JP5405011B2

JP5405011B2 - 冷凍装置

Info

Publication number: JP5405011B2
Application number: JP2007258816A
Authority: JP
Inventors: 義康鈴木; 滋計近藤; 正樹春日井
Original assignee: Hoshizaki Electric Co Ltd
Current assignee: Hoshizaki Electric Co Ltd
Priority date: 2007-10-02
Filing date: 2007-10-02
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2027-10-02
Also published as: JP2009085554A; EP2199705A1; CN101815910A; US20100257886A1; WO2009044591A1

Description

本発明は、複数系統の独立した冷凍回路を有し、かつ蒸発器は共用した冷凍装置に関する。

従来この種の冷凍装置を備えた冷却貯蔵庫として、特許文献１に記載されたものが知られている。冷凍装置は、２系統の独立した冷凍回路が設けられ、第１冷凍回路ではインバータ圧縮機が、第２冷凍回路では一定速圧縮機が備えられるとともに、両冷凍回路に蒸発器が共用された構造であって、この蒸発器が、冷却貯蔵庫の貯蔵室の天井部に設けられた蒸発器室内に収容されている。蒸発器はより詳細には、空気流通方向に沿った姿勢で同空気流通方向と交差する方向に間隔を開けて並べられた複数枚のフィンからなるフィン群を有し、このフィン群における空気流通方向の手前半分の領域では、第１冷凍回路の蒸発管が各フィンを貫通しつつ上下及び奥行方向に複数の列をなして配管され、一方奥半分の領域では、第２冷凍回路の蒸発管が各フィンを貫通しつつ上下及び奥行方向に複数の列をなして配管された構造となっている。
そして通常は、第１冷凍回路すなわちインバータ圧縮機のみを駆動し、具体的には同インバータ圧縮機の回転数を制御しつつ冷却運転（コントロール冷却運転）を行い、第１冷凍回路（インバータ圧縮機側）のみでは能力不足と判断された際に、第２冷凍回路すなわち一定速圧縮機を併せて駆動するといった使い方がなされている。
特開２００５−１６８７４公報

ところで冷却運転中は、蒸発管内で冷媒が蒸発されることにより蒸発管並びにこれを貫通させたフィン（すなわち蒸発器）が冷却され、同蒸発器を庫内から吸い込まれた空気が流通する間に熱交換されて冷気が形成され、この冷気が再度庫内に供給されるといった循環流が生ずることで庫内が冷却されるのであるが、この間蒸発器には次第に着霜が生ずる。
インバータ圧縮機が主に駆動される場合、従来の冷凍装置では、蒸発器において、第１冷凍回路の蒸発管が配管されたところの空気流通方向の手前半分の領域で主に熱交換が行われるのであるが、これはすなわち蒸発器における空気流通断面の全面において着霜が進むこととなるため、比較的早い時期に空気の流通量が大幅に制限されることとなり、熱交換率が低下しすなわち冷却能力が低下するという問題があった。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、その目的は、蒸発器への空気流通量を確保して冷却能力の低下を抑えるところにある。

本発明の冷凍装置は、複数系統の独立した冷凍回路を有し、少なくとも一つの冷凍回路には能力可変式の圧縮機が設けられるとともに、各冷凍回路に蒸発器が共用され、この蒸発器は、空気流通方向に沿った姿勢で同空気流通方向と交差する方向に間隔を開けて並べられた複数枚のフィンからなるフィン群を有し、このフィン群に対して蒸発管が各フィンを貫通しつつ複数段に亘って配管された構造になり、かつ前記各冷凍回路の蒸発管は互いに異なった段ごとに配管されているところに特徴を有する。

上記構成によれば、特定の冷凍回路における能力可変式の圧縮機のみが駆動されている場合、蒸発器のフィン群では、その特定の冷凍回路の蒸発管が配管された段付近が特に冷却され、他の段では相対的な高温に冷却されることに留まる。空気が蒸発器を流通する間に熱交換されて冷気が生成されるが、着霜は、より低温である上記の特定の冷凍回路の蒸発管が配管された段付近の領域で主に進み、仮にその領域で目詰まりしたとしても、他の段付近の領域では空気の流通路が確保される。その流通路が確保された領域では、蒸発器の温度が相対的に高い状態にはあるが、それでも空気流通量が確保される分、熱交換率の低下すなわち冷却能力の低下は抑えられる。

