JP2021096054A - Cooling device using air refrigerant cycle - Google Patents

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Abstract

To provide a cooling device using an air refrigerant cycle that can maintain a stable cooling efficiency for a long term without being influenced by frost adhering to an inside of piping.SOLUTION: A cooling device 1 uses an air refrigerant cycle in which a compressor C for compressing air collected from a chamber to be cooled 2, heat exchangers 3, 4 for cooling the air compressed by the compressor C, and an expander E for expanding the air cooled by the heat exchangers 3, 4 are connected by pipes 7a-7 m. The cooling device is provided with jet flow generating parts 23, 24, 7d, 5 for jetting compressed air toward the inside of a piping member 22 which is located downstream of the expander E.SELECTED DRAWING: Figure 2

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。 Cooling devices applied to cooled chambers such as warehouses for storing various materials, processed products, fresh foods, and the like are widely known. In such a cooling device, a refrigerant such as chlorofluorocarbon has been conventionally used, but in recent years, a cooling device using an air refrigerant has been 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 shown in Patent Document 1, a compressor that compresses the air taken into the piping path from the cooled chamber and a high-pressure high-temperature air compressed by the compressor are cooled. It is equipped with a heat exchanger and an expander that expands the high-pressure and low-temperature air cooled by the heat exchanger to a low pressure (approximately 1 atm), and ultra-low temperature air expanded by the expander is introduced from the piping path to the cooled chamber. There is a cooling device using an open air refrigerant cycle that supplies to.

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 (air) flowing in from the inlet / outlet of the cooled chamber or the exhaled breath of a worker working in the cooled chamber may be mixed. Since the amount of water contained in the air inside the cooling device changes due to these outside air and exhaled air, the water in the air solidifies in the piping path of the cooling device, especially on the downstream side of the inflator with a low temperature, and frost is formed. , This frost-rich ultra-low temperature air was sometimes blown into the cooled chamber. Therefore, the cooling device of Patent Document 1 is provided with a defroster for collecting moisture contained in ultra-low temperature air between the expander and the cooled chamber.

国際公開第2006/011297号公報(第7頁、第1図)International Publication No. 2006/011297 (Page 7, Fig. 1)

特許文献1の冷却装置は、空気冷媒サイクル内を循環移動する空気に伴う凝固若しくは昇華した水分、すなわち霜を除霜器によって捕集するものである。しかしながら、この冷却装置の配管経路において空気中の水分が凝固し易い膨張器の下流側では、霜がサイクル内を流動することなく、膨張器の下流側の壁面に付着したまま滞留するため、除霜器で補修することができなかった。このように滞留した霜が経時的に増大し、空気冷媒サイクル内の空気流路を阻害して、吹き出し空気の流れ場に乱れが生じ、膨張機の回転軸を支持する磁気軸受等の運転制御に影響を与えるという問題があった。 The cooling device of Patent Document 1 collects coagulated or sublimated water, that is, frost, which accompanies the air circulating and moving in the air refrigerant cycle, by a defroster. However, on the downstream side of the expander where the moisture in the air tends to solidify in the piping path of this cooling device, frost does not flow in the cycle and stays on the wall surface on the downstream side of the expander, so it is removed. It could not be repaired with a froster. The accumulated frost increases over time, obstructing the air flow path in the air refrigerant cycle, causing turbulence in the flow field of the blown air, and operating control of the magnetic bearings that support the rotating shaft of the expander. There was a problem of affecting the.

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、配管内部に付着する霜の影響を受けることなく、長期に亘り安定した冷却運転の制御を維持することの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 by paying attention to such a problem, and provides an air refrigerant cycle capable of maintaining stable control of cooling operation for a long period of time without being affected by frost adhering to the inside of the pipe. It is an object of the present invention to provide the cooling device used.

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が配管により接続された空気冷媒サイクルを用いた冷却装置であって、
前記膨張機の下流側の配管部材の内部に向け圧縮空気を噴出させる噴流発生部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、空気冷媒サイクルにおいて低温環境となる膨張機よりも下流側の配管部材の内部に付着した霜を、当該内部に向けて噴出する圧縮空気によって剥離することができるため、冷却運転の制御を維持できる。また、この噴流空気を空気冷媒に混合して冷却することで、空気冷媒の一部として利用できる。
In order to solve the above problems, the cooling device using the air-refrigerant cycle of the present invention can be used.
A compressor that compresses the air recovered from the cooled chamber, a heat exchanger that cools the air compressed by the compressor, and an expander that expands the air cooled by the heat exchanger are connected by pipes. It is a cooling device that uses an air refrigerant cycle.
It is characterized in that a jet flow generating portion for ejecting compressed air toward the inside of the piping member on the downstream side of the expander is provided.
According to this feature, the frost adhering to the inside of the piping member on the downstream side of the expander, which is in a low temperature environment in the air refrigerant cycle, can be separated by the compressed air ejected toward the inside, so that the cooling operation can be performed. Can maintain control of. Further, by mixing the jet air with the air refrigerant and cooling it, it can be used as a part of the air refrigerant.

前記圧縮空気は、前記圧縮機で圧縮された空気であることを特徴としている。
この特徴によれば、空気冷媒サイクルの圧縮機で生成される圧縮空気を利用することができる。
The compressed air is characterized in that it is air compressed by the compressor.
According to this feature, compressed air generated by the compressor of the air refrigerant cycle can be utilized.

前記噴流発生部は、前記膨張機の上流側と該膨張機の下流側とをバイパスする連通部を有していることを特徴としている。
この特徴によれば、膨張機の上流側の高圧の圧縮空気を、連通部を介し下流側に導出して噴流空気として利用することができる。
The jet generating portion is characterized by having a communicating portion that bypasses the upstream side of the expander and the downstream side of the expander.
According to this feature, the high-pressure compressed air on the upstream side of the expander can be led out to the downstream side via the communication portion and used as jet air.

