JP2016142483A - 空気冷却器 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却運転およびデフロスト運転の多様な運転モードに対して対応可能としつつ、冷却用冷媒の種類、温度圧力条件に影響を及ぼすことなしに、任意の熱源を利用して効率的にデフロスト可能な空気冷却器を提供する。【解決手段】互いに対向配置された、冷却用空気流入開口と冷却用空気流出開口とを設け、内部に冷却用空気流入開口から冷却用空気流出開口に向かう通風流路を設けたケーシングと、該ケーシング内において、該通風流路に沿う空気流れに交差するように配置され、内部に空気冷却用冷媒が流れる冷却用伝熱管と、該ケーシング内において、該冷却用伝熱管と独立に設けられた、内部にデフロスト用熱媒が流れるデフロスト用伝熱管１２６を有する。該デフロスト用伝熱管は、前記ケーシング内において、前記冷却用伝熱管を外部加熱式にデフロスト可能なように配置される。【選択図】図３

Description

本発明は、空気冷却器に関し、より詳細には、冷却運転およびデフロスト運転の多様な運転モードに対して対応可能としつつ、冷却用冷媒の種類、温度圧力条件に影響を及ぼすことなしに、任意の熱源を利用して効率的にデフロスト可能な空気冷却器に関する。

昨今、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。

このような冷却システムにおいて、冷却した負荷冷却器のデフロスト（除霜）を行うのに、省エネルギー化の観点から、冷却運転中の排熱を利用して、デフロストを行う冷凍装置あるいは空気調和機が、たとえば、特許文献１および特許文献２に開示されている。

特許文献１の冷凍装置は、カスケードコンデンサー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、二酸化炭素冷媒を冷媒液に変えるとともに、アンモニア冷媒を気化させてなる二酸化炭素循環・冷却システムであり、カスケードコンデンサーから排出された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、ホットガス熱交換器内に二酸化炭素冷媒を送り、かつ、ホットガス熱交換器内で生成されるホットガスを負荷側冷却器内に供給して除霜するデフロスト回路を備えている。
このようなデフロスト回路によれば、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二酸化炭素冷媒を気化させてホットガスにし、ホットガスを負荷側冷却器に供給して負荷側冷却器に付着した霜を取り除くことが可能である。

特許文献２の空気調和機は、圧縮機と第１の四方切換弁との間に第２の四方切換弁を介してケミカル蓄熱装置を設け、暖房運転時にケミカル蓄熱装置を用いて圧縮機の吐出ガス冷媒より吸熱し、蓄熱を行ない、デフロスト運転時には蓄熱した熱で室内熱交換器の入口側で冷媒を加熱するようにしたものである。
このような空気調和機によれば、デフロスト運転時に室内側熱交換器の入口側において低温低圧の液冷媒がケミカル蓄熱装置に蓄熱された熱によって加熱され高温低圧のガス冷媒となって室内側熱交換器に導かれ室内側送風機によって送風される室内空気と熱交換され、室内側に暖気が送風され、一方高温低圧のガス冷媒は室内側熱交換器における放熱により低温となり圧縮機へ戻る。
よって、このようなデフロスト技術によれば、冷却運転中の排熱をいったん蓄熱し、その熱を利用して、デフロストすることが可能である。

しかしながら、このような従来のデフロスト技術には、冷却用冷媒とデフロスト用熱媒とを共用化していることに起因して、以下のような技術的問題点が存する。
第１に、冷却回路および冷却用冷媒に対して、悪影響を及ぼす点である。より詳細には、ホットガス方式は、直膨冷凍システムであれば高温高圧の圧縮機吐出ガスを用い、特許文献１のようなアンモニア・二酸化炭素冷凍システムであれば二次冷媒である二酸化炭素を何らかの熱源で加熱して用いることになるが、熱源で用いる熱媒が限定されることから、圧力が高い熱媒ではホットガス温度を所望に上げるのが困難となり、その結果、デフロスト時間が長くなったり、ホットガス温度を上げる必要がある場合には、熱媒系統の設計圧力を通常の冷却運転で想定される圧力よりも高く設定しなければならず、冷却性能の劣化またはイニシャルコストの増大を引き起こす可能がある。特に、特許文献１のようなアンモニア・二酸化炭素冷凍システムにおいては、二酸化炭素の圧力が高いことから、このような問題点が顕著となる。
第２に、冷却運転およびデフロスト運転の多様な運転モードに対して、対応が困難となる点である。
より詳細には、冷却用冷媒の種類に係らず、ホットガスによるデフロストに適した熱媒を用いるのが要望されるところ、冷却用冷媒をそのまま用いることになる。
その際、単一の冷却回路に対して、複数の空気冷却器を並列接続する場合があり、複数の空気冷却器のいずれかを冷却運転しつつ、残りの空気冷却器のいずれかをデフロスト運転する際、冷却用冷媒とデフロスト用熱媒とを共用化していると、デフロスト運転系統と冷却運転系統とを仕切るにあたって、各系統の冷熱媒量を適切に調整するのが煩雑であり、デフロスト運転に必要なデフロスト用熱媒量の確保が困難となったり、デフロスト用熱媒量不足により、デフロスト時間が長くなったりすることがある。
第３に、空気冷却器のデフロストが非効率となる点である。より詳細には、冷却用冷媒とデフロスト用熱媒とを共用化していることから、空気冷却器において、冷却用伝熱管（冷却コイル）を利用して、別途デフロスト用伝熱管を設けることなしに、冷却用伝熱管内にデフロスト用熱媒を流すことが可能となるが、冷却用伝熱管には、通常、そのまわりにプレート状フィンが設けられ、冷却運転の際、空気冷却器の内面、プレート状フィンの表面および冷却用伝熱管の外周面に着霜することから、冷却用伝熱管の内部から内部加熱形態でデフロストする場合には、いったん、空気冷却器の内面、プレート状フィンの表面および冷却用伝熱管の外周面からデフロストすることにより生じ、空気冷却器の加熱された外周面から離れる液はドレンパンに受液される途中で、氷柱状に再凍結する可能性があり、それにより、通風流路の流路面積が狭められ、空気の冷却特性が劣化することがある。
特開２０１０−１８１０９３号 特開平０５−７９７３１号

