JP5482689B2 - 二酸化炭素循環・冷却システムにおけるデフロスト装置 - Google Patents

Description

本発明は二酸化炭素循環・冷却システムにおけるデフロスト装置に関するものであり、特に、除霜(デフロスト)の熱源として二酸化炭素・ホットガスを利用してなる二酸化炭素循環・冷却システムにおけるデフロスト装置に関するものである。

今日、オゾン層破壊防止や温暖化防止等の地球環境保全の観点から、室内の空調設備や物品の冷却・冷凍に用いる冷凍装置の冷媒を、広く用いられて来たフロンに代えて、自然冷媒でオゾン破壊係数がゼロであり、また、地球温暖化係数がゼロもしくは限りなくゼロに近いアンモニア(ＮＨ₃)を用いる冷凍装置の採用が増加している。

しかしながら、アンモニアは人体に有毒であるので、アンモニア冷媒回路の冷熱を負荷側冷却器に直接供給するのではなく、アンモニアと同じ自然冷媒ではあるが、毒性の無い二酸化炭素(ＣＯ₂、俗称「炭酸ガス」)を冷媒とする２次冷媒回路を介在せしめて負荷冷却器側に熱を供給する構成とした自然冷媒冷却システムが実用に供されている（例えば、特許文献１参照）。

上述した二酸化炭素を冷媒とする回路は、アンモニア冷媒回路で生じる冷熱を凝縮冷熱として利用し、二酸化炭素を液化してレシーバーに貯留する。また、この液冷媒を液ポンプで負荷側冷却器に送り、該負荷側冷却器で熱交換を終えた冷媒のうち、気化したものはカスケードコンデンサーで凝縮されてレシーバーに戻り、気化せず液体のものは直接レシーバーに戻るようになっている。

そして、従来、二酸化炭素を冷媒とする二酸化炭素冷媒回路に設けられた負荷側冷却器に付着する霜の除霜（デフロスト）は、散水デフロストまたは電気ヒータデフロストで行われるのが一般的であった。

しかしながら、このように散水デフロストまたは電気ヒータによる除霜は、冷凍倉庫等への放熱量が多く、省エネルギー化に反していた。

そこで、本件出願人は、アンモニア冷媒回路の排熱を二酸化炭素冷媒回路側へ移し、従来、大気中に廃棄していたアンモニア冷媒回路の排熱を回収し、この排熱を除霜に使用して省エネルギー化を図るようにした二酸化炭素循環・冷却システムにおけるデフロスト装置を、特開２０１０−１８１０９３号（特許文献２参照）により提案した。

特開平２００２−２４３３５０号公報。 特開平２０１０−１８１０９３号公報。

特許文献２で提案した二酸化炭素循環・冷却システムにおけるデフロスト装置は、従来、大気中に廃棄していたアンモニア冷媒回路の排熱を回収し、この排熱を除霜に使用するので、省エネルギー化に十分寄与して来たが、今日でも、より一層の省エネルギー化への改良が要望されている。

そこで、アンモニア冷媒回路の排熱を二酸化炭素冷媒回路側に移して冷却するとともに、該アンモニア冷媒回路の排熱を回収してデフロストに使用することにより、より一層の省エネルギー化を図ることができるようにするための具体的なシステム構成を提供するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、冷却ファンを有する負荷側冷却器と、カスケードコンデンサーと、二酸化炭素冷媒が前記負荷側冷却器と前記カスケードコンデンサーを通って循環される二酸化炭素冷媒回路と、アンモニア冷媒が前記カスケードコンデンサーを通って循環するアンモニア冷媒回路と、前記アンモニア冷媒に生じる発熱により前記二酸化炭素冷媒をホットガス化するホットガス熱交換器と、前記二酸化炭素・ホットガスを前記負荷側冷却器内に供給して除霜するデフロスト回路と、前記負荷側冷却器に対する接続を前記二酸化炭素冷媒回路と前記デフロスト回路の間で切り換える切り換え手段と、を備える二酸化炭素循環・冷却システムであって、
デフロスト信号が入ると、前記負荷側冷却器の冷却ファンを停止し、所定時間後にデフロスト運転に切り換える制御部を設けた二酸化炭素循環・冷却システムにおけるデフロスト装置において、
前記デフロスト回路内に前記ホットガスを貯留しておくバッファ手段を設けたことを特徴とする二酸化炭素循環・冷却システムにおけるデフロスト装置を提供する。

