(57)【要約】【課題】冷却運転時間を長くすることができる空気冷媒サイクルを用いた冷却装置を提供する。【解決手段】被冷却室２から回収した空気を圧縮する圧縮機Ｃと、圧縮機Ｃにより圧縮された空気を冷却する熱交換器３，４と、熱交換器３，４により冷却された空気を膨張させる膨張機Ｅと、膨張機Ｅから被冷却室２に流れる空気に含まれる水分を霜として捕集する除霜器６と、を備えた空気冷媒サイクルを用いた冷却装置１であって、熱交換器３，４と膨張機Ｅとの間には、熱交換器３，４から膨張機Ｅに流れる空気に含まれる水分を除去する除湿手段５が設けられている。【選択図】図１
2019113207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被冷却室から回収した空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された空気を冷却する熱交換器と、前記熱交換器により冷却された空気を膨張させる膨張機と、前記膨張機から前記被冷却室に流れる空気に含まれる水分を霜として捕集する除霜器と、を備えた空気冷媒サイクルを用いた冷却装置であって、
前記熱交換器と前記膨張機との間には、前記熱交換器から前記膨張機に流れる空気に含まれる水分を除去する除湿手段が設けられていることを特徴とする空気冷媒サイクルを用いた冷却装置。
【請求項２】
前記除湿手段は、前記熱交換器から前記膨張機に流れる空気を冷却して結露させることを特徴とする請求項１に記載の空気冷媒サイクルを用いた冷却装置。
【請求項３】
前記除湿手段は、前記膨張機と前記被冷却室とを連通する流路の一部が、前記熱交換器と前記膨張機とを連通する流路の近傍まで延びて構成されていることを特徴とする請求項２に記載の空気冷媒サイクルを用いた冷却装置。
【請求項４】
前記除湿手段は、前記除霜器と前記被冷却室とを連通する流路が、前記熱交換器と前記膨張機とを連通する流路の近傍まで延びて構成されていることを特徴とする請求項３に記載の空気冷媒サイクルを用いた冷却装置。
【請求項５】
前記冷却装置は、前記除霜器の近傍に設けられるヒータと、前記除霜器と前記被冷却室とを連通する流路と前記圧縮機とを連通させるバイパス路と、前記除霜器と前記被冷却室とを連通する流路を前記被冷却室または前記バイパス路のいずれか一方に連通させる切換手段と、を備えていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の空気冷媒サイクルを用いた冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気冷媒サイクルを用いた冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の素材や加工品並びに生鮮食料品等を保存するために倉庫等の被冷却室に適用される冷却装置が広く知られている。このような冷却装置にあっては、従来、フロンなどの冷媒を利用していたが、近年、環境保全の観点から空気冷媒を用いた冷却装置が求められている。
【０００３】
空気冷媒を用いた冷却装置として、例えば、特許文献１に示されるように、被冷却室から配管経路内に取り込んだ空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機により圧縮された高圧高温の空気を冷却する熱交換器と、熱交換器により冷却された高圧低温の空気を低圧（略１気圧）に膨張させる膨張機と、を備え、膨張機により膨張された超低温の空気を配管経路から被冷却室に供給する開放式の空気冷媒サイクルを用いた冷却装置がある。
【０００４】
