WO2018011845A1 - 冷凍装置 - Google Patents

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WO2018011845A1
WO2018011845A1 PCT/JP2016/070387 JP2016070387W WO2018011845A1 WO 2018011845 A1 WO2018011845 A1 WO 2018011845A1 JP 2016070387 W JP2016070387 W JP 2016070387W WO 2018011845 A1 WO2018011845 A1 WO 2018011845A1
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WO
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refrigerant
evaporator
circuit
bypass
flow path
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Application number
PCT/JP2016/070387
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English (en)
French (fr)
Inventor
達也 ▲雑▼賀
雄明 岡部
英希 大野
智典 小島
昌彦 中川
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B47/00Arrangements for preventing or removing deposits or corrosion, not provided for in another subclass
    • F25B47/02Defrosting cycles

Definitions

  • the present invention relates to a refrigeration apparatus having a defrosting function using hot gas.
  • the refrigeration apparatus has a compressor, a condenser, a throttling device, and an evaporator, and a refrigerant circuit in which these devices are connected by refrigerant piping is provided.
  • frost adheres to the surface of the evaporator, and the efficiency of heat exchange between the air around the evaporator and the refrigerant supplied to the evaporator may be reduced.
  • a refrigerating apparatus in which a heater is attached to the evaporator in advance and frost attached to the evaporator is melted by the heat of the heater.
  • Defrosting using a heater is considered to be inefficient for defrosting the entire evaporator because the temperature locally rises too much.
  • hot gas defrosting is known in which a high-temperature refrigerant is passed through the evaporator to defrost the evaporator (see, for example, Patent Document 1).
  • a compressor, a condenser, a liquid reservoir, an expansion valve, and an evaporator are sequentially connected by a refrigerant pipe to constitute a main refrigerant circuit.
  • the refrigeration system is provided with a hot gas bypass circuit that connects the discharge pipe of the compressor and the inlet pipe of the evaporator, and at the branch point of the discharge pipe of the compressor, the hot gas bypass circuit, and the inlet pipe of the condenser.
  • a three-way proportional valve is provided.
  • a liquid line connecting the liquid reservoir and the expansion valve and a suction line on the suction side of the compressor are connected by an injection bypass circuit via an injection electromagnetic valve.
  • a high pressure sensor is provided in the discharge pipe of the compressor, and a low pressure sensor is provided in the suction pipe of the compressor.
  • Patent Document 1 when the refrigerant pressure value detected by the high pressure sensor or the low pressure sensor is lower than the lower set value during the defrosting operation, the refrigeration apparatus opens the injection solenoid valve and replenishes the suction line with the refrigerant.
  • the opening degree of the three-way proportional valve is adjusted, the condenser blower is operated, the discharged gas refrigerant is released to the condenser of the main refrigerant circuit, and the defrosting operation is in progress. It is disclosed that the amount of refrigerant in is adjusted.
  • the difference between the defrosting times on the inlet side and the outlet side of the evaporator becomes large, and if the defrosting is performed until the frost on the outlet side has melted, the entire defrosting time becomes longer.
  • the defrosting time is not enough, the frost will remain without melting.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a refrigeration apparatus that can efficiently defrost an evaporator.
  • the refrigeration apparatus includes a main refrigerant circuit in which a compressor, a condenser, a throttle device, and an evaporator are connected via a refrigerant pipe, and refrigerant discharged from the compressor to the throttle device of the evaporator.
  • a first bypass circuit that flows into the evaporator from one connected side and returns to the suction side of the compressor; and the other that connects the refrigerant discharged from the compressor to the compressor of the evaporator
  • a second bypass circuit that flows into the evaporator from the side and returns to the suction side of the compressor, and a bypass that switches the refrigerant flow path between the main refrigerant circuit, the first bypass circuit, and the second bypass circuit A switching unit; and a control unit that controls the bypass switching unit in accordance with an operating state to switch the flow path of the refrigerant.
  • the flow path switching device switches the flow path of the bypass circuit, so that the defrosting gas refrigerant can flow into the evaporator from either of the two inlets / outlets of the refrigerant in the evaporator. Therefore, the defrosting time can be shortened and the defrosting efficiency can be improved by supplying a gas refrigerant having a high heat quantity separately from the two entrances to the evaporator.
  • FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram illustrating a configuration example of a refrigeration apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the refrigeration apparatus 100 includes a compressor 1, a condenser 3, an expansion device 4, and an evaporator 5.
  • the compressor 1, the condenser 3, the expansion device 4, and the evaporator 5 that are annularly connected via the refrigerant pipe 70 constitute a main refrigerant circuit.
  • the refrigeration apparatus 100 performs a cooling operation for cooling the air-conditioning target space by circulating the refrigerant through the main refrigerant circuit.
  • frost may be generated on the surface of the evaporator 5. Therefore, the refrigeration apparatus 100 has a function of performing a defrosting operation in which hot gas, which is a high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 1, is supplied to the evaporator 5 to melt frost attached to the evaporator 5. Yes.
  • the refrigeration apparatus 100 includes a bypass circuit for guiding the gas refrigerant to the evaporator 5 during defrosting in addition to the main refrigerant circuit.
  • the bypass circuit includes a first bypass pipe 70A to a fourth bypass pipe 70D and a flow path switch 7.
  • the refrigeration apparatus 100 is provided with a circuit switching mechanism that switches the flow path of the refrigerant according to the operating state of the cooling operation and the defrosting operation.
  • the circuit switching units 16A and 16B shown in FIG. 1 are an example of a circuit switching mechanism.
  • the refrigerant pipe 70 is provided with a first bypass pipe 70 ⁇ / b> A that branches from between the discharge port of the compressor 1 and the condenser 3.
  • a bypass solenoid valve 8 is provided in the first bypass pipe 70A.
  • the main circuit solenoid valve 2 is provided between a point where the first bypass pipe 70 ⁇ / b> A branches from the refrigerant pipe 70 and the condenser 3.
  • the refrigerant pipe 70 is provided with a second bypass pipe 70B that branches from between the expansion device 4 and the evaporator 5.
  • the main circuit solenoid valve 6 is provided between the evaporator 5 and the suction port of the compressor 1.
  • a third bypass pipe 70C that branches from between the evaporator 5 and the main circuit solenoid valve 6 is provided.
  • the refrigerant pipe 70 is provided with a fourth bypass pipe 70 ⁇ / b> D that branches from between the main circuit electromagnetic valve 6 and the suction port of the compressor 1.
  • a bypass solenoid valve 9 is provided in the fourth bypass pipe 70D.
  • the flow path switch 7 is connected to the first bypass pipe 70A to the fourth bypass pipe 70D.
  • the main circuit solenoid valve 2 and the bypass solenoid valve 8 constitute a circuit switching unit 16A that switches the flow path of the refrigerant discharged from the compressor 1 between the main refrigerant circuit and the bypass circuit.
  • the suction side of the compressor 1 is connected to the evaporator 5 via the main refrigerant circuit.
  • the suction side of the compressor 1 is connected to the flow path switch 7 via the fourth bypass pipe 70D.
  • the main circuit solenoid valve 6 and the bypass solenoid valve 9 constitute a circuit switching unit 16B that switches the refrigerant flow path on the suction side of the compressor 1 between the main refrigerant circuit and the bypass circuit.
  • the refrigeration apparatus 100 is provided with a control unit 20 that controls devices such as solenoid valves when the refrigeration apparatus 100 performs a cooling operation and a defrosting operation.
  • a control unit 20 controls devices such as solenoid valves when the refrigeration apparatus 100 performs a cooling operation and a defrosting operation.
  • devices such as solenoid valves when the refrigeration apparatus 100 performs a cooling operation and a defrosting operation.
  • FIG. 1 the structure of each apparatus shown in FIG. 1 is demonstrated. Note that, based on the refrigerant flow during the cooling operation, in each device, the direction in which the refrigerant flows is referred to as an upstream side, and the direction in which the refrigerant flows out is referred to as a downstream side.
  • the compressor 1 compresses the refrigerant to be sucked and discharges the refrigerant in a high temperature and high pressure state. As shown in FIG. 1, the compressor 1 has a refrigerant discharge side connected to the main circuit solenoid valve 2 and the first bypass pipe 70A, and a refrigerant suction side connected to the main circuit solenoid valve 6 and the fourth bypass pipe 70D. Yes.
  • the condenser 3 exchanges heat between the air around the condenser 3 and the refrigerant supplied to the condenser 3 to condense and liquefy the refrigerant.
  • the condenser 3 is composed of, for example, a fin tube heat exchanger.
  • the condenser 3 has an upstream side connected to the main circuit solenoid valve 2 and a downstream side connected to the expansion device 4.
  • the condenser 3 is provided with a blower fan 13 for promoting heat exchange between the air and the refrigerant.
