JP6173360B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

この発明は、冷却器に付着した霜を圧縮機から吐出した冷媒の熱で除去する除霜運転を行う冷凍装置に関するものである。

冷凍装置では、冷却運転中に冷却器の表面に霜が成長し、成長した霜によって冷却器での伝熱が阻害されることがある。従って、従来、冷却器に付着した霜を除去するための除霜運転が一定周期で行われる冷凍装置が知られている。除霜運転としては、例えば冷却器に埋め込まれた電気ヒータに通電する方法、又は圧縮機から吐出した高温冷媒を着霜した冷却器に直接通すホットガス除霜方法等が知られている。

ホットガス除霜方法では、圧縮機を出た冷媒がホットガスとして冷却器を直接通った後、冷媒が冷却器から圧縮機に戻るサイクルが形成される。従って、ホットガス除霜方法では、冷媒量が多いと液冷媒が圧縮機に戻る液バック現象が生じてしまい、冷媒量が少ないと十分な除霜熱量が得られなくなってしまう。

従来、凝縮器の入口側及び出口側のそれぞれに開閉弁を設け、ホットガスの過熱度に応じて開閉弁を開閉することで、除霜運転時の冷媒循環サイクルに対して冷媒を供給又は排出することができるようにした冷凍装置が提案されている。このような従来の冷凍装置では、圧縮機で圧縮された冷媒であるホットガスの圧力が目標値となるように圧縮機の運転回転数を調整することにより、除霜熱量が得られるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−２５２７０２号公報

しかし、特許文献１に示されている従来の冷凍装置では、冷媒回路内の冷媒量の分布が安定している状態でなければ冷媒の過不足を判定することができないので、適正な冷媒量に調整するために時間がかかる。除霜に要する時間が数分から数十分であることを考えると、従来の冷凍装置では、ホットガスの過熱度をフィードバックして冷媒量を調整するのは困難であり、冷媒不足状態と冷媒過多状態とを周期的に繰り返すことになってしまう。従って、従来の冷凍装置では、除霜熱量を安定して得ることができなかったり、液バック現象が生じたりしてしまう。

また、従来の冷凍装置における除霜運転時には、凝縮器から出た冷媒が圧縮機の中間圧部分に注入される。一方、凝縮器を含む領域の冷媒圧力は、外気温度相当の飽和圧力になる。従って、凝縮器の外気温度が例えば氷点下になると、圧縮機の中間圧が外気温度相当の飽和圧力以上になってしまい、凝縮器からの冷媒を圧縮機の中間圧部分に注入することができず、除霜運転時の冷媒循環サイクルへ冷媒を供給することができなくなるおそれがある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、凝縮器の放熱先である凝縮器外部熱源の温度に影響されることなく安定して除霜運転を行うことができる冷凍装置を得ることを目的とする。

この発明による冷凍装置は、圧縮機と、凝縮器と、主減圧装置と、冷却器とを有し、冷媒が循環可能に圧縮機、凝縮器、主減圧装置及び冷却器が順次連結された冷凍サイクル本体部、主減圧装置及び冷却器をバイパスして、凝縮器からの冷媒を圧縮機の中間圧部分へ導くインジェクション流路、除霜運転モード時に、凝縮器及び主減圧装置をバイパスして、圧縮機の出口での冷媒の一部を冷却器へ導くホットガス流路、圧縮機と凝縮器との間の冷媒流路に設けられ、除霜運転モード時に圧縮機の冷媒吐出圧力を調整する吐出圧力調整装置、及びホットガス流路に設けられ、除霜運転モード時に圧縮機の冷媒吸入圧力を調整する吸入圧力調整装置を備えている。

この発明による冷凍装置によれば、凝縮器の放熱先である凝縮器外部熱源の温度に関係なく、除霜運転モード時に吐出圧力調整装置によって圧縮機の冷媒吐出圧力を調整することができるので、圧縮機の中間圧部分への冷媒の供給をより確実にすることができる。また、除霜運転モード時に吸入圧力調整装置によって圧縮機の冷媒吸入圧力を調整することができるので、例えば液バック現象等の不具合の発生を防止することができる。従って、凝縮器の放熱先である凝縮器外部熱源の温度に影響されることなく安定した除霜運転を行うことができる。

この発明の実施の形態１による冷凍装置を示す構成図である。 図１の冷凍装置の冷却運転モード時の状態を示す構成図である。 図１の冷凍装置の冷却運転モード時の冷凍サイクル動作を示す圧力−エンタルピ線図である。 図１の冷凍装置の除霜運転モード時の状態を示す構成図である。 図１の冷凍装置の除霜運転モード時の想定の冷凍サイクル動作を示す圧力−エンタルピ線図である。 この発明の実施の形態２による冷凍装置の圧力調整弁によって調整される圧縮機の冷媒吐出圧力の目標値と、凝縮器の外気の温度との関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態３による冷凍装置を示す構成図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による冷凍装置を示す構成図である。図において、冷凍装置１は、冷凍サイクル本体部２と、インジェクション回路部３と、ホットガス回路部４とを有している。

冷凍サイクル本体部２は、室外（例えば冷凍庫外等）に設置されている熱源ユニット７に設けられた熱源ユニット側構成部５と、室内（例えば冷凍庫内等）に設置されている冷却ユニット８に設けられた冷却ユニット側構成部６とを有している。熱源ユニット７及び冷却ユニット８間には、熱源ユニット側構成部５から冷却ユニット側構成部６へ冷媒を導く冷媒流路である第１の連絡管９と、冷却ユニット側構成部６から熱源ユニット側構成部５へ冷媒を導く冷媒流路である第２の連絡管１０とが連結されている。