また、以下のような構成としてもよい。
（１）２系統の独立した冷凍回路が設けられ、一の冷凍回路には能力可変式の圧縮機が、他の冷凍回路には別の圧縮機が備えられるとともに、両冷凍回路に蒸発器が共用され、前記一の冷凍回路の蒸発管と前記他の冷凍回路の蒸発管とはそれぞれ、前記蒸発器における上側と下側の互いに異なった領域において、前記各フィンを空気流通方向に沿ってジグザグ状に蛇行しつつ貫通しかつ複数段に亘って配管されている。
この構成では、一の冷凍回路を主に作動させる場合、着霜は、蒸発器のフィン群における上下いずれか一側の領域で主に進み、上下いずれか他側の領域では空気の流通路が確保される。

（２）前記一の冷凍回路の蒸発管が下側の領域に配管され、かつ前記フィン群の下面に除霜ヒータが配設されている。
一の冷凍回路を主に作動させる場合、着霜は、蒸発器のフィン群における下側の領域で生じやすいが、除霜ヒータがフィン群の下面に配されているから、効率良く除霜できる。

本発明によれば、能力可変式の圧縮機を主に駆動する使い方をする場合において、長時間に亘って蒸発器に対する空気の流通路が確保され、冷却能力の低下を抑えることができる。

＜実施形態＞
以下、本発明の一実施形態を図１ないし図７に基づいて説明する。本実施形態では、業務用の縦型冷蔵庫に搭載された冷凍装置を例示している。
図１において、符号１０は、前面の開口された断熱箱体からなる冷蔵庫本体であって、内部が冷蔵室１１とされているとともに、冷蔵室１１の前面開口には断熱扉１２が揺動開閉可能に装着されている。冷蔵庫本体１０の上面には、回りにパネルが立てられることで機械室１４が構成されている。

機械室１４の底面となる冷蔵庫本体１０の天井壁１０Ａのほぼ中央部には、方形の開口部１５が形成され、この開口部１５の上面を塞ぐようにして、詳しくは後記するユニット化された冷凍装置３０を搭載したユニット台２０が載置されている。開口部１５の前方側（図１の右側）における下面の口縁の位置から奥壁に向かい、ドレンパンを兼ねた冷却ダクト２２が下り勾配で張設されており、ユニット台２０との間に蒸発器室２３が形成されている。冷却ダクト２２の前端側には吸込口２５が形成され、その裏面に庫内ファン２６が装備されているとともに、冷却ダクト２２の後端側には吹出口２７が形成されている。

冷凍装置３０は、２系統の独立した冷凍回路、すなわち第１冷凍回路３１Ａ（本発明の一の冷凍回路に相当）と第２冷凍回路３１Ｂ（本発明の他の冷凍回路に相当）とを備えている。両冷凍回路３１Ａ，３１Ｂは大まかには、圧縮機を互いに異にしている一方、蒸発器と凝縮器とは共用している。
図２に模式的に示されるように、第１冷凍回路３１Ａは、回転数が可変のインバータ圧縮機３２Ａと、共通の凝縮器３３と、ドライヤ３５Ａと、減圧手段であるキャピラリチューブ３６Ａと、共通の蒸発器３７とを、冷媒配管で循環接続して形成されている。なお、第１冷凍回路３１Ａでは、蒸発器３７の出口側の冷媒配管に、アキュムレータ３８が介設されている。
第２冷凍回路３１Ｂは、回転数が一定の一定速圧縮機３２Ｂと、共通の凝縮器３３と、ドライヤ３５Ｂと、減圧手段であるキャピラリチューブ３６Ｂと、共通の蒸発器３７とを、冷媒配管で循環接続して形成されている。

