(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次側冷媒回路(30)と２次側冷媒回路(40)とが冷媒熱交換器(50)を介して接続された二元冷凍装置であって、
運転制御手段が、除霜運転の終了前に２次側冷媒回路（40）の運転を停止した状態で冷媒熱交換器(50)を予冷するように構成され、かつ、１次側冷媒回路(30)を除霜運転の終了前に起動するように構成されている二元冷凍装置。
【請求項２】
運転制御手段は、除霜運転時のドレン水で冷媒熱交換器(50)を冷却するように構成されている請求項１記載の二元冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二元冷凍装置に関し、特に、除霜運転終了後の冷却運転再開時などに行うプルダウン運転時の性能改善対策に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、二元冷凍装置は、例えば特開平９−２１０５１５号公報に開示されているように、個別に冷却運転を行う１次側冷媒回路と２次側冷媒回路とを備えている。この二元冷凍装置の１次側冷媒回路は、圧縮機と凝縮器と膨張弁と冷媒熱交換器の蒸発部とが順に接続されて構成され、上記２次側冷媒回路は、圧縮機と冷媒熱交換器の凝縮部と膨張弁と蒸発器とが順に接続されて構成されている。そして、上記冷媒熱交換器において、２次側冷媒回路の凝縮熱と１次側冷媒回路の蒸発熱とを熱交換している。
【０００３】
この二元冷凍装置は、マイナス数十度の低温を得るために用いられ、例えば、生鮮食品などのコールドチェーンにおけるショーケースに適用されている。二元冷凍装置は、高圧縮比から低圧縮比まで効率の良いところで使用することができるので、一般に、省エネルギの点で有利である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、二元冷凍装置においては、冷却運転に伴って２次側冷媒回路の蒸発器に霜が付着するため、所定のタイミングで除霜運転が行われる。しかし、除霜運転後に冷却運転を再開し、庫内温度を所定の温度範囲内に収束させるプルダウン運転時には、冷媒熱交換器での１次側と２次側の間で熱交換が安定して行われるようになるまで、２次側冷媒回路において高圧側の圧力が上昇しやすくなる傾向があった。また、この除霜運転の終了時などに行うプルダウン運転時には、ショーケースの庫内の温度が一時的に上昇しているため、庫内を所定温度まで冷却するのにかなりの時間を要することになっていた。このように、従来の二元冷凍装置では、プルダウン運転時に性能が低下する問題があった。
【０００５】
本発明は、このような問題点に鑑みて創案されたものであり、その目的とするところは、二元冷凍装置において、プルダウン運転時の性能の低下を防止することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、除霜運転の終了前に冷媒熱交換器(50)を予冷することによって、性能の低下を防止するようにしたものである。
【０００７】
具体的に、本発明が講じた第１の解決手段は、１次側冷媒回路(30)と２次側冷媒回路(40)とが冷媒熱交換器(50)を介して接続された二元冷凍装置において、運転制御手段を、除霜運転の終了前に２次側冷媒回路（40）の運転を停止した状態で冷媒熱交換器(50)を予冷するように構成したものである。
【０００８】
また、この第１の解決手段では、運転制御手段を、除霜運転の終了前に１次側冷媒回路(30)を起動するように構成している。
【０００９】
また、本発明が講じた第２の解決手段は、上記第１の解決手段において、運転制御手段を、除霜運転時のドレン水で冷媒熱交換器(50)を冷却するように構成したものである。
【００１０】
−作用−
上記第１の解決手段では、運転制御手段によって、除霜運転の終了前に冷媒熱交換器(50)が予冷される。具体的には、この第１の解決手段では、除霜運転の終了前に１次側冷媒回路(30)を起動することによって冷媒熱交換器(50)が予冷され、上記第２の解決手段では、除霜運転時のドレン水によって冷媒熱交換器(50)が予冷される。
