JP2019113207A - Cooler using air refrigerant cycle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空気冷媒サイクルを用いた冷却装置に関する。 The present invention relates to a cooling device using an air refrigerant cycle.
種々の素材や加工品並びに生鮮食料品等を保存するために倉庫等の被冷却室に適用される冷却装置が広く知られている。このような冷却装置にあっては、従来、フロンなどの冷媒を利用していたが、近年、環境保全の観点から空気冷媒を用いた冷却装置が求められている。 DESCRIPTION OF RELATED ART The cooling device applied to to-be-cooled rooms, such as a warehouse, in order to preserve | save various raw materials, processed products, fresh food etc. is known widely. In such a cooling device, a refrigerant such as fluorocarbon was conventionally used, but in recent years, a cooling device using an air refrigerant is required from the viewpoint of environmental protection.
空気冷媒を用いた冷却装置として、例えば、特許文献1に示されるように、被冷却室から配管経路内に取り込んだ空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機により圧縮された高圧高温の空気を冷却する熱交換器と、熱交換器により冷却された高圧低温の空気を低圧(略1気圧)に膨張させる膨張機と、を備え、膨張機により膨張された超低温の空気を配管経路から被冷却室に供給する開放式の空気冷媒サイクルを用いた冷却装置がある。 As a cooling device using an air refrigerant, for example, as disclosed in Patent Document 1, a compressor that compresses air taken into a pipe path from a chamber to be cooled, and high-pressure high-temperature air compressed by the compressor are cooled Heat exchanger, and an expander for expanding high-pressure low-temperature air cooled by the heat exchanger to a low pressure (approximately 1 atmosphere), and the cryogenic air expanded by the There is a cooling system using an open air refrigerant cycle that supplies
このような開放式の空気冷媒サイクルを用いた冷却装置にあっては、被冷却室の出入口から流入する外気(大気)や該被冷却室内で作業する作業者の呼気が混入することがあり、これらの外気や呼気により冷却装置内の空気に含まれる水分量が変化するため、冷却装置の配管経路内、特に温度が低い膨張機の下流側で空気中の水分が凝固して霜が形成され、この霜を多く含む超低温の空気が被冷却室に吹出されることがあった。そこで、特許文献1の冷却装置は、膨張機と被冷却室との間に超低温の空気に含まれる水分を捕集する除霜器を設けている。 In a cooling device using such an open air refrigerant cycle, the outside air (atmosphere) flowing in from the inlet / outlet of the chamber to be cooled and the breath of the worker working in the chamber may be mixed. Since the amount of water contained in the air in the cooling device changes due to the outside air or exhalation, the water in the air coagulates in the piping path of the cooling device, particularly on the downstream side of the expander having a low temperature, and frost is formed. In some cases, extremely low temperature air containing a large amount of frost is blown into the chamber to be cooled. Then, the cooling device of patent document 1 has provided the defroster which collects the water | moisture content contained in air of ultra-low temperature between an expander and a to-be-cooled room.
特許文献1の冷却装置にあっては、霜が発生しやすい膨張機の下流側に除霜器が設けられているため、超低温の空気中の水分を効率的に捕集して、被冷却室への霜の吹出しを抑制できるようになっているものの、除霜器内に霜が捕集される量が多いことから、除霜器が目詰まりを起こしやすく、除霜器内に付着した霜を除去するためのデフロスト運転を頻繁に行う必要があった。デフロスト運転を行うときには、冷却運転を停止させることとなるため、被冷却室を安定して所期の温度に冷却できず、室内温度が上昇してしまう虞があった。 In the cooling device of Patent Document 1, since the defroster is provided on the downstream side of the expander, which is likely to generate frost, the moisture in the air at extremely low temperature can be efficiently collected, and the cooling chamber can be cooled. Although it is possible to suppress the blowing out of the frost, it is easy for the defroster to be clogged because the amount of the frost collected in the defroster is large, and the frost attached to the defroster There was a need to perform defrost operation frequently to eliminate it. Since the cooling operation is stopped when performing the defrosting operation, there is a possibility that the room to be cooled can not be stably cooled to the desired temperature, and the room temperature may rise.
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、冷却運転時間を長くすることができる空気冷媒サイクルを用いた冷却装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and it is an object of the present invention to provide a cooling device using an air refrigerant cycle that can extend the cooling operation time.
