JPWO2021014526A1 - デフロストシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ブライン回路を導設することなく、好適にデフロストできるとともに、ケーシングにつららが発生することを防止できるデフロストシステムを提供する。【解決手段】デフロストシステム２０は、循環ライン３０から分岐して設けられ、デフロスト時において、フィンチューブ熱交換器１３の内部に滞留するＣＯ２冷媒が、ガス状および再液化の二相変化を繰り返し、フィンチューブ熱交換器とともにＣＯ２循環路を形成するサーモサイフォンデフロスト回路２１と、デフロスト時に閉鎖して、ＣＯ２循環路を閉回路とする電磁開閉弁３４Ａ、３４Ｂと、サーモサイフォンデフロスト回路に隣り合うようにサーモサイフォンデフロスト回路の上方に配置される第１電気ヒータ２２と、を有し、デフロスト時に閉回路においてＣＯ２冷媒を自然循環させる。【選択図】図２

Description

本発明は、冷凍庫内に設けられた冷却器にＣＯ_２冷媒を循環させて冷凍庫内を冷却する冷凍装置に適用され、該冷却器に設けられたフィンチューブ熱交換器に付着した霜を除去するためのデフロストシステムに関する。

オゾン層破壊防止や温暖化防止等の観点から、室内の空調や食品などの冷凍に用いる冷凍装置の冷媒として、冷却性能は高いが毒性があるアンモニアを一次冷媒とし、無毒及び無臭のＣＯ_２を二次冷媒とした、冷凍装置が広く用いられている。

このような冷凍装置では、アンモニア冷媒が循環する一次冷媒回路およびＣＯ_２冷媒が循環する二次冷媒回路をカスケードコンデンサで接続し、カスケードコンデンサにおいてアンモニア冷媒とＣＯ_２冷媒との熱の授受を行う。アンモニア冷媒によって冷却され液化したＣＯ_２冷媒は、冷凍庫の内部に設けられた冷却器に送られ、冷却器のケーシングの内部に設けられたフィンチューブ熱交換器を介して冷凍庫内の空気を冷却する。冷凍庫内の空気を冷却することによって、一部が気化したＣＯ_２冷媒は、二次冷媒回路を介してＣＯ_２受液器に戻り、カスケードコンデンサで再冷却され液化される。

冷凍装置の運転中、冷却器に設けられた熱交換管には霜が付着し、熱伝達効率が低下するため、デフロスト（除霜）する必要がある。

これに関連して、例えば下記の特許文献１には、デフロスト回路（サーモサイフォンデフロスト回路）および温ブライン回路が導設され、温ブラインでデフロスト回路を循環するＣＯ_２冷媒を加熱するための第１熱交換部を備えるデフロストシステムが開示されている。このように構成されたデフロストシステムによれば、閉回路のＣＯ_２冷媒液は、デフロスト回路を第１熱交換部まで重力で降下し、第１熱交換部で温ブラインによって加熱され気化する。気化したＣＯ_２冷媒はサーモサイフォン作用によりデフロスト回路を上昇し、上昇したＣＯ_２冷媒ガスは冷却器の内部に設けられたフィンチューブ熱交換器の外表面に付着した霜を加熱して溶かす。フィンチューブ熱交換器を加熱して液化したＣＯ_２冷媒は重力でデフロスト回路を下降する。第１熱交換部まで下降したＣＯ_２冷媒液は再度第１熱交換部で加熱され気化する。

再表２０１５／０９３２３３号公報

特許文献１に開示されたデフロストシステムでは、温ブライン回路が導設されているため、温ブライン設備が大掛かりになってしまうとともに、温ブラインの濃度管理が必要となる。

一方、ケーシングの内部に設けられるフィンチューブ熱交換器に付着した霜をデフロストする際に、デフロストした際の融解水によって、ケーシング下方部のフィンチューブ熱交換器につららが発生することを防止することが求められる。

