(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＨ３を一次冷媒として冷凍サイクルを構成するＮＨ３冷凍装置で二次冷媒であるＣＯ２ブラインを冷却液化し、液化されたＣＯ２ブラインを冷却室に設けられた空気冷却器に送り、該冷却室内を冷却するＣＯ２ブラインによる冷却方法において、
前記空気冷却器の熱交換器として、多数の微小径冷媒流路が並列配置され該微小径冷媒流路を形成する流路形成体の伝熱面密度を増大させてなる熱交換器を用い、該熱交換器を複数、冷却室内上層域に分散配置して構成された空気冷却器ユニットで冷却室内を冷却する冷却工程と、
液ポンプによって前記複数の熱交換器に送られた液化ＣＯ２ブライン全部を冷却室内空気との熱交換により気化させ、該気化したＣＯ２ブラインをＮＨ３冷凍装置の液溜器に戻すＣＯ２ブライン循環工程と、
前記空気冷却器ユニットで冷却室内上層域を冷却し、飽和水蒸気量又は飽和水蒸気量に近い水蒸気量を含む冷却空気を形成すると共に、冷却室内上層域と下方域との間で上下方向の温度差を生じさせ、上下方向の自然対流を形成させる自然対流形成工程と、からなり、
前記複数の熱交換器が、夫々板状体に形成され、該板状体の伝熱面から重力方向斜め下方に向けて冷気を輻射させることを特徴とするＣＯ２ブラインによる冷却方法。
【請求項２】
前記夫々の熱交換器と、該熱交換器に隣接配置され該熱交換器の伝熱面に接する通風を形成させる送風機とで冷却器ユニットを構成し、該冷却器ユニットを冷却室内上層域に分散配置して、前記冷却室内上層域と下方域との間で上下方向の温度差を生じさせることを特徴とする請求項１記載のＣＯ２ブラインによる冷却方法。
【請求項３】
ＮＨ３を一次冷媒として冷凍サイクル構成機器を備えたＮＨ３冷凍装置と、該ＮＨ３冷凍装置と冷却室内に設けられた空気冷却器との間に二次冷媒としてＣＯ２ブラインを循環させるＣＯ２ブライン循環路とを備えたＣＯ２ブラインによる冷却装置において、
前記空気冷却器の熱交換器として、多数の微小径冷媒流路が並列配置され該微小冷媒流路を形成する流路形成体の伝熱面密度を増大させてなる熱交換器で構成されると共に、複数の該熱交換器を冷却室内上層域に分散配置して空気冷却器ユニットを構成し、
前記ＣＯ２ブライン循環路の往路に液化ＣＯ２を前記空気冷却器ユニットに送る液ポンプを設け、前記熱交換器で冷却室内空気との熱交換により気化したＣＯ２ブラインをＣＯ２ブライン循環路に設けられた液溜器に戻すように構成し、
前記空気冷却器ユニットで冷却室内上層域を冷却し、飽和水蒸気量又は飽和水蒸気量に近い水蒸気量を含む冷却空気を形成すると共に、冷却室内上層域と下方域との間で上下方向の温度差を生じさせ、上下方向の自然対流を形成させてなるとともに、
前記熱交換器に隣接配置された送風機で熱交換器の伝熱面に接する通風を形成させ、
さらに、前記複数の熱交換器が、夫々複数の微小径冷媒流路を有する扁平管が互いに間隔をもって並列に並べられた板状体に形成され、該板状体の伝熱面が重力方向斜め下方に向くように配置され、該板状体の伝熱面から斜め下方に向けて冷気を輻射させるように構成されたことを特徴とするＣＯ２ブラインによる冷却設備。
【請求項４】
前記夫々の熱交換器と、該熱交換器に隣接配置され該熱交換器の伝熱面に接する通風を形成させる送風機とで冷却器ユニットを構成し、該複数の冷却器ユニットを冷却室内上層域に分散配置して、前記冷却室内上層域と下方域との間で上下方向の温度差を生じさせることを特徴とする請求項３記載のＣＯ２ブラインによる冷却設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、冷蔵倉庫や冷凍庫内の冷却、又は建物の各室の冷房用として適用可能な冷却方法及び冷却設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
食品等を冷蔵・冷凍保存する冷蔵倉庫内を冷却する冷却装置が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されているように、従来は、冷却室に空気冷却器（エアクーラ）として、フィンコイルと送風機とが一体に組み込まれたユニットクーラが１基又は数基配置されている。該ユニットクーラに冷媒を循環して室内空気を冷却し、冷気を送風機とダクトとを用いて循環させる冷媒循環方式の冷却設備が多く使用されている。
【０００３】
この種の冷却装置は、冷却室内を均一に冷却させるため、大風量のファンを用い、冷却室内の空気を高速の冷気により強制的に冷却室の下方域に循環させる強制対流方式を採用している。しかし、冷却室内に冷凍食品等を保管する場合に、高速の冷気により乾燥及び冷凍焼けが起きると共に、大風量のファンを用いるため、大きな動力を必要とするという問題がある。