前記噴流発生部は、前記連通部を開閉する開閉弁を有していることを特徴としている。
この特徴によれば、開閉弁を間欠的に開放することで簡便に噴流空気を噴出させることができるとともに、常時は開閉弁を閉塞することで空気冷媒の冷却効率を維持することができる。
The jet generating portion is characterized by having an on-off valve that opens and closes the communicating portion.
According to this feature, the jet air can be easily ejected by intermittently opening the on-off valve, and the cooling efficiency of the air refrigerant can be maintained by always closing the on-off valve.

前記噴流発生部は、前記配管部材の前記内壁に形成された複数の噴流孔を有していることを特徴としている。
この特徴によれば、配管部材の内壁に形成された複数の噴流孔から噴出する噴流空気によって、当該内壁に付着した霜を剥離しやすい。
The jet generating portion is characterized by having a plurality of jet holes formed in the inner wall of the piping member.
According to this feature, the jet air ejected from the plurality of jet holes formed on the inner wall of the piping member easily removes the frost adhering to the inner wall.

前記配管部材の外壁に、前記複数の噴流孔を外嵌する外嵌部材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、外嵌部材の内側を介し複数の噴流孔を連通状態にできるため、これらの噴流孔から略同じ圧力の噴流空気を噴出させることができる。
The outer wall of the piping member is provided with an outer fitting member for outerly fitting the plurality of jet holes.
According to this feature, since a plurality of jet holes can be communicated with each other through the inside of the outer fitting member, jet air having substantially the same pressure can be ejected from these jet holes.

前記配管部材よりも下流側に除霜器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、噴流発生部により配管部材の内部にて剥離された霜を、配管部材よりも下流側の除霜器にて捕集することができる。
It is characterized in that a defroster is provided on the downstream side of the piping member.
According to this feature, the frost separated inside the piping member by the jet generating portion can be collected by the defroster on the downstream side of the piping member.

本発明の実施例における空気冷媒サイクルを用いた冷却装置の冷却状態を示す図である。It is a figure which shows the cooling state of the cooling apparatus using the air-refrigerant cycle in the Example of this invention. (a)は、膨張タービンの内部構造を示す断面図であり、(b)は(a)のA矢視図である。(A) is a cross-sectional view showing an internal structure of an expansion turbine, and (b) is a view taken along the arrow A of (a). (a)は、除霜器を示す平面視断面模式図であり、(b)は、除霜器を示す側面視断面模式図である。(A) is a schematic cross-sectional view in a plan view showing a defroster, and (b) is a schematic cross-sectional view in a side view showing a defroster. 空気冷媒サイクルを用いた冷却装置のデフロスト状態を示す図である。It is a figure which shows the defrost state of the cooling apparatus using an air-refrigerant cycle. 空気冷媒サイクルを用いた冷却装置の別形態を示す図である。It is a figure which shows another form of the cooling apparatus using an air-refrigerant cycle. 変形例における膨張タービンの内部構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the internal structure of the expansion turbine in the modification.

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。 A mode for carrying out the cooling device using the air-refrigerant cycle according to the present invention will be described below based on examples.

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。先ず図1の符号1は、本発明の適用された空気冷媒サイクルを用いた冷却装置である。 The cooling device using the air-refrigerant cycle according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6. First, reference numeral 1 in FIG. 1 is a cooling device using the air-refrigerant cycle to which the present invention is applied.

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 this embodiment is a piping system connected to a cooled chamber 2 which is a space for storing various materials, processed products, and objects to be cooled such as fresh foods. is there. The cooling device 1 is a cooling device using an air refrigerant cycle that sucks air from the cooled chamber 2, cools the air in the cooling device 1, and then returns the air to the cooled chamber 2.

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 cooled chamber 2 has an entrance / exit that allows workers to enter and exit from the outside, the outside air (atmosphere) flowing in from the entrance / exit or the cooled chamber is used in the cooled chamber 2. The exhaled air of the worker is inevitably mixed. That is, it is a cooling device using a so-called open air refrigerant cycle in which the amount of water contained in the air taken into the cooling device 1 changes. The cooling device 1 can be applied to refrigeration, refrigeration, air-conditioning cooling, etc. depending on the difference in temperature and pressure of the system, and more preferably to a refrigeration system in an ultra-low temperature range of −55 ° C. or lower.

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、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 mainly includes a compressor C (compressor), a first heat exchanger 3, a second heat exchanger 4, an expansion turbine E (expansion machine), and a defroster 6, and these devices will be described later. It is connected to the air via piping and valves so that it can be communicated with.

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。また、膨張タービンEよりも上流側の配管7cと、膨張タービンEよりも下流側の配管7eとの間に、膨張タービンEをバイパスして連通する連通路としての連通管7dが設けられている。 Specifically, the high temperature side pipe 3a of the first heat exchanger 3 is connected to the downstream side of the compressor C via the pipe 7a. The high temperature side pipe 4a of the second heat exchanger 4 is connected to the downstream side of the high temperature side pipe 3a of the first heat exchanger 3 via the pipe 7b, and the high temperature side pipe 4a of the second heat exchanger 4 The expansion turbine E is connected to the downstream side of the expansion turbine E via the pipe 7c, and the defroster 6 is connected to the downstream side of the expansion turbine E via the pipe 7e. Further, a communication pipe 7d as a communication passage that bypasses the expansion turbine E is provided between the pipe 7c on the upstream side of the expansion turbine E and the pipe 7e on the downstream side of the expansion turbine E. ..