熱源ユニット側構成部５は、圧縮機１１と、凝縮器１２と、凝縮器用送風機１３と、レシーバ１４とを有している。熱源ユニット側構成部５では、第２の連絡管１０、圧縮機１１、凝縮器１２、レシーバ１４及び第１の連絡管９が熱源ユニット７内の冷媒流路を介して順次連結されている。

冷却ユニット側構成部６は、主減圧装置である主膨張弁１５と、蒸発器である冷却器１６と、冷却器用送風機１７とを有している。冷却ユニット側構成部６では、第１の連絡管９、主膨張弁１５、冷却器１６及び第２の連絡管１０が、冷却ユニット８内の冷媒流路を介して順次連結されている。

これにより、冷凍サイクル本体部２では、圧縮機１１、凝縮器１２、レシーバ１４、主膨張弁１５、冷却器１６が順次連結され、圧縮機１１、凝縮器１２、レシーバ１４、主膨張弁１５、冷却器１６、圧縮機１１の順に冷媒が循環可能になっている。この例では、冷凍装置１の冷媒としてＲ４１０Ａが用いられている。

圧縮機１１は、低段側圧縮部１１１と、低段側圧縮部１１１の冷媒下流側に設けられた高段側圧縮部１１２と、低段側圧縮部１１１及び高段側圧縮部１１２を駆動する駆動モータ（図示せず）とを有する二段圧縮機である。圧縮機１１は、冷却器１６からの冷媒を低段側圧縮部１１１で圧縮して、冷媒の圧力を吸入圧力よりも高く吐出圧力よりも低い中間圧にした後、高段側圧縮部１１２で冷媒をさらに圧縮して冷媒の圧力を吐出圧力にし、冷媒を吐出する。また、圧縮機１１は、低段側圧縮部１１１と高段側圧縮部１１２との間の中間圧部分に冷媒を注入可能なインジェクション圧縮機になっている。この例では、圧縮機１１の駆動モータの回転数が調整可能になっている。

凝縮器１２には、凝縮器用送風機１３によって凝縮器外部熱源である外気が通される。凝縮器１２は、凝縮器１２を流れる冷媒と外気との間で熱交換を行うことにより冷媒を凝縮させる空冷凝縮器である。即ち、凝縮器１２は、凝縮器１２を流れる冷媒の熱を外気へ放出させることにより冷媒を凝縮させる。凝縮器１２から出た液冷媒は、レシーバ１４内に溜められる。

主膨張弁１５は、液冷媒を減圧して冷媒を飽和蒸気にする。主膨張弁１５で減圧された冷媒は、冷却器１６へ送られる。冷却器１６には、冷却器用送風機１７によって冷却器外部熱源である冷凍庫の室内の空気が通される。主膨張弁１５で減圧された冷媒が冷却器１６に流れると、冷却器１６は、冷却器１６を流れる冷媒と室内の空気との間で熱交換を行うことにより冷媒を蒸発させる。即ち、冷却器１６は、主膨張弁１５で減圧された冷媒に室内の空気から熱を取り込ませることにより冷媒を蒸発させる。

インジェクション回路部３は、熱源ユニット７に設けられている。また、インジェクション回路部３は、レシーバ１４の冷媒下流側の冷媒流路に接続されているとともに圧縮機１１の中間圧部分（即ち、低段側圧縮部１１１と高段側圧縮部１１２との間の部分）に接続されたインジェクション流路１８と、インジェクション流路１８に設けられたエコノマイザ膨張弁１９と、レシーバ１４の冷媒下流側の冷媒流路を流れる冷媒とインジェクション流路１８を流れる冷媒との間で熱交換を行うエコノマイザ２０とを有している。

インジェクション流路１８は、レシーバ１４からエコノマイザ２０を通ってインジェクション流路１８に入った冷媒を圧縮機１１の中間圧部分へ導く。エコノマイザ膨張弁１９は、インジェクション流路１８を流れる冷媒を減圧して飽和蒸気にする。

エコノマイザ２０には、レシーバ１４からインジェクション流路１８に達するまでの冷媒流路と、エコノマイザ膨張弁１９の冷媒下流側のインジェクション流路１８とが通されている。エコノマイザ２０は、レシーバ１４から出てインジェクション流路１８に至る前の冷媒と、エコノマイザ膨張弁１９で減圧された冷媒との間で熱交換を行う。インジェクション流路１８を流れる冷媒は、エコノマイザ２０を通過した後、インジェクション流路１８を通ってインジェクション冷媒として圧縮機１１の中間圧部分へ吸入される。

圧縮機１１の冷媒入口の冷媒流路（即ち、圧縮機１１の冷媒上流側の冷媒流路）には吸入圧力センサ２１が設けられ、圧縮機１１の冷媒出口の冷媒流路（即ち、圧縮機１１の冷媒下流側の冷媒流路）には吐出圧力センサ２２が設けられている。圧縮機１１の冷媒吸入圧力は吸入圧力センサ２１により検出され、圧縮機１１の冷媒吐出圧力は吐出圧力センサ２２により検出される。

また、熱源ユニット７には、レシーバ１４から第１の連絡管９への冷媒の供給を実行及び停止する第１の冷却モード切替弁２３と、圧縮機１１の冷媒吐出圧力を調整する吐出圧力調整装置である圧力調整弁２４とが設けられている。

