JP2008051369A - 冷凍システムおよびこれを備えた保冷庫 - Google Patents

Abstract

【課題】冷蔵あるいは冷凍に利用する比較的蒸発温度が低い冷凍システムにおいて、埃が付着しやすい環境においても簡易な構成で第一の放熱器を冷却する風量をある程度確保することができ、放熱器あるいは圧縮機の異常な温度上昇および高圧圧力の上昇を回避して、冷凍システムの信頼性向上を図る。
【解決手段】送風手段によって供給される外気が第二の放熱器１２Ｂから第一の放熱器１２Ａの順に通過するとともに、第一の放熱器１２Ａを独立フィン型熱交換器で形成し、第二の放熱器１２Ｂを、バイパス風路を有したフィンチューブ型熱交換器で形成することによって、第二の放熱器１２Ｂを小型化するとともに、第二の放熱器１２Ｂの前縁部に大量の埃が付着した場合でもバイパス風路によって第一の放熱器１２Ａを冷却する風量をある程度確保することができ、放熱器あるいは圧縮機の異常な温度上昇および高圧圧力の上昇を回避して、信頼性向上を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒として二酸化炭素を使用した冷凍システムにおいて、冷蔵あるいは冷凍に利用する比較的蒸発温度が低い冷凍システムおよび、この冷凍システムを搭載した保冷庫に関するものである。

近年、冷凍システムに使用される冷媒の地球温暖化に対する影響を削減する要求が高まってきており、地球温暖化に対する影響が小さい自然冷媒として、二酸化炭素を使用した冷凍システムが提案されている。

また、前記二酸化炭素を使用した冷凍システムは、遷臨界サイクルである点を利用して高い出湯温度を得る給湯機等に適用されるとともに、不燃性である点を利用して使用時の冷媒漏洩量が大きいカーエアコンに適用されている。

ここで、二酸化炭素の遷臨界サイクルを使用した冷凍システムは、放熱器内での冷媒の温度変化が大きいため、放熱器を分割することで放熱器の出口付近の冷媒温度を低下させ、効率を向上する冷凍システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

以下、図面を参照しながら従来の冷凍システムについて説明する。

図８は従来の冷凍システムの回路構成図である。

図８に示すように、従来の冷凍システムは、冷媒として二酸化炭素を使用するとともに、圧縮機１、放熱器２、膨張弁３、蒸発器４からなる回路構成を有する。ここで、放熱器２は、第一の放熱器２Ａと第二の放熱器２Ｂからなり、第一の放熱器２Ａと第二の放熱器２Ｂは、直列に接続され、比較的高温となる第一の放熱器２Ａから第二の放熱器２Ｂへの伝熱を抑制している。また、放熱器２を外気で空冷する送風手段５を備えている。

以上のように構成された従来の冷凍システムについて、以下その動作を説明する。

圧縮機１で圧縮されて吐出された冷媒は、第一の放熱器２Ａと第二の放熱器２Ｂで外気温度近傍まで冷却された後、膨張弁３で減圧されて、蒸発器４で蒸発する。そして、蒸発器４で蒸発した冷媒が圧縮機１へ還流する。

このとき、下流にある第二の放熱器２Ｂは、上流にある第一の放熱器２Ａの熱影響を受けず、第二の放熱器２Ｂの出口冷媒は、外気温の近傍まで低下する。これによって、比較的高い冷凍効率が実現できる。
特開２００４−１６２９４５号公報

しかしながら、上記従来の構成では、冷媒温度が外気温の近傍まで低下するとともに、二酸化炭素冷媒の熱伝達率が急激に低下することによって、第一の放熱器２Ａに比べて第二の放熱器２Ｂの放熱能力が著しく低くなるため、放熱器を大型化しなければならないという課題があった。

また、一般に埃が多い周囲環境で用いられる業務用冷凍機器の放熱器のフィン間隔は３〜６ｍｍ程度であるが、放熱能力を向上するため、フィンピッチが極めて小さい例えばフィン間隔が０．５〜２ｍｍのフィンチューブ熱交換器で第二の放熱器２Ｂを構成すると、第二の放熱器２Ｂの前縁部に大量の埃が付着して、送風手段５の放熱作用が全く働かずに、放熱器２あるいは圧縮機１が異常に温度上昇する危険性があった。

本発明は、従来の課題を解決するもので、第二の放熱器２Ｂの小型化を実現しながら、放熱器２あるいは圧縮機１の異常な温度上昇および高圧圧力の上昇を回避して、信頼性向上を図る冷凍システムを提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の冷凍システムおよびこれを備えた保冷庫は、送風手段によって供給される外気が第二の放熱器から第一の放熱器の順に通過する構成とし、さらに前記第一の放熱器を独立フィン型熱交換器で形成し、第二の放熱器を、バイパス風路を有したフィンチューブ型熱交換器で形成したものである。

