JP2004257628A

JP2004257628A - 冷凍機

Info

Publication number: JP2004257628A
Application number: JP2003047509A
Authority: JP
Inventors: Gentaro Omura; 源太郎大村; Kazuhisa Makita; 和久牧田; Tomoo Honda; 知生本田; Masami Konaka; 将見小中
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】庫内温度等の室内温度を効果的に所定温度以下に保つ。
【解決手段】圧縮機に動力が伝達されて蒸発器で冷凍能力が発生した時から所定時間の間は、所定時間が経過した後の通常モード時に比べて送風量を増大させる。これにより、霜の成長を助長する昇華粒子が蒸発器に付着することなく、吹き飛ばされる。したがって、霜が成長してしまうことを防止できるので、送風量が低下してしまうことを防止でき、蒸発器の冷却能力が低下してしまうことを未然に防止できる。
【選択図】図８

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空気を冷却する冷凍機に関するもので、食品等を低温にて保管する冷蔵庫や冷凍庫に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
従来の冷凍車では、庫のドアを開いた時に、開口部の下方から上方へ向かって流れる外気流によりエアカーテンを形成して庫内の冷気が庫外へ流出してしまうことを防止している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２１１３０９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載の発明では、エアカーテンにより庫内の冷気が庫外へ流出してしまうことを防止しているので、特に、ドアの開閉頻度が多い場合には、庫内の温度を所定温度（例えば、−１５℃）以下に保つことが難しい。そこで、発明者は、庫内の温度を所定温度以下に保つべく、多岐に渡る試験検討を行ったところ、以下の点が明らかになった。
【０００５】
すなわち、ドアを開いたときにエアカーテンにて庫内外を仕切っていると言えども、庫外の空気が庫内に進入することを完全に防止することは現実的にはできない。
【０００６】
このため、図１０に示すように、冷凍車のドアを開けると外気が庫内に侵入し、進入した空気が急激に氷点下まで冷却されるので、庫内の空気が過飽和状態となる。このとき、庫内の温度は氷点下であるので、庫内の空気中に水蒸気として存在し得る蒸気量は、図１１に示すように僅かである。
【０００７】
このため、庫外から庫内に進入した空気中に含まれる水分（水蒸気）の大部分は、過飽和水蒸気となって凝縮（液化）することなく凍結（昇華）し、昇華粒子となる。
【０００８】
そして、この昇華粒子が、図１２に示すように、冷却器（蒸発器）の表面に付着して霜の成長を助長するため、庫内に吹き出される空気が冷却器を通過する際の圧力損失が増大し、送風量が低下して冷却能力が低下してしまうことを突き止めた。
【０００９】
なお、上記した霜の成長は、特に冷凍機を起動した直後の数秒〜数十秒の間に発生し易い。
【００１０】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な冷凍機を提供し、第２には、庫内温度等の室内温度を効果的に所定温度以下に保つことを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、室内の空気を冷却する冷却器（１３）と、冷却器（１３）に空気を送風する送風機（１７）と、送風機（１７）の送風量を制御する制御手段（２２）とを有し、制御手段（２２）は、冷却器（１３）で冷凍能力が発生した時から所定時間の間は、所定時間が経過した後の通常モード時に比べて送風量を増大させることを特徴とする。
【００１２】
これにより、霜の成長を助長する昇華粒子が冷却器（１３）に付着することなく、吹き飛ばされる。したがって、霜が成長してしまうことを防止できるので、送風量が低下してしまうことを防止でき、冷却器（１３）の冷却能力が低下してしまうことを未然に防止できる。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、冷却器（１３）は、外周面略全域が空気に晒され、長径方向が空気の流通方向と平行になるような扁平断面形状を有する冷媒チューブ（１３１）を有して構成されていることを特徴とする。