この構成によれば、冷却システム運転中に二酸化炭素冷媒回路の負荷側冷却器に付着する霜を除霜(デフロスト)する場合は、切り換え手段による切り換え操作で、負荷側冷却器に対する二酸化炭素冷媒回路の接続を遮断し、かつ、デフロスト回路との接続に切り換えると、デフロスト回路内の二酸化炭素・ホットガスは、負荷側冷却器の温度が低いために負荷側冷却器内へ引き寄せられ、これが負荷側冷却器内で液化し、その熱が氷解に使用されて除霜することができる。

また、負荷側冷却器とホットガス熱交換器と連絡配管内のデフロスト時における二酸化炭素・ホットガスの容量は、二酸化炭素の物性により、温度が高いときにはガス化されてガス量が増え、液量が減るが、反対に温度が低いときにはガス量が減り、液量が増える。
その大きさは、例えば負荷側冷却器とホットガス熱交換器と連絡配管の容量が１ｍ³とすると、二酸化炭素冷媒の１５℃の時の絶対飽和圧力は約５．２ＭＰａで、ガス比重は１６０ｋｇ／ｍ³ でこの系統内ではガスは約１６０ｋｇ、液は０ｋｇ存在となる。一方、二酸化炭素冷媒の−２０℃の時の絶対飽和圧力は２．０ＭＰａで、ガス比重は約５１ｋｇ／ｍ³ で液比重は約１ｋｇ／リットルで、この系統内ではガス状態では約５１ｋｇ、液状態では１０９ｋｇ存在する。尚、上記の条件は二酸化炭素冷媒の本系統でのチャージ量を約１６０ｋｇとした場合である。したがって、冷却運転の途中で、デフロスト運転に切り換えられると、負荷側冷却器内に送られる二酸化炭素・ホットガスは、切り換え初期の圧力は低く、デフロスト終期の圧力は高い。このため、デフロスト運転の初期段階にはデフロストを効果的に行うことができないという問題、及び、冷却運転とデフロスト運転を繰り返すとデフロスト系統のガス量が減少するという問題が発生する。

しかし、この構成による装置では、デフロスト信号が入ると、所定時間の間、液ポンプ等より送られる液化炭酸ガスの送りはそのままで、負荷側冷却器の冷却ファンを停止し、負荷側冷却器内での蒸発を無くすので、負荷側冷却器内に液ポンプ等より送られて来る液化炭酸ガスが溜まる。その後、デフロスト運転に入るので、デフロスト回路内にはガス状で貯められたガス量の他に、負荷側冷却器内の液量が補充追加された状態となり、デフロスト回路内におけるガス量が減少するのを防ぎ、常に所定量のガスを用いてデフロストを行うことができる。

この構成による装置では、前記デフロスト回路内に前記二酸化炭素・ホットガスを貯留しておくバッファ手段を設けており、負荷側冷却器の接続をデフロスト回路側に切り換えると、バッファ手段に予め貯留されていた二酸化炭素・ホットガスが負荷側冷却器側に圧力を高めた状態で流され、かつ、負荷側冷却器内で液化し、その熱が氷解に使用されて急速なデフロストに寄与する。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、上記ホットガス熱交換器は、上記負荷側冷却器と上記バッファ手段より低い位置に設置してなる二酸化炭素循環・冷却システムにおけるデフロスト装置を提供する。

この構成によれば、負荷側冷却器で液化された二酸化炭素冷媒は低い位置に設置されたホットガス熱交換器側に向かって自然と流れ、このホットガス熱交換器で変換された二酸化炭素・ホットガスは、高い位置に設置されている負荷側冷却器及びバッファ手段に向かって自然と流れる。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の構成において、上記バッファ手段は、前記二酸化炭素・ホットガスの貯留量に応じて容積が可変する膨張タンクを使用してなる二酸化炭素循環・冷却システムにおけるデフロスト装置を提供する。

