| 【発明の名称】 |
二元冷凍装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】上野 明敏
【氏名】目崎 丈統
【氏名】藤本 遊二
|
| 【要約】 |
【課題】電気ヒータを用いることなく、冷媒の保有する高い除霜能力で短時間で除霜を完了し得るようにする。
【解決手段】高温側冷凍サイクルＡと低温側冷凍サイクルＢとを備えた二元冷凍装置において、前記高温側冷凍ユニットＡを逆サイクル運転が可能に構成するとともに、前記高温側冷凍サイクルＡの逆サイクル運転時において一次冷媒用圧縮機５から吐出されるガス冷媒ｘを二次冷媒用蒸発器１２を経て一次冷媒用減圧機構７の下流側へバイパスさせる除霜用バイパス回路１８を設けて、除霜運転時においては、一次冷媒用圧縮機５から吐出される高温のガス冷媒（即ち、ホットガス）ｘが、除霜用バイパス回路１８を介して二次冷媒用蒸発器１２へ供給され、二次冷媒用蒸発器１２の着霜を融霜した後、蒸発器として作用する一次冷媒用凝縮器６で蒸発気化された後に一次冷媒用圧縮機５へ還流されるようにしている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 一次冷媒（ｘ）を圧縮する一次冷媒用圧縮機（５）、一次冷媒（ｘ）を凝縮液化する一次冷媒用凝縮器（６）、一次冷媒（ｘ）を減圧する一次冷媒用減圧機構（７）および一次冷媒（ｘ）を蒸発気化させる一次冷媒用蒸発器（８）を冷媒配管（１６）を介して順次接続してなる高温側冷凍サイクル（Ａ）と、二次冷媒（ｙ）を圧縮する二次冷媒用圧縮機（９）、前記一次冷媒用蒸発器（８）との熱交換により二次冷媒（ｙ）を凝縮液化する二次冷媒用凝縮器（１０）、二次冷媒（ｙ）を減圧する二次冷媒用減圧機構（１１）および二次冷媒（ｙ）を蒸発気化させる二次冷媒用蒸発器（１２）を冷媒配管（１７）を介して順次接続してなる低温側冷凍サイクル（Ｂ）とを備えた二元冷凍装置であって、前記高温側冷凍ユニット（Ａ）を逆サイクル運転が可能に構成するとともに、前記高温側冷凍サイクル（Ａ）の逆サイクル運転時において前記一次冷媒用圧縮機（５）から吐出されるガス冷媒（ｘ）を前記二次冷媒用蒸発器（１０）を経て前記一次冷媒用減圧機構（７）の下流側へバイパスさせる除霜用バイパス回路（１８）を設けたことを特徴とする二元冷凍装置。
【請求項２】 一次冷媒（ｘ）を圧縮する一次冷媒用圧縮機（５）、一次冷媒（ｘ）を凝縮液化する一次冷媒用凝縮器（６）、一次冷媒（ｘ）を減圧する一次冷媒用減圧機構（７）および一次冷媒（ｘ）を蒸発気化させる一次冷媒用蒸発器（８）を冷媒配管（１６）を介して順次接続してなる高温側冷凍サイクル（Ａ）と、二次冷媒（ｙ）を圧縮する二次冷媒用圧縮機（９）、前記一次冷媒用蒸発器（８）との熱交換により二次冷媒（ｙ）を凝縮液化する二次冷媒用凝縮器（１０）、二次冷媒（ｙ）を減圧する二次冷媒用減圧機構（１１）および二次冷媒（ｙ）を蒸発気化させる二次冷媒用蒸発器（１２）を冷媒配管（１７）を介して順次接続してなる低温側冷凍サイクル（Ｂ）とを備えた二元冷凍装置であって、前記低温側冷凍サイクル（Ｂ）を逆サイクル運転が可能に構成するとともに、前記低温側冷凍サイクル（Ｂ）の逆サイクル運転時に前記二次冷媒用圧縮機（９）に還流する液冷媒（ｙ）を蒸発気化させる空冷熱交換器（１９）を付設したことを特徴とする二元冷凍装置。
【請求項３】 前記空冷熱交換器（１９）を、前記高温側冷凍サイクル（Ａ）における一次冷媒用凝縮器（６）で兼用したことを特徴とする前記請求項２記載の二元冷凍装置。
【請求項４】 一次冷媒（ｘ）を圧縮する一次冷媒用圧縮機（５）、一次冷媒（ｘ）を凝縮液化する一次冷媒用凝縮器（６）、一次冷媒（ｘ）を減圧する一次冷媒用減圧機構（７）および一次冷媒（ｘ）を蒸発気化させる一次冷媒用蒸発器（８）を冷媒配管（１６）を介して順次接続してなる高温側冷凍サイクル（Ａ）と、二次冷媒（ｙ）を圧縮する二次冷媒用圧縮機（９）、前記一次冷媒用蒸発器（８）との熱交換により二次冷媒（ｙ）を凝縮液化する二次冷媒用凝縮器（１０）、二次冷媒（ｙ）を減圧する二次冷媒用減圧機構（１１）および二次冷媒（ｙ）を蒸発気化させる二次冷媒用蒸発器（１２）を冷媒配管（１７）を介して順次接続してなる低温側冷凍サイクル（Ｂ）とを備えた二元冷凍装置であって、前記高温側冷凍サイクル（Ａ）および低温側冷凍サイクル（Ｂ）を逆サイクル運転が可能に構成したことを特徴とする二元冷凍装置。