JP6380927B2 - 冷凍機 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍機に関する。

従来、スーパーマーケットに設置されるショーケース等の冷却器と室外に設置される冷凍機とを冷媒配管で繋いで構成される冷凍回路において、冷凍機に収納される凝縮器と冷却器との間の冷媒配管から分岐して流れる冷媒で冷媒配管をさらに冷却するエコノマイザを備え、エコノマイザで冷却に使用された冷媒を圧縮機のインジェクションポートに戻す技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の構成によれば、冷媒配管をエコノマイザで冷却して冷凍回路の冷却能力を向上できるとともに、インジェクションポートに戻る冷媒によって圧縮機を冷却できる。

特開２０１０−７９７５号公報

ところで、上記従来のようなエコノマイザを備える冷凍回路では、エコノマイザの下流の冷媒配管の温度が従来よりも低くなるため、冷却器側で冷媒配管に結露が生じ易くなる。スーパーマーケット等の冷凍回路の設置施設において、冷凍回路の全体を新設や入れ替えによって設ける場合には、冷媒配管の必要な箇所に断熱処理を施すことで、冷却器側の冷媒配管の結露を防止できる。他方、冷凍回路の全体を入れ替えずに冷凍機だけを入れ替え、冷却器側において既設の冷媒配管を利用して冷凍回路を構成する場合には、設置スペースや設置作業等の制約により、冷媒配管に断熱処理を施すことが困難になり、冷却器側の冷媒配管の結露を有効に防止することが難しい場合がある。すなわち、冷却器側の設置状態に応じて、簡単な構成で冷媒配管の結露を防止することが課題となる。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、冷却器側の設置状態に応じて、簡単な構成で冷媒配管の結露を防止することが可能な冷凍機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、圧縮機および凝縮器を備え、前記圧縮機の上流側の冷媒配管および前記凝縮器の下流側の冷媒配管が冷却器に接続される冷凍機において、凝縮器の下流側の冷媒配管から分岐して圧縮機の冷却用インジェクションポートに接続される分岐管と、前記分岐管の中途部に配置され、前記凝縮器から流出する冷媒と前記分岐管を流れる冷媒とを熱交換させるエコノマイザと、前記分岐管の前記エコノマイザの上流側と下流側とを接続するバイパス管と、を備え、前記分岐管に流入する冷媒を前記エコノマイザに通す流路と、前記バイパス管に通す流路とを選択可能とし、前記冷却器の冷媒配管に断熱処理が施されている場合は、前記エコノマイザに通す流路を選択し、前記冷却器の冷媒配管に断熱処理が施されていない場合は、前記バイパス管に通す流路を選択することを特徴とする。

また、本発明は、冷媒を前記エコノマイザに通す流路を開閉するエコノマイザ流路開閉弁と、前記バイパス管の流路を開閉するバイパス管流路開閉弁と、を備え、前記エコノマイザ流路開閉弁および前記バイパス管流路開閉弁を開閉することで、流路を選択することを特徴とする。
また、本発明は、前記分岐管の中途部であって前記エコノマイザ及び前記バイパス管の上流側に冷媒を膨張させる膨張手段を設けたことを特徴とする。

さらに、本発明は、前記冷却器の冷媒配管に断熱処理が施されている場合は、前記エコノマイザ流路開閉弁を開にするとともに前記バイパス管流路開閉弁を閉にし、前記冷却器の冷媒配管に断熱処理が施されていない場合は、前記エコノマイザ流路開閉弁を閉にするとともに前記バイパス管流路開閉弁を開にすることを特徴とする。

また、本発明は、前記膨張手段は膨張弁であり、前記エコノマイザに通す流路が選択されている場合には、前記バイパス管に通す流路が選択されている場合よりも、前記膨張弁の開度が大きく制御されることを特徴とする。
また、本発明は、前記凝縮器と前記エコノマイザとの間に、冷媒を冷却する過冷却器が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、冷却器側の設置状態に応じて、簡単な構成で冷媒配管の結露を防止することが可能な冷凍機を提供できる。

