JP2016003840A - 冷凍システムおよびクーリングコイル - Google Patents

Abstract

【課題】蒸発器に低温の冷媒を送ることができ、効率のよい冷却を行うことのできる冷凍システムおよびクーリングコイルを提供することを目的とする。
【解決手段】冷凍機１０に蒸発器ユニットを接続して二酸化炭素冷媒を封入した冷凍サイクルを備え、クーリングコイル４１のドレンパン４６に過冷却配管４８を配置し、過冷却配管４８の一端を、冷凍機１０の高圧側に接続するとともに、過冷却配管４８の他端を、膨張弁５１を介して蒸発側熱交換器４３に接続した。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍システムおよびクーリングコイルに係り、特に、冷凍機の能力を高めることなく、蒸発器により効率よく冷却を行うことを可能とした冷凍システムおよびクーリングコイルに関する。

一般に、冷凍機ユニットにショーケースまたはクーリングコイルをなどの蒸発器を接続した冷却システムが知られている。この種の冷凍システムにおいては、蒸発器に着霜する場合があるので、蒸発器には、除霜手段と、この除霜手段によって流出あるいは剥離した霜をドレンとして回収し、排出するドレン回収排出手段とを設けるようにしていた。このドレン回収排出手段としては、蒸発器の下方に排出口を有するドレンパンなどが設けられたものである。

このドレンパンに回収されたドレンは、氷塊状態の場合やドレンパンの表面温度が氷点温度以下の場合、ドレンパンに凍結して排出させるのが困難になるので、ドレンパンには、凍結したドレンを解凍させるヒータなどの解凍手段が一般的に備えられている。

このような解凍手段を備えた冷凍システムとして、従来、例えば、冷凍機ユニットに蒸発器を接続した冷却システムにおいて、蒸発器に除霜用のホットガスを導く手段と、この除霜用のホットガスを蒸発器のドレンパンに導く手段とを備えるようにした技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−０２１２５４号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の技術においては、ドレンパンで凍結したドレンを解凍して回収するものであるが、冷凍機の蒸発器により、より低温に冷却する場合には、蒸発器に送られる冷媒の温度をより低くする必要があり、このように冷媒を冷却するためには、冷凍機の能力を高める必要があった。そのため、冷凍機の能力を高めることなく、蒸発器により効率よく冷却することが望まれていた。
本発明は、前記した事情に鑑みてなされたものであり、蒸発器に低温の冷媒を送ることができ、効率のよい冷却を行うことのできる冷凍システムおよびクーリングコイルを提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するため、本発明は、冷凍機に蒸発器ユニットを接続して二酸化炭素冷媒を封入した冷凍サイクルを備え、前記蒸発器のドレンパンに過冷却配管を配置し、前記過冷却配管の一端を、前記冷凍機の高圧側に接続するとともに、前記過冷却配管の他端を、膨張機構を介して前記蒸発器に接続したことを特徴とする。

また、本発明は、前記構成において、前記蒸発器は、冷凍室に設置されるクーリングコイルであることを特徴とする。

また、本発明は、前記構成において、前記冷凍機は、冷媒を２段階に圧縮する２段圧縮機を備えていることを特徴とする。

また、本発明は、冷凍室に設置されるクーリングコイルであって、本体の内部に、熱交換器と、前記熱交換器のドレンパンと、前記ドレンパン内に配置された過冷却配管とを備え、前記過冷却配管の一端が前記冷凍機の高圧側への接続部であり、前記過冷却配管の他端が、膨張機構を介して前記熱交換器に接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、蒸発器のドレンパンに過冷却配管を配置し、過冷却配管の一端を冷凍機の高圧側に接続するとともに、過冷却配管の他端を膨張機構を介して蒸発器に接続するようにしているので、冷凍機から送られる冷媒を、ドレンパンに配置された過冷却配管によりドレンを用いて過冷却し、この低温の冷媒を蒸発器に送ることができ、蒸発器において効率のよい冷却を行うことができる。しかも、冷凍機自体の能力を高める必要がないので、運転コストも抑えることができる。

本発明に係る冷凍システムの実施形態を示す冷凍サイクルの回路図である。 本発明の実施の形態におけるクーリングコイルを示す概略斜視図である。 本発明の実施の形態におけるクーリングコイルを示す縦断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る冷凍システムの実施形態を示す冷凍サイクルの回路図である。
冷凍システムは、冷媒を冷却する冷凍機１０と、冷凍機１０から送られる冷媒により冷却される蒸発器とを備えている。本実施形態においては、蒸発器として、例えば、冷凍室４０に設置され、冷凍室４０の内部を冷却するクーリングコイル４１を適用した場合の例について説明する。また、本実施形態においては、冷媒として二酸化炭素冷媒を用いている。

また、冷凍機１０は、２段で圧縮動作される圧縮機１１を備えている。圧縮機１１には、冷凍側熱交換器１２が冷媒配管１３を介して接続されており、冷凍側熱交換器１２は、ガスクーラ１４と、インタクーラ１５と、オイルクーラ１６と、送風ファン１７とから構成されている。