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明は、ショーケース用冷凍装置等として利用される二元冷凍装置に関し、さらに詳しくは二元冷凍装置における除霜機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば、ショーケース用冷凍装置として、図５に示すように、一次冷媒ｘを圧縮する一次冷媒用圧縮機５、一次冷媒ｘを凝縮液化する一次冷媒用凝縮器６、一次冷媒ｘを減圧する一次冷媒用減圧機構７および一次冷媒ｘを蒸発気化させる一次冷媒用蒸発器８を順次冷媒配管を介して順次接続してなる高温側冷凍ユニットと、二次冷媒ｙを圧縮する二次冷媒用圧縮機９、前記一次冷媒用蒸発器８との熱交換により二次冷媒ｙを凝縮液化する二次冷媒用凝縮器１０、二次冷媒ｙを減圧する二次冷媒用減圧機構１１および二次冷媒ｙを蒸発気化させる二次冷媒用蒸発器１２を冷媒配管を介して順次接続してなる低温側冷凍ユニットとを備えた二元冷凍装置が用いられる場合がある。符号１３は一次冷媒用凝縮器６を冷却するための冷却ファンである。なお、前記一次冷媒用圧縮機５および一次冷媒用凝縮器６は室外ユニット１を構成し、前記一次冷媒用減圧機構７、一次冷媒用蒸発器８、二次冷媒用圧縮機９および二次冷媒用凝縮器１０はカスケードユニット２を構成し、二次冷媒用減圧機構１１および二次冷媒用蒸発器１２はショーケース用冷凍ユニット３を構成することとなっており、前記カスケードユニット２およびショーケース用冷凍ユニット３はショーケース配置室４に設置される。
【０００３】上記構成の二元冷凍装置において、冷凍運転を継続していると、ショーケース用冷凍ユニット３における二次冷媒用蒸発器１２に着霜が進行し、冷凍能力が低下してくるので、所定の時間間隔で、あるいは着霜の進行度合いを検知して二次冷媒用蒸発器１２の着霜を融霜除去する除霜運転を行う必要がある。
【０００４】従来の除霜運転は、図５に示すように、二次冷媒用圧縮機９から吐出される高温の吐出ガス冷媒（即ち、ホットガス）ｙを三方弁１５を介して二次冷媒用蒸発器１２の入口側へバイパスさせるバイパス回路１４を設け、前記三方弁１５を二次冷媒用圧縮機９とバイパス回路１４とを連通させるように切り換えることにより、該バイパス回路１４を介してホットガスｙを二次冷媒用蒸発器１２に供給し、該ホットガスｙの保有する熱により着霜を融霜除去するホットガスバイパス方式とされていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記したホットガスバイパス方式の除霜運転では、除霜能力に限界があるため、除霜時間が長くなるという不具合があった。なお、通常の空気調和機用蒸発器のようにフィンピッチが小さい熱交換器が使用されていると、高い除霜能力で除霜すると、伝熱管周りだけが先に融霜してしまい、着霜全体の融霜が進まない場合が生じるおそれがあるので、ホットガスバイパス方式のようにあまり高くない除霜能力でゆっくりと除霜するのが望ましいが、ショーケース用蒸発器の場合、フィンピッチが比較的大きい熱交換器が使用されているため、高い除霜能力で短時間で除霜を行っても、伝熱管周りの融霜だけで着霜が落下する。しかも、ショーケースの場合、食品等が陳列されているため、除霜時間は短い方が望ましいという要求もある。
【０００６】また、二次冷媒用蒸発器への着霜を電気ヒータによる加熱で融霜除去する方法もあるが、電気ヒータは、電力消費が大きいためランニングコストが高くなるとともに、定期的なメンテナンスが必要となるという不具合がある。
【０００７】本願発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、電気ヒータを用いることなく、冷媒の保有する高い除霜能力で短時間で除霜を完了し得るようにすることを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本願発明の第１の基本構成（請求項１の発明）では、上記課題を解決するための手段として、一次冷媒ｘを圧縮する一次冷媒用圧縮機５、一次冷媒ｘを凝縮液化する一次冷媒用凝縮器６、一次冷媒ｘを減圧する一次冷媒用減圧機構７および一次冷媒ｘを蒸発気化させる一次冷媒用蒸発器８を冷媒配管１６を介して順次接続してなる高温側冷凍サイクルＡと、二次冷媒ｙを圧縮する二次冷媒用圧縮機９、前記一次冷媒用蒸発器８との熱交換により二次冷媒ｙを凝縮液化する二次冷媒用凝縮器１０、二次冷媒ｙを減圧する二次冷媒用減圧機構１１および二次冷媒ｙを蒸発気化させる二次冷媒用蒸発器１２を冷媒配管１７を介して順次接続してなる低温側冷凍サイクルＢとを備えた二元冷凍装置において、前記高温側冷凍ユニットＡを逆サイクル運転が可能に構成するとともに、前記高温側冷凍サイクルＡの逆サイクル運転時において前記一次冷媒用圧縮機５から吐出されるガス冷媒ｘを前記二次冷媒用蒸発器１２を経て前記一次冷媒用減圧機構７の下流側へバイパスさせる除霜用バイパス回路１８を設けている。
【０００９】上記のように構成したことにより、除霜運転時においては、一次冷媒用圧縮機５から吐出される高温のガス冷媒（即ち、ホットガス）ｘが、除霜用バイパス回路１８を介して二次冷媒用蒸発器１２へ供給され、二次冷媒用蒸発器１２の着霜を融霜した後、蒸発器として作用する一次冷媒用凝縮器６で蒸発気化された後に一次冷媒用圧縮機５へ還流されることとなる。従って、除霜用熱源としては、一次冷媒用圧縮機５の仕事量と、一次冷媒用凝縮器６と熱交換する媒体（例えば、外気）の保有する熱とが利用されることとなるため、除霜能力が大きく向上することとなる。