本発明の実施の形態に係る冷凍機を備えた冷凍回路の模式図である。 冷凍回路の全体を新設した状態の模式図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係る冷凍回路について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る冷凍機を備えた冷凍回路の模式図である。
冷凍回路１０は、飲料や冷蔵商品を冷蔵した状態で陳列するショーケース内を冷却するために設けられる。冷凍回路１０は、例えばコンビニエンスストアやスーパーマーケット等の施設に設けられ、ショーケースは店舗内の床に設置される。

冷凍回路１０は、冷却器１１と、冷却器１１が設置された部屋とは異なる場所である機械室等に配置される冷凍機１２とを備える。また、冷凍回路１０は、冷凍機１２及び冷却器１１の動作を制御する制御部（不図示）を備える。
冷凍回路１０は、圧縮機１３と、オイルセパレータ１４と、凝縮器１５と、レシーバタンク１６と、過冷却器１７と、エコノマイザ１８と、膨張弁１９と、蒸発器２０と、アキュムレータ２１とを順に冷媒配管２２で環状に繋いで構成される。
冷却器１１は、ショーケース４０と、冷媒配管２２とを備える。ショーケース４０は、ケース本体（不図示）と、上記膨張弁１９及び蒸発器２０とを備える。
冷凍機１２は、圧縮機１３、オイルセパレータ１４、凝縮器１５、レシーバタンク１６、過冷却器１７、エコノマイザ１８、アキュムレータ２１、及び、冷媒配管２２とを備える。

オイルセパレータ１４は、冷媒中のオイルを分離して圧縮機１３に戻す。レシーバタンク１６には、余剰冷媒が貯留される。エコノマイザ１８は、エコノマイザ１８を通って蒸発器２０側へ流れる冷媒を冷却する。
凝縮器１５は、冷媒を冷却する送風ファン１５ａを備える。過冷却器１７は凝縮器１５と一体的に設けられる空冷式の熱交換器であり、送風ファン１５ａの送風によって熱交換が促進される。
蒸発器２０は送風ファン２０ａを備え、送風ファン２０ａの送風によって蒸発器２０と空気との熱交換が促進され、ショーケース４０内が冷却される。

冷媒配管２２は、凝縮器１５の出口と蒸発器２０の入口とを接続する液冷媒配管２６と、蒸発器２０の出口と凝縮器１５の入口とを接続するガス冷媒配管２７とを備える。液冷媒配管２６の一部は、冷却器１１に接続される凝縮器１５の下流側の冷媒配管を構成する。ガス冷媒配管２７の一部は、圧縮機１３の上流側の冷媒配管を構成する。
詳細には、液冷媒配管２６は、凝縮器１５の出口と冷却器１１の膨張弁１９とを繋ぐ高圧液配管２６ａと、膨張弁１９と蒸発器２０の入口とを繋ぐ低圧液配管２６ｂとを備える。また、ガス冷媒配管２７は、蒸発器２０の出口と圧縮機１３の吸入口とを繋ぐ低圧ガス配管２７ａと、圧縮機１３の吐出口と凝縮器１５の入口とを繋ぐ高圧ガス配管２７ｂとを備える。

圧縮機１３で圧縮された高温・高圧のガス冷媒は、高圧ガス配管２７ｂに流れ、オイルセパレータ１４を経て凝縮器１５に達し、凝縮器１５で凝縮されて高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、高圧液配管２６ａに流れ、レシーバタンク１６、過冷却器１７、及びエコノマイザ１８を経て膨張弁１９に達し、膨張弁１９を通過する際に減圧されて低圧の液冷媒となる。膨張弁１９を通過した後の低圧の液冷媒は、低圧液配管２６ｂを通って蒸発器２０に達し、蒸発器２０で蒸発して低圧のガス冷媒となり、低圧ガス配管２７ａを通って圧縮機１３に戻る。本実施の形態では、冷媒が過冷却器１７及びエコノマイザ１８で冷却されるため、冷媒の過冷却度を増加させることができ、冷却器１１の冷却能力を向上できる。

