(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍機で発生するホットガスを冷凍室内のエバポレーターへ送り、その冷却管を内側から加熱し、エバポレーターの冷却管を通過して常温化もしくは高温化した不完全凝縮冷媒ガスを熱交換器の一次側に送り、その熱交換器の一次側を通過した冷媒ガスを前記熱交換器の二次側流路に設けた膨張弁を通して送り込み、その二次側を通過した冷媒ガスを前記冷凍機へ循環させることとし、冷凍サイクルのうち凝縮、膨張、蒸発の機能を外部熱源や蓄熱源なしに行なえることを特徴とするデフロスト方法。
【請求項２】
冷凍機とコンデンサと、膨張弁及びエバポレーターを有する冷凍回路を有し、前記したエバポレーターと高効率の熱交換器を連結し、その熱交換器の一次側を通過した冷媒ガスを、その熱交換器の二次側へ膨張弁を介して送り、その熱交換器の二次側を通過した冷媒ガスを冷凍機へ送ることとし、冷凍サイクルのうち凝縮、膨張、蒸発の機能を外部熱源や蓄熱源なしに行なえることを特徴とするデフロストシステム。
【請求項３】
前記した熱交換器は複数を備え、ガス圧の検知によって、その複数の熱交換器の稼動台数を制御することにより、冷凍サイクルの冷媒圧力の調整を行なうことを特徴とする請求項２に記載のデフロストシステム。
【請求項４】
前記した熱交換器はカスケイドタイプのものとしたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のデフロストシステム。
【請求項５】
前記した熱交換器を二元冷凍機サイクルに組み込んだことを特徴とする請求項２、請求項３または請求項４に記載のデフロストシステム。
【請求項６】
前記した熱交換器をユニットとして既設のエアコンの冷媒サイクルに組み込むことを特徴とする請求項２、請求項３または請求項４に記載のデフロストシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はデフロスト方法及びそのシステムの改良に関する。
【０００２】
【特許文献】
出願人にあって、本発明と関連すると思われる先行技術文献の調査を行なったが、格別に該当する文献は発見できなかった。
【０００３】
【従来の技術】
従来、デフロストを実行するための機構、方式は図９、図１０、図１１として示すものが知られている。即ち、図９は冷媒を蒸発させるための熱交換器を回路中に組み込んだもの、図１０は融解用の電気ヒーターを使用して加熱するもの、図１１は冷媒を蒸発させるための熱源としての蓄熱タンクを回路中に組み込んだものである。
【０００４】
まず、図９として示すデフロスト方式の機構には、冷凍サイクルとして、冷凍機１、コンデンサ２、そのコンデンサ２から続く凝縮管、そしてその凝縮管から膨張弁３を介して冷凍庫（室）内のエバポレーター４を通って前記冷凍機１へ冷媒が循環するように構成されている。また、デフロスト用としてはエバポレーター４を通過した冷媒が切り替え三方弁６の作用によって冷媒蒸発用熱交換器１２へその一次側に設けられた膨張弁１７を介して導かれ、この冷媒蒸発用熱交換器１２を通って熱交換された冷媒が冷凍機１へ戻るものとされている。
【０００５】
このデフロスト作用の際はエバポレーター４には切り替え三方弁５の作用で冷凍機１で発生するホットガスがホットガス管１０を通って送られることとなり、エバポレーター４のファン８は当然に停止状態とされる。
【０００６】
また、前記した冷媒蒸発用熱交換器１２には蒸発の熱源としての水が供給される給水管１６が組み込まれ、デフロスト作業中は水を流し続けることとなる。
【０００７】
次に図１０として示す従来例にあっては、前記した例と同様の冷凍サイクルを有しており、デフロスト用としてエバポレーター４に霜や氷の融解用の熱源として電気ヒーター１４を組み入れてある。また、この例では電気ヒーター１４に加え、あるいは電気ヒーター１４に代えて霜や氷を融かすために水を散水パイプ１３を通してエバポレーター４に直接的に注ぎ与える構成を採用することも行なわれている。なお、この例にあってもデフロスト作業中はエバポレーター４におけるファン８は停止している。
