JP3841283B2

JP3841283B2 - 空気サイクル式冷却装置

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Publication number: JP3841283B2
Application number: JP2002088494A
Authority: JP
Inventors: 和夫古川; 良克高橋
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: JP2003287299A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば遠心式等の翼車式圧縮機で圧縮した空気を膨張機で膨張させたときに発生する顕熱を冷熱源とする空気サイクル式冷却装置に係り、特に、圧縮機のサージングを防止するとともに、熱交換器等の他の構成要素内での氷結を防止する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気サイクル式冷却装置は、要冷却室の空気を冷媒として冷却装置内に取り入れ、この空気を圧縮機で圧縮した後に膨張機で断熱膨張させたときの顕熱を利用して温度降下させ、この冷却空気を要冷却室に直接吹き出すようにしている。このような空気サイクル式冷却装置では、圧縮空気を断熱膨張させるときに空気に含まれる水分が微細な氷片に相変化（以下、このような生成物を「雪状物」、これの生成を「雪化」という）し、この雪状物が低温空気経路の管内で堆積成長して圧損を高め、場合によっては経路閉塞を起こして凍結トラブルに至るという問題がある。
【０００３】
上記のような空気中の水分の雪化による弊害を軽減することができる空気サイクル式冷却装置として、例えば特開平１１−１３２５８２号に開示された技術が知られている。この技術では、冷却空気が流通する経路の要冷却室の手前に、内部にメッシュフィルタとヒータを配置した着氷器を設け、断熱膨張により生成された雪化物をメッシュフィルタで捕捉するようにしている。
【０００４】
また、上記のような着氷器を設けた場合であっても、熱交換器や管路の屈曲部などには雪状物が堆積し易い。このため、上記提案に係る技術では、冷凍室の上流側と下流側の空気経路にバイパス経路を設け、冷凍室を冷却系から切り離して冷却系に温風を循環させるデフロストを行うようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、圧縮機として翼車式圧縮機が用いられている場合には、デフロストの後に冷却運転を再開したときに翼車式圧縮機がサージングを起こすことがある。サージングが生じると激しい振動と騒音を生じ、場合によっては流体機械や管路系が破損することもある。特に、膨張機の下流側に着氷器を設けた上記提案に係る技術では、冷却運転を開始すると、デフロストで生成された水滴が着氷器のフィルタに付着し、氷結してフィルタが目詰まりし、圧縮機の抵抗を高める。その結果、圧縮機の流量が上昇せずにサージングに陥り易いという問題がある。また、熱交換器では、空気流路に多数のフィンが配置されたものがあり、それらフィンの間で水滴が氷結すると熱交換器の機能が損なわれるばかりでなく、圧縮機の抵抗が上昇してサージングに陥る原因となる。
【０００６】
したがって、本発明は、翼車式圧縮機でのサージングの発生を有効に防止することができる空気サイクル式冷却装置を提供することを目的としている。また、本発明は、各構成要素内での氷結を防止して各構成要素の機能を維持するとともに、結果として翼車式圧縮機でのサージングの発生を防止することができる空気サイクル式冷却装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の空気サイクル式冷却装置は、要冷却室内の空気を取り入れて圧縮する翼車式圧縮手段と、圧縮した空気を冷却する冷却手段と、冷却された空気を膨張させる膨張手段と、膨張により降温した冷却空気を要冷却室に流入させる空気サイクル式冷却装置において、要冷却室の上流側と下流側の空気経路に