(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング、該ケーシングの内部に導設された熱交換管、及び該熱交換管の下方に設けられたドレン受け部を有する冷却器と、
前記熱交換管の入口路及び出口路から分岐し、前記熱交換管と共にＣＯ２循環路を形成するデフロスト回路と、
前記熱交換管の入口路及び出口路に設けられ、デフロスト時に閉じて前記ＣＯ２循環路を閉回路とするための開閉弁と、
デフロスト時に前記閉回路を循環するＣＯ２冷媒を圧力調整するための圧力調整部と、
前記ドレン受け部に導設された前記デフロスト回路及び前記ドレン受け部に導設された第１ブライン回路とで構成され、前記第１ブライン回路を循環するブラインで前記ドレン受け部を加熱するように構成された熱交換部と、
前記第１ブライン回路から分岐して前記冷却器の内部に導設され、前記熱交換管を循環するＣＯ２冷媒を前記ブラインで加熱するための第２ブライン回路と
を備えていることを特徴とする冷却ユニット。
【請求項２】
ＣＯ２冷媒を冷却液化するように構成された冷凍機と、
前記熱交換管に接続され、前記冷凍機で冷却液化したＣＯ２冷媒を前記熱交換管に循環させるための冷媒回路と、
前記冷却器より下方に設けられ、前記デフロスト回路及び第１加熱媒体であるブラインが循環する第１ブライン回路が導設され、前記ブラインで前記デフロスト回路を循環するＣＯ２冷媒を加熱するための第１熱交換部と、
をさらに備える冷却ユニットであって、
前記冷却器は冷凍庫の内部に設けられ、
デフロスト時に前記閉回路でＣＯ２冷媒をサーモサイフォン作用により自然循環させるようにした
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却ユニット。
【請求項３】
前記第１ブライン回路は前記ドレン受け部に導設されたブライン回路を含んでいることを特徴とする請求項２に記載の冷却ユニット。
【請求項４】
前記デフロスト回路及び前記第１ブライン回路が前記ドレン受け部に導設され、
前記第１熱交換部は、前記ドレン受け部に導設された前記デフロスト回路及び前記ドレン受け部に導設された第１ブライン回路とで構成され、
前記第１ブライン回路を循環する前記ブラインで前記ドレン受け部及び前記デフロスト回路内のＣＯ２冷媒を加熱するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の冷却ユニット。
【請求項５】
前記ブラインを第２加熱媒体で加熱するための第２熱交換部をさらに備え、
前記第１ブライン回路は前記第１熱交換部及び前記第２熱交換部の間に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の冷却ユニット。
【請求項６】
前記第１ブライン回路から分岐して前記冷却器の内部に導設され、前記熱交換管を循環するＣＯ２冷媒を前記ブラインで加熱するための第２ブライン回路をさらに備えていることを特徴とする請求項２乃至５の何れか１項に記載の冷却ユニット。
【請求項７】
前記第１ブライン回路の入口及び出口に夫々設けられ、前記入口及び前記出口を流れる前記ブラインの温度を検出するための第１温度センサ及び第２温度センサをさらに備えていることを特徴とする請求項２乃至６の何れか１項に記載の冷却ユニット。
【請求項８】
前記冷凍機は、
ＮＨ３冷媒が循環し冷凍サイクル構成機器が設けられた一次冷媒回路と、
ＣＯ２冷媒が循環し、前記冷却器に導設されると共に、前記一次冷媒回路とカスケードコンデンサを介して接続された二次冷媒回路と、
前記二次冷媒回路に設けられ、前記カスケードコンデンサで液化されたＣＯ２冷媒を貯留するためのＣＯ２受液器、及び該ＣＯ２受液器に貯留されたＣＯ２冷媒を前記冷却器に送るＣＯ２液ポンプと、
を有していることを特徴とする請求項２に記載の冷却ユニット。
【請求項９】
前記冷凍機は、
ＮＨ３冷媒が循環し冷凍サイクル構成機器が設けられた一次冷媒回路と、
前記ＣＯ２冷媒が循環し、前記冷却器に導設されると共に、前記一次冷媒回路とカスケードコンデンサを介して接続され、冷凍サイクル構成機器が設けられた二次冷媒回路と
を有するＮＨ３／ＣＯ２二元冷凍機であることを特徴とする請求項２に記載の冷却ユニット。
【請求項１０】
前記ブラインを第２加熱媒体で加熱するための第２熱交換部と、
前記第１熱交換部及び前記第２熱交換部の間に設けられた前記第１ブライン回路と、
前記一次冷媒回路に前記冷凍サイクル構成機器の一部として設けられた凝縮器に導設された冷却水回路と
をさらに備え、
前記第２熱交換部は、前記冷却水回路及び前記第１ブライン回路が導設され、前記冷却水回路を循環し前記凝縮器で加熱された冷却水で前記第１のブライン回路を循環するブラインを加熱するための熱交換器であることを特徴とする請求項８又は９に記載の冷却ユニット。
【請求項１１】
前記ブラインを第２加熱媒体で加熱するための第２熱交換部と、
前記第１熱交換部及び前記第２熱交換部の間に設けられた前記第１ブライン回路と、
前記一次冷媒回路に前記冷凍サイクル構成機器の一部として設けられた凝縮器に導設された冷却水回路と
をさらに備え、
前記第２熱交換部は、
前記冷却水回路を循環する冷却水を散布水で冷却するための冷却塔と、
前記散布水が導入され該散布水で前記第１のブライン回路を循環するブラインを加熱するための加熱塔と
で構成されていることを特徴とする請求項８又は９に記載の冷却ユニット。
【請求項１２】
前記圧力調整部は、前記熱交換管の出口路に設けられた圧力調整弁であることを特徴とする請求項２に記載の冷却ユニット。
【請求項１３】
前記圧力調整部は、前記第１熱交換部に流入する前記ブラインの温度を調整して前記閉回路を循環するＣＯ２冷媒の圧力を調整するものであることを特徴とする請求項２に記載の冷却ユニット。
【請求項１４】
前記ドレン受け部は補助加熱用電気ヒータをさらに備えていることを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載の冷却ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、冷凍庫内に設けられた冷却器にＣＯ２冷媒を循環させて冷凍庫内を冷却する冷凍装置に適用され、該冷却器に設けられた熱交換管に付着した霜を除去するためのデフロストシステム、及び該デフロストシステムに適用可能な冷却ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
オゾン層破壊防止や温暖化防止等の観点から、室内の空調や食品などの冷凍に用いる冷凍装置の冷媒として、ＮＨ３やＣＯ２等の自然冷媒が見直されている。そこで、冷却性能は高いが毒性があるＮＨ３を一次冷媒とし、無毒及び無臭のＣＯ２を二次冷媒とした冷凍装置が広く用いられつつある。【０００３】
前記冷凍装置は、一次冷媒回路と二次冷媒回路とをカスケードコンデンサで接続し、該カスケードコンデンサでＮＨ３冷媒とＣＯ２冷媒との熱の授受を行う。ＮＨ３冷媒によって冷却され液化したＣＯ２冷媒は冷凍庫の内部に設けられた冷却器に送られる。冷却器に設けられた伝熱管を介して冷凍庫内の空気を冷却する。そこで一部が気化したＣＯ２冷媒は、二次冷媒回路を介してカスケードコンデンサに戻り、カスケードコンデンサで再冷却され液化される。
