(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮して冷凍機油と共に吐出する圧縮機、該圧縮機から吐出された前記冷媒と前記冷凍機油とを分離する油分離器、および該油分離器で分離された前記冷媒と熱源媒体との間で熱交換を行う熱源側熱交換器を有する冷凍機ユニットと、
前記冷凍機ユニットと第１の主管で接続され、該第１の主管を介して前記冷凍機ユニットから流入する冷媒と利用媒体との間で熱交換を行う利用側熱交換器を有する冷却器ユニットと、
前記冷却器ユニットおよび前記冷凍機ユニットと第２の主管で接続されるとともに、前記冷凍機ユニットと第１および第２の油配管で接続され、前記第１の油配管を介して前記冷凍機ユニットから流入する、前記油分離器で分離された前記冷凍機油を蓄熱材として貯留する蓄熱槽を有する蓄熱ユニットと
を備える冷凍装置。
【請求項２】
前記蓄熱ユニットは、
前記利用媒体を冷却する冷却運転の際に、
前記冷却器ユニットから流入する冷媒を、前記第２の主管を介して前記冷凍機ユニットに流出させ、
前記第１の油配管を介して流入する前記冷凍機油を前記蓄熱槽に貯留させる
請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記蓄熱ユニットは、
前記利用側熱交換器の着霜を取り除く除霜運転の際に、
前記第２の主管を介して前記冷却器ユニットから流入する冷媒と、前記蓄熱槽に貯留された前記冷凍機油との間で熱交換を行う
請求項１または２に記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記冷凍機ユニットは、
前記第１の油配管と前記第２の油配管との間に設けられ、前記油分離器で分離された前記冷凍機油の前記蓄熱槽への流入を制御するバイパス開閉装置をさらに有し、
前記蓄熱ユニットは、
前記第１の油配管に設けられ、前記蓄熱槽への前記冷凍機油の流入を制御する第１の蓄熱回路開閉装置と、
前記第２の油配管に設けられ、前記蓄熱槽からの前記冷凍機油の流出を制御する第２の蓄熱回路開閉装置と
をさらに有する
請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷凍装置。
【請求項５】
前記利用媒体を冷却する冷却運転の際に、
前記バイパス開閉装置は、閉状態とされ、
前記第１および第２の蓄熱回路開閉装置は、開状態とされる
請求項４に記載の冷凍装置。
【請求項６】
前記利用側熱交換器の着霜を取り除く除霜運転の際に、
前記バイパス開閉装置は、開状態とされ、
前記第１および第２の蓄熱回路開閉装置は、閉状態とされる
請求項４または５に記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱槽を利用してホットガス除霜を行う冷凍装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、蓄熱槽を利用したホットガス除霜方式の冷凍装置では、冷却運転時に、圧縮機から吐出された高温の冷媒が蓄熱ユニットにおける蓄熱槽内の熱交換器に流入し、蓄熱槽内の蓄熱材を加熱する。一方、ホットガス除霜運転時には、冷却器ユニットから流出する冷媒は、蓄熱槽内の加熱された蓄熱材と熱交換することによって再蒸発し、圧縮機に戻る。これにより、冷凍装置における除霜能力を向上させるとともに、圧縮機への冷媒の液戻りを防止している。【０００３】
このような蓄熱槽を利用したホットガス除霜方式の冷凍装置が、例えば特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の冷凍装置では、冷却運転時に、圧縮機から吐出された冷媒が蓄熱槽内の熱交換器に流入し、蓄熱槽内の蓄熱材を加熱する。その後、冷媒は、凝縮器内に流入して熱交換を行うことによって凝縮するとともに、冷却器ユニットの冷却器に流入して熱交換を行うことによって蒸発する。そして、この冷媒は、蒸発後に蓄熱ユニット内の四方弁により、蓄熱槽に流入することなく圧縮機に戻る。【０００４】
一方、除霜運転時には、圧縮機から吐出された冷媒は、蓄熱槽に流入することなく冷却器ユニットに流入し、冷却器を通過して蓄熱ユニットに流入する。そして、蓄熱ユニットに流入した冷媒は、蓄熱槽内の熱交換器に流入し、蓄熱材と熱交換することによって再蒸発した後、蓄熱ユニットから流出する。蓄熱ユニットから流出した冷媒は、冷凍機ユニットに流入して圧縮機に戻る。【０００５】
このように、蓄熱槽を利用したホットガス除霜方式の冷凍装置では、湿り状態の冷媒を蓄熱ユニットで再蒸発させる。そのため、除霜の際に冷媒の潜熱を利用することができ、単純ホットガス除霜方式と比較して、高い除霜効率を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−１１２１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の冷凍装置では、蓄熱ユニットを他のユニットに接続する際に、高圧側の回路と接続する３箇所の配管と、再蒸発のための回路と接続する２箇所の配管との合計５箇所の配管が必要となる。そのため、冷凍装置を設置する際の施工性が悪いという課題があった。【０００８】
また、蓄熱材には、エチレングリコールまたはナイブライン（ナイブラインは登録商標）等を使用することが一般的である。このような場合に、例えば、蓄熱槽内で配管亀裂等が生じて蓄熱材が冷凍サイクル内に流入するような異常が発生すると、冷媒および冷凍機油をすべて回収して再充填する必要が生じてしまう。さらに、場合によっては、冷凍サイクル内の洗浄が必要となる。そのため、修理に手間がかかるとともに、冷凍装置の品質が低下してしまう。【０００９】
