JP6617862B2

JP6617862B2 - 冷凍機

Info

Publication number: JP6617862B2
Application number: JP2015003392A
Authority: JP
Inventors: 裕志八藤後; 光洋加藤; 三原　一彦; 一彦三原
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-01-09
Filing date: 2015-01-09
Publication date: 2019-12-11
Anticipated expiration: 2035-01-09
Also published as: JP2016128732A

Description

本発明は冷凍機に係り、特にスーパーマーケットなどで、複数のショーケースや冷蔵庫などを冷却するための冷凍機に関するものである。

従来、スーパーマーケットなどで使用される冷凍機と、冷凍・冷蔵用ショーケースやプレハブ冷蔵庫などの冷却装置と、からなる冷凍装置が知られている。
この種のものでは、大規模な冷凍系統を構成する場合、前記ショーケースなどの冷却器を冷凍機の所要能力とその必要能力に合わせて系統化し、それを必要系統分だけ複数設置するようにしている。

このような冷凍装置に適用される冷凍サイクルにおいて、圧縮機の再起動における負荷を低減するための技術として、例えば、圧縮機が停止している間、電磁弁を閉じることにより、凝縮器からキャピラリチューブを介して蒸発器に冷媒が流入することを阻止するとともに、逆止弁により、圧縮機の吸込側から蒸発器に冷媒が逆流することも阻止するようにした技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平８−０２８９６９号公報

このような従来の技術においては、圧縮機が停止しても吸込側から蒸発器に冷媒が逆流することを阻止でき、圧縮機の再起動における負荷を低減することができるものである。
しかしながら、二酸化炭素のように超臨界流体を冷媒とした冷凍サイクルであって、ショーケースなどの冷却装置と冷凍機との配管長が長くなると、低圧の冷媒配管容量が大きくなり、再起動に必要な低圧の値まで上がるのに時間がかかってしまうという問題を有している。その結果、冷却装置の庫内温度に対する適正な起動を行うことができず、冷却装置の庫内温度の上昇を招いてしまうという問題を有している。
本発明は前記した点に鑑みてなされたものであり、低圧配管の容量を少なくすることができ、圧縮機の停止後に冷却装置側からの冷却要求に対して即時に起動することのできる冷凍機を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するため本発明に係る冷凍機は、冷却装置を冷却するための冷凍機において、２段式の圧縮機を備え、前記冷却装置から戻る前記冷媒の入口側と前記圧縮機の１段目の吸入側との間に前記圧縮機の低圧側の電磁弁を設け、前記圧縮機の１段目から吐出され２段目に戻る冷媒を前記圧縮機の１段目の吸入側に戻す均圧配管を設け、前記均圧配管に均圧用電磁弁を設け、前記均圧配管は、前記圧縮機の低圧側の電磁弁と前記冷媒の入口側との間に接続され、前記冷凍機の停止時に、前記均圧用電磁弁を開いて前記圧縮機の低圧側の冷媒配管と前記圧縮機の中間圧側の冷媒配管とを均圧するとともに、前記冷却装置の流入側の電磁弁を閉じると同時に前記圧縮機の低圧側の電磁弁を閉じることを特徴とする。

また、前記構成において、前記冷媒は、二酸化炭素からなる冷媒であることを特徴とする。

本発明によれば、冷却器から戻る冷媒の入口側と圧縮機の１段目の吸入側との間に逆流防止用弁を設けるようにしているので、冷却装置と冷凍機との接続配管長が長い場合でも、低圧側の冷媒配管の容量を少なくすることができ、低圧側の冷媒配管の内部圧力が低圧になりすぎることを防止することができる。その結果、冷却装置側から冷却要求があった場合に、即時に圧縮機を起動させることができ、冷却装置の庫内の冷却を迅速に行うことができ、冷却装置の庫内温度が必要以上に上昇してしまうことを確実に防止することができる。

本発明に係る冷凍機を適用した冷凍装置の実施形態を示す冷凍サイクルの回路図である。本実施形態における圧縮機の内部構成を示す概略構成図である。図３（ａ）は本実施形態において低圧側における冷媒配管の内部圧力の変化を測定した実験結果を示すグラフ、図３（ｂ）は逆止弁を設けない形態において低圧側における冷媒配管の内部圧力の変化を測定した実験結果を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る冷凍機を適用した冷凍装置の実施形態を示す冷凍サイクルの回路図である。
冷凍装置は、冷媒を冷却する冷凍機１０と、冷凍機１０から送られる冷媒により冷却されるショーケース（冷却装置）４０とを備えている。
この冷凍サイクルは、高圧側の冷媒圧力（高圧圧力）がその臨界圧力以上（超臨界）となる二酸化炭素を冷媒として用いる。この二酸化炭素冷媒は、地球環境に優しく、可燃性および毒性などがない自然冷媒である。潤滑油としてのオイルは、例えば鉱物油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油、ＰＡＧ（ポリアルキルグリコール）など、既存のオイルが使用される。