冷凍装置の運転中、冷却器に設けられた熱交換管には霜が付着し、熱伝達効率が低下するので、定期的に冷凍装置の運転を中断させ、デフロストする必要がある。【０００４】
従来、冷却器に設けられた熱交換管のデフロスト方法は、熱交換管に散水したり、熱交換管を電気ヒータで加熱する等の方法を行っている。しかし、散水によるデフロストは新たな霜発生源を作り出すものであり、電気ヒータによる加熱は貴重な電力を消費するという点で省エネに反している。特に、散水によるデフロストは、大容量の水槽と大口径の給水配管及び排水配管が必要となるため、プラント施工コストの増加を招く。【０００５】
特許文献１及び２には、かかる冷凍装置のデフロストシステムが開示されている。特許文献１に開示されたデフロストシステムは、ＮＨ３冷媒に生じる発熱によりＣＯ２冷媒を気化させる熱交換器を設け、該熱交換器で生成されるＣＯ２ホットガスを冷却器内の熱交換管に循環させ除霜するものである。
特許文献２に開示されたデフロストシステムは、ＮＨ３冷媒の排熱を吸収した冷却水でＣＯ２冷媒を加熱する熱交換器を設け、加熱されたＣＯ２冷媒を冷却器内の熱交換管に循環させ除霜するものである。【０００６】
特許文献１及び２には、かかる冷凍装置のデフロストシステムが開示されている。特許文献１に開示されたデフロストシステムは、ＮＨ３冷媒に生じる発熱によりＣＯ２冷媒を気化させる熱交換器を設け、該熱交換器で生成されるＣＯ２ホットガスを冷却器内の熱交換管に循環させ除霜するものである。
特許文献２に開示されたデフロストシステムは、ＮＨ３冷媒の排熱を吸収した冷却水でＣＯ２冷媒を加熱する熱交換器を設け、加熱されたＣＯ２冷媒を冷却器内の熱交換管に循環させ除霜するものである。【０００７】
特許文献３には、冷却器に冷却用チューブとは別個独立に加熱用チューブを設け、デフロスト運転時に該加熱用チューブに温水や温ブラインを流して前記冷却用チューブに付着した霜を溶解、除去する手段が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−１８１０９３号公報
【特許文献２】特開２０１３−１２４８１２号公報
【特許文献３】特開２００３−３２９３３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１及び２に開示されたデフロストシステムは、冷却システムとは別系統のＣＯ２冷媒やＮＨ３冷媒の配管を現地で施工する必要があり、プラント施工コストの増加を招くおそれがある。また、前記熱交換器は冷凍庫の外部に別置きで設置されるため、熱交換器を設置するための余分なスペースが必要となる。
特許文献２のデフロストシステムにおいては、熱交換管のサーマルショック（急激な加熱・冷却）を防ぐために加圧・減圧調整手段が必要になる。また、冷却水とＣＯ２冷媒とを熱交換する熱交換器の凍結防止のため、デフロスト運転終了後に熱交換器の冷却水を抜く操作が必要となり、操作が煩雑となる等の問題がある。【００１０】
特許文献３に開示されたデフロスト手段は、前記加熱用チューブを設ける必要があり、冷却器の熱交換部が大型化すると共に、温水や温ブラインを加熱するための熱源を必要とする。また、冷却用チューブを外側からプレートフィンなどを介して加熱するため、熱伝達効率は高くならないという問題がある。
ＮＨ３冷媒が循環し、冷凍サイクル構成機器を有する一次冷媒回路と、ＣＯ２冷媒が循環し、該一次冷媒回路とカスケードコンデンサを介して接続されると共に、冷凍サイクル構成機器を有する二次冷媒回路とからなる二元冷凍機では、二次冷媒回路に高温高圧のＣＯ２ガスが存在する。そのため、ＣＯ２ホットガスを冷却器の熱交換管に循環させるデフロストが可能になる。しかしながら、切替え弁や分岐配管等を設けることによる装置の複雑化及び高コスト化や、高元／低元のヒートバランスに起因する制御系の不安定化が課題とされている。【００１１】
本発明は、前記問題点に鑑みなされたものであり、ＣＯ２冷媒を用いた冷凍装置において、冷凍庫などの冷却空間に設けられる冷却器のデフロストに要するイニシャルコスト及びランニングコストの低減と省エネを可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の少なくとも一実施形態に係るデフロストシステムは、
（１）冷凍庫の内部に設けられ、ケーシング、該ケーシングの内部に導設された熱交換管、及び前記熱交換管の下方に設けられたドレン受け部を有する冷却器と、
ＣＯ２冷媒を冷却液化するように構成された冷凍機と、
前記熱交換管に接続され、前記冷凍機で冷却液化したＣＯ２冷媒を前記熱交換管に循環させるための冷媒回路とを有する冷凍装置のデフロストシステムであって、
前記熱交換管の入口路及び出口路から分岐し、前記熱交換管と共にＣＯ２循環路を形成するデフロスト回路と、
前記熱交換管の入口路及び出口路に設けられ、デフロスト時に閉じて前記ＣＯ２循環路を閉回路とするための開閉弁と、
デフロスト時に前記閉回路を循環するＣＯ２冷媒を圧力調整するための圧力調整部と、
前記冷却器より下方に設けられ、前記デフロスト回路及び第１加熱媒体であるブラインが循環する第１ブライン回路が導設され、前記ブラインで前記デフロスト回路を循環するＣＯ２冷媒を加熱するための第１熱交換部と、
を備え、
デフロスト時に前記閉回路でＣＯ２冷媒をサーモサイフォン作用により自然循環させるようにしている。【００１３】
前記構成（１）において、デフロスト時に前記開閉弁を閉じることで、前記閉回路が形成される。前記閉回路は前記圧力調整部によって圧力調整され、閉回路のＣＯ２冷媒は冷凍庫内の空気中に存在する水蒸気の氷点（例えば０℃）より高温の凝縮温度に保持される。
閉回路のＣＯ２冷媒が前記凝縮温度となる設定圧力を超えたとき、ＣＯ２冷媒の一部は冷媒回路に戻され、閉回路は設定圧力を維持する。【００１４】
閉回路のＣＯ２冷媒液は、前記デフロスト回路を前記第１熱交換部まで重力で降下し、第１熱交換部でブラインによって加熱され気化する。気化したＣＯ２冷媒はサーモサイフォン作用により前記デフロスト回路を上昇し、上昇したＣＯ２冷媒ガスは冷却器の内部に設けられた前記熱交換管の外表面に付着した霜を加熱して溶かす。霜に熱を放出して液化したＣＯ２冷媒は重力でデフロスト回路を下降する。第１熱交換部まで下降したＣＯ２冷媒液は再度第１熱交換部で加熱され気化する。
なお、ここで「冷凍庫」とは冷蔵庫その他冷却空間を形成するものをすべて含むものであり、ドレン受け部とは、ドレンパンを含み、ドレンを受けて貯留可能な機能を有するものすべてを含んでいる。
また、前記熱交換管の「入口路」及び「出口路」とは、前記冷却器のケーシングの隔壁付近から前記ケーシングの外側であって前記冷凍庫の内部に設けられる熱交換管の領域を言う。【００１５】
前記構成（１）によれば、従来のデフロスト方式は、特許文献３に開示されているように、フィンを通した外部からの熱伝導によりブラインの保有熱を熱交換管（外表面）に伝達している。これに対し、前記構成（１）によれば、庫内空気中の水蒸気の氷点を超えた凝縮温度を有するＣＯ２冷媒の凝縮潜熱を用い、熱交換管の内部から管壁を介して熱交換管の外表面に付着した霜を除去するので、霜への熱伝達量を増加できる。
また、従来のデフロスト方式では、デフロストの初期に投入された熱量が冷却器内ＣＯ２冷媒液の蒸発に費やされるため熱効率が低下する。これに対し、前記構成（１）によれば、デフロスト時に形成される閉回路は他の部位との熱の授受が遮断されるため、閉回路内の熱エネルギが外部に放散されず、省エネ可能なデフロストを実現できる。