本発明は、上記課題を解決するために発明されたものであり、サーモサイフォンデフロスト回路を加熱するための温ブライン回路を導設することなく、好適に冷却器のデフロストを行うことができるとともに、ケーシング下方部のフィンチューブ熱交換器につららが発生することを防止できるデフロストシステムを提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係るデフロストシステムは、ケーシング、前記ケーシングの内部に設けられたフィンチューブ熱交換器、および前記フィンチューブ熱交換器の下方に設けられたドレンパンを有する冷却器が、冷凍庫内部に設けられ、冷却時においては、前記冷却器の前記フィンチューブ熱交換器に接続され、低温のＣＯ_２冷媒が循環する循環ラインと、内部を循環する冷媒によって、ガス状の前記ＣＯ_２冷媒を冷却して再液化する冷凍サイクルと、を有する冷凍装置のデフロストシステムである。デフロストシステムは、前記循環ラインから分岐して設けられ、デフロスト時において、前記フィンチューブ熱交換器の内部に滞留する前記ＣＯ_２冷媒が、ガス状および再液化の二相変化を繰り返し、前記フィンチューブ熱交換器とともにＣＯ_２循環路を形成するサーモサイフォンデフロスト回路と、デフロスト時に閉鎖して、前記ＣＯ_２循環路を閉回路とする開閉弁と、前記サーモサイフォンデフロスト回路に隣り合うように前記サーモサイフォンデフロスト回路の上方に配置される第１電気ヒータと、を有し、デフロスト時に前記閉回路においてＣＯ_２冷媒を自然循環させる。

上述のように構成されたデフロストシステムによれば、閉回路のＣＯ_２冷媒液は、サーモサイフォンデフロスト回路を第１電気ヒータまで重力で降下し、第１電気ヒータで加熱され気化する。気化したＣＯ_２冷媒は、サーモサイフォンの原理によって、サーモサイフォンデフロスト回路を上昇し、上昇したＣＯ_２冷媒ガスは冷却器の内部に設けられたフィンチューブ熱交換器を加熱して、フィンチューブ熱交換器の外表面に付着した霜を加熱して溶かす。フィンチューブ熱交換器を加熱して液化したＣＯ_２冷媒は重力でサーモサイフォンデフロスト回路を下降する。第１電気ヒータまで下降したＣＯ_２冷媒液は再度第１電気ヒータで加熱され気化する。以上から、サーモサイフォンデフロスト回路を加熱するための温ブライン回路を導設することなく、好適に冷却器のデフロストを行うことができるとともに、ケーシング下方部のフィンチューブ熱交換器につららが発生することを防止できる。

本実施形態に係る冷凍装置の全体構成図である。 本実施形態に係る冷却器およびデフロストシステム等の概略斜視図である。 本実施形態に係る冷却器およびデフロストシステムの概略図である。 図３の４−４線に沿う断面図である。 図３の５−５線に沿う断面図である。 本実施形態に係るサーモサイフォンデフロスト回路を示す概略図である。 デフロスト時におけるＣＯ_２冷媒の循環路を説明するための図である。 図８（Ａ）は、ファンの開口部を閉止したときの様子を示す図であって、図８（Ｂ）は、ファンの開口部を開口したときの様子を示す図である。

本発明の実施形態を、図１〜図６を参照しつつ説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

図１は、本実施形態に係る冷凍装置１の全体構成図である。図２は、本実施形態に係る冷却器１１およびデフロストシステム２０等の概略斜視図である。図３は、本実施形態に係る冷却器１１およびデフロストシステム２０の概略図である。図４は、図３の４−４線に沿う断面図である。図５は、図３の５−５線に沿う断面図である。図６は、本実施形態に係るサーモサイフォンデフロスト回路２１を示す概略図である。

冷凍装置１は、図１に示すように、冷凍庫１０内に設けられた一対の冷却器１１と、冷却器１１に設けられるデフロストシステム２０と、ＣＯ_２冷媒が循環する循環ライン（二次冷媒回路）３０と、ＣＯ_２冷媒を貯留するためのＣＯ_２受液器４０と、アンモニア冷媒が循環する循環ライン（一次冷媒回路）５６を備えるアンモニア冷凍サイクル５０（冷凍サイクル）と、冷却水が循環する冷却水回路６０と、冷却水回路６０に接続される密閉式冷却塔７０と、を有する。

冷凍庫１０内には、図１に示すように、上下に沿って２つの冷却器１１が設けられる。２つの冷却器１１の構成は、互いに同一の構成であるため、ここでは一方の冷却器１１の構成について説明する。

図１に示すように、冷却器１１は、ケーシング１２と、ケーシング１２の内部に設けられたフィンチューブ熱交換器１３と、ケーシング１２の内外に流通する空気流を形成するファン１５と、を有する。

ケーシング１２は、図２に示すように、略矩形状に構成される。ケーシング１２の内部には、フィンチューブ熱交換器１３が配置される。また、フィンチューブ熱交換器１３の最下部の下方に第２電気ヒータ２３が配置され、ケーシング１２の最下部に設けられるダミーの配管Ｌの下方には第３電気ヒータ２４が配置されている。第２電気ヒータ２３および第３電気ヒータ２４は、下方電気ヒータを構成する。ダミーの配管Ｌは、後述するドレンパン８３およびフィンチューブ熱交換器１３の熱交換管１３Ａのつららによるブリッジ防止と均等な前面風速確保のために設けられ、ＣＯ_２冷媒は循環しない。