設けられて両空気経路を互いに接続する第１バイパス経路と、この第１バイパス経路での空気の流れを開閉する第１の弁と、膨張手段の上流側および下流側の空気経路および／または翼車式圧縮手段の上流側および下流側の空気経路に設けられて両空気経路を互いに接続する第２バイパス経路と、この第２バイパス経路での空気の流れを開閉する第２の弁と、翼車式圧縮手段および第１、第２の弁を制御する制御手段とを備え、制御手段は、第１バイパス経路を介して空気を流通させるデフロスト運転後に冷却空気を要冷却室に流入させる冷却運転を開始する際に、第１の弁を閉めるとともに第２の弁を一部開いて翼車式圧縮機に対する経路抵抗を冷却運転時よりも少なくして運転し、その後、第２の弁を閉じて翼車式圧縮機に対する経路抵抗を冷却運転時の経路抵抗にすることを特徴としている。
【０００８】
上記第１の空気サイクル式冷却装置にあっては、冷却運転を開始する際に、第１の弁を閉めるとともに第２の弁を一部開いて翼車式圧縮機に対する抵抗を冷却運転時よりも少なくして運転するから、その間はサージングが生じにくい。そして、そのサージングが生じ難い状態のまま第２の弁を閉じて翼車式圧縮機を正常な冷却運転時の経路抵抗とする。
【０００９】
次に、本発明者等の検討によれば、翼車式圧縮手段にサージングが生じるか否かは、その回転数と空気の流量との関係で決まり、ある回転数のときにある流量以下になるとサージングが生じるという最低流量が規定できることが判明した。また、空気の流量は翼車式圧縮手段のモータの駆動電流に略比例するので、回転数と駆動電流を監視すればサージングの発生を予知できることも判明した。
【００１０】
本発明の第２の空気サイクル式冷却装置は上記のような知見に基づいてなされたもので、冷却室内の空気を取り入れて圧縮する翼車式圧縮手段と、圧縮した空気を冷却する冷却手段と、冷却された空気を膨張させる膨張手段と、膨張により降温した冷却空気を要冷却室に流入させる空気サイクル式冷却装置において、要冷却室の上流側と下流側の空気経路に設けられて両空気経路を互いに接続する第１バイパス経路と、この第１バイパス経路での空気の流れを開閉する第１の弁と、膨張手段の上流側および下流側の空気経路および／または翼車式圧縮手段の上流側および下流側の空気経路に設けられて両空気経路を互いに接続する第２バイパス経路と、この第２バイパス経路での空気の流れを開閉する第２の弁と、翼車式圧縮手段および第１、第２の弁を制御する制御手段とを備え、制御手段は、第１バイパス経路を介して空気を流通させるデフロスト運転後に、第１、第２の弁を閉めて冷却空気を要冷却室に流入させる冷却運転を開始するとともに、翼車式圧縮手段の回転数と駆動電流を監視して回転数に対する駆動電流の値が所定値以下か否かを判定し、駆動電流の値が所定値以下のときに第２の弁を開閉することを特徴としている。
【００１１】
上記第２の空気サイクル式冷却装置によれば、制御手段が翼車式圧縮手段の回転数と駆動電流を監視してサージング発生を予知し、その際に第２の弁を開閉するから、これによって冷却系内に急激な圧力変動が生じ、系内の構成要素に付着した雪状物が振り落とされる。その結果、冷却系内の抵抗が減少し、サージングの発生を回避することができる。ここで、第２の弁の開閉を予め設定した回数行ってもサージングが回避できない場合には、冷却運転を停止して所定の保全処置をとるようにすることが望ましい。
【００１２】
次に、本発明の第３の空気サイクル式冷却装置は、要冷却室内の空気を取り入れて圧縮する翼車式圧縮手段と、圧縮した空気を冷却する冷却手段と、冷却された空気を膨張させる膨張手段とを備え、膨張により降温した冷却空気を要冷却室に流入させる空気サイクル式冷却装置において、要冷却室の上流側と下流側の空気経路に設けられて両空気経路を互いに接続する第１バイパス経路と、この第１バイパス経路での空気の流れを開閉する第１の弁と、膨張手段の上流側の空気経路に設けられてその内部を流通する空気の温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段の検出結果に基づいて翼車式圧縮手段を制御する制御手段とを備え、制御手段は、第１バイパス経路を介して空気を流通させるデフロスト運転後に冷却空気を要冷却室に流入させる冷却運転を開始する際に、温度検出手段が検出した空気の温度が所定温度以下に下がるまで、翼車式圧縮手段から供給される空気の流量を冷却運転時よりも少なくすることを特徴としている。
