JP7275892B2 - 冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷却装置に関するものである。

従来、前面に開口を有したケース本体の収納室に商品載置棚が複数段設けられ、各商品載置棚に商品が載置されて陳列されたオープンショーケースと称されるショーケースが知られている。

このようなショーケースには、ケース本体の内部であって収納室の外部となる個所に、収納室の内部空気が通過する通風路が形成されている。通風路は、入口となる吸込口が収納室の下部に形成されるとともに、出口となる吹出口が収納室の上部に形成されている。

またショーケースには、冷却装置が設けられている。冷却装置は、冷媒が封入された冷媒回路を備えており、この冷媒回路は、圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器とを冷媒管路で接続して構成されている。

圧縮機は、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周囲空気と熱交換させて凝縮させるものである。膨張機構は、凝縮器で凝縮した冷媒を断熱膨張させるものである。蒸発器は、通風路の任意個所に設けられており、膨張機構で断熱膨張した冷媒を、通風路を通過する空気と熱交換させて蒸発させるものである。

かかる冷却装置において、冷媒回路で冷媒を循環させる冷却運転を行うことにより、通風路を通過する空気を蒸発器で冷却することができる。これにより、蒸発器で冷却された空気が、吹出口より吹き出されて吸込口に吸い込まれて循環し、ショーケースでは、収納室におけるケース本体の前面開口の近傍に冷気のエアカーテンが形成され、商品載置棚に陳列された商品が所望の温度に冷却することができる。

ところで、冷却装置で冷却運転が行われることにより、蒸発器に霜が付着する着霜が生じることが知られている。蒸発器における着霜量が増大すると、蒸発器による空気の冷却能力の低下を招来するため、所定時間継続的に冷却運転を行った後の決められた時間帯に冷却運転を停止させて、ヒータ等の熱源を用いて蒸発器に付着した霜を除去するための除霜運転が行われているショーケースが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特公平７－１０９３４５号公報

しかしながら、上述したように所定時間継続的に冷却運転を行った後の決められた時間帯に冷却運転を停止させて除霜運転を行うショーケースでは、冷却運転による着霜量が多くなり、除霜運転に要する時間の長大化を招来する虞れがあった。このような除霜時間の長大化は、収納室の温度上昇を招き、結果的に、商品載置棚に載置された商品の損傷等を生じさせることとなり好ましくない。

本発明は、上記実情に鑑みて、蒸発器に付着した霜を除去するのに要する時間の短縮化を図ることができる冷却装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る冷却装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒を周囲空気と熱交換させて凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器で凝縮した冷媒を断熱膨張させる膨張機構と、前記膨張機構で断熱膨張した冷媒を周囲空気と熱交換させて蒸発させる蒸発器とを、冷媒管路で接続して構成された冷媒回路を備え、前記冷媒回路で冷媒を循環させることにより、前記蒸発器の周囲を通過する空気を冷却する冷却運転を行う冷却装置において、前記蒸発器の周囲を通過した空気の温度である通過空気温度が予め決められた目標下限値以下となる場合に、前記膨張機構による絞り量を変化させて温度が０℃以上の冷媒を前記蒸発器に送出するようにし、前記通過空気温度が前記目標下限値よりも高い設定値以上となる場合に、前記蒸発器に対する冷媒の送出を停止する制御部を備えたことを特徴とする。

また本発明は、上記冷却装置において、前記制御部は、前記通過空気温度が前記設定値よりも高い目標上限値以上となる場合に、前記冷却運転を行うことを特徴とする。

また本発明は、上記冷却装置において、前記膨張機構は、前記凝縮器の出口側に接続された冷媒管路と、前記蒸発器の入口側に接続された冷媒管路とに接続された冷媒流路の途中に設けられた第１膨張部と、前記冷媒流路における前記第１膨張部の上流側より分岐して該第１膨張部の下流側に合流するバイパス流路の途中に設けられ、かつ前記第１膨張部よりも絞り量が小さい第２膨張部とを備え、前記制御部は、前記冷却運転を行う場合には、前記凝縮器で凝縮した冷媒を前記第１膨張部で断熱膨張させる一方、前記通過空気温度が前記目標下限値以下となる場合には、前記凝縮器で凝縮した冷媒を前記第２膨張部で断熱膨張させることを特徴とする。

