JP2006234275A - 空気冷媒式冷凍機 - Google Patents

Abstract

【課題】 長時間の連続運転に適した空気冷媒式冷凍機を提供する。
【解決手段】 冷凍庫に冷却空気を供給する空気冷媒式冷凍機において、冷凍庫の前段にサイクロン式の集塵機を設置する。空気冷媒式冷凍機によって製造された冷却空気に含まれる氷粒は、サイクロンによって分離され、冷凍庫に入る霜が低減する。サイクロンはフィルター式の除霜器の場合のように目詰まりによるコンダクタンスの低下がない。そのため、こうした冷凍機は、除霜のために冷却空気の供給が停止されず、長時間にわたって連続的に乾燥した冷却空気が冷凍庫に供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は冷凍機に関する。本発明は特に空気冷媒式の冷凍機に関する。

従来のフロン等を冷媒とした冷却装置に変えて、近年では空気を冷媒とした冷却装置が開発されている。

特許文献１には、冷凍倉庫、屋内等の空間を冷凍あるいは空調する冷凍設備または空調設備において、加圧コンプレッサ、電動モータおよび膨張タービンが同軸に装備された冷風発生用膨張タービンと、その冷風にて空間を直接温度制御する装置から構成することにより、フロンの使用を無くす技術が開示されている。

特許文献２には、少なくとも圧縮機、冷却器、熱交換器、膨張器及び冷凍処理室を含み、上記圧縮機から上記冷却器を経た後、上記圧縮器に至り、ここを通過した後、上記膨張器、さらに上記冷凍処理室を経て、上記熱交換器を再度通過した後、上記圧縮器に至る冷媒ガスの循環経路を備えた冷凍機において、上記冷凍処理室の二次側に位置し、かつこの冷凍処理室と上記熱交換器との間に位置する上記循環流路の部分に気体成分とその他の成分とを遠心分離するサイクロン分離器を介在させたことを特徴とする冷凍機が開示されている。
公技番号９６−７５０ 特開２００４−２６３９１６号公報

特許文献１及び２に記載された空気冷媒式の冷凍機は、冷却される対象となる荷が置かれる冷却庫の内部の空気を吸収して冷媒として用い、その空気を冷却して再び冷却庫の内部に導入している。冷却庫には荷の出し入れのために外気が流入し、そのときに外気に含まれる湿分も流入する。そのため冷媒空気には湿分が混入する。冷媒空気が供給される冷却庫の内部に発生する霜を低減するために、冷媒空気の湿分が低減されること（除霜）が望まれる。さらに、除霜のために通常運転が妨げられないことが望まれる。

本発明の目的は、冷凍庫の内部に付着する霜を低減する空気冷媒式冷凍機を提供することである。
本発明の他の目的は、長時間の安定した運転に適した空気冷媒式冷凍機を提供することである。

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明による空気冷媒式冷凍機（２）は、冷凍庫（２０）から引き出された第１空気を冷却して第２空気を製造する冷却装置と、第２空気を取り込んで冷凍庫（２０）に供給するサイクロン（１８）とを備える。

本発明による空気冷媒式冷凍機（２）において、冷却装置は、冷凍庫（２０）から導入した空気を圧縮して圧縮空気を吐出するコンプレッサ（６）と、圧縮空気を冷却する冷却器（８、１２）と、冷却器（８、１２）によって冷却された空気を膨張させて冷凍庫（２０）に供給する膨張タービン（１４）とを備える。

本発明による空気冷媒式冷凍機（２）は、サイクロン（１８）に導入される第２空気に含まれる水蒸気の凝固を促進する凝固促進手段（１６）を備える。

本発明による空気冷媒式冷凍機（２）において、凝固促進手段（１６）は、第２空気に水蒸気を供給する加湿器（３１）を含む。

本発明による空気冷媒式冷凍機（２）は、更に、第２空気の湿度を検出する湿度センサ（３２）を備える。加湿器（３１）は、湿度に基づいて水蒸気の量を調整する。

本発明による空気冷媒式冷凍機（２）において、凝固促進手段（１６）は、第２空気に微粒子を供給する微粒子噴霧器（１６ｂ）を含む。

本発明による空気冷媒式冷凍機（２）において、凝固促進手段（１６）は、第２空気が流される配管（２６）の内部に設けられた第一の棒（４０）を含む。

本発明による空気冷媒式冷凍機（２）において、凝固促進手段（１６）は更に、配管（２６）の内部に設けられ、第一の棒（４０）に対して第一の棒（４０）の上流における配管（２６）の流れ方向から見たときに第一の棒（４０）と重ならない位置に配置された第二の棒（４０）を含む。