【０００８】
また、図１１として示す従来例にあってはやはり前記した例と同様の冷凍サイクルを有しており、デフロスト用として熱源となる水を収容した冷媒蒸発熱源用蓄熱タンク１５を有している。この例にあって、デフロスト作業時にはエバポレーター４を通過した冷媒が切り替え三方弁６の作用によって、膨張弁１６を介して前記蓄熱タンク１５へ導入され、その蓄熱タンク１５で熱交換されて冷凍機１へ戻される。蓄熱タンク１５内の水は冷凍サイクルの運転時に、冷媒をコンデンサ２に通す前に蓄熱タンク１５を通すことで温められる構成としてある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来のデフロストのための方式、機構は上記のようになっている。ここで、図９として示す例の場合は、デフロスト作業時に、正常な冷凍サイクル機構となってはいるが凝縮能力の限界のため、完全なデフロストを行なうことができず、なおかつ、冷媒蒸発用熱交換器１２には、熱源としての水と、その水を供給するための給水管１６の設備が不可欠となっている。
【００１０】
次に、図１０として示す例の場合は、電気ヒーター１４を用いる場合には、その電気ヒーター１４を組み付けるための工事、加工が複雑で工費もかかり、電気ヒーターの霜や氷を融かす能力が弱くデフロスト作業に長時間が必要となるうえ、断線事故等の故障発生も多いものとなっている。また、散水パイプ１３を用いる場合にはその散水パイプ１３の取り付け工事と散水された水の排水のための工事が必要となり、当然ながら、散水する水の存在が不可欠となり、デフロスト時間も長時間がかかることとなる。
【００１１】
さらに、図１１として示す例の場合には、高温、高圧のガスをエバポレーター４の冷却管へ送り、その冷却管を内側から暖めるためデフロスト効率はよい。また、通常の冷却運転時に蓄熱タンク１５内の水を予め温めておき、デフロスト時に霜や氷を融かしたホットガスが凝縮されて冷媒液となり、蓄熱タンク１５で蒸発され冷凍機１へ戻る循環となり、正常な冷凍サイクルが構成されることになる。しかしながら、この例では蓄熱タンク１５内の水を加熱するための時間が必要で、当然ながら、その水の存在も必要となる。初期の開始時には有効な効果が望めない問題もあり、繰り返しての作業時間には制限がある。また、蓄熱タンク１５内の水が冷媒の蒸発によって冷却され、低温となってしまうと機能は不能となり、作用しなくなってしまう。そして、蓄熱タンク１５を大きくすれば初期加熱に時間がかかり、小さくすればデフロスト作業自体の時間が短時間に制約されてしまうこととなる。
【００１２】
【発明の目的】
本発明は上記した従来技術の実情、問題点に着目してなされたもので、蒸発熱源として蓄熱源や外部熱源を一切不要とし、従ってその熱源を得るための種々の施工も必要なく、正常な加熱冷凍サイクルの安定した連続運転が行なえ、効率的にも優れたものとなって経済的にも有利となるデフロスト方法及びそのシステムを提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明に係るデフロスト方法は冷凍機で発生するホットガスを冷凍室内のエバポレーターへ送り、その冷却管を内側から加熱し、エバポレーターの冷却管を通過して常温化もしくは高温化した不完全凝縮冷媒ガスを熱交換器の一次側に送り、その熱交換器の一次側を通過した冷媒ガスを前記熱交換器の二次側流路に設けた膨張弁を通して送り込み、その二次側を通過した冷媒ガスを前記冷凍機へ循環させることとし、冷凍サイクルのうち凝縮、膨張、蒸発の機能を外部熱源や蓄熱源なしに行なえることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明に係るデフロストシステムは冷凍機とコンデンサと、膨張弁及びエバポレーターを有する冷凍回路を有し、前記したエバポレーターと高効率の熱交換器を連結し、その熱交換器の一次側を通過した冷媒ガスを、その熱交換器の二次側へ膨張弁を介して送り、その熱交換器の二次側を通過した冷媒ガスを冷凍機へ送ることとし、冷凍サイクルのうち凝縮、膨張、蒸発の機能を外部熱源や蓄熱源なしに行なえることを特徴とし、前記した熱交換器は複数を備え、ガス圧の検知によって、その複数の熱交換器の稼動台数を制御することにより、冷凍サイクルの冷媒圧力の調整を行なうことを特徴とし、前記した熱交換器はカスケイドタイプのものとしたことを特徴とし、前記した熱交換器を二元冷凍機サイクルに組み込んだことを特徴とし、前記した熱交換器をユニットとして既設のエアコンの冷媒サイクルに組み込むことを特徴としている。