本発明によれば、制御部が、蒸発器の周囲を通過した空気の温度である通過空気温度が予め決められた目標下限値以下となる場合に、膨張機構による絞り量を変化させて温度が０℃以上の冷媒を蒸発器に送出するようにし、通過空気温度が目標下限値よりも高い設定値以上となる場合に、蒸発器に対する冷媒の送出を停止するので、通過空気温度が目標下限値以下となるまで実施される冷却運転が停止する度に蒸発器に付着した霜を除去することができる。このように冷却運転が停止する度に霜を除去することにより、蒸発器への着霜量を低減することができ、蒸発器に付着した霜を除去するのに要する時間の短縮化を図ることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態である冷却装置を模式的に示す模式図である。 図２は、図１に示した蒸発器が設置されるショーケースを示す断面側面図である。 図３は、図１に示した冷媒回路を冷媒が循環する様子を示す模式図である。 図４は、図１に示した冷媒回路を冷媒が循環する様子を示す模式図である。 図５は、図１に示した制御部が実施する電磁弁開閉制御処理の処理内容を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る冷却装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態である冷却装置を模式的に示す模式図である。ここで例示する冷却装置１は、冷媒回路１０と、温調センサＳと、制御部２０とを備えている。

冷媒回路１０は、冷媒が封入されており、圧縮機１１、凝縮器１２、膨張機構１３及び蒸発器１４を冷媒管路１５で接続して構成してある。圧縮機１１は、冷媒を圧縮して高温高圧の状態で吐出するものである。凝縮器１２は、圧縮機１１で圧縮された冷媒を周囲空気と熱交換させて凝縮させるものである。膨張機構１３は、凝縮器１２で凝縮した冷媒を断熱膨張させて低温低圧の状態にさせるものである。蒸発器１４は、膨張機構１３で断熱膨張した冷媒を周囲空気と熱交換させて蒸発させるものである。

この蒸発器１４は、図２に示すように、例えばスーパーマーケットやコンビニエンスストア等の店舗において商品を収容するショーケースのケース本体３０に設けてある。

ケース本体３０は、底面部３１、後面部３２及び天面部３３を備え、これら底面部３１、後面部３２及び天面部３３によって囲まれる部分に前面及び左右両側面が開口した収納室３４が構成してある。またケース本体３０には、上記収納室３４と区画される態様で、通風路３５が設けてある。通風路３５は、底面部３１、後面部３２及び天面部３３の内部に形成されており、下側通風ダクト３５ａ、後側通風ダクト３５ｂ及び上側通風ダクト３５ｃを備えている。

下側通風ダクト３５ａは、底面部３１において、収納室３４の底面を構成する底面板３１ａよりも下方となる部分に構成してある。底面板３１ａの前端部分には、左右方向に沿って延在する吸込口３６が形成してある。つまり、吸込口３６は、収納室３４の前方下部に開口している。

後側通風ダクト３５ｂは、後面部３２において、収納室３４の背面を構成する背面板３２ａよりも後方となる部分に構成してある。この後側通風ダクト３５ｂは、下端部分が下側通風ダクト３５ａの後端部分と連通している。

上側通風ダクト３５ｃは、天面部３３において、収納室３４の天面を構成する天面板３３ａよりも上方となる部分に構成してある。この上側通風ダクト３５ｃは、後端部分が後側通風ダクト３５ｂの上端部分と連通している。天面板３３ａの前端部分には、左右方向に沿って延在する吹出口３７が形成してある。つまり、吹出口３７は、収納室３４の前方上部に開口している。

上記通風路３５の内部には、送風ファン３８や上記蒸発器１４が設置してある。送風ファン３８は、空気を循環させるものである。上記ショーケースにおいては、送風ファン３８が駆動することにより、吸込口３６を通じて通風路３５に吸い込んだ空気を吹出口３７まで送出し、該吹出口３７より収納室３４に吹き出すことにより、収納室３４と通風路３５との間で空気を循環させることができる。

蒸発器１４は、送風ファン３８が駆動することにより通風路３５を通過する空気と、膨張機構１３で低温低圧の状態にされた冷媒とを熱交換させるもの、より詳細には、低温低圧の冷媒を蒸発させることにより通風路３５を通過する空気を冷却するものである。

このようなショーケースでは、圧縮機１１及び送風ファン３８が駆動すれば、蒸発器１４を通過した空気が通風路３５を通じて収納室３４に循環供給され、収納室３４が所望の冷蔵温度に維持されることになる。そして、収納室３４には、上下に沿って複数段（図示の例では６段）の商品載置棚３９が設けてある。商品載置棚３９は、背面板３２ａの左右両側部に設けられた図示せぬ棚支柱に取り付けられており、商品を載置して陳列させるものである。

