JPH10205894A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被冷却媒体である水の温度が低い場合や水の
流量が少ない場合においても、プレート式熱交換器内部
における水の凍結を防止すること。 【解決手段】 この冷凍装置では、圧縮機１、凝縮器
２、弁開度制御可能の膨張弁３、被冷却媒体の水を冷却
するプレート式熱交換器６を冷媒配管で順次接続して主
冷媒回路３１を構成し、プレート式熱交換器６から圧縮
機１の間の冷媒温度および冷媒圧力を検出し膨張弁制御
用に出力する温度・圧力検出器７を備えるとともに、主
冷媒回路３１における圧縮機１の吐出側と吸込側とをバ
イパス接続する第１バイパス回路３２と、プレート式熱
交換器６出側の冷媒圧力を検出する出側冷媒圧力検出器
１０と、出側冷媒圧力検出器１０で検出された冷媒圧力
に基づいて第１バイパス回路３２のバイパス冷媒流量を
調整する冷媒流量調整弁４とを設けてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、蒸発器としてプ
レート式熱交換器を有する冷凍サイクルを用いた冷凍装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図８は例えばプレート式熱交換器の製造
メーカーであるアルファラバル社のテクニカルマニュア
ルに記載された従来の冷凍装置を示す冷媒回路構成図で
ある。図において、１は圧縮機、２は凝縮器、３は弁開
度制御可能な膨張弁、６は被冷却媒体の水を冷却するた
めに冷媒の蒸発器として機能するプレート式熱交換器、
７は膨張弁開度調整用の温度・圧力検出器、２１は受液
槽、２２，２３は圧力調整バルブ、２４は蒸発圧力調整
バルブである。上記の温度・圧力検出器７は、温度によ
り体積変化する流体（例えば、冷媒）が封入されており
検出目標位置に設けられる密閉筒体７ａと、流体の体積
変化により開閉される膨張弁３の弁駆動部と密閉筒体７
ａとの間を密封状に連通する連通管７ｂとから構成され
ている。

【０００３】次に、上記した従来装置における冷媒の流
れについて説明する。図８において、圧縮機１から吐出
された冷媒の多くは圧力調整バルブ２２を通り、凝縮器
２にて凝縮した後、受液槽２１に流入し気液分離され
る。一方、残りの冷媒は凝縮器２を迂回して圧力調整バ
ルブ２３を通り受液槽２１に流入する。受液槽２１によ
り気液分離された冷媒の液相部分だけが膨張弁３により
減圧されて、プレート式熱交換器６に流入する。プレー
ト式熱交換器６にて蒸発した冷媒は蒸発圧力調整バルブ
２４を通って圧縮機１に戻る。

【０００４】ここで、圧力調整バルブ２２，２３、蒸発
圧力調整バルブ２４、および圧縮機１の制御について説
明する。まず、圧力調整バルブ２２は凝縮器２における
冷媒の凝縮圧力が一定になるように開度を調整され、ま
た圧力調整バルブ２３は受液槽２１内の圧力が一定にな
るように開度を調整される。更に、蒸発圧力低下により
プレート式熱交換器６の内部で水が凍結することを起因
する冷凍能力の低下やプレート式熱交換器６のパンクを
防止するために、蒸発圧力調整バルブ２４はプレート式
熱交換器６出口の冷媒圧力がある設定圧力以下になると
開度を小さくされる。これにより、設定圧力以下になら
ないように冷媒圧力が調整される。また、圧縮機１につ
いては、プレート式熱交換器６内部において水が凍結す
ることに起因する冷凍能力の低下、あるいはプレート式
熱交換器６のパンクを防止するために、出側冷媒圧力検
出器７２により検出されたプレート式熱交換器６出口の
冷媒圧力がある設定圧力よりも低くなった場合、または
出側水温検出器７１により検出されたプレート式熱交換
器６出口の水温がある設定温度よりも低くなった場合
に、圧縮機１を停止するように制御される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来装置は以上のよう
に構成されているので、下記するような種々の問題点が
あった。すなわち、水温がかなり低い場合、蒸発圧力低
下によりプレート式熱交換器６内部で水の凍結による能
力の低下や、プレート式熱交換器６のパンクを防止する
ために、蒸発圧力調整バルブ２４を設けてプレート式熱
交換器６の出口圧力がある設定値以下にならないように
制御している。ところが、蒸発圧力調整バルブ２４の口
径がプレート式熱交換器６と圧縮機１とを接続する冷媒
配管の内径よりも小さいと、蒸発圧力調整バルブ２４に
よる圧力調整を必要としない場合においても、蒸発圧力
調整バルブ２４自体の存在により圧縮機１の吸入冷媒圧
力が低下し、蒸発圧力調整バルブ２４を元々設けていな
い場合と比べて冷凍能力が低下してしまう。そのため、
蒸発圧力調整バルブ２４の口径は、プレート式熱交換器
６と圧縮機１とを接続する冷媒配管の内径と同等以上に
する必要があり、従って大型機器の使用により製品コス
トが高くつくという問題があった。