【０００４】
ＮＨ３を一次冷媒として用い、ＣＯ２ブラインを二次冷媒として空気冷却器等に循環させる、自然冷媒を用いた冷却設備が特許文献２に開示されている。この種の冷却設備の構成を図９に示す。図９において、機械室Ｍの一階に、ＮＨ３を一次冷媒とし、ＣＯ２を二次冷媒とするＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置１００が設けられている。ＮＨ３冷媒循環路１０２に、圧縮機１０４と、凝縮器１０６と、膨張弁１０８と、液化器（蒸発器）１１０とからなる冷凍サイクル構成機器が設けられている。液化器１１０は、ＮＨ３冷媒とＣＯ２ブラインとを熱交換させ、ＣＯ２ブラインを液化させるものである。
【０００５】
機械室Ｍの半地下階ＧＬに、ＣＯ２ブラインの液溜器（低圧受液器）１１２と、液ポンプ１１６とが設置されている。また、１階から４階の各階の室０１〜０４に夫々空気冷却器１１８ａ〜ｄが設けられている。液溜器１１２と液化器１１０とを接続するＣＯ２ブラインの循環路１１４と、液溜器１１２と空気冷却器１１８ａ〜ｄとを接続するＣＯ２ブラインの循環路１２０と設けられている。
【０００６】
該循環路１２０のＣＯ２送り管１２０ａに液ポンプ１１６が介設され、液状のＣＯ２ブラインを液溜器１１２から各空気冷却器１１８ａ〜ｄに供給している。各空気冷却器１１８ａ〜ｄの入口側のＣＯ２送り管１２０ａに流量調整弁１２２が設けられている。
かかる構成により、液溜器１１２の低温低圧のＣＯ２ブライン液を空気冷却器１１８ａ〜ｄに供給し、空気冷却器１１８でＣＯ２ブライン液と室内空気とを熱交換させ、ＣＯ２ブライン液の一部を気化させて室内空気を冷却している。そして、熱交換後の気液二相流のＣＯ２ブラインをＣＯ２戻り管１２０ｂを介して液溜器１１２に戻している。
なお、液化器１１０をなくし、ＮＨ３冷媒の循環路１０２を直接液溜器１１２に接続した方式のものもある。
【０００７】
また、熱交換効率が良く、コンパクトな熱交換器として、いわゆる「マイクロチャンネル熱交換器（マルチフロー型熱交換器）」と称される熱交換器が知られている。この熱交換器は、複数の微小冷媒流路が形成された扁平管を使用した熱交換器である。この熱交換器の構成例が特許文献３及び特許文献４に開示されている。この扁平管は、周壁が断面長円形で、内部空間は断面長辺方向に複数の仕切壁で仕切られ、複数の微小径冷媒通路を形成している。複数の扁平管が空気流通用の間隔を設けて並列に配置され、扁平管の間に放熱用フィンが設けられている。
【０００８】
空気が扁平管の間隔の間を通るときに、冷媒と熱交換される。扁平管に設けられた微小径冷媒流路によって、伝熱面密度（熱交換器の伝熱面積／熱交換器の体積）が増大し、これによって、熱交換効率を向上できる。マイクロチャンネル熱交換器は、車両用ラジエータやカーエアコン用凝縮器等として広く使用されている。特許文献４には、好ましい扁平管の寸法として、管壁肉厚が０．１５〜０．５ｍｍ、幅が１２〜２０ｍｍ、高さが１．２〜２．０ｍｍとすることが開示され、この寸法の扁平管に５個の微小径冷媒流路を形成した扁平管が開示されている。
【０００９】
図９に示すブライン循環式冷却設備では、空気冷却器１１８ａ〜ｄの熱交換量を設定値以上に保持するため、液ポンプ１１６は、空気冷却器１１８ａ〜ｄで気化する冷媒量（最小必要冷媒量）の２〜３倍の液冷媒を空気冷却器１１８ａ〜ｄに供給している。空気冷却器１１８ａ〜ｄで気化した冷媒を含む気液二相冷媒が液溜器１１２に容易に還流されるように、通常、液溜器と液ポンプとを、空気冷却器より下方に配置している。
【００１０】
液溜器及び液ポンプを空気冷却器より上方に配置した例を図１０に示す。図１０において、空気冷却器１３０のケーシング１３２の内部では、ケーシング１３２の出口に設けられたファン１３４により空気流ａが形成されている。ケーシング１３２の内部には、冷媒供給ヘッダー１３６と冷媒排出ヘッダー１３８とが設けられている。そして、図示省略の多数のフィン付き熱交換管が冷媒供給ヘッダー１３６と冷媒排出ヘッダー１３８間に接続されている。該フィン付き熱交換管の内部を流れる冷媒液と空気流ａとの間で熱交換が行なわれ、空気冷却器１３０が設けられた冷却室内の空気を冷却している。
【００１１】
空気冷却器１３０と液溜器１４０との間に、冷媒送り管１４２ａと冷媒戻り管１４２ｂとからなる冷媒循環路１４２が接続されている。冷媒送り管１４２ａに液ポンプ１４４が介設されている。
【００１２】
この配置例では、冷媒戻り管１４２ｂに余剰の液冷媒による液柱が発生する。そのため、冷却室内を維持する室温に相当する空気冷却器１３０の冷媒飽和圧力がＰパスカルであるとき、冷媒戻り管１４２ｂ中の余剰の液冷媒による液柱圧力ΔＰパスカルが加わると、実際の空気冷却器１３０のガス冷媒の飽和圧力は、（Ｐ＋ΔＰ）パスカルとなる。そのため、空気冷却器１３０では、液柱圧力ΔＰパスカルだけ高い蒸発圧力となり、冷却室の冷却能力が低下し、冷却不良となるという問題が起こる。