除霜器6の下流側には、配管7f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7f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。 An inlet valve 8 (switching means) is connected to the downstream side of the defroster 6 via a pipe 7f, and the downstream side of the inlet valve 8 is not shown in the cooled chamber 2 via the pipe 7h. It is connected to the vent of. An outlet valve 9 (switching means), which is a three-way switching valve, is connected to the other vent not shown in the cooled chamber 2 via a pipe 7j, and a pipe 7k is connected to the downstream side of the outlet valve 9. The low temperature side pipe 4b of the second heat exchanger 4 is connected via the pipe 7, and is connected to the compressor C via the pipe 7 m on the downstream side of the low temperature side pipe 4b of the second heat exchanger 4. Further, the pipe 7f has a branching bypass pipe 7n, and the bypass pipe 7n is connected to the outlet valve 9.

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、磁気軸受によって非接触状態で支持され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 the motor 10. The motor 10 includes a pair of drive shafts 10a and 10b that are supported in a non-contact state by magnetic bearings and extend coaxially, and a compressor C and an expansion turbine E are connected to each of the motors 10 on the upstream side of the expansion turbine E. The rotational power of the expansion turbine E generated by the high-pressure air is transmitted to the drive shaft 10a of the compressor C via the drive shaft 10b, so that the power can be recovered.

また、モータ10には、空冷用のファン12a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12a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 motor 10 is connected to an air cooling circulation flow path 12 in which air is circulated by an air cooling fan 12a, and is cooled by the fan 12a and the air cooling circulation flow path 12. Further, a radiator 13 that exchanges heat with the air in the air-cooling circulation flow path 12 is connected to the air-cooling circulation flow path 12.

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。 The first heat exchanger 3 is a water-cooled heat exchanger in this embodiment, and is a separate system from the high-temperature side pipe 3a in which air flows from the compressor C to the second heat exchanger 4 and the high-temperature side pipe 3a. It is equipped with a low temperature side pipe 3b through which cooling water circulates, and by exchanging heat between the high temperature side pipe 3a and the low temperature side pipe 3b, the air flowing in the high temperature side pipe 3a can be cooled. ing. The high temperature side pipe 3a and the low temperature side pipe 3b referred to here are the high temperature side and the low temperature side when the air flowing inside the two pipes for heat exchange in the first heat exchanger 3 is compared.

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 temperature side pipe 4a through which air cooled by the first heat exchanger 3 flows, and a low temperature side pipe 4b through which air flows from the cooled chamber 2 to the compressor C. By exchanging heat between the side pipe 4a and the low temperature side pipe 4b, the air flowing through the high temperature side pipe 4a can be cooled. The high temperature side pipe 4a and the low temperature side pipe 4b referred to here are the high temperature side and the low temperature side when the air flowing inside the two pipes for heat exchange in the second heat exchanger 4 is compared.

図2(a)、(b)に示されるように、膨張タービンEは、駆動軸10bを回転駆動するタービン翼21と、このタービン翼21を密封状に外嵌し、タービン翼21を回転させながら送出される空気を順次下流側に導出する筒状部材22と、が主として構成されている。筒状部材22は、下流側に向けて漸次拡径される略円錐台形状の管壁22bを有し、管壁22bの内部を空気が膨張しながら流れるように構成されており、管壁22bの下流側に位置する大径側のフランジ22aが配管7eに接続されている。 As shown in FIGS. 2A and 2B, the expansion turbine E has a turbine blade 21 for rotationally driving the drive shaft 10b and the turbine blade 21 fitted outside in a sealed shape to rotate the turbine blade 21. The tubular member 22 is mainly composed of a tubular member 22 that sequentially leads out the air to be sent out to the downstream side. The tubular member 22 has a substantially truncated cone-shaped pipe wall 22b whose diameter is gradually increased toward the downstream side, and is configured so that air flows while expanding inside the pipe wall 22b. The large-diameter flange 22a located on the downstream side of the pipe 7e is connected to the pipe 7e.

また、筒状部材22の略円錐台形状の管壁22bには、該管壁22bの内外を径方向に貫通する小径の噴出孔としての貫通孔23が、周方向に沿って等配且つ、空気の流れ方向すなわち軸方向に沿って本実施例では3列にわたり複数形成されている。なお、これら貫通孔23の配置は、本実施例に限られず、例えば螺旋状に離間して配置されてもよい。 Further, in the tube wall 22b having a substantially truncated cone shape of the tubular member 22, through holes 23 as small-diameter ejection holes penetrating the inside and outside of the tube wall 22b in the radial direction are evenly distributed along the circumferential direction. In this embodiment, a plurality of cells are formed in three rows along the air flow direction, that is, the axial direction. The arrangement of the through holes 23 is not limited to this embodiment, and may be arranged spirally apart, for example.

また、筒状部材22の管壁22bには、これら複数の貫通孔23をまとめて外嵌する筒状の外嵌部材24が、管壁22bの外面との間に隙間を形成して密封状に取り付けられている。この外嵌部材24は、周方向に分割されるとともに軸方向の両端の内周部に環状のシール部材25が設けられている。 Further, in the pipe wall 22b of the tubular member 22, the tubular outer fitting member 24, which fits the plurality of through holes 23 together, forms a gap between the pipe wall 22b and the outer surface of the pipe wall 22b to form a sealed shape. It is attached to. The outer fitting member 24 is divided in the circumferential direction, and an annular seal member 25 is provided on the inner peripheral portions at both ends in the axial direction.

