(57)【要約】【課題】第１の目的は、昇華デフロスト、特に剥離式昇華デフロストで除霜が可能になると共に、通常運転時及びデフロスト時に伝熱ムラが起こらないエアクーラを提案し、第２の目的は、昇華デフロストで除霜する場合に、デフロストムラを生じさせず、かつ省エネ及び低コスト化が可能なエアクーラの除霜方法を提案する。【解決手段】一実施形態に係るエアクーラは、内部に複数の冷媒流路が形成され、互いに間隔を置いて互いに並列に配置された複数のプレートと、前記複数の冷媒流路の各々に連通し、前記冷媒流路に冷媒を供給する入口ヘッダと、前記複数の冷媒流路の各々に連通し、前記冷媒流路から前記冷媒が排出される出口ヘッダと、を備え、前記冷媒流路は、上下方向に沿って直線状に延在するように構成されると共に、前記入口ヘッダは前記冷媒流路の下部側に連通し、前記出口ヘッダは前記冷媒流路の上部側に連通する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に複数の冷媒流路が形成され、互いに間隔を置いて互いに並列に配置された複数のプレートと、
前記複数の冷媒流路の各々に連通し、前記冷媒流路に冷媒を供給する入口ヘッダと、
前記複数の冷媒流路の各々に連通し、前記冷媒流路から前記冷媒が排出される出口ヘッダと、
を備え、
前記冷媒流路は、上下方向に沿って直線状に延在するように構成されると共に、前記入口ヘッダは前記冷媒流路の下部側に連通し、前記出口ヘッダは前記冷媒流路の上部側に連通することを特徴とするエアクーラ。
【請求項２】
前記複数のプレート間に設けられるフィンを備え、
前記複数のプレートは、第１プレートと、該第１プレートと間隔を置いて配置される第２プレートと、を含み、
前記フィンは、一端が前記第１プレートに結合されて前記第１プレートから前記第２プレートに向かって延在し、他端が前記第２プレートに対向して配置されることを特徴とする請求項１に記載のエアクーラ。
【請求項３】
板状体で構成される複数の前記フィンが、互いに間隔を置いて前記板状体が形成する面に対して法線方向に沿って平行に配置されることを特徴とする請求項２に記載のエアクーラ。
【請求項４】
前記複数のフィンは、前記第１プレートに結合された複数の第１フィンと、前記第２プレートに結合された複数の第２フィンと、を含み、
前記複数の第１フィンの前記他端と前記複数の第２フィンの前記他端とは、前記板状体の配置方向と交差する方向において異なる位置に配置されることを特徴とする請求項３に記載のエアクーラ。
【請求項５】
前記複数のプレート間の間隔を通過する空気流を形成するための送風機を備え、
前記板状体は、前記空気流が流れる方向に沿って配置されることを特徴とする請求項３又は４に記載のエアクーラ。
【請求項６】
前記複数のプレートは互いにフィンを介さずに前記間隔に形成される空気流通過空間を隔てて直接対向配置されることを特徴とする請求項１に記載のエアクーラ。
【請求項７】
前記複数のプレートの各々において、
前記複数のプレート間の間隔を通過する空気流に対して上流側端から前記冷媒流路までの距離は、前記冷媒流路の流路間ピッチの１．５倍以上２．５倍以下となるように構成されることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のエアクーラ。
【請求項８】
前記冷媒流路は、横断面の直径が２ｍｍ以下で構成されることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載のエアクーラ。
【請求項９】
被冷却物が保管される冷凍庫と、
前記冷凍庫に設けられた請求項１乃至８の何れか一項に記載のエアクーラと、
前記冷媒流路に冷媒を循環させる冷媒循環路と、
を備えることを特徴とする冷凍システム。
【請求項１０】
液化した前記冷媒を前記複数のプレートに付着した霜層の融解温度未満の温度を有する気化冷媒となるように加熱する熱交換器であって、前記エアクーラより下方に配置される熱交換器と、
デフロスト時に前記冷媒流路と共に閉回路を形成し、前記気化冷媒を前記出口ヘッダを介して前記冷媒流路に供給すると共に、前記冷媒流路で液化した前記冷媒を前記入口ヘッダを介して受け取る供給路と、
を備えることを特徴とする請求項９に記載の冷凍システム。
【請求項１１】
前記供給路は、前記冷媒循環路から分岐した分岐管路で構成され、デフロスト時に前記冷媒流路と共に閉回路を形成するように構成されることを特徴とする請求項１０に記載の冷凍システム。
【請求項１２】
内部に複数の冷媒流路が形成され、互いに間隔を置いて互いに並列に配置された複数のプレートと、前記複数の冷媒流路の各々に連通し、前記冷媒流路に冷媒を供給する入口ヘッダと、前記複数の冷媒流路の各々に連通し、前記冷媒流路から前記冷媒が排出される出口ヘッダと、を備え、前記冷媒流路は、上下方向に沿って延在するように構成されると共に、前記入口ヘッダは前記冷媒流路の下部側に連通し、前記出口ヘッダは前記冷媒流路の上部側に連通するように構成されたエアクーラの昇華デフロスト方法であって、
前記冷媒流路より下方に設けられた熱交換器で、前記冷媒流路を流れる前記冷媒を前記複数のプレートに付着した霜層の融解温度未満の温度を有する気化冷媒に加熱する冷媒加熱ステップと、
前記冷媒流路に前記気化冷媒を供給して前記霜層を昇華させ、液化した前記冷媒を前記冷媒流路から前記熱交換器に戻す昇華ステップと、
を備えることを特徴とするエアクーラの昇華デフロスト方法。
【請求項１３】
前記昇華ステップにおいて、
前記気化冷媒を前記出口ヘッダから前記冷媒流路に供給すると共に、前記霜層を昇華して液化した前記冷媒を前記冷媒流路から前記入口ヘッダを介して排出することを特徴とする請求項１２に記載のエアクーラの昇華デフロスト方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、エアクーラ、該エアクーラを備える冷凍システム及び該エアクーラの昇華デフロスト方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍庫などに設けられるエアクーラは、一例として、冷媒が流れるチューブと、該チューブの外表面に狭い間隔で並列に固定されたフィンと、を備えるフィンチューブ式熱交換器が使用される。