以上の技術的問題点に鑑み、本発明の目的は、冷却運転およびデフロスト運転の多様な運転モードに対して対応可能としつつ、冷却用冷媒の種類、温度圧力条件に影響を及ぼすことなしに、任意の熱源を利用して効率的にデフロスト可能な空気冷却器を提供することにある。

上記課題を達成するために、本発明の空気冷却器は、
互いに対向配置された、冷却用空気流入開口と冷却用空気流出開口とを設け、内部に冷却用空気流入開口から冷却用空気流出開口に向かう通風流路を設けたケーシングと、
該ケーシング内において、該通風流路に沿う空気流れに交差するように配置され、内部に空気冷却用冷媒が流れる冷却用伝熱管と、
該ケーシング内において、該冷却用伝熱管と独立に設けられた、内部にデフロスト用熱媒が流れるデフロスト用伝熱管とを有し、
該冷却用伝熱管において、一端開口および他端開口端がそれぞれ、前記ケーシングに設けられた、空気冷却用冷媒流入開口および空気冷却用冷媒流出開口に接続され、
該デフロスト用伝熱管において、一端開口および他端開口端がそれぞれ、前記ケーシングの側面に設けられた、デフロスト用熱媒流入開口およびデフロスト用熱媒流出開口に接続され、該デフロスト用伝熱管は、前記ケーシング内において、前記冷却用伝熱管を外部加熱式にデフロスト可能なように配置される、構成としている。

また、前記ケーシングの下方に配置され、デフロスト時に発生する液を受けるためのドレンパンと、
前記デフロスト用熱媒流入開口に接続されるデフロスト用外部配管に対して、デフロスト用熱媒流入開口の上流側で分岐する分岐管とが設けられ、該分岐管に接続され、前記ドレンパンに対して加熱するように、下り勾配にルーティングされるデフロスト用伝熱管が付設されるのがよい。
さらに、前記ケーシングの対向側面には、多数の貫通孔が設けられ、
該デフロスト用伝熱管は、前記ケーシング内で該対向側面間を延びるデフロスト用直管部と、前記ケーシング外で、前記貫通孔を介して前記デフロスト用直管部同士を接続するデフロスト用U字管部とを有し、
該冷却用伝熱管は、前記ケーシング内で該対向側面間を延びる冷却用直管部と、前記ケーシング外で、前記貫通孔を介して前記冷却用直管部同士を接続する冷却用U字管部とを有するのがよい。
さらにまた、前記ケーシング内には、前記冷却用伝熱管用のプレート状フィンがさらに設けられ、
該プレート状フィンには、多数の貫通孔が設けられ、
前記冷却用伝熱管の前記直管部それぞれ、および前記デフロスト用伝熱管の前記直管部それぞれは、前記貫通孔を貫通する態様で該プレート状フィンに固定され、
それにより、前記デフロスト用伝熱管から前記プレート状フィンおよび前記冷却用伝熱管を熱放射または熱伝導形態でデフロストするのがよい。

加えて、前記プレート状フィンは、それぞれ前記通風流路に沿うように、互いに平行に複数設けられ、
前記ケーシング内において、前記デフロスト用直管部と前記冷却用直管部とは、非接触態様で、互いに平行に設けられるのがよい。
また、前記ケーシング内部に加熱コイルが配線されるデフロスト用電気加熱器が設けられ、前記ケーシングの対向側面には、該加熱コイルが貫通する貫通孔が設けられる場合において、加熱コイルが貫通する貫通孔を利用して、デフロスト用電気加熱器の代わりに、前記デフロスト用伝熱管を設けるのがよい。
さらにまた、前記デフロスト用伝熱管は、前記ケーシング内において、前記冷却用伝熱管および前記プレート状フィンからデフロストすることにより生じる液が再凍結するのを防止可能なように、前記冷却用伝熱管に対して所定間隔に配置されるのがよい。

