JP4096862B2 - 冷凍冷蔵ユニットおよび冷蔵庫 - Google Patents

Description

本発明は、架台上部に冷却システムの圧縮機や凝縮器を設置し、架台下部に蒸発器を設置する冷凍冷蔵ユニットと、本体上部に前記冷凍冷蔵ユニットを設けた業務用の冷凍冷蔵庫に関し、特に圧縮機の運転制御に関するものである。

従来の業務用の冷凍冷蔵庫においては、特に冷凍室を冷却するシステムでは、蒸発温度が低くても高い冷凍能力が出せるＲ２２やＲ４０４Ａ等の低沸点冷媒を用いている。

しかしながら、近年、地球温暖化防止の観点から温暖化係数の高いＲ２２やＲ４０４Ａ等のフロン系冷媒からＲ２９０やＲ６００ａ等の自然冷媒への転換が望まれるとともに、二酸化炭素の排出量削減のために消費電力量の大きい業務用の大型冷凍冷蔵庫についても、早急に省エネルギー化を図ることが望まれている。

従来の業務用冷蔵庫としては、外気温によって圧縮機の回転数を制御する業務用冷蔵庫（特許文献１）がある。

以下、図面を参照しながら上記従来の冷蔵庫を説明する。

図３は従来の冷蔵庫の回路図であり、図４Ａは庫内温度と時間との関係を示す図、図４Ｂは圧縮機、コンデンサファン及びエバポレータファンの回転数制御を示す図である。図３において、回転数可変型の圧縮機１には、コンデンサ３、キャピラリーチューブ５、及びエバポレータ７が冷媒管で閉ループ状に接続され、更にコンデンサ３には回転数可変型のコンデンサファン１３が付設され、エバポレータ７には同じく回転数可変型のエバポレータファン１７が付設されている。エバポレータ７は冷蔵庫等の庫内に設置され、当該庫内を冷却する。コントローラ１９により制御を行う。

以上のように構成された冷蔵庫について、以下その動作を図４を用いて説明する。

図４Ａにおいて、縦軸は冷蔵庫等の庫内温度を示し、横軸は時間経過を示している。図４Ａを参照して、本冷凍装置では運転開始後に庫内が冷却されてこの庫内温度が設定温度（サーモオフ温度）ｔ１に到達すると、運転待機状態（サーモオフ）に入り、この状態が継続して庫内温度が反転、上昇して、設定温度（サーモオン温度）ｔ２に到達すると、運転状態（サーモオン）に入り、通常これが繰り返されて庫内温度が略一定幅に維持される。

本冷凍装置の運転状態が、まずプルダウン初期（最大トルクのピーク（点Ｐ）を得る迄の区間）Ｔ１、プルダウン初期後からサーモオフ迄の区間Ｔ２、サーモオフからサーモオン迄の区間Ｔ３、サーモオンからサーモオフ迄の区間Ｔ４の４つの運転状態に区分される。

図２Ｂは、圧縮機１、コンデンサファン１３及びエバポレータファン１７の回転数制御を示している。

サーモオンからサーモオフ迄の区間Ｔ４では外気温度との関係において以下のように制御する。例えば、高外気温（例えば２５℃以上）のときには圧縮機１、コンデンサファン１３及びエバポレータファン１７の回転数を全て中速回転Ｍで一律に制御し、庫内温度の
維持に寄与する。

これに対して、低外気温（例えば２５℃未満）のときにはエバポレータファン１７の回転数を中速回転Ｍに維持したまま、圧縮機１及びコンデンサファン１３の回転数を減速させて、低速回転Ｌで制御する。低外気温（例えば２５℃未満）のときには冷凍能力をそれ程必要としないからである。
特開平１１−２７０９１４号公報

しかしながら、上記従来の冷蔵庫は、圧縮比が低く圧縮機１の耐久性確保が容易であり、圧縮機１の気筒容積当りの冷凍能力（以下体積能力という）が高く高能力が出せる反面、冷媒の理論効率および圧縮機１の実効効率が低いという欠点があった。

