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WO2021014526A1 - デフロストシステム - Google Patents

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Publication number
WO2021014526A1
WO2021014526A1 PCT/JP2019/028629 JP2019028629W WO2021014526A1 WO 2021014526 A1 WO2021014526 A1 WO 2021014526A1 JP 2019028629 W JP2019028629 W JP 2019028629W WO 2021014526 A1 WO2021014526 A1 WO 2021014526A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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defrost
refrigerant
circuit
header
line
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/028629
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
吉川　朝郁
都志夫 忽那
ネルソン ムガビ
大樹 茅嶋
延王 大須賀
Original Assignee
株式会社前川製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社前川製作所 filed Critical 株式会社前川製作所
Priority to BR112021019101-1A priority Critical patent/BR112021019101B1/pt
Priority to EP19917556.3A priority patent/EP4006451A4/en
Priority to CN201980094882.3A priority patent/CN113631876B/zh
Priority to KR1020207024869A priority patent/KR102406789B1/ko
Priority to JP2020547245A priority patent/JP6912673B2/ja
Priority to MX2021011453A priority patent/MX2021011453A/es
Priority to PCT/JP2019/028629 priority patent/WO2021014526A1/ja
Priority to US16/982,326 priority patent/US20210262721A1/en
Publication of WO2021014526A1 publication Critical patent/WO2021014526A1/ja
Priority to US18/145,963 priority patent/US20230127825A1/en

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    • F25B2700/19—Pressures

Definitions

  • the present invention is applied to a refrigerating apparatus for cooling the inside of a freezer by circulating a CO 2 refrigerant through a cooler provided in the freezer, and removes frost adhering to a fin tube heat exchanger provided in the cooler. Regarding the defrost system for.
  • ammonia which has high cooling performance but is toxic, is used as the primary refrigerant as a refrigerant for refrigerating equipment used for indoor air conditioning and freezing of foods, and non-toxic and odorless CO 2 is used.
  • Refrigerating equipment used as a secondary refrigerant is widely used.
  • a primary refrigerant circuit in which the ammonia refrigerant circulates and a secondary refrigerant circuit in which the CO 2 refrigerant circulates are connected by a cascade condenser, and heat is transferred between the ammonia refrigerant and the CO 2 refrigerant in the cascade condenser.
  • the CO 2 refrigerant cooled and liquefied by the ammonia refrigerant is sent to a cooler provided inside the freezer, and cools the air inside the freezer via a fin tube heat exchanger provided inside the casing of the cooler. ..
  • the partially vaporized CO 2 refrigerant returns to the CO 2 receiver via the secondary refrigerant circuit, is recooled by the cascade capacitor, and is liquefied.
  • frost adheres to the heat exchange pipe provided in the cooler, which reduces the heat transfer efficiency, so it is necessary to defrost (defrost).
  • a defrost circuit thermosiphon defrost circuit
  • a warm brine circuit are introduced, and the first for heating the CO 2 refrigerant circulating in the defrost circuit with the warm brine.
  • a defrost system with a heat exchange section is disclosed. According to the defrost system configured in this way, the CO 2 refrigerant liquid in the closed circuit descends the defrost circuit by gravity to the first heat exchange section, and is heated and vaporized by the warm brine in the first heat exchange section.
  • the vaporized CO 2 refrigerant rises in the defrost circuit by the thermosiphon action, and the raised CO 2 refrigerant gas heats and melts the frost adhering to the outer surface of the fin tube heat exchanger provided inside the cooler.
  • the CO 2 refrigerant liquefied by heating the fin tube heat exchanger descends the defrost circuit by gravity.
  • the CO 2 refrigerant liquid that has fallen to the first heat exchange section is heated again in the first heat exchange section and vaporized.
  • the present invention has been invented to solve the above problems, and it is possible to suitably defrost the cooler without introducing a hot brine circuit for heating the thermosiphon defrost circuit.
  • An object of the present invention is to provide a defrost system capable of preventing icicles from being generated in the fin tube heat exchanger at the lower part of the casing.
