JPH01296067A - 二元冷凍機におけるデフロスト方法並びにその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は食品を冷凍するための冷蔵及び凍結装置或いは
化学工業等において超低温を得るために使用される二元
冷凍機の蒸発器の伝熱管部、低温空気側に発生する霜を
除霜する二元冷凍機におけるデフロスト方法並びにその
装置に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、二元冷凍機によって空気を冷却して、超低温を得
ているが、長時間に亘り冷却運動を行うと、蒸発器の伝
熱管部の低温空気側に着霜が生じ、効率が低下する。そ
のため従来の二元冷凍機の蒸発器のデフロスト方法及び
装置には、伝熱管部に電気ヒータを付設したり、低温で
凍結しないブライン（ある種の薬品を混入した水溶液）
を伝熱管部に散布等して除霜熱源とするものがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の二元冷凍機の蒸発器のデフロスト方法及び装置に
おいて、電熱ヒータを用いたものでは、除霜を行う際に
は一元側及び二元側圧縮機を停止した状態で、除霜用電
熱ヒータの容量としてこれらの圧縮機を運転するモータ
の電力容量とほぼ等しい容量を必要とし、二元冷凍機の
規模によっては、この容量では不足するものもあり、よ
り大容量の電気ヒータが必要で、蒸発器を設備した冷蔵
庫の庫内温度が−６０〜−８０°Ｃ付近となるため、電
熱ヒータの表面発熱温度を高くし、蒸発器の空気出入口
に機密ダンパー等を設けて庫内温度の影響を受けないよ
うにする必要があり、大容量の電熱ヒータの設備費及び
その運転経費が高価となる上に、低温下での煩雑な可動
部を有する気密ダンパーの設備費が高価に付く等の欠点
がある。

またブライン散布方式のものでは、ブラインの熱容量が
大きいので、前記庫内温度の影響を受けずに除霜を行う
ことができるが、庫内までの比較的長く且つ太いブライ
ン供給管及び放出管を必要とする上に、ブライン循環ポ
ンプ等を設備する必要があり、設備費が高価に付くと共
に、除霜を繰り返し行うと、その度に霜を融解した水分
によってブラインが希釈され、蒸発器の伝熱管部におい
て氷結する可能性があるため、濃縮器（コンセントレイ
ター）を設備して常に濃度管理をしなければならないた
め煩わしく、そのブライン濃縮のために電気ヒータを必
要とし、これらの設備と運転のための電力が不可欠とな
り、設備費が高価に付くと共に省エネルギー化の要請に
そぐわないという欠点がある。

本発明は電熱ヒータや低温ブライン等の設備が不要で、
これらの管理の煩わしさを回避することができ、保守が
容易で、省エネルギー化が可能となる二元冷凍機におけ
るデフロスト方法並びにその装置を提供することを目的
とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は断熱壁で周囲を覆
った冷蔵庫内に一元側冷媒を蒸発させて該冷蔵庫内の空
気から熱を奪う一元側蒸発器を設け、該蒸発器よりの一
元側冷媒ガスを一元側圧縮機で圧縮して、入口側に順次
二元側凝縮器及び二元側膨張弁を、出口側に二元側圧縮
機の吸入側を、また該圧縮機の吐出側を該二元側凝縮器
にそれぞれ連結した一元側凝縮器に導入し、一元側凝縮
器で二元側冷媒を蒸発させて一元側冷媒を凝縮し、一元
側膨張弁を介して該一元側冷媒液を一元側蒸発器に供給
する二元冷凍機において、二元側圧縮機から二元側凝縮
器への間の吐出管を分岐し、該圧縮機よりの二元側高圧
ガス冷媒を一元側蒸発器内の一元側冷媒が通過する伝熱
管と別設した流路に通過させ、該伝熱管外表面に形成さ
れ付着した霜に熱（凝縮熱）を与えて融解し、二元側高
圧ガス冷媒を、二元側高圧液冷媒とし、デフロスト用膨
張弁を介してデフロスト用熱交換器に導き、二元側低圧
冷媒ガスとして二元側圧縮機の吸入管に設けた分岐管よ
り二元側圧縮機に吸入するようにしたものである。

