の冷媒回路の一例を示す図である。本発明の実施の形態１における冷凍装置の通常運転モード時のエンタルピと圧力との関係を示すモリエル線図である。本発明の実施の形態１における冷凍装置の除霜運転モード時の冷媒回路図である。本発明の実施の形態１における冷凍装置における除霜運転モード時のエンタルピと圧力との関係を示すモリエル線図である。図１の除霜流量調整弁の開度を変化させたときの除霜用冷媒の挙動を示す特性図で、（ａ）は除霜熱量特性、（ｂ）は内部熱交換器出口の除霜用冷媒温度（状態Ｇ）特性、（ｃ）除霜流量特性、をそれぞれ示した図である。本発明の実施の形態２における冷凍装置の冷媒回路の一例を示す図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における冷凍装置の冷媒回路の一例を示す図である。図１及び後述の図において、同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。更に、明細書全文に表れている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。
冷凍装置は、熱源ユニット１と、冷凍庫（冷蔵倉庫や冷却室を含む）を冷却する複数台（ここでは２台）の冷却ユニット２ａ、２ｂ（以下、総称して冷却ユニット２という場合がある）と、冷媒分岐部としての冷媒分岐ユニット３とを備えている。

熱源ユニット１と冷却ユニット２ａ、２ｂとは離れた位置に設置されており、熱源ユニット１から延びるガス主管５にガス分岐管５０ａ、５０ｂを介して冷却ユニット２ａ、２ｂが接続されている。また、熱源ユニット１からは、ガス主管５の他に液主管４も延びており、この液主管４と冷却ユニット２ａ、２ｂから延びる液分岐管４０ａ、４０ｂとの間に冷媒分岐ユニット３が接続されている。

熱源ユニット１と複数台の冷却ユニット２ａ、２ｂとを、液主管４及びガス主管５で接続する構成は従来より一般的であり、本実施の形態１の冷凍装置は、いわばこの一般的な構成において、液主管４と冷却ユニット２ａ、２ｂとの間に冷媒分岐ユニット３を接続した構成に相当している。冷媒分岐ユニット３の構成の詳細については後述するが、冷媒分岐ユニット３により、冷却運転と除霜運転とを同時に行うことを可能としている。

以下、冷凍装置を構成する熱源ユニット１、冷却ユニット２、冷媒分岐ユニット３のそれぞれの構成について順次説明する。

熱源ユニット１は、圧縮機６、凝縮器７及び受液器８を備え、これらが冷媒配管で接続されている。冷却ユニット２は、液電磁弁９、パルスモータで開度を調整可能な減圧装置としての膨張弁１０及び冷却器１１を備え、これらが冷媒配管で接続されている。各冷却ユニット２ａ、２ｂから延びる液分岐管４０ａ、４０ｂの端部は、冷媒分岐ユニット３の液分岐管側接続口３ｂ、３ｃに接続されている。

冷媒分岐ユニット３は、液主管４から液主管側接続口３ａを介して冷媒分岐ユニット３内に流入した高圧液冷媒を、冷却運転を行うための冷却用冷媒又は除霜運転のための除霜用冷媒にして各冷却器１１に独立して選択的に供給する機能を有するものである。冷媒分岐ユニット３は、内部熱交換器１３と、除霜流量調整弁１４と、冷媒流路切替装置としての除霜用電磁弁１５ａ、１５ｂと、逆止弁１６ａ、１６ｂとを備え、これらが冷媒配管で接続されている。

冷媒分岐ユニット３における具体的な接続構成について説明すると、内部熱交換器１３の上流側は、液主管４に接続される液主管側接続口３ａに接続され、内部熱交換器１３の下流側は、各冷却ユニット２ａ、２ｂと同数に分岐され、分岐したそれぞれが除霜用電磁弁１５ａ、１５ｂを介して液分岐管側接続口３ｂ、３ｃに接続されている。この構成によって、圧縮機６、凝縮器７、受液器８、内部熱交換器１３の高圧側、除霜用電磁弁１５ａ、１５ｂ、液電磁弁９、膨張弁１０、冷却器１１がこの順で環状に接続されて冷却用冷媒回路Ａが構成されている。この冷却用冷媒回路Ａ内には例えば、冷媒Ｒ４１０Ａが封入されている。以下では、冷却用冷媒回路Ａを循環する冷媒を冷却用冷媒と呼ぶ場合がある。