【００１０】本願発明の第２の基本構成（請求項２の発明）では、上記課題を解決するための手段として、一次冷媒ｘを圧縮する一次冷媒用圧縮機５、一次冷媒ｘを凝縮液化する一次冷媒用凝縮器６、一次冷媒ｘを減圧する一次冷媒用減圧機構７および一次冷媒ｘを蒸発気化させる一次冷媒用蒸発器８を冷媒配管１６を介して順次接続してなる高温側冷凍サイクルＡと、二次冷媒ｙを圧縮する二次冷媒用圧縮機９、前記一次冷媒用蒸発器８との熱交換により二次冷媒ｙを凝縮液化する二次冷媒用凝縮器１０、二次冷媒ｙを減圧する二次冷媒用減圧機構１１および二次冷媒ｙを蒸発気化させる二次冷媒用蒸発器１２を冷媒配管１７を介して順次接続してなる低温側冷凍サイクルＢとを備えた二元冷凍装置において、前記低温側冷凍サイクルＢを逆サイクル運転が可能に構成するとともに、前記低温側冷凍サイクルＢの逆サイクル運転時に前記二次冷媒用圧縮機９に還流する液冷媒ｙを蒸発気化させる空冷熱交換器１９を付設している。
【００１１】上記のように構成したことにより、除霜運転時においては、二次冷媒用圧縮機９から吐出された高温のガス冷媒（即ち、ホットガス）ｙが、二次冷媒用蒸発器１２に供給され、二次冷媒用蒸発器１２の着霜を融霜した後、空冷熱交換器１９で蒸発気化された後に二次冷媒用圧縮機９へ還流されることとなる。従って、除霜用熱源としては、二次冷媒用圧縮機９の仕事量と、空冷熱交換器１９と熱交換する媒体（例えば、室内空気）の保有する熱とが利用されることとなるため、除霜能力が大きく向上することとなる。
【００１２】請求項３の発明におけるように、前記空冷熱交換器１９を、前記高温側冷凍サイクルＡにおける一次冷媒用凝縮器６で兼用した場合、除霜運転時において二次冷媒用凝縮器１２で凝縮液化された二次冷媒ｙを一次冷媒用凝縮器６で蒸発気化できることとなり、部品点数の低減およびコスト低減に寄与できる。なお、この場合、外気の保有するする熱が除霜用熱源として利用されることとなる。
【００１３】本願発明の第３の基本構成（請求項４の発明）では、上記課題を解決するための手段として、一次冷媒ｘを圧縮する一次冷媒用圧縮機５、一次冷媒ｘを凝縮液化する一次冷媒用凝縮器６、一次冷媒ｘを減圧する一次冷媒用減圧機構７および一次冷媒ｘを蒸発気化させる一次冷媒用蒸発器８を冷媒配管１６を介して順次接続してなる高温側冷凍サイクルＡと、二次冷媒ｙを圧縮する二次冷媒用圧縮機９、前記一次冷媒用蒸発器８との熱交換により二次冷媒ｙを凝縮液化する二次冷媒用凝縮器１０、二次冷媒ｙを減圧する二次冷媒用減圧機構１１および二次冷媒ｙを蒸発気化させる二次冷媒用蒸発器１２を冷媒配管１７を介して順次接続してなる低温側冷凍サイクルＢとを備えた二元冷凍装置において、前記高温側冷凍サイクルＡおよび低温側冷凍サイクルＢを逆サイクル運転が可能に構成している。
【００１４】上記のように構成したことにより、除霜運転時においては、二次冷媒用圧縮機９から吐出される高温のガス冷媒（即ち、ホットガス）ｙが、二次冷媒用蒸発器１２に供給され、二次冷媒用蒸発器１２の着霜を融霜した後、蒸発器として作用している二次冷媒用凝縮器１０で蒸発気化された後に二次冷媒用圧縮機９へ還流されるとともに、一次冷媒用圧縮機５から吐出された高温のガス冷媒（即ち、ホットガス）ｘが、一次冷媒用蒸発器８に供給され、二次冷媒用凝縮器１０での液冷媒ｙの蒸発気化を助けて自身凝縮液化された後、蒸発器として作用している一次冷媒用凝縮器６で蒸発気化されて一次冷媒用圧縮機５へ還流される。従って、除霜用熱源としては、一次冷媒用圧縮機５および二次冷媒用圧縮機９の仕事量と、一次冷媒用凝縮器６と熱交換する媒体（例えば、外気）の保有する熱とが利用されることとなるため、除霜能力が大きく向上することとなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して、本願発明の幾つかの好適な実施の形態について詳述する。
【００１６】第１の実施の形態（請求項１に対応）
図１には、本願発明の第１の実施の形態にかかる二元冷凍装置が示されている。
【００１７】この二元冷凍装置は、図１に示すように、既に従来技術の項において説明したと同様な構成とされている。
【００１８】即ち、この二元冷凍装置は、ショーケース用冷凍装置として用いられるものであり、一次冷媒ｘを圧縮する一次冷媒用圧縮機５、一次冷媒ｘを凝縮液化する一次冷媒用凝縮器６、一次冷媒ｘを減圧する一次冷媒用減圧機構７および一次冷媒ｘを蒸発気化させる一次冷媒用蒸発器８を冷媒配管１６を介して順次接続してなる高温側冷凍サイクルＡと、二次冷媒ｙを圧縮する二次冷媒用圧縮機９、前記一次冷媒用蒸発器８との熱交換により二次冷媒ｙを凝縮液化する二次冷媒用凝縮器１０、二次冷媒ｙを減圧する二次冷媒用減圧機構１１および二次冷媒ｙを蒸発気化させる二次冷媒用蒸発器１２を冷媒配管１７を介して順次接続してなる低温側冷凍サイクルＢとを備えて構成されている。符号１３は一次冷媒用凝縮器６を冷却するための冷却ファンである。
