JP6631613B2 - 空気冷媒サイクルを用いた冷却装置 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

また、このような冷却装置にあっては、所定時間冷却運転を続けると、除霜器が目詰まりを起こすため、任意のタイミングで冷却運転を休止し、除霜器の霜取り（以下、デフロスト運転という）が行われる。このデフロスト運転は、被冷却室から圧縮機への空気の流れと除霜器から被冷却室への空気の流れとを封止し、且つ被冷却室及び圧縮機間の配管と被冷却室及び除霜器間の配管とを連結するバイパス配管を開放するとともに、圧縮機を冷却運転時よりも低い回転数で駆動させることで、冷却装置内で循環する空気の温度を上昇させ、これにより除霜器等の部材の内部をデフロストするものがある。

また、特許文献２に示されるように、デフロスト運転時には、被冷却室及び圧縮機への流路を閉塞するとともに、熱交換器、膨張機、及び除霜器を連通する流路に対しヒータ付きファンを接続し、該ファンの出力により空気を循環させることにより、除霜器等の部材の内部をデフロストするように構成された冷却装置が開発されている。

国際公開第２００６／０１１２９７号公報（第７頁、第１図） 特開２０１５−２１０００６号公報（第１３頁、第３図）

特許文献１の冷却装置にあっては、デフロスト運転時には、冷却装置内で空気を循環させるために、大型の圧縮機を駆動させる必要があり、消費電力が大きくなっていた。

また、特許文献２のような冷却装置にあっては、デフロスト運転時には、圧縮機に比べて小さなヒータ付きファンにより空気を循環させることから、消費電力を小さくできるものの、新たにヒータ付きのファンを用意しなければならないため、冷却装置を構成する部品点数が増えてしまうといった問題があった。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、構造が簡素な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。

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、
前記圧縮機は、駆動源としてのモータと、該モータを冷却するための空冷用循環流路と、該空冷用循環流路にて空気を循環させるファンと、を有し、
前記空冷用循環流路は、少なくとも前記除霜器に連通し且つ前記被冷却室に非連通となるデフロスト用流路に連結されており、
前記空冷用循環流路と前記デフロスト用流路とは、弁により連通状態と非連通状態とが切り換えられることを特徴としている。
この特徴によれば、デフロスト運転時に、弁の操作により空冷用循環流路とデフロスト用流路とを連通状態とすることで、当該デフロスト運転時に本来は休止状態となるモータ冷却用のファンを利用して、デフロスト用流路内に空気を送出することができるため、デフロスト用に別段の駆動源を用意しなくて済み、冷却装置の構造を簡素化することができる。

前記弁は、前記ファンから送出される空気を前記デフロスト用流路または前記空冷用循環流路のいずれか一方に流れるように制御する切換弁であることを特徴としている。
この特徴によれば、切換弁によりファンの出力をデフロスト用流路または空冷用循環流路のどちらかに切り換えられるため、ファンの出力がデフロスト用流路及び空冷用循環流路の両方に分散されることがないため、ファンを小型化することができる。

前記デフロスト用流路は、少なくとも前記熱交換器、前記膨張機、及び前記除霜器に連通するように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、１台のファンで熱交換器、膨張機、除霜器に空気を循環させることができる。

前記デフロスト用流路は、前記圧縮機に非連通となるように構成されていることを特徴としていることを特徴としている。
この特徴によれば、デフロスト用流路は、霜が形成されにくい圧縮機に非連通であるため、デフロスト用流路の構成をコンパクトにできる。

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。 （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。 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。 空気冷媒サイクルを用いた冷却装置のデフロスト状態における水の排出態様を示す図である。 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。 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。 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。

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。

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７を参照して説明する。

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。

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。

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。

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が接続されている。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７ｄ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７ｅ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７ｆ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７ｇ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７ｈ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７ｊを介して開放・閉塞を切換えるための第２切換弁５２が接続されている。第２切換弁５２の下流側は、配管７ｋを介してコンプレッサＣに接続されている。

