JPWO2020161839A1

JPWO2020161839A1 - 冷凍装置

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Publication number: JPWO2020161839A1
Application number: JP2020570273A
Authority: JP
Inventors: 智隆石川; 英希大野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-02-06
Filing date: 2019-02-06
Publication date: 2021-09-09
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Abstract

冷凍装置（１００）は、圧縮機（１）と、第１熱交換器（２）と、冷却部（３）とを備える。冷却部（３）は、第２熱交換器（３１）および第３熱交換器（３２）を含む。冷媒は、圧縮機（１）、第１熱交換器（２）、および冷却部（３）の順に循環する。通常運転の間、第２熱交換器（３１）および第３熱交換器（３２）の各々は、蒸発器として機能する。除霜運転は、第１モードおよび第２モードを有する。第１モードの間、第２熱交換器（３１）は凝縮器として機能するとともに、第３熱交換器（３２）は蒸発器として機能する。第２モードの間、第３熱交換器（３２）は凝縮器として機能するとともに、第２熱交換器（３１）は蒸発器として機能する。除霜運転の間、冷媒は、第２熱交換器（３１）および第３熱交換器（３２）のうち、凝縮器として機能する熱交換器および蒸発器として機能する他方の熱交換器の順に通過する。

Description

本発明は、除霜運転を行なう冷凍装置に関する。

従来、除霜運転を行なう冷凍装置が知られている。たとえば、特開２０１６−２２３６８８号公報（特許文献１）には、冷媒が並列に流れるように２つの蒸発器が配置されたショーケースが開示されている。当該ショーケースによれば、一方の蒸発器が除霜運転パターンであるときに他方の蒸発器を通常運転パターンとすることにより、除霜運転の間、ショーケースの冷却能力を保ちながら、ショーケースの保冷室内の温度上昇を防ぐことができる。

特開２０１６−２２３６８８号公報

特許文献１に開示されているショーケースにおいては、凝縮器からの液体の冷媒（液冷媒）が受液器に貯留される。除霜運転パターンの蒸発器に受液器から流入する液冷媒が蒸発圧力調整弁により圧縮されることにより、当該液冷媒の温度が上昇する。しかし、受益器が配置されている空間（たとえば室外空間）によっては液冷媒の温度が想定以上に低下し、蒸発圧力調整弁によっても除霜に必要な温度まで液冷媒の温度を上昇させることが困難になり得る。その結果、ショーケースの除霜能力が不足し得る。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、冷凍装置の周囲の環境によらず、冷凍装置の除霜能力を確保することである。

本発明に係る冷凍装置は、通常運転と除霜運転とを行なう。冷凍装置は、圧縮機と、第１熱交換器と、冷却部とを備える。冷却部は、第２熱交換器および第３熱交換器を含む。冷媒は、圧縮機、第１熱交換器、および冷却部の順に循環する。通常運転の間、第２熱交換器および第３熱交換器の各々は、蒸発器として機能する。除霜運転は、第１モードおよび第２モードを有する。第１モードの間、第２熱交換器は凝縮器として機能するとともに、第３熱交換器は蒸発器として機能する。第２モードの間、第３熱交換器は凝縮器として機能するとともに、第２熱交換器は蒸発器として機能する。除霜運転の間、冷媒は、第２熱交換器および第３熱交換器のうち、凝縮器として機能する熱交換器および蒸発器として機能する他方の熱交換器の順に通過する。

本発明に係る冷凍装置によれば、除霜運転の間、冷媒が第２熱交換器および第３熱交換器のうち、凝縮器として機能する熱交換器および蒸発器として機能する他方の熱交換器の順に通過することにより、冷凍装置の周囲の環境によらず、除霜能力を確保することができる。

実施の形態１〜４に係る冷凍装置の構成を示す機能ブロック図である。実施の形態１に係るクーラの構成および通常運転における冷媒の流れを併せて示す機能ブロック図である。実施の形態１に係るクーラの構成および除霜運転の第１モードにおける冷媒の流れを併せて示す機能ブロック図である。実施の形態１に係るクーラの構成および除霜運転の第２モードにおける冷媒の流れを併せて示す機能ブロック図である。実施の形態２に係るクーラの構成および通常運転における冷媒の流れを併せて示す機能ブロック図である。実施の形態２に係るクーラの構成および除霜運転の第１モードにおける冷媒の流れを併せて示す機能ブロック図である。実施の形態２に係るクーラの構成および除霜運転の第２モードにおける冷媒の流れを併せて示す機能ブロック図である。実施の形態３に係るクーラの構成および通常運転における冷媒の流れを併せて示す機能ブロック図である。実施の形態３に係るクーラの構成および除霜運転の第１モードにおける冷媒の流れを併せて示す機能ブロック図である。実施の形態３に係るクーラの構成および除霜運転の第２モードにおける冷媒の流れを併せて示す機能ブロック図である。実施の形態４に係るクーラの構成および通常運転における冷媒の流れを併せて示す機能ブロック図である。実施の形態４に係るクーラの構成および除霜運転の第１モードにおける冷媒の流れを併せて示す機能ブロック図である。実施の形態４に係るクーラの構成および除霜運転の第２モードにおける冷媒の流れを併せて示す機能ブロック図である。実施の形態５に係る冷凍装置の構成および通常運転における運転状態を示す機能ブロック図である。実施の形態５に係る冷凍装置の構成および除霜運転における運転状態を示す機能ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰り返さない。