【００１５】
【作用】
本発明に係るデフロスト方法及びそのシステムは上記のように構成されている。そのため、エバポレーターを通過した不完全凝縮冷媒ガスを熱交換器の一次側を通過させ、それを当該熱交換器の二次側に配した膨張弁を通す。この際に前記不完全凝縮冷媒ガスはこの膨張弁、即ち熱交換器の二次側で蒸発させることとなる。この蒸発作用で当該熱交換器の一次側における不完全凝縮冷媒ガスを冷却・凝縮させることとなる。つまり、この構成にあって当該熱交換器の一次側は二次側蒸発ガスの蒸発熱源となり、二次側は一次側の不完全凝縮冷媒ガスの凝縮冷却熱源となる。これは、同時に、当該熱交換器の一次側は不完全凝縮冷媒ガスの凝縮が促進され、二次側では一次側の熱源で凝縮液の蒸発が連続されることとなることを意味する。この熱交換器の一次側、二次側における凝縮作用と蒸発作用は相乗効果を発揮し、連続する時間に伴う経時変化によって熱交換器の一次側、二次側の作用は正常となるので回路として連続運転が安定した状態で得られることとなるのであり、そこには格別な蓄熱源や外部熱源は一切不要のものとなるのである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好ましい実施の形態を図１乃至図８を参照して説明する。なお、従来例と共通する部分は同一の符号を付して詳しい説明は省略する。図１は本発明を実施したデフロスト運転時の冷媒回路を示す図、図２は同じく通常の冷却運転時の冷媒回路を示す図、図３は同じく熱交換器を二台組み込んだ構成を示す図、図４は同じく本発明で実施される熱交換器の機能の経時変化を説明する図、図５は同じく別の実施例の冷媒回路図、図６は同じく本発明における冷凍サイクルの基本を示す図、図７は冷媒回路を切り替えた際の変化状態を示す図、図８は同じく概念図である。
【００１７】
本発明では、デフロスト運転時に冷凍機１から三方弁５で切り替えられて、ホットガスがホットガス管１０を通してエバポレーター４に直接送られ、その冷却管を内側から加熱することで素早い徐霜が行なわれる。この徐霜作用で冷却され、常温化した冷媒ガス（Ａ）は二方弁６ａ・６ａの切り替えによって、前記したようなサイクルを自己発生する熱交換器７の一次側へ送られる。この際に、エバポレーター４におけるファン８は停止されている。
【００１８】
また、前記した熱交換器７は高効率のもので、特にカスケイドタイプのものが使用されることが望ましい。
【００１９】
この熱交換器７の一次側へ流入される冷媒ガスは不完全凝縮状態となっている。この不完全凝縮冷媒ガスは熱交換器７の一次側を流通した後に、この熱交換器７の二次側へ送られる。この熱交換器７の二次側入口に至るまでの流路には膨張弁１８が設けられており、この膨張弁１８を通すことによって流れてくる不完全凝縮冷媒ガスの蒸発が行なわれる。
【００２０】
この膨張弁１８による蒸発作用、即ち吸熱作用は連続して熱交換器７の一次側へ流入してくる不完全凝縮冷媒ガスを冷却、凝縮させるための放熱源として作用することとなる。
【００２１】
つまり、この熱交換器７の一次側における不完全凝縮冷媒ガスの流入は、二次側における蒸発作用の蒸発熱源とされ、同時に二次側における蒸発作用が一次側の不完全凝縮冷媒ガスを冷却、凝縮させることとなる。この二次側における蒸発作用と、一次側における冷却、凝縮作用は相乗効果を発揮し、所定の時間による経時変化によって熱交換器７の一次側、二次側の作用は正常に安定され、デフロストあるいは冷凍サイクルとして長時間にわたる連続運転を可能とする。
【００２２】