【００１３】
上記第３の空気サイクル式冷却装置によれば、冷却運転開始後は空気の流量が少ないから、膨張手段から水滴が飛散するのが防止され、その後、空気の温度が低下して空気経路内に付着した水滴が氷結する。したがって、その後に流量を増加して冷却運転時の条件にしても水滴が冷却系内に飛散するようなことがない。ここで、所定温度とは、温度検出手段の上流側の空気経路内にある水滴が氷結していることを推定できる温度であり、氷点下以下の温度である。また、空気の流量は、翼車式圧縮手段の回転数や空気経路に介装した絞り弁によって調整することができる。
【００１４】
第３の空気サイクル式冷却装置では、温度検出手段を膨張手段の上流側に隣接して配置すると、膨張手段に流入する空気の温度をより正確に推定することができる。また、冷却手段が複数のフィンの間を空気が流通する熱交換器である場合には、さらに温度検出手段を冷却手段の低温側であって上流側に隣接して配置することが望ましい。すなわち、冷却運転を開始した直後では、要冷却室から取り入れて熱交換器に流入する空気が最も低温である。したがって、そのような低温の空気が水滴を随伴して熱交換器に流入すると、水滴が熱交換器の内部に氷結する。上記のような態様では、熱交換器に流入する空気の温度が所定以下となるまで空気の流量が少ないから、水滴は熱交換器に至る空気経路内に留まってそこに氷結する。したがって、その後に流量を増加して冷却運転時の条件にしても水滴が熱交換器内に流入するようなことがない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
Ａ．実施形態の構成
以下、本発明の好適な実施の形態について図１〜図６を参照して説明する。
図１は第１実施形態の空気サイクル式冷却装置の冷却系統を示す図である。図１において符号１は圧縮機（翼車式圧縮手段）である。圧縮機１には、その内部の翼車を回転させるためのモータ１０が接続されている。また、圧縮機１には、モータ１０を介して膨張機（膨張手段）２が接続されている。膨張機２には翼車が内蔵されている。圧縮機１の翼車の回転によって圧縮された空気は、膨張機２内に流入し、その際に翼車を回転させて断熱膨張する。また、その際の翼車の回転は、圧縮機１内の翼車の回転を補助する。膨張機２の構成は、上記のものに限らず任意であり、軸流タービン、遠心タービンその他任意のものを用いることができる。
【００１６】
図中符号３は冷却器である。冷却器３は、圧縮機１により圧縮されて昇温した空気等を冷却するもので、第１冷却部３ａおよび第２冷却部３ｂおよび冷熱源３ｃとからなっている。冷却器３は、この実施形態では、冷熱源３ｃにファン３０を備え冷媒として空気を用いた空冷式のものを用いているが、冷媒として水を用いた水冷式のものや、冷媒にエチレングリコールなどの不凍液を用いたもの、あるいは、クーリングタワーなどを用いることができる。冷却器３で冷却された空気は、熱交換器（冷却手段）４に流入し、そこでさらに冷却されて膨張機２内に流入する。
【００１７】
膨張機２の下流側には捕雪器（捕雪手段）５が接続されている。捕雪器５の下流側には３方向切替弁Ｖを介して冷凍室（要冷却室）７が接続され、膨張機２によって膨張し降温した冷却空気が冷凍室７内に噴出するようになっている。なお、本発明は、冷却空気を冷凍室７内に直接供給する態様に限定されるものではなく、冷凍室７の内部に設けた配管内に冷却空気を流通させるような構成や、エチレングリコールなどのブラインを介して冷凍室７内を冷却する構成を用いることができる。冷凍室７と熱交換器４との間には捕雪器５が接続されている。冷凍室７および捕雪器５間の空気経路と、３方向切替弁Ｖとの間は第１バイパス経路８ａで接続され、第１バイパス経路８ａには、内部にダクトヒータ８０を備えた加熱器８が介装されている。加熱器８は、デフロスト時に循環する空気を昇温して温風にする。