この構成によれば、膨張タンクを使用して二酸化炭素・ホットガスの容積を変えることが可能なバッファ手段を簡単に構成することができる。

請求項４記載の発明は、請求項１，２または３記載の構成において、上記負荷側冷却器は、冷却コイルとドレンパンとケーシングを備え、上記デフロスト回路は前記冷却コイル内と少なくとも前記ドレンパンまたは前記ケーシング内を通って配管してなる二酸化炭素循環・冷却システムにおけるデフロスト装置を提供する。

この構成によれば、負荷側冷却器の冷却コイルのデフロストと同時に、少なくともドレンパンまたは／及びケーシングのデフロストが行われる。

請求項１記載の発明は、デフロスト信号が入ると、所定の時間の間、負荷側冷却器の冷却ファンを停止させて、負荷側冷却器内における液化炭酸ガスの蒸発を無くして該液化炭酸ガスを貯めた後にデフロスト運転に入るので、デフロスト回路内にはガス状で貯められたガス量の他に、負荷側冷却器内の液化炭酸ガスを補充追加した状態にしてからデフロスト運転を行うので、デフロスト回路内におけるガス量が減少するのを防ぐことができ、常に安定したデフロスト運転を行うことができる効果が期待される。

また、アンモニア冷媒回路のアンモニア冷媒に生じる発熱(排熱)で二酸化炭素冷媒をホットガスにし、該二酸化炭素・ホットガスにより負荷側冷却器に付着している霜を除霜(デフロスト)するので、省エネルギーの効果が期待される。

さらに、従来のように、別途、除霜用の電気ヒータ装置を設ける場合ではヒータ配線及び設備が必要であり、除霜用の散水装置を設ける場合ではデフロスト水槽や送水管等の設備が必要になるが、本発明では、これらの設備を設置しなくてもよいので、これらの設備がかかる設置コストの節約及びメンテナンスコストの節約を図ることができる効果が期待される。

この発明は、デフロスト運転開始時に、バッファ手段に予め貯留しておいた二酸化炭素・ホットガスを負荷側冷却器の側に大量に流して液化し、急速にデフロストを可能にするので、良好なデフロストを最初から効果的に行うことができる。

請求項２記載の発明は、デフロスト運転開始時に、バッファ手段に予め貯留しておいた二酸化炭素・ホットガスをホットガス熱交換器側に向かって自然に流れ、このホットガス熱交換器で変換された二酸化炭素・ホットガスは、高い位置に設置されている負荷側冷却器及びバッファ手段に向かって自然と流れるので、負荷側冷却器とホットガス熱交換器に二酸化炭素冷媒を供給するポンプを個々に設けなくても済む。したがって、請求項１記載の発明の効果に加えて、ポンプ等の設備にかかる設置コストの節約及びメンテナンスコストの節約を図ることができる効果が期待される。

請求項３記載の発明は、バッファ手段として二酸化炭素・ホットガスの容積を変えることが可能な膨張タンクを使用するので、請求項１または２記載の発明の効果に加えて、二酸化炭素・ホットガスの容積を変えることが可能なバッファ手段を簡単に構成することができるという効果が期待される。

請求項４記載の発明は、負荷側冷却器の冷却コイルのデフロストと同時に、少なくともドレンパンまたは／及びケーシングのデフロストを行なうことができるので、請求項１，２または３記載の発明の効果に加えて、さらに効果的なデフロストを行うことができる。