これによって、第二の放熱器を小型化するとともに、前記第二の放熱器の前縁部に大量の埃が付着した場合でもバイパス風路によって第一の放熱器を冷却する風量をある程度確保することができ、放熱器あるいは圧縮機の異常な温度上昇および高圧圧力の上昇を回避して、信頼性向上を図ることができる。

本発明の冷凍システムおよびこれを備えた保冷庫は、簡易な構成で第一の放熱器を冷却する風量をある程度確保することができ、放熱器あるいは圧縮機の異常な温度上昇および高圧圧力の上昇を回避して、冷凍システムの信頼性向上を図ることができるものである。

請求項１に記載の発明は、圧縮機、第一の放熱器、第二の放熱器、絞り装置、蒸発器の順に循環する冷媒回路と、前記第一の放熱器と前記第二の放熱器に空気を供給する第一の送風手段を備え、前記第一の放熱器と第二の放熱器の配置を、前記第一の送風手段による空気が前記第二の放熱器を通過後に前記第一の放熱器を通過する配置とし、さらに前記第一の放熱器を、独立フィン型熱交換器で構成したものである。

かかる構成とすることにより、比較的温度の高い第一の放熱器内における相互の熱影響を抑えて出口冷媒の温度を下げることで、第二の放熱器に対する第一の放熱器の熱影響を抑制することができ、前記第二の放熱器の小型化を図ることができる。

請求項２に記載の発明は、冷媒として二酸化炭素を主成分とする自然冷媒を使用したものである。

かかることにより、二酸化炭素の単独冷媒、あるいは二酸化炭素と炭化水素との混合冷媒等の放熱器内で超臨界状態となる自然冷媒を用いることで、冷媒漏洩時の地球温暖化の影響が抑制できるとともに、臨界温度よりも高く熱伝達率が良好な第一の放熱器における放熱量を確保して第二の放熱器の小型化を図ることができる。

請求項３に記載の発明は、前記第二の放熱器を、バイパス風路を有する構成としたものである。

かかる構成とすることにより、フィンピッチが極めて小さいフィンチューブ型熱交換器で第二の放熱器を構成しても、前記第二の放熱器の前縁部に大量の埃が付着した場合であっても、前記バイパス風路によって第一の放熱器を冷却する風量をある程度確保することができ、放熱器あるいは圧縮機の異常な温度上昇および高圧圧力の上昇を回避して、信頼性の向上を図ることができる。

請求項４に記載の発明は、前記第一の送風手段と前記第二の放熱器を繋ぐ送風空間に、前記送風空間の静圧が大きくなると外部に開口するダンパーを備えたものである。

かかる構成とすることにより、フィンピッチが極めて小さいフィンチューブ型熱交換器で第二の放熱器を構成しても、前記第二の放熱器の前縁部に大量の埃が付着して前記送風空間の静圧が大きくなった場合にバイパス風路が形成され、そのバイパス風路によって第一の放熱器を冷却する風量をある程度確保することができ、放熱器あるいは圧縮機の異常な温度上昇および高圧圧力の上昇を回避することができる。また、前記第二の放熱器の前縁部に埃の付着がない場合には、前記バイパス風路を閉じることができ、第一の送風手段が生成する風量のすべてを前記第二の放熱器の冷却に有効に利用することができる。

請求項５に記載の発明は、前記第二の放熱器の配管温度が所定値を越えた場合、前記第一の送風手段の風量を最大とするものである。

かかる構成とすることにより、前記第二の放熱器の前縁部に大量の埃が付着した場合に、前記第一の送風手段の風量を最大としてバイパス風路によって第一の放熱器を冷却する風量をある程度確保することができ、放熱器あるいは圧縮機の異常な温度上昇および高圧圧力の上昇を回避するとともに、第二の放熱器の前縁部に埃の付着が少ない場合には、前記第一の送風手段の風量を抑制してバイパス風路を確実に閉じることができ、第一の送風手段が生成する風量すべてを第二の放熱器の冷却に有効に利用することができる。

請求項６に記載の発明は、前記第二の放熱器の前縁部を異形形状としたもので、かかることにより、フィンピッチが極めて小さいフィンチューブ型熱交換器で第二の放熱器を構成しても、第二の放熱器における前縁部の沿面距離が長く形成されているため、埃が付着した場合の風量の低下を抑制することができ、放熱器あるいは圧縮機の異常な温度上昇および高圧圧力の上昇を回避して、信頼性向上を図ることができる。