また、配管７ｂは分岐する配管５０ａを有し、配管７ｃは分岐する第１ドレン管５５ａを有し、配管７ｄは分岐する第２ドレン管５５ｂを有し、配管７ｅは分岐する第３ドレン管５５ｃとバイパス管７ｍとを有し、配管７ｊは分岐する配管５０ｂを有している。配管５０ａは開放・閉塞を切換えるための第１切換弁５１が接続されており、第１切換弁５１は配管５０ｃを介して後述する空冷用循環流路１２に接続されている。第１ドレン管５５ａは、該第１ドレン管５５ａの冷却装置１の外部への開放・閉塞を切換えるための第１仕切弁５６ａが接続され、第２ドレン管５５ｂは、該第２ドレン管５５ｂの冷却装置１の外部への開放・閉塞を切換えるための第２仕切弁５６ｂが接続され、第３ドレン管５５ｃは、該第３ドレン管５５ｃの冷却装置１の外部への開放・閉塞を切換えるための第３仕切弁５６ｃが接続されている。バイパス管７ｍは、出口弁９に接続されている。配管５０ｂは、空冷用循環流路１２に接続されている。

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。

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。一方で、空冷用循環流路１２には、デフロスト用流路５０が接続されている。

ここで、空冷用循環流路１２の構成について詳しく説明する。空冷用循環流路１２は、内部にファンＦが配設された配管１２ａと、ファンＦの下流側かつモータ１０の上流側に位置し配管１２ａの一部である熱交換部１２ｂと、モータ１０の下流側に接続される配管１２ｃと、配管１２ｃの下流側に接続されるとともに配管１２ａの上流側に接続される開放・閉塞を切換えるための第３切換弁５３と、から構成されており、熱交換部１２ｂでは、ラジエータ１３との熱交換が可能となっている。また、配管１２ａは、該配管１２ａの下流側で分岐する配管５０ｃを有し、該配管１２ａの上流側で分岐する配管５０ｂを有している。これら配管５０ｃ，５０ｂは、デフロスト用流路５０の一部である。

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。

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。

図２（ａ），（ｂ）に示されるように、除霜器６は、配管７ｄと配管７ｅとを接続する箱状のケース６ａと、ケース６ａを配管７ｄ側の空間と配管７ｅ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７ｄを介して配管７ｅ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。

また、図１に示されるように、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。

ここで、デフロスト用流路５０の構成について説明する。デフロスト用流路５０は、循環流路として構成されており、ファンＦの下流側に向かって順に、配管５０ｃ、第１切換弁５１、配管５０ａ、配管７ｂ、第２熱交換器４の高温側配管４ａ、配管７ｃ、膨張タービンＥ、配管７ｄ、除霜器６、配管７ｅ、バイパス管７ｍ、出口弁９、配管７ｈ、第２熱交換器４の低温側配管４ｂ、配管７ｊ，５０ｂ、及び空冷用循環流路１２の配管１２ａに接続されている。これにより、配管１２ａ内に配設されたファンＦにより送風される空気が、デフロスト用流路５０内を循環可能となっている。後に詳述するが、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、ファンＦに送風される空気が循環する流路を、空冷用循環流路１２からデフロスト用流路５０に切換えるようになっている。

また、冷却装置１は、上記したモータ１０、入口弁８、出口弁９、検知手段１４、第１切換弁５１、第２切換弁５２、第３切換弁５３、第１仕切弁５６ａ、第２仕切弁５６ｂ及び第３仕切弁５６ｃ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。

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。

冷却運転時には、入口弁８が開放され、除霜器６と被冷却室２とが連通され、出口弁９のバイパス管７ｍ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、第１切換弁５１が閉塞され、第２切換弁５２と第３切換弁５３とが開放され、コンプレッサＣを介して第２熱交換器の低温側配管４ｂ側から高温側配管４ａ側が連通される冷却運転用循環流路が形成される。

このとき、第１切換弁５１が閉塞され、第２切換弁５２と第３切換弁５３とが開放されていることから、配管５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，１２ａを介して配管７ｊ内の常圧高温空気Ａ１’（約１気圧、約４０℃）が配管７ｂに流入することが防止されているとともに、ファンＦにより送風される空気が空冷用循環流路１２内を循環可能となる。この空冷用循環流路１２内を循環する空気によりモータ１０の冷却が可能である。加えて、空気が熱交換部１２ｂを通過するときにラジエータ１３との熱交換により冷却されることから、モータ１０の冷却効率が良い。