前記課題を解決するために、本発明の空気冷媒サイクルを用いた冷却装置は、
被冷却室から回収した空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された空気を冷却する熱交換器と、前記熱交換器により冷却された空気を膨張させる膨張機と、前記膨張機から前記被冷却室に流れる空気に含まれる水分を霜として捕集する除霜器と、を備えた空気冷媒サイクルを用いた冷却装置であって、
前記熱交換器と前記膨張機との間には、前記熱交換器から前記膨張機に流れる空気に含まれる水分を除去する除湿手段が設けられていることを特徴としている。
この特徴によれば、除湿手段により熱交換器から膨張機に流れる空気に含まれる水分が除去されることにより、膨張機から被冷却室に流れる空気に含まれる水分量を少なくでき、除霜器が目詰まりするまでの時間を延ばすことができるため、冷却装置の冷却運転時間を長くすることができる。
In order to solve the above-mentioned subject, a cooling device using an air refrigerant cycle of the present invention is:
From the compressor for compressing the air recovered from the cooled chamber, the heat exchanger for cooling the air compressed by the compressor, the expander for expanding the air cooled by the heat exchanger, and the expander A cooling device using an air refrigerant cycle, comprising: a defroster for collecting as a frost the water contained in the air flowing into the room to be cooled;
A dehumidifying unit is provided between the heat exchanger and the expander for removing moisture contained in the air flowing from the heat exchanger to the expander.
According to this feature, the moisture contained in the air flowing from the heat exchanger to the expander is removed by the dehumidifying means, whereby the amount of moisture contained in the air flowing from the expander to the cooled chamber can be reduced. Can extend the time until clogging occurs, so the cooling operation time of the cooling device can be extended.
前記除湿手段は、前記熱交換器から前記膨張機に流れる空気を冷却して結露させることを特徴としている。
この特徴によれば、熱交換器から膨張機に流れる空気を冷却して結露させることで、熱交換器から膨張機に流れる空気に含まれる水分を除去することができる。
The dehumidifying means is characterized in that the air flowing from the heat exchanger to the expander is cooled to cause dew condensation.
According to this feature, it is possible to remove moisture contained in the air flowing from the heat exchanger to the expander by cooling and condensing the air flowing from the heat exchanger to the expander.
前記除湿手段は、前記膨張機と前記被冷却室とを連通する流路の一部が、前記熱交換器と前記膨張機とを連通する流路の近傍まで延びて構成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、膨張機と被冷却室とを連通する流路を流れる空気を利用して、熱交換器と膨張機とを連通する流路を流れる空気を冷却することができるため、新たに除湿手段を用意する必要がなく、冷却装置を簡素化できる。
The dehumidifying unit is characterized in that a part of a flow passage communicating the expander with the cooled chamber extends to the vicinity of a flow passage communicating the heat exchanger with the expander. And
According to this feature, it is possible to cool the air flowing through the flow passage connecting the heat exchanger and the expander using the air flowing through the flow passage connecting the expander and the cooled chamber. It is not necessary to provide a dehumidifying means in order to simplify the cooling device.
前記除湿手段は、前記除霜器と前記被冷却室とを連通する流路が、前記熱交換器と前記膨張機とを連通する流路の近傍まで延びて構成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、除霜器で霜が捕集された後に除霜器と被冷却室とを連通する流路を通過する空気を利用して、熱交換器と膨張機とを連通する流路を流れる空気を冷却することができるため、除霜器での霜の捕集能力に影響を与えることがない。
The dehumidifying means is characterized in that a flow passage communicating the defroster with the cooled chamber extends to the vicinity of a flow passage communicating the heat exchanger with the expander. .
According to this feature, after the frost is collected by the defroster, the air passing through the flow passage connecting the defroster and the cooled chamber is used to connect the heat exchanger and the expander. As the air flowing through the passage can be cooled, it does not affect the ability of the defroster to collect frost.
前記冷却装置は、前記除霜器の近傍に設けられるヒータと、前記除霜器と前記被冷却室とを連通する流路と前記圧縮機とを連通させるバイパス路と、前記除霜器と前記被冷却室とを連通する流路を前記被冷却室または前記バイパス路のいずれか一方に連通させる切換手段と、を備えていることを特徴としている。
この特徴によれば、切換手段により除霜器と被冷却室とを連通する流路をバイパス路に連通させることでデフロスト運転を行うことができ、デフロスト運転を行うときには、ヒータにより温められた空気が除霜器と被冷却室とを連通する流路を介して、熱交換器と膨張機とを連通する流路内を流れる空気と熱交換されるため、熱交換器よりも下流側を流れる空気を早く温めることができる。
The cooling device includes a heater provided in the vicinity of the defroster, a bypass passage connecting the flow passage communicating the defroster and the cooled chamber, and the compressor; the defroster; And a switching unit that causes a flow passage communicating with the cooling chamber to be communicated with either the cooling chamber or the bypass passage.
According to this feature, the defrosting operation can be performed by causing the flow path communicating the defroster and the cooling chamber to communicate with the bypass passage by the switching means, and when performing the defrosting operation, the air warmed by the heater Since the heat is exchanged with the air flowing in the flow passage connecting the heat exchanger and the expander via the flow passage connecting the defroster and the cooled chamber, it flows downstream of the heat exchanger You can warm the air quickly.