冷媒分岐ユニット３には更に、液主管側接続口３ａと内部熱交換器１３との間から分岐し、除霜流量調整弁１４及び内部熱交換器１３の低圧側を介して、除霜用電磁弁１５ａ、１５ｂと液分岐管側接続口３ｂ、３ｃとの間に合流する除霜用冷媒回路Ｂが形成されている。以下では、除霜用冷媒回路Ｂを通過する冷媒を除霜用冷媒と呼ぶ場合がある。

このように構成された除霜用冷媒回路Ｂでは、内部熱交換器１３の高圧側に流入する前の液冷媒を一部分岐し、除霜流量調整弁１４で減圧した後に内部熱交換器１３の低圧側に流入させ、凝縮器７を流出してそのまま内部熱交換器１３の高圧側に流入する冷却用冷媒と熱交換させて加熱し、除霜用冷媒を生成する。そして、除霜用冷媒回路Ｂで生成された除霜用冷媒は、逆止弁１６ａ、１６ｂを介して液分岐管４０ａ、４０ｂに流入し、冷却ユニット２ａ、２ｂに供給される。

除霜用電磁弁１５ａ、１５ｂは、内部熱交換器１３の高圧側を流出した冷却用冷媒又は除霜用冷媒回路Ｂで生成した除霜用冷媒を、冷却ユニット２ａ、２ｂの各々に選択的に供給する。すなわち、冷却ユニット２ａに冷却用冷媒を供給し、冷却ユニット２ｂに除霜用冷媒を供給する場合は、除霜用電磁弁１５ａを開放、除霜用電磁弁１５ｂを閉止し、冷却ユニット２ａに除霜用冷媒を供給し、冷却ユニット２ｂに冷却用冷媒を供給する場合は、除霜用電磁弁１５ａを閉止、除霜用電磁弁１５ｂを開放する。また、冷却ユニット２ａ、２ｂの両方に冷却用冷媒を供給する場合は、除霜用電磁弁１５ａ、１５ｂの両方を開放する。

この冷凍装置には更に、冷凍装置全体を制御する制御装置６０が設けられている。制御装置６０はマイクロコンピュータで構成され、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を備えている。制御装置６０は、後述の通常運転モード又は除霜運転モードの切り替えや、除霜流量調整弁１４の開度制御や、除霜用電磁弁１５ａ、１５ｂの開閉制御、液電磁弁９の開閉制御、膨張弁１０の開度制御等を行う。なお、制御装置６０は、熱源ユニット１に設けられていても良いし、冷却ユニット２又は冷媒分岐ユニット３に設けられていても良いし、また、各ユニットに分けて構成し、互いに連携処理を行う構成にしても良い。

（通常運転モード）
図２は、本発明の実施の形態１における冷凍装置における通常運転モード時のエンタルピと圧力との関係を示すモリエル線図である。図２における点Ａ〜点Ｅ、点Ｈが示す各冷媒状態は、図１の冷凍装置における点Ａ〜点Ｅ、点Ｈにおける冷媒の各状態に対応している。また、図１の矢印は、通常運転モード時の冷媒の流れを示している。また、図１において白抜きした弁は開放、黒塗りした弁は閉止していることを示している。この点は、後述の図においても同様である。

以下、冷凍装置の通常運転モード時の冷凍サイクル動作について図１及び図２を参照して説明する。通常運転モードとは、冷却ユニット２ａ、２ｂとも冷却運転を行う運転モードである。通常運転モードでは、冷媒分岐ユニット３の除霜流量調整弁１４は閉止され、除霜用電磁弁１５ａ、１５ｂは開放される。また、冷却ユニット２ａ、２ｂの各々の液電磁弁９も開放される。

圧縮機６を吐出した高温高圧のガス冷媒（状態Ｂ）は、凝縮器７で外気に放熱して凝縮し、受液器８に流入する。受液器８はこの冷凍サイクルで余剰となる液冷媒を貯留するため、この内部では液とガスの共存状態となり、受液器８から流出する液冷媒は飽和液（状態Ｃ）となる。