本発明は、上記従来の技術における課題に鑑みてなされたものであって、施工性を向上させるとともに、品質の低下を抑制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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の冷凍装置は、冷媒を圧縮して冷凍機油と共に吐出する圧縮機、該圧縮機から吐出された前記冷媒と前記冷凍機油とを分離する油分離器、および該油分離器で分離された前記冷媒と熱源媒体との間で熱交換を行う熱源側熱交換器を有する冷凍機ユニットと、前記冷凍機ユニットと第１の主管で接続され、該第１の主管を介して前記冷凍機ユニットから流入する冷媒と利用媒体との間で熱交換を行う利用側熱交換器を有する冷却器ユニットと、前記冷却器ユニットおよび前記冷凍機ユニットと第２の主管で接続されるとともに、前記冷凍機ユニットと第１および第２の油配管で接続され、前記第１の油配管を介して前記冷凍機ユニットから流入する、前記油分離器で分離された前記冷凍機油を蓄熱材として貯留する蓄熱槽を有する蓄熱ユニットとを備えるものである。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、蓄熱ユニットを第１および第２の主管、ならびに第１および第２の油配管で冷凍機ユニットおよび冷却器ユニットと接続し、蓄熱槽に貯留する蓄熱材として冷凍機油を用いることにより、施工性を向上させるとともに、品質の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係る冷凍装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図１の冷凍装置における、冷却運転時の冷媒および冷凍機油の流れについて説明するための概略図である。
【図３】図１の冷凍装置における、除霜運転時の冷媒および冷凍機油の流れについて説明するための概略図である。
【図４】図１の冷凍装置における、冷却運転時の冷凍機油の流れを制御するための処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】図１の冷凍装置１における、除霜運転時の冷凍機油の流れを制御するための処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態１の変形例に係る冷凍装置の構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る冷凍装置について説明する。本実施の形態１に係る冷凍装置は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置であり、例えば、食品倉庫または製氷等の冷却運転を行う。また、この冷凍装置は、冷却側に設けられた利用側熱交換器の霜取りを行うための除霜運転を行う。
【００１４】
［冷凍装置の構成］
図１は、本実施の形態１に係る冷凍装置１の構成の一例を示すブロック図である。図１に示すように、冷凍装置１は、冷凍機ユニット１０、冷却器ユニット２０、蓄熱ユニット３０、給油回路４０および制御装置５０を備えている。冷凍装置１では、冷凍機ユニット１０、冷却器ユニット２０および蓄熱ユニット３０が冷媒配管および油配管で接続されて冷凍サイクルが形成されている。なお、この例では、１つの冷却器ユニット２０が接続されている場合を示すが、これに限られず、例えば複数の冷却器ユニット２０が接続されてもよい。
【００１５】
（冷凍機ユニット）
冷凍機ユニット１０は、熱源側のユニットであり、例えば、建物の屋外または機械室等に設置される。冷凍機ユニット１０は、１本の第１の主管２で冷却器ユニット２０と接続されている。また、冷凍機ユニット１０は、１本の第２の主管３、ならびに給油回路４０における２本の配管とで蓄熱ユニット３０と接続されている。冷凍機ユニット１０は、圧縮機１１、油分離器１２、熱源側熱交換器１３、アキュムレータ１４、第１の液開閉装置１５および第１のホットガス開閉装置１６、ならびに給油回路４０の一部を備えている。
【００１６】
圧縮機１１は、低温低圧の冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温高圧のガス冷媒の状態にして吐出する。圧縮機１１としては、ロータリ方式、スクロール方式またはスクリュー方式等の種々の圧縮機があるが、本実施の形態１では、例えば、圧縮機１１から流出する冷凍機油の流出量がより多い、スクリュー方式の圧縮機等を用いると好ましい。
【００１７】
また、圧縮機１１としては、例えば、駆動周波数を任意に変化させることにより、単位時間あたりの冷媒送出量である容量を制御することが可能なインバータ圧縮機を用いることができる。また、これに限られず、例えば、商用電源による駆動周波数が一定の定速圧縮機を用いることもできる。さらに、この例では、圧縮機１１が１台である場合について説明するが、これに限られず、例えば、複数台の圧縮機１１を並列接続して用いてもよい。
【００１８】
油分離器１２は、圧縮機１１から吐出された冷凍機油を含むガス冷媒が流入する流入口と、ガス冷媒が流出する冷媒流出口と、冷凍機油が流出する油流出口とが設けられている。油分離器１２は、流入口が圧縮機１１の吐出側に接続されている。
【００１９】
油分離器１２は、圧縮機１１から吐出された冷凍機油を含むガス冷媒を、冷媒と冷凍機油とに分離する。油分離器１２としては、例えば、サイクロン式またはデミスタ式等のものを用いることができる。