ところで、上記冷媒回路１０を構成する膨張機構１３は、第１膨張部１３２と第２膨張部１３５とを備えている。

第１膨張部１３２は、例えば電子膨張弁等により構成されるもので、通過する冷媒を断熱膨張させるものである。この第１膨張部１３２は、凝縮器１２の出口側に接続された冷媒管路１５と、蒸発器１４の入口側に接続された冷媒管路１５とに接続された冷媒流路１３１の途中に設けてある。

また冷媒流路１３１における第１膨張部１３２の上流側には、第１電磁弁１３３が設けてある。第１電磁弁１３３は、制御部２０から与えられる指令により開閉する弁体であり、開となる場合に、冷媒流路１３１を冷媒が通過することを許容する一方、閉となる場合に、冷媒流路１３１を冷媒が通過することを規制するものである。

第２膨張部１３５は、例えばキャピラリーチューブ等により構成されるもので、通過する冷媒を断熱膨張させるものである。この第２膨張部１３５は、第１膨張部１３２よりも絞り量が小さく、温度が０℃以上、より詳細には温度が０℃～５℃程度の冷媒を蒸発器１４に向けて送出するものである。つまり、第１膨張部１３２は、第２膨張部１３５よりも開度が小さくて絞り量が大きく、温度が０℃未満の冷媒を蒸発器１４に向けて送出するものである。

かかる第２膨張部１３５は、バイパス流路１３４の途中に設けてある。バイパス流路１３４は、冷媒流路１３１における第１電磁弁１３３の上流側の分岐点Ｐ１より分岐して第１膨張部１３２の下流側の合流点Ｐ２に合流する態様で設けられている。このバイパス流路１３４における第２膨張部１３５の上流側には、第２電磁弁１３６が設けてある。第２電磁弁１３６は、制御部２０から与えられる指令により開閉する弁体であり、開となる場合に、バイパス流路１３４を冷媒が通過することを許容する一方、閉となる場合に、バイパス流路１３４を冷媒が通過することを規制するものである。

温調センサＳは、図２に示すように、後側通風ダクト３５ｂにおける蒸発器１４の上方側に設けてある。この温調センサＳは、蒸発器１４の周囲を通過した空気の温度である通過空気温度を検出するものであり、その検出結果を制御部２０に与えるものである。

制御部２０は、第１電磁弁１３３、第２電磁弁１３６及び温調センサＳと同様に電気的に接続された記憶部２１に記憶されたプログラムやデータにしたがって、冷却装置１の動作を統括的に制御するものであり、本実施の形態では主に第１電磁弁１３３及び第２電磁弁１３６の開閉を制御するものである。より具体的には、制御部２０は、第１電磁弁１３３及び第２電磁弁１３６を閉とするか、第１電磁弁１３３及び第２電磁弁１３６の一方を開として他方を閉とする制御を行うものである。

尚、制御部２０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の処理装置にプログラムを実行させること、すなわち、ソフトウェアにより実現してもよいし、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等のハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェア及びハードウェアを併用して実現してもよい。

ここで記憶部２１には、目標温度情報及び設定値情報が記憶されている。目標温度情報は、収納室３４を商品の冷却に適した温度に維持するためのもので、下限値である目標下限値、並びに上限値である目標上限値が含まれている。設置値情報は、詳細は後述するが、蒸発器１４に対して温度が０℃以上の冷媒を送出するのを停止するための判断となる設定値が含まれている。この設定値は、目標下限値よりも高く、目標上限値よりも低いものである。

以上のような構成を有する冷却装置１においては、制御部２０が第１電磁弁１３３を開として第２電磁弁１３６を閉とする場合、すなわち第１電磁弁１３３のみが開となる場合、冷媒が次のように循環する。図３に示すように、圧縮機１１で圧縮された冷媒が凝縮器１２で凝縮し、第１膨張部１３２で断熱膨張する。第１膨張部１３２で断熱膨張した冷媒は、温度が０℃未満の低温低圧の状態で蒸発器１４を通過し、後側通風ダクト３５ｂにおける蒸発器１４の周囲を通過する空気と熱交換して蒸発する。蒸発した冷媒は、圧縮機１１に吸引されて冷媒回路１０での循環を繰り返す。このように圧縮機１１、凝縮器１２、第１膨張部１３２、蒸発器１４の順に冷媒を循環させる場合、蒸発器１４の周囲を通過する空気が十分に冷却され、冷却装置１は、収納室３４の内部雰囲気を冷却する冷却運転を行っている。

