JP2010181093A - 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

Abstract

【課題】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、従来は大気に廃棄していたアンモニア冷媒回路の排熱を回収して除霜に使用することによって省エネルギー化を図る。
【解決手段】カスケードコンデンサー１２により二酸化炭素冷媒とアンモニア冷媒の熱交換を行い、該二酸化炭素冷媒を冷媒液に変えるとともアンモニア冷媒を気化させてなる二酸化炭素循環・冷却システムのデフロスト装置において、カスケードコンデンサー１２から排出されたアンモニア冷媒回路１４内のアンモニア冷媒に生じる発熱により二酸化炭素冷媒を気化させてホットガス化するホットガス熱交換器１６と、ホットガス熱交換器１６内に前記二酸化炭素冷媒を送り、かつ、ホットガス熱交換器１６内で生成される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、を備えた二酸化炭素循環・冷却システムにおけるデフロスト装置。
【選択図】図１

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、室内の空調や物品の冷却・冷凍に用いる冷凍装置の冷媒を、広く冷媒として用いられてきたフロンに代えて、自然冷媒であってオゾン破壊係数ゼロ、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)が見直され、このアンモニアを冷媒として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直接負荷側に供給するのではなく、アンモニアと同じく自然冷媒であるが、毒性の無い二酸化炭素(ＣＯ2、俗称「炭酸ガス」)を冷媒として使用する２次冷媒回路を介在せしめて負荷側に熱を供給する構成の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により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を介し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によって行われるのが一般的であった。

特開平２００２−２４３３５０号公報。

しかしながら、散水デフロストまたは電気ヒータによる負荷側冷却器の除霜は、冷却コイル外部からのデフロスト方式であるため、冷凍倉庫等への放熱量が多く、省エネルギーに反していた。

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、従来は大気に廃棄していたアンモニア冷媒回路の排熱を回収して除霜に使用することによって省エネルギー化を図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、二酸化炭素を冷媒とし、かつ、該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を通って循環するアンモニア冷媒回路とを備え、前記カスケードコンデンサーにより前記二酸化炭素冷媒と前記アンモニア冷媒の熱交換を行い、該二酸化炭素冷媒を冷媒液に変え、かつ、前記アンモニア冷媒を気化させてなる二酸化炭素循環・冷却システムにおいて、油分離器から排出された前記アンモニア冷媒回路内の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気化させてホットガス化するホットガス熱交換器と、前記ホットガス熱交換器内に前記二酸化炭素冷媒を送り、かつ、該ホットガス熱交換器内で生成される前記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、を備えた二酸化炭素循環・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、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)を、ホットガス熱交換器において二酸化炭素冷媒回路の二酸化炭素冷媒側に移して回収し、この回収した排熱により該二酸化炭素冷媒を気化させてホットガスにし、該ホットガスを負荷側冷却器に供給して該負荷側冷却器に付着した霜を取り除く。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、上記二酸化炭素冷媒回路は、前記カスケードコンデンサーの熱交換により液化された前記二酸化炭素冷媒を貯える二酸化炭素・レシーバーを備え、上記デフロスト回路への上記二酸化炭素冷媒を該二酸化炭素・レシーバー内から上記ホットガス熱交換器内に供給し、上記負荷側冷却器内で除霜を終えた前記二酸化炭素冷媒を、前記負荷側冷却器内の冷却を終えた前記二酸化炭素冷媒と同じ前記二酸化炭素・レシーバー内に戻す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提供する。

この構成によれば、負荷側冷却器を冷却する二酸化炭素冷媒と除霜用の二酸化炭素冷媒は、同じ二酸化炭素・レシーバー内に貯留されている二酸化炭素冷媒を共用することができる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の構成において、上記二酸炭素冷媒回路は、上記二酸化炭素・レシーバー内に貯えられている二酸化炭素冷媒を、上記負荷側冷却器と上記ホットガス熱交換器に単一のポンプを使用して送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提供する。