〔作用〕 二元側圧縮機で圧縮した二元側高圧ガス冷媒を該圧縮機
吐出管の分岐管より一元側蒸発器の一元側冷媒が通過す
る伝熱管と別設の流路を通過させるから、一元側冷媒伝
熱管外表面に付着した霜に二元側圧縮機の軸動力に相当
する熱量のほぼ３〜４倍の凝縮熱量を与えることになり
、該霜は短時間で融解して除霜を行うことが可能となる
。

また一元側蒸発器の該流路内で凝縮した二元側高圧液冷
媒はデフロスト用膨張弁で減圧されて二元側低圧液冷媒
となり、デフロスト用熱交換器において空気又は水を熱
源として該低圧液冷媒を蒸発させ、二元側低圧ガス冷媒
として再び二元側圧縮機の吸入管に戻して再循環を可能
とし、二元側圧縮機から一元側蒸発器の除霜運転熱源を
確保することができる。

〔実施例〕

今、ここに本発明の実施例を示した添付図面について詳
説する。

１は一元側蒸発器で、その内部に一元側冷媒を通過させ
る一元側冷媒伝熱管２を設け、周囲を断熱壁４で囲繞し
た超低温冷蔵庫３内に配置したもので、該冷蔵庫３内の
空気を一元側蒸発器１内に循環させるファン５を付設し
たものである。６は一元側圧縮機で、吸入管６ａを該蒸
発器１の一元側冷媒伝熱管２の一端に連結したもので、
該管２内に一元側冷媒を流通させ、冷蔵庫３内の空気か
ら気化熱を奪って蒸発した１元側低圧ガス冷媒を吸入し
て圧縮するものである。

７は一元側凝縮器（カスケードコンデンサ）で、前記一
元側圧縮機６で圧縮した１元側高圧ガス冷媒を通過させ
る一元側冷媒伝熱管８を内部に配置し、該伝熱管８の一
端と該一元側圧縮機６の吐出管６ｂとを連結し、該凝縮
器７内の伝熱管８の周囲に後述のように二元側冷媒を流
入して蒸発させ、伝熱管８内を通過する１元側高圧ガス
冷媒より凝縮熱を奪い凝縮（液化）させ、一元側高圧液
冷媒とするものである。９は一元側受液器で、該伝熱管
８の他端に連結したもので、一元側凝縮器７の伝熱管８
内で液化した一元側高圧液冷媒を受け、貯液するもので
ある。

１０は一元側膨張弁で、該受液器９の出口と一元側冷媒
伝熱管２の他端とを連結する管１１に付設したもので、
受液器９からの一元側高圧液冷媒を膨張させて一元側蒸
発器１の伝熱管２に流入させるものである。１２は一元
側冷媒管路で、一元側のそれぞれ蒸発器ｌの伝熱管２、
圧縮機６、凝縮器７の伝熱管８、受液器９及び膨張弁１
０を介して該伝熱管２に戻る一連のもので、該管路１２
内に一元側冷媒を循環させるものである。１３は二元側
圧縮機で、吸入管１３ａを前記一元側凝縮器７の上方出
口管７ｂと連結し、後述の下方入口管７ａからの二元側
低圧液冷媒と該凝縮器７の伝熱管８内を通過する１元側
高圧ガス冷媒とを熱交換器し、蒸発した二元側低圧ガス
冷媒を吸入して圧縮するものである。

１４は二元側凝縮器で、二元側圧縮機１３の吐出管１３
ｂとその入口管１４ａを連結したもので、第１図に示す
ように空気又は水等が通過する伝熱管１５を内部に付設
し、該圧縮機１３の吐出管１３ｂからの二元側高圧ガス
冷媒を入口管１４ａより流入させ、伝熱管１５内を通過
する空気又は水等と熱交換し、該空気又は水等により凝
縮熱を奪い、二元側高圧液冷媒とするものである。