受液器８から流出した高圧液冷媒は、熱源ユニット１を流出し、液主管４を経て液主管側接続口３ａから冷媒分岐ユニット３に流入する。通常運転では、除霜流量調整弁１４が閉止されているので、冷媒分岐ユニット３に流入した全ての液冷媒が内部熱交換器１３に流入し、熱交換を行うことなく分岐され、除霜用電磁弁１５ａ、１５ｂを経由して冷却ユニット２ａ、２ｂに流入する。

冷却ユニット２に流入した高圧液冷媒は、液電磁弁９を介して膨張弁１０に流入し、主に膨張弁１０によって減圧され、低圧二相冷媒（状態Ｅ，Ｈ）となって冷却器１１に流入する。冷却器１１に流入した低圧二相冷媒は庫内空気と熱交換して蒸発し、低圧ガス冷媒（状態Ａ）となって冷却ユニット２を流出する。

各冷却ユニット２ａ、２ｂから流出した低圧ガス冷媒は、ガス分岐管５０ａ、５０ｂを介してガス主管５に流入し、再び圧縮機６に吸入される。このようにして、冷却用冷媒回路Ａを冷媒が循環することにより、庫内の空気を冷却する。

前述の通常運転モードを長時間継続すると、冷却器１１に霜が徐々に堆積し、堆積量が所定量を超えると冷却能力が著しく低下する。このため、所定の間隔で除霜運転を行う。以下、除霜運転について説明する。

（除霜運転モード）
図３は、本発明の実施の形態１における冷凍装置の除霜運転モード時の冷媒回路図である。図４は、本発明の実施の形態１における冷凍装置における除霜運転モード時のエンタルピと圧力との関係を示すモリエル線図である。また、図４における点Ａ〜点Ｈが示す各冷媒状態は、図３の冷凍装置における点Ａ〜点Ｈにおける冷媒の各状態に対応している。

除霜運転モードでは、除霜流量調整弁１４を開放するとともに、除霜用電磁弁１５ａ、１５ｂのうち、除霜運転を行う冷却器１１と内部熱交換器１３との間の除霜用電磁弁を閉止し、冷却運転を継続する冷却器１１と内部熱交換器１３との間の除霜用電磁弁を開放する。また、除霜運転を行う冷却器１１の膨張弁１０を全開にする。冷却運転を継続する冷却器１１の膨張弁１０は、その冷却ユニット２の運転状態に応じて制御される。

以下、冷却ユニット２ａを冷却運転、冷却ユニット２ｂを除霜運転する例で具体的に説明する。この場合、除霜用電磁弁１５ａは開放、除霜用電磁弁１５ｂは閉止、冷却ユニット２ｂの膨張弁１０は全開、冷却ユニット２ａ、２ｂの各々の液電磁弁９は開放されることになる。

以下では、冷凍サイクル動作を冷却用冷媒回路Ａによる冷却側サイクルと除霜用冷媒回路Ｂによる除霜側サイクルとに分けて説明する。図３の実線矢印は冷却側サイクルの冷媒の流れを示し、点線矢印は除霜側サイクルの冷媒の流れを示している。また、図４の実線は冷却側サイクルにおけるモリエル線図を示し、点線は除霜側サイクルのモリエル線図を示している。

（冷却側サイクル：冷却運転）
まず、冷却側サイクルの動作について説明する。前述の通常運転モードと同様に、圧縮機６から吐出された高温高圧のガス冷媒（状態Ｂ）は、凝縮器７で外気に放熱し、高圧液冷媒（状態Ｃ）となって熱源ユニット１を流出する。この高圧液冷媒は、液主管４を経て液主管側接続口３ａから冷媒分岐ユニット３に流入する。冷媒分岐ユニット３に流入した冷媒は２つに分岐し、一方は、そのまま内部熱交換器１３の高圧側に流入し、他方は除霜用冷媒回路Ｂに流入して除霜流量調整弁１４にて減圧された後、内部熱交換器１３の低圧側に流入する。