フィンチューブ熱交換器１３は、図２、図３に示すように、熱交換管１３Ａおよびフィン１３Ｂを有する。熱交換管１３Ａは、図３に示すように、ケーシング１２の内部で上下方向及び水平方向に蛇行形状に形成される。フィン１３Ｂは、図２に示すように、上下方向に形成される。また、熱交換管１３Ａは、図３に示すように、ケーシング１２の奥行方向に沿って、４本設けられる。なお、熱交換管１３Ａの構成は、ケーシング１２の内部に満遍なく配置されていればこの限りではない。

４本の熱交換管１３Ａは、図３に示すように、４本の熱交換管１３Ａの下側の端部において、入口ヘッダ１６と連結されている。また、４本の熱交換管１３Ａは、図３に示すように、４本の熱交換管１３Ａの上側の端部において、出口ヘッダ１７と連結されている。

ファン１５は、図１に示すように、ケーシング１２の上方に配置される。なお、ファン１５が設けられる位置は、ケーシング１２の側面等であってもよい。ファン１５が稼働することによって、ケーシング１２の内外に流通する空気流が形成される。

デフロストシステム２０は、フィンチューブ熱交換器１３の表面に付着した霜を融解除去（デフロスト）するために設けられる。デフロストシステム２０は、図１〜図５に示すように、サーモサイフォンデフロスト回路２１と、第１電気ヒータ２２と、第２電気ヒータ２３と、第３電気ヒータ２４と、を有する。

サーモサイフォンデフロスト回路２１は、図１に示すように、循環ライン３０のＣＯ_２送りライン３１から分岐して設けられ、フィンチューブ熱交換器１３と共にＣＯ_２循環路を形成する。また、サーモサイフォンデフロスト回路２１の採熱部は、第１電気ヒータ２２の下方に配置される。

サーモサイフォンデフロスト回路２１には、図１、図３に示すように、電磁開閉弁２１Ａおよび逆止弁２１Ｊが配置されている。サーモサイフォンデフロスト回路２１は、デフロストする際に、後述する電磁開閉弁３４Ａ、３４Ｂを閉鎖するとともに、電磁開閉弁２１Ａを開放することによって、ＣＯ_２が循環するＣＯ_２循環路を形成する。一方、サーモサイフォンデフロスト回路２１は、冷凍運転時において、電磁開閉弁３４Ａ、３４Ｂを開放するとともに、電磁開閉弁２１Ａを閉鎖する。

以下、図３、図６を参照して、サーモサイフォンデフロスト回路２１の構成について詳述する。

サーモサイフォンデフロスト回路２１は、図３、図６に示すように、循環ライン３０のＣＯ_２送りライン３１から分岐する第１ライン２１Ｂと、第１ライン２１Ｂの端部が接続される第１ヘッダ２１Ｃと、第１ヘッダ２１Ｃから延在する３本の第２ライン２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆと、３本の第２ライン２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆが連結されるとともに、第１ヘッダ２１Ｃよりも高い位置に設けられる第２ヘッダ２１Ｇと、第２ヘッダ２１Ｇから延在して循環ライン３０のＣＯ_２戻りライン３２と接続する第３ライン２１Ｈと、を有する。

３本の第２ライン２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆは、図６に示すように、第１ヘッダ２１Ｃ、第２ヘッダ２１Ｇのうち互いに最も離れた箇所同士を蛇行状に結んだ第２ライン２１Ｄと、第１ヘッダ２１Ｃ、第２ヘッダ２１Ｇのうち互いに最も近い箇所同士を蛇行状に結んだ第２ライン２１Ｅと、第２ライン２１Ｄおよび第２ライン２１Ｅの間に配置される第２ライン２１Ｆと、を有する。この構成によれば、３本の第２ライン２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆは、互いに交差することなく、また上り傾向に配置されるため、３本の第２ライン２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆにおいて、好適にＣＯ_２ガスを循環させることができる。

第１電気ヒータ２２は、図１、図２、図５に示すように、後述するドレンパン８３の下方かつ、３本の第２ライン２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆの上方に配置される。第１電気ヒータ２２は、図２に示すように、６本のヒータがＵ字状に構成されてなる。１本あたりのヒータの出力は、特に限定されないが、１．５ｋＷである。