冷凍回路１０は、高圧液配管２６ａから分岐して圧縮機１３の冷却用インジェクションポート１３ａに接続される分岐管３０と、分岐管３０上に設けられたエコノマイザ１８をバイパスして分岐管３０の上流部と下流部とを接続するバイパス管３１とを備える。
分岐管３０は、高圧液配管２６ａにおいて過冷却器１７とエコノマイザ１８との間の位置から分岐して分岐管３０の流路におけるエコノマイザ１８の入口１８ａに接続されるエコノマイザ接続管３２と、エコノマイザ１８の出口１８ｂと冷却用インジェクションポート１３ａとを接続するインジェクションポート接続管３３とを備える。

エコノマイザ接続管３２は、分岐管３０の流路を開閉可能なサービス用バルブ３４を一端側に有し、エコノマイザ１８の近くの他端側に、電動の分岐管膨張弁３５（膨張手段）を備える。また、エコノマイザ接続管３２は、分岐管膨張弁３５の下流でエコノマイザ１８の上流に、エコノマイザ接続管３２の流路を開閉するエコノマイザ流路開閉弁３６を備える。

エコノマイザ１８は、入口１８ａから流入した冷媒を出口１８ｂに通す冷却用配管１８ｃを備える。また、エコノマイザ１８は、高圧液配管２６ａの一部を構成する配管１８ｄを備える。冷却用配管１８ｃは、配管１８ｄに対して効率良く熱交換できるように、配管１８ｄに近接して設けられ、例えば、冷却用配管１８ｃ及び配管１８ｄは２重管構造で設けられる。また、エコノマイザ１８は、冷却用配管１８ｃを流れる冷媒が、配管１８ｄを流れる冷媒に対して対向流となるように設けられている。このため、冷却用配管１８ｃの冷媒を効率良く冷却できる。

バイパス管３１は、一端がエコノマイザ接続管３２における分岐管膨張弁３５の下流でエコノマイザ流路開閉弁３６よりも上流の位置に接続され、他端がインジェクションポート接続管３３の途中に接続される。バイパス管３１は、バイパス管３１の流路を開閉するバイパス管流路開閉弁３７を備える。
本実施の形態では、バイパス管流路開閉弁３７及びエコノマイザ流路開閉弁３６の開閉状態を切り替えることで、分岐管３０に流入する冷媒を、エコノマイザ１８に流す流路とバイパス管３１に流す流路とのいずれかに流すように選択可能である。

詳細には、バイパス管流路開閉弁３７を閉じるとともにエコノマイザ流路開閉弁３６を開いた状態（以下、この状態を「エコノマイザ使用状態」と呼ぶ。）では、高圧液配管２６ａから分岐管３０側に分岐してエコノマイザ接続管３２に流入した冷媒は、分岐管膨張弁３５を通って膨張して温度が低下し、その後、エコノマイザ１８を通り、インジェクションポート接続管３３を通って冷却用インジェクションポート１３ａに流入する。この場合、配管１８ｄを通る冷媒を冷却用配管１８ｃを通る冷媒によって冷却して蒸発器２０の冷却能力を向上できるとともに、冷却用インジェクションポート１３ａに流れる冷媒によって圧縮機１３を冷却できる。ただし、エコノマイザ１８によって大きく冷却された冷媒が高圧液配管２６ａを通るため、高圧液配管２６ａの温度が低下し、エコノマイザ１８の下流側の高圧液配管２６ａの表面には結露が生じ易い。結露が発生すると、結露が落下して設置施設の汚れ等の原因となり、問題となる。

他方、バイパス管流路開閉弁３７を開くとともにエコノマイザ流路開閉弁３６を閉じた状態（以下、この状態を「バイパス状態」と呼ぶ。）では、高圧液配管２６ａから分岐管３０側に分岐してエコノマイザ接続管３２に流入した冷媒は、分岐管膨張弁３５を通って膨張して温度が低下し、その後、バイパス管３１を通ってインジェクションポート接続管３３に流れ、冷却用インジェクションポート１３ａに流入する。この場合、配管１８ｄを通る冷媒はエコノマイザ１８で冷却されないため、蒸発器２０の冷却能力は増加しないが、高圧液配管２６ａの温度はそれほど低くならず、高圧液配管２６ａの表面には結露が生じ難い。また、圧縮機１３は、冷却用インジェクションポート１３ａに流れる冷媒によって効果的に冷却される。エコノマイザ流路開閉弁３６がエコノマイザ１８の上流にあるため、「バイパス状態」状態では、分岐管３０を通る冷媒はエコノマイザ１８内に流入しない。
「バイパス状態」及び「エコノマイザ使用状態」の切り替えは、例えば、冷凍機１２の設置時に作業者によって手動で行われるが、この切り替えは、前記制御部が制御する電磁弁によって行われても良い。