圧縮機１１には、１段目の圧縮機構における第１吸入口２０および第１吐出口２１が設けられており、２段目の圧縮機構における第２吸入口２２および第２吐出口２３が設けられている。圧縮機１１の第１吸入口２０は、クーリングコイル４１から送られる冷媒を吸入し、１段目の圧縮機構により、中間圧力に圧縮して第１吐出口２１から吐出するように構成されている。
また、圧縮機１１の第１吐出口２１は、冷媒配管１３を介してインタクーラ１５の入口側に接続されており、インタクーラ１５の出口側には、冷媒配管１３を介して圧縮機１１の第２吸入口２２に接続されている。

圧縮機１１の第２吐出口２３は、冷媒配管１３を介してオイルセパレータ２４に接続されており、オイルセパレータ２４は、冷媒配管１３を介してインタクーラ１５に接続されている。オイルセパレータ２４は、冷媒中のオイルを分離して貯留するものであり、オイルセパレータ２４は、油送り管２５を介してオイルクーラ１６の入口側に接続されており、オイルクーラ１６の出口側は、油戻り管２６を介して圧縮機１１に接続されている。

そして、圧縮機１１の第１吐出口２１から吐出された冷媒は、冷媒配管１３を介してインタクーラ１５に流入し、インタクーラ１５において、送風ファン１７を動作させることにより外気と熱交換して冷却され、圧縮機１１の第２吸入口２２に戻されるように構成されている。そして、圧縮機１１で２段目の圧縮機構により、必要な圧力に圧縮して第２吐出口２３から吐出され、それぞれ合流してオイルセパレータ２４を介してガスクーラ１４に送られるように構成されている。
オイルセパレータ２４は、冷媒中のオイルを分離して貯留される。オイルセパレータ２４のオイルは、油送り管２５を介してオイルクーラ１６に送られ、オイルクーラ１６において、送風ファン１７を動作させることにより外気と熱交換して冷却された後、油戻り管２６を介して、圧縮機１１に戻されるように構成されている。

ガスクーラ１４は、圧縮機１１から送られた冷媒を送風ファン１７を動作させることにより外気と熱交換させて冷却するものであるが、二酸化炭素冷媒は、凝縮しないので、超臨界状態で高圧の気体のまま送られるようになっている。

また、ガスクーラ１４には、冷媒配管１３を介してエコノマイザ３０が接続されている。エコノマイザ３０の出口側の冷媒配管１３には、この冷媒配管１３から分岐する分岐配管３１が設けられており、分岐配管３１は、分岐管用膨張弁３２を介してエコノマイザ３０に接続されている。冷媒配管１３と分岐配管３１とは、冷媒の流れる方向が対向流となるように配置されるものであり、冷媒配管１３を流れる冷媒と分岐配管３１を流れる冷媒とを効率よく熱交換させることができるように構成されている。

エコノマイザ３０の出口側の分岐配管３１は、インタクーラ１５の出口側に接続されている。そして、分岐管用膨張弁３２は、エコノマイザ３０の出口側の高圧冷媒を減圧させて中間圧力レベルまで膨張させるものであり、エコノマイザ３０により冷媒配管１３を流れる高圧冷媒と分岐配管３１を流れる減圧された冷媒とを熱交換させて高圧冷媒を冷却するように構成されている。熱交換後の減圧された冷媒は、インタクーラ１５の出口側の冷媒と合流して第２吸入口２２から圧縮機１１にそれぞれ送られ、圧縮機１１から吐出される冷媒の温度および中間圧力の最適化を図るようになっている。

また、エコノマイザ３０の出口側の冷媒配管１３には、この冷媒配管１３から分岐する第２分岐配管３３が設けられており、第２分岐配管３３には、冷媒量調整タンク３４が接続されている。冷媒量調整タンク３４には、冷媒戻り配管３５を介して、インタクーラ１５の出口側および分岐配管３１の中途部に接続されている。そして、本実施形態においては、冷媒量調整タンク３４により、蒸発器の負荷に応じて冷媒量を調整するように構成されている。

図２および図３に示すように、クーリングコイル４１は、内部が空洞とされた箱型の本体４２を備えており、本体４２の一側面の内側には、蒸発側熱交換器４３が本体４２の一面を覆うように設置されている。本体４２の蒸発側熱交換器４３と反対側の面には、円形状を有する２つのファン用開口４４，４４が形成されており、これら各ファン用開口４４には、送風ファン４５が設けられている。また、本体４２の内部底面には、蒸発側熱交換器４３に着霜した霜をドレンとして回収するためのドレンパン４６が設けられており、本体４２の底面には、ドレンパン４６に溜まったドレンを排出するためのドレン排水管４７が設けられている。

