JPH0743177B2 - 冷却および冷凍装置 - Google Patents

冷却および冷凍装置

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JPH0743177B2
JPH0743177B2 JP61296523A JP29652386A JPH0743177B2 JP H0743177 B2 JPH0743177 B2 JP H0743177B2 JP 61296523 A JP61296523 A JP 61296523A JP 29652386 A JP29652386 A JP 29652386A JP H0743177 B2 JPH0743177 B2 JP H0743177B2
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heat exchanger
cooling
air
plate
refrigerating apparatus
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ヘルムート、ロツツ
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ボツシユシ−メンス、ハウスゲレ−テ、ゲゼルシヤフト、ミツト、ベシユレンクテル、ハフツング
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    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
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  • Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、冷却室が低温空気循環回路の形の冷熱発生器
で冷却され、この冷熱発生器において冷却室から吸い出
される高温の空気が圧縮後に大気に曝される熱交換器に
おいてほぼその大気温度まで冷却され、続いて膨張さ
れ、その際最低温度レベルに冷却して冷却室に戻され、
その循環回路に循環空気を除湿する装置が設けられてい
るような冷却および冷凍装置、特に家庭用冷蔵冷凍庫に
関する。
〔従来の技術〕
かかる形式の冷却および冷凍装置において、作動媒体と
して用いられる大気はオープン回路を循環させられる。
その場合このオープン回路は、大気および冷却ないし冷
凍品から水蒸気を吸収する働きをするので、膨張段の後
方で生ずる低い温度において氷の結晶が生ずる。これに
よって氷の結晶が膨張段の後方で成長し、霜あるいは氷
の形で堆積し、これによって低温空気回路の作用がひど
く害されるおそれがある。
そのため上述した形式の公知の冷却および冷凍装置の場
合ラビリンスないしサイクロン分離器が設けられてお
り、この分離器において、膨張段の後方で生ずる氷の結
晶が空気流から分離される。分離した氷の結晶はその後
解氷され、氷解水の形で冷却および冷凍装置から排出さ
れる。
その場合膨張段として膨張タービンが利用される限り
は、霜の発生はコントロールできない。これは例えば循
環空気の種晶数、局所的な過冷、局所的な流れ条件、空
気温度および空気湿度に左右されるので、氷の結晶がそ
の限られた成長速度により後方において始めて生ずるよ
うな通常運転と異なって、膨張タービンの回転羽根の内
部で既に霜の発生が生じてしまうという危険がある。こ
の場合大きな相対速度で運転する堅い結晶が生ずるの
で、膨張タービンの回転羽根および案内羽根を機械的に
負荷して、破損してしまう危険がある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の目的は、上述した関係で生ずる危険を簡単に有
効に除去することにある。
〔問題点の解決手段〕
本発明によればこの目的は、循環空気を除湿するため
に、補助熱交換器が用いられ、この熱交換器において冷
却室から吸い出される高温の空気が、膨張した低温空気
によって含有水分を熱交換器面に凝縮させることによっ
て乾燥することによって除去される。
〔発明の効果〕 本発明に基づいて循環回路に接続された補助熱交換器に
よって、循環空気は乾燥状態で膨張タービンに到達し、
決して氷の結晶は生じない。
〔実施態様〕
本発明の有利な実施態様において、補助熱交換器は垂直
に立てたプレートを持った対向流・プレート形熱交換器
として形成され、その下側にある終端分配器に、氷解水
の出口を有している。
この場合本発明に基づく有利な実施態様において、対向
流・プレート形熱交換器の下側終端分配器は、出口に向
かって傾斜して設けられる。
対向流・プレート形熱交換器のプレートが解氷加熱器を
備えていることによって、特に解氷時間を短縮できる。
本発明に基づく別の実施態様において、対向流・プレー
ト形熱交換器は、交互に空気流に接続される互いに断熱
壁で分離されている2つの熱交換器部分を有している。
これによって本発明に基づく冷却および冷凍装置の連続
運転ができる。
これは本発明に基づく実施態様において、対向流・プレ
ート形熱交換器の各熱交換器部分を通る空気流の経路
が、制御フラッパによって制御される場合、特に有効に
実施できる。
〔実施例〕