さらに外嵌部材24の管壁には、該管壁の内外を連通する連通孔24aが形成されるとともに、この連通孔24aに連通する連通管7dの一端側が密封状に接続されている。この連通管7dには、その内部を開閉可能な開閉弁5が介設されており、また図1に示されるように、連通管7dの他端側は、膨張タービンEよりも上流側の配管7cに接続されている。すなわち、連通管7dは、膨張タービンEよりも上流側の圧縮空気を膨張タービンEに通さずに下流側に送出するバイパス管として機能するものである。 Further, the pipe wall of the outer fitting member 24 is formed with a communication hole 24a that communicates with the inside and outside of the pipe wall, and one end side of the communication pipe 7d that communicates with the communication hole 24a is connected in a sealed manner. An on-off valve 5 that can open and close the inside of the communication pipe 7d is interposed, and as shown in FIG. 1, the other end side of the communication pipe 7d is a pipe on the upstream side of the expansion turbine E. It is connected to 7c. That is, the communication pipe 7d functions as a bypass pipe that sends the compressed air on the upstream side of the expansion turbine E to the downstream side without passing through the expansion turbine E.

上記した筒状部材22に形成された複数の貫通孔23、外嵌部材24、連通管7d及び開閉弁5は、本発明に係る噴流発生部を構成している。 The plurality of through holes 23, the outer fitting member 24, the communication pipe 7d, and the on-off valve 5 formed in the tubular member 22 as described above constitute a jet generation portion according to the present invention.

次に、図3(a),(b)に示されるように、除霜器6は、上記した噴流発生部よりも下流側に設けられ、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。なお、本実施例で除霜器6により捕捉される霜とは、空気中の水蒸気が昇華して個体化したものに限られず、空気中の水分が凝固した氷状の個体も含む。 Next, as shown in FIGS. 3A and 3B, the defroster 6 is provided on the downstream side of the jet generation portion described above, and is a box-shaped case connecting the pipe 7e and the pipe 7f. It is composed of 6a and a mesh member 6b that divides the case 6a into a space on the pipe 7e side and a space on the pipe 7f side. As will be described later, when the air flowing from the expansion turbine E to the pipe 7f via the pipe 7e passes through the mesh member 6b, the moisture contained in the air is adsorbed on the mesh member 6b as frost. The frost captured by the defroster 6 in this embodiment is not limited to the one in which water vapor in the air is sublimated and solidified, but also includes an icy individual in which the moisture in the air is solidified.

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, a detection means 14 for detecting clogging of the defroster 6 is provided around the defroster 6. The detection means 14 includes a pressure gauge 14a connected to the upstream side of the mesh member 6b of the defroster 6, a pressure gauge 14b connected to the downstream side of the mesh member 6b, and pressure gauges 14a and 14b. It is composed of a differential pressure gauge 14c that measures the differential pressure, and when the differential pressure measured by the differential pressure gauge 14c exceeds a predetermined threshold value, the defroster 6 detects that clogging has occurred. .. When the detecting means 14 detects the clogging of the defroster 6, the cooling device 1 is switched to a defrost operation for defrosting the defroster 6 and each pipe / device. The defrost operation will be described in detail later.

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。 Further, the cooling device 1 has a control unit (not shown) that is electrically connected to the motor 10, the inlet valve 8, the outlet valve 9, the detection means 14, and the like described above, and the control unit is connected to the detection means 14. Based on the received information on the differential pressure of the defroster 6, the motor 10 is driven and the valve is opened and closed, and the cooling operation or the defrost operation can be switched and controlled.

次に、冷却装置1が冷却運転のときの動作について図1に基づいて説明する。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 with reference to FIG. In the following description, the internal air A1 (about 1 atm, about −55 ° C.) in the chamber 2 to be cooled is used as a reference, and the high pressure means that the temperature is higher than that of the internal air A1. The pressure means that the pressure is substantially the same as that of the air inside the refrigerator A1, the same temperature means that the temperature is within an error of 10 ° C. as compared with the air inside the refrigerator A1, and the high temperature and the low temperature mean the same temperature. It means that it is hotter and colder than.

冷却運転時には、入口弁8が開放され、除霜器6の下流側の配管7f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 inlet valve 8 is opened, the pipe 7f on the downstream side of the defroster 6 is communicated with the cooled chamber 2, and the bypass pipe 7n side of the outlet valve 9 is closed, so that the cooled chamber 2 and the second 2 A circulation flow path for cooling operation is formed so as to communicate with the low temperature side pipe 4b of the heat exchanger 4.

図1に示されるように、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’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、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。 As shown in FIG. 1, when the compressor C and the expansion turbine E are driven, the compressor C sucks and compresses the normal pressure high temperature air A1'in the pipe 7 m. The high-pressure high-temperature air A2 compressed by the compressor C is discharged to the high-temperature side pipe 3a of the first heat exchanger 3 through the pipe 7a.

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。 During the cooling operation, the cooling water circulates in the low temperature side pipe 3b of the first heat exchanger 3, so that the high pressure high temperature air A2 discharged to the high temperature side pipe 3a of the first heat exchanger 3 is the first heat. The heat is exchanged with the cooling water of the low temperature side pipe 3b of the exchanger 3, and becomes high pressure high temperature air A3 of about 2 atm and about 45 ° C., which is discharged to the high temperature side pipe 4a 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、高圧同温空気A4となり、下流側の配管7cを介し膨張タービンE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、下流側の配管7c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、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-temperature side pipe 4a of the second heat exchanger 4 is sucked into the compressor C from the cooled chamber 2 via the low-temperature side pipe 4b of the second heat exchanger 4 (internal air A1 ( It exchanges heat with about 1 atm and about −55 ° C.) to become high-pressure same-temperature air A4, which is discharged to the expansion turbine E via the downstream pipe 7c. At this time, the high-pressure high-temperature air A3 is heat-exchanged with the internal air A1, so that a part of the moisture contained in the high-pressure high-temperature air A3 is formed on the inner peripheral surface of the high-temperature side pipe 4a of the second heat exchanger 4. Since it adheres as frost, the amount of water contained in the high-pressure co-temperature air A4 discharged to the downstream pipe 7c is reduced. On the other hand, the internal air A1 at about −55 ° C. is heat-exchanged with the high-pressure high-temperature air A3 to become normal-pressure high-temperature air A1 ′ and flows into the pipe 7 m.