また、第１仕切弁５６ａ、第２仕切弁５６ｂ、第３仕切弁５６ｃは、冷却装置１の冷却運転時においていずれも閉塞状態にある。これにより、第１仕切弁５６ａ、第２仕切弁５６ｂ及び第３仕切弁５６ｃを介して外気が冷却装置１内部に流入することが防止されている。

モータ１０の回転によりコンプレッサ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７ｋ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、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。このコンプレッサＣ及び膨張タービンＥの駆動により冷却運転用循環流路内を空気が循環している。

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。

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、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、膨張タービンＥ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７ｊに流入する。

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、約１気圧、約−９０℃の常圧低温空気Ａ５となるとともに、該常圧低温空気Ａ５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。

除霜器６に吐出された常圧低温空気Ａ５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Ａ５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Ａ５よりも水分量の少ない常圧低温空気Ａ６（約１気圧、約−９０℃）となる。常圧低温空気Ａ６は、入口弁８を介して被冷却室２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Ａ５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。

被冷却室２に吐出された常圧低温空気Ａ６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。

次に、冷却装置１のデフロスト運転について図３，４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。

図３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７ｅ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７ｍ側が開放されることでバイパス管７ｍと配管７ｈとが連通され、出口弁９の被冷却室２側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が非連通状態となる。またデフロスト運転時には、第１切換弁５１が開放され、第２切換弁５２と第３切換弁５３とが閉塞され、空冷用循環流路１２の配管１２ａを介して第２熱交換器４の低温側配管４ｂ側から高温側配管４ａ側が連通されるデフロスト用流路５０が形成される。尚、デフロスト運転時においてモータ１０、第１熱交換器３、ラジエータ１３は停止されている。

このようにデフロスト運転時には、第１切換弁５１が開放され、第２切換弁５２と第３切換弁５３とが閉塞されていることから、コンプレッサＣ側の流路（配管７ｋ、コンプレッサＣ、配管７ａ、第１熱交換器３の高温側配管３ａ）を介して空気冷媒が配管７ｂに流入することが防止されているとともに、空冷用循環流路１２内をファンＦにより送風される空気が循環不能となっている。一方で、ファンＦにより送風される空気は、デフロスト用流路５０内を循環可能となっている。

尚、デフロスト運転時には、コンプレッサＣ及び膨張タービンＥは、冷却装置１の制御部（図示略）の制御により、モータ１０が停止されることによりコンプレッサＣ及び膨張タービンＥの駆動が停止されている。これらにより、モータ１０を冷却する必要が無いことから、問題なく空冷用循環流路１２内の空気の循環を停止させることができ、空気が配管７ａを逆流するような圧力の発生等が防止されている。

また、膨張タービンＥの駆動が停止されていることから、膨張タービンＥを通過する空気が膨張されることが防止されているため、その圧力・温度が低減することを防止されている。加えて、第１熱交換器３が停止されているとともに、第１熱交換器３の高温側配管３ａ内を空気が通過しないことから、第１熱交換器３の高温側配管３ａの下流側を循環する空気を冷却することが防止されている。同様に、ラジエータ１３が停止されているとともに、空冷用循環流路１２の熱交換部１２ｂ内を空気が通過しないことから、ファンＦにより送風された空気が冷却されることを防止している。

デフロスト運転時にファンＦにより送出される空気は、配管１２ａ、配管５０ｃ、第１切換弁５１、配管５０ａ、配管７ｂ、第２熱交換器４の高温側配管４ａ、配管７ｃ、膨張タービンＥ、配管７ｄの順に通過し、除霜器６に吐出される。除霜器６では、デフロスト運転時に除霜器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。また、除霜器６に吐出された空気Ａ２１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Ａ３１となる。

尚、図２（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。以下、デフロスト運転において、除霜器６、その他の配管内等で加温により溶かされ発生した水をドレン水と称する。

