説明

二酸化炭素循環・冷却システムにおけるデフロスト装置

【課題】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、一層の省エネルギー化及び安全性の向上を図る。
【解決手段】二酸化炭素冷媒回路13と、アンモニア冷媒回路14と、アンモニア冷媒に生じる発熱により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16と、二酸化炭素・ホットガスを負荷側冷却器11内に供給して除霜するデフロスト回路15と、負荷側冷却器11に対する接続を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、デフロスト初期時には、第1調整手段41により、膨張タンク39側から負荷側冷却器11側に供給される二酸化炭素・ホットガスの量を徐々に高めるように調整して負荷側冷却器11内を加圧し、反対にデフロスト終了時は、第2調整手段42により、負荷側冷却器11内の二酸化炭素・ホットガスの圧力を徐々に低下させるように調整し、負荷側冷却器11と周辺設備を衝撃等から保護する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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)。
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【0007】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開平2002−243350号公報。
【特許文献2】特開平2010−181093号公報。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
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。
【0010】
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及び安全性の向上を図ることができるようにする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。
【課題を解決するための手段】
【0011】
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、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、前記デフロスト回路内に設けられ、かつ、前記ホットガスを貯留してデフロスト初期時に高圧の二酸化炭素・ホットガスを前記負荷側冷却器内に供給するためのバッファ手段と、前記バッファ手段内の前記二酸化炭素・ホットガスが前記負荷側冷却器内に供給される量を調整して、デフロスト初期時に前記負荷側冷却器内を徐々に加圧するための第1調整手段と、デフロストの終了時に、前記負荷側冷却器内の二酸化炭素・ホットガスを前記カスケードコンデンサー側へ逃がして前記負荷側冷却器内を徐々に減圧するための第2調整手段と、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を提供する。
【0012】
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。
【0013】
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内の容量が1m3とすると、二酸化炭素冷媒の15℃の時の絶対飽和圧力は5.2MPa、ガス比重は約160kg/m3で、この系統内ではガスは約160kg、液は0kg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、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約約51kg、液状態では109kg存在する。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が発生する。
【0014】
しかし、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除霜に寄与して急速にデフロストを行うことができる。
【0015】
また、デフロスト直前は負荷側冷却器内の圧力が低く1.5MPa程度、切り換え手段に対して上流側にあるデフロスト回路系統の圧力は高い5.0MPa程度が、デフロスト初期時には、第1調整手段により、バッファ手段内側から負荷側冷却器内側に供給される二酸化炭素・ホットガスの量を調整し、負荷側冷却器内を徐々に加圧するようにして、該負荷側冷却器及び周辺設備を衝撃等から保護することができる。反対に、デフロスト終了時は、負荷側冷却器内の圧力が高く5.0MPa程度、切り換え手段より下流側のデフロスト回路系統の圧力は低い1.5MPa程度が、デフロスト終了時には、第2調整手段により、負荷側冷却器内の二酸化炭素・ホットガスをカスケードコンデンサー側へ徐々に逃がして該負荷側冷却器内の圧力を徐々に低下させるようにして、該負荷側冷却器及び周辺設備を衝撃等から保護する。
【0016】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の構成において、前記第1調整手段と前記第2調整手段は、それぞれ、圧力調整配管と、該圧力調整配管を通る前記冷媒量を調整する調整弁、を備え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。
【0017】
この構成によれば、第1調整手段による二酸化炭素・ホットガスの加圧調整と前記第2調整手段による二酸化炭素・ホットガスの減圧調整を、調整弁を用いて簡単に調整できる。
【発明の効果】
【0018】
請求項1記載の発明は、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。
【0019】
また、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を必要になるが、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。
【0020】
さらに、二酸化炭素・ホットガスを貯留したバッファ手段をデフロスト回路内に設けておき、負荷側冷却器への接続が二酸化炭素冷媒回路からデフロスト回路に切り換えられてデフロストが行われるとき、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の側へ大量に流れて液化し、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。
【0021】