請求項７に記載の発明は、上記請求項１から６のいずれか一項に記載の冷凍システムを搭載し、貯蔵物を冷蔵あるいは冷凍温度で保存する保冷庫としたもので、かかることにより、特に蒸発温度が低い運転条件であっても放熱器あるいは圧縮機の異常な温度上昇および高圧圧力の上昇を回避して、特に吐出ガス温度の異常な上昇を抑制することで信頼性の向上を図ることができる。

以下、本発明による冷凍システム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、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１における冷凍システムの冷媒回路図、図２は、同実施の形態１における第一の放熱器の模式図、図３は、同実施の形態１における第二の放熱器の模式図、図４は、同実施の形態１における第二の放熱器とチャンバーの模式図である。

図１、図２、図３、図４に示すように、実施の形態１の冷凍システムは、冷媒として二酸化炭素を使用し、また、回転数を可変することで能力可変可能な能力可変圧縮機１１、放熱器１２、電動膨張弁１３、蒸発器１４を環状に連結した冷凍サイクルの回路構成を有する。

ここで、放熱器１２は、第一の放熱器１２Ａと第二の放熱器１２Ｂに分割された構成であり、第一の放熱器１２Ａと第二の放熱器１２Ｂは、直列に接続されているが、前述の分割構成により、比較的高温となる第一の放熱器１２Ａから第二の放熱器１２Ｂへの伝熱を抑制している。

第一の放熱器１２Ａは、図２に示す如く冷媒配管１２Ｃに、一枚のフィン１２Ｄを巻きつけたスパイラルフィン型と称される独立フィン型熱交換器で構成され、フィン間隔ｒは５ｍｍに設定されている。

また、第二の放熱器１２Ｂは、多数枚を並設したフィン１２Ｅと、このフィン１２Ｅを貫通する冷媒配管１２Ｆからなるフィンチューブ型熱交換器からなり、フィン間隔ｓは１ｍｍに設定されている。

また、本実施の形態１の冷凍システムは、放熱器１２を外気で空冷する第一の送風機１５と、蒸発器１４の冷気で貯蔵室３３を冷却する第二の送風機１６を備えている。ここで、第一の送風機１５は、第二の放熱器１２Ｂと一体に構成されたチャンバー１７に取り付けられており、第二の放熱器１２Ａを通過してチャンバー１７に開放された外気と、外部とチャンバー１７を繋ぐ空間であるバイパス風路１２Ｇから侵入する外気を吸引してチャンバー１７の外に排気するものである。

結果として、第一の送風機１５は、外気を第二の放熱器１２Ｂ、チャンバー１７、第一の送風機１５、第一の放熱器１２Ａの順に送風して、放熱器１２を空冷している。バイパス風路１２Ｇは、図４に示す如く第二の放熱器１２Ｂにおけるフィン１２Ｅの下部に設けられた高さｔの空間を入口としており、常に外部とチャンバー１７を繋いでいる。なお、高さｔの寸法は、第二の放熱器１２Ｂが閉塞した場合に最低限の風量を確保するとともに、通常時に第二の放熱器１２Ｂを通過する適正な風量を確保することを勘案して決定されるが、一般の業務用冷凍機器においては１０〜３０ｍｍ程度が望ましい。

以上のように構成された実施の形態１の冷凍システムについて、以下その動作を説明する。

能力可変圧縮機１１で圧縮されて吐出された冷媒は、第一の放熱器１２Ａで二酸化炭素冷媒の臨界温度より１０〜２０℃高い温度まで冷却され、さらに第二の放熱器１２Ｂで外気温度近傍まで冷却された後、電動膨張弁１３で減圧されて、蒸発器１４で蒸発する。そして、蒸発器１４で完全に蒸発したガス冷媒が能力可変圧縮機１１へ還流する。

一般に、二酸化炭素冷媒を用いた冷凍システムにおいては、冷凍能力および冷凍効率を向上するために、外気温度が臨界温度を越えるような高い場合には、放熱器１２で冷却される冷媒を超臨界状態に維持することから、外気温度が比較的高い条件においては、第一の放熱器１２Ａと第二の放熱器１２Ｂともに臨界点を越えて冷却される冷媒は超臨界状態となる。

一方、外気温度が比較的低い条件においてはシステム全体の圧力が低下することで、第一の放熱器１２Ａから第二の放熱器１２Ｂまで冷却される間にガス冷媒の一部が液化して飽和状態となる。

いずれの場合でも、第二の放熱器１２Ｂに比べて第一の放熱器１２Ａの平均温度は高いが、特に外気温度が比較的高い条件では超臨界状態となり、第二の放熱器１２Ｂと第一の放熱器１２Ａにおける平均温度の差は大きくなる。