本発明に係る冷凍装置の実施形態を図面を参照しながら、以下に詳細に説明する。

図１に示すように、冷凍装置１０は、負荷冷却器１２、圧縮機１４、蓄熱器１６、コンデンサー１８、レシーバ１７、膨張弁１５１をこの順に冷媒配管により順次接続して、内部に冷却用冷媒が流れる冷却回路７０を構成するとともに、負荷冷却器１２と蓄熱器１６との間を循環する、冷却回路７０とは独立のデフロスト回路７２が設けられ、デフロスト回路７２は、内部にデフロスト用熱媒が流れ、蓄熱器１６内において、蓄熱剤から吸熱する吸熱部７４と、負荷冷却器１２内において、放熱するデフロスト部７６とを有する。
一方、冷却回路７０は、蓄熱器１６内において、蓄熱剤に放熱する放熱部７８と、負荷冷却器１２内において、負荷流体を冷却する冷却部８０とを有する。
それにより、冷却回路７０を通じて、冷却部８０により負荷流体を冷却するとともに、放熱部７８を介して蓄熱剤に放熱する一方、デフロスト回路７２を通じて、吸熱部７４により蓄熱剤から吸熱することにより、デフロスト部７６を介して負荷冷却器１２をデフロストするように構成されている。
デフロスト回路７２について、蓄熱器１６が負荷冷却器１２より下方レベルに設置され、蓄熱器１６から負荷冷却器１２に向かって、放熱部７８により加熱されたデフロスト用熱媒が流れるデフロスト用往路８２と、負荷冷却器１２から蓄熱器１６に向かって、デフロスト部７６により冷却されたデフロスト用熱媒が流れるデフロスト用復路８４とが設けられる。デフロスト用復路８４には、逆止弁１４０が設けられ、後に説明するように、一部の負荷冷却器１２が冷却運転して、並列接続されている他の負荷冷却器１２がデフロスト運転している場合において、デフロスト用熱媒が、冷却運転中の負荷冷却器１２内に流入するのを防止するようにしている。
一方、冷却回路７０について、水冷式コンデンシングユニット８１と負荷冷却器１２とを接続する冷却用往路１５５Ａ，Ｂと、負荷冷却器１２と水冷式コンデンシングユニット８１とを接続する冷却用復路１５３Ａ，Ｂと、水冷式コンデンシングユニット８１と蓄熱器１６とを接続する蓄熱用往路１４７Ａと、蓄熱器１６と水冷式コンデンシングユニット８１とを接続する蓄熱用復路１４７Ｂとを有する。
それにより、蓄熱器１６において負荷冷却器１２の冷却運転中に蓄熱した熱を利用することにより、蓄熱器１６から負荷冷却器１２へ、デフロスト用熱媒ガスを送る一方、負荷冷却器１２から蓄熱器１６へ、負荷冷却器１２をデフロストした結果生じるデフロスト用熱媒液を戻す、ループ型サーモサイフォンを構成するようにしている。
蓄熱器１６の負荷冷却器１２（より正確には、後に説明する受液器２０内のデフロスト用熱媒液の液面）に対する相対的な設置レベル差Ｈは、ループ型サーモサイフォンを構成する観点から、適宜定めればよい。蓄熱器１６の蓄熱材は、潜熱製蓄熱材でもよく、顕熱製蓄熱材でもよい。たとえば、潜熱製蓄熱材としては、パラフィン系があり、 顕熱製蓄熱材としては、水がある。
水冷式コンデンシングユニット８１には、冷却水戻し管１４５Ａと冷却水供給管１４５Ｂとが設けられ、コンデンサー１８による冷媒の凝縮に利用される。

負荷冷却器１２は、複数（図１において、４基）設けられ、冷却回路７０に対して、入り口側冷媒分岐管８６および出口側冷媒管８８を介して並列接続されるとともに、デフロスト回路７２に対して、入り口側熱媒分岐管９０および出口側熱媒分岐管９２を介して並列接続される。
図１に示すように、４基の負荷冷却器１２のうち、負荷冷却器１２Ａおよび１２Ｂは、例えば、建物の２階、負荷冷却器１２Ｃおよび１２Ｄは、たとえば、建物の１階に設置され、負荷冷却器１２Ａおよび１２Ｂが負荷冷却器１２Ｃおよび１２Ｄよりも上方レベルに設置され、負荷冷却器１２Ａおよび１２Ｂとは、同じレベル、負荷冷却器１２Ｃおよび１２Ｄとは、同じレベルに設置されている。
各熱媒配管（デフロスト用往路８２とデフロスト用復路８４）には、以下に説明するように、通常運転モードとデフロスト運転モードとの切替の観点から、切替弁が設けられている。
より詳細には、デフロスト用往路８２には、負荷冷却器１２ＡおよびＢへのデフロスト用熱媒と負荷冷却器１２ＣおよびＤへのデフロスト用熱媒とを切り替えるために、切替弁９４Ａおよび９４Ｂが設けられ、負荷冷却器１２Ａへのデフロスト用熱媒と負荷冷却器１２Ｂへのデフロスト用熱媒とを切り替えるために、切替弁９４Ｃおよび９４Ｄが設けられ、負荷冷却器１２Ｃへのデフロスト用熱媒と負荷冷却器１２Ｄへのデフロスト用熱媒とを切り替えるために、切替弁９４Ｅおよび９４Ｆが設けられ、デフロスト用復路８４には、蓄熱器１６の上流側に切替弁９４Ｇが設けられる。
デフロスト用復路８４の負荷冷却器１２Ａおよび１２Ｂと負荷冷却器１２Ｃおよび１２Ｄとの間のレベルには、液位計１４９が付設された受液器２０が設けられ、後に説明するように、負荷冷却器１２のデフロスト運転の際、デフロスト用熱媒は、熱媒ガスとして負荷冷却器１２を加熱して、熱媒液となるところ、熱媒液のデフロスト用往路８２およびデフロスト用復路８４それぞれでの液位は、蓄熱器１６および／または負荷冷却器１２の状態に応じて、変動し得ることから、このような液位の変動によりデフロスト運転の安定性が阻害されないように、受液器２０を設けている。なお、受液器２０のレベルは、蓄熱器１６とのレベル差を確保して、後に説明するように、ループ型サーモサイフォンによる自然循環を達成する観点から、負荷冷却器１２Ａおよび１２Ｂより下方だが、負荷冷却器１２Ａおよび１２Ｂのレベルになるべく近いのがよい。