【００１３】
空気冷却器１３０での蒸発圧力をＰパスカルに保つために、空気冷却器１３０の冷媒戻り管１４２ｂ及び液溜器１４０の圧力を（Ｐ−ΔＰ）パスカルに下げる必要がある。液溜器１４０の圧力を（Ｐ−ΔＰ）パスカルに下げるために、図示省略のブラインクーラ（図９の液化器１１０に相当）の蒸発温度を低くさせる必要があり、そのため、ＮＨ３冷凍装置の圧縮機は、定格運転外の低い蒸発温度の運転を強いられ、効率が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平８−２２６７３８号公開公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００６−３８３５４号再公表特許公報
【特許文献３】特開平２−８４２５２号公開公報
【特許文献４】特開平４−２０７９１号公開公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従来のブライン循環式冷却設備では、前述のように、大風量のファンを用い、冷却室内の空気を強制的に循環させる強制対流方式を採用しているので、冷却室内に保管された冷凍食品等が、高速の冷気により乾燥及び冷凍焼けするおそれがあると共に、大きなファン動力を必要とするという問題がある。
【００１６】
また、空気冷却器から気液二相流の冷媒を液溜器に戻す冷媒戻り管で液柱を形成させないように、低圧受液器（液溜器）と液ポンプとを、蒸発器となる空気冷却器より下方に配置する必要がある。しかし、液溜器と液ポンプとを設置するため、一階の機械室に半地下階を設けたり、あるいは地階に機械室を設けることになり、冷蔵倉庫等の建築コストが上昇するという問題がある。このことが冷凍装置の冷媒をＮＨ３やＣＯ２等の自然冷媒に切り替えることを阻害する要因のひとつになっている。
【００１７】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、ブライン循環式冷却設備において、冷蔵倉庫等の冷却室内に保管された被冷却物品の乾燥や冷凍焼けを防止すると共に、冷却設備の建築コストを削減し、これによって、自然冷媒を用いた冷却設備への転換を容易にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
かかる目的を達成するため、本発明のＣＯ２ブラインによる冷却方法は、ＮＨ３を一次冷媒として冷凍サイクルを構成するＮＨ３冷凍装置で二次冷媒であるＣＯ２ブラインを冷却液化し、液化されたＣＯ２ブラインを冷却室に設けられた空気冷却器に送り、該冷却室内を冷却するＣＯ２ブラインによる冷却方法において、
前記空気冷却器の熱交換器として、多数の微小径冷媒流路が並列配置され該微小径冷媒流路を形成する流路形成体の伝熱面密度を増大させてなる熱交換器を用い、該熱交換器を複数、冷却室内上層域に分散配置して構成された空気冷却器ユニットで冷却室内を冷却する冷却工程と、
液ポンプによって前記複数の熱交換器に送られた液化ＣＯ２ブライン全部を冷却室内空気との熱交換により気化させ、該気化したＣＯ２ブラインをＮＨ３冷凍装置の液溜器に戻すＣＯ２ブライン循環工程と、
前記空気冷却器ユニットで冷却室内上層域を冷却し、飽和水蒸気量又は飽和水蒸気量に近い水蒸気量を含む冷却空気を形成すると共に、冷却室内上層域と下方域との間で上下方向の温度差を生じさせ、上下方向の自然対流を形成させる自然対流形成工程と、からなり、
前記複数の熱交換器が、夫々板状体に形成され、該板状体の伝熱面から重力方向斜め下方に向けて冷気を輻射させるものである。
【００１９】
本発明の方法では、空気冷却器の熱交換器として、伝熱面密度を増大させたマイクロチャンネル熱交換器を用い、マイクロチャンネル熱交換器を冷却室内上層域に分散配置させる。これによって、ＣＯ２ブラインと室内空気との熱交換量を増大し、冷却効果を増大できる。また、マイクロチャンネル熱交換器のＣＯ２ブラインの流路の内容積は非常に小さく、例えば５００ｍｍ×５００ｍｍ程度の大きさの板状に形成されたものでは、２０ｃｃ（ｃｍ３）程度のＣＯ２ブラインしか保有されない。そのため、マイクロチャンネル熱交換器に供給されたＣＯ２ブラインは実質的に全量が気化されるので、冷媒戻り管に液柱が形成されなくなる。従って、液溜器や液ポンプの上方配置が可能になり、これら機器類の配置位置に制約を受けなくなるので、前述の冷却設備の建築コストの問題を解消できる。
【００２０】