また、一般に、二酸化炭素冷媒を用いた冷凍システムにおいては、冷凍能力および冷凍効率を向上するために、放熱器１２の出口冷媒の温度をできるだけ低下させて外気温度に近づけることが望ましい。

本実施の形態１においては、放熱器１２を、第一の放熱器１２Ａと第二の放熱器１２Ｂに分割して、比較的高温となる第一の放熱器１２Ａから第二の放熱器１２Ｂへの伝熱を抑制するとともに、第一の放熱器１２Ａを冷媒配管１２Ｃに一枚のフィン１２Ｄを巻きつけてなる独立フィン型熱交換器で形成することで、第一の放熱器１２Ａの入口側における高温部と出口側の低温部との内部での熱交換を抑制することができる。その結果、第二の放熱器１２Ｂの入口側における冷媒配管１２Ｆと熱結合する第一の放熱器１２Ａの出口側における冷媒配管１２Ｃの温度を下げて、さらに第二の放熱器１２Ｂに対する伝熱を抑制することができる。

ここで、第一の放熱器１２Ａは、外気温との差が比較的大きく、かつ二酸化炭素冷媒の熱伝達率が大きいので、例えば３〜６ｍｍの比較的大きいフィン間隔としてもよいが、第二の放熱器１２Ｂに対する伝熱を抑制するために、第一の放熱器１２Ａの出口側における冷媒配管１２Ｃの温度は外気温度との差を１０℃以内に保つことが望ましい。

また、第二の放熱器１２Ｂを、比較的小さいフィン間隔で多数枚並設したフィン１２Ｅと、このフィン１２Ｅを貫通する冷媒配管１２Ｆからなるフィンチューブ型熱交換器で形成することにより、外気温度との差が比較的小さく、かつ二酸化炭素冷媒の熱伝達率が小さく放熱能力が低下する第二の放熱器１２Ｂを小型化することができる。特に、二酸化炭素冷媒を用いた場合、耐圧を確保するために厚い肉厚の冷媒配管１２Ｆを用いるので、例えば０．５〜２ｍｍの比較的小さいフィン間隔として冷媒配管１２Ｆの全長を短くすることがコストの点でも有利である。

また、本実施の形態１においては、第二の放熱器１２Ｂは、フィン１２Ｅの下部に外部とチャンバー１７を繋ぐ空間であるバイパス風路１２Ｇを有しているので、フィン１２Ｅの前縁部に埃等が付着してフィン１２Ｅ間が閉塞した場合でも、バイパス風路１２Ｇを介して外気を導入し、第一の放熱器１２Ａを冷却することができるため、放熱器１２あるいは能力可変圧縮機１１が異常に温度上昇し、あるいは温度上昇に伴って異常に高圧圧力が上昇することがない。

以上のように、本実施の形態１においては、第一の送風機１５によって供給される外気が、第二の放熱器１２Ｂから第一の放熱器１２Ａの順に通過するとともに、第一の放熱器１２Ａを、独立フィン型熱交換器で形成し、第二の放熱器１２Ｂを、バイパス風路１２Ｇを有したフィンチューブ型熱交換器で形成することによって、第二の放熱器１２Ｂを小型化するとともに、第二の放熱器１２Ｂの前縁部に大量の埃が付着した場合でもバイパス風路１２Ｇによって第一の放熱器１２Ａを冷却する風量をある程度確保することができ、放熱器１２あるいは能力可変圧縮機１１の異常な温度上昇および高圧圧力の上昇を回避して、信頼性の向上を図ることができる。

なお、本実施の形態１においては、第二の放熱器１２Ｂの前縁部に大量の埃が付着したことを検知しない仕様としたが、第二の放熱器１２Ｂの冷媒配管１２Ｆと外気温度との差が基準値以上となった場合に埃の付着ありと判定する温度検知手段、制御手段を設け、その検出信号によって第一の送風機１５の回転数を増加させてバイパス風路１２Ｇから流入する風量を増大する構成としてもよい。

また、本実施の形態１においては、自然冷媒として二酸化炭素の単独冷媒を使用したが、二酸化炭素に炭化水素等の自然冷媒を混合した混合冷媒を使用しても、外気温度が臨界温度を越えるような高い場合に、放熱器１２で冷却される冷媒を超臨界状態に維持する遷臨界サイクルを形成していれば同様の効果が期待できる。

また、本実施の形態１においては、第一の放熱器１２Ａを冷媒配管１２Ｃに一枚のフィン１２Ｄを巻きつけてなる独立フィン型熱交換器としたが、独立した複数のフィンを冷媒配管に取り付けた独立フィン型熱交換器としても、各列あるいは各段の冷媒配管同士でフィンを共有しないため、熱結合が生じないので同様の効果が期待できる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における第二の放熱器とチャンバーの模式図である。なお、実施の形態１の冷凍システムと同一の構成要素については同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。

