JP2004263916A

JP2004263916A - 冷凍機

Info

Publication number: JP2004263916A
Application number: JP2003053425A
Authority: JP
Inventors: Seiji Yoshimura; 省二吉村
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2004-09-24

Abstract

【課題】占有スペースの増大を招くことなく、循環する冷媒ガスの流量を増大させ、かつ回収冷媒ガスからの水分固化成分、粉塵の除去を可能とした冷凍機を提供する。
【解決手段】圧縮機１１、冷却器１２、熱交換器１３、膨張器１４及び冷凍処理室１５を含み、圧縮機１１から冷却器１２を経た後、熱交換器１４に至り、ここを通過した後、膨張器１４、さらに冷凍処理室１５を経て、熱交換器１３を再度通過した後、圧縮機１１に戻る冷媒ガスの循環流路Ｉを備えた冷凍機１において、冷凍処理室１５の二次側に位置し、かつこの冷凍処理室１５と熱交換器１３との間に位置する循環流路Ｉの部分に気体成分とその他の成分とを遠心分離するサイクロン分離器１６を介在させた構成としてある。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理物を冷凍処理するための冷凍機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、低温ガスを被処理物に直接触れさせて、この被処理物を冷凍処理する冷凍機は公知である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３１１１０６５号公報（段落［００１０］、［００１５］、図１）
【０００４】
上記特許文献１に記載の冷凍機では、冷凍処理室（冷熱消費設備２０）での被処理物の冷凍処理の際に生じる水分固化成分が回収冷媒ガス中に混在し、そのまま熱交換器内に流入すると、この水分固化成分による上記熱交換器の閉塞が生じ、冷凍機の正常な運転ができなくなる。このため、この水分固化成分を除去する除湿手段としてフィルタが冷凍処理室の二次側に設けられている。そして、熱交換器に向かう冷媒ガスから上記水分固化成分を上記フィルタにより除去し、上記水分固化成分による上記熱交換器の閉塞が防止されるようになっている。また、このフィルタにより、回収冷媒ガス中の粉塵も捕集され、清浄な冷媒ガスが上記熱交換器を経て、圧縮機に導かれるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の冷凍機の場合、冷凍能力の増大等のために、循環する冷媒ガスの流量を増大させようとすると、上記フィルタも上記流量の増大に対応して大きくする必要があり、冷凍機全体の占有スペースが過大になり、また圧力損失も増大するという問題がある。
本発明は、斯る従来の問題をなくすことを課題としてなされたもので、占有スペースの増大を招くことなく、循環する冷媒ガスの流量を増大させ、かつ回収冷媒ガスからの水分固化成分、粉塵の除去を可能とした冷凍機を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１発明は、少なくとも圧縮機、冷却器、熱交換器、膨張器及び冷凍処理室を含み、上記圧縮機から上記冷却器を経た後、上記熱交換器に至り、ここを通過した後、上記膨張器、さらに上記冷凍処理室を経て、上記熱交換器を再度通過した後、上記圧縮機に戻る冷媒ガスの循環流路を備えた冷凍機において、上記冷凍処理室の二次側に位置し、かつこの冷凍処理室と上記熱交換器との間に位置する上記循環流路の部分に気体成分とその他の成分とを遠心分離するサイクロン分離器を介在させた構成とした。
【０００７】
第２発明は、第１発明の構成に加えて、上記膨張器の一次側に位置し、かつ上記熱交換器と上記膨張器との間に位置する上記循環流路の部分から分岐し、上記サイクロン分離器内まで延び、このサイクロン分離器の内壁面に沿って、かつ下方に向けて冷媒ガスを流出させるノズルを先端部に有する凍結付着物除去用流路を備えた構成とした。
【０００８】
第３発明は、第２発明の構成に加えて、上記凍結付着物除去用流路に開閉弁を介設した構成とした。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１及び２は、本発明に係る冷凍機１を示し、この冷凍機１は、圧縮機１１、冷却器１２、熱交換器１３、膨張器１４、冷凍処理室１５及びサイクロン分離器１６を含み、圧縮機１１から冷却器１２を経た後、熱交換器１３に至り、ここを通過した後、膨張器１４、さらに冷凍処理室１５を経て、熱交換器１３を再度通過した後、圧縮機１１に戻る冷媒ガスの循環流路Ｉを備えている。なお、サイクロン分離器１６は、分離器本体をなす漏斗形状の上部容器１６ａとこの下端部に結合された漏斗形状の下部容器１６ｂと、この下部容器１６ｂの下端開口部を開閉する開閉弁１６ｃとからなっている。