第２電気ヒータ２３は、図１、図２、図５に示すように、ケーシング１２の内部のフィンチューブ熱交換器１３の下方に配置される。具体的には、第２電気ヒータ２３は、図５に示すように、熱交換管１３Ａの下方であって、ダミーの配管Ｌの上方に配置される。１本のヒータの出力は、特に限定されないが、１．５ｋＷである。このように第２電気ヒータ２３が、ケーシング１２の内部のフィンチューブ熱交換器１３の下方に配置されるため、フィンチューブ熱交換器１３を下降する水滴が、ケーシング１２の下方のフィンチューブ熱交換器１３で再凍結してつららとなることなくドレンパン８３で回収することができる。

第３電気ヒータ２４は、図５に示すように、ダミーの配管Ｌの下方に配置される。すなわち、第３電気ヒータ２４は、ケーシング１２の内部の最下方に配置される。このように第３電気ヒータ２４が、ケーシング１２の内部の最下方に配置されるため、ケーシング１２の下方で再凍結してつららが発生することを好適に防止することができる。

図２、図５に示すように、サーモサイフォンデフロスト回路２１の下方には、断熱材８１が設けられている。断熱材８１の厚みは特に限定されないが、例えば２０ｍｍであって、第１電気ヒータ２２で加熱されるサーモサイフォンデフロスト回路２１の下面からの放熱ロスを防止する。第１電気ヒータ２２の上方には、ドレンパン８３が設けられ、デフロスト時の水滴を再凍結することなくドレン排出管８３Ａから排水することができる。また、サーモサイフォンデフロスト回路２１および第１電気ヒータ２２の間には、伝熱板８２が設けられている。このように伝熱板８２が設けられることによって、第１電気ヒータ２２の熱を好適にＣＯ_２冷媒の加熱に伝えることができる。

循環ライン３０は、ＣＯ_２冷媒が循環するように構成されている。循環ライン３０は、図１に示すように、ＣＯ_２受液器４０から、一対の冷凍庫１０に液状のＣＯ_２冷媒を送るＣＯ_２送りライン３１と、一対の冷凍庫１０から出てくる気液混合のＣＯ_２冷媒をＣＯ_２受液器４０に戻すＣＯ_２戻りライン３２と、ガス化したＣＯ_２冷媒を再液化する再液化ライン３３と、を有する。

ＣＯ_２送りライン３１は、図１に示すように、ＣＯ_２受液器４０の下方に接続されている。また、ＣＯ_２戻りライン３２は、図１に示すように、ＣＯ_２受液器４０の上方に接続されている。

また、ＣＯ_２送りライン３１には第１ポンプＰ１が設けられ、第１ポンプＰ１によってＣＯ_２受液器４０内の液状のＣＯ_２冷媒は、冷凍庫１０内の冷却器１１に送られる。

ＣＯ_２送りライン３１は、図１に示すように、一の冷却器１１に接続される第１送りライン３１Ａ、および他の冷却器１１に接続される第２送りライン３１Ｂに分岐される。

第１送りライン３１Ａは、一の冷却器１１を介して、第１戻りライン３２Ａに接続される。また、第２送りライン３１Ｂは、他の冷却器１１を介して、第２戻りライン３２Ｂに接続される。第１戻りライン３２Ａおよび第２戻りライン３２Ｂは、再度合流して、ＣＯ_２戻りライン３２に連結される。

第１送りライン３１Ａは、図１および図３に示すように、入口ヘッダ１６に接続され、第１戻りライン３２Ａは、出口ヘッダ１７に接続される。第１送りライン３１Ａには、図１に示すように、電磁開閉弁（開閉弁）３４Ａが配置され、第１戻りライン３２Ａには、電磁開閉弁（開閉弁）３４Ｂが配置されている。

第１戻りライン３２Ａには、図１に示すように、圧力センサ３４が接続される。圧力センサ３４には、圧力センサ３４の検出値が入力される制御部３５が接続される。また、制御部３５には、第１電気ヒータ２２のコントローラ３６が接続され、制御部３５によって、第１電気ヒータ２２の温度や６本のヒータのオン・オフを制御することができる。

デフロスト時において、制御部３５は、圧力センサ３４によって測定されるＣＯ_２循環路の圧力が所定の圧力よりも高い場合は、第１電気ヒータ２２の温度を低下させたり、第１電気ヒータ２２の６本のヒータのオンにする本数を減らしたりすることができる。

また、第１戻りライン３２Ａには、第１戻りライン３２Ａから分岐する分岐回路３７が設けられ、分岐回路３７には、圧力調整弁３８が設けられ、所定の圧力よりも圧力が高い場合は、圧力調整弁３８が開放して圧力を低下させる。