【００１４】
つまり請求項２に記載の発明では、通常、冷媒チューブ（１３１）の外表面に接合されているアウターフィンが設けられておらず、冷媒チューブ（１３１）の外周面略全域が空気に晒されていることとなるので、冷媒チューブ（１３１）の側面間を空気が淀みなく流れる。
【００１５】
したがって、冷媒チューブ（１３１）の表面に付着した昇華粒子を確実に吹き飛ばすことができるので、霜が成長することを確実に防止でき、着霜による通風抵抗の増大を十分に抑制できる。
【００１６】
請求項３に記載の発明では、制御手段（２２）は、冷却器（１３）で冷凍能力が発生した時から所定時間の間は、送風量を徐々に最大送風量まで上昇させることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項４に記載の発明では、制御手段（２２）は、冷却器（１３）で冷凍能力が発生した時から所定時間の間は、送風量を段階的に最大送風量まで上昇させることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項５に記載の発明では、冷却器（１３）で冷凍能力が発生した時から所定時間の間における最大送風量は、風速が約６ｍ／ｓｅｃ以上となる送風量であることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項６に記載の発明では、制御手段（２２）は、少なくとも○○分は最大送風量にて送風することを特徴とするものである。
【００２０】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る冷凍機を食品等を冷凍・冷蔵保存して運搬する冷凍車に適用したものであって、図１は冷凍車１の模式図である。
【００２２】
冷凍庫２は、冷凍食品等の保存対象物を保管する空間であり、冷凍庫２の後部には、保存対象物を搬入又は搬出するための開口部１８を開閉する開閉ドア３、４が設けられている。
【００２３】
また、冷凍車１の車両前方部には、冷凍庫２内を空気を冷却する蒸気圧縮式冷凍機５が搭載されている。この蒸気圧縮式冷凍機５は、図２に示すように、電磁クラッチ７を介して走行用のエンジン８から動力を得て稼動する圧縮機６、圧縮機６から吐出した高温・高圧冷媒を冷却する凝縮器９、凝縮器９に冷却風を送風する電動式のファン１０、凝縮器９から流出した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離して液相冷媒を流出するとともに、余剰冷媒を液相冷媒として蓄えるレシーバ１１、レシーバ１１から流出した液相冷媒を減圧する減圧器１２、冷凍庫２内に吹き出す空気から吸熱して減圧器１２で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器１３等、及び蒸発器１３に庫内に吹き出す空気を送風するファン１７等から構成されたものである。なお、蒸発器１３の構造は、後述する。
【００２４】
さらに、蒸発器１３の冷媒出口側と圧縮機６の冷媒吸入側との間には、蒸発器１３から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を圧縮機６の吸入側に供給し、液相冷媒を蓄えるアキュムレータ１４が設けられている。
【００２５】
バイパス流路１５は、高圧側の高温冷媒（ホットガス）を減圧器１２を迂回させて蒸発器１３に導く流路であり、除霜バルブ１６は、バイパス流路１５にホットガスを流す場合と流さない場合とを切り換える電磁弁である。
【００２６】
また、開口部１８の下方側、すなわち冷凍庫２の外部であって開閉ドア３、４の下方位置には、図３に示すように、冷凍庫２内と外部とを仕切るエアカーテンを形成するための送風機１９が設置されており、この送風機１９は、開口部１８の下部において開口部１８の幅方向に沿って配置された２つのクロスフローファン２０、２１から構成されている。
【００２７】
なお、クロスフローファン２０、２１は、ＪＩＳＢ０１３２番号１０１７に規定されているように、多翼形の円筒状ファン２０ａ、２１ａの軸に直角な断面内を空気が通り抜けるものである。
