(57)【要約】【課題】通常運転復帰時に圧縮機に過大な負荷が作用することを防止し得る冷凍回路の除霜運転方法を提供する【解決手段】除霜運転方法は、圧縮機と凝縮器の間の管路と、膨張器と蒸発器の間の管路とを接続するバイパス管路と、バイパス管路上に配置されたバイパス管路開閉弁と、凝縮器と膨張器の間の管路上に配置されたメイン管路開閉弁と、を備える冷凍回路に適用され、バイパス管路開閉弁を開き、メイン管路開閉弁を閉じた状態で行われる除霜が終了すると、圧縮機を停止すると共にメイン管路開閉弁を開く一方、所定の条件が成立するまでの間、バイパス管路開閉弁を開いた状態に維持することを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が循環する管路上に、当該冷媒の流れる方向に順に配置された蒸発器、圧縮機、凝縮器及び膨張器と、
前記圧縮機と前記凝縮器の間の前記管路と、前記膨張器と前記蒸発器の間の前記管路とを接続するバイパス管路と、
前記バイパス管路上に配置されたバイパス管路開閉弁と、
前記凝縮器と前記膨張器の間の前記管路上に配置されたメイン管路開閉弁と、
を備える冷凍回路の除霜運転方法において、
前記バイパス管路開閉弁を開き、前記メイン管路開閉弁を閉じた状態で行われる除霜が終了すると、前記圧縮機を停止すると共に前記メイン管路開閉弁を開く一方、所定の条件が成立するまでの間、前記バイパス管路開閉弁を開いた状態に維持することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記管路のうち前記圧縮機から前記凝縮器を経て前記膨張器へ至る部分における前記冷媒の圧力を高圧側圧力、前記管路のうち前記膨張器から前記蒸発器を経て前記圧縮機へ至る部分における前記冷媒の圧力を低圧側圧力と称するとき、
前記所定の条件は、前記除霜が終了してから、前記高圧側圧力と前記低圧側圧力との差圧が、前記圧縮機が起動可能な最大差圧まで低下する均圧化時間であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記均圧化時間は、予め求められていることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記管路のうち前記圧縮機から前記凝縮器を経て前記膨張器へ至る部分における前記冷媒の圧力を高圧側圧力、前記管路のうち前記膨張器から前記蒸発器を経て前記圧縮機へ至る部分における前記冷媒の圧力を低圧側圧力と称するとき、
前記冷凍回路は、さらに、前記高圧側圧力及び前記低圧側圧力のそれぞれを検知する圧力センサを備え、
前記所定の条件は、前記圧力センサにより検知される前記高圧側圧力と前記低圧側圧力との差圧が、前記圧縮機が起動可能な最大差圧以下に低下することであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記膨張器はキャピラリであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記除霜の終了時点から停止した状態を維持する前記圧縮機は、前記所定の条件が成立して前記バイパス管路開閉弁が閉じられた後に、再起動されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍回路のホットガス除霜運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動販売機、冷凍／冷蔵ショーケース等の冷却機器に内蔵される冷凍回路は、冷媒が循環する管路上に、冷媒の流れる方向に順に、蒸発器、アキュムレータ、圧縮機、凝縮器及び膨張器を配置したものである。
【０００３】
冷凍回路の運転中、低温低圧の液相冷媒は、蒸発器において、蒸発器ファンにより導入される冷却機器の庫内の空気から吸熱して定圧の下で蒸発（気化）し、その際、庫内の空気を冷却する。蒸発器を流出した低圧の冷媒は、アキュムレータにおいて気液分離され、気相冷媒のみが圧縮機に流入して圧縮され、高温高圧の気相冷媒として凝縮器へ送出される。高温高圧の気相冷媒は、凝縮器において、凝縮器ファンにより導入される大気に放熱して定圧の下で凝縮（液化）する。高圧の液相冷媒は、凝縮器の液溜め部に一旦貯留された後、膨張器（キャピラリ、電子膨張弁等）において等エンタルピ的に膨張し、低温低圧の液相冷媒となって、蒸発器に還流する。