【００２０】
熱源側熱交換器１３は、上流側が油分離器１２の冷媒流出口側に接続され、下流側が第１の主管２に接続されている。熱源側熱交換器１３は、冷却運転時に高温高圧のガス冷媒が流入し、図示しないファン等によって供給される空気などの熱源媒体と冷媒との間で熱交換を行う。具体的には、熱源側熱交換器１３は、冷却運転の際に、冷媒の熱を熱源媒体に放熱して冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。
【００２１】
熱源側熱交換器１３としては、例えば、クロスフィン式のフィンアンドチューブ型熱交換器、シェルアンドチューブ型の水冷型熱交換器、またはブレージングプレート式のプレート型熱交換器等を用いることができる。
【００２２】
アキュムレータ１４は、圧縮機１１の吸入側に設けられ、後述する蓄熱ユニット３０から戻ってくる冷媒が流入する。アキュムレータ１４は、過渡的な運転の変化に対する余剰冷媒等を貯留する。アキュムレータ１４を設置することにより、圧縮機１１への液戻りによる液圧縮を防止することができるアキュムレータ１４の内容積は、ユニット容量および冷却器ユニット２０の容積等に応じて適宜決定することができる。
【００２３】
なお、アキュムレータ１４は、冷凍機ユニット１０に必ずしも設置されている必要はない。ホットガスによる除霜運転を行う場合、除霜運転開始時においては、ホットガスが利用側の温度に相当する温度に冷却された配管内を通過するため、冷媒が凝縮しやすく、圧縮機１１において液戻りによる液圧縮が発生する可能性が上昇する。そのため、アキュムレータ１４を設置することが望ましいが、後述するようにして蓄熱槽３２において冷媒を確実に蒸発させることができる能力を冷凍装置１が有している場合には、アキュムレータ１４を設置する必要はない。アキュムレータ１４の要否については、試験または現地の環境等に応じて決定すればよい。
【００２４】
第１の液開閉装置１５は、例えば電磁弁であり、熱源側熱交換器１３の下流側と第１の主管２との間の配管に設けられている。第１の液開閉装置１５は、通常、冷却運転時において「開」状態とされ、ポンプダウン運転時、除霜運転時および停止時において「閉」状態とされる。
【００２５】
なお、除霜運転の開始前に第１の液開閉装置１５を「閉」状態としてポンプダウン運転を行うことにより、配管内の液冷媒を冷凍機ユニット１０側に回収することができる。これにより、第１の主管２を冷却運転用と除霜運転用とで共用することができる。
【００２６】
第１のホットガス開閉装置１６は、例えば電磁弁であり、油分離器１２の冷媒流出口と第１の液開閉装置１５の下流側との間に接続されたホットガス配管に設けられている。第１のホットガス開閉装置１６は、通常、冷却運転時において「閉」状態とされ、除霜運転時において「開」状態とされる。
【００２７】
なお、図１に示す例では、圧縮機１１および熱源側熱交換器１３が別体であるように説明したが、これに限られず、例えば、圧縮機１１および熱源側熱交換器１３が一体的に構成されてもよい。また、熱交換の方式についても、空冷式または水冷式等、種々の方式を適用することができる。さらに、冷凍機ユニット１０としては、例えば、レシーバ、過冷却熱交換器および中間インジェクション回路等の図示されない構成を、必要に応じて備えていてもよい。例えば、中間インジェクション回路を備えた冷凍機ユニット１０の場合、圧縮機１１としては、中間インジェクションの機能を備えた圧縮機を用いる。
【００２８】
（冷却器ユニット）
冷却器ユニット２０は、利用側のユニットであり、例えば、冷蔵倉庫内の天井、床または壁等に設置される。冷却器ユニット２０は、１本の第１の主管２で冷凍機ユニット１０と接続されている。また、冷却器ユニット２０は、１本の第２の主管３で蓄熱ユニット３０と接続されている。冷却器ユニット２０は、利用側熱交換器２１、第１の減圧装置２２、第２の液開閉装置２３および第２のホットガス開閉装置２４を備えている。
【００２９】
利用側熱交換器２１は、上流側が第１の主管２に接続され、下流側が第２の主管３に接続されている。利用側熱交換器２１は、冷却運転時に低温低圧の気液二相冷媒が流入し、図示しないファン等によって供給される空気などの利用媒体と冷媒との間で熱交換を行う。具体的には、利用側熱交換器２１は、冷却運転の際に冷媒を蒸発させ、その際の気化熱により空気等を冷却する蒸発器として機能する。利用側熱交換器２１としては、例えば、プレートフィンチューブ式のものを用いることができる。
【００３０】
第１の減圧装置２２は、第１の主管２と利用側熱交換器２１の上流側との間に接続されている。第１の減圧装置２２は、例えば膨張弁であり、高圧の液冷媒を減圧して膨張させ、低圧の気液二相冷媒にする。第１の減圧装置２２は、利用側熱交換器２１の冷媒出口温度が最適となるように、後述する制御装置５０によって制御される。第１の減圧装置２２は、例えば、電子式膨張弁等の開度の制御が可能な弁で構成されている。また、第１の減圧装置２２は、これに限られず、例えば温度式のものを用いてもよい。
【００３１】
第２の液開閉装置２３は、例えば電磁弁であり、第１の主管２と利用側熱交換器２１の上流側との間であって、第１の減圧装置２２の上流側に第１の減圧装置２２と直列に接続されている。第２の液開閉装置２３は、通常、冷却運転時において「開」状態とされ、除霜運転時において「閉」状態とされる。
【００３２】
第２のホットガス開閉装置２４は、例えば電磁弁であり、第１の主管２と利用側熱交換器２１の上流側との間であって、第１の減圧装置２２および第２の液開閉装置２３と並列に接続されている。第２のホットガス開閉装置２４は、通常、冷却運転時において「閉」状態とされ、除霜運転時において「開」状態とされる。