  • a casing, a fin tube heat exchanger provided inside the casing, and a cooler having a drain pan provided below the fin tube heat exchanger are used in a freezer.
  • a circulation line for low temperature CO 2 refrigerant circulates, the refrigerant circulating through the internal gaseous the CO 2 refrigerant
  • the defrost system is provided by branching from the circulation line, and at the time of defrost, the CO 2 refrigerant staying inside the fin tube heat exchanger repeats a two-phase change of gaseous and reliquefaction, and the fin tube
  • a thermosiphon defrost circuit that forms a CO 2 circulation path together with a heat exchanger, an on-off valve that closes at the time of defrost and closes the CO 2 circulation path, and the thermosiphon so as to be adjacent to the thermosiphon defrost circuit. It has a first electric heater arranged above the defrost circuit, and naturally circulates the CO 2 refrigerant in the closed circuit at the time of defrost.
  • the closed-circuit CO 2 refrigerant liquid drops by gravity down the thermosiphon defrost circuit to the first electric heater, and is heated and vaporized by the first electric heater.
  • the vaporized CO 2 refrigerant rises in the thermosiphon defrost circuit according to the thermosiphon principle, and the raised CO 2 refrigerant gas heats the fin tube heat exchanger provided inside the cooler to exchange fin tube heat.
  • the frost adhering to the outer surface of the vessel is heated and melted.
  • the CO 2 refrigerant liquefied by heating the fin tube heat exchanger descends the thermosiphon defrost circuit by gravity.
  • the CO 2 refrigerant liquid that has fallen to the first electric heater is heated again by the first electric heater and vaporized. From the above, it is possible to suitably defrost the cooler without installing a hot brine circuit for heating the thermosiphon defrost circuit, and icicles are generated in the fin tube heat exchanger at the lower part of the casing. Can be prevented.
  • FIG. 8 (A) is a diagram showing a state when the opening of the fan is closed
  • FIG. 8 (B) is a diagram showing a state when the opening of the fan is opened.
  • FIGS. 1 to 6 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
  • the same elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
  • the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation and may differ from the actual ratios.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of the refrigerating apparatus 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of the cooler 11 and the defrost system 20 according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic view of the cooler 11 and the defrost system 20 according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line 4-4 of FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line 5-5 of FIG.
  • FIG. 6 is a schematic view showing the thermosiphon defrost circuit 21 according to the present embodiment.
  • the refrigerating device 1 includes a pair of coolers 11 provided in the freezer 10, a defrost system 20 provided in the cooler 11, and a circulation line (secondary refrigerant circuit) in which CO 2 refrigerant circulates. ) 30, a CO 2 receiver 40 for storing the CO 2 refrigerant, an ammonia refrigeration cycle 50 (refrigeration cycle) including a circulation line (primary refrigerant circuit) 56 for circulating the ammonia refrigerant, and cooling water circulate. It has a cooling water circuit 60 and a closed cooling tower 70 connected to the cooling water circuit 60.
  • two coolers 11 are provided in the freezer 10 along the top and bottom. Since the configurations of the two coolers 11 are the same as each other, the configuration of one cooler 11 will be described here.
  • the cooler 11 includes a casing 12, a fin tube heat exchanger 13 provided inside the casing 12, and a fan 15 that forms an air flow that flows inside and outside the casing 12. ..
  • the casing 12 is formed in a substantially rectangular shape.
  • a fin tube heat exchanger 13 is arranged inside the casing 12.
  • the second electric heater 23 is arranged below the lowermost portion of the fin tube heat exchanger 13
  • the third electric heater 24 is arranged below the dummy pipe L provided at the lowermost portion of the casing 12.
  • the second electric heater 23 and the third electric heater 24 constitute a lower electric heater.
  • the dummy pipe L is provided to prevent bridging by the swords of the heat exchange pipe 13A of the drain pan 83 and the fin tube heat exchanger 13, which will be described later, and to secure an even front air velocity, and the CO 2 refrigerant does not circulate.
  • the fin tube heat exchanger 13 has a heat exchange tube 13A and fins 13B as shown in FIGS. 2 and 3.