また、冷媒回路及びデフロスト回路で形成される閉回路で、サーモサイフォン作用を利用してＣＯ２冷媒を自然循環させるので、ＣＯ２冷媒を循環させるポンプなどの動力が不要になり、さらなる省エネが可能になる。【００１６】
なお、デフロスト時のＣＯ２冷媒の温度を庫内空気中の水蒸気の氷点以上であって氷点に近い温度に保持するほど、デフロストに要する時間は長くなるが、ＣＯ２冷媒の圧力を低減できる。そのため、前記閉回路を構成する配管及び弁類を低圧仕様とすることができ、さらなる低コスト化が可能になる。【００１７】
幾つかの実施形態では、前記構成（１）において、
（２）前記第１ブライン回路は前記ドレン受け部に導設されたブライン回路を含んでいる。
前記構成（２）によれば、第１ブライン回路を前記ドレン受け部に導設することで、デフロスト時にドレン受け部に落ちたドレンの再凍結を抑制できる。そのため、ドレン受け部に別に除霜用加熱器を付設する必要がなく低コスト化できる。【００１８】
幾つかの実施形態では、前記構成（１）において、
（３）前記デフロスト回路及び前記第１ブライン回路が前記ドレン受け部に導設され、
前記第１熱交換部は、前記ドレン受け部に導設された前記デフロスト回路及び前記ドレン受け部に導設された第１ブライン回路とで構成され、
前記第１ブライン回路を循環する前記ブラインで前記ドレン受け部及び前記デフロスト回路内のＣＯ２冷媒を加熱するように構成されている。【００１９】
前記構成（３）によれば、前記第１熱交換部によってドレン受け部及びデフロスト回路を循環するＣＯ２冷媒を同時に加熱することができる。
そのため、ドレン受け部に別に除霜用加熱器を付設する必要がなく低コスト化できる。【００２０】
幾つかの実施形態では、前記構成（１）において、
（４）前記ブラインを第２加熱媒体で加熱するための第２熱交換部をさらに備え、
前記第１ブライン回路は前記第１熱交換部及び前記第２熱交換部との間に設けられている。
前記第２加熱媒体として、例えば、冷凍機を構成する圧縮機から吐出された高温高圧の冷媒ガス、工場の温排水、ボイラから発せられる熱又はオイルクーラの保有熱を吸収した媒体等、任意の加熱媒体を用いることができる。
前記構成（４）によれば、工場の余剰排熱をブラインを加熱する熱源として利用できると共に、前記第１熱交換部を例えばプレート式熱交換器などで構成すれば、ブラインとＣＯ２冷媒間の熱交換効率を向上できる。【００２１】
幾つかの実施形態では、前記構成（１）〜（４）のいずれかにおいて、
（５）前記第１ブライン回路から分岐して前記冷却器の内部に導設され、前記熱交換管を循環するＣＯ２冷媒を前記ブラインで加熱するための第２ブライン回路をさらに備えている。
前記構成（５）によれば、デフロスト時に前記熱交換管の着霜は、該熱交換管の内外から加熱されるので、加熱効果を高めることができ、デフロスト時間を短縮できる。また、該熱交換管の外面に取り付けられたフィンからの除霜が容易になる。
なお、デフロスト運転を短縮しない代わりに、前記閉回路を循環するＣＯ２冷媒の凝縮温度を低く設定することで、熱負荷及び水蒸気拡散を最小限に抑えることができる。【００２２】
幾つかの実施形態では、前記構成（１）〜（５）の何れかにおいて、
（６）前記第１ブライン回路の入口及び出口に夫々設けられ、前記入口及び前記出口を流れる前記ブラインの温度を検出するための第１温度センサ及び第２温度センサをさらに備えている。
前記構成（６）において、前記熱交換管の着霜に対してブラインによる顕熱加熱を行うため、前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとの検出値の差からデフロスト運転の完了時期を判定できる。即ち、前記２つの温度センサの検出値の差が小さくなった時はデフロストがほぼ完了したことを示している。これによって、デフロスト完了のタイミングを正確に判定できる。
そのため、冷凍庫内の過剰な加熱や過剰な加熱による水蒸気拡散を防ぐことができ、さらなる省エネを達成できると共に、庫内温度の安定化により冷凍庫に保冷された食品の品質向上を実現できる。【００２３】
幾つかの実施形態では、前記構成（１）において、
（７）前記冷凍機は、
ＮＨ３冷媒が循環し冷凍サイクル構成機器が設けられた一次冷媒回路と、
ＣＯ２冷媒が循環し、前記冷却器に導設されると共に、前記一次冷媒回路とカスケードコンデンサを介して接続された二次冷媒回路と、
前記二次冷媒回路に設けられ、前記カスケードコンデンサで液化されたＣＯ２冷媒を貯留するためのＣＯ２受液器、及び該ＣＯ２受液器に貯留されたＣＯ２冷媒を前記冷却器に送るＣＯ２液ポンプと、を有している。
前記構成（７）によれば、ＮＨ３及びＣＯ２の自然冷媒を用いた冷凍機であるので、オゾン層破壊防止や温暖化防止等に寄与できる。また、冷却性能は高いが毒性があるＮＨ３を一次冷媒とし、無毒且つ無臭のＣＯ２を二次冷媒としているので、室内の空調や食品などの冷凍に用いることができる。【００２４】
幾つかの実施形態では、前記構成（１）において、
（８）前記冷凍機は、
ＮＨ３冷媒が循環し冷凍サイクル構成機器が設けられた一次冷媒回路と、
前記ＣＯ２冷媒が循環し、前記冷却器に導設されると共に、前記一次冷媒回路とカスケードコンデンサを介して接続され、冷凍サイクル構成機器が設けられた二次冷媒回路と、を有するＮＨ３／ＣＯ２二元冷凍機である。
前記構成（８）によれば、自然冷媒を用いることで、オゾン層破壊防止や温暖化防止等に寄与できると共に、二元冷凍機であるため、冷凍機のＣＯＰを向上させることができる。【００２５】
幾つかの実施形態では、前記構成（７）又は（８）において、
（９）前記一次冷媒回路に前記冷凍サイクル構成機器の一部として設けられた凝縮器に導設された冷却水回路をさらに備え、
前記第２熱交換部は、前記冷却水回路及び前記第１ブライン回路が導設され、前記冷却水回路を循環し前記凝縮器で加熱された冷却水で前記第１のブライン回路を循環するブラインを加熱するための熱交換器である。【００２６】
前記構成（９）によれば、凝縮器で加熱された冷却水でブラインを加熱できるので、冷凍装置外の加熱源が不要になる。
また、デフロスト時に前記冷却水は前記ブラインと熱交換することで、該冷却水の温度を低下できる。そのため、冷凍運転時のＮＨ３冷媒の凝縮温度を下げ、冷凍機のＣＯＰ（成績係数）を向上できる。
さらに、前記冷却水回路が凝縮器と冷却塔との間に配設される例示的な実施形態では、前記熱交換器を冷却塔内に設けることもでき、これによって、デフロストに使用される装置の設置スペースを縮小できる。【００２７】
幾つかの実施形態では、前記構成（７）又は（８）において、
（１０）前記一次冷媒回路に前記冷凍サイクル構成機器の一部として設けられた凝縮器に導設された冷却水回路をさらに備え、
前記第２熱交換部は、
前記冷却水回路を循環する冷却水を散布水で冷却するための冷却塔と、
前記散布水が導入され該散布水で前記第１のブライン回路を循環するブラインを加熱するための加熱塔とで構成されている。
前記構成（１０）によれば、加熱塔を冷却塔と一体にすることで、前記第２熱交換部の設置スペースを縮小できる。【００２８】
幾つかの実施形態では、前記構成（１）において、
（１１）前記圧力調整部は、前記熱交換管の出口路に設けられた圧力調整弁である。
