JPWO2020161804A1

JPWO2020161804A1 - 冷凍装置

Info

Publication number: JPWO2020161804A1
Application number: JP2020570247A
Authority: JP
Inventors: 智隆石川; 寛也石原; 宗野本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-02-05
Filing date: 2019-02-05
Publication date: 2021-12-02
Also published as: WO2020161804A1; EP3922927A1; CN113366273A; EP3922927A4

Abstract

冷凍装置（１００）は、冷媒が圧縮機（１）、第１熱交換器（２）、膨張装置（３）、第２熱交換器（４）の順に循環する冷媒回路と、第２熱交換器（４）の下方に配置されるドレンパン（５）とを備える。冷凍装置は、第２熱交換器（４）を用いて冷却を行なう冷凍モードと、第２熱交換器（４）を加熱する第１除霜モードと、ドレンパン（５）を加熱する第２除霜モードとを動作モードとして有する。第２熱交換器（４）を除霜する第１除霜モードとは別に、ドレンパン（５）を加熱する第２除霜モードを有するので、ドレンパン（５）からの排水を促進しつつ、速やかに第２熱交換器（４）による冷却を再開することができる。

Description

本発明は、冷凍装置に関する。

冷凍装置には、蒸発器に付着する霜を融解させるための除霜モードが設けられる。たとえば、特開平５−１２６４４０号公報（特許文献１）には、リバースホットガス除霜方式の冷凍装置において、蒸発器の除霜中にドレンパンを加熱することができる冷凍装置が開示されている。

特開平５−１２６４４０号公報

上記特開平５−１２６４４０号公報（特許文献１）では、蒸発器からドレンパンに落下した水または氷塊を融解するためにドレンパンを除霜中に加熱している。しかし、蒸発器の除霜が完了しても、ドレンパン上の氷塊が残ったままではドレンパンからの排水の妨げになる恐れがあり、除霜モードを終了させるのは適切ではない。一方、除霜モードを続けると、蒸発器で庫内を冷却することができず、庫内温度が上昇してしまう。したがって、蒸発器の除霜が完了した場合には、速やかに蒸発器による冷却を再開することが好ましい。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、ドレンパンからの排水を促進しつつ、速やかに蒸発器による冷却を再開することができる冷凍装置を提供することを目的とする。

本開示は、冷凍装置に関する。冷凍装置は、冷媒が圧縮機、第１熱交換器、膨張装置、第２熱交換器の順に循環する冷媒回路と、第２熱交換器の下方に配置されるドレンパンとを備える。冷凍装置は、第２熱交換器を用いて冷却を行なう冷凍モードと、第２熱交換器を加熱する第１除霜モードと、ドレンパンを加熱する第２除霜モードとを動作モードとして有する。

本開示の冷凍装置によれば、第２熱交換器を除霜する第１除霜モードとは別に、ドレンパンを加熱する第２除霜モードを有するので、ドレンパンからの排水を促進しつつ、速やかに第２熱交換器による冷却を再開することができる。

実施の形態１に係る冷凍装置の構成を示す図である。冷凍装置の制御を行なう制御装置１０の構成を示す図である。実施の形態１において制御装置が実行する制御を説明するためのフローチャートである。図３のステップＳ４で実行されるドレンパンの除霜処理の詳細を説明するためのフローチャートである。実施の形態２に係る冷凍装置の構成を示す図である。実施の形態２の冷凍装置において第１除霜モードでの冷媒の流れを示す図である。実施の形態２において制御装置が実行する制御を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る冷凍装置の構成を示す図である。図１を参照して、冷凍装置１００は、冷媒が圧縮機１、第１熱交換器２、膨張装置３、第２熱交換器４の順に循環する冷媒回路と、第２熱交換器４の下方に配置されるドレンパン５とを備える。冷凍装置の通常運転（冷凍モード）において、第１熱交換器２は凝縮器として作動し、第２熱交換器４は蒸発器（クーラともいう）として作動する。膨張装置３としては、開度が変更可能な電子膨張弁を使用することができるが、温度式自動膨張弁または開度が固定されたキャピラリーチューブなどを使用しても良い。

冷凍装置１００は、第２熱交換器４を加熱する除霜用のヒーター６と、第１熱交換器２に送風するファン７と、冷媒温度を検出する温度センサ３０とをさらに備える。

圧縮機１、第１熱交換器２、ファン７および制御部１１は、室外機１０１に配置される。圧縮機１の吸入口に接続される管２８と、圧縮機１の吐出口と第１熱交換器２の冷媒入口とを接続する管２１と、第１熱交換器２の冷媒出口に接続される管２２とがさらに室外機１０１に配置される。