内部熱交換器１３の高圧側に流入した冷却用冷媒は、除霜用冷媒回路Ｂからの除霜用冷媒と熱交換して冷却され、過冷却度を大きくした高圧液冷媒（状態Ｄ）となる。この高圧液冷媒は、除霜用電磁弁１５ａを経由して液分岐管側接続口３ｂから冷媒分岐ユニット３を流出し、冷却ユニット２ａに流入する。冷却ユニット２ａに流入した冷媒は、液電磁弁９を通過した後、膨張弁１０で減圧されて低圧二相冷媒（状態Ｅ）となって冷却器１１に流入する。冷却器１１に流入した低圧二相冷媒は庫内空気と熱交換して蒸発し、低圧ガス冷媒（状態Ａ）となって冷却ユニット２ａを流出する。冷却ユニット２ａを流出した低圧ガス冷媒は、ガス分岐管５０ａ及びガス主管５を介して再び圧縮機６に吸入される。以上のようにして冷却用冷媒が冷却用冷媒回路Ａを循環することにより庫内を冷却する。

（除霜側サイクル：除霜運転）
除霜用冷媒回路Ｂに流入した除霜用冷媒は、前述したように除霜流量調整弁１４にて減圧された後、内部熱交換器１３の低圧側に流入する。内部熱交換器１３の低圧側に流入した除霜用冷媒は、内部熱交換器１３の高圧側の高圧液冷媒（冷却用冷媒）と熱交換して加熱される。これにより、凝縮温度に近い温度まで上昇したホットガス冷媒である除霜用冷媒（状態Ｇ）が生成される。この除霜用冷媒は、逆止弁１６ｂを経由して液分岐管側接続口３ｃから冷媒分岐ユニット３を流出し、冷却ユニット２ｂに流入する。

冷却ユニット２ｂに流入した除霜用冷媒は、液電磁弁９及び膨張弁１０を通過する際の圧力損失により圧力が多少低下し（状態Ｈ）、冷却器１１に流入する。冷却器１１に流入した除霜用冷媒は、冷却器１１に付着した霜を溶かしながら冷却器１１内を進行し、霜温度である０℃まで温度低下したところで除霜する能力を失い、ガス分岐管５０ｂ及びガス主管５を経て再び圧縮機６に吸入される。以上のようにして除霜用冷媒を冷却ユニット２ｂに供給することにより除霜を行う。

冷却ユニット２ｂの除霜が進んで除霜終了と判断すると、前述と同じ手順で冷却ユニット２ａの除霜運転を開始し、冷却ユニット２ｂを冷却運転に切り替える。このように、冷却ユニット２を１台ずつ除霜し、また２台の冷却ユニット２の少なくとも１台は冷却運転を継続するので、庫内温度の変動（具体的には庫内温度の上昇）を抑制できる。

除霜側サイクルの除霜用冷媒は、除霜のための熱量を、冷却側サイクルの液冷媒（冷却用冷媒）との内部熱交換によって取得するので、ヒータ等の外部熱源を使用することなく、高効率な除霜を行うことができる。また、このとき冷却側サイクルでは、除霜用冷媒との熱交換によって冷却器前後のエンタルピ差がΔＨ_CD（図４参照）だけ拡大されるので、冷却能力が増大し、高効率な冷却運転を行うことができる。

（除霜用冷媒流量の制御）
続いて、図４及び図５を参照して除霜用冷媒流量の制御方法について説明する。図５は、図１の除霜流量調整弁の開度を変化させたときの除霜用冷媒の挙動を示す特性図であり、（ａ）は除霜熱量特性、（ｂ）は内部熱交換器出口の除霜用冷媒温度（状態Ｇ）特性、（ｃ）除霜流量特性、をそれぞれ示している。

図５（ｃ）に示すように、除霜流量調整弁１４の開度を大きくするに従って、除霜流量は単調に増加する。除霜流量が増大すると、内部熱交換器１３での除霜用冷媒のエンタルピ変化幅ΔＨ_FG（状態Ｆと状態Ｇのエンタルピ差）（図４参照）が小さくなり、内部熱交換器１３出口の除霜用冷媒温度（状態Ｇ）は、図５（ｂ）に示すように単調に低下する。除霜流量が極度に小さい場合には除霜用冷媒温度（状態Ｇ）は凝縮温度に近い値となるが、除霜流量を大きくしていくと除霜用冷媒温度（状態Ｇ）は徐々に低下し、やがて０℃を下回る。