【００２８】
次に、蒸発器１３の構造について図４〜７に基づいて述べる。なお、図４は蒸発器１３の外観図であり、図５は蒸発器１３のコア部（冷媒と空気とを熱交換する部分）の斜視図であり、図６はチューブの断面図であり、図７はチューブの配置状態を示す説明図である。
【００２９】
蒸発器１３は、図４に示すように、内部を冷媒が流れる複数のチューブ１３１と、これらのチューブ１３１の長手方向両端に接続されて各チューブ１３１と連通するタンク部１３２とを有して構成されている。
【００３０】
そして、チューブ１３１には、通常、チューブ１３１の外表面に接合されているアウターフィンが設けられておらず、チューブ１３１の外周面略全域が空気に晒されているとともに、その断面形状は、図６に示すように、前縁から後縁を結ぶ中心線ＣＬに対して対称形状であって、前縁部及び後縁部が穏やかな曲面で形成され、前縁部と後縁部とを直線的に繋いだ長円状の扁平形状に設定されている。
【００３１】
また、チューブ１３１内は、複数個に区画されて複数本の冷媒通路１３３がチューブ１３１の前縁側から後縁側に並んで設けられており、本実施形態では、アルミニウム材に押し出し加工又は引き抜き加工を施すことにより冷媒通路１３３チューブ１３１とを同時に成形している。
【００３２】
そして、各チューブ１３１は、図７に示すように、長径方向が空気の流通方向と平行になるように配置されているとともに、空気の流通方向と略直交する方向に並んだ複数本のチューブ１３１からなるチューブ列Ｒ１、Ｒ２が、空気の流通方向に複数列設けられているとともに、上流側の前記チューブ列Ｒ１のチューブ１３１と、このチューブ列Ｒ１と隣り合う下流側のチューブ列Ｒ２のチューブ１３１とが千鳥格子状となるように配置されている。
【００３３】
また、下流側に配置されたチューブ列Ｒ２のチューブ１３１間のピッチ寸法Ｔｐ２が上流側に配置されたチューブ列Ｒ１のチューブ１３１間のピッチ寸法Ｔｐ１より小さく設定されている。
【００３４】
因みに、ピッチ寸法Ｔｐとは、空気の流通方向と直交する方向において隣り合うチューブ１３１の中心線ＣＬ間の寸法を言う。
【００３５】
なお、同一チューブ列内のチューブ１３１は同一のタンク部１３２に接続されており、蒸発器１３に流入した冷媒は、巨視的に見て空気流れ下流側から上流側に向けて流れる。
【００３６】
さらに、本実施形態では、チューブ１３１の短径方向外寸法Ｂに対するチューブ１３１間ピッチ寸法Ｔｐの比（＝Ｔｐ／Ｂ）を２以上、１０以下（本実施形態では、７）とし、かつ、チューブ１３１の短径方向外寸法Ｂに対するチューブ１３１の長径方向外寸法Ｌ１の比（＝Ｌ１／Ｂ）を６以上、２３以下（本実施形態では、１６）とし、かつ、チューブ１３１の短径方向外寸法Ｂに対する、上流側のチューブ列Ｒ１と、このチューブ列Ｒ１と隣り合う下流側の前記チューブ列Ｒ２とのピッチ寸法Ｌ２の比（＝Ｌ２／Ｂ）を３以上、１３以下（本実施形態では、９）としている。
【００３７】
次に、電気制御部について図２に基づいて説明する。
【００３８】
制御装置２２は、マイクロコンピュータ等のコンピュータ手段を含んで構成されるものであって、入口端子からの入力信号に基づいて予め設定された手順に従って蒸気圧縮式冷凍機５の作動を制御するものである。制御装置２２の入力端子には、以下に述べるセンサ、スイッチなどが接続される。
【００３９】
庫内温度センサ２４は冷凍庫２内の庫内温度を検出する。温度設定器２５は冷凍庫２内の庫内設定温度を乗員の手動操作にて設定するもので、例えば、−１０℃〜−２０℃の範囲で任意に庫内設定温度が変更可能となっている。
【００４０】
冷凍運転スイッチ２６は乗員の手動操作にて蒸気圧縮式冷凍機５の運転、停止の信号を出すもので、エンジン運転スイッチ２７はエンジンの運転、停止に応じた信号を出すものである。また冷凍庫２後部の開口部１８の周縁部には開閉ドア３、４の開閉と連動して開閉されるドアスイッチ２８が設置されている。
【００４１】
一方、制御装置２２の出力端子には、電磁クラッチ７、凝縮用ファン１０、ファン１７、除霜バルブ１６及び送風機１９などが接続されている。
【００４２】
次に、本実施形態に係る冷凍車（蒸気圧縮式冷凍機５）の特徴作動制御について述べる。
【００４３】