図１は、実施の形態１〜４に係る冷凍装置１００の構成を示す機能ブロック図である。図１に示されるように、冷凍装置１００は、圧縮機１と、凝縮器２（第１熱交換器）と、クーラ３（冷却部）と、ファン４Ａおよび４Ｂと、制御装置１０とを備える。

クーラ３は、熱交換器３１（第２熱交換器）と、熱交換器３２（第３熱交換器）と、ポートＰｉｎ（第１ポート）と、ポートＰｏｕｔ（第２ポート）とを含む。ポートＰｉｎには、凝縮器２からの冷媒が流入する。ポートＰｏｕｔからは、圧縮機１へ冷媒が流出する。

制御装置１０は、処理回路を含む。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、メモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）であってもよい。処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路は、たとえば、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化されたプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＧＡ(Field Programmable Gate Array)、あるいはこれらを組み合わせたものが該当する。処理回路がＣＰＵの場合、制御装置１０の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアあるいはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリに格納される。処理回路は、メモリに記憶されたプログラムを読み出して実行する。メモリには、不揮発性または揮発性の半導体メモリ（たとえばＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、あるいはＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory））、および磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、あるいはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）が含まれる。なお、ＣＰＵは、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、あるいはＤＳＰ（Digital Signal Processor）とも呼ばれる。

冷凍装置１００においては、通常運転が第１基準時間継続された後に除霜運転が開始される。除霜運転終了後に通常運転が再開される。通常運転において熱交換器３１および３２の各々は、蒸発器として機能する。除霜運転は、第１モードおよび第２モードを有する。第１モードが第２基準時間継続された後、第２モードが開始される。第２モードが第３基準時間継続された後に通常運転が再開される。除霜運転において第２モードが第１モードよりも先に行われてもよい。除霜運転は、熱交換器３１および３２の周囲の温度が第１基準温度より小さい場合に開始されてもよい。除霜運転は、熱交換器３１および３２の周囲の温度が第２基準温度より大きい場合に終了されてもよい。

第１モードの間、熱交換器３１は凝縮器として機能するとともに、熱交換器３２は蒸発器として機能する。第１モードにおいては、冷媒から放出される凝縮熱によって熱交換器３１が除霜される。一方、第２モードの間、熱交換器３２は凝縮器として機能するとともに、熱交換器３１は蒸発器として機能する。第２モードにおいては、冷媒から放出される凝縮熱によって熱交換器３２が除霜される。なお、第１〜第３基準時間は、実機実験あるいはシミュレーションによって適宜決定することができる。

通常運転および除霜運転のいずれにおいても冷媒は、圧縮機１、凝縮器２、およびクーラ３の順に循環する。ファン４Ａは、凝縮器２に送風し、凝縮器２における冷媒と空気との熱交換を促進する。ファン４Ｂは、クーラ３に送風し、クーラ３における冷媒と空気との熱交換を促進する。

以下では、図１のクーラ３の具体的な構成例であるクーラ３Ａ〜３Ｄを、それぞれ実施の形態１〜４として説明する。

実施の形態１．
図２〜４は、実施の形態１に係るクーラ３Ａ（冷却部）の構成を示す機能ブロック図である。図２〜４は、通常運転における冷媒の流れ、除霜運転の第１モードにおける冷媒の流れ、および除霜運転の第２モードにおける冷媒の流れをそれぞれ示す。なお、図２〜４においては冷媒の主な流れが太線で強調されている。図５〜１３においても同様である。また、図３および図４においては、全開の膨張弁が点線で示されている。図５〜７においても同様である。

図２に示されるように、クーラ３Ａは、膨張弁３１１（第２膨張弁）と、膨張弁３１２（第３膨張弁）と、開閉弁３１３（第３弁）と、開閉弁３１４（第４弁）と、逆止弁３１５（第１逆止弁）と、逆止弁３１６（第２逆止弁）と、キャピラリチューブ３１７（第１減圧器）と、キャピラリチューブ３１８（第２減圧器）とをさらに含む。

熱交換器３１および３２は、ポートＰｉｎとＰｏｕｔとの間において並列に接続されている。膨張弁３１１は、ポートＰｉｎおよび熱交換器３１の間に接続されている。膨張弁３１２は、ポートＰｉｎおよび熱交換器３２の間に接続されている。開閉弁３１３は、熱交換器３１およびポートＰｏｕｔの間に接続されている。開閉弁３１４は、熱交換器３２およびポートＰｏｕｔの間に接続されている。

逆止弁３１５およびキャピラリチューブ３１７は、熱交換器３１および開閉弁３１３の間の流路Ｆ１（第１流路）と、膨張弁３１２および熱交換器３２の間の流路Ｆ２（第２流路）との間においてこの順に直列に接続されている。逆止弁３１５の順方向は、流路Ｆ１からＦ２に向かう方向である。

逆止弁３１６およびキャピラリチューブ３１８は、熱交換器３２および開閉弁３１４の間の流路Ｆ３（第３流路）と、膨張弁３１１および熱交換器３１の間の流路Ｆ４（第４流路）との間においてこの順に直列に接続されている。逆止弁３１６の順方向は、流路Ｆ３からＦ４に向かう方向である。