第１の冷却モード切替弁２３は、エコノマイザ２０の冷媒下流側の冷媒流路に設けられた電磁開閉弁である。これにより、第１の冷却モード切替弁２３が閉じているときには、レシーバ１４からエコノマイザ２０を通過した冷媒のすべてがインジェクション流路１８に入って圧縮機１１の中間圧部分へ送られる。一方、第１の冷却モード切替弁２３が開いているときには、レシーバ１４からエコノマイザ２０を通過した冷媒の一部がインジェクション流路１８に入り、残りの冷媒が第１の連絡管９を通って冷却ユニット８へ送られる。

圧力調整弁２４は、圧縮機１１と凝縮器１２との間の冷媒流路に設けられている。また、圧力調整弁２４は、冷媒の流動抵抗を調整可能な電磁圧力調整弁である。圧力調整弁２４は、圧縮機１１から凝縮器１２への冷媒の流量を調整することにより圧縮機１１の冷媒吐出圧力を調整する。

冷却ユニット８には、熱源ユニット７から主膨張弁１５への冷媒の供給を実行及び停止する第２の冷却モード切替弁２５が設けられている。第２の冷却モード切替弁２５は、主膨張弁１５の冷媒上流側の冷媒流路に設けられた電磁開閉弁である。第２の冷却モード切替弁２５が開いているときには、熱源ユニット７から第１の連絡管９を通って冷却ユニット８に達した冷媒が主膨張弁１５へ供給され、第２の冷却モード切替弁２５が閉じているときには、熱源ユニット７から冷却ユニット８に達した冷媒の主膨張弁１５への供給が停止される。

ホットガス回路部４は、熱源ユニット７に設けられた熱源ユニット側回路部２６と、冷却ユニット８に設けられた冷却ユニット側回路部２７とを有している。

熱源ユニット側回路部２６は、圧縮機１１の冷媒出口の冷媒流路（即ち、圧縮機１１と圧力調整弁２４との間の冷媒流路）に接続されているとともに第１の冷却モード切替弁２３の冷媒下流側の冷媒流路に接続された第１のホットガス流路２６１と、第１のホットガス流路２６１に設けられた電磁開閉弁である第１の除霜モード切替弁２６２とを有している。

第１の除霜モード切替弁２６２が開くと、圧縮機１１から吐出された冷媒の一部が凝縮器１２及びレシーバ１４をバイパスして冷却ユニット８へ直接供給され、第１の除霜モード切替弁２６２が閉じると、圧縮機１１から吐出された冷媒のすべてが凝縮器１２へ送られる。

冷却ユニット側回路部２７は、第２の冷却モード切替弁２５の冷媒上流側の冷媒流路に接続されているとともに主膨張弁１５と冷却器１６との間の冷媒流路に接続された第２のホットガス流路２７１と、第２のホットガス流路２７１に設けられた電磁開閉弁である第２の除霜モード切替弁２７２とを有している。

第２の除霜モード切替弁２７２が開くと、熱源ユニット７から第１の連絡管９を通って冷却ユニット８に達した冷媒が主膨張弁１５をバイパスして冷却器１６へ供給され、第２の除霜モード切替弁２７２が閉じると、熱源ユニット７から冷却ユニット８に達した冷媒のすべてが主膨張弁１５へ送られる。

冷凍装置１が通常の冷却運転を行うと、冷却器１６には霜が付着する。冷却器１６に霜が付着すると冷却器１６での伝熱状態が霜によって悪化するので、冷凍装置１は、通常の冷却運転を行う冷却運転モードと、冷却器１６に付着した霜を融解して除去する除霜運転モードとの間で、図示しない制御部により切り替え可能になっている。この例では、冷却運転モードと除霜運転モードとの間で冷凍装置１の運転モードが定期的に自動で切り替えられる。

冷却運転モード時には、第１の冷却モード切替弁２３及び第２の冷却モード切替弁２５のそれぞれが開き、第１の除霜モード切替弁２６２及び第２の除霜モード切替弁２７２のそれぞれが閉じるように制御される。除霜運転モード時には、第１の冷却モード切替弁２３及び第２の冷却モード切替弁２５のそれぞれが閉じ、第１の除霜モード切替弁２６２及び第２の除霜モード切替弁２７２のそれぞれが開くように制御される。

これにより、除霜運転モード時には、圧縮機１１が駆動すると、圧縮機１１から吐出した冷媒の一部がホットガスとして、第１のホットガス流路２６１、第１の連絡管９及び第２のホットガス流路２７１の順に流れながら凝縮器１２、レシーバ１４及び主膨張弁１５をバイパスして、冷却器１６へ導かれる。一方、冷却運転モード時には、圧縮機１１が駆動すると、圧縮機１１から吐出した冷媒が第１及び第２のホットガス流路２６１，２７１を通って冷却器１６へ導かれることはなく、圧縮機１１から吐出した冷媒のすべてが凝縮器１２へ送られる。

（冷却運転モード）
次に、冷凍装置１の冷却運転モード時の動作について説明する。図２は、図１の冷凍装置１の冷却運転モード時の状態を示す構成図である。また、図３は、図１の冷凍装置１の冷却運転モード時の冷凍サイクル動作を示す圧力−エンタルピ線図である。冷却運転モード時には、冷凍装置１の制御部の制御により、第１の冷却モード切替弁２３及び第２の冷却モード切替弁２５のそれぞれが開き、第１の除霜モード切替弁２６２及び第２の除霜モード切替弁２７２のそれぞれが閉じる。また、冷却運転モード時には、冷凍装置１の制御部の制御により、圧力調整弁２４の開度が強制的に最大に固定される。