以下図面に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明
する。
第1図においてKは冷凍装置の冷却室であり、これは一
般に図示してない扉によって閉鎖可能な断熱性のケーシ
ングを有している。冷凍装置は連続的あるいは間欠的に
運転される冷風回路形式の冷熱源を備えている。間接的
に運転する際、冷熱発生器の停止中に、冷却室K内の空
気は温度上昇する。これはケーシングの断熱壁を通して
の外側への熱損失、扉を明けた場合の外気の侵入および
冷却室K内に貯蔵された生鮮冷凍品がもたらす熱エネル
ギーに起因する。
冷凍装置の内部における空気温度が図示してないサーモ
スタットの上側投入点まで上昇すると、駆動モータEMの
電気回路が閉じられ、この駆動モータEMは高速圧縮ター
ビンVおよび膨張タービンEの複合タービン設備を駆動
する。その場合状態0′の空気が冷凍装置の冷却室Kか
ら吸い出され、補助熱交換器Aを通して導かれ、その中
で後述するように状態0′に変化する。空気はこの状態
0′で内側熱交換器WTIの低温側を通して導かれる。空
気はこの内側熱交換器WTIから状態1で圧縮タービンV
に送られ、そこから状態2で室温に曝される外側熱交換
器WTAに導かれる。室温に曝されるこの外側熱交換器WTA
において、圧縮された空気の温度は室温以上の状態3′
まで低下する。各過程を通過する際に変化し符合を付け
て示した空気の状態は、その場合第2図におけるTS線図
の状態に相応している。
空気は外側熱交換器WTAを状態3′で流出し、内側熱交
換器WTIの高温側に流入し、そこで冷凍装置から吸い出
され補助熱交換器Aにおいて状態0′にされた空気との
熱交換が行われる。その場合空気の温度は状態3に低下
する。
それからこの状態3において、空気は内側熱交換器WTI
から膨張タービンEに吸い込まれ、そこで状態4に膨張
され、その温度は約−25℃まで低下する。それから状態
5の低温空気が、補助熱交換器Aを通して冷凍装置に再
び流入する。
補助熱交換器Aにおいて、冷凍装置の冷却室Kから吸い
出された状態0の空気と、膨張タービンEから来る極端
に低温の状態4の空気との間で熱交換が行われる。その
場合冷凍装置の冷却室Kにおける状態0の空気内の水分
は、補助熱交換器Aにおいて霜の形で凝縮し、空気はこ
の熱交換器Aから乾燥した状態0′で排出される。この
ようにして膨張タービンEの中あるいはその後方におけ
るコントロールできない霜あるいは氷の結晶の発生は、
補助熱交換器Aを状態0の空気がほぼ露点温度4まで除
湿されるように設計することにより、確実に防止され
る。
補助熱交換器Aは、第3図から第6図に示されているよ
うに、外側ケーシングGおよびその中に立てて配置され
たプレートPを持った対向流プレート形熱交換器として
形成されている。
冷凍装置の冷却室Kから来る状態0の高温多湿の空気
が、分離器として形成された補助熱交換器Aを貫流し、
その際状態0の空気は、膨張タービンEの後方で生ずる
状態4の低温空気がその中空室を貫流する低温プレート
Pと接触する。その場合冷却室Kにおける空気内の水分
は、霜の形でプレートPの壁の上に分離され、これによ
って空気は状態0′に冷却され除湿される。これに対向
流で流れる状態4の低温空気は状態5に加熱され、この
状態5で冷却室Kの中に吹き出される。
プレートPは単一板壁として終端分配器EVに溶接されて
いるか、あるいは縁を曲げて固定され、好適には保持舌
片Lに吊り下げられている。状態0および状態4の空気
の圧力はほぼ同じであるので、気密性について厳しい要
求はない。
同様に溶接されるか縁を曲げて固定されるプレート縁
に、電熱線Hが設けられている。この電熱線Hは好適に
は下側の排水通路Sから外側に導かれ、そこから排水管
ERを通して導き出されている。
状態0の空気流から霜として分離した水分は、解氷の際
に貫通開口Dから流出する。この貫通開口Dは流水経路
のために傾斜されている下側の終端分配器EVのすぐ上側
で、プレートPを空気0の側で差込み管Rまで貫通して
おり、この差込み管Rはプレートポケットの最下端位置
において終端分配器EVによって案内されている。その後
例えば電熱線Hで加熱された可撓性のホースERはサイフ
ォンの形に接続され、水はサイフォンを通して蒸発皿に
導かれ、再び蒸発させられる。
解氷過程の開始は時間制御で行われるか、あるいは状態
0および状態0′の空気流における圧力勾配が所定の値
を越えた場合、あるいは霜の厚さを光学的に検出して行
われる。それにより冷熱発生器が遮断され、電熱線Hが
投入される。解氷過程の終了は時間制御で行われるか、
プレートPの表面温度を測定して、氷結点を越えた場合
に電熱線Hを遮断することによって行われる。
第6図に半分だけ示されている異なった実施例において
は、補助熱交換器A′として、周期的に解氷する分離器
があり、これは上述した実施例と異なって、2つの熱交
換器部分に分けられ、両方の空気側に入口および出口フ
ラッパ制御弁が設けられている。これらのフラッパ制御
弁は第6図において、両方のストッパA1とA2との間で転
向フラッパKLを移動させる軸駆動装置Wから成ってい
る。
冷凍装置の冷却室Kから来る状態0の空気は、図示した
実施例の場合下側の空気通路を貫流し、そこでプレート
Pの低温空気通路内を対向流で流れる状態4の低温空気