  • the heat exchange tube 13A is formed in a meandering shape in the vertical direction and the horizontal direction inside the casing 12.
  • the fins 13B are formed in the vertical direction as shown in FIG.
  • four heat exchange tubes 13A are provided along the depth direction of the casing 12.
  • the configuration of the heat exchange tube 13A is not limited as long as it is evenly arranged inside the casing 12.
  • the four heat exchange tubes 13A are connected to the inlet header 16 at the lower end of the four heat exchange tubes 13A. Further, as shown in FIG. 3, the four heat exchange tubes 13A are connected to the outlet header 17 at the upper end of the four heat exchange tubes 13A.
  • the fan 15 is arranged above the casing 12, as shown in FIG.
  • the position where the fan 15 is provided may be the side surface of the casing 12 or the like. By operating the fan 15, an air flow that circulates inside and outside the casing 12 is formed.
  • the defrost system 20 is provided to melt and remove (defrost) the frost adhering to the surface of the fin tube heat exchanger 13. As shown in FIGS. 1 to 5, the defrost system 20 includes a thermosiphon defrost circuit 21, a first electric heater 22, a second electric heater 23, and a third electric heater 24.
  • thermosiphon defrost circuit 21 is provided as a branch from the CO 2 feed line 31 of the circulation line 30, and forms a CO 2 circulation path together with the fin tube heat exchanger 13. Further, the heat collecting portion of the thermosiphon defrost circuit 21 is arranged below the first electric heater 22.
  • thermosiphon defrost circuit 21 As shown in FIGS. 1 and 3, an electromagnetic on-off valve 21A and a check valve 21J are arranged in the thermosiphon defrost circuit 21.
  • Thermosiphon defrost circuit 21 when the defrost, described later solenoid valves 34A, 34B while closing the, by opening the electromagnetic valve 21A, to form a CO 2 circulation path CO 2 is circulated.
  • the thermosiphon defrost circuit 21 opens the electromagnetic on-off valves 34A and 34B and closes the electromagnetic on-off valve 21A during the freezing operation.
  • thermosiphon defrost circuit 21 will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 6.
  • thermosiphon defrost circuit 21 has a first header 21C to which the first line 21B branching from the CO 2 feed line 31 of the circulation line 30 and the end of the first line 21B are connected.
  • the three second lines 21D, 21E, 21F extending from the first header 21C and the three second lines 21D, 21E, 21F are connected and provided at a position higher than the first header 21C.
  • the second header 21G is provided, and the third line 21H extending from the second header 21G and connecting to the CO 2 return line 32 of the circulation line 30 is provided.
  • the three second lines 21D, 21E, and 21F are the second line 21D and the second line 21D, which meanderably connect the parts of the first header 21C and the second header 21G that are farthest from each other. It has a second line 21E in which the parts closest to each other among the 1 header 21C and the second header 21G are connected in a meandering manner, and a second line 21F arranged between the second line 21D and the second line 21E. ..
  • the three second lines 21D, 21E, and 21F are arranged so as not to intersect with each other and in an upward tendency, so that CO is preferably used in the three second lines 21D, 21E, and 21F. 2 Gas can be circulated.
  • the first electric heater 22 is arranged below the drain pan 83, which will be described later, and above the three second lines 21D, 21E, and 21F. As shown in FIG. 2, the first electric heater 22 has six heaters configured in a U shape. The output of each heater is not particularly limited, but is 1.5 kW.
  • the second electric heater 23 is arranged below the fin tube heat exchanger 13 inside the casing 12. Specifically, as shown in FIG. 5, the second electric heater 23 is arranged below the heat exchange pipe 13A and above the dummy pipe L. The output of one heater is not particularly limited, but is 1.5 kW. Since the second electric heater 23 is arranged below the fin tube heat exchanger 13 inside the casing 12 in this way, water droplets descending from the fin tube heat exchanger 13 exchange heat with the fin tube below the casing 12. It can be re-frozen in the vessel 13 and collected in the drain pan 83 without becoming fins.