この熱交換器７における機能の経時変化は図４によって詳しく示す。この図４にあって左側が初期的状況、右側が時間経過後の状態である。初期的段階で熱交換器７の一次側に流入されるのは高圧で高温（常温）の不完全凝縮の冷媒ガス（ホットガスと冷媒液）である。デフロスト作用をした冷媒ガスは放熱し、その冷却による凝縮をして一部液となっている。
【００２３】
この不完全凝縮冷媒ガスは熱交換器７の一次側出口より流出して二次側へ流入するが、この時膨張弁１８を通過し、その通過時に一部液化されている冷媒が蒸発し、気化相変化する。
【００２４】
この蒸発によって、熱交換器７内の中間プレートを介して一次側に流入してくる不完全凝縮冷媒ガスを熱交換して冷却し、凝縮を促進させる。この時に、一次側に流入してくる不完全凝縮冷媒ガスは高温（常温）のため、二次側の蒸発作用の気化熱源となる。
【００２５】
一次側では流入してくる不完全凝縮冷媒ガスが冷却され、より凝縮が促進されることで、この一次側には凝縮された冷媒の液が経時変化と共に増量していく。
【００２６】
熱交換器７の一次側に凝縮された冷媒の液が増量されると、二次側における蒸発能力も伴って増加され、さらに、一次側における不完全凝縮ガスの凝縮を促進させる。
【００２７】
上記した経時変化により増進されていく機能は、一次側が二次側の蒸発熱源となり、二次側の蒸発作用は一次側の凝縮熱源となって安定され二次側で蒸発気化された冷媒ガスは冷凍機１へ吸引され、圧縮、循環されることとなる。
【００２８】
また、この熱交換器７の二次側入口には高圧保護切り替え弁１９を備え、その切り替え弁１９から膨張弁１８を通して不完全凝縮冷媒ガスを導入させるようにし、二次側出口に高圧保護圧力スイッチ２０を設け、流出する圧力を検出するようにすることもできる。これは、熱交換器７を使用するデフロスト回路への切り替え時や連続運転中に、不完全凝縮冷媒ガスの増量で二次側の圧力が上昇した場合、この二次側が一次側より流入ガス量が多くなってしまうと蒸発量と凝縮量のバランスが崩れ高圧状態となってしまう。そのため、高圧保護圧力スイッチ２０でこの高圧を検出し、高圧保護切り替え弁１９を閉じ、二次側への流入量を減少させることで、一次側と二次側のバランスが回復し、連続運転を可能とするもので、複数台の多段組み付けも可能となる。上記の状態にあって、不完全凝縮ガスから開始された冷凍サイクルは圧縮、凝縮、膨張、蒸発の完全なサイクルを完成させることができる。
【００２９】
また、通常の冷却運転時には、二方弁６ａの切り替えによって、冷媒は熱交換器７を通ることなく、エバポレーター４から直接的に冷凍機１へと戻されることとなる。冷凍機１からの冷媒ガスはコンデンサ２によって圧縮されるとともにファン９によって冷やされ、凝縮管を通って凝縮され、膨張弁３によって低圧化され、エバポレーター４で蒸発、即ち冷却され、冷気をファン８によって冷凍庫（室）内に送り出すこととなる。
【００３０】
さらに、本発明に係るデフロスト方法及びそのシステムとしては、回路中に前記したサイクルを自己発生する熱交換器７を二台以上の複数組み込むこともできる（図３参照）。この場合には、二台の熱交換器７・７を同時に作動させることもできるが、制御用の圧力スイッチ１１で冷媒ガスの圧力を検知し、一方の熱交換器７の二方弁６ａを切り替え、一台のみの作動状態とすることもできるものとしている。
【００３１】
この構成はエバポレーター４でのデフロストが進んで、熱交換器７の機能に不足が生じた場合、即ち、エバポレーター４を通過したガスが高圧、高温の状態となって凝縮液が無くなった場合には熱交換器７による蒸発、凝縮の作用が発揮できなくなってしまう。この状態では冷凍機１からの冷媒の吐出圧力は高圧となるのでこの高圧力を制御用の圧力スイッチ１１で検出し、一方の二方弁６ａを閉じ、冷媒の流量を減少させてやることで冷凍機１の損傷を防ぎ、熱交換器７・７の機能能力を正常に復元させることができる。
【００３２】