次に、制御部２０が第１電磁弁１３３を閉として第２電磁弁１３６を開とする場合、すなわち第２電磁弁１３６のみが開となる場合、冷媒が次のように循環する。図４に示すように、圧縮機１１で圧縮された冷媒が凝縮器１２で凝縮し、第２膨張部１３５で断熱膨張する。第２膨張部１３５で断熱膨張した冷媒は、温度が０℃以上の低温低圧の状態で蒸発器１４を通過し、後側通風ダクト３５ｂにおける蒸発器１４の周囲を通過する空気と熱交換して蒸発する。蒸発した冷媒は、圧縮機１１に吸引されて冷媒回路１０での循環を繰り返す。

ところで、上記冷媒回路１０を構成する圧縮機１１及び凝縮器１２は、図には明示しないが、上記ショーケースに隣接する他のショーケースに設置された他の蒸発器等とも冷媒回路を構成しており、圧縮機１１は常時駆動しているものとする。

図５は、図１に示した制御部２０が実施する電磁弁開閉制御処理の処理内容を示すフローチャートである。かかる電磁弁開閉制御処理の内容を説明しながら、冷却装置１の動作について説明する。

電磁弁開閉制御処理の制御部２０は、第１電磁弁１３３のみが開となる状態で温調センサＳが通過空気温度を検出した場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ，ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、すなわち、冷却運転を行っている最中に温調センサＳが通過空気温度を検出した場合、記憶部２１から目標下限値を読み出して、通過空気温度が目標下限値以下であるか否かを判断する（ステップＳ１０３）。

通過空気温度が目標下限値以下でないと判断した場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、制御部２０は、後述する処理を実施することなく、手順をリターンさせて今回の処理を終了する。

これによれば、制御部２０は、冷却運転を継続することとなり、蒸発器１４の周囲を通過する空気を冷却して、収納室３４の内部雰囲気を冷却することができる。

通過空気温度が目標下限値以下であると判断した場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、制御部２０は、第１電磁弁１３３を閉としつつ第２電磁弁１３６を開とし（ステップＳ１０４）、すなわち第２電磁弁１３６のみ開とし、その後に手順をリターンさせて今回の処理を終了する。

これによれば、図４に示したように、圧縮機１１、凝縮器１２、第２膨張部１３５及び蒸発器１４の順に冷媒を循環させることができ、蒸発器１４に対して温度が０℃以上の冷媒を送出することができる。これにより、蒸発器１４に付着した霜を除去することが可能になる。

ところで、制御部２０は、第２電磁弁１３６のみが開となる状態で温調センサＳが通過空気温度を検出した場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ，ステップＳ１０５：Ｙｅｓ，ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、すなわち、蒸発器１４に付着した霜を除去している最中に温調センサＳが通過空気温度を検出した場合、記憶部２１から設定値を読み出して、通過空気温度が設定値以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０７）。

通過空気温度が設定値以上でないと判断した場合（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、制御部２０は、後述する処理を実施することなく、手順をリターンさせて今回の処理を終了する。

これによれば、制御部２０は、蒸発器１４に付着した霜を除去する運転（除霜運転）を継続することとなり、蒸発器１４に付着した霜が徐々に除去されることになる。

通過空気温度が設定値以上であると判断した場合（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、制御部２０は、第１電磁弁１３３及び第２電磁弁１３６を閉とし（ステップＳ１０８）、その後に手順をリターンさせて今回の処理を終了する。

これによれば、蒸発器１４に対する冷媒の送出を停止し、蒸発器１４の周囲を空気が通過することになる。これによっても蒸発器１４に付着した霜を除去することができる。

制御部２０は、第１電磁弁１３３及び第２電磁弁１３６が閉となる状態で温調センサＳが通過空気温度を検出した場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ，ステップＳ１０５：Ｎｏ，ステップＳ１０９：Ｙｅｓ）、すなわち、蒸発器１４に対する冷媒の送出を停止している最中に温調センサＳが通過空気温度を検出した場合、記憶部２１から目標上限値を読み出して、通過空気温度が目標上限値以上であるか否かを判断する（ステップＳ１１０）。

通過空気温度が目標上限値以上でないと判断した場合（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、制御部２０は、後述する処理を実施することなく、手順をリターンさせて今回の処理を終了する。これによれば、制御部２０は、蒸発器１４に対する冷媒の送出の停止を継続することとなり、蒸発器１４に付着した霜も除去されることになる。

通過空気温度が目標上限値以上であると判断した場合（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、制御部２０は、第１電磁弁１３３を開としつつ第２電磁弁１３６を閉とし（ステップＳ１１１）、すなわち第１電磁弁１３３のみ開とし、その後に手順をリターンさせて今回の処理を終了する。