  • the expansion device 4 is a device for expanding the refrigerant.
  • an electronic expansion valve with a variable opening or a capillary tube is used for the expansion device 4.
  • the expansion device 4 is an electronic expansion valve.
  • the expansion device 4 has an upstream side connected to the condenser 3 and a downstream side connected to the evaporator 5.
  • the evaporator 5 performs heat exchange between the air around the evaporator 5 and the refrigerant supplied to the evaporator 5 to evaporate the refrigerant.
  • the evaporator 5 is comprised with a fin tube heat exchanger, for example.
  • the evaporator 5 has an upstream side connected to the expansion device 4 and a downstream side connected to the main circuit solenoid valve 6.
  • the evaporator 5 is provided with a blower fan 15 for promoting heat exchange between the air and the refrigerant.
  • the flow path switch 7 is a device that switches the flow path of the defrosting gas refrigerant discharged from the compressor 1.
  • the flow path switch 7 is, for example, a four-way valve. In the first embodiment, a case where the flow path switch 7 is a four-way valve will be described.
  • the upstream side of the flow path switching unit 7 is connected to the first bypass pipe 70A.
  • the flow path switch 7 connects the first bypass pipe 70A to the second bypass pipe 70B.
  • the flow path switching unit 7 connects the third bypass pipe 70C to the fourth bypass pipe 70D.
  • the flow path to which the first bypass pipe 70A and the second bypass pipe 70B are connected and the flow path to which the third bypass pipe 70C and the fourth bypass pipe 70D are connected are collectively referred to as a first bypass circuit 70X.
  • the flow path switch 7 connects the first bypass pipe 70A to the third bypass pipe 70C. Moreover, in order to return the gas refrigerant used for defrosting of the evaporator 5 to the suction side of the compressor 1, the flow path switching unit 7 connects the second bypass pipe 70B to the fourth bypass pipe 70D.
  • the flow path to which the first bypass pipe 70A and the third bypass pipe 70C are connected and the flow path to which the second bypass pipe 70B and the fourth bypass pipe 70D are connected are collectively referred to as a second bypass circuit 70Y.
  • the flow path switching unit 7 and the circuit switching units 16A and 16B constitute a bypass switching unit 17 that switches the refrigerant flow path between the main refrigerant circuit, the first bypass circuit 70X, and the second bypass circuit 70Y.
  • the main circuit solenoid valve 2 is installed between the discharge port of the compressor 1 and the condenser 3 in the refrigerant pipe 70 and closer to the condenser 3 than the branch point to the first bypass pipe 70A.
  • the main circuit solenoid valve 6 is installed downstream of the evaporator 5 in the refrigerant pipe 70 and between the branch point to the third bypass pipe 70C and the branch point to the fourth bypass pipe 70D. .
  • bypass solenoid valve 8 The bypass solenoid valve 8 is installed in the first bypass pipe 70A for flowing the gas refrigerant when the refrigeration apparatus 100 performs the defrosting operation.
  • bypass solenoid valve 9 The bypass solenoid valve 9 is installed in the fourth bypass pipe 70D for flowing the gas refrigerant when the refrigeration apparatus 100 performs the defrosting operation.
  • the first temperature sensor 11 is installed in the refrigerant pipe 70 near the outlet of the evaporator 5 where the refrigerant flows out of the evaporator 5 during the cooling operation of the refrigeration apparatus 100.
  • the first temperature sensor 11 is provided at the refrigerant inlet / outlet side of the evaporator 5 on the side connected to the compressor 1.
  • the second temperature sensor 10 is installed in the refrigerant pipe 70 near the inlet of the evaporator 5 where the refrigerant flows into the evaporator 5 during the cooling operation of the refrigeration apparatus 100.
  • the second temperature sensor 10 is provided at the refrigerant inlet / outlet side of the evaporator 5 on the side connected to the expansion device 4.
  • the first bypass pipe 70A to the fourth bypass pipe 70D are circuits through which a gas refrigerant that dissolves frost attached to the evaporator 5 flows. As described above, the first bypass pipe 70A to the fourth bypass pipe 70D are connected to the flow path switching unit 7. The flow path switching unit 7 switches the flow path, whereby the refrigerant flow path can be switched between the first bypass circuit 70X and the second bypass circuit 70Y.
  • FIG. 2 is a functional block diagram for explaining the control unit shown in FIG.
  • the control unit 20 includes a memory 21 that stores a program, and a CPU (Central Processing Unit) 22 that executes processing according to the program.
  • the control unit 20 is connected to the second temperature sensor 10 and the first temperature sensor 11 via signal lines.
  • a value of the temperature T10 detected by the second temperature sensor 10 is input to the control unit 20.
  • the value of the temperature T11 detected by the first temperature sensor 11 is input to the control unit 20.
  • the control unit 20 is connected to the compressor 1 and the blower fans 13 and 15 via signal lines.
  • the control unit 20 is connected to the flow path switch 7, the expansion device 4, the main circuit electromagnetic valves 2 and 6, and the bypass electromagnetic valves 8 and 9 through signal lines.
  • the memory 21 stores in advance a first threshold value TH1 that is a threshold value related to the temperature T11 and a second threshold value TH2 that is a threshold value related to the temperature T10 as determination criteria for the completion of defrosting in the evaporator 5. .
  • FIG. 3 is a functional block diagram showing a configuration example of the control unit shown in FIG.
  • the control unit 20 includes a refrigeration cycle control unit 31 that controls the refrigeration apparatus 100 during the cooling operation, and a circuit changing unit 32 and a flow path changing unit 33 that control the refrigeration apparatus 100 during the defrosting operation.
  • the refrigeration cycle control means 31, the circuit change means 32, and the flow path change means 33 are configured in the refrigeration apparatus 100.
  • the refrigeration cycle control means 31 When an instruction for cooling operation is input, the refrigeration cycle control means 31 starts the compressor 1 and the blower fans 13 and 15 with the bypass solenoid valves 8 and 9 closed and the main circuit solenoid valves 2 and 6 open. To do.
  • the refrigeration cycle control means 31 controls the opening degree of the expansion device 4 and the operating frequencies of the compressor 1 and the blower fans 13 and 15.
  • the refrigeration cycle control unit 31 instructs the circuit changing unit 32 to perform the defrosting operation. For example, when the difference between the temperature T11 and the set evaporation temperature becomes larger than a predetermined value, the refrigeration cycle control means 31 determines that the evaporator 5 needs to be defrosted.
  • the refrigeration cycle control unit 31 resumes the control of the cooling operation when receiving the notification that the defrosting is completed from the flow path changing unit 33.
  • the circuit changing means 32 controls the flow path switching unit 7 and the circuit switching units 16 ⁇ / b> A and 16 ⁇ / b> B to change the flow path of the refrigerant discharged from the compressor 1.
  • the main refrigerant circuit is switched to the first bypass circuit 70X.
  • the circuit changing means 32 closes the main circuit solenoid valves 2 and 6, opens the bypass solenoid valves 8 and 9, and causes the refrigerant discharged from the compressor 1 to flow into the first bypass pipe 70 ⁇ / b> A.
  • the circuit changing unit 32 controls the flow path switch 7 to connect the first bypass pipe 70A to the second bypass pipe 70B and connect the third bypass pipe 70C to the fourth bypass pipe 70D.
  • the circuit changing unit 32 notifies the flow path changing unit 33 that the defrosting operation has started.
  • the flow path changing unit 33 monitors the value detected by the first temperature sensor 11. Then, when the temperature T11 detected by the first temperature sensor 11 is equal to or higher than the first threshold value TH1, the flow path changing unit 33 controls the flow path switch 7 to change the flow path of the refrigerant discharged from the compressor 1.
  • the first bypass circuit 70X is switched to the second bypass circuit 70Y. Specifically, the flow path changing unit 33 controls the flow path switch 7 to connect the first bypass pipe 70A to the third bypass pipe 70C and connect the second bypass pipe 70B to the fourth bypass pipe 70D. To do.
  • the flow path changing means 33 monitors the value detected by the second temperature sensor 10 after switching the flow path of the refrigerant from the first bypass circuit 70X to the second bypass circuit 70Y. Then, when the temperature T10 detected by the second temperature sensor 10 is equal to or higher than the second threshold value TH2, the flow path changing unit 33 controls the circuit switching units 16A and 16B to flow the refrigerant discharged from the compressor 1. Is switched from the second bypass circuit 70Y to the main refrigerant circuit. Specifically, the flow path changing means 33 opens the main circuit solenoid valves 2 and 6 and closes the bypass solenoid valves 8 and 9. Further, the flow path changing means 33 notifies the refrigeration cycle control means 31 that the defrosting is completed after switching the flow path of the refrigerant from the second bypass circuit 70Y to the main refrigerant circuit.