【０００６】また、冷水流量の減少時においても、プレ
ート式熱交換器６内部で水の凍結がおこりプレート式熱
交換器６内部のプレートが塑性変形してしまうことに起
因する冷凍能力の低下やプレート式熱交換器６の破壊を
防止するために、出側冷媒圧力検出器７２により検出さ
れたプレート式熱交換器６出口の冷媒圧力がある設定圧
力よりも低くなった場合、または出側水温検出器７１に
より検出されたプレート式熱交換器６出口の水温がある
設定温度よりも低くなった場合に、圧縮機１を停止する
ように制御している。しかしながら、プレート式熱交換
器６出口における冷媒圧力検出あるいは水温検出では、
プレート式熱交換器６の内部において水が凍結し始めて
から圧縮機１を停止させるまでにかなりの時間がかかっ
てしまい、その間にプレート式熱交換器６を構成してい
るプレートが塑性変形してしまうか、最悪の場合には破
壊につながるおそれがあった。因みに、図６は水流量減
少による凍結開始からの経過時間とプレート式熱交換器
６の出口水温および出口冷媒圧力との一般的な関係を示
している。

【０００７】また、プレート式熱交換器６の内部におい
ては冷媒が多分配されるようになっているので、プレー
ト式熱交換器６入口の冷媒状態が蒸発圧力に大きな影響
を与える。例えば、乾き度が大きい状態にあると、分配
状態が非常に悪くなる。そのため、プレート式熱交換器
６を流れる水の温度が元々低い場合は、蒸発圧力が低下
しプレート式熱交換器６が凍結して冷凍能力が低下する
か、最悪の場合はプレート式熱交換器６が破壊するおそ
れがある。図５にプレート式熱交換器における一般的な
冷媒状態を示す。図５において、Ａ点が従来装置のプレ
ート式熱交換器６における冷媒状態であり、乾き度Ｘは
Ｘ＝（ｘｐ−ｘｉｎ）／（ｘｐ−ｘｑ）で表される。こ
こで、ｘｉｎはプレート式熱交換器６入口のエンタル
ピ、ｘｐは蒸発圧力飽和エンタルピ（気相側）、ｘｑは
凝縮圧力飽和エンタルピ（液相側）である。この場合、
従来装置は膨張弁３の入側に受液槽２１を設けてあるの
で、プレート式熱交換器６入口のエンタルピｘｉｎを凝
縮圧力飽和エンタルピ（液相側）ｘｑ以下にすることが
できない。そのため、凝縮圧力が高く、かつ、蒸発圧力
が低い運転状態の場合は乾き度Ｘが大きくなりすぎて、
プレート式熱交換器６内部の冷媒の分配状態が悪くなる
という問題がある。

【０００８】また、従来装置は負荷が大きい場合に蒸発
圧力上昇を防止するため、膨張弁３は温度・圧力検出器
７内部の圧力と膨張弁３入口圧力との圧力差により開度
を調節するように制御されている。ところが、温度・圧
力検出器７では密閉筒体７ａおよび連通管７ｂ内部への
冷媒注入方式としてガスチャージ方式が採用されてお
り、かかるガスチャージ方式の場合は温度・圧力検出器
７へ封入される冷媒量が少ないので、膨張弁３本体の温
度が温度・圧力検出器７内部の温度よりも低い時は、封
入された冷媒のほとんどが液相となって膨張弁３本体側
に寝込むこととなる。従って、温度・圧力検出器７内部
の温度が高くなっても、温度・圧力検出器７内部の圧力
が大きくならず、冷凍能力の低下、ひいては蒸発圧力が
低いこと（温度・圧力検出器７内部の流体温度が高くな
っても膨張弁３の開度が大きくならないこと）によるプ
レート式熱交換器６の凍結が発生するおそれがあった。

【０００９】本発明は上記した問題点に鑑みてなされた
ものであって、被冷却媒体である水の温度が低い場合や
水の流量が少ない場合においても、プレート式熱交換器
内部における水の凍結を防止することのできる冷凍装置
の提供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明は、圧縮機、凝縮器、弁開度制御可能の膨
張弁、被冷却媒体が水であり蒸発器として機能するプレ
ート式熱交換器を冷媒配管により順次接続して主冷媒回
路を構成するとともに、プレート式熱交換器から圧縮機
の間の主冷媒回路に配設され配設位置での冷媒温度およ
び冷媒圧力を検出し膨張弁制御用として出力する温度・
圧力検出器を備えた冷凍装置において、圧縮機から凝縮
器の間の主冷媒回路とプレート式熱交換器から温度・圧
力検出器配設部位の間の主冷媒回路とにバイパス接続さ
れた第１バイパス回路と、プレート式熱交換器出側の冷
媒圧力を検出する出側冷媒圧力検出器と、第１バイパス
回路に設けられ出側冷媒圧力検出器で検出された冷媒圧
力に基づいて冷媒のバイパス流量を調整する冷媒流量調
整弁とを設けた構成にされている。