膨張装置３、第２熱交換器４、ヒーター６、ドレンパン５および制御部１２は、室内機１０２に配置される。膨張装置３の冷媒入口に接続される管２４と、膨張装置３の冷媒出口と第２熱交換器４の冷媒入口とを接続する管２５と、第２熱交換器４の冷媒出口に接続された管２６とがさらに室内機１０２に配置される。

室外機１０１と室内機１０２とは延長配管２３および２７によって接続される。延長配管２３は管２２と管２４とを接続する。延長配管２７は、管２６と管２８とを接続する。

なお、冷凍装置が室外機と室内機に分離されない構成の場合には、延長配管は無くても良く、この場合、家庭用冷蔵庫のように、１つの筐体に図１に示す構成要素が収容されていても良い。

本実施の形態において、制御部１１および制御部１２は、連係して制御装置１０として圧縮機１、ファン７、膨張装置３およびヒーター６の制御を行なう。

図２は、冷凍装置の制御を行なう制御装置１０の構成を示す図である。図２を参照して、制御部１１は、プロセッサ４１と、メモリ４２と、通信インターフェース４３とを含む。通信インターフェース４３は、制御部１２と通信を行なうための装置である。プロセッサ４１は、メモリ４２に記憶されたデータおよび制御部１２から通信インターフェース４３を経由して得た情報に従って、圧縮機１の運転周波数およびファン７の回転速度を制御する。

制御部１２は、制御部１１と信号を送受信する通信インターフェース５３と、プロセッサ５１と、メモリ５２とを含む。

メモリ４２，５２は、たとえば、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、フラッシュメモリとを含んで構成される。なお、フラッシュメモリには、オペレーティングシステム、アプリケーションプログラム、各種のデータが記憶される。プロセッサ５１は、ヒーター６と膨張装置３とを制御する。

なお、図２に示した制御装置１０は、プロセッサ４１，５１がメモリ４２，５２にそれぞれ記憶されたオペレーティングシステムおよびアプリケーションプログラムを実行することにより実現される。なお、アプリケーションプログラムの実行の際には、メモリ４２，５２に記憶されている各種のデータが参照される。複数の室内機がある場合には、制御部１２は複数の室内機の各々に設けられる。このような場合には、複数の制御部のプロセッサが連携して冷凍装置１００の全体制御を行なう。

本実施の形態の冷凍装置は、動作モードとして、第２熱交換器４を用いて冷却を行なう冷凍モードと、第２熱交換器４を加熱する第１除霜モードと、ドレンパン５を加熱する第２除霜モードとを有する。なお、第２除霜モードは、ドレンパン５の霜を融解する以外にも、第２熱交換器４からドレンパン５に落下した氷塊または水を加熱し排水を促す。

第１熱交換器２と膨張装置３とを接続する管２４は、ドレンパン５と熱交換するように構成される。たとえば、ドレンパン５の底面と熱伝導可能な状態で接触するように、引き回された管２４の一部がドレンパン５内部または外部に配置される。

第１除霜モードにおいては、制御装置１０は、ヒーター６を作動させる。除霜を促進するために、第１除霜モードでは圧縮機１は停止され、第２熱交換器４における冷媒の蒸発が起こらないようにすることが好ましい。したがって、第１除霜モードにおいては、第２熱交換器４による庫内の冷却は中断される。

一方、第２除霜モードにおいては、制御装置１０は、ヒーター６を非作動とするとともに、圧縮機１を運転しつつ、第２除霜モードにおけるファン７の回転速度を、冷凍モードにおけるファン７の回転速度よりも低く設定する。このように制御することによって、第１熱交換器２における冷媒からの放熱量が少なくなり、ドレンパン５と熱交換する管２４中の冷媒温度が冷凍モードにおける冷媒温度よりも上昇する。これによって、第２熱交換器４における庫内冷却はある程度維持しながら、通常の冷凍モードよりもドレンパン５における除霜が促進される。

図３は、実施の形態１において制御装置が実行する制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、冷凍装置の運転中において、一定時間経過ごと、または予め決められた条件が成立するごとに繰返し実行される。図１、図３を参照して、ステップＳ１において、制御装置１０は、第２熱交換器４（クーラ）の除霜が必要か否かを判断する。たとえば、一定時間ごとに除霜を行なう場合には、制御装置１０は、前回のクーラの除霜から一定時間が経過したか否かでステップＳ１の判断を行なう。なお、ステップＳ１の判断は、冷媒温度またはクーラへの霜の付着状態を検出し、これらに基づいて行なっても良い。