これによれば、図３に示したように、圧縮機１１、凝縮器１２、第１膨張部１３２及び蒸発器１４の順に冷媒を循環させることができ、蒸発器１４に対して温度が０℃未満の冷媒を送出することで、冷却運転を行うことになる。

以上説明したように、本発明の実施の形態である冷却装置１によれば、制御部２０が、通過空気温度が目標下限値以下となる場合に、温度が０℃以上の冷媒を蒸発器１４に送出するようにし、通過空気温度が目標下限値よりも高い設定値以上となる場合に、蒸発器１４に対する冷媒の送出を停止するので、通過空気温度が目標下限値以下となるまで実施される冷却運転が停止する度に蒸発器１４に付着した霜を除去することができる。このように冷却運転が停止する度に霜を除去することにより、蒸発器１４への着霜量を低減することができ、蒸発器１４に付着した霜を除去するのに要する時間の短縮化を図ることができる。

しかも通過空気温度が設定値以上となる場合に蒸発器１４に対する冷媒の送出を停止するので、通過空気温度が必要以上に高くなってしまうことを抑制でき、収納室３４の商品に損傷を与える虞れがない。

上記冷却装置１によれば、冷媒回路１０を循環する冷媒の送出方向が一方向であり、逆流しないので、回路内を均圧化する機構や、切替機構を必要とせず、製造コストの増大化を抑制することができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。

上述した実施の形態では、膨張機構１３は、第１膨張部１３２と第２膨張部１３５とを備えていたが、本発明においては、第１膨張部を構成する電子膨張弁で開度を自在に変更して蒸発器に対して温度が０℃以上の冷媒を送出することができれば、バイパス流路１３４、第２電磁弁１３６及び第２膨張部１３５が設けられていなくても良い。

上述した実施の形態では、分岐点Ｐ１の下流側に第１電磁弁１３３及び第２電磁弁１３６が設けられていたが、本発明においては、分岐点において三方弁を設けることにより、凝縮器で凝縮した冷媒の通過を規制、凝縮器で凝縮した冷媒を冷媒流路へ送出、凝縮器で凝縮した冷媒をバイパス流路へ送出のいずれかに切り換えるようにしてもよい。

１…冷却装置、１０…冷媒回路、１１…圧縮機、１２…凝縮器、１３…膨張機構、１３１…冷媒流路、１３２…第１膨張部、１３３…第１電磁弁、１３４…バイパス流路、１３５…第２膨張部、１３６…第２電磁弁、１４…蒸発器、１５…冷媒管路、２０…制御部、２１…記憶部、３０…ケース本体、３４…収納室、３５…通風路、Ｓ…温調センサ。

Claims (3)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒を周囲空気と熱交換させて凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器で凝縮した冷媒を断熱膨張させる膨張機構と、前記膨張機構で断熱膨張した冷媒を周囲空気と熱交換させて蒸発させる蒸発器とを、冷媒管路で接続して構成された冷媒回路を備え、
   前記冷媒回路で冷媒を循環させることにより、前記蒸発器の周囲を通過する空気を冷却する冷却運転を行う冷却装置において、
   前記蒸発器の周囲を通過した空気の温度である通過空気温度が予め決められた目標下限値以下となる場合に、前記膨張機構による絞り量を変化させて温度が０℃以上の冷媒を前記蒸発器に送出するようにし、前記通過空気温度が前記目標下限値よりも高い設定値以上となる場合に、前記蒸発器に対する冷媒の送出を停止する制御部を備えたことを特徴とする冷却装置。
2. 前記制御部は、前記通過空気温度が前記設定値よりも高い目標上限値以上となる場合に、前記冷却運転を行うことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記膨張機構は、
   前記凝縮器の出口側に接続された冷媒管路と、前記蒸発器の入口側に接続された冷媒管路とに接続された冷媒流路の途中に設けられた第１膨張部と、
   前記冷媒流路における前記第１膨張部の上流側より分岐して該第１膨張部の下流側に合流するバイパス流路の途中に設けられ、かつ前記第１膨張部よりも絞り量が小さい第２膨張部と
   を備え、
   前記制御部は、前記冷却運転を行う場合には、前記凝縮器で凝縮した冷媒を前記第１膨張部で断熱膨張させる一方、前記通過空気温度が前記目標下限値以下となる場合には、前記凝縮器で凝縮した冷媒を前記第２膨張部で断熱膨張させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冷却装置。

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