前記構成（１）によれば、前記圧力調整部を簡易かつ低コスト化できる。前記閉回路のＣＯ２冷媒が設定圧力を超えたとき、ＣＯ２冷媒の一部は前記圧力調整弁を通して冷媒回路に戻され、閉回路は設定圧力を維持する。【００２９】
幾つかの実施形態では、前記構成（１）において、
（１２）前記圧力調整部は、前記第１熱交換部に流入する前記ブラインの温度を調整して前記閉回路を循環するＣＯ２冷媒の圧力を調整するものである。
前記構成（１２）では、前記ブラインで閉回路内のＣＯ２冷媒を加熱することで、閉回路内のＣＯ２冷媒の圧力を高める。
前記構成（１２）によれば、冷却器毎に圧力調整部を設ける必要がなく、１個の圧力調整部で済むので低コスト化できると共に、前記閉回路の圧力調整を冷凍庫の外部から行うことができ、閉回路の圧力調整が容易になる。【００３０】
幾つかの実施形態では、前記構成（１）〜（３）のいずれかにおいて、
（１３）前記ドレン受け部は補助加熱用電気ヒータをさらに備えている。
前記構成（１３）によれば、前記補助加熱用電気ヒータによってドレン受け部に溜まったドレンの再凍結を抑制できる。また、前記第１熱交換部がドレン受け部に形成されるとき、ドレン受け部に導設された第１ブライン回路を循環するブラインの熱量が不足しても、前記補助加熱用電気ヒータによって、デフロスト回路を循環するＣＯ２冷媒の気化熱を補充できる。【００３１】
本発明の少なくとも一実施形態に係る冷却ユニットは、
（１４）ケーシング、該ケーシングの内部に導設された熱交換管、及び該熱交換管の下方に設けられたドレンパンを有する冷却器と、
前記熱交換管の入口路及び出口路から分岐し、前記熱交換管と共にＣＯ２循環路を形成するデフロスト回路と、
前記熱交換管の入口路及び出口路に設けられ、デフロスト時に閉じて前記ＣＯ２循環路を閉回路とするための開閉弁と、
前記ドレンパンに導設された前記デフロスト回路及び前記ドレンパンに導設された第１ブライン回路とで構成され、前記第１ブライン回路を循環する前記ブラインで前記ドレン受け部を加熱するように構成された熱交換部と、
を備えている。【００３２】
前記構成（１４）によれば、冷凍庫へのデフロスト装置付き冷却器の取付けが容易になる。また、この冷却ユニットの各部品を一体に組立てておくことで、さらに取付けが容易になる。【００３３】
幾つかの実施形態では、前記構成（１４）において、
（１５）前記第１ブライン回路から分岐して前記冷却器の内部に導設され、前記熱交換管を循環するＣＯ２冷媒を前記ブラインで加熱するための第２ブライン回路をさらに備えている。
前記構成（１５）によれば、デフロスト時に冷却器内の熱交換管を内外両側から加熱し、加熱効果を高めることができるデフロスト装置付き冷却器の取付けが容易になる。【００３４】
なお、前記冷却ユニットのドレンパンに補助加熱用電気ヒータをさらに備えるようにすれば、ドレンパンと共に、該ドレンパンに導設されたデフロスト回路を循環するＣＯ２冷媒を補助加熱できるデフロスト装置付き冷却器の取付けが容易になる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、冷却器に設けられた熱交換管を内部からＣＯ２冷媒でデフロストすることで、冷凍装置のデフロストに要するイニシャルコスト及びランニングコストの節減と省エネを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】一実施形態に係る冷凍装置の全体構成図である。
【図２】一実施形態に係る冷凍装置の全体構成図である。
【図３】一実施形態に係る冷凍装置の全体構成図である。
【図４】図３に示す冷凍装置の冷却器の断面図である。
【図５】一実施形態に係る冷却器の断面図である。
【図６】一実施形態に係る冷凍装置の全体構成図である。
【図７】一実施形態に係る冷凍機の系統図である。
【図８】一実施形態に係る冷凍機の系統図である。
【図９】一実施形態に係る冷凍装置の全体構成図である。
【図１０】一実施形態に係る冷凍装置の全体構成図である。
【図１１】一実施形態に係る冷却器の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載され又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００３８】
図１〜図１１は、本発明の幾つかの実施形態に係るデフロストシステムを備えた冷凍装置１０Ａ〜１０Ｆを示している。
冷凍装置１０Ａ〜１０Ｆは、冷凍庫３０ａ及び３０ｂの内部に夫々設けられる冷却器３３ａ及び３３ｂと、ＣＯ２冷媒を冷却液化するための冷凍機１１Ａ又は１１Ｄと、該冷凍機で冷却液化したＣＯ２冷媒を冷却器３３ａ及び３３ｂに循環させる冷媒回路（二次冷媒回路１４が相当）とを備えている。冷却器３３ａ及び３３ｂはケーシング３４ａ及び３４ｂと該ケーシングの内部に設けられた熱交換管４２ａ及び４２ｂと、熱交換管４２ａ及び４２ｂの下方に設けられたドレンパン５０ａ及び５０ｂとを有する。
【００３９】
図１〜図３、図６及び図１０に示す冷凍機１１Ａ及び図９に示す冷凍機１１Ｄは、ＮＨ３冷媒が循環し、冷凍サイクル構成機器が設けられた一次冷媒回路１２と、ＣＯ２冷媒が循環し、冷却器３３ａ及び３３ｂまで延設される二次冷媒回路１４とを有している。二次冷媒回路１４は一次冷媒回路１２とカスケードコンデンサ２４を介して接続される。
一次冷媒回路１２に設けられた冷凍サイクル構成機器は、圧縮機１６、凝縮器１８、ＮＨ３受液器２０、膨張弁２２及びカスケードコンデンサ２４からなる。
二次冷媒回路１４には、カスケードコンデンサ２４で液化されたＣＯ２冷媒液が一時貯留されるＣＯ２受液器３６と、ＣＯ２受液器３６に貯留されたＣＯ２冷媒液を熱交換管４２ａ及び４２ｂに循環させるＣＯ２液ポンプ３８とが設けられている。
【００４０】
また、カスケードコンデンサ２４とＣＯ２受液器３６との間にＣＯ２循環路４４が設けられている。ＣＯ２受液器３６からＣＯ２循環路４４を介してカスケードコンデンサ２４に導入されたＣＯ２冷媒ガスは、カスケードコンデンサ２４でＮＨ３冷媒によって冷却され液化してＣＯ２受液器３６に戻る。
【００４１】
冷凍機１１Ａ及び１１Ｄは、ＮＨ３及びＣＯ２の自然冷媒を用いているので、オゾン層破壊防止や温暖化防止等に寄与できる。また、冷却性能は高いが毒性があるＮＨ３を一次冷媒とし、無毒かつ無臭のＣＯ２を二次冷媒としているので、室内の空調や食品などの冷凍に用いることができる。
【００４２】
冷凍装置１０Ａ〜１０Ｆにおいて、二次冷媒回路１４は、冷凍庫３０ａ及び３０ｂの外部でＣＯ２分岐回路４０ａ及び４０ｂに分岐し、ＣＯ２分岐回路４０ａ及び４０ｂはケーシング３４ａ及び３４ｂの外側に導設された熱交換管４２ａ及び４２ｂの入口管４２ｃ及び出口管４２ｄに接続されている。
ここで、「入口管４２ｃ」及び「出口管４２ｄ」とは、ケーシング３４ａ及び３４ｂの外側で冷凍庫３０ａ及び３０ｂの内部の熱交換管４２ａ及び４２ｂの領域を言う（図４及び図１１参照）。
冷凍庫３０ａ及び３０ｂの内部で入口管４２ｃ及び出口管４２ｄに電磁開閉弁５４ａ及び５４ｂが設けられ、電磁開閉弁５４ａ及び５４ｂと冷却器３３ａ及び３３ｂの間の入口管４２ｃ及び出口管４２ｄにデフロスト回路５２ａ及び５２ｂが接続されている。
【００４３】
デフロスト回路５２ａ及び５２ｂは熱交換管４２ａ及び４２ｂと共にＣＯ２循環路を形成し、前記ＣＯ２循環路は、デフロスト時に電磁開閉弁５４ａ及び５４ｂが閉じることで閉回路となる。