【００１９】なお、前記一次冷媒用圧縮機５および一次冷媒用凝縮器６は室外ユニット１を構成し、前記一次冷媒用減圧機構７、一次冷媒用蒸発器８、二次冷媒用圧縮機９および二次冷媒用凝縮器１０はカスケードユニット２を構成し、二次冷媒用減圧機構１１および二次冷媒用蒸発器１２はショーケース用冷凍ユニット３を構成することとなっており、前記カスケードユニット２およびショーケース用冷凍ユニット３はショーケース配置室４に設置される。
【００２０】そして、この二元冷凍装置においては、前記高温側冷凍サイクルＡにおける一次冷媒用圧縮機５の吐出側に四路切換弁２０を設けて、該高温側冷凍サイクルＡの逆サイクル運転が可能なように構成されており、前記高温側冷凍サイクルＡの逆サイクル運転時において前記一次冷媒用圧縮機５から吐出されるガス冷媒ｘを前記二次冷媒用蒸発器１２を経て前記一次冷媒用減圧機構７の下流側へバイパスさせる除霜用バイパス回路１８が設けられている。該除霜用バイパス回路１８の途中には、前記二次冷媒用蒸発器１２と熱交換可能に構成された加熱用熱交換器２１が設けられている。符号２２は一次冷媒用凝縮器６から一次冷媒用減圧機構７への冷媒流通のみを許容する逆止弁、２３は該逆止弁２２と並列に接続された減圧機構であり、冷却運転時には一次冷媒ｘは逆止弁２２を介して流通し、除霜運転時には一次冷媒ｘは減圧機構２３を介して流通することとなっている。符号２４は前記除霜用バイパス回路１８の入口側に介設された除霜運転時にのみ開弁する開閉弁、２５は前記除霜用バイパス回路１８の出口側に介設された除霜運転時にのみ冷媒流通を許容する逆止弁である。なお、前記開閉弁２４および逆止弁２５に代えて、高温用冷凍サイクルＡと除霜用バイパス回路１８との分岐点に三方弁を介設してもよい。
【００２１】上記のように構成された二元冷凍装置は、次のように作用する。
【００２２】（Ｉ） 冷却運転時この時、四路切換弁２０は正サイクル側に切り換えられ、開閉弁２４は閉弁され、一次冷媒用圧縮機５、二次冷媒用圧縮機９および冷却ファン１３は運転されている。
【００２３】一次冷媒用圧縮機５から圧送された一次冷媒ｘは、図１に実線矢印で示すように、四路切換弁２０を経て一次冷媒用凝縮器６に供給され、そこで凝縮液化された後、逆止弁２２を経た後一次冷媒用減圧機構７で減圧され、その後一次冷媒用蒸発器８で蒸発気化され、四路切換弁２０を経て一次冷媒用圧縮機５へ還流される。
【００２４】一方、二次冷媒用圧縮機９から圧送された二次冷媒ｙは、図１に実線矢印で示すように、二次冷媒用凝縮器１０において前記一次冷媒用蒸発器８との熱交換により凝縮液化された後、二次冷媒用減圧機構１１で減圧され、その後二次冷媒用蒸発器１２で蒸発気化され、二次冷媒用圧縮機９へ還流される。従って、一次冷媒用蒸発器８との熱交換により低温化された二次冷媒ｙが二次冷媒用蒸発器１２において蒸発気化することにより、二次冷媒用蒸発器１２による冷却作用が大きく向上することとなる。
【００２５】（ＩＩ） 除霜運転時この時、四路切換弁２０は逆サイクル側に切り換えられ、開閉弁２４は開弁され、一次冷媒用圧縮機５および冷却ファン１３は運転され、二次冷媒用圧縮機９は運転停止されている。
【００２６】一次冷媒用圧縮機５から吐出される高温のガス冷媒（即ち、ホットガス）ｘは、図１に点線で示すように、四路切換弁２０を経た後除霜用バイパス回路１８を介して二次冷媒用蒸発器１２へ供給され、二次冷媒用蒸発器１２の着霜を融霜した後、減圧機構２３を経て蒸発器として作用する一次冷媒用凝縮器６に供給され、そこで蒸発気化された後に四路切換弁２０を経て一次冷媒用圧縮機５へ還流されることとなる。従って、除霜用熱源としては、一次冷媒用圧縮機５の仕事量と、一次冷媒用凝縮器６と熱交換する媒体である外気の保有する熱とが利用されることとなるため、除霜能力が大きく向上することとなる。
【００２７】なお、ショーケース用冷凍装置における蒸発器の場合、フィンピッチが比較的大きい熱交換器が使用されているため、本実施の形態におけるように、高い除霜能力で短時間で除霜を行っても、伝熱管周りの融霜だけで着霜が落下するので、着霜が残るということはない。しかも、ショーケースの場合、食品等が陳列されているため、除霜時間は短い方が望ましいという要求も満たすことができる。
【００２８】また、電気ヒータを用いる除霜方法ではなく、冷媒により搬送される熱により除霜を行うこととなっているため、ランニングコストが高くなることもなく、定期的なメンテナンスも不必要となる。
【００２９】第２の実施の形態（請求項２に対応）