本発明の実施例に係るデフロスト装置を適用した二酸化炭素循環・冷却システムの構成図。 本発明の実施例に係るデフロスト装置を制御する一例を示すフローチャート。

本発明はアンモニア冷媒回路の排熱を二酸化炭素冷媒回路側に移して冷却するとともに、該アンモニア冷媒回路の排熱を回収してデフロストに使用することにより、より一層の省エネルギー化を図ることができるようにするためのより具体的なシステム構成を提供するという目的を達成するために、冷却ファンを有する負荷側冷却器と、カスケードコンデンサーと、二酸化炭素冷媒が前記負荷側冷却器と前記カスケードコンデンサーを通って循環される二酸化炭素冷媒回路と、アンモニア冷媒が前記カスケードコンデンサーを通って循環するアンモニア冷媒回路と、前記アンモニア冷媒に生じる発熱により前記二酸化炭素冷媒をホットガス化するホットガス熱交換器と、前記二酸化炭素・ホットガスを前記負荷側冷却器内に供給して除霜するデフロスト回路と、前記負荷側冷却器に対する接続を前記二酸化炭素冷媒回路と前記デフロスト回路の間で切り換える切り換え手段と、を備える二酸化炭素循環・冷却システムにおいて、デフロスト信号が入ると、前記負荷側冷却器の冷却ファンを停止し、所定時間後にデフロスト運転に切り換える制御部を設けたことにより実現した。

以下、本発明に係る二酸化炭素循環・冷却システムのデフロスト装置について、好適な実施例をあげて詳細に説明する。

図１は本発明の実施例に係るデフロスト装置を適用した二酸化炭素循環・冷却システムの構成図である。同図において、該二酸化炭素循環・冷却システムは、冷却ファン１１ａを有してなる負荷側冷却器１１と、カスケードコンデンサー１２と、二酸化炭素(ＣＯ₂)を冷媒とし、かつ、該二酸化炭素冷媒が前記負荷側冷却器１１と前記カスケードコンデンサー１２を通って循環される二酸化炭素冷媒回路１３と、アンモニア(ＮＨ₃)を冷媒とし、該アンモニア冷媒が前記カスケードコンデンサー１２を通って循環するアンモニア冷媒回路１４と、システム全体を決められた手順に従って制御する演算回路でなる制御部１０等により構成されている。また、二酸化炭素冷媒回路１３の一部にはデフロスト(除霜)回路１５が設けられ、該デフロスト回路１５とアンモニア冷媒回路１４との間にはホットガス熱交換器１６が設けられている。

前記負荷側冷却器１１及び該負荷側冷却器１１に接続された二酸化炭素冷媒回路１３の一部は、例えば冷凍倉庫・冷蔵倉庫・出荷室１(以下、これらを総称して「冷凍倉庫１」という)内に配設され、該二酸化炭素冷媒回路１３の残りの一部及びカスケードコンデンサー１２ｄと、人体に有害なアンモニア冷媒を使用するアンモニア冷媒回路１４等は冷凍倉庫１の外側に配設している。

前記二酸化炭素冷媒回路１３内には、液化された二酸化炭素冷媒を蓄えておく二酸化炭素・レシーバー１７と、該二酸化炭素・レシーバー１７内の二酸化炭素を前記負荷側冷却器１１に供給する二酸化炭素・ポンプ１８が設けられている。また、前記二酸化炭素冷媒回路１３の一部に設けられているデフロスト回路１５には、該二酸化炭素・レシーバー１７内の二酸化炭素冷媒を前記ホットガス熱交換器１６に供給する二酸化炭素・ポンプ１９が設けられている。

前記アンモニア冷媒回路１４は、液化されたアンモニア冷媒を蓄えておくアンモニア・レシーバー２０と、圧縮機２１と凝縮器２２とを有して成るアンモニア冷媒・冷凍ユニット２３と、アンモニア・コンデンサー２４と、アンモニア電磁弁２５と、により構成されている。

前記ホットガス熱交換器１６は、前記カスケードコンデンサー１２から排出された前記アンモニア冷媒回路１４内のアンモニア冷媒に生じる熱を、前記デフロスト回路１５の前記二酸化炭素冷媒に移し、該デフロスト回路１５内の二酸化炭素冷媒を気化させて二酸化炭素・ホットガスを生成するように構成されている。