制御装置１０は、通常運転の間、膨張弁３１１、膨張弁３１２、開閉弁３１３、および開閉弁３１４を開放する。制御装置１０は、通常運転において圧縮機１に吸入される冷媒（あるいはクーラ３Ａから流出する冷媒）の過熱度が目標値となるように膨張弁３１１および３１２の開度を制御する（過熱度制御）。

通常運転においてポートＰｉｎに流入する冷媒は、膨張弁３１１および３１２に向かう。膨張弁３１１に向かう冷媒は、膨張弁３１１、熱交換器３１、および開閉弁３１３の順に通過して、ポートＰｏｕｔから流出する。逆止弁３１５の順方向の流路抵抗およびキャピラリチューブ３１７の流路抵抗の合計は、開放されている開閉弁３１３の流路抵抗よりも大きいため、熱交換器３１を通過した冷媒のほとんどは開閉弁３１３に向かう。

膨張弁３１２に向かう冷媒は、膨張弁３１２、熱交換器３２、および開閉弁３１４の順に通過して、ポートＰｏｕｔから流出する。逆止弁３１６の順方向の流路抵抗およびキャピラリチューブ３１８の流路抵抗の合計は、開放されている開閉弁３１４の流路抵抗よりも大きいため、熱交換器３２を通過した冷媒のほとんどは開閉弁３１４に向かう。

図３に示されるように、制御装置１０は、第１モードの間、膨張弁３１１を全開とし、膨張弁３１２および開閉弁３１４を開放する。制御装置１０は、第１モードにおいて圧縮機１に吸入される冷媒（あるいはクーラ３Ａから流出する冷媒）の過熱度が目標値となるように膨張弁３１２の開度を制御する（過熱度制御）。制御装置１０は、第１モードの間、開閉弁３１３を閉止する。

第１モードにおいてポートＰｉｎに流入する冷媒は、膨張弁３１１および３１２に向かう。膨張弁３１１に向かう冷媒は、膨張弁３１１、熱交換器３１、逆止弁３１５、キャピラリチューブ３１７、熱交換器３２、および開閉弁３１４の順に通過して、ポートＰｏｕｔから流出する。膨張弁３１２に向かう冷媒は、膨張弁３１２、熱交換器３２、および開閉弁３１４の順に通過して、ポートＰｏｕｔから流出する。

図４に示されるように、制御装置１０は、第２モードの間、膨張弁３１２を全開とし、膨張弁３１１および開閉弁３１３を開放する。制御装置１０は、第２モードにおいて圧縮機１に吸入される冷媒（あるいはクーラ３Ａから流出する冷媒）の過熱度が目標値となるように膨張弁３１１の開度を制御する（過熱度制御）。制御装置１０は、第２モードの間、開閉弁３１４を閉止する。

第２モードにおいてポートＰｉｎに流入する冷媒は、膨張弁３１１および３１２に向かう。膨張弁３１１に向かう冷媒は、膨張弁３１１、熱交換器３１、および開閉弁３１３の順に通過して、ポートＰｏｕｔから流出する。膨張弁３１２に向かう冷媒は、膨張弁３１２、熱交換器３２、逆止弁３１６、キャピラリチューブ３１８、熱交換器３１、および開閉弁３１３の順に通過して、ポートＰｏｕｔから流出する。

冷凍装置１００においては、熱交換器３１および３２を交互に凝縮器として機能させることによって、冷媒の凝縮熱を用いた除霜が行なわれる。そのため、凝縮器２の配置されている空間の温度によらず、熱交換器３１および３２を除霜することができる。

冷凍装置１００においては、除霜運転の間でも熱交換器３１および３２の一方が蒸発器として機能し、当該蒸発器から流出する冷媒が圧縮機１に吸入される。そのため、除霜運転においても圧縮機１に液冷媒が吸入されることが防止される。

冷凍装置１００においては熱交換器３１および３２を除霜するための加熱装置が不要であるとともに、冷媒の循環方向を変える構成（たとえば四方弁）が不要であるため、冷凍装置１００の製造コストを低減することができる。冷凍装置１００においては冷媒の熱を用いて配管の内部から熱交換器３１および３２を除霜するため、冷媒の熱が冷凍装置１００の外部に放出されることが抑制され、省エネルギー化が実現される。冷凍装置１００においては、除霜運転の間、熱交換器３１および３２の一方が凝縮器として機能して凝縮熱を放出するが、他方が蒸発器として機能して気化熱を吸収するため、冷凍装置１００の冷却対象が配置された空間（庫内空間）の温度上昇が抑制される。

以上、実施の形態１に係る冷凍装置によれば、冷凍装置の周囲の環境によらず、冷凍装置の除霜能力を確保することができる。

実施の形態２．
図５〜７は、実施の形態２に係るクーラ３Ｂ（冷却部）の構成を示す機能ブロック図である。図５〜７は、通常運転における冷媒の流れ、除霜運転の第１モードにおける冷媒の流れ、および除霜運転の第２モードにおける冷媒の流れをそれぞれ示す。

図５に示されるように、クーラ３Ｂは、膨張弁３２１（第２膨張弁）と、膨張弁３２２（第３膨張弁）と、開閉弁３２３（第３弁）と、開閉弁３２４（第４弁）と、開閉弁３２５（第５弁）と、開閉弁３２６（第６弁）とをさらに含む。