本発明に係る空気冷媒サイクルを用いた冷却装置を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION The form for implementing the cooling device using the air refrigerant | coolant cycle which concerns on this invention is demonstrated below based on an Example.
実施例に係る空気冷媒サイクルを用いた冷却装置につき、図1から図6を参照して説明する。 A cooling device using an air refrigerant cycle according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
図1に示されるように、本実施例における冷却装置1は、種々の素材や加工品並びに生鮮食料品等の被冷却物を保存するため空間である被冷却室2に接続される配管系統である。冷却装置1は、被冷却室2から空気を吸い込むとともに、該空気を冷却装置1内で冷却した後、被冷却室2に還元する空気冷媒サイクルを用いた冷却装置である。
As shown in FIG. 1, the cooling device 1 in the present embodiment is a piping system connected to a room to be cooled 2 which is a space for storing objects to be cooled such as various materials, processed products, and fresh food products. is there. The cooling device 1 is a cooling device using an air refrigerant cycle that sucks in air from the
より詳しくは、被冷却室2は、外部から作業者が出入り可能な出入口を有しているため、被冷却室2内には、出入口から流入する外気(大気)や該被冷却室内で作業する作業者の呼気が必然的に混入するようになっている。すなわち、冷却装置1内に取り込まれる空気に含まれる水分量が変化する、所謂開放式の空気冷媒サイクルを用いた冷却装置となっている。尚、この冷却装置1は、系の温度・圧力の違いにより、冷凍用、冷蔵用、空調冷房用等に適用でき、より好適には−55℃以下の超低温域の冷凍システムに適用される。
More specifically, since the
次に冷却装置1の構造について説明する。冷却装置1は、コンプレッサC(圧縮機)、第1熱交換器3、第2熱交換器4、第3熱交換器5(除湿用熱交換器)、膨張タービンE(膨張機)、除霜器6を主に備え、これらの機器が後述するように配管及び弁を介し連通可能状態で接続されている。
Next, the structure of the cooling device 1 will be described. The cooling device 1 includes a compressor C (compressor), a first heat exchanger 3, a second heat exchanger 4, a third heat exchanger 5 (dehumidifying heat exchanger), an expansion turbine E (expander), and a defrost The
詳しくは、コンプレッサCの下流側には、配管7aを介して第1熱交換器3の高温側配管3aが接続されている。第1熱交換器3の高温側配管3aの下流側には、配管7bを介して第2熱交換器4の高温側配管4aが接続されており、第2熱交換器4の高温側配管4aの下流側には、配管7cを介して第3熱交換器5の高温側流路5aが接続されている。第3熱交換器5の高温側流路5aの下流側には、配管7dを介して膨張タービンEが接続されており、膨張タービンEの下流側には、配管7eを介して除霜器6が接続されている。除霜器6の下流側には、配管7fを介して第3熱交換器5の低温側流路5bが接続されており、第3熱交換器5の低温側流路5bの下流側には、配管7gを介して入口弁8(切換手段)が接続されており、入口弁8の下流側は、配管7hを介して被冷却室2内の図示しない一方の通気口に接続されている。被冷却室2内の図示しない他方の通気口には、配管7jを介して三方切換弁である出口弁9(切換手段)が接続されており、出口弁9の下流側には、配管7kを介して第2熱交換器4の低温側配管4bが接続されており、第2熱交換器4の低温側配管4bの下流側には、配管7mを介してコンプレッサCに接続されている。また、配管7gは、分岐するバイパス管7nを有し、バイパス管7nは、出口弁9に接続されている。
Specifically, the high
コンプレッサC及び膨張タービンEは、モータ10により駆動される。このモータ10は、同軸上に延びる一対の駆動軸10a,10bを備え、それぞれにコンプレッサCと膨張タービンEとが接続されており、膨張タービンEの上流側の高圧空気により生じる該膨張タービンEの回転動力が、駆動軸10bを介してコンプレッサCの駆動軸10aに伝達されることで、動力回収がなされるように構成されている。
The compressor C and the expansion turbine E are driven by a
また、モータ10には、空冷用のファンFにより空気が循環する空冷用循環流路12が接続されており、ファンF及び空冷用循環流路12により冷却されるようになっている。また、空冷用循環流路12には、空冷用循環流路12内の空気と熱交換するラジエータ13が接続されている。
Further, the