両冷凍回路３１Ａ，３１Ｂの構成部品のうち、インバータ圧縮機３２Ａ、一定速圧縮機３２Ｂ、共通の凝縮器３３、両ドライヤ３５Ａ，３５Ｂ、両キャピラリチューブ３６Ａ，３６Ｂとが、ユニット台２０の上面に設置され、一方、共通の蒸発器３７が、ユニット台２０の下面側に吊り下げられて取り付けられ、ユニット化されてる。なお、共通の凝縮器３３の裏面には、共通の凝縮器ファン３４が設置されている。
そして、ユニット台２０が、冷蔵庫本体１０の天井壁の開口部１５を塞いで載置されると、蒸発器３７が、蒸発器室２３内において庫内ファン２６の奥側の位置に収容されるようになっている。

蒸発器３７の構造を説明する。蒸発器３７は全体としては、やや扁平で左右方向に細長いブロック状をなし、冷却ダクト２２の傾斜に倣った後下がりの斜め姿勢を取り、冷却ダクト２２から若干浮いた状態で、かつ蒸発器室２３のほぼ全幅に亘って収容されるようになっている。
蒸発器３７は、図３ないし図５に示すように、前後方向に長い長方形の金属プレートからなるフィン４０が、複数枚（本実施形態では７０数枚）、一定間隔を開けて左右方向に並べられることによって、やや扁平で左右方向に細長いブロック状をなすフィン群４１が形成される。フィン４０は詳細には、長さが長いフィン４０Ｌと、短いフィン４０Ｓの２種類が備えられ、図４に示すように、各フィン４０Ｌ，４０Ｓが交互に配されるとともに、各フィン４０Ｌ，４０Ｓの後端（同図の下側）が揃えられる一方、前端は、長い方のフィン４０Ｌが短い方のフィン４０Ｓより所定寸法突出した形態となっている。なお以下では、長い方と短い方とを区別する必要があるとき以外は、両フィン４０Ｌ，４０Ｓを、フィン４０とまとめて標記する。
また、フィン群４１の左右両端面には、それぞれエンドプレート４３Ｘ，４３Ｙが配されている。

上記したフィン群４１に対し、冷凍回路３１Ａ，３１Ｂにおける冷媒配管の一部として設けられる蒸発管が、各フィン４０を貫通して配管されることによって、蒸発器３７が形成される。蒸発管は、フィン群４１に対して上下４段に亘って配管され、特に下２段に、インバータ圧縮機３２Ａ側の第１冷凍回路３１Ａの第１蒸発管４５Ａが、また上２段に、一定速圧縮機３２Ｂ側の第２冷凍回路３１Ｂの第２蒸発管４５Ｂが、それぞれ配管されるようになっている。

詳細には、第１冷凍回路３１Ａの第１蒸発管４５Ａは、図４に示すように、下から２段目における背面から見た右側でかつ背面側の端部位置が出発位置とされ、各フィン４０を左方向に貫通し、左側のエンドプレート４３Ｙを突出したのちＵターンして各フィン４０を右方向に貫通し、右側のエンドプレート４３Ｘを突出したのちＵターンして再び左方に向かうといった配管が、正面側に向けて４往復繰り返され、いわゆるジグザグ状に配管される。なお、正面側において最後に右方向に配管された第１蒸発管４５Ａは、フィン４０のうち長い方のフィン４０Ｌの端部のみを貫通し、右側のエンドプレート４３Ｘから突出したところで最下段に向けて回曲される。
そして、最下段では、背面から見た右側でかつ正面側の端部位置から、長い方のフィン４０Ｌの端部を左方向に貫通し、左側のエンドプレート４３Ｙを突出したのちＵターンして各フィン４０を右方向に貫通し、右側のエンドプレート４３Ｘを突出したのちＵターンして再び左方に向かうといった配管が、今度は背面側に向けて４往復繰り返されて同様にジグザグ状に配管され、終点位置は、最下段における背面から見た右側でかつ背面側の端部位置とされる。

すなわち、第１冷凍回路３１Ａの第１蒸発管４５Ａは、フィン群４１に対し、各フィン４０を貫通しつつ、下から２段目において背面から正面に向けてジグザグ状に、続けて最下段において正面から背面に向けてジグザグ状に配管される。第１蒸発管４５Ａの出口４７Ａは、図５に示すように、右側のエンドプレート４３Ｘの外に突出してアキュムレータ３８が介設されたのち、エンドプレート４３Ｘの前端寄りの位置で立ち上げられる。一方、第１蒸発管４５Ａの入口４６Ａは、同じく右側のエンドプレート４３Ｘの外に突出したのち、上記の出口４７Ａよりも少し後方位置で立ち上げられる。