膨張弁３２１、開閉弁３２３、熱交換器３１、膨張弁３２２、熱交換器３２、および開閉弁３２４は、ポートＰｉｎとポートＰｏｕｔとの間においてこの順に直列に接続されている。開閉弁３２５は、膨張弁３２１および開閉弁３２３の間の流路Ｆ２１と、熱交換器３２および開閉弁３２４の間の流路Ｆ２２との間に接続されている。開閉弁３２６は、開閉弁３２３および熱交換器３１の間の流路Ｆ２３と、ポートＰｏｕｔとの間に接続されている。

制御装置１０は、通常運転の間、膨張弁３２２を全開とし、膨張弁３２１、開閉弁３２３、および開閉弁３２４を開放する。制御装置１０は、通常運転において圧縮機１に吸入される冷媒（あるいはクーラ３Ｂから流出する冷媒）の過熱度が目標値となるように膨張弁３２１の開度を制御する（過熱度制御）。制御装置１０は、通常運転において開閉弁３２５および３２６を閉止する。通常運転においてポートＰｉｎに流入する冷媒は、膨張弁３２１、開閉弁３２３、熱交換器３１、膨張弁３２２、熱交換器３２、および開閉弁３２４の順に通過して、ポートＰｏｕｔから流出する。

図６に示されるように、制御装置１０は、第１モードの間、膨張弁３２１を全開とし、開閉弁３２３、膨張弁３２２、および開閉弁３２４を開放する。制御装置１０は、第１モードにおいて圧縮機１に吸入される冷媒（あるいはクーラ３Ｂから流出する冷媒）の過熱度が目標値となるように膨張弁３２２の開度を制御する（過熱度制御）。制御装置１０は、第１モードの間、開閉弁３２５および３２６を閉止する。第１モードにおいてポートＰｉｎに流入する冷媒は、膨張弁３２１、開閉弁３２３、熱交換器３１、膨張弁３２２、熱交換器３２、および開閉弁３２４の順に通過して、ポートＰｏｕｔから流出する。

図７に示されるように、第２モードの間、膨張弁３２１を全開とし、開閉弁３２５、膨張弁３２２、および開閉弁３２６を開放する。制御装置１０は、第２モードにおいて圧縮機１に吸入される冷媒（あるいはクーラ３Ｂから流出する冷媒）の過熱度が目標値となるように膨張弁３２２の開度を制御する（過熱度制御）。制御装置１０は、第２モードの間、開閉弁３２３および３２４を閉止する。第２モードにおいてポートＰｉｎに流入する冷媒は、膨張弁３２１、開閉弁３２５、熱交換器３２、膨張弁３２２、熱交換器３１、および開閉弁３２６の順に通過して、ポートＰｏｕｔから流出する。

以上、実施の形態２に係る冷凍装置によれば、冷凍装置の周囲の環境によらず、冷凍装置の除霜能力を確保することができる。

実施の形態３．
図８〜１０は、実施の形態３に係るクーラ３Ｃ（冷却部）の構成を示す機能ブロック図である。図８〜１０は、通常運転における冷媒の流れ、除霜運転の第１モードにおける冷媒の流れ、および除霜運転の第２モードにおける冷媒の流れをそれぞれ示す。

図８に示されるように、クーラ３Ｃは、膨張弁３３１（第２膨張弁）と、開閉弁３３２（第３弁）と、開閉弁３３３（第４弁）と、開閉弁３３４（第５弁）と、開閉弁３３５（第６弁）と、開閉弁３３６（第７弁）と、開閉弁３３７（第８弁）と、開閉弁３３８（第９弁）とをさらに含む。

熱交換器３１および３２は、膨張弁３３１とポートＰｏｕｔとの間において並列に接続されている。開閉弁３３２は、ポートＰｉｎと膨張弁３３１との間に接続されている。開閉弁３３３は、開閉弁３３２および膨張弁３３１の間の流路Ｆ３１と、熱交換器３２との間に接続されている。開閉弁３３４は、膨張弁３３１および熱交換器３１の間の流路Ｆ３２と、開閉弁３３３および熱交換器３２の間の流路Ｆ３３との間に接続されている。開閉弁３３５は、熱交換器３１とポートＰｏｕｔとの間に接続されている。開閉弁３３６は、熱交換器３２とポートＰｏｕｔとの間に接続されている。開閉弁３３７は、ポートＰｉｎと、熱交換器３１および開閉弁３３５の間の流路Ｆ３４との間に接続されている。開閉弁３３８は、ポートＰｉｎと、熱交換器３２および開閉弁３３６の間の流路Ｆ３５との間に接続されている。

制御装置１０は、通常運転の間、膨張弁３３１、開閉弁３３２、開閉弁３３４、開閉弁３３５、および開閉弁３３６を開放する。制御装置１０は、通常運転において圧縮機１に吸入される冷媒（あるいはクーラ３Ｃから流出する冷媒）の過熱度が目標値となるように膨張弁３３１の開度を制御する（過熱度制御）。制御装置１０は、開閉弁３３３、開閉弁３３７、および開閉弁３３８を閉止する。

通常運転においてポートＰｉｎに流入する冷媒は、開閉弁３３２および膨張弁３３１の順に通過した後、熱交換器３１および開閉弁３３４に向かう。熱交換器３１に向かう冷媒は、熱交換器３１および開閉弁３３５の順に通過して、ポートＰｏｕｔから流出する。開閉弁３３４に向かう冷媒は、開閉弁３３４、熱交換器３２、および開閉弁３３６の順に通過して、ポートＰｏｕｔから流出する。