第２熱交換器４（クーラ）の除霜が必要である場合（Ｓ１でＹＥＳ）、冷凍装置１００は第１除霜モードで運転される。具体的には、制御装置１０は、ステップＳ２においてヒーター６をオンして、第２熱交換器４を加熱する。これにより、第２熱交換器４に付着した霜が融解する。

一方、第２熱交換器４（クーラ）の除霜が必要でない場合（Ｓ１でＮＯ）、ステップＳ３において、制御装置１０は、ドレンパン５の除霜が必要か否かを判断する。

ドレンパン５の除霜が必要である場合（Ｓ３でＹＥＳ）、冷凍装置１００は第２除霜モードで運転される。このとき制御装置１０は、ステップＳ４においてドレンパン５の除霜処理を実行する。一方、ドレンパン５の除霜が必要でない場合（Ｓ３でＮＯ）、制御装置１０は、ステップＳ５において通常運転である冷凍モードでの運転を行なう。

図４は、図３のステップＳ４で実行されるドレンパンの除霜処理の詳細を説明するためのフローチャートである。ドレンパンの除霜処理が開始されると、ステップＳ１１において、制御装置１０は、温度センサ３０で検出された管２４を通過する冷媒温度Ｔが判定値より低いか否かを判断する。

冷媒温度Ｔが判定値よりも低い場合（Ｓ１１でＹＥＳ）、ドレンパン５における除霜のために冷媒温度Ｔを上昇させる必要があるので、ステップＳ１２において制御装置１０は、室外機のファン７の回転を減速させる。これにより冷媒の高圧部分の圧力が上昇するとともに冷媒の温度Ｔが上昇する。なおステップＳ１２において、ファン７の回転を減速させることに代えて、圧縮機１の運転周波数を増加させても良い。

冷媒温度Ｔが判定値以上である場合（Ｓ１１でＮＯ）、冷媒温度は除霜に適する温度になっているのでこの状態で冷媒の循環が継続され、ステップＳ１３において制御装置１０はドレンパン５の除霜が完了したか否かを判断する。除霜が完了していない場合（Ｓ１３でＮＯ）、再びステップＳ１１に処理が戻され、除霜が継続される。一方、除霜が完了した場合（Ｓ１３でＹＥＳ）、ステップＳ１４おいて、図３のフローチャートに処理が移される。

以上説明したように、実施の形態１では、第２熱交換器４（クーラ）とは別に、ドレンパン５のみ除霜する第２除霜モードを設ける。

すなわち、第１除霜モードでは第２熱交換器４（クーラ）はヒーター６からの熱で除霜される。第２除霜モードでは、ヒーター６による加熱は停止され、ファン７の回転を落とすまたは止める、または圧縮機１の運転周波数を増加させることによって、ドレンパン５への冷媒温度を上昇させる。

これにより、冷凍装置の成績係数（ＣＯＰ：Coefficient Of Performance）は多少低下するが、第２熱交換器４（クーラ）で庫内を冷やしながらドレンパン５のみ除霜できるので、ドレンパン５の除霜または排水に時間を要する場合でも、庫内の冷却を維持できる。

実施の形態２．
実施の形態１では、第１除霜モードにおいて、第２熱交換器４の除霜にヒーター６を使用した。これに対し、実施の形態２では、第１除霜モードにおいて、圧縮機１が吐出する高温高圧のガス冷媒を第２熱交換器４に導入する。

図５は、実施の形態２に係る冷凍装置の構成を示す図である。図５を参照して、冷凍装置２００は、冷媒が圧縮機１、第１熱交換器２、膨張装置３、第２熱交換器４の順に循環する冷媒回路と、第２熱交換器４の下方に配置されるドレンパン５とを備える。冷凍装置の通常運転（冷凍モード）において、第１熱交換器２は凝縮器として作動し、第２熱交換器４は蒸発器（クーラともいう）として作動する。膨張装置３としては、開度が変更可能な電子膨張弁を使用することができるが、温度式自動膨張弁または開度が固定されたキャピラリーチューブなどを使用しても良い。

