JP6207602B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

この発明は、冷凍装置に関するものである。

従来の冷凍装置は、蒸発器の下部に霜取ヒータを配置し、霜取ヒータに通電することで蒸発器に付着した霜の霜取を実施していた（例えば、特許文献１参照）。

特許第３８６１２４０号公報（第７頁、第６図）

近年、Ｒ４１０Ａ，Ｒ４０４Ａに代わる代替冷媒として、温暖化係数（ＧＷＰ）の値が小さいＲ３２などの冷媒を用いた空気調和装置や冷凍装置が提案されている。Ｒ３２は僅かながら燃性を有しており、この種の可燃性冷媒を用いた空気調和装置や冷凍装置では、室内機（冷凍装置ではユニットクーラ）内部や室内機（冷凍装置ではユニットクーラ）につながる冷媒配管（連絡配管）から外部へ可燃性冷媒が漏洩して、火災を起こしたり、酸欠や熱分解による有毒ガスが発生したりするような事故（以下「火災事故」という。）が懸念される。特に可燃性冷媒は、裸火や３００〜４００℃以上の高温に加熱された金属等に接触すると、熱分解し、有毒ガスを発生することがある。ここで言う有毒ガスとはフッ化水素を主に指している。

Ｒ３２などの可燃性冷媒は、空気より重いという性質を有している。このため、特許文献１のように霜取ヒータを蒸発器の下部に配置している場合、霜取ヒータ通電中に万一、蒸発器の冷媒配管（ヘアピン）や蒸発器につながる冷媒配管から冷媒が漏れると、冷媒が霜取ヒータに触れて熱分解による有毒ガスが発生するおそれがある。

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、万一蒸発器の冷媒配管に損傷があり、可燃性冷媒が漏れた場合でも、安全に霜取が実施でき、火災や有毒ガスの発生を防止できる冷凍装置を得ることを目的とする。

この発明に係る冷凍装置は、圧縮機と、凝縮器と、受液器と、電磁弁と、絞り装置と、蒸発器とを直列に接続して形成され、Ｒ３２もしくはＲ３２を６５重量％以上含む混合冷媒が循環する冷媒回路と、圧縮機の吸入側の冷媒状態を検知する冷媒状態検知センサと、蒸発器の霜取を行う霜取ヒータと、蒸発器の霜取開始時、電磁弁を閉じ、冷媒状態検知センサで検知された冷媒状態量が、可燃性冷媒を用いた場合の霜取時の安全を確保するための所定値以下になるまで圧縮機の運転を継続し、所定値以下になると圧縮機の運転を停止し、霜取ヒータを通電する制御装置とを備え、霜取ヒータはユニットクーラ内に設けられた蒸発器の空気吸込面及び空気吹出面の両方のみに設けられ、空気吹出面に設けられた霜取ヒータと、空気吸込面に設けられた霜取ヒータは、空気の通気方向に対して平行な一直線上に並ばないように配置され、空気吹出面に設けられた霜取ヒータのうち最も鉛直方向下側に設けられた霜取ヒータは、空気吸込面に設けられた霜取ヒータのうち最も鉛直方向下側に設けられた霜取ヒータよりも鉛直方向下側に配置され、制御装置は、霜取ヒータの表面温度が３００℃未満となるように霜取ヒータの通電量を制御するものである

この発明によれば、万一蒸発器の冷媒配管に損傷があり、可燃性冷媒が漏れた場合でも、安全に霜取が実施でき、火災や有毒ガスの発生を防止できる冷凍装置を得ることができる。

この発明の実施の形態１における冷凍装置の冷媒回路図である。 この発明の実施の形態１における冷凍装置の霜取ヒータ制御回路図である。 この発明の実施の形態１における冷凍装置の霜取制御のフローチャートである。 図１の蒸発器の概略斜視図である。 図１の蒸発器と霜取りヒータとの配置説明図である。 図１の蒸発器とドレンパンとの配置説明図である。

以下、この発明の実施の形態を図を参照しながら説明する。なお、各図中、同一部分には同一符号を付すものとする。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における冷凍装置の冷媒回路図である。
図１において、冷凍装置１００は、圧縮機１と、凝縮器２と、受液器３と、電磁弁４と、絞り装置５と、蒸発器６とを直列に接続して形成され、冷媒が循環する冷媒回路を備えている。また蒸発器６には、蒸発器６に通風する送風機１０を設けている。なお、冷媒には、温暖化係数（ＧＷＰ）の値が小さい可燃性冷媒を使用する。具体的には例えば、微燃性冷媒である、Ｒ３２もしくはＲ３２を６５重量％以上含む混合冷媒、ＨＦＯ冷媒、プロパンもしくはプロパンを混合した冷媒等が使用される。