この構成によれば、二酸化炭素・レシーバー内に貯えられている二酸化炭素冷媒を、単一のポンプを使用して負荷側冷却器とホットガス熱交換器にそれぞれ供給できる。

請求項４記載の発明は、請求項１,２または３記載の構成において、上記負側冷却器は上記二酸化炭素冷媒回路に複数台設置されているとともに、上記デフロスト回路は、前記複数台の負荷側冷却器に対して上記ホットガス熱交換器を接続切り替え可能に設けられている二酸化炭素循環・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、デフロスト回路による切り替えで、１台のホットガス熱交換器で生成されるホットガスを複数台の負荷側冷却器に順次供給することができる。これにより、１台のホットガス熱交換器を使用して、複数台の負荷側冷却器の除霜を行うことができる。

請求項５記載の発明は、請求項１,２,３または４記載の構成において、上記負荷側冷却器は、内部が少なくとも２個の負荷側冷却器部に分割されているとともに、上記デフロスト回路は上記ホットガス熱交換器を前記負荷側冷却器部に対して接続切り替え可能に設けられている二酸化炭素循環・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、少なくとも２個に分割された負荷側冷却器部のうち、一方の負荷側冷却器部を冷却運転させている状態で、他方の負荷側冷却器部を除霜運転し、かつ、他方の負荷側冷却器部の除霜が終えたら、該他方の負荷側冷却器部を冷却運転させ、一方の負荷側冷却器部を除霜運転することができる。このように、一方の負荷側冷却器部が冷却運転している状態で、他方の負荷側冷却器部が除霜運転をするように、冷却運転を停止させることなく除霜を行うことができる。また、除霜運転に於いて生成した液化炭酸ガスは、他方の負荷側冷却器の冷却に利用される。

請求項６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、二酸化炭素を冷媒とし、かつ、該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を通って循環するアンモニア冷媒回路とを備えてなる二酸化炭素循環・冷却システムにおいて、前記カスケードコンデンサーが設けられ、前記二酸化炭素冷媒回路内の二酸化炭素冷媒と前記アンモニア冷媒回路内のアンモニア冷媒との間での熱交換を行い、前記二酸化炭素冷媒を冷媒液に変え、かつ、前記アンモニア冷媒を気化させる冷熱交換ユニットと、油分離器から排出された前記アンモニア冷媒の発熱により前記二酸化炭素冷媒を気化させてホットガス化するホットガス熱交換器を有する二酸化炭素・ホットガスキットと、を備え、前記熱交換ユニットと前記二酸化炭素・ホットガスキットと前記負荷側冷却器が互いに接続可能に構成され、前記負荷側冷却器の除霜を行う際、前記二酸化炭素・ホットガスキット内で生成される前記ホットガスを前記負荷側冷却器内に供給して除霜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、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)を、ホットガス熱交換器において二酸化炭素冷媒回路の二酸化炭素冷媒側に移して回収し、この回収した排熱により該二酸化炭素冷媒を気化させてホットガスにし、該ホットガスを負荷側冷却器に供給して該負荷側冷却器に付着した霜を取り除く。

また、冷却システムを構築する場合、冷熱交換ユニット、二酸化炭素・ホットガスキット等を施工現場に持ち込み、これらを互いに接続することによって必要とする冷却システムを簡単、かつ、自由な形態で構築することができる。

請求項７記載の発明は、請求項１,２,３,４,５または６記載の構成において、上記ホットガス熱交換器は、上記アンモニア冷媒に生じる熱を蓄える蓄熱機能を備える二酸化炭素循環・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、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)を、ホットガス熱交換器において回収して二酸化炭素冷媒回路の二酸化炭素冷媒側に移すとともに、回収された残りの熱をホットガス熱交換器に蓄える。

請求項１記載の発明は、従来は大気中に廃棄していた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)を、ホットガス熱交換器において二酸化炭素冷媒回路の二酸化炭素冷媒側に移して回収し、この回収した排熱で該二酸化炭素冷媒を気化させてホットガスにし、該ホットガスを負荷側冷却器に供給して該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としたが、これらの設備を設置しなくてもよい。したがって、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。