【００３３】
（蓄熱ユニット）
蓄熱ユニット３０は、冷却運転時に温かい冷凍機油によって蓄熱し、その熱を利用して除霜運転時に冷媒を蒸発させるサーモバンクとして動作する。蓄熱ユニット３０は、冷凍機ユニット１０と冷却器ユニット２０との間に設けられている。蓄熱ユニット３０は、１本の第２の主管３で冷却器ユニット２０と接続されている。また、蓄熱ユニット３０は、１本の第２の主管３および給油回路４０における２本の配管で冷凍機ユニット１０と接続されている。蓄熱ユニット３０は、冷媒流路切替装置３１、蓄熱槽３２、補助ヒータ３３および温度センサ３４、第２の減圧装置３５、ならびに給油回路４０の一部を備えている。
【００３４】
冷媒流路切替装置３１は、冷却器ユニット２０と蓄熱ユニット３０、ならびに蓄熱ユニット３０と冷凍機ユニット１０とを接続する第２の主管３に設けられている。冷媒流路切替装置３１は、例えば四方弁であり、冷媒の流れる方向を切り替えることにより、冷却運転時および除霜運転時の冷媒の流路を切り替える。具体的には、冷媒流路切替装置３１は、流入した冷媒が、冷却運転時に後述する蓄熱槽３２に流入しないように、また、除霜運転時に蓄熱槽３２に流入するように流路を切り替える。
【００３５】
第２の減圧装置３５は、例えばリニア膨張弁であり、蓄熱槽３２に流入する冷却器ユニット２０からの冷媒を、再蒸発しやすいように減圧させる。このように、第２の減圧装置３５を設けることにより、冷却器ユニット２０において、ホットガスが完全に液化するほど除霜熱量を使った場合でも、ホットガスを蓄熱側熱交換器３２ａで再蒸発しやすい状態とすることができる。そのため、除霜効率を向上させることができる。
【００３６】
ただし、冷却器ユニット２０から流出する冷媒が気液二相状態であれば、蓄熱側熱交換器３２ａで蒸発しやすい。したがって、利用側熱交換器２１の着霜量または運転制御によって蓄熱槽３２へ流入する冷媒の状態を気液二相状態にすることができれば、第２の減圧装置３５は、設置しなくてもよい。
【００３７】
蓄熱槽３２は、蓄熱材としての冷凍機油を貯留させるためのものであり、内部に蓄熱側熱交換器３２ａを有している。蓄熱槽３２には、後述する給油回路４０が接続され、冷凍機油を貯留または循環させる。蓄熱槽３２は、例えば外側を断熱材で覆うことにより、冷却運転中に貯留された冷凍機油の温度の低下を抑制することができる。
【００３８】
蓄熱側熱交換器３２ａは、除霜運転時に流入した冷媒と蓄熱槽３２に貯留された冷凍機油との間で熱交換を行い、冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。蓄熱側熱交換器３２ａとしては、例えばプレートフィンチューブ式のものを用いてもよいし、冷媒が流通する配管を蓄熱槽３２内に配設したものでもよい。プレート式の熱交換器を用いることにより、熱交換性能を向上させることができるとともに、冷凍機油の全量を抑えることができるため、コストを低減することができる。
【００３９】
また、蓄熱側熱交換器３２ａとしては、これに限られず、例えば、シェルアンドチューブ式のものを用いることができる。なお、この場合は、シェル側を冷凍機油とし、チューブ側を冷媒とすることにより、熱交換性能を向上させることができる。
【００４０】
補助ヒータ３３は、蓄熱槽３２内の冷凍機油の温度が低い場合に、補助熱源として用いられるものである。例えば、外気温度が低く、蓄熱槽３２内の冷凍機油の温度が予め設定された温度まで上昇していない状態で除霜運転が開始された場合に、補助ヒータ３３は、蓄熱槽３２内の冷凍機油を加熱する。
【００４１】
なお、例えば、後述するようにして圧縮機１１に戻る冷凍機油の温度が制御されることにより、蓄熱槽３２内の冷凍機油の温度を確保することができ、除霜性能を確保することができる場合には、補助ヒータ３３は設けなくてもよい。
【００４２】
温度センサ３４は、蓄熱槽３２内の冷凍機油の温度を検出し、検出結果を制御装置５０に供給する。温度センサ３４としては、例えば、サーミスタまたはＰＴ１００Ωなどの測温抵抗体等を用いることができる。
【００４３】
（給油回路）
給油回路４０は、冷凍機ユニット１０の油分離器１２で分離された冷凍機油を圧縮機１１に返油するためのものである。また、給油回路４０は、蓄熱材としての冷凍機油を蓄熱ユニット３０の蓄熱槽３２に貯留または循環させるためのものである。給油回路４０は、冷凍機ユニット１０および蓄熱ユニット３０に設けられており、油冷却器４１、第１の給油バイパス開閉装置４２、第２の給油バイパス開閉装置４３、第１の蓄熱回路開閉装置４４および第２の蓄熱回路開閉装置４５を備えている。
【００４４】
油冷却器４１は、上流側が油分離器１２の油流出口に接続され、下流側が圧縮機１１の返油口に接続されている。油冷却器４１は、流入する冷凍機油を冷却する。油冷却器４１としては、例えば、冷凍機ユニット１０が空冷式の場合はプレートフィンチューブ熱交換器を用いることができ、冷凍機ユニット１０が水冷式の場合はシェルアンドチューブ熱交換器を用いることができる。また、例えば、冷凍機ユニット１０が中間冷媒との冷媒冷却を行う場合には、プレート熱交換器を用いることができる。
【００４５】
第１の給油バイパス開閉装置４２は、例えば電磁弁であり、油冷却器４１に対して並列に接続されている。この給油回路４０において、冷凍機油を冷却する場合に、第１の給油バイパス開閉装置４２が「閉」状態とされ、冷凍機油を冷却しない場合に、第１の給油バイパス開閉装置４２が「開」状態とされる。
【００４６】