本発明による空気冷媒式冷凍機（２）は、更に、第一の棒（４０）の外周に接し、配管（２６）の外部からの操作により第一の棒（４０）の延長方向に沿って摺動する霜取り部材（４４）を備える。

本発明による空気冷媒式冷凍機（２）において、サイクロン（１８）は、内壁に雪氷の付着を低減する滑雪剤（３４）の層を備える。

本発明による空気冷媒式冷凍機（２）は、更に、サイクロン（１８）に振動を与える振動子（３６）を備える。

本発明による空気冷媒式冷凍機（２）は、更に、サイクロン（１８）の内壁に接して配置されたガラス繊維（７０）と、サイクロン（１８）の外部から、内壁に設けられた開口を介してガラス繊維（７０）に対して力を加える押し具（７４）とを備える。

本発明によれば、冷凍庫の内部に付着する霜を低減する空気冷媒式冷凍機が提供される。
更に本発明によれば、長時間の安定した運転に適した空気冷媒式冷凍機が提供される。

以下、図面を参照しながら本発明による空気冷媒式冷凍機について詳細に説明する。

図１には、本実施の形態における空気冷媒式冷凍機の構成が示されている。空気冷媒式冷凍機２は、電動モータ４を備える。電動モータ４のシャフトにはコンプレッサ６と膨張タービン１４が接続される。コンプレッサ６の出口は配管を介して冷却器８の入口に接続される。冷却器８の出口は配管を介して熱交換器１２の高温側通路の入口に接続される。熱交換器１２の高温側通路の出口は配管を介して膨張タービン１４の入口に接続される。膨張タービン１４の出口は配管を介してサイクロン１８の入口に接続される。その配管には固化促進部１６が設けられる。サイクロン１８の出口は配管を介して冷凍庫２０の入口に接続される。冷凍庫２０は食品など冷却される対象の荷が配置される部屋であり、冷凍庫２０の内部と外部との間の荷の搬送を行うための図示しない出入口を備えている。冷凍庫２０には空気を引き出すための出口が設けられる。その出口は配管を介して熱交換器１２の低温側配管の入口に接続される。熱交換器１２の低温側配管の出口は配管を介してコンプレッサ６の出口に接続される。

こうした空気冷媒式冷凍機２は、次のように動作する。電動モータ４が駆動される。コンプレッサ６の回転により冷凍庫２０の出口から空気が引き出され、熱交換器１２の低温側通路を介してコンプレッサ６に吸気される。コンプレッサ６は空気を圧縮して吐出する。吐出された空気は冷却器８において冷却される。冷却された空気は熱交換器１２において更に冷却される。その冷却された空気は膨張タービン１４において断熱膨張し更に冷却される。その冷却された空気に含まれる湿分は固化促進部１６において凝固が促進され、数μｍ以上の粒径の多数の氷片が生成される。それらの氷片は、サイクロン１８により回収され、冷媒空気中から除去される。サイクロン１８から出た湿分の少ない冷媒空気は、冷凍庫２０に供給される。

サイクロン１８が冷凍庫２０の上流側に設置されていることにより、冷凍庫２０に導入される空気には湿分が少ない。そのため、冷凍庫２０の内部に付着する霜が低減する。サイクロン１８は、空気冷媒式冷凍機２の中で最も温度が低い場所である膨張タービン１４下流側に設けられているため、湿分が最も凝固しやすく、高い効率で湿分が除去される。