【０００４】
冷凍回路の運転中、蒸発器は、その内部を低温の冷媒が流れているため、表面温度が低くなっており、冷却機器の庫内の空気が水分を含有している場合には、その水分が蒸発器の表面に付着して凍結し、霜となることがある（着霜）。
【０００５】
このように蒸発器に着霜が発生すると、着霜部分における熱伝導抵抗の増大と、着霜部分の周辺において空気通路が部分的に閉塞されることによる空気流量の減少により、蒸発器の熱交換効率が低下し、ひいては冷凍回路の成績係数も低下する。
【０００６】
これを防止するため、冷凍回路においては、着霜が検知された時点で、あるいは、着霜の発生が予想される所定時間ごとに、付着した霜を取り除くための除霜運転が行われる。
【０００７】
除霜運転には種々の方法があるが、圧縮機の下流（圧縮機と凝縮器の間）の管路と、膨張器の下流（膨張器と蒸発器の間）の管路とを接続するバイパス管路を設け、圧縮機から吐出された高温の気相冷媒を、バイパス管路を経て蒸発器へ還流させることにより、その顕熱及び潜熱を利用して蒸発器の表面に付着した霜を融解させる、いわゆるホットガス除霜が知られている。
【０００８】
ホットガス除霜を行うためには、バイパス管路、及び、圧縮機下流のバイパス管路分岐点から凝縮器及び膨張器を経て膨張器下流のバイパス管路合流点へ至る管路（メイン管路）のそれぞれに開閉弁を設け、メイン管路上の開閉弁を閉、バイパス管路上の開閉弁を開とすることにより、圧縮機から吐出された高温の気相冷媒が、バイパス管路のみを流れるようにする。
【０００９】
しかしながら、バイパス管路上の開閉弁を開く際、これと同時にメイン管路上の開閉弁を閉じると、大量の気相冷媒がバイパス管路を経て蒸発器に流入して凝縮（液化）し、大量の液相冷媒が発生する。この液相冷媒の量がアキュムレータの気液分離能力を超えると、一部の液相冷媒はアキュムレータで分離・除去されないまま圧縮機に流入し、圧縮機を破損させる虞がある。これを防止するためには、アキュムレータを大型化して気液分離能力を高めればよいが、一般的に設置場所やコストの制約から必要最小限の大きさとすることが求められるアキュムレータを大型化することは、好ましくない。
【００１０】
そこで、ホットガス除霜運転の開始時に、メイン管路上の開閉弁を、バイパス管路上の開閉弁を開いた後も開いたままにしておき、所定時間経過後に閉じることが提案されている（特許文献１）。
【００１１】
この方法によれば、ホットガス除霜運転の開始後、所定時間が経過するまでは、気相冷媒が凝縮器に流入して凝縮（液化）して液溜め部に貯留されるため、所定時間が経過してメイン管路上の開閉弁が閉じられた後においては、バイパス管路を経て蒸発器に流入する冷媒の量が大幅に少なくなる。これにより、蒸発器において発生する液相冷媒の量をアキュムレータの気液分離能力以内に収め、液相冷媒の圧縮機への流入を防止することができる。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開昭６２−２２３５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１は、上述した方法によるホットガス除霜運転が終了した後、通常運転に復帰する際の操作には言及していない。
【００１４】
上述した方法によれば、ホットガス除霜運転の終了時点では、凝縮器の液溜め部に大量の液相冷媒が貯留されている。この状態では、冷凍回路の高圧側（圧縮機から凝縮器を経て膨張器へ至る部分の管路）の圧力が、冷凍回路の低圧側（膨張器から蒸発器を経て圧縮機へ至る部分の管路）の圧力と比較して、非常に高くなっている。即ち、冷凍回路の高圧側と低圧側との差圧が非常に大きい状態となっている。この状態で、バイパス管路上の開閉弁を閉じると同時にメイン管路上の開閉弁を開くと、圧縮機に過大な負荷が掛かることになる。そのため、圧縮機の駆動源である電動機を大型化する必要がある、あるいは、電動機の消費電力が大きくなる、といった問題がある。また、冷却機器の小型化・省エネ化を目的として、小型の圧縮機が採用されている場合には、上述した過大な負荷に起因して、圧縮機や当該圧縮機の駆動源である電動機が破損する虞がある。