第２の給油バイパス開閉装置４３は、油分離器１２の油流出口と、油冷却器４１および第１の給油バイパス開閉装置４２の上流側との間に設けられている。第２の給油バイパス開閉装置４３は、例えば電磁弁であり、冷凍機油の流通経路を切り替えるために設けられている。第２の給油バイパス開閉装置４３は、通常、冷却運転時において「閉」状態とされ、除霜運転時において「開」状態とされる。
【００４７】
第２の給油バイパス開閉装置４３の上流側には、蓄熱槽３２に接続され、後述する第１の蓄熱回路開閉装置４４が設けられた第１の油配管４が接続され、下流側には、蓄熱槽３２に接続され、後述する第２の蓄熱回路開閉装置４５が設けられた第２の油配管５が接続されている。そして、第２の給油バイパス開閉装置４３は、第１の蓄熱回路開閉装置４４および第２の蓄熱回路開閉装置４５と連携して、冷凍機油の流通経路を切り替える。
【００４８】
第１の蓄熱回路開閉装置４４は、例えば電磁弁であり、第２の給油バイパス開閉装置４３の上流側と、蓄熱槽３２との間を接続する第１の油配管４に設けられている。第２の蓄熱回路開閉装置４５は、例えば電磁弁であり、第２の給油バイパス開閉装置４３の下流側と、蓄熱槽３２との間を接続する第２の油配管５に設けられている。
【００４９】
第１の蓄熱回路開閉装置４４および第２の蓄熱回路開閉装置４５は、開閉状態に応じて、蓄熱槽３２への冷凍機油の循環および遮断を行う。第１の蓄熱回路開閉装置４４および第２の蓄熱回路開閉装置４５は、通常、冷却運転時において「開」状態とされ、除霜運転時において「閉」状態とされる。
【００５０】
なお、冷却運転時であっても、例えば、外気温度が低い場合などの要因により温度が低い冷凍機油が蓄熱槽３２を循環する可能性があるときで、蓄熱槽３２内の冷凍機油の温度が十分に確保できていると判断される場合等が考えられる。このような場合、第１の蓄熱回路開閉装置４４および第２の蓄熱回路開閉装置４５は、「閉」状態とされ、蓄熱槽３２への冷凍機油の流入を遮断する。
【００５１】
（制御装置）
制御装置５０は、例えばマイクロコンピュータ、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などの演算装置上で実行されるソフトウェア、各種機能を実現する回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。制御装置５０は、例えば、図示しないリモートコントローラに対する使用者の操作による設定、ならびに冷凍装置１の各部から受け取る各種情報に基づき、冷凍装置１全体の動作を制御する。
【００５２】
本実施の形態１において、制御装置５０は、例えば、温度センサ３４で検出された蓄熱槽３２内の冷凍機油の温度（以下、「蓄熱槽内温度」と適宜称する）に基づき、冷凍装置１の各部に設けられた各開閉装置の開閉状態を制御する。また、制御装置５０は、図示しない記憶部を備え、各開閉装置を制御する際に用いられる各種の温度に関する各種の設定値および設定時間等が予め記憶されている。
【００５３】
なお、図示しないが、冷凍装置１における冷凍機ユニット１０および冷却器ユニット２０には、複数のセンサが搭載されている。例えば、圧縮機１１の吐出側には高圧圧力センサが設けられ、吸入側には低圧圧力センサが設けられている。また、熱源側熱交換器１３には外気温度センサまたは水温センサが設けられている。制御装置５０は、このような各種センサで検出されたセンサ値を制御パラメータとして、冷凍装置１の動作が最適となるように各部を制御する。
【００５４】
［冷凍装置の動作］
次に、上記構成を有する冷凍装置１の動作について説明する。本実施の形態１に係る冷凍装置１は、冷蔵倉庫等の空間内の利用媒体を冷却する冷却運転と、冷却器ユニット２０における利用側熱交換器２１の着霜を取り除く除霜運転とを行う。以下では、冷凍装置１における冷却運転および除霜運転における冷媒および冷凍機油の流れについて説明する。
【００５５】
（冷却運転）
図２は、図１の冷凍装置１における、冷却運転時の冷媒および冷凍機油の流れについて説明するための概略図である。冷却運転時においては、冷媒流路切替装置３１および各開閉装置が図２に示す状態に設定される。ここで、各開閉装置において、白抜きが「開」状態であることを示し、黒塗りが「閉」状態であることを示す。また、図２において、実線の矢印が冷媒の流れを示し、点線の矢印が冷凍機油の流れを示す。なお、各開閉装置の開閉状態は、運転モードによって一意に決定されるものではなく、冷凍機油の温度状態等に応じて適宜制御されるものとする。
【００５６】
低温低圧の冷媒は、圧縮機１１によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって冷凍機油とともに吐出される。圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒および冷凍機油は、油分離器１２の流入口に流入する。高温高圧のガス冷媒および冷凍機油は、油分離器１２においてガス冷媒と冷凍機油とに分離され、ガス冷媒が冷媒流出口から流出し、冷凍機油が油流出口から流出する。
【００５７】
油分離器１２から流出した高温高圧のガス冷媒は、熱源側熱交換器１３に流入し、熱源媒体と熱交換して放熱しながら凝縮し、高圧の液冷媒となって熱源側熱交換器１３から流出する。熱源側熱交換器１３から流出した高圧の液冷媒は、冷凍機ユニット１０から流出し、第１の主管２を介して冷却器ユニット２０に流入する。
【００５８】