除霜熱量は、状態Ｈと状態Ａとのエンタルピ差ΔＨ_HA（図４参照）と、除霜流量とで決まる。除霜用冷媒温度（状態Ｇ）が十分高い温度領域では、除霜流量が大きいほど除霜熱量も大きくなるので、除霜流量が図５（ｃ）に示すように増加すると、除霜熱量も図５（ａ）に示すように増大する。一方で、除霜用冷媒温度（状態Ｇ）が０℃に接近すると、霜との温度差が小さくなり、除霜流量に関わらず除霜熱量が減少し、冷却器入口（状態Ｈ）の温度が０℃になったところで除霜熱量はゼロになる。

よって、図５（ａ）に示したように、除霜熱量が最大となる除霜流量がある。本実施の形態１においては、この除霜熱量が最大になる流量を狙って除霜流量調整弁１４の開度を調節する。除霜熱量を最大にすることにより短時間で除霜を完了することができ、庫内温度の変動を抑制することができる。なお、除霜流量調整弁１４の開度調節は、具体的には状態Ｃと状態Ｇとの温度差が所定値（例えば１０［Ｋ］程度）を下回らないように除霜流量調整弁１４の開度を決定している。

以上説明したように、本実施の形態１によれば、液主管４と冷却ユニット２ａ、２ｂとの間に冷媒分岐ユニット３を設け、冷媒分岐ユニット３に設けた内部熱交換器１３と除霜流量調整弁１４とにより、液主管４から流入する高圧液冷媒の一部を冷却用冷媒とすると共に、この冷却用冷媒を用いて残りの高圧液冷媒から除霜用冷媒を生成し、冷却用冷媒又は除霜用冷媒を各冷却ユニット２ａ、２ｂに独立して選択的に供給する構成とした。この構成により、ある冷却ユニットで除霜運転している間もその他の冷却ユニットで冷却運転を行うことが可能となり、冷凍庫の温度変化を小さくすることができる。

また、液主管４と冷却ユニット２ａ、２ｂとの間に冷媒分岐ユニット３を設けるだけで、冷却運転を継続しながら除霜運転を行える冷凍装置を構成できるため、従来のように液主管４及びガス主管５の他に、除霜専用のホットガス配管を追加する必要がなくなる。よって、据付工事に要する時間と費用を低減することができる。

また、冷媒分岐ユニット３は液主管４側に設けられ、ガス主管５側は、ガス主管５からガス分岐管５０ａ、５０ｂ介して接続する、といった従来一般の簡素な構成で済む。よって、特許文献２のように、低圧冷媒が流通する配管部分に流路切替用の開閉弁を設置する必要が無い。

また、冷媒による内部加熱方式であるため、冷却器１１に加熱ヒータを密着させて除霜を行う外部加熱方式に比べて冷却器１１を比較的均一に加熱できる。よって、除霜に寄与しない余分な投入熱量が小さくなり、除霜時間の短縮が図れる。

また、熱源ユニット１は冷却ユニット２が冷却運転を行っているのか除霜運転を行っているかを認識する必要が無く、冷媒分岐ユニット３だけで冷却運転と除霜運転を切り替えることができる。よって、既設の冷凍装置に冷媒分岐ユニット３を追加設置することで、冷却運転中に除霜を行うことが可能な冷凍装置にリニューアルすることができる。

なお、本実施の形態１では、内部熱交換器１３、除霜流量調整弁１４、除霜用電磁弁１５ａ、１５ｂ及び逆止弁１６ａ、１６ｂの全てをまとめてユニット化した冷媒分岐ユニット３を示したが、必ずしもユニット化されていなくてもよく、要は、冷媒分岐ユニット３を構成する各要素を備えた構成とすればよい。

実施の形態２．
実施の形態２は、除霜時間の短時間化を図るための除霜熱量の増大策に関するものである。

図６は、本発明の実施の形態２における冷凍装置の冷媒回路の一例を示す図である。図６では、冷却ユニット２ａを冷却運転、冷却ユニット２ｂを除霜運転する場合の例を示している。また、図６の実線矢印は冷却側サイクルの冷媒の流れを示し、点線矢印は除霜側サイクルの冷媒の流れを示している。なお、本実施の形態２では上述した実施の形態１との相違点を中心に説明するものとする。また、実施の形態１と同様の部分について適用される変形例は、本実施の形態２についても同様に適用される。