空気Ａ３１は、第２熱交換器４の低温側配管４ｂを通過し空気Ａ４１となり、ファンＦに送出されて空気Ａ１１となる。空気Ａ１１は、第２熱交換器４の高温側配管４ａを通過し空気Ａ２１となり、膨張タービンＥを介して除霜器６に吐出される。以降、デフロスト運転中は、循環流路であるデフロスト用流路５０内を空気が循環するとともに、上記したヒータで温められることから、デフロスト用流路５０内の空気を素早く温めることができる。すなわち、高圧同温空気Ａ４、常圧低温空気Ａ５，Ａ６及び庫内空気Ａ１が通過することで着霜し易い、第２熱交換器４を含む所定区間（高温側配管４ａ、配管７ｃ、膨張タービンＥ、配管７ｄ、除霜器６、配管７ｅ、バイパス管７ｍ、出口弁９、配管７ｈ、低温側配管４ｂの区間）を重点的かつ効果的に除霜することができる。尚、ヒータは、配管５０ａ，５０ｂ，またはファンＦの吐出側の５０ｃ内に配設されていてもよく、複数配設されていてもよい。更に尚、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７ｅ、バイパス管７ｍ及び配管７ｈ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。

尚、直接の図示は省略するが、第２熱交換器４及び膨張タービンＥ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、ドレン水を、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。

次に、図４を用いて、デフロスト運転において、配管７ｃ，７ｄ，７ｅ、バイパス管７ｍ、配管７ｈの内部のドレン水の排出について説明する。尚、第２熱交換器４及び除霜器６については、前述したため省略する。

直接の図示について省略するが、第１ドレン管５５ａは配管７ｃの最下部に配設されている。第２ドレン管５５ｂ、第３ドレン管５５ｃについても同様である。発生したドレン水は、第１仕切弁５６ａ、第２仕切弁５６ｂ、第３仕切弁５６ｃが開放されることにより対応する第１ドレン管５５ａ、第２ドレン管５５ｂ、第３ドレン管５５ｃから排出される。尚、バイパス管７ｍ，配管７ｈ内のドレン水は、第３ドレン管５５ｃ又は第２熱交換器４を介して排出される。

ドレン水の排出については、デフロスト運転終了後に、外気を取り入れて予冷しながら行われる。尚、ドレン水の排出は、デフロスト運転中に所定時間毎に行われてもよく、フロートスイッチやセンサ等により所定量を上回ったことが検知されたことに応じて行われてもよい。

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の駆動が停止していること、第１熱交換器３において下流側を循環する空気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、ヒータが作動すること等の要因により、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を含む所定区間では、１台のファンＦの送風によりヒータの熱を第２熱交換器４により熱交換した上で、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。このことから、１台のファンＦで第２熱交換器４、膨張タービンＥ、除霜器６を含むデフロスト用流路５０内の空気が循環されている。

尚、特許文献１等に示される従来のデフロスト運転における、冷却運転時よりも低い回転数で圧縮機を駆動させるときのモータ１０の駆動に必要な消費電力と比較すると、本実施例における冷却装置１のファンＦの駆動に必要な消費電力の方が小さい。すなわち、エネルギー効率が良い。

以上、説明したように、デフロスト運転時に、第１切換弁５１、第２切換弁５２及び第３切換弁５３の操作により空冷用循環流路１２の配管１２ａとデフロスト用流路５０とが連通状態とすることで、当該デフロスト運転時に本来は休止状態となるモータ１０冷却用のファンＦを利用して、デフロスト用流路５０内の空気を送出することができるため、デフロスト用に別段の駆動源を用意しなくて済み、冷却装置１の構造を簡素化することができる。

第１切換弁５１、第２切換弁５２及び第３切換弁５３によりファンＦの出力をデフロスト用流路５０または空冷用循環流路１２のどちらかに切り換えられることから、ファンＦの出力がデフロスト用流路５０及び空冷用循環流路１２の両方に分散されることがないため、ファンＦを小型化することができる。

デフロスト用流路５０は、霜が形成されにくいコンプレッサＣに非連通であるため、デフロスト用流路５０の構成をコンパクトにできる。同様に、１台のファンＦでデフロスト用流路５０内の空気を循環できることから、デフロスト用流路５０の構成をコンパクトにできる。

尚、前記実施例では、デフロスト用流路５０内を空気が循環する形態を例示したが、外気が霜を溶かすに足る温度であれば、図５に示されるように、配管１２ａの上流側に冷却装置１の外部に連通する配管１５０ｂと第４仕切弁５６ｄとが接続され、外気がデフロスト用流路１５０Ａを通過する形態の冷却装置１００Ａであってもよい。