  • the gas refrigerant compressed and discharged by the compressor 1 flows into the condenser 3.
  • the gas refrigerant that has flowed into the condenser 3 is condensed by exchanging heat with the air supplied from the blower fan 13, liquefied, and flows out of the condenser 3.
  • the liquid refrigerant that has flowed out of the condenser 3 flows into the expansion device 4 and is expanded and depressurized by the expansion device 4.
  • the decompressed refrigerant flows into the evaporator 5, evaporates by exchanging heat with the air supplied from the blower fan 15, vaporizes, and flows out of the evaporator 5.
  • the gas refrigerant that has flowed out of the evaporator 5 is sucked into the compressor 1.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an operation procedure during the defrosting operation in the refrigeration apparatus shown in FIG.
  • the refrigeration apparatus 100 is performing a cooling operation.
  • the main circuit solenoid valve 2 and the main circuit solenoid valve 6 are in an open state
  • the bypass solenoid valve 8 and the bypass solenoid valve 9 are in a closed state.
  • the first bypass circuit 70X is set as a bypass circuit.
  • the controller 20 determines that the defrosting of the evaporator 5 is necessary, the controller 20 controls the flow path switching unit 7 and the circuit switching units 16A and 16B at the start of the defrosting, and the flow path of the gas refrigerant discharged from the compressor 1 Is switched from the main refrigerant circuit to the first bypass circuit 70X (step S1). Specifically, the control unit 20 closes the main circuit solenoid valve 2 and the main circuit solenoid valve 6 and opens the bypass solenoid valve 8 and the bypass solenoid valve 9. Further, the control unit 20 controls the flow path switch 7 to connect the first bypass pipe 70A and the second bypass pipe 70B, and to connect the third bypass pipe 70C and the fourth bypass pipe 70D. Below, the mode which defrosts the evaporator 5 using the 1st bypass circuit 70X is called 1st defrost mode.
  • the control unit 20 monitors the value detected by the first temperature sensor 11 when the defrosting operation is started. And the control part 20 determines whether temperature T11 which the 1st temperature sensor 11 detects is more than 1st threshold value TH1 (step S2). When the temperature T11 becomes equal to or higher than the first threshold value TH1, the control unit 20 controls the flow path switch 7 to change the flow path of the gas refrigerant discharged from the compressor 1 from the first bypass circuit 70X to the second bypass circuit 70Y. (Step S3). Specifically, the control unit 20 controls the flow path switch 7 to connect the first bypass pipe 70A to the third bypass pipe 70C and connect the second bypass pipe 70B to the fourth bypass pipe 70D.
  • a mode in which the evaporator 5 is defrosted using the second bypass circuit 70Y is referred to as a second defrost mode.
  • the control unit 20 monitors the value detected by the second temperature sensor 10 after switching the flow path of the gas refrigerant from the first bypass circuit 70X to the second bypass circuit 70Y. And the control part 20 determines whether temperature T10 which the 2nd temperature sensor 10 detects is more than 2nd threshold value TH2 (step S4). When the temperature T10 becomes equal to or higher than the second threshold value TH2, the control unit 20 determines that the defrosting of the evaporator 5 has been completed.
  • the control unit 20 controls the circuit switching units 16A and 16B to switch the flow path of the gas refrigerant discharged from the compressor 1 from the second bypass circuit 70Y to the main refrigerant circuit (Step S5). Specifically, the control unit 20 opens the main circuit solenoid valves 2 and 6 and closes the bypass solenoid valves 8 and 9.
  • the broken-line arrows shown in FIG. 1 indicate the refrigerant flow in the first defrosting mode, and the alternate long and short dash line arrows shown in FIG. 1 indicate the refrigerant flow in the second defrosting mode.
  • the broken-line arrows shown in FIG. 1 indicate the flow of the refrigerant during the defrosting operation in which the gas refrigerant flows into the evaporator 5 from the position corresponding to the refrigerant inlet to the evaporator 5 during the cooling operation of the refrigeration apparatus 100. Indicates.
  • the flow of the refrigerant in the first defrosting mode during the defrosting operation will be described.
  • the gas refrigerant compressed and discharged by the compressor 1 flows into the first bypass pipe 70A.
  • the gas refrigerant that has flowed into the first bypass pipe 70A flows into the evaporator 5 via the flow path switch 7 and the second bypass pipe 70B.
  • the gas refrigerant that has flowed into the evaporator 5 melts frost adhering to the evaporator 5.
  • the refrigerant that has flowed out of the evaporator 5 flows into the third bypass pipe 70C, and is sucked into the compressor 1 through the flow path switch 7 and the fourth bypass pipe 70D.
  • the gas refrigerant compressed and discharged by the compressor 1 flows into the first bypass pipe 70A as in the first defrosting mode. Thereafter, the gas refrigerant that has flowed into the first bypass pipe 70A flows into the evaporator 5 via the flow path switch 7 and the third bypass pipe 70C. The gas refrigerant that has flowed into the evaporator 5 melts frost adhering to the evaporator 5. The refrigerant that has flowed out of the evaporator 5 flows into the second bypass pipe 70B, and is sucked into the compressor 1 via the flow path switch 7 and the fourth bypass pipe 70D.
  • the flow of the refrigerant flowing into the evaporator 5 is reversed by switching the flow path by the flow path switching unit 7.
  • the flow path switching unit 7 is the same in either mode until the gas refrigerant flows into the flow path switching unit 7 via the first bypass pipe 70A, but in the second defrosting mode,
  • the gas refrigerant that has flowed into the flow path switching unit 7 flows into the evaporator 5 through the third bypass pipe 70C.
  • the refrigerant flowing out of the evaporator 5 flows into the second bypass pipe 70B, and is sucked into the compressor 1 through the flow path switch 7 and the fourth bypass pipe 70D.
  • FIG. 5 is a refrigerant circuit diagram showing a comparative refrigeration apparatus for the refrigeration apparatus of Embodiment 1 of the present invention.
  • the refrigeration apparatus shown in FIG. 5 includes a compressor 1, a condenser 3, an expansion device 4, and an evaporator 5.
  • the compressor 1, the condenser 3, the expansion device 4, and the evaporator 5 that are annularly connected via the refrigerant pipe 170 constitute a main refrigerant circuit.
  • the condenser 3 is provided with a blower fan 13, and the evaporator 5 is provided with a blower fan 15.
  • the solid arrows shown in FIG. 5 indicate the refrigerant flow during the cooling operation.
  • the main circuit solenoid valve 2 is provided between the compressor 1 and the condenser 3 in the refrigerant pipe 170.
  • a bypass pipe 171 for hot gas defrost is provided to be branched from the refrigerant pipe 170 on the discharge side of the compressor 1.
  • one connection port is connected to the refrigerant pipe 170 between the compressor 1 and the main circuit solenoid valve 2, and the other connection port is connected to the expansion device 4 and the evaporator 5.
  • the refrigerant pipe 170 is connected between the two.
  • the broken-line arrows shown in FIG. 5 indicate the refrigerant flow during the defrosting operation.
  • the main circuit solenoid valve 2 is in a closed state.
  • the refrigeration apparatus shown in FIG. 5 is not provided with the flow path switch 7 and the first bypass pipe 70A to the fourth bypass pipe 70D shown in FIG. Therefore, in the refrigeration apparatus shown in FIG. 5, the first bypass pipe 70A to the fourth bypass pipe 70D are not switched by the flow path switching unit 7, and the gas refrigerant discharged from the compressor 1 is evaporated through the bypass pipe 171. Flows into 5.
  • the gas refrigerant that has flowed into the evaporator 5 dissolves frost adhering to the evaporator 5.
  • the refrigerant flowing out of the evaporator 5 is sucked into the compressor 1.
  • the gas refrigerant that has flowed into the evaporator 5 melts the attached frost in order from a location that flows away from the location that flows into the evaporator 5.
  • the frost around the inlet to the evaporator 5 and the frost adhering to the vicinity of the outlet is melted when it flows to the outlet of the evaporator 5.
  • the refrigerant hardly melts frost around the outlet of the evaporator 5.
  • the process waits until the defrosting range gradually spreads from the periphery of the inlet of the evaporator 5 until the frost attached to the evaporator 5 is completely melted. It is necessary and takes time. In addition, even after the frost around the inlet of the evaporator 5 has not melted, the defrosting is completed, and the gas refrigerant flows to a place where defrosting is necessary via a circuit that does not form frost. The amount of heat radiated from the gas refrigerant while passing through a circuit that is not used is wasted.
  • the circuit can be switched between a circuit that allows the gas refrigerant to flow into the evaporator 5 from one inlet / outlet and a circuit that allows the gas refrigerant to flow into the evaporator 5 from the other inlet / outlet.