図９に示されるように、制御装置１０は、第１モードの間、開閉弁３３２、開閉弁３３４、開閉弁３３５、および開閉弁３３８を閉止する。制御装置１０は、第１モードの間、膨張弁３３１、開閉弁３３３、開閉弁３３６、および開閉弁３３７を開放する。制御装置１０は、第１モードにおいて圧縮機１に吸入される冷媒（あるいはクーラ３Ｃから流出する冷媒）の過熱度が目標値となるように膨張弁３３１の開度を制御する（過熱度制御）。第１モードにおいてポートＰｉｎに流入する冷媒は、開閉弁３３７、熱交換器３１、膨張弁３３１、開閉弁３３３、熱交換器３２、および開閉弁３３６の順に通過して、ポートＰｏｕｔから流出する。

図１０に示されるように、制御装置１０は、第２モードの間、開閉弁３３２、開閉弁３３４、開閉弁３３６、および開閉弁３３７を閉止する。制御装置１０は、第２モードの間、膨張弁３３１、開閉弁３３３、開閉弁３３５、および開閉弁３３８を開放する。制御装置１０は、第２モードにおいて圧縮機１に吸入される冷媒（あるいはクーラ３Ｃから流出する冷媒）の過熱度が目標値となるように膨張弁３３１の開度を制御する（過熱度制御）。第２モードにおいてポートＰｉｎに流入する冷媒は、開閉弁３３８、熱交換器３２、開閉弁３３３、膨張弁３３１、熱交換器３１、および開閉弁３３５の順に通過して、ポートＰｏｕｔから流出する。

以上、実施の形態３に係る冷凍装置によれば、冷凍装置の周囲の環境によらず、冷凍装置の除霜能力を確保することができる。

実施の形態４．
図１１〜１３は、実施の形態４に係るクーラ３Ｄ（冷却部）の構成を示す機能ブロック図である。図１１〜１３は、通常運転における冷媒の流れ、除霜運転の第１モードにおける冷媒の流れ、および除霜運転の第２モードにおける冷媒の流れをそれぞれ示す。

図１１に示されるように、クーラ３Ｄは、膨張弁３４１（第２膨張弁）と、開閉弁３４２（第３弁）と、開閉弁３４３（第４弁）と、開閉弁３４４（第５弁）と、開閉弁３４５（第６弁）と、開閉弁３４６（第７弁）と、開閉弁３４７（第８弁）と、開閉弁３４８（第９弁）とをさらに含む。

開閉弁３４２、熱交換器３１、膨張弁３４１、開閉弁３４３、熱交換器３２、および開閉弁３４４は、ポートＰｉｎとＰｏｕｔとの間においてこの順に直列に接続されている。開閉弁３４５は、ポートＰｉｎと、膨張弁３４１および開閉弁３４３の間の流路Ｆ４１との間に接続されている。開閉弁３４６は、ポートＰｉｎと、熱交換器３２および開閉弁３４４の間の流路Ｆ４２との間に接続されている。開閉弁３４７は、開閉弁３４２および熱交換器３１の間の流路Ｆ４３と、開閉弁３４３および熱交換器３２の間の流路Ｆ４４との間に接続されている。開閉弁３４８は、開閉弁３４２および熱交換器３１の間の流路Ｆ４３と、ポートＰｏｕｔとの間に接続されている。

制御装置１０は、通常運転の間、膨張弁３４１、開閉弁３４４、開閉弁３４５、および開閉弁３４７を開放する。制御装置１０は、通常運転において圧縮機１に吸入される冷媒（あるいはクーラ３Ｄから流出する冷媒）の過熱度が目標値となるように膨張弁３４１の開度を制御する（過熱度制御）。制御装置１０は、通常運転の間、開閉弁３４２、開閉弁３４３、開閉弁３４６、および開閉弁３４８を閉止する。通常運転においてポートＰｉｎに流入する冷媒は、開閉弁３４５、膨張弁３４１、熱交換器３１、開閉弁３４７、熱交換器３２、および開閉弁３４４の順に通過して、ポートＰｏｕｔから流出する。

図１２に示されるように、制御装置１０は、第１モードの間、開閉弁３４５〜３４８を閉止する。制御装置１０は、第１モードの間、開閉弁３４２〜３４４および膨張弁３４１を開放する。制御装置１０は、第１モードにおいて圧縮機１に吸入される冷媒（あるいはクーラ３Ｄから流出する冷媒）の過熱度が目標値となるように膨張弁３４１の開度を制御する（過熱度制御）。第１モードにおいてポートＰｉｎに流入する冷媒は、開閉弁３４２、熱交換器３１、膨張弁３４１、開閉弁３４３、熱交換器３２、および開閉弁３４４の順に通過して、ポートＰｏｕｔから流出する。

図１３に示されるように、第２モードの間、制御装置１０は、開閉弁３４２、開閉弁３４４、開閉弁３４５、および開閉弁３４７を閉止する。制御装置１０は、第２モードの間、開閉弁３４３、開閉弁３４６、開閉弁３４８、および膨張弁３４１を開放する。制御装置１０は、第２モードにおいて圧縮機１に吸入される冷媒（あるいはクーラ３Ｄから流出する冷媒）の過熱度が目標値となるように膨張弁３４１の開度を制御する（過熱度制御）。第２モードにおいてポートＰｉｎに流入する冷媒は、開閉弁３４６、熱交換器３２、開閉弁３４３、膨張弁３４１、熱交換器３１、および開閉弁３４８の順に通過して、ポートＰｏｕｔから流出する。