デフロスト回路５２ａ及び５２ｂには電磁開閉弁５５ａ及び５５ｂが設けられ、冷凍運転時には電磁開閉弁５４ａ及び５４ｂが開放され、電磁開閉弁５５ａ及び５５ｂが閉鎖される。デフロスト時に電磁開閉弁５４ａ及び５４ｂは閉鎖され、電磁開閉弁５５ａ及び５５ｂは開放される。
【００４４】
冷凍装置１０Ａ〜１０Ｅでは、熱交換管４２ａ及び４２ｂの出口管４２ｄに圧力調整部４５ａ及び４５ｂが設けられている。圧力調整部４５ａ及び４５ｂは、出口管４２ｄの電磁開閉弁５４ａ及び５４ｂに並列に設けられた圧力調整弁４８ａ及び４８ｂと、圧力調整弁４８ａ及び４８ｂより上流側の出口管４２ｄに設けられ、ＣＯ２冷媒の圧力を検出する圧力センサ４６ａ及び４６ｂと、圧力センサ４６ａ及び４６ｂの検出値が入力される制御装置４７ａ及び４７ｂとで構成されている。制御装置４７ａ及び４７ｂは、デフロスト時、圧力センサ４６ａ及び４６ｂの検出値に基づいて圧力調整弁４８ａ及び４８ｂの開度を制御し、前記閉回路を循環するＣＯ２冷媒の凝縮温度が庫内空気中の水蒸気の氷点（例えば０℃）より高くなるように、ＣＯ２冷媒の圧力を制御する。
【００４５】
図１０に示す冷凍装置１０Ｆでは、圧力調整部４５ａ及び４５ｂの代わりに、圧力調整部６７が設けられる。圧力調整部６７は、ブライン回路（復路）６０で温度センサ６８の下流に設けられた三方弁６７ａと、三方弁６７ａと温度センサ６６の上流側のブライン回路（往路）６０とに接続されたバイパス路６７ｂと、温度センサ６６で検出されたブラインの温度が入力され、この入力値が設定温度となるように三方弁６７ａを制御する制御装置６７ｃとで構成されている。制御装置６７ｃは、三方弁６７ａを制御してブライン分岐路６１ａ及び６１ｂに供給されるブラインの温度を設定値（例えば、１０〜１５℃）に制御する。
【００４６】
第１加熱媒体であるブラインが循環するブライン回路６０（第１ブライン回路。破線表示）が配設され、ブライン回路６０は、冷凍庫３０ａ及び３０ｂの外部でブライン分岐回路６１ａ及び６１ｂ（破線表示）に分岐する。
図１及び図６等に示す実施形態では、ブライン分岐回路６１ａ及び６１ｂは冷凍庫３０ａ及び３０ｂの内部に導設され、ドレンパン５０ａ及び５０ｂの背面に配置されている。
図２、図３及び図９に示す実施形態では、ブライン分岐回路６１ａ及び６１ｂは冷凍庫３０ａ及び３０ｂの外部で接続部６２を介してブライン分岐回路６３ａ及び６３ｂ（破線表示）に接続され、ブライン分岐回路６３ａ及び６３ｂはドレンパン５０ａ及び５０ｂの背面に導設されている。
かかる構成では、デフロスト時にブライン分岐回路６１ａ、６１ｂ又は６３ａ、６３ｂを循環するブラインの保有熱によって、ドレンパン５０ａ及び５０ｂに落ちたドレンの再凍結を抑制できる。
【００４７】
図１及び図６に示す実施形態では、冷凍庫３０ａ及び３０ｂの内部で、熱交換管４２ａ及び４２ｂより下方に熱交換器７０ａ及び７０ｂが設けられ、熱交換器７０ａ及び７０ｂにデフロスト回路５２ａ、５２ｂが導設されている。
一方、ブライン回路６０は冷凍庫３０ａ及び３０ｂの外部でブライン分岐回路７２ａ及び７２ｂに分岐し、ブライン分岐回路７２ａ及び７２ｂは夫々熱交換器７０ａ及び７０ｂに導設されている。
【００４８】
図２、図３及び図９等に示す実施形態では、熱交換器７０ａ及び７０ｂを設ける代わりに、ブライン分岐回路６３ａ、６３ｂ及びデフロスト回路５２ａ、５２ｂがドレンパン５０ａ及び５０ｂの背面に導設されている。そして、ブライン分岐回路６３ａ及び６３ｂを循環するブラインでデフロスト回路５２ａ及び５２ｂを循環するＣＯ２冷媒を加熱する熱交換部（第１熱交換部）を形成している。
また、ブライン分岐回路６３ａ及び６３ｂを循環するブラインでドレンパン５０ａ及び５０ｂを加温可能になっている。
【００４９】
前記実施形態では、ブライン回路６０を循環するブラインは他の加熱媒体で加熱することができる。
図１〜図３及び図６等で示す幾つかの実施形態では、凝縮器１８に冷却水回路２８が導設されている。冷却水回路２８には冷却水ポンプ５７を有する冷却水分岐回路５６が分岐し、冷却水分岐回路５６は熱交換器５８（第２熱交換部）に接続されている。他方、ブライン回路６０が熱交換器５８に接続される。
冷却水回路２８を循環する冷却水は、凝縮器１８でＮＨ３冷媒によって加熱される。加熱された冷却水（第２加熱媒体）は、熱交換器５８において、デフロスト時に前記加熱媒体としてブライン回路６０を循環するブラインを加熱する。
【００５０】
例えば、冷却水分岐回路５６に導入される冷却水の温度が２０〜３０℃であれば、この冷却水でブラインを１５〜２０℃に加熱できる。
ブラインとして、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール等の水溶液を用いることができる。
他の実施形態では、前記第２加熱媒体として、前記冷却水以外に、例えば、圧縮機１６から吐出された高温高圧のＮＨ３冷媒ガス、工場の温排水、ボイラから発せられる熱又はオイルクーラの保有熱を吸収した媒体等、任意の加熱媒体を用いることができる。
【００５１】
図１〜図３及び図６等で示す幾つかの実施形態における例示的な構成では、冷却水回路２８は凝縮器１８と密閉式冷却塔２６との間に設けられる。冷却水は冷却水ポンプ２９によって冷却水回路２８を循環する。凝縮器１８でＮＨ３冷媒の排熱を吸収した冷却水は、密閉式冷却塔２６で外気及び散布水と接触し、散布水の蒸発潜熱によって冷却される。
密閉式冷却塔２６は、冷却水回路２８に接続された冷却コイル２６ａと、外気ａを冷却コイル２６ａに通風させるファン２６ｂと、冷却コイル２６ａに冷却水を散布する散水管２６ｃ及びポンプ２６ｄを有している。散水管２６ｃから散布される冷却水の一部は蒸発しその蒸発潜熱を利用して冷却コイル２６ａを流れる冷却水を冷却する。
【００５２】
図９に示す実施形態では、密閉式冷却塔２６と密閉式加熱塔９１とが一体になった密閉式冷却加熱ユニット９０が設けられている。本実施形態における密閉式冷却塔２６の構成は、基本的に前記実施形態の密閉式冷却塔２６と同一である。
ブライン回路６０は密閉式加熱塔９１に接続されている。密閉式加熱塔９１は、ブライン回路６０に接続された加熱コイル９１ａと、冷却コイル９１ａに冷却水を散布する散水管９１ｃ及びポンプ９１ｄを有している。密閉式冷却塔２６の内部と密閉式加熱塔９１の内部とは共有ハウジングの下部で連通している。
一次冷媒回路１２を循環するＮＨ３冷媒の排熱を吸収した冷却水は、散水管９１ｃから冷却コイル９１ａに散布され、ブライン回路６０を循環するブラインを加熱する加熱媒体として使用される。
【００５３】
図３及び図６に示す実施形態では、冷凍庫３０ａ及び３０ｂの外部でブライン回路６０からブライン分岐回路７４ａ及び７４ｂが分岐している。
図３に示す実施形態では、ブライン分岐回路７４ａ及び７４ｂは冷凍庫３０ａ及び３０ｂの外部で接続部７６を介してブライン分岐回路７８ａ及び７８ｂ（第２ブライン回路。破線表示）に接続されている。ブライン分岐回路７８ａ及び７８ｂは冷却器３３ａ及び３３ｂの内部に導設され、熱交換管４２ａ及び４２ｂに隣接して配置され、熱交換管４２ａ及び４２ｂを循環するＣＯ２冷媒をブライン分岐回路７８ａ及び７８ｂを循環するブラインで加熱する熱交換部を形成している。
図６に示す実施形態では、ブライン分岐回路７４ａ及び７４ｂが冷却器３３ａ及び３３ｂの内部に導設され、前記熱交換部と同様の構成を有する熱交換部を形成している。
【００５４】
