(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサ、凝縮器、弁開度が調整可能な膨張弁、蒸発器、及びこれらを連結して閉回路を形成する冷媒管路から成り、前記コンプレッサの冷凍機油との相互溶解性が小なる冷媒を使用して冷凍サイクルを実行する冷却部と、前記膨張弁を一定の弁開度とする前記冷却部の定常運転時において、前記膨張弁が所定時間だけ定常運転時と異なる弁開度となるように、前記膨張弁の弁開度を制御する制御部と、を備え、前記凝縮器及び前記蒸発器における冷媒の圧力を変動させると共に、前記制御部は、前記膨張弁を第１の時間だけ定常運転時より小なる弁開度とし、その後、前記膨張弁を第２の時間だけ定常運転時より大なる弁開度とするように、前記膨張弁の弁開度を制御することを特徴とする冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイドロフルオロカーボンを主成分とする冷媒を用いて、コンプレッサを運転し、商品収納庫を冷却する冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
缶飲料を販売する缶自動販売機には、種々の飲料を収納できるようにしている商品収納庫を設け、商品収納庫には蒸発器を設け、複数の商品収納庫を設けた場合には各々の商品収納庫に設けた蒸発器の入口側に接続した冷媒電磁弁と、冷凍サイクル（コンプレッサ、温度センサ、膨張弁、ファンモータなど）を制御して、商品を冷却・保存できるようになっている。
【０００３】
ところで従来、冷媒としてＣＦＣ１２やＨＣＦＣ２２を使用した冷凍装置では、コンプレッサに鉱物油やアルキルベンゼン系油などの冷凍機油を用いていた。鉱物油やアルキルベンゼン系油は、ＣＦＣ１２やＨＣＦＣ２２と相互溶解性があるため、冷凍機油が冷凍サイクル中に余分に滞留することがなくコンプレッサに返油され、信頼性・耐久性の高いレベルを持った冷凍装置を実現することができた。
【０００４】
しかし、ＣＦＣ１２やＨＣＦＣ２２は大気中に放出されるとオゾン層を破壊するため、オゾン層を破壊する可能性の少ないハイドロフルオロカーボンを主成分とする冷媒が、冷凍機に使用されるようになった。ハイドロフルオロカーボンを主成分とする冷媒に、鉱物油やアルキルベンゼン系油などの相互溶解性がほとんどない冷凍機油を使用すると、コンプレッサから冷媒とともに吐出された冷凍機油が冷凍サイクル中に滞留してしまう場合がある。冷凍機油が冷凍サイクル中に滞留すると、コンプレッサ内のオイルレベルが低下して摺動部の摩耗などの不具合を生じる、という問題があった。
【０００５】
そこで、ハイドロフルオロカーボンを主成分とする冷媒を使用する冷凍装置において、冷凍機油を確実に返油するため様々な方法が試みられている。コンプレッサから吐出した冷凍機油は、断面積形状の大きいアキュムレータでは低流速になるため、また、温度がもっとも低い蒸発器では高粘性となって滞留し易い。しかし、高粘性、低温の冷凍機油であっても一定以上の冷媒流速があれば冷媒管路内面に沿いながら移動し、コンプレッサに戻ることが確認されている。例えば、特開平７−１７４４３９号公報には、冷凍サイクルを構成する冷媒管路の内径を所定値以下にすることにより、冷媒の流速を一定以上に保持して、冷凍サイクル中に冷凍機油が滞留するのを防止する技術が開示されている。
【０００６】