第２冷凍回路３１Ｂの第２蒸発管４５Ｂは、フィン群４１における上２段に配管される。配管の形態は、第１冷凍回路３１Ａの第１蒸発管４５Ａと同様であるが、改めて説明すると、第２蒸発管４５Ｂは、最上段における背面から見た右側でかつ背面側の端部位置が出発位置とされ、各フィン４０を左方向に貫通し、左側のエンドプレート４３Ｙを突出したのちＵターンして各フィン４０を右方向に貫通し、右側のエンドプレート４３Ｘを突出したのちＵターンして再び左方に向かうといった配管が、正面側に向けて４往復繰り返されてジグザグ状に配管される。同様に、正面側において最後に右方向に配管された第２蒸発管４５Ｂは、フィン４０のうち長い方のフィン４０Ｌの端部のみを貫通し、右側のエンドプレート４３Ｘから突出したところで上から２段目に向けて回曲される。
この上から２段目では、背面から見た右側でかつ正面側の端部位置から、長い方のフィン４０Ｌの端部を左方向に貫通し、左側のエンドプレート４３Ｙを突出したのちＵターンして各フィン４０を右方向に貫通し、右側のエンドプレート４３Ｘを突出したのちＵターンして再び左方に向かうといった配管が、今度は背面側に向けて４往復繰り返されて同様にジグザグ状に配管され、終点位置は、上から２段目における背面から見た右側でかつ背面側の端部位置とされる。

このように、第２冷凍回路３１Ｂの第２蒸発管４５Ｂは、フィン群４１に対し、各フィン４０を貫通しつつ、最上段において背面から正面に向けてジグザグ状に、続けて上から２段目において正面から背面に向けてジグザグ状に配管される。第２蒸発管４５Ｂの出口４７Ｂは、図５に示すように、右側のエンドプレート４３Ｘの外に突出したのち、上記した第１蒸発管４５Ａの入口４６Ａよりも後方位置で立ち上げられるとともに、第２蒸発管４５Ｂの入口４６Ｂは、エンドプレート４３Ｘの後端寄りの位置で立ち上げられる。
また、蒸発器３７等に付着した霜を除去するために、適宜に除霜運転が行われる。そのため蒸発器３７には、シーズヒータからなる除霜ヒータ４９が装備されており、詳細には除霜ヒータ４９は、図１に示すように、フィン群４１の下面に形成された装着溝５０に嵌められてジグザグ状に配管されている。

続いて、本実施形態の作用を説明する。
冷却運転は、冷凍装置３０と庫内ファン２６とを駆動することで行われ、図１の矢線に示すように、冷蔵室１１の庫内空気が庫内ファン２６によって吸込口２５から蒸発器室２３内に吸引され、その空気が蒸発器３７を前面側から流通する間に熱交換によって冷気が生成され、その冷気が吹出口２７から冷蔵室１１の奥面に沿うようにして吹き出され、冷蔵室１１内に冷気が循環供給されることで冷却され、併せて庫内温度が制御される。

この実施形態では、庫内温度が予め定められたコントロール冷却特性に従うように、インバータ圧縮機３２Ａの増減速制御がなされる。具体的には、運転制御部には、コントロール冷却特性が、目標となる温度降下の経時的変化態様のデータとして予め記憶されており、冷却運転中は、所定のサンプリング時間ごとに庫内温度を検出して、同検出温度に基づいて実際の温度降下度が算出される一方、上記の記憶されたデータからその庫内温度における目標の温度降下度が出力され、実際の温度降下度が目標の温度降下度よりも小さければインバータ圧縮機３２Ａが増速制御され、逆の場合はインバータ圧縮機３２Ａが減速または停止する減速制御が行われ、その繰り返しにより、コントロール冷却特性に従って冷却される。
またこの間、庫内負荷の増加や、周囲温度の上昇により、インバータ圧縮機３２Ａのみでは能力不足と判断された場合、例えばインバータ圧縮機３２Ａが最高回転数に到達したのちなお増速要求が出された場合には、一定速圧縮機３２Ｂが併せて駆動される。

