(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、複数の商品収納庫を個別に冷却する冷凍装置であって、コンプレッサ、凝縮器、各商品収納庫に設けられ並列に接続された蒸発器と、各蒸発器の入口側に設けられた冷媒電磁弁と、各商品収納庫内の温度を検出する温度センサと、各温度センサの検出温度に基づいて各冷媒電磁弁を開閉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複数の冷媒電磁弁を開放して、複数の商品収納庫を同時に冷却している状態から一の冷媒電磁弁を閉塞する場合、一旦該冷媒電磁弁のみを開放し所定時間経過後閉塞することを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
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、複数の商品収納庫を個別に冷却する冷凍装置であって、コンプレッサ、凝縮器、各商品収納庫に設けられ並列に接続された蒸発器と、各蒸発器の入口側に設けられた冷媒電磁弁と、各冷媒電磁弁を開閉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複数の冷媒電磁弁を同時に所定時間以上連続して開放した場合、順次一の冷媒電磁弁のみを個別に開放することを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
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、複数の商品収納庫を個別に冷却する冷凍装置であって、コンプレッサ、凝縮器、各商品収納庫に設けられ並列に接続された蒸発器と、各蒸発器の入口側に設けられた冷媒電磁弁と、各商品収納庫内の温度を検出する温度センサと、各温度センサの検出温度に基づいて各冷媒電磁弁を開閉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複数の冷媒電磁弁を同時に所定時間以上連続して開放した場合、順次一の冷媒電磁弁のみを個別に開放することを特徴とする冷凍装置。
【請求項４】
前記所定時間は、蒸発器個数と、冷媒を圧縮する働きをするコンプレッサ内で摺動部の摩耗などを防止している冷凍機油の返油特性数値、蒸発温度に影響する外気温度係数を加味して設定することも可能なことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の冷凍装置。
【請求項５】
前記商品収納庫を一のみを冷却運転している場合は、当該商品収納庫内の温度を検出する温度センサの検出温度に基づいて冷媒電磁弁を開閉制御する制御部からの信号に基づいて冷媒電磁弁を閉塞する際に、所定時間経過させず冷媒電磁弁を閉塞することを特徴とする請求項１または３に記載の冷凍装置。
【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、複数の商品収納庫を個別に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、１台の自動販売機に複数の商品収納庫を設け、各商品収納庫毎に種々の飲料を収納できるようになっているものがある。このような自動販売機では、冷凍サイクルを途中で分岐して、各商品収納庫それぞれに蒸発器を並列に設け、各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】
例えば、３個の商品収納庫を有する自動販売機では、夏場は全部の商品収納庫を冷却してコールド飲料のみを収納し、冬場は１個の商品収納庫のみを冷却し他の２個の商品収納庫をヒータで加熱することによりコールド飲料・ホット飲料の両方を収納するなど、様々な飲料商品を任意に収納・販売することができる。
【０００４】
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、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。
【０００５】
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、という問題があった。
【０００６】
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。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。
【０００７】
該冷凍サイクルは、単サイクルの冷凍装置では有効であるが、例えば上記缶自動販売機のように複数の商品収納庫を備え、各商品収納庫を個別に冷却する冷凍装置の場合、通常冷凍サイクルは１台のコンプレッサで複数の蒸発器に冷媒を流しているため、同時に複数の商品収納庫を冷却すると、各蒸発器内を流れる冷媒の流速が低下してしまう。例えば、同一内径の蒸発器を用いた冷凍サイクルの場合、蒸発器内の冷媒流速は、１個の商品収納庫を冷却する時に比べ、２個・３個の商品収納庫を同時に冷却すると、それぞれ２分の１・３分の１になる。冷媒流速が低速のままで冷凍サイクルを運転すると、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。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
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系の冷媒を使用して、複数の商品収納庫内を個別に冷却する冷凍装置において、冷媒管路内での冷凍機油の滞留防止をその目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる発明は、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、複数の商品収納庫を個別に冷却する冷凍装置であって、コンプレッサ、凝縮器、各商品収納庫に設けられ並列に接続された蒸発器と、各蒸発器の入口側に設けられた冷媒電磁弁と、各商品収納庫内の温度を検出する温度センサと、各温度センサの検出温度に基づいて各冷媒電磁弁を開閉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複数の冷媒電磁弁を開放して、複数の商品収納庫を同時に冷却している状態から一の冷媒電磁