以上、実施の形態４に係る冷凍装置によれば、冷凍装置の周囲の環境によらず、冷凍装置の除霜能力を確保することができる。

実施の形態５．
図１４および図１５は、実施の形態５に係る冷凍装置５００の構成を示す機能ブロック図である。図１４は、通常運転における冷凍装置５００の運転状態を示す。図１５は、除霜運転における冷凍装置５００の運転状態を示す。

図１４に示されるように、冷凍装置５００は、図１のクーラ３に加えて、圧縮機１１と、凝縮器１２（第１熱交換器）と、ファン１４Ａ〜１４Ｃと、アキュムレータ１８と、レシーバ１９と、過冷却器２１（第４熱交換器）と、内部熱交換器２２（第５熱交換器）と、膨張弁２３（第１膨張弁）と、開閉弁２４（第１弁）と、開閉弁２５（第２弁）と、制御装置２０とを備える。

レシーバ１９は、過冷却器２１および凝縮器１２の間に接続されている。内部熱交換器２２は、過冷却器２１およびクーラ３の間に接続されている。アキュムレータ１８は、クーラ３および圧縮機１１の間に接続されている。膨張弁２３および開閉弁２４は、内部熱交換器２２およびクーラ３の間の流路Ｆ５１と、クーラ３およびアキュムレータ１８の間の流路Ｆ５２との間にこの順に直列に接続されている。

圧縮機１１は、圧縮機１１の圧縮機構に連通するインジェクションポートＰｊを有する。内部熱交換器２２および開閉弁２５は、膨張弁２３および開閉弁２４の間の流路Ｆ５３と、インジェクションポートＰｊとの間においてこの順に直列に接続されている。

制御装置２０は、処理回路を含む。処理回路は、実施の形態１と同様に、専用のハードウェアであってもよいし、メモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵであってもよい。制御装置２０は、実施の形態１〜４の制御装置１０と同様に、クーラ３を制御する。

冷凍装置５００においても実施の形態１と同様に、通常運転が第１基準時間継続された後に除霜運転が開始される。除霜運転の第１モードが第２基準時間継続された後に第２尾モードが開始され、第２モードが第３基準時間継続された後に通常運転が再開される。除霜運転は、熱交換器３１および３２の周囲の温度が第１基準温度より小さい場合に開始されてもよい。除霜運転は、熱交換器３１および３２の周囲の温度が第２基準温度より大きい場合に終了されてもよい。

通常運転および除霜運転のいずれにおいても冷媒は、圧縮機１１、凝縮器１２、レシーバ１９、過冷却器２１、内部熱交換器２２、クーラ３、およびアキュムレータ１８の順に循環する。ファン１４Ａは、凝縮器１２に送風し、凝縮器１２における冷媒と空気との熱交換を促進する。ファン１４Ｂは、クーラ３に送風し、クーラ３における冷媒と空気との熱交換を促進する。ファン１４Ｃは、過冷却器２１に送風し、過冷却器２１における冷媒と空気との熱交換を促進する。制御装置２０は、通常運転において開閉弁２４を閉止するとともに開閉弁２５を開放する。

過冷却器２１は、レシーバ１９からの飽和液の冷媒を冷却し、冷媒の過冷却度を増加させる。内部熱交換器２２においては、過冷却器２１からの冷媒と膨張弁２３によって減圧された冷媒との間で熱交換が行なわれ、過冷却器２１からの冷媒が冷却される。内部熱交換器２２からの冷媒がインジェクションポートＰｊから圧縮機１１に吸入されることにより、圧縮機１１から吐出される冷媒の温度（吐出温度）が抑制される。アキュムレータ１８は、クーラ３からの冷媒に含まれる液冷媒を貯留し、圧縮機１１に液冷媒が吸入されることを防止する。

図１５に示されるように、制御装置２０は、除霜運転において開閉弁２５を閉止する。過冷却器２１からの冷媒は、内部熱交換器２２において膨張弁２３からの冷媒によって冷却されない。制御装置２０は、除霜運転において開閉弁２４を開放する。レシーバ１９内のほとんどの液冷媒がアキュムレータ１８に移動するため、レシーバ１９から流出する冷媒が気液二相状態となる。その結果、当該冷媒の比エンタルピを飽和液の冷媒よりも増加させることができる。

冷凍装置５００においては、熱交換器３１および３２を交互に凝縮器として機能させることによって、冷媒の凝縮熱を用いた除霜が行なわれる。そのため、凝縮器１２の配置されている空間の温度によらず、熱交換器３１および３２を除霜することができる。

冷凍装置５００においては、除霜運転の間でも熱交換器３１および３２の一方が蒸発器として機能し、当該蒸発器から流出する冷媒が圧縮機１１に吸入される。そのため、除霜運転においても圧縮機１１に液冷媒が吸入されることが防止される。