図２には、本願発明の第２の実施の形態にかかる二元冷凍装置が示されている。
【００３０】この場合、高温側冷凍サイクルＡは、一次冷媒ｘを圧縮する一次冷媒用圧縮機５、一次冷媒ｘを凝縮液化する一次冷媒用凝縮器６、一次冷媒ｘを減圧する一次冷媒用減圧機構７および一次冷媒ｘを蒸発気化させる一次冷媒用蒸発器８を冷媒配管１６を介して順次接続して構成されている。
【００３１】一方低温側冷凍サイクルＢにおける二次冷媒用圧縮機９の吐出側に四路切換弁２６を設けて、逆サイクル運転が可能に構成されており、該低温側冷凍サイクルＢの逆サイクル運転時に前記二次冷媒用圧縮機９に還流する液冷媒ｙを蒸発気化させる空冷熱交換器１９が付設されている。なお、第１の実施の形態における除霜用バイパス回路１８は省略される。符号２７は空冷熱交換器１９の冷却ファン、２８は二次冷媒用減圧機構１１と並列に接続された除霜運転時にのみ冷媒流通を許容する逆止弁、２９は二次冷媒用凝縮器１０から二次冷媒用減圧機構１１への冷媒流通のみを許容する逆止弁、３０は該逆止弁２９と並列に接続された減圧機構であり、冷却運転時には二次冷媒ｙは逆止弁２９を介して流通し、除霜運転時には二次冷媒ｙは減圧機構３０を介して流通することとなっている。その他の構成は、第１の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【００３２】上記のように構成された二元冷凍装置は、次のように作用する。
【００３３】（Ｉ） 冷却運転時この時、四路切換弁２６は正サイクル側に切り換えられ、一次冷媒用圧縮機５、二次冷媒用圧縮機９および冷却ファン１３，２７は運転されている。
【００３４】一次冷媒用圧縮機５から圧送された一次冷媒ｘは、図２に実線矢印で示すように、一次冷媒用凝縮器６に供給され、そこで凝縮液化された後、一次冷媒用減圧機構７で減圧され、その後一次冷媒用蒸発器８で蒸発気化され、一次冷媒用圧縮機５へ還流される。
【００３５】一方、二次冷媒用圧縮機９から圧送された二次冷媒ｙは、図２に実線矢印で示すように、四路切換弁２６を経た後空冷熱交換器１９で冷却ファン２７からの冷却風により冷却され、さらに二次冷媒用凝縮器１０において前記一次冷媒用蒸発器８との熱交換により凝縮液化され、逆止弁２９を経た後二次冷媒用減圧機構１１で減圧され、その後二次冷媒用蒸発器１２で蒸発気化され、四路切換弁２６を経て二次冷媒用圧縮機９へ還流される。従って、一次冷媒用蒸発器８との熱交換により低温化された二次冷媒ｙが二次冷媒用蒸発器１２において蒸発気化することにより、二次冷媒用蒸発器１２による冷却作用が大きく向上することとなる。なお、この場合、空冷熱交換器１９は二次冷媒用凝縮器１０へ供給される冷媒を予冷することとなる。
【００３６】（ＩＩ） 除霜運転時この時、四路切換弁２０は逆サイクル側に切り換えられ、一次冷媒用圧縮機５および冷却ファン１３は運転停止され、二次冷媒用圧縮機９および冷却ファン２７は運転されている。
【００３７】二次冷媒用圧縮機９から吐出される高温のガス冷媒（即ち、ホットガス）ｘは、図２に点線で示すように、四路切換弁２６を経て二次冷媒用蒸発器１２へ供給され、二次冷媒用蒸発器１２の着霜を融霜した後、逆止弁２８および減圧機構３０を経て蒸発器として作用している空冷熱交換器１９に供給され、そこで蒸発気化された後に四路切換弁２６を経て二次冷媒用圧縮機９へ還流されることとなる。従って、除霜用熱源としては、二次冷媒用圧縮機９の仕事量と、空冷熱交換器１９と熱交換する媒体である室内空気の保有する熱とが利用されることとなるため、除霜能力が大きく向上することとなる。
【００３８】なお、ショーケース用冷凍装置における蒸発器の場合、フィンピッチが比較的大きい熱交換器が使用されているため、本実施の形態におけるように、高い除霜能力で短時間で除霜を行っても、伝熱管周りの融霜だけで着霜が落下するので、着霜が残るということはない。しかも、ショーケースの場合、食品等が陳列されているため、除霜時間は短い方が望ましいという要求も満たすことができる。
【００３９】また、電気ヒータを用いる除霜方法ではなく、冷媒により搬送される熱により除霜を行うこととなっているため、ランニングコストが高くなることもなく、定期的なメンテナンスも不必要となる。
【００４０】第３の実施の形態（請求項３に対応）
図３には、本願発明の第３の実施の形態にかかる二元冷凍装置が示されている。