  • the third electric heater 24 is arranged below the dummy pipe L. That is, the third electric heater 24 is arranged at the lowermost part inside the casing 12. Since the third electric heater 24 is arranged at the lowermost part inside the casing 12 in this way, it is possible to suitably prevent icicles from being generated by refreezing below the casing 12.
  • a heat insulating material 81 is provided below the thermosiphon defrost circuit 21.
  • the thickness of the heat insulating material 81 is not particularly limited, but is, for example, 20 mm to prevent heat dissipation loss from the lower surface of the thermosiphon defrost circuit 21 heated by the first electric heater 22.
  • a drain pan 83 is provided above the first electric heater 22, and the water droplets at the time of defrost can be drained from the drain discharge pipe 83A without refreezing.
  • a heat transfer plate 82 is provided between the thermosiphon defrost circuit 21 and the first electric heater 22. By providing the heat transfer plate 82 in this way, the heat of the first electric heater 22 can be suitably transferred to the heating of the CO 2 refrigerant.
  • the circulation line 30 is configured to circulate the CO 2 refrigerant.
  • the circulation line 30 includes a CO 2 feed line 31 that sends a liquid CO 2 refrigerant from the CO 2 receiver 40 to the pair of freezers 10 and a gas-liquid mixture that comes out of the pair of freezers 10. having of CO 2 refrigerant and CO 2 return line 32 back to the CO 2 receiver 40, a re-liquefaction line 33 to re-liquefy the CO 2 refrigerant gasified, the.
  • the CO 2 feed line 31 is connected below the CO 2 receiver 40. Further, the CO 2 return line 32 is connected above the CO 2 receiver 40 as shown in FIG.
  • a first pump P1 is provided in the CO 2 feed line 31, and the liquid CO 2 refrigerant in the CO 2 receiver 40 is sent to the cooler 11 in the freezer 10 by the first pump P1.
  • the CO 2 feed line 31 is branched into a first feed line 31A connected to one cooler 11 and a second feed line 31B connected to another cooler 11.
  • the first feed line 31A is connected to the first return line 32A via one cooler 11. Further, the second feed line 31B is connected to the second return line 32B via another cooler 11. The first return line 32A and the second return line 32B merge again and are connected to the CO 2 return line 32.
  • the first feed line 31A is connected to the inlet header 16 and the first return line 32A is connected to the exit header 17, as shown in FIGS. 1 and 3.
  • an electromagnetic on-off valve (on-off valve) 34A is arranged on the first feed line 31A
  • an electromagnetic on-off valve (on-off valve) 34B is arranged on the first return line 32A.
  • a pressure sensor 34 is connected to the first return line 32A.
  • a control unit 35 into which the detection value of the pressure sensor 34 is input is connected to the pressure sensor 34.
  • the controller 36 of the first electric heater 22 is connected to the control unit 35, and the control unit 35 can control the temperature of the first electric heater 22 and the on / off of the six heaters.
  • the control unit 35 lowers the temperature of the first electric heater 22 or lowers the temperature of the first electric heater 22. It is possible to reduce the number of 6 heaters to be turned on.
  • the first return line 32A is provided with a branch circuit 37 that branches from the first return line 32A, and the branch circuit 37 is provided with a pressure adjusting valve 38. If the pressure is higher than a predetermined pressure, The pressure regulating valve 38 opens to reduce the pressure.
  • the reliquefaction line 33 is connected above the CO 2 receiver 40.
  • the gaseous CO 2 refrigerant in the CO 2 receiver 40 is reliquefied by the heat exchanger 51 of the ammonia refrigeration cycle 50 described later when passing through the reliquefaction line 33. Then, the reliquefied liquid CO 2 refrigerant returns to the CO 2 receiver 40.
  • Ammonia refrigerant circulates in the ammonia refrigeration cycle 50.
  • the ammonia refrigeration cycle 50 cools and liquefies the gaseous CO 2 refrigerant.
  • the ammonia refrigeration cycle 50 includes a heat exchanger (cascade condenser) 51 as an evaporator, a refrigerator 52 as a compressor, a condenser 53, an ammonia receiver 54, and an expansion valve. It has 55 and a circulation line (primary refrigerant circuit) 56 for circulating ammonia refrigerant.