膨張タービンEに吐出された高圧同温空気A4は、膨張タービンEにより膨張され、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、配管7e内を流れて除霜器6に吐出される。 The high-pressure co-temperature air A4 discharged to the expansion turbine E is expanded by the expansion turbine E to become normal-pressure low-temperature air A6, and a part of the moisture contained in the normal-pressure low-temperature air A6 becomes frost to form cold air. It is mixed, flows through the pipe 7e, and is discharged to the defroster 6.

また、図2(b)に示されるように、この常圧低温空気A6に含まれる水分の一部が霜Fとなって、膨張タービンEを構成する筒状部材22の管壁22bの内面22cに付着する。ここで、膨張タービンEをバイパスする連通管7dに介設された開閉弁5を開放することで、膨張タービンEよりも上流側の高圧同温空気A4を分岐した高圧の圧縮空気A5が、連通管7dを経て外嵌部材24内に導入され、更に筒状部材22の管壁22bに貫通形成された複数の貫通孔23より、筒状部材22の内方に向けて噴流空気として勢いよく噴出される。このようにすることで、筒状部材22の管壁22bの内面22cに付着した霜Fを剥離することができる。 Further, as shown in FIG. 2B, a part of the moisture contained in the normal pressure low temperature air A6 becomes frost F, and the inner surface 22c of the pipe wall 22b of the tubular member 22 constituting the expansion turbine E becomes. Adheres to. Here, by opening the on-off valve 5 interposed in the communication pipe 7d that bypasses the expansion turbine E, the high-pressure compressed air A5 that is branched from the high-pressure co-temperature air A4 on the upstream side of the expansion turbine E communicates. A plurality of through holes 23, which are introduced into the outer fitting member 24 via the pipe 7d and further formed through the pipe wall 22b of the tubular member 22, are vigorously ejected as jet air toward the inside of the tubular member 22. Will be done. By doing so, the frost F adhering to the inner surface 22c of the pipe wall 22b of the tubular member 22 can be peeled off.

特に、貫通孔23が筒状部材22の管壁22bに対し略直交方向、すなわち下流側に向けて貫通しているため、この貫通孔23の周囲の内面22cに付着した霜を剥離しやすく、またこのように剥離した霜を起点として更にその周囲、すなわち前述した貫通孔23に隣接する貫通孔23近傍の霜まで広範囲に剥離することができる。 In particular, since the through hole 23 penetrates the tube wall 22b of the tubular member 22 in a substantially orthogonal direction, that is, toward the downstream side, the frost adhering to the inner surface 22c around the through hole 23 can be easily peeled off. Further, the frost that has been peeled off in this way can be further peeled off in a wide range around the frost, that is, the frost in the vicinity of the through hole 23 adjacent to the through hole 23 described above.

開閉弁5は、図示しない制御ケーブルに接続された制御部によって開閉制御されるものであり、通常運転の常時は閉塞され、所定時間ごとに間欠的に短時間開放される。このようにすることで、大部分の空気冷媒を連通管7dにバイパスさせずに膨張タービンEを通過させることができるため、駆動軸10bの高い駆動効率を維持できる。なお、開閉弁5は必ずしも間欠的に開閉されるものに限られず、例えば膨張タービンEの下流側に圧力計などのセンサを設け、当該センサによって霜の付着を検知した場合に開閉弁5を開放するように制御してもよい。 The on-off valve 5 is controlled to open and close by a control unit connected to a control cable (not shown), is normally closed during normal operation, and is intermittently opened for a short time at predetermined time intervals. By doing so, most of the air refrigerant can pass through the expansion turbine E without bypassing the communication pipe 7d, so that the high drive efficiency of the drive shaft 10b can be maintained. The on-off valve 5 is not necessarily limited to one that opens and closes intermittently. For example, a sensor such as a pressure gauge is provided on the downstream side of the expansion turbine E, and the on-off valve 5 is opened when frost adhesion is detected by the sensor. It may be controlled to do so.

なお、前述した貫通孔23から噴出される噴流空気は、膨張タービンEを構成する筒状部材22の管壁22bの内面22cに既に付着した霜を剥離させる効果ばかりではなく、内面22cに付着しようとする霜を噴流空気によって吹き飛ばし、すなわち霜の付着を予防する効果も有する。また上述したように、膨張タービンEを構成する筒状部材22の管壁22bに生じた霜が噴流空気によって剥離されるため、膨張タービンEの下流側の常圧低温空気A6には、剥離された霜が混在する。 The jet air ejected from the through hole 23 described above will not only have the effect of removing the frost that has already adhered to the inner surface 22c of the pipe wall 22b of the tubular member 22 constituting the expansion turbine E, but will also adhere to the inner surface 22c. It also has the effect of blowing off the frost to be blown off by the jet air, that is, preventing the adhesion of frost. Further, as described above, since the frost generated on the pipe wall 22b of the tubular member 22 constituting the expansion turbine E is separated by the jet air, it is separated by the normal pressure low temperature air A6 on the downstream side of the expansion turbine E. There is a mixture of frost.