【００１１】また、圧縮機、凝縮器、弁開度制御可能の
膨張弁、被冷却媒体が水であり蒸発器として機能するプ
レート式熱交換器を冷媒配管により順次接続して主冷媒
回路を構成するとともに、プレート式熱交換器から圧縮
機の間の主冷媒回路に配設され配設位置での冷媒温度お
よび冷媒圧力を検出し膨張弁制御用として出力する温度
・圧力検出器を備えた冷凍装置において、プレート式熱
交換器出側から温度・圧力検出器配設位置の間の主冷媒
回路に凝縮器出側の冷媒との間で熱交換させる第１過冷
却用熱交換器を設けたものである。

【００１２】そして、圧縮機、凝縮器、弁開度制御可能
の膨張弁、被冷却媒体が水であり蒸発器として機能する
プレート式熱交換器を冷媒配管により順次接続して主冷
媒回路を構成するとともに、プレート式熱交換器から圧
縮機の間の主冷媒回路に配設され配設位置での冷媒温度
および冷媒圧力を検出し膨張弁制御用として出力する温
度・圧力検出器を備えた冷凍装置において、温度・圧力
検出器を、配設位置に設けられ冷媒などの流体を封入さ
れた密閉筒体と、流体の体積変化により開閉される膨張
弁の弁駆動部と密閉筒体との間を密封状に連通する連通
管とから構成するとともに、凝縮器出側の冷媒と膨張弁
本体との間で熱交換する膨張弁加熱用熱交換器を、膨張
弁入側の主冷媒回路に設けたものである。

【００１３】更に、圧縮機、凝縮器、弁開度制御可能の
膨張弁、被冷却媒体が水であり蒸発器として機能するプ
レート式熱交換器を冷媒配管により順次接続して主冷媒
回路を構成するとともに、プレート式熱交換器から圧縮
機の間の主冷媒回路に配設され配設位置での冷媒温度お
よび冷媒圧力を検出し膨張弁制御用として出力する温度
・圧力検出器を備えた冷凍装置において、膨張弁からプ
レート式熱交換器の間の主冷媒回路とプレート式熱交換
器から圧縮機の間の主冷媒回路とにバイパス接続された
第２バイパス回路と、第２バイパス回路に設けられ凝縮
器出側の冷媒との間で熱交換させる第２過冷却用熱交換
器とを設けたものである。

【００１４】また、上述した各構成の冷凍装置であっ
て、プレート式熱交換器における冷媒入口近傍の冷媒配
管を直管部で構成するとともに、直管部の長さを管内径
の１０倍以上に設定したものである。

【００１５】そして、上述した各構成の冷凍装置であっ
て、プレート式熱交換器を、複数枚並べられたプレート
間に水通路と冷媒通路とを交互に形成し、一方の最外端
のプレートに最も近い通路を水通路とし、一方の最外端
のプレートに冷媒入口管および冷媒出口管を設け、一方
の最外端のプレートまたは他方の最外端のプレートに水
入口管および水出口管を設け、各冷媒通路と冷媒入口管
または冷媒出口管とをそれぞれ連通する冷媒連通穴と、
各水通路と水入口管または水出口管とをそれぞれ連通す
る水連通穴とを各プレートに設けた構成にするととも
に、冷媒入口管または冷媒出口管の近傍部位における一
方の最外端のプレートに配設されてプレート温度を検出
するプレート温度検出器と、プレート温度検出器により
検出されたプレート温度が予め設定された設定温度より
も低い場合に圧縮機を停止させる制御部とを設けたもの
である。ここで、本発明でいう水には、水そのもの以外
に、ブラインなどといったような、冷媒よりも凝固点の
高い被冷却流体を含む。