１６は二元側膨張弁で、該凝縮器１４の出口管１４ｂと
前記一元側凝縮器７の下方入口管７ａとの間に介在した
もので、凝縮器１４の出口管１４ｂよりの二元側高圧液
冷媒を膨張させ二元側低圧液冷媒として一元側凝縮器７
に流入させるものである。１７は一元側凝縮器７の上方
部に付設したフロート弁等の液面制御装置で、該凝縮器
７内の二元側低圧液冷媒が一定液位に到達すると、二元
側膨張弁１６を閉塞するよう装備したものである。１８
は二元側冷媒管路で、一元側凝縮器７の入口管７ａから
出口管７ｂに至る内部、二元側のそれぞれ圧縮機１３、
凝縮器１４及び膨張弁１６を介して該凝縮器７の入口管
７ａに戻る一連のもので、該管路１８内に二元側冷媒を
循環させるものである。１９は一元側冷媒管路１２と二
元側冷媒管路１８とから成り、一元側凝縮器（カスケー
ドコンデンサ）７を二元側冷媒の蒸発器として利用する
二元冷凍機（カスケード式冷凍装置）である、２０は吐
出三方弁で、二元側圧縮機１３の吐出管１３ｂにその二
方口を介在して連結し、残りの一吉日２０ａを分岐する
もので、２１は該−吉日２０ａに連結した分岐管である
。２２は前記一元側蒸発器１内に配置した二元側冷媒伝
熱管で、一元側冷媒伝熱管２と熱交換するもので、その
一端を分岐管２１の先端に連結し、除霜工程において吐
出三方弁２０を一吉日２０ａ側に切替え、吐出三方弁２
０の一吉日２０ａを介して二元側圧縮機１３からの二元
側高圧ガス冷媒を分岐管２１を経て通過させ、一元側冷
媒伝熱管２の外表面に付着した霜に二元側圧縮機１３の
軸動力のほぼ３〜４倍に達する凝縮器熱量を与え、該霜
を除霜するものである。２３は第１図に示すように二元
側凝縮器１４と別個に設けたデフロスト用熱交換器で、
内部に空気又は水等が通過する伝熱管２４を付設し、そ
の一端をデフロスト用膨張弁２５を介在した管２６によ
り二元側冷媒伝熱管２２の他端に連結したもので、該伝
熱管２２内で除霜のために凝縮熱を奪われて液化した二
元側高圧液冷媒をデフロスト用膨張弁２５により膨張減
圧して二元側低圧液冷媒として導入し、伝熱管２４内を
通過する空気又は水等から気化熱を得て、二元側低圧ガ
ス冷媒とするものである。２７は吸入三方弁で、その二
方口を二元側圧縮機１３の吸入管１３ａに介在連結した
もので、残りの一方ロ２７ａを分岐し、該−吉日２７ａ
に分岐管２８を介してデフロスト用熱交換器２３の他端
に連結し、除霜工程時に吸入三方弁２７を一吉日２Ｔａ
側に切替え、該熱交換器２３で蒸発した二元側低圧ガス
冷媒を二元側圧縮機１３に戻すものである。