冷却器ユニット２０に流入した高圧の液冷媒は、第１の減圧装置２２によって減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となり、利用側熱交換器２１に流入する。利用側熱交換器２１に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、利用媒体と熱交換して吸熱および蒸発することにより室内空気を冷却し、低温低圧のガス冷媒となって利用側熱交換器２１から流出する。利用側熱交換器２１から流出した低温低圧のガス冷媒は、冷却器ユニット２０から流出し、第２の主管３を介して蓄熱ユニット３０に流入する。
【００５９】
蓄熱ユニット３０に流入した低温低圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置３１を介して蓄熱槽３２に流入することなく、蓄熱ユニット３０から流出する。蓄熱ユニット３０から流出した低温低圧のガス冷媒は、第２の主管３を介して冷凍機ユニット１０に流入する。
【００６０】
冷凍機ユニット１０に流入した低温低圧のガス冷媒は、アキュムレータ１４を通過して、圧縮機１１に吸入される。
【００６１】
一方、油分離器１２から流出した冷凍機油は、第２の給油バイパス開閉装置４３が「閉」状態とされているため、第１の油配管４を介して冷凍機ユニット１０から流出し、蓄熱ユニット３０に流入する。このとき、冷凍機油は、圧縮機１１の吐出温度相当に加熱されている。
【００６２】
蓄熱ユニット３０に流入した冷凍機油は、蓄熱槽３２に流入して循環し、蓄熱槽３２から流出する。そして、蓄熱槽３２から流出した冷凍機油は、蓄熱ユニット３０から流出し、第２の油配管５を介して冷凍機ユニット１０に流入する。冷凍機ユニット１０に流入した冷凍機油は、油冷却器４１に流入して冷却された後、圧縮機１１に返油される。
【００６３】
なお、この例では、第１の給油バイパス開閉装置４２が「閉」状態とされているため、冷凍機油は、油冷却器４１で冷却されて圧縮機１１に返油される。一方、冷凍機油の冷却が不要である場合には、第１の給油バイパス開閉装置４２が「開」状態とされる。そして、冷凍機油は、油冷却器４１の圧損によって油冷却器４１に流入することなく、第１の給油バイパス開閉装置４２を介してそのまま圧縮機１１に返油される。このような冷凍機油の冷却の要否は、制御装置５０によって判断され、判断結果に応じて第１の給油バイパス開閉装置４２の開閉状態が制御される。
【００６４】
（除霜運転）
図３は、図１の冷凍装置１における、除霜運転時の冷媒および冷凍機油の流れについて説明するための概略図である。除霜運転時においては、冷媒流路切替装置３１および各開閉装置が図３に示す状態に設定される。図３において、実線の矢印が冷媒の流れを示し、点線の矢印が冷凍機油の流れを示す。
【００６５】
低温低圧の冷媒は、圧縮機１１によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって冷凍機油とともに吐出される。圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒および冷凍機油は、油分離器１２の流入口に流入する。高温高圧のガス冷媒および冷凍機油は、油分離器１２においてガス冷媒と冷凍機油とに分離され、ガス冷媒が冷媒流出口から流出し、冷凍機油が油流出口から流出する。
【００６６】
油分離器１２から流出した高温高圧のガス冷媒は、第１のホットガス開閉装置１６が設けられたホットガス配管を介して冷凍機ユニット１０から流出する。冷凍機ユニット１０から流出した高温高圧のガス冷媒は、第１の主管２を介して冷却器ユニット２０に流入する。
【００６７】
冷却器ユニット２０に流入した高温高圧のガス冷媒は、第２のホットガス開閉装置２４を介して利用側熱交換器２１に流入する。利用側熱交換器２１に流入した高温高圧のガス冷媒は、ホットガスによる除霜を行い、利用側熱交換器２１から流出する。利用側熱交換器２１から流出した冷媒は、冷却器ユニット２０から流出し、第２の主管３を介して蓄熱ユニット３０に流入する。
【００６８】
蓄熱ユニット３０に流入した冷媒は、冷媒流路切替装置３１および第２の減圧装置３５を介して蓄熱槽３２に流入する。蓄熱槽３２に流入した冷媒は、蓄熱槽３２内の蓄熱側熱交換器３２ａにより冷凍機油と熱交換することで蒸発し、蓄熱槽３２から流出する。蓄熱槽３２から流出した冷媒は、冷媒流路切替装置３１を介して蓄熱ユニット３０から流出する。蓄熱ユニット３０から流出した冷媒は、第２の主管３を介して冷凍機ユニット１０に流入する。冷凍機ユニット１０に流入した冷媒は、アキュムレータ１４を通過して、圧縮機１１に吸入される。
【００６９】
一方、油分離器１２から流出した冷凍機油は、蓄熱ユニット３０内の第１の蓄熱回路開閉装置４４および第２の蓄熱回路開閉装置４５が共に「閉」状態とされていることにより、蓄熱ユニット３０に流入せず、第２の給油バイパス開閉装置４３を介して圧縮機１１に返油される。ここで、冷凍機油は、ホットガス熱量確保のため、基本的には油冷却器４１を介さずに圧縮機１１に返油される。なお、冷凍機油の温度が高くなり、圧縮機１１における吐出温度の保護を行う場合は、油冷却器４１で冷凍機油を冷却させてもよい。
【００７０】
（冷凍機油流れの制御処理）
次に、本実施の形態１に係る冷凍装置１における、冷凍機油の流れを制御するための処理について説明する。図４は、図１の冷凍装置１における、冷却運転時の冷凍機油の流れを制御するための処理の一例を示すフローチャートである。図５は、図１の冷凍装置１における、除霜運転時の冷凍機油の流れを制御するための処理の一例を示すフローチャートである。
【００７１】
（冷却運転時）