  • the gas refrigerant flows from the refrigerant inlet side to the evaporator 5 in the same manner as the refrigerant flow during the cooling operation, and the frost adhered to the vicinity of the inlet side of the evaporator 5.
  • the frost around the inlet side of the evaporator 5 melts, the amount of heat taken away by the gas refrigerant decreases, and the temperature of the gas refrigerant flowing out of the evaporator 5 rises.
  • the control unit 20 adheres to the vicinity of the inlet side of the evaporator 5. It is determined that the frost has melted, and the flow path switch 7 is controlled to switch the flow path.
  • the control unit 20 ends the defrosting operation.
  • the flow path switching unit 7 switches the flow path of the bypass circuit, so that the gas refrigerant flows from either the inlet side or the outlet side of the evaporator 5 from the evaporator 5 side. Can be allowed to flow into. For this reason, in the evaporator 5, it is possible to efficiently defrost frost that usually remains much dissolved on the side opposite to the side on which the gas refrigerant flows. Further, by passing a gas refrigerant having a high amount of heat on the side where more frost remains without passing the gas refrigerant through a circuit in which frost has already melted, the amount of heat radiated wastefully can be reduced.
  • the first bypass circuit 70 ⁇ / b> X is set as the initial state, but the second bypass circuit 70 ⁇ / b> Y may be set.
  • defrosting may be performed first using the second bypass circuit 70Y, and then defrosting may be performed using the first bypass circuit 70X.
  • the refrigerating apparatus of the first embodiment includes a main refrigerant circuit including a compressor 1, a condenser 3, a throttle device 4 and an evaporator 5, and a refrigerant from the side where the evaporator 5 is connected to the throttle device 4.
  • the first bypass circuit 70X that flows into the compressor 1 and returns to the suction side of the compressor 1 and the refrigerant that flows into the evaporator 5 from the side where the evaporator 5 is connected to the compressor 1 and returns to the suction side of the compressor 1 2 bypass circuit 70Y, bypass switching unit 17 for switching the refrigerant flow path between the main refrigerant circuit, first bypass circuit 70X and second bypass circuit 70Y, and control unit 20 for switching the refrigerant flow path according to the operating state It has.
  • the flow path switch 7 switches the flow path of the bypass circuit, so that the gas refrigerant for defrosting from either of the two inlets / outlets of the refrigerant in the evaporator 5 is removed from the evaporator 5. Can be allowed to flow into. Therefore, gas refrigerant having a high heat quantity can be separately supplied to the evaporator 5 from the two inlets and outlets of the evaporator 5. As a result, the defrosting time can be shortened as compared with the case where the gas refrigerant flows into the evaporator only from one of the entrances. The reason is as follows.
  • the gas refrigerant When the gas refrigerant is allowed to flow into the evaporator from only one inlet / outlet, it takes time for the defrost range to expand from the gas refrigerant inlet to the outlet, and the defrosting time on the inlet side and the outlet side The difference from the defrosting time will be longer. After the gas refrigerant flows into the evaporator 5 from one inlet / outlet, the difference between the defrosting times can be shortened by flowing the gas refrigerant into the evaporator 5 from the other inlet / outlet. In this Embodiment 1, a defrosting efficiency can be improved compared with the case where a gas refrigerant is made to flow in an evaporator only from one entrance / exit.
  • frost when the gas refrigerant is allowed to flow into the evaporator 5 from only one of the inlets and outlets, there is a risk that the frost will remain undissolved around the inlet and outlet on the side where the gas refrigerant flows out.
  • frost By supplying the held gas refrigerant to the evaporator 5, frost can be prevented from remaining undissolved at any of the entrances and exits.
  • the frost on one side of the inlet / outlet is melted, the amount of heat radiated wastefully by flowing a gas refrigerant having a high heat quantity on the other side of the inlet / outlet where more frost remains. Can be reduced.
  • the control unit 20 switches the refrigerant flow path from the main refrigerant circuit to the first bypass circuit 70X during defrosting of the evaporator 5, and the refrigerant flow path through the first bypass.
  • the periphery of the refrigerant inlet / outlet on the side connected to the compressor 1 is defrosted after the periphery of the refrigerant inlet / outlet on the side connected to the expansion device 4 is defrosted. Can be defrosted.
  • the first temperature sensor 11 is provided on one side of the evaporator 5
  • the second temperature sensor 10 is provided on the other side of the evaporator 5
  • the flow path changing means 33 is the first temperature sensor.
  • the flow path changing means 33 monitors the temperature of the refrigerant on the side where the gas refrigerant flows out of the evaporator 5, thereby determining whether or not the frost around the side where the gas refrigerant flows into the evaporator 5 has melted. Can be determined more accurately.
  • the bypass switching unit 17 includes circuit switching units 16A and 16B that switch the refrigerant flow path between the main refrigerant circuit and the first bypass circuit 70X or the second bypass circuit 70Y, and the first bypass circuit.
  • the switching of the refrigerant flow path can be controlled separately between the main refrigerant circuit and the bypass circuit and between the first bypass circuit 70X and the second bypass circuit 70Y.

Abstract

本発明の冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、絞り装置および蒸発器が冷媒配管を介して接続された主冷媒回路と、圧縮機から吐出される冷媒を蒸発器の絞り装置に接続されている一方側から蒸発器に流入させて圧縮機の吸入側に戻す第1バイパス回路と、圧縮機から吐出される冷媒を蒸発器の圧縮機に接続されている他方側から蒸発器に流入させて圧縮機の吸入側に戻す第2バイパス回路と、主冷媒回路、第1バイパス回路および第2バイパス回路の間で冷媒の流路を切り替えるバイパス切替ユニットと、運転状態に応じてバイパス切替ユニットを制御して冷媒の流路を切り替える制御部と、を有するものである。

Description

冷凍装置
 本発明は、ホットガスを用いた除霜機能を備えた冷凍装置に関する。
 冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、絞り装置および蒸発器を有し、これらの機器が冷媒配管で接続された冷媒回路が設けられている。冷凍装置が長時間運転すると、蒸発器の表面に霜が付着し、蒸発器の周囲の空気と蒸発器に供給される冷媒との熱交換の効率が低減してしまうことがある。その対策として、蒸発器にヒータが予め付設され、ヒータの熱によって蒸発器に付着した霜を溶かす冷凍装置がある。ヒータを用いた除霜は、局所的に温度が上がり過ぎるため、蒸発器全体の除霜を行うには非効率的と考えられている。効率的に蒸発器を除霜する手段の一つとして、高温の冷媒を蒸発器に流して蒸発器を除霜するホットガス除霜が知られている(例えば、特許文献1参照)。
 特許文献1に開示された冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、液溜、膨張弁および蒸発器を冷媒配管で順に接続して主冷媒回路を構成している。また、冷凍装置には、圧縮機の吐出管と蒸発器の入口配管とを接続するホットガスバイパス回路が設けられ、圧縮機の吐出管、ホットガスバイパス回路および凝縮器の入口配管の分岐点に三方比例弁が設けられている。さらに、液溜および膨張弁を接続する液ラインと圧縮機の吸入側の吸入ラインとが、インジェクション電磁弁を介してインジェクションバイパス回路で接続されている。圧縮機の吐出管に高圧センサが設けられ、圧縮機の吸入管に低圧センサが設けられている。
 特許文献1には、冷凍装置は、除霜運転中に、高圧センサまたは低圧センサにて検出される冷媒圧力値が下方設定値よりも低いとき、インジェクション電磁弁を開いて吸入ラインに冷媒を補充し、一方、冷媒圧力値が上方設定値よりも高くなると三方比例弁の開度を調節して、凝縮器用送風機を運転し、吐出ガス冷媒を主冷媒回路の凝縮器に逃がし、除霜運転中における冷媒量を調整することが開示されている。
特開平6-347143号公報
 従来、冷凍機とユニットクーラの組み合わせで使用される冷凍装置は、室外機と室内機の組み合わせが多岐にわたる。そのため、このような冷凍装置のホットガス除霜では、逆サイクル運転ではなく、特許文献1に開示されているように、ホットガスの流路を圧縮機の吐出配管から蒸発器入口にバイパスさせて、高温の冷媒を蒸発器に流し込むことが行われている。しかし、特許文献1に開示された除霜方法では、蒸発器の霜が溶けきるまでにかかる時間が長くなる。以下に、理由を説明する。
 蒸発器の冷媒の入口側には熱量の大きいホットガスが入るので、すぐに除霜が開始されるが、蒸発器の冷媒の出口側へ向かうにつれて熱量が奪われたホットガスが流れるため、出口側に近いほどホットガスは霜を溶かすための熱量が足りない。そのため、熱量の大きいホットガスが蒸発器の出口側に到達して霜を溶かすためには、蒸発器の入口側に付着している霜が溶けるのを待つ必要がある。その結果、蒸発器の入口側と出口側のそれぞれの除霜時間の差が大きくなり、出口側の霜が溶けきるまで除霜を行うと、全体の除霜時間が長くなってしまう。除霜開始から終了までを時間で管理する場合、除霜時間が足りないと、霜が溶けずに残ってしまうことになる。
 本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、蒸発器の除霜を効率よく行うことができる冷凍装置を提供するものである。
 本発明に係る冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、絞り装置および蒸発器が冷媒配管を介して接続された主冷媒回路と、前記圧縮機から吐出される冷媒を前記蒸発器の前記絞り装置に接続されている一方側から該蒸発器に流入させて前記圧縮機の吸入側に戻す第1バイパス回路と、前記圧縮機から吐出される冷媒を前記蒸発器の該圧縮機に接続されている他方側から該蒸発器に流入させて前記圧縮機の吸入側に戻す第2バイパス回路と、前記主冷媒回路、前記第1バイパス回路および前記第2バイパス回路の間で前記冷媒の流路を切り替えるバイパス切替ユニットと、運転状態に応じて前記バイパス切替ユニットを制御して前記冷媒の流路を切り替える制御部と、を有するものである。
 本発明は、流路切替器がバイパス回路の流路を切り替えることで、蒸発器における冷媒の2つの出入口のうち、どちらの出入口からも除霜用のガス冷媒を蒸発器に流入させることができるので、2つの出入口から別々に高い熱量を持ったガス冷媒を蒸発器に供給することで、除霜時間を短縮し、除霜効率を向上させることができる。
本発明の実施の形態1における冷凍装置の一構成例を示す冷媒回路図である。 図1に示した制御部を説明するための機能ブロック図である。 図1に示した制御部の一構成例を示す機能ブロック図である。 図1に示した冷凍装置における除霜運転時の動作手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態1の冷凍装置に対する比較例の冷凍装置を示す冷媒回路図である。
実施の形態1.