また第２図及び第３図は第１図の二元側凝縮器１４とデ
フロスト用熱交換器２３とを一体化した二元側凝縮器兼
デフロスト用熱交換器２９の実施例を示すもので、第２
図は外面にファン３０を設けて、第１図の二元側凝縮器
１４を空冷式とし、該凝縮器１４の入口管１４ａと出口
管１４ｂとを伝熱管３１で連結し、デフロスト用膨張弁
２５と吸入三方弁２７とを連結した前記それぞれの管２
６及び２８の管端を二元側凝縮器１４内において、伝熱
管３１と別途の伝熱管３２で連結したもので、二元側圧
縮機１３からの二元側高圧ガス冷媒を伝熱管３１内に流
通させ、ファン３０よりの空気と熱交換し、該空気によ
り凝縮熱を奪い、伝熱管３１内で二元側高圧ガス冷媒を
二元側高圧液冷媒とし、一方除霜工程時に吐出三方弁２
０の一吉日２０ａより一元側蒸発器ｌの二元側冷媒伝熱
管２２内を通過する二元側高圧ガス冷媒により前記同様
に一元側冷媒伝熱管２の外表面に付着した霜の除霜を行
い、該霜に凝縮熱を奪われた二元側高圧ガス冷媒を二元
側高圧液冷媒とし、デフロスト用膨張弁２５で膨張減圧
した二元側低圧液冷媒を伝熱管３２内に流通させ、ファ
ン３０よりの前記凝縮熱により加熱された空気から気化
熱を奪い、該伝熱管３２内で該二元側低圧液冷媒を蒸発
させ、二元側低圧ガス冷媒とするものである。

第３図は水を通過させる伝熱管３３を伝熱管１５と同様
に内部に設けて第１図の二元側凝縮器１４を水冷式とし
、デフロスト用膨張弁２５と吸入三方弁２７とを連結し
たそれぞれの管２６及び２８の管端を第２図と同様に伝
熱管３２で連結したもので、その動作は二元側冷媒の凝
縮及び蒸発が水冷式で、かつ二元側冷媒の凝縮が二元側
凝縮器兼デフロスト熱交換器２９内で行われる以外は第
２図と同様に説明できる。

更に第４図及び第５図は一元側蒸発器１の別の実施例を
示し、特許請求の範囲第３項のもので、３４は一元側冷
媒伝熱管で、内部に同心状に二元側冷媒伝熱管３５を両
転熱管３４．３５の間に放射状に多数のインナーフィン
３６を形成して二重とし、二重フィン管３７としたもの
で、両転熱管３４．３５と各インナーフィン３６で囲ま
れた多数の空間を一元側冷媒流路３８、二元側冷媒伝熱
管３５の内部を二元側冷媒流路３９とするものである。

４０は多数のアウターフィンで、該二重フィン管３７を
多列かつ多段にケーシング４１に固定し、各二重フィン
管３７の外側の一元側冷媒伝熱管３４に挿通して固定し
たものである。４２は各二重フィン管３７の両端に付設
したカバーで、一端を一元側冷媒伝熱管３４の外周に挿
嵌し、他端を一元側冷媒伝熱管３４の両側に突出した二
元側冷媒伝熱管３５の外周に挿嵌し、胴部側面に連結口
４３を突設したもので、上下方向の多段に隣接する各二
重フィン管３７．３７両側に突出した二元側冷媒伝熱管
３５．３５を交互にＵベンド４４で連結し、同様に隣接
する交互の連結口４３．４３を連結管４５で連結し、各
二重フィン管３７の一元側に冷媒流路３８及び二元側冷
媒流路３９を一連のものとするものである。４６は一元
側冷媒入口で、一元側冷媒流路３日の上端の連結口４３
の開口であり、４７は一元側冷媒出口で、該冷媒流路３
８の下端の連結口４３の開口である。４８は二元側冷媒
入口で、二元側冷媒流路３９の上端の二元側冷媒伝熱管
３５の開口であり、４９は二元側冷媒出口で、該冷媒流
路３９の下端の該伝熱管３５の開口である。また一元側
冷媒の人、出口４６．４７及び二元側冷媒の人、出口４
８．４９にはディストリビユータ、ヘッダー等（図示せ
ず）を個別に付設して多列の一元側及び二元側の冷媒流
路３８．３９に一元側及び二元側の冷媒を流入、流出す
るものである。５０．５０は一元側蒸発器１のケーシン
グ４１の下方に穿設した空気入口で、５１は該ケーシン
グ４１の上部に設けた空気出口であり、該空気出口５１
にファン５２を付設したものである。５３はドレンパン
で、該ケーシング４１の下面に付設したもので、除霜工
程において一元側冷媒伝熱管３４の外表面に付着した霜
が融解した際の水を受けるもので、５４は練水を外部に
排出するドレン孔である。また、二元側冷媒流路３９を
一元側冷媒伝熱管３４の外部最寄りに、アウターフィン
４０を貫通して設け、アウターフィン４０から熱伝導に
よって霜を除去することも可能である。