また、複数のマイクロチャンネル熱交換器を冷却室内上層域に分散配置するので、冷却室内上層域を均一に冷却できる。従来のユニットクーラでは、冷却室内に１基又は数基が配置されるが、例えば、被冷蔵品１，０００トン規模のＦ級冷蔵庫において、従来のユニットクーラ1基に対して、本発明方法では、１０数基の前記マイクロチャンネル熱交換器からなる空気冷却器を分散配置する。ユニットクーラ1基の冷媒保有量は６５〜７０リットルに対して、１０数基のマイクロチャンネル熱交換器の空気冷却器の冷媒保有量は従来の０．５％程度と極端に減少するため、ＣＯ２ブラインの循環流量も極少量となり、液ポンプの動力を大幅に削減できる。
【００２１】
また、本発明方法では、前記夫々のマイクロチャンネル熱交換器と、該熱交換器に隣接配置され該熱交換器の伝熱面に接する通風を形成させる送風機とで冷却器ユニットを構成し、該冷却器ユニットを冷却室内上層域に分散配置して、冷却室内上層域を冷却し、これによって、相対湿度を高めるようにしたので、上層域で飽和水蒸気量又は飽和水蒸気量に近い水蒸気量を含む冷却空気を形成できる。同時に前記冷却室内上層域と下方域との間で上下方向に温度差が生じ、この温度差で上下方向の自然対流を形成できる。そのため、上層域の高相対湿度の冷却空気が下方に拡散し、冷却室内に保管される冷凍食品等の被冷却物品を包むようにして冷却できる。これによって、被冷却物品の乾燥や冷凍焼けを防止できる。
【００２２】
本発明方法において、マイクロチャンネル熱交換器に隣接配置された送風機でマイクロチャンネル熱交換器の伝熱面に接する通風を形成させ、ＣＯ２ブラインと室内空気との熱交換を促進させて冷却室内上層域に低温空気域を形成させるようにするとよい。
本発明方法では、自然対流により低速の空気流を形成するので、マイクロチャンネル熱交換器の伝熱面に接する通風を形成させるための吸込み静圧はわずかでよく、一般的な有圧換気扇を用いることができる。
【００２３】
従来のユニットクーラでは、例えば、呼び径１／２程度の銅管が１０数列配置された熱交換器を用いている。この場合、１０数ｍｍＡｑの吸込み静圧が必要となり、これに対応して数ｋｗの送風機が必要となるが、本発明のＣＯ２ブラインによる冷却方法では、従来の１／１０程度の送風機電力でよく、大幅な省エネとなる。
【００２４】
前記本発明方法の実施に直接使用可能な本発明のＣＯ２ブラインによる冷却設備は、
ＮＨ３を一次冷媒として冷凍サイクル構成機器を備えたＮＨ３冷凍装置と、該ＮＨ３冷凍装置と冷却室内に設けられた空気冷却器との間に二次冷媒としてＣＯ２ブラインを循環させるＣＯ２ブライン循環路とを備えたＣＯ２ブラインによる冷却装置において、
前記空気冷却器の熱交換器として、多数の微小径冷媒流路が並列配置され該微小冷媒流路を形成する流路形成体の伝熱面密度を増大させてなる熱交換器で構成されると共に、複数の該熱交換器を冷却室内上層域に分散配置して空気冷却器ユニットを構成し、
前記ＣＯ２ブライン循環路の往路に液化ＣＯ２を前記空気冷却器ユニットに送る液ポンプを設け、前記熱交換器で冷却室内空気との熱交換により気化したＣＯ２ブラインをＣＯ２ブライン循環路に設けられた液溜器に戻すように構成し、
前記空気冷却器ユニットで冷却室内上層域を冷却し、飽和水蒸気量又は飽和水蒸気量に近い水蒸気量を含む冷却空気を形成すると共に、冷却室内上層域と下方域との間で上下方向の温度差を生じさせ、上下方向の自然対流を形成させてなるとともに、
前記熱交換器に隣接配置された送風機で熱交換器の伝熱面に接する通風を形成させ、
さらに、前記複数の熱交換器が、夫々複数の微小径冷媒流路を有する扁平管が互いに間隔をもって並列に並べられた板状体に形成され、該板状体の伝熱面が重力方向斜め下方に向くように配置され、該板状体の伝熱面から斜め下方に向けて冷気を輻射させるように構成されたことを特徴とする。
【００２５】
本発明装置では、空気冷却器の熱交換器として、伝熱面密度を増大させたマイクロチャンネル熱交換器を用い、マイクロチャンネル熱交換器を冷却室内上層域に分散配置させる。これによって、ＣＯ２ブラインと室内空気との熱交換量を増大でき、冷却効果を増大できる。また、複数のマイクロチャンネル熱交換器を冷却室内上層域に分散配置するので、冷却室内上層域を均一に冷却できる。
【００２６】
また、マイクロチャンネル熱交換器に形成された冷媒流路の内容積は非常に小さく、極微量の冷媒しか保有されないので、マイクロチャンネル熱交換器に供給されたＣＯ２ブラインは実質的に全量が気化される。そのため、冷媒戻り管に液柱が形成されなくなるので、液溜器や液ポンプの上方配置が可能になり、これら機器類の配置位置の制約がなくなるので、前述の冷却設備の建築コストの問題を解消できる。
【００２７】