図８は、本実施形態に係る冷凍車におけるエンジン８、ドア３、４、除霜バルブ１６、及びファン１７の作動のタイミングを示す図である。車両走行時には、走行用エンジン８から電磁クラッチ７を介して圧縮機６に動力が伝達されて、圧縮機６が作動するとともに、ファン１０、１７が作動状態となり、蒸気圧縮式冷凍機５が運転状態となり、蒸発器１３で冷却された冷気はファン１７により冷凍庫２内に吹出して冷凍庫２内の保存対象物を冷却する。なお、この際、除霜バルブ１６は閉じられており、バイパス流路１５には冷媒は流れない。
【００４４】
このとき、制御装置２２は、圧縮機６に動力が伝達されて蒸発器１３で冷凍能力が発生した時から所定時間（例えば、○分）の間は、所定時間が経過した後の通常モード時に比べて送風量を増大させる昇華粒子吹き飛ばしモードを実行し、昇華粒子吹き飛ばしモードが終了し、通常モードに移行した後は、蒸発器１３に流入する空気の風速が昇華粒子吹き飛ばしモード時より低い風速となるようにファン１７を制御する。
【００４５】
なお、本実施形態では、昇華粒子吹き飛ばしモード時の最大風速を６ｍ／ｓｅｃ以上とし、通常モード時の最大風速を３ｍ／ｓｅｃ以上としている。これは、蒸発器１３の表面に殆ど霜が発生していないときに、所定風速以上の風速が発生するようにファン１７を制御しているのみであり、蒸発器１３の表面に霜が発生して蒸発器１３での通風抵抗が増大しても、風速が所定風速が維持されるようにファン１７を制御するものではないが、蒸発器１３に流入する空気の風速が常に所定風速以上となるようにファン１７を制御してもよいことは言うまでもない。
【００４６】
また、庫内の保存対象物の搬入搬出を行うために停車してエンジン８が停止した場合には、庫内の冷却ユニット１３０（図１参照）のファン１７を停止させる。
【００４７】
そして、冷凍庫２の開閉ドア３、４が開くと、これに連動してドアスイッチ２８がオン状態となり、クロスフローファン２０、２１が作動し、開口部１８の下方から上方に向けてエアカーテンが形成され、高温の外気が冷凍庫２の庫内へと侵入するのことが防止される。
【００４８】
このとき、除霜バルブ１６が開かれるため、圧縮機６の吐出側と蒸発器１３の上流側部位との間の冷媒の圧力差によって、ホットガスがバイパス流路１５を介して蒸発器１３に流入し、蒸発器１３に着霜した霜は融解して水となり、外部へと排出される。そして、荷物の搬入搬出が完了し、開閉ドア３、４が閉じられてドアスイッチがオフとなると、除霜バルブ１６は閉じられる。
【００４９】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００５０】
圧縮機６に動力が伝達されて蒸発器１３で冷凍能力が発生した時から所定時間の間は、所定時間が経過した後の通常モード時に比べて送風量を増大させる昇華粒子吹き飛ばしモードを実行するので、霜の成長を助長する昇華粒子がチューブ１３１に付着することなく、吹き飛ばされる。
【００５１】
したがって、霜が成長してしまうことを防止できるので、送風量が低下してしまうことを防止でき、蒸発器１３の冷却能力が低下してしまうことを未然に防止できる。
【００５２】
また、チューブ１３１には、通常、チューブ１３１の外表面に接合されているアウターフィンが設けられておらず、チューブ１３１の外周面略全域が空気に晒されているので、チューブ１３１の側面（扁平面）間を空気が淀みなく流れる。
【００５３】
したがって、チューブ１３１の表面に付着した昇華粒子を確実に吹き飛ばすことができるので、霜が成長することを確実に防止でき、着霜による通風抵抗の増大を十分に抑制できる。
【００５４】
（第２実施形態）
第１実施形態では、圧縮機６が起動すると同時に最大風量としたが、本実施形態は、図９に示すように、昇華粒子吹き飛ばしモードの初期段階において、送風量を徐々に最大送風量まで上昇させるものである。
【００５５】
なお、図９（ａ）は送風量を段階的に上昇させる例であり、図９（ｂ）は送風量を連続的（無段階的）に上昇させる例であり、少なくとも○○分は最大送風量にて送風することが望ましい。
【００５６】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、アウターフィンが設けられていないチューブ１３１を用いたいが、本発明はこれに限定されるものではなく、アウターフィンが設けられたチューブ１３１を用いてもよい。
【００５７】