 本実施の形態1の冷凍装置の構成を説明する。図1は、本発明の実施の形態1における冷凍装置の一構成例を示す冷媒回路図である。冷凍装置100は、圧縮機1、凝縮器3、絞り装置4および蒸発器5を有する。冷媒配管70を介して環状に接続された圧縮機1、凝縮器3、絞り装置4および蒸発器5は主冷媒回路を構成する。
 冷凍装置100は、冷媒を主冷媒回路に循環させることで、空調対象空間を冷却する冷却運転を行う。冷凍装置100は、冷却運転を長時間連続して行うと、蒸発器5の表面に霜が発生してしまうことがある。そのため、冷凍装置100は、圧縮機1から吐出される高温、高圧のガス冷媒であるホットガスを蒸発器5に供給して蒸発器5に付着した霜を溶かす除霜運転を行う機能を備えている。
 冷凍装置100は、上記の主冷媒回路の他に、除霜時にガス冷媒を蒸発器5に導くためのバイパス回路を備えている。バイパス回路は、第1バイパス配管70A~第4バイパス配管70Dと、流路切替器7とを有する。また、冷凍装置100には、冷却運転および除霜運転の運転状態に応じて、冷媒の流路を切り替える回路切替機構が設けられている。図1に示す回路切替部16A、16Bが回路切替機構の一例である。
 図1に示すように、冷媒配管70において、圧縮機1の吐出口と凝縮器3との間から分岐する第1バイパス配管70Aが設けられている。第1バイパス配管70Aには、バイパス電磁弁8が設けられている。冷媒配管70において、第1バイパス配管70Aが冷媒配管70から分岐する点と凝縮器3との間に主回路電磁弁2が設けられている。
 冷媒配管70において、絞り装置4と蒸発器5との間から分岐する第2バイパス配管70Bが設けられている。冷媒配管70において、蒸発器5と圧縮機1の吸入口との間に主回路電磁弁6が設けられている。
 冷媒配管70において、蒸発器5と主回路電磁弁6との間から分岐する第3バイパス配管70Cが設けられている。また、冷媒配管70において、主回路電磁弁6と圧縮機1の吸入口との間から分岐する第4バイパス配管70Dが設けられている。第4バイパス配管70Dには、バイパス電磁弁9が設けられている。流路切替器7は第1バイパス配管70A~第4バイパス配管70Dと接続されている。
 主回路電磁弁2が開状態であり、バイパス電磁弁8が閉状態であるとき、圧縮機1から吐出される冷媒は主冷媒回路を介して凝縮器3に流入する。その反対に、主回路電磁弁2が閉状態であり、バイパス電磁弁8が開状態であるとき、圧縮機1から吐出される冷媒は第1バイパス配管70Aを介して流路切替器7に流入する。主回路電磁弁2およびバイパス電磁弁8は、圧縮機1から吐出される冷媒の流路を主冷媒回路およびバイパス回路間で切り替える回路切替部16Aを構成する。
 主回路電磁弁6が開状態であり、バイパス電磁弁9が閉状態であるとき、圧縮機1の吸入側が主冷媒回路を介して蒸発器5と接続される。その反対に、主回路電磁弁6が閉状態であり、バイパス電磁弁9が開状態であるとき、圧縮機1の吸入側が第4バイパス配管70Dを介して流路切替器7と接続される。主回路電磁弁6およびバイパス電磁弁9は、圧縮機1の吸入側の冷媒の流路を主冷媒回路とバイパス回路間で切り替える回路切替部16Bを構成する。
 冷凍装置100には、冷凍装置100が冷却運転および除霜運転を行う際、電磁弁等の機器を制御する制御部20が設けられている。以下に、図1に示す各機器の構成を説明する。なお、冷却運転時の冷媒の流れを基準として、各機器において、冷媒が流入する方を上流側とし、冷媒が流出する方を下流側と称する。
[圧縮機1]
 圧縮機1は、吸入する冷媒を圧縮し、冷媒を高温、高圧の状態にして吐出する。図1に示すように、圧縮機1は、冷媒の吐出側が主回路電磁弁2および第1バイパス配管70Aに接続され、冷媒の吸入側が主回路電磁弁6および第4バイパス配管70Dに接続されている。
[凝縮器3]
 凝縮器3は、凝縮器3の周囲の空気と凝縮器3に供給される冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を凝縮液化させる。凝縮器3は、例えば、フィンチューブ熱交換器で構成される。凝縮器3は、上流側が主回路電磁弁2に接続され、下流側が絞り装置4に接続されている。凝縮器3には、空気と冷媒との熱交換を促進するための送風ファン13が付設されている。
[絞り装置4]
 絞り装置4は、冷媒を膨張させるための装置である。絞り装置4には、例えば、開度が可変である電子膨張弁、またはキャピラリーチューブなどが用いられる。本実施の形態1では、絞り装置4は電子膨張弁であるものとする。絞り装置4は、上流側が凝縮器3に接続され、下流側が蒸発器5に接続されている。
[蒸発器5]
 蒸発器5は、蒸発器5の周囲の空気と蒸発器5に供給される冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を蒸発させる。蒸発器5は、例えば、フィンチューブ熱交換器で構成される。蒸発器5は、上流側が絞り装置4に接続され、下流側が主回路電磁弁6に接続されている。蒸発器5には、空気と冷媒との熱交換を促進するための送風ファン15が付設されている。
[流路切替器7]
 流路切替器7は、圧縮機1から吐出される、除霜用のガス冷媒の流路を切り替える機器である。流路切替器7は、例えば、四方弁である。本実施の形態1では、流路切替器7が四方弁の場合で説明する。流路切替器7の上流側は第1バイパス配管70Aに接続されている。ガス冷媒を蒸発器5の上流側から蒸発器5に流入する場合、流路切替器7は、第1バイパス配管70Aを第2バイパス配管70Bに接続する。また、蒸発器5の除霜に使用されたガス冷媒を圧縮機1の吸入側に戻すために、流路切替器7は、第3バイパス配管70Cを第4バイパス配管70Dに接続する。第1バイパス配管70Aおよび第2バイパス配管70Bが接続される流路と、第3バイパス配管70Cおよび第4バイパス配管70Dが接続される流路とを併せて、第1バイパス回路70Xと称する。
 一方、除霜用のガス冷媒を蒸発器5の下流側から蒸発器5に流入する場合、流路切替器7は、第1バイパス配管70Aを第3バイパス配管70Cに接続する。また、蒸発器5の除霜に使用されたガス冷媒を圧縮機1の吸入側に戻すために、流路切替器7は、第2バイパス配管70Bを第4バイパス配管70Dに接続する。第1バイパス配管70Aおよび第3バイパス配管70Cが接続される流路と、第2バイパス配管70Bおよび第4バイパス配管70Dが接続される流路とを併せて、第2バイパス回路70Yと称する。流路切替器7および回路切替部16A、16Bは、主冷媒回路、第1バイパス回路70Xおよび第2バイパス回路70Yとの間で冷媒の流路を切り替えるバイパス切替ユニット17を構成する。
[主回路電磁弁2]
 主回路電磁弁2は、冷媒配管70において、圧縮機1の吐出口と凝縮器3との間であって、第1バイパス配管70Aへの分岐点よりも凝縮器3側に設置されている。
[主回路電磁弁6]
 主回路電磁弁6は、冷媒配管70において、蒸発器5の下流側であって、第3バイパス配管70Cへの分岐点と、第4バイパス配管70Dへの分岐点との間に設置されている。
[バイパス電磁弁8]
 バイパス電磁弁8は、冷凍装置100が除霜運転を行うときにガス冷媒を流すための第1バイパス配管70Aに設置されている。
[バイパス電磁弁9]
 バイパス電磁弁9は、冷凍装置100が除霜運転を行うときにガス冷媒を流すための第4バイパス配管70Dに設置されている。
[第1温度センサ11]
 第1温度センサ11は、冷媒配管70において、冷凍装置100の冷却運転時に蒸発器5から冷媒が流出する、蒸発器5の出口付近に設置されている。第1温度センサ11は、蒸発器5において、圧縮機1と接続される側の冷媒の出入口に設けられている。
[第2温度センサ10]