請求項２記載の発明は、負荷側冷却器を冷却する二酸化炭素冷媒と除霜用の二酸化炭素冷媒を、同じ二酸化炭素・レシーバー内に貯留されている二酸化炭素冷媒を共用することができるので、二酸化炭素冷媒を貯留する二酸化炭素・レシーバーを個々に用意しなくても済む。したがって、請求項１記載の発明の効果に加えて、二酸化炭素・レシーバー等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。

請求項３記載の発明は、二酸化炭素・レシーバー内に貯えられている二酸化炭素冷媒を、単一のポンプを使用して負荷側冷却器とホットガス熱交換器にそれぞれ供給するので、負荷側冷却器とホットガス熱交換器に二酸化炭素冷媒を供給するポンプを個々に用意しなくても済む。したがって、請求項２記載の発明の効果に加えて、ポンプ等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。

請求項４記載の発明は、デフロスト回路による切り替えで、１台のホットガス熱交換器を使用して複数台の負荷側冷却器における除霜を行うことができるので、複数台の負荷側冷却器を使用していても、複数台のホットガス熱交換器を設置しなくても済む。したがって、複数台の負荷側冷却器を使用した場合であっても、請求項１,２または３記載の発明の効果に加えて、ホットガス熱交換器等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。

請求項５記載の発明は、一方の負荷側冷却器部を冷却運転させた状態で、他方の負荷側冷却器部を除霜運転させるというように、冷却運転を停止させずに除霜を行うことができる。したがって、請求項１,２,３または４記載の発明の効果に加えて、冷却の低下を起こすことなく除霜を行うことができるという効果が期待される。

請求項６記載の発明は、従来は大気中に廃棄していた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)を、ホットガス熱交換器において二酸化炭素冷媒回路の二酸化炭素冷媒側に移して回収し、この回収した排熱で該二酸化炭素冷媒を気化させてホットガスにし、該ホットガスを負荷側冷却器に供給して該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、省エネルギーを図ることができる効果が期待される。

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としたが、これらの設備を設置しなくてもよい。したがって、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、冷却システムを構築する場合、冷熱交換ユニット、二酸化炭素・ホットガスキット等を施工現場に持ち込み、これらを互いに接続することによって必要とする冷却システムを簡単、かつ、自由な形態で構築することができる効果が期待される。

請求項７記載の発明は、ホットガス熱交換器において回収したアンモニア冷媒回路のアンモニア冷媒熱(排熱)を、ホットガス熱交換器で回収し、かつ、余剰熱を蓄えるので、排熱の有効利用が可能になる。したがって、請求項１,２,３,４,５または６記載の発明の効果に加えて、排熱をより有効に利用してより一層の省エネルギーが可能になる。

本発明の第１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。 本発明の第２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。 本発明の第３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。 本発明の第４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。 本発明の第５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。 本発明の第６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。 本発明の第７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。 本発明の第８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。 本発明の第９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。 本発明の第１０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、従来は大気に廃棄していたアンモニア冷媒回路の排熱を回収して除霜に使用することによって省エネルギー化を図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、二酸化炭素を冷媒とし、かつ、該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を通って循環するアンモニア冷媒回路とを備え、前記カスケードコンデンサーにより前記二酸化炭素冷媒と前記アンモニア冷媒の熱交換を行い、該記二酸化炭素冷媒を冷媒液に変え、かつ、前記アンモニア冷媒を気化させてなる二酸化炭素循環・冷却システムにおいて、油分離器から排出された前記アンモニア冷媒回路内の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気化させてホットガス化するホットガス熱交換器と、前記ホットガス熱交換器内に前記二酸化炭素冷媒を送り、かつ、該ホットガス熱交換器内で生成される前記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、を備えたことにより実現した。

以下、本発明の二酸化炭素を冷媒と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について、好適な実施例をあげて説明する。

図１は本発明の第１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とで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、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との間に、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。

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替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。

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、図示しない制御部を介して行われる。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示し、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示し、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示し、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示す。