このような開放式の空気冷媒サイクルを用いた冷却装置にあっては、被冷却室の出入口から流入する外気（大気）や該被冷却室内で作業する作業者の呼気が混入することがあり、これらの外気や呼気により冷却装置内の空気に含まれる水分量が変化するため、冷却装置の配管経路内、特に温度が低い膨張機の下流側で空気中の水分が凝固して霜が形成され、この霜を多く含む超低温の空気が被冷却室に吹出されることがあった。そこで、特許文献１の冷却装置は、膨張機と被冷却室との間に超低温の空気に含まれる水分を捕集する除霜器を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００６／０１１２９７号公報（第７頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の冷却装置にあっては、霜が発生しやすい膨張機の下流側に除霜器が設けられているため、超低温の空気中の水分を効率的に捕集して、被冷却室への霜の吹出しを抑制できるようになっているものの、除霜器内に霜が捕集される量が多いことから、除霜器が目詰まりを起こしやすく、除霜器内に付着した霜を除去するためのデフロスト運転を頻繁に行う必要があった。デフロスト運転を行うときには、冷却運転を停止させることとなるため、被冷却室を安定して所期の温度に冷却できず、室内温度が上昇してしまう虞があった。
【０００７】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、冷却運転時間を長くすることができる空気冷媒サイクルを用いた冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明の空気冷媒サイクルを用いた冷却装置は、
被冷却室から回収した空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された空気を冷却する熱交換器と、前記熱交換器により冷却された空気を膨張させる膨張機と、前記膨張機から前記被冷却室に流れる空気に含まれる水分を霜として捕集する除霜器と、を備えた空気冷媒サイクルを用いた冷却装置であって、
前記熱交換器と前記膨張機との間には、前記熱交換器から前記膨張機に流れる空気に含まれる水分を除去する除湿手段が設けられていることを特徴としている。
この特徴によれば、除湿手段により熱交換器から膨張機に流れる空気に含まれる水分が除去されることにより、膨張機から被冷却室に流れる空気に含まれる水分量を少なくでき、除霜器が目詰まりするまでの時間を延ばすことができるため、冷却装置の冷却運転時間を長くすることができる。
【０００９】
前記除湿手段は、前記熱交換器から前記膨張機に流れる空気を冷却して結露させることを特徴としている。
この特徴によれば、熱交換器から膨張機に流れる空気を冷却して結露させることで、熱交換器から膨張機に流れる空気に含まれる水分を除去することができる。
【００１０】
前記除湿手段は、前記膨張機と前記被冷却室とを連通する流路の一部が、前記熱交換器と前記膨張機とを連通する流路の近傍まで延びて構成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、膨張機と被冷却室とを連通する流路を流れる空気を利用して、熱交換器と膨張機とを連通する流路を流れる空気を冷却することができるため、新たに除湿手段を用意する必要がなく、冷却装置を簡素化できる。
【００１１】
前記除湿手段は、前記除霜器と前記被冷却室とを連通する流路が、前記熱交換器と前記膨張機とを連通する流路の近傍まで延びて構成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、除霜器で霜が捕集された後に除霜器と被冷却室とを連通する流路を通過する空気を利用して、熱交換器と膨張機とを連通する流路を流れる空気を冷却することができるため、除霜器での霜の捕集能力に影響を与えることがない。
【００１２】
前記冷却装置は、前記除霜器の近傍に設けられるヒータと、前記除霜器と前記被冷却室とを連通する流路と前記圧縮機とを連通させるバイパス路と、前記除霜器と前記被冷却室とを連通する流路を前記被冷却室または前記バイパス路のいずれか一方に連通させる切換手段と、を備えていることを特徴としている。
この特徴によれば、切換手段により除霜器と被冷却室とを連通する流路をバイパス路に連通させることでデフロスト運転を行うことができ、デフロスト運転を行うときには、ヒータにより温められた空気が除霜器と被冷却室とを連通する流路を介して、熱交換器と膨張機とを連通する流路内を流れる空気と熱交換されるため、熱交換器よりも下流側を流れる空気を早く温めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例における空気冷媒サイクルを用いた冷却装置の冷却状態を示す図である。