冷凍機１０は、２段で圧縮動作される圧縮機１１を備えている。
図２は圧縮機の内部構造を示す概略構成図である。図２に示すように、圧縮機１１は、内部中間圧型多段圧縮式ロータリ圧縮機であり、鋼板からなる円筒状のケーシング１１ｃの内部上方には、駆動モータ１１ｄが収容されている。また、ケーシング１１ｃの内部下方には、駆動モータ１１ｄにより駆動される１段目圧縮機構１１ａおよび２段目圧縮機構１１ｂがそれぞれ収容されている。１段目圧縮機構１１ａには、第１吸入口２０および第１吐出口２１が設けられており、１段目圧縮機構１１ａは、低圧の冷媒を中間圧まで圧縮するように構成されている。また、２段目圧縮機構１１ｂには、第２吸入口２２および第２吐出口２３が設けられており、２段目圧縮機構１１ｂは、中間圧の冷媒を高圧まで圧縮するように構成されている。そして、ケーシング１１ｃの内部は、中間圧に保たれている。
圧縮機１１には、冷凍側熱交換器１２が冷媒配管１３を介して接続されており、冷凍側熱交換器１２は、ガスクーラ１４と、インタクーラ１５と、オイルクーラ１６と、送風ファン１７とから構成されている。

圧縮機１１には、１段目圧縮機構１１ａにおける第１吸入口２０および第１吐出口２１が設けられており、２段目圧縮機構１１ｂにおける第２吸入口２２および第２吐出口２３が設けられている。圧縮機１１の第１吸入口２０は、ショーケース４０の蒸発器４１から送られる冷媒を吸入し、１段目圧縮機構１１ａにより、中間圧に圧縮して第１吐出口２１から吐出するように構成されている。
圧縮機１１の第１吐出口２１は、冷媒配管１３を介してインタクーラ１５の入口側に接続されており、インタクーラ１５の出口側には、冷媒配管１３を介して圧縮機１１の第２吸入口２２に接続されている。圧縮機１１の第２吐出口２３は、冷媒配管１３を介してオイルセパレータ２４に接続されており、オイルセパレータ２４は、冷媒配管１３を介してガスクーラ１４に接続されている。オイルセパレータ２４は、冷媒中のオイルを分離して貯留するものであり、オイルセパレータ２４は、油送り管２５を介してオイルクーラ１６の入口側に接続されており、オイルクーラ１６の出口側は、油戻り管２６を介して圧縮機１１に接続されている。

圧縮機１１の第１吐出口２１から吐出された冷媒は、冷媒配管１３を介してインタクーラ１５に流入し、インタクーラ１５において、送風ファン１７を動作させることにより外気と熱交換して冷却され、圧縮機１１の第２吸入口２２に戻される。そして、圧縮機１１で２段目圧縮機構１１ｂにより、必要な圧力に圧縮して第２吐出口２３から吐出され、それぞれ合流してオイルセパレータ２４を介してガスクーラ１４に送られる。
オイルセパレータ２４は、冷媒中のオイルを分離して貯留させる。オイルセパレータ２４のオイルは、油送り管２５を介してオイルクーラ１６に送られ、オイルクーラ１６において、送風ファン１７を動作させることにより外気と熱交換して冷却された後、油戻り管２６を介して、圧縮機１１の中間段に戻される。
ガスクーラ１４は、圧縮機１１から送られた冷媒を、送風ファン１７を動作させることにより外気と熱交換させて冷却するものである。

ガスクーラ１４には、冷媒配管１３を介して、スプリット熱交換器３０が接続されている。スプリット熱交換器３０の入口側の冷媒配管１３には、この冷媒配管１３から分岐する分岐配管（第１の分岐配管)３１が設けられており、分岐配管３１は、分岐管用膨張弁３２を介してスプリット熱交換器３０に接続されている。スプリット熱交換器３０において、冷媒配管１３と分岐配管３１とは、冷媒の流れる方向が対向流となるように配置されるものであり、冷媒配管１３を流れる冷媒と分岐配管３１を流れる冷媒とを効率よく熱交換させることができるように構成されている。