前記デフロスト回路１５内には、前記負荷側冷却器１１と前記ホットガス熱交換器１６の間に、二酸化炭素・電動弁２６と二酸化炭素・圧力指示調節器２７と二酸化炭素・圧力発信器２８及び膨張タンク３９が設けられている。そして、該二酸化炭素・電動弁２６の開度を調整することにより、前記二酸化炭素・ホットガスの前記負荷側冷却器１１に供給される量を全閉を含めて任意に調整できるようになっている。なお、膨張タンク３９は、デフロスト用の二酸化炭素・ホットガスを予め貯留しておくためのバッファ手段を構成しているタンクであり、二酸化炭素・ホットガスの貯留量に応じて貯留容積が可変するもので、その許容貯留量には十分な余裕が持たされ、十分な余裕を持たせておくことにより、二酸化炭素・ホットガスが異常に多く生成されたときの緩衝機能も有している。

また、前記二酸化炭素冷媒回路１３内には、前記負荷側冷却器１１の運転を、冷却運転またはデフロス運転の何れか一方の運転に切り換えるための二酸化炭素・電動弁２９,３０,３１,３２と、庫内温度・指示調節器３３と、二酸化炭素・圧力指示調節器３４と、二酸化炭素・圧力発信器３５が設けられている。

なお、本実施例では、ホットガス熱交換器１６は、膨張タンク３９及び負荷側冷却器１１より低い位置に設置されている。また、二酸化炭素・電動弁２９,３０,３１,３２と二酸化炭素・電動弁２６は、負荷側冷却器１１に対する二酸化炭素冷媒回路１３とデフロスト回路１５の接続を切り換える切り換え手段４０を構成している。さらに、図示しないが負荷側冷却器１１は、冷却コイルとドレンパンとケーシングを備えている。そして、デフロスト回路１５は、前記冷却コイル内と少なくとも前記ドレンパンまたは／及び前記ケーシング内を通って配管された構成になっており、冷却コイル内のデフロストと同時に、前記ドレンパンまたは／及び前記ケーシング内のデフロストを行うことができるようになっている。

次に、この二酸化炭素循環・冷却システムの動作について説明する。なお、このシステムでは、冷却運転及びデフロスト運転等の操作は、制御部１０の制御を介して行われる。また、図中、二酸化炭素・ホットガス系統(デフロスト回路１５)における二酸化炭素・ホットガスの流れは実線で、二酸化炭素・冷却系統(二酸化炭素冷媒回路１３)における二酸化炭素冷媒の流れは点線でそれぞれ示す。さらに、アンモニア系統(アンモニア冷媒回路１４)の高圧側におけるアンモニア冷媒の流れは一点鎖線で、アンモニア系統(アンモニア冷媒回路１４)の低圧側におけるアンモニア冷媒の流れは二点鎖線でそれぞれ示している。

まず、前記負荷側冷却器１１が冷却運転している時における二酸化炭素冷媒の流れについて説明する。冷却運転時、切り換え手段４０を構成している二酸化炭素・電動弁３１及び二酸化炭素・電動弁２９は開、二酸化炭素・電動弁２６及び二酸化炭素・電動弁３０は閉とされる。そして、二酸化炭素・レシーバー１７に蓄えられている液化二酸化炭素が、二酸化炭素・ポンプ１８により二酸化炭素・止弁３６と二酸化炭素・電動弁３１、及び、二酸化炭素・電動弁３２を経由して負荷側冷却器１１に導かれ、該負荷側冷却器１１が冷凍倉庫１内を冷却する。

また、この冷却では、庫内温度・指示調節器３３で設定された温度に対して、制御部が二酸化炭素・電動弁３１を開閉、または、比例制御することにより、冷凍倉庫１の室温制御を行う。このときに気化された液化二酸化炭素冷媒は、二酸化炭素・電動弁２９と二酸化炭素・止弁３７を経由してカスケードコンデンサー１２に送られ、該カスケードコンデンサー１２で再び液化されて二酸化炭素・レシーバー１７に戻り、気化せずに液体のものは二酸化炭素・レシーバー１７に直接戻って蓄えられ、冷却に使用される。以下、このサイクルを繰り返す。

次に、冷却運転時におけるアンモニア冷媒回路１４のアンモニア冷媒の流れについて説明する。アンモニア・レシーバー２０に蓄えられているアンモニア冷媒は、アンモニア・レシーバー２０から液冷媒として出て、アンモニア・電磁弁２５を通り、カスケードコンデンサー１２に送られる。そして、該ガスケードコンデンサー１２で、上述したように負荷側冷却器１１側から戻る二酸化炭素冷媒回路１３内の二酸化炭素ガスを冷却して液化する。

