JP5084934B2 - 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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の第１調整手段を制御する一例を示すフローチャート。 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。

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。

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、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、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。

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、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。

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
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

Claims (2)

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。
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。

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