また、圧縮比が低く体積能力が高い反面、効率が低いという特徴は、フロン系冷媒Ｒ４０４Ａ、Ｒ２２および炭化水素冷媒Ｒ２９０など、蒸発温度−４０℃以下の低沸点冷媒共通の欠点である。業務用冷蔵庫の周囲温度３０℃の一般的な運転状態である凝縮温度４０℃、蒸発温度−３０℃、過冷却０℃、吸入ガス温度３３２℃における圧縮比、高圧圧力、低圧圧力、および理論効率と体積能力の相対値を高沸点冷媒であるＲ１３４ａ、Ｒ６００ａと比較した結果を（表１）に示す。

（表１）に示したように、高沸点冷媒Ｒ１３４ａ、Ｒ６００ａに比べて低沸点冷媒であるＲ２２、Ｒ２９０、Ｒ４０４Ａは、圧縮比が低く体積能力が高い反面、理論効率が低いことがわかる。また、低沸点冷媒であるＲ２２、Ｒ２９０、Ｒ４０４Ａは、比較的高圧圧力が高く圧縮機１の摺動損失が大きく、理論効率に比べて圧縮機１の実効効率がさらに悪くなるとともに、低圧圧力が大気圧以上であり冷凍室１内への冷媒リークの危険性が高いという欠点もある。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、冷媒の理論効率および圧縮機の実効効率が高い高沸点冷媒であるＲ１３４ａ、Ｒ６００ａなどを用いながら、圧縮比の上昇を抑制し圧縮機使用範囲内の状態で圧縮機を運転させ、圧縮機の破損を防止することを目的とする。

本発明は、冷凍時の蒸発圧力が負圧となる冷媒を用いるとともに、回転数可変型の圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器、庫外ファン、庫内ファンを備えた冷蔵庫において、前記回転数可変型の圧縮機の回転数を抑制する保護制御手段を備え、前記保護制御は前記凝縮器の凝縮温度を検出する凝縮温度検出手段で検出した凝縮温度が予め設定しておいた温度より高い場合、前記回転数可変型の圧縮機の上限回転数を、庫外温度ごとに設定された通常運転時の上限回転数から凝縮温度高温時の上限回転数に低下させる制御を行うものであり、圧縮機の回転数を低下させ、圧縮機使用範囲内の状態で圧縮機を運転することができ、圧縮機の破損を防止する。

本発明は、回転数可変型の圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器、庫外ファン、庫内ファンを備えた冷蔵庫において、凝縮温度を検出する凝縮温度検出手段を備え、前記凝縮温度検出手段で検出した凝縮温度が予め設定しておいた温度より高い場合、前記回転数可変型の圧縮機の上限回転数を下げるとともに高温警報を出し、冷凍時の蒸発圧力が負圧となる冷媒を充填したものであり、凝縮温度が所定温度より高い場合、圧縮機の上限回転数を下げることにより、圧縮機の回転数を低下させ、圧縮機使用範囲内の状態で圧縮機を運転することができ、圧縮機の破損を防止するとともに警告してサービス対応を迅速に行うことができる。

本発明の請求項１に記載の発明は、冷凍時の蒸発圧力が負圧となる冷媒を用いるとともに、回転数可変型の圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器、庫外ファン、庫内ファンを備えた冷蔵庫において、前記回転数可変型の圧縮機の回転数を抑制する保護制御手段を備え、前記保護制御は前記凝縮器の凝縮温度を検出する凝縮温度検出手段で検出した凝縮温度が予め設定しておいた温度より高い場合、前記回転数可変型の圧縮機の上限回転数を、庫外温度ごとに設定された通常運転時の上限回転数から凝縮温度高温時の上限回転数に低下させる制御を行うものであり、圧縮機の上限回転数を下げることにより、圧縮機の回転数を低下させ、圧縮機使用範囲内の状態で圧縮機を運転することができ、圧縮機の破損を防止する。