負荷冷却器１２は、たとえば、冷凍庫、冷蔵倉庫、出荷室等の庫内を冷却するのに、庫内に設置される。
図２に示すように、負荷冷却器１２の各々は、たとえば、吊り金具１１７を介して庫内天井に吊りボルト・ナットで固定されるユニットクーラーであり、互いに対向配置された冷却用空気流入開口と冷却用空気流出開口とを設け、内部に冷却用空気流入開口から冷却用空気流出開口に向かう通風流路１００を設けたケーシング１０２を有する。ケーシング１０２の対向する一対の側面には、送風機１０１が設けられる。番号１０３は、送風機１０１の端子が配線されるターミナルボックスである。
ケーシング１０２内には、通風流路１００に沿う空気流れに交差するように配置され、内部に空気冷却用冷媒が流れる冷却用伝熱管１０４と、ケーシング１０２内において、冷却用伝熱管１０４と独立に設けられた、内部にデフロスト用熱媒が流れるデフロスト用伝熱管１０６とが非接触態様で、互いに平行に設けられ、冷却用伝熱管１０４およびデフロスト用伝熱管１０６それぞれは、後に説明するように、ケーシング１０２の対向する仕切板１２０それぞれの外に配置されるＵ字管部と、対向する仕切板１２０間を延びる直管部とが接続されることにより構成される。
冷却用伝熱管１０４において、冷却用往路１５５に対して、膨張弁１５１の下流側で、分流器１４１および分流器１４１から分流する入口側冷媒分岐管８６を介して接続され、一方、冷却用復路１５３に対して、出口側冷媒管８８を介して接続される。
デフロスト用伝熱管１０６において、デフロスト用往路８２に対して、切替弁９４の下流側で、入り口側熱媒分岐管９０を介して接続され、一方、デフロスト復路８４に対して、出口側熱媒分岐管９２を介して接続される。

図３に示すように、ケーシング１０２の対向する仕切板１２０それぞれには、多数の貫通孔１２３が設けられ、デフロスト用伝熱管１０６は、ケーシング１０２内で対向する仕切板１２０間を延びるデフロスト用直管部１２４と、ケーシング１０２外で、貫通孔１２３を介してデフロスト用直管部１２４同士を接続するデフロスト用U字管部１２６とを有する。
冷却用伝熱管１０４は、ケーシング１０２内で対向する仕切板１２０間を延びる冷却用直管部１２８と、ケーシング１０２外で、貫通孔１２２を介して冷却用直管部１２８同士を接続する冷却用U字管部１３０とを有する。
より詳細には、図３に示すように、デフロスト用配管内の熱媒は、入口ヘッダー１０７に集められ、そこから分岐管により分岐し（図では４分岐）、各分岐管において、対向する仕切板１２０の一方の仕切板に設けられるデフロスト用Ｕ字ベンド管１２６、対向する仕切り板１２０間を延びるデフロスト用直管部１２４、および対向する仕切り板１１３の他方の仕切り板に設けられるデフロスト用Ｕ字ベンド管１２６により構成され、各仕切板１２０に設けられる、上下方向および水平方向それぞれに整列配置する貫通孔について、上下方向に飛び飛びに接続する（図面上では２つ飛び）ようにデフロスト用Ｕ字ベンド管１２６が設けられ、各分岐管は、出口ヘッダー１０９に集められ、そこから配管８４に接続される。
一方、冷却用配管内の冷媒は、分流器１４１に集められ、そこから入口側冷媒分岐管８６により分岐し（図では６分岐）、各分岐管において、対向する仕切板１２０の一方の仕切板に設けられる冷却用Ｕ字ベンド管１３０、対向する仕切板１２０間を延びる冷却用直管部１２８、および対向する仕切板１２０の他方の仕切板に設けられる冷却用Ｕ字ベンド管１３０により構成され、各仕切板１２０に設けられる、上下方向および水平方向それぞれに整列配置する貫通孔について、場合により飛び飛びに接続するように冷却用Ｕ字ベンド管１３０が設けられ、各分岐管は、出口ヘッダー１０５に集められ、そこから冷却用復路１５３に接続される。

ケーシング１０２内には、冷却用伝熱管１０４用のプレート状フィン１３２がさらに設けられ、プレート状フィン１３２にはそれぞれ、仕切り板１１３と同じ位置に多数の貫通孔１２２および１２３が設けられる。プレート状フィン１３２は、それぞれ通風流路１００に対して沿うように、互いに平行に複数設けられる。
この場合、冷却用伝熱管１０４の伝熱面積拡大機能を奏するプレート状フィン１３２を、冷却用伝熱管１０４とともにデフロスト用伝熱管１０６の支持に利用している。
冷却用伝熱管１０４の直管部それぞれ、およびデフロスト用伝熱管１０６の直管部それぞれは、貫通孔１２２、１２３を貫通する態様でプレート状フィン１３２に固定され、それにより、デフロスト用伝熱管１０６からプレート状フィン１３２および冷却用伝熱管１０４を熱放射または熱伝導形態でデフロストするように構成されている。

冷却用冷媒温度は、たとえば、-１０℃であり、それにより、空気は常温から-５℃まで冷却され、一方、デフロスト用熱媒温度は、２０℃であり、それにより、空気冷却器内に着霜した霜をデフロストする（後に説明する）ようにしている。