図１〜図３及び図６等に示す幾つかの実施形態では、ブライン回路６０の往路にはブラインを貯留するレシーバ（開放型ブライン槽）６４と、ブラインを循環するブラインポンプ６５と、ＣＯ２冷媒の温度を検出する温度センサ６６が設けられ、ブライン回路６０の復路にはＣＯ２冷媒の温度を検出する温度センサ６８が設けられている。
図９に示す実施形態では、レシーバ６４の代わりに、圧力変動の吸収及びブラインの流量調整等のために膨張タンク９２が設けられている。
【００５５】
図７は、本発明に適用可能であって、冷凍機１１Ａ及び１１Ｄとは異なる構成の冷凍機１１Ｂを示している。
冷凍機１１Ｂは、ＮＨ３冷媒が循環する一次冷媒回路１２に低段圧縮機１６ｂ及び高段圧縮機１６ａが設けられ、低段圧縮機１６ｂと高段圧縮機１６ａの間の一次冷媒回路１２に中間冷却器８４が設けられている。凝縮器１８の出口で一次冷媒回路１２から分岐路１２ａが分岐し、分岐路１２ａに中間膨張弁８６が設けられている。分岐路１２ａを流れるＮＨ３冷媒は中間膨張弁８６で膨張して冷却し、中間冷却器８４に導入される。中間冷却器８４で、低段圧縮機１６ｂから吐出されたＮＨ３冷媒は分岐路１２ａから導入されたＮＨ３冷媒で冷却される。
冷凍機１１Ｂは中間冷却器８４を備えることでＣＯＰを向上できる。
【００５６】
カスケードコンデンサ２４でＮＨ３冷媒と熱交換して冷却液化されたＣＯ２冷媒液は、ＣＯ２受液器３６に貯留され、その後、ＣＯ２受液器３６からＣＯ２液ポンプ３８で冷凍庫３０の内部に設けられた冷却器３３に循環される。
【００５７】
図８は、本発明に適用可能であって、さらに別な構成の冷凍機１１Ｃを示している。
冷凍機１１Ｃは二元冷凍サイクルを構成し、一次冷媒回路１２に高元圧縮機８８ａ及び膨張弁２２ａが設けられている。一次冷媒回路１２とカスケードコンデンサ２４を介して接続された二次冷媒回路１４には、低元圧縮機８８ｂ及び膨張弁２２ｂが設けられている。
冷凍機１１Ｃは、一次冷媒回路１２及び二次冷媒回路１４で夫々機械圧縮式冷凍サイクルを構成した二元冷凍機であるため、冷凍機のＣＯＰを向上させることができる。
【００５８】
図２、図３及び図９に示す実施形態では、ＣＯ２分岐回路４０ａ及び４０ｂは、冷凍庫３０ａ及び３０ｂの外部で接続部４１を介して夫々熱交換管４２ａ及び４２ｂの入口管４２ｃ及び出口管４２ｄに接続される。
図４に示す冷却器３３ａは、図３に示す冷凍装置１０Ｃに用いられる。冷凍庫３０ａの内部に導設された熱交換管４２ａ及びブライン分岐回路７８ａは、冷却器３３ａの内部で上下方向及び水平方向に蛇行形状に形成される。
また、ドレンパン５０ａの背面に設けられたデフロスト回路５２ａ及びブライン分岐回路６３ａは、例えば、上下方向及び水平方向に蛇行形状に形成される。図３中の冷却器３３ｂも冷却器３３ａと同様の構成を有している。
【００５９】
図１１に示す冷却器３３ａの例示的な構成では、さらに、ドレンパン５０ａの背面に補助加熱用電気ヒータ９４ａが設けられる。これによって、ドレンパン５０ａの背面に導設されたブライン分岐回路６３ａを循環するブラインの保有熱量が不足したとき、不足熱量を補充できる。
なお、図４及び図１１に示す冷却器３３ａの例示的な構成では、通風用開口がケーシング３４ａの上面及び側面（不図示）に形成され、庫内空気ｃは該側面から流入し、該上面から流出する。
図５に示す冷却器３３ａの例示的な構成では、通風用開口が両側の側面に形成され、庫内空気ｃは該両側面を通してケーシング３４ａを出入りする。
【００６０】
図２及び図９に示す実施形態では、冷却ユニット３１ａ及び３１ｂが形成される。
冷却ユニット３１ａ及び３１ｂは、冷却器３３ａ及び３３ｂを構成するケーシング３４ａ及び３４ｂと、該ケーシングの内部に導設された熱交換管４２ａ、４２ｂ及び入口管４２ｃ、出口管４２ｄと、熱交換管４２ａ及び４２ｂの下方に設けられたドレンパン５０ａ及び５０ｂとを備えている。
熱交換管４２ａ及び４２ｂは、冷凍庫３０ａ及び３０ｂに取り付けるとき、冷凍庫３０ａ及び３０ｂの外部に設けられるＣＯ２分岐回路４０ａ及び４０ｂと接続部４１を介して接続される。
【００６１】
また、冷却ユニット３１ａ及び３１ｂは、ケーシング３４ａ及び３４ｂの外部で入口管４２ｃ及び出口管４２ｄから分岐したデフロスト回路５２ａ及び５２ｂと、入口管４２ｃ及び出口管４２ｄに設けられた電磁開閉弁５４ａ及び５４ｂとを備えている。電磁開閉弁５４ａ及び５４ｂは、デフロスト時にデフロスト回路５２ａ及び５２ｂ及び該デフロスト回路の分岐部より冷却器側の熱交換管４２ａ及び４２ｂを閉回路とすることができる。
また、冷却ユニット３１ａ及び３１ｂは、ケーシング３４ａ及び３４ｂの外部で出口管４２ｄに設けられ、前記閉回路を圧力調整するための圧力調整弁４８ａ及び４８ｂとを備えている。
【００６２】
また、冷却ユニット３１ａ及び３１ｂは、ドレンパン５０ａ、５０ｂに導設されたブライン分岐回路６３ａ、６３ｂ及びデフロスト回路５２ａ、５２ｂを備え、ブライン分岐回路６３ａ及び６３ｂを循環するブラインでデフロスト回路５２ａ及び５２ｂを循環するＣＯ２冷媒を加熱する熱交換部を形成する。
ブライン分岐回路６３ａ及び６３ｂは、冷凍庫３０ａ及び３０ｂに取り付けるとき、冷凍庫３０ａ及び３０ｂの外部に設けられるブライン分岐回路６１ａ及び６１ｂと接続部６２を介して接続される。
冷却ユニット３１ａ及び３１ｂを構成する前記部品は予め一体に形成することができる。
【００６３】
図３に示す実施形態では、冷却ユニット３２ａ及び３２ｂが形成される。冷却ユニット３２ａ及び３２ｂは、冷却ユニット３１ａ及び３１ｂにさらにブライン回路６０から分岐し冷却器３３ａ及び３３ｂの内部に導設されたブライン分岐回路７８ａ及び７８ｂを追設したものである。
ブライン分岐回路７８ａ及び７８ｂは、冷凍庫３０ａ及び３０ｂに取り付けるとき、冷凍庫３０ａ及び３０ｂの外部に設けられるブライン分岐回路７４ａ及び７４ｂと接続部７６を介して接続される。
冷却ユニット３２ａ及び３２ｂを構成する各部品は予め一体に形成することができる。
【００６４】
図１１に示す例示的な実施形態では、冷却ユニット９３ａが形成される。冷却ユニット９３ａは、冷却ユニット３２ａ及び３２ｂにおいてドレンパン５０ａ及び５０ｂの背面に補助加熱用電気ヒータ９４ａを追設したものである。
冷却ユニット９３ａを構成する各部品は予め一体に形成することができる。
【００６５】
図４及び図１１に示す冷却器３３ａの例示的な構成では、ドレンパン５０ａ及び５０ｂはドレンの排水のため、水平方向に対して傾斜しており、下方端にドレン排出管５１ａ及び５１ｂが設けられている。デフロスト回路５２ａ及び５２ｂの復路は、ドレンパン５０ａ及び５０ｂの背面に沿って下流側ほど上昇するように傾斜している。
【００６６】
冷却器３３ａ及び３３ｂの例示的な構成は、図４及び図１１に示す冷却器３３ａを例に取ると、熱交換管４２ａは冷却器３３ａの入口管４２ｃ及び出口管４２ｄにヘッダ４３ａ及び４３ｂを有し、冷却器３３ａの内部で上下方向及び水平方向に蛇行形状に形成されている。デフロスト回路５２ａはドレンパン５０ａの背面に設けられている。
ブライン分岐回路７８ａは冷却器３３ａの入口及び出口にヘッダ８０ａ及び８０ｂが設けられている。デフロスト回路５２ａはドレンパン５０ａの背面にドレンパン５０ａ及びブライン分岐回路６３ａに隣接して設けられ、かつ水平方向に蛇行形状に形成されている。
【００６７】