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となる。常圧低温空気A7は、配管7fを介し被冷却室2側に吐出される。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に含まれる霜などの水分が除霜器6により除去されるため、被冷却室2に霜が吹き出すことを抑制できる。 When the normal pressure low temperature air A6 discharged to the defroster 6 passes through the mesh member 6b of the defroster 6, the frost contained in the normal pressure low temperature air A6 adheres to the mesh member 6b, whereby the frost is attached to the mesh member 6b. The normal pressure low temperature air A7 has a smaller amount of water than the normal pressure low temperature air A6. The normal pressure low temperature air A7 is discharged to the cooled chamber 2 side via the pipe 7f. In this way, since the moisture such as frost contained in the normal pressure low temperature air A6 expanded by the expansion turbine E is removed by the defroster 6, it is possible to suppress the frost from blowing out into the cooled chamber 2.

除霜器6の下流側に吐出された常圧低温空気A7は、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A7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 downstream side of the defroster 6 is discharged to the cooled chamber 2 via the inlet valve 8. The normal pressure low temperature air A7 discharged to the cooled chamber 2 becomes the internal air A1 at about −55 ° C. by mixing with the air or the like flowing from the outside of the cooled chamber 2.

以上、説明したように、本発明の空気冷媒サイクルを用いた冷却装置1によれば、膨張機Eの下流側の配管部材である筒状部材22の内部に向け圧縮空気を噴出させる噴流発生部が設けられていることで、空気冷媒サイクルにおいて低温環境となる筒状部材22の内部に付着した霜Fを、当該内部に向けて噴出する圧縮空気によって剥離することができるため、磁気軸受に影響を与えることなく冷却運転の制御を維持できる。また、この噴流空気を空気冷媒に混合して冷却することで、空気冷媒の一部として利用できる。 As described above, according to the cooling device 1 using the air refrigerant cycle of the present invention, the jet flow generation unit that ejects compressed air toward the inside of the tubular member 22 which is a piping member on the downstream side of the expander E. The frost F adhering to the inside of the tubular member 22 which becomes a low temperature environment in the air-cooling cycle can be separated by the compressed air ejected toward the inside, which affects the magnetic bearing. The control of the cooling operation can be maintained without giving. Further, by mixing the jet air with the air refrigerant and cooling it, it can be used as a part of the air refrigerant.

また、この圧縮空気は、コンプレッサC(圧縮機)で圧縮された空気であることで、空気冷媒サイクルのコンプレッサCで生成される圧縮空気を利用することができる。 Further, since the compressed air is the air compressed by the compressor C (compressor), the compressed air generated by the compressor C of the air refrigerant cycle can be used.

また、本発明に係る噴流発生部は、膨張タービンE(膨張機)の上流側と膨張タービンEの下流側とをバイパスする連通部としての連通管7dを有していることで、膨張タービンEの上流側の高圧の圧縮空気を、連通管7dを介し下流側に導出して噴流空気として利用することができる。 Further, the jet generation portion according to the present invention has a communication pipe 7d as a communication portion that bypasses the upstream side of the expansion turbine E (expansion machine) and the downstream side of the expansion turbine E, so that the expansion turbine E The high-pressure compressed air on the upstream side of the above can be led out to the downstream side via the communication pipe 7d and used as the jet air.

更に、噴流発生部は、連通管7dを開閉する開閉弁5を有しているため、開閉弁5を間欠的に開放することで簡便に噴流空気を噴出させることができるとともに、常時は開閉弁5を閉塞することで空気冷媒の冷却効率を維持することができる。 Further, since the jet generation unit has an on-off valve 5 for opening and closing the communication pipe 7d, the jet air can be easily ejected by intermittently opening the on-off valve 5, and the on-off valve is always open. By closing 5, the cooling efficiency of the air refrigerant can be maintained.

また、噴流発生部は、筒状部材22の内壁に形成された複数の噴流孔としての貫通孔23を有していることで、筒状部材22の内壁に形成された複数の貫通孔23から噴出する噴流空気によって、当該内壁に付着した霜Fを剥離しやすい。 Further, the jet generation portion has through holes 23 as a plurality of jet holes formed in the inner wall of the tubular member 22, so that the through holes 23 formed in the inner wall of the tubular member 22 can be used. The jet air that erupts easily separates the frost F adhering to the inner wall.

また、筒状部材22の外壁に、複数の貫通孔23をまとめて外嵌する外嵌部材24が設けられていることで、外嵌部材24の内側を介し複数の貫通孔23を連通状態にできるため、これらの貫通孔23から略同じ圧力の噴流空気を噴出させることができる。 Further, since the outer wall of the tubular member 22 is provided with the outer fitting member 24 for fitting the plurality of through holes 23 together, the plurality of through holes 23 are communicated with each other through the inside of the outer fitting member 24. Therefore, jet air having substantially the same pressure can be ejected from these through holes 23.

更に、筒状部材22よりも下流側に除霜器6が設けられていることで、噴流発生部により筒状部材22の内部にて剥離された霜Fを、筒状部材22よりも下流側の除霜器6にて捕集することができる。 Further, since the defroster 6 is provided on the downstream side of the tubular member 22, the frost F peeled off inside the tubular member 22 by the jet generating portion is removed on the downstream side of the tubular member 22. It can be collected by the defroster 6 of.

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、この除霜器6内に一定以上の霜が目詰まりしたものとして、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 defrost operation of the cooling device 1 will be described with reference to FIG. As described above, when the differential pressure gauge 14c detects that the differential pressure between the upstream side and the downstream side of the defroster 6 exceeds a predetermined threshold value during the cooling operation of the cooling device 1, the defrosting is performed. Assuming that the inside of the vessel 6 is clogged with frost above a certain level, the control unit (not shown) of the cooling device 1 switches to the defrost operation.