第1熱交換器3は、本実施例では水冷式の熱交換器であり、コンプレッサCから第2熱交換器4に空気が流れる高温側配管3aと、高温側配管3aとは別系統であり冷却水が循環する低温側配管3bと、を備えており、高温側配管3aと低温側配管3bとの間で熱交換を行うことにより、高温側配管3a内を流れる空気を冷却できるようになっている。尚、ここでいう高温側配管3a及び低温側配管3bとは、第1熱交換器3において熱交換を行う2つの配管の内部を流れる空気を比較したときの高温側、低温側である。
In the present embodiment, the first heat exchanger 3 is a water-cooled heat exchanger, and the high
第2熱交換器4は、第1熱交換器3で冷却された空気が流れる高温側配管4aと、被冷却室2からコンプレッサCに空気が流れる低温側配管4bと、を備えており、高温側配管4aと低温側配管4bとで熱交換することで高温側配管4aを流れる空気を冷却できるようになっている。尚、ここでいう高温側配管4a及び低温側配管4bとは、第2熱交換器4において熱交換を行う2つの配管の内部を流れる空気を比較したときの高温側、低温側である。
The second heat exchanger 4 includes a high
第3熱交換器5は、第2熱交換器4で冷却された空気が流れる高温側流路5aと、除霜器6から被冷却室2に流れる低温側流路5bと、を備え、高温側流路5aと低温側流路5bとで熱交換することで高温側流路5aを流れる空気を冷却できるようになっている。尚、ここでいう高温側流路5a及び低温側流路5bとは、第3熱交換器5において熱交換を行う2つの配管の内部を流れる空気を比較したときの高温側、低温側である。
The
ここで、図2(a),(b)を用いて、第3熱交換器5の構造について説明する。第3熱交換器5は、箱状のケース5cと、ケース5c内に略平行に所定間隔離間して配設される複数のパネル体5dと、から構成されている。ケース5cは、一方に配管7cが接続されるとともに他方に配管7dが接続され、互いに対向する一対の開口5eを有している。また、ケース5cは、一方に配管7fが接続されるとともに他方に配管7gが接続され、互いに対向する一対の開口5fを有している。隣接するパネル体5dの間には空隙が形成されており、この空隙は、開口5eを介して配管7c及び配管7dと連通する高温側流路5aとして構成されている。また、パネル体5dは、熱伝導率の高い金属(例えば、アルミニウム)によって構成され、その両端が開口し内部が連通した筒状に形成されており、このパネル体5dの内部は、開口5fを介して配管7f及び配管7gと連通する低温側流路5bとして構成されている。これらにより、高温側流路5aを通過する空気と、低温側流路5bを通過する空気とは、互いに混在することが防止されているとともに、パネル体5dを介して互いに熱交換がなされる。
Here, the structure of the
図3(a),(b)に示されるように、除霜器6は、配管7eと配管7fとを接続する箱状のケース6aと、ケース6aを配管7e側の空間と配管7f側の空間とに区画する網目部材6bと、から構成されている。後述するように、膨張タービンEから配管7eを介して配管7f及び第3熱交換器5の低温側流路5b側に流れる空気が網目部材6bを通過するときに、該空気に含まれる水分が網目部材6bに霜として吸着するようになっている。
As shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the
また、除霜器6の周囲には、除霜器6の目詰まりを検知する検知手段14が設けられている。この検知手段14は、除霜器6の網目部材6bよりも上流側に接続される圧力計14aと、網目部材6bよりも下流側に接続される圧力計14bと、圧力計14a,14bとの差圧を計測する差圧計14cと、から構成されており、差圧計14cにより計測される差圧が所定の閾値以上となったときに、除霜器6が目詰まりを生じたものとして検知する。冷却装置1は、検知手段14が除霜器6の目詰まりを検知したときに、除霜器6及び各配管・機器内の霜取りを行うデフロスト運転に切り換えるようになっている。尚、デフロスト運転については、後に詳述する。
Further, around the
また、冷却装置1は、上記したモータ10、入口弁8、出口弁9及び検知手段14等と電気的に接続される図示しない制御部を有しており、当該制御部が、検知手段14より受信した除霜器6の差圧の情報に基づき、モータ10の駆動操作及び弁の開閉操作を行い、冷却運転若しくはデフロスト運転を切換え制御可能に構成されている。
In addition, the cooling device 1 has a control unit (not shown) electrically connected to the
次に、冷却装置1が冷却運転のときの動作について説明する。尚、以下の説明において、被冷却室2内の庫内空気A1(約1気圧,約−55℃)を基準とし、高圧とは、庫内空気A1と比べて高圧であることを指し、常圧とは、庫内空気A1と略同圧であることを指し、同温とは、庫内空気A1と比べて誤差10℃以内の温度であることを指し、高温、低温とは、同温よりも高温、低温であることを指す。
Next, the operation when the cooling device 1 is in the cooling operation will be described. In the following description, based on the internal air A1 (about 1 atm, about -55 ° C.) in the cooled
冷却運転時には、入口弁8が開放され、第3熱交換器5の低温側流路5bと被冷却室2とが連通されるとともに、出口弁9のバイパス管7n側が閉塞され、被冷却室2と第2熱交換器4の低温側配管4bが連通するように開放される冷却運転用循環流路が形成される。
During the cooling operation, the