冷凍装置５００においては熱交換器３１および３２を除霜するための加熱装置が不要であるとともに、冷媒の循環方向を変える構成が不要であるため、冷凍装置５００の製造コストを低減することができる。冷凍装置５００においては冷媒の熱を用いて配管の内部から熱交換器３１および３２を除霜するため、冷媒の熱が冷凍装置５００の外部に放出されることが抑制され、省エネルギー化が実現される。冷凍装置５００においては、除霜運転の間、熱交換器３１および３２の一方が凝縮器として機能して凝縮熱を放出するが、他方が蒸発器として機能して気化熱を吸収するため、冷凍装置５００の冷却対象が配置された空間（庫内空間）の温度上昇が抑制される。

以上、実施の形態５に係る冷凍装置によれば、冷凍装置の周囲の環境によらず、冷凍装置の除霜能力を確保することができる。

今回開示された各実施の形態は、矛盾しない範囲で適宜組み合わせて実施することも予定されている。今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，１１圧縮機、２，１２凝縮器、３，３Ａ〜３Ｄクーラ、４Ａ，４Ｂ，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃファン、１０，２０制御装置、１８アキュムレータ、１９レシーバ、２１過冷却器、２２，３１，３２熱交換器、２３，３１１，３１２，３２１，３２２，３３１，３４１膨張弁、２４，２５，３１３，３１４，３２３〜３２６，３３２〜３３８，３４２〜３４８開閉弁、１００，５００冷凍装置、３１５，３１６逆止弁、３１７，３１８キャピラリチューブ、Ｆ１〜Ｆ４，Ｆ２１〜Ｆ２３，Ｆ３１〜Ｆ３５，Ｆ４１〜Ｆ４４，Ｆ５１〜Ｆ５３流路、Ｐｊインジェクションポート、Ｐｉｎ，Ｐｏｕｔポート。