詳しくは、デフロスト運転時において、第４切換弁５４、第１仕切弁５６ａ、第２仕切弁５６ｂ、第３仕切弁５６ｃ及び第１切換弁５１が開放されるとともに、第２切換弁５２、第３切換弁５３、入口弁８及び出口弁９のバイパス管７ｍ側を閉塞されることで、デフロスト用流路１５０Ａは形成される。ファンＦの駆動により、第４切換弁５４を介してデフロスト用流路１５０Ａ内に流入した外気が、外気がデフロスト用流路１５０Ａ内を通過し、各第１ドレン管５５ａ、第２ドレン管５５ｂ、第３ドレン管５５ｃから対応する第１仕切弁５６ａ、第２仕切弁５６ｂ、第３仕切弁５６ｃを介して排出されることとなる。尚、第１仕切弁５６ａ、第２仕切弁５６ｂ、第３仕切弁５６ｃは、デフロスト運転時に同時にすべて開放されていてもよく、所定時間毎、フロートスイッチによる検知、センサによる検知等に応じて個別に開放されてもよく、限定するものではない。

デフロスト用流路１５０Ａを通過する外気により、デフロスト用流路１５０Ａ内の霜が温められ、発生した水が各第１ドレン管５５ａ、第２ドレン管５５ｂ、第３ドレン管５５ｃから対応する第１仕切弁５６ａ、第２仕切弁５６ｂ、第３仕切弁５６ｃを介して外気とともに排出される。すなわち、この形態であれば、ヒータを用いずともデフロスト用流路１５０Ａ内の除霜を行うことができる。一方で、配管１５０ｂ内等にヒータが配設されていてもよい。

デフロスト用流路１５０Ａによるデフロスト運転においては、特に着霜の多い除霜器６を重点的に除霜することができる。また、外気を利用して除霜が行われることから、デフロスト用流路１５０Ａ及び第２熱交換器４、膨張タービンＥ、除霜器６等の温度が過度に上昇することを防止することができるとともに、温められる範囲がデフロスト用流路５０と比較すると狭い範囲であることから、冷却運転への復帰を速やかに行うことができる。

また、外気が霜を溶かすに足る温度であれば、図６に示されるように、配管１２ａの上流側に配管１５０ｂと第４切換弁５４とが接続され、配管７ｊから分岐するとともに冷却装置１の外部に連通する第５ドレン管５５ｅと第５仕切弁５６ｅとが接続され、外気がデフロスト用流路１５０Ｂを通過する形態の冷却装置１００Ｂであってもよい。

詳しくは、デフロスト運転時において、第４切換弁５４、第５仕切弁５６ｅ及び第１切換弁５１が開放されるとともに、第２切換弁５２、第３切換弁５３、入口弁８及び出口弁９の被冷却室２側を閉塞されることで、デフロスト用流路１５０Ｂは形成される。ファンＦにより送風することで、第４切換弁５４を介してデフロスト用流路１５０Ｂ内に流入した外気が、外気がデフロスト用流路１５０Ｂ内を通過し、第５ドレン管５５ｅから第５仕切弁５６ｅを介して排出されることとなる。

デフロスト用流路１５０Ｂを通過する外気により、デフロスト用流路１５０Ｂ内の霜が温められ、発生した水が第５ドレン管５５ｅから第５仕切弁５６ｅを介して外気とともに排出される。すなわち、この形態であれば、ヒータを用いずともデフロスト用流路１５０Ｂ内の除霜を行うことができる。また、配管１５０ｂ内等にヒータが配設されていてもよい。

デフロスト用流路１５０Ｂによるデフロスト運転においては、ファンＦに送出された外気が主に第５ドレン管５５ｅから吐出されるため、デフロスト用流路１５０Ｂ全体を速やかに外気が通過することとなる。これにより、特に着霜が多い第２熱交換器４、膨張タービンＥ、除霜器６全体を効率よく除霜することができる。また、第２熱交換器４、膨張タービンＥ、除霜器６及び第５ドレン管５５ｅからドレン水を排出することができるため、他にドレン管を設けなくともよい。