冷凍装置２００は、冷媒の循環方向を変更する四方弁２０７と、第１熱交換器２に送風するファン７と、冷媒温度を検出する温度センサ３０とをさらに備える。

圧縮機１、第１熱交換器２、ファン７および制御部２１１は、室外機２０１に配置される。四方弁２０７と延長配管２７とを接続する管２２８と、四方弁２０７と圧縮機１の吸入口とを接続する管２２９と、圧縮機１の吐出口と四方弁２０７とを接続する管２２１と、四方弁２０７と第１熱交換器２の冷媒入口とを接続する管２２２と、第１熱交換器２の冷媒出口に接続される管２２とがさらに室外機１０１に配置される。

膨張装置３、第２熱交換器４、ドレンパン５および制御部２１２は、室内機２０２に配置される。膨張装置３の冷媒入口に接続される管２４と、膨張装置３の冷媒出口と第２熱交換器４の冷媒入口とを接続する管２５と、第２熱交換器４の冷媒出口に接続された管２６とがさらに室内機２０２に配置される。

室外機２０１と室内機２０２とは延長配管２３および２７によって接続される。延長配管２３は管２２と管２４とを接続する。延長配管２７は、管２６と管２２８とを接続する。

なお、冷凍装置が室外機と室内機に分離されない構成の場合には、延長配管は無くても良く、この場合、家庭用冷蔵庫のように、１つの筐体に図５に示す構成要素が収容されていても良い。

本実施の形態において、制御部２１１および制御部２１２は、連係して制御装置２１０として圧縮機１、ファン７、膨張装置３および四方弁２０７の制御を行なう。制御部２１１、制御部２１２および制御装置２１０については、図２に示した制御部１１、制御部１２および制御装置１０と同様な構成とすることができる。

冷凍モードおよび第２除霜モードにおいては、四方弁２０７は、図５の実線に示すように管２２１と管２２２とを連通させ、管２２８と管２２９とを連通させるように設定される。その結果、冷凍モードおよび第２除霜モードにおいては、冷媒は、図５の矢印に示す向きに循環する。

図６は、実施の形態２の冷凍装置において第１除霜モードでの冷媒の流れを示す図である。図６を参照して、第１除霜モードにおいては、四方弁２０７は、図６の実線に示すように管２２１と管２２８とを連通させ、管２２２と管２２９とを連通させるように設定される。その結果、第１除霜モードにおいては、冷媒は、図６の矢印に示す向きに循環する。

すなわち、四方弁２０７は、第１除霜モードにおいて、冷媒回路の冷媒の循環方向を、正方向とは逆の圧縮機１、第２熱交換器４、膨張装置３、第１熱交換器２の順に循環する逆方向に変更するように構成される。

実施の形態２の冷凍装置では、冷凍モードにおいては、冷媒の循環方向が正方向となるように四方弁２０７が設定される。このとき第１熱交換器２は凝縮器として作動し第２熱交換器４は蒸発器として作動する。

一方、第１除霜モードにおいては、冷媒の循環方向が逆方向となるように四方弁２０７が設定される。このとき第１熱交換器２は蒸発器として作動し第２熱交換器４は凝縮器として作動するため、庫内の冷却は継続できず一時中断される。

これに対し、第２除霜モードにおいては、冷媒の循環方向が正方向となるように四方弁２０７が設定される。第１熱交換器２と膨張装置３との間に接続される管２４は、実施の形態２の冷凍装置２００でも、実施の形態１の冷凍装置１００と同様に、ドレンパン５と熱交換するように構成される。

そして、第２除霜モードにおけるファン７の回転速度は、冷凍モードにおけるファン７の回転速度よりも低く設定される。このため、管２４を流れる冷媒の温度が上昇し、ドレンパン５の加熱が促進される。

図７は、実施の形態２において制御装置が実行する制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、冷凍装置の運転中において、一定時間経過ごと、または予め決められた条件が成立するごとに繰返し実行される。図５、図７を参照して、ステップＳ１において、制御装置２１０は、第２熱交換器４（クーラ）の除霜が必要か否かを判断する。たとえば、一定時間ごとに除霜を行なう場合には、制御装置２１０は、前回のクーラの除霜から一定時間が経過したか否かでステップＳ１の判断を行なう。なお、ステップＳ１の判断は、冷媒温度またはクーラへの霜の付着状態を検出し、これらに基づいて行なっても良い。

第２熱交換器４（クーラ）の除霜が必要である場合（Ｓ１でＹＥＳ）、冷凍装置２００は第１除霜モードで運転される。具体的には、制御装置２１０は、ステップＳ２Ａにおいて四方弁２０７を図６に示すように設定し、冷媒が図６の矢印に示す逆方向に循環するようにする。その結果、圧縮機１からの高温のガス冷媒が第２熱交換器４に流れるので、第２熱交換器４に付着した霜が融解する。