このように二重フィン管３７を一元側蒸発器１に採用す
ることにより、一元側冷媒流路３８の濡れ面積が増加し
、伝熱が良好となり、一元側冷媒伝熱管３４を短くした
り、該伝熱管の断面積を小さくすることが可能となり、
使用冷媒量を大幅に減少することができ、低コスト化が
可能となる。

〔発明の効果〕

本発明は以上のような構成で、一元側蒸発器１内に一元
側冷媒伝熱管２と別途の流路を有する二元側冷媒伝熱管
２２を別設し、二元側圧縮機１３の吐出管１３ｂに吐出
三方弁２０を付設して一吉日２０ａを分岐し、該−吉日
２０ａより分岐管２１を経て一元側蒸発器１の二元側伝
熱管２２に導き、二元側冷媒伝熱管２２内で凝縮した二
元側高圧液冷媒は管２６を経てデフロス　　・ト用膨張
弁２５により減圧し、デフロスト用熱交換器２３又は二
元側凝縮器兼デフロスト用熱交換器２９に導き、空気又
は水等と熱交換させて蒸発し、二元側圧縮機１３の吸入
管１３ａに付設した吸入三方弁２７の一方ロ２７ａを経
て再び二元側圧縮機１３．に戻すようにしたから、除霜
工程時のデフロスト用熱源は常に維持できるものである
。