図３に示すように、ケーシング１０２の下方に配置され、デフロスト時に発生する液を受けるためのドレンパン１３４と、デフロスト用伝熱管１０６に接続されるデフロスト用往路８２に対して、デフロスト用伝熱管１０６の上流側で分岐する分岐管１３６とが設けられ、分岐管１３６に接続され、ドレンパン１３４の底面１３７に接触式に這うように、下り勾配にルーティングされるデフロスト用伝熱管１３５が付設され、デフロスト用伝熱管１３５を通じて、ドレンパン１３４の底面１３７全体に亘って、熱伝導形態で加熱され、デフロスト可能に構成されている。デフロスト用伝熱管１３５は、デフロスト用復路８４に対して、出口ヘッダー１０９の下流で接続される。
デフロスト用伝熱管１０６および冷却用冷媒配管１０４の材質はともに、熱伝達性およびコストの観点から、銅管が好ましく、場合により、アルミ管あるいはステンレス管でもよく、プレート状フィン１３２の材質は、熱伝達性優先のために、アルミ製が好ましく、場合により、銅製、ステンレス製でもよく、ケーシングは、たとえば、亜鉛メッキ鋼板、ドレンパンは、ＳＵＳである。
以上の構成により、冷却運転およびデフロスト運転の多様な運転モードに対して対応可能としつつ、冷却用冷媒の種類、温度圧力条件に影響を及ぼすことなしに、任意の熱源を利用して効率的にデフロスト可能であり、デフロスト用熱媒として、Ｒ１３４やＨＦ０１２４、あるいはホットガスでなく、温水や温水ブラインも可能である。

変形例として、ケーシング１０２内部に加熱コイルが配線されるデフロスト用電気加熱器が設けられ、ケーシング１０２の対向する仕切板１２０には、加熱コイルが貫通する貫通孔（図示せず）が設けられていた空気冷却器を基に、それを改造する場合において、加熱コイルが貫通する貫通孔を利用して、デフロスト用電気加熱器の代わりに、デフロスト用伝熱管１０６を設けるのでもよい。
これにより、デフロスト用伝熱管を別途設けることに伴い、空気冷却器の大型化を回避することが可能となる。

以上の構成を有する冷凍装置１０について、図４ないし図８を参照しながら、その作用を、冷凍装置１０の運転方法の説明を通じて、以下に説明する。
冷凍装置１０の運転方法について、運転モードとして、通常冷却運転モード（蓄熱段階）（図４）およびデフロスト運転モード（図６）に分かれる。
負荷冷却器１２ＡないしＤすべてについて、通常冷却運転モード（蓄熱段階）を行い、その後に、下方レベルに位置する負荷冷却器１２ＣおよびＤについてデフロスト運転モードを行う場合について、説明する。

まず、図４に示すように、通常冷却運転モード（蓄熱段階）においては、図５において、切替弁９４Ａないし９４Ｇのうち、切替弁９４Ａ、９４Ｂおよび９４Ｇを閉じて、それ以外は、開いた状態で、圧縮機１４を運転する。
冷媒は、負荷冷却器１２から冷却用復路１５３Ａを介して圧縮機１４に流入し、ここで圧縮され、さらに圧縮機１４から蓄熱用往路１４７Ａを介して蓄熱器１６に流入し、ここで冷媒は放熱し、蓄熱器１６に蓄熱され、さらに蓄熱器１６から蓄熱用復路１４７Ｂを介してコンデンサー１８に流入し、ここで凝縮あるいは過冷却され、さらにコンデンサー１８から冷却用往路１５５Ａを介して膨張弁１５１に流入し、ここで膨張弁１５１の開度を調整することにより、冷媒の過熱度を調整し、さらに膨張弁１５１から分流器１４１を介して負荷冷却器１２に戻り、冷却回路を構成するようにしている。

以上のように、冷媒は、図４の矢印で示すように流れ、負荷冷却器１２から圧縮機１４を介して蓄熱器１６までの間でガス状態、特に、負荷冷却器１２と圧縮機１４との間は、低圧のガス状態、一方圧縮機１４と蓄熱器１６と間は高圧のガス状態、一方、蓄熱器１６から膨張弁１５１を介して負荷冷却器１２までの間で液または湿り蒸気状態である。

次いで、図６に示すように、デフロスト運転モードにおいては、圧縮機１４を停止するとともに、図５において、切替弁９４Ａないし９４Ｇのうち、切替弁９４Ａのみを閉じる。
より詳細には、蓄熱器１６の蓄熱により蒸発（吸熱）した冷媒ガスは、デフロスト用往路８２から負荷冷却器１２ＣおよびＤに流れ、ここで冷媒ガスは、凝縮（放熱）することにより、負荷冷却器１２ＣおよびＤのデフロストを行い、負荷冷却器１２ＣおよびＤに付着した霜取りが行われ、冷媒液は、デフロスト用復路８４を経て蓄熱器１６に戻り、この自然循環を繰り返すことにより、ループ型サーモサイフォンを構成して、負荷冷却器１２ＣおよびＤについて除霜を行う。
より詳細には、図７に示すように、デフロスト用伝熱管１０６の内部を流れる熱媒により、デフロスト用伝熱管１０６を介して熱伝導形態により、プレート状フィン１３２、さらにはプレート状フィン１３２を介して、冷却用冷媒配管１０４に熱伝達されるとともに、デフロスト用伝熱管１０６を介して熱放射形態により、プレート状フィン１３２、および冷却用伝熱管１０４の外周面１６０に熱伝達される。

後者の熱放射形態の場合、デフロスト用伝熱管１０６は、冷却用伝熱管１０４に比べ、内部に冷却用冷媒が流れず配管の外周面に着霜しにくいことから、熱伝導形態によりプレート状フィン１３２、および冷却用伝熱管１０４から除霜された液が、プレート状フィン１３２、および冷却用伝熱管１０４の外周面１６０から離れることにより、再冷却されて、再凍結するのを有効に防止することが可能である。
より詳細には、従来のように、冷却用伝熱管１０４を冷却用とともにデフロスト用に共用化して内部にデフロスト用熱媒を流すことにより、デフロストする場合には、冷却用冷媒が内部に流れることにより冷却用伝熱管１０４の外周面１６０には着霜していることから、外周面１６０に着霜している霜を融解しない限り、冷却用伝熱管１０４の外周面１６０から外方に熱放射形態で有効に熱伝達しにくく、熱伝導形態により除霜された液が、プレート状フィン１３２、および冷却用伝熱管１０４の外周面１０６から離れることにより、再冷却されて、氷柱状に再凍結するのを防止するのが困難となる。それにより、隣接するプレート状フィン１３２間が冷却対象である空気の通風流路１００を構成するところ、通風流路１００の流路面積が狭められ、冷却能力の劣化が引き起こされる。