言い換えると、通常はインバータ圧縮機３２Ａすなわち第１冷凍回路３１Ａのみが駆動されるため、蒸発器３７では、第１冷凍回路３１Ａの第１蒸発管４５Ａが配管された下半分の領域が特に冷却され、上半分の領域では相対的な高温に冷却されることに留まり、その状態の蒸発器３７に庫内空気が流通して熱交換により冷気が生成される。そして、インバータ圧縮機３２Ａのみでは能力不足であると判断されたときには、一定速圧縮機３２Ｂすなわち第２冷凍回路３１Ｂも併せて駆動されるため、蒸発器３７は全域にわたり低温に冷却された状態となって、熱交換に供される。

以上のように、庫内空気が蒸発器３７を流通して熱交換されるとき、併せて着霜する。ここで、図６及び図７において、ドットが付された領域が、着霜部分を示している。上記したように、通常はインバータ圧縮機３２Ａすなわち第１冷凍回路３１Ａのみが駆動されるのであるから、図６に示すように、第１蒸発管４５Ａ並びに同第１蒸発管４５Ａが貫通しているフィン群４１の下半分の領域で主に着霜が進む。フィン群４１の上半分の領域も相応に冷却されるために着霜するが、相対的に高温に留まるために着霜は抑えられる。
また、適宜に一定速圧縮機３２Ｂすなわち第２冷凍回路３１Ｂが併せて駆動されるが、その駆動時間は短時間に留められるから、第２蒸発管４５Ｂ並びに同第２蒸発管４５Ｂが貫通しているフィン群４１の上半分の領域での着霜は抑えられる。

すなわち蒸発器３７では、通常使用されるインバータ圧縮機３２Ａ側の第１蒸発管４５Ａが配管された蒸発器３７の下半分の領域で着霜量が多くなり、図６に示すように、第１蒸発管４５Ａとフィン４０との間の隙間が狭くなり、また図７に示すように、特に庫内空気の流通方向の風上となる蒸発器３７の前面側では、相対的に高温の庫内空気が当たって着霜量が多くなるために、先に目詰まりしやすい。しかしながら、仮に下半分の領域で目詰まりしたとしても、上半分の領域では着霜量が少なくて、第２蒸発管４５Ｂとフィン４０の間の隙間が確保され、すなわち庫内空気の流通路が確保される。通常のインバータ圧縮機３２Ａのみが駆動されている場合、蒸発器３７の上半分の領域では、蒸発器３７の温度が相対的に高い状態にはあるが、それでも空気流通量が確保される分、熱交換率の低下すなわち冷却能力の低下は抑えられることになる。

なお、適宜時間ごとに除霜運転が行われ、除霜運転は、冷凍装置３０並びに庫内ファン２６を停止した状態で、除霜ヒータ４９に通電して発熱させることで行われるが、上記したように、蒸発器３７の下半分に着霜しやすいのに対して、除霜ヒータ４９を蒸発器３７の下面に配置したから、効率良く除霜される。

以上説明したように本実施形態によれば、インバータ圧縮機３２Ａ側の第１冷凍回路３１Ａと、一定速圧縮機３２Ｂ側の第２冷凍回路３１Ｂとで蒸発器３７を共用するに当たり、通常使用されるインバータ圧縮機３２Ａ側の蒸発器部分を、庫内空気の流通方向と交差する方向である下半分の領域に形成し、一定速圧縮機３２Ｂ側の蒸発器部分を上半分の領域に形成している。この構造であると、インバータ圧縮機３２Ａのみを駆動している場合、蒸発器３７の下半分に加え、上半分も有効に使用でき、省エネルギに寄与できる。

また、特に蒸発器３７の下半分の領域で着霜しやすいと言えるが、上半分の領域での着霜は抑えられるから、仮に下半分の領域で目詰まりしたとしても、上半分の領域では庫内空気の流通路が確保される。インバータ圧縮機３２Ａのみが駆動されている場合、蒸発器３７の上半分の領域では、蒸発器３７の温度が相対的に高い状態にはあるが、それでも空気流通量が確保される分、熱交換率の低下すなわち冷却能力の低下が抑えられる。
なお、着霜に伴う空気流通量を確保する手段として、例えば蒸発器３７とユニット台２０との間に敢えてクリアランスを設けたものもあるが、本実施形態では、上記のようにこのようなクリアランスを設けなくても空気流通量が確保できるから、蒸発器３７の冷蔵室１１側への張り出しを抑えることができ、ひいては冷蔵室１１の容積の低下を防止できる。