再液化ライン３３は、ＣＯ_２受液器４０の上方に接続されている。ＣＯ_２受液器４０内のガス状のＣＯ_２冷媒は、再液化ライン３３を通る際に、後述するアンモニア冷凍サイクル５０の熱交換器５１によって再液化される。そして、再液化された液状のＣＯ_２冷媒は、ＣＯ_２受液器４０に戻る。

アンモニア冷凍サイクル５０は、アンモニア冷媒が循環する。アンモニア冷凍サイクル５０は、ガス状のＣＯ_２冷媒を冷却して液化する。アンモニア冷凍サイクル５０は、図１に示すように、蒸発器としての熱交換器（カスケードコンデンサ）５１と、圧縮機である冷凍機５２と、凝縮器５３と、アンモニア受液器５４と、膨張弁５５と、アンモニア冷媒が循環する循環ライン（一次冷媒回路）５６と、を有する。

熱交換器５１において、ガス状のＣＯ_２冷媒の熱により蒸発したアンモニア冷媒ガスは冷凍機５２によって圧縮され、高温高圧のアンモニア冷媒ガスは凝縮器５３において冷却されて凝縮し、液化したアンモニア冷媒液はアンモニア受液器５４に貯留され、アンモニア受液器５４のアンモニア冷媒液は膨張弁５５に送られて膨張され、低圧のアンモニア冷媒液は熱交換器５１に送られてガス状のＣＯ_２冷媒の冷却に用いられる。

凝縮器５３には、冷却水回路６０が導設されている。冷却水回路６０を循環する冷却水は、凝縮器５３でアンモニア冷媒によって加熱される。

冷却水回路６０は、密閉式冷却塔７０に接続される。冷却水は、冷却水ポンプ６１によって、冷却水回路６０を循環する。凝縮器５３でアンモニア冷媒の排熱を吸収した冷却水は、密閉式冷却塔７０で外気および散布水と接触し、散布水の蒸発潜熱によって冷却される。

密閉式冷却塔７０は、冷却水回路６０に接続された冷却コイル７１と、外気ａを冷却コイル７１に通風させるファン７２と、冷却コイル７１に冷却水を散布する散水管７３およびポンプ７４を有する。散水管７３から散布される冷却水の一部は蒸発しその蒸発潜熱を利用して冷却コイル７１を流れる冷却水を冷却する。

以上、冷凍装置１の構成について説明した。次に、図１、図７、図８を参照して、本実施形態に係る冷凍装置１の使用方法を、冷凍運転時およびデフロスト時に分けて説明する。

図１は、冷凍運転時におけるＣＯ_２冷媒の循環路を示す図である。冷凍運転時、電磁開閉弁３４Ａ、３４Ｂは開放されると共に、電磁開閉弁２１Ａは閉鎖される。これによって、ＣＯ_２送りライン３１から供給されるＣＯ_２冷媒は、第１送りライン３１Ａ、第２送りライン３１Ｂ、およびフィンチューブ熱交換器１３を循環する。一方、冷凍庫１０の内部でファン１５の運転によって、冷却器１１の内部を通る庫内空気の循環流が形成される。庫内空気はフィンチューブ熱交換器１３を循環するＣＯ_２冷媒により冷却され、冷凍庫１０の内部は、例えば−２５℃の低温に保持される。冷凍運転時では、図８（Ｂ）に示すように、ファン１５の運転でソックダクトを開口させる。

図７は、デフロスト時におけるＣＯ_２冷媒の循環路を示す図である。デフロスト時、電磁開閉弁３４Ａ、３４Ｂは閉鎖され、電磁開閉弁２１Ａは開放される。これによって、フィンチューブ熱交換器１３およびサーモサイフォンデフロスト回路２１からなる閉鎖されたＣＯ_２循環路が形成される。

閉回路のＣＯ_２冷媒液は、サーモサイフォンデフロスト回路２１を第１ヘッダ２１Ｃと、第１ヘッダ２１Ｃから延在する３本の第２ライン２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆまで重力で降下し、第１電気ヒータ２２で加熱され気化する。気化したＣＯ_２冷媒は、サーモサイフォンの原理によって、サーモサイフォンデフロスト回路２１の逆止弁２１Ｊを上昇し、上昇したＣＯ_２冷媒ガスは冷却器１１の内部に設けられたフィンチューブ熱交換器１３の外表面に付着した霜を加熱して溶かす。フィンチューブ熱交換器１３を加熱して液化したＣＯ_２冷媒は重力でサーモサイフォンデフロスト回路２１を下降する。第１ヘッダ２１Ｃと、第１ヘッダ２１Ｃから延在する３本の第２ライン２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆまで下降したＣＯ_２冷媒液は、再度第１電気ヒータ２２で加熱され気化する。