また、各空気冷却器の冷媒保有量は極端に減少するため、ＣＯ２ブラインの循環流量も少量となり、液ポンプの動力を大幅に削減できる。また、マイクロチャンネル熱交換器を冷却室内上層域に配置し、冷却室内上層域を冷却し、これによって、相対湿度を高めるようにしたので、上層域で飽和水蒸気量又は飽和水蒸気量に近い水蒸気量を含む冷却空気を形成できる。同時に、室内空気に上下方向に温度差が生じ、この温度差で上下方向の自然対流を形成できる。そのため、上層域の前記冷却空気が下方に拡散し、冷却室内に保管される冷凍食品等の被冷却物品を包むようにして冷却できるので、被冷却物品の乾燥や冷凍焼けを防止できる。
【００２８】
本発明装置において、マイクロチャンネル熱交換器と、マイクロチャンネル熱交換器に隣接配置され該熱交換器の伝熱面に接する通風を形成させる送風機とで冷却器ユニットを構成し、複数の冷却器ユニットを冷却室内上層域に分散配置して、前記冷却室内上層域と下方域との間で上下方向の温度差を生じさせ、上下方向の自然対流を形成させてなる冷却室内に低速の自然対流を形成させるため、マイクロチャンネル熱交換器の伝熱面に接する通風を形成させるための吸込み静圧はわずかでよく、本発明のＣＯ２ブラインによる冷却設備では、従来の１／１０程度の送風機電力で済み、大幅な省エネとなる。
また、かかる構成の冷却器ユニットを冷却室内上層域に分散配置したので、冷却室内上層域を均一に冷却でき、下方域との温度差形成が容易になり、自然対流の形成が容易になる。
【００２９】
本発明装置において、マイクロチャンネル熱交換器が、複数の微小径冷媒流路を有する扁平管が互いに間隔をもって並列に並べられた板状体に形成され、該板状体の伝熱面が重力方向斜め下方に向くように配置され、該伝熱面から斜め下方に向けて冷気を輻射させるように構成されているとよい。このように、マイクロチャンネル熱交換器の伝熱面から重力方向斜め下方に向けて冷気を輻射させるようにしたので、冷蔵倉庫等に保管された被冷却物品の冷却効果をさらに高めることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明方法によれば、液ポンプによって空気冷却器ユニットに送られたＣＯ２ブラインが全量気化され、冷媒戻り管に液柱が形成されないので、空気冷却器や液溜器、液ポンプの配置に制約がなくなり、冷却設備の建築コストを節減できると共に、ＣＯ２ブラインを循環させる液ポンプ動力を大幅に低減でき、さらに、冷却室内で自然対流を形成させ、被冷却物品を飽和水蒸気量に近い水蒸気量を含む冷気で包むように冷却できるので、被冷却物品の乾燥や冷凍焼けを防止できる。
【００３１】
また、本発明装置によれば、空気冷却器ユニットで冷却室内上層域を冷却し、飽和水蒸気量又は飽和水蒸気量に近い水蒸気量を含む冷却空気を形成すると共に、冷却空気内で上下方向の温度差を生じさせ、上下方向の自然対流を形成させてなるので、前記本発明方法と同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明方法及び装置の一実施形態に係る冷蔵設備の全体斜視図である。
【図２】前記冷蔵設備に用いられる空気冷却器の構成例を示す斜視図である。
【図３】図２中のＡ―Ａ線に沿う断面図である。
【図４】前記冷蔵設備に用いられるマイクロチャンネル熱交換器の正面図である。
【図５】前記マイクロチャンネル熱交換器の側面図である。
【図６】図５中のＢ―Ｂ線に沿う断面図である。
【図７】空気冷却器の別な構成例を示す斜視図である。
【図８】空気冷却器のさらに別な構成例を示す斜視図である。
【図９】従来のブライン循環式冷凍装置の一例を示すブロック線図である。
【図１０】液溜器及び液ポンプを上方配置した場合のブライン循環式冷凍装置の一部を示すブロック線図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００３４】
本発明方法及び装置を冷蔵倉庫を備えた冷蔵設備に適用した一実施形態を図１〜図８に基づいて説明する。図１に示す本実施形態の冷蔵設備１０において、冷蔵倉庫１２の外側にＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置１４が設けられている。ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置１４では、ＮＨ３を一次冷媒とし、ＮＨ３冷媒の冷凍サイクルを構成する図示省略の機器類を備えている。この冷凍サイクル構成機器には、液化器が設けられ、該液化器にはＣＯ２ブライン循環管を介して液溜器が接続されている。即ち、これらの構成機器は、図９の機械室Ｍの内部に設けられた構成機器と同一である。
【００３５】
前記図示省略の液溜器には、ＣＯ２循環路１６が接続されている。ＣＯ２循環路１６のＣＯ２液送り管１６ａには、液ポンプ１８が設けられている。液ポンプ１８によって、冷蔵倉庫１２内に配設された空気冷却器２０にＣＯ２ブラインを送っている。冷蔵倉庫１２内の上層域uに多数の空気冷却器２０が配設されている。冷蔵倉庫１２には、荷捌室２２に面して被冷却物品Ｒの搬入又は搬出を行なうための出入口２４が設けられ、出入口２４には密閉性能が良い開閉機構２６が設けられている。以下、空気冷却器２０の構成を説明する。