【００１１】
【発明の効果】
上記第１乃至第２の解決手段によれば、除霜運転の終了前に冷媒熱交換器(50)を予冷するようにしたことによって、２次側冷媒回路(40)の再起動時に、高圧側圧力が上昇するのを防止でき、プルダウン運転時の性能の低下を防止できる。
【００１２】
【発明の実施の形態１】
以下、本発明の実施形態１を図１から図３に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１及び図２に示すように、二元冷凍装置(10)は、室外ユニット(11)とカスケードユニット(12)とを備え、ショーケース(20)に陳列された食品等を冷却するように構成されている。この冷却のため、上記二元冷凍装置(10)は、１次側冷媒回路(30)と２次側冷媒回路(40)とを備えた二元冷凍サイクルに構成され、該１次側冷媒回路(30)と２次側冷媒回路(40)とが冷媒熱交換器(50)を介して接続されている。
【００１４】
上記１次側冷媒回路(30)は、圧縮機(31)と高温側凝縮器(32)と膨張弁(33)と冷媒熱交換器(50)とが順に冷媒配管(34)によって接続されて閉回路に構成されている。そして、上記室外ユニット(11)が、圧縮機(31)と高温側凝縮器(32)とによって構成されている。尚、上記高温側凝縮器(32)にはファン(3F)が設けられている。
【００１５】
上記冷媒熱交換器(50)には、１次側冷媒回路(30)の蒸発部(51)と、２次側冷媒回路(40)の凝縮部(52)とが一体に設けられている。
【００１６】
上記２次側冷媒回路(40)は、圧縮機(41)と冷媒熱交換器(50)の凝縮部(52)と膨張弁(43)と低温側蒸発器(44)とが順に冷媒配管(45)によって接続されて閉回路に構成されている。そして、上記カスケードユニット(12)が、２次側冷媒回路(40)の他、冷媒熱交換器(50)及び１次側冷媒回路(30)の膨張弁(33)によって構成されている。尚、上記低温側蒸発器(44)にはファン(4F)が設けられている。
【００１７】
上記ショーケース(20)は、図２に示すように、オープン形のショーケースに構成され、ケース本体(21)と該ケース本体(21)の下部に取り付けられた支持台(22)とを備えている。該ケース本体(21)は、上面及び前面上部が開口されて横断面がほぼＵ字状に形成されている。該ケース本体(21)の内部には仕切板(23)が設けられ、該ケース本体(21)における仕切板(23)の上方が陳列空間(24)に形成される一方、仕切板(23)とケース本体(21)の間が空気通路(25)に形成されている。
【００１８】
上記空気通路(25)には、２次側冷媒回路(40)の低温側蒸発器(44)等が収納される一方、上記支持台(22)の内部は、２次側冷媒回路(40)の圧縮機(41)等が配置される機器類の収納空間(26)に形成されている。
【００１９】
つまり、上記カスケードユニット(12)は、空気通路部(13)と収納空間部(14)とに区分され、該空気通路部(13)は、２次側冷媒回路(40)の膨張弁(43)と低温側蒸発器(44)及びファン(4F)とによって構成される一方、上記収納空間部(14)は、１次側冷媒回路(30)の膨張弁(33)と冷媒熱交換器(50)と２次側冷媒回路(40)の圧縮機(41)とによって構成されている。
【００２０】
上記空気通路(25)には、仕切板(23)の後側上部に吹出口(2S)が形成される一方、仕切板(23)の前側上部に吸込口(2R)が形成されている。そして、上記空気通路(25)には、カスケードユニット(12)の空気通路部(13)が収納され、該空気通路(25)と陳列空間(24)との間で空気を循環させると共に、低温側蒸発器(44)から冷却空気を陳列空間(24)に供給している。
【００２１】
また、本実施形態の二元冷凍装置(10)は、２次側冷媒回路(40)の蒸発器(44)に付着する霜を除去するためのデフロスト用電気ヒータ(60)を備え、該電気ヒータ(60)は、蒸発器(44)の近傍に配置されている。さらに、この二元冷凍装置(10)では、運転制御手段（図示せず）が、除霜運転の終了前に冷媒熱交換器(50)を予冷するように構成されている。該運転制御手段は、具体的には、除霜運転の終了前に１次側冷媒回路(30)を起動するように構成されている。