霜が加熱されて融解した融解水は、ドレンパン８３に向けて落下する。このとき、例えば、第２電気ヒータ２３が設けられない構成であれば、フィンチューブ熱交換器１３の下方で再凍結してつららが形成される可能性がある。これに対して、本実施形態に係るデフロストシステム２０によれば、ケーシング１２の内部の最下方に第２電気ヒータ２３、および第３電気ヒータ２４が設けられるため、ケーシング１２の下方につららが形成されることを防止できる。また、デフロスト時では、図８（Ａ）に示すように、ファン１５の開口部をソックダクトで閉止して、冷却器１１内の昇温を補助するとともに冷凍庫１０内のモヤの発生を防止する。なお、第２電気ヒータ２３が設けられない構成も本発明に含まれるものとする。

以上説明したように、本実施形態に係る冷凍装置１のデフロストシステム２０は、ケーシング１２、ケーシング１２の内部に設けられたフィンチューブ熱交換器１３、およびフィンチューブ熱交換器１３の下方に設けられたドレンパン８３を有する冷却器１１が、冷凍庫１０の内部に設けられる。冷却時においては、冷却器１１のフィンチューブ熱交換器１３に接続され低温のＣＯ_２冷媒が循環する循環ライン（二次冷媒回路）３０と、内部を循環する冷媒によって、ガス状のＣＯ_２冷媒を冷却して再液化する冷凍サイクル５０と、を有する冷凍装置１のデフロストシステム２０である。

デフロストシステム２０は、循環ライン３０から分岐して設けられ、デフロスト時において、フィンチューブ熱交換器１３の内部に滞留するＣＯ_２冷媒が、ガス状および再液化の二相変化を繰り返し、フィンチューブ熱交換器１３とともにＣＯ_２循環路を形成するサーモサイフォンデフロスト回路２１と、デフロスト時に閉鎖して、ＣＯ_２循環路を閉回路とする開閉弁３４Ａ、３４Ｂと、サーモサイフォンデフロスト回路２１に隣り合うようにサーモサイフォンデフロスト回路２１の上方に配置される第１電気ヒータ２２と、を有する。

デフロスト時に、閉回路においてＣＯ_２冷媒を自然循環させる。このように構成されたデフロストシステム２０によれば、閉回路のＣＯ_２冷媒液は、第１電気ヒータ２２で加熱され気化して、サーモサイフォンの原理によって、サーモサイフォンデフロスト回路２１を上昇し、上昇したＣＯ_２冷媒ガスは冷却器１１の内部に設けられたフィンチューブ熱交換器１３を加熱して、フィンチューブ熱交換器１３の外表面に付着した霜を加熱して溶かす。フィンチューブ熱交換器１３を加熱して液化したＣＯ_２冷媒は重力でサーモサイフォンデフロスト回路２１を下降する。第１電気ヒータ２２まで下降したＣＯ_２冷媒液は第１電気ヒータ２２で加熱され気化する。また、ケーシング１２の内部の下方に第２電気ヒータ２３が設けられるため、フィンチューブ熱交換器１３を下降する水滴が、ケーシング１２の下方のフィンチューブ熱交換器１３で再凍結してつららとなることなくドレンパン８３で回収することができる。以上から、ブライン回路を導設することなく、好適にデフロストすることができるとともに、ケーシング１２下方部の熱交換管１３Ａおよびフィン１３Ｂにつららが発生することを防止できる。

また、デフロスト時におけるＣＯ_２循環路の圧力を測定する圧力センサ３４と、圧力センサ３４によって測定された測定値が所定の圧力よりも高いときに、ＣＯ_２循環路の圧力が低下するように第１電気ヒータ２２を制御する制御部３５と、を有する。このように構成されたデフロストシステム２０によれば、デフロスト時にサーモサイフォンデフロスト回路２１およびフィンチューブ熱交換器１３内の圧力を極端に高くなることを防止できるため、サーモサイフォンデフロスト回路２１およびフィンチューブ熱交換器１３の配管の破損を好適に防止することができる。

また、サーモサイフォンデフロスト回路２１は、ＣＯ_２冷媒の循環ライン３０のＣＯ_２送りライン３１から分岐する第１ライン２１Ｂと、第１ライン２１Ｂの端部が接続される第１ヘッダ２１Ｃと、第１ヘッダ２１Ｃから延在する３本の第２ライン２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆと、３本の第２ライン２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆが接続されるとともに、第１ヘッダ２１Ｃよりも高い位置に設けられる第２ヘッダ２１Ｇと、第２ヘッダ２１Ｇから延在して循環ライン３０のＣＯ_２戻りライン３２と接続する第３ライン２１Ｈと、を有する。