【００３６】
図２及び図３は、空気冷却器２０の構成例を示す。図において、空気冷却器２０のケーシング２０２は、室内空気の流れを矢印で示すように形成させるため、前面開口２０４及び底面開口２０６が設けられている。これら開口以外の正面壁２０８、上面壁２１０、背面壁２１２、右側面壁２１４、左側面壁２１６及び底面壁２１８は、遮蔽壁で構成されている。空気冷却器２０の配置位置及び固定手段は、背面壁２１２を冷蔵倉庫１２の上層域の内壁面に接するように配置し、背面壁２１２を内壁面に固定するようにしてもよいし、あるいは冷蔵倉庫１２の四隅で、背面壁２１２及び左右側面壁２１４又は２１６を冷蔵倉庫１２の内側壁に固定するようにしてもよい。あるいは上面壁２１０に吊り具を取り付け、空気冷却器２０を冷蔵倉庫１２の天井から吊り下げるようにしてもよい。
【００３７】
正面壁２０８にはファン２２０が装着されている。ファン２２０及びファン２２０の駆動モータ２２２が支持フレーム２２４に支持されている。ケーシング２０２の内部に、板状に構成されたマイクロチャンネル熱交換器３０が左右側壁２１４、２１６の対角線方向に配設されている。ケーシング２０２の内部中央には、マイクロチャンネル熱交換器３０の前側でケーシング２２内を仕切る三角形状の隔壁２２６が設けられている。以下、マイクロチャンネル熱交換器３０の構成を図４〜図６に基づいて説明する。
【００３８】
図４〜図６において、マイクロチャンネル熱交換器３０は、互いに平行に配置された上下一対のヘッダー３０２及び３０４と、ヘッダー３０２、３０４間に架設され、内部がヘッダー３０２、３０４と連通した多数の扁平管３０６と、扁平管３０６の間に設けられた放熱用のフィン３０８とで構成されている。
【００３９】
図６に示すように、扁平管３０６には、多数の微小径冷媒流路３１４が穿設されている。微小径冷媒流路３１４は扁平管３０６の軸線方向に並列に設けられている。各扁平管３０６の間には、室内空気を通すための間隔Ｉが設けられ、この間隔Ｉに蛇行形状に曲折された放熱用のフィン３０８が設けられている。こうして、マイクロチャンネル熱交換器３０は、伝熱面密度が高く、熱交換能力が高い構成となっている。
【００４０】
かかる構成において、ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置１４から、二次冷媒であるＣＯ２が、液相状態でＣＯ２送り管１６ａを介し、液ポンプ１８によって空気冷却器２０に供給される。各空気冷却器２０はＣＯ２送り管１６ａに対して並列に連結されている。ファン２１６が稼動することで、空気冷却器２０では、矢印方向の室内空気の流れが形成される。即ち、前面開口２０４及び底面開口２０６から流入し、マイクロチャンネル熱交換器３０の間隔Ｉを通る。その後空気流は、ファン２１６のほうに曲折し、ファン２１６からケーシング２０２の外側に抜ける。
【００４１】
一方、各空気冷却器２０で、液相のＣＯ２ブラインｒがマイクロチャンネル熱交換器３０の入口管３１０から流入し、その後ヘッダー３０４を介して扁平管３０６の微小径冷媒流路３１４を流れる。このとき、ＣＯ２ブライン液と室内空気とが熱交換する。各微小径冷媒流路３１４の容積は極めて小さく、かつマイクロチャンネル熱交換器３０は伝熱面密度が高いので、熱交換効率が高い熱交換が行なわれる。そのため、ヘッダー３０２を経て出口管３１２に達したときのＣＯ２ブラインｒは、全量が気化している。
【００４２】
気化したＣＯ２ブラインｒは、ＣＯ２戻り管１６ｂに戻る。ＣＯ２ブラインは気化したままＣＯ２ブライン戻り管１６ｂから液溜器（図示省略）に戻り、さらに、ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置１４の液化器でＮＨ３冷媒によって冷却され液化する。液化したＣＯ２ブラインは、液溜器に貯留され、再びＣＯ２送り管１６ａを介して空気冷却器２０に送られる。
【００４３】
本実施形態によれば、空気冷却器２０の熱交換器として、伝熱面密度を増大させたマイクロチャンネル熱交換器３０を用い、マイクロチャンネル熱交換器３０を冷却室内上層域uに分散配置しているので、ＣＯ２ブラインと室内空気との熱交換量を増大でき、冷却効果を増大できる。また、扁平管３０６に押出加工によって形成された微小径冷媒流路３１４の流路の内容積は非常に小さく、例えば５００ｍｍ×５００ｍｍ程度の大きさの板状に形成されたものでは、２０ｃｃ（ｃｍ３）程度のＣＯ２ブラインしか保有されない。
【００４４】