本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明にさらに、凝縮温度を検出する凝縮温度検出手段と、庫内温度を設定する庫内温度設定手段とを備え、前記凝縮温度検出手段で検出した凝縮温度が予め設定しておいた温度より高い場合、前記庫内温度設定手段で庫内の設定温度を予め設定しておいた温度に上げるものであり、凝縮温度が所定温度より高い場合、高負荷条件で冷凍室温度のスペックを満足する温度まで設定温度を上昇させることにより、圧縮機の回転数を低下させ、圧縮機使用範囲内の状態で圧縮機を運転させ、圧縮機の破損を防止する。

本発明の請求項３に記載の冷蔵庫の発明は、請求項１または２に記載の発明に、さらに、庫外温度を検出する庫外温度検出手段を備え、前記凝縮温度検出手段で検出した凝縮温度と前記庫外温度検出手段で検出した庫外温度の差が予め設定しておいた温度差より大きい場合、警報あるいは警告表示を出すものであり、警報あるいは警告してフィルター等の清掃を促し、その結果、圧縮比を下げることで、サイクルの理論効率が高められ、結果として消費電力量を抑える。

本発明の請求項４に記載の冷蔵庫の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明に、さらに、回転数可変型の圧縮機の吸入温度を検出する吸入温度検出手段を備え、デフロスト終了後に前記吸入温度検出手段で検出された吸入温度が前記庫外温度検出手段で検出された外気温により予め決定しておいた温度より低い場合、デフロストを行うことにより、蒸発器への着霜量を間接的に把握し、最適な条件でデフロストを行うことができ、不要な時に庫内温度が昇温したり、消費電力量を抑える。

本発明の請求項５に記載の冷蔵庫の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明に、さらに、デフロスト終了後、前記回転数可変型の圧縮機が予め決定しておいた時間経過しても停止せず、かつ前記庫外温度検出手段で検出された外気温と前記凝縮温度検出手段で検出した凝縮温度の差が予め決定しておいた温度差より小さい場合、前記回転数可変型の圧縮機を停止し、前記庫外ファン、前記庫内ファンは運転するとともに冷媒漏れ警報を出すことにより、警告してサービス対応を迅速に行うとともに、冷蔵庫内の食品を他の冷蔵庫へ移動させる等の対処が容易に行える。

本発明の請求項６に記載の冷蔵庫の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の冷凍冷蔵ユニットを冷蔵庫本体上部に備えたものであり、特に上部に冷却ユニットを配置するような業務用冷蔵庫で圧縮機の保護制御を備え信頼性を確保することができる。また本願の請求項７の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の冷凍冷蔵ユニットまたは冷蔵庫に冷媒として可燃性冷媒を用いたものである。

以下、本発明による冷蔵庫の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、従来と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による冷蔵庫のブロック図である。図２は同実施の形態の制御フローチャートである。

図１に示すように、回転数可変型の圧縮機２１、凝縮器２２、絞り装置２３、蒸発器２４、庫外ファン２５、庫内ファン２６を備えた冷蔵庫において、コントローラー２７は、凝縮温度検出手段２８、庫外温度検出手段２９、吸入温度検出手段３０、庫内温度設定手段３１、圧縮機制御手段３２、警報発信手段３３、デフロスト制御手段３４、庫内ファン制御手段３５、庫外ファン制御手段３６から成る。

以上のように構成された冷蔵庫について、以下その動作を図２のフローチャートを参照して説明する。

まず、ステップ２１において、凝縮温度検出手段２８で凝縮温度を検出し、検出した凝縮温度が予め設定しておいた所定温度（例えば、６０℃）以上であると判断した場合、ステップ２２で、回転数可変型の圧縮機２１の上限回転数を（表２）に示す通常運転時の上限回転数から凝縮温度高温時の上限回転数に低下させるとともに庫内温度設定手段３１により庫内設定温度を（例えば、−１８℃）に設定温度を上昇させる。

次に、ステップ２３において、庫外温度検出手段２９で庫外温度を検出し、検出した庫外温度と凝縮温度の温度差を算出し、算出した温度差が予め設定しておいた所定の温度差（例えば、２０Ｋ）以上であると判断した場合、ステップ２４で、警報発信手段３３でフィルター目詰まり警報を発信する。ステップ２３で、予め設定しておいた所定の温度差（例えば、２０Ｋ）未満であると判断した場合、ステップ２５で、警報発信手段３３で高温警報を発信する。