サイクロンは、フィルタを用いた除霜器に比べてサイズが小さい。サイクロンは、目詰まりによるコンダクタンスの低下が無く、デフロスト運転（通常の冷却をするための運転からモードを切り換えて除霜をするために行われる運転）の必要も無いために、連続運転が可能である。サイクロン自体は動力源（電源）を必要としないため、運転コストが低減する。

図２には、サイクロン１８の付近の詳細な構成が示されている。膨張タービン１４から出た空気はサイクロン入口配管２６を通ってサイクロン１８に入る。サイクロン入口配管２６には固化促進部１６ａ（図１の固化促進部１６に対応する）が設けられている。固化促進部１６ａは、加湿器３１と、加湿器３１の上流側に設置された湿度センサ３２と、制御部３３とを備える。

サイクロン１８の下部に設けられた雪・氷・霜・塵が取り出される排出口の下部には、受霜槽２２が設置される。サイクロン１８の上部には、雪・氷・霜・塵が分離された後の空気が排出されるサイクロン出口２８が設けられている。

図２に示される構成を備えた空気冷媒式冷凍機２は、次のように動作する。電動モータ４が起動され、膨張タービン１４から冷却された空気がサイクロン入口配管２６に供給される。湿度センサ３２はサイクロン入口配管２６の内部の空気の湿度を検出し、検出した湿度に対応する信号を制御部３３に送信する。制御部３３は湿度センサ３２から受信した信号に基づいて制御信号を生成し、加湿器３１に送信する。加湿器３１は受信した制御信号に基づいて、サイクロン入口配管２６の内部の湿度が安定するように水蒸気を供給する。

加湿器３１によって湿分が供給されることにより、サイクロン入口配管２６の内部の空気に含まれる湿分の凝固が促進される。その結果、湿分の多くは、加湿器３１がない場合よりも大きい雪氷片になる。サイクロン１８は、より重い固体ほど効率的に分離する。そのため、凝固した湿分の多くはサイクロン１８により効率的に空気と分離される。分離された湿分は、氷片２４として受霜槽２２に排出される。湿分と分離され乾燥した空気はサイクロン出口２８より排出され、冷凍庫２０に供給される。

サイクロン１８が効率的に取り除くことができる粒子の径は、設計によって決まる。この粒子の径は設計粒径と呼ばれる。空気冷媒式冷凍機２は、冷凍庫２０から吸い込んだ空気を冷媒に用いるために、冷凍庫２０の内部の環境が変化すると、膨張タービン１４の下流でできる氷粒の粒径は不安定になり、対策を講じなければ設計粒径付近に安定させることは困難である。

加湿器３１が水蒸気を供給することによりサイクロン入口配管２６の内部に過飽和水蒸気が存在するようになった場合の氷粒の粒径について検討するために、過飽和水蒸気中での氷の成長について検討することが求められる。過飽和水蒸気中での氷の成長では、水蒸気と氷の化学ポテンシャルの差Δμが氷粒の成長の駆動力となる。Δμは次式で示されるように過飽和度σによって決められる。
Δμ＝ｋＴ・σ、
σ＝（ｐ−ｐ_ｓｉ）／ｐ_ｓｉ、ｐは実際の蒸気圧、ｐ_ｓｉは飽和蒸気圧。
上式によって示されるように、温度が一定の場合、Δμは過飽和度σ、すなわち湿度で決定される。

そのため、湿度センサ３２によってサイクロン入口配管２６の湿度を測定し、一定湿度になるように加湿器３１で湿度を調整することにより、氷粒の成長速度が一定に保たれる。制御部３３は、湿度を１００％以上に保つ。望ましくは、制御部３３は湿度を次式で計算される湿度以上に保持する。
設定湿度（％）＝１００×（冷凍庫の温度での飽和蒸気圧）／（加湿器が設置されている位置での飽和蒸気圧）
氷の飽和蒸気圧ｐ_ｓｉは次式で計算される。
ｐ_ｓｉ＝３．４３８×１０^１２ｅｘｐ（−６１３２／Ｔ）、
Ｔは冷凍庫あるいは加湿器が設置されている位置での温度。