【００１６】

【発明の実施の形態】

発明の実施の形態１．図１は本発明の実施の形態１，
２，３，５，６に係る冷凍装置を示す冷媒回路構成図で
あり、従来装置と同様の部分は同一の符号で示す。この
実施の形態１による冷凍装置は、圧縮機１、凝縮器２、
凝縮器２で凝縮した冷媒を過冷却する第１過冷却用熱交
換器８、後述の膨張弁３を加熱するための膨張弁加熱用
熱交換器５、弁開度制御可能な膨張弁３、被冷却媒体が
水であり蒸発器として機能するプレート式熱交換器６を
冷媒配管を介して順次接続してなる主冷媒回路３１と、
圧縮機１から凝縮器２の間と第１過冷却用熱交換器８か
ら圧縮機１の間の主冷媒回路３１にバイパス接続された
第１バイパス回路３２とから主に構成されている。プレ
ート式熱交換器６から圧縮機１の間で、第１バイパス回
路３２の合流部３２ａよりも圧縮機１寄りの主冷媒回路
３１には、取付位置での冷媒温度および冷媒圧力を検出
し膨張弁３の弁開度制御用として出力する温度・圧力検
出器７が配設されている。そして、プレート式熱交換器
６の出口配管には、その位置での冷媒圧力を検出する出
側冷媒圧力検出器１０が設けられている。第１バイパス
回路３２には、出側冷媒圧力検出器１０で検出された冷
媒圧力に基づいて冷媒バイパス流量を制御する冷媒流量
調整弁４が設けられている。

【００１７】また、図３に示すように、プレート式熱交
換器６は表面を冷媒あるいは水が流動するヘリンボーン
状の波形突起を有するプレート５５，５５が複数枚並べ
られた主構成になっている。これらのプレート５５，５
５間には、水通路５７と冷媒通路５６とが交互に形成さ
れており、一方の最外端プレート５１と最も近い通路は
水通路５７とされている。そして、最外端プレート５１
には冷媒入口管６１および冷媒出口管６２が貫通して設
けられており、他方の最外端プレート５２には水入口管
６４および水出口管６３が貫通して設けられている。ま
た、各プレート５５，５５には、各冷媒通路５６と冷媒
入口管６１または冷媒出口管６２とをそれぞれ連通する
冷媒連通穴５４と、各水通路５７と水入口管６４または
水出口管６３とをそれぞれ連通する水連通穴５８とが穿
設されている。また、各最外端プレート５１，５２の内
側には平板状のシールプレート５３が配備されている。

【００１８】次に、冷媒の流れおよび制御について説明
する。但し、膨張弁加熱用熱交換器５、第１過冷却用熱
交換器８、直管部４３、温度・圧力検出器７の密閉筒体
７ａおよび連通管７ｂの機能については、それぞれ別の
実施の形態で詳説する。まず、圧縮機１より吐出された
冷媒は凝縮器２に流入する。凝縮器２にて凝縮された冷
媒は、第１過冷却用熱交換器８と膨張弁加熱用熱交換器
５を通って膨張弁３に流入する。膨張弁３において減圧
された低温・低圧の冷媒はプレート式熱交換器６に流入
して蒸発した後、圧縮機１に戻される。ここで、出側冷
媒圧力検出器１０により検出された冷媒圧力が設定圧
力、たとえばプレート式熱交換器６のプレート表面を流
れる水の温度が０℃のときの蒸発圧力３．５ｋｇ／ｃｍ
² Ｇ以下になれば、冷媒流量調整弁４が開かれる。これ
により、圧縮機１から吐出された冷媒の一部は冷媒流量
調整弁４および第１バイパス回路３２を通じてプレート
式熱交換器６出口の温度・圧力検出器７上流側に戻され
る。

【００１９】この実施の形態１による冷凍装置は以上の
ように構成されているので、次のような効果を奏する。
すなわち、この実施の形態１では、プレート式熱交換器
６出側の冷媒圧力に基づいて弁開閉される冷媒流量調整
弁４が第１バイパス回路３２に設けられているので、プ
レート式熱交換器６出側の冷媒圧力が上昇（ひいては冷
媒蒸発温度の上昇）する。これによって、低水温時での
蒸発圧力低下によるプレート式熱交換器６内部の水の凍
結が抑止される。加えて、冷媒流量調整弁４は主冷媒回
路３１ではなく第１バイパス回路３２に設けられてお
り、主冷媒回路３１と比べて第１バイパス回路３２を流
れる冷媒流量は比較的少ないことから、冷媒流量調整弁
４は口径の小さなものですむ。

【００２０】発明の実施の形態２．この実施の形態２に
よる冷凍装置の冷媒回路構成は、図１に示した実施の形
態１と同様であり、共通する構成の詳述は省略する。こ
こで、実施の形態２の冷凍装置が実施の形態１と構成上
異なるところは、プレート式熱交換器６出側から温度・
圧力検出器７の密封筒体７ａ配設位置の間の主冷媒回路
３１に凝縮器２出側の冷媒との間で熱交換させる第１過
冷却用熱交換器８が設けられたことである。