まず、図４を参照して、冷却運転時の処理について説明する。冷却運転が開始されると、ステップＳ１において、制御装置５０は、温度センサ３４で検出された蓄熱槽３２内の冷凍機油の温度である蓄熱槽内温度が設定温度以上であるか否かを判断する。蓄熱槽内温度が設定温度未満であると判断した場合（ステップＳ１；Ｎｏ）には、処理がステップＳ２に移行する。
【００７２】
制御装置５０は、ステップＳ２において、第２の給油バイパス開閉装置４３を「閉」状態とするとともに、第１の蓄熱回路開閉装置４４および第２の蓄熱回路開閉装置４５のそれぞれを「開」状態に設定する。これにより、給油回路４０において、油分離器１２から流出した加熱された冷凍機油が蓄熱槽３２内を循環する。
【００７３】
ステップＳ３において、制御装置５０は、ステップＳ２の処理からの経過時間を計測する。そして、計測時間が予め設定された時間Ｔ１だけ経過すると、制御装置５０は、ステップＳ４において、温度センサ３４で検出された蓄熱槽内温度が設定温度以上であるか否かを判断する。蓄熱槽内温度が設定温度未満であると判断した場合（ステップＳ４；Ｎｏ）には、処理がステップＳ５に移行し、制御装置５０は、第１の給油バイパス開閉装置４２を「開」状態に設定する。これにより、蓄熱槽３２から流出した冷凍機油は、油冷却器４１で放熱せずにそのまま圧縮機１１に返油される。
【００７４】
一方、ステップＳ１において、蓄熱槽内温度が設定温度以上であると判断した場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、ならびに、ステップＳ４において、蓄熱槽内温度が設定温度以上であると判断した場合（ステップＳ４；Ｙｅｓ）には、制御装置５０は、蓄熱槽３２内の冷凍機油が十分な温度に達していると判断する。そして、一連の処理が終了する。なお、図４に示す処理は、冷却運転中、予め設定された時間毎に巡回的に繰り返される。
【００７５】
ステップＳ１およびステップＳ４において、蓄熱槽内温度を判断する場合には、それぞれの開閉装置が過度に開閉することによるハンチングを防止するため、猶予時間を予め設定してもよい。例えば、ステップＳ１およびステップＳ４では、判断を行ってから設定された猶予時間Ｔ２が経過した場合に、次のステップによる処理が行われる。
【００７６】
ここで、図４のフローチャートに示す処理は、蓄熱槽内温度を確保するための処理であり、保護制御といった他の制御とは独立して行われるものである。そのため、各ステップにおける処理の間で保護制御等による各開閉装置の動作が介入した場合は、保護制御を優先する場合がある。例えば、冷凍機油が冷却されず、圧縮機１１の吐出温度が上昇して保護制御が働く場合には、ステップＳ５の処理が行われるタイミングであっても、第１の給油バイパス開閉装置４２を「閉」状態として吐出温度の抑制制御を行う場合がある。
【００７７】
（除霜運転時）
次に、図５を参照して、除霜運転時の処理について説明する。ステップＳ１１において、制御装置５０は、除霜運転を開始するタイミングであるか否かを判断する。除霜運転を開始するタイミングは、時刻、圧縮機１１の運転積算時間、またはユニットの運転状態によって制御装置５０が判断する。例えば、運転スケジュールが予め設定されている場合には、設定されたスケジュールに沿って除霜運転が開始される。
【００７８】
除霜運転を開始するタイミングであると判断した場合（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）には、処理がステップＳ１２に移行する。一方、除霜運転を開始するタイミングではないと判断した場合（ステップＳ１１；Ｎｏ）には、処理がステップＳ１１に戻り、除霜運転を開始するタイミングとなるまでステップＳ１１の処理を繰り返す。
【００７９】
ステップＳ１２において、制御装置５０は、温度センサ３４で検出された蓄熱槽内温度が設定温度以上であるか否かを判断する。蓄熱槽内温度が設定温度未満であると判断した場合（ステップＳ１２；Ｎｏ）には、処理がステップＳ１３に移行する。
【００８０】
ステップＳ１３において、制御装置５０は、除霜運転を開始し、蓄熱槽３２内の冷凍機油が冷凍機ユニット１０に返らないように、第１の蓄熱回路開閉装置４４および第２の蓄熱回路開閉装置４５のそれぞれを「閉」状態に設定する。また、制御装置５０は、第２の給油バイパス開閉装置４３を「開」状態とする。さらに、制御装置５０は、蓄熱槽３２内の温度を確保するために、補助ヒータ３３をＯＮとして、蓄熱槽３２内の冷凍機油を加熱する。なお、補助ヒータ３３が設けられていない場合には、補助ヒータ３３に対する制御は行われなくてよい。
【００８１】
また、このとき、制御装置５０は、冷凍機ユニット１０内の油温度を下げないようにするため、第１の給油バイパス開閉装置４２を「開」状態としている。しかし、圧縮機１１の吐出温度が規定値を超える場合には、制御装置５０は、第１の給油バイパス開閉装置４２を「閉」状態として、油冷却器４１で冷凍機油を冷却する。
【００８２】
次に、ステップＳ１４において、制御装置５０は、温度センサ３４で検出された蓄熱槽内温度が設定温度未満であるか否かを判断する。これは、ステップＳ１３で補助ヒータ３３をＯＮとすることによって増加する消費電力を抑制するために、補助ヒータ３３をＯＦＦとする条件として設定される処理である。
【００８３】
蓄熱槽内温度が設定温度以上である場合（ステップＳ１４；Ｎｏ）、制御装置５０は、ステップＳ１５において、補助ヒータ３３をＯＦＦとする。一方、蓄熱槽内温度が設定温度未満である場合（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）には、処理がステップＳ１４に戻り、ステップＳ１４の条件を満たすまでステップＳ１４の処理を繰り返す。