冷却器３３ａの内部に上下方向に多数のプレートフィン８２ａが設けられている。熱交換管４２ａ及びブライン分岐回路７８ａは、プレートフィン８２ａに形成された多数の孔に嵌挿され、プレートフィン８２ａによって支持される。プレートフィン８２ａを設けることで、熱交換管４２ａ及びブライン分岐回路７８の支持強度が増し、かつ熱交換管４２ａ及びブライン分岐回路７８ａ間の熱伝達が促進される。
【００６８】
ドレンパン５０ａは水平方向に対し傾斜しており、下方端にドレン排出管５１ａが設けられている。デフロスト回路５２ａの復路及びブライン分岐回路６３ａの復路も、ドレンパン５０ａの背面に沿って傾斜して配置されている。
前述のように、デフロスト回路５２ａの復路は、下流側ほど上昇するように傾斜しているため、ブライン分岐回路６３ａを循環するブラインｂに加熱され気化したＣＯ２冷媒ガスはデフロスト回路５２ａの復路でガス抜けが良好になり、ＣＯ２冷媒の気化による急激な圧力上昇を防止できる。
【００６９】
図４及び図１１に示す冷却器３３ａの例示的な構成では、ケーシング３４ａに通風用の入口開口及び出口開口が形成される。例えば、前記入口開口はケーシング３４ａの側面に形成され、前記出口開口はケーシング３４ａの上面に形成される。前記出口開口にファン３５ａ及び３５ｂが設けられ、ファン３５ａ及び３５ｂの稼働により、庫内空気ｃはケーシング３４ａ及び３４ｂの内外に流通する空気流が形成される。
冷却器３３ｂも冷却器３３ａと同様の構成を有する。
【００７０】
かかる前記実施形態の構成において、冷凍運転時、電磁開閉弁５４ａ及び５４ｂは開放されると共に、電磁開閉弁５５ａ及び５５ｂは閉鎖される。これによって、二次冷媒回路１４から供給されるＣＯ２冷媒はＣＯ２分岐回路４０ａ、４０ｂ及び熱交換管４２ａ、４２ｂを循環する。一方、冷凍庫３０ａ及び３０ｂの内部でファン３５ａ及び３５ｂによって、冷却器３３ａ及び３３ｂの内部を通る庫内空気ｃの循環流が形成される。庫内空気ｃは熱交換管４２ａ及び４２ｂを循環するＣＯ２冷媒により冷却され、冷凍庫３０ａ及び３０ｂの内部は、例えば−２５℃の低温に保持される。
【００７１】
デフロスト時、電磁開閉弁５４ａ及び５４ｂは閉鎖され、電磁開閉弁５５ａ及び５５ｂは開放される。これによって、熱交換管４２ａ、４２ｂ及びデフロスト回路５２ａ、５２ｂからなる閉鎖されたＣＯ２循環路が形成される。そして、熱交換管４２ａ及び４２ｂを循環するＣＯ２冷媒の凝縮温度が庫内空気ｃの氷点（例えば０℃）を超える温度、例えば＋５℃（４．０ＭＰａ）となるように、圧力調整部４５ａ、４５ｂ又は圧力調整部６７で前記閉回路を循環するＣＯ２冷媒の圧力が制御される。
なお、圧力調整部４５ａ及び４５ｂは、圧力センサ４６ａ及び４６ｂの代わりに、ＣＯ２冷媒の温度を検出する温度センサを設け、制御装置４７ａ及び４７ｂで該温度検出値に対応するＣＯ２冷媒の飽和圧力を換算するようにしてもよい。
【００７２】
デフロスト時、熱交換管４２ａ及び４２ｂの表面に付着した霜は、熱交換管４２ａ及び４２ｂを循環するＣＯ２冷媒の凝縮潜熱（例えば、＋１５℃の温ブラインを加熱源としたとき、＋５℃／４．０ＭＰａにおいて２１９ｋＪ／ｋｇ）によって融解し、ドレンパン５０ａ及び５０ｂに落下する。
ドレンパン５０ａ及び５０ｂに落下した融解水は、ドレンパン５０ａ及び５０ｂに導設されたブライン分岐回路６１ａ、６１ｂ又は６３ａ、６３ｂを循環するブラインの保有熱によって再凍結するのを防止され、同時にドレンパン５０ａ及び５０ｂの加熱・除霜も可能になる。
【００７３】
熱交換管４２ａ及び４２ｂを循環するＣＯ２冷媒は、例えば＋１５℃のブラインｂを加熱源とし、熱交換管４２ａ及び４２ｂの表面に付着した霜を冷却源とすることで、ループ型サーモサイフォンが作動し、前記閉回路を自然循環する。
即ち、図１及び図６に示す実施形態では、ＣＯ２冷媒は熱交換器７０ａ及び７０ｂでブラインによって加熱される。
図２、図３及び図９に示す実施形態では、ＣＯ２冷媒はドレンパン５０ａ及び５０ｂの背面に形成される熱交換部でブラインによって加熱され気化する。これらの熱交換器で気化したＣＯ２冷媒ガスはデフロスト回路５２ａ及び５２ｂを上昇して熱交換管４２ａ及び４２ｂに戻り、熱交換管４２ａ及び４２ｂに付着した霜を溶かして凝縮する。凝縮したＣＯ２冷媒液は重力でデフロスト回路５２ａ及び５２ｂを下降し、前記熱交換部で再度加熱され気化する。
【００７４】
ブライン回路６０の入口及び出口のブラインの温度は温度センサ６６及び６８で検出され、これらの検出値の差が縮小し、温度差が閾値（例えば２〜３℃）に達した時、デフロストが完了したと判定し、デフロスト運転を終了する。
【００７５】
本発明の幾つかの実施形態によれば、庫内空気ｃに含まれる水蒸気の氷点を超えた凝縮温度を有するＣＯ２冷媒の凝縮潜熱を用い、熱交換管４２ａ及び４２ｂに付着した霜を該熱交換管の内部から加熱するので、霜への熱伝達量を増加できると共に、熱交換管４２ａ及び４２ｂの外側に加熱手段を設ける必要がなく、省エネ及び低コスト化できる。
また、前記閉回路で、サーモサイフォン作用を利用してＣＯ２冷媒を自然循環させるので、ＣＯ２冷媒を循環させるポンプなどの動力が不要になり、さらなる省エネが可能になる。
なお、デフロスト時のＣＯ２冷媒の凝縮温度を湿分の氷点に近い温度に保持するほど、モヤの発生を抑制できると共に、熱負荷及び水蒸気拡散を最小限に抑えることができる。また、ＣＯ２冷媒の圧力を低減できるため、前記閉回路を構成する配管及び弁類を低圧仕様とすることができ、さらなる低コスト化が可能になる。
【００７６】
また、ドレンパン５０ａ及び５０ｂに落下した融解水は、ドレンパン５０ａ及び５０ｂに導設されたブライン分岐回路６１ａ、６１ｂ又は６３ａ、６３ｂを循環するブラインの保有熱によって再凍結するのを防止でき、同時に該ブラインの保有熱でドレンパン５０ａ及び５０ｂの加熱・除霜も可能になる。そのため、ドレンパン５０ａ及び５０ｂに別途加熱器を付設する必要がなくなり低コスト化できる。
【００７７】
また、図２、図３及び図９に示す実施形態によれば、デフロスト回路５２ａ、５２ｂ及びブライン分岐回路６３ａ、６３ｂによってドレンパン５０ａ及び５０ｂの背面に熱交換部を形成することで、デフロスト時にドレンパン５０ａ及び５０ｂの加熱・除霜と、デフロスト回路５２ａ及び５２ｂを循環するＣＯ２冷媒の加熱とを同時に行うことができる。そのため、別途加熱器を設ける必要がなく低コスト化できる。
【００７８】
図１及び図６に示す実施形態によれば、熱交換器７０ａ及び７０ｂを例えば熱交換効率が良いプレート式熱交換器などで構成すれば、ブラインとＣＯ２冷媒との熱交換効率を向上できる。
【００７９】
また、図３に示す冷凍装置１０Ｃ及び図６に示す冷凍装置１０Ｄでは、冷凍庫３０ａ及び３０ｂの内部にブライン分岐回路７４ａ、７４ｂ又は７８ａ、７８ｂを導設し、熱交換管４２ａ及び４２ｂを内外から加熱しているので、熱交換管４２ａ及び４２ｂの加熱効果を高めることができ、デフロスト時間を短縮できる。
また、図４及び図１１に示す冷却器３３ａによれば、ブライン分岐回路７８ａから熱交換管４２ａの伝熱はプレートフィン８２ａを介して行われるので、伝熱効果を高めることができる。また、ブライン分岐回路７８ａ及び熱交換管４２ａをプレートフィン８２ａによって支持するので、これら配管の支持強度を高めることができる。
【００８０】