そのため、マイクロチャンネル熱交換器３０に供給されたＣＯ２ブラインは実質的に全量が気化されるので、ＣＯ２戻り管１６ｂに液状のＣＯ２ブラインによる液柱が形成されなくなる。従って、液溜器や液ポンプの上方配置が可能になり、これら機器の配置位置に制約を受けなくなる。これによって、空気冷却器２０の冷却能力が低下することが無くなると共に、液溜器や液ポンプ等を半地下階や地下階に設ける必要がなくなり、ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置１４の建築コストを節減できる。
【００４５】
また、空気冷却器２０を冷蔵倉庫内上層域uに分散配置するので、該上層域uを均一に冷却できる。被冷蔵品１，０００トン規模のＦ級冷蔵庫において、従来のユニットクーラ１基に対して、本実施形態では１０数基のマイクロチャンネル熱交換器の空気冷却器２０を分散配置する。従来のユニットクーラ１基の冷媒保有量は６５〜７０リットルであり、これに対して１０数基のマイクロチャンネル熱交換器の冷媒保有量は従来の０．５％程度と極端に減少するため、ＣＯ２ブラインの循環流量も少量となり、液ポンプ１８の動力を大幅に削減できる。
【００４６】
また、空気冷却器２０を冷蔵倉庫１２内上層域uに配置し、該上層域uを冷却するようにしたので、上層域uで飽和水蒸気量又は飽和水蒸気量に近い水蒸気量を含む冷却空気を形成できる。同時に、室内空気に上下方向に温度差が生じ、この温度差で上下方向の自然対流ａ１を形成できる。そのため、上層域ｕの冷却された高相対湿度の冷却空気が下方に拡散し、この冷却空気で冷蔵倉庫１２の床面上に保管される冷凍食品等の被冷却物品Ｒを包むようにして冷却できる。これによって、被冷却物品Ｒの乾燥や冷凍焼けを防止できる。
【００４７】
また、本実施形態では、強制対流を形成させる必要がないので、マイクロチャンネル熱交換器３０の伝熱面に接する通風を形成させるための吸込み静圧はわずかでよく、通風を形成させるファン２１６として、一般的な有圧換気扇を用いることができる。従来の１，０００トン規模のＦ級冷蔵庫のユニットクーラ1基では、例えば、呼び径１／２程度の銅管が１０数列配置された熱交換器を用いているので、１０数ｍｍＡｑの吸込み静圧が必要となり、２．２ｋｗの送風機が２基必要となるが、本実施形態では、ファン２１６として動力５０ｗ程度のファンを用いることができるので、空気冷却器２０を１０基設置したとしても、従来と比べてファン動力を１／１０程度に低減でき、大幅な省エネとなる。
【００４８】
さらに、空気冷却器２０を冷蔵倉庫１２内上層域ｕに分散配置したので、冷蔵倉庫内上層域ｕを均一に冷却できる。これによって、下方域との温度差形成が容易になり、自然対流ａ１の形成が容易になる。
【００４９】
さらに、マイクロチャンネル熱交換器３０が、板状体に形成され、この板状体が斜め下方に向けられているので、該板状体の伝熱面から斜め下方に向けて冷気を輻射させることができる。この輻射冷気を冷蔵倉庫１２の床面上に保管された被冷却物品に直接当てることができるので、被冷却物品Ｒの冷却効果をさらに高めることができる。
【００５０】
図７に空気冷却器２０の別な構成例を示す。図７において、この空気冷却器２０Ａは、ケーシング２０２の中心に対し、ファン２２０及びマイクロチャンネル熱交換器３０を２個ずつ左右対称に配置したものである。ファン２２０及びマイクロチャンネル熱交換器３０の構成は、前記実施形態のものと同一である。
【００５１】
空気冷却器２０Ａでは、２個のマイクロチャンネル熱交換器３０がケーシング２０２内に並べて配置され、空気冷却器２０と同様に、斜め下方に向けて配置されている。ケーシング２０２は、前面開口２０４及び底面開口２０６以外の壁面は閉鎖壁で構成されている。各マイクロチャンネル熱交換器３０間及びマイクロチャンネル熱交換器３０とファン２２０間は、三角形状の仕切り壁２２６で仕切られている。室内空気は、前面開口２０４及び底面開口２０６から流入し、ケーシング２０２内でファン２２０のほうへ曲折し、ファン２２０から出て行く。
【００５２】
空気冷却器２０Ａを１個の冷却ユニットとして、冷蔵倉庫１２等、冷却室内上層域ｕに多数分散配置する。空気冷却器２０Ａは前記実施形態の空気冷却器２０より約２倍の冷却能力を有するので、同一の冷却能力が必要な冷却室に対して、空気冷却器２０より設置個数を半減できる。そのため、空気冷却器２０Ａによれば、空気冷却器２０による前記作用効果に加えて、据付けの手間を節減できる長所をもつ。
【００５３】
図８は、空気冷却器２０のさらに別な構成例を示す。図８において、この空気冷却器２０Ｂは、前記空気冷却器２０Ａと比べて、さらに１個のマイクロチャンネル熱交換器３０を増設したものである。その他の構成は空気冷却器２０Ａと同一である。空気冷却器２０Ｂは、空気冷却器２０Ａと比べて、マイクロチャンネル熱交換器３００の数を増やした分だけ冷却能力を増大できるので、空気冷却器２０Ａよりさらに設置個数を低減でき、据付けの手間を節減できる。