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7f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, during the defrost operation, the inlet valve 8 is closed to prevent the pipe 7f from communicating with the cooled chamber 2, and the bypass pipe 7n side of the outlet valve 9 is opened to open the bypass pipe 7n. Defrost operation in which the cooling chamber 2 and the low temperature side pipe 4b of the second heat exchanger 4 are not communicated with each other by communicating the pipe 7k with the pipe 7k and blocking the space between the pipe 7j and the pipe 7k of the outlet valve 9. A circulation flow path is formed.

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。 The compressor C and the expansion turbine E during the defrost operation are driven by the motor 10 having a rotation speed lower than the rotation speed during the cooling operation (for example, about one-third). The compressor C sucks and compresses the air A11'in the pipe 7 m. The air A21 compressed by the compressor C has a lower temperature and a lower temperature than the low temperature side pipe 4b of the second heat exchanger 4 during the cooling operation, and passes through the pipe 7a to the high temperature of the first heat exchanger 3. It is discharged to the side pipe 3a.

デフロスト運転時には、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と熱交換されて比較的高温の空気A41となり、膨張タービンEに吐出される。 During the defrost operation, the air A21 becomes the air A31 whose high temperature is maintained without heat exchange, and is discharged to the high temperature side pipe 4a of the second heat exchanger 4. The air A31 discharged to the high temperature side pipe 4a of the second heat exchanger 4 is heat exchanged with the low temperature side pipe 4b of the second heat exchanger 4 to become relatively high temperature air A41, which is discharged to the expansion turbine E. ..

またデフロスト運転時に開閉弁5を開放してもよく、開放した場合、空気A41の一部を分岐した空気A51が連通管7dに吐出される。これらの空気A41及び空気A51によって、筒状部材22の内壁に残置されたわずかな霜Fを溶かすことができる。 Further, the on-off valve 5 may be opened during the defrost operation, and when it is opened, the air A51 obtained by branching a part of the air A41 is discharged to the communication pipe 7d. The air A41 and the air A51 can melt a small amount of frost F left on the inner wall of the tubular member 22.

膨張タービンEに吐出された空気A41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り、すなわち比較的高温となる。この空気A61によって、膨張タービンEを構成する筒状部材22の内面22cに残置された霜を溶かすことができるようになっている。 The air A41 discharged to the expansion turbine E is expanded by the expansion turbine E to become air A61, and is discharged to the defroster 6. Since the rotation speed of the expansion turbine E is lower than the rotation speed during the cooling operation, the temperature of the air A61 expanded by the expansion turbine E is slightly lower than that during the cooling operation, that is, the temperature is relatively high. The air A61 can melt the frost left on the inner surface 22c of the tubular member 22 constituting the expansion turbine E.

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(図示略)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、下流側の配管7fに吐出される。 During the defrost operation, a heater (not shown) with an electric heating unit connected to the defroster 6 operates, which makes it possible to melt the frost accumulated in the defroster 6. There is. The air A61 discharged to the defroster 6 mixes with the air in the defroster 6 heated by the heat generated from the heater to become air A71, and is discharged to the pipe 7f on the downstream side.

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. 3A and 3B, the bottom surface 6c of the defroster 6 is formed in a mortar shape, and the bottom surface of the defroster 6 communicates with the outside. An openable / closable drain valve 6d is provided. According to this, the water generated by melting the frost of the defroster 6 by the heater can be discharged to the outside through the drain valve 6d.

除霜器6の下流側の配管7fに吐出された空気A71は、ヒータの熱により温められるため、第2熱交換器4よりも下流側の所定区間(配管7c、膨張タービンE、配管7e、除霜器6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。 Since the air A71 discharged to the pipe 7f on the downstream side of the defroster 6 is heated by the heat of the heater, a predetermined section (pipe 7c, expansion turbine E, pipe 7e,) downstream of the second heat exchanger 4 The temperature of the air flowing through the defroster 6 section) rises as it circulates in the above-mentioned path.

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、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。 As described above, during the defrost operation, the rotation transfer speed of the expansion turbine E is low, cold air (internal air A1) does not enter from the cooled chamber 2, the heater operates, and the like. The temperature of the air in the cooling device 1 becomes higher than that in the cooling operation, and the frost in the cooling device 1 can be melted.

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内を温めるヒータの熱により温められた空気A71が吐出されるため、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、膨張タービンE、配管7e、除霜器6、配管7f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7f、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 defrost operation, the inlet valve 8 is closed so that the pipe 7g is not communicated with the cooled chamber 2, and the bypass pipe 7n side of the outlet valve 9 is opened so that the bypass pipe 7n and the pipe 7k are communicated with each other. At the same time, a circulation flow path for defrost operation is formed in which the cooling chamber 2 and the low temperature side pipe 4b of the second heat exchanger 4 are not communicated with each other by closing the space between the pipe 7j and the pipe 7k of the outlet valve 9. Will be done. That is, during the defrost operation, the air A71 warmed by the heat of the heater that warms the inside of the defroster 6 is discharged, so that the air A71 is discharged on the downstream side of the second heat exchanger 4, which is more likely to generate frost than other parts. The air flowing through the predetermined section (section of pipe 7c, expansion turbine E, pipe 7e, defroster 6, and pipe 7f) can be quickly warmed. Since the temperature inside the piping system has risen due to the above-mentioned defrosting operation, the piping 7f, the bypass pipe 7n, and the piping 7k are opened and the cooled chamber 2 side is closed after the defrosting operation is completed. It is preferable that the cooling operation is performed for a certain period of time until the temperature in the piping system drops, and after the elapse of a certain period of time, the cooled chamber 2 side is opened. By doing so, it is possible to prevent the temperature inside the cooled chamber 2 from rising.