コンプレッサC及び膨張タービンEが駆動すると、コンプレッサCは、配管7m内の常圧高温空気A1’(約1気圧、約40℃)を吸引して圧縮する。コンプレッサCにより圧縮された高圧高温空気A2は、約2気圧、約120℃となっており、配管7aを通って第1熱交換器3の高温側配管3aに吐出される。
When the compressor C and the expansion turbine E are driven, the compressor C sucks and compresses the normal-pressure high-temperature air A1 '(about 1 atm, about 40 ° C) in the
冷却運転時には、第1熱交換器3の低温側配管3b内を冷却水が循環しているため、第1熱交換器3の高温側配管3aに吐出された高圧高温空気A2は、第1熱交換器3の低温側配管3bの冷却水と熱交換され、約2気圧、約45℃の高圧高温空気A3となり、第2熱交換器4の高温側配管4aに吐出される。 Since the cooling water is circulating in the low temperature side piping 3b of the first heat exchanger 3 during the cooling operation, the high pressure high temperature air A2 discharged to the high temperature side piping 3a of the first heat exchanger 3 is the first thermal The heat is exchanged with the cooling water of the low temperature side piping 3 b of the exchanger 3 to become high pressure high temperature air A 3 of about 2 atmospheres and about 45 ° C., and is discharged to the high temperature side piping 4 a of the second heat exchanger 4.
第2熱交換器4の高温側配管4aに吐出された高圧高温空気A3は、被冷却室2から第2熱交換器4の低温側配管4bを介してコンプレッサCに吸い込まれる庫内空気A1(約1気圧、約−55℃)と熱交換され、約2気圧、約−50℃の高圧同温空気A4となり、第3熱交換器5の高温側流路5aに吐出される。このとき、高圧高温空気A3は、庫内空気A1と熱交換されることで、第2熱交換器4の高温側配管4aの内周面に高圧高温空気A3中に含まれる水分の一部が霜となって付着するため、第3熱交換器5の高温側流路5aに吐出される高圧同温空気A4に含まれる水分量が減る。一方、約−55℃の庫内空気A1は、高圧高温空気A3と熱交換されることにより、約40℃の常圧高温空気A1’となって配管7mに流入する。
The high-pressure high-temperature air A3 discharged to the high-
第3熱交換器5の高温側流路5aに吐出された高圧同温空気A4は、第3熱交換器5の低温側流路5b内を流れる後述する常圧低温空気A7(約−90℃)と熱交換され、約2気圧、約−60℃の高圧同温空気A5となり、膨張タービンEに吐出される。このとき、高圧同温空気A4は、常圧低温空気A7と熱交換されることで、高温側流路5aを構成するパネル体5dの外周面に高圧同温空気A4中に含まれる水分の一部が霜となって付着するため、膨張タービンEに吐出される高圧同温空気A5に含まれる水分量が減る。
The high-pressure same-temperature air A4 discharged to the high-temperature
膨張タービンEに吐出された高圧同温空気A5は、膨張タービンEにより膨張され、約1気圧、約−90℃の常圧低温空気A6となるとともに、該常圧低温空気A6に含まれる水分の一部が霜となって冷気と混在し、除霜器6に吐出される。
The high pressure same-temperature air A5 discharged to the expansion turbine E is expanded by the expansion turbine E to become normal pressure low-temperature air A6 of about 1 atm and about -90 ° C, and the moisture contained in the normal pressure low-temperature air A6 A part becomes frost and mixes with cold air and is discharged to the
除霜器6に吐出された常圧低温空気A6は、除霜器6の網目部材6bを通過するときに、該常圧低温空気A6に含まれる霜が網目部材6bに付着し、これにより、常圧低温空気A6よりも水分量の少ない常圧低温空気A7(約1気圧、約−90℃)となる。常圧低温空気A7は、第3熱交換器5の低温側流路5bに吐出される。このように、膨張タービンEにより膨張された常圧低温空気A6が除霜器6により水分が除去されるため、被冷却室2に霜が吹き出すことを抑制できる。
When normal pressure low-temperature air A6 discharged into the
第3熱交換器5の低温側流路5bに吐出された常圧低温空気A7は、第3熱交換器5の高温側流路5aに吐出された高圧同温空気A4と熱交換されることで、約1気圧、約−80℃の常圧低温空気A8となり、入口弁8を介して被冷却室2に吐出される。被冷却室2に吐出された常圧低温空気A8は、被冷却室2の外部から流入される空気等と混ざることで、約−55℃の庫内空気A1となる。