Claims

通常運転と除霜運転とを行なう冷凍装置であって、
圧縮機と、
第１熱交換器と、
第２熱交換器および第３熱交換器を含む冷却部とを備え、
冷媒は、前記圧縮機、前記第１熱交換器、および前記冷却部の順に循環し、
前記通常運転の間、前記第２熱交換器および前記第３熱交換器の各々は、蒸発器として機能し、
前記除霜運転は、第１モードおよび第２モードを有し、
前記第１モードの間、前記第２熱交換器は凝縮器として機能するとともに、前記第３熱交換器は蒸発器として機能し、
前記第２モードの間、前記第３熱交換器は凝縮器として機能するとともに、前記第２熱交換器は蒸発器として機能し、
前記除霜運転の間、前記冷媒は、前記第２熱交換器および前記第３熱交換器のうち、凝縮器として機能する熱交換器および蒸発器として機能する他方の熱交換器の順に通過する、冷凍装置。
第４熱交換器と、
前記第４熱交換器および前記第１熱交換器の間に接続されたレシーバと、
前記第４熱交換器および前記冷却部の間に接続された第５熱交換器と、
前記冷却部および前記圧縮機の間に接続されたアキュムレータと、
第１膨張弁と、
第１弁および第２弁とをさらに備え、
前記第１膨張弁および前記第１弁は、前記第４熱交換器および前記冷却部の間の流路と、前記冷却部および前記アキュムレータの間の流路との間にこの順に直列に接続され、
前記圧縮機は、前記圧縮機の圧縮機構に連通するインジェクションポートを有し、
前記第５熱交換器および前記第２弁は、前記第１膨張弁および前記第１弁の間の流路と、前記インジェクションポートとの間においてこの順に直列に接続されている、請求項１に記載の冷凍装置。
前記通常運転において前記第１弁を閉止するとともに前記第２弁を開放する制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記除霜運転において前記第１弁を開放するとともに前記第２弁を閉止する、請求項２に記載の冷凍装置。
前記冷却部は、
前記第１熱交換器からの前記冷媒が流入する第１ポートと、
前記圧縮機へ前記冷媒が流出する第２ポートとを含み、
前記第２熱交換器および前記第３熱交換器は、前記第１ポートと前記第２ポートとの間において並列に接続され、
前記冷却部は、
前記第１ポートおよび前記第２熱交換器の間に接続された第２膨張弁と、
前記第１ポートおよび前記第３熱交換器の間に接続された第３膨張弁と、
前記第２熱交換器および前記第２ポートの間に接続された第３弁と、
前記第３熱交換器および前記第２ポートの間に接続された第４弁と、
第１逆止弁と、
第２逆止弁と、
第１減圧器と、
第２減圧器とをさらに含み、
前記第１逆止弁および前記第１減圧器は、前記第２熱交換器および前記第３弁の間の第１流路と、前記第３膨張弁および前記第３熱交換器の間の第２流路との間においてこの順に直列に接続され、
前記第１逆止弁の順方向は、前記第１流路から前記第２流路に向かう方向であり、
前記第２逆止弁および前記第２減圧器は、前記第３熱交換器および前記第４弁の間の第３流路と、前記第２膨張弁および前記第２熱交換器の間の第４流路との間においてこの順に直列に接続され、
前記第２逆止弁の順方向は、前記第３流路から前記第４流路に向かう方向である、請求項１または２に記載の冷凍装置。
前記通常運転の間、前記第２膨張弁、前記第３膨張弁、前記第３弁、および前記第４弁を開放して、前記第２膨張弁および前記第３膨張弁を制御する制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、
前記第１モードの間、前記第２膨張弁を全開とし、前記第３膨張弁および前記第４弁を開放して前記第３膨張弁を制御し、前記第３弁を閉止し、
前記第２モードの間、前記第３膨張弁を全開とし、前記第２膨張弁および前記第３弁を開放して前記第２膨張弁を制御し、前記第４弁を閉止する、請求項４に記載の冷凍装置。
前記冷却部は、
前記第１熱交換器からの前記冷媒が流入する第１ポートと、
前記圧縮機へ前記冷媒が流出する第２ポートと、
第２膨張弁と、
第３膨張弁と、
第３〜第６弁とを含み、
前記第２膨張弁、前記第３弁、前記第２熱交換器、前記第３膨張弁、前記第３熱交換器、および前記第４弁は、前記第１ポートと前記第２ポートとの間においてこの順に直列に接続され、
前記第５弁は、前記第２膨張弁および前記第３弁の間の流路と、前記第３熱交換器および前記第４弁の間の流路との間に接続され、
前記第６弁は、前記第３弁および前記第２熱交換器の間の流路と、前記第２ポートとの間に接続されている、請求項１または２に記載の冷凍装置。
前記通常運転の間、前記第３膨張弁を全開とし、前記第２膨張弁、前記第３弁、および前記第４弁を開放して前記第２膨張弁の開度を制御し、前記第５弁および前記第６弁を閉止する制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、
前記第１モードの間、前記第２膨張弁を全開とし、前記第３弁、前記第３膨張弁、および前記第４弁を開放して前記第３膨張弁の開度を制御し、前記第５弁および前記第６弁を閉止し、
前記第２モードの間、前記第２膨張弁を全開とし、前記第５弁、前記第３膨張弁、および前記第６弁を開放して前記第３膨張弁の開度を制御し、前記第３弁および前記第４弁を閉止する、請求項６に記載の冷凍装置。
前記冷却部は、
前記第１熱交換器からの前記冷媒が流入する第１ポートと、
前記圧縮機へ前記冷媒が流出する第２ポートと、
第２膨張弁と、
第３〜第９弁とを含み、
前記第２熱交換器および前記第３熱交換器は、前記第２膨張弁と前記第２ポートとの間において並列に接続され、
前記第３弁は、前記第１ポートと前記第２膨張弁との間に接続され、
前記第４弁は、前記第３弁および前記第２膨張弁の間の流路と、前記第３熱交換器との間に接続され、
前記第５弁は、前記第２膨張弁および前記第２熱交換器の間の流路と、前記第４弁および前記第３熱交換器の間の流路との間に接続され、
前記第６弁は、前記第２熱交換器と前記第２ポートとの間に接続され、
前記第７弁は、前記第３熱交換器と前記第２ポートとの間に接続され、
前記第８弁は、前記第１ポートと、前記第２熱交換器および前記第６弁の間の流路との間に接続され、
前記第９弁は、前記第１ポートと、前記第３熱交換器および前記第７弁の間の流路との間に接続されている、請求項１または２に記載の冷凍装置。
前記通常運転の間、前記第２膨張弁、前記第３弁、前記第５弁、前記第６弁、および前記第７弁を開放して前記第２膨張弁の開度を制御するとともに、前記第４弁、前記第８弁、および前記第９弁を閉止する制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、
前記第１モードの間、前記第３弁、前記第５弁、前記第６弁、および前記第９弁を閉止するとともに、前記第２膨張弁、前記第４弁、前記第７弁、および前記第８弁を開放して前記第２膨張弁の開度を制御し、
前記第２モードの間、前記第３弁、前記第５弁、前記第７弁、および前記第８弁を閉止するとともに、前記第２膨張弁、前記第４弁、前記第６弁、および前記第９弁を開放して前記第２膨張弁の開度を制御する、請求項８に記載の冷凍装置。
前記冷却部は、
前記第１熱交換器からの前記冷媒が流入する第１ポートと、
前記圧縮機へ前記冷媒が流出する第２ポートと、
第２膨張弁と、
第３〜第９弁とを含み、
前記第３弁、前記第２熱交換器、前記第２膨張弁、前記第４弁、前記第３熱交換器、前記第５弁は、前記第１ポートと前記第２ポートとの間においてこの順に直列に接続され、
前記第６弁は、前記第１ポートと、前記第２膨張弁および前記第４弁の間の流路との間に接続され、
前記第７弁は、前記第１ポートと、前記第３熱交換器および前記第５弁の間の流路との間に接続され、
前記第８弁は、前記第３弁および前記第２熱交換器の間の流路と、前記第４弁および前記第３熱交換器の間の流路との間に接続され、
前記第９弁は、前記第３弁および前記第２熱交換器の間の流路と、前記第２ポートとの間に接続されている、請求項１または２に記載の冷凍装置。
前記通常運転の間、前記第２膨張弁、前記第５弁、前記第６弁、および前記第８弁を開放して前記第２膨張弁の開度を制御し、前記第３弁、前記第４弁、前記第７弁、および前記第９弁を閉止する制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、
前記第１モードの間、前記第６〜第９弁を閉止するとともに、前記第３〜第５弁および前記第２膨張弁を開放して前記第２膨張弁の開度を制御し、
前記第２モードの間、前記第３弁、前記第５弁、前記第６弁、および前記第８弁を閉止するとともに、前記第４弁、前記第７弁、前記第９弁、および前記第２膨張弁を開放して前記第２膨張弁の開度を制御する、請求項１０に記載の冷凍装置。