３本の第２ライン２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆは、第１ヘッダ２１Ｃ、第２ヘッダ２１Ｇのうち互いに最も離れた箇所同士を蛇行状に結んだ第２ライン２１Ｄと、第１ヘッダ２１Ｃ、第２ヘッダ２１Ｇのうち互いに最も近い箇所同士を蛇行状に結んだ第２ライン２１Ｅと、第２ライン２１Ｄおよび第２ライン２１Ｅの間に配置される第２ライン２１Ｆと、を有する。この構成によれば、３本の第２ライン２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆは、互いに交差することなく配置されるため、伝熱板８２を介して第１電気ヒータ２２により好適に加熱することができるのでＣＯ_２冷媒を自然循環させることができる。

このように構成されたデフロストシステム２０によれば、デフロスト時にサーモサイフォンデフロスト回路２１およびフィンチューブ熱交換器１３の配管に残留するＣＯ_２冷媒を加熱して自然循環させるためとドレンパン８３を加熱して排水を可能にさせるための第１電気ヒータ２２とケーシング１２の下方のフィンチューブ熱交換器１３での再凍結を防止するための第２電気ヒータ２３（ダミーの配管Ｌがあれば第３電気ヒータ２４）のみで行うことができるので、フィンチューブ熱交換器１３の配列に満遍なくヒータを配置するヒータデフロストに比して、ごくわずかな電力でデフロストが可能になる。また、直接フィンチューブ熱交換器１３を加熱するためデフロストの始動遅れを解消できる。

また、循環ライン３０から分岐して設けられる分岐回路３７をさらに有し、分岐回路３７には、循環ライン３０における圧力が所定の圧力よりも高い場合に、圧力を低下させるための圧力調整弁３８が配置されている。このように構成されたデフロストシステム２０によれば、デフロスト運転時にサーモサイフォンデフロスト回路２１およびフィンチューブ熱交換器１３内の圧力を極端に高くなることを防止できるため、サーモサイフォンデフロスト回路２１およびフィンチューブ熱交換器１３の破損を好適に防止することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々改変することができる。

例えば、上述した実施形態では、サーモサイフォンデフロスト回路２１は、循環ライン３０から分岐する第１ライン２１Ｂと、第１ライン２１Ｂの端部が接続される第１ヘッダ２１Ｃと、第１ヘッダ２１Ｃから延在する３本の第２ライン２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆと、３本の第２ライン２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆが連結される第２ヘッダ２１Ｇと、第２ヘッダ２１Ｇから延在して循環ライン３０と接続する第３ライン２１Ｈと、を有したが、フィンチューブ熱交換器１３と共にＣＯ_２循環路を形成する構成であれば、特に限定されない。

また、上述した実施形態では、第２ライン２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆは３本設けられたが、２本以上であってもよい。

また、上述した実施形態では、冷凍サイクルの冷媒としてアンモニアを用いたが、これに限らずフロンや他の自然冷媒を用いてもよい。

また、上述した実施形態では、冷却器１１は２つ設けられていたが、冷却器１１は１つ、または３つ以上設けられていてもよい。

１ 冷凍装置、
１０ 冷凍庫、
１１ 冷却器、
１２ ケーシング、
１３ フィンチューブ熱交換器、
１３Ａ 熱交換管、
１３Ｂ フィン、
２０ デフロストシステム、
２１ サーモサイフォンデフロスト回路、
２１Ａ 電磁開閉弁、
２１Ｂ 第１ライン、
２１Ｃ 第１ヘッダ、
２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆ 第２ライン、
２１Ｇ 第２ヘッダ、
２１Ｈ 第３ライン、
２１Ｊ 逆止弁
２２ 第１電気ヒータ、
２３ 第２電気ヒータ、
３０ 循環ライン、
３４ 圧力センサ、
３４Ａ、３４Ｂ 電磁開閉弁、
３５ 制御部、
３７ 分岐回路、
３８ 圧力調整弁、
８３ ドレンパン。