また、デフロスト初期時には、第1調整手段により、バッファ手段内側から負荷側冷却器内側に供給される二酸化炭素・ホットガスの量を徐々に増して、負荷側冷却器内を加圧調整し、反対にデフロスト終了時は、第2調整手段により、負荷側冷却器内の二酸化炭素・ホットガスの圧力を徐々に低下させて減圧調整し、該負荷側冷却器及び周辺設備をそれぞれ衝撃等から保護するようにしているので、安全性の向上が期待できる。
【0022】
請求項2記載の発明は、負荷側冷却器に対する第1調整手段の二酸化炭素・ホットガスの加圧調整と、前記第2調整手段の負荷側冷却器に対する二酸化炭素・ホットガスの減圧調整を、調整弁を用いて行うので、請求項1記載の発明の効果に加えて、操作性の向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】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。
【図2】本発明の実施例に係るデフロスト装置の第1調整手段を制御する一例を示すフローチャート。
【図3】本発明の実施例に係るデフロスト装置の第2整手段を制御する一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
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及び安全性の向上を図ることができるようにする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、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、前記デフロスト回路内に設けられ、かつ、前記ホットガスを貯留してデフロスト初期時に高圧の二酸化炭素・ホットガスを前記負荷側冷却器内に供給するためのバッファ手段と、前記バッファ手段内の前記二酸化炭素・ホットガスが前記負荷側冷却器内に供給される量を調整して、デフロスト初期時に前記負荷側冷却器内を徐々に加圧するための第1調整手段と、デフロストの終了時に、前記負荷側冷却器内の二酸化炭素・ホットガスを前記カスケードコンデンサー側へ逃がして前記負荷側冷却器内を徐々に減圧するための第2調整手段と、を設けたことにより実現した。
【0025】
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。
【実施例】
【0026】
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、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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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ある。また、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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
また、本実施例では、デフロスト初期時及びデフロスト終了時に負荷側冷却器11及びその周辺設備を衝撃等から保護するための手段として第1調整手段41及び第2調整手段42を設けている。
【0035】
前記第1調整手段41は、一端部側を二酸化炭素・電動弁26の上流側に接続するとともに、他端部側を該二酸化炭素・電動弁26の下流側に接続してなるバイパス用の圧力調整配管43と、該圧力調整配管43内を通る二酸化炭素・ホットガスを開閉する全開・全閉可能な二酸化炭素・ホットガス止弁44a、及び、絞り調整可能な絞り弁44bとでなる調整弁44とで構成されている。なお、調整弁44における二酸化炭素・ホットガス止弁44aの開閉操作及び絞り弁44bの絞り調整は、制御部10による自動制御または手動操作により行われる。
【0036】
前記第2調整手段42は、一端部側を二酸化炭素・電動弁29の上流側に接続するとともに、他端部側を該二酸化炭素・電動弁29の下流側に接続してなるバイパス用の圧力調整配管45と、該圧力調整配管45内を通る二酸化炭素・ホットガスを開閉する全開・全閉可能な二酸化炭素・ホットガス止弁46a、及び、絞り調整可能な絞り弁46bとでなる調整弁46と、負荷側冷却器11内の圧力Paを検出する冷却器内圧力計47とで構成されている。なお、調整弁46における二酸化炭素・ホットガス止弁46aの開閉操作及び絞り弁46bの絞り調整は、制御部10による自動制御または手動操作により行われる。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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10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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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説明する。冷却運転からデフロスト運転への切り換えは、例えば図2に示す手順に従って切り換えられる。まず、制御部10に冷却運転終了信号が入力されると、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が閉じられる。次いで、二酸化炭素・電動弁26及び二酸化炭素・電動弁30が開く前に第1調整手段41の調整弁44が操作される。そして、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、調整弁44を通って該負荷側冷却器11内に引き寄せられる。
【0043】
すなわち、制御部10は、負荷冷却器11内の圧力Paと膨張タンク19内の圧力Pc(または、デフロスト回路系統内の圧力Pc)を監視していて、圧力Paと圧力Pcの間に圧力差がある場合、その圧力差がほぼ無くなるまで第1調整手段41における調整弁44を制御し、膨張タンク19側から負荷側冷却器11内側に供給される二酸化炭素・ホットガスの量を調整して負荷側冷却器11内の圧力を徐々に加圧して行く。また、圧力Paと圧力Pcの間に圧力差が無くなったら二酸化炭素・電動弁26及び二酸化炭素・電動弁30を開き、逆に調整弁44の二酸化炭素・ホットガス止弁44aを閉じる。
【0044】
この制御操作手順により、次のような効果が得られる。すなわち、デフロスト直前では、負荷側冷却器11内の圧力が低く1.5MPa程度、切り換え手段40よりも上流側にあるデフロスト回路系統の圧力は高くなり5.0MPa程度、両者の間に圧力差が存在する。しかし、本実施例の装置では、デフロスト初期時に、第1調整手段41により、膨張タンク19側から負荷側冷却器11内側に供給される二酸化炭素・ホットガスの量が徐々に供給されるように調整し、負荷側冷却器11内の圧力を徐々に高めて行くので、この制御手順を取ることにより負荷側冷却器11及び周辺設備を衝撃等から確実に保護することができる。