【００２２】
−運転動作−
次に、この二元冷凍装置(10)の運転動作について説明する。
【００２３】
本実施形態１において、冷却運転を開始すると、１次側冷媒回路(30)においては、圧縮機(31)から吐出したガス冷媒が、高温側凝縮器(32)で凝縮して液冷媒となる。この液冷媒は、膨張弁(33)で減圧し、続いて、冷媒熱交換器(50)の蒸発部(51)において２次側冷媒回路(40)の冷媒と熱交換して蒸発する。その後、蒸発したガス冷媒が、圧縮機(31)へ戻り、この循環動作を繰り返す。
【００２４】
２次側冷媒回路(40)においては、圧縮機(41)から吐出した冷媒が、冷媒熱交換器(50)の凝縮部(52)で凝縮して液冷媒となる。この液冷媒が、膨張弁(43)で減圧した後、低温側蒸発器(44)で蒸発する。その後、蒸発したガス冷媒が、圧縮機(41)へ戻り、この循環動作を繰り返す。そして、上記ショーケース(20)の空気通路(25)においては、低温側蒸発器(44)の冷媒と空気とが熱交換し、冷却された空気が陳列空間(24)に供給される。この結果、該陳列空間(24)の食品等が所定の低温に維持される。
【００２５】
一方、デフロスト運転中は、両冷媒回路(30,40) の運転を停止しつつ電気ヒータ(60)に通電して、低温側蒸発器(44)を加熱する。このとき、図３のステップST１に示すように、１次側冷媒回路(30)の膨張弁(33)は閉じられ、室外ユニット(11)は停止している。このように制御することによって、低温側蒸発器(44)に付着した霜が除去される。
【００２６】
本実施形態では、デフロスト運転中にショーケース(20)の庫内温度（ショーケースの吹出し温度、またはショーケース内の蒸発器の温度などでもよい）ｔを検知している。そして、庫内温度ｔが所定温度ｔ１よりも高くなったことを検知すると、運転制御手段により、除霜が終了に近づいたと判断して、ステップST２へ移行する。ステップST２では、２次側冷媒回路(40)の運転を停止し、かつ電気ヒータ(60)に通電したままで、１次側冷媒回路の膨張弁(33)を開くとともに、室外ユニット(11)の運転を再開する。
【００２７】
この状態で運転を所定時間（Ｓ１分）継続すると、通常の冷却運転に戻る。これは、上記庫内温度ｔ１が、残りＳ２分で除霜が終了すると推定できる温度（ただしＳ１＞Ｓ２）であり、逆に言うと、上記条件で運転をＳ１分継続すると、除霜が確実に終了したと判断できるからである。なお、ステップST２で運転を所定時間（Ｓ１分）継続する代わりに、１次側の起動に伴って冷媒熱交換器(50)が予冷されて、その出口温度ｔ０が所定温度ｔ２よりも低くなったことを検知したときに冷却運転に復帰するようにしてもよい。
【００２８】
−実施形態１の効果−
以上説明したように、本実施形態１によれば、低温側蒸発器(44)の除霜が終了する前に１次側冷媒回路(30)を起動して冷媒熱交換器(50)を予冷するようにしているので、２次側冷媒回路(40)の再起動時に高圧圧力が上昇するのを抑えることができ、プルダウン運転時の性能を安定させることができる。
【００２９】
−実施形態１の変形例−
上記実施形態においては、例えば、２次側冷媒回路(40)において複数の蒸発器(44)を並列に接続し、それに対応して複数の膨張弁(43)と電気ヒータ(60)を設けるようにしてもよい。その場合、２次側冷媒回路(40)では、上記ステップST１において除霜運転を行う蒸発器(44)に対応した膨張弁(43)のみを閉じると共に、対応する電気ヒータ(60)に通電し、高温側冷媒回路(30)では、膨張弁(33)を絞った状態として運転を行う。そして、除霜中の蒸発器(43)を内蔵したショーケース(20)の庫内温度がｔ１よりも上昇すれば、ステップST２で１次側冷媒回路(30)の運転を元に戻してＳ１分が経過するのを待ち、その後、通常の冷却運転を再開する。なお、複数台の低温側蒸発器をすべて除霜する場合は、ステップST１において１次側冷媒回路(30)と２次側冷媒回路(40)の運転をいずれも停止し、冷媒の循環が行われない状態とすればよい。