ここで、本発明に係るデフロスト方法及びそのシステムを一般的な冷凍サイクルの原理、原則と照らし合わせてみる。一般的な冷凍サイクルは冷媒の循環回路中にあって、冷媒は圧縮機によって圧縮されることで高温高圧の冷媒ガスとなって大きな熱エネルギーを発生させ、この熱エネルギーには圧縮機の仕事熱も通常モータ馬力の０.２５倍の計算で加えられる。内包された熱エネルギーは凝縮器より放熱され、常温、高圧の冷媒液となってサイクル中の熱エネルギーの増減のバランスが取られる。この冷媒液を膨張弁で減圧膨張することによって蒸発潜熱を発生し、気化熱を取得し、周囲を冷却する。
【００３３】
圧縮機に吸引されて気化熱を包合した冷媒ガスは圧縮機の仕事熱も加えられ、凝縮器に送られて放熱し、気化取得熱も放熱し、サイクル中のエネルギーの吸入、放出をさせることができる機能をもった構成となっている。そのために、冷凍サイクルを連続運転させるには必ずサイクル中で発生、及び取得する熱を放出する構成が原則となる。
【００３４】
しかしながら、これを暖房、加熱のサイクル（デフロスト）とする時には、冷媒の循環回路にあって、冷媒は圧縮機によって圧縮され高温高圧の冷媒ガスとなり高い熱エネルギーを発生し、そこに圧縮機の仕事熱も加えられた冷媒ガスとなる。この内包されたエネルギーを凝縮機能を有する放熱器に送り、放熱することで周囲を加熱する。常温、高圧の冷媒液（あるいは大部分が常温、高圧の冷媒ガスのまま）となり、サイクル中のエネルギー増減のバランスを取る。
【００３５】
この後に、冷媒液は気化され冷凍機に吸引されるか、冷媒ガスの場合には凝縮され気化して冷凍機に吸引されるかの二つの方向ないしは同時平行の冷媒の相の変化を行なう必要がある。この相の変化に必要な熱源として外部熱源（気化熱源）と一切の関連なく処理することが本発明の骨子となる。
【００３６】
前述している熱交換器７を利用してサイクル中に発生する熱エネルギーを気化熱源とし、発生した気化熱（取得熱）を凝縮放熱熱源とすることの相乗効果を利用することでデフロストのサイクルを成立させることは一般的に認識されている冷凍（冷房）、暖房（加熱）のサイクルの原理、原則を逸脱するものでないことが解る（図６、図７、図８参照）。
【００３７】
【発明の効果】
本発明に係るデフロスト方法及びそのシステムは上述のように構成され、作用する。そのため、少なくとも一台の高効率な熱交換器を組み付けることで蓄熱源（設備）や外部熱源（設備）を一切不要として効率のよいデフロスト作業を行なうことができる。そして、本発明によると、要する費用も極めて低廉なものとなり、安定したサイクルシステムの運転を長時間にわたり連続して行なうことができることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施したデフロスト運転時の冷媒回路を示す図である。
【図２】通常の冷却運転時の冷媒回路を示す図である。
【図３】熱交換器を二台組み込んだ構成を示す図である。
【図４】本発明で実施される熱交換器の機能の経時変化を説明する図である。
【図５】別の実施例の冷媒回路図である。
【図６】本発明における冷凍サイクルの基本を示す図である。
【図７】冷媒回路を切り替えた際の変化状態を示す図である。
【図８】概念図である。
【図９】従来例を示す図である。
【図１０】別の従来例を示す図である。
【図１１】別の従来例を示す図である。
【符号の説明】
１  冷凍機
２  コンデンサ
３  膨張弁
４  エバポレーター
５  三方弁
６  三方弁
６ａ  二方弁
７  熱交換器
８  ファン
９  ファン
１０  ホットガス管
１１  制御用の圧力スイッチ
１２  冷媒蒸発用熱交換器
１３  散水パイプ
１４  電気ヒーター
１５  蓄熱タンク
１６  給水管
１７  膨張弁
１８  膨張弁
１９  高圧保護切り替え弁
２０  高圧保護圧力スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0003710093.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003710093.tif 000008
【図８】
0003710093.tif 000009
【図９】
0003710093.tif 000010
【図１０】
0003710093.tif 000011
【図１１】
0003710093.tif 000012