  • the ammonia refrigerant gas evaporated by the heat of the gaseous CO 2 refrigerant is compressed by the refrigerator 52, and the high temperature and high pressure ammonia refrigerant gas is cooled and condensed in the condenser 53 and liquefied.
  • the ammonia refrigerant liquid of the ammonia receiver 54 is sent to the expansion valve 55 for expansion, and the low-pressure ammonia refrigerant liquid is sent to the heat exchanger 51 to be a gaseous CO 2 refrigerant. Used for cooling.
  • a cooling water circuit 60 is installed in the condenser 53.
  • the cooling water circulating in the cooling water circuit 60 is heated by the ammonia refrigerant in the condenser 53.
  • the cooling water circuit 60 is connected to the closed cooling tower 70.
  • the cooling water is circulated in the cooling water circuit 60 by the cooling water pump 61.
  • the cooling water that has absorbed the exhaust heat of the ammonia refrigerant in the condenser 53 comes into contact with the outside air and the spray water in the closed cooling tower 70, and is cooled by the latent heat of vaporization of the spray water.
  • the closed cooling tower 70 includes a cooling coil 71 connected to the cooling water circuit 60, a fan 72 for ventilating the outside air a to the cooling coil 71, a sprinkler pipe 73 for spraying cooling water on the cooling coil 71, and a pump 74. .. A part of the cooling water sprinkled from the sprinkler pipe 73 evaporates, and the latent heat of vaporization is used to cool the cooling water flowing through the cooling coil 71.
  • the configuration of the refrigerating device 1 has been described above. Next, with reference to FIGS. 1, 7, and 8, the method of using the freezing device 1 according to the present embodiment will be described separately during the freezing operation and the defrosting operation.
  • FIG. 1 is a diagram showing a circulation path of a CO 2 refrigerant during a freezing operation.
  • the electromagnetic on-off valves 34A and 34B are opened, and the electromagnetic on-off valves 21A are closed.
  • CO 2 refrigerant supplied from the CO 2 feed line 31 is circulated first feed line 31A, a second feed line 31B, and a fin tube heat exchanger 13.
  • the fan 15 inside the freezer 10 by operating the fan 15 inside the freezer 10, a circulating flow of air in the refrigerator passing through the inside of the cooler 11 is formed.
  • the air inside the refrigerator is cooled by the CO 2 refrigerant circulating in the fin tube heat exchanger 13, and the inside of the freezer 10 is kept at a low temperature of, for example, ⁇ 25 ° C.
  • the sock duct is opened by the operation of the fan 15.
  • FIG. 7 is a diagram showing a circulation path of the CO 2 refrigerant at the time of defrosting.
  • the electromagnetic on-off valves 34A and 34B are closed, and the electromagnetic on-off valve 21A is opened. This forms a closed CO 2 circulation path consisting of the fin tube heat exchanger 13 and the thermosiphon defrost circuit 21.
  • the closed circuit CO 2 refrigerant liquid drops by gravity from the thermosiphon defrost circuit 21 to the first header 21C and the three second lines 21D, 21E, 21F extending from the first header 21C, and the first electric heater. It is heated at 22 and vaporized.
  • the vaporized CO 2 refrigerant raises the check valve 21J of the thermosiphon defrost circuit 21 according to the thermosiphon principle, and the raised CO 2 refrigerant gas is collected from the fin tube heat exchanger 13 provided inside the cooler 11.
  • the frost adhering to the outer surface is heated and melted.
  • the CO 2 refrigerant liquefied by heating the fin tube heat exchanger 13 descends the thermosiphon defrost circuit 21 by gravity.
  • the first header 21C and the CO 2 refrigerant liquid that has descended to the three second lines 21D, 21E, and 21F extending from the first header 21C are heated again by the first electric heater 22 and vaporized.
  • the present invention also includes a configuration in which the second electric heater 23 is not provided.
  • the defrost system 20 of the refrigerating apparatus 1 is provided below the casing 12, the fin tube heat exchanger 13 provided inside the casing 12, and the fin tube heat exchanger 13.