弁を閉塞する場合、一旦該冷媒電磁弁のみを開放し所定時間経過後閉塞することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２にかかる発明は、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、複数の商品収納庫を個別に冷却する冷凍装置であって、コンプレッサ、凝縮器、各商品収納庫に設けられ並列に接続された蒸発器と、各蒸発器の入口側に設けられた冷媒電磁弁と、各冷媒電磁弁を開閉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複数の冷媒電磁弁を同時に所定時間以上連続して開放した場合、順次一の冷媒電磁弁のみを個別に開放することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３にかかる発明は、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、複数の商品収納庫を個別に冷却する冷凍装置であって、コンプレッサ、凝縮器、各商品収納庫に設けられ並列に接続された蒸発器と、各蒸発器の入口側に設けられた冷媒電磁弁と、各商品収納庫内の温度を検出する温度センサと、各温度センサの検出温度に基づいて各冷媒電磁弁を開閉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複数の冷媒電磁弁を同時に所定時間以上連続して開放した場合、順次一の冷媒電磁弁のみを個別に開放することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４にかかる発明は、蒸発器個数と、冷媒を圧縮する働きをするコンプレッサ内で摺動部の摩耗などを防止している冷凍機油の返油特性数値、蒸発温度に影響する外気温度係数を加味して所定時間を設定することも可能なことを特徴とするものでる。
【００１３】
請求項５にかかる発明は、商品収納庫を一のみを冷却運転している場合は、当該商品収納庫内の温度を検出する温度センサの検出温度に基づいて冷媒電磁弁を開閉制御する制御部からの信号に基づいて冷媒電磁弁を閉塞する際に、所定時間経過させず冷媒電磁弁を閉塞することを特徴とするものでる。
【００１４】
【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。
【００１５】
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、膨張弁４、冷媒電磁弁５・６・７、蒸発器８・９・１０、チェック弁１４、アキュムレータ１５及びこれらを連結する冷媒管路２０で構成される。各蒸発器８・９・１０は並列に配管接続され、各蒸発器８・９・１０の入口側に各冷媒電磁弁５・６・７が直列に配管接続されている。蒸発器８・９・１０は、それぞれ第１、第２及び第３の商品収納庫（図示せず）に設けられている。また、１８は凝縮器ファンモータ１８Ｍにより駆動する凝縮器用の送風機、１９は蒸発器ファンモータ１９Ｍにより駆動する蒸発器用の送風機である。１１・１２・１３は、それぞれ第１、第２及び第３の商品収納庫内の温度を検出し、検出信号を後述する制御部１６に出力する温度センサである。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。第１、第２及び第３の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、３つに分岐された管路それぞれに分配される。次に、冷媒電磁弁５・６・７を通過して蒸発器８・９・１０で気化し、蒸発器用の送風機１９の運転により冷気が循環して、第１、第２及び第３の商品収納庫内が冷却される。蒸発器８・９・１０を通過した冷媒は、チェック弁１４、アキュムレータ１５を介してコンプレッサ１に戻るようになっている。
【００１６】
図２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１６は、起動スイッチ１７のＯＮ・ＯＦＦ信号、温度センサ１１・１２・１３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・６・７、凝縮器ファンモータ１８Ｍ、蒸発器ファンモータ１９Ｍを制御している。
【００１７】
図３は、第１の実施の形態にかかる冷凍装置の運転状態を示すタイムチャート図である。第１及び第２の商品収容庫内が冷却運転中であり、各商品収容庫内の温度が設定値以上になっている状態では温度センサ１１・１２がＯＮになり、制御部１６に検出信号が出力されている。この検出信号に基づき、制御部１６から制御信号が出力され、コンプレッサ１が作動（ＯＮになり）し、冷媒電磁弁５・６が開放された状態（ＯＮ）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、冷媒電磁弁５・６を介して、蒸発器８・９に送出され、第１及び第２の商品収納庫内が冷却されている。この状態から時刻Ｔ１にて温度センサ１１がＯＦＦになる（第１の商品収納庫内の温度が設定値以下になる）と、まず制御部１６から第２の商品収納庫内を冷却する冷凍サイクルの冷媒電磁弁６へ制御信号が出力され冷媒電磁弁６が閉塞し、冷媒電磁弁５のみが開放され、蒸発器８の管路内を冷媒が高速で流れる。時刻Ｔ１から時間ｔだけ経過して時刻Ｔ２になると、第１の商品収納庫側の冷媒電磁弁５を閉塞し、同時に冷媒電磁弁６を開放して、第２の商品収納庫のみを冷却する。第２の商品収納庫のみが冷却されている状態で、冷媒は蒸発器９の管路内を高速で流れており、時刻Ｔ３にて温度センサ１２がＯＦＦになると、冷媒電磁弁６を閉塞する。
【００１８】
以上のように冷媒電磁弁を制御することにより、商品収納庫内の温度が設定値以下に下がると、当該商品収納庫の対応した冷媒電磁弁を閉塞する前に、対応した蒸発器へ一定時間高速で冷媒を流し、蒸発器に滞留していた冷凍機油を蒸発器から流出させることができる。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も、冷凍機油が冷媒管路内に滞留してしまい、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】