【００１８】
熱交換器４と膨張機２とを接続する空気経路は、第２バイパス経路９ａによって捕雪器５に接続され、第２バイパス経路９ａには、流量調整弁（第２の弁）Ｖ１と、ダクトヒータ９０を備えた加熱器９がそれぞれ介装されている。この加熱器９は、デフロスト時に循環する空気を昇温して温風にする際に加熱器８の補助となるものである。なお、第２バイパス経路９ａは、膨張機２と捕雪器５とを接続する空気経路に接続することも可能である。
【００１９】
熱交換器４の下流側には低段圧縮機１ａが接続されている。低段圧縮機１ａは、モータ１０で駆動される翼車を備え、上記圧縮機１の吐出圧力よりも低い圧力まで空気を圧縮するようになっている。また、低段翼車式圧縮機１ａの下流側の空気経路は、冷却器３の第２冷却部３ｂに通され、低段圧縮機１ａにより圧縮されて昇温した空気を冷却するようになっている。第２冷却部３ｂで冷却された空気は、翼車式圧縮機１内に流入する。
【００２０】
以上は、図１の冷却系統に沿った説明であり、図１は冷却系統を各機能毎にブロック化して記載したものである。より具体的な実施形態では、加熱器８，９は、その下流側に配置された捕雪器５にそれぞれ内蔵されている。以下、図２〜６を参照して捕雪器５の詳細を説明する。なお、冷凍室７に供給する冷却空気が流通する往路に配置した捕雪器５と、冷凍室７内の空気が冷却系に戻る復路に配置した捕雪器５とでは構成が若干異なる。そこで、両者を区別して説明する必要がある場合には、捕雪器５に「往路」または「復路」を付すこととする。図２において符号５０はフィルタ組立体であり、フィルタ組立体５０は、捕雪器５の外郭を構成するチャンバ５１内に、図中右側へ１５度以上傾けて配置されている。チャンバ５１の壁部は断熱材料で構成されている。また、チャンバ５１の壁部には、入側開口５１ａ，５１ｂおよび出側開口５１ｅが設けられている。図２に示すように、フィルタ組立体５０の下側には、入側開口５１ｂとダクト５１ｃによって接続された加熱器８（または９）が配置されている。往路捕雪器５では、一方の入側開口５１ａは膨張機２に接続され、他方の入側開口５１ｂは第２バイパス経路９ａに接続されている。そして、往路捕雪器５では、通常運転時には入側開口５１ａから、デフロスト時には入側開口５１ｂからチャンバ５１内に空気が流入し、フィルタ組立体５０を通って上側の出側開口５１ｅからチャンバ５１外に流出する。一方、復路捕雪器５では、一方の入側開口５１ａは冷凍室７に接続され、他方の入側開口５１ｂは第１バイパス経路８ａに接続されている。そして、復路捕雪器５においても、通常運転時には入側開口５１ａから、デフロスト時には入側開口５１ｂからチャンバ５１内に空気が流入し、フィルタ組立体５０を通って上側の出側開口５１ｅからチャンバ５１外に流出する。
【００２１】
フィルタ組立体５０は、上下２段に構成されている。ただし、フィルタ組立体５０は、単体であってもよく、また、縦および／または横に何段何列連設したものであっても良い。図３は、フィルタ組立体５０の上側の部分５０ａを示す図である。図３において、符号５２はフレームであり、フレーム５２は、図４に示すように前後方向が開放されている。なお、フィルタ組立体５０の下側の部分５０ｂは上側の部分５０ａと同等に構成されている。このようなフィルタ組立体５０には、フィルタ積層体５３が取り付けられている。
【００２２】
図４に示すように、フィルタ積層体５３は、上から見てジグザグに折り曲げられている。図中の矢印は空気の流れる方向を示す。フィルタ積層体５３の折り曲げられた部分のうち下流側のものには、補強用のロッド５４が固定されている。また、フィルタ積層体５３の左右の縁部は、金具５５に固定されている。そして、フィルタ積層体５３は、ロッド５４および金具５５の両端部がフレーム５２に固定されることによりフレーム５２内に保持されている。
【００２３】