【００２１】この実施の形態２において、凝縮器２で凝
縮された冷媒は、第１過冷却用熱交換器８でさらに冷却
されて過冷却度が大きな状態にされる。これによって、
プレート式熱交換器６入口における冷媒乾き度は小さく
なる。そのため、プレート式熱交換器６内部での冷媒の
分配状態が良くなる。従って、冷媒が効率よく蒸発する
ので、プレート式熱交換器６における冷媒圧力が上昇
し、ひいては冷媒蒸発温度が上昇する。その結果、低水
温時であっても蒸発圧力の低下がなく、プレート式熱交
換器６の凍結や冷凍能力の低下が防止される。因みに、
図５におけるＢ点が実施の形態２に係るプレート式熱交
換器６入口での冷媒状態を示している。

【００２２】発明の実施の形態３．この実施の形態３に
よる冷凍装置の冷媒回路構成も、図１に示した実施の形
態１と同様であり、共通構成の詳説は省略する。ここ
で、実施の形態３による冷凍装置が実施の形態１と異な
るところは、温度・圧力検出器７が、配設位置に設けら
れ温度により体積変化する冷媒を封入された密閉筒体７
ａと、冷媒の体積変化により開閉される膨張弁３の弁駆
動部と密閉筒体７ａとの間を密封状に連通する連通管７
ｂとから構成されていることと、凝縮器２出側の冷媒と
膨張弁３本体との間で熱交換する膨張弁加熱用熱交換器
５が、膨張弁３入側の主冷媒回路３１に設けられている
ことである。

【００２３】この実施の形態３によれば、膨張弁３本体
は膨張弁加熱用熱交換器５において凝縮器２からの冷媒
により加熱される。これにより、常に膨張弁３の本体温
度は密閉筒体７ａの周囲温度よりも高く維持される。そ
の結果、膨張弁３の周囲温度が密閉筒体７ａの周囲温度
よりも低い条件下による冷凍能力の低下や、低水温時に
おける蒸発圧力低下によるプレート式熱交換器６の凍結
が回避される。

【００２４】発明の実施の形態４．図２は本発明の実施
の形態４〜６に係る冷凍装置の冷媒回路構成を示したも
のであり、従来装置および図１のものと共通の部分は同
一の符号を付し詳述は省略する。実施の形態４の冷凍装
置が図１のものと構成上異なるところは、第１バイパス
回路３２が省略されるとともに、膨張弁３からプレート
式熱交換器６の間とプレート式熱交換器６から圧縮機１
の間の主冷媒回路３１に、第２バイパス回路３３がバイ
パス接続して設けられたことと、第２バイパス回路３３
の冷媒を凝縮器２出側の冷媒との間で熱交換させる第２
過冷却用熱交換器９が第２バイパス回路３３に設けられ
たことである。この場合、温度・圧力検出器７の密閉筒
体７ａは、第２バイパス回路３３の第２過冷却用熱交換
器９の出口配管あるいは主冷媒回路３１のプレート式熱
交換器６の出口配管に配設される。

【００２５】次に、冷媒の流れについて説明する。圧縮
機１から吐出された冷媒は凝縮器２に流入する。凝縮器
２にて凝縮された冷媒は、第２過冷却用熱交換器９にお
いて、膨張弁３を出て第２バイパス回路３３を流通する
低温・低圧の冷媒の一部と熱交換し、過冷却度が大きな
状態となって膨張弁３に流入する。膨張弁３で減圧され
た低温・低圧の冷媒の多くは主冷媒回路３１を通ってプ
レート式熱交換器６に流入して蒸発した後、圧縮機１に
戻される。一方、残りの冷媒は第２バイパス回路３３を
通って第２過冷却用熱交換器９に至り、凝縮器２からの
高温・高圧の冷媒と熱交換して加熱された後、圧縮機１
に戻る。

【００２６】この実施の形態４において、膨張弁３に流
入する冷媒は予め第２過冷却用熱交換器９にて膨張弁３
出側の冷媒により冷却されている。すなわち、過冷却度
が大きな状態の冷媒となっている。従って、プレート式
熱交換器６入側の冷媒乾き度が小さくなる。これによ
り、プレート式熱交換器６内部での冷媒の分配状態が良
くなる。その結果、前述と同じように低水温時における
蒸発圧力低下によるプレート式熱交換器６の凍結や、冷
凍能力低下が抑止される。

【００２７】発明の実施の形態５．この実施の形態５に
よる冷凍装置の冷媒回路構成は、図１，２に示した実施
の形態１，２，３，４と同様であり、共通構成の詳説は
省略する。実施の形態５の冷凍装置が実施の形態１〜４
と構成上異なるところは、プレート式熱交換器６におけ
る冷媒入口近傍の冷媒配管が直管部４３で構成され、か
つ、この直管部４３の長さＬが管内径ｄの１０倍以上に
設定されていることである。