このように冷媒流速が一定以上になるようにコンプレッサのストロークボリュームと冷媒管路の内径を構成することができる場合は有効だが、例えば多種多様な機種揃えを要求される上記缶自動販売機のように、内容量が小容量のものから大容量のものまで容量比率が３〜６倍程度ある場合には、商品収納庫内の温度を設定値に保持するための冷凍能力を得るには、コンプレッサのストロークボリュームを商品収容庫の内容量に合せ数種類用意し、冷媒管路もコンプレッサのストロークボリュームに合わせた数種類の内径の構成とすることが望ましい。しかし、冷媒管路をコンプレッサのストロークボリュームに合わせて、数種類の内径を使用することは、現在使用している凝縮器、蒸発器の構造上、冷媒管路内径の種類数の生産設備を必要とし、生産性が大幅に低下し、コストアップ要因となる。そのため、生産コストを最小にするために、商品収納庫内の温度を設定値に保持するための必要最小の冷凍能力を得ることができる数種類のストロークボリュームのコンプレッサと、限られた種類の内径の冷媒配管と凝縮器、蒸発器、及び、そのほかの部品の組み合せを使用している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、冷媒配管は大容量の商品収納庫の冷却に必要とする冷媒流量を得ることができ、尚且つ、一定以上の冷媒流速が得られる内径の冷媒管路を使用している。このため、商品収納庫が大容量の缶自動販売機では、一定以上の冷媒流速が得られる内径の冷媒管路を使用しているため、ハイドロフルオロカーボンを主成分とする冷媒に、鉱物油やアルキルベンゼン系油などの相互溶解性がほとんどない冷凍機油を使用しても、冷媒管路内に冷凍機油が滞留することはないが、小容量の缶自動販売機ではストロークボリュームの小さいコンプレッサを使用するため冷媒管路内を流れる冷媒の流速が低下して返油限界冷媒流速以下になる場合がある。冷媒流速が返油限界冷媒流速以下のままで冷凍サイクルの運転を行うと、冷凍機油が冷媒管路内に滞留してしまい、適正量の冷凍機油がコンプレッサに返油されないこととなり、しいては、コンプレッサ内のオイルレベルが低下して摺動部の摩耗などの不具合を生じる場合がある。また、一般に冷凍サイクルには種々の部品が配置され、冷媒の流れる配管断面積は複雑に変化している。このため、もっとも断面積の大きい部品（部分）に冷凍機油が滞留し、冷凍機油が返油されないという不具合が生じる。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、ハイドロフルオロカーボンを主成分とする冷媒に、鉱物油やアルキルベンゼン系油などの相互溶解性がほとんどない冷凍機油を用いて、商品収納庫を冷却する冷凍装置において、小容量の缶自動販売機の商品収納庫内の温度を設定値に保持するための必要最小の冷凍能力を得ることができるストロークボリュームのコンプレッサと、大容量の商品収納庫の缶自動販売機の使用にも適する内径の冷媒管路を組み合せて使用したときにも、冷媒管路内での冷凍機油の滞留を防止することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、コンプレッサ、凝縮器、弁開度が調整可能な膨張弁、蒸発器、及びこれらを連結して閉回路を形成する冷媒管路から成り、前記コンプレッサの冷凍機油との相互溶解性が小なる冷媒を使用して冷凍サイクルを実行する冷却部と、前記膨張弁を一定の弁開度とする前記冷却部の定常運転時において、前記膨張弁が所定時間だけ定常運転時と異なる弁開度となるように、前記膨張弁の弁開度を制御する制御部と、を備え、前記凝縮器及び前記蒸発器における冷媒の圧力を変動させると共に、前記制御部は、前記膨張弁を第１の時間だけ定常運転時より小なる弁開度とし、その後、前記膨張弁を第２の時間だけ定常運転時より大なる弁開度とするように、前記膨張弁の弁開度を制御することを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
【００１１】