図５はフィルタ積層体５３の詳細を示す図である。フィルタ積層体５３は、上流側のメッシュフィルタ５３ａと、下流側の補強用メッシュ５３ｂとを重ね合わせたものである。メッシュフィルタ５３ａは、例えば＃２４９メッシュで目開き寸法が７０μｍのものが用いられている。このメッシュフィルタ５３ａの表面には、撥水性樹脂がコーティングされている。補強用メッシュ５３ｂは、メッシュフィルタ５３ａを補強するためのもので、メッシュフィルタ５３ａよりも遙かに目の粗い＃２．５メッシュ程度のものが用いられている。
【００２４】
上記構成のフィルタ組立体５０は、図２に示すように、上流側へ向け前傾した状態で枠体５６によってチャンバ５１内に支持されている。チャンバ５１の底部には、ドレインパン５７が配置され、フィルタ組立体５０から落下した雪状物を堆積するようになっている。また、後述するデフロスト時には、雪状物が融けた水がドレイン５８から排出される。
【００２５】
図６に示すように、チャンバ５１の開口５１ａ，５１ｅには、チャンバ５１の内側向けて拡開するブッシュ５９が取り付けられている。このブッシュ５１により、空気がチャンバ５１の内外にスムーズに出入りすることができ、圧力損失が軽減される。なお、このようなテーパ状のブッシュに代えて、端部がベルの開口部のように断面弧状に拡開するブッシュを用いることができる。この場合には、ブッシュの端部はチャンバ５１の内部に突出させる。
【００２６】
図２において符号６０はデフロスト時にメッシュフィルタ５３ａを再生するための補助ヒータである。補助ヒータ６０は、矩形状をなす枠体６１の左右両側を貫通する防水棒状ヒータ６２を複数架設して構成されている。また、上記のようなフィルタ組立体５０は、冷凍室７に設けられた排気口７ａを塞ぐようにして配置され、その下側にはトレイ（図示略）が配置されている。なお、図２に示すように、ドレインパン５７の下面にヒータ６３を取り付け、ドレインパン５７に堆積した雪状物を融かすように構成することもできる。この場合には、ドレインパン５７に排水口を形成し、ドレインパン５７の下側に容器を設けてそこに水が溜まるように構成することができる。
【００２７】
ここで、図１に示す膨張機２の上流側の空気経路には、図示省略されている温度センサ（温度検出手段）Ｓ１が配置されている。また、熱交換器４の上流側の空気経路にも図示省略されている温度センサ（温度検出手段）Ｓ２が配置されている。また、以上の構成の動作は、圧縮機１のモータ１０に駆動電流を供給するインバータのモニタ出力信号から得られるモータの回転数および駆動電流に基づいてシーケンサ（制御手段）が制御するようになっている。なお、本実施形態ではインバータおよびシーケンサを用いているが、本発明はそのような機器に限定されるものではなく、任意のものを用いることができる。
【００２８】
Ｂ．実施形態の動作
（１）冷却運転時
次に、上記構成の空気サイクル式冷却装置の動作について説明する。冷却運転時には、圧縮機１および低段圧縮機１ａを駆動することにより、冷凍室７内の空気がフィルタ組立体５０および捕雪器５を通って熱交換器４に流入する。その際、冷凍室７内に浮遊する雪状物は、フィルタ組立体５０と捕雪器５のフィルタ組立体５０によって捕捉されるから、熱交換器４およびそれに至る空気経路に堆積する雪状物が低減される。
【００２９】
熱交換器４から流出した空気は、低段圧縮機１ａに流入して圧縮され、冷却器３の第２冷却部３ｂで冷却されて圧縮機１に流入する。圧縮機１で圧縮された空気は、冷却器３の第１冷却部３ａで冷却され、さらに熱交換器４で冷却されて膨張機２に流入する。膨張機２で膨張した空気は降温し、その際に雪状物を生成するが、この雪状物は捕雪器５のフィルタ組立体５０に捕捉される。このため、捕雪器５の下流側の空気経路に堆積する雪状物が低減される。また、冷凍室７内に侵入した外気に含まれる水分は雪化して雪状物となり、冷凍庫７内の空気に随伴して排気口７ａへ向かうが、その雪状物は、排気口７ａを覆うように設けられたフィルタ組立体５０によって捕捉される。
【００３０】