冷却運転モード時には、圧縮機１１から吐出した高温冷媒（状態Ｃ１）が、圧力調整弁２４を通過した後、凝縮器１２へ送られる。圧縮機１１からの冷媒が圧力調整弁２４を通過すると、高温冷媒の状態が状態Ｆ１となる。このとき、圧力調整弁２４の開度が最大に固定されているため、圧力調整弁２４を通過するときの冷媒の圧力損失は非常に小さくなっている。なお、圧力調整弁２４をバイパスする大口径の電磁開閉弁を圧力調整弁２４に並列して配置し、この電磁開閉弁を開くことにより圧力調整弁２４を無効化して、圧縮機１１から凝縮器１２へ送られる冷媒の圧力損失を小さくしてもよい。

この後、状態Ｆ１で凝縮器１２に入った高温冷媒は、凝縮器１２で外気に熱を放出して凝縮液化した後、凝縮器１２からレシーバ１４へ送られる。これにより、冷媒の状態が状態Ｇ１となる。レシーバ１４内には、冷凍サイクル内の余剰冷媒が溜められており、気液界面が形成されている。従って、状態Ｇ１の冷媒は高圧の飽和液冷媒である。

この後、レシーバ１４から出た液冷媒（状態Ｇ１）は、エコノマイザ２０を通過する。このとき、エコノマイザ２０では、レシーバ１４からの液冷媒と、エコノマイザ膨張弁１９で減圧されて低温の二相冷媒になったインジェクション冷媒との間で熱交換が行われる。これにより、レシーバ１４からの液冷媒の過冷却度が大きくなり、冷媒の状態が状態Ｄ１となる。

この後、レシーバ１４からエコノマイザ２０を通過した冷媒のうち、一部がインジェクション流路１８に入り、残りが第１の連絡管９を通って冷却ユニット８へ送られる。

インジェクション流路１８に入った冷媒は、エコノマイザ膨張弁１９で減圧された後、エコノマイザ２０を流れる液冷媒から熱を取り込んで比エンタルピを増大させ、状態Ｈ１の中間圧二相冷媒となる。この後、状態Ｈ１の冷媒は、インジェクション流路１８を通って圧縮機１１の中間圧部分へインジェクション冷媒として吸入される。エコノマイザ膨張弁１９は、圧縮機１１の吐出ガス冷媒温度が目標温度設定値（例えば９０℃）になるように、エコノマイザ膨張弁１９を通過する冷媒量を調整している。

一方、冷却ユニット８へ送られた冷媒（状態Ｄ１）は、主膨張弁１５によって減圧されて状態Ｅ１の低圧二相冷媒となる。この後、主膨張弁１５で減圧された冷媒は、冷却器１６で冷却対象である室内（この例では、冷凍庫内）の空気を冷却しながら蒸発し、状態Ａ１の低圧ガス冷媒となる。

この後、冷却器１６で蒸発して低圧ガスとなった冷媒（状態Ａ１）は、冷却器１６から第２の連絡管１０を通って圧縮機１１の冷媒入口に吸入される。冷却器１６から圧縮機１１に吸入された冷媒は、低段側圧縮部１１１で圧縮される。圧縮機１１の中間圧部分では、低段側圧縮部１１１で圧縮された冷媒と、インジェクション流路１８から圧縮機１１の中間圧部分に吸入されたインジェクション冷媒とが合流して中間圧ガス冷媒（状態Ｂ１）となる。圧縮機１１では、合流した中間圧ガス冷媒が高段側圧縮部１１２で圧縮される。高段側圧縮部１１２で圧縮された冷媒は、高温高圧のガス冷媒（状態Ｃ１）となり、凝縮器１２へ吐出される。圧縮機１１から吐出される冷媒温度は、エコノマイザ膨張弁１９によって調整される。

冷却運転モード時には、室内の空気の温度を一定の目標温度（例えば−３０℃）に保つことが要求される。従って、冷却運転モード時の目標温度が−３０℃である場合には、冷却器１６を流れる冷媒の蒸発温度が−４０℃になるように圧縮機１１の駆動モータの回転数が調整される。室内に設置された図示しない温度センサによる空気の検出温度が目標温度である−３０℃よりも高い場合には圧縮機１１が駆動モータの最大回転数で運転され、室内の温度センサによる空気の検出温度が目標温度に保たれている場合には圧縮機１１が駆動モータの最大回転数よりも低い回転数で運転される。冷却運転モード時には、室内の空気に含まれる水分が冷却器１６の表面で霜として付着し、冷却器１６に付着した霜が徐々に蓄積される。

（除霜運転モード）
次に、冷却器１６に付着した霜を除去する除霜運転モード時の動作について説明する。図４は、図１の冷凍装置１の除霜運転モード時の状態を示す構成図である。また、図５は、図１の冷凍装置１の除霜運転モード時の想定の冷凍サイクル動作を示す圧力−エンタルピ線図である。除霜運転モード時には、冷凍装置１の制御部の制御により、第１の冷却モード切替弁２３及び第２の冷却モード切替弁２５のそれぞれが閉じ、第１の除霜モード切替弁２６２及び第２の除霜モード切替弁２７２のそれぞれが開く。また、除霜運転モード時には、圧力調整弁２４の開度が、冷凍装置１の制御部の制御により、吐出圧力センサ２２の情報に基づいて調整される。また、除霜運転モード時での圧力調整弁２４の最小開度は、圧力調整弁２４の上流及び下流での冷媒の圧力差が予め決められた設定閾値以下になるように（即ち、設定閾値を超えないように）設定されている。