エアクーラは、冷却面が零度より低くなる場合には着霜が生じ、伝熱性能が低下するため、デフロスト運転が必要になる。特に、フィンを備える場合、着霜によってフィン間が閉塞され、伝熱性能が低下するため、頻繁にデフロスト運転を行う必要がある。
【０００３】
着霜を融解させて除去するデフロスト運転では、一旦エアクーラの運転を止め、運転を止めた状態で着霜を融解させ、融解水をドレンパンで受け外部に除去する必要がある。
そこで、最近では、着霜を融解せずに昇華させて除去する昇華デフロスト法が考えられている。この昇華デフロスト法では、０℃未満の温度を有する冷媒を冷媒流路に流し、フィンなどに付着した霜層を融解せずに昇華させる方法である。昇華した水蒸気を空気流と共に外部に排出できるため、融解水の処理を必要としない利点がある。
【０００４】
例えば、特許文献１には、エアクーラを構成する伝熱管の着霜を昇華デフロスト法で除霜する手段が開示されている。
また、本発明者等は、伝熱管に付着した霜層の根本部を霜層の融点未満の温度で加熱し、霜層の根本部と先端部との間で温度勾配を形成させることで、根本部の昇華を優先的に促進させ、これによって、霜層の付着面に対する付着力を低減させ、霜層全体が昇華する前に霜層を剥離させるようにした省エネ可能な剥離式昇華デフロスト法を提案している（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５９４４０５８号公報
【特許文献２】国際公開第２０１７／１７５４１１号
【特許文献３】特願２０１７−０９０３２６号の明細書及び図面（未公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
エアクーラにフィンチューブ式熱交換器を用いた場合、チューブ表面に環状の霜層ブリッジができると、剥離式昇華デフロスト法を用いて霜層をチューブ表面から剥離させても、環状に形成された霜層ブリッジはチューブから取り除くことができない。
そこで、本発明者等は、フィン及びチューブを用いずに、複数のプレートを空気流通過空間を隔てて並列に配置し、かつ各プレートの内部に微小径の冷媒流路を形成したエアクーラを提案している（特許文献３）。このエアクーラは、フィンを用いずに空気側伝熱面積を確保するため、各プレートに１パスで複数の微小径流路を形成している。そのため、微小径流路に液状の冷媒が滞留しやすくなり、デフロスト時に液状の冷媒が滞留した部分ではほとんど伝熱が行われないため、伝熱がエアクーラ全体で均一にならず、デフロストにムラが生じるおそれがある。また、通常運転時においても、微小径流路に液状冷媒が滞留すると、空気の冷却ムラが生じるおそれがある。
【０００７】
一実施形態に係る第１の目的は、昇華デフロスト方法によって支障なく除霜できると共に、通常運転時及びデフロスト時に伝熱ムラが起こらないエアクーラを提案することにある。
一実施形態に係る第２の目的は、昇華デフロストで除霜する場合に、デフロストムラを生じさせず、かつ省エネ及び低コスト化が可能なエアクーラの昇華デフロスト方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）一実施形態に係るエアクーラは、
内部に複数の冷媒流路が形成され、互いに間隔を置いて互いに並列に配置された複数のプレートと、
前記複数の冷媒流路の各々に連通し、前記冷媒流路に冷媒を供給する入口ヘッダと、
前記複数の冷媒流路の各々に連通し、前記冷媒流路から前記冷媒が排出される出口ヘッダと、
を備え、
前記冷媒流路は、上下方向に沿って直線状に延在するように構成されると共に、前記入口ヘッダは前記冷媒流路の下部側に連通し、前記出口ヘッダは前記冷媒流路の上部側に連通する。
【０００９】
本明細書で、「冷媒」とは、例えばＮＨ３、ＣＯ２等の冷媒のみならず、ブライン、その他熱交換に用いられる冷却媒体をすべて含む。また、「上下方向に沿って延在する」とは、鉛直方向に対して３０度以内の角度で延在することを意味する。
【００１０】
上記（１）の構成によれば、チューブを用いないので、環状の霜層ブリッジは生じない。従って、省エネが可能な剥離式昇華デフロスト法を用いたデフロストが可能になる。また、通常運転時、ポンプによって液状の冷媒はエアクーラに供給される。冷媒は、エアクーラの流路の下部側に配置された入口ヘッダからプレートに供給され、プレート周囲の空気を冷却しながら気化し、気液二相流となって冷媒流路の上部側に設けられた出口ヘッダから排出される。このため、伝熱に寄与しない気化冷媒の滞留による伝熱不良領域がなくなるため、伝熱ムラが起こらず、伝熱面全体で均一な熱伝達が可能になる。デフロスト時には、出口ヘッダから霜層の融点未満の温度を有する冷媒蒸気が供給され、冷媒蒸気は凝縮潜熱を放出することにより凝縮液となり、プレート周囲に着霜した霜層を昇華させる。このとき、冷媒回路はサーモサイフォンとなっており、エアクーラ内の冷媒流路は、上下方向に沿って直線状に配置されているため、凝縮した冷媒液は重力落下し、入口ヘッダから速やかに排出されるため、デフロスト時において伝熱ムラは発生しない。
【００１１】
また、各プレートに複数の微小径をもつ冷媒流路をほぼ一様に形成することで、冷却時やデフロスト時の伝熱ムラを抑えることができる。さらに、冷媒の圧力が高くなっても、微小径の冷媒流路にすることで、板厚が薄いプレートで対応できる。
【００１２】
（２）一実施形態では、前記（１）の構成において、
前記複数のプレート間に設けられるフィンを備え、
前記複数のプレートは、第１プレートと、該第１プレートと間隔を置いて配置される第２プレートと、を含み、
前記フィンは、一端が前記第１プレートに結合されて前記第１プレートから前記第２プレートに向かって延在し、他端が前記第２プレートに対向して配置される。
上記（２）の構成によれば、上記構成のフィンは霜層が滞留しやすい閉空間を形成しないため、昇華デフロスト法によって霜層を容易に除去できる。
【００１３】
（３）一実施形態では、前記（２）の構成において、
板状体で構成される複数の前記フィンが、互いに間隔を置いて前記板状体が形成する面に対して法線方向に沿って平行に配置される。
上記（３）の構成によれば、空気流を板状体が形成する面に沿って流すことで、空気流の圧力損失を増加させずにフィンの伝熱面積を増加できる。
【００１４】
（４）一実施形態では、前記（３）の構成において、
前記複数のフィンは、前記第１プレートに結合された複数の第１フィンと、前記第２プレートに結合された複数の第２フィンと、を含み、