本実施の形態２の冷凍システムは、第二の放熱器１２Ｂの風路構成を除いて放熱器１２を流れる風の流れ、および冷凍サイクルの構成を、先の実施の形態１と同一の構成としているため、ここでは第二の放熱器１２Ｂの構成を中心に説明する。

第一の送風機１５は、第二の放熱器１２Ｂと一体に構成されたチャンバー１７に取り付けられており、第二の放熱器１２Ａを通過してチャンバー１７に開放された外気と、外部とチャンバー１７を繋ぐ空間であるバイパス風路１２Ｈから侵入する外気を吸引して、チャンバー１７の外に排気するものである。

結果として、第一の送風機１５は、先の実施の形態１と同様に、外気を第二の放熱器１２Ｂ、チャンバー１７、第一の送風機１５、第一の放熱器１２Ａの順に送風して、放熱器１２を空冷している。

バイパス風路１２Ｈは、チャンバー１７の下部に設けられた空間であり、通常はダンパーＩによって閉塞されているが、フィン１２Ｅ等の目詰まり等に起因してチャンバー１７内の負圧が大きくなると、その差圧によって開放動作し、外部とチャンバー１７を繋ぐものである。

以上のように構成された本実施の形態２の冷凍システムについて、以下その動作を説明する。

第二の放熱器１２Ｂにおけるフィン１２Ｅの前縁部に埃等が付着していない場合は、第一の送風機１５は、外気を第二の放熱器１２Ｂからチャンバー１７、第一の送風機１５、第一の放熱器１２Ａの順に送風して、放熱器１２を空冷している。

このとき、ダンパー１２Ｉは、チャンバー１７内の圧力が所定値にあるため閉塞しており、バイパス風路１２Ｈからチャンバー１７内に外気は流入しない。

そして、第二の放熱器１２Ｂにおけるフィン１２Ｅの前縁部に埃等が付着し、目詰まりを生じて閉塞した場合には、通常よりもチャンバー１７内の負圧が大きくなることでダンパー１２Ｉが開放し、バイパス風路１２Ｈからチャンバー１７内に外気が流入する。

その結果、第一の送風機１５は、外気をバイパス風路１２Ｈからチャンバー１７、第一の送風機１５、第一の放熱器１２Ａの順に送風して第一の放熱器１２Ａを冷却することができ、放熱器１２あるいは能力可変圧縮機１１が異常に温度上昇あるいは温度上昇に伴って異常に高圧圧力が上昇することがない。

以上のように、本実施の形態２においては、第一の送風機１５によって供給される外気が第二の放熱器１２Ｂから第一の放熱器１２Ａの順に通過するとともに、第一の放熱器１２Ａを先の実施の形態１と同様に独立フィン型熱交換器で形成し、第二の放熱器１２Ｂを、図５に示す如くバイパス風路１２Ｈを有したフィンチューブ型熱交換器で形成することによって、第二の放熱器１２Ｂを小型化するとともに、第二の放熱器１２Ｂの前縁部に大量の埃が付着した場合でも、バイパス風路１２Ｈによって第一の放熱器１２Ａを冷却する風量をある程度確保することができ、放熱器１２あるいは能力可変圧縮機１１の異常な温度上昇および高圧圧力の上昇を回避して、信頼性の向上を図ることができる。

また、第二の放熱器１２Ｂの前縁部に埃が付着していない場合には、ダンパー１２Ｉでバイパス風路１２Ｈを塞ぐことで効率よく第二の放熱器１２Ｂを冷却することができる。

なお、本実施の形態２においては、第二の放熱器１２Ｂの前縁部に大量の埃が付着したことを検知しない仕様としたが、第二の放熱器１２Ｂの冷媒配管１２Ｆと外気温度との差が基準値以上となった場合に埃の付着ありと判定する温度検知手段、制御手段を設け、その検出信号によって第一の送風機１５の回転数を増加させてバイパス風路１２Ｈから流入する風量を増大する構成としてもよい。

また、本実施の形態においては、自然冷媒として二酸化炭素の単独冷媒を使用したが、二酸化炭素に炭化水素等の自然冷媒を混合した混合冷媒を使用しても、外気温度が臨界温度を越えるような高い場合に、放熱器１２で冷却される冷媒を超臨界状態に維持する遷臨界サイクルを形成していれば同様の効果が期待できる。

また、本実施の形態においては、第一の放熱器１２Ａを冷媒配管１２Ｃに一枚のフィン１２Ｄを巻きつけてなる独立フィン型熱交換器としたが、独立した複数のフィンを冷媒配管に取り付けた独立フィン型熱交換器としても、各列あるいは各段の冷媒配管同士でフィンを共有しないため熱結合が生じないので同様の効果が期待できる。