【００１５】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであって、除霜運転の終了後、冷凍回路が通常運転に復帰する際に、圧縮機に過大な負荷が作用することを防止し得る除霜運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明の除霜運転方法は、冷媒が循環する管路上に、当該冷媒の流れる方向に順に配置された蒸発器、圧縮機、凝縮器及び膨張器と、前記圧縮機と前記凝縮器の間の前記管路と、前記膨張器と前記蒸発器の間の前記管路とを接続するバイパス管路と、前記バイパス管路上に配置されたバイパス管路開閉弁と、前記凝縮器と前記膨張器の間の前記管路上に配置されたメイン管路開閉弁と、を備える冷凍回路に適用されるものであって、前記バイパス管路開閉弁を開き、前記メイン管路開閉弁を閉じた状態で行われる除霜が終了すると、前記圧縮機を停止すると共に前記メイン管路開閉弁を開く一方、所定の条件が成立するまでの間、前記バイパス管路開閉弁を開いた状態に維持することを特徴とする。
【００１７】
好ましくは、前記管路のうち前記圧縮機から前記凝縮器を経て前記膨張器へ至る部分における前記冷媒の圧力を高圧側圧力、前記管路のうち前記膨張器から前記蒸発器を経て前記圧縮機へ至る部分における前記冷媒の圧力を低圧側圧力と称するとき、前記所定の条件は、前記除霜が終了してから、前記高圧側圧力と前記低圧側圧力との差圧が、前記圧縮機が起動可能な最大差圧まで低下する均圧化時間であるとよい。
【００１８】
好ましくは、前記均圧化時間は、予め求められているとよい。
【００１９】
好ましくは、前記管路のうち前記圧縮機から前記凝縮器を経て前記膨張器へ至る部分における前記冷媒の圧力を高圧側圧力、前記管路のうち前記膨張器から前記蒸発器を経て前記圧縮機へ至る部分における前記冷媒の圧力を低圧側圧力と称するとき、前記冷凍回路は、さらに、前記高圧側圧力及び前記低圧側圧力のそれぞれを検知する圧力センサを備え、前記所定の条件は、前記圧力センサにより検知される前記高圧側圧力と前記低圧側圧力との差圧が、前記圧縮機が起動可能な最大差圧以下に低下することであるとよい。
【００２０】
好ましくは、前記膨張器はキャピラリであるとよい。
【００２１】
好ましくは、前記除霜の終了時点から停止した状態を維持する前記圧縮機は、前記所定の条件が成立して前記バイパス管路開閉弁が閉じられた後に、再起動されるとよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ホットガス除霜運転の終了後、冷凍回路が通常運転に復帰する際に、圧縮機に過大な負荷が作用することを防止することができるので、圧縮機の小型化及び圧縮機の駆動源である電動機の消費電力低減を通じて、冷凍回路を内蔵する冷却機器の小型化・省エネ化に寄与することができるという優れた効果を得ることができる。また、圧縮機として当初から小型のものを採用している場合にも、除霜運転から通常運転への円滑な移行が可能になるという優れた効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のホットガス除霜運転方法が適用される冷凍回路を示す概略説明図である。
【図２】本発明のホットガス除霜運転方法における各機器の動作を時系列的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明のホットガス除霜運転方法が適用される冷凍回路を示す概略説明図である。
【００２６】
冷凍回路１は、例えば自動販売機、冷凍／冷蔵ショーケース等の冷却機器に内蔵されるものであって、冷媒が循環する管路上に、冷媒の流れる方向に順に、蒸発器１０、圧縮機２０、凝縮器３０及び膨張器４０を配置したものである。なお、Ｄは冷媒に混入した水分を除去するためのドライヤである。
【００２７】