この点、今回のように、空気冷却器において、冷却用伝熱管１０４とは別途デフロスト用伝熱管１０６を設け、冷却用伝熱管１０４の外周面１０５とデフロスト用伝熱管１０６の外周面１６２とを所定間隔Ｄ１に設定することにより、図７の矢印に示すように、デフロスト用伝熱管１０６の内部を流れるデフロスト用熱媒が、プレート状フィン１３２を介して熱伝導形態で熱伝達するとともに、着霜の程度の少ないデフロスト用伝熱管１０６の外周面１６２から外方に熱放射形態で熱伝達することにより、除霜された液の再凍結を有効に防止することが可能である。
冷却用伝熱管１０４の外周面１６０とデフロスト用伝熱管１０６の外周面１６２との間隔Ｄ１は、このような観点から、冷却用伝熱管１０４の外周面１６０の温度、デフロスト用伝熱管１０６の外周面１６２の温度、熱媒流量、および隣接するプレート状フィン１３２の間隔Ｄ２に応じて、適宜に定めればよい。
このデフロスト運転により、負荷冷却器１２の霜取りが完了したら、通常冷却運転モードに戻り、次のデフロスト運転に備えて、蓄熱を再開すればよい。

通常冷却運転モード（図４）と、負荷冷却器１２ＡないしＤのうち一部のデフロスト運転モード（図６）との間の切替のタイミングは、負荷冷却器１２における霜の発生状況に応じて、適宜手動で切替えてもよいし、あるいは負荷冷却器１２における負荷が比較的一定で、霜の進行が比較的規則的である場合には、予めタイマー設定をして、自動的に切替るようにしてもよいし、あるいは負荷冷却器１２の伝熱管（図示せず）の温度を検出し、検出した温度により設定してもよい。

なお、図５に示すように、負荷冷却器１２Ａのみをデフロストする場合には、切替弁９４Ａないし９４Ｇのうち、切替弁９４Ｂおよび９４Ｄを閉じて、それ以外は、開き、負荷冷却器１２Ｂのみをデフロストする場合には、切替弁９４Ａないし９４Ｇのうち、切替弁９４Ｂおよび９４Ｃを閉じて、それ以外は、開き、負荷冷却器１２Ｃのみをデフロストする場合には、切替弁９４Ａないし９４Ｇのうち、切替弁９４Ａおよび９４Ｆを閉じて、それ以外は、開き、負荷冷却器１２Ｄのみをデフロストする場合には、切替弁９４Ａないし９４Ｇのうち、切替弁９４Ａおよび９４Ｅを閉じて、それ以外は、開き、負荷冷却器１２Ａおよび負荷冷却器１２Ｂのみをデフロストする場合には、切替弁９４Ａないし９４Ｇのうち、切替弁９４Ｂのみを閉じて、それ以外は、開き、負荷冷却器１２Ｃおよび負荷冷却器１２Ｄのみをデフロストする場合には、切替弁９４Ａないし９４Ｇのうち、切替弁９４Ａのみを閉じて、それ以外は、開けばよい。この場合、切替弁９４Ａないし９４Ｇにおいて、液封の可能性を防止するために、開閉どちらでも支障がない場合には、開とする。

運転方法の変形例として、本実施形態において、４基すべての空気冷却器について、冷却運転しながら蓄熱を行い、その後に、下方レベルに位置する負荷冷却器１２ＣおよびＤをデフロスト運転を行うものとして説明したが、それに限定されることなく、デフロスト運転に必要な蓄熱量が蓄熱に確保されている限り、４基すべての空気冷却器のいずれかについて、冷却運転しながら蓄熱を行いつつ、残りの空気冷却器について、併行してデフロスト運転を行う、いわゆる追っかけ運転を行ってもよい。
具体的には、図８に示すように、切替弁９４Ａないし９４Ｇのうち、切替弁９４Ａを閉じ、負荷冷却器１２Ａおよび１２Ｂについて、冷却回路７０により、冷却を行いつつ、蓄熱器１６により蓄熱を行い、一方、負荷冷却器１２Ｃおよび１２Ｄについて、デフロスト回路７２により、デフロストを行う。
なお、切り替え弁の操作により、さらに、負荷冷却器１２Ａおよび１２Ｂの一方についてのみ冷却回路７０により、冷却を行いつつ、負荷冷却器１２Ｃおよび１２Ｄの一方についてのみ、デフロスト回路７２により、デフロストを行うのでもよい。この場合、負荷冷却器１２Ａおよび１２Ｂの他方は、停止状態であるが、負荷冷却器１２Ｃおよび１２Ｄの他方は、冷却運転でも停止状態でもよい。

以上の構成を有する冷凍装置１０によれば、冷却運転中、負荷冷却器１２を冷却することにより蒸発した冷媒ガスは、圧縮機１４により圧縮されて、蓄熱器１６において放熱し、その結果蓄熱され、冷媒ガスあるいは冷媒液が、コンデンサー１８で凝縮あるいは過冷却されて、冷媒液がレシーバ１７に受け入れられ、膨張弁１５１を経て、再度負荷冷却器１２を冷却する冷却回路を構成することにより、負荷冷却器１２を冷却する。