上記の条件下で氷粒を初期粒径に比べ十分大きな粒径に成長させることにより、粒径分布が狭く、均一に制御される。その結果、サイクロン１８による氷粒の除去効率が向上する。

図３には、サイクロン１８の付近の構成の他の例が示されている。膨張タービン１４から出た空気はサイクロン入口配管２６を通ってサイクロン１８に入る。サイクロン入口配管２６には微粒子噴霧器１６ｂ（図１の固化促進部１６に対応する）が設けられている。微粒子噴霧器１６ｂは、サイクロン入口配管２６の内部の空気に微粒子（典型的には直径が０．１μｍ〜数μｍの固体粒子）を供給する。微粒子は、表面が親水性であることが好ましい。

図３に示される構成を備えた空気冷媒式冷凍機２は、次のように動作する。電動モータ４が起動され、膨張タービン１４から冷却された空気がサイクロン入口配管２６に供給される。微粒子噴霧器１６ｂはサイクロン入口配管２６の内部に微粒子を供給する。サイクロン入口配管２６を流れる空気に含まれる湿分の多くは供給された微粒子を核として凝固して氷片となる。氷片はサイクロン１８で分離され、受霜槽２２に排出される。湿分と分離され乾燥した空気はサイクロン出口２８より排出され、冷凍庫２０に供給される。

冷凍庫内での霜（氷）の核形成は、異物質の粒子の助けを借りて起こる不均一核形成がほとんどであると考えられる。冷媒中の異物質の密度は冷凍庫内の環境により絶えず変化していると考えられる。従って、核形成密度も一定ではなく、その後の成長粒径も変化すると考えられ（過飽和度一定であると、成長粒径は核密度が少ないほど大きくなると考えられる）、氷粒の粒径分布にバラツキができ、サイクロンの除去効率が低下すると考えられる。

そこで、微粒子噴霧器１６ｂがサイクロン１８の上流に臨界核半径と同じかそれより少し大きい程度の親水性表面を持つ微粒子を冷媒中の異物質密度に比べて十分多量に添加することにより、霜の核形成密度が制御される。これにより、氷粒の粒径が均一になるように制御される。

一般にサイクロン集塵機は径が数μｍ以上の粒子の捕集に適している。そのため、微粒子噴霧器１６ｂが添加する粒子の径は１μｍ以上であることが好ましい。微粒子は、表面が親水性であり均一な粒径の微粒子を形成することが容易な物質であることが好ましい。そうした物質として氷、アルミナが例示される。アルミナ等の再利用が可能な微粒子は、サイクロン１８で回収した後に、再び微粒子噴霧器１６ｂに供給され再利用される。冷凍庫２０に食品あるいは医薬品が配置されている場合には、安全性の観点から氷の微粒子が用いられることが好ましい。

図４、図７Ａ及び図７Ｂには、サイクロン１８の付近の構成の更に他の例が示されている。膨張タービン１４から出た空気はサイクロン入口配管２６を通ってサイクロン１８に入る。サイクロン入口配管２６には固化促進部１６ｃ（図１の固化促進部１６に対応する）が設けられている。固化促進部１６ｃは、サイクロン入口配管２６の内部に設置された棒状部材など、流路を部分的に妨げる部材を備える。その部材は、サイクロン入口配管２６を貫く棒でもよいし、サイクロン入口配管２６を貫かない突起でもよい。

図４、図７Ａ及び図７Ｂに示される構成を備えた空気冷媒式冷凍機２は、次のように動作する。電動モータ４が起動され、膨張タービン１４から冷却された空気がサイクロン入口配管２６に供給される。空気の流れにより、固化促進部１６ｃの下流側にカルマン渦などの渦が発生する。その渦内部の高速流れ低圧部により、空気中の湿分の凝固が促進される。凝固して雪氷片となった湿分はサイクロン１８で分離されて受霜槽２２に回収される。湿分が除去され乾燥した空気はサイクロン出口２８から出て冷凍庫２０に供給される。