スプリット熱交換器３０の分岐配管３１の出口側は、インタクーラ１５の出口側に接続されている。分岐管用膨張弁３２は、スプリット熱交換器３０の入口側の高圧冷媒を減圧させて中間圧力レベルまで膨張させるものである。スプリット熱交換器３０は、冷媒配管１３を流れる高圧冷媒と、分岐配管３１を流れる減圧された冷媒とを熱交換させて高圧冷媒を冷却する。熱交換後の減圧された冷媒は、インタクーラ１５の出口側の冷媒と合流して第２吸入口２２から圧縮機１１にそれぞれ送られ、圧縮機１１から吐出される冷媒の温度および中間圧力の最適化が図られる。

スプリット熱交換器３０の冷媒配管１３の出口側には、分岐配管（第２の分岐配管)３５が接続され、分岐配管３５は、冷媒回収タンク３４の入口側に接続されている。
冷媒回収タンク３４の出口側には、２本の配管１３４、１３５が接続され、２本の配管１３４、１３５は、スプリット熱交換器３０の冷媒配管１３の出口側に接続されている。なお、符号３６は、電動膨張弁、符号３７、３８は、電磁弁、符号３９は、キャピラリチューブを示している。

インタクーラ１５の出口側の冷媒配管１３には、均圧配管１３１の一端が接続され、配管１３５の他端は、圧縮機１１の第１吸入口２０に連なる冷媒配管１３に接続されている。均圧配管１３１には均圧用電磁弁１３２が介装されている。

スプリット熱交換器３０の出口側の冷媒配管１３には、複数のショーケース４０の蒸発器４１がそれぞれ膨張弁４２を介して接続されており、蒸発器４１により冷媒配管１３から送られる冷媒と庫内の空気とを熱交換させ、各ショーケース４０の庫内の冷却を行うように構成されている。蒸発器４１の出口側は、冷媒配管１３を介して圧縮機１１の第１吸入口２０に接続されている。
また、本実施形態においては、圧縮機１１の流入側の冷媒配管１３には、逆流防止用弁としての逆止弁５０が設けられている。さらに、冷凍機１０の冷媒配管１３のショーケース４０への接続部分には、それぞれ三方弁５１，５１が設けられている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態においては、まず、圧縮機１１を動作させることにより、圧縮機１１の第１吸入口２０からショーケース４０から送られる冷媒を吸入し、この冷媒は、１段目の圧縮機構により、中間圧力に圧縮されて第１吐出口２１から吐出される。
また、圧縮機１１の第１吐出口２１から吐出された冷媒は、冷媒配管１３を介してインタクーラ１５に流入し、このインタクーラ１５で送風ファン１７により外気と熱交換して冷却され、圧縮機１１の第２吸入口２２に戻される。

インタクーラ１５から戻された冷媒は、圧縮機１１で２段目の圧縮機構により必要な圧力に圧縮して第２吐出口２３から吐出され、オイルセパレータ２４を介してガスクーラ１４に送られる。圧縮機１１から送られた冷媒は、ガスクーラ１４で送風ファン１７により外気と熱交換させて冷却して高圧冷媒としてスプリット熱交換器３０に送られる。
この冷媒は、スプリット熱交換器３０で冷媒配管１３から分岐して分岐管用膨張弁３２を介して減圧された冷媒と熱交換して冷却される。

スプリット熱交換器３０から送られる冷媒は、それぞれ膨張弁４２を介して各ショーケース４０の蒸発器４１に送られ、この蒸発器４１において、庫内空気と熱交換して、庫内の冷却が行われる。蒸発器４１で熱交換した後の冷媒は、冷媒配管１３を介して圧縮機１１に戻される。

そして、ショーケース４０の庫内温度が設定温度に到達すると、ショーケース４０側の膨張弁が閉じられ、膨張弁が閉じられると、圧縮機１１の低圧側における冷媒配管１３の圧力が下限値まで下がり冷凍機が停止する。
この場合において、本実施形態においては、圧縮機１１の低圧側の冷媒配管１３に逆止弁５０を設けるようにしているので、ショーケース４０と冷凍機との接続配管長が長い場合でも、低圧側の冷媒配管１３の容量を少なくすることができる。そして、圧縮機１１と逆止弁５０との間の冷媒配管１３の内部圧力は、圧縮機１１の内部とほぼ同様の中間圧に保持されることになる。