なお、図5に示されるように、第2熱交換器4の高温側配管4aと膨張タービンE及び連通管7d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により高温側配管4a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。 As shown in FIG. 5, an auxiliary defroster 16 may be provided between the high temperature side pipe 4a of the second heat exchanger 4 and the expansion turbine E and the communication pipe 7d. According to this, the auxiliary defroster 16 can collect the moisture contained in the high-pressure co-temperature air A4 flowing from the high-temperature side pipe 4a to the expansion turbine E as frost, so that the normal pressure flowing from the expansion turbine E to the defroster 6 can be collected. The amount of water contained in the low temperature air A6 can be further reduced. Since the structure of the auxiliary defroster 16 is the same as that of the defroster 6 described above, the description thereof will be omitted.

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 examples of the present invention have been described above with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to these examples, and any changes or additions within the scope of the gist of the present invention are included in the present invention. Is done.

例えば、前記実施例では、圧縮空気を噴出させる噴流孔として、筒状部材22の管壁22bを径方向に貫通する貫通孔23が形成されているが、これに限らず例えば、噴出孔の変形例として図6に示されるように、筒状部材22の管壁22bの内面22cに、外嵌部材24の内部に連通した噴出ノズル26が配設されてもよく、この噴出ノズル26の噴出口27を内面22cに沿って若しくは内面22cに向けて、噴流空気を噴出させるようにしてもよい。この場合、筒状部材22内部の流れ場を乱さないために、噴出ノズル26を管壁22bの内面22cから極力突出させずに平坦形状が好ましい。 For example, in the above embodiment, as a jet hole for ejecting compressed air, a through hole 23 penetrating the pipe wall 22b of the tubular member 22 in the radial direction is formed, but the present invention is not limited to this, for example, deformation of the jet hole. As shown in FIG. 6, as an example, a jet nozzle 26 communicating with the inside of the outer fitting member 24 may be arranged on the inner surface 22c of the pipe wall 22b of the tubular member 22, and the jet outlet of the jet nozzle 26 may be arranged. The jet air may be ejected along the inner surface 22c or toward the inner surface 22c. In this case, in order not to disturb the flow field inside the tubular member 22, a flat shape is preferable so that the ejection nozzle 26 does not protrude as much as possible from the inner surface 22c of the pipe wall 22b.

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 開閉弁(噴流発生部)
6 除霜器
7d 連通管(連通部、噴流発生部)
8 入口弁
9 出口弁
10 モータ
10a,10b 駆動軸
14 検知手段
21 タービン翼
22 筒状部材(配管部材)
22b 管壁
22c 内面
23 貫通孔(噴流孔、噴流発生部)
24 外嵌部材(噴流発生部)
26 噴出ノズル
27 噴出口
C コンプレッサ(圧縮機)
E 膨張タービン(膨張機)
1 Cooling device 2 Cooled chamber 3 1st heat exchanger 4 2nd heat exchanger 5 On-off valve (jet generator)
6 Defroster 7d Communication pipe (communication part, jet generation part)
8 Inlet valve 9 Outlet valve 10 Motors 10a, 10b Drive shaft 14 Detection means 21 Turbine blade 22 Cylindrical member (piping member)
22b Pipe wall 22c Inner surface 23 Through hole (jet hole, jet generating part)
24 Outer fitting member (jet generator)
26 Ejection Nozzle 27 Ejection C Compressor
E Expansion turbine (expansion machine)

Claims (7)

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が配管により接続された空気冷媒サイクルを用いた冷却装置であって、
前記膨張機の下流側の配管部材の内部に向け圧縮空気を噴出させる噴流発生部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。
A compressor that compresses the air recovered from the cooled chamber, a heat exchanger that cools the air compressed by the compressor, and an expander that expands the air cooled by the heat exchanger are connected by pipes. It is a cooling device that uses an air refrigerant cycle.
A cooling device using an air-refrigerant cycle, characterized in that a jet flow generating portion for ejecting compressed air toward the inside of a piping member on the downstream side of the expander is provided.
前記圧縮空気は、前記圧縮機で圧縮された空気であることを特徴とする請求項1に記載の空気冷媒サイクルを用いた冷却装置。 The cooling device using the air refrigerant cycle according to claim 1, wherein the compressed air is air compressed by the compressor. 前記噴流発生部は、前記膨張機の上流側と該膨張機の下流側とをバイパスする連通部を有していることを特徴とする請求項2に記載の空気冷媒サイクルを用いた冷却装置。 The cooling device using the air refrigerant cycle according to claim 2, wherein the jet generating portion has a communication portion that bypasses the upstream side of the expander and the downstream side of the expander. 前記噴流発生部は、前記連通部を開閉する開閉弁を有していることを特徴とする請求項3に記載の空気冷媒サイクルを用いた冷却装置。 The cooling device using the air-refrigerant cycle according to claim 3, wherein the jet generating portion has an on-off valve for opening and closing the communicating portion. 前記噴流発生部は、前記配管部材の前記内壁に形成された複数の噴流孔を有していることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の空気冷媒サイクルを用いた冷却装置。 The cooling device using the air refrigerant cycle according to any one of claims 1 to 4, wherein the jet generating portion has a plurality of jet holes formed in the inner wall of the piping member. 前記配管部材の外壁に、前記複数の噴流孔を外嵌する外嵌部材が設けられていることを特徴とする請求項5に記載の空気冷媒サイクルを用いた冷却装置。 The cooling device using the air-refrigerant cycle according to claim 5, wherein an outer fitting member for outerly fitting the plurality of jet holes is provided on the outer wall of the piping member. 前記配管部材よりも下流側に除霜器が設けられていることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の空気冷媒サイクルを用いた冷却装置。 The cooling device using the air-refrigerant cycle according to any one of claims 1 to 6, wherein a defroster is provided on the downstream side of the piping member.
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