【図２】（ａ）は、第３熱交換器を示す斜視図であり、（ｂ）は、第３熱交換器の部分拡大図である。
【図３】（ａ）は、除霜器を示す平面視断面模式図であり、（ｂ）は、除霜器を示す側面視断面模式図である。
【図４】空気冷媒サイクルを用いた冷却装置のデフロスト状態を示す図である。
【図５】空気冷媒サイクルを用いた冷却装置の別形態を示す図である。
【図６】空気冷媒サイクルを用いた冷却装置の別形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係る空気冷媒サイクルを用いた冷却装置を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。
【実施例】
【００１５】
実施例に係る空気冷媒サイクルを用いた冷却装置につき、図１から図６を参照して説明する。
【００１６】
図１に示されるように、本実施例における冷却装置１は、種々の素材や加工品並びに生鮮食料品等の被冷却物を保存するため空間である被冷却室２に接続される配管系統である。冷却装置１は、被冷却室２から空気を吸い込むとともに、該空気を冷却装置１内で冷却した後、被冷却室２に還元する空気冷媒サイクルを用いた冷却装置である。
【００１７】
より詳しくは、被冷却室２は、外部から作業者が出入り可能な出入口を有しているため、被冷却室２内には、出入口から流入する外気（大気）や該被冷却室内で作業する作業者の呼気が必然的に混入するようになっている。すなわち、冷却装置１内に取り込まれる空気に含まれる水分量が変化する、所謂開放式の空気冷媒サイクルを用いた冷却装置となっている。尚、この冷却装置１は、系の温度・圧力の違いにより、冷凍用、冷蔵用、空調冷房用等に適用でき、より好適には−５５℃以下の超低温域の冷凍システムに適用される。
【００１８】
次に冷却装置１の構造について説明する。冷却装置１は、コンプレッサＣ（圧縮機）、第１熱交換器３、第２熱交換器４、第３熱交換器５（除湿用熱交換器）、膨張タービンＥ（膨張機）、除霜器６を主に備え、これらの機器が後述するように配管及び弁を介し連通可能状態で接続されている。
【００１９】
詳しくは、コンプレッサＣの下流側には、配管７ａを介して第１熱交換器３の高温側配管３ａが接続されている。第１熱交換器３の高温側配管３ａの下流側には、配管７ｂを介して第２熱交換器４の高温側配管４ａが接続されており、第２熱交換器４の高温側配管４ａの下流側には、配管７ｃを介して第３熱交換器５の高温側流路５ａが接続されている。第３熱交換器５の高温側流路５ａの下流側には、配管７ｄを介して膨張タービンＥが接続されており、膨張タービンＥの下流側には、配管７ｅを介して除霜器６が接続されている。除霜器６の下流側には、配管７ｆを介して第３熱交換器５の低温側流路５ｂが接続されており、第３熱交換器５の低温側流路５ｂの下流側には、配管７ｇを介して入口弁８（切換手段）が接続されており、入口弁８の下流側は、配管７ｈを介して被冷却室２内の図示しない一方の通気口に接続されている。被冷却室２内の図示しない他方の通気口には、配管７ｊを介して三方切換弁である出口弁９（切換手段）が接続されており、出口弁９の下流側には、配管７ｋを介して第２熱交換器４の低温側配管４ｂが接続されており、第２熱交換器４の低温側配管４ｂの下流側には、配管７ｍを介してコンプレッサＣに接続されている。また、配管７ｇは、分岐するバイパス管７ｎを有し、バイパス管７ｎは、出口弁９に接続されている。
【００２０】
コンプレッサＣ及び膨張タービンＥは、モータ１０により駆動される。このモータ１０は、同軸上に延びる一対の駆動軸１０ａ，１０ｂを備え、それぞれにコンプレッサＣと膨張タービンＥとが接続されており、膨張タービンＥの上流側の高圧空気により生じる該膨張タービンＥの回転動力が、駆動軸１０ｂを介してコンプレッサＣの駆動軸１０ａに伝達されることで、動力回収がなされるように構成されている。
【００２１】