図１は、本発明の実施の形態にかかる冷凍装置の構成図であって、コンプレッサ１、凝縮器２、ドライヤ３、冷媒の流量を変える働きをする膨張弁４、蒸発器６、チェック弁８、アキュムレータ９及びこれらを連結する冷媒管路１０で構成される。蒸発器６は配管接続され、商品収納庫（図示せず）に設けられている。また、１１は凝縮器ファンモータ１１Ｍにより駆動する凝縮器用の送風機、１２は蒸発器ファンモータ１２Ｍにより駆動する蒸発器用の送風機である。７は、商品収納庫内の温度を検出し、検出温度信号を後述する制御部１３に出力する温度センサ、例えばサーミスタである。冷媒は、ハイドロフルオロカーボンを主成分とするものを、冷凍機油はハイドロフルオロカーボンと相互溶解性のない鉱物油やアルキルベンゼン系油を、それぞれ用いている。商品収納庫内を冷却する場合、コンプレッサ１で圧縮された冷媒は、冷凍機油とともに凝縮器２で凝縮され、ドライヤ３、膨張弁４を通過した後、蒸発器６で気化し、蒸発器用の送風機１２の運転により冷気が商品収納庫内を循環して、商品収納庫内が冷却される。蒸発器６を通過した冷媒は、チェック弁８、アキュムレータ９を介してコンプレッサ１に戻るようになっている。
【００１２】
図３は、本発明の実施の形態にかかる冷凍装置の冷凍システムの制御ブロック図である。制御部１３は、起動スイッチ１４のＯＮ・ＯＦＦ信号、温度センサ７の検出信号に基づき、コンプレッサ１、膨張弁４、冷媒電磁弁５、凝縮器ファンモータ１１Ｍ、蒸発器ファンモータ１２Ｍを制御している。尚、図１で説明した構成の場合には、冷媒電磁弁５は必要としない。
【００１３】
図４は、実施の形態にかかる冷凍装置の第１の運転状態を示すタイムチャート図である。起動スイッチ１４がＯＮであり、商品収納庫内の温度が冷却温度設定値以上になっている状態では温度センサ７がＯＮになり、制御部１３に検出温度信号が出力されている。この検出温度信号に基づき、制御部１３から制御信号が出力され、コンプレッサ１が運転（ＯＮ）し、膨張弁４が通常の弁開度で開いた状態になっている。このためコンプレッサ１で圧縮された冷媒は、冷凍機油とともに凝縮器２で凝縮され、膨張弁４を通過した後、蒸発器６に送出され、商品収納庫内が冷却されている。この状態から時刻Ｔ１になると、制御部１３から膨張弁４へ制御信号が出力され、膨張弁４の弁開度を小にすることにより、膨張弁４の低圧側圧力が低下する。時刻Ｔ１から時間ｔ１経過して時刻Ｔ２になると、制御部１３から制御信号が出力され、膨張弁４の弁開度を大にすることにより、冷媒が時間ｔ１滞っていた反動で加速され、冷媒流量が急増することにより、冷媒流速が大きくなり、冷媒は蒸発器６の管路内を高速で流れる。時刻Ｔ２から時間ｔ２経過して時刻Ｔ３になると、膨張弁４を通常の弁開度にする。
【００１４】
図５は、実施の形態にかかる冷凍装置の第２の運転状態を示すタイムチャート図である。起動スイッチ１４がＯＮであり、商品収納庫内の温度が冷却温度設定値以上になっている場合に、この状態から時刻Ｔ４になると、制御部１３から膨張弁４へ制御信号が出力され、膨張弁４の弁開度を小にすることにより、膨張弁４の低圧側圧力が低下する。時刻Ｔ４から時間ｔ３経過して時刻Ｔ５になると、膨張弁４を通常の弁開度にすることにより、冷媒が時間ｔ３滞っていた反動で加速され、冷媒流量が増すことにより、冷媒流速が大きくなり、冷媒は蒸発器６の管路内を高速で流れる。
【００１５】
図６は、実施の形態にかかる冷凍装置の第３の運転状態を示すタイムチャート図である。起動スイッチ１４がＯＮであり、商品収納庫内の温度が冷却温度設定値以上になっている場合に、この状態から時刻Ｔ６になると、制御部１３から膨張弁４へ制御信号が出力され、膨張弁４の弁開度を大にすることにより冷媒流量が増し、冷媒流速が大きくなり、冷媒は蒸発器６の管路内を高速で流れる。時刻Ｔ６から時間ｔ４経過して時刻Ｔ７になると、膨張弁４を通常の弁開度にする。