また、温度センサ６６及び６８の検出値の差を求め、該検出値の差が閾値に達した時をデフロスト運転完了時と判定しているので、デフロスト運転完了のタイミングを正確に判定でき、冷凍庫内の過剰な加熱や水蒸気拡散を防ぐことができる。
そのため、さらなる省エネを達成できると共に、庫内温度の安定化により冷凍庫３０ａ及び３０ｂに保冷された食品の品質向上を実現できる。
【００８１】
また、幾つかの実施形態によれば、冷凍機の凝縮器１８で加熱された冷却水でブラインを加熱できるので、冷凍装置外の加熱源が不要になる。
また、デフロスト時にブラインで冷却水の温度を低下できるので、冷凍運転時のＮＨ３冷媒の凝縮温度を下げ、冷凍機のＣＯＰを向上できる。
さらに、冷却水回路２８が凝縮器１８と冷却塔２６との間に配設される例示的な構成では、熱交換器５８を冷却塔内に設けることもできる。これによって、デフロストのために使用される装置の設置スペースを縮小できる。
【００８２】
図９に示す冷凍装置１０Ｅでは、密閉式冷却加熱ユニット９０で冷却水の保有熱を吸収した散布水でブラインを加熱できるので、熱交換器５８が不要になり、加熱塔９１を冷却塔２６と一体にすることで、設置スペースを縮小できる。
また、密閉式冷却塔２６の散布水をブラインの熱源とすることで、外気からの採熱も可能となる。なお、冷凍装置１０Ｅが空冷方式の場合は、加熱塔単独で外気による冷却水の冷却及び外気を熱源としたブラインの加熱が可能になる。
なお、密閉式冷却加熱ユニット９０に組み込まれた密閉式冷却塔２６は、複数台を横方向に並列に連結して設置することもできる。
【００８３】
幾つかの実施形態によれば、圧力調整部４５ａ及び４５ｂで前記閉回路の圧力を調整するようにしたので、圧力調整部を簡易かつ低コスト化できる。
また、図１０に示す実施形態では、圧力調整部６７を設けたことで、冷却器毎に圧力調整部を設ける必要がなく、１個の圧力調整部で済むので低コスト化できると共に、前記閉回路の圧力調整を冷凍庫の外部から行うことができ、閉回路の圧力調整が容易になる。
【００８４】
また、図１１に示す冷却器３３ａによれば、ドレンパン５０ａ及び５０ｂに補助加熱用電気ヒータ９４ａを設けたことで、ドレンパン５０ａ及び５０ｂに溜まったドレンの再凍結を抑制できる。また、デフロスト回路５２ａ、５２ｂ及びブライン分岐回路６１ａ、６１ｂ又は６３ａ、６３ｂによる熱交換部がドレンパン５０ａ及び５０ｂに形成されるとき、前記ブライン分岐回路を循環するブラインの熱量が不足しても、補助加熱用電気ヒータ９４ａでデフロスト回路５２ａ及び５２ｂを循環するＣＯ２冷媒の気化熱を補充できる。
【００８５】
図２及び図９に示す実施形態によれば、冷却ユニット３１ａ及び３１ｂを形成することで、冷凍庫３０ａ及び３０ｂへのデフロスト装置付き冷凍庫３０ａ及び３０ｂの取り付けが容易になる。また、冷却ユニット３１ａ及び３１ｂを構成する各部品を一体に組立てておけば、さらに冷凍庫３０ａ及び３０ｂの取付けが容易になる。
図３に示す実施形態によれば、冷却ユニット３２ａ及び３２ｂを形成することで、デフロスト時熱交換管４２ａ及び４２ｂを内外両側から加熱でき、加熱効果の優れたデフロスト装置付き冷却器の取付けが容易になる。
また、冷却ユニット３２ａ及び３２ｂを構成する各部品を一体に組立てておけば、それらの取付けがさらに容易になる。
【００８６】
また、図１１に示す実施形態によれば、補助加熱用電気ヒータ９４ａを付設した冷却ユニット９３ａを形成することで、ドレンパン５０ａ及び５０ｂと共に、該ドレンパンに導設されたデフロスト回路５２ａ及び５２ｂを循環するＣＯ２冷媒を補助加熱できるデフロスト装置付き冷却器の取付けが容易になる。
以上、幾つかの実施形態の構成を説明したが、前記実施形態は、冷凍装置の目的及び用途に応じて適宜組み合わせることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明によれば、冷蔵庫その他冷却空間の形成に適用される冷凍装置のデフロストに要するイニシャルコスト及びランニングコストの低減と省エネを実現できる。
【符号の説明】
【００８８】
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ    冷凍装置
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ    冷凍機
１２            一次冷媒回路
１４            二次冷媒回路
１６            圧縮機
１６ａ          高段圧縮機
１６ｂ          低段圧縮機
１８            凝縮器
２０            ＮＨ３受液器
２２、２２ａ、２２ｂ    膨張弁
２４            カスケードコンデンサ
２６            密閉式冷却塔
２８            冷却水回路
２９、５７      冷却水ポンプ
３０、３０ａ、３０ｂ    冷凍庫
３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、９３ａ    冷却ユニット
３３、３３ａ、３３ｂ    冷却器
３４ａ、３４ｂ    ケーシング
３５ａ、３５ｂ    ファン
３６              ＣＯ２受液器
３８              ＣＯ２液ポンプ
４０ａ、４０ｂ    ＣＯ２分岐回路
４１，６２，７６    接続部
４２ａ、４２ｂ    熱交換管
４２ａ            入口管
４２ｄ            出口管
４３ａ、４３ｂ、８０ａ、８０ｂ    ヘッダ
４４              ＣＯ２循環路
４５ａ、４５ｂ、６７    圧力調整部
４６ａ、４６ｂ    圧力センサ
４７ａ、４７ｂ、６７ｃ    制御装置
４８ａ、４８ｂ    圧力調整弁
５０ａ、５０ｂ    ドレンパン
５１ａ、５１ｂ    ドレン排出管
５２ａ、５２ｂ    デフロスト回路
５４ａ、５４ｂ、５５ａ、５５ｂ    電磁開閉弁
５６              冷却水分岐回路
５８              熱交換器（第２熱交換部）
６０              ブライン回路
６１ａ、６１ｂ、６３ａ、６３ｂ、７２ａ、７２ｂ、７４ａ、７４ｂ、７８ａ、７８ｂ    ブライン分岐回路
６４                                    レシーバ
６５                                    ブラインポンプ
６６、６８        温度センサ
７０ａ、７０ｂ    熱交換器（第１熱交換部）
８２ａ            プレートフィン
８６              中間膨張弁
８４              中間冷却器
８８ａ            高元圧縮機
８８ｂ            低元圧縮機
９０              密閉式冷却加熱ユニット
９１              密閉式加熱塔
９２              膨張タンク
９４ａ            補助加熱用電気ヒータ
ａ                外気
ｂ                ブライン
ｃ                庫内空気
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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