（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３における第二の放熱器とチャンバーの模式図である。なお、実施の形態１の冷凍システムと同一の構成要素については同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。

本実施の形態３の冷凍システムは、第二の放熱器１２Ｂの風路構成を除いて放熱器１２を流れる風の流れ、および冷凍サイクルの構成を、先の実施の形態１と同一の構成としているため、ここでは第二の放熱器１２Ｂの構成を中心に説明する。

第一の送風機１５は、第二の放熱器１２Ｂと一体に構成されたチャンバー１７に取り付けられており、第二の放熱器１２Ａを通過してチャンバー１７に開放された外気と、外部とチャンバー１７を繋ぐ空間であるバイパス風路１２Ｇから侵入する外気を吸引して、チャンバー１７の外に排気するものである。

結果として、第一の送風機１５は、先の実施の形態１と同様に、外気を第二の放熱器１２Ｂ、チャンバー１７、第一の送風機１５、第一の放熱器１２Ａの順に送風して、放熱器１２を空冷している。

バイパス風路１２Ｇは、図６に示す如く第二の放熱器１２Ｂにおけるフィン１２Ｊの下部に設けられた高さｔの空間を入口としており、先の実施の形態１と同様に常に外部とチャンバー１７を繋いでいる。

以上のように構成された本実施の形態３の冷凍システムについて、以下その動作を説明する。

第二の放熱器１２Ｂにおけるフィン１２Ｊの前縁部に埃等が付着した場合、埃が付着していない場合に比べて風路抵抗が増大していくが、前縁部が図６に示す如く台形を基調とする異形形状に形成されたフィン１２Ｊは、前縁部がフラットであるものと比較して前縁部の沿面距離が長いため、風路抵抗の増大が抑制される。

その結果、埃が多い環境に設置された場合でも、付着した埃を除去するメンテナンスを定期的に行うことで、放熱器１２を空冷する風量を十分確保することができる。

また、第二の放熱器１２Ｂはフィン１２Ｊの下部に外部とチャンバー１７を繋ぐ空間であるバイパス風路１２Ｇを有しているので、フィン１２Ｊの前縁部に埃等が大量に付着して閉塞した場合でも、バイパス風路１２Ｇを介して外気を導入し、第一の放熱器１２Ａを冷却することができるため、放熱器１２あるいは能力可変圧縮機１１が異常に温度上昇あるいは温度上昇に伴って異常に高圧圧力が上昇することがない。

以上のように、本実施の形態３においては、第一の送風機１５によって供給される外気が第二の放熱器１２Ｂから第一の放熱器１２Ａの順に通過するとともに、第一の放熱器１２Ａを独立フィン型熱交換器で形成し、第二の放熱器１２Ｂを、バイパス風路１２Ｇを形成するフィンチューブ型熱交換器で構成することによって、第二の放熱器１２Ｂを小型化することができ、また第二の放熱器１２ＢにおけるフィンＪの前縁部を異形形状とすることで、前縁部の沿面距離を長くして、埃付着時の風路抵抗の増大を抑制することができる。

また、第二の放熱器１２Ｂの前縁部に大量の埃が付着した場合でも、バイパス風路１２Ｇによって第一の放熱器１２Ａを冷却する風量をある程度確保することができ、放熱器１２あるいは能力可変圧縮機１１の異常な温度上昇および高圧圧力の上昇を回避して、信頼性の向上を図ることができる。

なお、本実施の形態３においては、第二の放熱器１２Ｂの前縁部に大量の埃が付着したことを検知しない仕様としたが、第二の放熱器１２Ｂの冷媒配管１２Ｆと外気温度との差が基準値以上となった場合に埃の付着ありと判定する温度検知手段、制御手段を設け、その検出信号によって第一の送風機１５の回転数を増加させてバイパス風路１２Ｇから流入する風量を増大する構成としてもよい。

また、本実施の形態１においては、自然冷媒として二酸化炭素の単独冷媒を使用したが、二酸化炭素に炭化水素等の自然冷媒を混合した混合冷媒を使用しても、外気温度が臨界温度を越えるような高い場合に、放熱器１２で冷却される冷媒を超臨界状態に維持する遷臨界サイクルを形成していれば同様の効果が期待できる。

また、本実施の形態においては、第一の放熱器１２Ａを冷媒配管１２Ｃに一枚のフィン１２Ｄを巻きつけてなる独立フィン型熱交換器としたが、独立した複数のフィンを冷媒配管に取り付けた独立フィン型熱交換器としても、各列あるいは各段の冷媒配管同士でフィンを共有しないため熱結合が生じないので同様の効果が期待できる。