で冷却され除湿される。この場合上側熱交換器部分にお
いて、電熱器H1が投入され、これによってこの部分にお
いて解氷が行われる。両方の熱交換器部分間における熱
伝達を防止するために、これらの間に断熱壁Iが設けら
れており、これは軸Wの平面高さにおける空気の流れも
阻止する。熱不良導体材料で作られた転向フラッパKL
は、この場合ストッパA1に接しており、解氷中の熱交換
器部分を通して空気が貫流することを阻止する。
この熱交換器部分が解氷されると、(例えば温度センサ
によって、あるいは時間制御によって)電熱線H1が遮断
され、所定の遅れ時間後に空気側が切り換えられ、電熱
線H2が投入される。この過程は周期的に繰り返される。
なおこの場合排出管Sの加熱は、排水管Sの氷結を防止
するために連続して行わなければならないので温風配管
を介しても行われる。
対向流プレート形熱交換器の図示されていない半部には
同様に、上述と同様であるが逆向きに移動される転向フ
ラップが配置されている。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に基づく補助熱交換器を持った冷凍装置
の低温空気の循環回路図、第2図は補助熱交換器を持っ
た低温循環回路の理想的な熱力学的な経過を示した線
図、第3図ないし第5図はそれぞれ単純な対向流プレー
ト形熱交換器として形成された補助熱交換器の異なった
方向から見た断面図、第6図は第3図ないし第5図にお
ける実施例と異なった対向流プレート形熱交換器の一部
断面図である。 A,A′:熱交換器、K:冷却室、P:プレート、I:断熱壁、
S:排水通路、ER:排水管、EV:終端分配器、KL:制御フラ
ッパ。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】冷却室が低温空気循環回路の形の冷熱発生
    器で冷却され、この冷熱発生器において冷却室から吸い
    出される高温の空気が圧縮後に大気に曝される熱交換器
    においてほぼその大気温度まで冷却され、続いて膨張さ
    れ、その際最低温度レベルに冷却して冷却室に戻され、
    その循環回路に循環空気を除湿する装置が設けられてい
    るような冷却および冷凍装置において、循環空気を除湿
    するために補助熱交換器(A,A′)が設けられ、この熱
    交換器において冷却室(K)から吸い出される高温レベ
    ルの空気が、膨張した低温空気によって含有水分を熱交
    換器面(P)に凝縮させることによって乾燥することを
    特徴とする冷却および冷凍装置。
  2. 【請求項2】補助熱交換器が垂直に立てたプレート
    (P)を持った対向流・プレート形熱交換器として形成
    され、その下側にある終端分配器(EV)に氷解水の出口
    (S,ER)を有していることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の冷却および冷凍装置。
  3. 【請求項3】対向流・プレート形熱交換器の下側終端分
    配器(EV)が出口(S)に向かって傾斜して設けられて
    いることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の冷却
    および冷凍装置。
  4. 【請求項4】対向流・プレート形熱交換器のプレート
    (P)が解氷加熱器(H)を備えていることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項または第2項記載の冷却および
    冷凍装置。
  5. 【請求項5】対向流・プレート形熱交換器(A′)が、
    交互に空気流に接続される互いに断熱壁(I)で分離さ
    れている2つの熱交換器部分を有していることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項ないし第3項のいずれか1つ
    に記載の冷却および冷凍装置。
  6. 【請求項6】対向流・プレート形熱交換器(A′)の各
    熱交換器部分を通る空気流の経路が制御フラッパ(KL)
    によって制御されることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の冷却および冷凍装置。
JP61296523A 1985-12-16 1986-12-12 冷却および冷凍装置 Expired - Lifetime JPH0743177B2 (ja)

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DE3544445.2 1985-12-16
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JPS62141481A JPS62141481A (ja) 1987-06-24
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JP61296523A Expired - Lifetime JPH0743177B2 (ja) 1985-12-16 1986-12-12 冷却および冷凍装置

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