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、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へ導かれ、該負荷側冷却器１１が冷凍倉庫１内を冷却する。

また、庫内温度・指示調節器３３が設定した温度に対し、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、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直接二酸化炭素・レシーバー１７に戻って蓄えられ、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になり、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２５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。デフロスト運転に切り替えられると、この切り替えに連動して二酸化炭素電動弁３１及び二酸化炭素電動弁２９が閉じられ、反対に二酸化炭素・電動弁２６が開く。

そして、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は、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。

前記二酸化炭素・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に送られ、該負荷側冷却器１１に付着した霜を溶かし除去(デフロスト)する。一方、二酸化炭素・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及び二酸化炭素・止弁３７を経由して前記二酸化炭素・レシーバー１７に戻り、液化しているものは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に戻される。この液化して戻された二酸化炭素冷媒は、冷却用冷媒として再び使用される。したがって、エネルギーの有効利用となり、省エネルギーに寄与する。

なお、デフロスト運転時、前記二酸化炭素・圧力指示調節器２７では、二酸化炭素・圧力発信器２８により二酸化炭素ホットガスの圧力を検知し、二酸化炭素ホットガスの流量を制御する。また、二酸化炭素・圧力指示調節器３４は、負荷側冷却器１１の出口の二酸化炭素・ホットガスの圧力を二酸化炭素・圧力発信器３５により検知し、かつ、デフロスト状態を把握して二酸化炭素・ホットガスの流量制御を行う。

したがって、第１の実施例によれば、冷却システムの運転中に負荷側冷却器１１に付着した霜を除霜(デフロスト)する場合は、アンモニア冷媒回路のアンモニア冷媒・冷凍ユニット２３で生成されるアンモニア冷媒の発熱(排熱)を、二酸化炭素・ホットガス熱交換器１６で二酸化炭素冷媒回路１３の二酸化炭素冷媒側に移して回収し、この回収した排熱により該二酸化炭素冷媒を気化させて二酸化炭素ホットガスに変化し、該二酸化炭素・ホットガスを負荷側冷却器１１に供給して該負荷側冷却器１１に付着した霜を取り除くようにしているので、省エネルギーを図ることができる。

次に、本発明の第２の実施例におけるデフロスト装置を適用した二酸化炭素循環・冷却システムについて、図２を参照して説明する。この第２の実施例における二酸化炭素循環・冷却システムは、図１に示した構成に、図１と同じ構成の冷凍倉庫１と、二酸化炭素・電動弁２６と各負荷側冷却器１１,１１の間に設けた切り替え電動弁３９ａ,３９ｂとを加えたものであり、他の構成は図１と同一であるから、同一の構成部分は同一符号を付して重複説明を省略する。

この第２の実施例では、切り替え電動弁３９ａを開、切り替え電動弁３９ｂを閉にしてデフロスト運転を行うと、ホットガス熱交換器１６で生成される二酸化炭素・ホットガスが、冷凍倉庫(Ａ)１の負荷側冷却器１１に供給されて、該負荷側冷却器１１に付着した霜を除霜することができる。反対に、切り替え電動弁３９ａを閉、切り替え電動弁３９ｂを開にしてデフロスト運転を行うと、ホットガス熱交換器１６で生成される二酸化炭素・ホットガスが冷凍倉庫(Ｂ)１の負荷側冷却器１１に供給されて、該負荷側冷却器１１に付着した霜を除霜することができる。したがって、１個のホットガス熱交換器１６を用いて、冷凍倉庫(Ａ)１の負荷側冷却器１１と冷凍倉庫(Ｂ)１の負荷側冷却器１１を交互に除霜することができる。

次に、本発明の第３の実施例におけるデフロスト装置を適用した二酸化炭素循環・冷却システムについて、図３を参照して説明する。この第３の実施例における二酸化炭素循環・冷却システムは、図１に示した構成に、アンモニア・再蒸発熱交換器４０と、アンモニア・電磁弁４１と、アンモニア・吸入圧力調整弁４２ａと、アンモニア・流量調整弁４２ｂを加えたものであり、他の構成は図１と同一であるから、同一の構成部分は同一符号を付して重複説明を省略する。