一方、負荷冷却器１２のデフロスト運転中には、負荷冷却器１２の冷却運転中に蓄熱器１６に蓄熱した熱を利用することにより、蓄熱器１６から負荷冷却器１２へデフロスト用往路８２を介して、冷媒ガスを送る一方、負荷冷却器１２から蓄熱器１６へデフロスト用復路８４を介して、負荷冷却器１２をデフロストした結果生じる冷媒液を戻すことにより、下方に位置するホット側の蓄熱器１６と、上方に位置するコールド側の負荷冷却器１２との間で自然循環によるループ型サーモサイフォンを構成することで、圧縮機１４を停止した状態でのデフロストを可能とするとともに、従来の単管式サーモサイフォンにおけるフラッディングによる熱輸送限界の問題を生じることなく、省エネルギー化を達成しつつデフロストすることが可能である。

さらに、以上の構成を有する冷凍装置１０によれば、負荷冷却器１２、圧縮機１４、蓄熱器１６、コンデンサー１８、レシーバ１７、膨張弁１５１をこの順に冷媒配管により順次接続して、内部に冷却用冷媒が流れる冷却回路７０に対して、負荷冷却器１２と蓄熱器１６との間を循環する、冷却回路７０とは独立のデフロスト回路７２を設けることにより、システムの簡素化により信頼性を向上しつつ、冷却運転およびデフロスト運転の多様な運転モードに対して対応可能としながら、冷却用冷媒の種類、温度圧力条件に影響を及ぼすことなしに、デフロスト可能となる。

以上の構成を有する負荷冷却器１２のデフロスト（除霜）方法によれば、互いに並列接続される複数の負荷冷却器、圧縮機、蓄熱器、コンデンサー、受液器、膨張弁をこの順に冷媒配管により順次接続することにより構成され、内部に冷却用冷媒が流れる冷却回路により、蓄熱器を通じて蓄熱するとともに、負荷冷却器を冷却する一方、デフロスト用熱媒が、複数の負荷冷却器各々と該蓄熱器との間を循環する、該冷却回路とは独立のデフロスト回路により、蓄熱器を通じて放熱されるとともに、負荷冷却器をデフロストする負荷冷却器のデフロスト方法において、複数の負荷冷却器のいずれかを冷却運転することにより、蓄熱器に蓄熱する段階と、複数の負荷冷却器のいずれかをデフロスト運転する段階とを有する。
この場合、デフロスト運転段階は、複数の負荷冷却器のいずれかを冷却運転することにより、蓄熱器に蓄熱しつつ、それと併行して、複数の負荷冷却器の残りのいずれかをデフロスト運転する段階を有するのでもよいし、または、デフロスト運転段階は、複数の負荷冷却器すべての冷却運転を停止しつつ、それと併行して、複数の負荷冷却器のいずれかをデフロスト運転する段階を有するのでもよく、冷却運転およびデフロスト運転の多様な運転モードに対して対応可能としながら、冷却用冷媒の種類、温度圧力条件に影響を及ぼすことなしに、デフロスト可能となる。

変形例として、冷却運転中において、蓄熱段階終了後に、蓄熱器１６をバイパスする段階を有するのでもよい。
より詳細には、圧縮機１４からの吐出冷媒ガスが蓄熱器１６を介してコンデンサー１８まで流れることにより、蓄熱器１６での圧力損失が不可避的に生じることから、このような圧力損失を排除するために、蓄熱用往路１４７Ａと蓄熱用復路１４７Ｂとの間を接続する蓄熱器バイパス管を設け、蓄熱器バイパス管（図示せず）を介して蓄熱器１６をバイパスするようにしてもよい。
特に、通常冷却運転において、蓄熱器１６により十分な蓄熱がなされた後には、蓄熱器バイパス管を介して蓄熱器１６をバイパスすることにより、冷却運転のみを行ってもよい。

以上、本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の範囲から逸脱しない範囲内において、当業者であれば、種々の修正あるいは変更が可能である。
たとえば、蓄熱器１６により十分な蓄熱が行われている限り、デフロストが必要な負荷冷却器１２のみについて、個別にデフロスト運転を行うのでもよく、その場合、デフロストが必要な負荷冷却器１２が複数ある場合には、冷却運転を行いながら蓄熱を行うと同時に、デフロスト運転を行ういわゆる追っかけ運転をしてもよい。
たとえば、本実施形態において、蓄熱器１６として説明したが、それに限定されることなく、冷媒からの蓄熱が可能である限り、蓄熱槽でもよく、さらに、冷媒により蓄熱しなくても、外部の熱源、たとえば排熱を利用して蓄熱してもよい。

本発明の第１実施形態に係る冷凍装置１０の構成図である。 本発明の第１実施形態に係る冷凍装置１０の空気冷却器の斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る冷凍装置１０の空気冷却器まわりを示す概略図である。 本発明の第１実施形態に係る冷凍装置１０において、蓄熱中の通常冷却運転を示す図１と同様な図である。 本発明の第１実施形態に係る冷凍装置１０のデフロスト運転に応じた切り替え弁の開閉状況を示す表である。 本発明の第１実施形態に係る冷凍装置１０において、デフロスト運転を示す図１と同様な図である。 本発明の第１実施形態に係る冷凍装置１０の空気冷却器におけるデフロスト状況を示す概念図である。 本発明の第１実施形態に係る冷凍装置１０において、変形例の運転状況を示す図１と同様な図である。