ステップ２１において、検出した凝縮温度が予め設定しておいた所定温度（例えば、６０℃）未満であると判断した場合、警報の発信なしに次に進む。

以上のように本実施の形態の冷凍冷蔵ユニットおよび前記冷凍冷蔵ユニットを用いた冷蔵庫は、凝縮温度が高い場合に、回転数可変型の圧縮機２１の上限回転数を下げ、かつ高負荷条件で冷凍室温度のスペックを満足する温度まで設定温度を上昇させることにより、回転数可変型の圧縮機２１の回転数を低下させ、圧縮機使用範囲内の状態でかつ、効率の良い状態で圧縮機を運転することができ、圧縮機の破損を防止し、消費電力量を抑えるともに警告してサービス対応を迅速に行うことができる。

また、凝縮温度と庫外温度の差が予め設定しておいた温度差より大きい場合は、フィルターの目詰まりの可能性が高くフィルター目詰まり警報を出すものであり、警告してフィルターの清掃を促し、その結果、圧縮比を下げることで、サイクルの理論効率が高められ、結果として消費電力量を抑えることができる。

なお、ステップ２２では、回転数可変型の圧縮機２１の上限回転数を（表２）に示す通常運転時の上限回転数から凝縮温度高温時の上限回転数に低下させるとともに庫内温度設定手段３１により庫内設定温度を（例えば、−１８℃）に設定温度を上昇させたが、一方だけ行ってもよい。

次に、ステップ２６で、デフロスト終了後または、イニシャルプルダウンにおいて予め設定しておいた所定時間（例えば、６時間）経過した場合、ステップ２７で、吸入温度検出手段３０で吸入温度を検出し、検出した吸入温度が予め設定しておいた所定温度（例えば、１０℃）以下であると判断した場合、ステップ２８において、デフロスト制御手段３４で蒸発器２４のデフロストを行う。

ステップ２６で、デフロスト終了後または、イニシャルプルダウンにおいて予め設定しておいた所定時間（例えば、６時間）経過していない場合、または、ステップ２７で、予め設定しておいた所定温度（例えば、１０℃）より高い場合、デフロストを行わない。

以上のように本実施の形態の冷凍冷蔵ユニットおよび前記冷凍冷蔵ユニットを用いた冷蔵庫において、蒸発器に着霜していない場合は、蒸発器で十分に熱交換が行われ蒸発器出
口はガス状態となり吸入温度は高くなり、また、蒸発器に着霜してる場合は、蒸発器で十分に熱交換が行われず蒸発器出口は液とガスが混合した二相冷媒状態となり吸入温度は低くなり、吸入温度が変化することに着目し、蒸発器への着霜量を間接的に把握し、最適な条件でデフロストを行うことができ、不要な時に庫内温度が昇温したり、消費電力量を抑えることができる。

次に、ステップ２９で、デフロスト終了後または、イニシャルプルダウンにおいて、回転数可変型の圧縮機２１が予め設定しておいた所定時間（例えば、６時間）連続運転している場合、ステップ３０で、庫外温度と凝縮温度の温度差が予め設定しておいた所定の温度差（例えば、５Ｋ）以下であると判断した場合、ステップ３１で、圧縮機制御手段３２で回転数可変型の圧縮機２１の運転を停止し、庫内ファン制御手段３５で庫内ファン２６を運転し、庫外ファン制御手段３６で庫外ファンを運転するとともに警報発信手段３３でリーク警報を発信する。

ステップ２９で、デフロスト終了後または、イニシャルプルダウンにおいて、回転数可変型の圧縮機２１が予め設定しておいた所定時間（例えば、６時間）連続運転していない場合、または、ステップ３０で、庫外温度と凝縮温度の温度差が予め設定しておいた所定の温度差（例えば、５Ｋ）より高い場合、ステップ３１の動作を行わず次に進む。