冷凍回路１の運転中、低温低圧の液相冷媒は、蒸発器１０において、蒸発器ファン１０Ｆにより導入される冷却機器の庫内の空気から吸熱して定圧の下で蒸発（気化）し、その際、庫内の空気を冷却する。蒸発器１０を流出した低圧の冷媒は、アキュムレータ１５において気液分離され、気相冷媒のみが圧縮機２０に流入して圧縮され、高温高圧の気相冷媒として凝縮器３０へ送出される。高温高圧の気相冷媒は、凝縮器３０において、凝縮器ファン３０Ｆにより導入される冷却媒体（大気、冷却水等）へ放熱して定圧の下で凝縮（液化）する。高圧の液相冷媒は、凝縮器３０の液溜め部（図示省略）に一旦貯留された後、膨張器４０（キャピラリ、電子膨張弁等）において等エンタルピ的に膨張し、低温低圧の液相冷媒となって、蒸発器１０に還流する（図１中の実線矢印参照）。
【００２８】
そして、冷凍回路１においては、ホットガス除霜運転を行うために、圧縮機２０の下流（圧縮機２０と凝縮器３０の間）の管路と、膨張器４０の下流（膨張器４０と蒸発器１０の間）の管路とを接続するバイパス管路Ｂが設けられている。
【００２９】
ここで、圧縮機２０の下流の管路からバイパス管路Ｂが分岐する点をバイパス管路分岐点ＢＢ、バイパス管路Ｂが膨張器４０の下流の管路へ合流する点をバイパス管路合流点ＢＭ、バイパス管路分岐点ＢＢから凝縮器３０及び膨張器４０を経てバイパス管路合流点ＢＭへ至る管路を、メイン管路Ｍと称することにする。また、冷凍回路１の管路のうち、圧縮機２０から凝縮器３０を経て膨張器４０へ至る部分における冷媒の圧力を高圧側圧力ＰＨ、膨張器４０から蒸発器１０を経て圧縮機２０へ至る部分における冷媒の圧力を低圧側圧力ＰＬと称することにする。
【００３０】
冷凍回路１は、さらに、バイパス管路Ｂ上にバイパス管路開閉弁ＢＶを、凝縮器３０（の液溜め部）と膨張器４０の間のメイン管路Ｍ上にメイン管路開閉弁ＭＶを、それぞれ備えている。
【００３１】
このように構成された冷凍回路１におけるホットガス除霜運転の手順を、図２を参照して説明する。
【００３２】
図２は、本発明のホットガス除霜運転方法における各機器の動作を時系列的に示す説明図である。
【００３３】
冷凍回路１が通常運転を行っている間（時刻Ｔ１までの間）、圧縮機２０、凝縮器ファン３０Ｆ及び蒸発器ファン１０Ｆはいずれも作動しており、メイン管路開閉弁ＭＶが開いている一方、バイパス管路開閉弁ＢＶは閉じている。
【００３４】
時刻Ｔ１においてホットガス除霜運転が開始されると、まず凝縮器ファン３０Ｆ及び蒸発器ファン１０Ｆが停止される。
【００３５】
その後、所定時間経過後の時刻Ｔ２において、バイパス管路開閉弁ＢＶが開かれるが、この時点では、メイン管路開閉弁ＭＶは開かれた状態を維持している。この状態において、圧縮機２０から吐出された高温の気相冷媒は、メイン管路Ｍを経て凝縮器３０に流入して凝縮（液化）し、液溜め部に液相冷媒として貯留される。これによって、次のステップにおいてメイン管路開閉弁ＭＶが閉じられ、圧縮機２０から吐出される高温の気相冷媒がバイパス管路Ｂにのみ流入するようになった場合にも、蒸発器１０へ流入する冷媒の量を大幅に少なくすることができる。
【００３６】
バイパス管路開閉弁ＢＶが開かれてから所定時間経過後の時刻Ｔ３において、メイン管路開閉弁ＭＶが閉じられる。これにより、圧縮機２０から吐出された高温の気相冷媒は全て、バイパス管路Ｂを経て蒸発器１０へ流入するようになり（図１中の破線矢印参照）、蒸発器１０における除霜が本格的に進行する。
【００３７】
その後、例えば蒸発器１０の出口に設置された温度センサで検知される冷媒温度が所定値以上となる、所定の時間が経過するなど、除霜が終了したと判断されると（時刻Ｔ４）、圧縮機２０が一旦停止されると共にメイン管路開閉弁ＭＶが開かれる一方、バイパス管路開閉弁ＢＶは開かれた状態に維持される。
【００３８】
除霜終了の時点（時刻Ｔ４）においては、凝縮器３０の液溜め部に大量の液相冷媒が貯留されており、冷凍回路１の高圧側圧力ＰＨは、低圧側圧力ＰＬと比較して非常に高くなっている。即ち、冷凍回路１の高圧側と低圧側との差圧ΔＰが非常に大きい状態となっている。
【００３９】
そこで、上述したように、圧縮機２０を一旦停止させ、メイン管路開閉弁ＭＶを開く一方、バイパス管路開閉弁ＢＶを開いた状態に維持することにより、冷凍回路１の高圧側に存在する冷媒は、膨張器４０及びバイパス管路Ｂを経て徐々に低圧側へ移動し、上述した高圧側と低圧側との差圧ΔＰは徐々に低下してゆく。即ち、冷凍回路１の管路の均圧化が進行してゆく。