Ｈ レベル差
Ｄ１ 冷却用伝熱管の外周面とデフロスト用伝熱管の外周面との間隔
Ｄ２ 隣接するプレート状フィンの間隔
１０ 冷凍装置
１２ 負荷冷却器
１４ 圧縮機
１６ 蓄熱器
１７ レシーバ
１８ コンデンサー
２０ 受液器
７０ 冷却回路
７２ デフロスト回路
７４ 吸熱部
７６ デフロスト部
７８ 放熱部
８０ 冷却部
８１ コンデンシングユニット
８２ デフロスト用往路
８４ デフロスト用復路
８６ 入り口側冷媒分岐管
８８ 出口側冷媒分岐管
９０ 入り口側熱媒分岐管
９２ 出口側熱媒分岐管
９４ 切り替え弁
１００ 通風流路
１０１ 送風機
１０２ ケーシング
１０３ ターミナルボックス
１０４ 冷却用伝熱管
１０５ 冷媒用ヘッダー
１０６ デフロスト用伝熱管
１０７ デフロスト用入口ヘッダー
１０９ デフロスト用出口ヘッダー
１１２ 空気冷却用冷媒流入開口
１１３ 仕切板
１１７ 吊り金具
１１８ デフロスト用熱媒流出開口
１２０ 仕切板
１２２ 冷媒管用貫通孔
１２３ デフロスト管用貫通孔
１２４ デフロスト用直管部
１２６ デフロスト用U字管部
１２８ 冷却用直管部
１３０ 冷却用U字管部
１３２ プレート状フィン
１３４ ドレンパン
１３５ デフロスト用伝熱管
１３６ 分岐管
１３７ 底面
１４０ 逆止弁
１４１ 分流器
１４３ 逆止弁
１４５Ａ 冷却水供給管
１４５Ｂ 冷却水戻し管
１４７Ａ 蓄熱用往路
１４７Ｂ 蓄熱用復路
１４９ 液位計
１５１ 膨張弁
１５３ 冷却用復路
１５５ 冷却用往路
１６０ 外周面
１６２ 外周面

Claims (7)

1. 互いに対向配置された、冷却用空気流入開口と冷却用空気流出開口とを設け、内部に冷却用空気流入開口から冷却用空気流出開口に向かう通風流路を設けたケーシングと、
   該ケーシング内において、該通風流路に沿う空気流れに交差するように配置され、内部に空気冷却用冷媒が流れる冷却用伝熱管と、
   該ケーシング内において、該冷却用伝熱管と独立に設けられた、内部にデフロスト用熱媒が流れるデフロスト用伝熱管とを有し、
   該冷却用伝熱管において、一端開口および他端開口端がそれぞれ、前記ケーシングに設けられた、空気冷却用冷媒流入開口および空気冷却用冷媒流出開口に接続され、
   該デフロスト用伝熱管において、一端開口および他端開口端がそれぞれ、前記ケーシングの側面に設けられた、デフロスト用熱媒流入開口およびデフロスト用熱媒流出開口に接続され、該デフロスト用伝熱管は、前記ケーシング内において、前記冷却用伝熱管を外部加熱式にデフロスト可能なように配置される、
   ことを特徴とする空気冷却器。
2. 前記ケーシングの下方に配置され、デフロスト時に発生する液を受けるためのドレンパンと、
   前記デフロスト用熱媒流入開口に接続されるデフロスト用外部配管に対して、デフロスト用熱媒流入開口の上流側で分岐する分岐管とが設けられ、該分岐管に接続され、前記ドレンパンに対して加熱するように、下り勾配にルーティングされるデフロスト用伝熱管が付設される、請求項１に記載の空気冷却器。
3. 前記ケーシングの対向側面には、多数の貫通孔が設けられ、
   該デフロスト用伝熱管は、前記ケーシング内で該対向側面間を延びるデフロスト用直管部と、前記ケーシング外で、前記貫通孔を介して前記デフロスト用直管部同士を接続するデフロスト用U字管部とを有し、
   該冷却用伝熱管は、前記ケーシング内で該対向側面間を延びる冷却用直管部と、前記ケーシング外で、前記貫通孔を介して前記冷却用直管部同士を接続する冷却用U字管部とを有する、請求項１または請求項２に記載の空気冷却器。
4. 前記ケーシング内には、前記冷却用伝熱管用のプレート状フィンがさらに設けられ、
   該プレート状フィンには、多数の貫通孔が設けられ、
   前記冷却用伝熱管の前記直管部それぞれ、および前記デフロスト用伝熱管の前記直管部それぞれは、前記貫通孔を貫通する態様で該プレート状フィンに固定され、
   それにより、前記デフロスト用伝熱管から前記プレート状フィンおよび前記冷却用伝熱管を熱放射または熱伝導形態でデフロストする、請求項１に記載の空気冷却器。
5. 前記プレート状フィンは、それぞれ前記通風流路に沿うように、互いに平行に複数設けられ、
   前記ケーシング内において、前記デフロスト用直管部と前記冷却用直管部とは、非接触態様で、互いに平行に設けられる、請求項４に記載の空気冷却器。
6. 前記ケーシング内部に加熱コイルが配線されるデフロスト用電気加熱器が設けられ、前記ケーシングの対向側面には、該加熱コイルが貫通する貫通孔が設けられる場合において、加熱コイルが貫通する貫通孔を利用して、デフロスト用電気加熱器の代わりに、前記デフロスト用伝熱管を設ける、請求項３に記載の空気冷却器。
7. 前記デフロスト用伝熱管は、前記ケーシング内において、前記冷却用伝熱管および前記プレート状フィンからデフロストすることにより生じる液が再凍結するのを防止可能なように、前記冷却用伝熱管に対して所定間隔に配置される、請求項４に記載の空気冷却器。
   

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