The normal pressure low temperature air A7 discharged to the low temperature
次に、冷却装置1のデフロスト運転について図4に基づいて説明する。前述したように、冷却装置1の冷却運転時において、差圧計14cにより除霜器6の上流側と下流側との差圧が所定の閾値以上となったことを検知したときに、冷却装置1の制御部(図示略)がデフロスト運転に切り換える。
Next, the defrosting operation of the cooling device 1 will be described based on FIG. As described above, when it is detected that the differential pressure between the upstream side and the downstream side of the
図4に示されるように、デフロスト運転時には、入口弁8が閉塞されることで配管7gが被冷却室2に非連通状態となり、出口弁9のバイパス管7n側が開放されることでバイパス管7nと配管7kとが連通するとともに、出口弁9の配管7jと配管7kとの間が閉塞されることで被冷却室2と第2熱交換器4の低温側配管4bが非連通となるデフロスト運転用循環流路が形成される。
As shown in FIG. 4, in the defrosting operation, the
デフロスト運転時におけるコンプレッサC及び膨張タービンEは、冷却運転時の回転速度よりも低い回転速度(例えば3分の1程度)のモータ10で駆動される。コンプレッサCは、配管7m内の空気A11’を吸引して圧縮する。コンプレッサCにより圧縮された空気A21は、冷却運転時の第2熱交換器4の低温側配管4bに比べて、低圧・低温となっており、配管7aを通って第1熱交換器3の高温側配管3aに吐出される。尚、デフロスト運転時には、モータ10の空冷用のファンFは運転を停止している。
The compressor C and the expansion turbine E in the defrosting operation are driven by the
デフロスト運転時には、第1熱交換器3が停止しているため、空気A21は、熱交換されず高温が保たれた空気A31となり、第2熱交換器4の高温側配管4aに吐出される。第2熱交換器4の高温側配管4aに吐出された空気A31は、第2熱交換器4の低温側配管4bと熱交換されて空気A41となり、第3熱交換器5の高温側流路5aに吐出される。第3熱交換器5の高温側流路5aに吐出された空気A41は、第3熱交換器5の低温側流路5b内を流れる空気A71と熱交換されて空気A51となり、膨張タービンEに吐出される。
During the defrosting operation, since the first heat exchanger 3 is stopped, the air A21 becomes air A31 which has not been heat-exchanged and the high temperature is maintained, and is discharged to the high
膨張タービンEに吐出された空気A51は、膨張タービンEにより膨張されて空気A61となり、除霜器6に吐出される。尚、膨張タービンEの回移転速度が冷却運転時の回転速度よりも低いため、膨張タービンEにより膨張される空気A61は、冷却運転時に比べて小幅な温度低下となる。
The air A <b> 51 discharged to the expansion turbine E is expanded by the expansion turbine E to become air A <b> 61, and is discharged to the
デフロスト運転時には、除霜器6内に電熱部が接続されたヒータ15が作動するようになっており、これにより除霜器6内に積もった霜を溶かすことができるようになっている。除霜器6に吐出された空気A61は、ヒータ15から発せられる熱により温められた除霜器6内の空気と混ざって空気A71となり、第3熱交換器5の低温側流路5bに吐出される。
At the time of defrosting operation, the
尚、図3(a),(b)に示されるように、除霜器6の底面6cは、すり鉢状に形成されており、除霜器6の底面の最下部には、外部と連通する開閉式のドレンバルブ6dが設けられている。これによれば、ヒータ15により除霜器6の霜が溶かされ発生した水を、ドレンバルブ6dを介して外部に排出することができるようになっている。
As shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the
第3熱交換器5の低温側流路5bに吐出された空気A71は、第3熱交換器5の高温側流路5aに吐出された空気A41と熱交換されて空気A81となり、第2熱交換器4の低温側配管4bに吐出される。空気A71は、ヒータ15の熱により温められており、第3熱交換器5の高温側流路5aと熱交換されるため、第2熱交換器4よりも下流側の所定区間(配管7c、高温側流路5a、配管7d、膨張タービンE、配管7e、除霜器6、低温側流路5bの区間)を流れる空気の温度が、上記した経路を循環するに伴って上昇する。
The air A71 discharged to the low temperature
これにより、第3熱交換器5の内部が加温されるため、第3熱交換器5のパネル体5dの外面に付着している霜を溶かすことができるようになっている。尚、図示は省略するが、第3熱交換器5の下部は、すり鉢状に形成されており、その最下部には、外部と連通する開閉式のドレンバルブが設けられている。これによれば、霜が溶かされ発生した水を、ドレンバルブを介して外部に排出することができるようになっている。
Since the inside of the