また、モータ１０には、空冷用のファンＦにより空気が循環する空冷用循環流路１２が接続されており、ファンＦ及び空冷用循環流路１２により冷却されるようになっている。また、空冷用循環流路１２には、空冷用循環流路１２内の空気と熱交換するラジエータ１３が接続されている。
【００２２】
第１熱交換器３は、本実施例では水冷式の熱交換器であり、コンプレッサＣから第２熱交換器４に空気が流れる高温側配管３ａと、高温側配管３ａとは別系統であり冷却水が循環する低温側配管３ｂと、を備えており、高温側配管３ａと低温側配管３ｂとの間で熱交換を行うことにより、高温側配管３ａ内を流れる空気を冷却できるようになっている。尚、ここでいう高温側配管３ａ及び低温側配管３ｂとは、第１熱交換器３において熱交換を行う２つの配管の内部を流れる空気を比較したときの高温側、低温側である。
【００２３】
第２熱交換器４は、第１熱交換器３で冷却された空気が流れる高温側配管４ａと、被冷却室２からコンプレッサＣに空気が流れる低温側配管４ｂと、を備えており、高温側配管４ａと低温側配管４ｂとで熱交換することで高温側配管４ａを流れる空気を冷却できるようになっている。尚、ここでいう高温側配管４ａ及び低温側配管４ｂとは、第２熱交換器４において熱交換を行う２つの配管の内部を流れる空気を比較したときの高温側、低温側である。
【００２４】
第３熱交換器５は、第２熱交換器４で冷却された空気が流れる高温側流路５ａと、除霜器６から被冷却室２に流れる低温側流路５ｂと、を備え、高温側流路５ａと低温側流路５ｂとで熱交換することで高温側流路５ａを流れる空気を冷却できるようになっている。尚、ここでいう高温側流路５ａ及び低温側流路５ｂとは、第３熱交換器５において熱交換を行う２つの配管の内部を流れる空気を比較したときの高温側、低温側である。
【００２５】
ここで、図２（ａ），（ｂ）を用いて、第３熱交換器５の構造について説明する。第３熱交換器５は、箱状のケース５ｃと、ケース５ｃ内に略平行に所定間隔離間して配設される複数のパネル体５ｄと、から構成されている。ケース５ｃは、一方に配管７ｃが接続されるとともに他方に配管７ｄが接続され、互いに対向する一対の開口５ｅを有している。また、ケース５ｃは、一方に配管７ｆが接続されるとともに他方に配管７ｇが接続され、互いに対向する一対の開口５ｆを有している。隣接するパネル体５ｄの間には空隙が形成されており、この空隙は、開口５ｅを介して配管７ｃ及び配管７ｄと連通する高温側流路５ａとして構成されている。また、パネル体５ｄは、熱伝導率の高い金属（例えば、アルミニウム）によって構成され、その両端が開口し内部が連通した筒状に形成されており、このパネル体５ｄの内部は、開口５ｆを介して配管７ｆ及び配管７ｇと連通する低温側流路５ｂとして構成されている。これらにより、高温側流路５ａを通過する空気と、低温側流路５ｂを通過する空気とは、互いに混在することが防止されているとともに、パネル体５ｄを介して互いに熱交換がなされる。
【００２６】
図３（ａ），（ｂ）に示されるように、除霜器６は、配管７ｅと配管７ｆとを接続する箱状のケース６ａと、ケース６ａを配管７ｅ側の空間と配管７ｆ側の空間とに区画する網目部材６ｂと、から構成されている。後述するように、膨張タービンＥから配管７ｅを介して配管７ｆ及び第３熱交換器５の低温側流路５ｂ側に流れる空気が網目部材６ｂを通過するときに、該空気に含まれる水分が網目部材６ｂに霜として吸着するようになっている。
【００２７】
また、除霜器６の周囲には、除霜器６の目詰まりを検知する検知手段１４が設けられている。この検知手段１４は、除霜器６の網目部材６ｂよりも上流側に接続される圧力計１４ａと、網目部材６ｂよりも下流側に接続される圧力計１４ｂと、圧力計１４ａ，１４ｂとの差圧を計測する差圧計１４ｃと、から構成されており、差圧計１４ｃにより計測される差圧が所定の閾値以上となったときに、除霜器６が目詰まりを生じたものとして検知する。冷却装置１は、検知手段１４が除霜器６の目詰まりを検知したときに、除霜器６及び各配管・機器内の霜取りを行うデフロスト運転に切り換えるようになっている。尚、デフロスト運転については、後に詳述する。
【００２８】