【００５４】
マイクロチャンネル熱交換器３０の構成例として、例えば、板厚が２０ｍｍで、５００ｍｍ四方の板状体に構成される。このときの扁平管３０６の寸法は、管厚２ｍｍ×管幅２０ｍｍ×管長５００ｍｍ程度であり、この扁平管に流路径０．８６ｍｍの微小径冷媒流路３１４が１６個並列に穿設される。扁平管３０６のピッチは、約１０ｍｍで５５本で並列に配置されている。従来の１，０００トン規模のＦ級冷蔵庫のユニットクーラ1基の冷媒保有量は６５〜７０リットルであるのに対し、この微小径冷媒流路３１４のマイクロチャンネル熱交換器１個当りの総容積は２０ｃｃ程度であり、従来のユニットクーラ1基に対して１０数基のマイクロチャンネル熱交換器が対応するので、従来と比べて０．５％に激減する。
【００５５】
そのため、液相のＣＯ２ブラインを全量気化できると共に、液ポンプ１８の動力を大幅に節減できる。また、入口管３１０及び出口管３１２には、例えば、呼び径３／８銅管が用いられる。
【００５６】
従来の１，０００トン規模のＦ級冷蔵庫のユニットクーラ1基には２．２ｋｗのファンが２基装着される。これに対し、本発明では、動力５０ｗ程度のファンを用いることができるので、空気冷却器２０を１０基設置したとしても、従来と比べてファン動力を１／１０程度に低減できる。
なお、前記実施形態は、本発明を冷蔵設備に適用したものであるが、本発明は、生鮮食品等を凍結保存する冷凍設備や、建物の各部屋の冷蔵等にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明によれば、冷蔵倉庫、冷凍庫や、建物の各室内の冷却に用いて好適であり、冷却室内の被冷却物品の乾燥や冷凍焼けを防止し、冷却設備の建築コストを削減して、冷却設備の自然冷媒への転換を促進できる。
【符号の説明】
【００５８】
１０                冷蔵設備
１２                冷蔵倉庫
１４，１００        ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置
１６                ＣＯ２循環路
１６ａ              ＣＯ２送り管
１６ｂ              ＣＯ２戻り管
１８，１１６、１４４    液ポンプ
２０，２０Ａ、２０Ｂ、１１８ａ〜ｄ、１３０    空気冷却器
２０２            ケーシング
２０４            前面開口
２０６            底面開口
２０８            正面壁
２１０            上面壁
２１２            背面壁
２１４            右側面壁
２１６            左側面壁
２１８            底面壁
２２０            ファン（送風機）
２２２            駆動モータ
２２４            支持フレーム
２２６            隔壁
２２                荷捌室
２４                出入口
２６                開閉機構
３０                マイクロチャンネル熱交換器
３０２，３０４    ヘッダー
３０６            扁平管
３０８            フィン
３１０            入口管
３１２            出口管
３１４            微小径冷媒流路
１０２              ＮＨ３冷媒循環路
１０４              圧縮機
１０６              凝縮器
１０８              膨張弁
１１０              液化器
１１２，１４０      液溜器
１１４              ＣＯ２ブライン循環路
１２２              流量調整弁
１３２              ケーシング
１３４              ファン
１３６              冷媒供給ヘッダー
１３８              冷媒排出ヘッダー
１４２              冷媒循環路
１４２ａ            冷媒送り管
１４２ｂ            冷媒戻り管
Ｒ                  被冷却部品
ａ０                  空気流
ａ１                  自然対流
ｒ                  ＣＯ２ブライン
【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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