蒸発器６には霜取用の霜取ヒータ７，１２と、温度センサ８とが配置されている。温度センサ８は、例えば蒸発器６の例えば銅配管であるベント部（Ｕベンド部、ヘアピン）６ｃ（後述の図４参照）に配置されている。また、圧縮機１の吸入部には、吸入圧力を検出する圧力センサ（冷媒状態検知センサ）９が設置されている。

図２は、この発明の実施の形態１における冷凍装置の霜取制御回路図である。
図２において、霜取制御コントローラ１１は、冷凍装置全体の制御を行うと共に、霜取ヒータ７，１２を、温度センサ８、圧力センサ９の情報に基づき制御する。

図３は、この発明の実施の形態１における冷凍装置の霜取制御のフローチャートである。以下、図３を参照して冷凍装置１００における霜取時の動作について説明する。図３のフローチャートの制御は、制御間隔毎に実施される。
冷凍装置１００の運転中、蒸発器６の表面温度が０度を下回ると、蒸発器６の表面に空気中の水分が霜となって付着する。そして、霜が蒸発器６の風路を妨げるまで成長すると、空気と冷媒との熱交換を十分に行えず、能力が低下することから、霜取制御コントローラ１１は、冷媒回路の運転中、蒸発器６の霜取を開始するかの判断を行っている（Ｓ１）。霜取開始の判断は任意の方法を採用でき、例えば、圧縮機１の運転積算時間（霜取制御コントローラ１１に内蔵のタイマ、図示せず）に基づき判断する。すなわち、圧縮機１の運転積算時間が所定時間を超えた場合、霜取を開始すると判断する。霜取開始の判断はこの方法に限定されるものではなく、任意の方法を採用できる。

霜取制御コントローラ１１は、霜取を開始すると判断すると、まず電磁弁４を閉じ（Ｓ２）、圧力センサ９で検出された検出値（吸入圧力値）が所定値Ｐ以下になるまで（Ｓ３）、圧縮機１の運転を継続する。これにより、蒸発器６内の可燃性冷媒を受液器３に回収する。この所定値Ｐは、可燃性冷媒を用いた場合の霜取時の安全確保に必要な値であり、具体的には蒸発器６に可燃性冷媒がほとんど残らない状態を示す値に設定する。このようにすれば、Ｓ３を満たした状態では蒸発器６の冷媒配管内には可燃性冷媒がほとんど存在しないことになる。

このように蒸発器６の冷媒配管内に可燃性冷媒がほとんど存在しない状態となると、霜取制御コントローラ１１は圧縮機１及び送風機１０を停止し、霜取ヒータ７，１２を通電する（Ｓ４）。このように蒸発器６の冷媒配管内に可燃性冷媒がほとんど存在しない状態とした上で霜取ヒータ７，１２を通電することで、蒸発器６の霜取中に蒸発器６の冷媒配管から万一損傷があった場合でも、可燃性冷媒が霜取ヒータ７，１２の熱で加熱されることを回避できる。よって、安全に霜取が実施でき、火災や有毒ガスの発生を防止できる。

そして、霜取制御コントローラ１１は、霜取を終了するかを判断し（Ｓ５）、霜取を終了すると判断すると、霜取ヒータ７，１２の通電を停止する（Ｓ６）。霜取を終了するかの判断についても任意の方法を採用でき、例えば、温度センサ８の検知結果に基づき判断する。すなわち、温度センサ８の検知結果が所定値Ｔ以上の場合、霜取を終了すると判断する。

図４は、図１の蒸発器の概略斜視図である。図４において矢印方向は空気の通気方向を示している。また、図５は、図１の蒸発器と霜取りヒータとの配置説明図である。
蒸発器６は、互いに間隔をあけて積層された複数のフィン６ａと、フィン６ａを積層方向に貫通する複数の冷媒配管６ｂと、複数の冷媒配管６ｂの端部を接続するベント部６ｃとを有している。霜取ヒータ７，１２は蒸発器６の冷媒配管６ｂが損傷して冷媒漏れが発生したときにも、直接冷媒が霜取ヒータ７，１２に接触しないように配置されている。すなわち、蒸発器６の空気吸込面６Ａに霜取ヒータ７が配置され、蒸発器６の空気吹出面６Ｂに霜取ヒータ１２が配置されている。なお、場合によっては霜取ヒータを蒸発器６の空気吸込面６Ａのみ（霜取ヒータ７のみ）又は、蒸発器６の空気吹出面６Ｂのみ（霜取ヒータ１２のみ）の配置としてもよい。