  • a cooler 11 having a drain pan 83 is provided inside the freezer 10.
  • a circulation line (secondary refrigerant circuit) 30 CO 2 refrigerant of low temperature and is connected to the fin tube heat exchanger 13 is circulated in the cooler 11, the refrigerant circulating through the interior, gaseous CO 2 refrigerant
  • the defrost system 20 of the refrigerating apparatus 1 having a refrigerating cycle 50 for cooling and reliquefying the gas.
  • the defrost system 20 is provided as a branch from the circulation line 30, and at the time of defrost, the CO 2 refrigerant staying inside the fin tube heat exchanger 13 repeats a two-phase change of gaseous and reliquefaction, and the fin tube heat.
  • the thermosiphon defrost circuit 21 that forms a CO 2 circulation path together with the exchanger 13, the on-off valves 34A and 34B that close at the time of defrost and close the CO 2 circulation path, and the thermosiphon defrost circuit 21 so as to be adjacent to each other. It has a first electric heater 22 arranged above the thermosiphon defrost circuit 21.
  • the CO 2 refrigerant is naturally circulated in the closed circuit.
  • the CO 2 refrigerant liquid in the closed circuit is heated and vaporized by the first electric heater 22, and rises and rises in the thermosiphon defrost circuit 21 according to the thermosiphon principle.
  • the resulting CO 2 refrigerant gas heats the fin tube heat exchanger 13 provided inside the cooler 11, and heats and melts the frost adhering to the outer surface of the fin tube heat exchanger 13.
  • the CO 2 refrigerant liquefied by heating the fin tube heat exchanger 13 descends the thermosiphon defrost circuit 21 by gravity.
  • the CO 2 refrigerant liquid that has fallen to the first electric heater 22 is heated by the first electric heater 22 and vaporized. Further, since the second electric heater 23 is provided below the inside of the casing 12, the water droplets descending from the fin tube heat exchanger 13 are re-frozen by the fin tube heat exchanger 13 below the casing 12 and become flat. It can be collected with the drain pan 83 without any problem. From the above, it is possible to suitably defrost without introducing a brine circuit, and it is possible to prevent icicles from being generated in the heat exchange pipe 13A and the fin 13B below the casing 12.
  • the pressure sensor 34 that measures the pressure of the CO 2 circulation path at the time of defrosting, and the pressure sensor 34 so that the pressure of the CO 2 circulation path decreases when the measured value measured by the pressure sensor 34 is higher than a predetermined pressure. 1 It has a control unit 35 that controls the electric heater 22. According to the defrost system 20 configured in this way, it is possible to prevent the pressure in the thermosiphon defrost circuit 21 and the fin tube heat exchanger 13 from becoming extremely high during defrosting, so that the thermosiphon defrost circuit 21 and the fin tube heat can be prevented from becoming extremely high. Damage to the piping of the exchanger 13 can be suitably prevented.
  • thermosiphon defrost circuit 21 the first line 21B branched from the CO 2 feed line 31 of the CO 2 refrigerant circulation line 30, the first header 21C to which the end of the first line 21B is connected, and the first header 21C are connected.
  • the three second lines 21D, 21E, 21F extending from the header 21C and the three second lines 21D, 21E, 21F are connected, and the second header provided at a position higher than the first header 21C. It has a 21G and a third line 21H extending from the second header 21G and connecting to the CO 2 return line 32 of the circulation line 30.
  • the three second lines 21D, 21E, and 21F are the first header 21C and the second header 21G, the second line 21D in which the farthest points from each other are connected in a meandering manner, and the first header 21C and the second header. It has a second line 21E that meanders the points closest to each other among the 21Gs, and a second line 21F arranged between the second line 21D and the second line 21E. According to this configuration, since the three second lines 21D, 21E, and 21F are arranged without intersecting each other, they can be suitably heated by the first electric heater 22 via the heat transfer plate 82. The CO 2 refrigerant can be circulated naturally.