 第2温度センサ10は、冷媒配管70において、冷凍装置100の冷却運転時に蒸発器5に冷媒が流入する、蒸発器5の入口付近に設置されている。第2温度センサ10は、蒸発器5において、絞り装置4と接続される側の冷媒の出入口に設けられている。
[第1バイパス配管70A~第4バイパス配管70D]
 第1バイパス配管70A~第4バイパス配管70Dは蒸発器5に付着した霜を溶かすガス冷媒を流す回路である。上述したように、第1バイパス配管70A~第4バイパス配管70Dは流路切替器7と接続されている。流路切替器7が流路を切り替えることで、冷媒の流路を、第1バイパス回路70Xと第2バイパス回路70Yとの間で切り替えることができる。
[制御部20]
 図2は、図1に示した制御部を説明するための機能ブロック図である。図2に示すように、制御部20は、プログラムを記憶するメモリ21と、プログラムにしたがって処理を実行するCPU(Central Processing Unit)22とを有する。制御部20は、第2温度センサ10および第1温度センサ11と信号線を介して接続されている。第2温度センサ10が検知する温度T10の値が制御部20に入力される。第1温度センサ11が検知する温度T11の値が制御部20に入力される。制御部20は、圧縮機1および送風ファン13、15と信号線を介して接続されている。制御部20は、流路切替器7、絞り装置4、主回路電磁弁2、6およびバイパス電磁弁8、9と信号線を介して接続されている。メモリ21には、蒸発器5における除霜終了の判定基準として、温度T11に関連する閾値である第1閾値TH1と、温度T10に関連する閾値である第2閾値TH2とが予め格納されている。
 図3は、図1に示した制御部の一構成例を示す機能ブロック図である。図3に示すように、制御部20は、冷却運転時に冷凍装置100を制御する冷凍サイクル制御手段31と、除霜運転時に冷凍装置100を制御する回路変更手段32および流路変更手段33とを有する。図2に示したCPU22がプログラムを実行することで、冷凍サイクル制御手段31、回路変更手段32および流路変更手段33が冷凍装置100に構成される。
 冷凍サイクル制御手段31は、冷却運転の指示が入力されると、バイパス電磁弁8、9が閉状態、主回路電磁弁2、6が開状態で、圧縮機1および送風ファン13、15を起動する。冷凍サイクル制御手段31は、絞り装置4の開度と、圧縮機1および送風ファン13、15の運転周波数とを制御する。冷凍サイクル制御手段31は、蒸発器5の除霜が必要と判断すると、除霜運転を回路変更手段32に指示する。例えば、温度T11と設定蒸発温度との差が予め決められた値よりも大きくなった場合、冷凍サイクル制御手段31は、蒸発器5の除霜が必要と判断する。冷凍サイクル制御手段31は、除霜が終了した旨の通知を流路変更手段33から受けると、冷却運転の制御を再開する。
 回路変更手段32は、除霜運転の指示を冷凍サイクル制御手段31から受けると、流路切替器7および回路切替部16A、16Bを制御して、圧縮機1から吐出される冷媒の流路を主冷媒回路から第1バイパス回路70Xに切り替える。具体的には、回路変更手段32は、主回路電磁弁2、6を閉め、バイパス電磁弁8、9を開け、圧縮機1から吐出される冷媒を第1バイパス配管70Aに流入させる。回路変更手段32は、流路切替器7を制御して、第1バイパス配管70Aを第2バイパス配管70Bに接続し、第3バイパス配管70Cを第4バイパス配管70Dに接続する。回路変更手段32は、除霜運転を開始したことを流路変更手段33に通知する。
 流路変更手段33は、除霜運転開始が回路変更手段32から通知されると、第1温度センサ11が検知する値を監視する。そして、流路変更手段33は、第1温度センサ11が検知する温度T11が第1閾値TH1以上になると、流路切替器7を制御して、圧縮機1から吐出される冷媒の流路を第1バイパス回路70Xから第2バイパス回路70Yに切り替える。具体的には、流路変更手段33は、流路切替器7を制御して、第1バイパス配管70Aを第3バイパス配管70Cに接続し、第2バイパス配管70Bを第4バイパス配管70Dに接続する。
 流路変更手段33は、冷媒の流路を第1バイパス回路70Xから第2バイパス回路70Yに切り替えた後、第2温度センサ10が検知する値を監視する。そして、流路変更手段33は、第2温度センサ10が検知する温度T10が第2閾値TH2以上になると、回路切替部16A、16Bを制御して、圧縮機1から吐出される冷媒の流路を第2バイパス回路70Yから主冷媒回路に切り替える。具体的には、流路変更手段33は、主回路電磁弁2、6を開け、バイパス電磁弁8、9を閉める。さらに、流路変更手段33は、冷媒の流路を第2バイパス回路70Yから主冷媒回路に切り替えた後、除霜が終了したことを冷凍サイクル制御手段31に通知する。
[冷凍装置100の動作の説明]
 図1に示して冷媒回路図において、上述した構成の冷凍装置100の動作による冷媒の流れを説明する。冷凍装置100には、3パターンの冷媒の流れが存在する。
[冷却運転時における冷媒の流れ]
 はじめに、冷凍装置100が冷却運転を行う場合の冷媒の流れについて説明する。図1に示す実線の矢印は、冷凍装置100が冷却運転を行うときの冷媒の流れを示す。冷却運転時においては、主回路電磁弁2および主回路電磁弁6はいずれも開状態であり、バイパス電磁弁8およびバイパス電磁弁9はいずれも閉状態である。
 圧縮機1によって圧縮され吐出されたガス冷媒は凝縮器3へ流入する。凝縮器3に流入したガス冷媒は、送風ファン13から供給される空気と熱交換を行って凝縮し、液化して凝縮器3から流出する。凝縮器3から流出した液冷媒は、絞り装置4に流入し、絞り装置4によって膨張され減圧される。減圧された冷媒は、蒸発器5に流入し、送風ファン15から供給される空気と熱交換を行って蒸発し、気化して蒸発器5から流出する。蒸発器5から流出したガス冷媒は、圧縮機1に吸入される。
[除霜運転時における冷媒回路の制御方法]
 次に、本実施の形態1の冷凍装置100における除霜運転時の動作手順を説明する。図4は、図1に示した冷凍装置における除霜運転時の動作手順を示すフローチャートである。初期状態として、冷凍装置100は冷却運転を行っているものとする。冷却運転時では、主回路電磁弁2および主回路電磁弁6は開状態であり、バイパス電磁弁8およびバイパス電磁弁9は閉状態である。初期状態として、バイパス回路として、第1バイパス回路70Xが設定されているものとする。
 制御部20は、蒸発器5の除霜が必要と判断すると、除霜開始時に流路切替器7および回路切替部16A、16Bを制御して、圧縮機1から吐出されるガス冷媒の流路を主冷媒回路から第1バイパス回路70Xに切り替える(ステップS1)。具体的には、制御部20は、主回路電磁弁2および主回路電磁弁6を閉め、バイパス電磁弁8およびバイパス電磁弁9を開ける。また、制御部20は、流路切替器7を制御して、第1バイパス配管70Aと第2バイパス配管70Bを接続し、第3バイパス配管70Cと第4バイパス配管70Dを接続する。以下では、第1バイパス回路70Xを用いて蒸発器5の除霜を行うモードを第1の除霜モードと称する。
 制御部20は、除霜運転を開始すると、第1温度センサ11が検知する値を監視する。そして、制御部20は、第1温度センサ11が検知する温度T11が第1閾値TH1以上であるか否かを判定する(ステップS2)。温度T11が第1閾値TH1以上になると、制御部20は、流路切替器7を制御して、圧縮機1から吐出されるガス冷媒の流路を第1バイパス回路70Xから第2バイパス回路70Yに切り替える(ステップS3)。具体的には、制御部20は、流路切替器7を制御して、第1バイパス配管70Aを第3バイパス配管70Cに接続し、第2バイパス配管70Bを第4バイパス配管70Dに接続する。以下では、第2バイパス回路70Yを用いて蒸発器5の除霜を行うモードを第2の除霜モードと称する。