一方、カスケードコンデンサー１２において二酸化炭素ガスを冷却液化したアンモニア液冷媒は、ガス化されてアンモニア冷媒・冷凍ユニット２３に吸い込まれる。また、該アンモニア冷媒・冷凍ユニット２３内の圧縮機２１及び凝縮器２２により圧縮されて高温の高圧ガスとなり、さらにアンモニア・水冷コンデンサー２４に送られる。そして、該アンモニア・水冷コンデンサー２４で潜熱を奪われて液化された後、アンモニア・レシーバー２０に蓄えられ、冷却に使用される。以下、このサイクルを繰り返す。

次に、デフロスト運転時における二酸化炭素冷媒の流れとアンモニア冷媒の流れについて、図２に示すフローチャートと共に説明する。まず、制御部１０はステップＳ１において、デフロスト信号が入力されたか否かを監視している。デフロスト信号が入力されると、制御部１０はステップＳ２で負荷側冷却器１１の冷却ファン１１ａを停止し、そして負荷側冷却器１１の運転は維持する。これにより、負荷側冷却器１１内には二酸化炭素・ポンプ１８で送られて来る二酸化炭素冷媒液が溜まる。

また、ステップＳ３で一定時間ｔが経過すると、制御部１０はステップＳ４において切り換え手段４０を制御し、二酸化炭素・電動弁３１及び二酸化炭素・電動弁２９を閉じ、反対に二酸化炭素・電動弁２６及び二酸化炭素・電動弁３０を開く。そして、二酸化炭素・電動弁２６及び二酸化炭素・電動弁３０が開かれると、バッファ手段を構成している膨張タンク３９内の二酸化炭素・ホットガス及びデフロスト回路１５内に溜まっていた二酸化炭素・ホットガスは、負荷側冷却器１１の温度が低いために該負荷側冷却器１１内に引き寄せられる。

同時に、二酸化炭素・レシーバー１７に液化されて蓄えられている二酸化炭素媒体が、二酸化炭素・昇圧ポンプ１９により二酸化炭素・電動弁３８を通過して二酸化炭素・ホットガス熱交換器１６に送られる。

前記ホットガス熱交換器１６に送られた液化二酸化炭素は、アンモニア冷媒・冷凍ユニット２３で高温・高圧にされたアンモニア冷媒と該二酸化炭素・ホットガス熱交換器１６内で熱交換をし、二酸化炭素・ホットガスに相変化する。ここで生成された二酸化炭素・ホットガスは、二酸化炭素・電動弁２６を通過して負荷側冷却器１１内に、膨張タンク３９内の二酸化炭素・ホットガス及びデフロスト回路１５内に溜まっていた二酸化炭素・ホットガスと共に送られる。以後、この動作を繰り返すことにより負荷側冷却器１１は徐々に昇温し、該負荷側冷却器１１に付着した霜を溶かして除去(デフロスト)する。

また、このデフロスト運転では、デフロスト回路１５が冷却コイル内と前記ドレンパンと前記ケーシング内を通って配管されているので、冷却コイルのデフロストと同時に前記ドレンパン及び前記ケーシング内のデフロストも行う。

一方、ホットガス熱交換器１６内で潜熱を奪われたアンモニア冷媒は液化されてアンモニア・レシーバー２０に戻され、液化しないで気化しているものはアンモニア・水冷コンデンサー２４を介し凝縮されてアンモニア・レシーバー２０に戻される。

また、前記負荷側冷却器１１に送られた前記二酸化炭素・ホットガスは、潜熱を奪われて液化し、二酸化炭素・電動弁３０を経由して前記ホットガス熱交換器１６に送られる。このホットガス熱交換器１６に戻された二酸化炭素冷媒は、該ホットガス熱交換器１６で再びガス化されてデフロスト用ホットガスとして再び使用される。