冷凍機１２は、店舗等の設置施設に設置される際、冷凍機１２、冷却器１１及び冷媒配管２２を含む冷凍回路１０の全体を新設される場合がある。
また、冷凍機１２は、店舗等の設置施設に設置される際、冷凍機１２側の冷媒配管を含む冷凍機１２のみが古いものから新しいものに入れ替えられ、冷却器１１側の冷媒配管２２を含む冷却器１１がそのまま利用される場合がある。ここでは、入れ替えられずに再び利用される冷却器１１側の冷媒配管を既設配管４１と呼ぶ。

図１は、冷凍機１２側の冷媒配管２２を含む冷凍機１２のみが新しいものに入れ替えられ、冷却器１１側の冷媒配管２２を含む冷却器１１は既設のものが用いられた状態を示している。図１では、既設配管４１は、冷却器１１内の全ての冷媒配管である。
図１の冷凍機１２は、エコノマイザを備えていない従来の冷凍機に対応して設けられていたものであり、既設配管４１の温度はそれほど低温にはならなかったため、既設配管４１には断熱処理は施されていない。すなわち、既設配管４１は、より低温で使用される場合には結露が生じ易い配管である。ここでは、上記断熱処理としては、既設配管４１の外周面に巻かれる断熱材が挙げられる。

エコノマイザ１８を備えた新たな冷凍機１２に対応させて、既設配管４１に断熱材を設けることが考えられる。しかし、既設配管４１は、店舗等の天井裏、壁内、及び、床下等の配置の制約を受ける場所に設けられているため、断熱材を既設配管４１に追加して設けることは、作業性、配置スペース及びコスト等の問題から困難である。
このため、図１の構成では、冷凍機１２は、「バイパス状態」で使用される。「バイパス状態」とすることで、既設配管４１側に流れる冷媒がそれほど低温にならないため、断熱材を備えていない既設配管４１にエコノマイザ１８を備えた新たな冷凍機１２を接続した場合であっても、既設配管４１の結露の発生を防止できる。また、「バイパス状態」では、バイパス管３１からインジェクションポート接続管３３に流れる冷媒によって、圧縮機１３を効果的に冷却できる。

図２は、冷凍回路１０の全体を新設した状態の模式図である。
図２の構成では、冷媒配管２２のうち冷却器１１内に配置される配管４２に断熱処理が施されている。断熱処理は、配管４２の表面に巻かれる断熱材４３である。断熱材４３は、例えば、配管４２上において、冷却器１１内の最も上流の位置と蒸発器２０の入口との間の区間に亘って設けられる。断熱材４３は、設置施設に新設される冷却器１１と同時に設けられ、図１の既設配管４１に設ける場合のような制約を受けないため、天井裏等に設けられる場合であっても容易に設けられる。

図２の構成では、断熱材４３によって配管４２の結露が防止されるため、冷凍機１２は、「エコノマイザ使用状態」で使用される。このため、冷却器１１を、エコノマイザ１８で冷却能力を向上させた状態で使用できる。本実施の形態では、「エコノマイザ使用状態」及び「バイパス状態」をバイパス管流路開閉弁３７及びエコノマイザ流路開閉弁３６の開閉状態を切り替えて容易に選択できるため、既設配管４１を使用するか否かによって冷凍機１２の構造を変更する必要がなく、冷凍機１２の製造や取り扱い等が容易である。
尚、上記のような断熱材４３は、エコノマイザ１８から冷却器１１に至る液冷媒配管２６にも設けられる。