また、冷却装置１は、上記したモータ１０、入口弁８、出口弁９及び検知手段１４等と電気的に接続される図示しない制御部を有しており、当該制御部が、検知手段１４より受信した除霜器６の差圧の情報に基づき、モータ１０の駆動操作及び弁の開閉操作を行い、冷却運転若しくはデフロスト運転を切換え制御可能に構成されている。
【００２９】
次に、冷却装置１が冷却運転のときの動作について説明する。尚、以下の説明において、被冷却室２内の庫内空気Ａ１（約１気圧，約−５５℃）を基準とし、高圧とは、庫内空気Ａ１と比べて高圧であることを指し、常圧とは、庫内空気Ａ１と略同圧であることを指し、同温とは、庫内空気Ａ１と比べて誤差１０℃以内の温度であることを指し、高温、低温とは、同温よりも高温、低温であることを指す。
【００３０】
冷却運転時には、入口弁８が開放され、第３熱交換器５の低温側流路５ｂと被冷却室２とが連通されるとともに、出口弁９のバイパス管７ｎ側が閉塞され、被冷却室２と第２熱交換器４の低温側配管４ｂが連通するように開放される冷却運転用循環流路が形成される。
【００３１】
コンプレッサＣ及び膨張タービンＥが駆動すると、コンプレッサＣは、配管７ｍ内の常圧高温空気Ａ１’（約１気圧、約４０℃）を吸引して圧縮する。コンプレッサＣにより圧縮された高圧高温空気Ａ２は、約２気圧、約１２０℃となっており、配管７ａを通って第１熱交換器３の高温側配管３ａに吐出される。
【００３２】
冷却運転時には、第１熱交換器３の低温側配管３ｂ内を冷却水が循環しているため、第１熱交換器３の高温側配管３ａに吐出された高圧高温空気Ａ２は、第１熱交換器３の低温側配管３ｂの冷却水と熱交換され、約２気圧、約４５℃の高圧高温空気Ａ３となり、第２熱交換器４の高温側配管４ａに吐出される。
【００３３】
第２熱交換器４の高温側配管４ａに吐出された高圧高温空気Ａ３は、被冷却室２から第２熱交換器４の低温側配管４ｂを介してコンプレッサＣに吸い込まれる庫内空気Ａ１（約１気圧、約−５５℃）と熱交換され、約２気圧、約−５０℃の高圧同温空気Ａ４となり、第３熱交換器５の高温側流路５ａに吐出される。このとき、高圧高温空気Ａ３は、庫内空気Ａ１と熱交換されることで、第２熱交換器４の高温側配管４ａの内周面に高圧高温空気Ａ３中に含まれる水分の一部が霜となって付着するため、第３熱交換器５の高温側流路５ａに吐出される高圧同温空気Ａ４に含まれる水分量が減る。一方、約−５５℃の庫内空気Ａ１は、高圧高温空気Ａ３と熱交換されることにより、約４０℃の常圧高温空気Ａ１’となって配管７ｍに流入する。
【００３４】
第３熱交換器５の高温側流路５ａに吐出された高圧同温空気Ａ４は、第３熱交換器５の低温側流路５ｂ内を流れる後述する常圧低温空気Ａ７（約−９０℃）と熱交換され、約２気圧、約−６０℃の高圧同温空気Ａ５となり、膨張タービンＥに吐出される。このとき、高圧同温空気Ａ４は、常圧低温空気Ａ７と熱交換されることで、高温側流路５ａを構成するパネル体５ｄの外周面に高圧同温空気Ａ４中に含まれる水分の一部が霜となって付着するため、膨張タービンＥに吐出される高圧同温空気Ａ５に含まれる水分量が減る。
【００３５】
膨張タービンＥに吐出された高圧同温空気Ａ５は、膨張タービンＥにより膨張され、約１気圧、約−９０℃の常圧低温空気Ａ６となるとともに、該常圧低温空気Ａ６に含まれる水分の一部が霜となって冷気と混在し、除霜器６に吐出される。
【００３６】
除霜器６に吐出された常圧低温空気Ａ６は、除霜器６の網目部材６ｂを通過するときに、該常圧低温空気Ａ６に含まれる霜が網目部材６ｂに付着し、これにより、常圧低温空気Ａ６よりも水分量の少ない常圧低温空気Ａ７（約１気圧、約−９０℃）となる。常圧低温空気Ａ７は、第３熱交換器５の低温側流路５ｂに吐出される。このように、膨張タービンＥにより膨張された常圧低温空気Ａ６が除霜器６により水分が除去されるため、被冷却室２に霜が吹き出すことを抑制できる。
【００３７】
第３熱交換器５の低温側流路５ｂに吐出された常圧低温空気Ａ７は、第３熱交換器５の高温側流路５ａに吐出された高圧同温空気Ａ４と熱交換されることで、約１気圧、約−８０℃の常圧低温空気Ａ８となり、入口弁８を介して被冷却室２に吐出される。被冷却室２に吐出された常圧低温空気Ａ８は、被冷却室２の外部から流入される空気等と混ざることで、約−５５℃の庫内空気Ａ１となる。