【００４１】この場合、カスケードユニット２が室外ユニット１内に配置されており、低温側冷凍サイクルＢにおいて除霜運転時に減圧機構３０の出口側となる位置から三方弁３１を介して分岐し、高温側冷凍サイクルＡにおいて除霜運転時に一次冷媒用凝縮器６の入口側となる位置に至る第１除霜運転用回路３２と、高温側冷凍サイクルＡにおいて除霜運転用に一次冷媒用凝縮器６の出口側となる位置から三方弁３３を介して分岐し、低温側冷凍サイクルＢにおいて除霜運転時に二次冷媒用凝縮器１０の出口側となる位置に至る第２除霜運転用回路３４とが付設されている。そして、除霜運転時に二次冷媒ｙが減圧機構３０、第１除霜運転用回路３２、一次冷媒用凝縮器６および第２除霜運転用回路３４を介して二次冷媒用凝縮器１０の出口側へ流通することとなっている。第２の実施の形態における空冷熱交換器１９および冷却ファン２７は省略される。つまり、第２の実施の形態における空冷熱交換器１９を一次冷媒用凝縮器６で兼用するように構成されているのである。その他の構成は、第１および第２の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【００４２】上記のように構成された二元冷凍装置は、次のように作用する。
【００４３】（Ｉ） 冷却運転時この時、四路切換弁２６は正サイクル側に切り換えられ、三方弁３１，３３は低温側冷凍サイクルＢ側および高温側冷凍サイクルＡ側に切り換えられ、一次冷媒用圧縮機５、二次冷媒用圧縮機９および冷却ファン１３は運転されている。
【００４４】一次冷媒用圧縮機５から圧送された一次冷媒ｘは、図３に実線矢印で示すように、一次冷媒用凝縮器６に供給され、そこで凝縮液化された後、一次冷媒用減圧機構７で減圧され、その後一次冷媒用蒸発器８で蒸発気化され、一次冷媒用圧縮機５へ還流される。
【００４５】一方、二次冷媒用圧縮機９から圧送された二次冷媒ｙは、図３に実線矢印で示すように、四路切換弁２６を経て二次冷媒用凝縮器１０に供給され、そこで前記一次冷媒用蒸発器８との熱交換により凝縮液化され、逆止弁２９を経た後二次冷媒用減圧機構１１で減圧され、その後二次冷媒用蒸発器１２で蒸発気化され、四路切換弁２６を経て二次冷媒用圧縮機９へ還流される。従って、一次冷媒用蒸発器８との熱交換により低温化された二次冷媒ｙが二次冷媒用蒸発器１２において蒸発気化することにより、二次冷媒用蒸発器１２による冷却作用が大きく向上することとなる。
【００４６】（ＩＩ） 除霜運転時この時、四路切換弁２０は逆サイクル側に切り換えられ、三方弁３１，３３は第１および第２除霜運転用回路３２，３４側に切り換えられ、一次冷媒用圧縮機５は運転停止され、二次冷媒用圧縮機９および冷却ファン１３は運転されている。
【００４７】二次冷媒用圧縮機９から吐出される高温のガス冷媒（即ち、ホットガス）ｘは、図３に点線で示すように、四路切換弁２６を経て二次冷媒用蒸発器１２へ供給され、二次冷媒用蒸発器１２の着霜を融霜した後、逆止弁２８、減圧機構３０および第１除霜運転用回路３２を経て蒸発器として作用している一次冷媒用凝縮器６に供給され、そこで蒸発気化された後に第２除霜運転用回路３４および四路切換弁２６を経て二次冷媒用圧縮機９へ還流されることとなる。従って、除霜用熱源としては、二次冷媒用圧縮機９の仕事量と、一次冷媒用凝縮器６と熱交換する媒体である外気の保有する熱とが利用されることとなるため、除霜能力が大きく向上することとなる。
【００４８】なお、ショーケース用冷凍装置における蒸発器の場合、フィンピッチが比較的大きい熱交換器が使用されているため、本実施の形態におけるように、高い除霜能力で短時間で除霜を行っても、伝熱管周りの融霜だけで着霜が落下するので、着霜が残るということはない。しかも、ショーケースの場合、食品等が陳列されているため、除霜時間は短い方が望ましいという要求も満たすことができる。
【００４９】また、電気ヒータを用いる除霜方法ではなく、冷媒により搬送される熱により除霜を行うこととなっているため、ランニングコストが高くなることもなく、定期的なメンテナンスも不必要となる。
【００５０】第４の実施の形態（請求項４に対応）
図４には、本願発明の第４の実施の形態にかかる二元冷凍装置が示されている。
【００５１】この場合、高温側冷凍サイクルＡおよび低温側冷凍サイクルＢにおける一次冷媒用圧縮機５および二次冷媒用圧縮機９の吐出側に四路切換弁２０，２６をそれぞれ設けて、両サイクルＡ，Ｂともに逆サイクル運転が可能に構成されている。符号２８は二次冷媒用減圧機構１１と並列に接続された除霜運転時にのみ冷媒流通を許容する逆止弁、２９は二次冷媒用凝縮器１０から二次冷媒用減圧機構１１への冷媒流通のみを許容する逆止弁、３０は該逆止弁２９と並列に接続された減圧機構、３５は一次冷媒用減圧機構７と並列に接続された逆止弁である。その他の構成は、第１の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【００５２】上記のように構成された二元冷凍装置は、次のように作用する。
【００５３】（Ｉ） 冷却運転時この時、四路切換弁２０，２６は正サイクル側に切り換えられ、一次冷媒用圧縮機５、二次冷媒用圧縮機９および冷却ファン１３は運転されている。