また、「エコノマイザ使用状態」では、制御部は、分岐管膨張弁３５の開度を「バイパス状態」よりも増加させる。このため、エコノマイザ１８に冷媒を流す場合であっても、冷却用インジェクションポート１３ａに十分な量の冷媒を供給でき、圧縮機１３を効果的に冷却できる。
さらに、過冷却器１７を通って冷却された冷媒がエコノマイザ１８の配管１８ｄを通り、配管１８ｄの冷媒は、過冷却器１７から分岐管３０して分岐管膨張弁３５で膨張した冷媒と熱交換してさらに冷却されるため、冷却器１１に流れる冷媒の過冷却度を増加させることができ、冷却器１１の冷却能力を向上できる。

以上説明したように、本発明を適用した実施の形態によれば、冷凍機１２は、圧縮機１３および凝縮器１５を備え、圧縮機１３の上流側の冷媒配管および凝縮器１５の下流側の冷媒配管が冷却器１１に接続され、凝縮器１５の下流側の高圧液配管２６ａから分岐して圧縮機１３の冷却用インジェクションポート１３ａに接続される分岐管３０と、分岐管３０の中途部に配置され、凝縮器１５から流出する冷媒と分岐管３０を流れる冷媒とを熱交換させるエコノマイザ１８と、分岐管３０のエコノマイザ１８の上流側と下流側とを接続するバイパス管３１と、を備え、分岐管３０に流入する冷媒をエコノマイザ１８に通す流路と、バイパス管３１に通す流路とを選択可能とした。これにより、冷却器１１側の設置状態によって冷媒配管２２に結露が発生し易い場合には、バイパス管３１に通す流路を選択することで、エコノマイザ１８よる冷媒の熱交換を停止でき、冷却器１１側の冷媒配管２２の温度が大きく低下しないため、冷却器１１側の冷媒配管２２の結露を防止できる。また、冷却器１１側の設置状態によって冷媒配管２２に結露が発生し難い場合には、エコノマイザ１８に通す流路を選択することで、エコノマイザ１８で冷媒の熱交換を行って冷却器１１側の冷却能力を向上できるとともに、冷却器１１側の冷媒配管２２の結露の発生を防止できる。このため、冷却器１１側の設置状態に応じて、簡単な構成で冷媒配管２２の結露を防止できる。また、バイパス管３１に通す流路及びエコノマイザ１８に通す流路のいずれを選択した場合であっても、冷却用インジェクションポート１３ａに冷媒を流して圧縮機１３を効果的に冷却できる。

また、冷凍機１２は、冷媒をエコノマイザ１８に通す流路を開閉するエコノマイザ流路開閉弁３６と、バイパス管３１の流路を開閉するバイパス管流路開閉弁３７と、を備え、エコノマイザ流路開閉弁３６およびバイパス管流路開閉弁３７を開閉することで、流路を選択する。このため、エコノマイザ流路開閉弁３６及びバイパス管流路開閉弁３７を開閉するだけで、エコノマイザ１８に通す流路とバイパス管３１に通す流路とを簡単に選択できる。

また、分岐管３０の中途部であってエコノマイザ１８及びバイパス管３１の上流側に冷媒を膨張させる分岐管膨張弁３５を設けたため、バイパス管３１に通す流路及びエコノマイザ１８に通す流路のいずれを選択した場合であっても、これらの流路に分岐管膨張弁３５で膨張した冷媒を流すことができる。
さらに、冷却器１１の配管４２に断熱処理としての断熱材４３が設けられている場合は、エコノマイザ流路開閉弁３６を開にするとともにバイパス管流路開閉弁３７を閉にし、冷却器１１の既設配管４１に断熱処理が施されていない場合は、エコノマイザ流路開閉弁３６を閉にするとともにバイパス管流路開閉弁３７を開にする。このため、冷却器１１の配管４２に断熱材４３が施されている場合は、エコノマイザ１８で冷媒の熱交換を行って冷却器１１側の冷却能力を向上できるとともに、冷却器１１側の配管４２の結露の発生を防止できる。また、冷却器１１の既設配管４１に断熱処理が施されていない場合は、エコノマイザ１８に対して冷媒をバイパスさせて既設配管４１の結露を防止できる。