ここで、メッシュフィルタ５３ａの目開き寸法は７０μｍであるのに対して、雪状物の大きさは１０〜２０μｍである。このため、運転を開始した最初の段階ではある程度の雪状物はメッシュフィルタ５３ａを通過するが、メッシュフィルタ５３ａに雪状物が付着して徐々に成長すると、実質的な目開き寸法が小さくなり、ある段階から空気のみがメッシュフィルタ５３ａを通過するようになる。そして、雪状物が成長してある程度の厚さになると、雪状物は塊となって自重で自然落下し、ドレインパン５７上または冷凍室７に配置されたトレイに堆積する。この場合において、目の粗い補強用メッシュ５３ｂは下流側のみに設けられているので、雪状物の落下が妨げられるようなことがない。また、補強用のロッド５４が上流側に配置されているので、堆積した雪状物の重みでメッシュフィルタ５３ａが垂れ下がるようなことがなく、さらに、雪状物がロッドに沿って滑り易く、その自然落下を促進する。
【００３１】
（２）デフロスト運転
次に、デフロストの運転について説明する。デフロスト時には、３方向切替弁Ｖが切り替えられ、これを通過した空気は冷凍室７ではなくて第１バイパス経路８ａ、復路捕雪器５の入側開口５１ｂを経て加熱器８に流入する。加熱器８のヒータ８０には電流が供給され、通過する空気が加熱される。また、捕雪器５のヒータ６０にも電流が供給され、フィルタ組立体５０に堆積した雪状物が融かされるとともに、通過する空気が加熱される。そして、この温風が冷却系を循環することにより、熱交換器４や捕雪器５のメッシュフィルタ５３ａおよび空気経路に堆積ないし固着した雪状物が融かされる。なお、デフロスト時には、冷却器３は停止させられる。
【００３２】
デフロスト時には流量調整弁Ｖ１は開けられており、熱交換器４を通過した圧縮空気は、抵抗の大きい膨張機２を通らずに第２バイパス経路９ａ、往路捕雪器５の入側開口５１ｂを経て加熱器９に流入し、そこで加熱されて捕雪器５に流入する。一方、捕雪器５の補助ヒータ６０にも電流が供給され、フィルタ組立体５０のメッシュフィルタ５３ａに堆積した雪状物を融かす補助となる。こうして、冷凍室７を除く冷却系を加熱された空気が循環し、捕雪器５のドレインパン５７、熱交換器４、空気経路に堆積ないし固着した雪状物が融かされる。このようにして、メッシュフィルタ５３ａの融雪と乾燥が行われて再生される。なお、捕雪器５内で雪状物が融けて生じた水はドレイン５８で系外に排出され、その他の箇所で生じた水も適所に設けられたドレインで系外に排出される。
【００３３】
（３）冷却運転開始時
［第１実施形態］
シーケンサの制御により、まず、３方向切替弁Ｖが切り替えられて第１バイパス経路８ａが閉じられ、開閉弁Ｖ１が半開とされる。この状態で、圧縮機１および低段圧縮機１ａが起動されるが、その際のモータ１０の回転数は通常の冷却運転時よりも少なく設定される。この場合、圧縮機１および低段圧縮機１ａから供給された空気は第２バイパス経路９ａを通ることができるので、経路抵抗が少ない。したがって、圧縮機１のサージングが生じにくく、その状態のまま回転数が増加されて冷却運転時の回転数とされ、次いで流量調整弁Ｖ１が閉じられて正常な運転状態とされる。なお、低段圧縮機１ａが翼車式の場合には、そのサージングも防止される。また、図１において、圧縮機１の上流側と下流側の空気経路を、途中に流量調整弁を介装した第２バイパス経路で接続することで、上記流量調整弁Ｖ１により行ったと同等の制御を行うことができる。さらに、低段圧縮機１ａの上流側と下流側の空気経路を、途中に流量調整弁を介装した第２バイパス経路で接続することで、上記流量調整弁Ｖ１により行ったと同等の制御を行うこともできる。
【００３４】
［第２実施形態］
まず、サージングが生じるモータ１０の回転数と駆動電流との関係を実験により求め、回転数毎の許容最低電流と、その５〜１０％増の電流値を「注意電流」としてマップ化し、シーケンサに記録する。また、冷却運転時には、圧縮機１および低段圧縮機１ａのモータ１０の回転数および駆動電流に対応するインバータのモニタ出力信号をシーケンサに入力し、この入力値をマップと逐次比較演算する。そして、駆動電流が「注意電流」以下となったら、流量調整弁Ｖ１を開閉する。これによって、冷却系内に急激な圧力変動が生じ、捕雪器５および熱交換器４内に付着した雪状物が振り落とされる。