前記複数の第１フィンの前記他端と前記複数の第２フィンの前記他端とは、前記板状体の配置方向と公差する方向において異なる位置に配置される。
上記（４）の構成によれば、第１フィンの他端と第２フィンの他端とが、上記板状体の配置方向（板状体が形成する面に沿う方向）と交差する方向において異なる位置に配置されるため、フィン間で霜層が滞留しやすい閉空間を形成しない。従って、昇華デフロスト法を用いてフィンに付着した霜層を容易に除去できる。
【００１５】
（５）一実施形態では、前記（３）又は（４）の構成において、
前記複数のプレート間の間隔を通過する空気流を形成するための送風機を備え、
前記板状体は、前記空気流が流れる方向に沿って配置される。
上記（５）の構成によれば、空気流が流れる方向に沿って板状体が配置されるので、空気流の圧力損失を増加させずに伝熱面積を増加でき、これによって、冷媒と空気流との熱伝達を促進できる。
【００１６】
（６）一実施形態では、前記（１）の構成において、
前記複数のプレートは互いにフィンを介さずに前記間隔に形成される空気流通過空間を隔てて直接対向配置される。
上記（６）の構成によれば、霜層が付着しやすいフィンをなくすことで、従来の融解式デフロストにおける霜層の融け残りやフィン間に滞留した融水の凍結を考慮した余分なデフロスト運転を低減できる。従って、定常運転を停止させる頻度を低減できる。また、フィンを設けないために、複数のプレートを並べた簡単な構成とすることができ、これによって、エアクーラの製造コストを節減できると共に、保守点検時の洗浄効果を向上できる。
【００１７】
（７）一実施形態では、前記（１）〜（６）の何れかの構成において、
前記複数のプレートの各々において、
前記複数のプレート間の前記間隔を通過する空気流に対して上流側端から前記冷媒流路までの距離は、前記冷媒流路の流路間ピッチ（流路間距離）の１．５倍以上２．５倍以下となるように構成される。  
プレートの上流側端部は、プレート表面に形成される温度境界層が薄くなり、熱伝達が促進されるため、通常運転時に霜の付着量が増えることが想定される。上流側端部にＵ字形のような閉空間を形成する霜が発生すると、剥離が起こり難くなる。上流側端から冷媒流路までの距離が冷媒流路の流路間ピッチの１．５倍未満であると、プレート先端の熱伝達が増加して着霜促進し、頻繁なデフロストが必要となり、省エネにならない。また、上流側端から冷媒流路までの距離が冷媒流路の流路間ピッチの２．５倍を超えると、デフロスト時に着霜の根元を昇温するための熱が伝わりにくくなるため、デフロスト時間が長くなり、省エネとならない。
【００１８】
（８）一実施形態では、前記（１）〜（７）の何れかの構成において、
前記冷媒流路は、横断面の直径が２ｍｍ以下で構成される。
上記（８）の構成によれば、冷媒流路を微小化することで、各プレートに複数の冷媒流路を形成できる。これによって、冷却時やデフロスト時の伝熱ムラを抑えることができる。また、冷媒流路を微小化することで、冷媒が高圧になっても、板厚の薄いプレートを用いた構造で対応できる。
【００１９】
（９）一実施形態に係る冷凍システムは、
被冷却物が保管される冷凍庫と、
前記冷凍庫に設けられた前記（１）〜（８）の何れかの構成を有するエアクーラと、
前記冷媒流路に冷媒を循環させる冷媒循環路と、
を備える。
【００２０】
本明細書において、「冷凍庫」とは、冷蔵庫、その他密閉された冷却空間を形成し、該冷却空間に収容された被冷却物を常温以下の温度に冷却・保冷可能なものをすべて含む。上記「密閉された冷却空間」には、コンベアで搬送される食品を連続的に冷却又は凍結するフリーザの内部に形成される冷却空間を含む。従って、上記「エアクーラ」はフリーザに設けられるエアクーラを含む。
【００２１】
上記（９）の構成によれば、上記構成を有するエアクーラは、冷媒循環用のチューブを備えないため、環状の霜層ブリッジは生じない。従って、省エネが可能な剥離式昇華デフロスト法を用いたデフロストが可能になる。また、上述のように、通常運転時及びデフロスト時に伝熱ムラが発生せず、伝熱面全体で均一な熱伝達が可能になると共に、比較的簡易な構成で冷媒の高圧化に耐え得る構成とすることができる。また、昇華デフロスト方法を用いてデフロストを行う場合に、霜層を昇華して凝縮した液冷媒は、重力降下して入口ヘッダから速やかに排出できるため、伝熱ムラが起こらない。
【００２２】
（１０）一実施形態では、前記（９）の構成において、
液化した前記冷媒を前記複数のプレートに付着した霜層の融解温度未満の温度を有する気化冷媒となるように加熱する熱交換器であって、前記エアクーラより下方に配置される熱交換器と、
デフロスト時に前記冷媒流路と共に閉回路を形成し、前記気化冷媒を前記出口ヘッダを介して前記冷媒流路に供給すると共に、前記冷媒流路で液化した前記冷媒を前記入口ヘッダを介して受け取る供給路と、
を備える。
【００２３】
上記（１０）の構成によれば、上記熱交換器はエアクーラより下方に配置されるため、デフロスト時に、熱交換器で加熱された気化冷媒はサーモサイフォン作用によって自然上昇する。冷媒流路で霜層に昇華潜熱を与えて液化した冷媒は重力によって冷媒流路を自然下降し、速やかに供給路に排出される。供給路に排出された液冷媒は供給路を自然下降して熱交換器に戻る。このように、液化した冷媒は冷媒流路から速やかに排出されるので、冷媒流路に伝熱ムラが発生しない。また、デフロスト時に冷媒が供給路を自然循環するので、冷媒を循環させるための装置及び動力が不要になり低コスト化できる。
【００２４】
（１１）一実施形態では、前記（１０）の構成において、
前記供給路は、前記冷媒循環路から分岐した分岐管路で構成され、デフロスト時に前記冷媒流路と共に閉回路を形成するように構成される。
上記（１１）の構成によれば、上記供給路が冷媒循環路から分岐した分岐管路で構成されるため、供給路の設置を低コスト化できる。
【００２５】
（１２）一実施形態に係るエアクーラの昇華デフロスト方法は、
内部に複数の冷媒流路が形成され、互いに間隔を置いて互いに並列に配置された複数のプレートと、前記複数の冷媒流路の各々に連通し、前記冷媒流路に冷媒を供給する入口ヘッダと、前記複数の冷媒流路の各々に連通し、前記冷媒流路から前記冷媒が排出される出口ヘッダと、を備え、前記冷媒流路は、上下方向に沿って延在するように構成されると共に、前記入口ヘッダは前記冷媒流路の下部側に連通し、前記出口ヘッダは前記冷媒流路の上部側に連通するように構成されたエアクーラの除霜方法であって、