このように、デフロスト運転時にあっては、膨張タービンEの回移転速度が低いこと、第1熱交換器3において空気A21が冷却されないこと、被冷却室2から冷たい空気(庫内空気A1)が入り込まないこと、ヒータ15が作動すること等の原因により、冷却装置1内の空気の温度が冷却運転時よりも高くなり、冷却装置1内の霜を溶かすことができる。また、他の部位に比べて霜が発生しやすい第2熱交換器4よりも下流側の所定区間では、ヒータ15の熱を第3熱交換器5により熱交換して空気を循環させることができるため、該所定区間内の霜を効率的に溶かすことができる。
As described above, during the defrosting operation, the rotational transfer speed of the expansion turbine E is low, the air A21 is not cooled in the first heat exchanger 3, and the cold air (air in the storage A1) from the cooled
以上、説明したように、第2熱交換器4と膨張タービンEとの間には、第2熱交換器4から膨張タービンEに流れる高圧同温空気A4に含まれる水分を除去する除湿手段としての第3熱交換器5が設けられているため、冷却運転中において膨張タービンEから除霜器6に流れる常圧低温空気A6に含まれる水分量を少なくでき、除霜器6が目詰まりするまでの時間を延ばすことができるため、冷却装置1の冷却運転時間を長くすることができる。
As described above, as the dehumidifying means for removing the water contained in the high-pressure same-temperature air A4 flowing from the second heat exchanger 4 to the expansion turbine E between the second heat exchanger 4 and the expansion turbine E Since the
具体的には、冷却装置1は、冷却運転中において、差圧計14cにより除霜器6の上流側と下流側との差圧が所定の閾値以上となったことを検知したときにデフロスト運転に切り換える構成となっているため、第3熱交換器5により常圧低温空気A6に含まれる水分量を少なくして除霜器6が目詰まりするまでの時間(デフロスト運転を開始するまでの時間)を延ばすことで、冷却装置1の冷却運転時間を長くすることができる。つまり、冷却装置1内を流れる空気の水分を第3熱交換器5と除霜器6とで分散して除去することができるため、冷却装置1の冷却運転時間を長くすることができる。
Specifically, when the cooling device 1 detects that the differential pressure between the upstream side and the downstream side of the
また、第2熱交換器4の高温側配管4aを通過する高圧高温空気A3と、被冷却室2から第2熱交換器4の低温側配管4b通過する庫内空気A1と、が熱交換されるときに、第2熱交換器4の高温側配管4aの内周面に高圧高温空気A3中に含まれる水分の一部が霜となって付着するため、高圧同温空気A4に含まれる水分量が減るが、高圧同温空気A4(約−50℃)は、膨張タービンEにより膨張された常圧低温空気A6(約−90℃)よりも温度が高く、且つ第2熱交換器4の高温側配管4aには、約45℃の高圧高温空気A3が流入するため、第2熱交換器4の高温側配管4aの内周面に付着する霜の量は、除霜器6に付着する霜の量に比べて少ない。
Further, the high-pressure high-temperature air A3 passing through the high-
対して、第3熱交換器5においては、高圧同温空気A4(約−50℃)と、除霜器6を通過した後の常圧低温空気A7(約−90℃)と、で熱交換されるようになっている。これによれば、高圧同温空気A4の温度が常圧低温空気A7により冷却されることで、高圧同温空気A4の飽和水蒸気量が減って結露するようになり、結露した水分は、第3熱交換器5の高温側流路5aの内周面に付着して霜となるため、高圧同温空気A5に含まれる水分を除去することができる。すなわち、第3熱交換器5においては、第2熱交換器4で冷却された高圧同温空気A4を更に温度の低い常圧低温空気A7で冷却することにより、高圧同温空気A5に含まれる水分を第3熱交換器5の高温側流路5aの内周面に積極的に付着させ、高圧同温空気A5に含まれる水分を除去することができる。
On the other hand, in the
また、第3熱交換器5においては、高圧同温空気A4と、除霜器6を通過した後の常圧低温空気A7と、で熱交換される構成であるため、新たに除霜器や高温側流路5aを冷却する冷却器等の除湿手段を用意する必要がなく、冷却装置1の構造を簡素化できる。また、除霜器6を通過した後の常圧低温空気A7が高圧同温空気A4と熱交換することから、常圧低温空気A6の温度を上昇させることなく除霜器6に導入することができるため、除霜器6での霜の捕集能力に影響を与えることがない。
Further, in the
また、デフロスト運転時には、入口弁8が閉塞されることで配管7gが被冷却室2に非連通状態となり、出口弁9のバイパス管7n側が開放されることでバイパス管7nと配管7kとが連通するとともに、出口弁9の配管7jと配管7kとの間が閉塞されることで被冷却室2と第2熱交換器4の低温側配管4bが非連通となるデフロスト運転用循環流路が形成される。すなわち、デフロスト運転時には、除霜器6内を温めるヒータ15の熱により温められた空気A71が第3熱交換器5の低温側流路5bに吐出され、第3熱交換器5の高温側流路5aと熱交換されるため、他の部位に比べて霜が発生しやすい第2熱交換器4よりも下流側の所定区間(配管7c、高温側流路5a、配管7d、膨張タービンE、配管7e、除霜器6、低温側流路5bの区間)を流れる空気を早く温めることができる。尚、上記したデフロスト運転によって、配管系内の温度が上昇しているため、デフロスト運転の終了後は、配管7g、バイパス管7n及び配管7kを開放するとともに、被冷却室2側を閉塞した状態のまま、配管系内の温度が下がるまでの一定時間冷却運転を行い、一定時間の経過後、被冷却室2側を開放すると好ましい。このようにすることで、被冷却室2内の温度上昇を防ぐことができる。