その結果、冷却系内の抵抗が減少し、サージングの発生が回避される。また、流量調整バルブＶ１の開閉によって駆動電流が回復しない場合には、流量調整バルブＶ１の開閉を繰り返し、３回繰り返しても改善されない場合には、冷却運転を停止して所定の保全処置をとる。なお、この実施形態においても、低段圧縮機１ａが翼車式の場合には、そのサージングも防止される。また、図１において、圧縮機１の上流側と下流側の空気経路を、途中に流量調整弁を介装した第２バイパス経路で接続することで、上記流量調整弁Ｖ１により行ったと同等の制御を行うことができる。さらに、低段圧縮機１ａの上流側と下流側の空気経路を、途中に流量調整弁を介装した第２バイパス経路で接続することで、上記流量調整弁Ｖ１により行ったと同等の制御を行うこともできる。
【００３５】
［第３実施形態］
シーケンサの制御により、モータ１０の回転数は通常の冷却運転時よりも少なく設定されて起動される。これにより、膨張機２から水滴が飛散するのが防止され、熱交換器４に至る空気経路に存在する水滴の熱交換器４への流入が防止される。モータ１０が起動してしばらくすると、膨張機２の作用により空気が冷却され、冷却空気が系内を循環する。そして、図示省略されている温度センサＳ１，Ｓ２が検出する温度が−５℃となったら、モータ１０の回転数を通常の冷却運転時の回転数とする。この時点では、膨張機２の上流側の空気経路内の水滴はその内部で氷結し、熱交換器４に至る空気経路内の水滴もその内部で氷結している。したがって、水滴の捕雪器５および熱交換器４への流入が制限され、それらの機能が維持されるとともに圧縮機１および低段圧縮機１ａのサージングの発生が防止される。
【００３６】
なお、上記実施形態では、加熱器８（９）を捕雪器５に内蔵したものであるが、図７に示すように、加熱器８（９）を内蔵しない構成とすることもできる。この場合には、加熱器８（９）は、図１の系統図のとおり外部の空気経路に介装される。また、図７に示すように、２つの出側開口５１ｅを互いの軸線が直交するように配置し、これら出側開口５１ｅのいずれかをダンパ弁５１ｄで選択的に閉塞するようにして３方向切替弁Ｖを構成している。なお、図中符号５１ｂは、ダンパ弁５１ｄを回動させるモータである。このような構成では、捕雪器５の壁部を利用して３方向切替弁Ｖを構成しているので、部材が有効利用されて材料費や加工費を低減することができるという利点がある。
【００３７】
なお、図７に示す捕雪器５は、下流側に３方向切替弁Ｖを設けているため往路用に構成されているが、３方向切替弁Ｖを上流側に設ければ、つまり、入側開口５１ａを２つ設けていずれかを閉塞するように構成すれば、復路捕雪器５として用いることができる。もちろん、この場合には、往路捕雪器５には３方向切替弁Ｖは不要となる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、翼車式圧縮機でのサージングの発生を有効に防止することができるとともに、捕雪器や熱交換器の内部での水滴の氷結を抑制することができる等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の空気サイクル式冷却装置の概略を示す図である。
【図２】実施形態における捕雪器を示す側断面図である。
【図３】実施形態におけるフィルタ組立体の上側部分を示す斜視図である。
【図４】実施形態におけるフィルタ積層体を示す上面図である。
【図５】実施形態におけるフィルタ積層体を示す上面図である。
【図６】実施形態における捕雪器の開口を示す断面図である。
【図７】実施形態の変更例における捕雪器を示す側断面図である。
【符号の説明】
１圧縮機（翼車式圧縮手段）
２膨張機（膨張手段）
４熱交換器（冷却手段）
７冷凍室（要冷却室）
８ａ第１バイパス経路
９ａ第２バイパス経路
Ｖ３方向切替弁（第１の弁）
Ｖ１流量調整弁（第２の弁）

Claims

要冷却室内の空気を取り入れて圧縮する翼車式圧縮手段と、圧縮した上記空気を冷却する冷却手段と、冷却された上記空気を膨張させる膨張手段と、膨張により降温した冷却空気を上記要冷却室に流入させる空気サイクル式冷却装置において、