前記冷媒流路より下方に設けられた熱交換器で、前記冷媒流路を流れる前記冷媒を前記複数のプレートに付着した霜層の融解温度未満の温度を有する気化冷媒に加熱する冷媒加熱ステップと、
前記冷媒流路に前記気化冷媒を供給して前記霜層を昇華させ、液化した前記冷媒を前記冷媒流路から前記熱交換器に戻す昇華ステップと、
を備える。
【００２６】
霜層を融点未満の温度に加熱した気化冷媒を用いて霜層を融解せずに昇華させる昇華デフロスト法では、冷媒と霜層との温度差が小さいために、霜層に気化冷媒の熱が伝わりにくい。そのため、霜層を均一に加熱することで、デフロストムラを生じさせないことが課題となる。
上記冷媒加熱ステップにおいて、冷媒流路より下方に設けられた熱交換器で加熱され、霜層の融点未満の温度となった気化冷媒は、サーモサイフォン作用によって自然上昇し、冷媒流路の上部側と連通した出口ヘッダから冷媒流路に流入し、冷媒流路で霜層に昇華潜熱を与えて昇華させる。液化した冷媒は重力によって冷媒流路を自然下降する。
このように、デフロスト時に、液化した冷媒が冷媒流路から速やかに排出されるので、冷媒流路で伝熱ムラは発生しない。従って、冷媒流路中の気化冷媒によって霜層を均一に加熱できるため、デフロストムラをなくすことができる。また、デフロスト時に冷媒が熱交換器と冷媒流路との間を自然循環するので、冷媒を循環させるための装置及び動力が不要になり、省エネ及び低コスト化が可能になる。
【００２７】
（１３）一実施形態では、前記（１２）の方法において、
前記昇華ステップにおいて、
前記気化冷媒を前記出口ヘッダから前記冷媒流路に供給すると共に、前記霜層を昇華して液化した前記冷媒を前記冷媒流路から前記入口ヘッダを介して排出する。
上記（１３）の方法によれば、冷媒流路の上部側に連通する出口ヘッダから気化冷媒を供給することで、霜層を昇華して液化した冷媒を自重で冷媒流路を速やかに降下させることができる。また、冷媒流路を降下した液化冷媒を冷媒流路の下部側に連通した入口ヘッダから速やかに排出できる。そのため、冷媒流路は気化冷媒のみが充満するため、この気化冷媒によって冷媒流路を均一に加熱でき、これによって、デフロストムラをなくすことができる。
【発明の効果】
【００２８】
幾つかの実施形態に係るエアクーラは、昇華デフロスト方法、特に剥離式昇華デフロスト方法で除霜が可能になると共に、通常運転時及びデフロスト時に伝熱ムラが起こらず、伝熱面全体で均一な伝熱が可能になる。また、幾つかの実施形態に係るエアクーラの除霜方法は、昇華デフロスト方法で除霜する場合に、デフロストムラを生じさせず、かつ省エネ及び低コスト化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】一実施形態に係るエアクーラの正面図である。
【図２】一実施形態に係るエアクーラの側面図である。
【図３】エアクーラの構成部品である一実施形態に係るプレートの正面図である。
【図４】図３中のＡ―Ａ線に沿う横断面図である。
【図５】一実施形態に係るエアクーラの一部の側面図である。
【図６Ａ】エアクーラの構成部品である一実施形態に係るフィン構成体の斜視図である。
【図６Ｂ】エアクーラの構成部品である一実施形態に係るフィン構成体の斜視図である。
【図６Ｃ】エアクーラの構成部品である比較例としてのフィン構成体の斜視図である。
【図７】一実施形態に係る冷凍システムの系統図である。
【図８】一実施形態に係るエアクーラの除霜方法の工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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く、単なる説明例にすぎない。
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。
【００３１】
図１〜図５は、一実施形態に係るエアクーラ１０を示す。エアクーラ１０は、例えば、図７に示すように、冷凍庫４２の内部に設けられ、冷凍庫４２の内部を冷却するために用いられる。
図１及び図２に示すように、複数のプレート１２が互いに間隔を置いて互いに並列に配置されている。各プレート１２には、内部に複数の冷媒流路１４が形成されている（図３及び図４参照）。各プレート１２に形成された複数の冷媒流路１４の各々に連通する入口ヘッダ１６及び出口ヘッダ１８が設けられている。冷媒流路１４には入口ヘッダ１６を介して冷媒が供給され、冷媒流路１４の冷媒は出口ヘッダ１８を介して外部に排出される。
複数の冷媒流路１４の各々は、上下方向に沿って直線状に延在するように構成される。入口ヘッダ１６は各冷媒流路１４の下部側に連通し、出口ヘッダ１８は冷媒流路１４の上部側に連通する。
【００３２】
エアクーラ１０の通常運転中に、冷媒流路１４を流れる冷媒によってプレート１２の周囲の空気が冷却され、空気中に含まれる水蒸気がプレート１２などの機器に付着し、図４に示すような霜層Ｉが形成される。
【００３３】
上記構成によれば、エアクーラ１０はチューブを用いないので、環状の霜層ブリッジは形成されない。従って、省エネが可能な剥離式昇華デフロスト法を用いたデフロストが可能になる。また、通常運転時、液ポンプ６６によって液状の冷媒はエアクーラ１０に供給される。冷媒は、エアクーラの流路の下部側に配置された入口ヘッダ１６からプレートに供給され、プレート周囲の空気を冷却しながら気化し、気液二相流となって冷媒流路の上部側に設けられた出口ヘッダ１８から排出される。このため、伝熱に寄与しない気化冷媒の滞留による伝熱不良領域がなくなるため、伝熱ムラが起こらず、伝熱面全体で均一な熱伝達が可能になる。デフロスト時には、出口ヘッダ１８から霜層の融点未満の温度を有する冷媒蒸気が供給され、冷媒蒸気は凝縮潜熱を放出することにより凝縮液となり、プレート周囲に着霜した霜層を昇華させる。このとき、冷媒回路は、図７に示すようにサーモサイフォンとなっており、エアクーラ内の冷媒流路は、上下方向に沿って直線状に配置されているため、凝縮した冷媒液は重力落下し、入口ヘッダ１６から速やかに排出されるため、デフロスト時において伝熱ムラは発生しない。
【００３４】