【0045】
また、デフロストが開始されると、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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
一方、デフロスト運転から冷却運転への切り換えは、例えば図3に示す手順に従って切り換えられる。制御部10にデフロス運転終了信号が入力されると、まず、バッファ処理が行われる。このデフロスト運転終期のバッファ処理では、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・ホットガスが膨張タンク39に貯留され、次回のデフロスト用として用意されるようにして処理される。また、このバッファ処理が終了可能な時間が経過すると、制御部10は、切り換え手段40を構成している二酸化炭素・電動弁26及び二酸化炭素・電動弁30を閉じてデフロストを終了するとともに、二酸化炭素・電動弁29及び二酸化炭素・電動弁31を開く前に、第2調整手段42の調整弁46を操作する。
【0051】
前記制御部10は、負荷冷却器11内の圧力Paと二酸化炭素・電動弁29下流側の圧力Pbを監視していて、圧力Paと圧力Pbの間に圧力差がある場合、その圧力差がほぼ無くなるまで第2調整手段42における調整弁46を制御し、負荷側冷却器11内における二酸化炭素・ホットガスの量をカスケードコンデンサー12側へ徐々に逃がし、該負荷側冷却器11内の圧力を徐々に下げて行く。また、圧力Paと圧力Pbの間に圧力差が無くなったら二酸化炭素・電動弁29及び二酸化炭素・電動弁31を開き、調整弁46の二酸化炭素・ホットガス止弁46aを閉じる。
【0052】
この制御操作手順により、次のような効果が得られる。すなわち、デフロスト終了時では負荷側冷却器11内の圧力が高く5.0MPa程度、切り換え手段40よりも下流側にあるデフロスト回路系統の圧力は低くなり1.5MPa程度、両者の間に圧力差が存在する。しかし、本実施例の装置では、デフロスト終了時に、第2調整手段42により、負荷側冷却器11内に溜まっていた二酸化炭素・ホットガスを負荷側冷却器11側からカスケードコンデンサー12側へ徐々に逃がし、負荷側冷却器11内の圧力を徐々に減圧して行くので、この制御手順を取ることにより負荷側冷却器11及び周辺設備を衝撃等から確実に保護することができる。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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側へ大量に流れて負荷側冷却器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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
【表1】

【0059】
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、初期段階ではデフロスト効果的が十分に得ることができないという問題が発生する。
【0060】
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。
【0061】
また、本実施例では、デフロスト初期時には、第1調整手段41により、バッファ手段としての膨張タンク39から負荷側冷却器11側に供給される二酸化炭素・ホットガスの量を徐々に高めるように調整して負荷側冷却器11内を加圧し、反対にデフロスト終了時は、第2調整手段42により、負荷側冷却器11内の二酸化炭素・ホットガスの圧力を徐々に低下させるように調整して減圧し、圧力差を無くして該負荷側冷却器11及び周辺設備を衝撃等から保護するようにしているので、安全性の向上が期待できる。
【0062】
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。
【産業上の利用可能性】
【0063】
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。
【符号の説明】
【0064】
1 冷凍倉庫
11 負荷側冷却器
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 油分離器
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・絞り弁
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
41 第1調整手段
42 第2調整手段
43 圧力調整配管
44 調整弁
44a 二酸化炭素・電動調整弁
44b 絞り弁
45 圧力調整配管
46 調整弁
46a 二酸化炭素・電動調整弁
46b 絞り弁
47 冷却器内圧力指示計

【特許請求の範囲】
【請求項1】
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、
前記デフロスト回路内に設けられ、かつ、前記ホットガスを貯留してデフロスト初期時に高圧の二酸化炭素・ホットガスを前記負荷側冷却器内に供給するためのバッファ手段と、
前記バッファ手段内の前記二酸化炭素・ホットガスが前記負荷側冷却器内に供給される量を調整して、デフロスト初期時に前記負荷側冷却器内を徐々に加圧するための第1調整手段と、
デフロストの終了時に、前記負荷側冷却器内の二酸化炭素・ホットガスを前記カスケードコンデンサー側へ逃がして前記負荷側冷却器内を徐々に減圧するための第2調整手段と、
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。
【請求項2】
前記第1調整手段と前記第2調整手段は、それぞれ、圧力調整配管と、該圧力調整配管を通る前記冷媒量を調整する調整弁、を備え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。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2012−220030(P2012−220030A)
【公開日】平成24年11月12日(2012.11.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−82436(P2011−82436)
【出願日】平成23年4月4日(2011.4.4)
【出願人】(390026974)株式会社東洋製作所 (132)
【Fターム(参考)】