 制御部20は、ガス冷媒の流路を第1バイパス回路70Xから第2バイパス回路70Yに切り替えた後、第2温度センサ10が検知する値を監視する。そして、制御部20は、第2温度センサ10が検知する温度T10が第2閾値TH2以上であるか否かを判定する(ステップS4)。温度T10が第2閾値TH2以上になると、制御部20は、蒸発器5の除霜が終了したと判断する。制御部20は、回路切替部16A、16Bを制御して、圧縮機1から吐出されるガス冷媒の流路を第2バイパス回路70Yから主冷媒回路に切り替える(ステップS5)。具体的には、制御部20は、主回路電磁弁2、6を開け、バイパス電磁弁8、9を閉める。
[除霜運転時における冷媒の流れ]
 次に、ホットガスを用いた除霜運転時の冷媒の流れについて説明する。図1に示す破線の矢印は第1の除霜モードにおける冷媒の流れを示し、図1に示す一点鎖線の矢印は第2の除霜モードにおける冷媒の流れを示す。具体的には、図1に示す破線の矢印は、冷凍装置100の冷却運転時に蒸発器5への冷媒の入口側に当たる個所からガス冷媒を蒸発器5に流入させる除霜運転時の冷媒の流れを示す。図1に示す一点鎖線の矢印は、冷凍装置100が冷却運転時に蒸発器5からの冷媒の出口側に当たる個所からガス冷媒を蒸発器5に流入させる除霜運転時の冷媒の流れを示す。除霜運転時においては、主回路電磁弁2および主回路電磁弁6はいずれも閉状態であり、バイパス電磁弁8およびバイパス電磁弁9はいずれも開状態である。
 除霜運転時の第1の除霜モードにおける冷媒の流れを説明する。圧縮機1によって圧縮され吐出されたガス冷媒は、第1バイパス配管70Aに流入する。第1バイパス配管70Aに流入したガス冷媒は、流路切替器7および第2バイパス配管70Bを介して蒸発器5に流入する。蒸発器5に流入したガス冷媒は、蒸発器5に付着している霜を溶かす。蒸発器5から流出した冷媒は、第3バイパス配管70Cに流入し、流路切替器7および第4バイパス配管70Dを介して圧縮機1に吸入される。
 続いて、除霜運転時の第2の除霜モードにおける冷媒の流れを説明する。圧縮機1によって圧縮され吐出されたガス冷媒は、第1の除霜モードと同様に、第1バイパス配管70Aに流入する。その後、第1バイパス配管70Aに流入したガス冷媒は流路切替器7および第3バイパス配管70Cを介して蒸発器5へ流入する。蒸発器5に流入したガス冷媒は、蒸発器5に付着している霜を溶かす。蒸発器5から流出した冷媒は、第2バイパス配管70Bに流入し、流路切替器7および第4バイパス配管70Dを介して圧縮機1に吸入される。
 除霜運転における第1の除霜モードと第2の除霜モードとは、流路切替器7による流路の切り替えによって、蒸発器5に流入する冷媒の流れが逆転している。流路切替器7が流路を変えることで、ガス冷媒が第1バイパス配管70Aを経由して流路切替器7に流入するまではどちらのモードでも同じだが、第2の除霜モードでは、流路切替器7に流入したガス冷媒は第3バイパス配管70Cを介して蒸発器5へ流入する。蒸発器5から流出する冷媒は、第2バイパス配管70Bに流入し、流路切替器7および第4バイパス配管70Dを介して圧縮機1へ吸入される。
[本実施の形態1の冷凍装置100と比較例との比較]
 本実施の形態1の冷凍装置100において、除霜運転中にホットガスの流路を切り替えることで、除霜効率が向上することを説明する。
 図5は、本発明の実施の形態1の冷凍装置に対する比較例の冷凍装置を示す冷媒回路図である。図5に示す冷凍装置は、圧縮機1、凝縮器3、絞り装置4および蒸発器5を有する。冷媒配管170を介して環状に接続された圧縮機1、凝縮器3、絞り装置4および蒸発器5は主冷媒回路を構成する。凝縮器3には送風ファン13が設けられ、蒸発器5には送風ファン15が設けられている。図5に示す実線の矢印は冷却運転時の冷媒の流れを示す。
 図5に示すように、冷媒配管170において、圧縮機1と凝縮器3との間に主回路電磁弁2が設けられている。また、ホットガスデフロスト用のバイパス配管171が圧縮機1の吐出側で冷媒配管170から分岐して設けられている。バイパス配管171の2つの接続口のうち、一方の接続口が圧縮機1と主回路電磁弁2との間で冷媒配管170に接続され、他方の接続口が絞り装置4と蒸発器5との間で冷媒配管170に接続されている。
 図5に示す冷凍装置における、蒸発器5の除霜について説明する。図5に示す破線の矢印は除霜運転時の冷媒の流れを示す。除霜運転時には、主回路電磁弁2は閉状態である。図5に示す冷凍装置には、図1に示した流路切替器7および第1バイパス配管70A~第4バイパス配管70Dが設けられていない。そのため、図5に示す冷凍装置では、流路切替器7による第1バイパス配管70A~第4バイパス配管70Dの切り替えがなく、圧縮機1から吐出されたガス冷媒はバイパス配管171を介して蒸発器5へ流入する。蒸発器5へ流入したガス冷媒は蒸発器5に付着している霜を溶かす。蒸発器5から流出した冷媒は圧縮機1へ吸入される。
 図5に示す冷凍装置において、蒸発器5へ流入したガス冷媒は、蒸発器5に流入する箇所から離れた箇所にかけて、付着した霜を順に溶かしていく。除霜運転開始直後、ガス冷媒は、蒸発器5への流入口周辺の霜に熱量のほとんどが奪われ、蒸発器5の流出口に流れつくころには、流出口周辺に付着した霜を溶かすだけの熱量が残っていない。そのため、蒸発器5の流出口周辺では、冷媒はほとんど霜を溶かすことができない。その後、除霜時間が経過するにつれて、蒸発器5の流入口周辺でガス冷媒の熱量を奪っていた霜が溶けてなくなると、ガス冷媒は、蒸発器5の流入口周辺で熱量が奪われなくなる。そのため、徐々に蒸発器5の流出口側にも十分な熱量を持ったガス冷媒が流れるようになり、蒸発器5の流出口側に付着している霜も溶け始める。
 図5に示した冷凍装置が行う、上記の除霜方法では、蒸発器5に付着した霜を全部溶かしきるまで、除霜の範囲が蒸発器5の流入口周辺から徐々に全体に広がるまで待つ必要があり、時間がかかってしまう。また、蒸発器5の流入口周辺の霜が溶けてなくなった後も、除霜が終了した、着霜してしない回路を経由してガス冷媒が除霜の必要な箇所へ流れるため、着霜していない回路を経由する間にガス冷媒から放熱される熱量が無駄になってしまう。
 これに対して、本実施の形態1の冷凍装置100では、図1を参照して説明したように、第1バイパス配管70A~第4バイパス配管70Dと流路切替器7とを組み合わせることで、蒸発器5の2つの出入口のうち、一方の出入口からガス冷媒を蒸発器5に流入させる回路と他方の出入口からガス冷媒を蒸発器5に流入させる回路とで切り替えることができる。流路切替器7を介してガス冷媒を流すバイパス回路を切り替えることで、蒸発器5の除霜にかかる時間を短縮でき、無駄にしていた熱量を削減できる。本実施の形態1では除霜効率が向上することを、以下に、詳しく説明する。
 冷凍装置100では、はじめに、冷却運転時における冷媒の流れと同様に、蒸発器5において、冷媒の入口側から蒸発器5にガス冷媒を流し、蒸発器5の入口側周辺に付着している霜を溶かしていく。その後、蒸発器5の入口側周辺の霜が溶けるにつれてガス冷媒は奪われる熱量が減少し、蒸発器5から流出するガス冷媒の温度が上昇していく。そのため、蒸発器5の冷媒の出口側に設置された第1温度センサ11が検知した温度T11が第1閾値TH1以上になった段階で、制御部20は、蒸発器5の入口側周辺に付着した霜は溶けたと判断し、流路切替器7を制御して流路を切り替える。
 流路切替器7が流路を切り替えることで、蒸発器5に流入するガス冷媒の流れが逆転する。流路切替器7による流路の切り替え前に蒸発器5の入口側から流入していたガス冷媒は、流路の切り替え後、蒸発器5の出口側から蒸発器5に流入する。その結果、高い熱量を持ったガス冷媒が蒸発器5の出口側から流入することになり、流路切替器7による流路の切り替え前に多く残っていた蒸発器5の出口側周辺の霜をより早く溶かすことができる。そして、蒸発器5に付着していた霜が全て溶けてなくなり、蒸発器5の入口側に設置された第2温度センサ10が高温の状態で蒸発器5から流出するガス冷媒の温度を検知すると、制御部20は、除霜運転を終了させる。