図５Ａには、固化促進部１６ｃの構成が詳細に示されている。固化促進部１６ｃは、渦発生棒４０を備えている。渦発生棒４０は、サイクロン入口配管２６の壁面の一部と壁面の他の一部との間に延長する棒状部材である。渦発生棒４０の外周にはリング状の霜取りリング４４が渦発生棒４０の延長方向に摺動できるように設置されている。渦発生棒４０は、中空の筒状部材である。渦発生棒４０の内部にはリング駆動ロッド４２が収納されている。リング駆動ロッド４２は、サイクロン入口配管２６の壁面の外部から、人力によって又はアクチュエータによって押し引きを行うことにより、渦発生棒４０の延長方向に移動することができる。サイクロン入口配管２６の他の方向の壁面は窪みを有しており、その窪みにはリング収納筒４６が設置されている。リング収納筒４６には霜取りリング４４が収納される。

図５Ｂには、図５Ａに示される固化促進部１６ｃのＢ−Ｂ断面が示されている。渦発生棒４０の周りには霜取りリング４４が環装されている。霜取りリング４４はリング収納筒４６に収納される。渦発生棒４０の内部のスペースにはリング駆動ロッド４２が配置されている。渦発生棒４０には、渦発生棒４０の内部と外部とを連通するスリット５０が設けられる。そのスリット５０の長手方向は、渦発生棒４０の延長方向と概ね一致する。スリット５０が設けられる位置は、渦発生棒４０の空気の流れの下流側であることが好ましい。リング駆動ロッド４２と霜取りリング４４とはスリット５０を通るリング駆動アーム４８により接続されている。

図５Ｃには、図５Ａに示される固化促進部１６ｃのＣ−Ｃ断面が示されている。渦発生棒４０の一方向に設けられたスリットは、渦発生棒４０が設置されている配管の壁面の一方から他方まで延長している。渦発生棒４０の内部にはリング駆動ロッド４２が配置されている。図５Ａ、５Ｂ及び５Ｃにおける渦発生棒４０の断面形状は円形だが、それ以外の形状でもよい。

図６には、固化促進部１６ｃの動作が示されている。空気冷媒式冷凍機２が運転中、サイクロン入口配管２６には冷却された空気が流れる。空気が流れる向きは、図６の右側から左側に向かう向きである。空気が渦発生棒４０に当ると、空気中の湿分は凝固して渦発生棒４０の上流側に霜・氷５２が付着する。リング駆動ロッド４２がサイクロン入口配管２６の外から引かれると、霜取りリング４４が渦発生棒４０に沿って摺動する。霜取りリング４４は渦発生棒４０に付着した霜・氷５２を削ぎ落とす。削ぎ落とされて塊となった霜・氷５２は、空気流により下流側に移動し、サイクロン１８で空気と分離されて受霜槽２２に回収される。

図７Ａは、サイクロン入口配管２６に渦発生棒４０ａが複数設置されている場合の固化促進部１６ｃの様子を示す。複数の渦発生棒４０ａは、流れに略垂直な方向に並んで配置されている。渦発生棒４０ａが複数あることにより、より多くの渦が発生し湿分が霜・氷となってサイクロン１８で除去される。

図７Ｂは、複数の渦発生棒４０ｂの配置が図７Ａとは異なる場合の固化促進部１６ｃを示す。複数の渦発生棒４０ｂは、流れ方向にずれて、且つ流れに略垂直な方向にずれて配置されている。複数の渦発生棒４０ｂがこのように配置されることにより、図７Ａの場合に比べてサイクロン入口配管２６の断面積を小さくすることが少なく、流れを妨げることが少ない。更に、複数の渦発生棒４０ｂに成長した霜・氷５２が結合して氷のブリッジが形成されることが防止される。複数の渦発生棒４０ｂは、サイクロン入口配管２６の内部を流れる空気の流れ方向（渦発生棒４０ｂの上流側における空気の流れ方向、すなわち概ね配管の延長方向）から見たときに互いに重ならない位置に配置されることが好ましい。このように配置された複数の渦発生棒４０ｂにより、配管の流れ方向に垂直な断面の法線方向から見て異なった位置に渦が発生するため、渦がより効率的に発生する。