【００２８】実施の形態５において、直管部４３の存在
によりプレート式熱交換器６入口での冷媒は、図７に示
すように、管内壁のまわりに液冷媒４２が位置し中心部
分にガス冷媒４１が位置するといったような、整然とし
た環状流となる。すなわち、ガス冷媒４１と液冷媒４２
とが不均一に混ざり合った状態ではなく、流動状態の良
い冷媒がプレート式熱交換器６に流入するので、プレー
ト式熱交換器６内部での冷媒の分配状態は良好になる。
従って、上述したと同様の理由で低水温時における蒸発
圧力低下によるプレート式熱交換器の凍結や冷凍能力の
低下が防止される。

【００２９】発明の実施の形態６．この実施の形態６に
よる冷凍装置の冷媒回路構成は、図１〜４に示した実施
の形態１，２，３，４，５と同様であり、共通構成の詳
説は省略する。実施の形態６の冷凍装置が実施の形態１
〜５と構成上異なるところは、冷媒入口管６１の近傍部
位における一方の最外端プレート５１にプレート温度を
検出するプレート温度検出器１１が配設されたことと、
プレート温度検出器１１により検出されたプレート温度
が予め設定された設定温度よりも低い場合に圧縮機１を
停止させる制御部８０が設けられたことである。このプ
レート温度検出器１１の配設目標位置は、冷媒入口管６
１または冷媒出口管６２に通ずるプレート５５の冷媒連
通穴５４の近傍で、かつ、ヘリンボーン状の波形突起の
最端部に近い位置に相当し、図４におけるＣ部が当該部
位を示している。尚、前述の通り、プレート温度を検出
するプレート温度検出器１１は最外端プレート５１の冷
媒出口管６２近傍部位に配設してもよい。

【００３０】実施の形態６において、水通路５７におけ
る冷媒入口管６１または冷媒出口管６２の近傍位置は、
言い換えれば水入口管６４と水出口管６３とを上下に結
ぶ直線から離れた位置にあるので、水が滞りやすい部位
となる。しかも、冷媒による冷凍能力を最も発揮して水
が冷却されやすい部位でもある。すなわち、当該部位の
水温に近い温度がプレート温度検出器１１により検出さ
れるのである。そこで、プレート温度検出器１１により
検出されたプレート温度が予め設定されている設定温度
（例えば、プレート間を流れる水が流量減少により凍結
し始めたことを検知するための温度である２℃）を下回
ったとき、制御部８０は圧縮機１を一時的に停止させ
る。因みに、図６に水流量減少による凍結開始からの経
過時間と、プレート温度検出器１１により検出されるプ
レート温度ならびにプレート式熱交換器６の出口水温お
よび出口冷媒圧力との関係を示す。すなわち、プレート
式熱交換器６内を流通する水流量が減少したりして凍結
しやすい状況下であっても、プレート式熱交換器６の凍
結を未然に防止でき、冷媒ガス漏れあるいは冷凍能力の
低下を防止することができるのである。

【００３１】尚、上記のプレート式熱交換器では、一方
の最外端プレートに冷媒入口管と冷媒出口管を設け、他
方の最外端プレートに水入口管と水出口管を設けた例を
示したが、本発明はこれに限らず、片方の最外端プレー
トに冷媒入口管、冷媒出口管、水入口管、および水出口
管を集めて設けたプレート式熱交換器に適用できるのは
いうまでもない。また、最外端プレートにおける冷媒入
口管、冷媒出口管、水入口管、水出口管の配置位置は、
冷媒入口管と冷媒出口管を最外端プレートの一側（例え
ば、左側）に配置し、水入口管と水出口管を他側（例え
ば、右側）に配置したものに限らず、例えば互いに交叉
させた配置（冷媒入口管を左下、冷媒出口管を右上、水
入口管を左上、水出口管を右下にしたものなど）であっ
てもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上説明した通り、第１の発明に係る冷
凍装置では、圧縮機の吐出側と吸込側とをバイパス接続
する第１バイパス回路を設けるとともにこの第１バイパ
ス回路に冷媒流量調整弁を設け、プレート式熱交換器出
口で検出された冷媒圧力に基づいて弁開閉を行うように
したので、プレート式熱交換器出側の冷媒圧力を上昇さ
せること、すなわち蒸発温度を上昇させることができ
る。これによって、低水温時での蒸発圧力低下によるプ
レート式熱交換器内部の水の凍結を防止できる。また、
主冷媒回路と比べて第１バイパス回路を流れる冷媒流量
は比較的少ないので、口径の小さな流量調整弁ですむこ
とから、製品コストを安価におさえることができる。