【００１６】
図２は、複数の商品収納庫を設けた場合の参考例にかかる冷凍装置の構成図であって、図１と同一の部分は同一の引用数字で示しているので重複する説明は省略する。コンプレッサ１、凝縮器２、ドライヤ３、膨張弁４、冷媒電磁弁５、複数の蒸発器６、チェック弁８、アキュムレータ９及びこれらを連結する冷媒管路１０で構成される。それぞれの蒸発器６は並列に配管接続され、各蒸発器６の入口側に冷媒電磁弁５が直列に配管接続され、それぞれ異なる商品収納庫（図示せず）に設けられている。商品収納庫内を冷却する場合、コンプレッサ１で圧縮された冷媒は、冷凍機油とともに凝縮器２で凝縮され、ドライヤ３、膨張弁４を通過した後、冷媒電磁弁５を通過して蒸発器６で気化し、蒸発器用の送風機１２の運転により冷気が循環して、商品収納庫内が冷却される。蒸発器６を通過した冷媒は、チェック弁８、アキュムレータ９を介してコンプレッサ１に戻るようになっている。参考例においても、上記第１〜第３の運転状態を示すタイムチャート図のように各冷媒電磁弁５を２個同時または３個同時に制御することによって、実施形態と同様の効果が得られる。
【００１７】
図７は、参考例にかかる冷凍装置の第４の運転状態を示すタイムチャート図である。起動スイッチ１４がＯＮであり、商品収納庫内の温度が冷却温度設定値以上になっている場合に、この状態から時刻Ｔ８になると、制御部１３から冷媒電磁弁５へ制御信号が出力され、冷媒電磁弁５を全閉（ＯＦＦ）し、冷媒の流れを止める。時刻Ｔ８から時間ｔ５経過して時刻Ｔ９になると、冷媒電磁弁５を解放（ＯＮ）する事により、冷媒が時間ｔ５止まっていた反動で加速され、冷媒流量が急増することにより、冷媒流速が大きくなり、冷媒は蒸発器６の管路内を高速で流れる。
【００１８】
以上のように冷凍サイクルを制御する事により、蒸発器へ高速で冷媒を流すことができる。この結果、ハイドロフルオロカーボンを主成分とする冷媒と相互溶解性のない冷凍機油を用いて、小容量の缶自動販売機の商品収納庫内の温度を設定値に保持するための必要最小の冷凍能力を得ることができるストロークボリュームのコンプレッサと、大容量の商品収納庫の缶自動販売機の使用にも適する内径の冷媒管路を組み合せて使用しても冷媒管路内に冷凍機油が長時間滞留してしまい、コンプレッサへの返油が不充分となり、コンプレッサ内のオイルレベルが低下して摺動部の摩耗などの不具合を生じることを防ぐことができる。
【００１９】
上記第１〜第４の運転状態を示すタイムチャート図における冷凍サイクル運転所定時間ｔ１〜ｔ５は、あらかじめ返油特性数値を把握し安全率を加味して設定した時間（例えば数秒〜数分間）であり、外気温度の変化による蒸発温度の変化特性、コンプレッサ特性、冷媒管路の内径による冷媒流速の変化特性、等を考慮して最適時間を決める。また、所定時間ｔ１〜ｔ５は、確実に冷媒管路内の冷凍機油をコンプレッサに返油する時間範囲で、できるだけ短い時間が望ましい。該缶自動販売機は、商品収納庫内の温度を、冷凍サイクルを制御して、例えば、１〜５℃の適温に保つようにしているが、所定時間ｔ１〜ｔ５が長すぎた場合、１〜５℃の温度範囲から外れてしまうと、販売商品（冷却負荷）を適温に保持できなくなってしまう。
【００２０】