また、複数のプレート１２に複数の微小径をもつ冷媒流路１４をほぼ一様に形成することで、冷却時やデフロスト時の伝熱ムラを抑えることができる。さらに、冷媒の圧力が高くなっても、冷媒を微小径の冷媒流路１４にすることで、板厚が薄いプレート１２を用いた比較的簡易な構成で対応できる。
【００３５】
一実施形態では、プレート１２は上下方向に沿って配置される。プレート１２を上下方向に沿って配置することで、冷媒流路１４を上下方向に沿って配置できる。
一実施形態では、プレート１２の表面は平坦面を形成する。また、平坦面とすることで、プレート１２に付着した霜層Ｉの成長を幾分抑制できる。  
一実施形態では、図３に示すように、複数の冷媒流路１４は互いに平行に配置される。複数の冷媒流路１４が平行に配置されることで、伝熱ムラを抑えることができる。
【００３６】
一実施形態では、図１及び図２に示すように、入口ヘッダ１６及び出口ヘッダ１８は、冷媒管（不図示）に接続される管接手２０及び２４と、プレート１２の間に挿入されるスペーサ２２及び２６とを備える。管接手２０及び２４は、筒状に形成され、内部に冷媒が流れる貫通孔２０ａ及び２４ａを有している。スペーサ２２及び２６は、プレート間に挿入されてプレート間の間隔を規定し、冷媒が流れる貫通孔２２ａ及び２６ａが形成されている。
一実施形態では、管接手２０及び２４は円筒形を有し、スペーサ２２及び２６は四角形の板で構成される。
【００３７】
一実施形態では、図１に示すように、複数のプレート１２間の間隔を通過する空気流ａを形成するための送風機２７を備える。送風機２７を稼働することで、プレート１２間に空気流通過空間Ｓａ（図５参照）を形成できる。各プレート間に空気流通過空間Ｓａを形成することで、空気流ａと冷媒間の熱伝達を促進できる。
【００３８】
一実施形態では、図１及び図２に示すように、プレート１２、入口ヘッダ１６及び出口ヘッダ１８は、ケーシング２８に収容される。ケーシング２８は、少なくとも空気が流入する面及び空気が流出する面は開放され、プレート間に形成される空気流通過空間Ｓａに空気流ａが形成される。一実施形態では、ケーシング２８の空気流入面と空気流出面とは互いに対向する位置に配置されている。
一実施形態では、ケーシング２８は直方体を構成する。
一実施形態では、図１に示すように、送風機２７はケーシング２８の側面（空気流ａに対して上流側面となる空気流入面）に設けられた押込み式ファンで構成され、下流側に設けられた空気流通過空間Ｓａへ空気流ａを送るように構成される。
【００３９】
一実施形態では、図３に示すように、各プレート１２において、冷媒流路１４の両端に、複数の冷媒流路１４のすべてに連通する集合孔１３ａ及び１３ｂが形成され、集合孔１３ａは入口ヘッダ１６に連通し、集合孔１３ｂは出口ヘッダ１８に連通している。
一実施形態では、図４に示すように、プレート１２は、一対の薄板状のプレート構成体１２ａ及び１２ｂで構成される。プレート構成体１２ａ及び１２ｂは、軸方向に沿って冷媒流路１４を形成する凹部３０が形成され、凹部３０が向かい合わせになるように配置されて、互いに接合される。これによって、プレート１２の内部に冷媒流路１４が形成される。
一実施形態では、プレート１２は、例えば、銅又はステンレス鋼等で構成され、拡散接合で接合される。スペーサ２２は、プレート１２に対してろう付けで接合される。
一実施形態では、凹部３０はエッチングで形成される。
【００４０】
一実施形態では、図２に示すように、スペーサ２２及び２４によって互いに間隔を置いて重ねられた複数のプレート１２の両側にさらに端板３２及び３４が重ねて配置される。端板３２には管接手２０及び２４が結合され、かつ冷媒が流れる貫通孔が形成される。端板３４は密閉された面を有する。
【００４１】
一実施形態では、図５に示すように、各プレート１２の間にフィン３６が設けられる。フィン３６は、プレート間において、一端が一方のプレート１２に結合されて該プレートから隣り合うプレート１２に向かって延在し、他端が隣り合うプレート１２に対向して配置される。
この実施形態によれば、フィン３６は霜層が滞留しやすい閉空間を形成しないため、昇華デフロスト法によって霜層を容易に除去できる。
【００４２】
一実施形態では、図５に示すように、複数のフィン３６が板状体で構成され、互いに間隔を置いて配置され、かつ複数のフィン３６は、該板状体が形成する面に対して法線方向に沿って平行に配置される。
この実施形態によれば、空気流ａ（図１参照）を板状体が形成する面に沿って流すことで、空気流ａの圧力損失を増加させずにフィン３６の伝熱面積を増加できる。これによって、冷媒と空気流ａとの熱伝達を促進できる。
【００４３】
一実施形態では、複数のフィン３６が各プレート１２に設けられ、隣り合うプレート１２の間に設けられる複数のフィン３６のうち、隣り合う一方のプレート１２に結合された複数のフィン３６と、隣り合う他方のプレート１２に結合された複数のフィン３６とは、フィン３６を構成する板状体の配置方向と交差する方向において異なる位置に配置される。即ち、隣り合うプレート１２に夫々配置された複数のフィン３６は、上記板状体の配置方向（板状体が形成する面に沿う方向）に対し法線方向に互い違いに配置される。
この実施形態によれば、隣り合う一方のプレート１２に設けられたフィン３６と、他方のプレート１２に設けられたフィン３６との間で霜層が滞留しやすい閉空間を形成しない。これによって、昇華デフロスト法を用いてフィン３６に付着した霜層を容易に除去できる。
【００４４】
図６Ａ及び図６Ｂは、夫々一実施形態に係るフィン構成体３８（３８ａ、３８ｂ）を示し、図６Ｃは比較例としてのフィン構成体３８（３８ｃ）を示す。
フィン構成体３８（３８ａ）は、複数の直線状のフィン３６（３６ａ）が互いに平行に配置されて、底板３９と一体に形成されている。フィン構成体３８（３８ｂ）は、複数の波形に形成されたフィン３６（３６ｂ）が互いに平行に配置されて、底板３９と一体に形成されている。底板３９がプレート１２に接合される。フィン３６（３６ａ、３６ｂ）は、送風機２７によって形成される空気流ａに沿う方向に配置される。
上記構成により、フィン構成体３８（３８ａ、３８ｂ）は、空気流ａに対する伝熱面積を拡大でき、空気流ａと冷媒との熱伝達を促進できる。また、フィン構成体３８（３８ｂ）は、フィン３６（３６ｂ）が空気流ａに沿う方向に波形に形成されているため、フィン間を通る空気流ａが乱入を形成しやすくなる。これによって、空気流ａと冷媒との熱伝達をさらに促進できる。  