また、膨張手段は分岐管膨張弁３５であり、エコノマイザ１８に通す流路が選択されている場合には、バイパス管３１に通す流路が選択されている場合よりも、分岐管膨張弁３５の開度が大きく制御されるため、エコノマイザ１８で冷媒を冷却する場合であっても、圧縮機１３の冷却に十分な量の冷媒を供給できる。
また、凝縮器１５とエコノマイザ１８との間に、冷媒を冷却する過冷却器１７が設けられているため、分岐管３０からエコノマイザ１８に流れる冷媒をより低温にでき、冷却器１１側の冷却能力を効果的に向上できる。

なお、上記実施の形態は本発明を適用した一態様を示すものであって、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
上記実施の形態では、図１において、冷却器１１側の冷媒配管２２を含む冷却器１１は既設のものが用いられるものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。冷凍機１２を「バイパス状態」で使用する場合は、少なくとも既設配管４１が既設のものであれば良く、既設配管４１以外の冷却器１１を構成する部分は、新設されても良い。
また、上記実施の形態では、分岐管３０は、高圧液配管２６ａにおいて過冷却器１７とエコノマイザ１８との間の位置から分岐するエコノマイザ接続管３２を有するものとして説明したが、分岐管３０が高圧液配管２６ａから分岐する位置は、レシーバタンク１６と冷却器１１との間の位置であれば良い。例えば、エコノマイザ１８の下流の高圧液配管２６ａから分岐管３０を分岐させても良い。

１１ 冷却器
１２ 冷凍機
１３ 圧縮機
１３ａ 冷却用インジェクションポート
１５ 凝縮器
１７ 過冷却器
１８ エコノマイザ
２２ 冷媒配管
３０ 分岐管
３１ バイパス管
３５ 分岐管膨張弁（膨張手段）
３６ エコノマイザ流路開閉弁
３７ バイパス管流路開閉弁
４３ 断熱材（断熱処理）

Claims (6)

1. 圧縮機および凝縮器を備え、前記圧縮機の上流側の冷媒配管および前記凝縮器の下流側の冷媒配管が冷却器に接続される冷凍機において、
   凝縮器の下流側の冷媒配管から分岐して圧縮機の冷却用インジェクションポートに接続される分岐管と、
   前記分岐管の中途部に配置され、前記凝縮器から流出する冷媒と前記分岐管を流れる冷媒とを熱交換させるエコノマイザと、
   前記分岐管の前記エコノマイザの上流側と下流側とを接続するバイパス管と、を備え、
   前記分岐管に流入する冷媒を前記エコノマイザに通す流路と、前記バイパス管に通す流路とを選択可能とし、
   前記冷却器の冷媒配管に断熱処理が施されている場合は、前記エコノマイザに通す流路を選択し、前記冷却器の冷媒配管に断熱処理が施されていない場合は、前記バイパス管に通す流路を選択することを特徴とする冷凍機。
2. 冷媒を前記エコノマイザに通す流路を開閉するエコノマイザ流路開閉弁と、前記バイパス管の流路を開閉するバイパス管流路開閉弁と、を備え、
   前記エコノマイザ流路開閉弁および前記バイパス管流路開閉弁を開閉することで、流路を選択することを特徴とする請求項１に記載の冷凍機。
3. 前記冷却器の冷媒配管に断熱処理が施されている場合は、前記エコノマイザ流路開閉弁を開にするとともに前記バイパス管流路開閉弁を閉にし、
   前記冷却器の冷媒配管に断熱処理が施されていない場合は、前記エコノマイザ流路開閉弁を閉にするとともに前記バイパス管流路開閉弁を開にすることを特徴とする請求項２に記載の冷凍機。
4. 前記分岐管の中途部であって前記エコノマイザおよび前記バイパス管の上流側に冷媒を膨張させる膨張手段を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の冷凍機。
5. 前記膨張手段は膨張弁であり、前記エコノマイザに通す流路が選択されている場合には、前記バイパス管に通す流路が選択されている場合よりも、前記膨張弁の開度が大きく制御されることを特徴とする請求項４に記載の冷凍機。
6. 前記凝縮器と前記エコノマイザとの間に、冷媒を冷却する過冷却器が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の冷凍機。

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