【００３０】
【発明の実施の形態２】
図４に示した本発明の実施形態２は、実施形態１において、運転制御手段により、除霜運転時のドレン水で冷媒熱交換器(44)を予冷するように構成したものである。
【００３１】
この実施形態２の二元冷凍装置(10)は、実施形態１と同様にオープン形のショーケースに適用されている。そして、ケース本体(21)の空気通路(25)に２次側冷媒回路(40)の低温側蒸発器(44)等が収納される一方、上記支持台(22)の内部に、２次側冷媒回路(40)の圧縮機(41)や冷媒熱交換器(50)等の機器が配置されている。また、ケース本体(21)の内部には、低温側蒸発器(44)の近傍に、電気ヒータ（図示せず）が配置されている。
【００３２】
一方、ケース本体(21)の下面には、除霜運転時のドレン水を冷媒熱交換器(50)に供給して該冷媒熱交換器(50)を冷却するための冷却管(61)が設けられている。また、冷媒熱交換器(50)の下方にはドレンパン(62)が配置されており、該ドレンパン(62)には、排水管(63)が設けられている。冷却管(61)と排水管(63)には制御弁(64,65) が設けられ、冷却管(61)の制御弁(64)は除霜中に「開」に制御され、排水管(63)の制御弁(65)は除霜中に「閉」に制御されるように構成されている。
【００３３】
−運転動作−
本実施形態２では、冷却運転中は、１次側冷媒回路(30)と２次側冷媒回路(40)のそれぞれで循環する冷媒が冷媒熱交換器(50)で熱交換するとともに、２次側冷媒回路(40)の冷媒が低温側蒸発器(44)でショーケース(20)内の空気と熱交換して該空気を冷却することにより、ショーケース(20)内が所定の低温に維持される。
【００３４】
一方、この冷却運転を継続することにより低温側蒸発器(44)に霜が付着すると、１次側と２次側の両冷媒回路(30,40) とも運転を休止して、電気ヒータに通電する。このことにより、低温側蒸発器(44)の霜が溶けて水になり、この水が冷却管(61)を通って冷媒熱交換器(50)に供給される。従来の二元冷凍方式のショーケースでは、普通、除霜中には冷媒熱交換器(50)の温度が上昇するために、冷却運転の再開時に２次側冷媒回路(40)の高圧側圧力が上昇しやすい問題があるが、本実施形態２のようにして冷媒熱交換器(50)の温度があまり上昇しないようにしておけば、冷却運転の再開時の２次側冷媒回路(40)における高圧側圧力の上昇を抑えることが可能となる。
【００３５】
−実施形態２の効果−
本実施形態２によれば、低温側蒸発器(44)の除霜を行いながら冷媒熱交換器(50)に冷却水を供給して、該冷媒熱交換器(50)を予冷するようにしているので、２次側冷媒回路(40)の再起動時に高圧圧力が上昇するのを防止することが可能となる。
【００３６】
【発明のその他の実施の形態】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施することができる。例えば、上記ショーケース(20)の構造や、１次側冷媒回路(30)及び２次側冷媒回路(40)の回路構成は、単なる例示であって実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態１に係る二元冷凍装置の冷媒回路図である。
【図２】  図１の二元冷凍装置を適用したショーケースの概略構造を示す断面図である。
【図３】  図１の冷凍装置の運転動作を示すフローチャートである。
【図４】  実施形態２に係る二元冷凍装置を適用したショーケースの概略構造を示す断面図である。
【符号の説明】
(10)  二元冷凍装置
(11)  室外ユニット
(12)  カスケードユニット
(20)  ショーケース
(30)  １次側冷媒回路
(40)  ２次側冷媒回路
(44)  蒸発器
(4F)  ファン
(50)  冷媒熱交換器
(60)  電気ヒータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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