除霜運転モード時には、圧縮機１１から吐出した高温ガス冷媒（状態Ｃ２）の大半は、除霜用のホットガスとして第１のホットガス流路２６１を流れながら凝縮器１２及びレシーバ１４をバイパスした後、第１の連絡管９を通って冷却ユニット８へ送られる。一方、圧縮機１１から吐出した残りの高温ガス冷媒は、圧力調整弁２４を通過して凝縮器１２へ送られる。このとき、圧力調整弁２４は、吐出圧力センサ２２の情報に基づいて、圧縮機１１からの冷媒入口の圧力を５０℃相当飽和圧力（即ち、一定の圧力）となるように冷媒の流動抵抗を調整している。圧縮機１１から吐出された冷媒は、圧力調整弁２４を通過することにより減圧されて状態Ｆ２のガス冷媒となり、凝縮器１２へ送られる。

凝縮器１２を通過する冷媒量は、冷却運転モード時と比べて１０％程度と少なくなっている。従って、除霜運転モード時には、凝縮器用送風機１３の動作が停止していても、わずかな外気風又は自然対流によって凝縮器１２での凝縮圧力が外気温度相当の飽和圧力とほぼ等しくなる。除霜運転モード時には、外気によって凝縮圧力が変動しないように、凝縮器１２を通過する外気の風量を最小風量にして凝縮器用送風機１３が運転される。

冷媒が凝縮器１２を通過するときには、状態Ｆ２の冷媒が凝縮されて状態Ｇ２の飽和液冷媒となる。凝縮器１２の冷媒入口での状態Ｆ２の冷媒の圧力と、凝縮器１２の冷媒出口での状態Ｇ２の冷媒の圧力とは、外気温度相当の飽和圧力とほぼ等しくなる。この例では、図５に示すように、状態Ｆ２及び状態Ｇ２のそれぞれの冷媒の圧力が外気温度２５℃相当の飽和圧力とほぼ等しくなる。

この後、冷媒は、凝縮器１２から、レシーバ１４及びエコノマイザ２０の順に流れた後、インジェクション流路１８に流入し、エコノマイザ膨張弁１９によって圧縮機１１の中間圧にまで減圧される。これにより、インジェクション流路１８を流れる冷媒が状態Ｈ２の飽和冷媒となる。この例では、冷媒がエコノマイザ膨張弁１９で１５℃飽和圧力まで減圧される。エコノマイザ膨張弁１９は、冷却運転モード時と同様に、圧縮機１１の吐出ガス冷媒温度が９０℃となるように通過冷媒量を調整している。

除霜運転モード時には、第１の冷却モード切替弁２３が閉じているので、エコノマイザ２０を通過した冷媒のすべてがインジェクション流路１８に流入する。従って、エコノマイザ２０では、レシーバ１４からの高圧側の冷媒の放熱量と、インジェクション流路１８を流れる低圧側の冷媒の吸熱量とが等しく、高圧側の冷媒の状態Ｇ２及び低圧側の冷媒の状態Ｈ２のそれぞれのエンタルピも等しくなる。

この後、状態Ｈ２となった冷媒がインジェクション流路１８を通って圧縮機１１の中間圧部分に吸入される。ここで、圧力調整弁２４がなく、圧縮機１１から吐出した冷媒が減圧されないまま凝縮器１２へ送られる場合には、圧縮機１１の冷媒吐出圧力が外気温度相当飽和圧力となるので、外気が低温であるときには圧縮機１１の中間圧と吐出圧力との間の差圧が小さくなる。これにより、圧力調整弁２４がない場合には、除霜運転モード時において除霜熱源となる圧縮機入力が小さくなってしまう。これに対して、本実施の形態での除霜運転モード時には、圧縮機１１から吐出した冷媒を圧力調整弁２４によって減圧するので、圧縮機１１から吐出した冷媒の圧力が凝縮器１２の外気の温度によらず一定に維持される。

圧縮機１１から吐出して第１のホットガス流路２６１に入った状態Ｃ２の冷媒は、第１の除霜モード切替弁２６２で減圧されて状態Ｄ２のガス冷媒となる。第１の除霜モード切替弁２６２を通過した冷媒は、凝縮器１２及びレシーバ１４をバイパスして冷却ユニット８へ送られる。

この後、冷却ユニット８に達した状態Ｄ２のガス冷媒は、第２のホットガス流路２７１を流れながら主膨張弁１５をバイパスして冷却器１６へ送られる。このとき、第２のホットガス流路２７１を流れる状態Ｄ２の冷媒は、第２の除霜モード切替弁２７２を通過することにより状態Ｅ２の冷媒となる。即ち、圧縮機１１から吐出して第１のホットガス流路２６１に入った状態Ｃ２の冷媒は、第１の除霜モード切替弁２６２及び第２の除霜モード切替弁２７２によって減圧されて状態Ｅ２の冷媒となる。