図６は、図１の蒸発器とドレンパンとの配置説明図である。
図６に示すように、蒸発器６の下方に、霜取時に蒸発器６から落ちたドレンを受けるドレンパン１３が配置されている。そして、ドレンパン１３には、ドレンパン１３を暖めるドレンパンヒータ１４が固定金具１５により固定されている。ドレンパンヒータ１４は、万一蒸発器６の冷媒配管６ｂから冷媒漏れが生じた場合にも直接可燃性冷媒がドレンパンヒータ１４に接触しないように、ドレンパン１３の蒸発器６と反対側の外表面１３ａ側に配置されている。このようにすることで、霜取中のドレンパン１３の内表面１３ｂ側の表面温度を、１００℃以下に抑えることができる。

なお、ドレンパンヒータ１４はドレンパン１３の外表面１３ａ側に配置することに限定されず、内表面１３ｂ側に配置してもよい。この場合は、蒸発器６の冷媒配管６ｂから冷媒漏れが生じたとしても、可燃性冷媒が直接ドレンパンヒータ１４に接触しないように、ドレンパンヒータ１４の発熱部をすべて覆うような固定金具等を利用して、ドレンパンヒータ１４をドレンパン１３に固定すればよい。なお、ドレンパンヒータ１４の制御は図３のフローチャートにおける霜取ヒータ７，１２の制御と同じである。

以上説明したように、霜取開始時、蒸発器６の冷媒配管６ｂ内に可燃性冷媒がほとんど存在しない状態とした上で、霜取ヒータ７，１２を通電するようにした。このため、蒸発器６の霜取中に蒸発器６の冷媒配管から万一損傷があった場合でも、可燃性冷媒が霜取ヒータ７，１２の熱で加熱されることを回避できる。よって、安全に霜取が実施でき、火災や有毒ガスの発生を防止できる。

なお、上記では、可燃性冷媒を用いた場合の霜取時の安全確保に必要な所定値を吸入圧力値としたが、これに限られたものではなく、蒸発器６の蒸発温度としてもよい。

また、万一、可燃性冷媒が霜取ヒータ７，１２に接触しても、熱分解することが無いように、霜取制御コントローラ１１にて霜取ヒータ７，１２の表面温度を３００℃未満に抑えるように霜取ヒータ７，１２の加熱量を制御するようにしてもよい。

１ 圧縮機、２ 凝縮器、３ 受液器、４ 電磁弁、５ 絞り装置、６ 蒸発器、６Ａ 空気吸込面、６Ｂ 空気吹出面、６ａ フィン、６ｂ 冷媒配管、６ｃ ベント部、７ 霜取ヒータ、８ 温度センサ、９ 圧力センサ、１０ 送風機、１１ 霜取制御コントローラ、１２ 霜取ヒータ、１３ ドレンパン、１３ａ ドレンパンの外表面、１３ｂ ドレンパンの内表面、１４ ドレンパンヒータ、１５ 固定金具、１００ 冷凍装置。

Claims (3)

1. 圧縮機と、凝縮器と、受液器と、電磁弁と、絞り装置と、蒸発器とを直列に接続して形成され、Ｒ３２もしくはＲ３２を６５重量％以上含む混合冷媒が循環する冷媒回路と、
   前記圧縮機の吸入側の冷媒状態を検知する冷媒状態検知センサと、
   前記蒸発器の霜取を行う霜取ヒータと、
   前記蒸発器の霜取開始時、前記電磁弁を閉じ、前記冷媒状態検知センサで検知された冷媒状態量が、可燃性冷媒を用いた場合の霜取時の安全を確保するための所定値以下になるまで前記圧縮機の運転を継続し、前記所定値以下になると前記圧縮機の運転を停止し、前記霜取ヒータを通電する制御装置とを備え、
   前記霜取ヒータはユニットクーラ内に設けられた前記蒸発器の空気吸込面及び空気吹出面の両方のみに設けられ、
   前記空気吹出面に設けられた前記霜取ヒータと、前記空気吸込面に設けられた前記霜取ヒータは、空気の通気方向に対して平行な一直線上に並ばないように配置され、
   前記空気吹出面に設けられた前記霜取ヒータのうち最も鉛直方向下側に設けられた前記霜取ヒータは、前記空気吸込面に設けられた前記霜取ヒータのうち最も鉛直方向下側に設けられた前記霜取ヒータよりも鉛直方向下側に配置され、
   前記制御装置は、前記霜取ヒータの表面温度が３００℃未満となるように前記霜取ヒー
   タの通電量を制御する
   ことを特徴とする冷凍装置。
2. 前記冷媒状態検知センサは、前記圧縮機の吸入圧力を検知する圧力センサであり、前記所定値は、前記蒸発器内に可燃性冷媒がほとんど無い状態を示す吸入圧力値である
   ことを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
3. 前記蒸発器下部に設けたドレンパンの外表面側にドレンパンヒータを設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍装置。

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