一方、第２熱交換器４（クーラ）の除霜が必要でない場合（Ｓ１でＮＯ）、ステップＳ３において、制御装置２１０は、ドレンパン５の除霜が必要か否かを判断する。

ドレンパン５の除霜が必要である場合（Ｓ３でＹＥＳ）、冷凍装置２００は第２除霜モードで運転される。このとき制御装置２１０は、ステップＳ４においてドレンパン５の除霜処理を実行する。第２除霜モードでは、図５の矢印に示す方向に冷媒が流れる。第２除霜モードの詳細については、図４のフローチャートで説明したとおりであるので、ここでは説明は繰返さない。

一方、ドレンパン５の除霜が必要でない場合（Ｓ３でＮＯ）、制御装置２１０は、ステップＳ５において通常運転である冷凍モードでの運転を行なう。冷凍モードでは、図５の矢印に示す方向に冷媒が流れる。

以上説明したように、実施の形態２では、実施の形態１と同様に、第２熱交換器４（クーラ）とは別に、ドレンパン５のみ除霜する第２除霜モードを設ける。

すなわち、第１除霜モードでは第２熱交換器４（クーラ）は四方弁２０７によって冷媒の循環方向を逆方向とすることによって高温高圧のガス冷媒の熱で除霜される。第２除霜モードでは、冷媒の循環方向は正方向に戻され、ファン７の回転を落とすまたは止める、または圧縮機１の運転周波数を増加させることによって、ドレンパン５への冷媒温度を上昇させる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１圧縮機、２第１熱交換器、３膨張装置、４第２熱交換器、５ドレンパン、６ヒーター、７ファン、１０，２１０制御装置、１１，１２，２１１，２１２制御部、２１，２２，２４，２５，２６，２８，２２１，２２２，２２８，２２９管、２３，２７延長配管、３０温度センサ、４１，５１プロセッサ、４２，５２メモリ、４３，５３通信インターフェース、１００，２００冷凍装置、１０１，２０１室外機、１０２，２０２室内機、２０７四方弁。

圧縮機１、第１熱交換器２、ファン７および制御部２１１は、室外機２０１に配置される。四方弁２０７と延長配管２７とを接続する管２２８と、四方弁２０７と圧縮機１の吸入口とを接続する管２２９と、圧縮機１の吐出口と四方弁２０７とを接続する管２２１と、四方弁２０７と第１熱交換器２の冷媒入口とを接続する管２２２と、第１熱交換器２の冷媒出口に接続される管２２とがさらに室外機２０１に配置される。

Claims

冷媒が圧縮機、第１熱交換器、膨張装置、第２熱交換器の順に循環する冷媒回路と、
前記第２熱交換器の下方に配置されるドレンパンとを備え、
前記第２熱交換器を用いて冷却を行なう冷凍モードと、前記第２熱交換器を加熱する第１除霜モードと、前記ドレンパンを加熱する第２除霜モードとを動作モードとして有する、冷凍装置。
前記第２熱交換器を加熱するヒーターと、
前記第１熱交換器に送風するファンとをさらに備え、
前記第１熱交換器と前記膨張装置との間に接続される冷媒配管は、前記ドレンパンと熱交換するように構成され、
前記第１除霜モードにおいては、前記ヒーターが作動し、
前記第２除霜モードにおいては、前記ヒーターが非作動とされ、
前記第２除霜モードにおける前記ファンの回転速度は、前記冷凍モードにおける前記ファンの回転速度よりも低く設定される、請求項１に記載の冷凍装置。
前記冷媒回路の前記冷媒の循環方向を、正方向とは逆の前記圧縮機、前記第２熱交換器、前記膨張装置、前記第１熱交換器の順に循環する逆方向に変更する四方弁と、
前記第１熱交換器に送風するファンとをさらに備え、
前記第１熱交換器と前記膨張装置との間に接続される冷媒配管は、前記ドレンパンと熱交換するように構成され、
前記冷凍モードにおいては、前記循環方向が前記正方向となるように前記四方弁が設定され、
前記第１除霜モードにおいては、前記循環方向が前記逆方向となるように前記四方弁が設定され、
前記第２除霜モードにおいては、前記循環方向が前記正方向となるように前記四方弁が設定され、
前記第２除霜モードにおける前記ファンの回転速度は、前記冷凍モードにおける前記ファンの回転速度よりも低く設定される、請求項１に記載の冷凍装置。