固化促進部１６ａ、微粒子噴霧器１６ｂ及び固化促進部１６ｃの全て、またはいずれか２つを併設することにより、湿分の凝固を更に促進することが可能である。

図８は、サイクロン１８の他の構成を示す。サイクロン１８は、内壁に滑雪剤３４（着雪氷防止剤）の層を有する。滑雪剤３４の層は、内壁にコーティングされるか、あるいは滑雪剤３４のシートを内壁に取り付けることにより形成される。滑雪剤３４の層は、雪氷片により削られることを考慮して十分に厚い層であることが望ましい。滑雪剤３４は、フッ素系、シリコン系などの表面が疎水性の素材である。こうした素材の場合、表面ができるだけ滑らかになるように層が形成されることが望ましい。あるいは滑雪剤３４は、表面に撥水性分子が繊毛状に固定されたもので、霜・氷が付着すると撥水性分子が波打つように倒れて霜・氷を滑り落とすもの（製品名：積水樹脂株式会社製「スノーテクト」）である。こうした滑雪剤３４の層があることにより、冷たい気体がサイクロン１８に導入されたときに霜、雪氷などの微粒子が内壁に付着することが防止される。こうした微粒子は内壁３４を滑落して受霜槽２２に回収される。滑雪剤３４の層を有するサイクロン１８は、長時間、安定的に、空気中に混入している雪氷片を除去する。

図９には、サイクロン１８の更に他の構成が示されている。サイクロン１８には超音波振動子３６が設置されている。超音波振動子３６を作動させることにより、サイクロン１８の内壁に付着する霜・氷が低減し、既に付着している霜・氷が剥落し、内壁を滑落して受霜槽２２に回収される。超音波振動子３６が設置されたサイクロン１８は、長時間、安定的に、空気中に混入している雪氷片を除去する。超音波振動子３６は、滑雪剤３４と併用されることにより更に効果的に内壁に付着する雪氷片を低減する。超音波振動子３６をサイクロン１８の外壁に設置することにより、取り付け作業とメンテナンスが簡単になる。

図１０Ａには、以上に説明されたサイクロンと異なる構成を備えたサイクロン１８ａが示されている。サイクロン１８ａは、図１における空気冷媒式冷凍機２のサイクロン１８に代えて使用される。サイクロン６６は、中空の外筒６６を備えている。外筒６６の下部には底板７６が取り付けられている。底板７６は外筒６６から容易に取り外し可能である。外筒６６の上部にはガラス板６４が取り付けられている。ガラス板６４は、サイクロン出口２８ａに対応する位置に開口を有する。ガラス板６４の上部には開口であるサイクロン出口２８ａを有する蓋６０が取り付けられている。蓋６０の一部には開口あるいは透明な素材が取り付けられた覗き窓６２が設けられている。蓋６０の上部から覗き窓６２を介して外筒６６の内部の様子を視認することが可能である。サイクロン１８の側面には開口があり、その開口にはサイクロン入口配管２６が取り付けられている。

外筒６６の内部には少なくとも１つのガラス繊維支持棒６８が配置されている。ガラス繊維支持棒６８は、外筒６６の直径方向に動くことができる。ガラス繊維支持棒６８は、外筒６６の内壁に接して配置されたガラス繊維７０と固定されている。ガラス繊維支持棒６８は、外筒６６の側面に設けられた穴を通じて外筒６６の外部に突き出た押し棒７４に結合されている。

外筒６６の内部には、サイクロン入口配管２６が接続されている部位よりも下方に、バタフライバルブ７２が設置されている。バタフライバルブ７２は、閉の状態のときには、外筒６６の内部の空間を気体が相互に流通できない上下の２領域に分割する。

こうしたサイクロン１８ａは以下のように動作する。空気冷媒式冷凍機２の電動モータ４が起動すると、サイクロン入口配管２６から冷却された空気がサイクロン１８ａの内部に導入される。空気に含まれる雪氷片は、外筒６６の下部に蓄積される。ガラス繊維７０の表面には霜が付着する。雪氷片を除去された空気はサイクロン出口２８ａから排出され、冷凍庫２０に供給される。