  • the CO 2 refrigerant remaining in the pipes of the thermosiphon defrost circuit 21 and the fin tube heat exchanger 13 during defrost is heated and naturally circulated, and the drain pan 83 is heated.
  • the first electric heater 22 for enabling drainage and the second electric heater 23 for preventing refreezing in the fin tube heat exchanger 13 below the casing 12 (the third electric heater if there is a dummy pipe L). Since it can be performed only with 24), defrosting can be performed with a very small amount of electric power as compared with the heater defrosting in which the heaters are evenly arranged in the fin tube heat exchanger 13. Further, since the fin tube heat exchanger 13 is directly heated, the delay in starting the defrost can be eliminated.
  • a branch circuit 37 provided by branching from the circulation line 30 is further provided, and the branch circuit 37 has a pressure adjusting valve 38 for reducing the pressure when the pressure in the circulation line 30 is higher than a predetermined pressure. Is placed.
  • the defrost system 20 configured in this way, it is possible to prevent the pressure in the thermosiphon defrost circuit 21 and the fin tube heat exchanger 13 from becoming extremely high during the defrost operation, so that the thermosiphon defrost circuit 21 and the fin tube can be prevented from becoming extremely high. Damage to the heat exchanger 13 can be suitably prevented.
  • thermosiphon defrost circuit 21 extends from the first header 21B branching from the circulation line 30, the first header 21C to which the end of the first line 21B is connected, and the first header 21C.
  • the third line 21H and the third line 21H are provided, but the structure is not particularly limited as long as it forms a CO 2 circulation path together with the fin tube heat exchanger 13.
  • the second lines 21D, 21E, and 21F are provided with three lines, but two or more lines may be provided.
  • ammonia is used as the refrigerant for the refrigeration cycle, but the present invention is not limited to this, and chlorofluorocarbons or other natural refrigerants may be used.
  • coolers 11 are provided, but one or three or more coolers 11 may be provided.
  • Refrigeration equipment 10 freezer, 11 cooler, 12 casing, 13 Fin tube heat exchanger, 13A heat exchange tube, 13B fin, 20 defrost system, 21 Thermosiphon defrost circuit, 21A electromagnetic on-off valve, 21B 1st line, 21C 1st header, 21D, 21E, 21F 2nd line, 21G 2nd header, 21H 3rd line, 21J check valve 22 1st electric heater, 23 Second electric heater, 30 circulation lines, 34 pressure sensor, 34A, 34B electromagnetic on-off valve, 35 Control unit, 37 branch circuit, 38 pressure control valve, 83 Drain pan.

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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。

Description

デフロストシステム
　本発明は、冷凍庫内に設けられた冷却器にＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２冷媒は、二次冷媒回路を介してＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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、ＣＯ２冷媒が循環する循環ライン（二次冷媒回路）３０と、ＣＯ２冷媒を貯留するためのＣＯ２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、ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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、ＣＯ２が循環するＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２冷媒の加熱に伝えることができる。
　循環ライン３０は、ＣＯ２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、ＣＯ２受液器４０から、一対の冷凍庫１０に液状のＣＯ２冷媒を送るＣＯ２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ＣＯ２冷媒をＣＯ２受液器４０に戻すＣＯ２戻りライン３２と、ガス化したＣＯ２冷媒を再液化する再液化ライン３３と、を有する。
　ＣＯ２送りライン３１は、図１に示すように、ＣＯ２受液器４０の下方に接続されている。また、ＣＯ２戻りライン３２は、図１に示すように、ＣＯ２受液器４０の上方に接続されている。
　また、ＣＯ２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ＣＯ２受液器４０内の液状のＣＯ２冷媒は、冷凍庫１０内の冷却器１１に送られる。
　ＣＯ２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、ＣＯ２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ＣＯ２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、ＣＯ２受液器４０の上方に接続されている。ＣＯ２受液器４０内のガス状のＣＯ２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ＣＯ２冷媒は、ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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、ＣＯ２送りライン３１から供給されるＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２循環路が形成される。
　閉回路のＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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１３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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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、ＣＯ２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、ＣＯ２冷媒の循環ライン３０のＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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。

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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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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