【００４５】
図６Ｃに示す比較例としてのフィン構成体３８（３８ｃ）は、プレート表面に固定されたとき、閉空間Ｓｃを形成する。そのため、閉空間Ｓｃに霜層ブリッジが形成されると、昇華デフロスト法によるデフロストが難しくなる。
【００４６】
一実施形態では、複数のプレート１２は互いにフィンを介さずにプレート間に形成された間隔に形成される空気流通過空間Ｓａを隔てて直接対向配置される。
この実施形態によれば、霜層が付着しやすいフィンをなくすことで、従来の融解式デフロストにおける霜層の融け残りやフィン間に滞留した融水の凍結を考慮した余分なデフロスト運転を低減できる。これによって、定常運転を停止させる頻度を低減できる。また、フィンを設けないために、主として複数のプレート１２のみを並べた簡単な構成とすることができ、これによって、エアクーラの製造コストを節減できると共に、保守点検時の洗浄効果を向上できる。
【００４７】
この実施形態では、フィンを設けないことによる伝熱面積の減少を、空気流通過空間Ｓａを狭め、プレート１２の数を増やしたり、あるいは各プレート１２の面積を増やし、あるいは各プレート１２に形成される冷媒流路１４の数を増やすことで補うことができる。
【００４８】
一実施形態では、図４に示すように、複数のプレート１２の各々において、空気流通過空間Ｓａを通過する空気流ａに対して上流側端から直近の冷媒流路１４までの距離Ｘは、冷媒流路１４の流路間ピッチ（流路間距離）Ｙの１．５倍から２．５倍となるように構成される。
プレート１２の上流側端部は、プレート表面に温度境界層Ｔｂが形成され、温度境界層Ｔｂの内部ではプレート表面に近づくほど、温度が徐々に高くなる温度勾配が形成される。温度境界層Ｔｂは、上流側に行くほど薄くなり、これによって、熱伝達が促進されるため、通常運転時に霜の付着量が増えることが想定される。上流側端部にＵ字形のような閉空間を形成する霜が発生すると、剥離が起こり難くなる。
【００４９】
この実施形態によれば、プレート１２の上流側端部に冷媒流路１４の流路間ピッチＹの１．５倍から２．５倍の距離Ｘを有するプレート面を設けることで、該上流側端部における霜層の成長を抑制でき、その結果、デフロストの頻度を低減できるので省エネが可能になる。冷媒流路１４が受持つ伝熱の範囲は、冷媒流路のピッチによって決まる。距離Ｘが狭すぎると、プレート先端の熱伝達が増加して着霜が促進することになり、先端部に霜が集中する結果閉塞しやすくなる。そのため、頻繁な昇華デフロストが必要となり、省エネ等の経済性が悪化する。一方、距離Ｘの幅が広すぎると、霜層の根元を昇温するための熱が伝わりにくいためデフロスト時間が長くなる。そのため、同様に省エネ等の経済性が悪化する。
【００５０】
一実施形態では、冷媒流路１４は横断面の直径が２ｍｍ以下となるように構成される。
上記構成によれば、冷媒流路１４の横断面の直径を２ｍｍ以下の微小径とすることで、プレート１２に形成する冷媒流路１４の合計長さを増加できると共に、プレート１２における冷媒流路１４の配置の自由度を広げることができる。これによって、冷却時やデフロスト時の伝熱ムラを抑えることができる。また、冷媒流路１４を微小化することで、冷媒の高圧化に対して、板厚の薄いプレート１２を用いた構造で対応可能になる。
なお、好ましくは、冷媒流路１４の伝熱面積を増加させるために、冷媒流路１４の横断面の径を１．０ｍｍ以下とする。他方、冷媒流路１４の加工の容易さの観点から、好ましくは、冷媒流路１４の横断面の径を０．１ｍｍ以上とする。
【００５１】
図７は、一実施形態に係る冷凍システム４０を示す系統図である。
図７において、冷凍システム４０は、被冷却物が保管される冷凍庫４２を備え、冷凍庫４２の内部にエアクーラ１０が設けられている。また、複数のプレート１２に夫々形成された冷媒流路１４に連通し、冷媒流路１４に冷媒を循環させる二次冷媒回路４４（冷媒循環路）を備える。
上記構成によれば、幾つかの上記実施形態に係るエアクーラ１０は、冷媒循環用のチューブを備えないため、環状の霜層ブリッジは生じない。従って、省エネが可能な剥離式昇華デフロスト法を用いたデフロストが可能になる。また、通常運転時及びデフロスト時に冷媒とプレート周囲の空気との間で伝熱ムラが発生せず、伝熱面全体で均一な熱伝達が可能になる。また、板厚が薄いプレート１２などを用いた比較的簡易な構成で冷媒の高圧化に耐え得る構成とすることができる。さらに、昇華デフロスト方法を用いてデフロストを行う場合に、霜層を昇華して凝縮した液冷媒は、重力降下して入口ヘッダから速やかに排出できるため、伝熱ムラが起こらない。
【００５２】
一実施形態では、冷凍庫４２の保冷空間Ｓｆを冷却する定常運転時に二次冷媒回路４４を介して冷媒流路１４に冷媒を循環させるための冷凍機５０を備える。
冷凍機５０は、一次冷媒が循環し、冷凍サイクル構成機器が設けられた一次冷媒回路５２と、二次冷媒が循環し、エアクーラ１０まで延設される二次冷媒回路４４とを有している。二次冷媒回路４４は一次冷媒回路５２と液化器５４を介して接続される。
一次冷媒回路５２に、冷凍サイクル構成機器として、圧縮機５６、凝縮器５８、受液器６０、膨張弁６２及び液化器５４が設けられる。二次冷媒回路４４には、液化器５４で液化された二次冷媒液が一時貯留される受液器６４と、受液器６４に貯留された二次冷媒液を二次冷媒回路４４を介して冷媒流路１４に循環させる液ポンプ６６とが設けられている。
【００５３】
液化器５４と受液器６４との間に二次冷媒循環路６８が設けられ、受液器６４から二次冷媒循環路６８を介して液化器５４に導入された二次冷媒ガスは、液化器５４で一次冷媒によって冷却され液化して受液器６４に戻る。受液器６４に貯留される二次冷媒液は二次冷媒回路４４を介してエアクーラ１０のプレート１２に形成された冷媒流路１４に送られる。エアクーラ１０では、冷媒流路１４を循環する二次冷媒によって庫内空気が冷却される。
【００５４】
凝縮器５８と冷却塔７０との間に冷却水回路７２が設けられ、凝縮器５８で一次冷媒は冷却水回路７２を循環する冷却水によって冷却される。凝縮器５８で一次冷媒を冷却した冷却水は冷却塔７０で冷却される。
【００５５】
一実施形態では、一次冷媒はＮＨ３であり、二次冷媒はＣＯ２である。冷凍システム４０の冷却運転時（定常運転時）、庫内温度は例えば−２５〜−３５℃に冷却され、二次冷媒は庫内温度以下の温度でエアクーラ１０に供給される。