以下、図６を参照して除霜熱量の増大策１〜４について順に説明する。

（除霜熱量の増大策１）
冷媒分岐ユニット３に第１補助加熱装置としての冷媒加熱ヒータ１７を組込み、内部熱交換器１３を流出した除霜用冷媒を冷媒加熱ヒータ１７で更に加熱する。これにより、除霜熱量を大きくすることができる。

冷却器１１を加熱する場合、前述したように、外部から加熱するよりも内部から加熱した方が熱が均等に伝わり、霜の溶け残りを抑制することが可能となる。よって、同じ熱量であれば、冷却器１１の外部に冷却器加熱ヒータ１８を設置して加熱するよりも、除霜用冷媒を直接加熱した方が、より均一に冷却器１１を加熱することができ、除霜に要する時間を更に短縮することができる。

（除霜熱量の増大策２）
冷却器１１において霜が付着する伝熱部分に、第２補助加熱装置としての冷却器加熱ヒータ１８を密着するように固定して設ける。そして、除霜運転を開始すると同時に冷却器加熱ヒータ１８に通電する。

従来から、冷却器１１を冷却器加熱ヒータ１８により加熱して除霜する方法は一般に知られている。この方法では、前述したように冷却器加熱ヒータ１８から遠いところでの霜の溶け残りを無くすために、相当高温まで加熱する必要があり、冷却負荷の増大や結露などの問題が生じることがある。これに対し、本実施の形態２では、冷却器加熱ヒータ１８を使用する際に冷却器１１に冷媒が流通している。このため、冷却器１１に流通した冷媒が、冷却器加熱ヒータ１８近傍を通過する際に、冷却器加熱ヒータ１８の熱を吸収し、熱を吸収した冷媒が、霜が溶け残る低温部分に流通する。よって、冷却器加熱ヒータ１８の熱が冷却器１１全体に効果的に行き渡り、冷却器１１全体を均一に加熱することが可能となる。したがって、冷却負荷を増大させることなく除霜熱量を増大させることができ、より短時間に除霜運転を完了することができる。

（除霜熱量の増大策３）
凝縮器７に送風する送風ファン１９を設け、送風ファン１９の回転数制御により凝縮器７の放熱能力を調整する。

除霜用冷媒温度は凝縮温度以上にはならないため、例えば冬季で外気温度が低く、凝縮温度も例えば３０℃程度まで低下していると、除霜用冷媒温度も３０℃よりも低い温度となる。このように除霜用冷媒温度が低いと十分な除霜熱量が得られない。よって、少なくとも１台以上で除霜運転を行う際に、凝縮温度が所定温度（例えば５０℃）を下回る場合には、送風ファン１９の回転数を低下させて凝縮放熱を抑制し、凝縮温度が所定温度を下回らないようにすることで、除霜熱量を増大させる。

（除霜熱量の増大策４）
図６の冷却ユニット２ｂに示すように、膨張弁１０をバイパス（液電磁弁９を設けている場合には液電磁弁９と膨張弁１０の両方をバイパス）するバイパス回路１２を設ける。バイパス回路１２にはバイパス弁１２ａが設けられており、冷却ユニット２ｂの除霜運転の際にバイパス弁１２ａを開放する。

バイパス回路１２は、除霜運転時に液電磁弁９や膨張弁１０を通過することによる圧力低下が極力生じないことを目的に設けられている。なお、図６には、冷却ユニット２ｂ側のみにバイパス回路１２を設けた構成を示したが、冷却ユニット２ａ側にも設けた構成としてももちろん良い。

冷却ユニット２ｂの除霜を行う場合、バイパス回路１２のバイパス弁１２ａを開放してバイパス回路１２に冷媒を通過させることにより、状態Ｇからの状態Ｈへの圧力低下を小さくすることができる。このため、内部熱交換器１３での熱交換駆動力、すなわち、状態Ｃと状態Ｆとの温度差が大きくなり、内部熱交換器１３での熱交換量を大きくすることができる。よって、冷却ユニット２ｂの冷却器１１に流入する除霜用冷媒の温度を、バイパス回路１２を設けない場合に比べて高くすることができ、除霜に要する時間を短くすることができる。