そのため、低圧側の冷媒配管１３の内部圧力が低圧になりすぎず、圧縮機１１が起動可能な圧力を保持することができる。これにより、ショーケース４０の庫内温度が上昇してショーケース４０からの冷却要求があった場合に、即時に圧縮機１１を起動させることが可能となる。

なお、この場合において、均圧用電磁弁１３２を開いて均圧配管１３１を介してインタクーラ１５の吐出側の冷媒を圧縮機１１の吸入側に戻すことで、圧縮機１１の低圧側の冷媒配管１３と圧縮機１１の中間圧側の冷媒配管１３とを均圧するようにしてもよい。

図３は、冷凍機を停止させた場合における圧縮機１１の低圧側における冷媒配管１３の内部圧力の変化を測定した実験結果を示すグラフである。図３（ａ）は本実施形態におけるグラフ、図３（ｂ）は逆止弁５０を設けない形態におけるグラフである。
この実験結果によれば、逆止弁５０を設けない形態では、圧縮機１１を停止させた後、低圧側の冷媒配管１３の内部圧力は、約２０分を経過した場合でも、圧縮機１１を起動できる圧力に至らないことがわかる。
一方、本実施形態においては、圧縮機１１を停止させた後、低圧側の冷媒配管１３の内部圧力は、約３分で、圧縮機１１を起動できる中間圧に達することがわかる。

以上説明したように、本発明を適用した実施の形態によれば、圧縮機１１の低圧側の冷媒配管１３に逆止弁５０を設けるようにしているので、ショーケース４０と冷凍機との接続配管長が長い場合でも、低圧側の冷媒配管１３の容量を少なくすることができ、低圧側の冷媒配管１３の内部圧力が低圧になりすぎることを防止することができ。その結果、ショーケース４０の庫内温度が上昇してショーケース４０からの冷却要求があった場合に、即時に圧縮機１１を起動させることができ、ショーケース４０の庫内の冷却を迅速に行うことができ、ショーケース４０の庫内温度が必要以上に上昇してしまうことを確実に防止することができる。

なお、前記実施形態においては、逆流防止用弁として逆止弁５０を用いた形態について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、電磁弁を用いるようにしてもよい。この場合は、ショーケース４０の流入側の電磁弁４２を閉じると同時に、低圧側の電磁弁を閉じるようにすればよい。
また、前記実施形態においては、冷媒を高圧搬送する冷凍サイクルを用いた場合について説明したが、例えば、中圧搬送する冷凍サイクルを用いるようにしてもよい。
さらに、前記実施形態においては、冷媒として二酸化炭素からなる冷媒を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、いずれの冷媒を用いた冷凍機でも適用することができる。
また、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々変更が可能である。

１０冷凍機
１１圧縮機
１２冷凍側熱交換器
１３冷媒配管
１４ガスクーラ
１５インタクーラ
１６オイルクーラ
１７送風ファン
２０第１吸入口
２１第１吐出口
２２第２吸入口
２３第２吐出口
２４オイルセパレータ
３０スプリット熱交換器
３１分岐配管
３２分岐管用膨張弁
３３第２分岐配管
３４冷媒回収タンク
３５冷媒戻り配管
４０ショーケース
４１蒸発器
４２膨張弁
５０逆止弁
５１三方弁
１３１均圧配管
１３２均圧用電磁弁

Claims

冷却装置を冷却するための冷凍機において、
２段式の圧縮機を備え、
前記冷却装置から戻る前記冷媒の入口側と前記圧縮機の１段目の吸入側との間に前記圧縮機の低圧側の電磁弁を設け、
前記圧縮機の１段目から吐出され２段目に戻る冷媒を前記圧縮機の１段目の吸入側に戻す均圧配管を設け、前記均圧配管に均圧用電磁弁を設け、
前記均圧配管は、前記圧縮機の低圧側の電磁弁と前記冷媒の入口側との間に接続され、
前記冷凍機の停止時に、前記均圧用電磁弁を開いて前記圧縮機の低圧側の冷媒配管と前記圧縮機の中間圧側の冷媒配管とを均圧するとともに、前記冷却装置の流入側の電磁弁を閉じると同時に前記圧縮機の低圧側の電磁弁を閉じることを特徴とする冷凍機。
前記冷媒は、二酸化炭素からなる冷媒であることを特徴とする請求項１に記載の冷凍機。