【００５６】
冷却水回路７２から分岐する分岐回路７４が設けられ、分岐回路７４は熱交換器７６を介して冷凍庫４２に導設されたブライン回路７７と接続される。ブライン回路７７を循環するブラインは、凝縮器５８で一次冷媒を冷却した冷却水の保有熱を吸収する。ブライン回路７７の往路にブラインを一時貯留するレシーバ７８及びブラインを循環させるブラインポンプ７９が設けられる。
【００５７】
一実施形態では、冷凍庫４２に熱交換器８４とデフロスト回路８２（供給路）とを備える。熱交換器８４は、エアクーラ１０より下方に配置され、液状冷媒をプレート１２に付着した霜層の融解温度未満の温度を有する気化冷媒となるように加熱する。デフロスト回路８２は、デフロスト時に冷媒流路１４と共に閉回路を形成する。デフロスト回路８２は、熱交換器８４で加熱された気化冷媒を冷媒流路１４の上部側に連通する出口ヘッダ１８を介して冷媒流路１４に供給する。冷媒流路１４で霜層を昇華して液化した冷媒は冷媒流路１４の下部側に連通する入口ヘッダ１６を介してデフロスト回路８２に排出される。液化冷媒はデフロスト回路８２から熱交換器８４に送られ、熱交換器８４で再び霜層の融解温度未満の温度を有する気化冷媒となるように加熱される。
【００５８】
この実施形態によれば、熱交換器８４はエアクーラ１０より下方に配置されるため、デフロスト時に、熱交換器８４で加熱された気化冷媒はサーモサイフォン作用によって自然上昇する。冷媒流路１４で霜層に昇華潜熱を与えて液化した冷媒は重力によって冷媒流路１４を自然下降し、速やかにデフロスト回路８２に排出される。デフロスト回路８２に排出された液冷媒はデフロスト回路８２を自然下降して熱交換器８４に戻る。このように、液化した冷媒は冷媒流路１４から速やかに排出されるので、冷媒流路１４に伝熱ムラが発生しない。また、デフロスト時に冷媒がデフロスト回路８２を自然循環するので、冷媒を循環させるための装置及び動力が不要になり低コスト化できる。
【００５９】
一実施形態では、エアクーラ１０の入口及び出口において二次冷媒回路４４に電磁開閉弁８０ａ及び８０ｂが設けられ、電磁開閉弁８０ａ及び８０ｂとエアクーラ１０との間の二次冷媒回路４４にデフロスト回路８２が接続される。
冷却運転時（定常運転時）に電磁開閉弁８０ａ及び８０ｂは開放され、デフロスト回路８２に設けられた電磁開閉弁８１が閉じられる。デフロスト時に電磁開閉弁８０ａ及び８０ｂが閉じ、電磁開閉弁８１が開放されることで、デフロスト回路８２は各プレート１２に形成された冷媒流路１４と共に閉回路を形成する。
【００６０】
熱交換器８４にはデフロスト回路８２及びブライン回路７７が導設され、デフロスト時に、デフロスト回路８２を循環する二次冷媒は、熱交換器８４においてブライン回路７７を循環するブラインによって加熱される。
こうして、デフロスト時に、ブラインによって加熱され、プレート１２に付着する霜層の融解温度未満の温度を有する二次冷媒を加熱媒体として冷媒流路１４に循環させることで、霜層を加熱昇温させ昇華させて除去する昇華デフロストが可能になる。
【００６１】
一実施形態では、霜層Ｉ（図４参照）の融解温度未満の温度を有する二次冷媒を冷媒流路１４に流すことで、以下説明する剥離式昇華デフロストが可能になる。剥離式昇華デフロストは、霜層Ｉの根本側領域Ｉｒと先端側領域Ｉｔとの間に温度勾配を形成し、根本側領域Ｉｒを優先して加熱昇温させて昇華を促進させ、根本側領域Ｉｒの付着面積を減少させる。付着面積が減少してプレート表面に対する付着力が低減した霜層Ｉに対して物理的な力、例えば空気流ａの力を加えて霜層Ｉを剥離させる。
先端側領域Ｉｔの温度は、冷凍庫４２においてエアクーラ１０の空気流ａの温度に近い。先端側領域Ｉｔと根本側領域Ｉｒの間で温度勾配を形成するために、根本側領域Ｉｒの温度を先端側領域Ｉｔの温度以上で融解温度未満の温度範囲で調整すればよい。
【００６２】
これによって、霜層Ｉを根本側領域Ｉｒから根こそぎ除去できると共に、除霜時間を短縮できる。また、全部の霜層Ｉを昇華させる必要がないので、必要熱量を削減できる。
また、ドレインが発生しないので、ドレインを外部に排出する手間を省くことができる。さらに、昇華した水蒸気は空気流ａと共に飛散するので、冷却運転中にデフロスト処理が可能になる。従って、冷却運転を止めずに継続できる。
【００６３】
一実施形態では、図７に示すように、冷凍システム４０は圧力調整部８６を備える。圧力調整部８６は、冷却運転時に、圧力センサ８８で検出された冷媒流路１４を循環する二次冷媒の圧力が制御部９２に入力され、制御部９２は圧力調整弁９０の開度を制御して冷媒流路１４を循環する冷媒の圧力及び温度を制御する。
また、圧力調整部８６は、デフロスト運転時に、冷媒流路１４及びデフロスト回路８２を含む閉回路を循環する二次冷媒の圧力を調整可能であり、該閉回路を循環する二次冷媒は霜層の融点（氷点）未満の凝縮温度を有するように圧力調整される。即ち、圧力センサ８８によって検出された上記閉回路を循環する二次冷媒の圧力が制御部９２に入力され、制御部９２は、上記閉回路を循環する二次冷媒の凝縮温度が霜層Ｉの氷点未満の温度になるように、デフロスト回路８２に設けられた圧力調整弁８３の開度を制御する。
【００６４】
一実施形態では、二次冷媒がＣＯ２であり、ＣＯ２冷媒を３．０ＭＰａ（凝縮温度−５℃）まで昇圧する。これによって、プレート１２に付着した霜層をＣＯ２冷媒の凝縮潜熱（−５℃／３．０ＭＰａで２４９ｋＪ／ｋｇ）で昇華除去できる。
【００６５】
一実施形態では、図７に示すように、ブライン回路７７を循環するブラインの温度を調整する温度調整部９４を備える。温度調整部９４は、ブライン回路７７の往路及び復路に設けられた温度センサ９６及び９８と、レシーバ７８とブラインポンプ７９との間の往路と復路とに接続されたバイパス路１００と、バイパス路１００と復路との接続部に設けられた三方弁１０２と、温度センサ９６の検出値が入力され、この検出値が設定温度になるように三方弁１０２を制御する制御部１０４と、を備える。
温度調整部９４によって、デフロスト時に熱交換器８４に流入するブラインの温度が設定温度に制御されることで、閉回路を循環する二次冷媒の温度を霜層Ｉの氷点未満の温度に制御できる。
なお、圧力調整部８６及び温度調整部９４は、夫々単独に用いてもよく、あるいは両者を併用してもよい。