以上のように本実施の形態の冷凍冷蔵ユニットおよび前記冷凍冷蔵ユニットを用いた冷蔵庫は、回転数可変型の圧縮機が予め決定しておいた時間経過しても停止しせず、かつ庫外温度と凝縮温度の差が予め決定しておいた温度差より小さい場合、冷媒がリークしていると判断し、回転数可変型の圧縮機を停止し、庫外ファン、庫内ファンを運転するとともにリーク警報を出すことにより、サービス対応を迅速に行うとともに、冷蔵庫内の食品を他の冷蔵庫へ移動させる等の対処が容易に行うことができる。

以上のように本発明は、凝縮温度が所定温度より高い場合、圧縮機の上限回転数を下げることにより、圧縮機の破損を防止するとともに警告してサービス対応を迅速に行うことができ、冷凍サイクルを備えた冷却機器に幅広く適用できる。

本発明による冷凍冷蔵ユニットおよび前記冷凍冷蔵ユニットを用いた冷蔵庫の実施の形態１のブロック図 同実施の形態の制御フローチャート 従来の冷蔵庫の回路図 従来の冷蔵庫の庫内温度特性を示す図

符号の説明

２１ 回転数可変型の圧縮機
２２ 凝縮器
２３ 絞り装置
２４ 蒸発器
２５ 庫外ファン
２６ 庫内ファン
２７ コントローラー
２８ 凝縮温度検出手段
２９ 庫外温度検出手段
３０ 吸入温度検出手段
３１ 庫内温度設定手段
３２ 圧縮機制御手段
３３ 警報発信手段
３４ デフロスト制御手段
３５ 庫内ファン制御手段
３６ 庫外ファン制御手段

Claims (7)

1. 冷凍時の蒸発圧力が負圧となる冷媒を用いるとともに、回転数可変型の圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器、庫外ファン、庫内ファンを備えた冷蔵庫において、前記回転数可変型の圧縮機の回転数を抑制する保護制御手段を備え、前記保護制御は前記凝縮器の凝縮温度を検出する凝縮温度検出手段で検出した凝縮温度が予め設定しておいた温度より高い場合、前記回転数可変型の圧縮機の上限回転数を、庫外温度ごとに設定された通常運転時の上限回転数から凝縮温度高温時の上限回転数に低下させる制御を行うことを特徴とする冷凍冷蔵ユニット。
2. 凝縮温度を検出する凝縮温度検出手段と、庫内温度を設定する庫内温度設定手段とを備え、前記凝縮温度検出手段で検出した凝縮温度が予め設定しておいた温度より高い場合、前記庫内温度設定手段で庫内の設定温度を予め設定しておいた温度に上げることを特徴とする請求項１に記載の冷凍冷蔵ユニット。
3. 庫外温度を検出する庫外温度検出手段を備え、前記凝縮温度検出手段で検出した凝縮温度と前記庫外温度検出手段で検出した庫外温度の差が予め設定しておいた温度差より大きい場合、警報あるいは警告表示を出すことを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍冷蔵ユニット。
4. 回転数可変型の圧縮機の吸入温度を検出する吸入温度検出手段を備え、デフロスト終了後に前記吸入温度検出手段で検出された吸入温度が前記庫外温度検出手段で検出された外気温により予め決定しておいた温度より低い場合、デフロストを行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の冷凍冷蔵ユニット。
5. デフロスト終了後、回転数可変型の圧縮機が予め決定しておいた時間経過しても停止せず、かつ庫外温度検出手段で検出された外気温と凝縮温度検出手段で検出した凝縮温度の差が予め決定しておいた温度差より小さい場合、前記回転数可変型の圧縮機を停止し、前記庫外ファン、前記庫内ファンは運転するとともに冷媒漏れ警報を出すことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の冷凍冷蔵ユニット。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の冷凍冷蔵ユニットを冷蔵庫本体上部に備えたことを特徴とする冷蔵庫。
7. 冷媒は可燃性冷媒としたことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の冷凍冷蔵ユニットまたは冷蔵庫。

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