図１１Ａ、１１Ｂは、ガラス繊維７０の表面に霜が成長してきたときのサイクロン１８ａの動作を示す。作業者は押し棒７４を押し引きする。押し棒７４により、ガラス繊維７０が動かされる。ガラス繊維７０の表面に付着した霜は、その動きにより振り落とされ、外筒６６の下部に蓄積される。

図１２Ａ、１２Ｂは、外筒６６の下部に雪氷が溜まってきたときのサイクロン１８ａの動作を示す。押し棒７４は引き戻される。バタフライバルブ７２は閉の状態にされる。底板７６が外筒６６から取り外される。底板７６の上に溜まっている雪氷が処分される。底板７６が外筒６６に取り付けられる。バタフライバルブ７２が開の状態にされる。

こうした方法により、サイクロン１８ａに溜まった雪氷を除去するときに冷却された空気がサイクロン１８ａの内部から逃げずに、冷凍庫２０を冷却するための空気冷媒式冷凍機２の運転を連続して行うことが可能である。

図１３には、以上に説明されたサイクロンと更に異なる構成を備えたサイクロン１８ｂが示されている。サイクロン１８ｂは、図１０Ａ〜１０Ｃに示されたサイクロン１８ａと同様の外筒６６、ガラス繊維支持棒６８、ガラス繊維７０、押し棒７４、ガラス板、蓋、覗き窓、サイクロン出口及び底板７６を備える。サイクロン入口配管２６は入口バルブ８２を介してサイクロン１８ｂに接続される。サイクロン出口２８ａは出口バルブ８４を介して冷凍庫２０に接続される。

こうしたサイクロン１８ｂは、サイクロン１８ａと同様の方法によって、内壁に付着した霜が外筒６６の内部に振り落とされる。外筒６６の下部に霜・氷８０が溜まったとき、入口バルブ８２と出口バルブ８４が閉じられる。底板７６が外筒６６から取り外され、霜・氷８０が処分される。底板７６が外筒６６に取り付けられる。入口バルブ８２と出口バルブ８４が開かれる。こうしたサイクロン１８ａは、簡易な構成によって短時間で霜取りが可能である。

図８、図９に示される構成を備えるサイクロン１８、図１０Ａ〜１２Ｂに示される構成を備えるサイクロン１８ａ及び図１３に示される構成を備えるサイクロン１８ｂは、図２〜図７Ｂを参照して説明された固化促進部１６と併用することが好ましい。こうした空気冷媒式冷凍機２は、長時間の連続的な運転を行ったときに、霜を除去する効率が高い状態に維持される。

図２〜図７を参照して説明された固化促進部１６を備えるサイクロン１８は、空気冷媒式冷凍機２と分離して使用することが可能である。すなわち、任意の手段で得られた冷却空気流をサイクロン入口配管２６から導入し、サイクロン出口２８から取り出すことにより、冷却空気中の湿分を長時間連続的に取り除く除霜機として用いることが可能である。その場合、図１０Ａ〜１２Ｂを参照して説明されたサイクロン１８内壁に付着する霜を低減する手段と併用することにより、更に長時間連続的に除霜する能力が向上する。

図１は、空気冷媒式冷凍機の構成を示す。 図２は、サイクロンの付近の構成を示す。 図３は、サイクロンの付近の構成を示す。 図４は、サイクロンの付近の構成を示す。 図５Ａは、渦発生棒を側面から見たときの部分破断図である。 図５Ｂは、渦発生棒の構成を示す断面図である。 図５Ｃは、渦発生棒の構成を示す断面図である。 図６は、渦発生棒の動作を示す図である。 図７Ａは、渦発生棒の配置を示す図である。 図７Ｂは、渦発生棒の配置を示す図である。 図８は、サイクロンの構成を示す。 図９は、サイクロンの構成を示す。 図１０Ａは、サイクロンの構成を示す。 図１０Ｂは、サイクロンの構成を示す。 図１０Ｃは、サイクロンの構成を示す。 図１１Ａは、サイクロンの動作を示す。 図１１Ｂは、サイクロンの動作を示す。 図１２Ａは、サイクロンの動作を示す。 図１２Ｂは、サイクロンの動作を示す。 図１３は、サイクロンの構成を示す。