【００５４】一次冷媒用圧縮機５から圧送された一次冷媒ｘは、図４に実線矢印で示すように、四路切換弁２０を経て一次冷媒用凝縮器６に供給され、そこで凝縮液化された後、逆止弁２２を経て一次冷媒用減圧機構７で減圧され、その後一次冷媒用蒸発器８で蒸発気化され、四路切換弁２０を経て一次冷媒用圧縮機５へ還流される。
【００５５】一方、二次冷媒用圧縮機９から圧送された二次冷媒ｙは、図４に実線矢印で示すように、四路切換弁２６を経て二次冷媒用凝縮器１０に供給され、そこで前記一次冷媒用蒸発器８との熱交換により凝縮液化され、逆止弁２９を経た後二次冷媒用減圧機構１１で減圧され、その後二次冷媒用蒸発器１２で蒸発気化され、四路切換弁２６を経て二次冷媒用圧縮機９へ還流される。従って、一次冷媒用蒸発器８との熱交換により低温化された二次冷媒ｙが二次冷媒用蒸発器１２において蒸発気化することにより、二次冷媒用蒸発器１２による冷却作用が大きく向上することとなる。
【００５６】（ＩＩ） 除霜運転時この時、四路切換弁２０，２６は逆サイクル側に切り換えられ、一次冷媒用圧縮機５、二次冷媒用圧縮機９および冷却ファン１３は運転されている。
【００５７】一次冷媒用圧縮機５から吐出される高温のガス冷媒（即ち、ホットガス）ｘは、図４に点線で示すように、四路切換弁２０を経て一次冷媒用蒸発器８に供給され、逆止弁３５および減圧機構２３を経て蒸発器として作用している一次冷媒用凝縮器６へ供給され、そこで蒸発気化された後に四路切換弁２０を経て一次冷媒用圧縮機５へ還流されることとなる。
【００５８】一方、二次冷媒用圧縮機９から吐出される高温のガス冷媒（即ち、ホットガス）ｘは、図４に点線で示すように、四路切換弁２６を経て二次冷媒用蒸発器１２へ供給され、二次冷媒用蒸発器１２の着霜を融霜した後、逆止弁２８および減圧機構３０を経て蒸発器として作用している二次冷媒用凝縮器１０に供給され、そこで一次冷媒用蒸発器８に供給されるホットガスｘと熱交換して蒸発気化された後に四路切換弁２６を経て二次冷媒用圧縮機９へ還流されることとなる。従って、除霜用熱源としては、一次冷媒用圧縮機５および二次冷媒用圧縮機９の仕事量と、一次冷媒用凝縮器６と熱交換する媒体である外気の保有する熱とが利用されることとなるため、除霜能力が大きく向上することとなる。
【００５９】なお、ショーケース用冷凍装置における蒸発器の場合、フィンピッチが比較的大きい熱交換器が使用されているため、本実施の形態におけるように、高い除霜能力で短時間で除霜を行っても、伝熱管周りの融霜だけで着霜が落下するので、着霜が残るということはない。しかも、ショーケースの場合、食品等が陳列されているため、除霜時間は短い方が望ましいという要求も満たすことができる。
【００６０】また、電気ヒータを用いる除霜方法ではなく、冷媒により搬送される熱により除霜を行うこととなっているため、ランニングコストが高くなることもなく、定期的なメンテナンスも不必要となる。
【００６１】上記実施の形態においては、二元冷凍装置をショーケース用冷凍装置として使用した場合について説明したが、本願発明の二元冷凍装置は、その他の用とにも用いることができる。
【００６２】
【発明の効果】本願発明の第１の基本構成（請求項１の発明）によれば、一次冷媒ｘを圧縮する一次冷媒用圧縮機５、一次冷媒ｘを凝縮液化する一次冷媒用凝縮器６、一次冷媒ｘを減圧する一次冷媒用減圧機構７および一次冷媒ｘを蒸発気化させる一次冷媒用蒸発器８を冷媒配管１６を介して順次接続してなる高温側冷凍サイクルＡと、二次冷媒ｙを圧縮する二次冷媒用圧縮機９、前記一次冷媒用蒸発器８との熱交換により二次冷媒ｙを凝縮液化する二次冷媒用凝縮器１０、二次冷媒ｙを減圧する二次冷媒用減圧機構１１および二次冷媒ｙを蒸発気化させる二次冷媒用蒸発器１２を冷媒配管１７を介して順次接続してなる低温側冷凍サイクルＢとを備えた二元冷凍装置において、前記高温側冷凍ユニットＡを逆サイクル運転が可能に構成するとともに、前記高温側冷凍サイクルＡの逆サイクル運転時において前記一次冷媒用圧縮機５から吐出されるガス冷媒ｘを前記二次冷媒用蒸発器１２を経て前記一次冷媒用減圧機構７の下流側へバイパスさせる除霜用バイパス回路１８を設けて、除霜運転時においては、一次冷媒用圧縮機５から吐出される高温のガス冷媒（即ち、ホットガス）ｘが、除霜用バイパス回路１８を介して二次冷媒用蒸発器１２へ供給され、二次冷媒用蒸発器１２の着霜を融霜した後、蒸発器として作用する一次冷媒用凝縮器６で蒸発気化された後に一次冷媒用圧縮機５へ還流されるようにしたので、除霜用熱源として、一次冷媒用圧縮機５の仕事量と、一次冷媒用凝縮器６と熱交換する媒体（例えば、外気）の保有する熱とを利用できることとなり、除霜能力が大きく向上し、除霜時間を短縮することができるという優れた効果がある。しかも、電気ヒータを用いる除霜方法ではなく、冷媒により搬送される熱により除霜を行うこととなっているため、ランニングコストが高くなることもなく、定期的なメンテナンスも不必要となるという効果もある。