この第３の実施例では、アンモニア冷媒・冷凍ユニット２３で高温・高圧ガスに変えられ、かつ、ホットガス熱交換器１６に送られて来るアンモニア冷媒を、アンモニア・再蒸発熱交換器４０とアンモニア・水冷コンデンサー２４に通し、該アンモニア・再蒸発熱交換器４０とアンモニア・水冷コンデンサー２４とにより該アンモニア冷媒の潜熱をより多く奪い、完全に液化した状態でアンモニア・レシーバー２０に戻すようにしたものである。

次に、本発明の第４の実施例におけるデフロスト装置を適用した二酸化炭素循環・冷却システムについて、図４を参照して説明する。この第４の実施例における二酸化炭素循環・冷却システムは、図２に示した冷凍倉庫(Ａ)１及び冷凍倉庫(Ｂ)１内にそれぞれ設けられていた負荷側冷却器(Ａ)１１及び負荷側冷却器(Ｂ)１１を１つの同じ冷凍倉庫１内に設けるとともに、二酸化炭素・電動弁２６と各負荷側冷却器１１,１１の間に設けた切り替え電動弁３９ａ,３９ｂを加えたものであり、他の構成は図２と同一であるから、同一の構成部分は同一符号を付して重複説明を省略する。

この第４の実施例では、切り替え電動弁３９ａを開、切り替え電動弁３９ｂを閉にしてデフロスト運転を行うと、ホットガス熱交換器１６で生成される二酸化炭素・ホットガスが負荷側冷却器(Ａ)１１に供給されて、該負荷側冷却器(Ａ)１１に付着した霜を除霜(デフロスト)することができる。反対に、切り替え電動弁３９ａを閉、切り替え電動弁３９ｂを開にしてデフロスト運転を行うと、ホットガス熱交換器１６で生成される二酸化炭素・ホットガスが負荷側冷却器(Ｂ)１１に供給されて、該負荷側冷却器(Ｂ)１１に付着した霜を除霜することができる。したがって、１個のホットガス熱交換器１６を用いて、同じ冷凍倉庫１内に配設している２台の負荷側冷却器(Ａ)１１と負荷側冷却器(Ｂ)１１を交互に除霜することができる。

次に、本発明の第５の実施例におけるデフロスト装置を適用した二酸化炭素循環・冷却システムについて、図５を参照して説明する。この第５の実施例における二酸化炭素循環・冷却システムは、図２に示した構成において、二酸化炭素・レシーバー１７内の二酸化炭素冷媒をホットガス熱交換器１６に送る二酸化炭素・昇圧ポンプ１９を無くし、該二酸化炭素・レシーバー１７内の二酸化炭素冷媒を負荷側冷却器(Ａ)１１及び負荷側冷却器(Ｂ)１１に送る二酸化炭素・ポンプ１８で兼ねるようにしたものであり、他の構成は図２と同一であるから、同一の構成部分は同一符号を付して重複説明を省略する。

この第５の実施例では、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は閉とした状態で二酸化炭素・ポンプ１８を運転すると、二酸化炭素・レシーバー１７内の二酸化炭素冷媒が負荷側冷却器(Ａ)１１及び／または負荷側冷却器(Ｂ)１１に送られ、冷却運転をすることができる。一方、二酸化炭素電動弁３１及び二酸化炭素電動弁２９を閉、二酸化炭素・電動弁２６を開とした状態で二酸化炭素・ポンプ１８を運転すると、二酸化炭素・レシーバー１７から負荷側冷却器(Ａ)１１及び／または負荷側冷却器(Ｂ)１１に送られていた二酸化炭素冷媒が止められ、かつ、該二酸化炭素冷媒がホットガス熱交換器１６に送られる。そして、該ホットガス熱交換器１６で生成された二酸化炭素・ホットガスが、負荷側冷却器(Ａ)１１または負荷側冷却器(Ｂ)１１に送られてデフロスト運転を行う。しがって、この第５の実施例の構造では、ポンプの個数を減らすことができる。