【００１０】
また、膨張器１４の一次側に位置し、かつ熱交換器１３と膨張器１４との間に位置する循環流路Ｉの部分からは、開閉弁１７を介在させた凍結付着物除去用流路ＩＩが分岐し、この凍結付着物除去用流路ＩＩは開閉弁１７の二次側においてさらに分岐して複数の上部分岐流路ＩＩａと複数の下部分岐流路ＩＩｂとに分かれている。上部分岐流路ＩＩａは上部容器１６ａの複数の箇所からその内部に突出するとともに、下部分岐流路ＩＩｂは下部容器１６ｂの複数の箇所からその内部に突出し、上部分岐流路ＩＩａ、下部分岐流路ＩＩｂのそれぞれの先端部には、冷媒ガスを上部容器１６ａ或いは下部容器１６ｂの内壁面に沿って、かつ下方に向けて冷媒ガスを流出させるノズル１８ａ、１８ｂが設けられている。
【００１１】
そして、上記構成からなる冷凍機１において、冷媒ガスは圧縮機１１を出て、冷却器１２、熱交換器１３を経て、一部を除き、膨張器１４から冷凍処理室１５に至った後、この冷凍処理室１５から回収され、サイクロン分離器１６の上部容器１６ａ内の上部空間に導かれる。一方、熱交換器１３を得た冷媒ガスの内の上記一部は凍結付着物除去用流路ＩＩに分流し、開閉弁１７を経て、上部容器１６ａ内及び下部容器１６ｂ内のそれぞれの下部空間に導かれる。サイクロン分離器１６内では、遠心力及び重力の作用により気体成分とその他の成分とが分離され、その他の成分は下方に落下して開閉弁１６ｃを介して分離器外に放出される一方、上記その他の成分が分離・除去された清浄な冷媒ガスはサイクロン分離器１６の上部から熱交換器１３へと送り出される。さらに、熱交換器１３では、圧縮機１１から吐出され、冷却器１２を通過してきた冷媒ガスとサイクロン分離器１６からの清浄な冷媒ガスとの間で熱交換が行われ、その後この清浄な冷媒ガスは圧縮機１１に戻り、その吸込みガスとなり、圧縮され、上述した冷媒ガスの循環が繰返される。
【００１２】
冷凍処理室１５内で食品のような被処理物を冷却すると、被処理物から水蒸気が発生したり、冷凍処理室１５での人の出入りの際に外部から水蒸気や粉塵が進入し、この水蒸気が冷凍処理室１５内で氷結して氷の粒子が発生し、粉塵とともに冷媒ガス中に混在することになる。もしも、この氷の粒子や粉塵が熱交換器１３内に流入すれば、熱交換器１３の閉塞を招来し、冷凍機１の正常な運転が阻害されることになる。そこで、この冷凍機１では、サイクロン分離器１６が設けられており、ここで気体成分である冷媒ガスとその他の成分である氷の粒子、粉塵とが分離され、この氷の粒子、粉塵が除去された清浄な冷媒ガスのみが熱交換器１３へと送り出され、分離された氷の粒子、粉塵は、溜まって再度飛散することがないように、上部容器１６ａの下部の小径部を経て下方容器１６ｂへと落下するようになっている。
【００１３】
また、氷の粒子の一部は図２において符号Ｆで示すように、上部容器１６ａ、下方容器１６ｂそれぞれの下部内壁面に付着して水分固化成分となってゆくが、開閉弁１７を開き、ノズル１８ａ，１８ｂから膨張器１４の一次側の圧縮された状態にある冷媒ガスを流出させることにより、この付着した水分固化成分Ｆを除去する。
上記内壁面に付着した水分固化成分Ｆに向けて比較的高温の圧縮状態の冷媒ガスを流出させて水分固化成分Ｆの一部を融解させてしまうと、発生した水の表面張力により上記内壁面から水分固化成分Ｆが剥離し難くなるという問題が生じる。しかし、冷凍機１のノズル１８ａ，１８ｂからの冷媒ガスは、低温、高圧であるため、上記内壁面に付着した水分固化成分Ｆを溶かすことなく、剥離させることができる。
【００１４】
また、このノズル１８ａ，１８ｂからの冷媒ガスを常時流出させておく必要はなく、経験則に基づいてこの水分固化成分Ｆを剥離させる時間間隔を把握しておき、この時間間隔で開閉弁１７を開き、間欠的に水分固化成分Ｆの剥離を行えばよい。このようにして、上記内壁面から剥離させた水分固化成分Ｆは、下方容器１６ｂの底部に溜まってゆくので、開閉弁１７を開くタイミングに合わせて開閉弁１６ｃを開き、下方容器１６ｂの底部を開放して溜まった水分固化成分をサイクロン分離器１６の外へ排出すればよい。
【００１５】
次に、上記冷媒ガスとして空気を例にとって、循環流路Ｉにおける冷媒ガスの状態変化の一例を説明すると、以下の様になる。
圧縮機１１は、約３０℃、略大気圧の冷媒ガスを吸い込み、圧縮し、約１６０℃、約２ａｔｇの冷媒ガスを吐出する。
この圧縮され、温度上昇した冷媒ガスは、例えば水冷空気冷却器のような冷却器１２により冷却され、ここを通過して約４０℃、約２ａｔｇの状態となる。