また、上述の実施形態では、エンジンによって圧縮機が駆動される冷凍庫を架装した冷凍車に本発明を適用した実施形態についてのべたが、倉庫等の定置式の冷凍庫に本発明を適用することも可能である。
【００５８】
また、上述の実施形態では、下流側に配置されたチューブ列のチューブ１３１間のピッチ寸法Ｔｐ２が上流側に配置されたチューブ列のチューブ１３１間のピッチ寸法Ｔｐ１より小さく設定されていたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５９】
また、上述の実施形態では、複数本のチューブ１３１により１本のチューブ列が構成されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、１本のチューブ１３１を蛇行させて１本のチューブ列を構成してもよい。
【００６０】
また、上述の実施形態では、蒸発潜熱を利用した冷却器を例に本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、顕熱にて空気を冷却する冷却器に対しても適用することができる。
【００６１】
また、チューブ１３１の断面形状は、上述の実施形態示された形状に限定されるものではなく、例えば楕円状又は流線形状等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る冷凍車の斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る冷凍車に適用される蒸気圧縮式冷凍機の模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係る冷凍車のドア部の斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る蒸発器を模式図である。
【図５】本発明の実施形態の蒸発器における冷媒および空気流れを示す斜視図である。
【図６】本発明の実施形態の蒸発器を示す図である。
【図７】本発明の実施形態の蒸発器のチューブ配列を示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る冷凍車の作動を示すタイムチャートである。
【図９】本発明の第２実施形態に係る冷凍車の作動を示すタイムチャートである。
【図１０】従来技術の問題点を説明するための図である。
【図１１】湿り空気線図である。
【図１２】従来技術の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１…冷凍車、２…冷凍庫、３、４…ドア、５…蒸気圧縮式冷凍機、
６…圧縮機、８…車両エンジン、９…蒸発器、１２…減圧器、
１３…蒸発器、１５…バイパス流路、１６…除霜バルブ。

Claims

室内の空気を冷却する冷却器（１３）と、
前記冷却器（１３）に空気を送風する送風機（１７）と、
前記送風機（１７）の送風量を制御する制御手段（２２）とを有し、
前記制御手段（２２）は、前記冷却器（１３）で冷凍能力が発生した時から所定時間の間は、前記所定時間が経過した後の通常モード時に比べて送風量を増大させることを特徴とする冷凍機。
前記冷却器（１３）は、外周面略全域が空気に晒され、長径方向が空気の流通方向と平行になるような扁平断面形状を有する冷媒チューブ（１３１）を有して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍機。
前記制御手段（２２）は、前記冷却器（１３）で冷凍能力が発生した時から所定時間の間は、送風量を徐々に最大送風量まで上昇させることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍機。
前記制御手段（２２）は、前記冷却器（１３）で冷凍能力が発生した時から所定時間の間は、送風量を段階的に最大送風量まで上昇させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍機。
前記冷却器（１３）で冷凍能力が発生した時から所定時間の間における最大送風量は、風速が約６ｍ／ｓｅｃ以上となる送風量であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷凍機。
前記制御手段（２２）は、少なくとも○○分は前記最大送風量にて送風することを特徴とする請求項５に記載の冷凍機。