尚、１つの冷却装置が、第１ドレン管５５ａ、第２ドレン管５５ｂ、第３ドレン管５５ｃ、配管１５０ｄ，１５０ｅ、第１仕切弁５６ａ、第２仕切弁５６ｂ、第３仕切弁５６ｃ、第４切換弁５４、第５仕切弁５６ｅを有し、制御部の制御によりデフロスト用流路１５０Ａ，１５０Ｂに切換可能に構成されていてもよい。

また、図７に示されるように、配管２０７ｂと空冷用循環流路２１２の配管２１２ａの下流側とを接続する配管２５０ａが、三方切換弁である第１切換弁２５１、第２切換弁２５２を介して接続され、配管２０７ｊと空冷用循環流路２１２の配管２１２ａの上流側とを接続する配管２５０ｂが、三方切換弁である第３切換弁２５３、第４切換弁２５４を介して接続される冷却装置２００であってもよい。

冷却装置２００は、冷却運転時において、第１切換弁２５１、第２切換弁２５２の配管２５０ａ側と第３切換弁２５３、第４切換弁２５４の配管２５０ｂ側とを閉塞することにより、冷却運転用循環流路と空冷用循環流路２１２とが確実に区画されるため、冷却運転用循環流路または空冷用循環流路２１２を循環する空気が混在することを防止し、圧力損失を低減できる。

また、冷却装置２００は、デフロスト運転時において、第１切換弁２５１、第３切換弁２５３のコンプレッサＣ側と、第２切換弁２５２、第４切換弁２５４のモータ１０側とを閉塞することにより、デフロスト運転流路２５０とコンプレッサＣ側の流路または空冷用循環流路２１２のモータ１０側とが確実に区画されるため、デフロスト運転流路２５０とコンプレッサＣ側の流路または空冷用循環流路２１２のモータ１０側を循環する空気が混在することを防止し、圧力損失を低減できる。

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。

例えば、前記実施例では、空冷用循環流路１２と配管７ｂ，７ｊとを接続する態様として説明してきたが、これに限らず、空冷用循環流路１２と配管７ｂ，７ｊ以外の配管とを接続する態様であってもよい。

また例えば、前記実施例では、除霜器６を一つ有する態様として説明したが、これに限らず、複数有していてもよい。同様に、ファンＦについても、複数配設されていてもよく、空冷用循環流路１２以外に配設されていてもよい。

１ 冷却装置
２ 被冷却室
３ 第１熱交換器
４ 第２熱交換器
６ 除霜器
８ 入口弁
９ 出口弁
１０ モータ
１２ 空冷用循環流路
５０ デフロスト用流路
５１ 第１切換弁（弁）
５２ 第２切換弁（弁）
５３ 第３切換弁（弁）
５４ 第４切換弁
５６ｅ 第５仕切弁
１００Ａ 冷却装置
１００Ｂ 冷却装置
１５０Ａ デフロスト用流路
１５０Ｂ デフロスト用流路
２００ 冷却装置
２１２ 空冷用循環流路
２５０ デフロスト運転流路
２５１ 第１切換弁
２５２ 第２切換弁
２５３ 第３切換弁
２５４ 第４切換弁
Ｃ コンプレッサ
Ｅ 膨張タービン
Ｆ ファン

Claims (4)

1. 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、
   前記圧縮機は、駆動源としてのモータと、該モータを冷却するための空冷用循環流路と、該空冷用循環流路にて空気を循環させるファンと、を有し、
   前記空冷用循環流路は、少なくとも前記除霜器に連通し且つ前記被冷却室に非連通となるデフロスト用流路に連結されており、
   前記空冷用循環流路と前記デフロスト用流路とは、弁により連通状態と非連通状態とが切り換えられ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。
2. 前記弁は、前記ファンから送出される空気を前記デフロスト用流路または前記空冷用循環流路のいずれか一方に流れるように制御する切換弁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。
3. 前記デフロスト用流路は、少なくとも前記熱交換器、前記膨張機、及び前記除霜器に連通するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の空気冷媒サイクルを用いた冷却装置。
4. 前記デフロスト用流路は、前記圧縮機に非連通となるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし３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。

Images