上記目的を達成する本発明に係るデフロストシステムは、ケーシング、前記ケーシングの内部に設けられたフィンチューブ熱交換器、および前記フィンチューブ熱交換器の下方に設けられたドレンパンを有する冷却器が、冷凍庫内部に設けられ、冷却時においては、前記冷却器の前記フィンチューブ熱交換器に接続され、低温のＣＯ_２冷媒が循環する循環ラインと、内部を循環する冷媒によって、ガス状の前記ＣＯ_２冷媒を冷却して再液化する冷凍サイクルと、を有する冷凍装置のデフロストシステムである。デフロストシステムは、前記循環ラインから分岐して設けられ、デフロスト時において、前記フィンチューブ熱交換器の内部に滞留する前記ＣＯ_２冷媒が、ガス状および再液化の二相変化を繰り返し、前記フィンチューブ熱交換器とともにＣＯ_２循環路を形成するサーモサイフォンデフロスト回路と、デフロスト時に閉鎖して、前記ＣＯ_２循環路を閉回路とする開閉弁と、前記サーモサイフォンデフロスト回路に隣り合うように前記サーモサイフォンデフロスト回路の上方に配置される第１電気ヒータと、を有し、デフロスト時に前記閉回路においてＣＯ_２冷媒を自然循環させる。また、前記サーモサイフォンデフロスト回路は、前記ＣＯ _２ 冷媒の前記循環ラインから分岐する第１ラインと、前記第１ラインの端部が接続される第１ヘッダと、前記第１ヘッダから延在する複数の第２ラインと、前記複数の第２ラインが接続されるとともに、前記第１ヘッダよりも高い位置に設けられる第２ヘッダと、前記第２ヘッダから延在して前記循環ラインと接続する第３ラインと、を有し、前記複数の第２ラインは、少なくとも、前記第１ヘッダ、前記第２ヘッダのうち互いに最も離れた箇所同士を蛇行状に結んだラインと、前記第１ヘッダ、前記第２ヘッダのうち互いに最も近い箇所同士を蛇行状に結んだラインと、を有する。

Claims (5)

1. ケーシング、前記ケーシングの内部に設けられたフィンチューブ熱交換器、および前記フィンチューブ熱交換器の下方に設けられたドレンパンを有する冷却器が、冷凍庫内部に設けられ、
   冷却時においては、前記冷却器の前記フィンチューブ熱交換器に接続され、低温のＣＯ_２冷媒が循環する循環ラインと、
   内部を循環する冷媒によって、ガス状の前記ＣＯ_２冷媒を冷却して再液化する冷凍サイクルと、を有する冷凍装置のデフロストシステムであって、
   前記循環ラインから分岐して設けられ、デフロスト時において、前記フィンチューブ熱交換器の内部に滞留する前記ＣＯ_２冷媒が、ガス状および再液化の二相変化を繰り返し、前記フィンチューブ熱交換器とともにＣＯ_２循環路を形成するサーモサイフォンデフロスト回路と、
   デフロスト時に閉鎖して、前記ＣＯ_２循環路を閉回路とする開閉弁と、
   前記サーモサイフォンデフロスト回路に隣り合うように前記サーモサイフォンデフロスト回路の上方に配置される第１電気ヒータと、を有し、
   デフロスト時に前記閉回路において前記ＣＯ_２冷媒を自然循環させる、冷凍装置のデフロストシステム。
2. デフロスト時における前記ＣＯ_２循環路の圧力を測定する圧力センサと、
   前記圧力センサによって測定された測定値が所定の圧力よりも高いときに、前記ＣＯ_２循環路の圧力が低下するように前記第１電気ヒータを制御する制御部と、を有する、請求項１に記載の冷凍装置のデフロストシステム。
3. 前記ケーシングの内部のうち下方に配置される下方電気ヒータをさらに有する、請求項１または２に記載の冷凍装置のデフロストシステム。
4. 前記サーモサイフォンデフロスト回路は、
   前記ＣＯ_２冷媒の前記循環ラインから分岐する第１ラインと、
   前記第１ラインの端部が接続される第１ヘッダと、
   前記第１ヘッダから延在する複数の第２ラインと、
   前記複数の第２ラインが接続されるとともに、前記第１ヘッダよりも高い位置に設けられる第２ヘッダと、
   前記第２ヘッダから延在して前記循環ラインと接続する第３ラインと、を有し、
   前記複数の第２ラインは、少なくとも、
   前記第１ヘッダ、前記第２ヘッダのうち互いに最も離れた箇所同士を蛇行状に結んだラインと、前記第１ヘッダ、前記第２ヘッダのうち互いに最も近い箇所同士を蛇行状に結んだラインと、を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍装置のデフロストシステム。
5. 前記循環ラインから分岐して設けられる分岐回路をさらに有し、
   前記分岐回路には、前記循環ラインにおける圧力が所定の圧力よりも高い場合に、圧力を低下させるための圧力調整弁が配置されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷凍装置のデフロストシステム。

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