（実施の形態４）
図７は、本発明の実施の形態４における保冷庫の冷媒回路図である。なお、先の実施の形態１における冷凍システムと同一の構成要素については同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。

図７に示すように、実施の形態４における保冷庫の冷凍システムは、先の実施の形態１と同様に、冷媒として二酸化炭素を使用するとともに、回転数を可変することで能力可変可能な能力可変圧縮機１１、第一の放熱器１２Ａと第二の放熱器１２Ｂに分割された放熱器１２、電動膨張弁１３、蒸発器１４を具備する冷凍サイクルの回路構成を有する。また、第二の放熱器１２Ｂに流入する冷媒の温度を検知する入口温度センサー３０と、第二の放熱器１２Ｂから流出する冷媒の温度を検知する出口温度センサー３１と、外気の温度を検知する外気温度センサー３２を備えている。

また、本実施の形態４における保冷庫の冷凍システムは、放熱器１２を外気で空冷する第一の送風機１５と、蒸発器１４の冷気で貯蔵室３３を冷却する第二の送風機１６を備えている。ここで、第一の送風機１５は、第二の放熱器１２Ｂと一体に構成されたチャンバー１７に取り付けられており、第二の放熱器１２Ｂを通過してチャンバー１７に開放された外気と、外部とチャンバー１７を繋ぐ空間であるバイパス風路１２Ｇから侵入する外気を吸引してチャンバー１７の外に排気するものである。

結果として、第一の送風機１５は、外気を第二の放熱器１２Ｂからチャンバー１７、第一の送風機１５、第一の放熱器１２Ａの順に送風して、放熱器１２を空冷している。

また、図７に示すように、実施の形態４の保冷庫は、食品等の熱負荷を冷蔵する貯蔵室３３の下部に機械室３４を設け、能力可変圧縮機１１や放熱器１２等を配置するとともに、貯蔵室３３と機械室３４の間に設けた断熱壁３５の中に、蒸発器１４や電動膨張弁１３等を配置している。

以上のように構成された実施の形態４の保冷庫について、以下その動作を説明する。

能力可変圧縮機１１で圧縮されて吐出された冷媒は、第一の放熱器１２Ａで二酸化炭素冷媒の臨界温度より１０〜２０℃高い温度まで冷却され、さらに第二の放熱器１２Ｂで外気温度近傍まで冷却された後、電動膨張弁１３で減圧されて、蒸発器１４で蒸発する。そして、蒸発器１４で完全に蒸発したガス冷媒が能力可変圧縮機１１へ還流する。

本実施の形態４の保冷庫においては、放熱器１２を第一の放熱器１２Ａと第二の放熱器１２Ｂに分割して、比較的高温となる第一の放熱器１２Ａから第二の放熱器１２Ｂへの伝熱を抑制するとともに、第一の放熱器１２Ａを図１に示す如く冷媒配管１２Ｃに一枚のフィン１２Ｄを巻きつけてなる独立フィン型熱交換器で形成することで、第一の放熱器１２Ａにおける入口側の高温部と出口側の低温部との内部での熱交換を抑制することができ、また図３に示す如く構成の第二の放熱器１２Ｂにおける入口側の冷媒配管１２Ｆと熱結合する出口側の冷媒配管１２Ｃの温度を下げて、さらに第二の放熱器１２Ｂに対する伝熱を抑制することができる。

また、第二の放熱器１２Ｂを比較的小さいフィン間隔で多数枚並設したフィン１２Ｅと、このフィン１２Ｅを貫通する冷媒配管１２Ｆからなるフィンチューブ型熱交換器で形成することにより、外気温度との差が比較的小さく、かつ二酸化炭素冷媒の熱伝達率が小さくて放熱能力が低下する第二の放熱器１２Ｂを小型化することができる。

また、本実施の形態４の保冷庫においては、第二の放熱器１２Ｂの構成を、フィン１２Ｅの下部に外部とチャンバー１７を繋ぐ空間であるバイパス風路１２Ｇを設けた構成としているので、フィン１２Ｅの前縁部に埃等が付着して目詰まりを生じ、閉塞した場合でも、バイパス風路１２Ｇを介して外気を導入して第一の放熱器１２Ａを冷却することができ、放熱器１２あるいは能力可変圧縮機１１が異常に温度上昇あるいは温度上昇に伴って異常に高圧圧力が上昇することがない。

また、入口温度センサー３０と出口温度センサー３１との検知温度の差が、外気温度センサー３２の検知温度によって決まる基準値を下回った場合、第二の放熱器１２Ｂの放熱能力が低下したと判断して、第一の送風機１５の回転数を増加させる。