Further, during the defrosting operation, the
尚、前記実施例では、冷却運転時において、除霜器6を通過した後の常圧低温空気A7と、第2熱交換器4を通過した後の高圧同温空気A4と、で熱交換する形態を例示したが、図5に示されるように、膨張タービンEから延びる配管7e’を第3熱交換器5の低温側流路5bに接続し、低温側流路5bから延びる配管7f’を除霜器6に接続し、除霜器6から延びる配管7g’を被冷却室2及びバイパス管7nに接続し、膨張タービンEにより膨張された常圧低温空気A6を第3熱交換器5の低温側流路5bに吐出させ、高温側流路5aの高圧同温空気A4と熱交換するようにしてもよい。
In the above embodiment, in the cooling operation, heat exchange is performed between the low pressure air A7 after passing through the
また、図6に示されるように、第3熱交換器5の高温側流路5aと膨張タービンEとの間に補助除霜器16を設けてもよい。これによれば、補助除霜器16により高温側流路5aから膨張タービンEに流れる高圧同温空気A5に含まれる水分を霜として捕集できるため、膨張タービンEから除霜器6に流れる常圧低温空気A6に含まれる水分量をさらに少なくできる。尚、補助除霜器16の構造は、上記した除霜器6と同様であるため説明を省略する。また、第3熱交換器5により第3熱交換器5により高圧同温空気A4よりも温度が低下した後の高圧同温空気A5を補助除霜器16に通過させることにより水分を霜として捕集しやすい。尚、第2熱交換器4と膨張タービンEとの間に除湿手段として補助除霜器16のみを設け、第3熱交換器5の構成を省略してもよい。
Further, as shown in FIG. 6, an
以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to these embodiments, and any changes or additions may be made without departing from the scope of the present invention. Be
例えば、前記実施例では、第2熱交換器4と膨張タービンEとの間の流路に第3熱交換器5を設け、膨張タービンEの下流側の流路の一部を利用して、第2熱交換器4と膨張タービンEとの間の流路を流れる空気を冷却する形態を例示したが、これに限られず、例えば、第3熱交換器5に代えて別の冷却器により第2熱交換器4と膨張タービンEとの間の流路を流れる空気を冷却するようにしてもよい。
For example, in the embodiment, the
1 冷却装置
2 被冷却室
3 第1熱交換器
4 第2熱交換器
5 第3熱交換器(除湿手段)
5a 高温側流路(流路)
5b 低温側流路(流路)
6 除霜器
7n バイパス管(バイパス路)
8 入口弁(切換手段)
9 出口弁(切換手段)
15 ヒータ
C コンプレッサ(圧縮機)
E 膨張タービン(膨張機)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
5a High temperature side flow path (flow path)
5b Low temperature side flow path (flow path)
6
8 Inlet valve (switching means)
9 outlet valve (switching means)
15 heater C compressor (compressor)
E Expansion turbine (expansion machine)
Claims (5)
前記熱交換器と前記膨張機との間には、前記熱交換器から前記膨張機に流れる空気に含まれる水分を除去する除湿手段が設けられていることを特徴とする空気冷媒サイクルを用いた冷却装置。 From the compressor for compressing the air recovered from the cooled chamber, the heat exchanger for cooling the air compressed by the compressor, the expander for expanding the air cooled by the heat exchanger, and the expander A cooling device using an air refrigerant cycle, comprising: a defroster for collecting as a frost the water contained in the air flowing into the room to be cooled;
A dehumidifying means is provided between the heat exchanger and the expander for removing water contained in the air flowing from the heat exchanger to the expander, and an air refrigerant cycle is used. Cooling system.
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