【００４０】
この冷凍回路１の管路の均圧化は、冷凍回路１を通常運転に復帰させるために圧縮機２０を再起動させる際、圧縮機２０に過大な負荷が作用すること（即ち、入口側と出口側の差圧に相当する上記差圧ΔＰが過大であること）を回避するために行われるものである。
この均圧化は、メイン管路開閉弁ＭＶのみが開いた（即ち、バイパス管路開閉弁ＢＶは閉じた）状態においても実行可能であるが、この場合、冷凍回路１の高圧側に存在する冷媒は、膨張器４０のみを経て低圧側へ移動することになる。膨張器４０として電子膨張弁が採用されている場合には、均圧化の過程の間、その絞りを最小（開度を最大）にすることにより、均圧化に要する時間を短縮することができる。一方、膨張器４０としてキャピラリが採用されている場合、当該キャピラリは通常運転に適合するような大きな絞り（小さな開度）を有するものとして構成されているため、均圧化に要する時間は非常に長くなる。そこで、上述したように、バイパス管路開閉弁ＢＶを開いた状態に維持することにより、膨張器４０として電子膨張弁、キャピラリのいずれが採用されている場合にも、均圧化に要する時間を大幅に短縮することができる。この均圧化に要する時間の短縮効果は、上述したように、膨張器４０としてキャピラリが採用されている場合に特に顕著である。
【００４１】
上述したように、圧縮機２０が停止しており、メイン管路開閉弁ＭＶ及びバイパス管路開閉弁ＢＶが開いている状態は、所定の条件が成立するまで、即ち冷凍回路１の高圧側と低圧側との差圧ΔＰが、圧縮機２０が起動可能な最大差圧ΔＰｃ以下に低下するまで維持される。所定の条件が成立すると、時刻Ｔ５においてバイパス管路開閉弁ＢＶが閉じられるのに続いて、圧縮機２０が再起動される。これにより、冷凍回路１は通常運転に復帰する。なお、図２においては、簡略化のため、所定の条件が成立してバイパス管路開閉弁ＢＶが閉じられる時刻と圧縮機２０が再起動される時刻とが同一であるように図示しているが、実際には、バイパス管路開閉弁ＢＶが閉じた後に圧縮機２０が再起動される。
【００４２】
このように、除霜終了の時点で一旦停止された圧縮機２０が、冷凍回路１を通常運転に復帰させるために再起動される際、当該圧縮機２０に過大な負荷が作用すること（即ち、入口側と出口側の差圧に相当する上記差圧ΔＰが過大であること）はない。したがって、圧縮機２０としてより小型のものを採用することができ、あるいは、圧縮機２０の駆動源である電動機の消費電力を低く抑えることができ、冷凍回路１を内蔵する冷却機器の小型化・省エネ化を図ることができる。また、圧縮機２０として当初から小型のものを採用している場合にも、当該圧縮機２０やその駆動源である電動機が過大な負荷に起因して破損する虞がなく、除霜運転から通常運転への円滑な移行が可能となる。
【００４３】
なお、所定の条件が成立したこと、即ち冷凍回路１の高圧側と低圧側との差圧ΔＰが、圧縮機２０が起動可能な最大差圧ΔＰｃ以下に低下したことは、例えば圧縮機２０の入口側と出口側の差圧を計測するための圧力センサを用いて検知してもよい。ただし、冷却機器全体のコスト低減の観点から圧力センサの設置が好ましくない場合には、冷凍回路１の高圧側と低圧側との差圧ΔＰが、圧縮機２０が起動可能な最大差圧ΔＰｃ以下に低下するまでの時間（均圧化時間）を実験等により予め求めておき、当該均圧化時間が経過したことを以って、上述した所定の条件の成立としてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１      冷凍回路
１０    蒸発器
２０    圧縮機
３０    凝縮器
４０    膨張器
Ｂ      バイパス管路
ＢＶ    バイパス管路開閉弁
ＭＶ    メイン管路開閉弁
ＰＨ    高圧側圧力
ＰＬ    低圧側圧力
ΔＰ    高圧側圧力と低圧側圧力との差圧
ΔＰｃ  圧縮機が起動可能な最大差圧
【図１】
2019100603.tif 000003
【図２】
2019100603.tif 000004