この例では、ホットガス回路部４において、第１の除霜モード切替弁２６２を通過する冷媒の圧力損失がほとんど生じないように第１の除霜モード切替弁２６２の口径が大口径に設計されている。これに対して、第２の除霜モード切替弁２７２は、第２の除霜モード切替弁２７２の冷媒上流側と冷媒下流側とで冷媒圧力に相当する飽和温度の差が５０℃程度になるように、第１の除霜モード切替弁２６２よりも小口径に設計されている。即ち、熱源ユニット７から第１の連絡管９を通って冷却ユニット８にホットガスとして到達した高温高圧の冷媒が、第２の除霜モード切替弁２７２によって飽和温度０℃相当の圧力以下まで減圧される。この例では、第２の除霜モード切替弁２７２に対する冷媒の通過により、冷媒が飽和温度−５℃相当圧力の過熱ガス冷媒となる。

この後、第２の除霜モード切替弁２７２で減圧された状態Ｅ２の冷媒は、冷却器１６の表面に付着した霜を融解させながら冷却器１６を流れる。これにより、冷媒の温度が氷温０℃とほぼ一致する。しかし、冷却器１６を流れる冷媒の圧力は飽和温度−５℃程度の圧力であるため、冷媒の温度が氷温０℃で冷却され続けても凝縮液化することはない。従って、冷却器１６を流れた冷媒は、およそ０℃の過熱ガス（状態Ａ２）となって冷却器１６の出口から流出する。この後、状態Ａ２の冷媒は、第２の連絡管１０を通って圧縮機１１の冷媒入口に吸入され、低段側圧縮部１１１で圧縮される。

このように、第１の除霜モード切替弁２６２及び第２の除霜モード切替弁２７２によって圧縮機１１の冷媒吸入圧力が調整され、圧縮機１１の冷媒吸入圧力が飽和温度０℃相当の圧力以下に減圧されることにより、圧縮機１１への液バック現象の発生が防止される。従って、この例では、圧縮機１１の冷媒吸入圧力を調整する吸入圧力調整装置が第１の除霜モード切替弁２６２及び第２の除霜モード切替弁２７２となっている。

この後、圧縮機１１の中間圧部分では、低段側圧縮部１１１で圧縮された冷媒と、インジェクション流路１８から圧縮機１１の中間圧部分に吸入されたインジェクション冷媒とが合流して中間圧ガス冷媒（状態Ｂ２）となる。圧縮機１１では合流した中間圧ガス冷媒が高段側圧縮部１１２で圧縮され、状態Ｃ２の高温ガス冷媒が圧縮機１１から吐出される。除霜運転モード時の除霜熱量は圧縮機１１の入力であるため、除霜運転モード時では、圧縮機１１の駆動モータの回転数が圧縮機１１の容量における最大回転数で運転される。

即ち、本実施の形態では、除霜運転モード時に、圧縮機１１から吐出する冷媒の圧力が凝縮器１２の外気の温度に影響されずに５０℃飽和圧力で一定に調整され、冷却器１６を流れる冷媒の圧力（即ち、圧縮機１１の冷媒吸入圧力）が−５℃飽和圧力で一定に調整される。

このような冷凍装置１では、除霜運転モード時に圧縮機１１の冷媒吐出圧力を調整する圧力調整弁２４が圧縮機１１と凝縮器１２との間の冷媒流路に設けられ、除霜運転モード時に圧縮機１１の冷媒吸入圧力を調整する第１の除霜モード切替弁２６２及び第２の除霜モード切替弁２７２が第１のホットガス流路２６１及び第２のホットガス流路２７１に設けられているので、除霜運転モード時に凝縮器１２の外気の温度に影響されずに圧縮機１１の冷媒吐出圧力を一定にすることができ、圧縮機１１の中間圧部分に冷媒をより確実に供給することができる。これにより、冷却器１６に付着した霜を除去するための除霜熱量をより確実に確保することができる。また、除霜運転の終盤に冷却器１６の出口の冷媒温度が徐々に上昇し始める状況になっても、冷凍サイクルの動作圧力が一定に保たれるので、除霜運転モード時における例えば液バック現象、高圧異常上昇、低圧異常低下、圧縮機１１の冷媒吐出温度の異常上昇等の不具合の発生を防止することができる。従って、凝縮器１２の外気の温度に影響されることなく安定して除霜運転を行うことができる。

また、圧力調整弁２４は、冷媒の流動抵抗を調整可能な圧力調整弁であるので、圧縮機１１の冷媒吐出圧力を簡単な構成で容易に調整することができる。

また、第１の除霜モード切替弁２６２が第１のホットガス流路２６１を開閉する開閉弁であり、第２の除霜モード切替弁２７２が第２のホットガス流路２７１を開閉する開閉弁であるので、冷却運転モードと除霜運転モードとの切り替えと、圧縮機１１の冷媒吸入圧力の調整とを第１の除霜モード切替弁２６２及び第２の除霜モード切替弁２７２で兼用することができ、部品点数を少なくすることができる。

また、除霜運転モード時での圧力調整弁２４の最小開度は、圧力調整弁２４の上流及び下流での冷媒の圧力差が設定閾値以下になるように設定されているので、凝縮器１２への冷媒の供給量が過少になることを防止することができ、圧縮機１１の吐出ガス温度の異常上昇を抑制することができる。また、圧力調整弁２４の上流及び下流での冷媒の圧力差が大きくなりすぎないので、圧縮機１１の中間圧部分の冷媒圧力が外気温度相当飽和圧力よりも高くなることをより確実に防止することができる。これにより、圧縮機１１からインジェクション流路１８を通って凝縮器１２へ冷媒が逆流することを防止することができ、凝縮器１２に冷媒が溜まってしまうことを防止することができる。