また、膨張弁４の弁開度を変える、または、冷媒電磁弁５の弁を開閉することにより凝縮器２及び蒸発器６の冷媒圧力を変動させる間隔は、あらかじめ返油特性数値を把握し安全率を加味して設定した時間（例えば数時間〜数十時間）であり、外気温度の変化による蒸発温度の変化特性、コンプレッサ特性、冷媒管路の内径による冷媒流速の変化特性、等を考慮して最適時間を決める。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の本発明によれば、ハイドロフルオロカーボンを主成分とする冷媒と、鉱物油やアルキルベンゼン系油などの冷凍機油を用いて、商品収納庫を冷却する冷凍装置において、コンプレッサ、凝縮器、凝縮器に送風する凝縮器用送風機、冷媒の流量を変える膨張弁、商品収納庫に設けられた蒸発器、蒸発器の冷気を送る働きをする蒸発器用送風機と、これらを連結する冷媒管路と、膨張弁を一定の弁開度とする冷却部の定常運転時において、膨張弁が所定時間だけ定常運転時と異なる弁開度となるように、膨張弁の弁開度を制御する制御部とを備え、この制御部からの信号に基づいて、コンプレッサ、凝縮器用送風機を運転し、膨張弁を一定の弁開度に開き、商品収納庫を冷却している場合、膨張弁を所定時間だけ定常運転時と異なる弁開度にした後、一定の弁開度として弁開度の変化によって冷媒の流速を一定以上にすることにより、ハイドロフルオロカーボンを主成分とする冷媒と相互溶解性のない冷凍機油を用いても、確実に冷媒管路内の冷凍機油をコンプレッサに戻すことができるため、冷媒管路内に冷凍機油が滞留することがない。
【００２２】
また、膨張弁を所定時間だけ定常運転時より小なる弁開度とし、その後、定常運転時より大なる弁開度として弁開度の変化を一層大きくし、冷媒の流速を一定以上にすることにより、ハイドロフルオロカーボンを主成分とする冷媒と相互溶解性のない冷凍機油を用いても、一層確実に冷媒管路内の冷凍機油をコンプレッサに戻すことができるため、冷媒管路内に冷凍機油が滞留することがない。
【００２３】
したがって、コンプレッサのオイルレベルの低下を防止でき、コンプレッサの摺動部の油膜切れを防ぎ、冷凍能力の低下を押さえるとともに、長期にわたり安定して冷凍システムを運転できる。
【００２４】
また、従来のＣＦＣ１２やＨＣＦＣ２２を冷媒として使用する冷凍装置に対して最小の変更で、ハイドロフルオロカーボンを主成分とする冷媒を用いる冷凍装置に改造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態にかかる冷凍装置の構成図である。
【図２】  複数の商品収納庫を設けた場合の参考例にかかる冷凍装置の構成図である。
【図３】  本発明の実施の形態にかかる冷凍装置の冷凍システムの制御ブロック図である。
【図４】  実施の形態にかかる冷凍装置の第１の運転状態を示すタイムチャート図である。
【図５】  実施の形態にかかる冷凍装置の第２の運転状態を示すタイムチャート図である。
【図６】  実施の形態にかかる冷凍装置の第３の運転状態を示すタイムチャート図である。
【図７】  参考例にかかる冷凍装置の第４の運転状態を示すタイムチャート図である。
【符号の説明】
１  コンプレッサ
２  凝縮器
３  ドライヤ
４  膨張弁
５  冷媒電磁弁
６  蒸発器
７  温度センサ
８  チェック弁
９  アキュムレータ
１０  冷媒管路
１１  凝縮器用送風機
１１Ｍ  凝縮器ファンモータ
１２  蒸発器用送風機
１２Ｍ  蒸発器ファンモータ
１３  制御部
１４  起動スイッチ
【図１】
0004079564.tif 000002
【図２】
0004079564.tif 000003
【図３】
0004079564.tif 000004
【図４】
0004079564.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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