また除霜工程時に一元側蒸発器１の二元側冷媒伝熱管２
２に導かれた二元側圧縮機１３からの二元側高圧ガス冷
媒は二元側圧縮機１３の軸動力のほぼ３〜４倍の凝縮熱
量を一元側冷媒伝熱管２の外表面に付着した霜に与え、
短時間で該霜を融解して除霜可能としたから、電熱ヒー
タ、低温ブライン等の他の設備が不要で、設備費が安価
となり、これらの管理の煩わしさを回避することができ
、保守が容易となり、またこれらの運転に要するエネル
ギーを省くことができ、省エネルギー化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は本発
明の二元冷凍機の概略の回路構成図、第２図及び第３図
は二元側凝縮器とデフロスト用熱交換器とを一体とした
第１図同様の回路構成図で、第２図は空冷式のもの、第
３図は水冷式のもの、第４図及び第５図は一元側蒸発器
の他の実施例を示すもので、第４図はケーシングを断面
とした概略正面図、第５図は二重フィン管の概略を示す
もので、Ａはその中央要部縦断面図、Ｂはその切断面を
Ａと９０°回転した縦断面図である。 ■・・・一元側蒸発器、２−一一一元側冷媒伝熱管、３
−・−超低温冷蔵庫、４−断熱壁、５・−・ファン、６
・−・一元側圧縮機、６ａ−吸入管、６ｂ−・・吐出管
、７・−・一元側凝縮器、７ａ−下方入口管、７ｂ−・
・上方出口管、８−一一一元側冷媒伝熱管、９−一一一
元側受液器、１０−一一一元側膨張弁、１１−管、１２
−−−一元側冷媒管路、１３−二元側圧縮機、１３ａ−
・・−吸入管、１３ｂ・−吐出管、１４−・二元側凝縮
器、１４　ａ−〜入口管、１４　ｂ−・−出口管、１５
−＝伝熱管、１６−二元側膨張弁、１７−液面制御装置
、１８−二元冷媒管路、１９−二元冷凍機、２０−・吐
出三方弁、２０　ａ−−−一方口、２１−分岐管、２２
−・−・二元側冷媒伝熱管、２３−デフロスト用熱交換
器、２４−・−伝熱管、２５−デフロスト用膨張弁、２
６−・管、２７−吸入三方弁、２７ａ・−−一方口、２
８−・−分岐管、２９−二元側凝縮器兼デフロスト用熱
交換器、３０−・−ファン、３１、３２．　３３−伝熱
管、３４・・−−一元側冷媒伝熱管、３５・−二元側冷
媒伝熱管、３６−・インナーフィン、３７・−・二重フ
ィン管、３８−一一一元側冷媒流路、３９−・−二元側
冷媒流路、４０−アウターフィン、４１−・ケーシング
、４２−・−カバー、４３−　　連絡口、４４−Ｕベン
ド、４５一連結管、４６−−−一元側冷媒入口、４７−
・一元側冷媒出口、４８−・−二元側冷媒入口、４９−
・・二元側冷媒出口、５０・−・空気入口、５１−・・
空気出口、５２−ファン、５３−　　ドレンパン、５４
−・−ドレン孔。 手続補正書 １．事件の表示　　昭和６３年特許願第１２６３５５号
λ　発明の名称　　二元冷凍機におけるデフロスト方法
並びにその装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　大阪市北区中之島３丁目２番４号名称　　　
日新興業株式会社 代表取締役　子種　成吾橿 ４、代　理　人 住　所　　大阪市北区西天満２丁目８番１号６、補正の
対象　　明細書の発明の詳細な説明の欄７、補正の内容 ■、明明細書第３頁１什 する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一元側凝縮器で一元側冷媒を凝縮するために二元側
   冷媒を蒸発させる二元冷凍機において、二元側の高圧ガ
   ス冷媒を用いて一元側蒸発器の除霜を行うことを特徴と
   する二元冷凍機におけるデフロスト方法。 ２、一元側冷媒が一元側のそれぞれ圧縮機、凝縮器、膨
   張弁及び蒸発器の順に循環して再び一元側圧縮機に戻る
   管路と、該一元側凝縮器を一元側冷媒を凝縮させる二元
   側冷媒の蒸発器とし、二元側冷媒が該一元側凝縮器から
   二元側のそれぞれ圧縮機、凝縮器及び膨張弁の順に循環
   して再び一元側凝縮器に戻る管路とから成る二元冷凍機
   において、二元側圧縮機の吐出管よりの分岐管の先端を
   一元側蒸発器内を通過する一元側冷媒と別途の回路に連
   結し、該回路他端にデフロスト用膨張弁を介してデフロ
   スト用熱交換器を連結し、該デフロスト用熱交換器を二
   元側圧縮機の吸入管よりの分岐管と連結したことを特徴
   とする二元冷凍機におけるデフロスト装置。 ３、一元側蒸発器の伝熱管内に一元側冷媒が通過する流
   路と二元側冷媒が通過する流路とを別途に設けたことを
   特徴とする請求項２記載の二元冷凍機におけるデフロス
   ト装置。 ４、二元側凝縮器を空冷式とし、該凝縮器とデフロスト
   用熱交換器とを合体し、デフロスト用熱交換器と該凝縮
   器との熱源を同一としたことを特徴とする請求項２又は
   ３記載の二元冷凍機におけるデフロスト装置。 ５、二元側凝縮器を水冷式とし、該凝縮器とデフロスト
   用熱交換器とを合体し、デフロスト用熱交換器の熱源と
   して二元側冷媒液を用いることを特徴とする請求項２又
   は３記載の二次冷凍機におけるデフロスト装置。 ６、空気又は水等を熱源とするデフロスト用熱交換器を
   別設したことを特徴とする請求項２又は３記載の二元冷
   凍機におけるデフロスト装置。