なお、デフロスト終期には、負荷側冷却器１１の温度が上昇し、該負荷側冷却器１１内での液化が止まる。そして、デフロスト回路１５内の余った二酸化炭素・ホットガスは膨張タンク３９に貯留され、次回のデフロスト用として用意される。そして、制御部１０は、デフロストが終了すると、切り換え手段４０を構成している二酸化炭素・電動弁３１及び二酸化炭素・電動弁２９を開とし、反対に二酸化炭素・電動弁２６及び二酸化炭素・電動弁３０を閉じる。

したがって、本実施例に係る二酸化炭素循環・冷却システムのデフロスト装置によれば、アンモニア冷媒回路１４のアンモニア冷媒に生じる発熱(排熱)で二酸化炭素冷媒を気化させてホットガスにし、該二酸化炭素・ホットガスの熱により負荷側冷却器１１に付着している霜を除霜(デフロスト)するので、省エネルギー化できる。

また、デフロスト用の水槽や送水管等の設備を必要としないので、設備にかかる設置コストの節約、及び、メンテナンスコストの節約を図ることができる。

さらに、二酸化炭素・ホットガスを貯留したバッファ手段としての膨張タンク３９をデフロスト回路１５内に設けておき、負荷側冷却器１１への接続が二酸化炭素冷媒回路１３からデフロスト回路１５に切り換えられてデフロスト運転が行われるとき、膨張タンク３９に予め貯留されていた二酸化炭素・ホットガスが負荷側冷却器１１側へ圧力を高めた状態で流れ、かつ負荷側冷却器１１内で液化し、その熱が氷解に使用されて除霜に寄与するので、急速にデフロストを行うことができる。

また、冷却運転の途中で、負荷側冷却器１１への接続が二酸化炭素冷媒回路１３からデフロスト回路１５に切り換えられてデフロスト運転が行われると、負荷側冷却器１１内に送られる二酸化炭素・ホットガス量は、切り換え初期の圧力は低く、デフロスト終期の圧力は高い。このため、一般にデフロスト初期段階にはデフロストを効果的に行うことができないという問題、及び、冷却運転とデフロスト運転を繰り返すとデフロスト系統のガス量が減少するという問題が発生する。しかし、本実施例による装置では、デフロスト信号が入ると、所定時間ｔの間、負荷側冷却器１１の冷却ファン１１ａを停止して負荷側冷却器１１内での蒸発を無くすと共に、液ポンプとしての二酸化炭素・ポンプ１８は運転させて液化炭酸ガスを負荷側冷却器１１内に溜め、その後、デフロスト運転に入るので、デフロスト回路１５内にはガス状で貯められたガス量の他に、負荷側冷却器１１内の液量が補充追加された状態となり、これによりデフロスト回路１５内におけるガス量が減少するのを防ぐことができ、常に安定したデフロスト運転を行うことができることになる。

このデフロストの効果についてさらに説明すると、デフロスト回路１５を構成している負荷側冷却器１１とホットガス熱交換器１６と連絡配管内のデフロスト時における二酸化炭素・ホットガスの容量は、二酸化炭素の物性により、温度が高いときにはガス化されてガス量が増え、液量が減る。また、反対に温度が低いときにはガス量が減り、液量が増える。

その大きさは、負荷側冷却器１１とホットガス熱交換器１６と連絡配管内の容量を仮に１ｍ³とし、その系の炭酸ガス充填量を１６０kgとすると、ガス量
と液量は下記の表１の如くとなる。

このため、膨張タンク３９が無い場合、システムの冷却運転途中に、負荷側冷却器１１への接続が二酸化炭素冷媒回路１３からデフロスト回路１５に切り換えられてデフロスト運転に変更されると、負荷側冷却器１１内に送られる二酸化炭素・ホットガス量はデフロスト運転に切り換えられた初期には少なく、デフロスト運転の初期段階ではデフロスト効果的が十分に得られないという問題が発生する。

しかし、本実施例のように、デフロスト回路１５内に二酸化炭素・ホットガスを貯留しておくバッファ手段としての膨張タンク３９が設けられている場合では、負荷側冷却器１１の接続をデフロスト回路１５側に切り換えられると、膨張タンク３９に予め貯留されていた二酸化炭素・ホットガスが負荷側冷却器１１側へ大量に流れて該負荷側冷却器１１内で液化し、その熱が氷解に使用されて除霜に寄与し、急速にデフロストを行うことができることになる。