次に、本発明の第６の実施例におけるデフロスト装置を適用した二酸化炭素循環・冷却システムについて、図６を参照して説明する。この第６の実施例における二酸化炭素循環・冷却システムは、図３に示した構成において、負荷側冷却器１１を負荷側冷却器部１１ａと負荷側冷却器部１１ｂの二つに分割し、かつ、負荷側冷却器部１１ａ,１１ｂと二酸化炭素・電動弁２６の間に設けた切り替え電動弁３９ａ,３９ｂとを加えたものであり、他の基本構成は図１と同一であるから、同一の構成部分は同一符号を付して重複説明を省略する。

この第６の実施例では、切り替え電動弁３９ａを開、切り替え電動弁３９ｂを閉にしてデフロスト運転を行うと、ホットガス熱交換器１６で生成される二酸化炭素・ホットガスが負荷側冷却器部１１ａに供給されて、該負荷側冷却器部１１ａに付着した霜を除霜することができる。反対に、切り替え電動弁３９ａを閉、切り替え電動弁３９ｂを開にしてデフロスト運転を行うと、ホットガス熱交換器１６で生成される二酸化炭素・ホットガスが負荷側冷却器部１１ｂに供給されて、該負荷側冷却器部１１ｂに付着した霜を除霜することができる。したがって、同じ冷凍倉庫１内の負荷側冷却器１１の半分(負荷側冷却器部１１ａまたは負荷側冷却器部１１ｂ)は冷却運転、残りの半分(負荷側冷却器部１１ｂまたは負荷側冷却器部１１ａ)はデフロスト運転を同時に行わせることができる。

次に、本発明の第７の実施例におけるデフロスト装置を適用した二酸化炭素循環・冷却システムについて、図７を参照して説明する。この第７の実施例における二酸化炭素循環・冷却システムは、図５に示した構成において、複数個(実施例では４個)のホットガス熱交換器１６,１６,１６,１６を設けたものであり、他の基本構成は図５と同一であるから、同一の構成部分は同一符号を付して重複説明を省略する。

この第７の実施例の構成では、複数個のホットガス熱交換器１６,１６,１６,１６を順に切り替えながら使用する。斯様にすることにより、ホットガス熱交換器１６,１６,１６,１６での高い温度をほぼ一定に保つことができ、より安定した二酸化炭素・ホットガスを負荷側冷却器１１,１１側に供給することができる。尚、ホットガス熱交換器１６は複数台設置するものに限定せられるべきではなく、例えば、１台設置でのシステムも可能である。

次に、本発明の第８の実施例におけるデフロスト装置を適用した二酸化炭素循環・冷却システムについて、図８を参照して説明する。この第８の実施例における二酸化炭素循環・冷却システムは、図５に示した構成において、冷凍倉庫１の外側に配置される構成部品を二酸化炭素及びアンモニア循環冷却ユニット４３と、二酸化炭素・ホットガスキット４４とに分けて各々ユニット化したものであり、他の基本構成は図５と同一であるから、同一の構成部分は同一符号を付して重複説明を省略する。

前記アンモニア循環冷却ユニット４３は、前記カスケードコンデンサー１２と、前記二酸化炭素・レシーバー１７と、前記二酸化炭素・ポンプ１８と、前記アンモニア・レシーバー２０と、前記アンモニア冷媒・冷凍ユニット２３と、前記アンモニア・水冷コンデンサー２４と、前記アンモニア・電磁弁２５と、前記二酸化炭素・止弁３６と、二酸化炭素・止弁３７と、カップリング４５ａ及びカップリング４５ｂを備え、これらを１つのユニットとして形成している。