これによって、フィン１２Ｅの前縁部に埃等が付着して閉塞し、第二の放熱器１２Ｂの放熱能力が低下した場合に、第一の送風機１５の回転数を増加させることで第一の放熱器１２Ａの冷却をさらに促進することができる。

以上のように、本実施の形態４においては、実施の形態１の冷凍システムと同様に、第一の送風機１５によって供給される外気が、第二の放熱器１２Ｂから第一の放熱器１２Ａの順に通過するとともに、第一の放熱器１２Ａを独立フィン型熱交換器で形成し、第二の放熱器１２Ｂを、バイパス風路１２Ｇを有したフィンチューブ型熱交換器で形成することによって、第二の放熱器１２Ｂを小型化することができる。

さらに、第二の放熱器１２Ｂの前縁部に大量の埃が付着した場合でも、バイパス風路１２Ｇによって第一の放熱器１２Ａを冷却する風量を十分に確保することができ、放熱器１２あるいは能力可変圧縮機１１の異常な温度上昇および高圧圧力の上昇を回避して、信頼性の向上を図ることができる。

また、本実施の形態においては、自然冷媒として二酸化炭素の単独冷媒を使用したが、二酸化炭素に炭化水素等の自然冷媒を混合した混合冷媒を使用しても、外気温度が臨界温度を越えるような高い場合に、放熱器で冷却される冷媒を超臨界状態に維持する遷臨界サイクルを形成していれば同様の効果が期待できる。

さらに、本実施の形態においては、第一の放熱器１２Ａを冷媒配管１２Ｃに一枚のフィン１２Ｄを巻きつけてなる独立フィン型熱交換器としたが、独立した複数のフィンを冷媒配管に取り付けた独立フィン型熱交換器としても、各列あるいは各段の冷媒配管同士でフィンを共有しないため熱結合が生じないので同様の効果が期待できる。

以上のように、本発明にかかる冷凍システムおよびこれを備えた保冷庫は、第一の放熱器を独立フィン型熱交換器で形成し、第二の放熱器を、バイパス風路を有したフィンチューブ型熱交換器で形成するという簡易な構成で、第二の放熱器を小型化することができ、また第二の放熱器の前縁部に大量の埃が付着した場合でも、バイパス風路によって第一の放熱器を冷却する風量をある程度確保することができ、放熱器あるいは圧縮機の異常な温度上昇および高圧圧力の上昇を回避して、冷凍システムの信頼性向上を図ることができるので、冷媒のノンフロン化と機器の省エネルギー化が要求されるショーケースや業務用冷凍冷蔵庫、自動販売機等の冷蔵あるいは冷凍機器にも広く適用できる。

本発明の実施の形態１における冷凍システムの冷媒回路図 同実施の形態１における第一の放熱器の模式図 同実施の形態１における第二の放熱器の模式図 同実施の形態１における第二の放熱器とチャンバーの模式図 本発明の実施の形態２における第二の放熱器とチャンバーの模式図 本発明の実施の形態３における第二の放熱器とチャンバーの模式図 本発明の実施の形態４における保冷庫の冷媒回路図 従来例を示す冷凍システムの回路構成図

符号の説明

１１ 能力可変圧縮機（圧縮機）
１２Ａ 第一の放熱器
１２Ｂ 第二の放熱器
１２Ｇ バイパス風路
１２Ｈ バイパス風路
１２Ｉ ダンパー
１３ 膨張弁
１４ 蒸発器
１５ 第一の送風機
１６ 第二の送風機
１７ チャンバー

Claims (7)

1. 圧縮機、第一の放熱器、第二の放熱器、絞り装置、蒸発器の順に循環する冷媒回路と、前記第一の放熱器と前記第二の放熱器に空気を供給する第一の送風手段を備え、前記第一の放熱器と第二の放熱器の配置を、前記第一の送風手段による空気が前記第二の放熱器を通過後に前記第一の放熱器を通過する配置とし、さらに前記第一の放熱器を、独立フィン型熱交換器で構成した冷凍システム。
2. 冷媒として二酸化炭素を主成分とする自然冷媒を使用した請求項１に記載の冷凍システム。
3. 前記第二の放熱器を、バイパス風路を有する構成とした請求項１または２に記載の冷凍システム。
4. 前記第一の送風手段と前記第二の放熱器を繋ぐ送風空間に、前記送風空間の静圧が大きくなると外部に開口するダンパーを備えた請求項３に記載の冷凍システム。
5. 前記第二の放熱器の配管温度が所定値を越えた場合、前記第一の送風手段の風量を最大とする請求項４に記載の冷凍システム。
6. 前記第二の放熱器の前縁部を異形形状とした請求項１から５のいずれか一項に記載の冷凍システム。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の冷凍システムを搭載し、貯蔵物を冷蔵あるいは冷凍温度で保存する保冷庫。

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