【００３３】また、第２の発明に係る冷凍装置では、凝
縮器からの冷媒は第１過冷却用熱交換器でさらに冷却さ
れて過冷却度が大きい状態にされるので、プレート式熱
交換器入口における冷媒乾き度が小さくなって、プレー
ト式熱交換器内部での冷媒の分配状態が良くなり冷媒が
効率よく蒸発する。従って、プレート式熱交換器での冷
媒圧力が上昇し、すなわち蒸発温度が上昇するので、低
水温時における蒸発圧力低下によるプレート式熱交換器
の凍結や冷凍能力の低下を防止できる。

【００３４】そして、第３の発明に係る冷凍装置では、
膨張弁本体は膨張弁加熱用熱交換器において凝縮器から
の冷媒により加熱されるので、膨張弁周囲の温度が比較
的低い場合でも、膨張弁本体の温度を常に温度・圧力検
出器を構成する密閉筒体の周囲温度よりも高く維持でき
る。そのため、膨張弁の周囲温度が密閉筒体の周囲温度
よりも低い条件下における冷凍能力の低下、あるいは低
水温時における蒸発圧力低下によるプレート式熱交換器
の凍結を防止できる。

【００３５】更に、第４の発明に係る冷凍装置では、膨
張弁に入る冷媒は予め第２過冷却用熱交換器にて膨張弁
出側の冷媒により冷却されるので、過冷却度が大きい状
態になる。そのため、プレート式熱交換器入側の冷媒乾
き度が小さくなることから、プレート式熱交換器内部で
の冷媒の分配状態が良くなる。従って、上述したと同様
の理由で低水温時における蒸発圧力低下によるプレート
式熱交換器の凍結、あるいは冷凍能力の低下を防止でき
る。

【００３６】また、第５の発明に係る冷凍装置では、プ
レート式熱交換器の冷媒入口に接続される冷媒配管を直
管部とし、その長さを管内径の１０倍以上としてあるの
で、プレート式熱交換器入口での冷媒は整然とした環状
流となって流入し、それによりプレート式熱交換器内部
での冷媒の分配状態が良くなる。従って、上述したと同
様の理由で低水温時における蒸発圧力低下によるプレー
ト式熱交換器の凍結や冷凍能力の低下を防止できる。

【００３７】そして、第６の発明に係る冷凍装置では、
水通路におけるプレート温度検出器配設位置と背中合わ
せの部位は水がよどみやすい部位であり、当該部位の水
温に近い温度をプレート温度検出器によって検出するこ
ととなる。そこで、プレート温度検出器により検出され
たプレート温度が予め設定された設定温度よりも低い場
合は、凍結の未然防止を図るために圧縮機を一時的に停
止させるようになっている。従って、プレート式熱交換
器内を流通する水流量が減少して凍結しやすい状況下で
あっても、プレート式熱交換器の凍結を防止でき、ガス
漏れあるいは冷凍能力の低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１，２，３，５，６に係
る冷凍装置を示す冷媒回路構成図である。

【図２】 本発明の実施の形態４〜６に係る冷凍装置を
示す冷媒回路構成図である。

【図３】 本発明の各実施の形態に用いられるプレート
式熱交換器の要部を示す分解斜視図である。

【図４】 本発明の実施の形態６のプレート式熱交換器
における所望の温度検出位置を示す説明図である。

【図５】 プレート式熱交換器における一般的な冷媒状
態を示す状態説明図である。

【図６】 水流量が減少し始めてからの経過時間と、プ
レート式熱交換器の出口冷媒圧力、出口水温、または冷
媒出入口管近傍の最外端プレート表面温度との一般的な
関係を示す状態説明図である。