一方、前記二酸化炭素・ホットガスキット４４は、前記ホットガス熱交換器１６と、前記二酸化炭素・昇圧ポンプ１９と、前記二酸化炭素・電動弁２６と、前記二酸化炭素・圧力指示調節器２７と、前記二酸化炭素・圧力発信器２８と、前記二酸化炭素・電動弁３８と、該二酸化炭素・ホットガスキット４４全体の動作を制御するキット自動制御盤４７と、カップリング４６ａ及びカップリング４６ｂを備え、これらを１つのユニットとして形成している。

そして、二酸化炭素及びアンモニア循環冷却ユニット４３と二酸化炭素・ホットガスキット４４は、それぞれユニット化された状態で施工現場に運び込まれ、該施工現場で必要とする部分を各々連結させて一つのシステムに組み立てられる。この第８の実施例のように構成部品をユニット化すると、現場での施工が簡単になる。

次に、本発明の第９の実施例におけるデフロスト装置を適用した二酸化炭素循環・冷却システムについて、図９を参照して説明する。この第９の実施例における二酸化炭素循環・冷却システムは、図８に示した構成に、冷凍倉庫(Ｃ)１及び冷凍倉庫(Ｄ)１の２個の冷凍倉庫と、該冷凍倉庫(Ｃ)１及び該冷凍倉庫(Ｄ)１に接続された１個の二酸化炭素及びアンモニア循環冷却ユニット４３を追加し、該２個の二酸化炭素・ホットガスキット４４で前記２個の二酸化炭素及びアンモニア循環冷却ユニット４３,４３を制御するようにしたものであり、他の基本構成は図８と同一であるから、同一の構成部分は同一符号を付して重複説明を省略する。

この実施例の構造では、二酸化炭素・ホットガスキット４４を増やさずに、４個の冷凍倉庫(Ａ)１,(Ｂ)１,(Ｃ)１,(Ｄ)１における冷却及びデフロストを行うことができる。

次に、本発明の第１０の実施例におけるデフロスト装置を適用した二酸化炭素循環・冷却システムについて、図１０を参照して説明する。この第１０の実施例における二酸化炭素循環・冷却システムは、図２に示した構成において、前記ホットガス熱交換器１６を該ホットガス熱交換器１６と同じ熱交換機能を有するホットガス熱交換器としてのデフロスト蓄熱槽４７に交換したものであり、他の構成は図２と同一であるから、同一の構成部分は同一符号を付して重複説明を省略する。

前記デフロスト蓄熱槽４７は、内部に例えば水等の蓄熱剤４８が貯留されており、この蓄熱剤４８内に二酸化炭素ホットガス・熱交換器部４７ａとアンモニア加熱用・熱交換器部４７ｂが配設されている。

そして、該デフロスト蓄熱槽４７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がアンモニア加熱用・熱交換器部４７ｂを通るとき、蓄熱剤４８が熱を奪って温められ、かつ、該熱を二酸化炭素・昇圧ポンプ１９で二酸化炭素ホットガス・熱交換器部４７ａに送られて来る二酸化炭素冷媒に移し、該二酸化炭素冷媒を二酸化炭素ホットガスに相変化させ、該二酸化炭素ホットガスを負荷側冷却器１１に送り、該二酸化炭素ホットガスで負荷側冷却器１１のデフロストを行うようにしたものであり、余剰熱は蓄える。

この第１０の実施の形態では、デフロスト蓄熱槽４７において回収したアンモニア冷媒回路のアンモニア冷媒熱(排熱)を、デフロスト蓄熱槽４７で回収し、かつ、余剰熱を蓄えるので、排熱の有効利用が可能になる。また、このデフロスト蓄熱槽４７は、上記第１の実施例から第９の実施例において、ホットガス熱交換器１６に変えて使用してもよいものである。

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、除霜(デフロスト)に熱源として二酸化炭素・ホットガスを利用した二酸化炭素循環・冷却システムとしているので、冷凍倉庫に限らず、例えば冷凍ショーケース等にも応用できる。