次に、第２の実施の形態を図４に基づいて説明する。図４は、第２の実施の形態にかかる冷凍装置の運転状態を示すタイムチャート図である。冷凍サイクルが停止して各商品収容庫内の温度が設定値以上になっている状態で、時刻Ｔ４にて起動スイッチ１７（図２参照）を入れる（ＯＮする）と、第１、第２及び第３の商品収納庫の温度センサ１１・１２・１３がＯＮになる。温度センサ１１・１２・１３から出力される検出信号に基づいて、制御部１６から制御信号が出力され、コンプレッサ１が作動し、同時に冷媒電磁弁５・６・７が開放される。所定時間冷凍サイクルを運転した後、時刻Ｔ５にていずれの商品収納庫内の温度も設定値以下にならないとき、例えば第１の商品収納庫内の温度が最も高いときは、まず冷媒電磁弁６・７を閉塞して、第２及び第３の商品収納庫の冷却を停止し、冷媒電磁弁５のみを開放した状態で第１の商品収納庫のみを冷却する。時間ｔだけ経過した後、時刻Ｔ６にて冷媒電磁弁５を閉塞し、同時に冷媒電磁弁６を開放し、第２の商品収納庫のみを冷却する。次の時間ｔ経過後、時刻Ｔ７にて冷媒電磁弁６を閉塞し、同時に冷媒電磁弁７を開放し、第３の商品収納庫のみを冷却する。さらに時間ｔ経過後、時刻Ｔ８にて冷媒電磁弁５・６を開放し、第１、第２及び第３の商品収納庫を同時に冷却する。温度センサ１１・１２・１３がＯＮしている状態が続くと、上記の動作を繰り返す。
【００２０】
いずれかの商品収納庫内の温度が設定値以下になり温度センサがＯＦＦになった場合、例えば温度センサ１３がＯＦＦになると、冷媒電磁弁５・６を閉塞し、蒸発器１０のみに冷媒を流し時間ｔ経過後、冷媒電磁弁７を閉塞すると同時に冷媒電磁弁５・６を開放し、第１及び第２の商品収納庫を冷却する。次に、第１及び第２の商品収納庫を同時に所定時間以上冷却する場合は、冷媒電磁弁５・６を交互に閉塞・開放を繰り返す。さらにこの状態から、一方の商品収納庫内の温度が設定値以下になると、第１の実施の形態の動作により、当該商品収納庫に対応する冷媒電磁弁を閉塞する。
【００２１】
複数の商品収納庫を同時に一定時間以上冷却する場合、所定時間毎に個別の蒸発器へ順次冷媒を流し個別の商品収納庫のみを冷却するため、所定時間個々の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も、冷媒管路内に冷凍機油が長期間滞留することがない。なお、設定温度に最も近い商品収納庫から順次冷却を停止するなど、冷却する順序をあらかじめ設定しておけばよい。
【００２２】
また、本実施の形態では、各冷媒電磁弁５・６・７を開放する時間ｔを一定としているが、冷媒電磁弁毎異なる時間に設定してもよい。
【００２３】
また、各冷媒電磁弁５・６・７を閉塞、開放する順序は本実施例の順序通りでなくてもよい。
【００２４】
冷凍サイクル運転所定時間は、あらかじめ冷媒管路の蒸発器個数と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１〜１２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。
【００２５】
冷媒電磁弁を開放する時間ｔは、冷凍サイクル運転所定時間と同様に、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１〜３０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、時間ｔ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。
【００２６】
膨張弁の変わりにキャピラリィチューブを使用した場合も同様の制御方法で冷媒管路内での冷凍機油の滞留防止を図ることができる。
【００２７】
商品収納庫を一のみ冷却する場合は、所定時間経過させず冷媒電磁弁を閉塞することもできる。この結果、商品収納庫内の温度が設定値以下になると同時に冷凍サイクル運転を停止することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、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、複数の商品収納庫を個別に冷却する冷凍装置において、コンプレッサ、凝縮器、複数の冷媒管路を備え、各商品収納庫に設けられた蒸発器と、各蒸発器の入口側に設けられた冷媒電磁弁と、各商品収納庫内の温度を検出する温度センサと、各温度センサの検出温度に基づいて各冷媒電磁弁を開閉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複数の冷媒電磁弁を開放して、複数の商品収納庫を同時に冷却している状態から一の冷媒電磁弁を閉塞する場合、一旦該冷媒電磁弁のみを開放し所定時間経過後閉塞するようにしたから、当該商品収納庫に対応した冷媒管路蒸発器内の冷媒流速が高速になる。これにより、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。また、複数の冷媒電磁弁を同時に開放して複数の蒸発器へ同時に冷媒を流し、複数の商品収納庫を一定時間以上同時に冷却する場合、順次一の冷媒電磁弁を個別に開放し、順次各冷媒管路蒸発器内の冷媒速度を高速にすることによって、同様の効果が得られる。
【００２９】
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。
【００３０】
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限の変更で、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】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３】第１の実施の形態にかかる冷凍装置の運転状態を示すタイムチャート図である。
【図４】第２の実施の形態にかかる冷凍装置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  冷媒電磁弁
７  冷媒電磁弁
８  蒸発器
９  蒸発器
１０  蒸発器
１１  温度センサ
１２  温度センサ
１３  温度センサ
１４  チェック弁
１５  アキュムレータ
１６  制御部
１８  凝縮器用送風機
１８Ｍ  凝縮器ファンモータ
１９  蒸発器用送風機
１９Ｍ  蒸発器ファンモータ
２０  冷媒管路
【図１】
0003835074.tif 000002
【図２】
0003835074.tif 000003
【図３】
0003835074.tif 000004
【図４】
0003835074.tif 000005