この冷媒ガスはさらに熱交換器１３における熱交換により冷却され、圧力降下し、ここを通過して、約−３０℃、約２ａｔｇの状態となる。
【００１６】
この冷媒ガスは、一部を除き、膨張器１４により膨張させられて約−８０℃、略大気圧の状態となって、大気圧状態の冷凍処理室１５内に供給される。即ち、この極低温状態の冷媒ガスが例えば食品のような被処理物が収容された冷凍処理室１５内に送られ、被処理物を冷凍させ、冷媒ガス自身は約−４０℃、略大気圧となって、冷凍処理室１５の二次側における循環流路Ｉの部分に回収されて、サイクロン分離器１６の上部容器１６ａ内に導かれる。
一方、熱交換器１３を出て約３０℃、約２ａｔｇとなった冷媒ガスの内の一部は、凍結付着物除去用流路ＩＩに分流し、開閉弁１７を介して上部分岐流路ＩＩａ、下部分岐流路ＩＩｂより上部容器１６ａ内及び下部容器１６ｂ内に導かれる。
【００１７】
サイクロン分離器１６から回収された清浄な冷媒ガスは約−４０℃、略大気圧の状態で熱交換器１３に至り、ここで上述したように冷却器１２からの冷媒ガスを冷却し、自身は加熱されて約３０℃、略大気圧の状態となって、圧縮機１１に戻り、圧縮機１１に吸込まれ、圧縮され、上述した状態変化を繰返す。
【００１８】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、第１発明によれば、少なくとも圧縮機、冷却器、熱交換器、膨張器及び冷凍処理室を含み、上記圧縮機から上記冷却器を経た後、上記熱交換器に至り、ここを通過した後、上記膨張器、さらに上記冷凍処理室を経て、上記熱交換器を再度通過した後、上記圧縮機に戻る冷媒ガスの循環流路を備えた冷凍機において、上記冷凍処理室の二次側に位置し、かつこの冷凍処理室と上記熱交換器との間に位置する上記循環流路の部分に気体成分とその他の成分とを遠心分離するサイクロン分離器を介在させた構成としてある。
このようにサイクロン分離器を用いているため、占有スペースの増大、圧力損失の増大を招くことなく、循環する冷媒ガスの流量を増大させ、かつ回収冷媒ガスからの水分固化成分、粉塵の除去が可能になるという効果を奏する。
【００１９】
第２発明によれば、第１発明の構成に加えて、上記膨張器の一次側に位置し、かつ上記熱交換器と上記膨張器との間に位置する上記循環流路の部分から分岐し、上記サイクロン分離器内まで延び、このサイクロン分離器の内壁面に沿って、かつ下方に向けて冷媒ガスを流出させるノズルを先端部に有する凍結付着物除去用流路を備えた構成としてある。
このため、上記第１発明による効果に加えて、サイクロン分離器の内壁面に付着した水分固化成分を溶かすことなく、内壁面から剥離させて外部に排出することができ、サイクロン分離器の正常な機能を維持し続けることが可能になるという効果を奏する。
【００２０】
第３発明によれば、第２発明の構成に加えて、上記凍結付着物除去用流路に開閉弁を介設した構成としてある。
このため、上記第２発明による効果に加えて、必要なときだけ、上記水分固化成分の剥離、除去作業をすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷凍機の全体構成を示す図である。
【図２】図１に示す冷凍機におけるサイクロン分離器を拡大した概略断面図である。
【符号の説明】
１冷凍機
１１圧縮機
１２冷却器
１３熱交換器
１４膨張器
１５冷凍処理室
１６サイクロン分離器
１６ａ上部容器
１６ｂ下部容器
１６ｃ開閉弁
１７開閉弁
１８ａ，１８ｂノズル
Ｉ循環流路
ＩＩ凍結付着物除去用流路
ＩＩａ上部分岐流路
ＩＩｂ下部分岐流路

Claims

少なくとも圧縮機、冷却器、熱交換器、膨張器及び冷凍処理室を含み、上記圧縮機から上記冷却器を経た後、上記熱交換器に至り、ここを通過した後、上記膨張器、さらに上記冷凍処理室を経て、上記熱交換器を再度通過した後、上記圧縮機に戻る冷媒ガスの循環流路を備えた冷凍機において、上記冷凍処理室の二次側に位置し、かつこの冷凍処理室と上記熱交換器との間に位置する上記循環流路の部分に気体成分とその他の成分とを遠心分離するサイクロン分離器を介在させたことを特徴とする冷凍機。
上記膨張器の一次側に位置し、かつ上記熱交換器と上記膨張器との間に位置する上記循環流路の部分から分岐し、上記サイクロン分離器内まで延び、このサイクロン分離器の内壁面に沿って、かつ下方に向けて冷媒ガスを流出させるノズルを先端部に有する凍結付着物除去用流路を備えたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍機。
上記凍結付着物除去用流路に開閉弁を介設したことを特徴とする請求項２に記載の冷凍機。