１ 冷凍倉庫
１１ 負荷側冷却器
１１ａ 負荷側冷却器部
１１ｂ 負荷側冷却器部
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・流量調整弁
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
３９ａ 切り替え電動弁
３９ｂ 切り替え電動弁
４０ アンモニア・再蒸発熱交換器
４１ アンモニア・電磁弁
４２ａ アンモニア・吸入圧力調整弁
４２ｂ アンモニア・流量調整弁
４３ 二酸化炭素及びアンモニア循環冷却ユニット
４４ 二酸化炭素・ホットガスキット
４７ デフロスト蓄熱槽(ホットガス熱交換器)
４７ａ 二酸化炭素ホットガス・熱交換器部
４７ｂ アンモニア加熱用・熱交換器部
４８ 蓄熱剤

Claims (7)

1. 負荷側冷却器と、カスケードコンデンサーと、二酸化炭素を冷媒とし、かつ、該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を通って循環するアンモニア冷媒回路とを備え、前記カスケードコンデンサーにより前記二酸化炭素冷媒と前記アンモニア冷媒の熱交換を行い、該二酸化炭素冷媒を冷媒液に変え、かつ、前記アンモニア冷媒を気化させてなる二酸化炭素循環・冷却システムにおいて、
   油分離器から排出された前記アンモニア冷媒回路内の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気化させてホットガス化するホットガス熱交換器と、
   前記ホットガス熱交換器内に前記二酸化炭素冷媒を送り、かつ、該ホットガス熱交換器内で生成される前記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、
   を備え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. 上記二酸化炭素冷媒回路は、前記カスケードコンデンサーの熱交換により液化された前記二酸化炭素冷媒を貯える二酸化炭素・レシーバーを備え、上記デフロスト回路への上記二酸化炭素冷媒を該二酸化炭素・レシーバー内から上記ホットガス熱交換器内に供給し、上記負荷側冷却器内で除霜を終えた前記二酸化炭素冷媒を、前記負荷側冷却器内の冷却を終えた前記二酸化炭素冷媒と同じ前記二酸化炭素・レシーバー内に戻すようにした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。
3. 上記二酸炭素冷媒回路は、上記二酸化炭素・レシーバー内に貯えられている二酸化炭素冷媒を、上記負荷側冷却器と上記ホットガス熱交換器に単一のポンプを使用して送るようにしたことを特徴とする請求項２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。
4. 上記負側冷却器は上記二酸化炭素冷媒回路に複数台設置されているとともに、上記デフロスト回路は、前記複数台の負荷側冷却器に対して上記ホットガス熱交換器を接続切り替え可能に設けられていることを特徴とする請求項１,２または３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。
5. 上記負荷側冷却器は、内部が少なくとも２個の負荷側冷却器部に分割されているとともに、上記デフロスト回路は上記ホットガス熱交換器を前記負荷側冷却器部に対して接続切り替え可能に設けられていることを特徴とする請求項１,２,３または４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。
6. 負荷側冷却器と、カスケードコンデンサーと、二酸化炭素を冷媒とし、かつ、該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を通って循環するアンモニア冷媒回路とを備えてなる二酸化炭素循環・冷却システムにおいて、
   前記カスケードコンデンサーが設けられ、前記二酸化炭素冷媒回路内の二酸化炭素冷媒と前記アンモニア冷媒回路内のアンモニア冷媒との間での熱交換を行い、前記二酸化炭素冷媒を冷媒液に変え、かつ、前記アンモニア冷媒を気化させる冷熱交換ユニットと、
   デフロスト熱交換器から排出された前記アンモニア冷媒の発熱により前記二酸化炭素冷媒を気化させてホットガス化するホットガス熱交換器を有する二酸化炭素・ホットガスキットと、
   を備え、前記熱交換ユニットと前記二酸化炭素・ホットガスキットと前記負荷側冷却器が互いに接続可能に構成され、前記負荷側冷却器の除霜を行う際、前記二酸化炭素・ホットガスキット内で生成される前記ホットガスを前記負荷側冷却器内に供給して除霜する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。
7. 上記ホットガス熱交換器は、上記アンモニア冷媒に生じる熱を蓄える蓄熱機能を備えることを特徴とする請求項１,２,３,４,５または６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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