【図７】 本発明の実施の形態５のプレート式熱交換器
入口における冷媒状態を管断面で示す状態説明図であ
る。

【図８】 従来の冷凍装置を示す冷媒回路構成図であ
る。

【符号の説明】

１ 圧縮機、２ 凝縮器、３ 膨張弁、４ 冷媒流量調
整弁、５ 膨張弁加熱用熱交換器、６ プレート式熱交
換器、７ 温度・圧力検出器、７ａ 密閉筒体、７ｂ
連通管、８ 第１過冷却用熱交換器、９ 第２過冷却用
熱交換器、１０出側冷媒圧力検出器、１１ プレート温
度検出器、３１ 主冷媒回路、３２第１バイパス回路、
３３ 第２バイパス回路、４３ 直管部、５１ 最外端
プレート、５２ 最外端プレート、５４ 冷媒連通穴、
５５ プレート、５６ 冷媒通路、５７ 水通路、５８
水連通穴、６１ 冷媒入口管、６２ 冷媒出口管、６
３ 水出口管、６４ 水入口管、８０ 制御部、Ｌ 長
さ、ｄ 管内径。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、凝縮器、弁開度制御可能の膨張
   弁、被冷却媒体が水であり蒸発器として機能するプレー
   ト式熱交換器を冷媒配管により順次接続して主冷媒回路
   を構成するとともに、前記プレート式熱交換器から前記
   圧縮機の間の主冷媒回路に配設され配設位置での冷媒温
   度および冷媒圧力を検出し前記膨張弁制御用として出力
   する温度・圧力検出器を備えた冷凍装置において、前記
   圧縮機から前記凝縮器の間の主冷媒回路と前記プレート
   式熱交換器から前記温度・圧力検出器配設部位の間の主
   冷媒回路とにバイパス接続された第１バイパス回路と、
   前記プレート式熱交換器出側の冷媒圧力を検出する出側
   冷媒圧力検出器と、前記第１バイパス回路に設けられ前
   記出側冷媒圧力検出器で検出された冷媒圧力に基づいて
   冷媒のバイパス流量を調整する冷媒流量調整弁とを設け
   たことを特徴とする冷凍装置。
2. 【請求項２】 圧縮機、凝縮器、弁開度制御可能の膨張
   弁、被冷却媒体が水であり蒸発器として機能するプレー
   ト式熱交換器を冷媒配管により順次接続して主冷媒回路
   を構成するとともに、前記プレート式熱交換器から前記
   圧縮機の間の主冷媒回路に配設され配設位置での冷媒温
   度および冷媒圧力を検出し前記膨張弁制御用として出力
   する温度・圧力検出器を備えた冷凍装置において、前記
   プレート式熱交換器出側から前記温度・圧力検出器配設
   位置の間の主冷媒回路に前記凝縮器出側の冷媒との間で
   熱交換させる第１過冷却用熱交換器を設けたことを特徴
   とする冷凍装置。
3. 【請求項３】 圧縮機、凝縮器、弁開度制御可能の膨張
   弁、被冷却媒体が水であり蒸発器として機能するプレー
   ト式熱交換器を冷媒配管により順次接続して主冷媒回路
   を構成するとともに、前記プレート式熱交換器から前記
   圧縮機の間の主冷媒回路に配設され配設位置での冷媒温
   度および冷媒圧力を検出し前記膨張弁制御用として出力
   する温度・圧力検出器を備えた冷凍装置において、前記
   温度・圧力検出器を、前記配設位置に設けられ冷媒など
   の流体を封入された密閉筒体と、前記流体の体積変化に
   より開閉される前記膨張弁の弁駆動部と前記密閉筒体と
   の間を密封状に連通する連通管とから構成するととも
   に、前記凝縮器出側の冷媒と前記膨張弁本体との間で熱
   交換する膨張弁加熱用熱交換器を、前記膨張弁入側の主
   冷媒回路に設けたことを特徴とする冷凍装置。
4. 【請求項４】 圧縮機、凝縮器、弁開度制御可能の膨張
   弁、被冷却媒体が水であり蒸発器として機能するプレー
   ト式熱交換器を冷媒配管により順次接続して主冷媒回路
   を構成するとともに、前記プレート式熱交換器から前記
   圧縮機の間の主冷媒回路に配設され配設位置での冷媒温
   度および冷媒圧力を検出し前記膨張弁制御用として出力
   する温度・圧力検出器を備えた冷凍装置において、前記
   膨張弁から前記プレート式熱交換器の間の主冷媒回路と
   前記プレート式熱交換器から前記圧縮機の間の主冷媒回
   路とにバイパス接続された第２バイパス回路と、前記第
   ２バイパス回路に設けられ前記凝縮器出側の冷媒との間
   で熱交換させる第２過冷却用熱交換器とを設けたことを
   特徴とする冷凍装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
   の冷凍装置であって、プレート式熱交換器における冷媒
   入口近傍の冷媒配管を直管部で構成するとともに、前記
   直管部の長さを管内径の１０倍以上に設定したことを特
   徴とする冷凍装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載
   の冷凍装置であって、プレート式熱交換器を、複数枚並
   べられたプレート間に水通路と冷媒通路とを交互に形成
   し、一方の最外端のプレートに最も近い通路を水通路と
   し、前記一方の最外端のプレートに冷媒入口管および冷
   媒出口管を設け、前記一方の最外端のプレートまたは他
   方の最外端のプレートに水入口管および水出口管を設
   け、前記各冷媒通路と前記冷媒入口管または前記冷媒出
   口管とをそれぞれ連通する冷媒連通穴と、前記各水通路
   と前記水入口管または前記水出口管とをそれぞれ連通す
   る水連通穴とを前記各プレートに設けた構成にするとと
   もに、 前記冷媒入口管または前記冷媒出口管の近傍部位におけ
   る前記一方の最外端のプレートに配設されてプレート温
   度を検出するプレート温度検出器と、前記プレート温度
   検出器により検出されたプレート温度が予め設定された
   設定温度よりも低い場合に圧縮機を停止させる制御部と
   を設けたことを特徴とする冷凍装置。