【００８４】
なお、補助ヒータ３３のＯＮおよびＯＦＦは、この例に限られず、ユニットの設置環境または運転状態等によって決定してもよい。例えば、除霜運転中においては、補助ヒータ３３を常にＯＮとしてもよい。また、例えば、第２の減圧装置３５が蓄熱槽３２内の温度に応じて減圧することができるような場合には、補助ヒータ３３を常にＯＦＦとしてもよい。
【００８５】
一方、ステップＳ１２において、蓄熱槽内温度が設定温度以上であると判断した場合（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）には、処理がステップＳ１６に移行する。ステップＳ１６において、制御装置５０は、除霜運転を開始し、第１の蓄熱回路開閉装置４４および第２の蓄熱回路開閉装置４５のそれぞれを「閉」状態に設定する。また、制御装置５０は、第２の給油バイパス開閉装置４３を「開」状態とする。
【００８６】
［冷凍装置の変形例］
次に、本実施の形態１の変形例について説明する。図６は、本実施の形態１の変形例に係る冷凍装置１の構成の一例を示すブロック図である。なお、以下の説明において、図１に示す冷凍装置１と共通する部分については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００８７】
図６に示すように、変形例による冷凍装置１は、冷凍機ユニット１０における第１のホットガス開閉装置１６が設けられたホットガス配管を、第１の液開閉装置１５の下流側に接続せずに、冷却器ユニット２０の第２のホットガス開閉装置２４の上流側に接続する。そして、冷却器ユニット２０における第１の減圧装置２２のバイパスを取り除くと共に、冷凍機ユニット１０における第１の液開閉装置１５を取り除く。
【００８８】
この場合、冷却器ユニット２０における第２の液開閉装置２３は、実施の形態１における第１の液開閉装置１５の代わりとなる。したがって、冷却運転時、除霜運転時、ポンプダウン運転時および停止時における第２の液開閉装置２３は、第１の液開閉装置１５と同様に動作する。これにより、変形例による冷凍装置１は、実施の形態１に係る冷凍装置１と同様に動作させることができる。
【００８９】
以上のように、本実施の形態１に係る冷凍装置１は、冷媒を圧縮して冷凍機油と共に吐出する圧縮機１１、圧縮機１１から吐出された冷媒と冷凍機油とを分離する油分離器１２、および油分離器１２で分離された冷媒と熱源媒体との間で熱交換を行う熱源側熱交換器１３を有する冷凍機ユニット１０と、冷凍機ユニット１０と第１の主管２で接続され、第１の主管２を介して冷凍機ユニット１０から流入する冷媒と利用媒体との間で熱交換を行う利用側熱交換器２１を有する冷却器ユニット２０と、冷却器ユニット２０および冷凍機ユニット１０と第２の主管３で接続されるとともに、冷凍機ユニット１０と第１の油配管４および第２の油配管５で接続され、第１の油配管４を介して冷凍機ユニット１０から流入する、油分離器１２で分離された冷凍機油を蓄熱材として貯留する蓄熱槽３２を有する蓄熱ユニット３０とを備えている。
【００９０】
このように、蓄熱ユニット３０は、第２の主管３、第１の油配管４および第２の油配管５で冷凍機ユニット１０と接続され、第２の主管３で冷却器ユニット２０と接続される。そのため、蓄熱ユニット３０に接続される配管の本数を従来よりも削減することができ、施工性を向上させ得ることができる。
【００９１】
また、この冷凍装置１では、蓄熱材として冷凍機油を使用するため、何らかの異常によって冷凍サイクル中に蓄熱材が混入した場合でも、冷媒および蓄熱材の全回収および再チャージが不要となり、装置の品質低下を抑制することができる。
【００９２】
以上、本発明の実施の形態１および変形例について説明したが、本発明は、上述した本発明の実施の形態１および変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、本実施の形態１および変形例では、冷媒の種類を特に指定していないが、Ｒ４１０Ａのような高圧冷媒は、冷凍機油の温度が高くなりやすいため、冷媒としてＲ４１０Ａを用いることにより、大きな蓄熱効果を得ることができる。ただし、Ｒ４０４ＡのようにＲ４１０Ａより高圧圧力が低く、吐出温度が上昇しにくい冷媒であっても、例えば油冷却器４１を用いる等の工夫をすることにより、十分な効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００９３】
１  冷凍装置、２  第１の主管、３  第２の主管、１０  冷凍機ユニット、１１  圧縮機、１２  油分離器、１３  熱源側熱交換器、１４  アキュムレータ、１５  第１の液開閉装置、１６  第１のホットガス開閉装置、２０  冷却器ユニット、２１  利用側熱交換器、２２  第１の減圧装置、２３  第２の液開閉装置、２４  第２のホットガス開閉装置、３０  蓄熱ユニット、３１  冷媒流路切替装置、３２  蓄熱槽、３２ａ  蓄熱側熱交換器、３３  補助ヒータ、３４  温度センサ、３５  第２の減圧装置、４０  給油回路、４１  油冷却器、４２  第１の給油バイパス開閉装置、４３  第２の給油バイパス開閉装置、４４  第１の蓄熱回路開閉装置、４５  第２の蓄熱回路開閉装置、５０  制御装置。
【図１】
0006685472.tif 000002
【図２】
0006685472.tif 000003
【図３】
0006685472.tif 000004
【図４】
0006685472.tif 000005
【図５】
0006685472.tif 000006
【図６】
0006685472.tif 000007