【００６３】本願発明の第２の基本構成（請求項２の発明）によれば、一次冷媒ｘを圧縮する一次冷媒用圧縮機５、一次冷媒ｘを凝縮液化する一次冷媒用凝縮器６、一次冷媒ｘを減圧する一次冷媒用減圧機構７および一次冷媒ｘを蒸発気化させる一次冷媒用蒸発器８を冷媒配管１６を介して順次接続してなる高温側冷凍サイクルＡと、二次冷媒ｙを圧縮する二次冷媒用圧縮機９、前記一次冷媒用蒸発器８との熱交換により二次冷媒ｙを凝縮液化する二次冷媒用凝縮器１０、二次冷媒ｙを減圧する二次冷媒用減圧機構１１および二次冷媒ｙを蒸発気化させる二次冷媒用蒸発器１２を冷媒配管１７を介して順次接続してなる低温側冷凍サイクルＢとを備えた二元冷凍装置において、前記低温側冷凍サイクルＢを逆サイクル運転が可能に構成するとともに、前記低温側冷凍サイクルＢの逆サイクル運転時に前記二次冷媒用圧縮機９に還流する液冷媒ｙを蒸発気化させる空冷熱交換器１９を付設して、除霜運転時においては、二次冷媒用圧縮機９から吐出された高温のガス冷媒（即ち、ホットガス）ｙが、二次冷媒用蒸発器１２に供給され、二次冷媒用蒸発器１２の着霜を融霜した後、空冷熱交換器１９で蒸発気化された後に二次冷媒用圧縮機９へ還流されるようにしたので、除霜用熱源として、二次冷媒用圧縮機９の仕事量と、空冷熱交換器１９と熱交換する媒体（例えば、室内空気）の保有する熱とを利用できることとなり、除霜能力が大きく向上し、除霜時間を短縮することができるという優れた効果がある。しかも、電気ヒータを用いる除霜方法ではなく、冷媒により搬送される熱により除霜を行うこととなっているため、ランニングコストが高くなることもなく、定期的なメンテナンスも不必要となるという効果もある。
【００６４】請求項３の発明におけるように、前記空冷熱交換器１９を、前記高温側冷凍サイクルＡにおける一次冷媒用凝縮器６で兼用した場合、除霜運転時において二次冷媒用凝縮器１２で凝縮液化された二次冷媒ｙを一次冷媒用凝縮器６で蒸発気化できることとなり、部品点数の低減およびコスト低減に寄与できる。なお、この場合、外気の保有するする熱が除霜用熱源として利用されることとなる。
【００６５】本願発明の第３の基本構成（請求項４の発明）によれば、一次冷媒ｘを圧縮する一次冷媒用圧縮機５、一次冷媒ｘを凝縮液化する一次冷媒用凝縮器６、一次冷媒ｘを減圧する一次冷媒用減圧機構７および一次冷媒ｘを蒸発気化させる一次冷媒用蒸発器８を冷媒配管１６を介して順次接続してなる高温側冷凍サイクルＡと、二次冷媒ｙを圧縮する二次冷媒用圧縮機９、前記一次冷媒用蒸発器８との熱交換により二次冷媒ｙを凝縮液化する二次冷媒用凝縮器１０、二次冷媒ｙを減圧する二次冷媒用減圧機構１１および二次冷媒ｙを蒸発気化させる二次冷媒用蒸発器１２を冷媒配管１７を介して順次接続してなる低温側冷凍サイクルＢとを備えた二元冷凍装置において、前記高温側冷凍サイクルＡおよび低温側冷凍サイクルＢを逆サイクル運転が可能に構成して、除霜運転時においては、二次冷媒用圧縮機９から吐出される高温のガス冷媒（即ち、ホットガス）ｙが、二次冷媒用蒸発器１２に供給され、二次冷媒用蒸発器１２の着霜を融霜した後、蒸発器として作用している二次冷媒用凝縮器１０で蒸発気化された後に二次冷媒用圧縮機９へ還流されるとともに、一次冷媒用圧縮機５から吐出された高温のガス冷媒（即ち、ホットガス）ｘが、一次冷媒用蒸発器８に供給され、二次冷媒用凝縮器１０での液冷媒ｙの蒸発気化を助けて自身凝縮液化された後、蒸発器として作用している一次冷媒用凝縮器６で蒸発気化された後に一次冷媒用圧縮機５へ還流されるようにしたので、除霜用熱源として、一次冷媒用圧縮機５および二次冷媒用圧縮機９の仕事量と、一次冷媒用凝縮器６と熱交換する媒体（例えば、外気）の保有する熱とを利用できることとなり、除霜能力が大きく向上し、除霜時間を短縮することができるという優れた効果がある。しかも、電気ヒータを用いる除霜方法ではなく、冷媒により搬送される熱により除霜を行うこととなっているため、ランニングコストが高くなることもなく、定期的なメンテナンスも不必要となるという効果もある。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２８５３
【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社
|
| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１２月１２日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】大浜 博
|
| 【公開番号】 |
特開平１１−１７３７１１ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）７月２日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−３４２９２２ |
|