符号の説明

２…空気冷媒式冷凍機
４…電動モータ
６…コンプレッサ
８…冷却器
１２…熱交換器
１４…膨張タービン
１６…固化促進部
１６ｂ…微粒子噴霧器
１８…サイクロン
２０…冷凍庫
２２…受霜槽
２４…氷片
２６…サイクロン入口配管
２８…サイクロン出口
３１…加湿器
３２…湿度センサ
３４…滑雪剤
３６…超音波振動子
４０…渦発生棒
４２…リング駆動ロッド
４４…霜取りリング
４６…リング収納筒
４８…リング駆動アーム
５０…スリット
５２…霜・氷
６０…蓋
６２…覗き窓
６４…ガラス板
６６…外筒
６８…ガラス繊維支持棒
７０…ガラス繊維
７２…バタフライバルブ
７４…押し棒
７６…底板
７８…霜・氷
８０…取り出し氷片
８２…入口バルブ
８４…出口バルブ

Claims (12)

1. 冷凍庫から引き出された第１空気を冷却して第２空気を製造する冷却装置と、
   前記第２空気を取り込んで前記冷凍庫に供給するサイクロン
   とを具備する
   空気冷媒式冷凍機。
2. 請求項１に記載された空気冷媒式冷凍機であって、
   前記冷却装置は、前記冷凍庫から導入した空気を圧縮して圧縮空気を吐出するコンプレッサと、
   前記圧縮空気を冷却する冷却器と、
   前記冷却器によって冷却された空気を膨張させて前記冷凍庫に供給する膨張タービン
   とを備える
   空気冷媒式冷凍機。
3. 請求項１に記載された空気冷媒式冷凍機であって、
   更に、前記サイクロンに導入される前記第２空気に含まれる水蒸気の凝固を促進する凝固促進手段
   を具備する
   空気冷媒式冷凍機。
4. 請求項３に記載された空気冷媒式冷凍機であって、
   前記凝固促進手段は、前記第２空気に水蒸気を供給する加湿器を含む
   空気冷媒式冷凍機。
5. 請求項４に記載された空気冷媒式冷凍機であって、
   更に、前記第２空気の湿度を検出する湿度センサ
   を具備し、
   前記加湿器は、前記湿度に基づいて前記水蒸気の量を調整する
   空気冷媒式冷凍機。
6. 請求項３に記載された空気冷媒式冷凍機であって、
   前記凝固促進手段は、前記第２空気に微粒子を供給する微粒子噴霧器を含む
   空気冷媒式冷凍機。
7. 請求項３に記載された空気冷媒式冷凍機であって、
   前記凝固促進手段は、前記第２空気が流される配管の内部に設けられた第一の棒を含む
   空気冷媒式冷凍機。
8. 請求項７に記載された空気冷媒式冷凍機であって、
   前記凝固促進手段は更に、前記配管の内部に設けられ、前記第一の棒に対して前記第一の棒の上流における前記配管の流れ方向から見たときに前記第一の棒と重ならない位置に配置された第二の棒を含む
   空気冷媒式冷凍機。
9. 請求項７に記載された空気冷媒式冷凍機であって、
   更に、前記第一の棒の外周に接し、前記配管の外部からの操作により前記第一の棒の延長方向に沿って摺動する霜取り部材
   を具備する
   空気冷媒式冷凍機。
10. 請求項１に記載された空気冷媒式冷凍機であって、
    前記サイクロンは、内壁に雪氷の付着を低減する滑雪剤の層を備える
    空気冷媒式冷凍機。
11. 請求項１に記載された空気冷媒式冷凍機であって、
    更に、前記サイクロンに振動を与える振動子
    を具備する
    空気冷媒式冷凍機。
12. 請求項１に記載された空気冷媒式冷凍機であって、
    更に、前記サイクロンの内壁に接して配置されたガラス繊維と、
    前記サイクロンの外部から、前記内壁に設けられた開口を介して前記ガラス繊維に対して力を加える押し具
    とを具備する
    空気冷媒式冷凍機。

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