 このようにして、本実施の形態1では、流路切替器7がバイパス回路の流路を切り替えることで、ガス冷媒を蒸発器5の入口側および出口側のうち、どちら側からでも蒸発器5に流入させることができる。そのため、蒸発器5において、通常、ガス冷媒が流れ込む側とは反対側に多く溶け残ってしまう霜を、効率的に除霜することができる。また、既に霜が溶けきった回路にガス冷媒を通さずに、より多くの霜が残っている側に高い熱量を持ったガス冷媒を流すことで、無駄に放熱していた熱量を削減できる。
 なお、図4を参照して説明した手順では、初期状態として、第1バイパス回路70Xが設定されている場合で説明したが、第2バイパス回路70Yが設定されていてもよい。この場合、先に第2バイパス回路70Yを用いて除霜を行い、その後に第1バイパス回路70Xを用いて除霜を行ってもよい。
 本実施の形態1の冷凍装置は、圧縮機1、凝縮器3、絞り装置4および蒸発器5を含む主冷媒回路と、蒸発器5が絞り装置4と接続される側から冷媒を蒸発器5に流入させて圧縮機1の吸入側に戻す第1バイパス回路70Xと、蒸発器5が圧縮機1と接続される側から冷媒を蒸発器5に流入させて圧縮機1の吸入側に戻す第2バイパス回路70Yと、主冷媒回路、第1バイパス回路70Xおよび第2バイパス回路70Yの間で冷媒の流路を切り替えるバイパス切替ユニット17と、運転状態に応じて冷媒の流路を切り替える制御部20とを有するものである。
 本実施の形態1では、流路切替器7がバイパス回路の流路を切り替えることで、蒸発器5における冷媒の2つの出入口のうち、どちらの出入口からも除霜用のガス冷媒を蒸発器5に流入させることができる。そのため、蒸発器5の2つの出入口から別々に高い熱量を持ったガス冷媒を蒸発器5に供給できる。その結果、一方の出入口だけからガス冷媒を蒸発器に流入させる場合に比べて除霜時間を短縮できる。理由は次の通りである。一方の出入口だけからガス冷媒を蒸発器に流入させる場合、除霜の範囲がガス冷媒の流入口から流出口の方にかけて広がるまでに時間がかかり、流入口側の除霜時間と流出口側の除霜時間との差が長くなってしまう。一方の出入口からガス冷媒を蒸発器5に流入させた後、他方の出入口からガス冷媒を蒸発器5に流入させることで、これらの除霜時間の差を短くすることができる。本実施の形態1では、一方の出入口だけからガス冷媒を蒸発器に流入させる場合に比べて、除霜効率を向上させることができる。
 また、一方の出入口だけからガス冷媒を蒸発器5に流入させる場合、ガス冷媒が流出する側の出入口周辺において霜が溶けずに残ってしまうおそれがあるが、2つの出入口から別々に高い熱量を持ったガス冷媒を蒸発器5に供給することで、いずれかの出入口に霜が溶けずに残ることを防ぐことができる。さらに、蒸発器5において、一方の出入口側の霜が溶けた後、より多くの霜が残っている他方の出入口側に高い熱量を持ったガス冷媒を流すことで、無駄に放熱していた熱量を削減できる。
 本実施の形態1において、制御部20は、蒸発器5の除霜時に、冷媒の流路を主冷媒回路から第1バイパス回路70Xに切り替える回路変更手段32と、冷媒の流路を第1バイパス回路70Xから第2バイパス回路70Yに切り替える流路変更手段33とを有していてもよい。この場合、蒸発器5において、絞り装置4と接続される側の冷媒出入口の周辺が除霜された後に、圧縮機1と接続される側の冷媒出入口の周辺が除霜されるため、効率よく除霜することができる。
 本実施の形態1において、蒸発器5の一方側に第1温度センサ11が設けられ、蒸発器5の他方側に第2温度センサ10が設けられ、流路変更手段33は、第1温度センサ11が検知する温度が第1閾値以上になると、冷媒の流路を第1バイパス回路70Xから第2バイパス回路70Yに切り替え、第2温度センサ10が検知する温度が第2閾値以上になると、冷媒の流路を第2バイパス回路70Yから主冷媒回路に切り替えるようにしてもよい。この場合、流路変更手段33は、ガス冷媒が蒸発器5から流出する側の冷媒の温度を監視することで、ガス冷媒が蒸発器5に流入する側の周辺における霜が溶けきったか否かをより正確に判定できる。
 本実施の形態1において、バイパス切替ユニット17は、主冷媒回路と第1バイパス回路70Xまたは第2バイパス回路70Yとの間で冷媒の流路を切り替える回路切替部16A、16Bと、第1バイパス回路70Xと第2バイパス回路70Yとの間で冷媒の流路を切り替える流路切替器7とを有していてもよい。この場合、冷媒の流路の切り替えを、主冷媒回路およびバイパス回路間と、第1バイパス回路70Xおよび第2バイパス回路70Y間とで、別々に制御することができる。
 1 圧縮機、2、6 主回路電磁弁、3 凝縮器、4 絞り装置、5 蒸発器、7 流路切替器、8 バイパス電磁弁、9 バイパス電磁弁、10 第2温度センサ、11 第1温度センサ、13、15 送風ファン、16A、16B 回路切替部、17 バイパス切替ユニット、20 制御部、21 メモリ、22 CPU、31 冷凍サイクル制御手段、32 回路変更手段、33 流路変更手段、70、170 冷媒配管、70A 第1バイパス配管、70B 第2バイパス配管、70C 第3バイパス配管、70D 第4バイパス配管、70X 第1バイパス回路、70Y 第2バイパス回路、100 冷凍装置、171 バイパス配管。

Claims (4)

  1.  圧縮機、凝縮器、絞り装置および蒸発器が冷媒配管を介して接続された主冷媒回路と、
     前記圧縮機から吐出される冷媒を前記蒸発器の前記絞り装置に接続されている一方側から該蒸発器に流入させて前記圧縮機の吸入側に戻す第1バイパス回路と、
     前記圧縮機から吐出される冷媒を前記蒸発器の該圧縮機に接続されている他方側から該蒸発器に流入させて前記圧縮機の吸入側に戻す第2バイパス回路と、
     前記主冷媒回路、前記第1バイパス回路および前記第2バイパス回路の間で前記冷媒の流路を切り替えるバイパス切替ユニットと、
     運転状態に応じて前記バイパス切替ユニットを制御して前記冷媒の流路を切り替える制御部と、
    を有する冷凍装置。
  2.  前記制御部は、
     前記蒸発器の除霜開始時に、前記バイパス切替ユニットを制御して、前記冷媒の流路を前記主冷媒回路から前記第1バイパス回路に切り替える回路変更手段と、
     前記バイパス切替ユニットを制御して、前記冷媒の流路を前記第1バイパス回路から前記第2バイパス回路に切り替える流路変更手段と、を有する請求項1に記載の冷凍装置。
  3.  前記蒸発器の一方側に設けられた第1温度センサと、
     前記蒸発器の他方側に設けられた第2温度センサと、をさらに有し、
     前記流路変更手段は、
     前記蒸発器の除霜開始時に前記冷媒の流路が設定された前記第1バイパス回路を、前記第1温度センサの値が予め決められた第1閾値以上になると、前記第2バイパス回路に切り替え、
     前記第2温度センサの値が予め決められた第2閾値以上になると、前記冷媒の流路を前記第2バイパス回路から前記主冷媒回路に切り替える、請求項2に記載の冷凍装置。
  4.  前記バイパス切替ユニットは、
     前記主冷媒回路と前記第1バイパス回路または前記第2バイパス回路との間で前記冷媒の流路を切り替える回路切替部と、
     前記第1バイパス回路と前記第2バイパス回路との間で前記冷媒の流路を切り替える流路切替器と、を有する請求項1~3のいずれか1項に記載の冷凍装置。
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