図６には、以上に説明した全ての増大策を講じた構成を図示したが、一部を組み合わせた構成としてもよい。

また、各実施の形態では、冷却ユニット２が２台接続された場合について説明したが、例えば食品店舗ショーケースのように、１台の熱源ユニットに１０台程度の冷却ユニット２が接続された構成にも、本発明を適用できる。このような構成の場合において、除霜対象の冷却器１１が必要とする除霜熱量が、その他の冷却器１１の冷却容量よりも非常に小さい場合には、冷媒加熱ヒータ１７や冷却器加熱ヒータ１８などの補助加熱装置を設置しなくても十分大きな除霜熱量を得られ、簡易な構成で高効率な除霜運転を行うことができる。

また、冷凍装置が、室内機（冷却ユニット）と室外機（熱源ユニット）とを備えた空気調和機としてもよい。また、室外機を複数備えたマルチシステムの構成に本発明を適用してももちろんよい。

以上には、本発明の特徴事項を各実施の形態において説明したが、例えば、圧縮機・熱交換器・減圧装置等の冷媒回路要素の構成は各実施の形態で説明した内容に限定されるものではなく、本発明の課題の範囲内で適宜変更可能である。

１熱源ユニット、２（２ａ、２ｂ）冷却ユニット、３冷媒分岐ユニット、３ａ液主管側接続口、３ｂ液分岐管側接続口、３ｃ液分岐管側接続口、４液主管、５ガス主管、６圧縮機、７凝縮器、８受液器、９液電磁弁、１０膨張弁、１１冷却器、１２バイパス回路、１２ａバイパス弁、１３内部熱交換器、１４除霜流量調整弁、１５ａ除霜用電磁弁、１５ｂ除霜用電磁弁、１６ａ逆止弁、１６ｂ逆止弁、１７冷媒加熱ヒータ、１８冷却器加熱ヒータ、１９送風ファン、４０ａ液分岐管、４０ｂ液分岐管、５０ａガス分岐管、５０ｂガス分岐管、６０制御装置、Ａ冷却用冷媒回路、Ｂ除霜用冷媒回路。

Claims

圧縮機、凝縮器、内部熱交換器の高圧側、減圧装置及び冷却器に冷却用冷媒が循環するように接続された冷却用冷媒回路と、
前記冷却用冷媒回路の前記圧縮機及び前記凝縮器を有する熱源ユニットと、
前記熱源ユニットから延びるガス主管にガス分岐管を介して接続されると共に、前記減圧装置及び前記冷却器を有する複数台の冷却ユニットと、
前記熱源ユニットから延びる液主管と、前記複数台の冷却ユニットの各々から延びる液分岐管との間に接続される冷媒分岐部とを有し、
前記冷媒分岐部は、
前記内部熱交換器と、
前記凝縮器を流出して前記内部熱交換器の高圧側に流入する前の液冷媒の一部を分岐し、除霜流量調整装置を介して前記内部熱交換器の低圧側に流入させ、前記凝縮器を流出して前記内部熱交換器の高圧側に流入する冷却用冷媒と熱交換させて加熱し、除霜用冷媒を生成する除霜用冷媒回路と、
前記冷却用冷媒回路の前記内部熱交換器の高圧側を通過後の冷却用冷媒又は前記除霜用冷媒回路で生成した前記除霜用冷媒を前記複数台の冷却ユニットの各々に選択的に供給する冷媒流路切替装置と
を備えたことを特徴とする冷凍装置。
前記冷却用冷媒回路の前記凝縮器の出口温度と前記除霜用冷媒回路の前記内部熱交換器の出口温度との温度差が所定値となるように前記除霜流量調整装置の開度を調整することを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
前記内部熱交換器を流出した除霜用冷媒を加熱する第１補助加熱装置を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の冷凍装置。
複数の前記冷却器のうち少なくとも１台に、霜が付着する伝熱部分に密着するように第２補助加熱装置を固定して設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の冷凍装置。
前記凝縮器に送風する送風ファンを備え、前記複数台の冷却ユニットのうち、少なくとも１台以上で除霜運転を行う際に、凝縮温度が所定温度を下回らないように、前記送風ファンの回転数制御により前記凝縮器の放熱能力を調整することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の冷凍装置。
前記複数台の冷却ユニットのうち、少なくとも１台以上の所定の冷却ユニットは、自己の前記減圧装置をバイパスするバイパス回路を有し、自己の除霜運転の際に自己の前記バイパス回路のバイパス弁を開放することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の冷凍装置。