【００３８】
次に、冷却装置１のデフロスト運転について図４に基づいて説明する。前述したように、冷却装置１の冷却運転時において、差圧計１４ｃにより除霜器６の上流側と下流側との差圧が所定の閾値以上となったことを検知したときに、冷却装置１の制御部（図示略）がデフロスト運転に切り換える。
【００３９】
図４に示されるように、デフロスト運転時には、入口弁８が閉塞されることで配管７ｇが被冷却室２に非連通状態となり、出口弁９のバイパス管７ｎ側が開放されることでバイパス管７ｎと配管７ｋとが連通するとともに、出口弁９の配管７ｊと配管７ｋとの間が閉塞されることで被冷却室２と第２熱交換器４の低温側配管４ｂが非連通となるデフロスト運転用循環流路が形成される。
【００４０】
デフロスト運転時におけるコンプレッサＣ及び膨張タービンＥは、冷却運転時の回転速度よりも低い回転速度（例えば３分の１程度）のモータ１０で駆動される。コンプレッサＣは、配管７ｍ内の空気Ａ１１’を吸引して圧縮する。コンプレッサＣにより圧縮された空気Ａ２１は、冷却運転時の第２熱交換器４の低温側配管４ｂに比べて、低圧・低温となっており、配管７ａを通って第１熱交換器３の高温側配管３ａに吐出される。尚、デフロスト運転時には、モータ１０の空冷用のファンＦは運転を停止している。
【００４１】
デフロスト運転時には、第１熱交換器３が停止しているため、空気Ａ２１は、熱交換されず高温が保たれた空気Ａ３１となり、第２熱交換器４の高温側配管４ａに吐出される。第２熱交換器４の高温側配管４ａに吐出された空気Ａ３１は、第２熱交換器４の低温側配管４ｂと熱交換されて空気Ａ４１となり、第３熱交換器５の高温側流路５ａに吐出される。第３熱交換器５の高温側流路５ａに吐出された空気Ａ４１は、第３熱交換器５の低温側流路５ｂ内を流れる空気Ａ７１と熱交換されて空気Ａ５１となり、膨張タービンＥに吐出される。
【００４２】
膨張タービンＥに吐出された空気Ａ５１は、膨張タービンＥにより膨張されて空気Ａ６１となり、除霜器６に吐出される。尚、膨張タービンＥの回移転速度が冷却運転時の回転速度よりも低いため、膨張タービンＥにより膨張される空気Ａ６１は、冷却運転時に比べて小幅な温度低下となる。
【００４３】
デフロスト運転時には、除霜器６内に電熱部が接続されたヒータ１５が作動するようになっており、これにより除霜器６内に積もった霜を溶かすことができるようになっている。除霜器６に吐出された空気Ａ６１は、ヒータ１５から発せられる熱により温められた除霜器６内の空気と混ざって空気Ａ７１となり、第３熱交換器５の低温側流路５ｂに吐出される。
【００４４】
尚、図３（ａ），（ｂ）に示されるように、除霜器６の底面６ｃは、すり鉢状に形成されており、除霜器６の底面の最下部には、外部と連通する開閉式のドレンバルブ６ｄが設けられている。これによれば、ヒータ１５により除霜器６の霜が溶かされ発生した水を、ドレンバルブ６ｄを介して外部に排出することができるようになっている。
【００４５】
第３熱交換器５の低温側流路５ｂに吐出された空気Ａ７１は、第３熱交換器５の高温側流路５ａに吐出された空気Ａ４１と熱交換されて空気Ａ８１となり、第２熱交換器４の低温側配管４ｂに吐出される。空気Ａ７１は、ヒータ１５の熱により温められており、第３熱交換器５の高温側流路５ａと熱交換されるため、第２熱交換器４よりも下流側の所定区間（配管７ｃ、高温側流路５ａ、配管７ｄ、膨張タービンＥ、配管７ｅ、除霜器６、低温側流路５ｂの区間）を流れる空気の温度が、上記した経路を循環するに伴って上昇する。
【００４６】
これにより、第３熱交換器５の内部が加温されるため、第３熱交換器５のパネル体５ｄの外面に付着している霜を溶かすことができるようになっている。尚、図示は省略するが、第３熱交換器５の下部は、すり鉢状に形成されており、その最下部には、外部と連通する開閉式のドレンバルブが設けられている。これによれば、霜が溶かされ発生した水を、ドレンバルブを介して外部に排出することができるようになっている。
【００４７】