さらに、本実施形態においては、ドレンパン４６には、過冷却配管４８が配置されており、過冷却配管４８は、ドレンパン４６の底面の長手方向に沿って延びる配管４９を複数配列するとともに、その配管４９の両端部をＵ字配管５０で接続することで、配管４９を底面に沿って往復するように配置し、これにより、過冷却配管４８を密に敷き詰めるように構成されている。
また、過冷却配管４８の一端は、冷媒配管１３を介して冷凍機１０の高圧側すなわちエコノマイザ３０の出口側に接続されている。過冷却配管４８の他端は、膨張機構としての膨張弁５１を介して蒸発側熱交換器４３に接続されている。なお、膨張機構としては、キャピラリチューブなど他の膨張機構を用いるようにしてもよい。

次に、本実施形態の作用について説明する。
まず、圧縮機１１を動作させることにより、圧縮機１１の第１吸入口２０から冷蔵用冷却器から送られる冷媒を吸入し、この冷媒は、１段目の圧縮機構により、中間圧力に圧縮されて第１吐出口２１から吐出される。
また、圧縮機１１の第１吐出口２１から吐出された冷媒は、冷媒配管１３を介してインタクーラ１５に流入し、このインタクーラ１５で送風ファン１７により外気と熱交換して冷却され、圧縮機１１の第２吸入口２２に戻される。

インタクーラ１５から戻された冷媒は、圧縮機１１で２段目の圧縮機構により必要な圧力に圧縮して第２吐出口２３から吐出され、オイルセパレータ２４を介してガスクーラ１４に送られる。圧縮機１１から送られた冷媒は、ガスクーラ１４で送風ファン１７により外気と熱交換させて冷却して高圧冷媒としてエコノマイザ３０に送られる。
この冷媒は、エコノマイザ３０で冷媒配管１３から分岐して分岐管用膨張弁３２を介して減圧された冷媒と熱交換して冷却され、クーリングコイル４１に送られる。

クーリングコイル４１に送られた冷媒は、過冷却配管４８によりドレンパン４６に貯留するドレンと熱交換して過冷却されて、膨張弁５１により所定の圧力に減圧され、蒸発側熱交換器４３に送られる。そして、蒸発側熱交換器４３により冷媒が冷凍室４０の内部空気と熱交換して冷凍室４０の内部を冷却するようになっている。その後、蒸発側熱交換器４３から流出した冷媒は、圧縮機１１に戻される。

この場合に、本実施形態においては、過冷却配管４８をドレンパン４６に設置するようにしているので、ドレンパン４６に貯留されたドレンと冷媒とを熱交換させることができ、冷凍機１０から送られる冷媒をさらに低温に冷却することが可能となる。これにより、冷却の効率を高めることができるものである。
また、ドレンパン４６にドレンが貯留されていない場合には、冷凍室４０の空気と熱交換することになるが、この場合でも、冷媒の過冷却の効果を得ることができる。

以上説明したように、本発明を適用した実施の形態によれば、冷凍機１０から送られる冷媒を、ドレンパン４６に配置された過冷却配管４８によりドレンを用いて過冷却し、この低温の冷媒を蒸発側熱交換器４３に送るようにしているので、蒸発側熱交換器４３において効率のよい冷却を行うことができる。しかも、冷凍機１０自体の能力を高める必要がないので、運転コストも抑えることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々変更が可能である。

１０ 冷凍機
１１ 圧縮機
１２ 冷凍側熱交換器
１３ 冷媒配管
１４ ガスクーラ
１５ インタクーラ
１６ オイルクーラ
１７ 送風ファン
２０ 第１吸入口
２１ 第１吐出口
２２ 第２吸入口
２３ 第２吐出口
２４ オイルセパレータ
３０ エコノマイザ
３１ 分岐配管
３２ 分岐管用膨張弁
３３ 第２分岐配管
３４ 冷媒量調整タンク
３５ 冷媒戻り配管
４０ 冷凍室
４１ クーリングコイル
４２ 本体
４３ 蒸発側熱交換器
４４ ファン用開口
４５ 送風ファン
４６ ドレンパン
４７ ドレン排水管
４８ 過冷却配管
５１ 膨張弁

Claims (4)

1. 冷凍機に蒸発器ユニットを接続して二酸化炭素冷媒を封入した冷凍サイクルを備え、前記蒸発器のドレンパンに過冷却配管を配置し、前記過冷却配管の一端を、前記冷凍機の高圧側に接続するとともに、前記過冷却配管の他端を、膨張機構を介して前記蒸発器に接続したことを特徴とする冷凍システム。
2. 前記蒸発器は、冷凍室に設置されるクーリングコイルであることを特徴とする請求項１に記載の冷凍システム。
3. 前記冷凍機は、冷媒を２段階に圧縮する２段圧縮機を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷凍システム。
4. 冷凍室に設置されるクーリングコイルであって、
   本体の内部に、熱交換器と、前記熱交換器のドレンパンと、前記ドレンパン内に配置された過冷却配管とを備え、前記過冷却配管の一端が冷凍機の高圧側への接続部であり、前記過冷却配管の他端が、膨張機構を介して前記熱交換器に接続されていることを特徴とするクーリングコイル。

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