また、エコノマイザ膨張弁１９は、圧縮機１１の中間圧部分に注入される冷媒流量を調整して、圧縮機１１の冷媒吐出温度を一定（例えば９０℃）に調整するので、圧縮機１１の冷媒吐出圧力及び冷媒吐出温度を気にすることなく圧縮機１１の容量の最大出力で圧縮機１１を常に運転することができる。これにより、除霜熱量を多くすることができ、除霜時間の短縮化を図ることができる。

実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２による冷凍装置の圧力調整弁２４によって調整される圧縮機１１の冷媒吐出圧力の目標値と、凝縮器１２の外気の温度との関係を示すグラフである。図６に示すように、圧力調整弁２４によって調整される圧縮機１１の冷媒吐出圧力の目標値は、凝縮器１２の外気（即ち、凝縮器外部熱源）の温度が設定温度（この例では、１５℃）よりも高いときには凝縮器１２の外気の温度が変化しても変化せずに一定値に保たれるが、凝縮器１２の外気の温度が設定温度以下になると、凝縮器１２の外気の温度に応じて変化する。即ち、圧力調整弁２４は、凝縮器１２の外気の温度が設定温度よりも高いときには圧縮機１１の冷媒吐出圧力の目標値を一定に保ち、凝縮器１２の外気の温度が設定温度以下になると圧縮機１１の冷媒吐出圧力の目標値を凝縮器１２の外気の温度に応じて変化させる。従って、凝縮器１２の外気の温度が設定温度である１５℃以下であるときには、凝縮器１２の外気の温度が低くなるほど、圧縮機１１の冷媒吐出圧力の目標値も低下する。なお、凝縮器１２の外気の温度は、凝縮器１２の外部に設置された図示しない温度センサからの情報に基づいて、冷凍装置１の制御部により求められる。また、図６では、圧力調整弁２４による減圧量をＰ１で示し、第１の除霜モード切替弁２６２及び第２の除霜モード切替弁２７２による減圧量をＰ２で示している。

圧縮機１１の冷媒中間圧は、圧縮機１１の冷媒吐出圧力と圧縮機１１の冷媒吸入圧力とで決定される。これに対して、凝縮器１２の凝縮圧力は、凝縮器１２の外気温度相当飽和圧力とほぼ等しくなる。従って、凝縮器１２の外気温度の低下に伴って凝縮器１２の凝縮圧力が低くなり、凝縮器１２の凝縮圧力が圧縮機１１の中間圧を下回ってしまうおそれがある。凝縮器１２の凝縮圧力が圧縮機１１の中間圧を下回ると、インジェクション流路１８から圧縮機１１の中間圧部分へ冷媒が吸入されなくなってしまい、圧縮機１１の冷媒吐出温度の制御性が失われてしまう。

本実施の形態では、図６に示すように、凝縮器１２の外気の温度が設定温度以下になると、圧力調整弁２４での圧縮機１１の冷媒吐出圧力の目標値を下げて、凝縮器１２の凝縮圧力が圧縮機１１の中間圧を下回らないようになっている。他の構成は実施の形態１と同様である。

このような冷凍装置１では、圧力調整弁２４が、凝縮器１２の外気の温度が設定温度以下になると、圧縮機１１の冷媒吐出圧力の目標値を凝縮器１２の外気の温度に応じて変化させるので、凝縮器１２の外気の温度が設定温度以下に低下しても、凝縮器１２の凝縮圧力が圧縮機１１の中間圧を下回ることを回避することができ、冷媒が圧縮機１１の中間圧部分へ吸入されなくなる不具合を防止することができる。これにより、冷凍装置１の除霜運転をさらに安定して行うことができる。

実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３による冷凍装置１を示す構成図である。なお、図７では、冷凍装置１の除霜運転モード時の状態が示されている。本実施の形態では、実施の形態１及び２における熱源ユニット側回路部２６、冷却ユニット側回路部２７、第１の冷却モード切替弁２３及び第２の冷却モード切替弁２５が冷凍装置１に含まれていない。

ホットガス回路部４は、圧縮機１１の冷媒出口の冷媒流路に接続されているとともに主膨張弁１５と冷却器１６との間の冷媒流路に接続されたホットガス流路３１と、ホットガス流路３１に設けられホットガス流路３１を開閉する除霜モード切替弁３２とを有している。

ホットガス流路３１は、除霜運転モード時に凝縮器１２及び主膨張弁１５をバイパスして、圧縮機１１の出口での冷媒の一部を冷却器１６へ導く。また、ホットガス流路３１は、熱源ユニット７及び冷却ユニット８間に連結されたホットガス専用連絡管３１１と、圧縮機１１の冷媒出口の冷媒流路とホットガス専用連絡管３１１とを繋ぐ熱源ユニット側ホットガス流路３１２と、主膨張弁１５と冷却器１６との間の冷媒流路とホットガス専用連絡管３１１とを繋ぐ冷却ユニット側ホットガス流路３１３とを有している。

ホットガス専用連絡管３１１は、第１及び第２の連絡管９，１０から独立した連絡管である。熱源ユニット側ホットガス流路３１２は熱源ユニット７に設けられ、冷却ユニット側ホットガス流路３１３は冷却ユニット８に設けられている。