上記要冷却室の上流側と下流側の空気経路に設けられて両空気経路を互いに接続する第１バイパス経路と、この第１バイパス経路での空気の流れを開閉する第１の弁と、上記膨張手段の上流側および下流側の空気経路および／または上記翼車式圧縮手段の上流側および下流側の空気経路に設けられて両空気経路を互いに接続する第２バイパス経路と、この第２バイパス経路での空気の流れを開閉する第２の弁と、上記圧縮機および上記第１、第２の弁を制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記第１バイパス経路を介して空気を流通させるデフロスト運転後に冷却空気を上記要冷却室に流入させる冷却運転を開始する際に、上記第１の弁を閉めるとともに上記第２の弁を一部開いて上記翼車式圧縮機に対する経路抵抗を冷却運転時よりも少なくして運転し、その後、上記第２の弁を閉じて上記翼車式圧縮機に対する経路抵抗を冷却運転時の経路抵抗にすることを特徴とする空気サイクル式冷却装置。
要冷却室内の空気を取り入れて圧縮する翼車式圧縮手段と、圧縮した上記空気を冷却する冷却手段と、冷却された上記空気を膨張させる膨張手段と、膨張により降温した冷却空気を上記要冷却室に流入させる空気サイクル式冷却装置において、
上記要冷却室の上流側と下流側の空気経路に設けられて両空気経路を互いに接続する第１バイパス経路と、この第１バイパス経路での空気の流れを開閉する第１の弁と、上記膨張手段の上流側および下流側の空気経路および／または上記翼車式圧縮手段の上流側および下流側の空気経路に設けられて両空気経路を互いに接続する第２バイパス経路と、この第２バイパス経路での空気の流れを開閉する第２の弁と、上記翼車式圧縮手段および上記第１、第２の弁を制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記第１バイパス経路を介して空気を流通させるデフロスト運転後に、上記第１、第２の弁を閉めて冷却空気を上記要冷却室に流入させる冷却運転を開始するとともに、上記翼車式圧縮手段の回転数と駆動電流を監視して上記回転数に対する上記駆動電流の値が所定値以下か否かを判定し、上記駆動電流の値が所定値以下のときに上記第２の弁を開閉することを特徴とする空気サイクル式冷却装置。
前記制御手段は、前記第２の弁の開閉を予め設定した回数行った後、前記翼車式圧縮手段の回転数に対する前記駆動電流の値が所定値以下か否かを判定し、上記駆動電流の値が所定値以下のときに前記冷却運転を停止することを特徴とする請求項２に記載の空気サイクル式冷却装置。
要冷却室内の空気を取り入れて圧縮する翼車式圧縮手段と、圧縮した上記空気を冷却する冷却手段と、冷却された上記空気を膨張させる膨張手段とを備え、膨張により降温した冷却空気を上記要冷却室に流入させる空気サイクル式冷却装置において、
上記要冷却室の上流側と下流側の空気経路に設けられて両空気経路を互いに接続する第１バイパス経路と、この第１バイパス経路での空気の流れを開閉する第１の弁と、上記膨張手段の上流側の空気経路に設けられてその内部を流通する空気の温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段の検出結果に基づいて上記翼車式圧縮手段を制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記第１バイパス経路を介して空気を流通させるデフロスト運転後に冷却空気を上記要冷却室に流入させる冷却運転を開始する際に、上記温度検出手段が検出した上記空気の温度が所定温度以下に下がるまで、上記翼車式圧縮手段から供給される空気の流量を上記冷却運転時よりも少なくすることを特徴とする空気サイクル式冷却装置。
前記温度検出手段を、前記膨張手段の上流側に隣接して配置したことを特徴とする請求項４に記載の空気サイクル式冷却装置。
前記冷却手段は、複数のフィンの間を空気が流通する熱交換器であり、前記温度検出手段は、上記冷却手段の低温側であって上流側に隣接して配置されていることを特徴とする請求項５に記載の空気サイクル式冷却装置。