また、本実施例では、バッファ手段として膨張タンク３９を設けた構造を開示したが、デフロスト回路１５内に二酸化炭素・ホットガスを貯留しておける構造であれば、必ずしも膨張タンク３９でなくてもよい。

さらに、ホットガス熱交換器１６を、負荷側冷却器１１と膨張タンク３９より低い位置に設置してなる構造を開示したが、昇圧ポンプ等を使用する場合では負荷側冷却器１１よりも高い位置に設けてもよい。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

以上説明したように、本発明は冷蔵倉庫、冷凍倉庫以外に、冷凍ショーケース等の冷凍システムにも応用できる。

１ 冷凍倉庫
１０ 制御部
１１ 負荷側冷却器
１１ａ 冷却ファン
１２ カスケードコンデンサー
１３ 二酸化炭素冷媒回路
１４ アンモニア冷媒回路
１５ デフロスト回路
１６ ホットガス熱交換器
１７ 二酸化炭素・レシーバー
１８ 二酸化炭素・ポンプ
１９ 二酸化炭素・昇圧ポンプ
２０ アンモニア・レシーバー
２１ 圧縮機
２２ 凝縮器
２３ アンモニア冷媒・冷凍ユニット
２４ アンモニア・水冷コンデンサー
２５ アンモニア・電磁弁
２６ 二酸化炭素・電動弁
２７ 二酸化炭素・圧力指示調節器
２８ 二酸化炭素・圧力発信器
２９ 二酸化炭素・電動弁
３０ 二酸化炭素・電動弁
３１ 二酸化炭素・電動弁
３２ 二酸化炭素・電動弁
３３ 庫内温度・指示調節器
３４ 二酸化炭素・圧力指示調節器
３５ 二酸化炭素・圧力発信器
３６ 二酸化炭素・止弁
３７ 二酸化炭素・止弁
３８ 二酸化炭素・電動弁
３９ 膨張タンク（バッファ手段）
４０ 切り換え手段

Claims (4)

1. 冷却ファンを有する負荷側冷却器と、カスケードコンデンサーと、二酸化炭素冷媒が前記負荷側冷却器と前記カスケードコンデンサーを通って循環される二酸化炭素冷媒回路と、アンモニア冷媒が前記カスケードコンデンサーを通って循環するアンモニア冷媒回路と、前記アンモニア冷媒に生じる発熱により前記二酸化炭素冷媒をホットガス化するホットガス熱交換器と、前記二酸化炭素・ホットガスを前記負荷側冷却器内に供給して除霜するデフロスト回路と、前記負荷側冷却器に対する接続を前記二酸化炭素冷媒回路と前記デフロスト回路の間で切り換える切り換え手段と、を備える二酸化炭素循環・冷却システムであって、
   デフロスト信号が入ると、前記負荷側冷却器の冷却ファンを停止し、所定時間後にデフロスト運転に切り換える制御部を設けた二酸化炭素循環・冷却システムにおけるデフロスト装置において、
   前記デフロスト回路内に前記ホットガスを貯留しておくバッファ手段を設けたことを特徴とする二酸化炭素循環・冷却システムにおけるデフロスト装置。
2. 上記ホットガス熱交換器は、上記負荷側冷却器と上記バッファ手段より低い位置に設置してなることを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素循環・冷却システムにおけるデフロスト装置。
3. 上記バッファ手段は、前記二酸化炭素・ホットガスの貯留量に応じて容積が可変する膨張タンクを使用してなることを特徴とする請求項１または２記載の二酸化炭素循環・冷却システムにおけるデフロスト装置。
4. 上記負荷側冷却器は、冷却コイルとドレンパンとケーシングを備え、上記デフロスト回路は前記冷却コイル内と少なくとも前記ドレンパンまたは前記ケーシング内を通って配管してなることを特徴とする請求項１，２または３記載の二酸化炭素循環・冷却システムにおけるデフロスト装置。

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