【００６６】
一実施形態では、デフロスト回路８２は、二次冷媒回路４４から分岐した分岐管路で構成され、デフロスト時に冷媒流路１４と共に閉回路を形成するように構成される。
この実施形態によれば、デフロスト回路８２が二次冷媒回路４４から分岐した分岐管路で構成されるため、デフロスト回路８２の設置を低コスト化できる。
【００６７】
一実施形態では、エアクーラ１０を複数のブロックに分け、１個のブロックでは冷媒流路１４に霜層の融点未満の温度を有する気化冷媒を供給するデフロスト運転を行い、他のブロックでは定常運転を行うようにする。デフロスト運転を行うブロックを順々に切り替えることで、冷凍システム４０の定常運転を停止させずにデフロストが可能になる。
【００６８】
図７に示す実施形態では、デフロスト時に二次冷媒を昇華させる熱源として、冷却水回路７２を循環する冷却水の保有熱を利用するようにしているが、代わりに、受液器６０に貯留された一次冷媒の保有熱を利用するようにしてもよい。この実施形態では、熱交換器７６の代わりに、受液器６０に貯留された一次冷媒とブライン回路７７を循環するブラインとを熱交換する熱交換器を設けるようにする。
【００６９】
一実施形態に係るエアクーラ１０の昇華デフロスト方法は、図８に示すように、冷媒加熱ステップＳ１０と、昇華ステップＳ１２とを含む。冷媒加熱ステップＳ１０においては、冷媒流路１４より下方に設けられた熱交換器８４で、冷媒流路１４を流れる冷媒を複数のプレート１２などに付着した霜層の融解温度未満の温度を有する気化冷媒に加熱する。昇華ステップＳ１２では、冷媒流路１４に上記気化冷媒を供給し、プレート１２などに付着した霜層を昇華させる。霜層に昇華潜熱を与えて液化した冷媒は冷媒流路１４から熱交換器８４に戻され、再び霜層の融解温度未満の温度を有する気化冷媒に加熱される。
【００７０】
霜層を融点未満の温度に加熱した気化冷媒を用いて霜層を融解せずに昇華させる昇華デフロスト法では、冷媒と霜層との温度差が小さいために、霜層に気化冷媒の熱が伝わりにくい。そのため、霜層を均一に加熱することで、デフロストムラを生じさせないことが課題となる。
冷媒加熱ステップＳ１０において、冷媒流路１４より下方に設けられた熱交換器８４で加熱され、霜層の融点未満の温度となった気化冷媒は、サーモサイフォン作用によってデフロスト回路８２を自然上昇する。自然上昇して冷媒流路１４に流入した気化冷媒は、冷媒流路１４で霜層を融点未満の温度で加熱して昇華させる。昇華潜熱を奪われて液化した冷媒は重力によって冷媒流路１４を自然下降し、冷媒流路１４から排出される。
【００７１】
このように、デフロスト時に、液化した冷媒が冷媒流路１４から速やかに排出されるので、冷媒流路１４で伝熱ムラは発生しない。従って、冷媒流路中の気化冷媒によって霜層を均一に加熱できるため、デフロストムラをなくすことができる。また、デフロスト時に冷媒が熱交換器８４と冷媒流路１４との間を自然循環するので、冷媒を循環させるための装置及び動力が不要になり、省エネ及び低コスト化が可能になる。
【００７２】
一実施形態では、昇華ステップＳ１２において、気化冷媒を出口ヘッダ１８から冷媒流路１４に供給すると共に、霜層を昇華して液化した冷媒を冷媒流路１４から入口ヘッダ１６を介して排出する。
この実施形態によれば、冷媒流路１４の上部側に連通する出口ヘッダ１８から気化冷媒を供給することで、霜層を昇華して液化した冷媒を自重で冷媒流路を速やかに降下させることができる。また、冷媒流路１４を降下した液化冷媒を冷媒流路１４の下部側に連通した入口ヘッダ１６から速やかに排出できる。そのため、冷媒流路１４は気化冷媒のみが充満するため、この気化冷媒によって冷媒流路１４を均一に加熱でき、これによって、デフロストムラをなくすことができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
幾つかの実施形態によれば、昇華デフロスト、特に剥離式昇華デフロストで支障なく除霜できると共に、通常運転時及びデフロスト時に伝熱ムラが起こらないエアクーラを実現できると共に、デフロストムラを生じさせず、かつ省エネ及び低コスト化が可能なエアクーラの昇華デフロスト方法を実現できる。
【符号の説明】
【００７４】
１０    エアクーラ
１２    プレート
１２ａ、１２ｂ    プレート構成体
１３ａ、１３ｂ    集合孔
１４    冷媒流路
１６    入口ヘッダ
１８    出口ヘッダ
２０、２４    管接手
２２、２６    スペーサ
２７    送風機
２８    ケーシング
３０    凹部
３２、３４    端板
３６（３６ａ、３６ｂ、３６ｃ）    フィン
３８（３８ａ、３８ｂ）    フィン構成体
３９    底板
４０    冷凍システム
４２    冷凍庫
４４    二次冷媒回路（冷媒循環路）
５０    冷凍機
５２    一次冷媒回路
５４    液化器
５６    圧縮機
５８    凝縮器
６０、６４    受液器
６６    液ポンプ
６８    二次冷媒循環路
７０    冷却塔
７２    冷却水回路
７６、８４    熱交換器
７８  レシーバ
７９    ブラインポンプ  
８７    ブライン回路
８０ａ、８０ｂ、８１    電磁開閉弁
８２    デフロスト回路
８３、９０    圧力調整弁
８６    圧力調整部
８８    圧力センサ
９２、１０４    制御部
９４    温度調整部
９６、９８    温度センサ
１００    バイパス路
１０２    三方弁
Ｉ      霜層
Ｉｒ    根本側領域
Ｉｔ    先端側領域  
Ｓａ    空気流通過空間
Ｓｃ    閉空間
Ｔｂ    温度境界層
ａ      空気流
【図１】
2019207052.tif 000003
【図２】
2019207052.tif 000004
【図３】
2019207052.tif 000005
【図４】
2019207052.tif 000006
【図５】
2019207052.tif 000007
【図６Ａ】
2019207052.tif 000008
【図６Ｂ】
2019207052.tif 000009
【図６Ｃ】
2019207052.tif 000010
【図７】
2019207052.tif 000011
【図８】
2019207052.tif 000012