除霜モード切替弁３２は、熱源ユニット側ホットガス流路３１２に設けられている。また、除霜モード切替弁３２は、除霜運転モード時に圧縮機１１の冷媒吸入圧力を冷媒の飽和温度０℃相当の圧力以下に調整する吸入圧力調整装置となっている。この例では、除霜モード切替弁３２の上流及び下流のそれぞれの冷媒の圧力に相当する飽和温度の差が５０℃程度に調整されるように除霜モード切替弁３２の口径が設定され、圧縮機１１の冷媒吸入圧力が飽和温度−５℃相当の冷媒の圧力に調整されている。

冷却ユニット８では、主膨張弁１５の冷媒上流側の冷媒流路に冷却モード切替弁３３が設けられている。冷却モード切替弁３３は、主膨張弁１５と第１の連絡管９との間の冷媒流路を開閉する電磁開閉弁である。

冷却運転モード時には、冷却モード切替弁３３が開き、除霜モード切替弁３２が閉じるように制御される。これにより、冷却運転モード時には、圧縮機１１が駆動すると、圧縮機１１から吐出した冷媒がホットガス流路３１を通って冷却器１６へ導かれることはなく、圧縮機１１から吐出した冷媒のすべてが凝縮器１２へ送られる。

また、除霜運転モード時には、冷却モード切替弁３３が閉じ、除霜モード切替弁３２が開くように制御される。これにより、除霜運転モード時には、圧縮機１１が駆動すると、圧縮機１１から吐出した冷媒の一部がホットガスとして、ホットガス流路３１を流れながら凝縮器１２、レシーバ１４及び主膨張弁１５をバイパスして、冷却器１６へ導かれる。他の構成及び動作は実施の形態１と同様である。

このような冷凍装置１では、第１及び第２の連絡管９，１０から独立したホットガス専用連絡管３１１がホットガス流路３１に含まれているので、冷却モード切替弁及び除霜モード切替弁を熱源ユニット７及び冷却ユニット８のそれぞれに設ける必要がなくなる。これにより、冷却モード切替弁３３及び除霜モード切替弁３２の２つの切替弁の開閉動作だけで冷却運転モードと除霜運転モードとを切り替えることができ、実施の形態１及び２よりも切替弁の数を減らすことができる。これにより、コストの低減化を図ることができる。

なお、上記の例では、除霜モード切替弁３２が熱源ユニット側ホットガス流路３１２に設けられているが、冷却ユニット側ホットガス流路３１３ではなく冷却ユニット側ホットガス流路３１３に除霜モード切替弁３２を設けてもよい。

また、上記の例では、主膨張弁１５と第１の連絡管９との間の冷媒流路に冷却モード切替弁３３が設けられているが、インジェクション流路１８の分岐部と第１の連絡管９との間の冷媒流路に冷却モード切替弁３３を設けてもよい。

また、各上記実施の形態では、凝縮器外部熱源として外気を用いた空冷凝縮器が凝縮器１２となっているが、例えば水冷凝縮器等を凝縮器１２としてもよい。水冷凝縮器を凝縮器１２とした場合、凝縮器１２の放熱先である凝縮器外部熱源が水となり、凝縮器１２では冷媒と水との間で熱交換が行われる。

１ 冷凍装置、１１ 圧縮機、１２ 凝縮器、１５ 主膨張弁（主減圧装置）、１６ 冷却器、１８ インジェクション流路、２４ 圧力調整弁（吐出圧力調整装置）、３１ ホットガス流路、３２ 除霜モード切替弁（吸入圧力調整装置）、２６１ 熱源ユニット側ホットガス流路、２６２ 第１の除霜モード切替弁（吸入圧力調整装置）、２７１ 冷却ユニット側ホットガス流路、２７２ 第２の除霜モード切替弁（吸入圧力調整装置）。

Claims (4)

1. 圧縮機と、凝縮器と、主減圧装置と、冷却器とを有し、冷媒が循環可能に前記圧縮機、前記凝縮器、前記主減圧装置及び前記冷却器が順次連結された冷凍サイクル本体部、
   前記主減圧装置及び前記冷却器をバイパスして、前記凝縮器からの冷媒を前記圧縮機の中間圧部分へ導くインジェクション流路、
   除霜運転モード時に、前記凝縮器及び前記主減圧装置をバイパスして、前記圧縮機の出口での冷媒の一部を前記冷却器へ導くホットガス流路、
   前記圧縮機と前記凝縮器との間の冷媒流路に設けられ、前記除霜運転モード時に前記圧縮機の冷媒吐出圧力を調整する吐出圧力調整装置、及び
   前記ホットガス流路に設けられ、前記除霜運転モード時に前記圧縮機の冷媒吸入圧力を調整する吸入圧力調整装置
   を備え、
   前記吐出圧力調整装置は、前記凝縮器での冷媒の放熱先である凝縮熱源の温度が設定温度以下になると、前記圧縮機の冷媒吐出圧力の調整目標値を前記凝縮熱源の温度に応じて変化させる冷凍装置。
2. 前記吐出圧力調整装置は、冷媒の流動抵抗を調整可能な圧力調整弁である請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記吸入圧力調整装置は、前記ホットガス流路を開閉する開閉弁である請求項１又は請求項２に記載の冷凍装置。
4. 前記除霜運転モード時での前記吐出圧力調整装置の最小開度は、前記吐出圧力調整装置の上流及び下流での冷媒の圧力差が設定閾値以下になるように設定されている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の冷凍装置。

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