上記のように、蒸発器３７において比較的長時間にわたって庫内空気の流通路が確保できることで、除霜運転の運転間隔を延ばすことが可能となる。また、除霜運転に関しては、蒸発器３７の下半分に着霜しやすいのに対して、除霜ヒータ４９を蒸発器３７の下面に配置したから、効率良く除霜することができる。
なお、第１蒸発管４５Ａと第２蒸発管４５Ｂのそれぞれの入口４６Ａ，４６Ｂと出口４７Ａ，４７Ｂとを、フィン群４１の一端面にまとめて配したから、冷媒配管との接続作業がしやすく、また配管スペースも小さく抑えることが可能となる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態とは逆に、インバータ圧縮機側の第１冷凍回路の第１蒸発管をフィン群の上半分の領域に、一定速圧縮機側の第２冷凍回路の第２蒸発器を下半分の領域にそれぞれ配管した構造としてもよい。少なくとも、長時間にわたって空気流通量が確保できる効果が得られる。
（２）また上記実施形態のように、蒸発管の配管段数が４段であった場合に、インバータ圧縮機側の第１冷凍回路の第１蒸発管と、一定速圧縮機側の第２冷凍回路の第２蒸発器とを、１段置きに配管するようにしてもよい。同じく長時間にわたって空気流通量を確保することができる。
（３）蒸発器（フィン群）における蒸発器の配管段数は、２段以上任意である。

（４）蒸発器は、例えば冷蔵庫の奥壁側に設けられた蒸発器室内に縦向きに設けられて、庫内空気を上下方向に流通させて熱交換を行う形式のものであってもよく、その場合は、インバータ圧縮機側の第１冷凍回路の第１蒸発管と、一定速圧縮機側の第２冷凍回路の第２蒸発器とを、空気の流通方向と交差する前後の領域に区分して配管すればよい。
（５）凝縮器については、第１冷凍回路と第２冷凍回路とで別々に備えてもよい。
（６）本発明は、上記実施形態に例示した業務用の縦型冷蔵庫に限らず、横型冷蔵庫、冷凍庫、恒温高湿庫等、冷却貯蔵庫全般に装備されるものについて適用可能である。

本発明の一実施形態に係る冷凍装置の設置部分の断面図冷凍装置の回路構成図蒸発器の背面図同一部切欠平面図同左側面図着霜状態を模式的に示した蒸発器の正面図同蒸発器の右側面図

符号の説明

３０…冷凍装置３１Ａ…第１冷凍回路（一の冷凍回路）３１Ｂ…第２冷凍回路（他の冷凍回路）３２Ａ…インバータ圧縮機（能力可変式の圧縮機）３２Ｂ…一定速圧縮機３７…蒸発器４０，４０Ｌ，４０Ｓ…フィン４１…フィン群４５Ａ…第１蒸発管４５Ｂ…第２蒸発管４９…除霜ヒータ

Claims

２系統の独立した冷凍回路が設けられ、一の冷凍回路には能力可変式の圧縮機が、他の冷凍回路には別の圧縮機が備えられるとともに、両冷凍回路に蒸発器が共用され、この蒸発器は、空気流通方向に沿った姿勢で同空気流通方向と交差する方向に間隔を開けて並べられた複数枚のフィンからなるフィン群を有し、このフィン群に対して蒸発管が各フィンを貫通して配管された構造になり、前記一の冷凍回路の蒸発管と前記他の冷凍回路の蒸発管とはそれぞれ、前記蒸発器における空気流通方向と交差する方向の上側と下側の互いに異なった領域において、前記各フィンを空気流通方向に沿ってジグザグ状に蛇行しつつ貫通しかつ上下複数段に亘って配管されており、
前記一の冷凍回路の蒸発管が下側の領域に配管され、かつ前記フィン群の下面に除霜ヒータが配設されていることを特徴とする冷凍装置。