このように、デフロスト運転時にあっては、膨張タービンＥの回移転速度が低いこと、第１熱交換器３において空気Ａ２１が冷却されないこと、被冷却室２から冷たい空気（庫内空気Ａ１）が入り込まないこと、ヒータ１５が作動すること等の原因により、冷却装置１内の空気の温度が冷却運転時よりも高くなり、冷却装置１内の霜を溶かすことができる。また、他の部位に比べて霜が発生しやすい第２熱交換器４よりも下流側の所定区間では、ヒータ１５の熱を第３熱交換器５により熱交換して空気を循環させることができるため、該所定区間内の霜を効率的に溶かすことができる。
【００４８】
以上、説明したように、第２熱交換器４と膨張タービンＥとの間には、第２熱交換器４から膨張タービンＥに流れる高圧同温空気Ａ４に含まれる水分を除去する除湿手段としての第３熱交換器５が設けられているため、冷却運転中において膨張タービンＥから除霜器６に流れる常圧低温空気Ａ６に含まれる水分量を少なくでき、除霜器６が目詰まりするまでの時間を延ばすことができるため、冷却装置１の冷却運転時間を長くすることができる。
【００４９】
具体的には、冷却装置１は、冷却運転中において、差圧計１４ｃにより除霜器６の上流側と下流側との差圧が所定の閾値以上となったことを検知したときにデフロスト運転に切り換える構成となっているため、第３熱交換器５により常圧低温空気Ａ６に含まれる水分量を少なくして除霜器６が目詰まりするまでの時間（デフロスト運転を開始するまでの時間）を延ばすことで、冷却装置１の冷却運転時間を長くすることができる。つまり、冷却装置１内を流れる空気の水分を第３熱交換器５と除霜器６とで分散して除去することができるため、冷却装置１の冷却運転時間を長くすることができる。
【００５０】
また、第２熱交換器４の高温側配管４ａを通過する高圧高温空気Ａ３と、被冷却室２から第２熱交換器４の低温側配管４ｂ通過する庫内空気Ａ１と、が熱交換されるときに、第２熱交換器４の高温側配管４ａの内周面に高圧高温空気Ａ３中に含まれる水分の一部が霜となって付着するため、高圧同温空気Ａ４に含まれる水分量が減るが、高圧同温空気Ａ４（約−５０℃）は、膨張タービンＥにより膨張された常圧低温空気Ａ６（約−９０℃）よりも温度が高く、且つ第２熱交換器４の高温側配管４ａには、約４５℃の高圧高温空気Ａ３が流入するため、第２熱交換器４の高温側配管４ａの内周面に付着する霜の量は、除霜器６に付着する霜の量に比べて少ない。
【００５１】
対して、第３熱交換器５においては、高圧同温空気Ａ４（約−５０℃）と、除霜器６を通過した後の常圧低温空気Ａ７（約−９０℃）と、で熱交換されるようになっている。これによれば、高圧同温空気Ａ４の温度が常圧低温空気Ａ７により冷却されることで、高圧同温空気Ａ４の飽和水蒸気量が減って結露するようになり、結露した水分は、第３熱交換器５の高温側流路５ａの内周面に付着して霜となるため、高圧同温空気Ａ５に含まれる水分を除去することができる。すなわち、第３熱交換器５においては、第２熱交換器４で冷却された高圧同温空気Ａ４を更に温度の低い常圧低温空気Ａ７で冷却することにより、高圧同温空気Ａ５に含まれる水分を第３熱交換器５の高温側流路５ａの内周面に積極的に付着させ、高圧同温空気Ａ５に含まれる水分を除去することができる。
【００５２】
また、第３熱交換器５においては、高圧同温空気Ａ４と、除霜器６を通過した後の常圧低温空気Ａ７と、で熱交換される構成であるため、新たに除霜器や高温側流路５ａを冷却する冷却器等の除湿手段を用意する必要がなく、冷却装置１の構造を簡素化できる。また、除霜器６を通過した後の常圧低温空気Ａ７が高圧同温空気Ａ４と熱交換することから、常圧低温空気Ａ６の温度を上昇させることなく除霜器６に導入することができるため、除霜器６での霜の捕集能力に影響を与えることがない。
【００５３】
また、デフロスト運転時には、入口弁８が閉塞されることで配管７ｇが被冷却室２に非連通状態となり、出口弁９のバイパス管７ｎ側が開放されることでバイパス管７ｎと配管７ｋとが連通するとともに、出口弁９の配管７ｊと配管７ｋとの間が閉塞されることで被冷却室２と第２熱交換器４の低温側配管４ｂが非連通となるデフロスト運転用循環流路が形成される。すなわち、デフロスト運転時には、除霜器６内を温めるヒータ１５の熱により温められた空気Ａ７１が第３熱交換器５の低温側流路５ｂに吐出され、第３熱交換器５の高温側流路５ａと熱交換されるため、他の部位に比べて霜が発生しやすい第２熱交換器４よりも下流側の所定区間（配管７ｃ、高温側流路５ａ、配管７ｄ、膨張タービンＥ、配管７ｅ、除霜器６、低温側流路５ｂの区間）を流れる空気を早く温めることができる。尚、上記したデフロスト運転によって、配管系内の温度が上昇しているため、デフロスト運転の終了後は、配管７ｇ、バイパス管７ｎ及び配管７ｋを開放するとともに、被冷却室２側を閉塞した状態のまま、配管系内の温度が下がるまでの一定時間冷却運転を行い、一定時間の経過後、被冷却室２側を開放すると好ましい。このようにすることで、被冷却室２内の温度上昇を防ぐことができる。
【００５４】
尚、前記実施例では、冷却運転時において、除霜器６を通過した後の常圧低温空気Ａ７と、第２熱交換器４を通過した後の高圧同温空気Ａ４と、で熱交換する形態を例示したが、図５に示されるように、膨張タービンＥから延びる配管７ｅ’を第３熱交換器５の低温側流路５ｂに接続し、低温側流路５ｂから延びる配管７ｆ’を除霜器６に接続し、除霜器６から延びる配管７ｇ’を被冷却室２及びバイパス管７ｎに接続し、膨張タービンＥにより膨張された常圧低温空気Ａ６を第３熱交換器５の低温側流路５ｂに吐出させ、高温側流路５ａの高圧同温空気Ａ４と熱交換するようにしてもよい。
【００５５】
また、図６に示されるように、第３熱交換器５の高温側流路５ａと膨張タービンＥとの間に補助除霜器１６を設けてもよい。これによれば、補助除霜器１６により高温側流路５ａから膨張タービンＥに流れる高圧同温空気Ａ５に含まれる水分を霜として捕集できるため、膨張タービンＥから除霜器６に流れる常圧低温空気Ａ６に含まれる水分量をさらに少なくできる。尚、補助除霜器１６の構造は、上記した除霜器６と同様であるため説明を省略する。また、第３熱交換器５により第３熱交換器５により高圧同温空気Ａ４よりも温度が低下した後の高圧同温空気Ａ５を補助除霜器１６に通過させることにより水分を霜として捕集しやすい。尚、第２熱交換器４と膨張タービンＥとの間に除湿手段として補助除霜器１６のみを設け、第３熱交換器５の構成を省略してもよい。
【００５６】
以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
【００５７】
例えば、前記実施例では、第２熱交換器４と膨張タービンＥとの間の流路に第３熱交換器５を設け、膨張タービンＥの下流側の流路の一部を利用して、第２熱交換器４と膨張タービンＥとの間の流路を流れる空気を冷却する形態を例示したが、これに限られず、例えば、第３熱交換器５に代えて別の冷却器により第２熱交換器４と膨張タービンＥとの間の流路を流れる空気を冷却するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１                冷却装置
２                被冷却室
３                第１熱交換器
４                第２熱交換器
５                第３熱交換器（除湿手段）
５ａ              高温側流路（流路）
５ｂ              低温側流路（流路）
６                除霜器
７ｎ              バイパス管（バイパス路）
８                入口弁（切換手段）
９                出口弁（切換手段）
１５              ヒータ
Ｃ                コンプレッサ（圧縮機）
Ｅ                膨張タービン（膨張機）
【図１】
2019113207.tif 000003
【図２】
2019113207.tif 000004
【図３】
2019113207.tif 000005
【図４】
2019113207.tif 000006
【図５】
2019113207.tif 000007
【図６】
2019113207.tif 000008